一建機電教材解讀：1H412031 焊接材料與設備選用原則

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　　1H412030 焊接技術

　　焊接技術就是加溫加壓，或兩者并用的條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)在兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)產(chǎn)生原子(分子)間結合而連接成一體的操作方法。焊接應用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。焊接技術是機電工程的基礎工藝與技術，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各個領域。焊接技術、工藝的水平已經(jīng)成為一個國家技術能力的重要指標。本目重點是：焊接材料與設備選用原則;焊接方法與工藝評定;焊接應力與焊接變形及其控制;焊接質量檢驗方法。

　　1H412031 焊接材料與設備選用原則

　　針對不同品種的母材和施焊工況、條件，選擇與之相適應的焊接設備和焊接材料是保證焊接質量、提高焊接效率、降低焊接成本的關鍵。本條主要知識點是：焊條的分類與選用原則，常用的焊接設備選用原則。

　　一、焊接材料的分類與選用原則

　　(一)焊條

　　1.焊條的分類

　　(1)按藥皮成分可分為：不定型、氧化鈦型、鈦鈣型、氧化鐵型、低氫鉀型、低氫鈉型、纖維類型、石墨型、鈦鐵礦型、鹽基型等十大類。

　　(2)按焊渣性質可分為：酸性焊條、堿性焊條兩大類。

　　(3)按焊條用途可分為：結構鋼焊條、鉬及鉬合金焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條等十大類。

　　(4)按特殊性能分為：超低氫焊條、低塵低毒焊條、立向下焊條、底層焊條、鐵粉高效焊條、抗潮焊條、水下焊焊條、重力焊焊條、仰焊焊條等。

　　2.焊條的選用原則

　　(1)考慮焊縫金屬的力學性能和化學成分：對于普通結構鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強度，應選用熔敷金屬抗拉強度等于或稍高于母材的焊條。對于合金結構鋼有時還要求合金成分與母材相同或接近。在焊接結構剛性大、接頭應力高、焊縫易產(chǎn)生裂紋的不利情況下，應考慮選用比母材強度低的焊條。當母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高時，焊縫中易產(chǎn)生裂紋，應選用抗裂性能好的低氫型焊條。

　　(2)考慮焊接構件的使用性能和工作條件：對承受動載荷和沖擊載荷的焊件，除滿足強度要求外，主要應保證焊縫金屬具有較高的塑性和韌性，可選用塑、韌性指標較高的低氫型焊條。接觸腐蝕介質的焊件，應根據(jù)介質的性質及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條。在高溫、低溫、耐磨或其他特殊條件下工作的焊件，應選用相應的耐熱鋼、低溫鋼、堆焊或其他特殊用途焊條。

　　(3)考慮焊接結構特點及受力條件：對結構形狀復雜、剛性大的厚大焊件，在焊接過程中，冷卻速度快，收縮應力大，易產(chǎn)生裂紋，應選用抗裂性好、韌性好、塑性高、氫裂紋傾向低的焊條。如低氫型焊條、超低氫型焊條和高韌性焊條等。

　　(4)考慮施焊條件：當焊件的焊接部位不能翻轉時，應選用適用于全位置焊接的焊條。對受力不大、焊接部位難以清理的焊件，應選用對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條。沒有直流焊機時，必須選用可交、直流兩用的焊條。在狹小或通風條件差的場合，在滿足使用性能要求的條件下，應選用酸性焊條或低塵焊條。

　　(5)考慮生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性：在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時，應盡量選用酸性焊條。對焊接工作量大的結構，有條件時應盡量選用高效率焊條，如鐵粉焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等。這不僅有利于生產(chǎn)率的提高，而且也有利于焊接質量的穩(wěn)定和提高。

　　(二)焊絲

　　分實心焊絲和藥芯焊絲。

　　1.實心焊絲：分鎢極惰性氣體保護焊和熔化極惰性氣體保護焊。

　　(1)鎢極惰性氣體保護焊是在惰性氣體的保護下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。焊接時保護氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成氣體保護層隔絕空氣，以防止其對鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響，從而可獲得優(yōu)質的焊縫。保護氣體主要采用氬氣。

　　(2)熔化極惰性氣體保護焊是使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質，并保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。

　　(3)選擇實心焊絲的成分主要考慮焊縫金屬應與母材力學性能或物理性能的良好匹配，如耐磨性、耐蝕性;焊縫應是致密的和無缺陷的。

　　2.藥芯焊絲：藥芯焊絲又分為有縫和無縫藥芯焊絲。無縫藥芯焊絲的成品絲可進行鍍銅處理，焊絲保管過程中的防潮性能以及焊接過程中的導電性均優(yōu)于有縫藥芯焊絲。藥芯焊絲按不同的情況有不同的分類方法。

　　(1)按保護情況可分為氣體保護(C02、富Ar混合氣體)和自保護以及埋弧堆焊三種。

　　(2)按焊絲直徑可分為細直徑(2.0mm以下)和粗直徑(2.0mm以上)。

　　(3)按焊絲斷面可分為簡單斷面和復雜斷面。

　　(4)按使用電源可分為交流陡降特性電源和直流平特性電源。

　　(5)按填充材料可分為造渣型藥芯焊絲(氧化鈦型、鈦鈣型、氟鈣型)和金屬粉芯藥芯焊絲。

　　3.藥芯焊絲與手工焊條和鎢極惰性氣體保護焊絲的比較。

　　(1)優(yōu)勢：

　　1)把斷續(xù)的焊接過程變?yōu)檫B續(xù)的生產(chǎn)方式，從而減少了焊接接頭的數(shù)目，提高了焊縫質量，也提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了能源。

　　2)對各種鋼材的焊接適應性強，通過調整焊劑(針對特定的藥芯焊絲)的成分和比例，可極為方便和容易地提供所要求的焊縫化學成分。

　　3)工藝性能好，焊縫成形美觀。采用氣渣聯(lián)合保護，獲得良好成形。加入穩(wěn)弧劑使電弧穩(wěn)定，熔滴過渡均勻。

　　4)熔敷速度快，生產(chǎn)效率高。在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大，熔化速度快，其熔敷率約為85%～90%，生產(chǎn)率比焊條電弧焊高約3～5倍。

　　5)可用較大焊接電流進行全位置焊接。

　　(2)缺點：

　　1)焊絲制造過程復雜。

　　2)焊接時，送絲較實心焊絲困難。

　　3)焊絲外表容易銹蝕，粉劑易吸潮，因此對藥芯焊絲保存和管理的要求更為嚴格。

　　(三)保護氣體

　　空氣中有些組分會對特定的焊接熔池產(chǎn)生有害影響，保護氣體的主要作用就是隔離空氣中這些組分，使其對焊縫的影響減小或杜絕，實現(xiàn)對焊縫和近縫區(qū)的保護。

　　1.惰性氣體：主要有氬氣和氦氣及其混合氣體，用以焊接有色金屬、不銹鋼和質量要求高的低碳鋼和低合金鋼。

　　2.惰性氣體與氧化性氣體的混合氣體：如Ar+C02,Ar+C02+O2等。

　　3.C02氣體：是唯一適合于焊接的單一活性氣體，C02氣體保護焊具有焊速高、熔深大、成本低和全空間位置焊接，廣泛應用于碳鋼和低合金鋼的焊接。

　　4.保護氣體還可來自其他方面，如焊條藥皮就可以產(chǎn)生保護氣體，產(chǎn)生氣體的主要有纖維素，碳酸鹽等。埋弧焊焊劑也能產(chǎn)生少量的保護氣體。

　　(四)焊劑

　　1.焊劑的分類

　　(1)按制造方法可分為熔煉焊劑、燒結焊劑、粘結焊劑三大類。

　　1)熔煉焊劑。熔煉焊劑是指一定比例的各種配料放在爐內熔煉，然后經(jīng)過水冷，使焊劑形成顆粒狀，經(jīng)烘干，篩選而形成的一種焊劑。主要優(yōu)點是化學成分均勻，可以獲得性能均勻的焊縫。由于焊劑在制作過程中高溫熔煉過程合金元素被氧化，所以焊劑中不能添加鐵合金，因此不能依靠焊劑向焊縫大量添加合金元素。熔煉焊劑是目前生產(chǎn)中使用最為廣泛的一種焊劑。

　　2)燒結焊劑。燒結焊劑是指將一定比例的各種粉狀配料加入適量粘接劑，混合攪拌后經(jīng)過高溫烘干燒結成塊，然后粉碎、篩選而制成的一種焊劑。

　　3)粘接焊劑。粘接焊劑是指將一定比例的各種粉狀配料加入適量粘接劑，經(jīng)過混合攪拌，?；偷蜏睾娓啥瞥傻囊环N焊劑，以前稱之為陶質焊劑。

　　后兩種焊劑都是屬于非熔煉焊劑，由于沒有熔煉過程，所以化學成分不均勻，容易造成焊縫性能不均勻，但可以再焊劑中添加鐵合金，增大焊縫金屬合金化能力，靈活調整焊縫金屬的合金成分，目前這兩種焊劑在國外已經(jīng)廣泛用于焊接碳鋼，高強度鋼和高合金鋼，但國內生產(chǎn)中應用還不夠廣泛，具有較高的發(fā)展前景。

　　(2)按化學成分可分為高猛焊劑、中錳焊劑、低錳焊劑和無錳焊劑。

　　(3)按化學特種可分為酸性焊劑、堿性焊劑、和中性焊劑。

　　(4)按焊劑用途可分為埋弧焊劑和電渣焊劑。

　　2.焊劑的作用：焊劑在焊接電弧的高溫區(qū)內熔化反應生成熔渣和氣體，對熔化金屬起保護和冶金作用。

　　3.焊劑使用的注意事項：

　　(1)焊劑應放在干燥的庫房內。庫房內應裝有去濕機，控制室內濕度，防止焊劑受潮，影響焊接質量。

　　(2)焊劑使用前應按說明書所規(guī)定的參數(shù)進行烘焙，通常在250～300℃：烘焙2h。

　　(3)為防止產(chǎn)生氣孔，焊前接縫處及其附近20mm的焊件表面應清除鐵銹、油污、水分等雜質。

　　(4)回收的焊劑，應過篩清除渣殼、碎粉及其他雜物，與新焊劑按比例(如1:3)混合均勻后使用。

　　(5)埋弧焊的焊劑必須與所焊鋼種和焊絲相匹配，保證焊接質量和焊縫性能。電渣焊的焊劑應具有適當?shù)膶щ娐?適當?shù)酿ざ?較高的蒸發(fā)溫度;良好的脫渣性、抗裂性和抗氣孔的能力。

　　二、常用的焊接設備及選用原則

　　(一)焊接電源

　　1.弧焊電源一般有弧焊變壓器、直流弧焊發(fā)電機和弧焊整流器?；『鸽娫吹耐馓匦詰嵌附档模措S著輸出電壓的變化，輸出電流的變化應很小。熔化極氣體保護電弧焊和埋弧焊可采用平特性電源，它的輸出電壓在電流變化時變化很小。

　　2.弧焊變壓器提供的是交流電，應用較廣。與直流電源相比具有結構簡單、制造方便、使用可靠、維修容易、效率高、成本低等優(yōu)點。

　　3.直流弧焊發(fā)電機其穩(wěn)弧性好、經(jīng)久耐用、受電網(wǎng)電壓波動的影響小，但制造較復雜，消耗材料較多，空載損耗大，已被列入淘汰產(chǎn)品。

　　4.弧焊整流器是采用硅二極管或可控硅作整流器的直流弧焊電源。

　　5.晶體管式弧焊電源用大功率晶體管組成，能獲得較高的控制精度和優(yōu)良的性能，但成本較高。

　　6.電阻焊變壓器，空載電壓范圍為1～36V，電流可達幾萬安，適用于交流電阻焊機。

　　(二)焊機

　　1.焊機的分類

　　焊機根據(jù)焊接自動化程度可分為手工焊機和自動焊機。

　　(1)手工焊機。主要有C02氣保焊機，氬弧焊機，混合氣體保護焊機等類型，其中氬弧焊機對工人的操作技能要求較高。

　　(2)自動焊機。是由電氣控制系統(tǒng)，并根據(jù)需要配備送絲機，焊接擺動器，弧長跟蹤器，各種回轉驅動裝置，工裝夾具，滾輪架，焊接電源等組成的一套自動化焊接設備。包括焊接機器手，環(huán)縱縫自動焊機，變位機，焊接中心，龍門焊機等。

　　2.常用的焊機

　　(1)埋弧焊機特性

　　1)埋弧焊機分為自動焊機和半自動焊機兩大類。生產(chǎn)效率高、焊接質量好、勞動條件好。

　　2)埋弧焊是依靠顆粒狀焊劑堆積形成保護條件，主要適用于平位置(俯位)焊接。

　　3)埋弧焊劑的成分主要是Mno,Si02等金屬及非金屬氧化物，難以焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金。

　　4)適用于長縫的焊接。

　　5)不適合焊接薄板。

　　(2)鎢極氬弧焊機特性

　　1)氬氣能充分而有效地保護金屬熔池不被氧化，焊縫致密，機械性能好。

　　2)明弧焊，觀察方便，操作容易。

　　3)穿透性好，內外無熔渣，無飛濺，成形美觀，適用于有清潔要求的焊件。

　　4)電弧熱集中，熱影響區(qū)小，焊件變形小。

　　5)容易實現(xiàn)機械化和自動化。

　　(3)熔化極氣體保護焊機特性

　　1)C02氣體保護焊生產(chǎn)效率高、成本低、焊接應力變形小、焊接質量高、操作簡便。但飛濺較大、弧光輻射強、很難用交流電源焊接、設備復雜。有風不能施焊(環(huán)境風速達到或超過2m/s，在沒有采取防風措施的情況下，不能施焊)，不能焊接易氧化的有色金屬。

　　2)熔化極氬弧焊的焊絲既作為電極又作為填充金屬，焊接電流密度可以提高，熱量利用率高，熔深和焊速大大增加，生產(chǎn)率比手工鎢極氬弧焊提高3～5倍，最適合焊接鋁、鎂、銅及其合金、不銹鋼和稀有金屬中厚板的焊接。

　　(4)等離子弧焊機特性

　　具有溫度高、能量集中、較大沖擊力、比一般電弧穩(wěn)定、各項有關參數(shù)調節(jié)范圍廣的特點。

　　(三)焊接設備選用原則

　　1.選用原則

　　(1)安全性必須通過國家對低壓電器的強制性“CCC"認證。

　　(2)經(jīng)濟性價格服從于技術特性和質量，其次考慮設備的可靠性、使用壽命和可維修性。

　　(3)先進性提高生產(chǎn)率、改善焊接質量、降低生產(chǎn)成本。

　　(4)適用性充分發(fā)揮應有的效能。

　　2.淘汰落后設備

　　根據(jù)《住房及城鄉(xiāng)建設部公告》第659號(2008年4月30日公布)，立即淘汰落后設備清單中，焊接設備有：直流弧焊機;電動機驅動旋轉直流弧焊機全系列;交流弧焊機BX1一135;BX2--500;直流弧焊機電動發(fā)電機AXl--500;AP-1000;箱式電阻爐SX系列。