国际焊接工程师培训参考文档

工艺总复习PracticeforPressureVessel 1 焊接概述包括 1 焊接基本术语 ISO857 2 ISO4063对焊接方法的分类及表示符号3 各种焊接方法的焊接过程简介及适用范围 1 焊接基本术语 ISO857 熔化焊 使局部地区熔化 在无压力的作用下 带或不带焊接填充材料的焊接 熔化焊焊缝通常在以下方面有较高的要求 强度和韧性 具有较强耐高温和低温能力 耐腐蚀和磨损能力 对气体 蒸汽 压力或真空等条件下的密封性能压力焊 在力的作用下 带或不带焊接填充材料 实施局部性加热 至熔化状态 的焊接 连接 焊接 两个或更多的工件通过焊接而形成永久性的连接 堆焊 为增大或恢复焊件尺寸 或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接 单道焊 只熔敷一条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中只熔敷一条焊道的焊接 双道焊 熔敷两条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中熔敷两条焊道进行的焊接 单面焊 仅在焊件的一面施焊 完成整条焊缝而进行的焊接 双面焊 在焊件的两面施焊 完成整条焊缝而进行的焊接 焊接操作 通过焊接完成工件的连接的过程 焊接条件 1 包括环境因素 例如天气 2 应力和环境因素 例如噪音 热度 拘束状态 3 工件因素 例如母材材质 坡口形状 工作位置 焊接工艺参数 焊接时为保证焊接质量而需要的数据 熔化速度 填充材料熔化的速度 指填充材料在单位时间内熔化的长度焊接速度 单位时间内完成焊缝的长度 焊接时间 完成焊接接头所需要的时间 不包括准备和完成操作 包括焊接生产时间和辅助时间 熔敷效率 熔敷在坡口或者工件上的焊缝金属量与熔化的填充金属量的比率 或者与药芯电弧焊中熔化焊丝的比率 常用百分比表示 焊接填充材料 焊接时被熔化用尽 并有利于焊缝形成的材料 例如填充金属 气体 焊剂 2 焊接方法的分类及表示符号 ISO4063 2 电工学基础 弧焊电源 电流的实质在自然界的固体 液体和气体中原子是构成每一种物质的最小微粒 原子由带正电荷 的原子核和带负电荷 的电子壳层所组成 原子核本身由质子和中子所构成 在电子壳层上 电子沿着椭圆形轨道围绕着原子核旋转 电子的数量与具体材料有关 热效应电流在导体内的流动产生热量 所产生的热量大小与通过导体的电流强度 导体横截面积大小以及导体的材料种类有关 如果在一根通电导体的某一段内 用高熔点材料 如钨制成的细丝替代 那么就会在该部位产生很高的热量 它可能达到白炽状态 电流效应 电流热效应也出现在 当引燃电弧以后出现的自由电子及正离子与其它微粒碰撞时 可将它们的运动能量 动能 转换成热能 磁效应一个通电导体周围密布着磁场 如果沿着电流方向观察磁力线 则磁力线是以逆时针方向围绕着导体旋转 化学效应电镀时 电流在正极 铜 和负极 工件 之间流动 电解液硫酸铜 CuSO4 分解成带电质点 这些带电质点完成电流的输送任务 铜作为涂层析出在工件上 蓄电池充电时 在一块极板上 硫酸铅转变成二氧化铅 在另一块极板上 硫酸铅转变成铅 蓄电池放电时 通过化学反应储存的电能被重新释放出来 直流电对于公共供电网路 不使用直流 特定的电弧焊接方法只能用直流进行焊接 直流对焊接而言是很重要的交流电公共供电网络 几乎用交流电 生活用电 通常交流电压有效值为220V 三相交流电是由一组频率相同 振幅相等 相位互差120 的三个电动势组成的供电系统 应用 主要应用于电流消耗较大的电器设备的网路供电 所有的公共电网都是三相网路电流 它的电压通常为380V 在较大的企业中 三相网路电压也可达500V 电流种类 弧焊电源的安全 焊接电源的空载电压对人而言 很小的电流 0 05 0 1A 就已经可能使心脏停止跳动而引起死亡 通常交流电比直流电更危险 假如人体的内阻为2000欧姆 根据欧姆定律 当电压为100伏时 人体就可能流过0 05安培 1 正常运行情况下指的是手工焊和半自动焊2 W 交流含量或谐波现象3 存在较高触电危险的环境 由导电墙组成的狭窄空间 例如锅炉 在导电部件之间或附近的狭窄的范围里 在导电部件上活动受限制的情况下 以及在潮湿和炎热的空间里 功率及功率因数 视在功率S电路中总电压和电流有效值之间的乘积定义为电路的视在功率 有功功率P是S的一部分 它被转换成 非电 功率 被转换成热量 电弧 或者机械功 马达 的功率 从电网中取出的有功功率是不可逆转的 无功功率Q理想电感元件虽然不消耗电能 但它与电源之间不断进行能量互换 无功功率Q是建立电场或磁场用的电功率 当电场或磁场的能量衰减时 又把它提供回网路 功率因数cos 有功功率与视在功率的比值 3 电弧 电弧既是一种气体导电现象 又是一种自持放电现象 电弧中的带电粒子主要是依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程而产生的 焊接电弧的主要作用 把电能转化为热能 同时产生光辐射和响声 电弧的高热可以用于焊接 切割和炼钢等 电弧的强光可用于照明 电弧声可以用于焊接过程的监控 气体间隙电离的过程和电弧的形成过程如下 当弧焊电源输出端的两个极即电极和焊件短路时 表面局部突出部位首先接触 在接触区域有电流通过 金属熔化并形成小桥 拉开电极则小桥爆断 使金属受热气化 当电极与工件分离后 在极小的间隙中 在电源电压的作用下 形成较大的电场强度 电子在电场的作用下 自 阴极逸出 形成 电子发射 由阴极发射出的电子 在电场的作用下快速向阳极运动 与中性气体粒子相撞并使其电离 分离成电子和正离子 电子被阳极吸收 而正离子向阴极运动 形成电弧放电过程 电弧的带电粒子的产生 电离与热解离 电弧是由两电极和其间的气体空间组成 电弧中的带电粒子主要依靠气体空间中气体的电离和电极的电子发射产生 a 电离在一定条件下 中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能 用符号V表示则为电离电压 常用元素及化合物电离电压 电离电压与气体物质的结构有关 电离电压高表示这种气体难于电离 导电困难 为了提高交流电弧燃烧的稳定性 在焊条药皮或焊剂中加入稳弧剂 稳弧剂主要是由容易电离的钾 钠等碱金属组成 热解离 在热作用下 气体质点具有很高的动能 在无规则的相互碰撞中产生电离 N2 N NH2 H HCO2 CO O加入低电离物质 K 电子发射 当电极 阴极或阳极 表面受到外加能量作用时 电极中的电子可能冲破电极表面的约束而飞到电弧空间 这种现象称为电子发射 电子发射的三种形式 1 粒子碰撞发射2 热发射3 电场发射 几种金属电子逸功 Fe Fe e 4 8eVAl Al e 4 0eVCu Cu e 4 8eV为提高电子发射能力和改善焊接工艺性能 TIG焊时在钨极中常加入Th Cs等成份 可以提高钨极的电流容量和改善引弧性能 电弧区域组成 阴极区靠近阴极表面的部分电压降叫做阴极电压降阳极区靠近阳极表面的部分电压降叫阳极电压降弧柱区阴 阳极区之间电压降叫做弧柱电压降 A 阳极温度可达4000 K 阴极温度可达3600 L 弧柱区温度可达4500 20000 L 电弧 不同保护气体下电弧的性能 氩气与二氧化碳气体的工艺性能存在差异 如密度 热传导性和电弧特性 CO2焊时电弧总是在熔滴下半部产生的原因 CO2气体在2000K左右开始分解 伴随吸热反应 电弧发生冷却 收缩作用 CO2弧根面积小 电弧集中 是由于气体的物理性能所造成的 由于CO2焊时电弧的电场强度较大 必然造成电弧集中在熔滴的下部 二氧化碳焊时电弧的电场强度为17 7V cm 而氩弧焊大约为6V cm 溶滴过渡的影响力 1 电磁收缩力有利2 短路爆破力有利3 细熔滴冲击力有利4 等离子流力有利5 斑点压力阻碍6 表面张力阻碍 接线位置 焊接位置及铁磁体对电弧的影响 接线位置 焊接位置 铁磁体对电弧影响 火焰技术4 氧 乙炔火焰 氧 乙炔火焰大多用作气焊热源 焊接部位所需要的热量与工件厚度和材料种类有关所需各种不同的热量与焊炬种类和焊炬尺寸有关焊接火焰的作用 具有熔化连接面和焊接填充材料 能够保护焊接熔池 火焰的分类及用途 DIN8522 气焊 G 311 应用范围 所能焊接的材料为 非合金钢 低合金钢 有色金属 铸铁工件厚度一般为6mm以下 各种位置的连接焊 特别是管道安装 车体结构 安装和维修 堆焊等 常用于焊接和切割的燃气主要有 乙炔 C2H2 丙烷 C3H8即液化石油气 甲烷 CH4即天然气 氢气 H2 煤气 CO H2 和汽油 CnH2n即烯烃 芳香烃 等 火焰的温度分布 混合器体的爆炸容限 气焊的分类 ISO4063 31氧 燃气焊311氧 乙炔焊312氧 丙烷焊313氢 氧焊32空气 燃气焊321空气 乙炔焊322空气 丙烷焊33氧 乙炔喷焊 堆焊 氧气瓶及氧气瓶阀 氧气瓶是贮存和运输气态氧气的一种高压容器 在制氧机中制取的氧以15Mpa的压力灌入氧气瓶内 我国的氧气瓶应符合国家 气瓶安全监察规程 的要求 氧气的压力气瓶 管道和软管都以兰色作为标志 氧气是以气体状态和液体状态进行储存的 通常 氧气以气态储存在压力气瓶中 如果持续地需要大量的氧气 则氧气一般就以液态形式盛装在绝热的容器中进行运输和储存 在 低温气化器 的蒸发装置中 液态氧气转化成气态氧气 1升液态氧大约可获得850升气态氧 乙炔气瓶及乙炔气瓶阀 乙炔气瓶是存储和运输乙炔用的压力容器 是采用优质碳素钢或低合金钢板焊接而成 乙炔是不稳定的化合物 受压时会爆炸 因此不能以高压压入普通钢瓶内 而必须利用乙炔能溶解于丙酮 CH3COCH3 的特性 采用装有多孔填料的特殊钢瓶 才能将乙炔压入钢瓶内 乙炔气瓶 管道是按照EN1089的规定都是黄色 我国为白色 使用乙炔气瓶时不能放倒 避免丙酮流出 瓶体温度不能超过30 40 温度升高会降低丙酮对乙炔的溶解度 而使瓶内乙炔压力急剧升高 乙炔瓶使用时需全部打开 以避免漏气 瓶内气体严禁用完 必须留有剩余压力 焊接材料 焊剂是氧 乙炔焊时的助熔剂 它的主要作用是 消除坡口 焊丝表面的油污和脏物的有害作用 与金属中的氧 硫化合 使金属还原 补充合金元素 起到合金化的作用等 焊剂主要用于 铸铁 合金钢及各种有色金属的气焊 低碳钢气焊不使用焊剂 气焊工艺 左焊法 适用于厚度小于3mm的工件 焊丝可间断送进 焊枪摆动 右焊法 适用于厚度大于3mm的工件 焊丝搅动 焊枪不摆动 优点 容易观察熔池 容易易焊透 能够实现对熔池大范围的保护 焊道较窄 用气量少 焊接各种材料用的氧 乙炔焰 铜与铜焊接时 可选用气焊 钨极氩弧焊 熔化极惰性气体保护焊 填充材料标准 EN12536 2000 非合金钢和热强钢气焊焊丝标记 例 焊丝化学成分 气焊焊丝焊接性能 各种焊丝对气体熔化焊的适应程度反映在他们的性能上 即 流动性及渗透性 在焊接过程中 和在熔池中的气孔倾向 气焊焊丝的适应性 相对应所采用的焊丝焊接的焊接接头 对于所有焊接位置都可达到所焊材料的最低屈服强度和抗拉强度 焊丝等级O 至O 用于单道焊接 O 至O 用于多道焊接 氧乙炔火焰应用 火焰校正利用局部加热后再冷却的收缩变形校正原来变形的工艺方法 要求材料有较高的塑性 校正效果取决于火焰加热位置和火焰能率 氧乙炔火焰切割属于火焰切割 切割过程中 金属材料处于燃烧状态 火焰切割的材料其燃点都应低于熔点 钢材表面预处理氧化皮 铁锈等 预热火焰喷涂 板厚在3 300mm范围内的碳钢和低合金钢 切割质量最好的热切割方法是火焰切割所要求的能量消耗最小 较大部分热量是通过氧与所切割钢的放热反应产生的 1 17热切割方法分类 按物理物理过程分类 火焰燃烧切割 熔化切割和升华切割 按机械化程度分类 手工 半机械化 全机械化和自动化切割 按能源的分类 火焰切割质量技术要求 a 直角或斜角误差u切割面最高点与最低点的切线的理论垂直距离b 平均粗糙度Ry5指割纹深度 进行目视判断参数 c 后拖量n切割方向上两个切槽点之间的间距d 边缘熔化度r切面上棱边一定形状的尺寸e 垂直度实际切断面与被切割表面的垂线之间最大偏差 说明 按ISO9013标准 直角或斜角误差u为区域2 表面粗糙度RZ5为区域3 工件尺寸偏差为1级例2 用文字描述 说明 按ISO9013标准 直角或斜角误差u为区域3 表面粗糙度Rz5区域4 工件尺寸偏差为2级 例1 ISO9013 231 1 20切割面质量标记举例 ISO9013342 影响火焰切割质量的因素 气体 压力 流量 混合比 纯度 类型和温度等 割嘴 结构 寿命和切割角度等 机械装置 机器结构 寿命和切割速度等 被切割材料 化学成分 厚度和尺寸精度等 等离子切割分类 根据原理不同分 非转移弧等离子切割 转移弧等离子切割 二次气体等离子切割 水流束等离子弧切割根据使用气体不同分 空气等离子弧切割 氧气等离子弧切割 氮气等离子弧切割 氩气 氢气等离子弧切割 水射流等离子弧切割 等离子是一种熔化切割方法 使用气体氧气 空气 氮气和氩气应用 氩气 氢气高合金钢 有色金属 铝 钛 钼等 氮气高合金钢 铝 钛 铜氧气结构钢压缩空气结构钢 铬镍钢氩气 氮气铬镍钢氩气 氮气 氢气铬镍钢二氧化碳高合金钢 等离子切割 切割气体特性 激光切割方法及原理 1 激光火焰切割原理利用激光热能将工件加热至其燃点 再用活性气体 如氧气 空气 使其燃烧 并排除燃烧物 形成割缝 其原理类似氧气切割 只是利用激光作预热热源 主要用于切割钢 钛 铝等金属材料2 激光熔化切割原理利用激光加热工件使之熔化 然后喷吹非氧化性气体 排除熔融物质 形成割缝 大多数金属材料的切割都属于这类切割 3 激光升华切割原理当高功率密度的激光照射到材料表面时 材料在极短时间内被加热到气化点 并以气体或者为气体冲击以液态 固态微粒形式逸出 形成割缝 材料的气化热很大 多用于非金属材料切割 激光切割的特点 1 切割质量高 激光是理想的光源 具有单色相关性的特点 对于材料加工 优先采用CO2激光 激光束是通过气体的电激发产生的 这里气体是指二氧化碳 氮气和氦气的混合气体 激光通过凸透镜 使激光束聚焦到工件的表面 CO2激光的激光束的斑点直径为0 1 0 2mm 2 切割效率高107W cm2的能量密度能够使 激光火焰切割的材料迅速达到燃烧温度 激光熔化切割的材料迅速达到熔化温度 激光升华切割的材料迅速达到蒸发温度 根据切割材料不同可使用 O2 N2 Ar He或压缩空气切割 使用气体能加快切割过程 激光焊接和切割适用范围 对于焊接和切割等材料加工 主要采用CO2激光 而激光气是由45 CO2 13 5 N2和82 He组成的混合气体 激光可切割 金属材料 塑料 木材和陶瓷材料 5 焊条电弧焊 E 111 2 1工艺特点1 设备简单 操作灵活方便 适应性强 可达性好 2 可焊金属广泛 3 待焊接头装配要求较低 4 劳动条件差 熔敷速度慢 生产率低 2 2焊条电弧焊应用范围 焊条电弧焊时 电弧温度约在6000 左右 熔化极气体保护焊接时 电弧温度约10000 左右 焊条药皮受热作用产生气体与熔渣 保护焊条末端 过渡的熔滴 母材上的液态金属 凝固的熔渣覆盖着焊缝金属 同样起保护作用 应用范围 适于全位置焊接 工件厚度大于3mm能焊的金属有 碳钢 低合金钢 高合金钢 不锈钢 耐热钢的连接焊接及堆焊 可能须预热 后热或两者兼用的金属有 铸铁 高强度钢 淬火钢等 焊接钢材时 阴极温度约为2400 阳极温度约为2600 正极 阳极 上产生的温度要比负极 阴极 温度高200 500 其原因是 在负极上射出的电子当它们脱离电极材料时 要消耗能量 电子以很高的速度射到正极上 将它的动能传递给正极 电弧的特点 1 电弧是一种气态物质 2 电弧的四周集中了磁场 受到磁作用的影响 还受到化学作用的影响 电弧在焊接电路中具有阻值高 且不断变化的电阻 3 电弧具有良好的导热性能 4 电弧能发射出红外线 可见光线和紫外线 5 当磁场单侧作用到电弧上时 会出现 磁偏吹 现象 6 电弧能在焊接熔池上施加压力 常用焊条电弧焊电源 按输出电流种类不同分 ISO60974 弧焊变流器弧焊整流器 直流弧焊逆变器弧焊变压器 交流 负极性交流正极性 电流大小相同而极性不同时获得的焊缝熔深 酸性药皮和金红石型药皮 负极性 国内直流正接 碱性和所有高合金钢焊条 正极性 国内直流反接 对弧焊电源外特性要求 焊条电弧焊时 焊工很难保持弧长恒定 因此 应选用陡降外特性的弧焊电源 当焊接非平焊位置的焊接或装配间隙大小不均的接头根部焊道时 宜采用具有较为缓降外特性的弧焊电源 如果为了提高引弧性能和电弧熔透能力 而须增加焊接短路电流时 可以选用恒流加外拖的外特性的弧焊电源 每一种电弧焊接方法均要求一种带特定的静特性曲线的电源 例 1 熔化极气体保护焊 MSG 恒压特性曲线2 埋弧焊 UP 下降和恒压特性曲线3 钨极惰性气体 WIG 下降特性曲线 具有陡降外特性电源优点 容易控制熔池的尺寸 限制电弧电流的最大值 确保了电弧的稳定性 电弧短路时不会产生过大电流 对电源的要求 足够高的空载电压 保证引弧 良好的调节特性 稳定的电弧 良好的动态特性 保证再引弧 足够的功率 保证操作 ISO60974 1电弧焊设备 对弧焊电源调节特性的要求 焊接时须按焊件材质 厚度 坡口形式 焊接位置等选用不同的焊接工艺参数 电源的主要技术参数 弧焊电源的暂载率额定暂载率额定暂载率是表示焊接电源工作状态的参数 额定暂载率是额定焊接电流工作状态下允许的最大暂载率 接通时间 10min ISO标准 带有下降特性的焊条电弧焊电源 通常它的暂载率规定为35 60 和100 ED 暂载率100 和60 时焊接电流与温度上升曲线的关系 根据ISO60974标准规定 具有陡降特性的焊条电弧焊设备 其额定暂载率为60 暂载率 ED 暂载率 负载时间 负载时间 空载时间x100 负载时间 工作周期x100 ts 电弧燃烧时间tp 电弧熄灭时间 ts tp 工作时间 标准值 10min 额定焊接电流 按额定工作条件焊接时 能符合标准规定而输出的电流 IS ID 注 IS 额定焊接电流ID 持续电流ED1 额定暂载率ED2 暂载率 焊钳的作用及对焊钳的要求 焊钳作用 夹持焊条 传导焊接电流 对焊钳的要求 导电性能好 外壳应绝缘 重量轻 装换焊条方便 夹持牢固和安全耐用等 焊条药皮的作用 提高电弧的导电性a 电弧引弧变易 b 提高焊接性能 造渣a 影响熔滴的大小b 可阻止有害气体的侵入 N2和O2 c 决定焊缝的成型d 防止焊缝快速冷却 造气a 通过有机物b 通过碳酸盐 比如 CaCO3 脱氧及合金化 焊条药皮化学成分及性能 焊条的焊接性能和焊缝的机械性能主要是通过药皮成分来获得的 形成渣壳物质 石英 液态材料 造渣物质 二氧化锰 二氧化硅 造气物质 纤维素 CaCO3 稳弧剂 钾化合物 金红石 渗合金剂 CrO3 Ti Si Ni粉等 粘接剂 钾水玻璃 钠水玻璃 对电焊条基本要求 1 引弧容易 电弧稳定 金属飞溅少 2 焊条熔化速度应均匀 并稍慢于焊条芯的熔化速度 3 熔渣的黏度及流动性应适当 凝固后脱渣性好 4 焊条在焊接过程中应具有渗入合金和冶金的作用 以保证焊缝金属和焊接接头的力学性能及物理性能 并保证焊缝不产生气孔 夹渣 裂纹等缺陷 5 焊条应适合全位置焊接 药皮强度要高 不易脱落 受潮 同心度好 焊接时放出的有害气体应尽量少 选用焊条应考虑的基本原则 1 焊接材料的力学性能和化学成分 2 焊件的使用性能和工作条件 3 焊件的结构特点和受力状态 4 施工条件及设备 5 改善操作工艺性能 6 合理的经济效益 焊条加工工艺过程简要 焊芯的加工 药皮材料粉碎制粉 涂料的混合与制备 压涂 干燥 焊条质量检验等 按照EN499标准焊条比例系数 薄药皮 105 125 中厚药皮 125 160 厚药皮 160 按药皮类型分为 酸性药皮 A 碱性药皮 B 金红石药皮 R 纤维素药皮 C 再烘干温度由药皮类型确定1 酸性焊条取70 150 范围 最高250 烘焙l l 5h 2 碱性焊条取300 400 范围 保温l 2h 重要焊条药皮类型主要特点 A 酸性焊条药皮中含有大量的铁氧化物 引起氧势偏高 和脱氧剂 含铁 锰 对于厚药皮 酸性熔渣形成细熔滴过渡 产生平滑焊缝 酸性药皮焊条只在定位焊接中使用 有局限性 并且比其他类型药皮焊条更易受影响 而导致硬化裂纹 B 碱性主要由大量碱土金属的碳酸盐组成 例如 碳酸钙 石灰 和氟石 为了改善焊接性能 特殊情况下使用AC进行焊接 需要附加非碱性成分 如 金红石和 或石英 碱性药皮有两大性能 a 焊缝金属的冲击功比较高 特别是在低温状态下 b 比其他类型药皮更能抵抗裂纹的产生 其焊缝金属的高金属纯度可抗凝固裂纹 同时可减少冷裂纹的发生 在烘干状态下施焊时得到的焊缝金属的扩散氢含量低于其他类型 不超过可允许的上限H 15ml 100g焊缝金属 对焊缝质量及韧性有较高要求时采用碱性焊条药皮焊接最合适 C 纤维素药皮内含有大量的可燃物质 尤其是纤维素 特别适用于立向下 PG 焊 R 金红石粗大熔滴过渡 适于金属薄板的焊接 用于除立向下 PG 焊外的全位置焊接 RR 厚药皮金红石焊条药皮与药芯的直径比率大于或等于1 6 特点是再引弧性能良好 焊缝波纹整齐 RC 金红石纤维素焊条的药皮组成与金红石焊条相似 含大量的纤维素 因此适用于立向下 PG 焊RA 金红石酸性药皮中铁氧化物的比例由金红石取代 基本上为厚药皮 适用于除立向下 PG 焊外的全位置焊接 RB 金红石碱性特点 含大量的金红石和碱性成分 1 重要药皮类型分析 1 1焊条药皮类型主要成分 提高电弧的导电性造渣造气脱氧及合金化 几种重要药皮的特点 焊条药皮成分的作用 焊接时的保护气体可由药皮中的下列哪些元素产生 有机物 碳酸钙 例如CaCO3 造渣剂 合金 石墨 金红石型药皮的导电性 金红石型药皮导电性能良好 主要原因是 在焊条药皮外套角上形成含有TiO2的渣壳 焊芯 药皮 在焊口药皮套处的渣 CaF2对焊接性能的作用 会使电离作用变坏 影响气体电离 使得电弧不能稳定燃烧 CaF2在高温时与氢结合成氟化氢 HF 从而降低了焊缝中的含氢量 铁粉或金属粉焊条的作用 提高金属的熔敷率和溶化率 焊接填充材料 ISO2560 碳钢和细晶粒钢焊条电弧焊用药皮焊条ISO2560规定了当最低屈服强度不超过500N mm2或者最低抗拉强度不超过570N mm2时 碳钢和细晶粒钢焊条电弧焊在焊态条件和焊后热处理条件下药皮焊条和熔敷金属的分类要求 焊接填充材料所涉及标准 EN499 ISO2560 焊接填充材料 碳钢和细晶粒结构钢焊条电弧焊焊条 EN757 ISO18275 焊接填充材料 高强钢焊条电弧焊焊条 部分EN1599 ISO3580 焊接填充材料 热强钢焊条电弧焊条EN1600 ISO3581 焊接填充材料 不锈钢 耐热钢焊条电弧焊焊条 ISO标准同时说明了两个分类体系 1 ISO2560 A EN499ISO2560 A对非合金钢和细晶粒钢用药皮焊条的分类系统 以屈服强度和47焦耳最低冲击功为基础 2 ISO2560 BISO2560 B对非合金钢和细晶粒钢用药皮焊条的分类系统 以抗拉强度和27焦耳最低冲击功为基础 A体系标记 按照屈服强度和47焦耳冲击功进行分类1 第一部分给出产品 工艺的标记2 第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记3 第三部分给出全焊缝金属的冲击性能的标记4 第四部分给出全焊缝金属的化学成分的标记5 第五部分给出焊条药皮类型的标记6 第六部分给出名义上的焊条熔敷率和电流种类的标记7 第七部分给出焊接位置的标记8 第八部分给出熔敷金属氢含量的标记 A体系焊接填充材料标准标记 ISO2560 A EN499 ISO2560 A 非强制性标记部分 根据ISO2560 A标准药皮焊条E422MnMoRR73H5具有的性能 最小屈服强度为420N mm2在 20 时的最小冲击值为47J厚药皮焊条熔敷率 160 且可使用交流或直流电源进行焊接适用于在PA和PB焊接位置进行焊接每100g熔敷焊缝金属扩散氢含量最大值为5ml 电弧长度的正确选择 金红石药皮焊条 R RR 的弧长为焊条直径 酸性药皮焊条 A 的弧长为焊条直径 纤维素药皮焊条 C 的弧长为焊条直径 碱性药皮焊条 B 的弧长为焊条直径的一半 焊条直径与焊接电流的关系 实例 母材S235t 12 ISO9606 1111PBW1 1Bt12PAssnb 设计或选用接头形式须考虑因素 1 根据产品结构特点和焊接工艺要求2 综合考虑承载条件3 焊接的可达性4 焊接应力与变形5 经济成本 生产中常采用的克服磁偏吹的方法 1 焊接时采用交流电源 而不适合采用直流电源2 改变焊件接地线位置 使焊接电弧远离接地位置 地线对称接在工件上3 采用短弧焊接4 沿焊缝对焊件定位或焊接 以便改变返回电流的流向和磁场区域的形状 5 在远离焊缝的末端 末焊端 放置一块钢块6 焊缝远离母材边缘 或朝向已焊的焊缝一侧7 采用分段退焊法8 利用电弧挺度 通过改变焊枪角度 焊缝产生的缺陷及防止 气孔 咬边 夹渣 未熔合 未焊透 弧坑裂纹 6 钨极惰性气体保护焊 141 德文缩写为WSG WIG 英文缩写为TIG 保护气体及钨极氩弧焊的应用惰性气体为 氩气 Ar 氦气 He 氩气和氦气以及氢气 H2 的混合气体可焊接钢和有色金属 在0 5 5 厚度适合全位置焊空间技术 精密机械 化工设备及压力容器 对于奥氏体不锈钢的焊接方法背面加氩气保护以利于焊缝成型及抗氧化 脉冲TIG焊与直流TIG焊相比较 优点 较低的能量输入具有良好的深 宽比稳定的电弧均匀的打底成形良好定位性工件变形小熔池容易控制良好的弥隙性能缺点 焊接设备昂贵参数调整较复杂 TIG焊枪 TIG焊焊枪可分为气冷和水冷式TIG焊气冷式焊枪用于额定电流250A以下TIG焊水冷焊枪用于高电流和持续焊接时 钨电极 Tth 焊接时钍电极的温度Tr 焊接时纯钨极的温度 纯钨极与钍钨极的温度和电流密度关系 电极端部形式 在直流TIG焊时 电极形状对熔深的影响 保护气体对熔深的影响 不同保护气体其热传导性能亦不同 保护气体使用He时比使用Ar时熔深大用氢氩混合气体保护时 随氢气量的加大熔深加大 铝的TIG焊工艺 铝的交流TIG焊TIG焊交流焊接过程 正半波时对熔化表面进行清理 负半波时钨极得到冷却铝的直流TIG焊采用直流负极性接法 氧化膜得不到破坏 电极为负极和熔深形式 电极为正极和熔深形式 AlMg3材料TIG焊 双V型坡口 16 板厚 焊前预热对熔深的影响 TIG焊铝时产生缺陷及原因和避免措施 TIG焊填充材料 棒 丝 分类 EN1668 ISO636 非合金钢及细晶粒钢按照A系列分类方法可分为四项 1 第一部分给出产品 工艺的标记 2 第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记 3 第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记 4 第四部分给出所用焊棒或者焊丝化学成分的标记 按照A系列分类方法的焊丝标记方式 ISO636 AW463W3Si1按照化学成分标记的焊丝标记方式如下 ISO636 AW3Si1其中 ISO636 A国际标准编号 按照屈服强度和47焦耳冲击功分类 W钨极惰性气保护焊46强度和延伸率 见表1 3冲击性能 表3 W3Si1焊棒 焊丝的化学成分 见表2 7 熔化极气体保护焊 MSG与WSG在电极种类和形式上有所不同钢和非铁金属的使用范围由焊丝和保护气体的组合形式确定 金属极一活性气体MAG 135 1 混合气体 MAGM 2 CO2气体 MAGC 金属极一惰性气体MlG 131 工作原理 电弧在一个熔化的电极和工件之间燃烧 这个熔化的电极同时又作为填充金属 保护气体是惰性的或活性的 电弧温度约高达10000 焊丝具有较高的电流承载能力 直径1mm的焊丝 可承载40 200安培的焊接电流 应用范围 适于工件厚度0 6 100mm范围内的全位置连接焊接 以及堆焊 MIG焊使用惰性气体 既可以焊接黑色金属又可以焊接有色金属 主要用于铝 铜 钛及其合金 以及不锈钢 耐热钢的焊接 MAG焊主要用于焊接碳钢 低合金高强度钢 焊接电源 熔化极气体保护焊一般使用直流焊接电源 外特性曲线为平特性 软管式焊枪 熔化极气体保护焊焊枪的作用 1 将保护气体输送到焊接位置2 输送焊丝3 将焊接电流导通到焊丝上 焊枪 额定电流为200A的气冷式焊枪 在较高焊接电流时必须采用水冷却的焊枪 熔化极气体保护焊电弧长度的调节 在各种焊接方法中 焊接参数 如电流 电压 在焊接过程中应保持不变 而其体现形式则是保持电弧长度不变 对此主要有二种调节方法 即 U调节和 I调节 I调节主要用于熔化极气体保护焊设备中 在经过不同台阶时 电弧长度的变化 I 调节 I 调节方式适用于平特性或缓降特性的焊接电源 即当电流有很大改变时 电压没有变化或变化很小 在实际中主要以略带倾斜的特性曲线为主 在 I调节方式中 送丝速度在焊接过程中保持在预先调定的位置不变 当电弧长度发生变化时 电弧电压将发生变化 这一较小的变化将导致焊接电流的大幅度变化 I 由于送丝速度保持恒定 则焊丝的熔化速度将发生变化 电流增加 熔化速度加快 电流减小 熔化速度减慢 这样即可使电弧长度恢复到原始长度 这种调节是依靠不同电弧长度的电流差值来调节的 I 调节速度较快 适于细焊丝焊接时的调节 U 调节速度较慢 适于粗焊丝焊接时的调节 电弧种类和熔滴过渡形式 不同的电弧过渡形式对焊接参数的影响 熔化极气体保护焊的电弧功率调节范围不同 决定它的实际应用范围 短路过渡电弧 kLb 适用于薄板焊接对接坡口封底焊空间位置 过渡电弧 Lb 由于它的不规则的电弧过渡形式 在实际应用中与所采用的保护气体形式有关 一般用于PA和PB焊接位置的中厚度板的焊接 喷射过渡电弧 sLb 或长电弧 lLb 用中厚板多层焊和PA及PB角焊缝焊接 脉冲过渡电弧 p Lb 在熔化极气体保护焊中 电磁作用力 收缩力 对熔滴的过渡影响最大 收缩力使焊丝液态端部收缩 提高了收缩位置的电流密度 这也增强了收缩力 最终迫使熔滴过渡 收缩效应是以电流强度的平方增大 每个脉冲的通电时间也可随意调整 经组合可调出实际脉冲电流值 按母材 板厚 焊缝型式 焊接位置 焊丝种类 焊丝直径和保护气体进行调整和改变脉冲电流值 不同电流时间的脉冲电流 MIG MAG脉冲电弧焊与直流焊相比较 优点 良好的引弧性能焊接参数对所焊工件的良好适应性热输入量可保持最小较粗焊丝可焊较薄工件在整个脉冲功率调节区内飞溅少焊缝的良好抗气孔性能与直流焊相比对空间焊缝其熔化效率约高25 良好的抗腐蚀性能没有短路良好的焊接熔深 缺点 焊接设备较昂贵焊接设备的调整较复杂导电咀寿命较短 MIG MAG焊保护气体的选择 不同保护气体的U I特性曲线 MIG焊保护气体的选择 通常 Ar气 I1 Ar He的优点 铝Al Ar 30 70 50 HeHe会使熔深增加 防气孔能力增加 予热温度降低或不予热 但纯He会使电弧不稳 不平静 熔滴粗大 短路过渡 铜Cu 铜导热系数 Al 故Ar 70 He 镍Ni Ni Ar 5 H2orAr 30 He Ar He CO2orAr H2 CO2 CO2 2 MAG 铝采用Ar气保护时 可使熔滴过渡非常稳定 但采用氩气和氦气混合气体时可改善熔深和抗氢气孔性能 氦气 I2 由于使熔滴过渡变得不稳定 氦气所占比例在30 和70 之间 常用混合气体比例为50 Ar和50 He I3 采用氦气混合气可降低预热所需费用或者甚至不预热 铜及铜合金由于这些材料与铝相比具有较高的导热性能 所以氦气混合量在70 是适合的 板厚在5 以下 可不用进行预热 镍及镍合金为获得稳定的 飞溅少的电弧过渡型式 采用MIG 脉冲焊是必要的 纯Ar气保护时焊缝易产生过大的余高 改进措施是用Ar和5 H2 R1 或30 He I3 在实际应用中 也采用Ar He CO2或者Ar H2 CO2 一般CO2比例为2 MAG焊保护气体的选择 通常 CO2 ArAr为主的气体优点 高熔化效率时飞溅减少 低合金钢 Ar 18 CO2 薄板 中板 Ar 18 CO2 8 O2 中板 厚板 高合金钢 Ar 1 3 O2orAr 0 5 CO2如 Ar 5 CO2 低C焊材 化工设备奥氏体 8 O2 热裂纹堆焊 1 O2 稀释小铁素体 奥氏体钢 Ar 15 He 2 CO2 高质量的活性气体用途 用于 10mm的细晶粒结构钢成份 EN439M1493 Ar 5 CO2 2 O2特点 增加焊接速度 改善焊缝成形 减小焊接飞溅 增大熔化截面 得到高强度的焊缝 高含量的Ar使起弧更容易 电弧更稳定 虽然加入CO2 但在焊接中能得到喷射过渡 所以飞溅很小 附加的CO2增加热输入和熔深 附加的O2增加电弧稳定性和溶池润湿性 三种过渡方式的应用范围 说明 1 长弧是在CO2气体保护焊接条件下或在CO2含量较高的混合气体保护条件下形成的 主要应用在厚度大于2 构件焊接 焊接位置主要是PA PB2 短弧是在电流大约200安培以下范围产生 主要应用于薄板及根部打底层的焊接 焊接位置可应用于受限位置的焊接如 PE PF PG PC 焊丝干伸长对焊接电流的影响 当送丝速度不变时 干伸长越大 则电流越小 将使熔滴与熔池温度降低 造成热量不足 而引起未焊透 干伸长太大 电弧不稳 难以操作 同时飞溅也较大和焊缝成形恶化 甚至破坏保护而产生气孔 相反 焊丝干伸长减小时 焊接电流增加 弧长略变短 熔深变大 焊接飞溅金属大量粘附到喷嘴内壁 当干伸长过小时 易使导电嘴过热而夹住焊丝 甚至烧毁导电嘴 焊丝干伸长与焊丝直径经验公式 l 10d 焊接填充材料 实芯焊丝EN440 ISO14341 2002 非合金钢和细晶粒钢金属极气体保护焊用实芯焊丝按照A系列分类方法可分为五项 1 第一部分给出产品 工艺的标记 2 第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记 3 第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记 4 第四部分给出所用保护气体的标记 5 第五部分给出所用焊丝化学成分的标记 例1 ISO14341 AG465MG3Si1 按照化学成分标记的焊丝 标记方式如下 ISO14341 AG3Si1其中 ISO14341 A国际标准编号 按照屈服强度和47焦耳冲击功分类G焊丝和 或熔敷金属 金属熔化极气体保护焊46强度和延伸率 见表4 5冲击性能 见表5 M保护气体 见表7 G3Si1焊丝的化学成分 见表3 用于电弧焊和切割的保护气体的分类 EN439 ISO14175 药芯焊丝 EN758 ISO17632 2004 非合金钢及细晶粒 114 136 焊丝 分类按照A系列分类方法可分为八项 1 第一部分给出药芯焊丝的标记 2 第二部分给出多道焊技术中全焊缝金属的强度和延伸率标记或者单道焊技术中母材的强度 3 第三部分给出全焊缝金属或者焊接接头的冲击性能的标记 4 第四部分给出全焊缝金属化学成分的标记 5 第五部分给出焊丝类型的标记 6 第六部分给出保护气体的标记 7 第七部分给出焊接位置的标记 8 第八部分给出熔敷金属氢含量的标记 例 ISO17632 AT4631NiBM1H5强制部分 EN758 ISO17632 AT4631NiBM其中 ISO17632 A国际标准编号 按照屈服强度和47焦耳冲击功分类 T表示药芯焊丝 金属电弧焊46表示拉伸性能 见表4 3表示47J的冲击性能 最低值 见表11 1Ni全焊缝金属的化学成分 见表9 B焊芯类型 见表12 M保护气体 见表7 1焊接位置 见表13 H5氢含量 见表14 焊接参数对焊接质量的影响 主要焊接参数有 电弧电压送丝速度焊丝干伸长焊接速度 极性的影响 熔化极气体保护焊 131 135 通常采用DCEP 直流负极性 优点 电弧稳定 熔滴过渡平稳 飞溅较低 焊缝成型较好和焊接参数调节范围较宽 焊丝干伸长度的影响焊接速度的影响焊枪角度的变化影响焊接位置的影响 MIG MAG焊的缺陷 焊缝层间未熔合气孔产生的原因焊缝中的气体来源 8 埋弧焊数字代号为12 德文UP 英文SAW 埋弧焊过程连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧 电弧热使焊丝 焊剂 母材熔化以致部分蒸发 在电弧区形成蒸气空腔 电弧在空腔内稳定燃烧 底部是金属熔池 顶部是熔渣 随着电弧向前移动 电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝 熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面 应用范围 主要用于焊接工件厚度8mm 50mm以上的碳钢 低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置 包括船形位置 连接 用于带极堆焊高合金钢的堆焊层 在容器制造 钢结构 造船工业和车辆制造中 制造大批量长焊缝的工件 如工字梁最合适的焊接方法如埋弧焊或MAG焊 埋弧焊电特性和调节 细丝埋弧自动焊电弧长度调节 电弧静特性为上升特性 电源为平特性 采用内调节方式 MIG MAG焊 粗丝埋弧自动焊电弧长度调节 电弧静特性为平特性 电源为下降特性 采用电弧电压反馈变速送丝系统调节 埋弧焊参数对焊缝形状的影响 1 焊接电流对焊缝成形的影响 不同焊接电流时焊缝横截面形状 H熔深B焊缝宽度a余高 2 电弧电压对焊缝成形的影响 焊接电压对焊缝横截面形状和熔深的影响 H熔深B焊缝宽度a余高 3 焊接速度对焊缝成形的影响 焊接速度对焊缝形状的影响 H熔深B焊缝宽度a余高 4 其它工艺参数对焊缝的影响 影响因素 焊丝伸出长度 焊丝倾角 焊丝偏移量 焊剂粒度和堆散高度 a 焊丝伸出长度对焊缝的影响 焊丝熔化速度与伸出长度的电阻热成正比 因此伸出长度越长 熔化速度越快 在较低电弧电压下 增加焊丝伸出长度 焊道变窄 熔深减小 余高增加 2 0 2 5 3 0焊丝推荐30 50mm 最大75mm 4 0 5 0 6 0焊丝推荐50 80mm 最大125mm b 焊丝倾角对焊缝形状的影响 C 焊丝偏移量对焊缝形状的影响 环缝焊接a 焊丝偏移合适b 焊丝偏移量过大c 焊丝偏移量过小 d 焊剂粒度和堆散高度 细颗粒 大电流情况下 能得到较大熔深和宽而平坦的焊缝表面 细颗粒 低电流情况下 获得焊缝成形不好 一般在大电流适用细颗粒焊剂 小电流运用大颗粒焊剂 堆散层高度一般在25 40mm范围 随电流 焊丝直径增加而增加 埋弧焊的缺陷及防止措施 常见缺陷及防止措施 内部缺陷 1 氢致冷裂纹焊剂在250 300 烘干大约2小时预热 后热 消氢 焊后热处理合理焊接参数 适当增加焊接热输入选择合适接头和坡口 减小拘束度和内应力清理焊接区域水分 油污 铁锈 2 层状撕裂选用合理的结构设计 减小厚度方向的拘束度和残余应力选用合理的焊接顺序 变形能力良好的焊接材料改善母材的性能 Z向 选用薄板 3 热裂纹减少钢中C S P含量 提高焊丝纯净度控制焊缝形状 宽 深比B T 1 合理的焊接参数 适当减少焊接热输入改善坡口形式 减少拘束度和应力 4 气孔烘干焊剂清理工件焊接区域调整焊剂化学成分改变熔渣粘度焊剂覆盖充分5 夹渣调整焊接次序选择脱渣性好的焊剂调整焊接参数6 未焊透及未熔合适当的参数 增加焊接电流 减小焊接速度 选择合适坡口 调整焊接位置 有较好的对中性 外部缺陷 埋弧焊填充材料 焊丝的作用 填充金属焊剂的作用 1 改善电弧的导电性 使起弧容易 稳定电弧 2 形成熔渣 形成一个坚固的渣腔 保护过渡的熔滴 保护形成的熔池 覆盖在焊道上表面 避免焊缝的过快冷却 3 对溶池产生冶金影响 在金属与渣之间 通过锰铁和硅铁反应脱氧 4 掺合金作用 加入Si和Mn Cr Ni Mo等元素 焊剂分类 1 按生产工艺分 熔炼焊剂 价格低 不易吸潮 但消耗量大 烧结焊剂 参与冶金反应 消耗量少 但价格高 焊剂的酸碱度及合金元素的添加和烧损 2 按酸碱度分 B1碱性 MgO和CaO含量高 B 3强碱性 不同酸碱性焊剂对焊缝缺口冲击功的影响 几种常用焊剂的性能 埋弧焊焊剂类型的特点及应用 MS锰硅型 适合与低锰低硅的焊丝配合 较多的锰过渡 电流承载能力强 适合高速焊接 可使用交流电 一般不用于双丝 多丝焊 脱渣性不太好 不适于厚板的多层焊 焊缝成型不错 韧性较差 适于薄板 角焊缝的快速焊 AB氧化铝碱性 铝酸盐 碱型 主要由Al2O3 MgO CaO组成 中锰过渡 较好的焊缝性能 工艺性较好 应用于非合金或低合金的结构钢 可交直流两用 适于多层焊及双面焊 AR铝钛型 铝酸盐 金红石型 焊剂粘度高 在工艺性能上有很多优点 如焊缝成型好 高速焊接性 好的脱渣性 焊剂适于交直流两用 因此适于单丝或双丝焊 因其焊缝中的较高含氢量 其机械性能一般 主要应用于薄壁容器和管子 鳍片管 钢结构和造船中的角焊缝FB氟化物碱性 高碱性 低的二氧化硅含量 合金的烧损和渗入中和 有锰的烧损 需配高锰的焊丝 可用于低温条件下 高韧性 电流承载能力和焊速受限制 推荐用于多层焊 注意清渣 当要求高韧性时 用于高抗拉强度的细晶粒钢 如压力容器 核设施 海洋结构 也用于不锈钢和镍钢 RS钛硅型 锰烧损高 较高的硅渗入 应用于中 高锰焊丝 韧性受到限制 电流承载能力强 用于单 多丝的高速焊 用于双面焊 大管径的管材 CS硅钙型 电流承载能力最强 韧性一般 成型好 偏酸性 电流承载能力较强 能得到不错的焊缝和机械性能 偏碱性 埋弧焊种类和应用 1 单丝埋弧焊特征 单丝 一个电源 一套控制系统优点 熔化效率高2 并列双丝埋弧焊特点 双丝 一个电源 一套控制系统优点 高的熔化效率 好的间隙搭接性 高的焊接速度3 纵列双丝埋弧焊特点 二个焊丝 二个电源 两套控制系统优点 熔化效率高 焊接速度快 焊缝成形好 机械性能好典型的焊接参数 焊接速度95 min第一个机头 4 I 650A U 30V DC第二个机头 4 I 550A U 32V AC注 如在管道中焊接 两电源都为交流 4 带极埋弧焊特征 带状电极 一个电源 一个控制系统优点 熔深小 稀释率低 堆焊效率较高 表面光滑5 窄间隙埋弧焊特征 单焊丝 单电源 一个控制系统优点 减少相同材料厚度 改善应力状态缺点 对设备可靠性要求高 返修性差6 埋弧焊横焊 平角焊 埋弧焊主要应用领域 埋弧焊在容器制造业的应用 板厚 8mm时 环 纵缝常UP焊接 对抗腐蚀性能的容器 例如CrNi钢 按EN10088标准加工 在采用UP焊接时按下列要求进行 1 线能量限制在15KJ cm 焊丝直径3mm 焊接电流450A 并采用多道焊 层温控制在大约150 2 对于铁素体不锈钢 由于导热性和热膨胀性能的变化将导致较大变形 3 使用酸性焊剂时 可使焊缝含Cr量得到明显增加 所以在考虑含Cr量的配比时应选择相适应的焊剂 埋弧焊用填充材料及标记方法 ISO14171 EN756 ISO14174 EN760 ISO14171标准 碳钢和细晶粒结构钢的埋弧焊焊丝与焊剂配合 A系列标记包含五项 1 第一部分给出产品 工艺的标记 2 第二部分给出多道焊技术中全焊缝金属的强度和延伸率标记或者双道焊技术中母材的强度3 第三部分给出全焊缝金属或者焊接接头的冲击性能的标记4 第四部分给出所用焊剂类型的标记5 第五部分给出所用焊丝化学成分的标记 埋弧焊焊丝 焊剂配合标记举例 1 EN756 ISO14171 AS463ABS22 EN756 ISO14171 AS4T2ABS2Mo3 EN756 ISO14171 ASS2Mo其中 ISO14171 A 国际标准编号 按照屈服强度和47焦耳冲击功分类 S 埋弧焊