第四章 焊接工艺.doc

第4章 焊接工艺 焊接工艺是根据产品的生产性质、图样和技术要求，结合现有条件，运用现代焊接技术知识和先进生产经验，确定出的产品加工方法和程序，是焊接过程中的一整套技术规定。包括焊前准备、焊接材料、焊接设备、焊接操作的最佳选择以及焊后处理等。制定焊接工艺是焊接生产的关键环节，其合理与否直接影响产品制造质量、劳动生产率和制造成本，而且是管理生产、设计焊接工装和焊接车间的主要依据。 焊接是整个过程中的核心工序，焊前准备和焊后处理的各个工序都是围绕着获得符合焊接质量要求的产品而做的工作。质量检验贯穿于整个生产过程，以控制和保证焊接生产的质量。每个工序的具体内容，由产品的结构特点、复杂程度、技术要求和生产量的大小因素等决定。1 拼装工艺1.1拼装方法及其特点拼装是将加工好的零、部件按图样和技术要求连接成部件或整个产品的过程。拼装时必须有可靠的定位与紧固措施，以保证拼装后各零件之间的形状和位置准确，拼装顺序和焊接顺序必须同时考虑。拼装、焊接顺序的选择应有利于施焊和质量检查，有利于控制焊接应力与变形，有利于生产组织和管理，能提高生产率，应避免强力拼装。焊接生产中常见的拼装方式和方法见下表。方法和方式特点适用范围定位方式划线定位拼装法按事先划好的拼装线确定零部件的相对位置，使用普通量具和通用夹具在工作台上实现对准定位与紧固效率低，质量不稳定大型的或单件生产的焊接结构工装定位拼装法按产品结构设计专用拼装胎夹具，零件靠事先安排好的定位元件定位和夹紧而完成拼装效率高，质量稳定，有互换性，成本较高批量生产的焊接结构拼装焊接顺序零件组装法随拼随焊（边拼边焊）先拼若干件后接着正式施焊，在拼若干件后再施焊，直至全部零件拼装完毕，在一个工作位置上，拼装工和焊工交叉作业单件小批量生产或复杂结构整拼整焊（先拼后焊）把全部零件按图样要求拼装成整体，然后转入正式焊接工序焊完全部焊缝拼装和焊接可以在不同的工作位置进行结构简单，零件数量少的焊件部件组装法将整个结构件划分成若干个部件，每个部件单独拼焊好后再把他们总拼成整个结构大型的复杂焊接结构拼装地点工件定位拼装法在固定工作位置上拼装完全部零、，部件大型的或重型的焊接结构工件移动拼装法按工艺流程，工件顺着既定的工作地点移动，在每个工位上只完成部分零件的拼装流水线生产的产品1.2拼装工艺中的定位焊 定位焊是焊前为拼装和固定焊件接头的位置而焊接的短焊缝。定位焊所用的焊条或焊丝与正式焊接相同，按正式焊缝的工艺条件施焊，焊接电流比正式焊接电流高12%15%，在交叉焊缝处或焊接应力急剧变化处不进行定位焊，应离开50mm左右，一般金属结构拼装时的定位焊缝尺寸见下表。焊件厚度焊缝高度焊缝长度间距4451050100412361020100200126815301003001.3拼装后的位置偏差 拼装后的位置偏差可根据下表提出要求。项目简图允许偏差值t钢板对接板厚062对接接头偏移手弧焊1.01.52.0搭接接头偏移手弧焊+0.5-3.0T形接头的偏移2 筋板距离b80b3b80b5箱形板距离b32 焊接材料的选用 根据被焊材料的化学成分、力学性能及厚度、接头形式、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接结构的特点和受力状态、焊接施工条件、技术经济效益等选用焊接材料。下表分别为常见钢材焊接材料的选用列表：钢种钢 号手弧焊电焊条型号CO2气体保护焊焊丝型号一般结构焊接动载荷、复杂和厚板结构、受压容器低碳钢Q235E4313E4303，E4301E4320，E4311E4313E4303，E4301E4320，E4311H08Mn2SiAQ255Q275E4316，E4315E5016，E501508、10、15、20、25E4303，E4301E4320，E4311E4316，E4315E5016，E5015不要求强度或不要求等强时要求等强度35ZG270-500E4303，E4316E4301，E4315E5016，E5015E5516-G，E5515-G45ZG310-570E4303，E5016E4301，E5015E4316，E4315E6016-D1，E6015-D1低合金高碳钢09Mn209Mn2Si09MnVE4303，E4301E4316，E4315H08Mn2SiA16Mn14MnNbE5003，E5001E5016，E5015H08Mn2SiA15MnV15MnTi16MnNbE5003，E5001E5016，E5015E5516-G，E5515-GH08Mn2SiAQ46015MnVN15MnVTiReE5516-G，E5515-GE6016-D1，E6015-D1GHS-60NJS60- H08Mn2SiMoAJL-60M(2)Q50014MnMoV18MnMoNbE6016-D1，E6015-D1E7015-D2，E7015-GGHS-60NJS60- H08Mn2SiMoAJL-60M(2)Q550E7015-D2，E7015-GGHS-70JL-70M(2),JL-60M(2)Q690E8015-GGHS-80c（CO2+Ar）JL-70M(2),JL-80M(2)3焊接工艺参数的选择3.1焊接电流 当其他条件不变时，增加焊接电流，则焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度几乎保持不变（或略有增加）。原因是：3.1.1焊接电流增加时，电弧的热量增加，因此熔池体积和弧坑深度也增加，所以冷却下来后，焊缝厚度就增加。3.1.2焊接电流增加时，焊丝的熔化量也增加，因此焊缝的余高也增加。如果采用不填丝的钨极氩弧焊，则余高就不增加。3.1.3焊接电流增加时，一方面是电弧截面略有增加，导致熔宽增加；另一方面是电流增加促使弧坑深度增加。由于电压没有改变，所以弧长不变，导致电弧深入熔池，使电弧摆动范围缩小，则使熔宽减小。由于两者共同作用，所以实际上熔宽几乎保持不变。3.2电弧电压 当其他条件不变时，电弧电压增大，焊缝宽度显著增加而焊缝厚度和余高将略有减少。因为电弧电压增加意味着电弧长度增加，因此电弧摆动范围扩大而导致焊缝宽度增加。其次弧长增加后，电弧热量损失加大，所以用来熔化母材和焊丝的热量减少，相对焊缝宽度和余高就略有减小。 由此可见，电流是决定焊缝厚度的主要因素，而电压是影响焊缝宽度的主要因素。3.3焊接速度 焊接速度对焊缝厚度和焊缝宽度有明显的影响，当焊接速度增加时，焊缝厚度和焊缝宽度都大为下降。这是因为焊接速度增加时，焊缝中单位时间内输入的热量减少了。3.4其他工艺参数对焊缝形状的影响 除了以上三个主要的工艺参数外，其它一些工艺参数对焊缝形状也有一定的影响。3.4.1电极直径和焊丝外伸长 减小电极直径不仅电弧截面减小，而且还减小了电弧的摆动范围，所以焊缝厚度和焊缝宽度都将减小。 当焊丝外伸长增加时，电阻热也将增加，焊丝熔化加快，因此余高增加。焊丝直径愈小或材料电阻率愈大时，这种影响越明显。3.4.2电极倾角 焊接时电极（或焊丝）相对焊件倾斜，使电弧始终指向待焊部分，这种焊接方法叫前倾焊。前倾时，焊缝成形系数增加，熔深浅，焊缝宽，这种焊接适于焊薄板。这是因为，前倾电弧力对熔池金属后排作用减弱，熔池底部液体金属增厚阻碍了电弧对母材的加热作用，故焊缝厚度减小。同时，电弧对熔池前部未熔化母材预热作用加强，因此焊缝宽度增加，余高减小，前倾角度a愈小，这一影响愈明显。 电极（焊丝）后倾时，情况与上述相反3.4.3焊件倾角 当进行上坡时，熔池液体金属在重力和电弧作用下流向熔池尾部，电弧能深入到熔池底部，因而焊缝厚度和余高增加。同时，熔池前部加热作用减弱，电弧摆动范围减小，因此焊缝宽度减小。上坡焊焊角度愈大，影响也愈明显。上坡角度a612时，成形会恶化。因此自动电弧焊时，实际上总是尽量避免采用上坡焊。 下坡焊的情况正好相反，即焊缝厚度和余高略有减小，而焊缝宽度略有增加。因此倾角a68的下坡焊可使表面焊缝成形得到改善，手弧焊焊接薄板时，常采用下坡焊。如果倾角过大，则会导致未焊透和熔池铁水溢流，使焊缝成形恶化。3.4.4坡口形状 当其他条件不变时，增加坡口深度和宽度时，焊缝厚度略有增加，焊缝宽度略有减小，而余高显著增加。综上所述，下表是以焊丝直为1.6、部分焊接接头为例所要求的一些工艺参数，仅供参考：焊件厚度/mm接头形式焊丝直径/mm焊接电流/A电弧电压/V焊接速度/mh-1气体流量/Lmin-1说明3.05.01.614018023.524.520261518020028302022158.01.632035040422416188.01.645041291618单面焊双面成形，反面放垫板16.01.632035034362420下表是焊件厚度为5mm以上角焊缝部分焊角尺寸的工艺参数，仅供参考：焊丝直径/mm焊角尺寸/mm焊接层数焊接电流/A焊接电压/V焊接速度/mh-1焊丝干伸长度/mm气体流量/Lmin-11.656126028027292026182016181.6791230035028302830202417191.6911230035030322528202417191.61114330035030322528202418201.613164530035030322528202418201.62224930035030322528202418201.627301230035030322528202418204 焊前预热及焊后热处理4.1焊前预热 焊前预热的作用：延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间，使焊缝中的扩散氢有充分的时间逸出，避免冷裂纹的产生；延长焊接接头从800降到500的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，使热影响区的最高硬度降低，提高焊接接头的抗裂形；焊接构件整体预热，能适当提高焊件温度分布的均匀性，减小内应力；对于厚度较大的碳钢、铜和铝合金，由于其有较高的热传导性，热量大量损失，通过预热有助于金属的熔化。 预热温度的确定方法随预热目的的不同而异，通常在100200范围内。预热温度过高时焊工的劳动条件恶化，应尽量采用低的预热温度，对于合金钢来说可能会超过200。预热温度可以通过经验公式计算，也可以参考有关的表格或实验曲线。 根据化学成分、熔敷金属扩散氢含量H和板厚（）或拘束度（R）可以通过下述经验公式估算低合金钢的冷裂纹倾向及所需的预热温度T0。T0（）=1440PW-392式中PW=Pcm+H/60+/600 Pcm=C+Si/30+（Mn+Cu+Cr）/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B（%）H扩散氢含量（JIS法），mL/100g；板厚，mm式中T0（）应用于斜Y坡口试件，适用于C0.17%的低合金钢，H=15ml/100g，板厚=1950mm。4.2后热及焊后保温 后热是在焊后立即加热焊件或焊接区，并保持一定时间，然后再缓慢冷却。焊后保温则是焊后把焊件或者焊接区用保温材料覆盖起来，使焊件缓慢冷却。生产中使用后热或焊后保温可降低预热温度，甚至取消预热，收到与预热相同的效果。其主要作用首先体现在加速扩散氢的逸出，防止产生焊接冷裂纹，特别对防止强度等级较高的低合金钢和大厚度焊接结构产生冷裂纹十分有效；其次有利于降低预热温度，改善工人的劳动条件，避免产生由于过高的预热温度造成的热裂纹等缺陷。后热温度可以通过下面的经验公式确定Tp（）=455.5Cep-111.4式中Tp后热温度，；Cep、=C+0.2033Mn+0.0473Cr+0.1228Mo+0.0292Ni+0.0359Cu-0.0792P-1.595P+1.692S+0.844V4.3焊后热处理 一般情况下，焊件的焊后热处理可以缓和残余应力，降低焊缝与焊接接头的冷却速度、促进氢的逸出、避免出现淬硬组织。通常普通低合金钢不需要进行焊后热处理，只有下列情况才考虑焊后热处理：强度等级大于500MPa，且有延迟裂纹倾向的普通低合金钢；在脆性转变