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钨极惰性气体保护焊工艺方法中铝长城建设有限
钨极惰性气体保护焊工艺规程
(内部技术标准)
JLJ.J-01/A013-2003
晋铝建设公司
2003年3月
钨极惰性气体保护焊工艺规程
1引言2
2接头设计与坡口加工2
3材料5
4主要焊接工艺参数选择原则8
5焊工和焊接人员的职责10
6焊工培训和焊工考试11
7质量检验12
8安全防护12
1引言
氩弧焊(钨极惰性气体保护焊)是以氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法,电弧发生在电极与焊件之间,在电弧周围通以氩气,形成连续封闭气流,保护电弧和熔池不受空气的侵害。
而氩气是惰性气体,即使在高温之下,氩气也不与金属发生作用,且不溶解于液态金属,因此焊接质量较高。
这种方法可用手工操作,也可通过机械自动操作。
根据接头型式和板厚不同,可添加填充丝或不添加填充丝。
可用其他熔焊方法焊接的大部分金属,都可用氩弧气体保护焊工艺方法进行焊接。
本工艺方法内容包括接头设计与坡口加工,材料,焊接工艺,焊工与焊接技术人员的职责,质量检查,安全防护等。
2接头设计与坡口加工
2.1接头设计
在设计接头时,首先要考虑接头的开口应能允许电弧、纯净的保护气体与填充金属能达到接头底部,以保证良好的可达性。
影响接头设计的因素有母材的化学成分,母材的厚度,要求达到的焊缝熔深以及被焊金属的特性(如表面张力,流动性,熔点等)。
有五种基本的接头型式(见图1)适用于各种金属,当有特殊要求时,允许采用合理的接头型式。
坡口设计的一般原则如下:
a.厚度不大于3㎜的碳钢、低合金钢、不锈钢,铝的对接接头及厚度不大于2.5mm的高镍合金一般不开坡口。
b.厚度在3~12mm的上述材料,可开U型或J型坡口。
c.厚度大于12mm的上述材料,采用双面U型或X型坡口更好。
d.V型接头的坡口角度,碳钢、低合金钢与不锈钢约600,高镍合金钢为800,当用交流电流焊接铝时,通常为900,对大多数金属的典型接头尺寸如图2所示。
e.U型坡口的单边侧壁夹角,对碳钢、低合金钢及不锈钢为约70~90,高镍合金约为150,铝合金约为200~300。
f.T型接头的单边坡口角度,不同厚度的黑色金属约为450,铝合金大到600。
黑色金属的典型坡口尺寸如图3所示。
2.2坡口加工方法
坡口加工最好采用车削加工圆形或环缝坡口,采用铣削或刨削加工纵缝坡口。
当切削加工后,应用溶剂洗净切削液。
(自动焊的坡口加工精度应比手工焊要求严格。
)
2.3坡口清理
2.3.1坡口每侧至少20mm范围内均应进行清理。
2.3.2坡口面及清理区段的金属表面不得留有诸如油、脂、漆、切削液、标记笔迹、墨水、潮气、处理化学剂、机械润滑剂及氧化物等有害异物。
2.3.3灰尘、油、脂可用挥发性脱脂剂或无毒溶剂擦洗。
油漆和其他不溶于脱脂剂的材料可用三氯甲烷、碱性清洗剂或专用化合物清洗。
2.3.4坡口部位一般不得有夹层或其他缺陷。
2.3.5应按批准的工艺进行接头定位焊。
2.3.6应保持工件的标记,以便于准确的记录。
3材料
3.1母材
母材应符合国家或冶金部有关标准的规定。
有特殊要求时可由设计、制造、使用三方面协商解决。
焊前必须清楚母材的化学成分,作为选择填充金属、预热、后热及其他工艺参数的重要依据。
当采用正常焊接规范而出现以外缺陷(如熔深不足、大量气孔和微裂纹等)时,需注意查清母材或焊接材料中可能存在的未知微量元素。
3.2保护气体
3.2.1保护气体的种类和质量
可用氩、氦或氩氦混合气体作为保护气体。
在特殊应用场合,可添加氢或氮(各约5%,只限于焊接不锈钢、镍铜合金和镍基合金)。
焊接用氩气应符合GB4842~4843—84《氩气及其检验方法》的规定。
3.2.2保护气体的选择
保护气体的选择和保护特点参看表1和表2。
表1 保护气体的选择
材料
厚度
mm
采用的保护气体
手工焊
自动焊
铝及其合金
<3
>3
Ar(交流电,高频)
Ar(交流电,高频)、He
Ar—He、He
碳钢
<3
>3
Ar
Ar
Ar—He、He
不锈钢
<3
>3
Ar
Ar、Ar—He
Ar、Ar—H2Ar—He
Ar—He
镍合金
<3
>3
Ar
Ar、Ar—He
Ar、He、Ar—He
Ar、He
铜
<3
>3
Ar、Ar—He
Ae、Ar
Ar、Ar—He
He、Ar
钛及其合金
<3
>3
Ar
Ar、Ar—He
Ar、Ar—He
Ar、He
注:
Ar—He含有75%He;Ar—H2含有15%H2氩气流量一般为7L/min;氦气流量应高于氩气。
3.3氩弧焊用钨极
3.3.1钨极的种类
a.纯钨极
b.钍钨极(含氧化钍)
c.镧钨极(含氧化镧)
d.锆钨极(含氧化锆)
e.铈钨极(含氧化铈),建议尽量采用铈钨极。
3.3.2钨极载流量
钨极载流量的大小主要受钨极直径的影响,表三列出按电极直径推荐的电流范围,焊接电流不得超出产品说明书规定的载流量上限。
3.3.3钨极端头几何形状及加工
钨极端头形状是一项重要的焊接参数,应包括在焊接规程中。
常用的钨极端头形状如图4所示。
钨极应采用专用的硬磨料精磨砂轮磨削,应保持钨极几何形状的均一性。
在磨削钍、铈钨极时,应采用密封式或抽风式砂轮磨削。
磨削完毕,工人应洗净手脸。
3.4填充金属
氩弧气体保护焊采用的填充金属,一般可与母材的化学成分相近。
不过,从耐腐蚀性、强度及表面形状考虑,填充金属的成分也可不同于母材。
选用的填充金属应符合以下相应规定:
焊接碳钢与低合金钢用锰、硅合金化的填充金属,并应符合GB1300—77《焊接用钢丝的规定》。
焊接不锈钢及高镍合金的填充金属应用钛来控制气孔,用锰、铌、钼或其组合来控制裂纹。
焊接铜及铜合金的填充金属应符合JB2736—80《铜及铜合金焊丝》的规定。
表2保护气体的保护特点
金属
焊接类型
保护气体
特点
铝
和
镁
手工焊
氩
引弧性,净化作用,焊缝质量都较好,气体耗量低
氩—氦
可提高焊接速度
自动焊
氩—氦
焊缝质量较好,流量比纯氦时低
氦(直流正接)
与氩—氦相比,熔深大,焊速高
碳
钢
点焊
氩
一般可延长电极寿命,焊点轮廓较好,引弧容易,比氦的流量低
手工焊
氩
容易控制熔池,特别在全位置焊接时
自动焊
氦
比氩的焊速高
不
锈
钢
手工焊
氩
焊薄件(不大于2mm)可控制熔深
自动焊
氩
焊薄件时可很好地控制熔深
氩—氦
热输入较高,对较厚件焊速可能高些
氩—氢(H2不多于35%)
防止咬边,在低电流下能焊出需要的焊缝成型,要求的流量低
氩—氢—氦
高速焊管作业中的最佳选择
氦
可提供最高的热输入与最深的熔深
铜镍与铜—镍合金
氩
容易控制薄件熔池,熔深与焊道成形
氩—氦
高的热输入,以补偿大厚度的导热性
氦
焊大厚度金属时热输入最大
钛
氩
低流量能降低紊流与空气对焊缝的污染,改善热影响区性能
氦
大厚度手工焊时熔深较大(背面需加保护气体,以保护背面焊缝不受污染)
硅青铜
氩
减少这种“热脆”金属的裂纹倾向
铝青铜
氩
母材的熔深较浅
表3按电极直径推荐的电流范围
电极
直径
mm
直流(A)
交流(A)
电极为负(-)
电极为正(+)
纯钨
加入氧化物的钨
纯钨
加入氧化物的钨
纯钨
加入氧化物的钨
0.5
2—20
2-20
2-15
2-15
1.0
10-75
10-75
15-55
15-70
1.6
40-130
60-150
10-20
10-20
45-90
60-125
2.0
75-180
100-200
15-25
15-25
65-125
85-160
2.5
130-230
170-250
17-30
17-30
80-140
120-210
3.2
160-310
225-330
20-35
20-35
150-190
150-250
4.0
275-450
350-480
35-50
35-50
180-260
240-350
5.0
400-625
500-675
50-70
50-70
240-350
330-460
6.3
550-675
650-950
65-100
65-100
300-450
430-575
8.0
650-830
焊接铝及铝合金的填充金属应符合B2727—80《铝及铝合金焊丝》的规定。
在没有相应标准时,可由供需双方商定。
填充金属应保存在清洁干燥的仓库内。
4主要焊接工艺参数选择原则
当上述各项材料确定之后,应通过工艺试验和工艺评定来确定工艺参数。
焊接工艺参数应包括附录中的各项内容。
4.1引弧方法
根据生产条件和要求,可选用下列方法引弧。
短路引弧,需加引弧板。
高频引弧:
借助于高频发生器。
对于手工焊和自动焊,使用直流电和交流电时均可采用。
脉冲引弧:
在钨极与工件之间瞬间加一高电压造成电离。
诱导引弧:
用于点焊。
4.2焊接电流
焊接电流由三种,各种电流的适用范围如下:
交流电流:
焊接铝、镁及其合金,焊接带氧化膜的铜。
直流电流:
正极性直流电流可以焊接几乎所有的黑色金属。
反极性直流电流采用很少。
程序电流(电流脉冲技术):
可以控制和改善焊根和焊道成型,改善熔深和晶离尺寸及特殊位置的焊接。
4.3电弧电压
电弧电压指钨极尖端到工件之间的电压降,其大小主要受焊接电流的种类以及所用的保护气体的影响。
在相同的电弧间隙下,氦比氩能产生更大的压降。
两者约差4V。
因此,采用氦气保护可获得更深的熔深。
电极端头的几何形状也影响电弧电压的大小。
在钨极尖端到工件距离相同的情况下,较尖的锥形电极的电弧电压要高些。
可根据具体产品及电源型式任选电弧电压的控制方法,但应控制电弧电压保持相对的稳定。
4.4焊接速度
电弧焊接深度通常与焊接速度成反比。
金属的导热性、构件的厚度和尺寸是控制焊接速度的主要考虑因素。
改变焊接速度的目的是保持恒定电弧穿透力所要求的恒定热量。
焊接速度一般应遵循以下原则:
在焊接铝等高导热率金属时,为了减少变形,应采用比母材导热速度快的焊接速度。
焊接有热裂倾向的合金不能采用高速焊接。
焊缝熔池的尺寸直接受焊速影响,当在非平焊位置时,只能是较小的熔池,应适当提高焊速。
焊接电流脉冲控制技术的发展,在低导热率的金属(如钛)和固定管子及厚壁管子的焊接时,对接头熔池的控制十分有利。
4.5送丝方式
根据生产条件分以下三种:
焊工手送;
送丝机自动送进;
焊前预置填充金属;
5焊工和焊接人员的职责
5.1、焊接技术人员的职责范围如下:
制定焊接顺序表;
制定焊接工艺;
推荐无损检验项目;
就新方法提出适应时间;
提供反馈(改进、建议);
监督焊接工艺规程的贯彻;
排除工艺故障;
提出新的焊接发展的工作重点;
考核与检测焊接人员;
监督设备的预防维修;
按通过的工艺生产焊件。
5.2焊工必须按工艺规程要求进行生产;提供反馈建议。
5.3焊接技术人员负责编制焊接工艺规程,并有权监督工艺规程的执行情况。
对违反工艺规程者应立即纠正,必要时可停止操作者的工作,甚至吊销焊工合格证。
6焊工培训和焊工考试
6.1焊工培训程度视具体工作的种类与质量等级的要求而定。
负责焊接压力容器和压力管道的焊工要比一般焊工进行更多的培训。
培训内容包括理论和实践两方面。
焊工培训的具体内容按有关要求进行。
6.2焊工考核
为了确定焊工是否具有满足特定法规或有关规程要求的能力,焊工在完成培训后,要求进行考核。
考核按有关规定进行。
7质量检验
氩弧气体保护焊缝表面一般不经修整,可直接进行检验。
目测检查,应检查所有影响质量的因素,如坡口加工、坡口清理和装配以及整个焊缝表面可看到的情况,焊缝尺寸、熔深、表面气孔、咬边与裂纹等。
常用的其他检验方法为渗液法、磁粉法、超声波法、涡流法与射线法,选用方法取决于对产品质量水平的要求。
检验规程必须有检验工艺与验收标准,以保证产品质量。
8安全防护
附录A18—8型不锈钢焊接工艺参数(参考)
材料厚度mm
1.6-3.0
3.0-6.0
6.0-12
接头设计
直边对接
V型坡口
X型坡口
电流A
50-90
70-120
100-150
极性
直流正极性
电弧电压V
12
焊接速度
按技术要求
电极种类
钍钨极
电极尺寸mm
2.5
填充金属种类
18—8型
填充金属尺寸mm
1.6-2.5
2.5-3.2
保护气体
氩
气体流量dm3/min
8-12
10-14
背面气体流量dm3/min
2-4
喷嘴尺寸mm
8-10
10-12
喷嘴至工件距离mm
≤12
预热温度最低
15℃
层间温度
250℃
焊后热处理
无
焊接位置
平、横、立、仰
附录B碳钢焊接工艺参数(参考)
材料厚度mm
1.5-3.0
3.0-6.0
6.0-12
接头设计
直边对接
V型坡口
X型坡口
电流A
50-100
70-120
90-150
极性
直流正极性
电弧电压V
12
焊接速度
按技术要求
钨极种类
钍钨极
电极尺寸mm
2.4
3.2
填充金属种类
按技术要求
填充金属尺寸mm
1.6-2.5
2.5-3.2
2.5-3.2
保护气体
氩
保护气体流量dm3/min
8-12
10-14
背面保护气体流量dm3/min
2-4
喷嘴尺寸mm
8-10
10-12
喷嘴至工件距离mm
≤12
预热温度(最低)
15℃
层间温度(最高)
250℃
焊后热处理
无
焊接位置
平横立仰
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