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1、SEI 焊接基础知识 1 焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用 在制造大型结 构或复杂地机器部件时 更显优越 因为它可以用化大为小 化 复杂为简单地方法准备坯料 然后用逐次装配焊接地方法拼小成 大 这是其他工艺方法难以做到的 焊接概述 水冷壁焊接 汽车制造 动车组制造现场 造船行业的自动化焊接 水下焊接 利用加热或加压或二者并用的方法 将两种或两种以上的同种 或异种材料 通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的 工艺过程 焊接 优点 1 节省材料 减轻质量 生产成本低 2 简化复杂零件和大型零件的加工工艺 缩短加工周期 3 适应性好 可实现特殊结构的生产及不同材料间的连接 成型 4 整体性
2、好 具有良好的气密性 水密性 5 降低劳动强度 改善劳动条件 不足 结构无可拆性 焊接时局部加热 焊接接头的组织和性能与母材相比发生变 化 产生焊接残余应力和焊接变形 焊接缺陷的隐蔽性 易导致焊接结构的意外破坏 焊接特点 应用 1 制造金属结构件 承压设备 2 制造机器零件和工具 3 修复 焊接在承压类特种设备制造中也占有重要的地位 焊接质量对承压类特种设备的产品质量和使用安全可靠 性有直接影响 许多承压类特种设备事故源于焊接缺陷 因此 对承压类特种设备无损检测人员来说 掌握焊 接知识是非常必要的 焊接应用概述 u承压类特种设备常用焊接方法 u焊接接头 u焊接缺陷 u焊接应力与变形 u承压类特
3、种设备常用钢材的焊接 1 熔化焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法 称为熔焊 2 压力焊 焊接过程中 必须对焊件施加压力 加热或加 热 以完成焊接的方法称为压力焊 3 钎焊 钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称 采用比母材金属 熔点低的金属材料作钎料 将焊件和钎料加热到高于钎料 熔点 低于母材溶化温度 利用液态钎料润湿母材 填充 接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法 1 焊接分类 焊接分类 u按焊缝的空间位置不同可分为 平焊 水平面的焊接 立焊 垂直平面 垂直方向上的焊接 横焊 垂直平面 水平方向上的焊接 仰焊 倒悬平面 水平方向上的焊接 u 平焊 手工平焊影像明显可见的均匀分布的焊条运行
4、波 纹 成形较规正 其波纹图形如同水的波纹一样 u 立焊 手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹 有 时呈三角沟槽 成形较规正 u 横焊 手工横焊影像明显可见焊道与焊道之间的沟槽 横 焊时 焊条不上下摆动 故无运条的波纹 u 仰焊 手工仰焊 由于焊条摆动方式与平 立 横均不相 同 其影像无平 立 横的运条波纹 如同许多个圆饼形纹 组成的焊缝影像 黑度不均匀 若其背面为平焊缝 则还可 见不太明显的平焊波纹 2 熔焊原理及过程 熔焊的本质及特点 熔化焊的本质是小熔池 熔炼与铸造 是金属熔 化与结晶的过程 熔池存在时间短 温度 高 冶金过程进行不充 分 氧化严重 热影响 区大 冷却速度快 结晶后易 生成
5、粗大的柱状晶 热源 能量要集中 温度要高 以保证金属快速熔化 减小 热影响区 满足要求的热源有电弧 等离子弧 电渣热 电子束和激光 熔池的保护 可用渣保护 气保护和渣 气联合保护 以防止氧化 并进行脱氧 脱硫和脱磷 给熔池过渡合金元素 填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素 并达到 力学性能和其它性能的要求 主要有焊芯和焊丝 熔化焊的三要素 承压类特种设备常用的焊接方法 手工电弧焊 埋弧自动焊 氩弧焊 二氧化碳气体保护焊 等离子弧焊 电渣焊 手工电弧焊 手工电弧焊是利用焊条与工件之间的电弧热 将焊 条和部分工件熔化而形成焊缝的焊接方法 电弧区域热量分布 阳极区 43 弧柱区21 阴极
6、区36 手工电弧焊具有设 备简单 操作灵活 成 本低等优点 且焊接性 好 对焊接接头的装配 尺寸无特殊要求 可在 各种条件下进行各种位 置的焊接 适于多种钢 材和有色金属等是生产 中应用最广的焊接方法 手工电弧焊的特点 手工电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染 焊接质量不够稳定 焊缝短而不连续 焊缝宽度不均 劳动条件差 劳动强度大 生产率低 对工人技术水平要求较高 一 焊条电弧焊电源 1 手工电弧焊电源基本要求 手工电弧焊电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电 压 以利于引弧 保证安全 当电弧稳定燃烧时 焊接电流 增大 电弧电压应急剧下降 还应保证焊条与焊件短路时 短路电流不应太大 同时焊接电流应能灵
7、活调节 以适应不 同的焊件及焊条的要求 2 电源的种类 常用的手工电弧焊电源根据输出电流类型分为直流电焊 机和交流电焊机 手工电弧焊设备 2 电源种类 1 交流弧焊机 它是一种特殊的降压 变压器 具有结构简单 噪声小 成本低 效率高 使用和维护方便等优点 是手工电弧焊中应用最 广泛的一种供电设备 但 是需注意 交流弧焊机电 弧稳定性较差 手工电弧焊 手工电弧焊 2 直流弧焊机 1 旋转式直流电焊机 由一台三相感应电动机和一台直流 弧焊发电机组成 焊接电流可在较大范围内均匀调节以满 足焊接工艺的要求 2 硅整流式直流电焊机 多采用硅整流元件 与旋转式直 流电焊机相比具有噪声小 效率高 用料少 成
8、本低等优 点 正逐步代替旋转式直流电焊机 直流电焊机的特点是直流电弧燃烧稳定 所以用小电流 焊接时常选用 在焊接合金钢 不锈钢等材质工件时 也 常选用直流电源 直流电源根据接工件电极的不同 分为正接和反接两种 接法 直流正接是指工件接正极 焊条接负极 厚板 酸 性焊条 直流反接是指工件接负极 焊条接正极 薄板 碱性低氢焊条 低合金钢和铝合金 手工电弧焊 u 正接和反接时 焊接电弧的形状不一样 显然 只有采用直 流焊接电源时 才有正接和反接两种接线法 交流焊接电源由 于正 负极在不断地交替 所以不存在极性问题 u 焊件极性的选择原则 u 1 焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时 一律采用反接 若采用 正
9、接 则电弧燃烧不稳定电弧声音很暴燥 发出强烈的嘶嘶声 飞溅很大 并且极容易产生气孔 使用酸性焊条时 极性对电 弧的稳定燃烧影响不大 u 同样道理 埋弧焊若使用直流电源施焊时 一般也采用反接 u 2 钨极氩弧焊焊接钢 黄铜时 一律采用正接 因为阴极的 发热量远小于阳极 所以用直流正接电源时 钨极接负极 发 热量小 不易过热 钨极寿命长 同样直径的钨极可以采用较 大的焊接电流 同时正接时 焊件为阳极发热量大 因此熔深 大 生产率高 三 焊条 u焊条 n焊条的组成 n焊芯 n作为电极 传导焊接电流 产生电弧 n作为填充金属 与熔化的母材金属共同组成焊缝金属 n添加合金元素 n药皮 n改善焊接工艺性能
10、 易于引弧和再引弧 稳弧性好 减少飞溅 使 焊缝成形美观 n机械保护作用 气保护和渣保护 n冶金处理作用 去除有害杂质 如O H S P等 添加有益元素 u 焊芯中各合金元素对焊接的影响 1 碳 C 碳是钢中的主要合金元素 当含碳量增加时 钢 的强度 硬度明显提高 而塑性降低 在焊接过程中 碳起到一 定的脱氧作用 在电弧高温作用下与氧发生化合作用 生成一氧 化碳和二氧化碳气体 将电弧区和熔池周围空气排除 防止空气 中的氧 氮有害气体对熔池产生的不良影响 减少焊缝金属中氧 和氮的含量 若含碳量过高 还原作用剧烈 会引起较大的飞溅 和气孔 考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响 低碳钢焊芯
11、的含碳量一般 0 1 u 2 锰 Mn 锰在钢中是一种较好的合金剂 随着锰含量的增加 其强度和韧性会有所提高 在焊接过程中 锰也是一种较好的 脱氧剂 能减少焊缝中氧的含量 锰与硫化合形成硫化锰浮于熔 渣中 从而减少焊缝热裂纹倾向 因此一般碳素结构钢焊芯的含 锰量为0 30 0 55 焊接某些特殊用途的钢丝 其含锰量 高达1 70 一2 10 u 3 硅 Si 硅也是一种较好的合金剂 在钢中加入适量 的硅能提高钢的屈服强度 弹性及抗酸性能 若含量过高 则降低塑性和韧性 在焊接过程中 硅也具有较好的脱氧能 力 与氧形成二氧化硅 但它会提高渣的粘度 易促进非金 属夹杂物生成 4 铬 Cr 铬能够提高
12、钢的硬度 耐磨性和耐腐蚀性 对于低碳钢来说 铬便是一种偶然的杂质 铬的主要冶金特 征是易于急剧氧化 形成难熔的氧化物三氧化二铬 Cr203 从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性 三氧化二铬过渡到 熔渣后 能使熔渣粘度提高 流动性降低 5 镍 NO镍对钢的韧性有比较显著的效果 一般低温冲 击值要求较高时 适当掺入一些镍 6 硫 S 硫是一种有害杂质 随着硫含量的增加 将 增大焊缝的热裂纹倾向 因此焊芯中硫的含量不得大于0 04 在焊接重要结构时 硫含量不得大于0 03 7 磷 P 磷是一种有害杂质 随着含量的增加 将增 大焊缝的冷裂纹倾向 4 焊条的分类 1 焊条按熔渣的化学性质分为两大类 u 酸性
13、焊条 溶渣呈酸性 熔渣碱度1 5 药皮的主要成分 为CaCO3 CaF2 CaSiO3和MgCO3等碱性氧化物 优点 抗裂性能好 特别是冲击韧度较高 承压类特种设 备制造中广泛使用碱性焊条 缺点 对锈 油 水分较敏感 容易产生气孔缺陷 电弧 稳定性差 脱渣性不好 发尘量大 手工电弧焊 2 焊条按用途可分为十一大类 碳钢焊条 低合金钢焊条 钼和铬钼耐热钢焊 条 低温钢焊条 不锈钢焊条 堆焊焊条 铸铁焊 条 镍及镍合金焊条 铜及铜合金焊条 铝及铝合 金焊条 特殊用途焊条 手工电弧焊 u按照焊条药皮的主要化学成分来分类 可以将电焊条 分为 氧化钛型焊条 氧化钛钙型焊条 钛铁矿型焊 条 氧化铁型焊条
14、纤维素型焊条 分为高纤维素钠 型 采用直流反接 高纤维素钾型两类 低氢型 焊条 分为低氢钠型 低氢钾型和铁粉低氢型等 石墨型焊条及盐基型焊条 u按性能分类的焊条 都是根据其特殊使用性能而制造 的专用焊条 如超低氢焊条 低尘低毒焊条 立向下 焊条 躺焊焊条 打底层焊条 高效铁粉焊条 防潮 焊条 水下焊条 重力焊条等 5 焊条型号 由国家标准分别规定各类焊条的型号编制方法 如标准规定碳钢焊条型号为 E 其中 字母 E 表示焊条 前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值 第三位数字表示焊接位置 0 及 1 表示焊 条适用于全位置 平焊 立焊 横焊 仰焊 焊接 2 为平焊及平角焊 4 表示焊条适用于向下
15、立 焊 第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及 药皮类型 在第四位数字后附加 R 表示耐吸潮焊条 附加 M 表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条 附加 1 表示冲击性能有特殊规定的焊条 手工电弧焊 6 焊条的选用 1 按强度等级和化学成分选用 焊接一般结构 如低碳钢 低合金钢结构件时 一般选与焊 件强度等级相同的焊条 而不考虑化学成分相同或相近 焊接异种结构钢时 按强度等级低的钢种选用焊条 焊接特殊性能钢种 如不锈钢 耐热钢时 应选用与焊件化 学成分相同或相近的特种焊条 焊件碳 硫 磷质量分数较大时 应选用碱性焊条 焊接铸造碳钢或合金钢时 因为碳和合金元素的质量分数较 高 而且多数铸件厚度
16、 刚度较大 形状复杂 故一般选用 碱性焊条 手工电弧焊 2 按焊件的工况条件选用焊条 焊接承受动载 交变载荷及冲击载荷的结构件时 应 选用碱性焊条 焊接承受静载的结构件时 应选用酸性焊条 焊接表面带有油 锈 污等难以清理的结构件时 应 选用酸性焊条 焊接在特殊条件 如在腐蚀介质 高温等条件下工作 的结构件时 应选用特殊用途焊条 手工电弧焊 3 按焊件形状 刚度及焊接位置选用焊条 厚度 刚度大 形状复杂的结构件 应选用碱性焊条 厚度 刚度不大 形状一般 尤其是均可采用平焊结构件 应选用适当的酸性焊条 除平焊外 立焊 横焊 仰焊等焊接位置的结构件应选用 全位置焊条 手工电弧焊 u异种钢焊接时焊条选用要点 u 强度级别不同的碳钢 低合金钢 或低合金钢 低合金高强钢 一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊 金属的最低强度 选用的焊条熔敷金属的强度应能保 证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度 同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而 塑性较差侧母材的性能 因此 可按两者之中强度级 别较低的钢材选用焊条 但是 为了防止焊接裂纹 应按强度级别较高 焊接性较差的钢种确定焊接工艺 包括
