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造价技术与计量02参考资料
第二章安装工程施工技术
第一节切割与焊接
二、焊接
(一)焊接的分类及特点*****
按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点,可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。
1.熔化焊
熔化焊是利用局部加热的方法将联接处的金属加热至熔化状态而完成的焊接方法,可形成牢固的焊接接头。
1.熔化焊
(1)气焊*****
气焊所用的可燃气体与气割相同,主要有乙炔、液化石油气(丙烷、丁烷、丙烯等)和氢气等,氧气为助燃气体。
气焊用的焊丝起填充金属的作用。
焊接有色金属、铸铁和不锈钢时,还应采用焊粉(熔剂),用以消除覆盖在焊材及熔池表面上的难熔的氧化膜和其它杂质,并在熔池表面形成一层熔渣,保护熔池金属不被氧化,排除熔池中的气体、氧化物及其它杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形。
气焊主要应用:
●薄钢板、低熔点材料(有色金属及其合金)、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接;
●磨损、报废车件的补焊;
●构件变形的火焰矫正等。
**
气焊的优点:
●设备简单(氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬、减压器、氧气、乙炔、输送管等)使用灵活;
●对铸铁及有色金属的焊接有较好的适应性;
●在电力供应不足的地方需要焊接时,气焊可以发挥更大的作用。
其缺点:
●生产效率较低;
●焊接后工件变形和热影响区较大;
●较难实现自动化。
**
(2)电弧焊****
电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法。
1)手弧焊
●手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。
●另由于电弧焊设备轻便,搬运灵活,可以在任何有电源的地方进行维修及装配中的短缝的焊接作业。
●特别适用于难以达到部位的焊接。
●适用于各种金属材料、厚度和结构形状的焊接。
如工业用碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。
2)埋弧焊
埋弧焊也是利用电弧作为热源的焊接方法。
埋弧有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。
埋弧焊的主要优点是:
1热效率较高,熔深大,工件的坡口可较小,减少了填充金属量;
2焊接速度高,当焊接厚度为8~10mm的钢板时,单丝埋弧焊速度可达50~80cm/min;
3焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触,而且使熔池金属较慢地凝固,减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。
●一般只适用于平焊位置,且不能直接观察电弧与坡口的相对位置,容易焊偏。
●不适于焊接厚度小于lmm的薄板。
3)气体保护电弧焊(气电焊)****
用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊,简称气电焊
气电焊与其它焊接方法相比,具有以下特点:
●电弧和熔池的可见性好,焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数;
●焊接过程操作方便,没有熔渣或很少有熔渣,焊后基本上不需清渣;
●电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接速度较快,熔池较小,热影响区窄,焊件焊后变形小;
●有利于焊接过程的机械化和自动化,特别是空间位置的机械化焊接;
●可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金;
●可以焊接薄板;
●在室外作业时,需设挡风装制,否则气体保护效果不好,甚至很差;
●电弧的光辐射很强;
●焊接设备比较复杂,比焊条电弧焊设备价格高。
气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同:
分为不熔化极(钨极)惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊,
氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。
①钨极(不熔化极)惰性气体保护焊。
钨极惰性气体保护焊是在惰性气体的保护下,利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(如果使用填充焊丝)一种焊接方法。
焊接时惰性形成气体保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响,从而可获得优质的焊缝,惰性气体主要采用氩气。
钨极氩弧焊接操作方式分为手工焊、半自动焊和自动焊三类。
钨极惰性气体保护焊具有下列优点:
●不和金属反应,并自动清除工件表面氧化膜的作用,
●可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;
●适用于薄板及超薄板材料焊接;
●可进行各种位置的焊接,也是实现单面焊双面成形的理想方法。
不足之处:
●熔深浅,熔敷速度小,生产率较低;
●其微粒有可能进入熔池,造成污染(夹钨);
●惰性气体(氩气、氦气)较贵,生产成本较高。
钨极惰性气体保护焊所焊接的板材厚度范围,从生产率考虑以3mm以下为宜。
对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道),为了保证高的焊接质量,也采用钨极惰性气体保护焊。
②熔化极气体保护焊。
其除具备不熔化极气体保护焊的主要优点(可进行各种位置的焊接;适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接)外;
也具有焊接速度较快,熔敷效率较高等优点。
③CO2气体保护焊。
CO2气体保护焊属熔化极气体保护焊,其具有生产效率高、焊接变形小、适用范围广等特点。
焊接时电弧为明弧焊,可见性好,采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便,操作简单,容易掌握;
不足之处是:
焊接飞溅较大,防风能力差。
CO2气体保护焊是目前广泛应用的一种电弧焊方法,主要用于汽车、船舶、管道、机车车辆、集装箱、矿山及工程机械、电站设备和建筑等金属结构的焊接。
从被焊件材质上看,CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢;从工件厚度上看,采用钢丝短路过渡的方法,可以焊接薄板;采用粗丝熔滴过渡的方法,可以焊接中、厚板;从焊接位置上看,可以进行全位置焊接,也可以进行平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。
(3)等离子弧焊*****
等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊,其等离子弧是自由电弧压缩而成的,叫转移电弧。
其离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。
等离子弧的能量集中,温度高,焰流速度大。
这些特性使得等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。
等离子弧焊与钨极惰性气体保护焊相比,有以下特点:
1)等离子弧能量集中、温度高,对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得小孔效应,可以得到充分熔透,反面成形均匀的焊缝;
2)电弧挺度好,等离子弧的扩散角仅5°左右,基本上是圆柱形,弧长变化对工件上的加热面积和电流密度影响比较小。
所以,等离子弧焊弧长变化对焊缝成形的影响不明显;
3)焊接速度比钨极惰性气体保护焊快;
4)能够焊接更细、更薄的工件(如1mm以下极薄金属的焊接);
5)其设备比较复杂、费用较高,工艺参数调节匹配也比较复杂。
(4)电渣焊电渣焊是利用电流通过液体熔渣时所产生的电阻热进行焊接的方法。
(5)激光焊激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方式。
(6)电子束焊电子束焊是利用加速和聚集的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。
2.压力焊
压力焊是利用焊接时施加一定压力而完成焊接的方法。
这类焊接有两种形式,可加热后施压,亦可直接冷压焊接,其压接接头较牢固。
(1)电阻焊
电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,并通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的一种方法。
电阻焊方法主要有四种:
即点焊、缝焊、凸焊和对焊。
(2)超声波焊
塑料超声波焊接的原理是使塑料的焊接面在超声波能量的作用下作高频机械振动而发热熔化,同时施加焊接压力,从而把塑料焊接在一起。
3.钎焊****
钎焊是把比被焊金属熔点低的钎料金属加热熔化至液态,然后使其渗透到被焊金属接缝的间隙中而达到结合的方法。
钎焊接头一般强度较低,耐热性差。
钎焊的优点:
●容易保证焊件的尺寸精度,同时对于焊件母材的组织及性能的影响也比较小;
●适用于各种金属材料、异种金属和金属与非金属的连接;
钎焊的缺点:
●钎焊接头的耐热能力比较差,接头强度比较低,钎焊时表面清理及焊件装配质量的要求比较高。
(二)常用焊接材料及设备
1.焊接材料***
(1)手工电弧焊焊接材料
1)焊条的组成
焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。
它是由药皮和焊芯两部分组成。
①焊芯。
焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。
焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。
焊接时,焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。
②药皮。
压涂在焊芯表面的涂层。
组成:
各种矿物类、铁合金有机物和化工产品(水玻璃类)原料。
●隔绝氧氮,防止氧化和氮化,减少气孔,提高焊缝质量
●电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。
●加入还原剂,氧化物还原,保证焊缝质量。
●弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能
2)焊条分类
①按焊条的用途分类
②按药皮的主要成分分类。
③按药皮熔化后的熔渣碱度分类。
熔渣成分主要是酸性氧化物(SiO2、TiO2、Fe2O3)的为酸性焊条;
熔渣主要成分是碱性氧化物(如大理石、萤石等)的为碱性焊条。
酸性焊条:
***
具有较强的氧化性,对铁锈、水分不敏感,焊缝中很少有由氢气引起的气孔,
但酸性熔渣脱氧不完全,也不能完全清除焊缝中的硫、磷等杂质,故焊缝金属力学性能较低。
碱性焊条:
**
由于脱氧性能好,能有效除焊缝中的硫,合金元素烧损少,焊缝金属合金化效果好,焊缝力学性能和抗裂性均较好,但当焊件和焊条存在水分时,焊缝中容易出现氢气孔。
④按特殊性能分类。
3)焊条的选用原则
电弧焊时,通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、力学性能、焊接性和工作环境等要求,以及焊接结构的形状、受力情况和焊接设备类型等方面综合考虑,以决定选用哪种焊条。
1焊接材料的机械性能、化学成分**
a.对低碳钢、中碳钢和低合金钢,可选用与母材强度等级相应的焊条,其抗拉强度等于或稍高于母材。
当受力情况复杂时,应选用比母材强度低一级的焊条,以保证焊缝既有一定的强度,又能有满意的塑性。
b.对于合金结构钢,通常要求焊缝金属的合金成分与母材金属相同或相近。
c.在对焊接结构受力复杂、刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的情况下,可以考虑选用比母材强度低一级别的焊条。
以保证焊缝既有一定的强度,又能有良好的塑性。
d.在母材中C、P、S等元素含量偏高时,焊缝易产生裂纹的情况下,应选用抗裂性能好的低氢型焊条。
e.在焊条的强度确定之后,对于塑性、冲击性和抗裂性能要求较高(结构形状复杂、钢材厚、焊件受动荷载),低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条。
f.当焊件焊口处有较多的铁锈、油污和氧化皮、水分等脏物,且又无法清理时,应选用对铁锈、油污和氧化皮、水分敏性小和抗气孔性能较强的酸性焊条。
g.低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢等异种钢间的焊接,一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。
2焊件的工作条件与使用性能**
a.对承受动荷载和冲击荷载的焊件,除满足强度要求,还要保证焊缝具有较高的韧性和塑性,应选用塑性和韧性较高的低氢焊条;
b.接触腐蚀介质的焊件,根据介质性质,应选用相应的不锈钢焊条,或选用其他耐腐蚀焊条;
c.在在高温或低温条件下工作的焊件,应选用相应的耐热钢或低温钢焊条。
对珠光体的耐热钢一般选用与钢材化学成分相近的焊条,或根据焊件的工作温度来选取;
d.结构复杂,刚性大及厚度大的焊件,应选用抗裂性能好的低氢焊条;
e.对受条件限制不能翻转的焊件,应选全位置焊接焊条。
③简化工艺、提高生产率和降低成本。
4)焊接参数的选择方法
电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。
①焊条直径的选择:
取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。
一般选大直径焊条。
②焊接电流的选择:
主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接
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