3焊接技术

1H412030焊接技术本目重点是：焊接材料与设备选用原则；焊接方法与工艺评定；焊接应力与焊接变形及其控制；焊接质量检验方法。1H412031焊接材料与设备选用原则本条主要知识点是：焊条的分类与选用原则；常用的焊接设备选用原则。一、焊接材料的分类与选用原则（一）焊条1．焊条的分类（见p53）(1)按药皮成分类：低氢钾型、石墨型、钛铁矿型、盐基型等十大类。(2)按焊渣性质可分为：酸性焊条、碱性焊条两大类。(3)按焊条用途可分为：结构钢焊条、钼及钼合金焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条等十大类。(4)按特殊性能分为：超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、底层焊条、铁粉高效焊条、抗潮焊条、水下焊焊条、重力焊焊条、仰焊焊条等。2．焊条的选用原则(1)考虑焊缝金属的力学性能和化学成分：对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元索的含量偏高时，焊缝中易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。(2)考虑焊接构件的使用性能和工作条件：（掌握低氢型焊条的使用环境、性能要求）对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的塑性和韧性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。(3)考虑焊接结构特点及受力条件：对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，在焊接过程中，冷却速度快，收缩应力大，易产生裂纹，应选用抗裂性好、韧性好、塑性高、氢裂纹倾向低的焊条。如低氢型焊条、超低氢型焊条和高韧性焊条等。(4)考虑施焊条件：（掌握酸性焊条的使用环境与性能要求）当焊件的焊接部位不能翻转时，应选用适用于全位置焊接的焊条。对受力不大、焊接部位难以清理的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。没有直流焊机时，必须选用可交、直流两用的焊条。在狭小或通风条件差的场合，在满足使用性能要求的条件下，应选用酸性焊条或低尘焊条。(5)考虑生产效率和经济性：在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时，应尽量选用酸性焊条。对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量选用高效率焊条，如铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等。这不仅有利于生产率的提高，而且也有利于焊接质量的稳定和提高。（二）焊丝1．实心焊丝：分钨极惰性气体保护焊和熔化极惰性气体保护焊。保护气体主要采用氩气。选择实心焊丝的成分主要考虑焊缝金属应与母材力学性能或物理性能的良好匹配，如耐磨性、耐蚀性；焊缝应是致密的和无缺陷的。2．药芯焊丝：药芯焊丝又分为有缝和无缝药芯焊丝。无缝药芯焊丝的成品丝可进行镀铜处理，焊丝保管过程中的防潮性能以及焊接过程中的导电性均优于有缝药芯焊丝。(5)按填充材料可分为造渣型药芯焊丝（氧化钛型、钛钙型、氟钙型）和金属粉芯药芯焊丝。3．药芯焊丝与手工焊条和钨极惰性气体保护焊丝的比较。(1)优势：1)把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接接头的数目，提高了焊缝质量，也提高了生产效率，节约了能源；2)对各种钢材的焊接适应性强，通过调整焊剂（针对特定的药芯焊丝）的成分和比例，可极为方便和容易地提供所要求的焊缝化学成分；3)工艺性能好，焊缝成形美观。采用气渣联合保护，获得良好成形。加入稳弧剂使电弧稳定，熔滴过渡均匀；4)熔敷速度快，生产效率高。在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%～90%，生产率比焊条电弧焊高约3～5倍；5)可用较大焊接电流进行全位置焊接。(2)缺点：1)焊丝制造过程复杂。2)焊接时，送丝较实心焊丝困难。3)焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对药芯焊丝保存和管理的要求更为严格。（三）保护气体1．惰性气体：主要有氩气和氦气及其混合气体，用以焊接有色金属、不锈钢和质量要求高的低碳钢和低合金钢。3．C02气体：是唯一适合于焊接的单一活性气体，C02气体保护焊具有焊速高、熔深大、成本低和全空间位置焊接，广泛应用于碳钢和低合金钢的焊接。（四）焊剂1．焊剂的分类(1)按制造方法可分为熔炼焊剂、烧结焊剂、粘结焊剂三大类。1)熔炼焊剂。主要优点是化学成分均匀，可以获得性能均匀的焊缝。由于焊剂在制作过程中高温熔炼过程合金元素被氧化，所以焊剂中不能添加铁合金，因此不能依靠焊剂向焊缝大量添加合金元素。熔炼焊剂是目前生产中使用最为广泛的一种焊剂。2)烧结焊剂。3)粘接焊剂。目前这两种焊剂在国外已经广泛用于焊接碳钢，高强度钢和高合金钢，但国内生产中应用还不够广泛，具有较高的发展前景。2．焊剂的作用：焊剂在焊接电弧的高温区内熔化反应生成熔渣和气体，对熔化金属起保护和冶金作用。3．焊剂使用的注意事项：(1)焊剂应放在干燥的库房内。库房内应装有去湿机，控制室内湿度，防止焊剂受潮，影响焊接质量。(2)焊剂使用前应按说明书所规定的参数进行烘焙，通常在250～300℃：烘焙2h。(3)为防止产生气孔，焊前接缝处及其附近20mm的焊件表面应清除铁锈、油污、水分等杂质。(4)回收的焊剂，应过筛清除渣壳、碎粉及其他杂物，与新焊剂按比例（如1：3）混合均匀后使用。(5)埋弧焊的焊剂必须与所焊钢种和焊丝相匹配，保证焊接质量和焊缝性能。电渣焊的焊剂应具有适当的导电率；适当的黏度；较高的蒸发温度；良好的脱渣性、抗裂性和抗气孔的能力。二、常用的焊接设备及选用原则（一）焊接电源（了解见p55）（二）焊机1．焊机的分类焊机根据焊接自动化程度可分为手工焊机和自动焊机。(1)手工焊机。主要有C02气保焊机，氩弧焊机，混合气体保护焊机等类型，其中氩弧焊机对工人的操作技能要求较高。(2)自动焊机。包括焊接机器手，环纵缝自动焊机，变位机，焊接中心，龙门焊机等。2．常用的焊机(1)埋弧焊机特性1)埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类。生产效率高、焊接质量好、劳动条件好。2)埋弧焊是依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，主要适用于平位置（俯位）焊接。3)埋弧焊剂的成分主要是MnO、Si02等金属及非金属氧化物，难以焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。4)适用于长缝的焊接。5)不适合焊接薄板。(2)钨极氩弧焊机特性1)氩气能充分而有效地保护金属熔池不被氧化，焊缝致密，机械性能好。2)明弧焊，观察方便，操作容易。3)穿透性好，内外无熔渣，无飞溅，成形美观，适用于有清洁要求的焊件。4)电弧热集中，热影响区小，焊件变形小。5)容易实现机械化和自动化。(3)熔化极气体保护焊机特性1)C02气体保护焊生产效率高、成本低、焊接应力变形小、焊接质量高、操作简便。但飞溅较大、弧光辐射强、很难用交流电源焊接、设备复杂。有风不能施焊（环境风速达到或超过2m／s，在没有采取防风措施的情况下，不能施焊），不能焊接易氧化的有色金属。2)熔化极氩弧焊的焊丝既作为电极又作为填充金属，焊接电流密度可以提高，热量利用率高，熔深和焊速大大增加，生产率比手工钨极氩弧焊提高3～5倍，最适合焊接铝、镁、铜及其合金、不锈钢和稀有金属中厚板的焊接。(4)等离子弧焊机特性具有温度高、能量集中、较大冲击力、比一般电弧稳定、各项有关参数调节范围广的特点。（三）焊接设备选用原则1．选用原则(1)安全性必须通过国家对低压电器的强制性“CCC”认证。(2)经济性价格服从于技术特性和质量，其次考虑设备的可靠性、使用寿命和可维修性。(3)先进性提高生产率、改善焊接质量、降低生产成本。(4)适用性充分发挥应有的效能。2．淘汰落后设备根据《住房及城乡建设部公告》第659号（2008年4月30日公布），立即淘汰落后设备清单中，焊接设备有：直流弧焊机；电动机驱动旋转直流弧焊机全系列；交流弧焊机BX1-135；BX2-500;直流弧焊机电动发电机AX1-500；AP-1000；箱式电阻炉SX系列。1H412032焊接方法与工艺评定焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊件焊接工艺的正确性而进行的试验过程及结果评价，是在具体条件下解决初步拟定的焊接工艺是否可行的问题，是焊接质量保证的有效措施。本条主要知识点是：常用焊接方法；焊接工艺评定。一、常用的焊接方法（一）电弧焊以电极与工件之间燃烧的电弧作为热源，是目前应用最广泛的焊接方法。1．焊条电弧焊2．埋弧焊埋弧焊可以采用较大焊接电流，其最大优点是焊接速度高，焊缝质量好，特别适合于焊接大型工件的直缝和环缝。3．钨极气体保护焊(1)属于不（非）熔化极气体保护电弧焊，是连接薄板金属和打底焊的一种极好方法。(2)属于不（非）熔化极电弧焊，它是利用电极和工件之间的压缩电弧（转移电弧）实现焊接，电极常用钨极，产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中两者的混合气，焊接可添加或不添加金属。等离子电弧挺直，能量密度大，电弧穿透能力强。焊接时产生的小孔效应，对一定厚度内的金属可不开坡口对接，生产效率高，焊缝质量好。4．熔化极气体保护电弧焊熔化极气保焊的保护气体有氩气、氮气、C02或这些气体的混合气体。以氩气、氮气为保护气体的称熔化极惰性气体保护焊，以惰性气体和氧化性气体(02、C02)的混合气体或C02或02+C02的混合气体作为保护气时，称为熔化极活性气体保护焊。熔化极气体保护焊的优点是可以方便地进行各种位置焊接，焊接速度快、熔敷率较高。5．药芯焊丝电弧焊焊接时外加气体主要是C02，药粉受热分解熔化，起到造气、造渣、保护熔池、渗合金及稳弧作用。若不另加保护气体时，叫自保护药芯焊丝电弧焊。（四）螺柱焊将螺柱一端与板件（或管件）表面接触通电引弧，待接触面熔化后，在螺柱上加一定压力完成焊接的方法。LNG罐顶部防潮层钢板外侧需焊接大量的混凝土挂钉。采用螺柱焊的方法可提高功效十几倍。二、焊接工艺评定（一）焊接工艺评定及其作用1．焊接工艺评定：在产品正式焊接以前，对初步拟定的焊接工艺细则卡或其他规程中的焊接工艺进行的验证性试验。即按准备采用的焊接工艺，在接近实际生产条件下，制成材料、工艺参数等均与产品相同的模拟焊接试板，并按产品的技术条件对试板进行检验。2．若全部有关指标符合技术要求，则证明初步拟定的焊接工艺是可行的，此时即可根据焊接工艺评定报告编制正式的焊接工艺细则卡，用以指导实际产品的焊接。3．若检验项目指标中有一项不合格，则表明该焊接工艺不能用于生产，需作相应修改或重新拟定后，再做焊接工艺评定试验。4．焊接工艺评定作用：用于验证和评定焊接工艺方案的正确性，其评定报告不直接指导生产，是焊接工艺细则（卡）的支持文件，同一焊接工艺评定报告可作为几份焊接工艺卡的依据。（三）焊接工艺评定的步骤1．编制焊接工艺评定委托书。2．拟定焊接方式，需要考虑的因素主要包括：(1)母材的物理特性，例如现在LNG罐普遍采用的9%Ni钢（也有称为Ni9钢，化学式为06Ni9DR，属低温容器钢）由于其磁化特性，在用普通的逆变焊机施焊时，会出现磁偏吹现象。所以根据9%Ni母材的这一物理特性，宜选用具有消磁特性的焊机进行施焊。无定形树脂如ABS/PC、PVC、PMMA及PES;半结晶树脂如HDPE、PA、PP、TPO的焊接宜采用振动焊。(2)母材的化学特性，例如钛及钛合金的化学活性大，易被氧、氮等污染，所以不能采用手弧焊、二氧化碳气保焊等焊接方法。目前常用的是氩弧焊、埋弧焊和真空电子束焊。铝、镁合金和合金钢焊接多采用钨极和熔化极惰性气体保护焊。(3)焊缝的受力状况，例如板材的搭接焊缝一般作为密封焊，其焊缝抗折弯性能较差，储罐底板的焊接多采用这种形式，这类焊接多采用手工电弧焊和二氧化碳气体保护焊。(4)待焊部件的几何形状，例如大型构件或重型结构，其焊缝规则且填充量较大，宜采用埋弧自动焊。而对于薄板的点焊和焊缝，宜采用电阻焊。(5)焊接位置，例如必须采取仰焊的焊缝，则无法使用埋弧焊。3．按焊接工艺评定标准或设计文件