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1、课程名称 新产品焊接培训 姓名： 2016/06/25 一、空气预热器的焊接 二、板框式热交换器的焊接 空气预热器的焊接 一、焊接方法 空气预热器涉及到的焊接方法有螺柱焊和焊条电弧焊，主 要介绍螺柱焊。 定义：将金属螺柱或类似的其他金属紧固件（栓、钉等 ）焊接到工件（一般为板件）上去的方法叫做螺柱焊。螺柱 焊接技术是为提高焊接质量和效率而发展起来的一项专业焊 接技术。通过螺柱焊接方法，我们可以将柱状金属在5ms 3s的短时间内焊接到金属母材的表面，焊缝为全断面融合， 由于焊接时间短、焊接强度高、焊接能量集中、操作方便、 焊接效率高、对母材热损伤小等特点，这项技术被广泛应用 在汽车、铁路、钢结构
2、建筑、锅炉制造、造船工业、金属容 器制造、电器设备制造、装饰行业、钣金加工等行业中。 空气预热器的焊接 原理：在螺柱的焊接过程中，通过电源的输出和螺柱机 械运动的协调作用，首先在焊接螺柱和工件之间引燃焊接电 弧，焊接螺柱和工件被部分熔化，在工件上形成熔池，同时 螺柱端头形成熔化层，然后在压力的作用下将螺柱端部侵入 熔池，并将液态金属部分挤出接头，从而形成在结晶的塑性 连接或再结晶和重结晶混合连接接头。当电弧熄灭后，保持 几毫秒的短路电流形成加压顶锻。 实现螺柱焊接的方法有电阻焊、摩擦焊、爆炸焊以及电 弧焊。 空气预热器的焊接 分类：按照操作过程的不同，螺柱焊分为电容放点尖端 引燃螺柱焊和拉弧式
3、螺柱焊两大类。 拉弧式螺柱焊按工艺分为陶瓷环或气体保护拉弧螺柱 焊、短周期拉弧螺柱焊和电容放电拉弧螺柱焊三种。 电容放电尖端引燃螺柱焊依据电弧引燃时螺柱放电尖端与 工件的间隙情况分为直接接触式和有引燃间隙式两种方法。 空气预热器的焊接 二、焊接过程 1、直接接触式电容尖端引燃螺柱焊 在直接接触式电容尖端引燃螺柱焊的焊接过程中，首先螺 柱被插入焊枪的螺柱夹头中，螺柱的起弧尖端在焊枪弹簧的 作用下，直接低在工件的焊接位置。按压焊枪开关，电容放 电， 空气预热器的焊接 螺柱前端的起弧尖端被强大的电流气化，激发出电弧。螺柱 和工件的表面熔化，形成熔化层，同时螺柱在弹簧的作用下 相工件运行，插入熔池，电
4、弧熄灭，形成焊接接头。 2、预留间隙电容尖端引燃螺柱焊 预留间隙式螺柱焊接与接触式螺柱焊接不同之处在与，在 焊接开始后，焊枪嵌入的电磁铁从初始位置提升螺柱，在焊 接螺柱与工件表面之间形成一个可以调节的间隙，当螺柱达 到上部顶点时，电磁线圈释放，焊接螺柱在弹簧的作用力下 加速向工件运动，一旦螺柱引燃尖端接触工件，电流回路闭 合，电源电容开始放电，后序与接触式螺柱焊接相同。 空气预热器的焊接 三、电容放电尖端接触螺柱焊特点 1、焊接时间短，只有13ms，空气来不及侵入焊接区，焊 接接头已经形成，因此无需气体保护。 2、螺柱直径d与被焊工件壁厚之比可以达到810，最小板 厚为0.5mm。 3、不用考
5、虑螺柱长度的焊接收缩量，只是因为焊接熔池很 小，而且接头时塑性接头。 4、接头没有外部可见的焊脚，不需要进行接头外观质量检 查，不会有气孔、裂纹等缺陷。 空气预热器的焊接 四、螺柱焊焊接方法的选择 电容放电尖端引燃螺柱焊和拉弧式螺柱焊特点各异，最 佳应用范围也不同，在具体应用中选择焊接方法的依据是： 被焊工件厚度；材质；紧固件的尺寸。 1、直径大于8mm的螺柱一般是受力接头，适合采用陶瓷 环或气体保护拉弧式弧焊工艺。虽然陶瓷环或气体保护适合 焊接螺柱直径为3-25mm，但是8mm以下的螺柱更适合采用 电容放电尖端引燃螺柱焊、电容放电拉弧焊或短周期拉弧 焊。 2、对于w(c)18%的结构钢、镍铬
6、钢材料的螺柱焊接，可 以选用任一工艺。但是对于铝及铝合金、铜及铜合金、涂层 薄钢板和异种金属材料的螺柱焊接最好采用电容放电尖端引 燃螺柱焊或电容拉弧螺柱焊。 空气预热器的焊接 3、不同螺柱焊工艺可达到的工件厚度螺柱直径d的比例 不用，对于板厚3mm以下的工件最好采用电容尖端放电螺柱 焊、电容放电拉弧焊或电周期拉弧焊。 下表为各种螺柱焊工艺特点及应用范围 空气预热器的焊接 特性参数 电电容放电电尖端引燃螺柱焊焊拉弧式螺柱焊焊 直接接触式预留间隙式 用陶瓷环或气体保护 拉弧螺柱焊 短周期拉弧螺柱 焊 电容放点拉弧螺 柱焊 螺柱直径d/mm282832531228 峰值电 流/A1000010000
7、300015005000 焊接时间 /ms1-31-3100-200020-1003-100 d/884810 生产率(个/min)2-15手动2-15 自动40-60 熔池保护无保护无保护陶瓷环或气体 无保护或气体保 护 无保护 螺柱材料 w(c) 18%的结构 钢、镍铬钢 w(c) 18%的结 构钢、镍铬钢 、 铜锌 合金、铜、 铝 w(c) 18%的结构钢、 镍铬钢 、铝(d12mm) w(c) 18%的结构 钢、镍铬钢 、铜 锌合金(气体保护) w(c) 18%的结 构钢、镍铬钢 、 铜锌 合金、铜、 铝 最小板厚/mm0.50.51.00.60.5 工件表面清理油污清理油污不用清理不
8、用清理不用清理 空气预热器的焊接 五、焊接质量检验 螺柱焊接接头质量检验方法主要包括外观检验、X射线检 验和力学性能试验等。 1、外观检查：检查螺柱根部飞溅以及螺柱是否歪斜。 2、X射线适用于陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊。 3、力学性能：包括弯曲检验、扭力扳手弯曲检验和拉伸 检验。 弯曲检验包括锤击和套筒弯曲，一般情况下陶瓷环或气体 保护拉弧螺柱焊的弯曲角度应达到60，其他的弯曲角度为 30，如果弯曲后焊接处无裂纹，则合格。 扭力扳手弯曲检验主要应用于陶瓷环或气体保护拉弧螺 柱焊和短周期拉弧焊，当产品有弯曲应力要求时，对电容尖 端 空气预热器的焊接 引燃螺柱焊结构也应进行扭力扳手弯曲检验。 拉伸
9、检验用于陶瓷环或气体保护拉弧螺柱焊和短周期拉弧 螺柱焊，若拉伸破坏发生在螺柱或母材以外，认为通过检验 ；拉伸检验也可用于电容尖端引燃螺柱焊或电容放电拉弧焊 ，但这时的标准要求较低，拉伸破坏允许发生在焊接区，只 要未焊接面积不超过30%，都认为是合格的。 空气预热器的焊接 六、焊接缺陷示例 1、法兰盘与母材之间有间隙 产生的原因： 压力不够 母材太薄，背面无支撑 功率不合适 空气预热器的焊接 2、围绕焊缝由大量的飞溅 产生的原因： 压力太低 功率过高 3、偏焊 产生的原因： 电弧偏吹（一根地线易引起电弧偏吹） 加压的顶针与螺柱不同心 焊枪与工件不垂直 空气预热器的焊接 4、断裂的焊缝内气孔率较高
10、 产生的原因： 功率太小 材料不适合螺柱焊 5、焊后工件背面变形 功率太高 压力太大 母材太薄 焊接方法不合适 板框式热交换器的焊接 板框式热交换器涉及到的焊接方法有氩弧焊和等离子弧 焊，主要介绍等离子弧焊接。 一、等离子弧的工作原理 等离子弧是利用等离子抢将阴极(如钨极)和阳极之间的自 由电弧压缩成高温、高电离度、高能量密度及高焰流速度的 电弧。 等离子弧抢按用途分为焊枪和割枪，切割用的抢无保护气 体及保护气罩。 板框式热交换器的焊接 等离子弧枪的主要组成部分如下图所示： 板框式热交换器的焊接 等离子弧是通过三种压缩作用获得的： 1) 机械压缩 水冷铜喷嘴孔径限制弧柱截面积的自由扩大， 这种
11、拘束作用就是机械压缩； 2) 热压缩 喷嘴中的冷却水使喷嘴内壁附近形成一层冷气 膜，进一步减小了弧柱的有效导电面积，从而进一步提高了 电弧弧柱的能量密度及温度，这种依靠水冷使弧柱温度及能 量密度进一步提高的作用就是热压缩； 3) 电磁压缩 由于以上两种压缩效应，使得电弧电流密度增 大，电弧电流自身磁场产生的电磁收缩力增大，使电弧受到 进一步的压缩，这就是电磁压缩。 板框式热交换器的焊接 等离子弧按电源的供电方式分为三种形式。 1）非转移型电弧 非转移型电弧燃烧在钨极与喷嘴之间，焊接时电源正极接水 冷铜喷嘴，负极接钨极，工件不接到焊接回路上；依靠高速 喷出的等离子气将电弧带出，这种电弧适用于焊接
12、或切割较 薄的金属及非金属。 2）转移型电弧 转移型电弧直接燃烧在钨极与工件之间，焊接时首先引燃钨 极与喷嘴间的非转移弧，然后将电弧转移到钨极与工件之间 ；在工作状态下，喷嘴不接到焊接回路中。这种电弧用于焊 接较厚的金属。 板框式热交换器的焊接 3）联合型电弧 转移弧及非转移弧同时存在的电弧为联合型电弧。混合型电 弧在很小的电流下就能保持稳定，因此特别适合于薄板及超 薄板的焊接。 板框式热交换器的焊接 二、等离子弧焊 定义：是利用等离子弧作为热源的焊接方法。按焊缝成型原 理，可以将等离子弧焊分为小孔型等离子弧焊及熔透型等离 子弧焊，其中30A以下的熔透型等离子弧焊又可称为微束等 离子弧焊。 1
13、）小孔型等离子弧焊 利用小孔效应实现等离子弧焊的方法，亦称穿透型焊接法。 原理：在对一定厚度范围内的金属进行焊接时，适当地配合 电流、离子气流及焊接速度三个参数，等离子弧将会穿透整 个工件厚度，形成一个贯穿工件的小孔，小孔周围的液态金 属在电弧吹力、液态金属重力与表面张力作用下保持平衡。 焊枪前进时，在小孔前沿的熔化金属沿着等离子弧柱流到小 孔后面并逐渐凝固成焊缝。 板框式热交换器的焊接 小孔法焊接的主要优点在于可以单道焊接厚板，板厚范围 ：1.69mm。小孔法一般仅限于平焊，然而对于某些材料 ，采取必要的工艺措施，可以实现全位置焊接。 小孔法焊接的优点： 孔隙率低； 由于小孔法产生较为对称的
14、焊缝，焊接横向变形小； 由于电弧穿透能力强，对厚板可实现单道焊接； 不开坡口实现对接焊，焊前对工件坡口加工量减少。 缺点： 焊接可变参数多，规范区间窄； 厚板焊接时，对操作者的技术水平要求较高，并且小孔 法仅限于自动焊； 板框式热交换器的焊接 焊枪对焊接质量影响较大，喷嘴寿命短； 除铝合金外，大多数小孔焊接工艺仍限于平焊位置。 2）熔透型等离子弧焊 焊接过程中，只熔透工件，但不产生小孔效应的等离子 弧焊方法，又称熔透型焊接法。 原理：当离子气流量较小，弧柱受压缩程度较弱时，这种 等离子弧在焊接过程中只熔化工件而不产生小孔效应，焊缝 成形原理与氩弧焊类似。主要用于薄板焊接及厚板多道焊。 焊接特点
15、，与氩弧焊相比，熔透法等离子弧焊具有以下优 点： 电弧能量集中，因此焊接工艺具有焊接速度快，焊缝深 宽比大，截面积小，薄板焊接变形小，厚板焊接缩孔倾向小 及热影响区窄等； 板框式热交换器的焊接 电弧稳定性好，由于微束等离子弧焊采用联合弧，电流 小至0.1A时电弧仍能稳定燃烧，因此可以焊接超薄件，如 0.1mm厚的不锈钢； 电弧挺值度好，以焊接电流10A为例，等离子弧焊喷嘴高 度(喷嘴到工件表面的距离)达到6.4mm时，弧柱仍较挺直， 而钨极氩弧焊的弧长仅能达到0.6mm(弧长大于0.6mm时稳 定性变差)。钨极氩弧焊的扩散角约为45，呈圆锥形，工件 上的加热面积与弧长成平方关系，只要电弧长度有很小的变 化将引起单位面积上输入热量的较大变化。而等离子弧的扩 散角约为5左右，基本上是圆柱形，弧长变化对工件上的加 热面积和电流密度影响较小，所以等离子弧焊弧长对焊缝成 形的影响不明显。 板框式热交换器的焊接 由于等离子弧焊枪的钨极内缩在喷嘴之内，电极不可能 与工件接触，因而没有焊缝夹钨的问题。 氩弧焊相比，熔透法等离子弧焊具有以下缺点： 由于电弧直径小，要求焊
