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WELDING_ 基础
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焊 接 基 础2 一 、 焊 接 基 础 ? 焊 接 的 概 念 ? 焊 接 的 基 本 方 法 ? 焊 接 的 优 点 ? 焊 接 的 危 害 ? 焊 接 的 防 护 ? 焊 接 术 语 ? 常 用 焊 接 方 法 工 作 原 理 ? 常 用 材 料 可 焊 性 及 焊 接 材 料 选 择 ? 常 见 焊 接 缺 陷 产 生 的 原 因 及 解 决 措 施 ? 焊 接 缺 陷 的 检 测 方 法. ? 问 题, 讨 论!3 1. 焊 接 的 概 念 ? 广 义 : 焊 接 是 指 通 过 适 当 的 物 理 化 学 过 程 , 使 两 个 分 离 的 固 态 物 体 产 生 原 子 ( 分 子 ) 间 的 结 合 力 , 而 连 接 成 一 体 的 连 接 方 法 。两 个 被 连 接 的 物 体 可 以 是 各 种 同 类 或 不 同 类 的 金 属 、 非 金 属 ( 石 墨 、 陶 瓷 、 玻 璃 、 塑 料 ) , 也 可 以 是 金 属 与 非 金 属 。熔 化 焊 不 宜 于 陶 瓷 的 焊 接 。 固 相 扩 散 焊 和 钎 焊 较 适 合 于 陶 瓷 的 焊 接 汽 车 发 动 机 的 陶 瓷 增 压 器 和 陶 瓷 挺 柱 等 都 是 用 扩 散 焊 和 钎 焊 焊 接 的 陶 瓷 与 金 属 的 复 合 件 。 ? 狭 义 : 焊 接 的 基 本 概 念 及 分 类 焊 接 是 在 金 属 之 间, 用 局 部 加 热 或 加 压 等 手 段, 使 分 离 的 两 部 分 金 属 。 借 助 于 金 属 内 部 原 子 的 结 合 力, 使 金 属 连 接 成 整 体 的 一 种 加 工 方 法 。 ? 金 属 焊 接 方 法 的 种 类 很 多 , 根 据 实 现 金 属 原 子 间 结 合 的 方 式 不 同 , 可 分 为 熔 化 焊 、 压 力 焊 和 钎 焊 三 大 类 。4 2. 焊 接 基 本 方 法 : ? 熔化焊接:局部熔化, 冷却结晶, 需要加热 热源 1. 电弧焊: 气体导电产生的热.熔化极: 焊条电弧焊,熔化极气体保护 焊,埋弧焊,螺柱焊等。非熔化极钨极气体保护焊,等离子弧焊等。 2. 气焊: 最常见氧乙炔焊, 3. 铝热焊: 铝热剂放热反应热. 4. 电渣焊: 熔渣导电时的电阻热. 5. 电子束焊: 高速运动的电子束流. 6. 激光焊: 单色光子束流.? 压 力 焊 接: 摩 擦, 扩 散, 加 压.电 阻 点 、 缝 焊电 阻 对 焊超 声 波 焊爆 炸 焊摩 擦 焊? 钎 焊: 低 熔 点 材 料 的 浸 润 作 用.火 焰 钎 焊感 应 钎 焊: 高 频 感 应 电 流 的 电 阻 热.炉 钎 焊 ( 连 续 炉 , 真 空 炉): 电 阻 炉 的 辐 射 热.盐 浴 钎 焊: 高 温 盐 浴 为 热 源.5 3. 焊 接 的 优 点 ? 焊 接 方 法 具 有 如 下 优 点 : ? 1 、 成 形 方 便 : 焊 接 方 法 灵 活 多 样 , 工 艺 简 便 ; 在 制 造 大 型 、 复 杂 结 构 和 零 件 时 , 可 采 用 铸 焊 、 锻 焊 方 法 , 化 大 为 小 , 化 复 杂 为 简 单 , 再 逐 次 装 配 焊 接 而 成 。2 、 适 应 性 强 : 采 用 相 应 的 焊 接 方 法 , 不 仅 可 生 产 微 型 、 大 型 和 复 杂 的 金 属 构 件 , 也 能 生 产 气 密 性 好 的 高 温 、 高 压 设 备 和 化 工 设 备 ; 此 外 , 采 用 焊 接 方 法 , 还 能 实 现 异 种 金 属 或 非 金 属 的 连 接 。 ? 3 、 生 产 成 本 低 : 与 铆 接 相 比 , 焊 接 结 构 可 节 省 材 料10% ~20% , 并 可 减 少 划 线 、 钻 孔 、 装 配 等 工 序 。 另 外 , 采 用 焊 接 结 构 能 够 按 使 用 要 求 选 用 材 料 。 在 结 构 的 不 同 部 位 , 按 强 度 、 耐 磨 性 、 耐 腐 蚀 性 、 耐 高 温 等 要 求 选 用 不 同 材 料 , 具 有 更 好 的 经 济 性 。6 4. 焊 接 的 危 害 : ? 焊 接 作 业 的 危 害 一 、 焊 接 作 业 中 的 主 要 危 害 焊 接 作 业 的 主 要 职 业 危 害 有 粉 尘 、 有 毒 气 体 、 电 弧 光 辐 射 、 高 频 电 磁 场 、 高 温 等 , 其 中 以 电 焊 烟 尘 、 有 毒 气 体 、 电 弧 光 辐 射 最 为 常 见 , 危 害 也 最 广 泛 。 1 、 电 焊 烟 尘 是 金 属 及 非 金 属 物 质 在 过 热 条 件 下 产 生 的 高 温 蒸 气 。 烟 尘 颗 粒 小 , 极 易 吸 入 肺 中 。 长 期 吸 入 会 造 成 肺 组 织 纤 维 性 病 变 , 即 电 焊 工 尘 肺 , 且 常 伴 随 锰 中 毒 、 氟 中 毒 和 金 属 烟 热 等 并 发 症 。 2 、 有 毒 气 体 在 焊 接 电 弧 所 产 生 的 高 温 和 强 紫 外 线 作 用 下 , 焊 接 电 弧 周 围 会 产 生 大 量 的 有 毒 气 体 , 如 臭 氧 、 一 氧 化 碳 、 氮 氧 化 物 、 氟 化 氢 等 。 (1 ) 臭 氧 : 是 一 种 无 色 、 有 特 殊 剌 激 性 气 味 有 害 气 体 。 它 对 呼 吸 道 粘 膜 及 肺 有 强 烈 的 剌 激 作 用 。 手 工 电 弧 焊 产 生 的 臭 氧 一 般 低 于 国 家 的 卫 生 标 准 , 但 通 风 条 件 不 好 的 条 件 下 进 行 氩 弧 焊 时 , 浓 度 相 当 高 , 长 期 吸 入 低 浓 度 臭 氧 , 可 引 发 支 气 管 炎 、 肺 气 肿 、 肺 硬 化 等 疾 病 。 (2 ) 一 氧 化 碳 : 为 无 色 、 无 味 、 无 剌 激 性 气 体 , 主 要 来 源 于 二 氧 化 碳 气 体 在 电 弧 高 温 作 用 下 分 解 产 生 的 。 所 以 , 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 作 业 时 , 一 氧 化 碳 浓 度 最 高 。 它 极 易 与 人 体 中 的 血 红 蛋 白 相 结 合 , 而 且 极 难 分 离 , 大 量 血 红 蛋 白 与 一 氧 化 碳 结 合 , 会 使 人 体 输 送 和 利 用 氧 的 功 能 发 生 障 碍 , 造 成 人 体 组 织 因 缺 氧 而 坏 死 。 (3 ) 氮 氧 化 物 : 有 剌 激 性 气 味 的 有 毒 气 体 , 主 要 是 二 氧 化 氮 , 它 为 红 褐 色 气 体 , 有 特 殊 臭 味 。 当 被 人 吸 入 后 , 会 进 入 肺 中 与 水 起 作 用 , 形 成 硝 酸 及 亚 硝 酸 , 对 肺 组 织 产 生 剧 烈 的 剌 激 与 腐 蚀 作 用 , 引 起 肺 水 肿 。 (4 ) 氟 化 气 : 无 色 的 腐 蚀 性 气 体 , 毒 性 剧 烈 。 可 由 呼 吸 系 统 和 皮 肤 吸 收 , 可 引 起 支 气 管 炎 和 肺 炎 , 同 时 能 对 全 身 产 生 毒 性 作 用 。 3 、 电 弧 光 辐 射 焊 接 产 生 的 电 弧 光 主 要 包 括 红 外 线 、 可 见 光 和 紫 外 线 。 其 中 紫 外 线 主 要 损 伤 眼 睛 及 裸 露 的 皮 肤 , 引 起 角 膜 结 膜 炎 ( 电 光 性 眼 炎 ) 和 皮 肤 红 斑 症 。 眼 部 长 期 接 触 红 外 线 照 射 , 会 造 成 红 外 线 白 内 障 。 7 5. 焊 接 的 防 护 ? 二 、 电 焊 作 业 的 防 护 电 焊 作 业 的 职 业 危 害 种 类 多 , 危 害 大 。 因 此 , 为 了 降 低 、 控 制 和 消 除 电 焊 作 业 的 职 业 危 害 , 必 须 采 取 一 系 列 有 效 的 防 治 措 施 。 1 、 提 高 焊 接 技 术 , 改 进 焊 接 工 艺 和 材 料 通 过 提 高 焊 接 机 械 化 、 自 动 化 程 度 , 使 人 与 作 业 环 境 隔 离 , 从 根 本 上 消 除 电 焊 作 业 对 人 体 的 危 害 ; 通 过 改 进 焊 接 工 艺 , 减 少 封 闭 结 构 施 工 , 对 容 器 类 产 品 采 用 单 面 焊 , 改 善 坡 口 设 计 等 , 以 改 善 焊 工 的 作 业 条 件 , 减 少 电 焊 烟 尘 污 染 ; 同 时 改 进 焊 条 材 料 , 选 择 无 毒 或 低 毒 的 电 焊 条 , 也 是 降 低 焊 接 危 害 的 有 效 措 施 之 一 。 2 、 改 善 作 业 场 所 的 通 风 状 况 通 风 方 式 分 为 自 然 通 风 和 机 械 通 风 , 其 中 机 械 通 风 的 除 尘 , 排 毒 效 果 较 好 , 因 而 在 自 然 通 风 较 差 的 场 所 , 封 闭 或 半 封 闭 结 构 焊 接 时 , 必 须 有 机 械 通 风 措 施 。 值 得 注 意 的 是 , 许 多 手 工 电 弧 焊 场 所 , 特 别 在 夏 天 使 用 风 扇 直 接 吹 散 烟 尘 通 风 , 这 会 造 成 烟 尘 弥 漫 整 个 车 间 , 危 害 更 大 。 3 、 加 强 个 人 防 护 加 强 个 人 防 护 , 可 以 有 效 的 防 止 焊 接 时 产 生 的 有 毒 气 体 和 粉 尘 的 危 害 。 焊 接 作 业 人 员 必 须 使 用 相 应 的 防 护 眼 镜 、 面 罩 、 口 罩 、 手 套 、 防 护 服 、 绝 缘 鞋 等 , 若 在 封 闭 或 半 封 闭 机 构 内 工 作 时 , 还 需 佩 戴 使 用 送 风 面 罩 。 4 、 强 化 职 业 卫 生 宣 传 教 育 及 现 场 跟 踪 监 测 工 作 对 电 焊 作 业 人 员 应 进 行 必 要 的 职 业 安 全 卫 生 知 识 教 育 , 提 高 其 职 业 卫 生 意 识 , 降 低 职 业 病 发 病 率 。 同 时 , 还 应 对 焊 接 作 业 场 所 的 尘 毒 危 害 进 行 定 期 监 测 , 对 作 业 人 员 定 期 进 行 体 检 , 以 便 及 时 发 现 问 题 , 预 防 和 控 制 职 业 病 。8 6 焊 接 术 语 ? 焊 接 术 语 标 准GB/T 3375AWS A3.0ISO 8579 6 焊 接 术 语 1 焊 接 welding 通 过 加 热 或 加 压 , 或 两 者 并 用 , 并 且 用 或 不 用 填 充 材 料 , 使 工 件 达 到 结 合 的 一 种 方 法 。 2 焊 接 技 能 welding technique 手 焊 工 或 焊 接 操 作 工 执 行 焊 接 工 艺 细 则 的 能 力 。 3 焊 接 方 法 welding process 指 特 定 的 焊 接 方 法 , 如 埋 弧 焊 、 气 保 护 焊 等 , 其 含 义 包 括 该 方 法 涉 及 的 冶 金 、 电 、 物 理 、 化 学 及 力 学 原 则 等 内 容 。 4 焊 接 工 艺 welding procedure 制 造 焊 件 所 有 关 的 加 工 方 法 和 实 施 要 求 , 包 括 焊 接 准 备 、 材 料 选 用 、 焊 接 方 法 选 定 、 焊 接 参 数 、 操 作 要 求 等 。 5 焊 接 工 艺 规 范 ( 程 ) welding procedure specification 制 造 焊 件 所 有 关 的 加 工 和 实 践 要 求 的 细 则 文 件 , 可 保 证 由 熟 练 焊 工 或 操 作 工 操 作 时 质 量 的 再 现 性 。10 6. 焊 接 术 语 焊 缝/ 焊 接 热 影 响 区 焊 接 时 焊 缝 附 近 的 母 材 经 历 着 一 个 加 热 、 冷 却 过 程 使 母 材 组 织 与 力 学 性 能 都 发 生 着 不 同 的 变 化 这 一 区 域 称 为 焊 接 热 影 响 区. ? 热输入.11 6. 焊 接 术 语 ? WPS/PQR/WPQ, 的 相 互 关 系 ? 直 流 正 接DCEN/ 直 流 反 接DCEP12 6. 焊 接 术 语 ? 焊 接 位 置13 6. 焊 接 术 语 ? 焊 接 接 头 形 式14 7. 常 用 焊 接 方 法 ? 1 焊 条 电 弧 焊 SMAW电 弧 形 成 于 金 属 药 皮 焊 条 的 端 部 和 工 件 之 间 。 熔 融 的 熔 滴 能 量 来 源 于 电 弧 热 , 同 时 这 些 熔 融 的 熔 滴 进 入 熔 池 , 焊 条 药 皮 分 解 所 产 生 的 气 体 将 保 护 熔 池 使 免 受 大 气 的 影 响 。 熔 渣 浮 在 金 属 熔 池 表 面 , 在 金 属 凝 固 的 过 程 中 起 到 保 护 熔 池 免 受 大 气 影 响 的 目 的 。保 护 类 型 : 渣 气 联 合 保 护 。15 SMAW ? 1.1 SMAW 原 理 图16 SMAW ? 1.2 工 艺 特 点具 有 设 备 简 单 , 应 用 灵 活 , 成 本 低 等 优 点 , 对 焊 接 接 头 的 装 配 尺 寸 要 求 不 高 , 可 在 各 种 条 件 下 进 行 各 种 位 置 的 焊 接 , 是 目 前 生 产 中 应 用 最 广 泛 的 焊 接 方 法 。 但 手 工 电 弧 焊 时 有 强 烈 的 弧 光 和 烟 尘 , 劳 动 条 件 差 , 生 产 率 低 , 对 工 人 的 技 术 水 平 要 求 较 高 。 一 般 用 于 单 件 小 批 量 生 产 中 焊 接 碳 素 钢 、 低 合 金 结 构 钢 、 不 锈 钢 及 铸 铁 的 补 焊 等 。 17 SMAW ? 1.3 焊 条手 工 电 弧 焊 所 使 用 的 焊 接 材 料 , 由 心 部 的 金 属 焊 芯 和 表 面 药 皮 涂 层 组 成 。 焊 条 分 类根 据 熔 渣 化 学 性 质 的 不 同 , 焊 条 可 分 为 酸 性 焊 条 和 碱 性 焊 条 。酸 性 焊 条 : 熔 渣 中 以 酸 性 氧 化 物 为 主 , 氧 化 性 强 , 合 金 元 素 烧 损 大 , 故 焊 缝 的 塑 性 和 韧 度 不 高 , 且 焊 缝 中 氢 含 量 高 , 抗 裂 性 差 , 但 酸 性 焊 条 具 有 良 好 的 工 艺 性 , 对 油 、 水 、 锈 不 敏 感 , 交 直 流 电 源 均 可 用 , 广 泛 用 于 一 般 结 构 件 的 焊 接 。碱 性 焊 条 ( 又 称 低 氢 焊 条 ) : 药 皮 中 以 碱 性 氧 化 物 以 莹 石 为 主 , 并 含 较 多 铁 合 金 , 脱 氧 、 除 氢 、 渗 金 属 作 用 强 , 与 酸 性 焊 条 相 比 , 其 焊 缝 金 属 的 含 氢 量 较 低 , 有 益 元 素 较 多 , 有 害 元 素 较 少 , 因 此 焊 缝 力 学 性 能 与 抗 裂 性 好 , 但 碱 性 焊 条 工 艺 性 较 差 , 电 弧 稳 定 性 差 , 对 油 污 、 水 、 锈 较 敏 感 , 抗 气 孔 性 能 差 , 一 般 要 求 采 用 直 流 焊 接 电 源 , 主 要 用 于 焊 接 重 要 的 钢 结 构 或 合 金 钢 结 构 。 18 SMAW ? 1.4 磁偏吹1.41. 电弧的刚直性: 电弧抵抗外界干扰, 力求保持焊接电流沿焊条轴向的能力由电弧自身 磁场决定.1.4.2 电弧的磁偏吹: 某种原因, 磁力线分布的均匀性受到破坏, 使电弧四周受力不均, 电弧偏 向一侧。自身磁场不对称使电弧偏离焊条轴线的现象。1.4.3 磁偏吹的产生原因:导线接线位置引起:焊条与电弧间的电流产生磁场,通过工件的电流也会在空间产生磁 场,叠加产生。电弧附近的铁磁物质引起磁偏吹。1.4.4 消除或减少磁偏吹的方法:可能用交流代替直流电源;短弧焊接,对长、大的工件采用两边接地线,工件剩磁,焊 前消磁。厚药皮代替薄药皮。遍免周围铁磁材料的影响。19 GMAW/FCAW ? 2 熔 化 极 气 体 保 护 焊GMAW熔 化 极 惰 性 气 体 保 护 焊 (MIG ) 或 熔 化 极 活 性 气 体 保 护 焊(MAG) 也 称 作 熔 化 极 气 体 保 护 焊(GMAW) , 电 弧 产 生 于 实 芯 焊 丝 和 工 件 之 间 。 电 弧 与 熔 池 被 惰 性 气 体 或 活 性 气 体 所 保 护 。 该 焊 接 过 程 适 合 大 多 数 金 属 及 多 种 合 金 焊 丝 。气 体 保 护 焊 的 效 率 比 要 经 常 更 换 焊 条 的 手 工 电 弧 焊 的 效 率 高 。 气 体 保 护 焊 是 一 种 多 功 能 焊 接 法 , 可 进 行 全 位 置 高 效 焊 接 。 该 焊 接 方 法 常 用 于 薄 板 中 厚 度 的 钢 构 件 和 铝 合 金 结 构 , 特 别 是 在 要 求 高 速 的 人 工 焊 接 的 作 业 中 。 在 重 钢 结 构 中 药 芯 焊 丝 正 逐 步 得 到 应 用 和 推 广 。保 护 : 气 体 ? 药 芯 焊 丝FCAW保 护 : 渣 气20 GMAW/FCAW ? 2.1 MIG 原 理 图21 GMAW/FCAW ? 2.2 CO2 焊 特 点1 CO2 气 体 保 护 焊 的 成 本 仅 为 手 工 电 弧 焊 和 埋 弧 焊 的40% ~50% ;2 CO2 电 弧 穿 透 能 力 强 , 熔 深 大 , 生 产 率 比 手 工 电 弧 焊 高1 ~4 倍 ; 3 焊 缝 氢 含 量 低 , 焊 丝 中Mn 含 量 高 , 脱 硫 作 用 好 , 因 而 焊 接 接 头 的 抗 裂 性 好 。但 采 用CO2 作 为 保 护 气 , 一 方 面CO2 可 以 将 电 弧 、 熔 化 金 属 与 空 气 机 械 地 隔 离 ; 另 一 方 面 , 在 电 弧 的 高 温 作 用 下 ,CO2 会 分 解 为CO 和O2 , 因 而 具 有 较 强 的 氧 化 性 , 会 使Mn 、Si 等 合 金 元 素 烧 损 , 焊 缝 增 氧 , 力 学 性 能 下 降 , 还 会 形 成 气 孔 。 另 外 , 由 于CO2 气 流 的 冷 却 作 用 及 强 烈 的 氧 化 反 应 , 导 致 电 弧 稳 定 性 差 、 金 属 飞 溅 大 、 弧 光 强 、 烟 雾 大 等 缺 点 , 因 此CO2 气 体 保 护 焊 只 适 合 焊 接 低 碳 钢 和 低 合 金 结 构 钢 , 不 能 用 于 焊 接 高 合 金 钢 和 非 铁 合 金 。 22 GMAW/FCAW ? 2.3 熔 滴 过 渡 形 式 金 属 熔 滴 受 到 的 力 : 表 面 张 力 , 重 力 , 电 磁 收 束 力 , 斑 点 压 力 , 等 离 子 流 力 及 其 他 力 。 ? 短 路 过 渡 : 小 电 流 , 电 压 , 熔 滴 未 长 成 大 滴 就 与 熔 池 短 路 , 在 表 面 张 力 和 电 磁 收 缩 力 作 用 下 , 熔 滴 向 母 材 过 渡 。 电弧稳定、飞溅较小、过渡频率高,成型好。 ? 颗 粒 过 渡 : 高 电 压 、 小 电 流 。 弧 长 较 长 、 难 短 路 。 电 流 小 , 重 力 大 于 表 面 张 力 , 形 成 大 颗 粒 过 渡 。 ? 喷 射 过 渡 : 电 流 增 大 过 程 中 , 熔 滴 变 小 , 速 度 加 快 。23 GMAW/FCAW ? 2.4 熔 深 与 焊 丝 运 行 角 度 的 关 系24 GTAW ? 3 钨 极 氩 弧 焊GTAW钨 极 氩 弧 焊 (GTAW 或TIG ) 是 一 种 采 用 非 熔 化 的 钨 棒 作 为 电 极 的 焊 接 方 法 。 惰 性 气 体 同 时 保 护 着 焊 接 熔 融 金 属 、 电 弧 以 及 电 极 。钨 极 氩 弧 焊 产 生 特 别 清 洁 、 高 质 量 的 焊 缝 。 因 为 在 焊 接 过 程 中 不 产 生 焊 渣 , 焊 缝 金 属 夹 渣 的 可 能 完 全 被 排 除 , 而 且 焊 接 完 成 后 无 需 清 洁 。 钨 极 氩 弧 焊 被 认 为 几 乎 可 以 焊 接 所 有 的 金 属 , 并 且 可 以 手 工 或 自 动 方 式 来 进 行 。 钨 极 氩 弧 最 常 用 于 焊 接 那 些 对 焊 接 效 果 要 求 极 高 的 铝 合 金 和 不 锈 钢 作 业 。 在 核 电 , 化 工 , 航 空 , 和 食 品 工 业 的 高 质 量 的 焊 接 作 业 中 被 广 泛 应 用 。保 护 : 惰 性 气 体 或 混 合 气 体25 GTAW ? 3.1 GTAW 原 理 图26 GTAW ? 3.2 氩 弧 焊 特 点1 采 用 纯 氩 气 保 护 , 焊 缝 金 属 纯 净 , 特 别 适 合 于 非 铁 合 金 、 不 锈 钢 、 钛 及 钛 合 金 等 材 料 的 焊 接 。2 焊 接 过 程 稳 定 , 所 有 焊 接 参 数 可 以 精 确 控 制 。3 焊 缝 成 形 好 , 特 别 适 合3mm 以 下 的 薄 板 焊 接 、 全 位 置 焊 接 和 不 用 衬 垫 的 单 面 焊 双 面 成 形 。 缺 点: 生 产 效 率 低.27 GTAW ? 3.3 不 同 保 护 气 体 对 熔 深 的 影 响28 GTAW ? 3.4 钨 电 极 的 标 记 和 成 分; 推 荐 的 电 极 直 径 和 焊 接 电 流 的 关 系29 GTAW ? 3.5 气 体 及 流 量气 体, 流 量 太 小, 气 流 挺 度 差, 排 除 空 气 的 能 力 差, 保 护 差;流 量 太 大, 壁 层 流 少, 混 乱, 空 气 进 入, 保 护 不 好.喷 嘴 到 工 件 的 距 离. 仅 可 能 小.抗 风 差, 适 当 防 护. ? 3.6 钨 极 端 部 形 状.薄 板 、 小 电 流 , 小 直 径 钨 极 时 , 磨 成 尖 锥 形 , 电 弧 易 引 燃 、 稳 定 。大 直 径 、 大 电 流 不 能 尖, 磨 成 钝 锥 角 或 平 端 。 电 流 大 、 末 端 过 热 熔 化 并 增 加 烧 损 , 电 弧 斑 点 会 转 移 到 锥 面 上 。 钝 锥 角 或 平 端 的 锥 形 , 电 弧 斑 点 稳 定 、 弧 柱 扩 散 减 少 、 加 热 集 中 。尖: 末 端 烧 损, 电 弧 斑 点 转 移.30 GTAW ? 3.7 极性选择: 氩弧焊用的电源有交流和直流。直流电源又有正接法和反接法之分。 ? 正接法:焊件接正极,钨棒接负极。焊接时,电子高速冲向焊件,使热量集中在焊件, 获得的熔池深而窄。气体正离子冲向钨极,钨极热量低,损耗少。它用于耐热钢、合金 钢、不锈钢、铜和钛的焊接。 ? 反接法:焊件接负极,钨棒接正极。焊接时,电子高速冲向钨极,钨极热量高,消耗快, 但若是熔化极,则可加速焊丝熔化。气体正离子冲向焊件,由于正离子比重大,可击碎 焊件表面氧化膜而产生“阴极雾化”作用。它可用于熔化极氩弧焊以及钨极氩弧焊焊接 表面产生高熔点氧化膜的铝、镁及其合金。 ? 交流电源由于极性交替变化,它既有“阴极雾化”的作用,又有钨极消耗比直流反接法 少的特点,因而适用于焊接铝、镁及其合金。 ? 附:为什么钨极氩弧焊焊铝时要用交流电源? ? 采用直流反接法,焊接时可以造成阴极雾化作用,但正极接在钨棒上,温度高,钨极烧 损严重,故一般不用。 ? 当用交流电焊接时,在正半波电子发射能力强,电弧稳定。在负半波,有 “阴极雾化” 的作用,熔池表面的氧化膜可以及时消除,因而,铝的焊接多采用交流电源。31 SAW ? 4 埋 弧 焊SAW在 埋 弧 焊 , 电 弧 产 生 于 工 件 和 熔 化 电 极 间 , 在 焊 接 过 程 中 工 件 , 熔 化 的 电 极 以 及 电 弧 都 被 一 层 焊 剂 所 覆 盖, 这 时 电 弧 是 被 隐 藏 起 来 的 。 一 部 分 的 焊 剂 会 融 化 形 成 焊 渣 达 到 保 护 熔 池 的 目 的 。 剩 余 未 使 用 的 焊 剂 可 以 回 收 重 新 使 用 。埋 弧 焊 基 本 上 是 以 全 自 动 焊 方 式 进 行 的 。 为 了 提 高 焊 接 生 产 率 , 可 采 用 多 焊 丝 进 行 焊 接 。 特 别 适 合 以 平 焊 方 式 焊 接 高 质 量 的 长 直 焊 缝 。 广 泛 应 用 于 压 力 容 器 , 化 工 , 重 工 业 , 修 复 和 造 船 工 业 等 。32 SAW ? 4.1 SAW 原 理 图33 SAW ? 4.2 埋弧焊特点1 生产率高 焊接电流比手工电弧焊时大得多,可以高达1000A ,一次熔深大,焊接速度大, 且焊接过程可连续进行,无需频繁更换焊条,因此生产率比手工电弧焊高5 ~20 倍。2 焊接质量好 熔渣对熔化金属的保护严密,冶金反应较彻底,且焊接工艺参数稳定,焊缝 成形美观,焊接质量稳定。3 劳动条件好 焊接时没有弧光辐射,焊接烟尘小,焊接过程自动进行。4 缺点:位置限制,主要用于平焊;焊剂原因(MnO,SiO2), 难焊Al 、Ti 等氧化性强的金属 及其合金;机动性查(主要用于长焊缝);小电流电弧不稳,不适合薄板。焊剂:按方法:熔炼焊剂和非熔炼焊剂(粘结焊剂和烧结焊剂)保护:渣气34 SAW ? 4.3 焊剂及焊丝与焊剂的选配焊剂:按方法:熔炼焊剂和非熔炼焊剂(粘结焊剂和烧结焊剂)按成分:无Mn 焊剂、低Mn 焊剂、中Mn 焊剂、 高Mn 焊剂;按化学特性:酸性和碱性;焊剂选择:低碳钢:选用高锰高硅型, 或低锰、无锰型;低合金钢:中锰中硅或低锰中硅型焊剂;对耐热钢、耐蚀钢:中硅或低硅型配相应的合金钢焊丝;铁素体、奥氏体:碱性较高的熔炼焊剂和烧结、粘结焊剂、以减低合金元素烧损并掺加 合金元素。35 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 碳 钢 Q235, 一 般 结 构 钢 ? 合 金 钢 Q345, 低 合 金 钢 ? 珠 光 体 耐 热 钢,Cr2Mo1 ? 马 氏 体 不 锈 钢 1C13, 2Cr13 ? Cr12 系列马氏体不锈钢 热强钢 1Cr12Mo, C422. 冷裂纹和脆化( 粗大铁素体和碳化物) ? 奥 氏 体 不 锈 钢 304. 450-850℃ 晶 间 腐 蚀 Cr23C6, 焊 材 加Ti, Nb. 刀 状 腐 蚀 ? 铁 素 体 不 锈 钢 347, 预 热/ 选 用 含Nb 或 奥 氏 体/475 脆 化 ? 沉 定 硬 化 不 锈 钢 17-4PH, 17-7PH ? 双 相 不 锈 钢36 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 碳 钢 Q235, 一 般 结 构 钢碳 素 结 构 钢焊 接 性 能 良 好 , 一 般 不 预 热 , 碳 含 量 在0.18 ~0.22% 时 , 厚 度≥30mm , 环 境 温 度 ≤0℃ 时 应 考 虑 预 热100 ~150℃ 。 选 择 强 度 合 适 的 材 料 ,手工电弧焊:一 般 结 构 :E4303 、E4315 、E4301 、E4320 、E4311 ;动 载 荷 、 复 杂 和 厚 板 结 构 : E4315 、E4316 、 E4303 、 E4301 、E4320 、E4311 。 碳 当 量 : AWS :Ceq=C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+Cu/13+P/2.37 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 合 金 钢 Q345, 合 金 钢碳 含 量 在0.18 ~0.22% 时 , 厚 度≥20mm , 环 境 温 度≤5℃ 时 应 考 虑 预 热100 ~150℃ 。手工电弧焊: E5003 、E5001 、E5015 、E5016热 扎 及 正 火 钢 代 表 , 此 类 钢 容 易 出 现 的 问 题 :1. 热 裂 纹: 正 常 不 会 出 现, 但 材 料 不 合 格 或 严 重 偏 析 局 部C,S 偏 高,Mn/S 比 低.2. 冷 裂 纹: 主 要 可 能 出 现 的 问 题 。 有 一 定 的 淬 硬 倾 向 , 强 度 越 高 , 淬 硬 倾 向 越 高 。3. 再 热 裂 纹:C-Mn,Mn-Si 系 列 的 热 轧 钢 不 含 强 碳 化 物, 对 再 热 裂 纹 不 敏 感.4. 层 状 撕 裂: 与 厚 度 有 关, 片 状 硫 化 物 等 杂 质 存 在, 可 能 出 现.5.HAZ 的 性 能: 过 热 区 脆 化( 难 熔 物 氮 化 物 和 碳 化 物)焊 接: 材 料 等 强, 焊 后 热 处 理 当 心 母 材 强 度 减 低. 预 热 防 冷 裂, 去 氢.38 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 低C 调 质 钢 的 焊 接 (14MnMoVN)含 碳 量 低 , 合 金 化 原 理 : 提 高 淬 透 性 获 得 高 强 度 和 高 韧 性 的 低 碳 马 氏 体 和 下 贝 氏 体 。 淬 硬 性 性 高 ,但 含 碳 量 低 ,Ms 点 高 , 产 生 的 马 氏 体 可 进 行 自 回 火 , 冷 、 裂 纹 不 太 敏 感 , 但 容 易HAZ 软 化 。选 择 等 强 或 稍 低 的 焊 材 , 适 当 预 热 , 降 低 马 氏 体 的 冷 却 速 度 , 增 加 自 回 火 。 ? 中C 调 质 钢 的 焊 接(40Cr, 35CrMoA);焊 接 性 能 差 。 淬 硬 倾 向 大 , 焊 碳 量 高 ,Ms 点 低 ,M 难 以 自 回 火 , 易 冷 裂 。含 碳 量 高 , 合 金 元 素 多 , 液 固 相 线 区 间 大 , 偏 协 严 重 , 有 热 裂 倾 向 。过 热 区 脆 性 : 含 碳 量 高 , 合 金 元 素 多 ,HAZ 容 易 产 生 硬 脆 的 高 碳 马 氏 体 。热 影 响 区 软 化 。焊 接 :1. 退 火 下 焊 接, 在 调 质 热 处 理 。2. 在 调 质 后 焊 接: 注 意 预 热, 层 间 温 度, 中 间 热 处 理 和 焊 后 热 处 理.减 少 软 化: 选 择 能 量 集 中 的 方 法, 线 能 量 要 小.选 择 同 种 材 料: 要 回 火,有 时 选 择 异 种 钢,CrNi 或Ni 基. 39 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 珠 光 体 耐 热 钢,Cr2Mo1CrMo 钢: 具 有 很 好 的 抗 氧 化 性 和 热 强 性 。焊 接 主 要 问 题 :HAZ 的 硬 化 、 冷 裂 纹 、 软 化 、 再 热 裂 纹 及 回 火 脆 化 等 。焊 接 : 要 预 热 和 热 处 理 , 防 止 冷 裂 和 消 除 硬 化 。 线 能 量 要 适 度 。焊 材 : 相 同 成 分 , 保 证 热 强 性 , 但 含 碳 量 可 略 低 。40 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 马 氏 体 不 锈 钢 1C13, 2Cr13, C r12 系 列 不 锈 钢.马 氏 体 不 锈 钢 。焊 接 主 要 问 题 : 冷 裂 纹 和 脆 化 等 。越 厚 、 拘 束 度 越 大 、 含 碳 量 大 、 导 热 差 , 残 余 应 力 大 ,H 的 作 用 , 影 响 冷 裂 。焊 接 : 要 预 热 和 热 处 理 , 后 热 , 防 止 冷 裂 和 延 迟 冷 裂 。 一 般 应 立 即PWHT 。 但 有 些 不 能 马 上 热 处 理 (F11 ) , 冷 到100-150℃ , 在 热 处 理 , 否 则 容 易 出 现 碳 化 物 沿 奥 氏 体 晶 界 沉 积, 奥 氏 体 向 珠 光 体 转 变, 脆.焊 材 : 相 同 成 分 保 证 使 用 性 能 , 或 异 种 钢 。41 8. 材 料 类 型 及 焊 接 材 料 的 选 择 ? 奥 氏 体 不 锈 钢 的 焊 接.代 表304.焊 接 主 要 问 题 : 刀 状 腐 蚀 和 应 力 腐 蚀 开 裂 等 。产 生 原 因: Cr 是 耐 腐 蚀 的 重 要 元 素. 在A 不 锈 钢 中, 对C 的 溶 解 只 有 一 部 分, 剩 余 处 于 过 饱 和 状 态, 再 次 加热 后(450-850℃), 向 晶 界 扩 散, 与Cr 形 成Cr23C6. 由 于 晶 粒 内 部Cr 扩 散 慢, 结 果 在 晶 粒 表 面 形 成 贫 铬 带. 在 腐 蚀 介 质 作 用 下, 缺 铬 部 位 将 产 生 明 显 腐 蚀.Ti,Nb, 可 优 先 与C 结 合, 不 会 贫 铬.450-850 ℃, 敏 化 处 理; 850-900 ℃, 稳 定 化 处 理.焊 缝 区 腐 蚀: 控 制 焊 缝 成 分, 降 低 含C 量, 添 加Ti Nb. 刀 状 腐 蚀: Cr 扩 散 速 度 比Ti 快, 的 碳 化 物M23C6. 选 用 低 碳 高Ti,Nb 焊 材, 减 少 过 热.应 力 腐 蚀: 导 热 性 差 和 线 胀 系 数 大, 残 留 较 大 的 焊 接 应 力.热 裂 纹: 凝 固 裂 纹: 导 热 性 差 和 线 胀 系 数 大 应 力 大, 柱 壮 晶 有 利 有 害 杂 质 的 偏 析 形 成.近 缝 区 液 化 裂 纹: 晶 间 偏 析. 形 成 低 熔 点 共 晶 液 膜 所 造 成.
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