承压类设备焊接基础知识

焊接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焊接的主要特点是：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；（5）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：（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。焊接特点和应用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。焊接概述承压类特种设备常用焊接方法焊接接头焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接1焊接定义焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子间结合的一种方法。（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。焊接定义焊接分类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）。手工电弧焊三.焊条；1.定义焊条是涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极，由药皮和焊芯两部分组成。2.焊芯：焊条中被药皮包覆的金属芯作用（1）作为焊接过程的电极，产生电弧（2）熔化作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属3.药皮：压涂在焊芯表面的涂料层作用：在焊接过程中造气，起保护作用，防止空气进入焊缝；同时具有冶金作用，如脱氧、脱硫、脱磷和渗合金等；并具有稳弧、脱渣等作用，以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝。4.焊条的分类(1)焊条按熔渣的化学性质分为两大类酸性焊条溶渣呈酸性(熔渣碱度1.5)，药皮中含大量SiO2、TiO2、FeO、MnO等酸性氧化物。优点：焊条工艺性能良好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感度不大，抗气孔能力强。缺点:焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较低，抗裂性较差。碱性焊条熔渣呈碱性(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、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。手工电弧焊四、手工电弧焊焊接工艺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数的总称。手工电弧焊时，焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊接速度、焊接层数等。其中焊接电流主要影响焊缝的熔深，电弧电压主要影响焊缝的熔化宽度。手工电弧焊埋弧焊1.定义埋弧自动焊是利用专门的机械设备自动完成手工电弧焊中的引燃电弧、送进焊条以及移动电弧等焊接动作，并使电弧在较厚焊剂下燃烧的熔化焊。2.焊接过程如下图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送丝；引弧；焊剂自动下料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃烧。埋弧自动焊接过程（焊缝剖面图）埋弧焊焊丝与焊剂焊接材料焊剂焊丝熔炼焊剂陶瓷焊剂相当于焊芯相当于药皮熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适于大量生产；陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强度低。1、焊接质量高且稳定；2、熔深大，节省焊接材料；3、无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少；4、自动化操作，生产效率高。5、设备昂贵，工艺复杂，适于长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。埋弧自动焊的特点埋弧焊埋弧焊的焊前准备板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为14～22mm时，应开Y型坡口；板厚为22～50mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为50°～60°。埋弧焊焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中埋弧焊平板对接焊一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。环焊缝焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距离e，以防止熔池金属的流淌。一般偏离距离为20~40mm，直径小于250mm的环缝一般不采用埋弧自动焊。多丝埋弧焊同时有两个以上焊丝起焊接，焊接速度高，焊缝成型好。前一电弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。埋弧焊埋弧焊的应用埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。埋弧焊三、气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。（一）氩弧焊1.定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）和熔化极氩弧焊注：氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。钨极氩弧焊以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊。气体保护电弧焊气体保护电弧焊熔化极氩弧焊以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡”进入熔池，所用电流比较大，生产率高。板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用直流反接，这对于焊铝工件正好有“阴极破碎”作用。气体保护电弧焊气体保护电弧焊氩弧焊的特点及应用可焊接各种钢材、有色金属和合金，焊接质量优良。可全位置自动焊接。焊接热影响区小，焊件不易变形电弧稳定，焊缝致密，成型美观。氩气贵，设备复杂，焊接成本高。氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接,如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。气体保护电弧焊1.定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。CO2气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。(二)CO2气体保护焊(二)CO2气体保护焊CO2气体保护焊示意图CO2焊时的飞溅CO2+Fe=FeO+CO↑FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。防止飞溅的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。采用短路过渡和细颗粒过渡。为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。