电弧焊接工艺培新教材.ppt

电弧焊接工艺介绍 与大家一起探讨 唐山松下营业技术系 2011. 1. 10 焊接连接的意义- 两个重点学科方向 新材料及其加工技术- 冶金相容性 致密接合性 使用可靠性 加工过程自动化与智能化- 机械化自动化智能化 焊接性 焊接连接特点- 连接分类 连接 非冶金结合冶金结合 焊接钎焊粘接 熔焊压焊 液相焊固相焊电弧焊非电弧焊 喷涂 喷熔 电弧焊接的主要内容 n弧焊电源（焊机） n建立稳定的电弧特性 n焊丝熔化及稳定的熔滴过渡 n母材的熔化及熔池的建立 n形成焊缝及焊接接头 n焊缝及热影响区的组织与性能的变化 n符合各项技术标准的焊接结构 电弧 ： 在两极间产生强烈而持久的气体放电现象。 母材 ： 被焊接金属。 熔滴 ： 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴。 熔池 ： 熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。 保护气体 ： 焊接中用于保护金属熔滴 以及熔池免受外界有害气体 （氢、氧、氮）侵入的气体。 保护气体 焊丝 母材 熔池 焊道 导电嘴 保护气体 溶滴 电弧 电弧物理特性（简要一） n电弧的三个区域 弧柱区 阴极区 阳极区 n弧柱区总的电流=电子流+离子流 电子流 999% 离子流01% 温度高：500050000k n阴极区给弧柱提供电子流，接受从弧柱来的离 子流。 n阳极区的导电机构与阴极区相反。 电弧物理特性（简要二） n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） n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）。 n直流正接（dcsp）、反接（dcrp）的意义 （dcen） （dcep） 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） n交流电弧的正确使用 焊丝的熔化及熔滴过渡 n焊丝熔化热源 n电弧热 n电阻热 n焊丝熔化特性 熔化速度 vm 与电流 i 之间的关系 n影响熔化特性的因素 n焊丝成分 n焊丝直径 n干伸长度 n极性 n熔滴过渡的形态 （颗粒射流 ） n保护气体介质 （magco2 ） 熔滴过渡的几种形式： n短路过渡 焊丝与熔池的短路频率20200次/s 短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。 n渣壁过渡 （药芯焊丝、焊条电弧焊、埋弧焊） n粗滴过渡（下垂滴状过渡、排斥滴状过渡） n喷射过渡 n射滴过渡 n射流过渡 n亚射流过渡（铝及铝合金mig焊） (一)短路过渡 小电电流、低电压电压 。熔滴长长 大受到空间间限制而与母材短 路，在表面张张力及小桥桥爆破 力作用下脱离焊丝焊丝 。 (二)滴状过渡 电电弧长长度较长较长 ，熔滴可 自由长长大，直至下落力大于 表面张张力时时，脱离焊丝焊丝 落入 熔池。 (三)细颗粒过渡 co2焊时焊时 ，电电流超过过一定 值值，过过渡颗颗粒变变小，飞溅飞溅 小 焊缝焊缝 成型好。 (四)射流过渡 mag焊时焊时 ，焊丝焊丝 端部液 态态金属成铅铅笔尖状，细细小熔 滴从焊丝焊丝 尖端一个接一个成 轴线轴线 状向熔池过过渡。焊焊接无 飞溅飞溅 。 熔滴过渡的形式 熔滴上的作用力 fg f fcj fc 气 电流线 等 流 离 流 一、表面张力（f） 二、重力（f） 三、电磁收缩力（fcz） 四、等离子流力 五、斑点压力 六、短路时所颈爆破力 子 fcz 熔滴就是在以上各种力的共同作用下过渡到焊缝中的 co2气体保护焊熔滴短路过渡 n焊接电流和电弧电压中蕴含下列内容 1、短路过渡频率 2、瞬时短路次数 3、燃弧短路时间 4、燃弧功率 5、爆断功率 6、电流峰值 7、电压峰值 8、上升段电流变化率 等 n综合分析反映co2焊接的引弧质量、飞溅 程度、气体流量稳定性、送丝稳定性、焊枪高 度变化、导电嘴磨损 等 0.8 1.0 1.2 1.6 50hz 100hz 150hz 短路频率 焊接电压 20v 短路频率越高，过渡过程越稳。 细颗粒过渡（co2焊）射流过渡（mag焊） 细颗粒过渡的形成机理 co2气导热系数大，同时在高温下分解吸收热 量，所以，对电弧有非常强烈地冷却收缩作用 ，因此电弧电压高，焊接电流增加时，斑点面 积、电磁力增加，在以上各种力的作用下，熔 滴由大颗粒而变细小，电弧稳定。其特点是： 熔滴颗粒以非轴线方向过渡。 熔滴喷射过渡的必要条件 n纯氩或富氩混合气体保护焊（mig或mag） （co2焊接无法实现喷射过渡） n焊接电流超过喷射过渡的临界电流 （如1.2实心焊丝mag焊时电流i 320a） n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 0.8 98%ar+2%o2 150 低碳钢 1.2 98%ar+2%o2 220 低碳钢 1.2 80%ar+20%co2 320 不锈钢 0.9 99%ar+1%o2 170 不锈钢 1.2 ： ： 225 铝 1.2 ar 135 脱氧铜 1.2 ar 210 硅青铜 0.9 ar 165 钛 1.6 ar 225 熔化极脉冲电弧焊的工艺特点 n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。 n必须用富氩（或纯氩）气体。 n采用专用电源（如松下ag2脉冲mig/mag焊机）。 n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 不锈钢 铝 铜 等材料时采用1.2焊丝 ，使用80100a焊接电流也能获得喷射过渡） 母材熔化与焊缝成形 n焊缝熔池的特点： n 体积小、 温差大 、 冷速快、 n 温度高、过热状态（钢熔池平均温度1770 100c） n 在运动下结晶、凝固及一次结晶过程极不平衡 （熔池中的 气泡、杂质在运动中上浮）。 n 焊缝成分除了焊接材料和熔化的结构材料的成分 之外，还与焊接方法和 焊接规范而确定的熔合比 有关 n熔池的形状 n熔深 熔宽 余高 焊接化学冶金反应的特点及作用 n分阶段 连续进行 n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 n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 n焊缝区 柱状组织 晶粒粗大 组织偏析 n熔合区 与母材联生结晶 n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 解析焊接工艺难题的步骤 n已知条件： 母材成分及牌号、板厚（管直径及壁厚）、接头形式 、焊接位置、焊接质量要求 等。 n解题要素： 工艺案例+资料查询+实践经验+焊接实验+综合分析 n求知： 焊接方法（焊机选型）、焊接材料（种类及规格）、 焊接工艺参数、质量控制要点、 n论证： 质量、效率、成本三方面工艺方案比较选定最佳方案 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 gmaw- 熔化极气体保护焊 nco2 ( 99.98% co2 ) nmag （7595% ar + 25 5 % co2 ) 标准 （80%ar + 20%co2 ) nmig ( 99.99%ar ) n(98.00% ar+2.00%o2 ) n(95.00%ar +2.0mm板对接 角接 n直径 219mm管道对接 马鞍型角接 n厚度4.0mm的板状开坡口对接 n焊缝表面氧化发黑，需经过酸洗钝化处理。 n药芯不锈钢焊丝+co2气保护焊接的焊缝表面无 氧化黑色 成型美观 奥氏体不锈钢tig焊接实例 n保护气体：纯度99.99%氩气 n厚度0.5mm板对接 端接接头 n直径 8mm管子对接 马鞍型角接 n厚度3.0mm的板状开坡口对接焊缝 n立式储罐双人双面保护共熔池立焊 横焊 n管道tig打底焊（管内充氩）后，管内通水 ，再填充焊 盖面焊。 铝及铝合金的焊接 ： n常用铝及铝合金材料： n纯铝 （ l1l5 1060 1035 1200 ） （hs301） n铝铜合金 （ ly19 2219 2024 ） n铝锰合金 （ lf21 3003 3105 ） （hs321） n铝硅合金 （ lt1 4043 4047 ） （hs311） n铝镁合金 （ lf2lf16 5052 5356 ） （hs331） n铝镁硅合金 （ ld2 ld31 6063 6070 ） n铝铜镁锌合金 （ 7005 7050 7475 ） n铝铜镁锂合金 （ 8090 ） 铝及铝合金的焊接性： n铝及铝合金的熔点低（纯铝 660），表面生成 高熔点氧化膜（ al2o3 2050），容易造成焊 接不熔合。 n低熔点共晶物和焊接应力，容易产生焊接热裂纹 。 n母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔 。 n铝的导热性是钢的3倍，焊缝熔池的温度场变化大 ，控制焊缝成型的难度较大。 铝及铝合金焊接的工艺措施： n用化学和机械的方法清理表层氧化膜。 n用交流 tig、直流反接 mig 焊接，电弧 阴极 雾化作用好，清理氧化膜十分有效。 n选用与母材化学成分相同相似的焊丝。 n高纯度氩气（ar 9999% ）保护。 n大号喷嘴，层流气态保护。 铝及铝合金的焊接实例： n纯铝及铝硅焊丝可用短路过渡；铝镁焊丝应采 用脉冲射滴（射流）过渡。 n铝及铝合金船体的mig焊接 n厚度2.0mm板状mig焊对接 角接接头 n厚度1.01.5mm板搭接tig点焊 n厚度1.0 mm 板对接 端接接头tig焊 n18*1.5mm管子tig焊对接 角接焊 n双人双面共熔池保护tig立焊 横焊 n厚度8.0mm焊件的予热tig焊工艺 铜及铜合金的焊接： 常用铜材及焊丝牌号： 纯铜（紫铜）（c10200） （焊丝hs201） 磷青铜 （c50500） （hs202） 硅青铜 （c65100） （hs211） 铝青铜 （c61300） （hs214） 黄铜 （c21000） （hs221） 白铜（镍铜合金）（c70600） 铜及铜合金的焊接性： n铜的高热导率（比钢大 7 11 倍），使母 材与填充金属难于熔合，产生焊不透及未 熔合的现象。 n低熔点共晶体使铜及铜合金具有明显的热 脆性，焊接接头容易产生热裂纹。 n焊缝出气孔的倾向比钢严重的多。 n焊接接头性能变化大，晶粒粗大，导电性 和耐蚀性能下降。 铜及铜合金焊接的工艺措施： n焊前需预热 400600c 使工件获得足够 的热量，保证焊缝的良好成型。 n厚度 0.54 mm 的焊件，采用直流tig焊工 艺（铝青铜工件采用交流tig）。 n厚度 2 mm 以上的工件，采用 mig焊工艺 ，效率高，热输入量大，焊缝成型好。 铜及铜合金的焊接实例： n汽车车体硅青铜、铝青铜mig钎焊工艺 （ea1/rf2焊机 i=90110a u=1416v ） n铜母导线的mig焊（厚度3.0mm 预热 400500c） n厚度0.5mm的板状 管状对接 角接 tig焊 钛及钛合金的焊接： n常用钛及钛合金材料： 1. 工业纯钛 ta1 ta2 ta3 2. 钛合金 （稳定元素al）ta4ta7 3. 钛合金 tb2 4. + 钛合金 tc1tc10 钛及钛合金的焊接性： n钛在300c以上快速吸氢，600c以上快 速吸氧，700c以上快速吸氮。因此焊 缝及热影响区的正面和背面，必须受到 氩气的有效保护。 n焊接热影响区在高温下停留时间长，晶 粒过热粗化，塑性严重下降。 nta1ta7. tb2. tc1tc4 相对焊接 性较好。 钛及钛合金焊接的工艺要点： n焊前焊丝及工件除油脂，除氧化皮 （ 酸洗 或机械清理）。 n高纯度氩气保护，正面背面加保护拖罩。 n防止产生裂纹，防止产生气孔。 钛及钛合金的焊接实例 ： n钛管热交换器的tig焊接 n厚度1.0mm板状 管状 tig 对接 角接 焊 n钛合金航空航天构件的真空tig焊 n钛焊件的充氩气室内保护焊 n气体透镜式保护喷嘴+后拖罩保护工艺 2001年各行业钢种消耗比例表 （中国焊接学会2002、11提供，下表同） 碳 钢 低合金钢 耐热钢 不锈钢 电站锅炉 66% 21% 11% 2% 工业锅炉 77% 2% 20% 1% 造船行业 62% 36% 1% 1% 机械行业 57% 35% 6% 2% 汽车制造 90% 7% 铝 4.5 万吨铜 0.5万吨 金属结构 21% 77% 1% 1% 2001年各行业焊材消耗比例表 焊条实心焊丝药芯焊丝电渣焊丝埋弧焊丝 电站锅炉 40% 17% 1% 2% 40% 工业锅 炉 64% 14% 1% 21% 造船行业 46% 13% 32% 1% 8% 机械行业 焊条与焊丝 比例 2 ：3 汽车行业 10% 50% 金属结构 42% 12% 9% 37% 2001年各行业焊机应用比例表 手工焊机 co2焊机 tig焊机埋弧焊机 专机 电站锅炉 58% 12% 12% 7% 10% 金属结构 44% 35% 3% 15% 造船行业 65.03% 汽车行业 6% 16% 电阻焊 机 65% 10% 焊接技术在锅炉行业的应用（一） n电站锅炉（动力锅炉） n工业锅炉（供热锅炉） n锅炉结构部件： 锅炉汽包（锅筒）、锅炉膜式壁 （水冷壁） 、省煤器、空气预热器、过热器、再热器、锅 炉集箱、输汽管道、磨煤器、水处理及给水系 统装置 等 焊接技术在锅炉行业的应用（二） n膜式水冷壁角焊缝双面脉冲mag焊专机 300mw电站锅炉膜式壁总面积4000，焊缝总长27万m。 4、8、12、20头的脉冲mag焊专机是主导工艺。 n直管对接mig焊和tig/mig焊 n集箱马鞍型接管角焊缝药芯焊丝co2气体保护焊 n热丝tig焊、全位置自动tig焊、 n窄间隙埋弧自动焊 焊接技术在压力容器制造行业的应用 n贮运容器（立式、卧式槽罐 球罐） n热交换器（冷却器） n分离容器 n反应容器 焊接工艺方法在压力容器上的应用 n药芯焊丝+co2气保护焊 n实心焊丝+mag气保护焊 （8095%ar + 520%co2） （98%ar + 2%o2） ntig焊+焊条电弧焊 n埋弧焊 n实心焊丝+co2气保护焊（非受压元件焊接） 焊接技术在石油化工行业上的应用 n采油钻井机械 （海上钻井平台等） n炼油装置 n酸、碱、盐、化肥、农药等化工装置 n大型化工乙烯装置 n大型立式储罐（气电立焊、埋弧横焊、自动 角焊） 焊接技术在船舶制造行业上的应用 n焊接技术是现代船舶工程的关键技术之一 n船体焊接工时约占船体建造工时的40% n焊接成本约占船体建造总成本的30%50% n焊接高效化率平均达80.98% 船舶工业开发的高新技术产品 n超大型集装箱船 n新一代不锈钢化学品船 n高速滚装客船及豪华游船 n海洋平台及浮式生产储油船（fpso） n液化石油气运输船（lpg） n液化天然气运输船（lng） n高强钢薄板舰船及铝合金水翼高速船 焊接技术在冶金矿山行业上的应用 （简介） 焊接技术在汽车制造行业上的应用 （简介） 焊接技术在机车车辆制造行业的应用 n铝合金车辆 n集装箱行业（高速焊接工艺） n城市轻轨 地铁车辆 焊接技术在其他车辆制造行业的应用 n摩托车行业 n自行车行业 n农用车辆 焊接技术在工程机械制造行业的应用 n筑路机械 n起重机械 （塔式吊车 门式吊车） n建筑机械 n运输机械 n装载机械 等 焊接技术在钢结构制造行业上的应用 n高层建筑结构 n网架结构 n输变电钢结构 n桥梁结构 等 建筑钢结构的几种类型： n普通钢结构 n轻型钢结构 n空间钢结构 n组合结构 等 n建筑钢结构用材达到全国钢材总产量的 3%6% 焊接技术在桥梁制造行业上的应用 nco2气保焊（实心、