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电弧焊接工艺——与大家一起交流探讨唐山松下营业技术系2003.5.电弧焊接的主要内容•弧焊电源(焊机)•建立稳定的电弧特性•焊丝熔化及稳定的熔滴过渡•母材的熔化及熔池的建立•形成焊缝及焊接接头•焊缝及热影响区的组织与性能的变化•符合各项技术标准的焊接结构电弧物理特性(简要一)•电弧的三个区域弧柱区阴极区阳极区•弧柱区总的电流=电子流+离子流电子流99·9%离子流0·1%温度高:5000~50000°K•阴极区给弧柱提供电子流,接受从弧柱来的离子流。•阳极区的导电机构与阴极区相反。电弧物理特性(简要二)•电弧的稳定燃烧过程事实上是带电粒子产生、运动和消失的平衡过程。产生(电离、电子发射)运动(极区压降加速、电场加速)消失(扩散、复合)•阴极斑点自动跳向温度高,逸出功低的氧化膜处(铝的TIG、MIG电弧焊接工艺)。•直流正接、反接的意义电弧物理特性(简要三)电弧偏吹现象(直流磁偏吹、药皮偏心、其他干扰)电弧自身磁场的作用(电磁力、等离子流力、斑点压力)•交流电弧的正确使用焊丝的熔化及熔滴过渡•焊丝熔化热源•电弧热•电阻热•焊丝熔化特性熔化速度Vm与电流I之间的关系•影响熔化特性的因素•焊丝成分•焊丝直径•干伸长度•极性•熔滴过渡的形态(颗粒射流)•保护气体介质(MAGCO2)熔滴过渡的几种形式:•短路过渡焊丝与熔池的短路频率20~200次/S短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。•颗粒过渡•大滴过渡•较大飞溅,难于生产应用.•喷射过渡•射滴过渡•射流过渡(无飞溅焊接)熔滴喷射过渡的必要条件•纯氩或富氩混合气体保护焊(MIG或MAG焊接)(CO2焊接无法实现喷射过渡)•焊接电流超过喷射过渡的临界电流(如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I280A)•低于临界电流时采用脉冲熔化极电源各种焊丝大滴-喷射过渡转变的临界电流值焊丝种类焊丝直径/mm保护气体临界电流最小值/A低碳钢0.898%Ar+2%O2150低碳钢1.298%Ar+2%O2220低碳钢1.280%Ar+20%CO2320不锈钢0.999%Ar+1%O2170不锈钢1.2::225铝1.2Ar135脱氧铜1.2Ar210硅青铜0.9Ar165钛1.6Ar225熔化极脉冲电弧焊的工艺特点•把间断的.高幅值(大于临界电流)的脉冲电流叠加在低值的稳定电流上,平均电流便可大为降低,但却能在脉冲期产生金属喷射过渡。•必须用富氩(或纯氩)气体。•采用专用电源(如松下AG1脉冲MIG/MAG焊机)。•能够用较大直径的焊丝在各种位置上焊接薄板和厚板。(如焊接钢不绣钢铝铜等材料时采用ø1.2焊丝,使用80~100A焊接电流也能获得喷射过渡)母材熔化与焊缝成形•焊缝熔池的特点体积小温差大冷速快温度高过热状态(钢熔池平均温度:1770±100°C)在运动下结晶(熔池中的气泡、杂质在运动中上浮)•熔池的形状熔深熔宽余高焊接化学冶金反应的特点及作用•分阶段连续进行•药皮反应区熔滴反应区熔池反应区气渣气+渣联合保护脱氧脱氢脱氮脱硫磷渗合金•与焊接方法及焊接规范有密切的关系焊接接头的三个组成部分•焊缝区柱状组织晶粒粗大组织偏析•熔合区与母材联生结晶•热影响区(非淬火钢)1、过热区(粗晶区)2、正火区(细晶区、也称“完全重结晶区”)3、部分相变区(不完全重结晶区)4、再结晶区GMAW---熔化极气体保护焊•CO2(99.98%CO2)•MAG(75~95%Ar+25~5%CO2)标准(80%Ar+20%CO2)•MIG(99.99%Ar)»(98.00%Ar+2.00%O2)»(95.00%Ar+5.00%CO2)GTAW---非熔化极惰性气体保护焊•TIG---(钨极氩弧焊)»自熔焊»手工填丝、自动填丝、热填丝»A---TIG(予涂熔剂增加熔深)»TIG点焊•PAW(等离子弧焊)其它弧焊方法:•FCAW----药芯焊丝自保护焊•SAW----埋弧自动焊•SMAW----焊条电弧焊•EGW----气电立焊•电渣焊制定焊接工艺的三原则:依据母材焊接性和工艺可行性■正确的选择焊接方法■正确的选择焊接材料■正确的制定焊接工艺规范焊接材料:•焊丝•实芯•药芯•药芯自保护•保护气体(CO2ArHeN2O2)•电焊条(酸性.碱性.纤维素)•钨极(纯钨钍钨铈钨镧钨锆钨)•焊剂(熔炼焊剂烧结焊剂)•衬垫(陶瓷衬垫焊剂衬垫衬环)焊接材料选用原则:•考虑原则:焊接性、工艺性、经济性、•注意因素:1母材的化学活性2不应追求焊缝成分与母材成分相同3焊缝成分不等于焊接材料成分4正确遵循技术标准.5等强性、等韧性、熔合比、保护气体对焊缝性能的影响σs/MPaσb/MPaδ/%AKV/JCO2558697.52955.4Ar542.571329135Ar+15%CO2+5O2511.56822586.4气体保护焊实芯焊丝焊丝型号CMnSiYGW11(日)≤0.151.4~1.90.55~1.0YGW15(日)≤0.151.0~1.60.4~1.0ER49-1≤0.111.8~2.10.65~0.95ER50-30.06~0.150.9~1.40.45~0.75ER50-60.06~0.151.4~1.850.8~1.15ISO(国际标准)1.0~1.31.3~1.61.6~1.90.4~0.70.7~1.00.9~1.2保护气体与焊丝组合对焊缝韧性的影响气体组成(AKV/J)韧性焊丝对CO2焊接接头的影响CO2焊接接头韧性值偏低,是由于选用焊丝中Mn/Si比值较高带来的影响纯CO2气保焊选用ER50-6焊丝,熔敷金属〔Mn〕≈1.0%,〔Si〕≈0.4%,强韧比性能良好混合气保焊(MAG)选用ER50-3,〔Mn〕偏低的焊丝☆两者不能相互替代焊缝金属≠熔敷金属≠焊丝成分分析对象CMnSiNiMoVNSP母材0.151.540.510.530.030.0170.0150.019焊丝0.061.500.502.000.430.0140.007熔敷金属0.061.020.281.500.380.0080.003焊缝金属0.091.310.441.110.490.030.0170.0150.016CO2焊缝表面生成的熔渣焊丝焊缝成分表面熔渣成分焊缝氧化物夹杂物CMnSiMnOSiO2FeO10MnSi0.130.820.4738.748.210.60.01408Mn2Si0.140.850.3147.641.98.50.009国外气体保护种类与焊丝组合的工艺特点钢种焊丝类型欧美日本结构钢实芯富氩混合气体,如:Ar+20CO2CO2药芯富氩混合气体,如:Ar+20CO2CO2不锈钢实芯Ar+1~3O2Ar+He+(O2)Ar+2O2药芯Ar+20CO2CO2保护气体种类和气流量的影响•电弧特性•熔滴过渡形式•熔深与焊道形状•焊接速度•咬边倾向•焊缝金属的力学性能喷射及短路过渡混合气体种类•射流及脉冲射滴过渡1、98%Ar+2%O2(最小的咬边和良好的韧性)2、Ar+(3~5)%O2(电弧稳定和焊道成形好及咬边小)3、Ar+(10~20)%O2(成形良好、可高速焊接)4、80%Ar+15%CO2+5%O2(成形良好、熔深较大)(低碳钢、低合金高强钢)•短路过渡•不锈钢:Ar+5%CO2+2%O2•低合金钢:Ar+25%CO2•低碳钢:Ar+20%CO2Ar+25%CO280%CO2+20%O2焊接工艺三原则:•优质的焊接接头质量•焊缝无超标缺陷•各项性能符合技术标准•高效的焊接效率•最大限度降低焊接成本CO2焊的质量CO2焊缝热影响区小,焊接变形小CO2焊缝成形好,表面及内部缺陷少,探伤合格率高于焊条电弧焊球罐全位置药芯焊丝CO2焊,合格率99.04%CO2焊的高效率熔化速度和熔化系数高,比焊条大1~3倍坡口截面比焊条减小50%,熔敷金属量减少1/2辅助时间是焊条电弧焊的50%三项合计:CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02~3.88倍CO2焊的低成本焊缝截面积减少36~54%,节省填充金属量降低耗电量65.4%设备台班费较焊条电弧焊降低67~80%,可降低成本20~40%减少人工费、工时费,降低成本10~16%节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低39.6~78.7%,平均降低59%CO2焊的优点众多优秀的焊接品质溶深大溶着速度快电弧时间率高适用范围广提高贵公司产品的品质、可靠性节约焊接材料、降低成本减少材料浪费、降低成本缩短交货期、信誉度增加降低人工费降低成本削减焊接材料库存.减少资金占用溶着效率高CO2焊是优质、高效、低成本的焊接方法。CO2焊的缺点可通过提高技术水平和改进焊接设备加以解决。焊接质量保证五环节:•人---高超的焊工技能•机---高品质的焊机性能•料---高质量的焊接材料•法---严格的工艺规范.技术标准。•环---良好的焊接环境焊接工艺评定:•验证焊接工艺的正确性,合理性。•为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺,并对焊接施工工艺进行确定与指导。•焊接工艺评定方法:•抗裂性试验•工艺评定任务委托技术书(材质,工艺,数量,周期)•模拟试件焊接•试件物理.化学性能试验•工艺评定报告(PQR)•焊接工艺规范(WPS)•焊接工艺指导书[介绍焊接工艺卡(一)(二)]其它重要焊接工艺内容:•母材组织与性能•焊前工件予热•控制层间温度•控制焊接线能量[Q=Ⅰ×U/V(J/CM)]•后热处理---消氢处理•焊后热处理(改善组织、消除应力)•焊接检验(外观检验、无损检测)其它工艺要素:•母材规格(板厚S、管Φ×S)•坡口形式(IVYXUXK等)•接头类别:板状、管状、管板状、•接头形式:对接、角接、T字接、搭接、•焊接位置:平焊、立焊、横焊、仰焊、»垂直固定水平固定焊接工艺规范参数:•焊接层次•焊材直径(焊条焊丝钨极)•电流种类极性•干伸长度•保护气体成分和流量•喷嘴直径•钨极伸出长度•焊枪倾角(行走角工作角)•清根要求•清洁宽度•焊接电流•电弧电压•焊接速度•送丝速度•脉冲电流•基本电流•脉冲频率•脉冲宽度•起弧电流收弧电流•上升时间下降时间•点焊时间GMAW法的焊接工艺参数:•影响GMAW法焊缝熔深,焊道几何形状和焊接质量的工艺参数:1.焊接电流(送丝速度)2.电弧电压(弧长)3.焊接速度4.焊丝伸出长度5.极性6.焊丝倾角7.焊接接头位置8.焊丝直径9.保护气体成分和流量各种金属材料的焊接工艺要点(仅供参考)黑色金属与有色金属的区分•黑色金属碳钢合金结构钢耐热钢不锈钢铸铁等•有色金属铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金镍及镍合金镁及镁合金等碳钢.低合金钢的焊接:•低碳钢(C≤0.30%)(0.15~0.30%称“软钢”)•中碳钢(0.30~0.60%)•高碳钢(C≥0.60%)•低碳低合金调质钢•中碳调质钢•低合金高强度钢•低合金低温用钢•低合金耐热钢•耐候钢及耐海水腐蚀用钢•低合金镀层钢(镀锌、镀锡、镀铅、渗铝钢等)碳钢.低合金钢的焊接性:•随含碳量和合金元素的增加,产生冷裂纹的敏感性增加。•低熔点的硫.磷化合物容易产生热裂纹。•氢.氧.氮有害气体增加气孔等缺陷。•再热裂纹•层状撕裂产生冷裂纹的三要素:•焊接接头中产生淬硬的马氏体组织•焊接接头中扩散氢〔H〕D含量高•焊接接头中有较高的残余应力冷裂纹评定方法:•碳当量估算法•斜Y抗裂性试验法等•冷裂纹敏感指数估算法(PC)低合金钢焊接防止冷裂纹的工艺措施•建立低氢的焊接环境•制定合理的焊接工艺和焊接顺序焊接方法的选择焊接热输入量的选定焊接顺序的制定•焊前进行预热和控制层间温度•焊后作低温后热处理•焊后立即进行消氢处理CO2/MAG焊接工艺实例•厚度1.0~4.0薄板的对接角接搭接•4.0~16.0中板的开坡口对接角接•16.0~50.0厚板的坡口对接角接•直径Φ≥159×4管道的焊接•锅炉膜式壁的专机自动焊工艺•锅炉集箱三通的药芯焊丝CO2焊•集装箱高速焊接(1.0—1.6M/min)立焊、全位置焊操作技术咬边正月牙形锯齿形反月牙形三种运枪轨迹图及焊缝成形截面图示TIG焊接工艺实例•厚度0.25~2.0薄板的自
本文标题:电弧焊接工艺详细讲解
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