压力容器知识培训之焊接基本知识

焊接基本知识•焊接的本质:将分离的金属用局部加热或加压等手段,借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固连接起来,形成永久性接头•焊接材料•焊接工艺•常见压容材料的焊接第一章焊接材料•焊接材料包括：电焊条、焊丝、焊剂、保护气体、钎剂等•第一节焊条的组成及作用•焊条：涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极叫电焊条，它由焊芯和药皮两部分组成。•通常焊条引弧端有倒角，药皮被除去一部分，露出焊芯端头。有的焊条引弧端涂有黑色引弧剂，引弧更容易。不锈钢焊条夹持端端面涂有不同颜色，以便识别焊条型号。•在靠近夹持端的药皮上印有焊条牌号。•一、焊芯•焊条中被药皮包敷的金属丝叫焊芯。•1.焊芯的作用•作电极产生电弧。•焊芯熔化后成为填充金属，与熔化了的母材混合形成焊缝。•2.焊芯的分类及牌号根据GB1300-7《焊接用钢丝》标准规定，专门用于制造焊芯和焊丝的钢材，可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三类。焊条钢牌号一律用汉语拼音字母H做字首，其后紧跟钢号，表示方法与优质碳素结构钢、合金钢相同。•若钢号末尾注有高字（或用字母A表示），为高级优质焊条钢，含硫、磷量较低。若末尾注有“特”字（或用字母E表示），为特级焊条钢，含硫、磷均小于0.03%。•H1Cr19NiTi——铬镍钛不锈钢焊条钢。•二、药皮•涂敷在焊芯表面的有效成分叫药皮。它由几种或几十种成分组成。•药皮的作用如下：•1.稳弧作用焊条药皮中含有稳弧物质，可保证电弧容易引燃和燃烧稳定。•2.保护作用药皮熔化时产生气体和熔渣，可隔离空气，保护熔融金属。熔渣冷却后，在焊缝表面形成渣壳，可防止焊缝表面金属不被氧化并减慢焊缝的冷却速度，有利于熔池中气体逸出，减少产生气孔的可能性，并改善焊缝成形。•3.冶金作用药皮中加有脱氧剂和合金剂，通过熔渣与熔化金属的化学反应，可减少氧、硫、磷等有害杂质，使焊缝金属获得符合要求的力学性能。•4.渗合金药皮中加有铁合金，这些合金元素熔化后过渡到熔池中，可提高焊缝金属中合金元素的含量，从而改善焊缝金属的性能，通过渗合金甚至可获得性能与母材完全不同的焊缝金属，如在碳钢上堆焊不锈钢、高速钢等。•5.改善焊接工艺性能通过调整药皮成分，可改变药皮的熔点和凝固温度，使焊条末端形成套筒，产生定向气流，有利于熔滴向熔池过渡，可适应全位置焊接需要。第二节焊条的种类、型号及规格•一、焊条的种类及型号•根据焊条的用途可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铝及铝含金焊条、铜及铜合金焊条，铸铁焊条等，这里只介绍焊钢用的焊条。•1、碳钢焊条根据GB5177-85《碳钢焊条》标准规定，这类焊条的型号，根据熔敷金属的抗拉强度，药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。型号编制方法如下：•EX1X2X3X4••表示药皮类型及电流种类见•表示焊接位置•表示熔敷金属的最低抗拉强度单位为kgf/mm2。•表示焊条。•碳钢焊条包括E43和E50两个系列•X3-焊条使用位置•0或1表示:全位置焊(平、立、横、仰)•2表示:平焊、船形焊•4表示：向下立焊•例•E4315••表示焊条药皮低氢钠型，并•可采用直流反接焊接•表示焊条适用于全位置焊接•表示熔敷金属抗拉强度的最小•值（420MPa）•表示焊条。•2、低合金钢焊条根据GB5118-85《低合金钢焊条》规定，这类焊条根据熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分型号，具体表示方法如下•EXXXX-XX-X..X•表示熔敷金属的合金元素，用•元素符号表示•表示熔敷金属化学成分分类代号•表示药皮类型•表示焊条适用位置•表示熔敷金属抗拉强度的最小值•表示焊条•根据熔敷金属抗拉强度，低合金钢焊条分为50、55、60、70、75、85六个系列。•3、不锈钢焊条这类焊条用于焊接含铬量大于4%，含镍量小于50%的耐蚀钢或耐热钢。•根据GB983-85《不锈钢焊条》标准规定，这类焊条的型号根据熔敷金属的化学成分，力学性能、药皮类型和焊接电流种类划分。•EXX—XX—XX—X…X—XX•表示药皮类型与焊接电流•表示熔敷金属中其它合金元•素及含量•表示熔敷金属中镍的含量%•表示熔敷金属中铬的含量%•表示熔敷金属含碳量•表示焊条•注：焊条的牌号与型号编号不一样，目前我们所使用的焊条上既有牌号又有型号，不锈钢焊条大家对牌号要熟悉得多如：A102、A302、A022、A002、A132等•4、堆焊焊条这类焊条用于金属表面层的堆焊，熔敷金属在常温或高温下，具有一定程度的耐磨、耐蚀性能，使堆焊表面具有特殊性能。•二、酸性焊条与碱性焊条•尽管药皮有多种类型，但根据药皮熔化后熔渣特性，只能分成酸性焊条与碱性焊条两类。这两类焊条的工艺性能，操作注意事项和焊缝质量有较大的差异，因此必须熟悉它们的特点。•1、酸性焊条酸性焊条熔渣的主要成分是酸性氧化物（如二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁等），其它在焊接过程中容易放出含氧物质，以及药皮里的有机物，分解时产生保护气体。因此烘干温度不能超过250℃。•这类焊条氧化性较强，容易使合金元素氧化，同时电弧中的氢离子容易和氧离子结合生成氢氧根离子，可防止氢气孔，因此这类焊条对铁锈不敏感。•酸性渣不能有效地清除熔池中的硫、磷等杂质，因此焊缝金属产生偏板的可能性较大，出现热裂纹的倾向较高，焊缝金属的冲击韧度较低。•酸性焊条突出的优点是价格较低，焊接工艺性较好，容易引弧，电弧稳定，飞溅小，对弧长不敏感，对油锈不敏感，对焊前准备要求低，而且焊缝成形好，广泛用于一般结构。•这类焊条的典型牌号产品有：结422、热202等•2、碱性焊条碱性焊条熔渣的主要成分是碱性氧化物（如大理石、萤石等）和铁合金，焊接时大理石分解，产生二氧化碳气体。•这类焊条的氧化性弱，对油、水、铁锈等很敏感。如果焊前工件焊接区没有清理干净，或焊条未完全烘干，容易产生气孔。但焊缝金属中合金元素较多，硫、磷等杂质较少，因此焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较好，故这类焊条主要用于焊接重要结构。•碱性焊条突出的缺点是价格稍贵，工艺性能差，引弧困难，电弧稳定性差，飞溅较大，必须采用短弧焊，焊缝外形稍差，鱼磷纹较粗。•必须说明一点，对同一序列的焊条，无论是酸性焊条，还是碱性焊条，它们的熔敷金属的力学性能都能满足使用要求，只是酸性焊条熔敷金属的塑性和韧性稍差，因此至今还广泛地应用。•第三节焊条的选用原则•一.等强度原则•对于承受静载或一般载荷的工件或结构，通常选用抗拉强度与母材相等的焊条，这就是等强度原则。•例如焊接20，Q235等低碳钢或抗拉强度在400MPa左右的钢就可以选用E43系列焊条。而焊16Mn，16Mng等抗拉强度在500MPa范围的钢，选用E50系列焊条就行了。•有的人认为选用抗拉强度高的焊条焊接抗拉强度低的材料好，这个观念是错误的，通常抗拉强度高的钢材的塑性指标都较差，单纯追求焊缝金属的抗拉强度，降低了它的塑性，往往不一定有利。•二.等同性原则•焊接在特殊环境下工作的工件或结构，如要求耐磨、耐腐蚀、在高温或低温下具有较高的力学性能，则应选用能保证熔敷金属的性能与母材相近或相近似的焊条，这就是等同性原则。•如焊接不锈钢时，应选用不锈钢焊条；焊接耐热钢时应选用耐热钢焊条•三.等条件原则•根据工件或焊接结构的工作条件和特点选择最多。例如焊接需承受动载或冲击载荷的工件，应选用熔敷金属冲击韧度较高的低氢型碱性焊条。反之，焊一般结构时，应选用酸性焊条。•虽然选用焊条时还应考虑工地供电情况，工地设备条件，经济性及焊接效率等，但这都是比较次要的问题，应根据实际情况决定。第四节焊条的检验和保管•一.焊条的检验•为确保产品质量，新进厂的焊条应进行下列检验。•1.外观检验焊条药皮表面应细腻光滑，无气孔和机械损伤，药皮无偏心，焊芯无锈蚀现象，引弧端有倒角，引燃剂完好，夹持端牌号标志清晰。•2.药皮强度检验将焊条平举至离钢板1m处，松开手让焊条自由落下，如药皮无脱落现象，则药皮强度合格。•3.工艺性检验用待验焊条进行焊接试验，若引弧容易、电弧燃烧稳定、飞溅小、药皮熔化均匀、焊缝成形好、不产生气孔、裂纹、夹渣和咬边等缺陷，脱渣容易，则焊条的工艺性好。•4.理化检验焊接重要产品用的焊条，应焊正式工艺试验试板，除进行外观检验外，还要对试板进行X光探伤，取样做金相试验，化学分析及力学性能试验，所有项目都合格时，焊条才合格。•当焊工对使用的焊条质量发生怀疑时，可以用下述方法鉴别焊条质量。•a、将几根焊条放在手掌上滚动，若焊条互相碰撞时发出清脆的金属声，则焊条药皮干燥可用；若发出低沉的沙沙声，则焊条药皮已受潮不能用。•b、将焊条在焊接回路中短路数秒钟，若焊条表面出汗、出现颗粒状斑点，则焊条已受潮不能用。•c、焊芯上有锈痕，则焊条已受潮不能用。•d、将厚药皮焊条缓慢弯成120°角，若涂料大块脱落或药皮表面无裂纹，都是受潮焊条。干燥的焊条在缓慢弯曲时，有小的脆裂声，继续弯至120°，药皮受拉面出现小裂口。•e、焊接时药皮成块脱落，产生大量水蒸气或有爆裂现象，说明焊条已受潮。•已受潮的焊条，若药皮脱落，则应报废。若酸性焊条受潮不严重，或焊芯上有轻微锈痕，焊接时基本上能保证质量，烘干后可以再用，但不能用来焊接重要结构。若碱性焊条焊芯上有锈痕，则不能正常使用。•二.焊条的贮存、保管及烘干•按《焊条质量管理规程》规定，焊条的贮存、保管和使用前的烘干要求如下：•1.焊条必须存放在干燥、通风良好的室内仓库里。焊条贮存库内，不允许放置有害气体和腐蚀性介质，室内应保持整洁。•2.焊条应存放在架子上，架子离地面的距离应小于300mm，离墙壁距离不小于300mm，室内应放置去湿剂，严防焊条受潮。•3.焊条堆放时应按种类、牌号、批次、规格，入库时间分类堆放，每垛应有明确的标志，避免混乱。发放焊条时应遵循先进先出的原则，避免焊条存放期太长。•4.焊条在供给使用单位以后，至少在六个月之内能保证继续使用•5.特种焊条的贮存与保管制度，应比一般焊条严格。并将它们堆放在专用库房或指定区域内，受潮或包装损坏的焊条未经处理不准入库。•6.对于已受潮、药皮变色和焊芯有锈迹的焊条，须经烘干后进行质量评定。若各项性能指标都满足要求时，方可入库，否则不准入库。•7.一般焊条一次出库量不能超过两天的用量。已经出库的焊条，焊工必须保管好。•8.焊条贮存库内，应设置温度计和湿度计。低氢型焊条库内温度不低于5℃，空气相对湿度应低于60%。•9.存放期超过一年的焊条，发放前应重新做各种性能试验，符合要求时方可发放，否则不准发放。第二章焊接工艺焊接工艺包括根据产品图技术条件选择焊接方法，坡口形式、焊接材料、焊接顺序和工艺参数、焊前是否预热，焊后是否进行热处理等。本章只讨论手工电弧焊工艺参数对焊缝成形的影响，各种位置焊缝的焊接方法等。第一节坡口形式和焊接位置•一.手工电弧焊的坡口•根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部件闸工成一定几何形状；经装配后形成的沟槽称为坡口。利用机械、火焰或电弧等加工坡口的过程称为开坡口。开坡口角使电弧能深入坡口根部，保证根部焊透；便于清除熔渣获得较好的焊缝成形；还能调节焊缝金属中母材和填充金属的比例。•手工电弧焊的坡口形式应根据结构形式，工件厚度和技术要求选用，最常用的坡口形式有：I形、V形、双V形、双Y形、双U形坡口带钝边等，详见GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与》标准。•选择坡口形式时，在保证工件焊透的前提下，应考虑坡口的形状容易加工、焊接生产率高和焊后工件的变形尽可能小等因素。•在板厚相同时，双面坡口比单面坡口、U形坡口比V形坡口消耗焊条少，焊后产生的变形小，但U形坡口加工较困难，一般用于较重要的结构。•二、手工电弧焊焊接位置•熔焊时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。按焊缝在空间位置的不同（图1-4-1）可分为：•1、平焊位置焊缝倾角0°~±5°、焊缝转角0°~10°的焊接位置称为平焊位置，如图1-4-1a所示。在平焊位置的焊接称为平焊和平角焊。•2、横焊位置对接焊缝时的横焊位置为：焊缝倾角0°~5°、焊缝转角70°~90，如图1-4-1b所示。角焊缝横焊位置为：焊缝倾角0°~5°、焊缝转角30