船舶焊接工艺5

气体保护焊第一节二氧化碳气体保护电弧焊☆二氧化碳气体保护电弧焊—与其他电弧焊相比因有更大的适应性、更高的效率、更好的经济性、更容易获得优质焊缝，所以成为一种重要的焊接方法。（以下简称CO2焊，工厂一般称二保焊）一、CO2焊的特点及应用1、实质—CO2焊是利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊方法。CO2使电弧和熔池与空气隔离，防止空气中的氧、氮、氢对熔滴和熔池金属产生有害作用。是一种自动或半自动的焊接方法。不利因素：CO2是氧化性气体（高温状态下），会使熔池金属氧化。高温CO2→CO＋OFe＋O→FeO2、CO2焊的特点☆优点a、生产率高—热效率高，不要清渣。生产率比手工电弧焊高2-4倍。b、成本低—CO2气价格便宜，焊接能耗低。比埋弧焊和焊条焊成本低一半。c、焊接应力和变形小—焊接速度快，焊件受热面积小，CO2气有冷却作用。特别适用于薄板焊接。d、焊接质量较高—CO2气有除锈去氢功能，焊缝抗裂性能好。e、适用范围广—适用各种位置焊接；薄板、中板、部分厚板都能焊接。可以手工操作，也可以机械操作。f、操作简便—明弧有利于监控，可实现机械化操作；不要清渣。☆缺点a、飞溅大，表面成形差。☆b、常用直流电源反接，焊接设备较复杂。c、抗风能力差，室外作业困难。d、不能焊接有色金属。尽管CO2焊存在较多缺陷，但是随着技术水平的提高，因其效率高、成本低，应用将更加广泛。3、CO2焊的应用主要用于低碳钢及低合金钢等黑色金属的焊接。应用行业较多。二、CO2焊接设备有自动和半自动两类，实际应用以半自动设备为主。设备的组成和作用（半自动）☆组成—由焊接电源、送丝机构、焊枪、供气系统、冷却水循环装置及控制系统组成。a、焊接电源：一般采用直流反接电源。细丝（直径≤2.4mm）用平特性电源，等速送丝；粗丝（直径＞3mm）平特性电源—电压不随电流变化而变化（实际为不大于4V/100A的小变化）。优点：电弧稳定、焊接参数调整方便、可避免焊丝回绕。（细丝用）下降特性电源—电流增大，电压减小。焊接参数要多次调整。（粗丝用）电源动特性—指短路电流增长速度、短路电流峰值、电弧电压恢复速度三个方面。不同焊丝，不同的焊接参数，有不同的要求。b、送丝机构（半自动）送丝分类：分为等速送丝和变速送丝两类。送丝方式：分为推丝式、拉丝式、推拉丝式三种。适用范围：焊丝直径0.8-2.0mm用推丝式；焊丝直径≤0.8mm用拉丝式；推拉丝式焊丝直径不限，但因结构复杂等缺陷，很少使用。送丝机构：由送丝电动机、送丝滚轮和压紧机构组成。送丝速度一般在2-16m/min内调节。调速器：用调整电动机电压实现无级调速。送丝软管（推丝导管）：是导送焊丝的通道，要求有良好的刚性和弹性。c、焊枪作用：有送气、送丝和导电的作用。要求：eq\o\ac(○,1)送丝均匀、导电可靠、气体保护良好；eq\o\ac(○,2)结构简单、耐用、维修方便；eq\o\ac(○,3)使用性能好。焊枪类型：分半自动（或手动）和自动（机动）两种。喷嘴和导电嘴：喷射CO2气体和导电用。d、供气系统组成：由CO2钢瓶、预热器、干燥器、减压器、流量器、气阀等组成。钢瓶—常用液态CO2气，液态CO2气一般使用钢瓶包装。标志：灰色、黑字。预热器—通常称气化器（装置）焊接现场不用。干燥器—现场不用。减压器—调整气压。流量计—控制流量。典型CO2焊接设备主要介绍NEW-K系列中应用最多的YM-355KEV型CO2焊机（68-69页）三、CO2焊的冶金特性和焊接材料1、合金元素的氧化与脱氧合金元素的氧化—CO2的强氧化性：高温CO2→CO＋O［Fe］＋CO2→（FeO）＋CO↑［Fe］＋O→（FeO）↓［Mn］＋O→（MnO）↓［Si］＋2O→（SiO2）↓［C］＋O→CO↑在温度较低的熔池后部合金元素进一步氧化：2（FeO）＋［Si］→2［Fe］＋（SiO2）↓（FeO）＋［Mn］→［Fe］＋（MnO）↓（FeO）＋［C］→［Fe］＋CO↑氧化反应的结果—Fe、Si、Mn和C等主要合金元素被烧损；SiO2和MnO形成硅酸盐熔渣；FeO大部分浮于熔池表面；CO排出时使金属飞溅，排不出则产生气孔。造成CO2焊的三个主要问题。CO2焊的脱氧—在焊丝或焊丝药芯中加入Si、Mn等脱氧剂。（71页）2、CO2焊的气孔及防止产生原因—CO、N2、H2可能因熔池凝固速度快而留在焊缝中形成气孔。eq\o\ac(○,1)CO气孔—熔池中C与FeO反应生成的CO来不及逸出而形成。防止方法是在焊丝中增加脱氧剂（Si、Mn），控制C含量。如母材中含碳量较高，则改变焊接参数，减小凝固速度，以利于气体排出。eq\o\ac(○,2)氮气孔—高温状态下空气中的N2在熔池中溶解度大，温度下降时溶解度减小，形成气体。如来不及逸出，就形成气孔。防止方法是改善气体保护的效果，在室外作业要采取防风措施，选用含有固氮元素的焊丝。eq\o\ac(○,3)氢气孔—焊件、焊丝表面的油污及含水铁锈，在高温状态下生成H2或电离成H离子溶入熔池，温度下降H的溶解度陡然下降，析出H2气，来不及排出就形成气孔。防止方法是清除焊件、焊丝表面的杂质，控制保护气体中的水分。3、CO2焊的飞溅及防止产生原因—eq\o\ac(○,1)气体爆炸；eq\o\ac(○,2)电弧斑点压力造成熔滴飞溅；eq\o\ac(○,3)熔滴汽化爆炸；eq\o\ac(○,4)焊接参数不当。防止方法：eq\o\ac(○,1)正确选用焊接参数—焊接电流，焊丝伸出长度，焊枪角度。eq\o\ac(○,2)使用CO2＋Ar（氩气）的混合保护气体。eq\o\ac(○,3)采取技术措施控制熔滴汽化。eq\o\ac(○,4)采用低飞溅率焊丝。（超低碳焊丝、药芯焊丝等）4、CO2焊的气体及焊丝CO2气体eq\o\ac(○,1)性质—无色、无味、无毒。密度1.98kg/m3，比空气重，化学性质稳定，高温时分解。eq\o\ac(○,2)CO2形态—固态、液态、气态。转化方式：气体加压→液体气体常压冷却→固体（干冰）固体（干冰）升温→体气eq\o\ac(○,3)提高气体纯度的措施（参考74页5条措施）焊丝eq\o\ac(○,1)作用—填充金属、电极。eq\o\ac(○,2)要求—含有脱氧剂；C、S、P含量要低；表面镀铜。eq\o\ac(○,3)牌号和化学成分—见75页表5-2、表5-3四、CO2焊的焊接工艺熔滴过渡形式—短路过渡、细滴过渡2种形式。CO2焊短路过渡焊接工艺特点—采用细焊丝、低电压、和小电流。熔滴细小，过渡频率高，电弧稳定，飞溅少，成形美观。应用—主要焊接薄板，全位置焊接。工艺参数选择—选择焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、焊丝伸出长度及电感值等。焊丝直径：常用0.6-1.6mm。eq\o\ac(○,1)送丝速度：送丝速度快，电流大。送丝速度过快，熔池沸腾，飞溅大，应有限制。eq\o\ac(○,2)焊接电流：与送丝速度、焊丝外伸长度、焊丝直径有关。常用小电流，飞溅少，熔深浅。eq\o\ac(○,3)电弧电压：是关键的焊接参数，一般在17-23V之间。大于29V，短路过渡不稳定。eq\o\ac(○,4)焊接电流、电弧电压的选用：根据焊丝直径选用。（76页表5-4）eq\o\ac(○,5)焊接速度：过快、过慢都会造成焊接缺陷。通常控制在30-60cm/min范围内。eq\o\ac(○,6)保护气体流量：与焊接电流有关200A以下薄板焊接为10-15L/min；200A以上厚板焊接为15-25L/min气体流量、喷嘴高度、大风等是影响保护气体保护效果的主要因素。eq\o\ac(○,7)电感值：有调节电流增长速度和调节电流燃烧时间，控制母材熔深的作用。调节焊接回路中的电感值，可以调节电弧的燃烧时间。eq\o\ac(○,8)电源极性：一般采用直流反接，电弧稳定、飞溅少、熔深大、生产率高、焊接质量好。CO2焊细滴过渡焊接工艺特点—电弧电压较高，焊接电流较大。熔滴以细滴形式过渡，电弧穿透力强，熔深大。适合中厚板焊接。焊接参数选择—eq\o\ac(○,1)细滴过渡电弧电压在34-45V范围内；焊接电流根据焊丝直径选择。78页表5-5数据可供参考。eq\o\ac(○,2)焊接速度比埋弧焊高0.5-1倍，一般为40-60m/h。eq\o\ac(○,3)保护气体流量比短路过渡的CO2焊高1-2倍，常用流量为25-50L/min。CO2焊的焊接技术焊前准备—包括设计坡口、坡口加工与清理、焊件定位。eq\o\ac(○,1)坡口形状参见79页表5-6。eq\o\ac(○,2)坡口加工方法有机械加工、气割、碳弧气刨3种，加工精度比焊条电弧焊要求高。焊缝10-20mm范围内的污物应清除干净，一般用火焰烘烤。eq\o\ac(○,3)焊件定位焊是为了防止焊件变形，保证坡口形状和尺寸。书中有关数据仅供参考。引弧与收弧—防止焊接缺陷应注意的操作方法。eq\o\ac(○,1)引弧工艺：常用划擦倒退引弧法，防止引弧处未焊透。eq\o\ac(○,2)收弧工艺：为防止收尾处弧坑缺陷，常用工艺板收尾或用断续焊接方法收尾。eq\o\ac(○,3)焊道接头方法：在弧坑前10-20mm处引弧，后快速返回原弧坑中心，焊缝相连后正常焊接。平焊的焊接技术—包括单面焊双面成形工艺和对接焊工艺。eq\o\ac(○,1)单面焊双面成形工艺：无垫板悬空焊接对焊工的技术水平要求很高，坡口精度、装配质量、焊接参数要求严格。（见81页表5-7、表5-8）加垫板焊接，焊接参数要求不严格。（82页表5-9）eq\o\ac(○,2)对接焊工艺：薄板采用短路过渡，中厚板采用细滴过渡。焊接参数见82页表5-10。五、CO2焊的其它方法1、药芯焊丝CO2焊药芯焊丝—将稳弧剂、造渣剂和合金粉包裹在焊丝金属里面的焊丝。药芯焊丝CO2的特点eq\o\ac(○,1)优点：焊接生产率高；飞溅少，成形美观；适应性强，可焊特殊钢材；抗气孔能力强。eq\o\ac(○,2)缺点：焊丝成本高；焊丝易锈，药粉易潮；送丝困难；渣多，烟尘多。药芯焊丝的结构—分简单O型和复杂折叠型（T形、E形、梅花形、中间填丝形）。药芯成分和作用与焊条药皮类似。焊接参数eq\o\ac(○,1)直流、交流、平特性或下降特性电源均可使用，常用直流平特性电源。eq\o\ac(○,2)焊丝伸出长度随焊接电流的增加而减小，通常在19-38mm之间。eq\o\ac(○,3)保护气体流量与普通CO2气体保护焊相同。2、CO2点焊（鉚焊）特点eq\o\ac(○,1)设备简单，电源功率小，使用方便灵活。eq\o\ac(○,2)焊件表面张力要求不高。eq\o\ac(○,3)上下板之间装配要求不高。eq\o\ac(○,4)焊点距离和板厚不限。接头形式—84页图5-18（参考）eq\o\ac(○,5)焊接质量比电阻点焊高。3、CO2气电立焊特点—可不开坡口进行厚板（12-80mm）对接立焊（立向位置焊接）。可使用CO2单一保护气体，也可用CO2＋Ar混合保护气体。方法—在接头两侧使用成型器具（固定式或活动室冷却块）强制焊缝成形。示意图85页图5-19（焊缝位置划错）设备—由焊接电源、导电嘴、水冷滑块、送丝机构、焊丝摆动机构和供气装置等组成。第二节钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊—使用纯钨或活化钨作非熔化极，惰性气体（Ar）保护的焊接方法。简称TIG焊（TungstenInertGasWelding）。因采用氩气保护，又称钨极氩弧焊。焊接厚板、高导热率或高熔点金属时，也可采用氦气或氦氩混合气保护。一、TIG焊的特点及应用1、TIG焊的原理—非熔化极钨基本不熔化，可保持电弧长度，填充焊丝在电弧前方添加（一般不加）。2、TIG焊的特点eq\o\ac(○,1)可焊金属多。可焊有色金属、不锈钢和各种合金。eq\o\ac(○,2)适应能力强。可进行各种位置的焊接，易于实现机械化和自动化焊接。特别适合薄件和超薄件焊接。eq\o\ac(○,3)焊接生产率低。电流小、熔深浅、熔敷速度小，固生产率低。eq\o\ac(○,4)成本高。由于惰性气体较贵，只能用于要求较高的产品焊接。TIG焊的应用几乎适用于所有钢材、有色金属及合金的焊接。特别适用于化学性质活泼、难熔的金属和异种金属的焊接。只能用于6mm以下厚度的焊件。二、TIG焊的电流种类和极性1、直流TIG焊eq\o\ac(○,1)直流正接：熔池深而窄，生产率高，焊件收缩应力和变形小；钨极许用电流大，寿命长；引弧容易，燃烧稳定。eq\o\ac(○,2)直流反接：因钨极烧损大，许用电流小，生产率低，除铝、镁及其合金外，很少使用。（87页图5-21b极性划反）2、交流TIG焊兼有直流正接和反接的优点，但存在电弧过零点（熄灭）复燃困难和回路中生产直流分量的问题。eq\o\ac(○,1)过零点复燃及稳弧措施常采用提高电源空载电压稳弧；采用高频振荡器稳弧；采用高压脉冲稳弧三种方法。eq\o\ac(○,2)限制或消除直流分量措施常采用串联直流电源（蓄电池）；接入电阻和二极管；串联电容几种方法。eq\o\ac(○,3)电流种类和极性根据焊件材料选择参见88页表5-12（第一行后加“交流”二字）三、TIG焊设备1、分类：eq\o\ac(○,1)按操作方式分为手工和自动二类。eq\o\ac(○,2)按电源分交流、直流、矩形波三类。2、设备组成：（交流TIG设备）由焊接电源、焊枪及电极、控制系统和供气冷却系统组成。四、TIG焊工艺1、焊前清理焊接前焊件表面及焊丝的油污、灰尘和氧化膜应清除干净。常用洗擦、机械加工、化学处理等方法。（按技术要求操作）2、工艺参数的选择工艺参数—包括焊接电流、电弧电压（电弧长度）、焊接速度、填丝速度、保护气体流量与喷嘴孔径、钨极直径与形状等。焊接方法—可采用填充焊丝或不填充焊丝二种方法形成焊缝。成形情况见92页图5-25工艺参数的影响：eq\o\ac(○,1)焊接电流。电弧能量与焊接电流成正比，电流越大，可焊材料厚度越大。电流太大易咬边、焊漏；太小易形成未焊透。eq\o\ac(○,2)电弧电压（电弧长度）。弧长增加，电弧电压增加，熔宽和加热面积略有增加。过长时电弧对熔池的作用减小；弧长还影响气体保护效果。不填充焊丝为1-3mm，填充焊丝为3-6mm。eq\o\ac(○,3)焊接速度。过快，气体保护效果差，易产生未焊透、气孔、夹渣和裂纹等缺陷；过慢易产生焊穿和咬边。一般采用较低的速度。eq\o\ac(○,4)填丝速度与焊丝直径。填丝速度与焊丝直径、焊接电流、焊接速度、接头间隙等因素有关。送丝速度选择不当，可能出现未焊透、烧穿、焊缝凹陷、余高大、成形差等缺陷。eq\o\ac(○,5)保护气体流量和喷嘴直径。为获得最佳保护效果，气体流量应与喷嘴直径匹配；焊接电流增大或电弧长度（电压）增加时，气体流量和喷嘴