一建机电教材解读：1H412031 焊接材料与设备选用原则

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　　1H412030 焊接技术

　　焊接技术就是加温加压，或两者并用的条件下，使用焊接材料(焊条或焊丝)在两块或两块以上的母材(待焊接的工件)产生原子(分子)间结合而连接成一体的操作方法。焊接应用广泛，既可用于金属，也可用于非金属。焊接技术是机电工程的基础工艺与技术，广泛应用于国民经济的各个领域。焊接技术、工艺的水平已经成为一个国家技术能力的重要指标。本目重点是：焊接材料与设备选用原则;焊接方法与工艺评定;焊接应力与焊接变形及其控制;焊接质量检验方法。

　　1H412031 焊接材料与设备选用原则

　　针对不同品种的母材和施焊工况、条件，选择与之相适应的焊接设备和焊接材料是保证焊接质量、提高焊接效率、降低焊接成本的关键。本条主要知识点是：焊条的分类与选用原则，常用的焊接设备选用原则。

　　一、焊接材料的分类与选用原则

　　(一)焊条

　　1.焊条的分类

　　(1)按药皮成分可分为：不定型、氧化钛型、钛钙型、氧化铁型、低氢钾型、低氢钠型、纤维类型、石墨型、钛铁矿型、盐基型等十大类。

　　(2)按焊渣性质可分为：酸性焊条、碱性焊条两大类。

　　(3)按焊条用途可分为：结构钢焊条、钼及钼合金焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条等十大类。

　　(4)按特殊性能分为：超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、底层焊条、铁粉高效焊条、抗潮焊条、水下焊焊条、重力焊焊条、仰焊焊条等。

　　2.焊条的选用原则

　　(1)考虑焊缝金属的力学性能和化学成分：对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条。对于合金结构钢有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时，焊缝中易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。

　　(2)考虑焊接构件的使用性能和工作条件：对承受动载荷和冲击载荷的焊件，除满足强度要求外，主要应保证焊缝金属具有较高的塑性和韧性，可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。

　　(3)考虑焊接结构特点及受力条件：对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，在焊接过程中，冷却速度快，收缩应力大，易产生裂纹，应选用抗裂性好、韧性好、塑性高、氢裂纹倾向低的焊条。如低氢型焊条、超低氢型焊条和高韧性焊条等。

　　(4)考虑施焊条件：当焊件的焊接部位不能翻转时，应选用适用于全位置焊接的焊条。对受力不大、焊接部位难以清理的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。没有直流焊机时，必须选用可交、直流两用的焊条。在狭小或通风条件差的场合，在满足使用性能要求的条件下，应选用酸性焊条或低尘焊条。

　　(5)考虑生产效率和经济性：在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时，应尽量选用酸性焊条。对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量选用高效率焊条，如铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等。这不仅有利于生产率的提高，而且也有利于焊接质量的稳定和提高。

　　(二)焊丝

　　分实心焊丝和药芯焊丝。

　　1.实心焊丝：分钨极惰性气体保护焊和熔化极惰性气体保护焊。

　　(1)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的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围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。保护气体主要采用氩气。

　　(2)熔化极惰性气体保护焊是使用熔化电极，以外加气体作为电弧介质，并保护金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。

　　(3)选择实心焊丝的成分主要考虑焊缝金属应与母材力学性能或物理性能的良好匹配，如耐磨性、耐蚀性;焊缝应是致密的和无缺陷的。

　　2.药芯焊丝：药芯焊丝又分为有缝和无缝药芯焊丝。无缝药芯焊丝的成品丝可进行镀铜处理，焊丝保管过程中的防潮性能以及焊接过程中的导电性均优于有缝药芯焊丝。药芯焊丝按不同的情况有不同的分类方法。

　　(1)按保护情况可分为气体保护(C02、富Ar混合气体)和自保护以及埋弧堆焊三种。

　　(2)按焊丝直径可分为细直径(2.0mm以下)和粗直径(2.0mm以上)。

　　(3)按焊丝断面可分为简单断面和复杂断面。

　　(4)按使用电源可分为交流陡降特性电源和直流平特性电源。

　　(5)按填充材料可分为造渣型药芯焊丝(氧化钛型、钛钙型、氟钙型)和金属粉芯药芯焊丝。

　　3.药芯焊丝与手工焊条和钨极惰性气体保护焊丝的比较。

　　(1)优势：

　　1)把断续的焊接过程变为连续的生产方式，从而减少了焊接接头的数目，提高了焊缝质量，也提高了生产效率，节约了能源。

　　2)对各种钢材的焊接适应性强，通过调整焊剂(针对特定的药芯焊丝)的成分和比例，可极为方便和容易地提供所要求的焊缝化学成分。

　　3)工艺性能好，焊缝成形美观。采用气渣联合保护，获得良好成形。加入稳弧剂使电弧稳定，熔滴过渡均匀。

　　4)熔敷速度快，生产效率高。在相同焊接电流下药芯焊丝的电流密度大，熔化速度快，其熔敷率约为85%～90%，生产率比焊条电弧焊高约3～5倍。

　　5)可用较大焊接电流进行全位置焊接。

　　(2)缺点：

　　1)焊丝制造过程复杂。

　　2)焊接时，送丝较实心焊丝困难。

　　3)焊丝外表容易锈蚀，粉剂易吸潮，因此对药芯焊丝保存和管理的要求更为严格。

　　(三)保护气体

　　空气中有些组分会对特定的焊接熔池产生有害影响，保护气体的主要作用就是隔离空气中这些组分，使其对焊缝的影响减小或杜绝，实现对焊缝和近缝区的保护。

　　1.惰性气体：主要有氩气和氦气及其混合气体，用以焊接有色金属、不锈钢和质量要求高的低碳钢和低合金钢。

　　2.惰性气体与氧化性气体的混合气体：如Ar+C02,Ar+C02+O2等。

　　3.C02气体：是唯一适合于焊接的单一活性气体，C02气体保护焊具有焊速高、熔深大、成本低和全空间位置焊接，广泛应用于碳钢和低合金钢的焊接。

　　4.保护气体还可来自其他方面，如焊条药皮就可以产生保护气体，产生气体的主要有纤维素，碳酸盐等。埋弧焊焊剂也能产生少量的保护气体。

　　(四)焊剂

　　1.焊剂的分类

　　(1)按制造方法可分为熔炼焊剂、烧结焊剂、粘结焊剂三大类。

　　1)熔炼焊剂。熔炼焊剂是指一定比例的各种配料放在炉内熔炼，然后经过水冷，使焊剂形成颗粒状，经烘干，筛选而形成的一种焊剂。主要优点是化学成分均匀，可以获得性能均匀的焊缝。由于焊剂在制作过程中高温熔炼过程合金元素被氧化，所以焊剂中不能添加铁合金，因此不能依靠焊剂向焊缝大量添加合金元素。熔炼焊剂是目前生产中使用最为广泛的一种焊剂。

　　2)烧结焊剂。烧结焊剂是指将一定比例的各种粉状配料加入适量粘接剂，混合搅拌后经过高温烘干烧结成块，然后粉碎、筛选而制成的一种焊剂。

　　3)粘接焊剂。粘接焊剂是指将一定比例的各种粉状配料加入适量粘接剂，经过混合搅拌，粒化和低温烘干而制成的一种焊剂，以前称之为陶质焊剂。

　　后两种焊剂都是属于非熔炼焊剂，由于没有熔炼过程，所以化学成分不均匀，容易造成焊缝性能不均匀，但可以再焊剂中添加铁合金，增大焊缝金属合金化能力，灵活调整焊缝金属的合金成分，目前这两种焊剂在国外已经广泛用于焊接碳钢，高强度钢和高合金钢，但国内生产中应用还不够广泛，具有较高的发展前景。

　　(2)按化学成分可分为高猛焊剂、中锰焊剂、低锰焊剂和无锰焊剂。

　　(3)按化学特种可分为酸性焊剂、碱性焊剂、和中性焊剂。

　　(4)按焊剂用途可分为埋弧焊剂和电渣焊剂。

　　2.焊剂的作用：焊剂在焊接电弧的高温区内熔化反应生成熔渣和气体，对熔化金属起保护和冶金作用。

　　3.焊剂使用的注意事项：

　　(1)焊剂应放在干燥的库房内。库房内应装有去湿机，控制室内湿度，防止焊剂受潮，影响焊接质量。

　　(2)焊剂使用前应按说明书所规定的参数进行烘焙，通常在250～300℃：烘焙2h。

　　(3)为防止产生气孔，焊前接缝处及其附近20mm的焊件表面应清除铁锈、油污、水分等杂质。

　　(4)回收的焊剂，应过筛清除渣壳、碎粉及其他杂物，与新焊剂按比例(如1:3)混合均匀后使用。

　　(5)埋弧焊的焊剂必须与所焊钢种和焊丝相匹配，保证焊接质量和焊缝性能。电渣焊的焊剂应具有适当的导电率;适当的黏度;较高的蒸发温度;良好的脱渣性、抗裂性和抗气孔的能力。

　　二、常用的焊接设备及选用原则

　　(一)焊接电源

　　1.弧焊电源一般有弧焊变压器、直流弧焊发电机和弧焊整流器。弧焊电源的外特性应是陡降的，即随着输出电压的变化，输出电流的变化应很小。熔化极气体保护电弧焊和埋弧焊可采用平特性电源，它的输出电压在电流变化时变化很小。

　　2.弧焊变压器提供的是交流电，应用较广。与直流电源相比具有结构简单、制造方便、使用可靠、维修容易、效率高、成本低等优点。

　　3.直流弧焊发电机其稳弧性好、经久耐用、受电网电压波动的影响小，但制造较复杂，消耗材料较多，空载损耗大，已被列入淘汰产品。

　　4.弧焊整流器是采用硅二极管或可控硅作整流器的直流弧焊电源。

　　5.晶体管式弧焊电源用大功率晶体管组成，能获得较高的控制精度和优良的性能，但成本较高。

　　6.电阻焊变压器，空载电压范围为1～36V，电流可达几万安，适用于交流电阻焊机。

　　(二)焊机

　　1.焊机的分类

　　焊机根据焊接自动化程度可分为手工焊机和自动焊机。

　　(1)手工焊机。主要有C02气保焊机，氩弧焊机，混合气体保护焊机等类型，其中氩弧焊机对工人的操作技能要求较高。

　　(2)自动焊机。是由电气控制系统，并根据需要配备送丝机，焊接摆动器，弧长跟踪器，各种回转驱动装置，工装夹具，滚轮架，焊接电源等组成的一套自动化焊接设备。包括焊接机器手，环纵缝自动焊机，变位机，焊接中心，龙门焊机等。

　　2.常用的焊机

　　(1)埋弧焊机特性

　　1)埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类。生产效率高、焊接质量好、劳动条件好。

　　2)埋弧焊是依靠颗粒状焊剂堆积形成保护条件，主要适用于平位置(俯位)焊接。

　　3)埋弧焊剂的成分主要是Mno,Si02等金属及非金属氧化物，难以焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。

　　4)适用于长缝的焊接。

　　5)不适合焊接薄板。

　　(2)钨极氩弧焊机特性

　　1)氩气能充分而有效地保护金属熔池不被氧化，焊缝致密，机械性能好。

　　2)明弧焊，观察方便，操作容易。

　　3)穿透性好，内外无熔渣，无飞溅，成形美观，适用于有清洁要求的焊件。

　　4)电弧热集中，热影响区小，焊件变形小。

　　5)容易实现机械化和自动化。

　　(3)熔化极气体保护焊机特性

　　1)C02气体保护焊生产效率高、成本低、焊接应力变形小、焊接质量高、操作简便。但飞溅较大、弧光辐射强、很难用交流电源焊接、设备复杂。有风不能施焊(环境风速达到或超过2m/s，在没有采取防风措施的情况下，不能施焊)，不能焊接易氧化的有色金属。

　　2)熔化极氩弧焊的焊丝既作为电极又作为填充金属，焊接电流密度可以提高，热量利用率高，熔深和焊速大大增加，生产率比手工钨极氩弧焊提高3～5倍，最适合焊接铝、镁、铜及其合金、不锈钢和稀有金属中厚板的焊接。

　　(4)等离子弧焊机特性

　　具有温度高、能量集中、较大冲击力、比一般电弧稳定、各项有关参数调节范围广的特点。

　　(三)焊接设备选用原则

　　1.选用原则

　　(1)安全性必须通过国家对低压电器的强制性“CCC"认证。

　　(2)经济性价格服从于技术特性和质量，其次考虑设备的可靠性、使用寿命和可维修性。

　　(3)先进性提高生产率、改善焊接质量、降低生产成本。

　　(4)适用性充分发挥应有的效能。

　　2.淘汰落后设备

　　根据《住房及城乡建设部公告》第659号(2008年4月30日公布)，立即淘汰落后设备清单中，焊接设备有：直流弧焊机;电动机驱动旋转直流弧焊机全系列;交流弧焊机BX1一135;BX2--500;直流弧焊机电动发电机AXl--500;AP-1000;箱式电阻炉SX系列。