船舶焊接方法1解析

船舶焊接方法1解析第一頁，共39頁。第一節(jié)焊條電弧焊

一、焊條電弧焊的原理及特點

（一）焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊（也稱手工電弧焊）是利用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。它利用電弧產(chǎn)生的高溫熔化焊條和焊件，使兩塊分離的金屬熔合在一起，從而獲得牢固的接頭，其原理如圖5-1所示。

圖5-1焊條電弧焊的原理示意圖第二頁，共39頁。第三頁，共39頁。（二）焊條電弧焊的特點1.設備簡單、操作靈活；2.待焊接頭裝配要求低；3.可焊金屬材料種類多；4.焊接生產(chǎn)率低；5.焊縫質(zhì)量依賴性強。第四頁，共39頁。二、電焊條（一）電焊條分類、組成和作用分類：（1）焊條按熔渣的化學性質(zhì)分為兩大類1）酸性焊條：溶渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等氧化物。2）堿性焊條：熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCO3

和CaF2。（2）焊條按用途共分為十大類：如結(jié)構(gòu)鋼焊條、耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、特殊用途焊條等，其中應用最廣的是結(jié)構(gòu)鋼焊條。組成：由藥皮和焊芯兩部分組成。作用：焊芯在焊接過程中既是導電的電極，同時本身又熔化

填充金屬，與熔化的母材共同形成焊縫金屬。藥皮是壓涂在焊條芯表面上的涂料層，焊接時形成熔渣及氣體。藥皮的主要作用是：(1)保護作用；(2)冶金作用(3)改善焊接工藝性能第五頁，共39頁。（二）焊條的型號主要介紹常用的低碳鋼和低合金鋼焊條型號的編制方法。1．低碳鋼焊條型號的編制(1)型號的第一字母“E”表示焊條(electrode)；(2)“E”后面的兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為MPa；(3)“E”后面的第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置；(4)“E”后面的第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接藥皮類型及電流種類;(5)“E”后面的第五位有時附加“R”表示耐吸潮焊條；附加“M”表示耐吸潮和力學性能有特殊規(guī)定的焊條；附加“-1”表示沖擊韌性有特殊規(guī)定的焊條。第六頁，共39頁。低碳鋼焊條型號舉例：

第七頁，共39頁。2．低合金鋼焊條型號（1）“E”后面的兩位數(shù)字焊條系列有50、55、60、70、75、85六種，分別表示熔敷金屬抗拉強度的最小值490MPa（50Kgfmm2）、540MPa（55Kgfmm2）、590MPa（60Kgfmm2）、690MPa（70Kgfmm2）、740MP（75Kgfmm2）、830MPa（85Kgfmm2）；；（2）“E”后面的第五位為后綴字母，表示熔敷金屬的化學成分分類代號。A1表示碳鉬鋼焊條；B1、B2、B3、B4、B5表示鉻鉬鋼焊條；D1、D2、D3表示錳鉬鋼焊條；G、M、M1、W表示其它合金焊條；（3）“E”后面的第六位為附加的化學元素符號，如不具有化學成分時，該項省略；（4）對于E50××—×、E55××—×、E60××—×型低氫焊條的熔敷金屬的化學成分分類后綴字母，或附加化學成分后面加字母“R”時，表示耐吸潮焊條。第八頁，共39頁。（三）常用焊條牌號的編制主要介紹最常用的第一大類焊條，即結(jié)構(gòu)鋼焊條。結(jié)構(gòu)鋼焊條（包括碳鋼焊條和低合金焊條）的牌號用“J”字表示，“J”后面的第一、第二位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強度等級，其系列見表5-2；第三位數(shù)字表示焊條藥皮類型和焊接電源種類，見表5-3；數(shù)字后面的符號表示焊條的特殊性能見表5-4，常用焊條牌號和型號的對照見表5-5。造船行業(yè)專用結(jié)構(gòu)鋼焊條通常在其牌號前加“C”，即“造船專用”，如CJ322,CJ422,CJ506等。第九頁，共39頁。（四）焊條的選用和保管

1．選用原則（1）考慮母材的力學性能、化學成分和物理性能（2）考慮船體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力情況（3）考慮結(jié)構(gòu)的工作條件和使用性能（4）考慮勞動條件和勞動生產(chǎn)率2．保管干燥、避免受潮。特別是堿性焊條，每次使用前都要經(jīng)烘干處理后才能使用。第十頁，共39頁。三、焊條電弧焊工藝現(xiàn)代的鋼質(zhì)船舶都采用焊接結(jié)構(gòu)。船體的板與板、骨架與骨架、板與骨架的連接組成了各種形式的焊接接頭。

（一）焊接接頭和焊縫的形式及坡口形式的選擇

1．焊接接頭的形式焊接接頭形式有：對接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、十字接頭、端接接頭、套接接頭、卷邊接頭、鎖底接頭及塞焊接頭等幾種。其中常用的焊接接頭形式有：對接接頭、角接接頭、T形接頭以及搭接接頭四種。a）對接接頭b）角接接頭c)T形接頭d)搭接接頭第十一頁，共39頁。2．焊縫的形式（１）按焊縫在空間位置的不同可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫等四種形式如圖5-5所示。（２）按焊縫結(jié)合形式不同可分為對接焊縫、角焊縫及塞焊縫三種形式；如圖5-6所示。

（３）按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種，斷續(xù)焊縫又可分為交錯式焊縫和并列式焊縫兩種如圖5-7所示。第十二頁，共39頁。3．船體焊接坡口形式的選擇開坡口是為保讓電弧能深入焊縫根部，使根部焊透，獲得較好的焊縫成形。1）坡口形式主要根據(jù)接頭形式、鋼板厚度、焊接方法、施工方便性、經(jīng)濟性及加工坡口的設備條件等因素來選擇。按照構(gòu)件厚度和坡口準備的不同，對接接頭一般有I形、V形、X形、U形、雙U形、單邊V形、單邊U形、k形坡口等幾種形式。常用的坡口形式及其適用板厚如圖5-3所示。

圖5-3對接焊縫坡口形式第十三頁，共39頁。

2）船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口，但對承受較大的載荷、高應力及對結(jié)構(gòu)強度有特殊要求的角焊縫（例如主機基座及舷頂列板與強力甲板邊板的角焊縫）則應根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定或設計要求開單邊V形或K形坡口。

第十四頁，共39頁。3）厚度為6～30mm鋼板的對接可選用V形坡口；厚度為12～60mm鋼板的對接可選用X形坡口；U形坡口基于加工困難，必要時僅在厚度大于40mm鋼板及鑄鋼件的對接時使用。4）在胎架或船臺上裝焊的板縫，當選用V形坡口時，開坡口的一則一般應位于沒有骨架的一面。帶仰焊的板縫，可選用不對稱的X形坡口或預先用焊條電弧焊打底的自動焊接頭形式，對坡口尺寸的選定應考慮盡量減小手工仰焊的工作量，并為氣刨、焊接的操作提供方便。第十五頁，共39頁。（二）焊接規(guī)范參數(shù)焊條電弧焊的焊接規(guī)范，主要是對焊接電流的大小和焊條直徑的選擇，至于焊接速度和電弧長度，通常由焊工根據(jù)焊條牌號和焊縫所在空間的位置，在施焊過程中適度調(diào)節(jié)。

1.焊條直徑的選擇焊條直徑主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊層（道）數(shù)等因素。根據(jù)焊件厚度平焊時焊條的選用原則：一般當焊件板厚t≤4mm時，焊條直徑d=t；當t>4mm時，常采用多層焊，焊條直徑為4mm-6mm。立焊時，焊條直徑一般不超過5mm；仰焊時則不應超過4mm。2.焊接電流的選擇焊接電流大小根據(jù)焊條直徑來選擇。焊接電流選擇亦可用經(jīng)驗公式進行估算，估算公式為：I=（30～55）d，式中I-焊接電流（A）；d-焊條直徑（mm）；總之，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，應盡量采用較粗的焊條，較大的焊接電流，并適當提高焊接速度，以提高生產(chǎn)率。第十六頁，共39頁。（三）焊條電弧焊設備焊條電弧焊的電源設備分三類：包括交流電弧焊電源、直流弧焊電源、逆變弧焊電源。（四）高效焊條電弧焊下面介紹目前我國造船廠已推廣應用的幾種高效焊條電弧焊的方法。1.高效焊條和專用焊條1）高效率鐵粉焊條2）立向下焊專用焊條2.高效率重力焊接法3.焊條電弧焊單面焊雙面成形第十七頁，共39頁。第二節(jié)埋弧自動焊埋弧自動焊是船舶建造中使用最廣泛的一種生產(chǎn)率較高的機械化焊接方法。本節(jié)將主要介紹埋弧自動焊的原理、特點及應用范圍；埋弧自動焊所用的焊接材料及焊接工藝；最后簡要介紹高效埋弧自動焊方法。

一、埋弧自動焊的原理、特點及應用范圍

（一）埋弧自動焊的焊接過程及原理電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法稱為埋弧焊。圖5－11埋弧焊縱向截面圖圖5-12埋弧焊過程示意第十八頁，共39頁。埋弧自動焊：是利用專門的機械設備自動完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進焊條以及移動電弧等焊接動作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。焊接過程：埋弧焊的焊接過程可概括為：自動送絲；引弧；焊劑自動下料；焊機勻速運動；電弧在焊劑下燃燒。第十九頁，共39頁。（二）埋弧焊的特點及應用范圍

1．埋弧焊的主要優(yōu)點：（1）焊接生產(chǎn)率高（2）焊縫質(zhì)量好（3）焊接成本較低（4）焊件變形?。?）勞動條件好

2．埋弧焊的主要缺點：（1）難以在空間位置施焊（2）由于埋弧焊所用焊劑的主要成分是SiO2、MnO等，難以用于焊接鋁、鈦等易氧化的金屬及其合金。（3）對焊件裝配質(zhì)量要求高（4）不適合焊接薄板和短焊縫3．應用范圍總之，埋弧焊適用于低碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼中厚板水平長焊縫的焊接第二十頁，共39頁。二、埋弧自動焊焊接材料第二十一頁，共39頁。

三、埋弧自動焊工藝

（一）埋弧焊的焊前準備埋弧焊的焊前準備包括焊件的坡口加工、焊件的清理與裝配、焊絲表面清理及焊劑烘干、焊機檢查與調(diào)整等工作。

（二）埋弧自動焊的工藝方法

1．對接接頭的埋弧焊

（1）雙面埋弧焊1）不留間隙雙面焊；2）預留間隙雙面焊，如圖5－13所示；3）開坡口雙面焊；4）焊條電弧焊封底雙面焊。

圖5－13

焊劑墊結(jié)構(gòu)原理1－焊件；2－石棉板；3－焊劑；4－充氣橡皮管；5－熔渣。第二十二頁，共39頁。（2）單面埋弧焊(單面焊雙面成形自動焊)1）在銅襯墊上焊接，如圖5－14所示；2）在焊劑墊上焊接；3）在熱固法焊劑墊上焊接。（3）對接接頭環(huán)縫埋弧焊圖5－14銅襯墊法a)銅襯b)焊劑—銅墊圖5－17環(huán)縫埋弧焊焊絲偏移位置示意圖

第二十三頁，共39頁。2．T形接頭和搭接接頭的埋弧焊T形接頭和搭接接頭的焊縫均是角焊縫，用埋弧焊時可采用船形焊和橫角焊兩種形式,如圖5－22所示。小焊件及焊件易翻轉(zhuǎn)時則用船形焊；大焊件及焊件不易翻轉(zhuǎn)時則用橫角焊。

圖5－18T形接頭和搭接接頭的埋弧焊a)船形焊縫埋弧焊示意圖b)橫角焊縫埋弧焊示意圖第二十四頁，共39頁。（三）埋弧自動焊的工藝參數(shù)

1．焊接電流

當其它條件不變時，焊接電流的增加，則焊縫熔深和余高都增加，而焊縫寬度幾乎保持不變（或略有增加）。電流是決定熔深的主要因素。焊接電流對焊縫成形的影響B(tài)-熔寬；H-熔深；a-余高第二十五頁，共39頁。2．焊接電壓

其它工藝參數(shù)不變時，焊接電壓對焊縫成形影響是電弧電壓增大，則焊縫寬度顯著增加而焊縫熔深和余高略有減少，所以焊接電壓是決定熔寬的主要因素。

電弧電壓對焊縫成形的影響

B-熔寬；H-熔深；a-余高第二十六頁，共39頁。

3．焊接速度

其它參數(shù)不變時，焊接速度增加時，焊縫熔深和焊縫寬度都大為下降。

4．焊絲直徑與伸出長度

焊接電流不變時，減少焊絲直徑，因電流密度增加，熔深增大，焊縫成形系數(shù)減少。焊絲伸出長度增加時，熔敷速度和熔敷金屬增加。

5．焊絲傾角單絲焊時焊件放在水平位置，焊絲與工件垂直，當采用前傾焊時，焊縫成形系數(shù)增加，熔深淺，焊縫寬，一般適用于薄板焊接，焊絲后傾時，焊縫成形不良，一般只用于多絲焊的前導焊絲。

6．焊件位置的影響當進行上坡焊時，與焊絲前傾作用相同；下坡焊的情況正好相反。第二十七頁，共39頁。四、埋弧自動焊設備埋弧自動焊機主要由焊接電源、控制箱、焊接小車三部分組成，適合于水平位置或水平面傾斜不大于150的各種對接、角接和搭接接頭的焊接，也可借助滾輪轉(zhuǎn)胎焊接圓筒形焊件的內(nèi)外環(huán)逢。目前國內(nèi)使用最普通的埋弧焊機是MZ-1000型和MZ1-1000型兩種。

圖5－19MZ-1000型埋弧自動焊小車第二十八頁，共39頁。

第三節(jié)氣體保護焊主要介紹船廠常用的二氧化碳氣體保護焊和氬弧焊

一、CO2氣體保護焊

（一）CO2氣體保護焊的原理、特點及應用二氧化碳氣體保護焊（也稱CO2焊）在我國造船行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的焊接方法，并已逐步取代焊條電弧焊。

1．CO2焊的基本原理CO2焊是用CO2作為保護氣體，依靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧來熔化金屬的一種電弧焊接法。圖5－26CO2焊的基本原理示意圖第二十九頁，共39頁。2．CO2焊的特點及應用優(yōu)點：（1）焊接成本低；（2）生產(chǎn)率高；（3）抗銹能力強；（4）焊接變形小；（5）操作性能好；（6）適用范圍廣。不足：（1）金屬飛濺較多，焊縫表面成形差；（2）很難用交流電焊接，焊接輔助設備較多；（3）不能在有風的位置施焊，否則容易出現(xiàn)氣孔；（4）不能焊接易氧化的金屬材料。

應用：可用于焊接低碳鋼、低合金鋼，耐熱鋼、不銹鋼；耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的補焊以及異種金屬材料的焊接；短焊縫、曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接，也適于薄板的點焊和定位焊；長直縫和環(huán)縫則宜采用CO2自動焊。第三十頁，共39頁。

(二)焊接材料CO2焊所用的焊接材料有：CO2氣體和焊絲。1．CO2氣體純凈的CO2是無色、無味和無毒的氣體，一般將其壓縮成液體貯存于鋼瓶供應使用。要求CO2純度為>99.5%。2．焊絲CO2焊絲既是填充金屬又是電極。CO2焊絲分為實芯焊絲和藥芯焊絲兩種。藥芯焊絲在國際上被公認為是焊接材料中最先進、發(fā)展最快的高科技技術(shù)之一，并將成為21世紀焊接材料的主導產(chǎn)品。圖5－27藥芯焊絲斷面形狀

第三十一頁，共39頁。（三）CO2焊工藝在CO2焊中，為了獲得穩(wěn)定的焊接過程，熔滴過渡通常有兩種形式，即短路過渡和細滴過渡。

1．短路過渡時工藝參數(shù)的選擇短路過渡焊接時的主要特點是電壓低、電流小，適合于焊接薄板及全位置焊接。短路過渡焊接主要采用細焊絲，常用焊絲直徑為0.6～1.2mm。

（1）焊接電流焊接電流的大小主要根據(jù)焊件厚度、焊絲直徑、送絲速度和焊接位置等綜合選擇。第三十二頁，共39頁。（2）電弧電壓

短路過渡要求保持短電弧，即低電壓。通常電弧電壓在17～24V范圍內(nèi)，必須與一定的焊絲直徑和焊接電流配合適當，且允許電壓波動只在1～3V內(nèi)波動。第三十三頁，共39頁。（3）焊接速度

焊接速度對焊接成形，接頭性能都有影響。一般半自動焊速度為15～40m/h。（4）焊絲干伸長度

干伸長度應為焊絲直徑的10倍（5～15mm范圍內(nèi)）。（5）氣體流量及純度

通常焊接電流在200A以下時，氣體的流量選用10～15L/min；焊接電流大于200A時，氣體流量選用15～25L/min。

(6)電源極性

細絲CO2焊普遍采用直流反接，此時電弧穩(wěn)定性，飛濺也小，焊件熔深大。2．細滴過渡時工藝參數(shù)的選擇細滴過渡CO2焊的特點是電弧電壓比較高，焊接電流比較大。焊絲的熔化金屬以細滴形式進行過渡，所以電弧穿透力強，焊縫熔深大，適合于中等厚度及大厚度焊件的焊接。第三十四頁，共39頁。

（四）CO2焊設備CO2焊所用的設備有半自動CO2焊設備和自動CO2焊設備。在實際生產(chǎn)中，半自動CO2焊設備使用最為普遍，其設備主要由三部分組成。即：焊接電源及控制箱、焊槍及送絲系統(tǒng)和CO2氣體的供給裝置。自動CO2焊設備僅多一套焊槍與焊件相對運動的機構(gòu)，或者采用焊接小車進行自動操作。

第三十五頁，共39頁。

二、氬弧焊隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)的類型及其所采用材料品種的多樣性，使得僅靠焊條電弧焊、埋弧焊、CO2焊已不能滿足各類產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)要求。例如，