化工机械基础(第三版)第九章 焊接

第九章焊接焊接：通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子(yuánzǐ)（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。化工装置焊接的构件量约占75％左右。精品资料第一节电弧焊利用电弧热量加热并熔化金属进行(jìnxíng)焊接一、焊接电弧 一种强烈的持久的气体放电现象。 在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离，带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。 引燃电弧：接触引弧和非接触引弧。 手工电弧焊采用接触引弧。 瞬时接触短路使接触点上电流密度相当大；氧化皮电阻大产生热，使金属熔化蒸发。 焊条提起，空间内充满了金属蒸气和空气，其中某些原子可能已被电离。 刚拉开瞬间，阴极发射电子。气体介质被撞击电离,电弧温度进一步升高,开始引燃。维持一定电压，连续放电，电弧连续燃烧。精品资料 非接触引弧一般借助于高频或高压(gāoyā)脉冲引弧装置，使阴极表面产生强场发射，电子流与气体介质撞击，使其离解导电。阴极区温度2400K左右，放热量(rèliàng)38％；阳极区温度2600K左右，热量(rèliàng)占42％；弧柱区中心温度达5000－8000K，热量(rèliàng)占20％左右。精品资料二、手工(shǒugōng)电弧焊 设备简单,操作灵活,对不同位置、不同接头焊缝均能方便焊接，目前仍广泛(guǎngfàn)使用。

短路，随即分开（约2－4mm）引燃电弧。 电弧下工件熔化构成一个半卵形熔池。 药皮熔化,气体隔绝空气,免于氧、氮侵害；溶渣,喷向熔池或与焊芯熔滴喷向溶池。精品资料 在电弧及熔池中，液态(yètài)金属、熔渣和电弧气体间发生某种物理化学变化， 熔池内气体和渣上浮。电弧移去,温度降低，金属和渣凝固,结晶连接。 渣壳脱落露出带鱼鳞纹状的金属焊缝。精品资料 交流电焊机实质上是一种特殊的变压器，将工业用电的电压降低。 瞬时熄弧、重新引弧和再次稳定燃烧，交流电弧稳定性较差。 但因结构简单、维修方便、造价低廉和省电等优点，所以广泛采用。 直流电焊机又分为旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机。 前者成本高、噪音大、重量大、维护不方便。 硅整流式直流电焊机结构简单，已逐渐替代旋转式直流电焊机。 电弧持续而稳定，焊缝质量容易(róngyì)保证。精品资料 焊条接负极、工件接正极时为正接法；反之为反接法。 一般(yībān)用碱性低氢型焊条（如J507），为使电弧稳定燃烧，规定用直流反接法； 用酸性焊条（如J422）焊接厚钢板时，用正接法，因为阳极部分温度高于阴极部分，用正接法可得到较大的熔深； 焊接薄钢板及有色金属采用反接法。精品资料三、埋弧自动(zìdòng)焊 引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程(guòchéng)完全由机械完成。精品资料 30－50mm厚的粒状焊剂， 电弧热量使焊丝、工件和焊剂溶化，形成(xíngchéng)金属熔池，使它们与空气隔绝。 低碳钢用H08A，配高锰高硅型焊剂HJ431精品资料埋弧自动焊的主要优点是： 1）生产率高用大电流，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可不开坡口,不留间隙，填充金属少 2）焊缝质量高保护完善，杂质较少，易获得稳定高质量的焊缝。 3）劳动条件好没有弧光辐射，劳动条件较好。 最常用。适于批量大，较厚较长的直线及较大直径的环形(huánxínɡ)焊缝的焊接。埋弧自动焊的不足之处： 1)不及手工焊灵活，一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝； 2)工件边缘准备和装配质量要求较高、费工时； 3)由于埋弧操作，看不到熔池和焊缝形成过程，必须严格控制焊接规范。精品资料四、氩弧焊 氩气的电离势较高，引弧较困难，常借用高频振荡器产生高频高压电引弧。 氩气的散热能力较低，一旦引燃后，能较稳定地燃烧。 氩弧焊按所用的电极不同分为两种：非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。1.非熔化极氩弧焊（TIG焊） 电极只发射电子、产生电弧，本身不熔化，常用熔点(róngdiǎn)较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极，又叫钨极氩弧焊。 可以用手工进行，也可以自动进行。精品资料非熔化(rónghuà)极氩弧焊（TIG焊） 防止电极熔化和烧损，电流不能过大，常用(chánɡyònɡ)于焊接4mm以下的薄板，管子对接、管子与管板的连接。 直流脉冲TIG焊可焊小至0.1mm的薄板。精品资料2.熔化(rónghuà)极氩弧焊（MIG焊） 焊丝为电极，焊接电流可大大提高，适用于中、厚板焊接，如化工容器(róngqì)筒体的焊接。 焊接过程可采用自动或半自动方式。精品资料 金属熔滴沿焊丝轴向高速喷射入溶池。不短路，电弧燃烧稳定，无飞溅，焊缝成形好，熔透深度增加，用于焊接厚度为3mm以上的金属。 焊接成本(chéngběn)高。焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金钢及一些特殊用途的高合金钢（不锈钢、耐热钢）。 近三十年来，发展了钨极、熔化极脉冲氩弧焊，扩大了应用范围。 用可控的脉冲电流代替连续电流，控制电弧能量，精确控制熔池体积、焊缝熔深及溶滴过渡等，可焊接薄板或超薄板构件。精品资料第二节焊接接头(jiētóu)和坡口形式 对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头一、对接接头 容易焊透，受力情况好，应力均匀，联接强度高，焊接接头质量容易保证(bǎozhèng)。 坡口的主要作用是保证(bǎozhèng)焊透。精品资料X形坡口可减少焊条(hàntiáo)金属量二分之一，变形及内应力小较重要的焊接结构用U形坡口精品资料等厚度焊接，避免(bìmiǎn)焊不透或烧穿；薄板≤10mm，两板厚度差≥3mm；薄板>10mm而厚度差大于薄板30％，或超过5mm时，削薄厚度边缘。精品资料二、T形接头(jiētóu)和角接接头(jiētóu)分：不开坡口、单边和双边(shuāngbiān)V形及K形坡口。精品资料应力(yìnglì)不均，焊缝根部有较大应力(yìnglì)集中。不允许(yǔnxǔ)的角接焊缝精品资料三、搭接(dājiē)接头不开坡口,均属角焊缝(hànfénɡ),分端焊缝(hànfénɡ)和侧焊缝(hànfénɡ)。精品资料精品资料第三节焊接(hànjiē)材料一、手工电弧焊用焊接材料电焊条：内部钢芯和外侧药皮1.钢芯 主要作用导电，并在焊条端部形成具有一定成分(chéngfèn)的熔敷金属。 要求焊芯尽量减少有害元素的含量，限制S、P，有些焊条要求焊芯控制As（砷）、Sb（锑）、Sn（锡）等元素。2.药皮 又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分(chéngfèn)和性能。 采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。精品资料药皮中各种(ɡèzhǒnɡ)组分作用： 1）稳弧剂：凡易电离的物质均能稳弧。用碱金属及碱土金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、大理石等。 2）造渣剂：形成溶渣，覆盖熔化金属表面，保护熔池及改善焊缝成形。 3）脱氧剂：降低含氧量，提高机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁。 4）造气剂：高温下分解出气体，保护电弧及熔池，防止空气中氧和氮侵入。 5）合金剂：补偿合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素，以保证焊缝的化学成分及性能等。 6）增塑润滑剂：增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性，以提高焊条的压涂质量，减小偏心度。 7）粘接剂：使药皮粉料在压涂过程中有一定粘性，与焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有(jùyǒu)一定的强度。精品资料3.电焊条的分类(fēnlèi)

（1）按用途分精品资料（2）按熔渣的碱度分类 酸性焊条和碱性焊条。 酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。 但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能（冲击韧性）比较低。 酸性焊条一般均可用交直流电源。 典型的酸性焊条是J422。 碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构(jiégòu)的焊接。 氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。 典型的碱性焊条有J507。（3）按焊条药皮主要成分分类 当药皮中含有30％以上的二氧化钛及20％以下的钙、镁的碳酸盐时，就称为钛钙型。精品资料精品资料4.电焊条牌号与型号(1)焊条牌号 是焊条产品的具体命名。 根据主要用途及性能特点命名。 每种产品只有一个牌号，但多种牌号可同时对应于一种型号。 焊条牌号通常以一个汉语拼音字母(zìmǔ)（或汉字）与三位数字表示。精品资料结构钢焊条牌号 J422，中“J”表示结构钢焊条,按用途分 第一、二位(èrwèi)数字“42”表示焊缝金属的抗拉强度等级（用MPa值的1/10表示）， 末位数字“2”表示药皮类型及焊接电源的种类（表9-2）奥氏体铬镍不锈钢焊条牌号 A132中“A”表示奥氏体不锈钢焊条； 第一、第二位(èrwèi)数字表示焊缝金属主要化学成分组成。 末位数字表示药皮类型和焊接电源种类（表9-2）精品资料（2）焊条型号 是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。 焊条型号根据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。碳钢焊条型号 E4315中“E”表示焊条； 前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位(dānwèi)为MPa值的1/10； 第三位数字表示焊条焊接位置，“0”及“1”表示用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”适用于向下立焊； 第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。精品资料常用(chánɡyònɡ)焊条 a.E4303、E5003焊条 钛钙型。主要用于较重要的碳钢结构。 b.E4315、E5015焊条 低氢钠型，主要用于重要的低碳钢结构及低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢 c.E4316、E5016型焊条 低氢钾型，电弧稳定，主要用于重要的低碳钢及低合金钢结构。低合金钢焊条型号 如E5018－A1，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号精品资料不锈钢焊条型号 E308－15，字母E表示焊条，“E”后面数字表示熔敷金属化学成分分类(fēnlèi)代号， 短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。精品资料精品资料二、埋弧焊用焊丝(hànsī)和焊剂 焊丝牌号与优质碳素钢钢号的表示方法类似，前面加上“H”。强度钢用焊丝牌号如H08、H08A、H10Mn2。 若牌号最后带有A字，表示为S、P含量较少的优质焊丝。 国产焊剂依据化学成分分类，在牌号前面加HJ，如HJ431。 第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“４”表示含MnO>30％； 第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量，如“３”表示高硅低氟型（SiO2>30%,CaF2<10%）； 末位(mòwèi)数字表示同类焊剂的不同序号。精品资料 （GB5293-85）规定焊剂型号： HJ401－H08A的焊剂，用H08A焊丝按本标准，抗拉强度为412－550MPa，屈服强度不小于330MPa，伸长率不小于22％，在0℃时冲击值不小于34.3J/cm2。三、焊条、焊丝及焊剂的选用 焊缝机械性能与基体金属一致； 其次，在化学成分方面接近(jiējìn)基体 还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。 常用钢号查表9-5， 不同钢号相焊接查表9-6。精品资料第四节焊接(hànjiē)缺陷与焊接(hànjiē)质量检验一、焊接缺陷1.焊接变形 应力超过屈服极限产生焊接变形；超过强度极限会出现(chūxiàn)裂缝。精品资料2.焊缝的外部(wàibù)缺陷（1）焊缝增强过高 坡口的角度开得太小或焊接电流过小 应力集中，为提高疲劳(píláo)寿命，要求将焊缝的增强高铲平。精品资料（2）焊缝过凹 焊缝工作截面减小使接头处强度降低。（3）焊缝咬边 在工件上沿焊缝边缘形成凹陷。 减少工作截面，并造成(zàochénɡ)严重应力集中。精品资料（4）焊瘤 对静载强度无影响 引起应力集中，使动载强度降低。（5）烧穿 部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，使接头(jiētóu)强度下降。精品资料3.焊缝内部缺陷（1）未焊透 应力集中严重，降低强度，开裂根源。（2）夹渣 减少工作截面(jiémiàn)，造成应力集中，降低焊缝强度和冲击韧性。（3）气孔 减少有效工作截面(jiémiàn)，降低机械强度。（4）裂纹热裂纹和冷裂纹精品资料热裂纹是由液态到固态结晶中产生 焊缝中存在低熔点物质（FeS），受到较大的焊接应力，容易在晶粒之间引起破裂。 焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，容易产生热裂纹。 热裂纹有沿晶界分布的特征(tèzhēng)。冷裂