过程设备焊接1-1.ppt

1、过程装备焊接,性质专业课 任务承压过程设备的安全可靠性 要求承压过程设备的制造工艺过程 重点掌握焊接的理论知识 方法了解共性、掌握特点；课前预习 课后复习；广泛阅读，勤于思考,2020/8/6,参考书目 焊接方法及设备（第一分册 电弧焊） 上海交通大学姜焕中主编，机械工业出版社，北京. 1981年 焊接工程基础 熊腊森主编，机械工业出版社，北京. 2002年 电弧焊基础 杨春利、林三保主编，哈尔滨大学出版社，哈尔滨. 2003年,2020/8/6,过程设备常用焊接方法,重点：主要焊接方法的特点与应用 1.1 焊接方法概述,压力焊,熔化焊,母材不熔,母材熔化,电弧焊,气焊,等离子弧焊,电渣焊,金

2、属焊接方法,过程设备常用熔化焊,2020/8/6,1.2 手工电弧焊 利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和 焊条加热熔化而进行的一种焊接 应用广泛、设备简单、易于维护.,渣保护焊,气体保护焊,手工电弧焊*,埋弧焊,熔化极,非熔化极,氩弧,电弧焊,CO2,混合气体,钨极氩弧焊,N2弧焊,2020/8/6,使用灵活方便 可以在室内、室外和高空等 各种位置施焊。 对材料的适用性强 碳钢、 低合金钢、耐热 钢、低温用钢、不锈钢等都可以采用手工电弧焊。 主要用于 设备内部附件的焊接和支座、接管与开孔补 强等部位的焊接。 单件生产的设备的其他焊缝 某些特殊类型的设备，如绕带容器，或因空 间位置焊缝较多，

3、或短焊缝多，也予采用 有些压力容器的打底焊,2020/8/6,1.2.1 手工电弧焊焊接工艺 广义的焊接工艺指焊接产品所有有关加工 方法和实施要求。包括： 焊前准备 焊接材料选择 焊接方法 焊接规范参数和操作要求等。 手工电弧焊的焊接工艺是指具体的焊接规 范参数和焊接技术。 （1）焊接规范参数 影响焊接质量和生产效率的各个工艺参 数的总称。,2020/8/6, 焊条牌号及直径 电源种类和接法 焊接电流大小* 焊接层数和焊接速度* a. 焊条牌号及直径 焊条牌号由母材决定（见第2章） 焊条直径与焊件厚度、焊缝位置和焊缝层数 等因素有关。 主要根据被焊工件的厚度和位置来选择，直 径35mm的焊条应

4、用最广。 b.焊接电流 增大电流，增加熔深，提高生产效率，流过大 易咬边、烧穿和飞溅,2020/8/6,电流过小，电弧不稳，焊条易粘住焊件或不 易焊透。 平焊时焊接电流可根据焊条直径由下式决定 c.电弧电压 电弧电压决定于弧长。弧长指熔化的焊条 端部到熔池表面的距离 电弧长时，电压高 电弧短时，电压低 适宜的弧长对焊接质量很重要。缩短电弧的 长度，可提高焊接电流，增加熔敷速度；拉长电 弧易加剧熔化金属的飞溅，降低熔敷速度且引起,2020/8/6,边，末焊透等缺陷。 应在保证不短路的情况下，力求采用短弧。 实际中可根据焊条药皮取： 低氢碱性焊条 电弧电压 2022V 酸性焊条 电弧电压 2528

5、V d.电源极性,9,2020/8/6,采用直流焊机时，有正接和反接两种接法 正接 工件接正极，此时母材熔池温度较 高，熔深大，有利于厚板焊接。 反接 工件接负极, 此时焊条端温度较高， 其熔化速度较快，有利于提高焊接速度. 低氢型焊条 均采用直流反接，此时焊接 电弧稳定，飞溅较少，且有利于焊缝脱氢 酸性焊条 厚板用正接, 薄板用反接 焊薄件时 酸性、碱性焊条都必须用直流 反接,2020/8/6,e. 焊接层数 过多过少均不好，可按下式确定层数： n=S/d 式中，d为焊条直径，mm；S为工件厚度，mm。 f. 焊接速度 焊条相对于焊件的直线运动速度 焊接速度对焊缝的外观有直接的影响，同时 对

6、焊缝和热影响区的组织与性能造成一定的影响. 在实际手工电弧焊中，焊接速度不作具体规 定，焊工可视情况自行掌握。（表1-4为部分手工 电弧焊典型规范参数） （2）焊接技术,2020/8/6,内容包括引弧、收弧、运条方式、焊条倾角 和焊道接头方法等 引弧、收弧处均易产生焊接缺陷，不能任意 在容器壳体非焊接部位引弧，必须在坡口内壁或 前层焊道上引弧，引弧点必须被电弧完全重熔。 （3）焊接空间位置 平焊 在水平位置或倾斜角在60以下的 斜面上的焊接。熔化焊条易入熔池，液体金属也 不易流出，易于操作。可用较粗的焊条和较大的,2020/8/6,电流施焊，生产率高，焊接质量容易保证。 仰焊 在倾斜角小于60

7、以下的平面下面位 置的焊接。焊缝位于焊工头部之上，劳动条件差。 熔化金属受重力作用易下坠滴落，熔渣难于浮出， 质量不易保证。应尽量避免采用仰焊。 立焊 在60100倾角面而焊缝在垂直 方向的焊接。 横焊 在60100倾角面而焊缝在水平 方向的焊缝。 以上两种焊接，熔化金属熔滴因自重容易向下 坠流，常造成焊瘤、末熔合和夹渣，所以应用直径 小于4mm的焊条，比平焊小1015的焊接电流,2020/8/6,采用短弧施焊。 1.2.2 手工电弧焊单面、双面焊形成工艺 焊接质量要求 成形良好 完全焊透 双面焊、单面焊 单面焊双面成形 由于受结构尺寸或形状 等的限制，无法在两面进行焊接，只能在一面进 行焊接

8、，且要求焊后正反两面都得到均匀整齐、 成形良好和质量符合要求的焊缝。 技术关键 第一层焊缝必须熔透和无夹渣 等缺陷。 工艺技术要求 a.坡口加工,2020/8/6, 板厚大于4mm时应开坡口 坡口的功用 使焊条深入焊缝根部，保 证根部焊透,便于清除熔渣和获得较好的焊缝成 形,并调节母材与填充金属的熔合比。 坡口参数及作用 张角 方便焊条伸入与运动 钝边 p 防烧穿 1.52mm 间隙 c 利于焊透 23mm b.焊条直径选择与烘干 焊条过粗会造成未焊透和成 形不良；过细会降低生产效率。 打底焊的第一道焊缝用焊条 板厚46mm时,2.5mm,2020/8/6,板厚820mm时,3.2mm 板厚2

9、0mm时,4mm 焊条必须按要求烘干后方能使用 c.装配组合与坡口清理 保证间隙均一 防止错边超标 坡口及其两侧应清理干净,防止产生 气孔、夹渣或裂纹等缺陷。 1.2.3 手工电弧焊的常见缺陷 (1)外部缺陷 a.咬边 焊缝边,2020/8/6,沿低于母材表面的凹槽。主要是焊接电流太 大和运条不当造成。 b.焊瘤 是根部焊缝背面局 部突出的焊肉。主要是因电流过大，运条慢或钝 边小，间隙大等造成。 c.内凹 焊缝背面低于母材 表面.由于熔化金属在重力作用下产生下坠造成. d.溢流 在焊缝两侧母材表面上附着,2020/8/6,的多余熔化金属。主要是由于坡口边缘的污物末 清理干净或电流过大而形成。

10、e.弧坑 焊缝收尾处产生的下陷 现象。主要是熄弧时焊条未在熔池处作短时间停 留或在薄板焊接时使用的电流过大而形成。 (2)焊缝内部缺陷 a.气孔 由于熔池吸入过多气体 (H2、CO等），冷却时未能逸出而形成。主要由于 焊条受潮或末烘干，焊件未很好清理，焊缝区有 水、油、锈、油漆或气割残渣等而形成 b.夹渣 焊缝中夹有的焊渣或其,2020/8/6,他杂质。熔化金属冷却过快，熔渣来不及浮出， 焊速太快等而形成。 c.未焊透 坡口间隙或边缘末被 电弧熔化而留下的空隙。由于焊接电流太小，焊 接速度过快，坡口角度过小，钝边太大或偏吹而 产生。 d.未熔合 填充金属和母材之间 或金属层间没有熔合在一起（即

11、虚焊）。主要是 由于电流过小或焊速太快而产生。 1.2.3 手工电弧焊机 （1）电弧静特性与电源外特性 电弧静特性 焊接电流与电弧电压的变 化关系,2020/8/6,焊接方法不同时，电弧静特性不同。 手工电弧焊、钨极氩弧焊和埋弧焊相当于图中的abc段。其中bc段是正常焊接段，电弧电压与焊接电流的大小无关 熔化极Ar弧焊和CO2气体保护焊的电弧特性,2020/8/6,相当于cd段，属上升静特性。 电源外特性 为电弧提供电能的装置称为弧焊电源（或称为电焊机） 交流电源* 直流电源* 脉冲电源 电源外特性在稳定状态下，电源输出电压 和电流之间的关系。 焊接过程中电流变动越小越好，因此要求焊接电源有合

12、适的下降外特性。 （2）手工电焊机的种类与型号 交流焊机 交流焊接变压器，构造简单、,2020/8/6,成本低、效率高、价格便宜、节能和维护方便。 型号：BXl300、 BX3400等 B 表示焊接变压器 X 表示下降外特性 数字1 表示焊机系列号 数字300 表示额定电流（A） 旋转式直流电焊机 由一个发电机和电动机组成。焊接电流调节范围大且均匀，电弧燃烧稳定性能可靠应用广泛但结构复杂。 型号：AXl300、 AX3400等,2020/8/6,A 旋转式直流电焊机 其余同交流焊机 硅整流式直流电焊机 将工频交流电整流变为直流电的手弧焊设备（即弧焊整流器）。 噪音小(无旋转部分)、效率高、用料

13、少、成本低等特点，但电流的波动较大，电弧稳定性较差.已部分被旋转式直流电焊机代替. 型号：ZXG300、 ZXG500等 Z 表示整流器焊机 G 表示整流器,2020/8/6,（3）电焊机的主要技术参数 额定暂载率和额定电流 在选定的工作时间周期内，允许焊机连续负载的时间。 目的：控制焊机温升过高。（机温不得超过6080 在规定时间内负载时间 规定的工作周期 连续焊接，电流；断续焊接，电流 任何一台焊接电源，暂载率 ，则允许焊接电流越。 实际暂载率与允许工作电流,暂载率=,100%,2020/8/6,焊接电源可有不同的用途而工作性质不同，电源的实际暂载率也不同。 当实际工作暂载率与额定暂载率不

14、同时，允许的焊接电流按下式换算 （4）手工电弧焊机选择注意要点 适当的空载电压 空载电压难引弧，过高，容量 直流焊机 5590V 交流焊机 60一80V,2020/8/6, 焊机类别的选择 根据焊条药皮性质确定 碱性焊条 必须采用直流焊机 酸性焊条 可采用直流焊机或交流焊机，但优先考虑交流焊机，经济 重要受压设备 旋转直流焊机 大电流连续焊 旋转直流焊机 合金钢、不锈钢时 直流焊机 1.3 埋弧自动焊 1.3.1 工作原理与特点 （1）原理,2020/8/6,埋弧焊,半自动埋弧焊焊头手工并控制焊接速度,埋弧焊自动焊全部自动完成,埋弧焊自动焊过程原理,2020/8/6,（2）特点与应用 a. 生

15、产率高 比手工电弧焊能提高生产率 510倍 b. 焊接质量高而且稳定 焊接规范可自动 控制调整，故焊接质量高而且稳定 c.节省金属及电能 焊丝金属没有飞溅损 失，没有焊条头。较薄工件可以不开坡口，能节 省大量焊接金属材料和熔化金属的电能。 d.改善劳动条件 e.设备费用高、灵活性差 适用于厚度20mm以上受压壳体纵、环缝的焊 接。既可焊接碳钢，也可焊接低合金钢、耐热钢 和不锈钢。不适宜焊接薄板。,2020/8/6,1.3.2 焊接规范参数 焊接规范参数影响焊接质量的参数 包括： 焊接电流 电弧电压 焊接速度 焊丝直径和焊丝伸出长度 焊接电源的种类和接法 坡口形式与装配间隙 焊接层数 工件预热温

16、度 这些规范参数对焊接质量的影响是通过焊缝 形状系数和熔合比来反映的。,2020/8/6,(1)焊缝形状系数与焊缝熔合比 a. 焊缝熔化宽度B与熔化深度H之比称为焊 缝形状系数，即 =B/H 焊缝宽而浅， 焊缝窄而深。一般 控制在1.32之间，以利于熔池中的气体和杂质 浮出，防止气孔、夹渣与热裂缝。,2020/8/6,b. 焊缝中母材金属熔化的横截面积Fm与焊 缝金属横截面积(Fm十Fn)之比，称为焊缝金属的 熔合比，即 = Fm/ (Fm十Fn) 熔合比主要影响焊缝的化学成分、金相 组织和机械性能。 ，母材比例，填充金属，而焊丝中 C、S、P，故对焊接质量不利。一般 6070%为宜。 （2）

17、主要规范参数对焊缝形状与质量的影 响 a. 电弧电压 电弧电压，焊缝宽度B ,2020/8/6,形成浅而宽的焊道，从而导致未焊透和咬边等缺 陷。但是电弧电压，会形成高而窄的焊缝，使 边缘熔合不良。 b. 焊接电流与焊丝直径 焊接电流主要影 响焊丝的熔化速度及熔深。在保证焊缝金属性能 和质量的前提下，总是选用尽可能高的焊接电 流，以获得最高的焊接效率。 实际使用中焊接电流可按焊丝直径确定 （表1-5） 焊丝直径主要根据所使用的焊接设备和所 焊工件的形状和尺寸予以确定。 c. 焊接速度,2020/8/6,焊接速度对焊缝的熔深和宽度有一定的影响 焊接速度，热输入量、填充金属量易造 成末焊透或边缘末熔

18、合等缺陷。 (3)焊接线能量与焊接规范 指单位长度焊缝上所得到的电弧热能量。其 值由下式计算： U为电弧电压，V； I为焊接电流，A； V为焊接速度，mh；,2020/8/6,为热效率系数，埋弧自动焊可取0.85，手 工电弧焊可取0.75。 由上式可以看出，焊接规范参数的大小决定 了焊接电弧所产生能量的大小。 当焊速一定时，电流或电压可使焊接线能 量。 焊接线能量决定着焊接区的加热速度，对 焊缝截面的大小和形状起决定性作用。 焊接线能量过大或过小，都可能产生缺陷。 实际中，根据钢材的化学成分、刚性等因 素，用合适的线能量进行焊接，才能保证焊接接 头具有良好的性能。,2020/8/6,1.3.3

19、 埋弧自动焊的焊接技术要点 主要包括 接头形式和坡口尺寸设计 坡口加工方法 装配质量的要求 焊接衬垫的使用 引弧和收弧 焊丝端的对中和电弧长度的控制等。 (1)焊前准备 对焊丝表面进行清理，焊剂烘干。 工件待焊表面进行清理。 保证坡口加工的精度.接缝的长度方向钝边 和坡口角度误差不得超过公差范围。坡口边缘,2020/8/6,和坡口表面应打磨修整。 严格控制接头的装配质量，应保证接缝错边 不大于3mm和间隙均匀。 为避免引弧与熄弧处的缺陷，一般在焊缝的 两端焊上引弧板与收弧板,焊后切除。 (2)焊接衬垫与手工封底焊 埋弧焊时熔池体积较大，保持液态的时间较 长，因此应加焊接衬垫 常用的焊接衬垫有钢

20、衬垫、手工封底焊缝、 铜衬垫、焊剂衬垫和柔性衬垫等。 (3)焊丝的对中与环缝焊丝提前量 薄板和厚板对接 焊丝的中心线对准接头的 中心线,2020/8/6,不等厚对接 焊丝适当地向较厚侧偏移 V形和U形坡口填充层焊接 焊丝离侧壁的距 离大致等于焊丝的直径 环缝焊接时，此应将焊丝逆焊件转动方向后 移适当距离，以使焊接熔池在焊件转到中心位线 置时凝固，避免液态金属溢流和焊道外形畸形。,2020/8/6,a值一般取2550mm，焊件直径，取值 1.3.4 埋弧自动焊机 通常包括： 自动焊小车机头、控制盘、焊丝 盘、焊剂斗和台车组成 控制箱发电机组、中间继电器、 接触器、变压器、整流器和开关组成 焊接电

21、源与手弧焊电源相似，只 是焊接电源的容量比手弧焊电源大得多,2020/8/6,1.4 气体保护焊 1.4.1 原理与特点及常用方法 以电弧为热源，以气体作保护 电弧与熔池可见，便于观察；无熔渣，便 于自动化 电弧热量集中，熔池小，结晶快便于薄板 及空间位置焊接 采用惰性气体保护，可焊活泼性强的难焊 金属 常用方法有 非熔化极气体保护焊钨极氩弧焊，W棒 为电极，不熔化，维持电弧 熔化极气体保护焊熔化极氩弧焊、二氧 化碳气体保护焊和熔化极氧化性混合气体保护焊,2020/8/6,1.4.2 钨极氩弧焊（TIG，Tungsten inert gas welding） (1) 原理与特点 以W棒作电极引

22、燃和维持电弧，以电弧热熔 化金属，以焊丝作为填充材料，W棒不熔化。 以惰性气体为保护，保护效果好，焊缝质 量 在低电流（2030A）下仍可保持电弧性 能，利于焊薄件 热量集中，熔透能力强，利于打底焊 W极承载电流能力，电流过大易使引起 钨极的熔化和蒸发焊缝夹W，韧性,2020/8/6, 钨极的价格较贵，成本较高。只有在对焊 缝质量要求高的场合采用。,2020/8/6,（2）在过程设备中的应用 薄壁件的焊接 换热器管子与管板的焊接 适用材料：不锈钢、有色金属；碳钢、低 合金钢打底焊 （3）电源与极性要求 直流正接 焊件接正极，钨极接负极。电 子从钨极焊件，使70的热量集中在焊件上， 使焊件温度，

23、而钨极的温度。结果熔深钨 极承受电流值。 直流反接熔池较浅，W极易烧损，一般不 用。,2020/8/6, 交流电弧特性介于直流正接和反接两 者之间。交流电源结构复杂，设备投资大。主要 用于表面易氧化的铝、镁及其合金的焊接。 1.4.3 熔化极惰性气体保护焊（MIG，Metal inert gas welding） （1）保护气体 Ar、He、N2，其中Ar应用最为广泛 （2）主要特点 惰性气体保护性好；电弧燃烧稳定，熔深大 于W极焊；焊丝熔化速度快，生产率大于W极焊。 （3）适用场合 厚度：中厚板及大厚板，高可焊性材料的 薄板 材料：碳钢、不锈钢，铝、钛等活泼性强,2020/8/6,的有色金属

24、 (3)焊接电源与极性 与W极焊不同，必须采用直流反,即焊丝接电 源正极接，提高焊丝熔化温度和焊接速度，使生 产率。 若采用正接，即焊丝接电源负极时，使熔滴 过渡不稳定。 1.4.4 熔化极氧化性（活性）气体保护焊 （MAG，Metal active gas welding） 在惰性气体中加入一定量的氧化性气体(活 性气体)如 (Ar十C02)， (Ar十02)，(Ar十02十 C02)等作为保护气体的电弧焊方法。,2020/8/6,(1)熔化极氧化性气体保护焊特点 熔滴过渡的稳定性 电弧燃烧稳定 焊缝熔深形状及外观成形好 电弧热功率大 焊缝的冶金质量高，焊缝缺陷少 焊接成本低。 (2)常用方

25、法及适用材料 a.氩气加二氧化碳气体(Ar十C02) 既具有氩弧的特点又具有氧化性，克服了Ar 焊接时表面张力过大，液体金属粘稠，斑点易漂 移等问题 适用于：低碳钢与低合金钢。,2020/8/6,b.氩气加氧气(Ar十02) 可以克服纯Ar保护焊接不锈钢时存在的液体 金属粘度大、表面张力大，易产生气孔、易引起 咬边、电弧不稳等问题。 适用于碳钢、不锈钢等高合金钢和高强钢的 焊接。 c.氩气加二氧化碳气体和氧气(Ar十C02十02) 焊接低碳钢、低合金钢比采用上述两种气体 作为保护气体焊接的焊缝成形、接头质量、金属 熔滴过渡和电弧稳定性好。 1.4.5 二氧化碳气体保护电弧焊 (1)二氧化碳气体保护电弧焊的特点 焊接成本低（仅相当于埋弧焊的40）, 抗氢能力强,2020/8/6, 具有飞溅与合金元素的氧化烧损,不适用 有色金属与高合金钢的焊接。 既可焊厚板也可焊薄板 (2)二氧化碳气体保护电弧焊接工艺要点 a.焊丝直径 主要采用0.61.2mm的细 焊丝。实际应用中，焊丝直径1.6 mm。 b.电弧电压及焊接电流 电弧电压的大小决 定了电弧的长短，决定了熔滴的