单面焊双面成形质量差的.doc

船舶专业论文船舶专业论文 题目 单面焊双面成形质量差的 原因及防止措施 目 录 摘 要 1 前 言 2 1 单面焊双面成形技术的概念 2 2 单面焊双面成形常见的焊接缺陷 3 2 1 尺寸上的缺陷 3 2 2 结构上的缺陷 3 2 3 性质上的缺陷 3 3 单面焊双面成形质量差引起的问题 3 3 1 增加消耗 降低结构的质量和使用寿命 3 3 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁 引起安全事故 3 4 单面焊双面成形焊接质量差的原因分析 3 4 1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差 3 4 2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响 4 4 2 1 焊接电流 4 4 2 2 焊接速度 4 4 2 3 电弧电压 4 4 2 4 焊接层数选择不当 5 4 2 5 焊条类形及焊条直径的影响 5 4 3 操作因素 5 5 防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施 5 5 1 作好焊前准备 5 5 2 焊接操作 6 5 2 1 选择合适的工艺参数 6 5 2 2 焊工技术水平 6 结 论 6 1 单面焊双面成形质量差的原因及防止措施 摘摘 要 要 单面焊双面成形的焊接质量受到了焊接设备 焊材工艺流程 操作技术水平的限 制 本文详细的介绍了焊接电源 焊接电流 焊接速度 电弧电压 焊接层数 焊条类形 焊 条直径等工艺因素对单面焊双面成形技术焊接质量的影响和造成的相关缺陷 详细的分析了单 面焊双面成形技术焊接质量差所引起的一系列问题及造成质量差的原因 提出了相应的防止措 施 解决单面焊双面成形技术的缺陷 使单面焊双面成形技术进一步完善 加以推广 并对单 面焊双面成形作业具有一定的指导作用 关键词关键词 单面焊双面成形 焊接 质量 原因 措施 2 引引 言言 焊接技术是一门重要的金属加工技术 尽管焊接技术发展很快 自动化程度也越来越高 但手工电弧焊仍占有不可替代的地位 尤其在小直径容器和管道的焊接方面 单面焊双面成形 焊接技术的作用更显突出 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材 表面不 得有裂纹 未熔合 夹渣 气孔 焊瘤 咬边等缺陷 焊缝内部同样不允许有缺陷 但焊接过 程中由于设备 材料 工艺及操作等原因 使得形成的焊缝达不到质量要求 从而对结构的工 作质量和使用寿命产生严重的影响 1 单面焊双面成形技术的概念 3 单面焊双面成形技术是采用普通焊条 在不需要任何辅助措施条件下 只是坡口根部在进 行组装定位焊时 应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙 在坡口的正面进行焊接 就会在 破口的正 背两面都能得到均匀整齐 成形良好 符合质量要求的焊缝 这种方法主要适用于 板材对接接头 管状对接接头和骑座式管板接头 是锅炉 压力容器焊工应熟练掌握的操作技 能 1 2 单面焊双面成形常见的焊接缺陷 2 1 尺寸上的缺陷 包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等 焊缝外表高低不平和波纹粗劣 焊缝宽度不 均匀 太宽或太窄 焊缝余高过低或过高 角焊缝焊脚尺寸不等都属于焊缝尺寸及形状不符合 要求 这些缺陷不仅使焊缝成形不美 而且容易造成应力集中 影响焊缝与母材的结合强度 2 2 结构上的缺陷 包括气孔 夹渣 非金属夹杂物 熔合不良 未焊透 咬边 裂纹 表面缺陷等 这些缺 陷是焊接过程中最容易出现的缺陷 这些缺陷减弱了焊缝的有效面积 降低了焊接接头的力学 性能 而且易造成应力集中 引起裂纹 导致结构破坏 使焊接结构无法承受正常工作载荷 2 3 性质上的缺陷 包括力学性能和化学性质等不满足焊件的使用要求的缺陷 力学性能指的是抗拉强度 屈 服点 伸长率 硬度 冲击吸收功 塑性 疲劳强度 弯曲角度等 化学性质指的是化学成分 和耐腐蚀性等 这些缺陷使焊缝结构无法达到设计要求的力学性能和化学性能 2 3 单面焊双面成形质量差引起的问题 3 1 增加消耗 降低结构的质量和使用寿命 焊接生产中 优质的焊接质量可以满足设计要求 保证结构的正常使用寿命 1 而一旦出 现严重的焊接缺陷 就会增加板材 焊材 电力及人力的消耗等 否则 这些缺陷在使用过程 中会引起严重的应力集中 降低结构的使用寿命 3 2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁 引起安全事故 单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中 一旦有严重缺陷 质量不合格 焊件的焊补非常困难 而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用 使焊缝 的缺陷产生应力集中 加之焊缝的有效使用面积减小 减弱了焊接接头的强度 轻则使产品的 使用寿命受到影响 重则导致焊缝断裂 产品破坏 酿成严重的事故 4 单面焊双面成形焊接质量差的原因分析 4 1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差 焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素 若焊接电源自身性能不好 必然不会产生 良好的焊件 当焊机的引弧性能差 电弧燃烧不稳定 就不能保证工艺参数稳定 焊接过程就 无法正常进行 焊接质量就得不到保证 用交流电源焊接时 电弧稳定性差 采用直流电源焊接时 电弧稳定 柔顺 飞溅少 但 4 电弧磁偏吹较交流严重 低氢型焊条稳弧性差 通常必须采用直流弧焊电源 用小电流焊接薄 板时 也常用直流弧焊电源 因为引弧比较容易 电弧比较稳定 低氢型焊条用直流电源焊接 时 一般用反接 因为反接的电弧比正接稳定 焊接薄板时 焊接电流小 电弧不稳定 因此 焊接薄板时 不论是用碱性焊条还是用酸性焊条 都选用直流反接 3 4 2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响 4 2 1 焊接电流 焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量 焊接电流过大 可以提高生产率 并使熔透深度增加 但易出现咬边 焊穿 增加焊件变形和金属飞溅量 也会使焊接接头的组 织由于过热而发生变化 并增大气孔倾向 尤其在立焊操作时熔池难以控制 易出现焊瘤 弧 长增加 就会产生咬边 焊接电流过小 使电弧不稳 熔透深度减小 易出现未焊透 熔合不 良 夹渣 脱节等缺陷 若焊接电源自身性能不好 必然不会产生良好的焊件 当焊机的引弧 性能差 电弧燃烧不稳当 就不能保证工艺参数稳定 焊接过程就无法正常进行 焊接质量就 得不到保证 用交流电源焊接时 电弧稳当性差 采用直流电源焊接时电弧稳定 柔顺 飞溅 少 但电弧磁偏吹较交流严重 低氢型焊条稳弧性差 通常必须采用直流弧焊电源 用小电流 焊接薄板时 也常用直流弧焊电源 以为引弧比较容易 电弧比较稳定 低氢焊条用直流电源 焊接时 一般采用反接 以为反接的电弧比较稳定 焊接薄板时 焊接电流小 电弧不稳定 因此焊接薄板时 不论是碱性焊条还是酸性焊条 都选用直流反接 焊接电流应根据板件厚度 接头形式 焊接位置 焊接层数 焊条类形 焊条直径和焊接 经验等因素综合考虑 对于一定直径的焊条有一个合适的焊接电流范围 可参考表 1 选择 3 表表 1 焊接电流和焊条直径的关系焊接电流和焊条直径的关系 焊条直径 mm1 62 02 53 2456 焊接电流 A25 4040 6550 80100 130160 210200 270260 300 4 2 2 焊接速度 焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数 合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要 焊接速度应该均匀适当 既要保证焊透又要保证不焊穿 同时还要使焊缝宽度和余高等符合设 计要求 焊速过快 使熔池温度不够 易造成未焊透 未熔合 焊缝成形不良等缺陷 焊速过 慢 使高温时间长 热影响区宽度增加 焊接接头的晶粒变粗 机械性能降低 焊件的变形量 增大 同时焊速过慢还会使每层的厚度增大 导致熔渣倒流 形成夹渣等缺陷 a 铸件 b 锻件 图图 1 钢的显微组织钢的显微组织 5 4 2 3 电弧电压 焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊缝质量稳定的重要因素 焊条电弧焊电弧电压主 要由电弧长度决定的 电弧长度越大 电弧电压越高 电弧长度越短 电弧电压越小 电弧过 长对熔化金属保护差 空气中的氧 氮等有害气体容易侵入 使焊缝易产生气孔 焊接金属的 机械性能降低 但弧长也不易过短 若弧长过短 就会引起粘条现象 且由于电弧对溶池的表 面压力过大 不利于溶池的搅拌 使溶池中气体及溶渣上浮受阻 从而引起气孔 夹渣等缺陷 的产生 4 2 4 焊接层数选择不当 单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响 焊接层数主要根据焊件厚度 焊条直径 坡口形式和装配间隙等来确定 可作如下近似估算 n d 公式 1 式中 n 为焊接层数 为焊件的厚度 mm d 为焊条的直径 mm 对于低碳钢和强度等级较低的低合金钢的多层焊时 每层厚度过大 对焊缝金属的塑性 主要表现在冷弯上 有不利的影响 且焊接过程中熔渣易倒流 产生夹渣和未熔合等缺陷 但每层厚度也不易过小 以免造成焊缝两侧熔合不良 4 2 5 焊条类形及焊条直径的影响 焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定 因此 焊条类形选择恰当与否是 影响焊缝质量的重要因素 焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外 对焊接质量也有一 定的影响 焊条直径一般根据焊件的厚度选择 同时还要考虑接头形式 施焊位置和焊接层数 对于重要的结构还要考虑焊接热输入的要求 在一般情况下 焊条直径与焊件厚度之间的关系 的参考数据 见表 2 表表 2 焊条直径与工件厚度之间的关系焊条直径与工件厚度之间的关系 焊件厚度 mm234 56 12 13 焊条直径 mm23 23 2 44 54 16 在板厚相同的条件下 平焊位置的焊接所选用的焊条直径比其他位置大一些 立焊 横焊 和仰焊应选用较细的焊条 一般不超过 4 0mm 第一层焊道应选用小直径焊条焊接 以后各层 可以根据焊件的厚度选用较大的焊条 T 形接头 搭接接头都选用较大直径的焊条 4 3 操作因素 在焊接生产过程中 焊工的单面焊双面成形操作技术水平低 就意味着打底层的运条方法 焊条角度 接头方法 中间层及盖面层的运条方法 接头 收尾等操作方法掌握不熟练 这是 造成焊缝质量差的重要原因之一 焊前对工件上的油 锈 水分清理不严格 焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用 会促使焊缝产生大量的气孔 从而使焊接缝质量达不到要求 6 5 防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施 5 1 作好焊前准备 焊前应对焊机进行试焊 确认焊机的引弧性能和稳定性能好 工艺参数的调节方便 灵活 方可使用 工件应开 Y 形的坡口 钝边的尺寸一般选在 0 5 1 0mm 之间 坡口边缘 20mm 以内 处用磨光机打磨 并将表面的铁锈 油污等清除干净 露出金属光泽 锅炉压力容器及重要结 构的焊接一律采用碱性焊条 打底层焊接应选择直径 3 2mm 的焊条 中间层和盖面层可选用 4mm 的焊条 并对焊条进行 400 烘干 保温 2 4h 使用时需要将焊条放在保温筒内 随用随 取 焊条在炉外停留时间不得超过 4h 且反复烘干次数不能多于三次 药皮开裂和偏心度超标 的焊条不得使用 4 5 2 焊接操作 5 2 1 选择合适的工艺参数 焊条电弧焊的工艺参数通常包括 焊条直径 焊接电流 电弧电压 焊接速度 电源种类 和极性 焊接层数等 焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状 尺寸 焊接质量和生 产率 因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题 焊接电流应根据板件厚度 焊接位置 焊接层数 焊条类形 焊条直径和焊接经验进行选 择 保证所选择的电流不易造成焊缝咬边 烧穿 夹渣 未焊透等缺陷 焊接过程中应尽量选 择使用短弧焊接 立焊 仰焊时比平焊更短些 以利于熔滴过渡 防止熔化金属下滴 碱性焊 条焊接时应比酸性焊条弧长短些 以利于电弧的稳定 以避免咬边 未焊透 气孔等缺陷的产 生 焊速应合适 不宜过慢 以每层厚度不大于 4 5mm 为宜 以避免高温停留增长 影响焊 缝的机械性能 但焊速也不宜过快 以免造成未溶合 未焊透等缺陷 5 焊接速度直接影响生产 率 所以应该在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流 同时根据具体情况适 当加快焊接速度 以提高焊接生产率 对重要构件要采取焊前先预热 焊后缓冷等措施 以避 免冷裂纹的产生 焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响 采用小的焊接参数 如降低焊接电流 增大焊接速度等 都可以减小热影响区的尺寸 采用小的焊接参数也可防止过热组织生成和晶 粒细化 1 自动埋弧焊的焊接参数的确定 自动埋弧焊的焊接参数一般包括焊接电流 电弧电压 焊接速度及焊接直径 1 焊接电流的确定 焊接电流主要影响焊缝厚度 其他条件一定时 随 着电流的增大 电弧力和电弧对焊件的热输入量及焊丝的熔化量增大 熔深将增加 焊缝厚度 和余高增加 而焊缝宽度几乎不变 焊缝成形系数减小 焊接电流对焊缝熔深大小影响最大 2 电弧电压的确定 电弧电压主要影响焊缝宽度 其他条件一定时 电弧电压低时熔深大 焊 缝宽度窄电弧电压高时熔深浅 焊缝宽度增加过分增加电压会使电弧不稳熔深减少易造成未焊 透的现象严重时还会造成咬边 气孔等缺陷 3 焊丝直径的确定 在焊接电流 电压和速度不 变的情况下焊丝直径将直接影响焊缝的熔深 随着焊丝直径的减少熔深将加大成型系数减小 根据焊件的外形和尺寸可选定细丝埋弧焊 还是粗丝埋弧焊 例如小直径圆筒的内外环缝应采 7 用 2mm 焊丝的细丝埋弧焊厚板深坡口对接街头纵缝和环缝宜采用 5mm 6mm 焊丝的粗 丝埋弧焊 4 焊接速度的确定 焊接速度的快慢主要影响母材的热输入量 焊接速度的确定一 般根据焊接电流的大小来确定 同时兼顾生产效率 如焊接速度增加焊缝的线能量减少使熔宽 减少 熔深增加然而继续加大焊接速度反而会使熔深减少焊接速度过快电弧对焊件加热不足使 熔合比减少还会造成咬边 未焊透及气孔等缺陷 2 焊接变形的控制 自动埋弧焊电流大热量高构件易产生变形翼缘板角变形 H 钢的纵向 弯曲 H 钢扭曲变形 针对上述问题主要采取以下技术措施 1 在专用工作台上将 H 钢的四 条纵向角焊变为船形焊 以保证焊缝的焊透 提高焊接质量 减少熔敷金属 2 根据翼缘板 与腹板的不同配置调整焊接参数将角变形控制在 3 mm 以内 然后用翼缘矫正机对其进行校正 3 纵向弯曲是由于 H 型钢单边受热产生的残余应力分布不均造成的 通过实验决定利用后续 焊缝的残余应力平衡上道焊缝的残余应力的办法 即第 1 2 道焊缝焊接时 电流调至下限值 第 3 道焊缝焊接时 电流调至平均值 在最后一道焊缝焊接时 将电流调至上限值 以期消除 变形 如采用上述措施后仍有少量变形 则在后续工序中用火焰法予以校正 4 扭曲变形与 纵向弯曲产生的原因大致相同 因此 也是通过合理调整焊接顺序 以后续焊缝的残余应力来 平衡前面的焊接残余应力 5 为了减少变形和装配顺序 尽量可采取先组装焊接成小件 并 进行矫正 使尽可能消除施焊产生的内应力 再将小件组装成整体构件 三 焊接变形矫正 在 焊接 H 钢生产中对构件变形的校正 主要采用三种方法 火焰校正法 机械校正法和反变形法 1 机械校正法主要校正翼缘板的角变形 在专用的翼缘矫正机上通过机械力进行反复的强制 性校正 直到角变形量符合标准为止 2 火焰校正法主要用于校正 H 钢的纵向弯曲变形 在 拱起的一侧用火焰加热至 850 900 在翼缘板上进行条形加热 在腹板上进行三角形区加热 加热后用冷水进行跟踪冷却 加热时根据不同的变形量 控制加热区的大小和加热的温度 以 防校正过量和出现过烧现象 3 反变形法用于控制端头板焊接变形 在端头板焊接前 在施 焊部位的反面用大号气焊枪进行烘烤 产生残余应力 待正式施焊时达到焊接残余应力平衡 最终实现端头板的平整 3 5 2 2 焊工技术水平 焊接生产中 焊工对单面焊双面成形操作技术掌握的水平和技术经验 往往决定了焊缝的 质量 因此 加强焊工单面焊双面成形操作技能的训练及各种单面焊双面成形的焊接参数的掌 握是保证焊缝质量的关键 质量检验 焊缝质量一般进行三方面的检验 即焊缝内部缺陷检验 焊缝表面缺陷检验和焊缝尺 寸偏差检验 一 焊缝内部缺陷检验 焊缝内部缺陷主要有裂纹 未熔合 根部未焊透 气孔 和夹渣等 检验主要是采用无损探伤的方法 即超声波探伤 超声波探伤是利用超声波在物体 中的传播 反射和衰减检测方法 二 焊缝表面缺陷检验 焊缝表面缺陷主要采用观察检查或 使用放大镜观察 还可以采用表面渗透探伤 着色或磁粉 检验 三 焊缝尺寸偏差及外观检 验 焊缝尺寸偏差主要是采用焊缝尺寸量规进行