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焊接技术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。焊接概述焊接优点:(1)节省材料,减轻质量,生产成本低;(2)简化复杂零件和大型零件的加工工艺,缩短加工周期;(3)适应性好;可实现特殊结构的生产及不同材料间的连接成型;(4)整体性好,具有良好的气密性、水密性;(5)降低劳动强度,改善劳动条件。不足:①结构无可拆性。②焊接时局部加热,焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化,产生焊接残余应力和焊接变形。③焊接缺陷的隐蔽性,易导致焊接结构的意外破坏。焊接特点承压类特种设备常用焊接方法焊接接头焊接缺陷焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接(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力焊。(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。1.焊接分类焊接分类按焊缝的空间位置不同可分为:1、平焊:水平面的焊接。2、立焊:垂直平面,垂直方向上的焊接。3、横焊:垂直平面,水平方向上的焊接。4、仰焊:倒悬平面,水平方向上的焊接。Ⅰ.平焊:手工平焊影像明显可见的均匀分布的焊条运行波纹,成形较规正,其波纹图形如同水的波纹一样。Ⅱ.立焊:手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹,有时呈三角沟槽,成形较规正。Ⅲ.横焊:手工横焊影像明显可见焊道与焊道之间的沟槽,横焊时,焊条不上下摆动,故无运条的波纹。Ⅳ.仰焊:手工仰焊,由于焊条摆动方式与平、立、横均不相同,其影像无平、立、横的运条波纹,如同许多个圆饼形纹组成的焊缝影像,黑度不均匀,若其背面为平焊缝,则还可见不太明显的平焊波纹。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。一、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。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。手工电弧焊优点: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、在有风的环境中焊接时,埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法缺点:1、设备昂贵,工艺复杂,主要适用于水平位置、长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。2、不适合焊接薄板3、难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金4、不能直接观察电弧和坡口的对中,容易焊偏二、埋弧自动焊的特点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特点钨极不熔化适用于焊接厚度为6mm以下的薄板或打底焊一般不采用直流反接焊接铝、镁及其合金时,则采用交流电源或直流反接熔深浅,生产率低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。气体保护电弧焊熔化极氩弧焊(MIG)特点几乎可焊接所有金属,尤其适合铝、铜及其合金以及不锈钢等材料焊接时几乎没有氧化烧损,只有少量的蒸发损失,冶金过程比较简单劳动生产率高MIG焊可直流反接,焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用成本比TIG焊低有可能取代TIG焊MIG焊焊接铝及铝合金时,可以采取亚射流熔滴过渡方式提高接头质量对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感,容易产生气孔承压类特种设备常用焊接方法焊接接头焊接缺陷焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接焊接接头一、焊接接头形式焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定,通常分为对接接头、搭接接头、角接接头及T字接头等。这四种接头形式中,对接接头节省材料,容易保证质量,应力分布均匀,应用最为广泛,但焊前准备及装配质量要求较高;搭接接头两焊件不在同一平面上,浪费金属且受力时将产生附加应力,适于薄板焊件焊件;角接接头在构成直角连接时采用,一般只起连接作用而不承受工作载荷;T形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式。在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头,主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择;另外还应考虑坡口加工难易程度,焊接方法的种类等其它因素的要求。1.对接接头将两金属件放置于同一平面(或曲面内),使其边缘相对,沿边缘直线(或曲线)进行焊接的接头叫对接接头。对接接头是最常见,最合理接头形式。承压类特种设备多采用对接接头。I形,一般用于薄板V形,加工方便,耗焊材,角变形大,单面施焊X形,加工复杂,双面施焊,角变形小,焊材损耗少U形,加工复杂,焊材损耗少,角变形较大双U形,加工复杂,焊材损耗少,角变形小用焊条电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时,一般可用I型坡口直接焊接,但当焊接厚度大于3mm的构件时,需开坡口;板厚在6mm-26mm时,常开单面坡口;板厚在12mm-60mm时,常开双面坡口。单面坡口的可焊性较好,但焊条消耗量大,且焊后易产生角变形;双面坡口受热均匀,变形较小,焊条消耗量也小,但必须两面施焊,有时受构件结构限制,不易实施。埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同,但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大,所以在板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊,板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊,焊更厚构件时需开坡口。焊接接头两块板料相叠,而在端部或侧面角焊的接头称搭接接头。搭接接头不需开坡口,装配要求较松,受力情况复杂,接头应力集中严重,承压类特种设备一般不允许用搭接结构。2.搭接接头3.角接接头及T字接头两构件成直角或一定角度,而在其连接边缘焊接的接头称角接接头。两构件成T字形焊接在一起的接头,叫T字接头。角接接头和T字接头,常用于特种设备接管、法兰、夹套、管板、管子和凸缘等焊接。二.焊接接头的组成熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属,并向工件金属传导热量,必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊缝区——在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区——熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区---受焊接热循环的影响,焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。一般,低碳钢焊件的热影响区较窄,危害性较小,焊后可直接使用;对于碳素钢和低合金钢焊件,焊后可进行正火处理,细化晶粒,改善机械性能;对于无法进行热处理的焊件,则需正确选择焊接方法和工艺条件,来减小热影响区的范围。焊接接头承压类特种设备常用焊接方法焊接接头焊接缺陷焊接应力与变形承压类特种设备常用钢材的焊接焊接过程的特点焊接与炼钢相似,是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢的时间短得多,有它自己的一些特点。一、温度高以手工电弧焊为例,其电弧温度高达6000~8000℃,使焊件与电焊条之间发生强烈熔化和蒸发(熔滴的平均温度达1800~2400℃),外界的气体(如:N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池,其数量比炼钢要大很多倍,那么凝固后的金属,有可能产生气孔,使机械性能下降。二、温差大焊接是局部加热,从冷态开始至加热熔化,熔池的温度可达1700℃以上,其周围又是冷态金属,两者温度差巨大,从而使构件产生较大的内应力和变形,严重者可能产生裂纹,以至断裂。三、熔池小,冷却快由于熔池休积小,手工电弧焊只有8~l0mm3,自动焊大一些,也不过9—30mm3,焊缝金属从熔化到凝固只有几秒钟,平均冷却速度约在4~100℃/秒,比铸锭冷却速高1000倍,在这样短的时间内,冶金反应是不平衡,也就是说是不完善的。因而,焊缝金属的成份分布不均匀,偏析较大。四、组织差别大焊接时,温度高,液体金属蒸发,化学元素的烧损,有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互扩散,近缝区段所处的温度又不同,冷却后焊接接头的显微组织差别极大,明显的影响焊接接头性能。焊接过程的特点焊接缺陷的危害性正是由于焊接过程的上述特点,导致该区域焊接缺陷的产生。焊接缺陷对锅炉压力容器安全运行的危害是巨大的,主要表现在以下三个方面:1)由于缺陷的存在,减少了焊缝的承载截面积,削弱了拉伸强度。2)由于缺陷形成缺口,缺口尖端会发生应力集中和脆化现像,容易产生裂绞并扩展。3)缺陷可能穿透筒壁,发生泄漏,影响致密性。焊接缺陷的分类焊接缺陷从宏观上看,可分为:裂纹未熔合未焊透夹渣气孔形状缺陷(又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷,如咬边,焊瘤等。)1.裂纹(焊接裂纹):在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙,称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种,焊接结构的破坏大部分是由于裂纹造成。裂纹是一种面积型缺陷,具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷,具有二维尺寸(第三维尺寸极小)的缺陷称为面积型缺陷,它的出现将显著减少承载截面积,更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口,应力高度集中,很容易扩展导致破坏。焊接缺陷的分类冷裂纹:焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度,即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹(即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹---因为氢是最活跃的诱发因素,而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间)。冷裂纹主要产生在热影响区和焊缝的根部,基本上与焊缝轴线垂直。冷裂纹产生原因:焊接接头存在淬硬组织,性能脆化;扩散氢含量较高,使接头性能脆化,并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子,造成非常大的局部压力;存在较大的焊接拉应力。冷裂纹的预防措施:用碱性焊条,减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性;减少氢来源,焊材要烘干,接头要清洁(无油、锈、水);避免产生淬硬组织,焊前预热、焊后缓冷;降低焊接应力,采用合理的工艺规范,焊后热处理等;焊后立即进行消氢处理(即加热到250℃左右,保温,使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面)。热裂纹:焊接过程中,焊缝和热影响区金属冷却到固
本文标题:机电工程(焊接技术)
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