焊接工藝

焊接工藝

焊接技術
不同的焊接方法有不同的焊接工藝。焊接工藝主要根據被焊工件的材質、牌号、化學成分,焊件結構類型,焊接性能要求來确定。首先要确定焊接方法,如手弧焊、埋弧焊、鎢極氩弧焊、熔化極氣體保護焊等等,焊接方法的種類非常多,隻能根據具體情況選擇。确定焊接方法後,再制定焊接工藝參數,焊接工藝參數的種類各不相同,如手弧焊主要包括:焊條型号(或牌号)、直徑、電流、電壓、焊接電源種類、極性接法、焊接層數、道數、檢驗方法等等。
    中文名:焊接工藝 外文名: 别名: 英文名:Welding technology 應用:金屬焊接

工藝要點

預熱

預熱有利于減低中碳鋼熱影響區的最高硬度,防止産生冷裂紋,這是焊接中碳鋼的主要工藝措施,預熱還能改善接頭塑性,減小焊後殘餘應力。通常,35和45鋼的預熱溫度為150~250℃含碳量再高或者因厚度和剛度很大,裂紋傾向大時,可将預熱溫度提高至250~400℃。

若焊件太大,整體預熱有困難時,可進行局部預熱,局部預熱的加熱範圍為焊口兩側各150~200mm。

焊條條件

許可時優先選用堿性焊條。

坡口形式

将焊件盡量開成U形坡口式進行焊接。如果是鑄件缺陷,鏟挖出的坡口外形應圓滑,其目的是減少母材熔入焊縫金屬中的比例,以降低焊縫中的含碳量,防止裂紋産生。

工藝參數

由于母材熔化到第一層焊縫金屬中的比例最高達30%左右,所以第一層焊縫焊接時,應盡量采用小電流、慢焊接速度,以減小母材的熔深。

熱處理

焊後應在200-350℃下保溫2-6小時,進一步減緩冷卻速度,增加塑性、韌性,并減小淬硬傾向,消除接頭内的擴散氫。焊後最好對焊件立即進行消除應力熱處理,特别是對于大厚度焊件、高剛性結構件以及嚴厲條件下(動載荷或沖擊載荷)工作的焊件更應如此。焊後消除應力的回火溫度為600~650℃,保溫1-2h,然後随爐冷卻。

若焊後不能進行消除應力熱處理,應立即進行後熱處理。

焊接工藝基礎知識焊接是通過加熱、加壓,或兩者并用,使兩工件産生原子間結合的加工工藝和聯接方式。焊接應用廣泛,既可用于金屬,也可用于非金屬。

焊接方法

金屬焊接方法有40種以上,主要分為熔焊、壓焊和釺焊三大類。

熔焊

熔焊是在焊接過程中将工件接口加熱至熔化狀态,不加壓力完成焊接的方法。熔焊時,熱源将待焊兩工件接口處迅速加熱熔化,形成熔池。熔池随熱源向前移動,冷卻後形成連續焊縫而将兩工件連接成為一體。

在熔焊過程中,如果大氣與高溫的熔池直接接觸,大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池,還會在随後冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷,惡化焊縫的質量和性能。

為了提高焊接質量,人們研究出了各種保護方法。例如,氣體保護電弧焊就是用氩、二氧化碳等氣體隔絕大氣,以保護焊接時的電弧和熔池率;又如鋼材焊接時,在焊條藥皮中加入對氧親和力大的钛鐵粉進行脫氧,就可以保護焊條中有益元素錳、矽等免于氧化而進入熔池,冷卻後獲得優質焊縫。

壓焊

壓焊是在加壓條件下,使兩工件在固态下實現原子間結合,又稱固态焊接。常用的壓焊工藝是電阻對焊,當電流通過兩工件的連接端時,該處因電阻很大而溫度上升,當加熱至塑性狀态時,在軸向壓力作用下連接成為一體。

各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。多數壓焊方法如擴散焊、高頻焊、冷壓焊等沒有熔化過程,因而沒有象熔焊那樣的有益合金元素燒損,和有害元素侵入焊縫的問題,從而簡化了焊接過程,也改善了焊接安全衛生條件。同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短,因而熱影響區小。許多難以用熔化焊焊接的材料,往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優質接頭。

釺焊

釺焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釺料,将工件和釺料加熱到高于釺料熔點、低于工件熔點的溫度,利用液态釺料潤濕工件,填充接口間隙并與工件實現原子間的相互擴散,從而實現焊接的方法。

焊接時形成的連接兩個被連接體的接縫稱為焊縫。焊縫的兩側在焊接時會受到焊接熱作用,而發生組織和性能變化,這一區域被稱為熱影響區。焊接時因工件材料焊接材料、焊接電流等不同,焊後在焊縫和熱影響區可能産生過熱、脆化、淬硬或軟化現象,也使焊件性能下降,惡化焊接性。這就需要調整焊接條件,焊前對焊件接口處預熱、焊時保溫和焊後熱處理可以改善焊件的焊接質量。

注意事項

另外,焊接是一個局部的迅速加熱和冷卻過程,焊接區由于受到四周工件本體的拘束而不能自由膨脹和收縮,冷卻後在焊件中便産生焊接應力和變形。重要産品焊後都需要消除焊接應力,矯正焊接變形。

現代焊接技術已能焊出無内外缺陷的、機械性能等于甚至高于被連接體的焊縫。被焊接體在空間的相互位置稱為焊接接頭,接頭處的強度除受焊縫質量影響外,還與其幾何形狀、尺寸、受力情況和工作條件等有關。接頭的基本形式有對接、搭接、丁字接(正交接)和角接等。

對接接頭焊縫的橫截面形狀,決定于被焊接體在焊接前的厚度和兩接邊的坡口形式。焊接較厚的鋼闆時,為了焊透而在接邊處開出各種形狀的坡口,以便較容易地送入焊條或焊絲。坡口形式有單面施焊的坡口和兩面施焊的坡口。選擇坡口形式時,除保證焊透外還應考慮施焊方便,填充金屬量少,焊接變形小和坡口加工費用低等因素。

厚度不同的兩塊鋼闆對接時,為避免截面急劇變化引起嚴重的應力集中,常把較厚的闆邊逐漸削薄,達到兩接邊處等厚。對接接頭的靜強度和疲勞強度比其他接頭高。在交變、沖擊載荷下或在低溫高壓容器中工作的聯接,常優先采用對接接頭的焊接。

搭接接頭的焊前準備工作簡單,裝配方便,焊接變形和殘餘應力較小,因而在工地安裝接頭和不重要的結構上時常采用。一般來說,搭接接頭不适于在交變載荷、腐蝕介質、高溫或低溫等條件下工作。

采用丁字接頭和角接頭通常是由于結構上的需要。丁字接頭上未焊透的角焊縫工作特點與搭接接頭的角焊縫相似。當焊縫與外力方向垂直時便成為正面角焊縫,這時焊縫表面形狀會引起不同程度的應力集中;焊透的角焊縫受力情況與對接接頭相似。

角接頭承載能力低,一般不單獨使用,隻有在焊透時,或在内外均有角焊縫時才有所改善,多用于封閉形結構的拐角處。

焊接産品比鉚接件、鑄件和鍛件重量輕,對于交通運輸工具來說可以減輕自重,節約能量。焊接的密封性好,适于制造各類容器。發展聯合加工工藝,使焊接與鍛造、鑄造相結合,可以制成大型、經濟合理的鑄焊結構和鍛焊結構,經濟效益很高。采用焊接工藝能有效利用材料,焊接結構可以在不同部位采用不同性能的材料,充分發揮各種材料的特長,達到經濟、優質。焊接已成為現代工業中一種不可缺少,而且日益重要的加工工藝方法。

在近代的金屬加工中,焊接比鑄造、鍛壓工藝發展較晚,但發展速度很快。焊接結構的重量約占鋼材産量的45%,鋁和鋁合金焊接結構的比重也不斷增加。

未來的焊接工藝,一方面要研制新的焊接方法、焊接設備和焊接材料,以進一步提高焊接質量和安全可靠性,如改進現有電弧、等離子弧、電子束、激光等焊接能源;運用電子技術和控制技術,改善電弧的工藝性能,研制可靠輕巧的電弧跟蹤方法。

另一方面要提高焊接機械化和自動化水平,如焊機實現程序控制、數字控制;研制從準備工序、焊接到質量監控全部過程自動化的專用焊機;在自動焊接生産線上,推廣、擴大數控的焊接機械手和焊接機器人,可以提高焊接生産水平,改善焊接衛生安全條件。 (來源:焊接資訊)

焊接器材

1、焊機 

2、二氧化碳保護焊機 

3、氩弧焊機 

4、電阻焊焊機 

5、埋弧焊機 

6、焊絲 

7、焊劑 

8、焊接輔助材料等

焊接溫度控制

熔池溫度,直接影響焊接質量,熔池溫度高、熔池較大、鐵水流動性好,易于熔合,但過高時,鐵水易下淌,單面焊雙面成形的背面易燒穿,形成焊瘤,成形也難控制,且接頭塑性下降,彎曲易開裂。熔池溫度低時,熔池較小,鐵水較暗,流動性差,易産生未焊透,未熔合,夾渣等缺陷。熔池溫度與焊接電流、焊條直徑、焊條角度、電弧燃燒時間等有着密切關系,針對有關因素采取以下措施來控制熔池溫度。

1、直徑

焊接電流與焊條直徑:根據焊縫空間位置、焊接層次來選用焊接電流和焊條直徑,開焊時,選用的焊接電流和焊條直徑較大,立、橫仰位較小。如12mm平闆對接平焊的封底層選用φ3.2mm的焊條,焊接電流:80-85A,填充,蓋面層選用φ4.0mm的焊條,焊接電流:165-175A,合理選擇焊接電流與焊條直徑,易于控制熔池溫度,是焊縫成形的基礎。

2、方法

運條方法,圓圈形運條熔池溫度高于月牙形運條溫度,月牙形運條溫度又高于鋸齒形運條的熔池溫度,在12mm平焊封底層,采用鋸齒形運條,并且用擺動的幅度和在坡口兩側的停頓,有效的控制了熔池溫度,使熔孔大小基本一緻,坡口根部未形成焊瘤和燒穿的機率有所下降,未焊透有所改善,使乎闆對接平焊的單面焊接雙面成形不再是難點。

3、角度

焊條角度,焊條與焊接方向的夾角在90度時,電弧集中,熔池溫度高,夾角小,電弧分散,熔池溫度較低,如12mm平焊封底層,焊條角度:50-70度,使熔池溫度有所下降,避免了背面産生焊瘤或起高。又如,在12mm闆立焊封底層換焊條後,接頭時采用90-95度的焊條角度,使熔池溫度迅速提高,熔孔能夠順利打開,背面成形較平整,有效地控制了接頭點内凹的現象。

4、時間

電弧燃燒時間,φ57×3.5管子的水平固定和垂直固定焊的實習教學中,采用斷弧法施焊,封底層焊接時,斷弧的頻率和電弧燃燒時間直接影響着熔池溫度,由于管壁較薄,電弧熱量的承受能力有限,如果放慢斷弧頻率來降低熔池溫度,易産生縮孔,所以,隻能用電弧燃燒時間來控制熔池溫度,如果熔池溫度過高,熔孔較大時,可減少電弧燃燒時間,使熔池溫度降低,這時,熔孔變小,管子内部成形高度适中,避免管子内部焊縫超高或産生焊瘤。

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