先进的低碳钢焊接方法工艺.ppt

低碳钢先进焊接工艺 低碳钢焊接的特点 由于低碳钢含碳量低 锰 硅含量也少 所以 通常情况下不会因焊接而产生严重硬化组织或淬火组织 低碳钢焊后的接头塑性和冲击韧度良好 焊接时 一般不需预热 控制层间温度和后热 焊后也不必采用热处理改善组织 整个焊接过程不必采取特殊的工艺措施 焊接性优良 但在少数情况下 焊接时也会出现以下困难 1 采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高 杂质含量多 从而冷脆性大 时效敏感性增加 焊接接头质量降低 焊接性变差 2 沸腾钢脱氧不完全 含氧量较高 P等杂质分布不均 局部地区含量会超标 时效敏感性及冷脆敏感性大 热裂纹倾向也增大 3 采用质量不符合要求的焊条 使焊缝金属中的碳 硫含量过高 会导致产生裂纹 如某厂采用酸性焊条焊接Q235 A钢时 因焊条药皮中锰铁的含碳量过高 会引起焊缝产生热裂纹 4 某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量 如电渣焊 由于线能量大 会使焊接热影响区的粗晶区晶粒长得十分粗大 引起冲击韧度的严重下降 焊后必需进行细化晶粒的正火处理 以提高冲击韧度 总之 低碳钢是属于焊接性最好 最容易焊接的钢种 所有焊接方法都能适用于低碳钢的焊接 在现实生活中低碳钢被广泛的应用于生产压力容器 锅炉制造 核电站设备等大型器件 主要工艺有 窄间隙埋弧焊 窄间隙自动MIG全位置焊 TIG焊封底背面成形工艺 多头MIG焊 电阻焊 小孔等离子焊等 一 窄间隙埋弧焊 1 概述窄间隙焊接是厚板焊接领域的一项先进技术 与普通坡口的埋弧焊相比 窄间隙焊具有无可比拟的优越性 如坡口窄 焊缝金属填充量少 可以节省大量的焊材和焊接工时 由于窄间隙焊时热输入量较低 使焊缝金属和热影响区的组织明显细化 从而提高其力学性能 特别是塑性和韧性 2 机头的方案及结构设计窄间隙埋弧焊接时 可进行每层一道 每层两道或每层三道焊接 其中每层一道的焊接虽然效率较高 但易引起侧壁熔合不良 夹渣 焊缝成型系数过小 易引起结晶裂纹 脱渣不易等问题 在窄间隙埋弧焊接中很少应用 而每层三道则由于坡口的加宽而降低了效率 因此 每层两道的焊接得到了普遍应用 在每层两道的窄间隙埋弧焊接中 为了保证坡口侧壁的良好熔合而不出现夹渣等焊接缺陷 在每一个焊道焊接时 焊丝端头必须偏向各自接近的坡口侧壁 为了实现这一点 目前流行的大致有两种方案 方案a 为导电嘴偏摆型 即导电嘴与电杆之间有一活动关节 在焊完一侧焊道后设法使它摆而偏向另一侧 导电杆始终处于坡口间隙的中心位置 方案b 为导电嘴旋转型 即导电嘴本身有一定弯度 每焊完一道后导电杆带着有导电嘴一起旋转一定角度 这样焊丝端头亦会由坡口一侧偏向另一侧 整个焊头由具有可摆导电嘴的焊嘴 自动跟踪装置 送丝机构 焊丝校直机构 摆驱动装置 焊剂撒放及回收装置 支架等部分组成 3 焊头的技术性能指标 1 可伸入350mm深窄间隙坡口中焊接 2 窄间隙坡口的尺寸 根部18 24mm 坡口角度1 3 3 可对坡口进行垂直和水平两个方向自动跟踪 跟踪精度 0 3mm 4 适用焊丝 3 4mm 5 每层两个焊道 焊环缝时在每一焊道完成后 能自动转换到另一焊道连续焊接 直至整个焊缝焊完 6 可在工件焊剂预热状态下连续工作 窄间隙埋弧焊焊接参数 4 窄间隙埋弧焊在核容器制造中的应用 某核电工程稳定器为核一级设备 属锻焊结构的大型压力容器 整个容器由上下封头 三节筒体五大锻件组焊而成 主体焊缝为四条 2m 厚度115mm的环焊缝 要求采用窄间隙埋弧焊接 容器主体材料为法国核容器专用钢种16MND5 相当于A508 锰镍相低合金钢 为了焊接该容器 在对16MND5的焊接性进行了充分试验及其它工艺试验的基楚上 进行了窄间隙埋弧焊的焊接工艺评定 二 窄间隙自动MIG全位置焊 1 窄间隙自动MIG焊的原理及特点原理 在厚大板件 对接 焊接时不开坡口 只留很窄间隙同时利用外加惰性气体作为电弧介质 焊丝作熔化电极的一种电弧焊接工艺 实际就是窄间隙焊和自动MIG焊的组合 特点 1 焊接质量好 HAZ小 焊缝组织细密 2 焊接生产率高 成本低 因不开坡口 节约材料和电能等 3 适用范围广 能全位置焊 4 绿色环保 5 设备复杂 对电弧变化敏感 2 适用材料及行业 材料 低碳钢 低合金钢 高合金钢 铝和钛等合金行业 锅炉 石化行业的容器最多见 另外 在机械 建筑 管道 造船和桥梁等也有应用 3 焊接设备 组成 焊接电源 控制系统 送丝系统 焊枪及行走系统 供气系统 水冷系统 等 4 焊接工艺 1 熔滴过渡特点传统的熔滴过渡形式有短路过渡 喷射过渡 脉冲喷射过渡 最新的技术使可以采用双脉冲 doublepulse 过渡或超脉冲 superpulse 过渡 2 保护气体 Ar 应符合GB T4842 1995 纯氩 的要求比空气重 用于厚度不大的铝 铜 合金 的焊接 He 应符合GB4844 2 1995 纯氦 的要求电弧发热量大但比空气轻 价格昂贵 一般不单独使用 Ar He 常用于大厚度的铝 铜 合金 的焊接 另外 N2对于铜 合金 而言是惰性的 可以用Ar N2焊接铜 合金 最后 需要指出的是 现在对于铝 铜 合金 的焊接 已不再单纯限于用惰性气体 正越来越多地采用微量活性的混合气体 即铝 铜 合金 的焊接也正在由MIG向MAG焊发展 如奥地利Fronius公司铝合金角焊缝双面成形MIG焊用的四元混合气体就是微量活性气体 0 5 O2 8 CO2 26 5 He 65 Ar 5 重要参数 1 焊丝直径 应根据焊件的厚度 焊接层次及位置 接缝间隙大小 所选熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定 细焊丝通常多用于短路过渡的薄板 全位置焊 粗丝多用于喷射过渡的中厚板的平位置填充 盖面焊 2 焊接电流 应根据焊件的厚度 焊接层次及位置 焊丝直径大小 所需熔滴过渡形式等因素来综合考虑确定 焊丝直径一定时 可以通过改变电流的大小来获得不同的熔滴过渡形式 3 焊弧电压 短路过渡的电弧电压较低 喷射过渡的电弧电压相对较高 4 焊接速度 焊接速度要与焊接电流相匹配 尤其是自动焊时更应如此 铝合金焊接一般用较快的焊接速度 半自动焊常在5 60m h之间 自动焊约在25 150m h之间 5 MIG焊所需的气体流量比TIG焊的要大 通常在30 60L min 喷嘴孔径也相应地应有所增加 有时甚至要用双层喷嘴 双层气流保护 同时要注意焊丝的伸出长度对保护效果 电弧稳定性和焊缝成形的影响 MIG焊机各型号的电压与电流等参数 6 焊接形式 1 低热输入窄间隙熔化极氩弧焊b 6 9 5mm 细焊丝 0 8 1 6mm 随导电嘴导入间隙内 保护气亦随导电嘴导入间隙内 可采用双层气流 为提高生产效率 可采用双丝或多丝 多采用活性混合气体 可进行全位置焊 焊缝力学性能好 焊件变形 应力小 难点 侧壁的熔合以及焊枪的小型化 2 高热输入窄间隙熔化极氩弧焊b 10 15mm 粗丝 2 4 8mm 伸入间隙内 导电嘴和气体喷嘴在间隙外 可采用正极性 也可采用多丝焊 一般用活性气体保护 工艺相对简单易行 焊接生产效率高 但不易进行全位置焊 所焊厚度通常小于152mm 三 TIG焊封底背面成形工艺 该工艺主要用于无法进行两面焊接 但又要求必须焊透的受压容器 管道或其他结构的焊接施工 焊接时要求根部熔化 背面形成焊缝 或背面不要求成形 但根部必须完全熔透 3 1TIG封底焊接方法 3 1 1采用2 5mm的铈钨极 钨极伸出长度3mm 5mm 焊缝不预热 层间温度低于150 喷嘴直径12mm 喷嘴越大效果越好 最好采用喷嘴加拖罩方法 焊接前应先用氩气将管内空气置换干净后再进行焊接 采用高频引弧 焊枪在焊接时要尽量垂直于焊件 这样能更好的控制熔池的大小 而目可使喷嘴氩气均匀的保护熔池不被氧化 采用小电流 快的焊接速度 降低热输入 防止热量集中产生热裂纹 焊枪不得停止不动和搅拌熔池 3 1 2焊接时钨极端部离焊件距离2mm左右 焊丝要顺着坡口沿着管子的切点 送到熔池的前端 待焊丝熔化 两边稍作停留 焊丝均匀的 断续的送进熔池向前施焊 在焊接中 焊材的端部始终要在保护气中 防止氧化 3 1 3在填丝过程中 焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区 否则造成焊缝夹钨和坡坏电弧稳定 管子对接固定焊缝全位置焊接时 为防止仰焊内部焊缝内凹 打底层采用仰焊位置内填丝 立 平焊部位外填丝方法进行施焊 3 1 4收尾处打磨成斜坡状 焊至斜坡时 暂停给丝 先用电弧把斜坡处预热并熔化成熔孔时 迅速加焊丝 使焊缝封闭 收弧时要填满弧坑 气体延时保护 避免焊在高温下被大气污染氧化 3 2TIG中间层填充及盖面焊接方法 3 2 1第一层填充焊接时 为防止背面氧化 焊缝背面也应充氩保护 3 2 2为防止热裂纹 应采用小线能量焊接 采用短电弧不摆动或小摆动的多层多道焊 严格控制层间温度在150 以下 收弧填满弧坑 每层焊接完成 都要清理干净后 再进行下一层的焊接 3 2 3焊接过程中 若焊丝端头在高温过程中 脱离了氩气保护区 容易在空气中被氧化 当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理 又送入熔池中 容易形成夹渣 若钨极长度伸出量过大 焊枪动作不稳定 钨极与焊丝或钨极与熔池相碰时 又未终止焊接 造成夹钨 起焊和收弧的上下接头要超过中心线5mm 10mm 要注意坡口边缘不要被电弧擦伤以备盖面层焊接 因管子是圆的 焊枪 送丝角度要随时变化 所以手法一定要稳 准 3 2 4盖面时 应在坡口边缘稍作停顿 保证熔池与坡口更好的熔合 保证盖面层焊缝和边缘熔合整齐 见下表 四 多头MIG焊 一 MIG焊的基本原理MIG焊是采用惰性气体作为保护气 使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法 使用的保护气体通常为氩气或氦气或它们的混合气体作为保护气 MIG焊接除用金属丝代替焊炬内的钨电极外 其它和TIG焊一样 因此 焊丝由电弧熔化 送入焊接区 电力驱动辊按照焊接所需从线轴把焊丝送入焊炬 二 MIG焊的特点焊接质量好焊接生产率高适用范围广MIG焊的缺点在于无脱氧去氢作用 因此对母材及焊丝上的油 锈敏感 另外 MIG焊的抗风能力差 设备比较复杂 三 MIG焊设备1 组成及要求 1 焊接电源MIG焊时 一般都采用直流反接 半自动焊时 使用的焊丝比较细 一般小于2 5mm 自动焊时 使用的焊丝直径常大于3mm 2 送丝机构MIG焊的送死机构和CO2焊相似 分为推丝式 拉丝式和推拉丝式 如果焊丝比较细的话 一般选用拉丝式和推拉丝式比较好 3 焊枪焊枪分为半自动焊枪和自动焊枪 有水冷和气冷两种形式 4 控制系统控制系统的主要作用是 引弧前预先送气 焊接停止时 延迟停气 送死控制和速度调节 控制主回路的通断等 5 供气 供水系统供水系统主要用来冷却焊枪 防止焊枪烧损 2 典型控制电路ZPG2 500型弧焊整流器SS 2型半自动送丝机构Q 1型半自动焊枪 四 MIG焊工艺1 熔滴过渡特点MIG焊采用一种介于短路过渡和射流过渡之间的一种特殊形式 称为亚射流过渡 亚射流过渡的特点有 短路时间很短 短路电流对熔池的冲击力很小 过程稳定 焊缝成形美观 焊接时 焊丝的熔化系数随电弧的缩短而增大 从而使亚射流过渡可采用等速送丝配以恒流外特性电源进行焊接 弧长由熔化系数的变化实现自身调节 由于亚射流过渡时 电弧电压 焊接电流基本保持不变 所以焊缝熔宽和熔深比较均匀 同时 电弧下潜熔池之中 热利用率高 加速焊丝的熔化 对熔池的底部加热也加强了 从而改善了焊缝根部熔化状态 有利于提高焊缝的质量 由于采用的弧长较短 可提高气体保护效果 降低焊缝产生气孔和裂纹的倾向 2 保护气体MIG焊常用的保护气体有 1 氩气 Ar 氩气是一种惰性气体 焊接时电弧燃烧稳定 电弧力大 但焊缝容易形成 指状 焊缝 2 氦气 He 氦气的作用类似与氩气 但氦气的电离电压搞 热导率高 因此电弧具有更大的功率 但氦气的密度比空气小 容易出现保护不良 而且提炼氦气成本较高 因此应用不多 3 Ar He Ar N2采用Ar He混合气体作为MIG焊的保护气体 兼具两种气体的优点 电弧功率大 温度高 熔深大的特点 由于N2不和Cu等金属反映 想对这些金属来说 N2就相当于惰性气体 N2热导率高 电弧热功率和温度都可大大提高 并且来源广泛 价格便宜 焊接成