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1、焊接基本知识篇,承压类特种设备常用焊接方法 焊接接头 焊接应力和变形 承压类特种设备常用钢材的焊接,焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使得工件结合在一起的方法。焊接的分类：熔化焊、压力焊、钎焊。 熔化焊：利用热源，使连接部位局部熔化为液体，再结晶成一体。微观上形成共同晶粒。 压力焊：利用摩擦、扩散和加压等物理作用，使连接表面的原子相互接近晶格距离，在固态下实现连接。微观上形成共同晶粒。 钎焊：将焊件和钎料加热到低于焊件温度而高于钎料温度，使液态钎料润湿焊件表面，冷却后结晶形成一体。微观上不形成共同晶粒。 一、承压类特种设备常用的焊接方法 承压类特种设备焊接大多采用熔化焊，
2、方法有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊等。最常用为焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊。 （一）焊条电弧焊（SMAW）： 1 原理：利用焊条和焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化形成焊缝的连接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解成气体和熔渣，在气体和熔渣共同保护,下，有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣之间的冶金反映，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。 焊条电弧焊原理图 实操图,焊条电弧焊设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢等各种材料，在承压类特种设备制造与安装中使用广泛，比如钢板对接，接管与筒体、封头的焊
3、接，管子之间的焊接等。 缺点是生产效率低、劳动强度大、对焊工的技术水平要求较高等。 2、焊条电弧焊设备 a、交流电焊机：也叫交流弧焊变压器，在焊条电弧焊中应用广泛。其空载电压为6080V，具有结构简单、成本低、效率高、节省电能和使用维护方便等特点。 b、旋转式直流电焊机：由发电机和电动机机组组成，焊接电流可在较大范围内均匀调节以满足焊接工艺要求，电弧燃烧稳定。 c、硅整流式直流电焊机：将工频交流电整流变为直流电的焊条电弧焊设备。与旋转式直流电焊机相比，具有噪声小、效率高、用料少，成本低等优点。近些年来，这种电焊机正逐步替代了旋转式直流电焊机。 直流电源的特点是电弧燃烧稳定。直流电源分为正接、反
4、接两种接法。正接是指工件接正极、焊条接负极；否则就是反接。在焊接承压类特种设备受压部件等重要结构时，常选用低氢型焊条以保证质量，这种焊条一般都要求采用直流反接电源。,交流电焊机 硅整流式直流电焊机 3、焊条电弧焊焊条 由焊芯和药皮组成。,电焊条 焊芯：焊条中被药皮包覆的金属芯。作用为： a)作为电极产生电弧； b)在电弧作用下熔化后，作为填充金属与熔化了的母材混合形成焊缝。 B 药皮：涂敷在焊芯表面的有效成分。作用为： a)稳弧作用 药皮中含有稳弧物质，可保证电弧稳定燃烧。 b)保护作用 药皮熔化后产生大量气体笼罩着电弧区和熔池，把熔化金属与空气隔绝开，熔渣冷却后，在高温焊缝表面上形成渣壳，可
5、防止焊缝金属表面金属不被氧化并减缓冷却速度，改善焊缝成形。 c)冶金作用 药皮中含有脱氧剂和合金剂，通过熔渣与熔化金属的化学反应，可减少有害物质对焊缝金属的危害，改善焊缝金属的力学性能。 d)掺合金 由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损，这样会使得焊缝的力学性能降低。通过在药皮中加入铁合金或纯合金元素，使之随药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损，提高焊缝金属力学性能。,e)改善焊接工艺性能：调整药皮成分，可改变药皮的熔点和凝固温度，可适应各种焊接位置需要。 C 焊条的种类 按照用途分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、耐热钢焊条、堆焊焊条、铜及铜合金焊条等；
6、 按照药皮熔化后所形成的熔渣的酸碱度不同分为：酸性焊条（熔渣碱度1.5）两大类。 酸性焊条药皮中主要含有SiO2、MnO2等酸性氧化物及少量有机物，氧化性较强，施焊时合金元素烧损大，焊缝金属氧氮含量高，焊缝力学性能差，尤其是冲击韧性较低。 难于脱硫脱磷，焊条抗裂性较差。酸性渣较粘，在冷却过程中渣的粘度逐渐增加（长渣）。 但焊条工艺性能良好，成形美观，对锈、油、水分等敏感性不大，抗气孔能力强。常用于一般构件的焊接。 典型酸性焊条牌号J422（E4303）。,碱性焊条 药皮中主要含有CaCO3、CaF2等碱性氧化物，并含有较多铁合金作为脱氧剂和渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。 碱性渣流动性好，在
7、冷却过程中渣的粘度增加很快（短渣），焊缝金属中含氢量低，也叫“低氢焊条”。 抗裂性好，焊缝金属力学性能尤其是冲击韧性较高。 缺点是对锈、油污、水分等较敏感，容易产生气孔缺陷；电弧稳定性差，一般只适用于直流电。 多用于焊接重要结构，高压锅炉和容器、压力管道焊接中常用。 典型牌号为J507（E5015）。,4 、焊条电弧焊的焊接位置 基本焊接位置有平焊、立焊、横焊、仰焊四种。见下图。,管子环焊缝的焊接位置也有四种基本形式，即水平转动（1G）、垂直固定（2G）、水平固定（5G）、45位置（6G）。见下图。 管子对缝焊接位置图 5、焊条电弧焊焊接规范 焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接工艺参
8、数的总称。包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊接速度、焊层数、焊道数等。,1) 焊接电流 增大电流，会增大焊接熔深，提高效率。 但电流过大，会使焊条芯过热，药皮脱落，会造成咬边、烧穿等缺陷。 但电流过小，会造成未焊透、夹渣等缺陷。 电流和熔深关系图,2)电弧电压 电压越高。熔化宽度越大。 由电弧长度决定，电弧越长，电压越高。 焊条电弧焊时电压不宜过高。,3)焊条直径 根据焊件厚度来选择，工件越薄所用焊条越细。 一般选3.2、4.0、5.0mm。 多层焊时第一层应使用直径不超过3.2mm的焊条。 d)焊接速度 通常，焊速不超过10m/h，工件愈薄，焊速应愈大。 e)焊接层数 中厚度板（62
9、5mm）应使用多层焊。 根据实践经验，层数大约是焊件厚度与焊条直径之比。,6、焊条编号举例 a)GB/T5117-2012非合金钢及细晶粒钢焊条 E 5 0 1 5,前两位，表示熔敷金属抗拉 强度的最小值为490MPa。,第三和四位，表示焊接电流 种类和药皮类型，15表示低 氢型药皮，直流反接,第三位，表示焊接位置。 0和1表示全位置焊接； 2表示适用于平焊和平角 焊；4表示适于向下立焊。,E表示焊条,b)GB/T5118-2012热强钢焊条 E 5 0 1 8-A1,前两位，表示熔敷金属 抗拉强度的最小值为490MPa。,18表示低氢型药皮， 交流或直流反接,1表示全位置焊接,E表示焊条,A
10、1表示熔敷金属化学 成分分类代号,6）焊条编号举例 a)GB/T983-2012不锈钢焊条 E 3 0 8-16,308表示熔敷金属 化学成分分类代号。,16表示金红石型药皮， 直流反接,1表示全位置焊接,E表示焊条,（二）、埋弧焊（SAW） 1)特点 焊接过程中，主要的焊接操作如引燃及熄灭电弧、送进焊丝、移动工件等工作都由机械自动完成。 电弧掩埋在焊剂层下面燃烧，弧光不可见。 焊接材料通常为焊丝和焊剂。,埋弧焊原理图,2)、埋弧焊与焊条电弧焊相比 优点如下： 采用电流大，熔深大，生产效率高。 可以实现高焊速，高焊速大大减少热影响区范围；热量集中，工件厚度小时可以不开坡口。 弧光不可见，焊接烟
11、雾少，劳动条件改善明显。,实操图,局限性：设备昂贵，弧光不可见，对接头加工与装配要求严格；焊接位置一般处于平焊位置。 常用于焊接长的直线焊缝及大直径（500mm）圆筒容器环焊缝。 3)埋弧焊用焊丝与焊剂 焊丝 焊丝直径1.65mm。 前面加上“H”。如焊丝牌号H08，H08A，H10Mn2SiA等。 碳素钢、低合金钢，主要是为保证力学性能；CrMo钢、不锈钢，主要是保证化学成分与焊件相当；异种钢一般按强度级别较低的钢种选择焊丝。 焊剂 焊接时形成熔渣和气体，作用如同焊条中的药皮。 如焊剂431，计为HJ431。 第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“4”表示含MnO30%。 第二位数字表示二氧化
12、硅、氟化钙的平均含量，如“3”表示高硅低氟型（SiO230%,CaF210%）。 末位数字表示同类焊剂的不同序号。,承压设备用焊接材料订货技术条件 第4部分：埋弧焊钢焊丝和焊剂,4）埋弧焊其他概念 成形系数： 熔宽与熔深之比。 成形系数较小时，焊缝形貌深而窄，杂质不易浮出，易产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷。 一般将成形系数控制在1.32.0。 熔合比： 母材在焊缝中所占的截面百分比。 熔合比影响焊缝化学成分、力学性能和金相组织。 焊条电弧焊熔合比在10%100%；埋弧焊熔合比在60%70%。 焊丝直径及伸出长度： 直径增大，弧柱直径增大，加热范围增大，熔宽增大而熔深减小。 焊丝伸出长度增大，熔深变
13、小，余高增大。 埋弧焊焊丝伸出长度一般为3040mm。,（三）气体保护焊 1）分类 根据焊接时电极是否熔化，分为熔化极气体保护焊（GMAW）和不熔化极气体保护焊。 熔化极气体保护焊如二氧化碳气体保护焊、熔化极氩弧焊等。 不熔化极气体保护焊如钨极氩弧焊（GTAW）、钨极惰性气体保护焊（TIG）等。,GTAW焊接,GMAW设备,2）特点 明弧焊接，工件变形小，熔池可控； 用惰性气体作保护气体时，可焊接各种活泼金属或有色金属及其合金； 因二氧化碳是氧化性气体，高温下氧化作用剧烈，不能焊接活泼金属，一般用来焊接碳钢、低合金钢； 3）钨极氩弧焊（GTAW） 电极只发射电子产生电弧，本身不熔化，通常采用熔
14、点较高的钍钨极等； 为防止钨烧损，一般采用直流正接法； 在薄板、管子打底焊中多采用钨极氩弧焊。,工件(接正),钨极（接负）,钨极氩弧焊优点： 适合于各种钢材焊接，明弧，全位置，焊缝成形致密，美观； 缺点是氩气成本高，控制系统复杂，只能焊薄壁工件； 4）熔化极气体保护焊（GMAW）（以二氧化碳气保焊为例） 以焊丝作为熔化电极，靠焊丝和工件之间的电弧热熔化焊丝和部分工件实现焊接。 特点： 成本低，接头质量好，生产率高，操作性能好等； 飞溅大，焊接烟雾大，弧光强； 二氧化碳为氧化性气体，一般只用来焊接碳钢、低合金钢。,二保焊原理图,（四）等离子弧焊（PAW） 为压缩电弧，电弧挺直，能量密度大，电弧穿
15、透能力强。 焊接质量高。 可焊接各种金属。 焊接设备复杂，焊接参数控制难度较大。,(五)、电渣焊（ESW） 利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热实现焊接。 一般于垂直位置焊接。 适合大厚度工件，因焊接时热量大，无需开坡口。 因焊接热输入大，高温停留时间长，接头处易产生粗大组织，焊后一般进行细化晶粒处理，如正火等。,电渣焊原理示意图,二、焊接接头 （一）、焊接接头及坡口形式 一般分为对接接头、角接接头、T型接头、搭接接头。,常见接头形式,每种接头形式，又有不同的坡口形式。坡口形式有V型、U型、I型（不开坡口）、X型（双V型）、双U型、K型、J型等。,常见坡口形式,1、接头形式特点 对接接头形式最常见，对接接头处结构基本是连续的，承载后应力分布较为均匀。 搭接接头焊缝属于角焊缝，接头处结构明显不连续，承载后接头受力复杂，应力集中较对接接头严重得多，承压设备一般不允许采用搭接接头。 角接接头和T型接头，在接头处的构件结构是不连续的，应力集中较对接接头严重得多，承载后应力分布复杂，但承压设备很多时候避免不了该类接头，
