大型不銹鋼箱體的焊接工藝的設(shè)計(jì)說明

1、大型不銹鋼箱體的焊接工藝設(shè)計(jì) 不銹鋼作為應(yīng)用最廣、最重要的耐腐蝕材料，在工業(yè)運(yùn)輸、高科技產(chǎn)品、金屬結(jié)構(gòu)件 及家庭用品中都有廣泛的應(yīng)用，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、礦業(yè)及冶金技術(shù) 的發(fā)達(dá)和國(guó)際交流的擴(kuò)大、我國(guó)的不銹鋼的生產(chǎn)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用迅速擴(kuò)大不銹鋼材料的 焊接及其對(duì)材質(zhì)變化的影響也越來越多的得到人們的關(guān)注。 鍍膜室箱體為奧氏體不銹鋼真空壓力容器，其結(jié)構(gòu)為箱式結(jié)構(gòu)件，外形尺寸長(zhǎng)寬高是 2000mmX2300mmX600mm,對(duì)角線只差要求小與等于2mm,各平面的的平面度要求小于等于 lmm,相連2件的垂直度要求小于等于lmm。鍍膜室箱體是由方口法蘭組建，頂板組件，前 側(cè)板組件，后側(cè)板組

2、件，底板組件等構(gòu)成，方口法蘭組件又是由6=1. 5mm的不銹鋼板折彎 形成的水道及5 =26-28nun的厚板組成。各組件焊縫較長(zhǎng)，要求焊后無縫隙，整個(gè)箱體的總 長(zhǎng)大概在20m左右。該箱體所使用的材料在國(guó)的牌號(hào)是0Crl8Ni9,為奧氏體不銹鋼， 奧氏體不銹鋼根據(jù)化學(xué)成分分類可以分為以下三類：1）18-8型奧氏體不銹鋼這是 應(yīng)用最早、最廣泛的一類奧氏體不銹鋼，也是奧氏體不銹鋼的基本鋼種，其他奧氏體不銹 鋼的鋼號(hào)都是根據(jù)不同使用要求由18-8型不銹鋼而衍生出來的。2） 18-12MO型奧氏體不 銹鋼。3） 25-20型奧氏體不銹鋼。 根據(jù)組織的特點(diǎn)又可以分為以下三類1）非穩(wěn)定化奧氏體不銹鋼。2）

3、穩(wěn)定化奧氏體 不銹鋼。3）單項(xiàng)奧氏體不銹鋼。奧氏體不銹鋼可采用熔焊的任何一種方法進(jìn)行焊接，人 們常用的焊接方法有焊條電弧焊，和氣體保護(hù)焊。等離子弧焊接、真空電子束焊接和激光 焊接等髙能焊，在奧氏體不銹鋼的焊接中也逐步得到了應(yīng)用。 1 ）焊條電弧焊 焊條電弧焊因?yàn)槠涫褂玫脑O(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，靈活可靠，適應(yīng)性強(qiáng)等原因而得到了 廣泛的運(yùn)用，但是焊條電弧焊也有明顯的缺點(diǎn)，就是勞動(dòng)的條件差生產(chǎn)的效率低，難以實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化，只是用與單件和小批量產(chǎn)品的焊接。 2 ）埋弧焊 埋弧焊是一種機(jī)械化程度較髙的焊接方法，效率高。埋弧焊所用的焊接電流比較大， 電流密度大，加之焊劑和焊渣的隔熱效果，它的熱功率較髙，熔深也大

4、，比較適合中厚板 的平焊。 3）氣體保護(hù)焊 氣體保護(hù)焊是采用氣體作為保護(hù)介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。一般情況下，奧 氏體不銹鋼都是以氫氣保護(hù)焊為主。氫氣保護(hù)焊又分為鴿極氫弧焊和熔化極氫弧焊兩種。 鴿極氫弧焊能獲得髙質(zhì)量的焊縫，并且能進(jìn)行全位置的焊接，鑄極氫弧焊時(shí)，母材金屬加 熱的特點(diǎn)介于氣焊和焊條電弧焊之間，并且可以在很小的焊接電流（W10A）下，電弧依 I日可以穩(wěn)定的燃燒，非常適用與焊接薄或者是超薄奧氏體不銹鋼的焊接構(gòu)件。在施焊的過 程中，不會(huì)產(chǎn)生飛濺，焊縫成形也相當(dāng)美觀，不存在焊殼，不需要清理。鴿極氫弧焊也有 缺點(diǎn)，它雖然能獲得良好的焊接質(zhì)量，但是電流的限制，使其焊接電流不能太大，鵠極

5、氫 弧焊在焊接中厚板時(shí)，生產(chǎn)的效率低，勞動(dòng)條件差，焊接變形大，并且影響焊接接頭抗腐 蝕性能，不能滿足中厚板的生產(chǎn)需求。而熔化極氣體保護(hù)焊使用焊絲作為電極，焊接電流 就可以大大的提髙，生產(chǎn)效率也得到了提高，焊接中厚板時(shí)，不需要預(yù)熱，改善了勞動(dòng)的 條件，減少了焊接變形，也提髙了焊接接頭的耐腐蝕性。所以熔化極氫弧焊比較適用于中 等和大厚板材的焊接。 根據(jù)該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，箱體的部空間較小，無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接，焊條電弧焊及埋弧 焊等方法難以達(dá)到，所以該產(chǎn)品選擇手工操作鵠極氫弧焊和和半自動(dòng)熔化極氫弧焊兩種焊 接方法進(jìn)行焊接。下圖是關(guān)于氫弧焊的焊接分類： 一、鵠極氫弧焊 (1) 鵠極氫弧焊焊接工藝 焊前清理

6、。焊接區(qū)及填充焊絲都要進(jìn)行嚴(yán)格的清理，除盡氧化膜、油污、贓物和 水分，一定要保證焊接區(qū)和填充焊絲的清潔，不能有一點(diǎn)臟。 焊接參數(shù)。鑄極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼的焊接參數(shù)選擇應(yīng)該要先根據(jù)板厚來決 定焊接電流的圍，再根據(jù)焊接電流來選擇鴿極種類及直徑，下圖分別給出了鴿極直徑與焊 接電流的關(guān)系，不填充焊絲自動(dòng)鵠極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼的焊接參數(shù)和自動(dòng)填充焊絲 自動(dòng)鴿極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼的焊接參數(shù)以及手工鵠極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼時(shí) 的焊接參數(shù)。 鴿極直徑和焊接電流的關(guān)系 鉤極直徑 /mm 直流正接 /A 交流 /A 純鉤 牡一鵠 純鴿 牡-鉤 0.5 2-20 2-20 2-15 2-15 1.0

7、10-75 10-75 15-55 15-70 1.6 40-130 60-150 45-90 60-125 2.0 75-180 100-200 65-125 85-160 2.5 130-230 160-250 80-140 120-210 3.2 160-310 225-300 150-190 150-250 4.0 275-450 350-400 180-260 240-350 5.0 400-625 500-675 240-350 330-460 不填充焊絲自動(dòng)鴿極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼的焊接參數(shù) 板厚711111 接頭形 式 鴿絲豆 徑/mm 焊接電 流/A 焊接速 度/ (cm/

8、mi n) 氫氣流 量/ (L/min ) 焊件裝 于氣壓 勤儉式 縱縫焊 0.5 I型 2 60-70 48-52 7-8 夾具上， 0.8 2 60-70 40-50 8 實(shí)現(xiàn)單 1.0 2.5 75-85 35-40 8 面焊雙 1.2 2.5 110-120 30-35 8 面成形 手工鴿極氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼時(shí)的焊接參數(shù) 板厚 /mm 接頭形 式 鉤極直 徑 焊絲 f * 焊接 電流 焊接速 度 氮?dú)夂?量 電弧電 壓 噴嘴直 備注 0.5 I型 1 15、20 20、30 34 812 8 釆用直 流正接 較大電 流適用 于在夾 具墊板 上焊 接，較 小 電流適 用于懸 空焊接

9、0.8 1.6 1 20、30 1 2 1.6 30、50 56 1.5 2 1.6 40、70 2 3 2 80110 2.5 V形 p二 0-0 5 A=60 -70 3 2 95130 68 12 3 3 2.5 110、60 4 34 3 12018 0 15、25 8 4 45 3 15025 0 氣體保護(hù)效果。氫氣的純度越高，其保護(hù)效果就會(huì)越好，焊接奧氏體不銹鋼的 時(shí)候，氨氣的純度達(dá)到99. 7%就可以了，在高的話就會(huì)增加焊接的成本。氫氣的流量應(yīng)該根 據(jù)噴嘴的直徑來選擇，而噴嘴的直徑又與焊接電流、焊接電壓和焊接的速度有關(guān)。主要是保 證對(duì)焊接接頭的良好保護(hù)。保護(hù)效果可以從焊接接頭的顏

10、色來初步判定。顏色判定見下表： 奧氏體不銹鋼焊接接頭顏色與保護(hù)效果的關(guān)系 焊接接 頭顏色 銀白、金 黃 藍(lán) 紅灰 灰色 dp 保護(hù)效 果 最好 良好 較好 不良 最壞 （2）鴿極脈沖氫弧焊 脈沖氫弧焊的特點(diǎn)。鵠極脈沖氫弧焊是普通鵠極氫弧焊的一種，它是基于普通無 極氫弧焊發(fā)展起來的一種新的焊接工藝，它通過控制電弧能量周期性脈沖變化來控制焊接 熔池過程，可以以鵠極為電極。它的原理就是以一個(gè)較小的基值電流來維持一個(gè)電弧的店 里通道，在這個(gè)基礎(chǔ)上加一個(gè)周期性的脈沖電流產(chǎn)生脈沖主電弧，以熔化金屬并控制熔滴 過渡。 低頻脈沖氫弧焊。低頻脈沖氫弧焊的基本原理就是：焊接電流呈周期性變化，脈 沖的頻率，從每秒接

11、近于一次至幾次，至多不超過十幾次，即以低頻脈沖的方法供給電流 脈沖。 脈沖焊時(shí)的電流由兩部分組成的，一個(gè)是脈沖電流，一個(gè)就是基值電流。焊接的時(shí)間也是 由脈沖電流的持續(xù)時(shí)間和基值電流持續(xù)時(shí)間兩部分組成。它們是用來調(diào)整和控制焊接接線 能量的主要參數(shù)。在一個(gè)脈沖電流期間，基本金屬熔化到一定程度的熔深；隨之馬上轉(zhuǎn)變 為一個(gè)小電流，它的主要作用是維持電弧不會(huì)熄滅，也是為了提供一個(gè)熔池冷卻凝固的條 件，使焊接不至于燒穿。其實(shí)，脈沖氫弧焊所完成的連續(xù)焊縫是由許多焊點(diǎn)搭接而成的。 焊接電流周期性變化，不僅能保證得到一定熔深又不至于焊穿的焊縫，而且隨著頻率節(jié)奏 可以得到美觀的焊縫。通過電弧脈沖變化，使焊接接頭金

12、相組織變得均勻，還細(xì)化了晶粒, 從而提髙了焊接解耦的力學(xué)性能焊耐腐蝕性能。所以用脈沖氫弧焊焊接奧氏體不銹鋼薄件 和中厚件都是非常有益的。 （3）髙頻脈沖鴿極氫弧焊。高頻鴿極氫弧焊不同于低頻脈沖鴿極氫弧焊之處是它的焊 接電流以每秒幾千次甚至幾萬次的極高頻率變化著。高頻脈沖電流使得電弧的磁收縮效應(yīng) 比較的強(qiáng)烈，電弧橫截面收到的壓縮更為的激烈，提高了電弧的熱流密度，增強(qiáng)的電弧的 挺度。相比較于低頻脈沖氫弧焊，在同等焊接能量條件下，高頻脈沖氫弧焊可以有更大的 熔深及更窄的熱影響區(qū)。與此同時(shí)還能使熔池能更好的攪拌，改善焊縫的冶金性能，特別 適合鋁及鋁合金的焊接。高頻脈沖電弧產(chǎn)生的壓力還導(dǎo)致超生震動(dòng)，它可

13、以增強(qiáng)熔化金屬 的流動(dòng)性。這些都有利于晶粒的細(xì)化，減少焊縫氣孔，還是得焊縫成形美觀。在焊接店里 平均值相等的情況下，髙頻脈沖鴿極氫弧焊的焊接速度可比普通鴿極氫弧焊提髙1倍以上, 這就必然縮短焊縫金屬在髙溫的停留時(shí)間，對(duì)改善奧氏體不銹鋼耐腐蝕性是有益的。但是, 它的缺點(diǎn)就是在焊接的過程中有刺耳的噪聲。 第2章 熔化極氣體保護(hù)焊 熔化極氣體保護(hù)焊是用可熔化的焊絲與被焊工件之間的電弧作為熱源來熔化焊絲的 母材金屬，并向焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體的一種焊接方法。使電弧、熔化的焊絲、熔池及附近 的金屬免受周圍空氣的有害作用，通過連續(xù)輸送進(jìn)焊絲不斷熔化并過渡到熔池，參與形成 焊縫金屬。本章主要介紹熔化極氣體保護(hù)焊

14、的特點(diǎn)，應(yīng)用圍，熔滴過渡形式，保護(hù)氣體種 類與焊接工藝等容，對(duì)熔化極惰性氣體保護(hù)焊的其他方法也做一些簡(jiǎn)單的介紹。 2.1熔化極氫弧焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用 2.1.1熔化極氫弧焊的原理 熔化極氣體保護(hù)焊通常所采用的氣體是氫氣，即熔化極氫弧焊。這種焊接方法中連續(xù)送進(jìn) 的焊絲即作為電極又作為填充金屬，在焊接的過稱中焊絲不斷的熔化并過渡到熔池中去從 而形成焊縫。其焊接的原理如圖2.1所示： 圖2. 1 Mig焊的原理示意圖 隨著時(shí)代的進(jìn)步，熔化極氫弧焊應(yīng)用的擴(kuò)展，只是用Ar或者是He作保護(hù)氣體已經(jīng)難 以滿足生產(chǎn)需要，因而發(fā)展了在惰性氣體中加入一些活性氣體，比如氧氣，二氧化碳等組 成的混合氣體作為保護(hù)氣體

15、的方法，這種方法通常稱為熔化極活性混合氣體保護(hù)焊，即MAG 焊，它與MIG焊在原理、特點(diǎn)和工藝上都與MIG焊很類似，所以將其歸入MIG焊中一起介 紹。 2.1.2熔化極氫弧焊的特點(diǎn) 和其他的電弧焊相比，熔化極氫弧焊具有以下特點(diǎn)： 適用的圍廣o與其他的電弧焊相比，熔化極氮弧焊幾乎可以焊接所有的金屬，一些 容易氧化的非鐵類金屬也可以焊接，比如說鋁及鋁合金、銅及銅合金.鈦及鈦合金等。它 既可以焊接薄板又可以焊接中等厚度和大厚度的板材，并且適應(yīng)任何位置的焊接。 生產(chǎn)的效率髙二焊接的變形小。熔化極氫弧焊的焊絲和電弧的電流密度大，焊絲的 熔化速度快，對(duì)母材的熔效率髙，母材的熔深和焊接變形都好于TIG焊，焊

16、接的生產(chǎn)效率 髙。 熔化極氨弧焊電弧狀態(tài)較穩(wěn)定，熔滴過渡平穩(wěn)，幾乎不產(chǎn)生飛濺，熔透也較深。 惰性氣體一般不與熔化金屬產(chǎn)生反應(yīng)，可以防止周圍的空氣進(jìn)入，能夠避免氧化和 氮化。 熔化極氫弧焊對(duì)母材表面的氧化膜有良好的陰極霧化清理效果。 熔化極氨弧焊的有點(diǎn)眾多，但是也有一些缺點(diǎn)。 該焊采用氨氣作為保護(hù)氣體，導(dǎo)致焊接成本比二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的成本要髙，焊 接的生產(chǎn)效率也比二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊要低。 MIG焊對(duì)焊件，焊絲的清理要求較高。 厚板焊接中封底焊焊縫成形不如TIG焊質(zhì)量好。 2.1.3熔化極氫弧焊應(yīng)用 MIG焊幾乎可以焊接所有的金屬，在厚度上所焊的最薄厚度是1mm,大厚度基本上市 不受限制的。目前

17、MIG焊被廣泛的應(yīng)用于汽車制造、工程機(jī)械.化工設(shè)備、礦山設(shè)備等行 業(yè)，由于其焊出的焊縫在質(zhì)量和外觀質(zhì)量都很髙，該方法已經(jīng)成為焊接一些重要結(jié)構(gòu)時(shí)的 優(yōu)先選用方法之一。 MIG焊分為自動(dòng)和半自動(dòng)兩種。自動(dòng)MIG焊使用于較規(guī)則的縱縫，環(huán)縫及水平位置焊 縫的焊接；半自動(dòng)MIG焊大多用于定位焊、短焊縫、斷續(xù)焊縫的焊接。 2.2熔化極氨弧焊的熔滴過渡和焊接設(shè)備 2. 2. 1熔滴過渡 熔化極氫弧焊在焊接奧氏體不銹鋼時(shí)的熔滴過渡形式根據(jù)形成條件不同，一般分為三 種，分別是短路過渡、滴狀過渡和噴射過渡。 短路過渡 短路過渡電弧之間的間隙小，電弧的電壓比較低，電弧功率較小，適用薄板的焊接。 短路過渡的焊接規(guī)圍窄，所以較少使用。 噴射過渡 噴射過渡，對(duì)于一定直徑焊絲和保護(hù)氣體，當(dāng)焊接電流