《机械制造工艺学》第910章内容文档格式.docx
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3、电渣焊:
自动焊、焊接厚壁大型构件
电渣焊是以熔渣的电阻热为热源的焊接方法
焊接过程是在立焊位置,在由两工件端面与两侧水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。
焊接时利用电流通过熔渣产生的电阻热将工件端部熔化。
4、气焊:
气焊用于薄板及维护修理工件,钎焊
气焊是利用气体火焰为热源的一种焊接,氧乙炔和焊丝熔化。
5、特种焊
(1)超声波焊
(2)激光焊
(3)爆炸焊:
复合钢板生产
三、焊接方法的选择
1、焊接要求
(1)保证焊接产品的质量优良性能可靠
(2)焊接生产率高
(3)焊接成本低
2、影响因素
(1)产品结构类型:
金属结构焊接、机械零件焊接,电子器件焊接
(2)工件母材性能:
物理化学力学、冶金性能
(3)工件厚度:
工件厚度在一定程度上决定所适用的焊接方法
(4)焊接接头型式和焊接位置:
贴角焊、坡口焊、对接接头T型接头、焊接接头
平焊、立焊、仰焊、横焊(焊接位置)
(5)生产条件
①技术人员水平
②焊接设备:
交流焊机、直流焊机、交直流焊机
③焊接耗材:
焊条、焊丝、焊剂保护气体等
(6)焊接质量等级
9-2焊条、焊丝与焊剂
一、焊条
1、焊条的组成构造
焊条由焊芯和涂层(药皮)组成,其构造为
(1)焊芯:
既是焊芯又是填充金属,手弧焊时又作为电板。
碳钢焊条采用HO8A或HO8E材料做焊芯。
碳钢焊条,不锈钢焊条、合金钢焊条焊芯材质不同
(2)涂层(药皮)是矿石粉末,铁合金粉。
涂层的作用:
①改善焊条的焊接工艺性能
②机械保护,产生气体和溶渣,隔绝空气
③治金处理
2、焊条种类:
(碱性焊条、酸性焊条)
(1)按材质分类
①碳钢焊条代号Exxxx(老标准牌号结J),碳钢结构钢焊条J,结E4303(J422),E4303(J422),焊Q235(A3钢)
②合金钢焊条代号Exxx-x(老标准为结J)例E5015-G(J507R)
低合金结构钢焊条J,结,例E5015-(J507)焊16Mn(Q345)钢材
E5016(J506)也是钼和珞钼耐热钢焊条R热E5015-G(J507R)低温钢焊条,W温
③不锈钢焊条;
E-代号(老标准;
不锈钢、焊条、铬G)
④准焊焊条:
ED(老标准D堆)
(2)按焊条的溶渣性质分类:
①碱性焊条:
碱性氧化物和氟化钙为原料、焊接性能较差,但韧性好,抗裂性能好,例:
E4303(J422)—钛钙型,E5001(J503)钛铁矿型。
②酸性焊:
低氢型(低氢钠型、钾、铁粉低氢型)等碳性氧化物,如E4311(J425)低氢钠型E4315
酸性焊条的焊接性能较好,但其韧性抗裂性能较碱性焊条差,注意:
在设计或焊接工艺中规定用碱性焊条时,不能用酸性焊条代替。
(3)按电源电流类型分类:
直流焊条、交流焊条、交直流两用焊条。
直流焊条:
正、反接。
(机械设计手册第一分册)
3、焊条型号、牌号
(1)碳钢焊条型号用大写字母“E”和四位数字表示
如E4303(J422)—前两位数字表示其抗拉强度43kgf/mm2(1kgf/mm2=99.8MPa)
第三位数字表示焊条的焊接位置
“0”与“1”表示可以用平、立、横、仰焊
“2”表示适用于平焊与平角焊
“4”表示焊条适用向下立焊
第三位和第四位数字表示涂层类型和焊接电流种类,如“03”表示:
涂层类型为钛钙型(碱性)交直流焊条。
焊接电流种类为:
交流或直流正、反接。
如E4303钛钙型(碱性)焊条
E43015(J427)低氢纳型(酸性焊条)、直流反接
如E5001(J503、结503)
(2)低合金钢焊条:
E5015-A(R107)
图E5015-G(J507D.J507R)
低合金钢焊条:
E5015-A1
E5015-A150抗拉等级1表示焊接位置
E钛铁矿型(碱性焊条)交流或直流正、反接
4、焊条的选用原则
(1)根据被焊的工件材料选择相适应的焊条,如焊接碳钢或低合金钢时,应选择结构钢焊条。
(2)焊缝性能要和工件(母材)性能相同,“等强度”
(3)焊条工艺性能要满足施焊操作需要
5、焊条的管理和使用
焊条的库存应干燥通风
一般在施焊前心将焊条烘干,放入保温筒内,取出后即用完。
二、焊丝与焊剂:
埋弧焊用
焊与焊剂通常是用于埋弧焊(自动焊、半自动埋弧焊)
1、焊丝:
埋弧焊与C02气体保护焊用材
(1)分类:
埋弧焊所用焊丝有实心焊丝和药芯焊丝两类
(2)用途:
直径较小(d=1.6~2.4mm)的焊丝适用于半自动焊埋弧焊;
直径为3~6mm的焊丝适用于自动埋弧焊。
2、焊剂:
埋弧焊使用的焊剂是颗粒状可熔化的物质,其作用相当于焊条的涂层
(1)对焊剂的要求:
a具有良好的冶金性能,b具有良好的工艺性能。
(2)焊剂的分类:
①按制造方法材质分类,熔炼焊剂,烧结焊剂,陶瓷质焊剂
②按化学成分分类;
碱性、酸性、中性焊剂。
(3)焊剂型号HJ—熔炼型焊剂
①HJ型(熔练型)SJ—烧结型焊剂
例如:
②ST烧结型(SJxxx)
(4)各类焊剂的用途
①熔炼型焊剂HJxxxx含锰硅、氟含量3×
9种组合
a、高硅型:
焊接低碳钢和某些低合金钢
b、中硅型:
焊接低合金钢和高强度钢
c、低硅型:
焊接高合金钢(如不锈钢、热强钢)。
②烧结型焊剂
a、氟碱型:
碱性焊剂,可焊多种低合金钢等重要的压力容器,可交直流两用。
b、硅钙型:
中性焊剂,可交直流两用,可焊普通结构钢
c、硅锰型:
酸性焊剂,交直流两用,可焊低碳钢及某些低含金钢(矿山金属结构)
d、铝钛型:
酸性焊剂、交直流两用,可焊低碳钢和某些低合金钢(锅炉、船舶、压力客器)。
9-3焊接工艺设备
在工程结构焊接工艺中,常用的手弧焊和埋弧焊用焊接设备种类很多,这里仅介绍常用的焊接设备。
一、手弧焊焊接设备:
手弧焊机和辅助设备及工具
手弧焊的焊机通常是一台额定电流500A以下的具有下降外接性的弧焊电源。
1、手弧焊机
(1)手弧焊机类型
(2)(交流)弧焊电源(交流弧焊电源或称弧焊变压器),交流电焊机。
特点:
弧性较差,质量轻,结构简单,成本低、功率因数低。
平常用:
直流弧焊发电机
稳弧性好、经久耐用,结构与维护复杂、重量重、成本高。
(3)(直流)弧焊整流器
稳弧性较好,结构维护较简单,重量较轻,成本较高。
(发电机)
(4)产流直流两用焊机(手弧焊机还有晶闸管晶体管弧焊电源等)
(2)手弧焊机的选用
①首先根据焊条涂层(药皮)类型选择焊机种类。
酸性:
(如低氢钠型)焊条必须选用直流弧焊机,碱性焊条用交流焊机,酸性焊条,虽然交直流均可使用,但一般选择结构简单,价格较低的交流弧焊机。
一般:
②根据焊接产品所需的焊接电流范围和实际负载持续年数来选择焊机容量,即焊机的额定电流A和功率因数等
(3)国产焊机种(常用)及结构
①交流弧焊变压器(交流弧焊机)
a、动圈式:
B×
3-120~B×
3-500(A=120~500A)
b、动铁式:
1-30、B×
1-400,Bx1-500(A=300~500A)
c、抽头式:
6-120(A=120A)
焊机电流:
120A300A500A
焊条直径:
1-4mm2-7mm3-9mm
②直流弧焊发电机(焊机)
a、差复激式:
AX-250(A=250A),焊条直径d=1~6mm
A×
7-500(A=500A),d焊=2.5~10mm
b、裂极式:
AX-320(A=320A),焊条d=3~7mm
c、换向极式:
A×
4-300(A=300A),焊条d=2~7mm
③直流弧焊整流器
a、动绕组硅弧(焊机):
Z×
G1~160A=160A,d=1~4mm
G1-250A=250Ad二φ3~6mm
G3-500A=500Ad=φ3~10mm
b、抽头式硅弧焊整流器IPG-200,(A=200A),d二=φ3~5mm
c、磁放大器式硅弧整流器;
G-400(A=400A),d条=Φ3~7mm
2、手弧焊辅助设备和工具
手弧焊辅助设备和工具有:
焊钳、焊接电缆、面罩、敲渣锤、钢丝刷、焊条保温筒等
(1)焊钳:
焊钳是用以夹持焊条进行焊接的工具
常用的市售焊钳有300A和500A两种
(2)焊接电缆:
YHH型电焊橡皮套电缆额定电流100200300500(A)
YHH型电焊橡皮套软电缆电缆断面积163570120(mm2)
(3)面罩:
面罩是为防止焊接时的飞溅、弧光及其它幅射对焊二面部及颈部损伤的一种遮蔽工具,有手持式和头盔式(内装有护目遮光镜片)。
(4)焊条保温筒
二、埋弧焊设备
埋弧焊设备多用于半自动焊和自动焊方法。
常用的单丝埋弧焊,目前已应用较多的是双丝、三丝焊
埋弧焊设备分类和基本构造及功能:
埋弧焊机分为半自动焊和自动焊机。
1、半自动埋弧焊机:
—CO2所体保护焊
(1)半自动埋弧焊机的主要功能是:
a、将焊丝通过软管连续不断地送入电弧区,(即送焊丝)
b、传输焊接电流(由埋弧焊电源提供电流)
c、向焊接区铺施焊剂或保护气体
d、控制焊接起动和停止。
(2)基本构造
半自动弧焊机主要由送丝机构、控制箱、带软管的焊接手持焊钳及焊接电源组成。
埋弧焊电源可以用交流(弧焊变压器)、直流(弧焊发电机或弧焊整流器)或交直流并用的结构。
(3)应用
兼有自动埋弧焊的优点和手工电弧焊的机动性,在难以实现自动焊的工件上(例如不规则焊缝、短焊缝、空间狭小位置)进行焊接。
(4)产品型号
2、自动埋弧焊机
(1)功能
①连续不断地向焊接区送进焊丝。
等速与变速送丝
②焊接前调节焊丝端位置
③传输焊接电流
④电弧沿接缝移动
⑤控制电弧的主要参数
⑥向焊接区辅施焊剂
⑦控制焊接的起动和停止
常用的自动埋弧焊机有等速送丝和变速送丝机构两中。
它们一般由机头(送丝机构与焊炬、焊剂漏斗)、控制箱、导轨(或支架)及焊接电源等组成。
自动焊机按照工作需要,可做成各种形式:
焊接小车式、悬挂式、机床式、悬臂式、门架式
(3)应用:
平焊工件的焊接工效高,成本低。
规则焊缝,长焊缝。
(4)自动焊机型号:
NZA-1000直流焊机,变速送丝(焊丝直径3-5mm)A=2000-1200A
MZ1-1000交直流焊机、等速送(焊丝直径ф1.6~5mm)
3、弧焊辅助设备
(1)焊接夹具
焊接夹具用于焊接工件的准确定位并夹紧,减少焊接变形
(2)工件变位设备(工件转—辅助胎具)
工件变位设备功能是使工作旋转、倾斜、翻转,以让待焊位置处于最佳焊接位置。
(3)焊机变位设备:
—移动焊接机头的装置
其功能是将焊接机头准确地送到待焊位置。
(4)焊缝成形设备
埋弧焊的电弧功率较大,钢板对接时为防止熔化金属的流失和烧穿,并促进使焊缝背面成形,往往需要在焊缝背面铺加衬垫。
衬垫通常采用铜板或钢板。
(5)焊剂回收输送设备
用来在焊接中自动回收并输送焊剂,采取压缩空气的吸压式方式回收焊剂。
设备装在焊接小车上。
第十章焊接工艺与工艺规程设计
焊缝标准:
焊接接头设计;
焊接工艺;
焊接质量检验,焊接工艺性分析;
焊接工艺规程设计。
10-1焊接接头设计和焊接工艺
一、焊接接头和坡口型式
GB985-88《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》标准,我们这里仅介绍手弧焊常用接头型式和坡口型式:
适用碳钢,合金钢焊接接头的气焊,手弧焊及气体保护焊。
GB986-88《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》适用于埋弧自动焊。
1、接头型式:
焊接接头的基本形式有:
对接;
塔接;
角接;
T型接。
2、坡口形式:
焊缝坡口是根据设计或工艺需要,在工件的待焊部位加工成一定几何形状经装配(冷作)后构成的沟槽。
重要承载件和厚板焊缝需开坡口,一般焊缝不开坡口。
应用用途:
为了保证焊缝有效厚度或焊透,并为了客纳填充金属,改善焊缝成形,提高焊缝的承载能力。
(1)坡口型式:
I型;
V型;
Y型;
U型;
X型
1对接接头坡口:
②角接、T型接头坡口型式:
型;
不带钝边坡口:
带钝边坡口:
(2)坡口尺寸标注:
根据板厚和坡口型式不同,坡口尺寸也不一样,详见《GB985-88》、GB986-88
例1:
工件厚度6-30mm,带钝边单边V形坡口
封底焊b=1~3mm;
不封底焊b=0
例2:
不同板厚板材的对接(接头)坡口尺寸:
厚板削薄过渡长度L≥3(δ-δ1)
二、焊缝符号与标注方法
《GB324-88》、《GB12212-90》焊缝符号标注方法,焊缝符号一般由基本符号、辅助符号、补充符号及其组合符号与指引线组成。
通常符合机械制图和熔化焊及电阻焊的焊接。
机械设计手册上册第一分册P1-220~P233绘制基本符号,补充符号,辅助符号及其组合应用的标注方法及应用实例。
1.焊缝符号:
焊缝符号包括:
基本符号,辅助符号,补充符号,以及各种符号的组合。
焊缝标注方法,通常在图纸上焊缝标注指引线,例:
注:
1.焊缝在接头的箭头侧,基本符号标在基准线实线侧;
2.焊缝在接头的外箭头侧,基本符号标在基准的虚线侧。
(1)基本符号:
对接I型焊缝:
V型焊缝:
单边V型焊缝:
单钝边V型焊缝:
基本焊缝符号的组合:
(2)辅助符号:
(3)补充符号:
2.焊缝尺寸标注:
(含坡口尺寸标注)
随工件厚度不同,焊缝高度尺寸各不相同。
通常对未标注焊缝,焊缝高度不小于连接板厚的0.8~1.0倍。
焊缝尺寸标注举例:
坡口焊缝
间断焊缝
三、焊接工艺流程
手弧焊,CO2气体保护,埋弧焊的焊接工艺都有其共同相似之处,但有其个性区别。
现以手弧焊为例介绍其焊接工艺流程:
1.焊前准备:
焊条、焊丝(焊剂)的选择:
工件材质,焊缝质量要求,焊条焊丝(焊剂)选用。
(1)焊条烘干:
除尘焊条涂层中的水分,施焊前方可取适当数量的焊条。
对手弧焊,焊条烘干。
(2)焊前对工件的清理:
除锈(扳料预处理),除渣、水、油污等保持待焊工件的清洁。
重要焊缝,尚需刨去焊缝位置的氧化皮。
(3)工件组装:
拼装、冷作、定位焊
组装工件成型,保证焊接结构的形状和尺寸,并进行定位(点)焊(点焊)。
还包括焊接平台、工装胎具的选择,控制焊接变形。
(4)工件预热:
碳钢一般不需要预热,低合金钢工件需要预加热(冬季)。
合金钢施焊前要进行工件的全部预热或局部预热,特别在冬季,低温季节,预热可以减小接头焊后冷却速度避免产生硬组织,减小焊接应力及变形,防止产生裂纹现象。
2.施焊过程:
(1)焊条直径与焊机电流的选择:
焊条、焊丝的直径和焊机电流的选择
焊条直径选择通常根据焊接工件的厚度和焊接电流范围确定。
①焊条直径与工件厚度的关系:
板厚δ(㎜)≤4㎜,4~12㎜,>12,>16,>
焊条直径d(㎜)1.6~2.5,3.2~4,7,4,5,6
2焊接电流与焊条直径关系:
焊条直径(d)1.62.02.53.2456
焊接电流(A)25~40,40~60,50~80,100~130,160~200,200~270260~300
(2)焊接电流的控制:
焊接电流是焊接的主要工艺参数,施焊时应操作焊机置于适当的电流档位,以控制电流时大小适中。
讨论:
①电流过大:
会烧穿工件,产生咬边,气孔,焊缝晶粒组织粗大,降低延伸性,渗层崩落失效(易产生气孔)。
②电流过小:
会造成未焊透,未熔合,气孔夹渣。
(3)焊缝层数:
厚板的焊接,一般要开坡口,并采取多层焊和多层多道焊。
(δ≥16㎜以上)(重要部位δ≥10㎜以上)
(4)施焊过程与施焊要领:
严格按照工艺设计规格的焊接工艺进行施焊。
①根据结构工件的形状和焊接位置,尽量选择平焊,减少立焊,仰焊,可采取工件翻身。
对长焊缝的焊接,尽量选择半自动焊或自动焊。
②利用焊接工装胎具焊接,控制变形。
③施焊时应尽量采取对称焊,交错焊,烧焊一段焊缝后,待以冷却后再施焊,减少焊接变形。
④厚板焊接要采取多层焊或多层多道焊。
3.焊后处理:
施焊后,需对焊接工件及焊缝表面的焊渣进行清除处理,包括:
(1)施焊后的缓慢冷却后,再折卸焊接工装胎具。
重要焊接工件,进行局部保温后,再冷却的后热处理。
(2)除去焊缝表面的焊渣,打磨焊缝,保持焊缝整洁。
(3)焊后热处理:
时效处理,先要构件进行退火处理,消除焊接产生残余应力。
(4)施焊后,对已产生变形的构件,进行校直校平处理。
4.焊接安全防护:
施焊时的安全技术主要包括:
(1)防止触电。
(2)防止弧光伤害:
焊接电弧强烈的弧光和紫外线对眼睛和皮肤有损害,应带焊接面罩,电焊手套,穿工作服和厚面工作鞋。
(3)防火、防爆。
(4)防止有毒气体和烟尘中毒,产生有害气体烟气对人体有损害。
(5)防止工件砸伤施焊人员。
5.焊接质量检验。
(1)焊接接头工艺试验——焊接工艺评定
(2)焊缝质量检验。
10-2焊接质量及检验
本节内容主要介绍:
焊接质量评判和焊接质量检验内容的方法。
一、焊接质量
1.焊接质量的评定(内容与指标)
(1)焊缝质量的评定内容:
焊缝质量是指:
焊缝外观质量,焊缝外形尺寸,焊缝缺陷(接头连续性质量),物理力学性能(接头性能)。
(2)焊缝质量无损检测方法:
磁粉探伤法,着色渗透法,超声波探伤,,X-射线探伤。
(3)焊缝质量等级:
①磁粉探伤:
4级:
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级,Ⅰ级最高,Ⅳ最低。
②超声波探伤:
3级:
检验要求A级、B级、C级。
质量分级Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,Ⅰ级最高,Ⅲ级最低。
③X-射线探伤:
Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级,Ⅰ级最高,Ⅳ级最低。
2.焊缝质量评定:
(1)焊缝的外形质量:
①焊缝与母材之间应平滑过渡,以减小应力集中。
焊缝的余高不应太大。
②焊接接头形状缺陷形式:
咬边,焊瘤,烧穿,未焊透和错边等。
3焊缝高度尺寸质量检验:
焊缝高度尺寸一定符合设计图纸标注焊接缝高度尺寸,通常焊缝焊缝高度不小于连接板厚的0.8~1.0倍。
。
例:
重要焊缝的标注:
焊缝高度如:
(2)焊接接头的连续性质量:
焊缝(内部)缺陷检验。
焊接接头应没有超过标注允许的破坏接头连续性的焊接缺陷,包括:
裂纹,气孔与缩孔,夹杂与夹渣,未溶合与未焊透等。
缺陷:
含导致应力集中,降低承载能力,缩短使用寿命,甚至脆断。
①裂纹:
热裂纹和泠裂纹,而焊接过程出现的热裂纹和焊后产生的冷裂纹。
②气孔和缩孔:
a、气孔:
气孔是熔池中的气泡在凝固时未能透出残留下来所形成的空穴。
产生的原因:
焊条受潮,坡口有杂物,焊接电流过大或过小,电弧应过长,焊缝速度过快等。
b、缩孔:
缩孔是熔化金属在凝固过程中收缩而产生的残留在焊缝中的孔穴。
4夹杂和夹渣:
焊缝中(内部)类有杂物和熔渣(焊渣)。
④未熔合和未焊透:
a、未熔合:
是在焊缝和母材之间未完全熔化结合的部分。
b、未焊透:
焊缝局部没有到位。
举例:
焊缝(内部)缺陷质量检验要求(检验规范):
在设计图纸中,明确在技术要求中写明“焊缝不得出现裂纹,气孔,夹渣等缺陷”文字。
焊接工艺文件也有明确规定和检验手段。
(3)接头性能:
物理、化学、力学性能质量。
产品技术标准或图样技术条件要求的各项接头性能指标都必须合格。
对重要焊接接头须进行物理、化学、力学性能试验,先做工艺性评定,才能正式进行工程结构焊接。
二、焊接质量检验方法与手段
检查焊接质量有两大类检验方法及检验手段(设备)。
1.非破坏性检验:
外观质量和内在质量的无损探伤检验,密封性检验,耐压性检验等。
(1)外观质量检验:
观察焊缝的外形尺寸质量和表面缺陷。
眼睛观察或借助样板,或用低倍数大镜及简单量具检测焊缝外形尺寸和焊接接头的表面缺陷。
(2)密封性检验:
常用煤油,载水,水压,气密性试验检查接头有无漏水,漏气,渗油,漏油等现象。
(3)耐压性检验:
通过注水(水
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