工艺技术_焊接工艺简介

焊接工艺简介 于静泊 金属构件的连接生产技术的一个重要任务是金属构件的连接 而金属构件的连接一般可区分为通过螺钉 销钉和热压配合的可拆连接和通过焊接 钎焊 铆接及粘接的不可拆连接 焊接技术 焊接的定义传统意义上的焊接 是指采用物理或化学方法使分离的材料产生原子或分子结合 形成具有一定性能要求的整体 而焊接发展到今天已有各种焊接工艺技术近百种 并采用了力 热 电 光 声及化学等一切可利用的能源 实现焊接的目的 焊接 钎焊 粘接的区别 焊接 焊接是一种不可拆的连接方法 它是工件在加热或加压作用下 或者在加热与加压共同作用下实现材料连接的方法 在连接区 材料一般被熔化和 或产生塑性变形 焊接可分为熔化焊接 采用加热方法时 压力焊接 采用加压或加压与加热共同作用时 钎焊 钎焊是一种不可拆的热连接方法 它是在采用熔化的钎料 而该处母材不被熔化或产生塑性变形的情况下实现材料连接的方法 在连接区 母材被熔化了的钎料所浸润 连接是通过母材与钎料之间的扩散过程实现的 钎焊可分软钎焊 钎料的液相温度900 粘接 粘接是在采用中间层 粘合剂 情况下 材料的一种不可拆连接 在连接区 母材被粘合剂湿润 连接是通过表面粘附 附着力 实现的 焊接方法的分类 焊接基本术语介绍 基本术语 金属焊接方法 焊接技术相关术语 机械化焊接相关术语 其他相关术语 包括电极等 a 按照对所焊工件实施的能量载体分类 固体 solidbody 搅拌摩擦焊 液体 Liquid 铝热焊 气体 Gas 气焊 放电 Electricaldischarge 电弧焊 放射 Radiation 电子束焊 运动 Movementofamass 摩擦焊 电流 Electriccurrent 点焊 未指定 Unspecified 扩散焊 b 按照所焊母材种类分类钢焊接 铝焊接 铜焊接 c 按照焊接目的分类 堆焊 Surfacing 连接 Joining d 按照焊接的物理过程分类 熔化焊接 采用加热方法时 压力焊接 采用加压或加压与加热共同作用时 e 按照机械化程度分类m 手工焊t 部分机械化焊接v 完全机械化焊接a 自动化焊接 熔化焊 使局部区域熔化 在无压力的作用下 带或不带焊接填充材料的焊接 熔化焊焊缝通常在以下方面有较高的要求 强度和韧性 具有较强耐高温和低温能力 耐腐蚀和磨损能力 对气体 蒸汽 压力或真空等条件下的密封性能压力焊 在力的作用下 带或不带焊接填充材料 实施局部性加热 至熔化状态 的焊接 连接 焊接 两个或更多的工件通过焊接而形成永久性的连接 堆焊 为增大或恢复焊件尺寸 或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接 单道焊 只熔敷一条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中只熔敷一条焊道的焊接 双道焊 熔敷两条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中熔敷两条焊道进行的焊接 单面焊 仅在焊件的一面施焊 完成整条焊缝而进行的焊接 双面焊 在焊件的两面施焊 完成整条焊缝而进行的焊接 焊接操作 通过焊接完成工件的连接的过程 焊接条件 焊接时周围的条件 包括环境因素 例如天气 应力和环境因素 例如噪音 热度 拘束状态 工件因素 例如母材材质 坡口形状 工作位置 焊接工艺参数 焊接时为保证焊接质量而需要的数据 熔化速度 填充材料熔化的速度 指填充材料在单位时间内熔化的长度 焊接速度 单位时间内完成焊缝的长度 焊接时间 完成焊接接头所需要的时间 不包括准备和完成操作 包括焊接生产时间和辅助时间 熔敷效率 熔敷在坡口或者工件上的焊缝金属量与熔化的填充金属量的比率 或者与药芯电弧焊中熔化焊丝的比率 常用百分比表示 焊接填充材料 焊接时被熔化用尽 并有利于焊缝形成的材料 例如填充金属 气体 焊剂 典型焊接方法简介 氧乙炔火焰气焊 G 311 焊条电弧焊 E 111 钨极惰性气体保护焊 WIG 141 熔化极气体保护焊 MSG MIG131 MAG135 埋弧焊 UP 12 电阻点焊 RP 21 氧乙炔火焰气焊 G 311 气焊时 焊接熔池是由火焰加热所形成 火焰是由可燃气体与氧气的化学反应产生的 火焰的热量使材料熔化 通常用手将焊棒送入熔化区 把焊接坡口填满 火焰气体覆盖着熔池 并保护熔池免受空气的影响 应用范围 主要用于非合金 低合金钢板和管材的焊接 也可用于铸铁的焊接 板厚 约从0 8mm至6mm用于除立向下以外所有焊接位置的管道工程 车体结构 安装和修理等焊接 焊条电弧焊 E 111 用药皮焊条进行焊条电弧焊接时 焊接电源提供焊接电流 使之在焊条和工件之间产生一个燃烧的电弧 电弧的温度高于4000 电弧的热量使母材和焊条熔化 熔化的焊条以熔滴状向母材过渡 焊条药皮受热作用产生气体与熔渣 保护焊条末端 过渡的熔滴以及母材上的液态金属 使其免受空气的有害影响 凝固的熔渣覆盖着焊缝金属 同样起着保护作用 应用范围 适用于全位置焊接 工件厚度3mm以上的低碳钢 低合金钢和高合金钢的连接焊接及堆焊 电网连接 焊接电源 电源电缆 电极 电源电缆 工件 焊枪 焊条 工件夹 工件 电弧 焊条芯 11 焊条药皮 12 过渡熔滴 13 由焊条药皮产生的保护气体 14 液态熔渣 15 固态熔渣 16 液态焊缝 17 固态焊缝 钨极惰性气体保护焊 WIG 141 钨极气体保护焊接法分为钨极惰性气体保护焊 WIG 钨极等离子焊 WP 和钨极氢原子焊 WHG 三种 钨极惰性气体保护焊焊接时 在焊炬中夹持的非熔化的钨极和工件之间燃烧着的电弧所产生的能量使材料熔化 通常使用焊丝作为填充材料进行焊接 惰性保护气体如氩 氦或它们的混合气体保护钨极和焊缝 使之免受空气的侵入 工件的加热集中在由针状钨极产生的小电弧区域上 因此特别有利于薄壁构件的焊接 钨极惰性气体保护焊接时 既不形成熔渣 也不会出现焊缝表面的氧化现象 应用范围 适用于工件厚度0 5至4 0mm范围内的钢及有色金属全位置连接焊接 以及堆焊 电网连接 焊接电源 电源电缆 电极 电源电缆 工件 工件夹 保护气瓶 含压力表和流量计 保护气胶管 焊枪 焊丝 工件 11 钨极 12 钨极夹和导电咀 13 电弧 14 液态焊缝 15 固态焊缝 16 保护气层 钨极氩弧焊的特点钨极氩弧焊的优点是 由于焊缝被保护得好 故焊缝金属纯度高 性能好 焊接时加热集中 所以焊件变形小 电弧稳定性好 在小电流 10A 时电弧也能稳定燃烧 并且 焊接过程很容易实现机械化和自动化 缺点 氩气较贵 焊前对焊件的清理要求很严格 同时由于钨极的载流能力有限 焊缝熔深浅 只适合于焊接薄板 6mm 和超薄板 为了防止钨极的非正常烧损 避免焊缝产生夹钨的缺陷 不能采用常用的短路引弧法 必须采用特殊的非接触引弧方式 熔化极气体保护焊 MSG MIG131 MAG135 熔化极惰性气体保护焊 MIG 和熔化极活性气体保护焊 MAG 均属于熔化极气体保护焊接法 通过软管束 将保护气体 焊接电流和作为焊接填充材料的焊丝送入焊炬 送丝机构通过焊炬导电咀的滑动接触面将焊接电流传输到焊炬中正在移动着的焊丝上 在焊丝与工件之间可见的燃烧电弧供给焊丝熔化和工件所需要的能量 电弧温度约高达10000 焊丝熔化成熔滴状 焊接有色金属时 用惰性气体 稀有气体 保护熔池 使之免受空气的侵入 焊接碳钢 低合金钢和高合金钢时 一般采用通过导电咀直接传输到离电弧很近的部位 如此可使焊丝具有较高的电流承载能力 例如直径1mm的焊丝 可承载40 200安培的焊接电流 从而也提高了熔敷率 应用范围 适于工件厚度0 6至100mm范围内的全位置连接焊接 以及堆焊 埋弧焊 UP 12 焊丝盘 送丝机构 导电咀以及焊剂都安装在一个行走小车上 焊接电流 电流强度200 2000安培 通过导电咀里的滑动接触面传输到移动着的焊丝上 焊丝端部与工件之间的电弧埋在焊剂层下不可见地燃烧 电弧的能量熔化工件 且熔深较深 焊丝被熔化且以熔滴形式过渡 部分熔化成液态的焊剂形成保护渣层覆盖在焊缝金属上 焊接电流通过导电咀直接传输到焊丝端部 如此可使焊丝具有较大的电流承载能力 从而提高了熔敷率 应用范围 主要用于工件厚度8mm以上的碳钢 低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置 包括船形位置 连接焊接 以及用带极堆焊高合金钢的堆焊层 尤其在容器制造 钢结构 造船工业和车辆制造中获得了广泛的应用 优点 1 焊缝质量高埋弧焊的电弧被淹埋在颗粒状焊剂及其熔渣之下 电弧及熔池均处在渣相保护之中 保护效果较气渣保护的手工电弧焊为好 大大降低了焊接过程对焊工操作技能的依赖程度 焊缝化学成分和机械性能的稳定性较好 2 生产率高电流从导电嘴导入焊丝 跟手工电弧焊的焊条导电位置相比 导电的焊丝长度 伸出 短而稳定 又不存在焊条药皮成分受热分解的限制 因此埋弧焊时焊接电流和电流密度均较手工电弧焊明显提高 使其电弧功率 熔深能力 焊丝熔化速率都相应增大 在特定条件下可以实习那10 20mm钢板一次焊透上面成形 最高焊速已可达60 150m h 2 这是因为埋弧焊无弧光辐射 焊工的主要作用只是操作焊机 使埋弧自动焊成为电弧焊方法中操作条件最好的一种方法 缺点 1 埋弧焊需依靠颗粒状焊剂覆盖电弧形成保护条件 只能适用于水平面俯位焊接 立焊 横焊虽有过研究 均因无显著效果而未得到广泛应用 2 焊剂主要成分为MnO SiO2等金属 非金属氧化物 难以焊接铝 镁等氧化性强的金属及其合金 3 只适合于长焊缝焊接 短焊缝焊接的生产率还不及手工电弧焊 4 焊剂的化学成分决定了埋弧焊的电弧弧柱电位梯度较大 电流小于100A时电弧稳定性较差 故不适宜焊接厚度1mm以下的薄板 电阻点焊 RP 21 将待焊接的金属件搭接放置在两个电极之间 通过电极施加一定的力将板材压在一起以后 在给定的时间内 瞬间 电流从一个电极通过板材流到另一个电极 在电阻最大的部分 即板材与板材的接触部位 由于电阻产生的热量熔化了接触部分的材料 断电后 在电极压力的作用下 熔池凝固 适用于工件厚度0 5至3 0mm范围内的钢板或铝板焊接 尤其适用于成批生产中 电网连接 焊接电源 电极压力 装置 通电极 工件 焊点 优点 1 熔核形成时 始终被塑性环包围 熔化金属与空气隔绝 冶金过程简单 2 加热时间短 热量集中 故热影响区小 变形与应力也小 通常在焊后不必安排矫正和热处理工序 3 不需要焊条 焊丝等填充金属 以及氧 乙炔 氩等焊接材料 焊接成本低 4 操作简单 易于实现机械化和自动化 改善了劳动条件 5 生产率高 且无噪声及有害气体 在大批量生产中 可以和其它制造工序一起编到组装线上 缺点 1 目前还缺乏可靠的无损检测方法 焊接质量只能靠工艺试样和焊件的破坏性试验来检查 以及靠各种监控技术来保证 2 点 缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量 且因在两板间熔核周围形成夹角 致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低 3 设备功率大 机械化 自动化程度较高 使设备成本增加 维修较困难 并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的正常运行 需单独配电 闪光对焊 RA 24 将焊件装配成对接接头 接通电源后使其端面逐渐移近达到局部接触 利用电阻热加热这些接触点 产生闪光 使端面金属熔化 直至端部在一定深度范围内达到预定温度分布时 迅速施加顶锻力完成焊接的方法 闪光焊又分为连续闪光焊与预热闪光焊两种 边续闪光对焊主要用于断面1000mm2左右的闭合零件的拼口 预热闪光对焊可焊接5000一10000mm2大型截面黑色金属材料零件 闪光对焊接头形成特点 闪光结束时在端面上巳形成液体金属层 顶锻时 端面金属首先在液相下连合成一体 随着顶锻的进行 对口中的液体金属将不断排除 而对口端面必将在液相下消失 由于端面在液相下消失 氧化物将容易随液体排除或使其弥散分布 对口处加热温度高 范围窄 因此顶锻时塑性变形集中 变形度相对增加 可产生足够高的局部位错差值 促进接头形成中的再结晶发生 同时 当顶锻参数合适时 不仅可排出液态金属和氧化物 还可排出部分过热金属 获得较致密的热锻造组织形态 显著提高了接头质量 焊接技术的应用 焊接方法的符号及数字表示常用焊接方法的数字标记及缩写Q LCK100 4 2012标准 焊接方法的应用领域 钢结构造船管道和压力容器容器和化工设备汽车和轨道车辆其它应用 钢结构 工业建筑结构 办公建筑 樯桅类结构 钟搭类结构 烟囱类结构 桥梁 管道 水场建筑 轨道交通 储料库 仓 容器等等 当今的焊接钢结构大量的使用型材和厚板 用于焊接结构制造的重要工艺有 火焰切割 机械剪切 弯边 弯曲 部分机械化MAG焊 全机械化MAG和UP焊 造船 在所有的船舶制造国家船体的制造一般使用焊接技术 根据船舶类型和大小的不同 焊接量占整个船体生产制造工作量的20 40 在船舶制造中会用到以下工艺 管道和压力容器 在管道施工中焊接是一个最重要的连接方法 主要的焊接部分有 钢管 扇形弯头 管材和管道支撑 管道生产的主要焊接工艺 电阻焊 高频焊 埋弧焊 薄壁管也使用WIG焊和等离