船舶焊接工藝5

氣體保護焊第一節(jié)二氧化碳氣體保護電弧焊☆二氧化碳氣體保護電弧焊—與其他電弧焊相比因有更大的適應性、更高的效率、更好的經(jīng)濟性、更容易獲得優(yōu)質(zhì)焊縫，所以成為一種重要的焊接方法。（以下簡稱CO2焊，工廠一般稱二保焊）一、CO2焊的特點及應用1、實質(zhì)—CO2焊是利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。CO2使電弧和熔池與空氣隔離，防止空氣中的氧、氮、氫對熔滴和熔池金屬產(chǎn)生有害作用。是一種自動或半自動的焊接方法。不利因素：CO2是氧化性氣體（高溫狀態(tài)下），會使熔池金屬氧化。高溫CO2→CO＋OFe＋O→FeO2、CO2焊的特點☆優(yōu)點a、生產(chǎn)率高—熱效率高，不要清渣。生產(chǎn)率比手工電弧焊高2-4倍。b、成本低—CO2氣價格便宜，焊接能耗低。比埋弧焊和焊條焊成本低一半。c、焊接應力和變形小—焊接速度快，焊件受熱面積小，CO2氣有冷卻作用。特別適用于薄板焊接。d、焊接質(zhì)量較高—CO2氣有除銹去氫功能，焊縫抗裂性能好。e、適用范圍廣—適用各種位置焊接；薄板、中板、部分厚板都能焊接?？梢允止げ僮鳎部梢詸C械操作。f、操作簡便—明弧有利于監(jiān)控，可實現(xiàn)機械化操作；不要清渣。☆缺點a、飛濺大，表面成形差。☆b、常用直流電源反接，焊接設備較復雜。c、抗風能力差，室外作業(yè)困難。d、不能焊接有色金屬。盡管CO2焊存在較多缺陷，但是隨著技術(shù)水平的提高，因其效率高、成本低，應用將更加廣泛。3、CO2焊的應用主要用于低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬的焊接。應用行業(yè)較多。二、CO2焊接設備有自動和半自動兩類，實際應用以半自動設備為主。設備的組成和作用（半自動）☆組成—由焊接電源、送絲機構(gòu)、焊槍、供氣系統(tǒng)、冷卻水循環(huán)裝置及控制系統(tǒng)組成。a、焊接電源：一般采用直流反接電源。細絲（直徑≤2.4mm）用平特性電源，等速送絲；粗絲（直徑＞3mm）平特性電源—電壓不隨電流變化而變化（實際為不大于4V/100A的小變化）。優(yōu)點：電弧穩(wěn)定、焊接參數(shù)調(diào)整方便、可避免焊絲回繞。（細絲用）下降特性電源—電流增大，電壓減小。焊接參數(shù)要多次調(diào)整。（粗絲用）電源動特性—指短路電流增長速度、短路電流峰值、電弧電壓恢復速度三個方面。不同焊絲，不同的焊接參數(shù)，有不同的要求。b、送絲機構(gòu)（半自動）送絲分類：分為等速送絲和變速送絲兩類。送絲方式：分為推絲式、拉絲式、推拉絲式三種。適用范圍：焊絲直徑0.8-2.0mm用推絲式；焊絲直徑≤0.8mm用拉絲式；推拉絲式焊絲直徑不限，但因結(jié)構(gòu)復雜等缺陷，很少使用。送絲機構(gòu)：由送絲電動機、送絲滾輪和壓緊機構(gòu)組成。送絲速度一般在2-16m/min內(nèi)調(diào)節(jié)。調(diào)速器：用調(diào)整電動機電壓實現(xiàn)無級調(diào)速。送絲軟管（推絲導管）：是導送焊絲的通道，要求有良好的剛性和彈性。c、焊槍作用：有送氣、送絲和導電的作用。要求：eq\o\ac(○,1)送絲均勻、導電可靠、氣體保護良好；eq\o\ac(○,2)結(jié)構(gòu)簡單、耐用、維修方便；eq\o\ac(○,3)使用性能好。焊槍類型：分半自動（或手動）和自動（機動）兩種。噴嘴和導電嘴：噴射CO2氣體和導電用。d、供氣系統(tǒng)組成：由CO2鋼瓶、預熱器、干燥器、減壓器、流量器、氣閥等組成。鋼瓶—常用液態(tài)CO2氣，液態(tài)CO2氣一般使用鋼瓶包裝。標志：灰色、黑字。預熱器—通常稱氣化器（裝置）焊接現(xiàn)場不用。干燥器—現(xiàn)場不用。減壓器—調(diào)整氣壓。流量計—控制流量。典型CO2焊接設備主要介紹NEW-K系列中應用最多的YM-355KEV型CO2焊機（68-69頁）三、CO2焊的冶金特性和焊接材料1、合金元素的氧化與脫氧合金元素的氧化—CO2的強氧化性：高溫CO2→CO＋O［Fe］＋CO2→（FeO）＋CO↑［Fe］＋O→（FeO）↓［Mn］＋O→（MnO）↓［Si］＋2O→（SiO2）↓［C］＋O→CO↑在溫度較低的熔池后部合金元素進一步氧化：2（FeO）＋［Si］→2［Fe］＋（SiO2）↓（FeO）＋［Mn］→［Fe］＋（MnO）↓（FeO）＋［C］→［Fe］＋CO↑氧化反應的結(jié)果—Fe、Si、Mn和C等主要合金元素被燒損；SiO2和MnO形成硅酸鹽熔渣；FeO大部分浮于熔池表面；CO排出時使金屬飛濺，排不出則產(chǎn)生氣孔。造成CO2焊的三個主要問題。CO2焊的脫氧—在焊絲或焊絲藥芯中加入Si、Mn等脫氧劑。（71頁）2、CO2焊的氣孔及防止產(chǎn)生原因—CO、N2、H2可能因熔池凝固速度快而留在焊縫中形成氣孔。eq\o\ac(○,1)CO氣孔—熔池中C與FeO反應生成的CO來不及逸出而形成。防止方法是在焊絲中增加脫氧劑（Si、Mn），控制C含量。如母材中含碳量較高，則改變焊接參數(shù)，減小凝固速度，以利于氣體排出。eq\o\ac(○,2)氮氣孔—高溫狀態(tài)下空氣中的N2在熔池中溶解度大，溫度下降時溶解度減小，形成氣體。如來不及逸出，就形成氣孔。防止方法是改善氣體保護的效果，在室外作業(yè)要采取防風措施，選用含有固氮元素的焊絲。eq\o\ac(○,3)氫氣孔—焊件、焊絲表面的油污及含水鐵銹，在高溫狀態(tài)下生成H2或電離成H離子溶入熔池，溫度下降H的溶解度陡然下降，析出H2氣，來不及排出就形成氣孔。防止方法是清除焊件、焊絲表面的雜質(zhì)，控制保護氣體中的水分。3、CO2焊的飛濺及防止產(chǎn)生原因—eq\o\ac(○,1)氣體爆炸；eq\o\ac(○,2)電弧斑點壓力造成熔滴飛濺；eq\o\ac(○,3)熔滴汽化爆炸；eq\o\ac(○,4)焊接參數(shù)不當。防止方法：eq\o\ac(○,1)正確選用焊接參數(shù)—焊接電流，焊絲伸出長度，焊槍角度。eq\o\ac(○,2)使用CO2＋Ar（氬氣）的混合保護氣體。eq\o\ac(○,3)采取技術(shù)措施控制熔滴汽化。eq\o\ac(○,4)采用低飛濺率焊絲。（超低碳焊絲、藥芯焊絲等）4、CO2焊的氣體及焊絲CO2氣體eq\o\ac(○,1)性質(zhì)—無色、無味、無毒。密度1.98kg/m3，比空氣重，化學性質(zhì)穩(wěn)定，高溫時分解。eq\o\ac(○,2)CO2形態(tài)—固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。轉(zhuǎn)化方式：氣體加壓→液體氣體常壓冷卻→固體（干冰）固體（干冰）升溫→體氣eq\o\ac(○,3)提高氣體純度的措施（參考74頁5條措施）焊絲eq\o\ac(○,1)作用—填充金屬、電極。eq\o\ac(○,2)要求—含有脫氧劑；C、S、P含量要低；表面鍍銅。eq\o\ac(○,3)牌號和化學成分—見75頁表5-2、表5-3四、CO2焊的焊接工藝熔滴過渡形式—短路過渡、細滴過渡2種形式。CO2焊短路過渡焊接工藝特點—采用細焊絲、低電壓、和小電流。熔滴細小，過渡頻率高，電弧穩(wěn)定，飛濺少，成形美觀。應用—主要焊接薄板，全位置焊接。工藝參數(shù)選擇—選擇焊絲直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、氣體流量、焊絲伸出長度及電感值等。焊絲直徑：常用0.6-1.6mm。eq\o\ac(○,1)送絲速度：送絲速度快，電流大。送絲速度過快，熔池沸騰，飛濺大，應有限制。eq\o\ac(○,2)焊接電流：與送絲速度、焊絲外伸長度、焊絲直徑有關(guān)。常用小電流，飛濺少，熔深淺。eq\o\ac(○,3)電弧電壓：是關(guān)鍵的焊接參數(shù)，一般在17-23V之間。大于29V，短路過渡不穩(wěn)定。eq\o\ac(○,4)焊接電流、電弧電壓的選用：根據(jù)焊絲直徑選用。（76頁表5-4）eq\o\ac(○,5)焊接速度：過快、過慢都會造成焊接缺陷。通常控制在30-60cm/min范圍內(nèi)。eq\o\ac(○,6)保護氣體流量：與焊接電流有關(guān)200A以下薄板焊接為10-15L/min；200A以上厚板焊接為15-25L/min氣體流量、噴嘴高度、大風等是影響保護氣體保護效果的主要因素。eq\o\ac(○,7)電感值：有調(diào)節(jié)電流增長速度和調(diào)節(jié)電流燃燒時間，控制母材熔深的作用。調(diào)節(jié)焊接回路中的電感值，可以調(diào)節(jié)電弧的燃燒時間。eq\o\ac(○,8)電源極性：一般采用直流反接，電弧穩(wěn)定、飛濺少、熔深大、生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量好。CO2焊細滴過渡焊接工藝特點—電弧電壓較高，焊接電流較大。熔滴以細滴形式過渡，電弧穿透力強，熔深大。適合中厚板焊接。焊接參數(shù)選擇—eq\o\ac(○,1)細滴過渡電弧電壓在34-45V范圍內(nèi)；焊接電流根據(jù)焊絲直徑選擇。78頁表5-5數(shù)據(jù)可供參考。eq\o\ac(○,2)焊接速度比埋弧焊高0.5-1倍，一般為40-60m/h。eq\o\ac(○,3)保護氣體流量比短路過渡的CO2焊高1-2倍，常用流量為25-50L/min。CO2焊的焊接技術(shù)焊前準備—包括設計坡口、坡口加工與清理、焊件定位。eq\o\ac(○,1)坡口形狀參見79頁表5-6。eq\o\ac(○,2)坡口加工方法有機械加工、氣割、碳弧氣刨3種，加工精度比焊條電弧焊要求高。焊縫10-20mm范圍內(nèi)的污物應清除干凈，一般用火焰烘烤。eq\o\ac(○,3)焊件定位焊是為了防止焊件變形，保證坡口形狀和尺寸。書中有關(guān)數(shù)據(jù)僅供參考。引弧與收弧—防止焊接缺陷應注意的操作方法。eq\o\ac(○,1)引弧工藝：常用劃擦倒退引弧法，防止引弧處未焊透。eq\o\ac(○,2)收弧工藝：為防止收尾處弧坑缺陷，常用工藝板收尾或用斷續(xù)焊接方法收尾。eq\o\ac(○,3)焊道接頭方法：在弧坑前10-20mm處引弧，后快速返回原弧坑中心，焊縫相連后正常焊接。平焊的焊接技術(shù)—包括單面焊雙面成形工藝和對接焊工藝。eq\o\ac(○,1)單面焊雙面成形工藝：無墊板懸空焊接對焊工的技術(shù)水平要求很高，坡口精度、裝配質(zhì)量、焊接參數(shù)要求嚴格。（見81頁表5-7、表5-8）加墊板焊接，焊接參數(shù)要求不嚴格。（82頁表5-9）eq\o\ac(○,2)對接焊工藝：薄板采用短路過渡，中厚板采用細滴過渡。焊接參數(shù)見82頁表5-10。五、CO2焊的其它方法1、藥芯焊絲CO2焊藥芯焊絲—將穩(wěn)弧劑、造渣劑和合金粉包裹在焊絲金屬里面的焊絲。藥芯焊絲CO2的特點eq\o\ac(○,1)優(yōu)點：焊接生產(chǎn)率高；飛濺少，成形美觀；適應性強，可焊特殊鋼材；抗氣孔能力強。eq\o\ac(○,2)缺點：焊絲成本高；焊絲易銹，藥粉易潮；送絲困難；渣多，煙塵多。藥芯焊絲的結(jié)構(gòu)—分簡單O型和復雜折疊型（T形、E形、梅花形、中間填絲形）。藥芯成分和作用與焊條藥皮類似。焊接參數(shù)eq\o\ac(○,1)直流、交流、平特性或下降特性電源均可使用，常用直流平特性電源。eq\o\ac(○,2)焊絲伸出長度隨焊接電流的增加而減小，通常在19-38mm之間。eq\o\ac(○,3)保護氣體流量與普通CO2氣體保護焊相同。2、CO2點焊（鉚焊）特點eq\o\ac(○,1)設備簡單，電源功率小，使用方便靈活。eq\o\ac(○,2)焊件表面張力要求不高。eq\o\ac(○,3)上下板之間裝配要求不高。eq\o\ac(○,4)焊點距離和板厚不限。接頭形式—84頁圖5-18（參考）eq\o\ac(○,5)焊接質(zhì)量比電阻點焊高。3、CO2氣電立焊特點—可不開坡口進行厚板（12-80mm）對接立焊（立向位置焊接）。可使用CO2單一保護氣體，也可用CO2＋Ar混合保護氣體。方法—在接頭兩側(cè)使用成型器具（固定式或活動室冷卻塊）強制焊縫成形。示意圖85頁圖5-19（焊縫位置劃錯）設備—由焊接電源、導電嘴、水冷滑塊、送絲機構(gòu)、焊絲擺動機構(gòu)和供氣裝置等組成。第二節(jié)鎢極惰性氣體保護焊鎢極惰性氣體保護焊—使用純鎢或活化鎢作非熔化極，惰性氣體（Ar）保護的焊接方法。簡稱TIG焊（TungstenInertGasWelding）。因采用氬氣保護，又稱鎢極氬弧焊。焊接厚板、高導熱率或高熔點金屬時，也可采用氦氣或氦氬混合氣保護。一、TIG焊的特點及應用1、TIG焊的原理—非熔化極鎢基本不熔化，可保持電弧長度，填充焊絲在電弧前方添加（一般不加）。2、TIG焊的特點eq\o\ac(○,1)可焊金屬多?？珊赣猩饘佟⒉讳P鋼和各種合金。eq\o\ac(○,2)適應能力強?？蛇M行各種位置的焊接，易于實現(xiàn)機械化和自動化焊接。特別適合薄件和超薄件焊接。eq\o\ac(○,3)焊接生產(chǎn)率低。電流小、熔深淺、熔敷速度小，固生產(chǎn)率低。eq\o\ac(○,4)成本高。由于惰性氣體較貴，只能用于要求較高的產(chǎn)品焊接。TIG焊的應用幾乎適用于所有鋼材、有色金屬及合金的焊接。特別適用于化學性質(zhì)活潑、難熔的金屬和異種金屬的焊接。只能用于6mm以下厚度的焊件。二、TIG焊的電流種類和極性1、直流TIG焊eq\o\ac(○,1)直流正接：熔池深而窄，生產(chǎn)率高，焊件收縮應力和變形?。绘u極許用電流大，壽命長；引弧容易，燃燒穩(wěn)定。eq\o\ac(○,2)直流反接：因鎢極燒損大，許用電流小，生產(chǎn)率低，除鋁、鎂及其合金外，很少使用。（87頁圖5-21b極性劃反）2、交流TIG焊兼有直流正接和反接的優(yōu)點，但存在電弧過零點（熄滅）復燃困難和回路中生產(chǎn)直流分量的問題。eq\o\ac(○,1)過零點復燃及穩(wěn)弧措施常采用提高電源空載電壓穩(wěn)??；采用高頻振蕩器穩(wěn)??；采用高壓脈沖穩(wěn)弧三種方法。eq\o\ac(○,2)限制或消除直流分量措施常采用串聯(lián)直流電源（蓄電池）；接入電阻和二極管；串聯(lián)電容幾種方法。eq\o\ac(○,3)電流種類和極性根據(jù)焊件材料選擇參見88頁表5-12（第一行后加“交流”二字）三、TIG焊設備1、分類：eq\o\ac(○,1)按操作方式分為手工和自動二類。eq\o\ac(○,2)按電源分交流、直流、矩形波三類。2、設備組成：（交流TIG設備）由焊接電源、焊槍及電極、控制系統(tǒng)和供氣冷卻系統(tǒng)組成。四、TIG焊工藝1、焊前清理焊接前焊件表面及焊絲的油污、灰塵和氧化膜應清除干凈。常用洗擦、機械加工、化學處理等方法。（按技術(shù)要求操作）2、工藝參數(shù)的選擇工藝參數(shù)—包括焊接電流、電弧電壓（電弧長度）、焊接速度、填絲速度、保護氣體流量與噴嘴孔徑、鎢極直徑與形狀等。焊接方法—可采用填充焊絲或不填充焊絲二種方法形成焊縫。成形情況見92頁圖5-25工藝參數(shù)的影響：eq\o\ac(○,1)焊接電流。電弧能量與焊接電流成正比，電流越大，可焊材料厚度越大。電流太大易咬邊、焊漏；太小易形成未焊透。eq\o\ac(○,2)電弧電壓（電弧長度）?；￠L增加，電弧電壓增加，熔寬和加熱面積略有增加。過長時電弧對熔池的作用減??；弧長還影響氣體保護效果。不填充焊絲為1-3mm，填充焊絲為3-6mm。eq\o\ac(○,3)焊接速度。過快，氣體保護效果差，易產(chǎn)生未焊透、氣孔、夾渣和裂紋等缺陷；過慢易產(chǎn)生焊穿和咬邊。一般采用較低的速度。eq\o\ac(○,4)填絲速度與焊絲直徑。填絲速度與焊絲直徑、焊接電流、焊接速度、接頭間隙等因素有關(guān)。送絲速度選擇不當，可能出現(xiàn)未焊透、燒穿、焊縫凹陷、余高大、成形差等缺陷。eq\o\ac(○,5)保護氣體流量和噴嘴直徑。為獲得最佳保護效果，氣體流量應與噴嘴直徑匹配；焊接電流增大或電弧長度（電壓）增加時，氣體流量和噴嘴