机电工程焊接技术剖析

2H机电工程焊接技术焊接技术是机械和电气工程的基础工艺和技术，广泛应用于国民经济的各个领域，以确保焊接部件的安全运行。焊接技术是在加热加压或两者结合使用的条件下，使用焊接材料(焊条或电线)整体连接两个或多个主(要焊接的工件)的工作方法。焊接在金属和非金属中都有广泛的应用。本主题重点介绍了焊接工艺的选择和评价，焊接质量检验方法。2H焊接工艺的选择与评价一、焊接工艺选择(a)焊接工艺的类型焊接工艺蓬勃发展，焊接工艺种类相继发明。现有碳弧焊、铝热焊、气焊、手动弧焊、自动弧焊、埋弧焊、钨和熔化极惰性气体保护焊、电渣焊、二氧化碳气体保护焊、混合气体保护焊、药芯焊丝气体保护渣接头保护焊、自保护弧焊、等离子弧焊、电子束焊、电子束焊(b)焊接工艺的主要考虑焊接制造具有接近母体材料的机械特性的粘合牢固的接缝。焊接工艺主要取决于焊工的材料、等级、化学成分、焊接件结构类型、焊接性能要求。为了确保焊接质量的可靠性和耐久性，选择合适的焊接工艺尤为重要。主要考量包括母材的物理性质、母材的化学性质、熔接的应力状态、要熔接的组合的几何图形以及熔接位置。(c)焊接工艺参数选择1.焊接工艺参数的类型确定焊接方法后，必须开发焊接工艺参数。焊接工艺参数主要有所不同，如焊条模型(或额定值)、直径、电流、电压、焊接电源类型、极性连接、焊接级别、通道数、检查方法等。2.主要焊接工艺参数的选择(1)焊条直径。焊条直径的选取主要取决于熔接件厚度、接合形式、熔接位置和熔接阶层等因素。通常，根据下表，用户倾向于按焊接件厚度选择焊条直径，并选择大直径的焊条。电极直径与焊接厚度的关系见表2H。电极直径与熔接件厚度的关系(mm)表格2H焊接件厚度23-45-12 12焊条直径23.24-55(2)焊接电流。熔接电流过大或过小会影响熔接品质，因此必须根据熔接直径和熔接空间位置最重要的熔接杆类型、直径、熔接件厚度、接合形式、熔接空间位置等进行选取。在普通钢结构的焊接中，可以实验地选择焊接电流大小和电极直径之间的关系。I=10d (2H)I焊电流(a)；d杆直径(mm)。此外，在垂直焊接时，电流必须比平焊时小l5%到20%。横向和反向焊接时，电流必须比钎焊电流小10%到15%(3)弧电压。电源特性决定了相应的弧电压。弧电压也与弧长度相关。弧长则弧电压高，弧短则弧电压低。(4)焊接层数。焊缝层数取决于焊接件的厚度。除板材外，通常还使用多层焊接。焊缝层数太少，各层焊缝厚度太大，对焊缝金属的塑性有不利影响。(5)电源类型和极性。直流电源由于电弧稳定性，用于小飞溅、良好的焊接质量、通常重要的焊接结构或厚板大刚度结构。在其他情况下，首先要考虑交流焊机。3.正确选择焊接工艺参数正确的焊接工艺参数主要是在保证质量的同时，发挥最高的生产效率，消耗最少的电气和焊接材料。4.灵活地选取各种焊接参数影响焊接质量的因素很多，因此在不同的情况下，不同的焊接工艺参数对焊接成型可能产生不同或相似的效果，因此不能将焊接工艺参数的选择视为固定的，必须根据前面介绍的原则灵活地选择各种焊接参数。二、焊接工艺评价(a)焊接工艺评估的定义焊接工艺评价为了验证所创建焊接工艺的准确性，对测试工艺和结果进行了评价。(b)焊接工艺评估的目的(1)评估焊接单位是否有能力焊接符合相应国家或行业标准、技术规范要求的焊接接头；(2)确认焊接单位制定的焊接工艺指令是否正确；(3)为制定正式的焊接工艺指令或焊接工艺卡提供可靠的技术依据。(c)焊接工艺评价的一般工艺(1)制定焊接工艺指令；(2)焊接试样和样品制备；(3)检验试样和试样；(4)确定焊接接头是否具有必要的使用性能。(5)提交焊接工艺评估报告，评估所创建的焊接工艺说明。(d)标准选择原则1.根据相应国家和行业技术标准规范的焊接工艺评价的规定和要求。2.根据设计文档选择的标准进行焊接工艺评估。在工程实践中，国内大型项目和中外合作项目越来越多，焊接工艺评价标准应根据产品、建设项目特点及行业在设计文件中选择的标准要求进行焊接工艺评价。例如：长距离原油管道焊接工艺评价标准石油天然气金属管道焊接工艺评定 SY/T 0452-2002；压力容器焊接工艺评估的一般标准为承压设备焊接工艺评定 NBT 47014-2011(JBT 4708)。(e)焊接工艺评定要求1.一般要求(1)焊接工艺评价应基于可靠的钢焊接性能，并在工程应用前完成。焊接工艺评定中使用的焊接参数原则上取决于焊接钢的焊接性测试结果，尤其是热输入、预热温度和后热温度。建设公司应收集相关资料，进行焊接性试验，作为确定焊接工艺评价参数的依据。(2)用于评估焊接工艺的设备、仪表应处于正常运行状态，钢、焊接材料应符合相应标准，本单位有经验的焊接工人使用焊接设备焊接件。(3)主管评价工作，综合评价焊接和测试结果的人必须是焊接工程师。(4)评估完成后，应聚合数据，焊接工程师确认评估结果。(5)经审查批准的评价材料可以在同一质量管理体系内通用。例如，压力容器焊接工艺评估的基本要求是对焊接部零件中压力壳的垂直、环形焊接、法兰、接管、管板的焊接和压缩零部件的点-固焊接、吊装焊接、装配钎焊和防腐堆焊层的焊接工艺评估。测试板分别评估为对接焊缝、角焊缝和焊接焊缝。其中，对接焊缝试板应进行外观检查、射线探伤(无损检验)、拉伸试验和冲击试验等。防腐表面层试板应进行渗透探伤、弯曲试验及化学成分分析。2.评估规则(1)焊接方法的变更必须重新评估。当改变焊接方法的工艺评价的重要因素时，必须重新评价。添加或更改焊接方法流程评估的修补元素时，通过添加或更改的修补冲击试验进行测试。(2)所有钢母材评价均适用，可用于相同组号的其他母材。在同一种类中，高组号母材被适当评价，也适用于由组号和低组号母材组成的焊接接头。(3)焊接后要更改热处理类别，必须重新进行焊接工艺评估。(4)首次使用的外国钢必须进行工艺评价。(5)在常用焊接方法中，当焊接材料、保护气体、线能量等条件发生变化时，必须重新进行工艺评价。3.管理评估数据(1)所有评估的原始资料都应收集、系统整理、记录，并作为知识库存档。(2)企业必须明确各项评价的适用范围。(3)评估材料应用部门可以将批准的评估报告与焊接工程或焊接工程培训要求相结合，按工程或培训项目逐项编写焊接工艺（作业）指导书，或按多个评估报告逐张填写焊接工艺（作业）指导书。(4) 焊接工艺（作业）指导书的准备应由应用领域焊接专业工程师进行。(5) 焊接工艺（作业）指导书应在工程应用或焊工培训评估前发送给焊工，进行详细的技术交流。2H焊接质量测试方法一、焊前检查(a)焊前检查内容从人、机器、材料、法律、戒指、检验六个方面进行审计。(b)预焊接检查方法1.焊工资格检查检查焊工资格是否在有效期内，测试项目是否适合实际焊接。2.焊接设备检查焊接设备质量检查包括焊接设备型号、电源极性是否符合工艺要求、火炬、电缆、机关和焊接辅助工具、安全保护等是否齐全。3.原材料检验原材料检验包检查母材、电极(线材)、通量、保护气体、电极等，检查其是否符合合证和国家标准、包装是否破损、是否过期等。4.技术文件检查焊接结构设计和焊接技术文件检查，探讨焊接结构是否合理，容易焊接，保证焊接质量。确保流程文档的流程要求完整且清楚地表达出来。在应用新材料、新产品、新技术之前，应检查是否经过了焊接工艺测试。5.检查焊接环境检查焊接场所可能发生的环境温度、湿度、风、雨等不利条件是否采取了可靠的保护措施。例如：如果不采取适当的保护措施，必须立即停止焊接操作。(1)弧焊，风速大于8m/s；(2)气体保护焊，风速大于2m/s。(3)相对湿度大于90%。下雨或下雪。(5)管道在焊接时必须密封牢固，管道不能悬空或被外力焊接，如果条件允许，可以使用旋转焊接提高焊接质量和焊接速度。焊接工艺检查为了确保焊接工艺说明中规定的每个参数的正确执行，专门或兼职质量检查人员对人员、机器、材料、方法、回路等因素进行了检查，主要检查部件质量是否符合图纸要求，槽表面是否清洁、夹紧，点焊接是否合适，部件间距和错误边是否符合要求，焊接收缩量是否需要考虑。有效的检查可以大大提高焊接质量和合格率。二、焊缝检查(a)焊接检查内容1.焊接工艺焊接工艺要求(如焊接方法、焊接材料、焊接规范(电流、电压、线能量)、焊接顺序、焊接变形和温度控制)是否在焊接中进行。2.焊接缺陷多层焊接层之间是否有裂纹、气孔、矿渣等缺陷，是否消除了缺陷。3.焊接设备焊接设备是否工作正常，包括焊接电源、线材馈线、滚子支架、通量支架、冷却装置：行走机构等。(b)焊接试验方法1.焊接期间检查很重要，焊接时必须按照焊接过程中的程序进行焊接期间的检查。2.大型油罐边缘板和边缘板焊接接缝时，为了减少接缝焊接的底部表面变形，在焊接中检查尤为重要。焊接期间，必须按照以下步骤进行焊接检查。(1)如果先进行焊道局部处理，焊缝变形引起的应力导致对接焊道根部出现裂纹，则应用碳弧气刨或抛光机进行彻底处理，并进行渗透探伤(PT)检查，通过后才能进行下一步工作安排，这一检查工作对大型油罐尤为重要。(2)点焊：在上述焊接操作结束后，侧板为连接器产生各种翘曲变形，因此连接良好的侧板和垫板之间存在间隙，需要在点焊前进行检查处理。(3)焊接：焊接所有接缝，然后进行焊接。三、焊后检查(a)焊后检查内容后焊接检查主要包括外观检查、致密性测试、强度测试、无损检查。(b)焊后检查方法1.外观检查(1)使用低比例放大器，或目视检查焊接表面是否有咬痕、夹子、气孔、裂纹等表面缺陷。(2)使用焊接检查器测量焊接残余高度、焊枪、凹陷、错误嘴等。(3)检查焊接件是否变形。例如，大型立式圆柱槽熔接联珠检查要求，对接熔接的咬痕深度，0.5mm异常，咬边的连续长度为100mm不能大于。焊缝两侧被咬边的总长度不得超过焊缝长度的10%。咬深度的检查必须将焊接检查器与焊道的一侧主元件匹配。2.致密性考试(1)液体礼服测试泄漏：压力设备、液体直接礼服、测试焊接致密性。(2)机密试验：用压缩空气通过容器或管道，在焊接外部涂上肥皂水，检查是否有气泡泄漏。(3)氨测试：焊接一面通向氨，另一面焊接连接酚酞-醇，水溶液中浸泡的试纸。如果有泄漏，试卷上就会出现红色。(4)煤油试验泄漏：焊缝一侧涂有白垩粉，另一侧浸有煤油。有泄漏的话，煤油会在白垩上留下油渍。(5)氦测试：用氦泄漏检测器测量焊接致密性。(6)真空箱测试：在焊接上涂上肥皂水，建议真空，如果有泄漏，就会产生气泡。适用于焊缝另一侧闭合的地方，例如罐底焊接。强度测试(1)水压强度试验通常由水进行，试验压力为设计压力的1.25 1.5倍。(2)空气压力强度试验用气体进行介质的强度试验，试验压力为设计压力的1.15 1.20倍。4.常用焊接无损检测方法(1)射线探伤方法(RT)目前广泛使用的射线探伤方法是(x，)射线源通过辐射穿透焊缝使胶片感光。焊缝的缺陷图像显示在处理的辐射照相胶片上，可以找出焊缝内部的气孔、渣、裂纹和焊料等缺陷。(2)超声波探伤(UT)利用压电转换器，可以瞬间传输电，产生脉冲振动，通过声耦合介质向金属发出超声波，在传播时有缺陷的话，超声波会反射回转换器，然后将声脉冲转换为电脉冲，测量这个信号的振幅和传播时间，测量工件内缺陷的位置和严重性。超声波具有较高的射线探伤灵敏度和灵活性，周期短，成本低，效率高，对人体无害，显示缺陷不直观，缺陷判断不正确，深受缺陷检查者的经验和技术熟练程度的影响。(3)渗透探伤(PT)将包含油漆或荧光粉的渗透液涂抹在喷涂或涂层焊接表面，利用液体的毛细作用渗透到表面开口的缺陷，然后从表面去除过多的渗透液，干燥后应用对比剂将缺陷的渗透液吸附到焊接表面，观察缺陷的迹象。液体渗透探伤主要用于检查槽表面、碳电弧气刨根后或去除焊接缺陷后槽表面、工作卡去除表面和磁粉探伤部位有不便的表面开口缺陷。(4)磁探伤(MT)使用铁磁材料的表面和近表面缺陷会导致磁化率的变化，磁化时表面会产生漏磁场，使用磁粉、胶带或其他磁场测量方法记录和标记缺陷的一种