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起重机检验师焊接技术
第3章焊接技术
3.1焊接基础知识
3.1.1焊接的定义与分类
将两块分离的金属其接头部分局部加热到熔化或半熔化状态,采取施加压力或不加压,或填充其他金属,利用原子间的扩散与结合等方法使它们连接成整体的过程称为焊接。
在焊接过程中,将焊件接头加热至熔化状态,不加压力而完成焊接的方法称为熔化焊,也称熔焊,常用的熔化焊方法有电弧焊、气焊、电渣焊等。
采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法称为钎焊。
而在焊接时利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触,并使待焊接部位的温度升高,通过调节温度,压力和时间,使待焊表面充分进行扩散而实现原子间结合,该方法称为压力焊。
压力焊是典型的固相焊接方法,这类焊接有两种形式,一是将被焊金属接触部分加热至塑性状态或局部熔化状态,然后施加一定的压力,以使金属原子间相互结合形成牢固的焊接接头,如锻焊、接触焊、摩擦焊等;二是不进行加热,仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力,借助于压力所引起的塑性变形,以使原子间相互接近而获得牢固的压挤接头,这种压力焊的方法有冷压焊、爆炸焊等。
如此按焊接方式的不同可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类:
熔化焊焊接具有强度高、紧密性好、工艺简单、操作方便、重量轻和劳动强度低等优点,其中的电弧焊广泛用于起重机金属结构的制造。
因此本节重点对此进行介绍。
3.1.2常用焊接方法
3.1.2.1手工电弧焊(焊条电弧焊)
1.手工电弧焊特点
图3.1焊条电弧焊过程示意图
手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热,将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。
焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣,在气体和熔渣的共同保护下,有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。
通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应,还原并净化焊缝金属,从而得到优质的焊缝(如图3.1)。
手工电弧焊设备简单,便于操作,适用于室内外各种位置的焊接,可以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料,在设备制造中应用十分广泛,比如钢板对接,钢结构腹板与翼板的连接及各种结构件的连接,都可以采用手工电弧焊。
手工电弧焊的缺点是生产效率低,劳动强度大,对焊工的技术水平及操作要求较高。
2.手工电弧焊设备常用的手工电弧焊电源有交流电焊机、旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机三种。
交流电焊机是手工电弧焊中应用最广泛的设备。
交流电焊机实际上是一个特制的降压变压器,可
将初级电压380V或220V降到焊接空载电压60~80V,其内部加有一个比较大的感抗线圈,以保证电弧稳定燃烧,并能在一定范围内调节焊接电流的大小。
交流电焊机具有结构简单,成本低,效率高,节省电能和使用维护方便等特点。
旋转式直流电焊机由一个发电机和一个拖动它的电动机机组组成,由交流网路供电使电动机旋转,带动发电机电枢旋转发出直流电供焊接之用。
焊接电流可在较大范围内均匀调节以满足焊接工艺的要求,电弧燃烧稳定。
硅整流式直流电焊机也称手弧焊整流器,是一种将工频交流电整流变为直流电的手工电弧焊设备。
与旋转式直流电焊机比较,它具有噪声小,效率高,用料少,成本低等优点。
这种设备多采用硅整流元件,因而通常称之为硅整流电焊机。
近年,这种电焊机正逐步代替了旋转式直流电焊机。
直流电焊机的特点是直流电弧燃烧很稳定,所以用小电流焊接时常常选用,在焊接合金钢、不锈钢时,也常选用直流电源。
直流电源又分正接、反接两种接法。
正接是指工件接正极、焊条接负极:
否则,就是反接。
在焊接锅炉压力容器受压部件等重要结构时,常选用低氢型焊条以保证质量,这种焊条一般都要求用直流反接电源。
3.手工电弧焊焊条
涂有药皮的供手工电弧焊用的熔化电极称为焊条。
它由焊芯和药皮两部分组成。
(1)焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。
焊芯的作用为:
①作为电极产生电弧;
②焊芯在电弧的作用下熔化后,作为填充金属与熔化了的母材混合形成焊缝。
焊芯分类及牌号:
a.焊芯分类根据GB/Tl4959.94《熔化焊用钢丝》标准规定,专用于制造焊芯和焊丝的钢材可分为:
碳素结构钢和合金结构钢两类。
b.焊芯牌号编制焊芯牌号一律用汉语接音字母H作字首,其后紧跟钢号,表示方法与优质碳素结构钢、合金结构钢相同。
若钢号末尾注有字母A,则为高级优质焊丝,硫、磷含量较低,其质量分数≤0.030%。
若末尾注有字母E或C为特级焊条钢,硫、磷含量更低,E级硫、磷质量分数≤O.020%,C级硫、磷质量分数≤0.015%。
(2)药皮涂敷在焊芯表面的有效成分称为药皮。
药皮的作用为:
①稳弧作用-焊条药皮中含有稳弧物质,可保证电弧容易引燃和燃烧稳定;
②保护作用-焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池,基本上能把熔化金属与空气隔绝开,保护熔融金属,熔渣冷却后,在高温焊缝表面上形成渣壳,可防止焊缝表面金属不被氧化并减缓焊缝的冷却速度,改善焊缝成形;
③冶金作用-药皮中加有脱氧剂和合金剂,通过熔渣与熔化金属的化学反应,可减少氧、硫等有害物质对焊缝金属的危害,又由于电弧的高温影响,焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损(氧化或氮化),这样会使焊缝的力学性能降低。
通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素,使之随药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去,以弥补合金元素烧损,使焊缝金属获得符合要求的力学性能;
④改善焊接的工艺性能-通过调整药皮成分,可改变药皮的熔点和凝固温度,使焊条末端形成套筒,产生定向气流,有利于熔滴过渡,可适应各种焊接位置的需要;
⑤焊条药皮组成物按其作用不同可分为:
稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、粘结剂和增塑剂八类。
(3)焊条的种类焊条根据用途可分为:
碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铬和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊
条、堆焊焊条、铝及铝合金焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铸铁焊条和特殊用途焊条等。
如按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同又可分为:
碱性焊条(熔渣碱度>1.5)和酸性焊条(熔
渣碱度<1.5)两大类。
酸性焊条药皮中主要含有TiO2、MnO2、SiO2等酸性氧化物及少量有机物,氧化性较强,施焊时药皮中合金元素烧损较大,焊缝金属的氧氮含量较高,故焊缝金属的冲击韧性较低。
酸性渣难于脱硫脱磷,因而焊条的抗裂性较差。
但焊条工艺性能良好,成形美观,特别是对锈、油、水分等成分的敏感度不大,抗气孔能力强,所以被广泛地用于一般结构的焊接。
碱性焊条药皮中主要含有CaC02、CaF2、CaSiO3、MgCO3等碱性氧化物,并含有较多的铁合金,如锰铁、钼铁、钒铁、硅铁等作为脱氧剂和渗合金剂,使焊条有足够的脱氧能力。
碱性渣流动性好,在冷却过程中渣的粘度增加很快。
碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低,所以也叫“低氢焊条”。
碱性焊条药皮中的某些成分能有效地脱硫脱磷,故其抗裂性能良好,有利于提高焊缝金属的力学性能,特别是冲击韧性较高。
碱性焊条多用于焊接重要结构。
碱性焊条的缺点是对锈、油、水分较敏感,容易在焊缝中产生气孔缺陷;电弧稳定性差,一般只用于直流电源施焊,在深坡口中施焊时,脱渣性不好;发尘量较大,焊接中需要加强通风。
(4)手工电弧焊焊接规范焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接工艺参数的总称。
手工电弧焊时,焊接规范主
要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊接速度、焊接层数等。
①焊接电流-焊接电流是影响焊接质量和生产率的主要因素之一。
增大电流,可增大焊缝熔深,提高生产率,但电流过大,会使焊条芯过热,药皮脱落,又会造成咬边、烧穿、焊瘤等缺陷,同时金属组织也会因过热而发生变化;若电流过小,则容易造成未焊透、夹渣等缺陷。
②电弧电压-电弧电压主要影响焊缝熔化宽度,电压越高,熔化宽度越大。
而电弧电压是由电弧长度决定的,电弧长则电弧电压高,电弧短则电弧电压低。
手工电弧焊时电弧不宜过长,因而电弧电压不高,变化范围也不大,一般为20~25V。
③焊条直径-焊条直径主要根据被焊工件的厚度来选择,工件越薄,所用焊条越细;工件越厚,所用焊条越粗。
直径3~5mm的焊条用得最广。
当工件厚度大于12mm时,焊条直径可取4~6mm。
平焊时,可选用较粗的焊条以提高生产率。
但对多层焊的第一层焊道,应使用不超过3.2mm的焊条,以保证根部焊透。
以后各层可根据工件厚度而选用较粗的焊条。
④焊接速度-焊接速度指焊条沿焊接方向移动的速度。
手工电弧焊的焊接速度一般不作特殊的规定,而由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自行掌握。
通常,焊接速度不超过10m/h,工件愈薄,焊接速度应愈大。
⑤焊接层数-在中厚钢板焊接时,应采用多层焊。
对同一厚度的钢材,其它条件不变时,焊接层数增加,有利于提高焊接接头的塑性及韧性。
焊接层数可根据实践经验决定,一般取钢材厚度与焊条直径比的整倍数。
(5)手工电弧焊的焊接位置手工电弧焊可以在不同的位置进行操作。
熔焊时,焊接接头所处的空间位置称为焊接位置,GB/
T3375—94《焊接术语》中用倾角和转角两个参数来划分不同的焊接位置。
其中平、立、横、仰是四种基本焊接位置,图3.2为对接焊缝和角焊四种基本焊接位置的示意图。
共列出了七种焊接位置,在这七种位置所进行的焊接分别:
平焊、立焊、横焊、仰焊、平角焊、立角焊、仰角焊。
PA一平焊位置PB一平角焊位置PC一横焊位置PD一仰角焊位置PE一仰焊位置PF一立焊位置PG一立角焊位置
图3.2常用焊接位置对于不同的焊接位置,由于需要采用不同的焊接方法、焊接规范以及不同的操作手法,从而焊缝
外观形态及内部缺陷的发生也各有不同。
3.1.2.2埋弧自动焊
1.埋弧自动焊的特点
焊接过程中,主要的焊接操作如引燃及熄灭电弧、焊条(焊丝)送进及移动,或工件等都由机械自动完成时称为自动电弧焊。
而电弧被掩埋在焊剂层下面燃烧并实施焊接的,叫做埋弧自动焊或称熔剂层下自动焊,通常简称埋弧焊,如图3.3所示。
图3.3埋弧焊的焊接过程示意图
埋弧自动焊的焊丝即作为电极起到引燃电弧的作用又在电弧加热下熔化而填充焊缝。
焊接时,颗粒状焊剂复盖着部分焊丝和焊接熔池,电弧基本上是在密封的空间里燃烧,熔化的焊剂膜可靠地保护着电弧和熔池,避免受到大气的作用,并防止了飞溅。
与手工电弧焊相比,埋弧自动焊有下列优点:
(1)埋弧自动焊能采用大的焊接电流,电弧热量集中,熔深大,焊丝可连续送进,因此其生产率比手工电弧焊高5~l0倍。
(2)埋弧自动焊施焊中看不到弧光,焊接烟雾也很少,又是机械自动操作,因而劳动条件得到了很大改善。
(3)埋弧自动焊热量集中,焊接金属飞溅损失小,没有废弃的焊条头,工件厚度薄时,还可以不开坡口,从而可以节省焊材和电能。
(4)由于焊剂和熔渣严密包围着焊接区,避免了空气的侵入。
而较高的焊速减小了热影响区的尺寸,焊剂和熔渣的复盖减慢了焊缝的冷却速度,这些因素都有利于使焊接接头获得良好的组织与性能。
同时,自动操作使焊接规范参数稳定,焊缝成分均匀,外型光滑美观,因而焊接质量良好、稳定。
埋弧自动焊的缺点:
设备比较复杂昂贵、焊接位置受到限制,一般只能在平焊位置焊接、又由于电弧不可见,因而对接头加工与装配要求严格。
埋弧自动焊常用于焊接长的直线焊缝及大直径圆筒构件的环焊缝。
2.埋弧自动焊的焊丝与焊剂
埋弧自动焊的焊接材料是焊丝与焊剂。
焊丝是裸体金属丝,与手工电弧焊的焊芯相似,在焊接中不断熔化并填充于焊缝之中。
焊剂的作用则与手工电弧焊焊条的药皮类似。
(1)焊丝埋弧自动焊常用焊丝直径为l.6~5mm,通常拉制成型并成捆包装。
在保管中应防止生锈,在使用前应清除锈蚀和油污,并防止错用焊丝。
选用焊丝的主要原则是:
对于碳素钢和普通低合金钢,应保证焊缝的力学性能;对于铬钼钢和不锈耐酸钢等合金钢,应尽可能保证焊缝的化学成分与焊件相似;异种钢焊接时,则可按强度等级较低的钢材选用抗裂性能较好的焊丝。
(2)焊剂是焊接过程中保证焊接质量的重要材料,其作用有以下几点:
①焊剂在电弧加热下熔化后生成的熔渣,可以防止空气中的氧、氮等气体侵入熔池,从而避免焊缝出现气孔、夹渣等缺陷;
②向熔池补充被烧损的合金元素,使得焊缝的力学性能得到改善和提高;
③促使焊缝成形良好,表面光洁平直。
良好的焊剂应能保证焊缝金属获得所需要的化学成分与力学性能、稳定燃烧的电弧以及对锈、油
及其它杂质的敏感性要小,而硫、磷含量要低以保证焊缝中不产生裂纹和气孔等缺陷。
焊剂在高温状态下要有合适的熔点和粘度和焊后良好的脱渣性,以保证焊缝成形良好并具有合适的粒度及足够的机械强度,以保证其多次重复使用。
3.埋弧自动焊焊接规范
埋弧自动焊的一个主要优点是焊缝成形好。
在电弧焊中,焊缝成形通常可用焊缝成形系数(形状系数)及熔合比这两个指标来表示。
焊缝成形系数是指焊缝熔化宽度与熔化深度之比。
成形系数小,表示焊缝深而窄,焊接热影响区较小,这有利于充分利用电弧热能及减小焊接变形。
但成形系数过小时,焊缝结晶中低熔点杂质及气体不易从熔池内逸出,焊缝容易产生裂纹、气孔和夹渣。
故一般将成形系数控制在1.3~2.0。
母材在焊缝中所占的截面百分比,称为熔合比。
熔合比可以影响焊缝的化学成分、金相组织和力学性能。
特别是在填充金属与母材的化学成分不同时,在焊缝中紧临母材的部位,化学成分的变化比较大,变化的幅度与两种金属化学成分之差及熔合比的大小有关。
电弧焊熔合比可在10%~l00%的范围内调节,埋弧自动焊的熔合比在60%~70%之间。
埋弧自动焊的主要焊接规范参数有焊接电流、电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度。
(1)焊接电流和电压-焊接电流增大时,焊缝熔深增加而熔宽变化不大、反之焊接电压增大时,焊缝的熔宽明显增加,而熔深有所下降。
这是因为焊接电流增大时,电弧产生的热量增加,电弧吹力增强,将焊接熔池内的液态金属从焊丝下部排开,直接加热熔池底部的未熔化金属,从而使熔深加大。
同时,由于电弧深入熔池,电弧露出部分减少,活动能力降低,所以熔宽基本保持不变。
因此焊接电流的增加使焊缝成形系数下降,熔合比增大。
而电压增大时电弧长度增大,焊件被电弧加热的面积增大,从而使焊缝熔宽增加。
由于弧长增加,电弧摆动作用加剧,电弧对液态金属的作用力减弱,熔池底部得到的电弧热减少,因而熔深减小。
因此,在增加焊接电流时,应相应提高电弧电压,以使成形系数适当,以保证得到适当的焊缝形状。
(2)焊接速度-当其他条件不变时,焊接速度增加,焊缝单位长度内得到的电弧热量减少,焊丝在单位长度焊缝上的熔化量也减少,因而焊缝的熔宽及余高高度都要减小。
熔深随焊接速度的变化趋势则较为复杂:
当焊接速度较小而增加时,熔深随之增加;当焊接速度达到一定值而继续增加时,则熔深反而小。
过分增加焊接速度会造成未焊透、气孔、咬边等缺陷。
焊接速度过低且电压又很高时,会造成“磨菇形”焊缝,易在焊缝内部形成裂纹。
(3)焊丝直径及伸出长度-当其它参数不变时,焊丝直径增大,弧柱直径随之增加,电弧加热的范围扩大,使得焊缝熔宽增加而熔深减小。
反之,焊丝直径减小,电流密度相对增加,熔深增加而熔宽减小。
当焊丝伸出长度增加时,由于电阻增大,伸出部分的焊丝所受到的预热作用增强,焊丝熔化速度加快,使得熔深变小,焊缝余高增大。
埋弧自动焊焊丝伸出长度通常为30~40mm,伸出长度的变化范围为5~10mm。
3.1.2.3二氧化碳气体保护焊
以二氧化碳气体作为保护气体,依靠焊丝与工件之间产生的电弧热熔化焊丝和工件金属的电弧焊接方法,叫二氧化碳气体保护焊,简称C02保护焊。
形成焊接接头。
(如图3.4所示)这是一种高效率的焊接方法,以CO2气体作保护气体,依靠焊丝与焊件之间的电弧来熔化金属而形成优良的焊缝接头。
由于采用自动送丝,敷化金属量大,生产效率高,质量稳定。
因此,在国内外获得广泛应用,与其它电弧焊相比有以下特点:
(1)生产效率高,C02保护焊穿透力强,熔深大、而且焊丝熔化率高,所以熔敷速度快、生产效率可比手工电弧焊高3倍;
(2)焊接成本低,C02保护焊的成本只有埋弧焊与手工电弧焊成本的40%-50%;
(3)消耗能量低,C02保护焊和药皮焊条相比3mm厚钢板对接焊缝,每米焊缝的用电降低30%,25mm钢板对接焊缝时用电降低60%;
(4)适用范围宽,不论何种位置都可以进行焊接,薄板可焊到1mm,最厚几乎不受限制(采用多层焊)。
而且焊接速度快、变形小;
(5)抗锈能力强,焊缝含氢量低抗裂性能强;
(6)焊后不需清渣,引弧操作便于监视和控制,有利于实现焊接过程机械化和自动化。
图3.4二氧化碳气体保护焊的工作原理
二氧化碳气体包围着电弧和熔池,可以有效地防止氧气对熔化金属的有害作用。
但二氧化碳与惰性气体不同,它本身是氧化性气体,在高温下可以将金属元素氧化,且在电弧高温下,二氧化碳被分解成一氧化碳和原子态的氧,这些原子态的氧更易使铁和其它合金元素氧化、烧损,从而降低了焊缝的合金含量及力学性能。
生成的氧化锰、二氧化硅等构成浮渣浮在熔池表面,反应生成大量的一氧化碳,在熔池冷却过程中因来不及全部析出而形成许多气孔。
由于锰、硅等元素比铁更容易与氧结合,因此在炼钢中常用锰、硅作脱氧剂。
在二氧化碳气体保护焊中,也可以利用这些元素脱氧,从而解决二氧化碳对铁的氧化问题,同时弥补合金元素的烧损。
故在选用二氧化碳气体保护焊焊丝时,必须保证焊丝中含有足够数量的合金元素,主要是锰、硅元素。
其它脱氧元素,如铝、碳等,不宜用于二氧化碳气体保护焊,因为铝在电弧高温下氧化烧损过于严重,难于过渡到熔池中去,而碳的脱氧生成物是一氧化碳,容易在焊接过程中产生飞溅并在焊缝中形成气孔。
常用的二氧化碳气体保护焊的焊丝是H08Mn2siA、H04Mn2SiTiA等,使用的二氧化碳气体多由瓶装供应,通过管路,喷嘴输送至焊接区域。
由于二氧化碳气体保护焊具有成本低、焊接质量好、生产效率高且其操作性灵活等优点,故在起重机金属构件中大多用于低碳钢、低合金钢的焊接。
二氧化碳气体保护焊的缺点是当采用较大电流焊接时,飞溅较大,烟雾较多,弧光强,焊缝表面成形不够光滑美观。
控制或操作不当时,容易产生气孔。
3.1.2.4氩弧焊
氩弧焊是以惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法。
电弧发生在电极与焊件之间,在电弧周围通以氩气,形成连续封闭气流,保护电弧和熔池不受空气的侵害。
而氩气是惰性气体,即使在高温之下,氩气也不与金属发生化学作用,且不溶解于液态金属,因此焊接质量较高。
根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊及熔化极氩弧焊。
不熔化极氨弧焊通常叫钨极氩弧焊,它以钨棒作电极,在氩气保护下,靠钨极与工件间产生的电
弧热,熔化基本金属进行焊接,如图3.5所示。
必要时,也可另加填充焊丝。
在焊接过程中钨极不发生明显的熔化和消耗,只起发射电子引燃电弧及传导电流的作用。
钨极氩弧焊电弧稳定,可使用小电流焊接薄工件,并可单面焊双面成形,近年在设备制造和安装中得到广泛应用。
特别是采用钨极氩弧焊打底,然后用手工电弧焊或其它焊接方法形成焊缝,可以避免根部未焊透等缺陷,提高焊接质量。
1一喷嘴2一电极3一电弧4—焊缝5一焊件
6一熔池7一填充焊丝8—保护气图3.5钨极氩弧焊示意图
熔化极氩弧焊是采用连续送进的焊丝作电极,在氩气保护下,依靠焊丝与工件之间产生的电弧热,熔化基本金属与焊丝形成焊缝。
氩弧焊所用的焊丝,其化学成分应与母材基本相同,焊丝直径一般不大于3mm。
所用氩气一般用瓶装供应,通过管道和喷嘴送至焊接区。
氩气中含有少量氧、氮、二氧化碳和水分等杂质,会降低氩气的保护作用,造成气孔缺陷,降低焊接接头的力学性能与抗腐蚀性能,因此要求氩气的纯度应大于99.95%。
总体来说,氩弧焊有下列优点:
(1)适于焊接各种钢材、有色金属及合金,焊接质量优良:
(2)电弧和熔池用气体保护,清晰可见,便于实现全位置自动化焊接;
(3)电弧在保护气流压缩下燃烧,热量集中,熔池较小,焊接速度较快,热影响区较小,工件焊接变形较小;
(4)电弧稳定,飞溅小,焊缝致密,成形美观。
但氩弧焊也有缺点:
其使用的氩气成本较昂贵,设备和控制系统比较复杂,钨极氩弧焊的生产效
率较低,且只能焊薄壁构件。
氩弧焊可用于各种焊接接头形式,但不同接头形式下氩气的保护效果不同。
对于对接接头和T字
型接头,氩气流具有良好的保护效果。
但对角接接头的保护作用较差,空气容易侵入焊缝区,所以应预加挡板以提高氩气的保护效果。
氩弧焊的焊接规范参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、氩气流量、喷嘴直径等,这些规范参数的大小又因焊接形式的不同而不同。
其中氩气流量是影响焊接质量的重要因素,氩气流量增大,可以增大气流的刚度,提高抗外界干扰的能力,增强保护效果。
但是氩气流量过大时,会产生不规则的紊流,影响电弧稳定,并将空气卷入电弧区、反而降低焊接质量。
3.1.3焊接接头及常用钢材的焊接
3.1.3.1焊接接头形式
“焊缝”和“焊接接头”是两个不同概念。
焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分,而焊接接头则是由两个或两个以上零件用焊接组合或已经焊合的接点。
检验接头性能应考虑焊缝、熔合区、热影响区甚至母材等不同部位的相互影响,焊缝和焊接接头的型式关系见图3.6。
焊缝形式分为:
对接焊缝、角焊缝、槽焊缝、端接焊缝以及塞焊缝等5种。
图3.6焊缝和焊接接头的型式关系
焊接接头形式分为:
对接接头、角接接头、T形接头、端接接头、搭接接头、塞焊搭接接头、十字接头、槽焊接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底接头等共12种形式。
从焊接角度来看,任何结构的金属构件都是由各种不同的焊接接头和母材构成的,而无论是何种焊接接头都是焊缝连接的,焊缝是组成不同形式接头的基础。
焊接接头的使用性能由焊缝的焊接工艺来决定,因此焊接工艺评定试件分类是以焊缝为对象而非焊接接头,但从检验角度来看,任何焊接接头形式,以及焊接接头任何部位的性能都是同等重要的,其中的薄弱环节尤其是关注的重点。
3.1.3.2焊接接头的组成
图3.7是以对接焊缝为例来说明焊接接头的组成,其中1~2是焊缝,2是熔合区,2~3是热影响区。
图3.7焊接接头示意图
焊缝是焊件经过焊接后形成的结合部分,多由熔化的母材和焊材组成,因焊接方法不同也有完全由熔化的母材组成。
熔合区是焊接接头中焊缝与母材的过渡区域,由于其过渡区域很窄,曾被称为熔合线,该区域是刚好被加热到熔点与凝固温度之间的部分。
而热影响区则是在焊接过程中,母材受焊接热量影响发生了金相组织及材料力学性能变化的部分。
3.1.3.3焊接接头的组织和性能
在焊接接头中,焊缝的形成是金属由高温下液态冷却而至常温时的固态状。
此间金属经历了两次结晶过程,首先是从液相转变至固相的一次结晶过程,其次是固相态下的组织转变的二次结晶过程。
第一次的结晶过程首先在熔池的边缘温度最低的熔合区附近发生,随着熔池温度的降低,晶体逐渐长大,因受到低温侧晶体的阻隔,晶体只能向熔池中心发展而生成柱状晶体,当柱状晶体长大至相互接触时,一次结晶过程即告结束。
一次结晶结束后,熔池转变为固体焊缝。
高温焊缝金属冷却到室
温时组织将进一步发生转变,这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。
二次结晶的焊缝组织基本上取决于焊缝的成分和冷却条件。
3.1.3
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