造船焊接與切割技術的知識

1、第3講 焊條電弧焊基礎授課內容： 接頭形式與坡口準備 焊條電弧焊接工藝特點 電焊條基本知識 弧焊電源及輔助設備接頭形式與坡口準備常見接頭形式在船體結構中，經常采用對接接頭、T形接頭、角接接頭和搭接接頭等形式。接頭形式與坡口準備對接接頭坡口形式對接接頭是船體結構中常見的接頭形式，多用于船體外板、甲板、內底板和艙壁板等構件間的聯(lián)接。坡口是根據設計或工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成的一定幾何形狀的溝槽。接頭形式與坡口準備當兩板厚度差大于4mm時，根據規(guī)定厚板邊緣加工成斜邊，以使其均勻過渡。接頭形式與坡口準備T形接頭是船體結構和海洋平臺結構中采用最多的一種接頭形式。在船體結構和海洋平臺結構中有些

2、受力不大的構件，可采用間斷填角焊縫(節(jié)約、提高效率、減小變形)。接頭形式與坡口準備船體結構與海洋平臺中，若外板與內側型材、腹板無法直接使用角焊縫聯(lián)接可采用塞焊作增強聯(lián)接，如舵結構、船尾柱等。L2+15mm多層多道焊針對V形或X形坡口，為保證完全焊透常需要背面刨根進行雙面焊，不能進行雙面焊時，可在背面設墊板進行單面焊焊接位置焊接位置平焊：最容易施焊，重力、表面張力、電弧吹力和電磁力均有利于熔滴過渡，焊縫形狀易控制，可選用粗焊條、大電流橫焊：在重力作用下，熔池中的鐵水易下淌，致使焊縫上部熔合線處出現(xiàn)咬邊，下部出現(xiàn)焊瘤或未焊透，較小電流(平焊和立焊之間)和短弧焊；立焊：熔池中鐵水易下淌，焊縫成形困難

3、，選用小直徑焊條和短弧焊，電流比平焊小10%-15%；仰焊：重力阻礙熔滴過渡，熔滴過渡困難，工作人員易疲勞，是最難焊的一種位置。細焊條、小電流(平焊和立焊之間)，最短的焊接電弧。角焊、船形焊：平角焊焊條與水平成45，前傾角70-80；焊接時選用的焊接電流可比平角焊大。焊接圖是圖示焊接加工要求的一種圖樣，它應將焊接件的結構、與焊接的有關內容表示清楚。 在視圖中，焊縫可用一組細實線圓弧或直線段（允許徒手畫）表示，如圖15-1a、b、c所示，也可采用粗實線表示，如圖15-1d、e、f所示。焊縫符號焊縫符號焊縫符號一般由基本符號和指引線組成。必要時還可以加上輔助符號、補充符號和焊縫尺寸符號等。基本符號

4、是表示焊縫橫剖面形狀的符號，它采用近似于焊縫橫剖面形狀的符號表示，如表所示?；痉柌捎脤嵕€繪制（線寬約為0.7b）。輔助符號是表示焊縫表面形狀特征的符號，線寬要求同基本符號，見上表。不需確切地說明焊縫的表面形狀時，可以不用輔助符號。輔助符號補充符號補充符號是為了補充說明焊縫的某些特征而采用的符號。 工作原理:電弧在熔化的電極和工件之間燃燒，電弧和焊接熔池通過焊條產生的氣體和熔渣的保護來防止空氣的侵入。 焊條電弧焊工作原理焊條電弧焊工作原理焊條電弧焊是采用低電壓、大電流放電產生電弧，依靠電焊條瞬時接觸工件實現(xiàn)。引弧技術引弧：將焊條末端與焊件短路，然后迅速將焊條提起約2-4mm的距離，電弧即引燃

5、。引弧的方法有兩種：敲擊法(垂直)和劃擦法(劃動) 運條技術運條是在恒定弧長下，沿焊接方向前進，又做一定的橫向擺動，保證邊緣熔透，并熔敷一定量金屬，從而獲得優(yōu)良的焊縫。運條由三個基本運動合成，分別是焊條的送進運動、焊條的橫向擺動運動和焊條的沿焊縫移動運動。 焊條電弧焊工藝特點1）焊條電弧焊設備簡單、重量輕，操作靈活方便，適應性強，可達性好；2) 可焊金屬廣泛；3) 待焊接頭裝配要求較低；4) 勞動條件差，熔敷速度慢，生產率低。電弧的溫度焊條電弧焊接時，電弧溫度約在6000左右熔化極氣體保護焊接時，電弧溫度約10000左右。焊接鋼材時，陰極溫度約為2400 ，陽極溫度約為2600 ，正極（陽極）

6、上產生的溫度要比負極（陰極）溫度高200500。焊條電弧焊應用范圍1）可焊工件厚度范圍 可以焊接鋼板厚度為 1.5 mm ；一般在340mm之間。2）可焊金屬范圍a）能焊的金屬有：碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、 耐熱鋼、銅、鋁及其合金；b）能焊但可能需預熱、后熱或兩者兼用的金屬有：鑄鐵、高強度鋼、淬火鋼等c）不能焊的金屬有：低熔點金屬如Zn、Pb、Sn及其合金；難熔金屬如Ti、Nb、Zr等。3）最合適的產品結構和生產性質a）結構復雜的產品、具有各種空間位置、不易實現(xiàn)機械化或自動化焊接的焊縫；b）單件或小批量的焊接產品c）在安裝或修理部門 焊接工藝參數焊條電弧焊的工藝參數主要包括：焊條直徑、焊接電流、

7、電弧電壓、電源極性、焊接速度等。直徑(d)2.02.53.24.05.06.0長度(l)250/300350350/450350/450450450電流 I (A)408050 10090150120 200180270220 360經驗公式 最小 （A） 最大 20d40d 30d50d 35d60d 焊條直徑與焊接電流的關系 表1焊條直徑：主要依據工件厚度、接頭型式、焊縫位置以及焊接層數等。工件厚度小于4mm時，焊條直徑約等于工件厚度。工件厚度大于4mm時，焊條直徑可在36mm范圍內選擇。立焊時，焊條直徑不超過5mm。仰焊或橫焊時，焊條直徑不超過4mm。平焊時，可用大直徑焊條。多層焊時，底

8、層焊縫應選用細直徑焊條，以后各層可適當增大焊條直徑，提高生產率焊接工藝參數焊條直徑：工件厚度、接頭型式、焊縫位置以及焊接層數等焊接電流：取決于焊條直徑、焊接位置和板厚電弧電壓：與電弧長度有關電源極性：低氫型堿性焊條采用直流反接，酸性采用交直流兩用，優(yōu)先選用交流，焊厚板時可采用直流正接，薄板反接焊接速度：由焊工掌握。電焊條焊條一方面與母材形成電弧，另一方面熔化過渡到熔池與熔化母材組合，冷卻后形成焊縫。焊條由焊芯和涂料藥皮組成。根據藥皮與焊芯的重量比，即藥皮重量系數(K)，可分為厚藥皮焊條(30-50%)和薄藥皮焊條(1-2%)。焊芯采用焊接專用的金屬絲。牌號首位字母“H”代表焊，尾部字母“A”優(yōu)

9、質鋼，“E”特優(yōu)質鋼，如H08A、H08E、H10MnSi等 厚藥皮熔滴過渡飛濺形式熔深情況焊縫形式 焊縫的厚度和韌性 (機械性能指標) 熱裂紋和冷裂紋 (焊縫含氫量) 焊條的焊接方式、 起弧方式和熔滴過渡 藥皮厚度對飛濺、 焊縫形式和熔深等。藥皮厚度對飛濺焊縫形式和熔深影響圖13藥皮厚度越大 ,焊接飛濺率越低 ,脫渣性能越好。E4303：E表示焊條，43表示熔敷金屬抗拉強度 430MPa，0表示焊條適合于全位置焊接，03表示焊接電流種類為交流或直流區(qū)反接，及藥皮為鈦 E5015 E 表示焊條，50 表示熔敷金屬抗拉強度 500MPa，1 表示焊條適用于全位置焊接，15 表示焊條為低氫鈉型藥皮

10、，直流反接。 J422 J表示焊條為結構鋼焊條，42 表示焊縫金屬抗拉強度 420MPa，2 表示焊條為鈦鈣型藥皮，交直流正反接 J507 J表示焊條為結構鋼焊條，50 表示焊縫金屬的抗拉強度 500MPa，7 表示焊條為低氫鈉型藥皮直流反接。E 43 11表示適合全位置焊(0/1全位置焊，2平焊及平角焊，4立向下焊)表示焊條藥皮高纖維鉀鈣型，交流或直流反接(電流種類及藥皮類型)表示熔敷金屬抗拉強度最小值表示焊條焊條藥皮的作用 提高電弧的導電性 a）電弧引弧變易。 b）提高焊接性能。 造渣 a）影響熔滴的大小 b）可阻止有害氣體的侵入（ N 2和O2） c）決定焊縫的成型 d）防止焊縫快速冷卻

11、 造氣 a）通過有機物 b）通過碳酸鹽（比如：CaCO3） 脫氧及合金化 錳鐵、硅鐵、鉬鐵圖12 帶或不帶藥皮焊條情況無藥皮有藥皮電弧不穩(wěn)電弧穩(wěn)定無藥皮有藥皮保護氣罩藥皮無保護氣罩焊條分類和使用按使用目的：堆焊、連接焊、切割和水下焊接等。按焊縫化學成分：碳鋼、低合金鋼、高強鋼、 非金屬及鑄鐵按技術要求：焊縫機械性能、電流種類、極性、 熔敷率、暫載率、焊接位置、 焊縫形式、焊縫含氫量按藥皮類型：酸性藥皮（A）、堿性藥皮（B）、 金紅石藥皮（R）、纖維素藥皮（C）按制造類型: 指壓制方式 藥皮中的組成物可概括6類藥皮焊條的屬性，即，主要由藥皮決定的焊接性能和焊縫金屬的機械性能。1)-穩(wěn)弧劑:低電離

12、勢元素，如碳酸鉀、鉀水玻璃、鈉水玻璃2)-造渣劑：金紅石、大理石、鈦鐵礦等3)-造氣劑：碳酸鹽或有機物，如白云石、淀粉等4)-脫氧劑：對氧親和力元素，如錳鐵、硅鐵、鉬鐵等5)-合金劑：補償合金元素燒損6)-粘接劑：把藥皮粘結在焊芯上，如鉀水玻璃、鈉水玻璃 所須的各種材料大致分類如下：氧化物：Fe3O4，F(xiàn)e2O3，2Fe2O3 3H2O，MnO2，F(xiàn)eTiO3酸性材料：SiO2，硅土，脂肪，粘土，混凝土，粗面巖，漂土Kal-Si3O3，H2KAl3SiO12，Al4（OH）8Si4O10等堿性材料：CaCO3，MgCO3，F(xiàn)eCO3，MnCO3，BaCO3等液態(tài)材料：CaF2，AlF3.3Na

13、F其它材料：（粘接物質或造氣物質）：糊精、礦物質、硝酸甘油、纖維素、漿糊、人造松香、紙、動物脂肪、淀粉、糖等粘接劑：K2O.SiO2.NH2O、水玻璃鐵及亞鐵合金：Al、Fe、Mn、Ni粉、亞Cr、亞Mn 、亞Mo、 亞Si、亞Ti、亞V、亞W等重要焊條藥皮類型主要特點A酸性 此類型焊條藥皮中含有大量的鐵氧化物，引起氧勢偏高，和脫氧劑（含鐵-錳）。對于厚藥皮，酸性熔渣形成細熔滴過渡，產生平滑焊縫。酸性藥皮焊條只在定位焊接中使用，有局限性，并且比其他類型藥皮焊條更易受影響，而導致硬化裂紋。B堿性此類型焊條厚藥皮的特征是：主要由大量堿土金屬的碳酸鹽組成，例如，碳酸鈣（石灰）和氟石。為了改善焊接性能

14、，特殊情況下使用AC進行焊接，需要附加非堿性成分（如，金紅石和/或石英）。堿性藥皮有兩大性能： a)焊縫金屬的沖擊功比較高，特別是在低溫狀態(tài)下； b)比其他類型藥皮更能抵抗裂紋的產生，其焊縫金屬的高金屬純度可抗凝固裂紋，同時可減少冷裂紋的發(fā)生，在烘干狀態(tài)下施焊時得到的焊縫金屬的擴散氫含量低于其他類型，不超過可允許的上限H=15ml/100g焊縫金屬。通常堿性藥皮焊條適用于除PG焊外的全位置焊接。如果附加特殊成分，則適于PG焊。重要焊條藥皮類型主要特點C纖維素 此類型藥皮內含有大量的可燃物質，尤其是纖維素，由于強弧特性特別適用于立向下（PG）焊。R金紅石 此類型焊條為粗大熔滴過渡，從而確保焊條適

15、于金屬薄板的焊接。金紅石類型焊條適用于除立向下（PG）焊外的全位置焊接。RR厚藥皮金紅石 此類型焊條藥皮與藥芯的直徑比率大于或等于1：6。其特點是藥皮中含有大量的金紅石成分，再引弧性能良好，焊縫波紋整齊。重要焊條藥皮類型主要特點RC金紅石纖維素 此類型焊條的藥皮組成與金紅石焊條相似。但是此類型包含大量的纖維素。因此適用于立向下（PG）焊RA金紅石酸性 此混合型藥皮焊接性能基本上相當于酸性藥皮。但是，藥皮中鐵氧化物的比例由金紅石取代。因此基本上為厚藥皮，適用于除立向下（PG）焊外的全位置焊接。RB金紅石堿性 此類型焊條藥皮的特點是：含大量的金紅石和堿性成分。重要焊條藥皮類型主要特點對電焊條基本要

16、求 1)引弧容易，電弧穩(wěn)定，金屬飛濺少。2)焊條熔化速度應均勻，并稍慢于焊條芯的熔化速度。3)熔渣的黏度及流動性應適當,凝固后脫渣性好。4)焊條在焊接過程中應具有滲入合金和冶金的作用，以保證焊縫金屬和焊接接頭的力學性能及物理性能，并保證焊縫不產生氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。5)焊條應適合全位置焊接，藥皮強度要高，不易脫落、受潮，同心度好，焊接時放出的有害氣體應盡量少。正確選擇焊條的主要意義 1）有助于保證在焊接生產過程中不產生裂紋、氣孔等工藝缺陷。2）保證焊接接頭的機械性能滿足設計要求。在具有特殊使用要求的產品上，則是保證焊接接頭達到相應的特殊性能指標，如低溫性能、中、高溫性能，特定介質中的抗腐蝕

17、性能等。 選用焊條應考慮的基本原則： 1)焊接材料的力學性能和化學成分； 2)焊件的使用性能和工作條件； 3)焊件的結構特點和受力狀態(tài)； 4)施工條件及設備；5)改善操作工藝性能； 6)合理的經濟效益 。焊條的正確使用與保管 圖19 幾種礦物質吸濕率與放置時間的關系 圖20 室溫時，不同空氣濕度條件下堿性焊條的吸濕性焊條的正確使用與保管圖21 不同相對濕度下，空氣中水份的含量與溫度的關系 焊條的正確使用與保管焊條的焊前再烘干問題 焊條在出廠前經過高溫烘干，并用防潮材料以袋、筒、罐等形式包裝，起到一定防止藥皮吸潮作用，一般應在使用前拆封，考慮到焊條長期貯運過程中難免受潮，為確保焊接質量，用前仍須

18、按產品說明書的規(guī)定進行再烘干。再烘干溫度由藥皮類型確定一般酸性焊條取70150范圍，最高不超過250，烘焙ll.5h，堿性焊條取300400范圍，保溫l2h。關于焊條的保管 焊條一怕受潮變質二怕誤用亂用。這關系到焊接質量和結構安全使用的問題，必須十分重視。重要產品，如鍋爐壓力容器的制造，一般都把焊接材料的管理列入質量保證體系中的重要一環(huán)，建立嚴格的分級管理制度，一級庫主要負責驗收、貯存與保管，二級庫主要負責焊材的預處理(如再烘干等)，向焊工發(fā)放和回收等。焊條電弧焊的設備組成 焊條電弧焊設備主要由焊接電源、焊接電纜、焊鉗、地線夾、防護用具等組成。焊條電弧示意圖 焊接電源 弧焊電源的負載是電弧，它

19、的電氣性能要適應電弧的特性?；『鸽娫葱枰邆湟韵鹿に囆阅芎碗姎庑阅埽罕ＷC引弧保證電弧穩(wěn)定，焊接規(guī)范穩(wěn)定對弧焊電源外特性有一定要求對弧焊電源的調節(jié)性能、動特性有一定要求焊接電源要求1）一定的空載電壓焊接時，焊件上往往存在一些油污、銹或其它雜質，為保證引弧，應具備較高的空載電壓。但是空載電壓也不能太高(Pe=U0Ie)，否則能量消耗多，對人員安全造成影響。為確保交流電弧穩(wěn)定燃燒：U0(1.82.25)Uh為保證交流電弧功率穩(wěn)定：2.5U0/Uh1.57交流弧焊電源：U0=55V-70V直流弧焊電源：U0=45V-70V焊接電源要求2）下降的外特性電源的外特性：一定電源，改變負載，電壓與電流之間的關

20、系。焊機外特性有三種形式：即下降特性(陡降、緩降)、平特性和上升特性。 1陡降外特性曲線 2緩降外特性曲線 3上升特性曲線 4乎特性曲線對于相同的弧長變化，陡降外特性焊機所引起的電流變化要比緩降外特性焊機所引起的焊接電流變化小得多。 對弧焊電源外特性要求焊條電弧焊時,焊工很難保持弧長恒定。因此，應選用陡降外特性的弧焊電源，當焊接非平焊位置的焊接或裝配間隙大小不均的接頭根部焊道時，宜采用具有較為緩降外特性的弧焊電源。如果為了提高引弧性能和電弧熔透能力，而須增加焊接短路電流時，可以選用更為理想的恒流加外拖的外特性的弧焊電源。 陡降的外特性曲線1太長2正確3太短焊接電壓Us（V）焊接電流 Is（A)

21、圖7 焊條電弧焊時 Us = f (Is) 變化過程 具有陡降外特性電源優(yōu)點 容易控制熔池的尺寸，限制電弧電流的最大值。確保了電弧的穩(wěn)定性。電弧短路時不會產生過大電流。對空載電壓要求 弧焊電源空載電壓越高越容易引弧，但電擊的危險性越大，對交流電源高的空載電壓能使電弧燃燒穩(wěn)定。但是空載電壓高，則設備額定容量大，體積增加，重量大，功率因數低，不經濟，而且不安全。我國標準GB/T 8118-1995規(guī)定了不同工作環(huán)境下各類弧焊電源的空載電壓的限值。 對弧焊電源調節(jié)特性的要求 焊接時須按焊件材質、厚度、坡口形式、焊接位置等選用不同的焊接工藝參數。與弧焊電源有關的焊接參數主要是電弧的工作電壓和電流，弧焊

22、電源應能保證在所需的寬度范圍內均勻而又方便地調節(jié)這兩個參數，并能滿足電弧穩(wěn)定，焊縫成形好的工藝要求。按生產經驗，國家標準(GB/T 81181995)對負載電壓與焊接電流調節(jié)范圍作了規(guī)定。對弧焊電源動特性的要求 1）當電弧負載狀態(tài)突然發(fā)生變化時，弧焊 電源輸出電壓與電流的響應過程。要求迅 速建立起電弧，短路后再引然電弧時，電源電壓再短時間內應恢復到一定數值，電壓恢復越快對穩(wěn)弧越有利。2）焊接過程要求瞬時短路電流峰值大小要適當。從空載至短路的瞬時短路電流峰值大小要適當；從負載至短路的瞬時短路電流峰值大小要適當。電源的主要技術參數 （1）暫載率:是表示焊接電源工作狀態(tài)的參數 暫載率 =負載時間/負

23、載時間+空載時間 x 100% =負載時間/工作周期 x 100% 接通時間=10分鐘(標準化) 下降特性的： 35%，60%，100%（2）額定焊接電流:按額定工作條件焊接時，能符合標準規(guī)定而輸出的電流。允許焊接電流（IS）= 額定焊接電流 （ID） （3）焊接電流調節(jié)范圍常用焊條電弧焊電源 按輸出電流種類不同分（ ISO 60974 ） 弧焊變流器 弧焊整流器 直流弧焊電源 弧焊逆變器 弧焊變壓器 交流弧焊電源 焊接電源交流弧焊機的主要優(yōu)點是成本低、制造維護簡單，噪聲較小；缺點是不能適應堿性焊條，且焊接電壓、電流容易受到電網波動的干擾。 1初級繞組；2、3次級繞組；4動鐵芯；5靜鐵芯；6接

24、線板；7搖把直流弧焊機的優(yōu)點是電弧穩(wěn)定，焊條適應性強；缺點是成本較高，制造維修較復雜，重量較重。由于優(yōu)點明顯，直流弧焊機是大有前途的。 焊接電源逆變直流弧焊機 逆變交流弧焊機焊條電弧焊設備的構造 直流弧焊設備的構造簡圖項 目直流弧焊機交流弧焊機電弧穩(wěn)定性高低極性可換性有無構造與維修稍復雜簡 單工作時噪聲很 少較 小供電方式一般為三相供電一般為單相供電觸電危險性較 小較 大功率因數較 高較 低耗能指數小較 大成本較 高低重 量較 輕輕兩類焊機的性能比較 焊接電源弧焊變流器的特點及缺點弧焊變流器的特點：電網電壓波動時仍能保證焊接規(guī)范的穩(wěn)定性。它與弧焊整流器相比，還具有較強的過載能力和輸出脈動小。弧

25、焊變流器的缺點：制造復雜、燥聲與空載損耗大、效率低、經濟技術指標不高以及維修復雜等?；『缸兞髌鬟m用范圍：適合各種弧焊電源 弧焊整流器的特點及缺點弧焊整流器的特點：與弧焊變流器相比，其特點是制造方便、價格較低、空載損耗小、節(jié)約能源、噪聲小等優(yōu)點?；『刚髌鞯娜秉c：電弧穩(wěn)定性較弧焊變流器差?；『刚髌鬟m用范圍：適合各種弧焊電源 弧焊變壓器的特點及缺點弧焊變壓器的特點：結構簡單、制造容易、成本低、空載損耗小以及噪聲較小等。弧焊變壓器的缺點：電弧穩(wěn)定性較差，功率因數較低及焊接規(guī)范隨網絡電壓的波動而變化?；『缸儔浩鬟m用范圍：可用于一般焊接結構的酸性焊條電弧焊，也可作為鎢極氬弧焊和埋弧自動焊的電源。弧焊逆

26、變器的特點焊接電流可微調，調節(jié)性能好、反應速度快、輸出電流穩(wěn)定，適宜遙控與微機控制、功率小、功率因數高、重量輕等；具有熱起弧功能；具有起弧防粘措施。最大特點是：有一個直流電變交流電的過程。逆變一詞是相對整流而言，直流變交流過程稱為整流，反之，稱為逆變。 弧焊電源選擇原則1)必須滿足焊接工藝與技術提出的要求；2）對電源的空載電壓、輸出電流的類型、外特性形狀、動特性和工藝參數的調節(jié)范圍等有著不同的要求；2）應能獲得好的經濟效果，在滿足工藝要求的前提下應選擇高效節(jié)能、結構輕巧靈便、維修容易，造價低廉的弧焊電源。3)新選用的弧焊電源必須能適應現(xiàn)場的工作環(huán)境、水與電供應條件、機械化與自動化水平、操作人員的技術素質等情況。 弧焊電源選擇方法選擇弧焊電源要求在焊接方法確定之后進行應充分掌握各種弧焊方法對電源的基本要求以及各類弧