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一級(jí)建造師《機(jī)電工程》要點(diǎn)：1H31焊接材料與設(shè)備選用原則

1H30 焊接技術(shù)

焊接技術(shù)就是加溫加壓，或兩者并用的條件下，使用焊接材料(焊條或焊絲)在兩塊或兩塊以上的母材(待焊接的工件)產(chǎn)生原子(分子)間結(jié)合而連接成一體的操作方法。焊接應(yīng)用廣泛，既可用于金屬，也可用于非金屬。焊接技術(shù)是機(jī)電工程的基礎(chǔ)工藝與技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。焊接技術(shù)、工藝的水平已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)家技術(shù)能力的重要指標(biāo)。本目重點(diǎn)是：焊接材料與設(shè)備選用原則;焊接方法與工藝評(píng)定;焊接應(yīng)力與焊接變形及其控制;焊接質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

1H31 焊接材料與設(shè)備選用原則

針對(duì)不同品種的母材和施焊工況、條件，選擇與之相適應(yīng)的焊接設(shè)備和焊接材料是保證焊接質(zhì)量、提高焊接效率、降低焊接成本的關(guān)鍵。本條主要知識(shí)點(diǎn)是：焊條的分類與選用原則，常用的焊接設(shè)備選用原則。

一、焊接材料的分類與選用原則

(一)焊條

1.焊條的分類

(1)按藥皮成分可分為：不定型、氧化鈦型、鈦鈣型、氧化鐵型、低氫鉀型、低氫鈉型、纖維類型、石墨型、鈦鐵礦型、鹽基型等十大類。

(2)按焊渣性質(zhì)可分為：酸性焊條、堿性焊條兩大類。

(3)按焊條用途可分為：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬及鉬合金焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條等十大類。

(4)按特殊性能分為：超低氫焊條、低塵低毒焊條、立向下焊條、底層焊條、鐵粉高效焊條、抗潮焊條、水下焊焊條、重力焊焊條、仰焊焊條等。

2.焊條的選用原則

(1)考慮焊縫金屬的力學(xué)性能和化學(xué)成分：對(duì)于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，應(yīng)選用熔敷金屬抗拉強(qiáng)度等于或稍高于母材的焊條。對(duì)于合金結(jié)構(gòu)鋼有時(shí)還要求合金成分與母材相同或接近。在焊接結(jié)構(gòu)剛性大、接頭應(yīng)力高、焊縫易產(chǎn)生裂紋的不利情況下，應(yīng)考慮選用比母材強(qiáng)度低的焊條。當(dāng)母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高時(shí)，焊縫中易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性能好的低氫型焊條。

(2)考慮焊接構(gòu)件的使用性能和工作條件：對(duì)承受動(dòng)載荷和沖擊載荷的焊件，除滿足強(qiáng)度要求外，主要應(yīng)保證焊縫金屬具有較高的塑性和韌性，可選用塑、韌性指標(biāo)較高的低氫型焊條。接觸腐蝕介質(zhì)的焊件，應(yīng)根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條。在高溫、低溫、耐磨或其他特殊條件下工作的焊件，應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼、低溫鋼、堆焊或其他特殊用途焊條。

(3)考慮焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及受力條件：對(duì)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛性大的厚大焊件，在焊接過(guò)程中，冷卻速度快，收縮應(yīng)力大，易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)選用抗裂性好、韌性好、塑性高、氫裂紋傾向低的焊條。如低氫型焊條、超低氫型焊條和高韌性焊條等。

(4)考慮施焊條件：當(dāng)焊件的焊接部位不能翻轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)選用適用于全位置焊接的焊條。對(duì)受力不大、焊接部位難以清理的焊件，應(yīng)選用對(duì)鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條。沒(méi)有直流焊機(jī)時(shí)，必須選用可交、直流兩用的焊條。在狹小或通風(fēng)條件差的場(chǎng)合，在滿足使用性能要求的條件下，應(yīng)選用酸性焊條或低塵焊條。

(5)考慮生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性：在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時(shí)，應(yīng)盡量選用酸性焊條。對(duì)焊接工作量大的結(jié)構(gòu)，有條件時(shí)應(yīng)盡量選用高效率焊條，如鐵粉焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等。這不僅有利于生產(chǎn)率的提高，而且也有利于焊接質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。

(二)焊絲

分實(shí)心焊絲和藥芯焊絲。

1.實(shí)心焊絲：分鎢極惰性氣體保護(hù)焊和熔化極惰性氣體保護(hù)焊。

(1)鎢極惰性氣體保護(hù)焊是在惰性氣體的保護(hù)下，利用鎢電極與工件間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的一種焊接方法。焊接時(shí)保護(hù)氣體從焊槍的噴嘴中連續(xù)噴出，在電弧周圍形成氣體保護(hù)層隔絕空氣，以防止其對(duì)鎢極、熔池及鄰近熱影響區(qū)的有害影響，從而可獲得優(yōu)質(zhì)的焊縫。保護(hù)氣體主要采用氬氣。

(2)熔化極惰性氣體保護(hù)焊是使用熔化電極，以外加氣體作為電弧介質(zhì)，并保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。

(3)選擇實(shí)心焊絲的成分主要考慮焊縫金屬應(yīng)與母材力學(xué)性能或物理性能的良好匹配，如耐磨性、耐蝕性;焊縫應(yīng)是致密的和無(wú)缺陷的。

2.藥芯焊絲：藥芯焊絲又分為有縫和無(wú)縫藥芯焊絲。無(wú)縫藥芯焊絲的成品絲可進(jìn)行鍍銅處理，焊絲保管過(guò)程中的防潮性能以及焊接過(guò)程中的導(dǎo)電性均優(yōu)于有縫藥芯焊絲。藥芯焊絲按不同的情況有不同的分類方法。

(1)按保護(hù)情況可分為氣體保護(hù)(C02、富Ar混合氣體)和自保護(hù)以及埋弧堆焊三種。

(2)按焊絲直徑可分為細(xì)直徑(2.0mm以下)和粗直徑(2.0mm以上)。

(3)按焊絲斷面可分為簡(jiǎn)單斷面和復(fù)雜斷面。

(4)按使用電源可分為交流陡降特性電源和直流平特性電源。

(5)按填充材料可分為造渣型藥芯焊絲(氧化鈦型、鈦鈣型、氟鈣型)和金屬粉芯藥芯焊絲。

3.藥芯焊絲與手工焊條和鎢極惰性氣體保護(hù)焊絲的比較。

(1)優(yōu)勢(shì)：

1)把斷續(xù)的焊接過(guò)程變?yōu)檫B續(xù)的生產(chǎn)方式，從而減少了焊接接頭的數(shù)目，提高了焊縫質(zhì)量，也提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了能源。

2)對(duì)各種鋼材的焊接適應(yīng)性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)整焊劑(針對(duì)特定的藥芯焊絲)的成分和比例，可極為方便和容易地提供所要求的焊縫化學(xué)成分。

3)工藝性能好，焊縫成形美觀。采用氣渣聯(lián)合保護(hù)，獲得良好成形。加入穩(wěn)弧劑使電弧穩(wěn)定，熔滴過(guò)渡均勻。

4)熔敷速度快，生產(chǎn)效率高。在相同焊接電流下藥芯焊絲的電流密度大，熔化速度快，其熔敷率約為85%～90%，生產(chǎn)率比焊條電弧焊高約3～5倍。

5)可用較大焊接電流進(jìn)行全位置焊接。

(2)缺點(diǎn)：

1)焊絲制造過(guò)程復(fù)雜。

2)焊接時(shí)，送絲較實(shí)心焊絲困難。

3)焊絲外表容易銹蝕，粉劑易吸潮，因此對(duì)藥芯焊絲保存和管理的要求更為嚴(yán)格。

(三)保護(hù)氣體

空氣中有些組分會(huì)對(duì)特定的焊接熔池產(chǎn)生有害影響，保護(hù)氣體的主要作用就是隔離空氣中這些組分，使其對(duì)焊縫的影響減小或杜絕，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊縫和近縫區(qū)的保護(hù)。

1.惰性氣體：主要有氬氣和氦氣及其混合氣體，用以焊接有色金屬、不銹鋼和質(zhì)量要求高的低碳鋼和低合金鋼。

2.惰性氣體與氧化性氣體的混合氣體：如Ar+C02,Ar+C02+O2等。

3.C02氣體：是唯一適合于焊接的單一活性氣體，C02氣體保護(hù)焊具有焊速高、熔深大、成本低和全空間位置焊接，廣泛應(yīng)用于碳鋼和低合金鋼的焊接。

4.保護(hù)氣體還可來(lái)自其他方面，如焊條藥皮就可以產(chǎn)生保護(hù)氣體，產(chǎn)生氣體的主要有纖維素，碳酸鹽等。埋弧焊焊劑也能產(chǎn)生少量的保護(hù)氣體。

(四)焊劑

1.焊劑的分類

(1)按制造方法可分為熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑、粘結(jié)焊劑三大類。

1)熔煉焊劑。熔煉焊劑是指一定比例的各種配料放在爐內(nèi)熔煉，然后經(jīng)過(guò)水冷，使焊劑形成顆粒狀，經(jīng)烘干，篩選而形成的一種焊劑。主要優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)成分均勻，可以獲得性能均勻的焊縫。由于焊劑在制作過(guò)程中高溫熔煉過(guò)程合金元素被氧化，所以焊劑中不能添加鐵合金，因此不能依靠焊劑向焊縫大量添加合金元素。熔煉焊劑是目前生產(chǎn)中使用最為廣泛的一種焊劑。

2)燒結(jié)焊劑。燒結(jié)焊劑是指將一定比例的各種粉狀配料加入適量粘接劑，混合攪拌后經(jīng)過(guò)高溫烘干燒結(jié)成塊，然后粉碎、篩選而制成的一種焊劑。

3)粘接焊劑。粘接焊劑是指將一定比例的各種粉狀配料加入適量粘接劑，經(jīng)過(guò)混合攪拌，粒化和低溫烘干而制成的一種焊劑，以前稱之為陶質(zhì)焊劑。

后兩種焊劑都是屬于非熔煉焊劑，由于沒(méi)有熔煉過(guò)程，所以化學(xué)成分不均勻，容易造成焊縫性能不均勻，但可以再焊劑中添加鐵合金，增大焊縫金屬合金化能力，靈活調(diào)整焊縫金屬的合金成分，目前這兩種焊劑在國(guó)外已經(jīng)廣泛用于焊接碳鋼，高強(qiáng)度鋼和高合金鋼，但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用還不夠廣泛，具有較高的發(fā)展前景。

(2)按化學(xué)成分可分為高猛焊劑、中錳焊劑、低錳焊劑和無(wú)錳焊劑。

(3)按化學(xué)特種可分為酸性焊劑、堿性焊劑、和中性焊劑。

(4)按焊劑用途可分為埋弧焊劑和電渣焊劑。

2.焊劑的作用：焊劑在焊接電弧的高溫區(qū)內(nèi)熔化反應(yīng)生成熔渣和氣體，對(duì)熔化金屬起保護(hù)和冶金作用。

3.焊劑使用的注意事項(xiàng)：

(1)焊劑應(yīng)放在干燥的庫(kù)房?jī)?nèi)。庫(kù)房?jī)?nèi)應(yīng)裝有去濕機(jī)，控制室內(nèi)濕度，防止焊劑受潮，影響焊接質(zhì)量。

(2)焊劑使用前應(yīng)按說(shuō)明書(shū)所規(guī)定的參數(shù)進(jìn)行烘焙，通常在250～300℃：烘焙2h。

(3)為防止產(chǎn)生氣孔，焊前接縫處及其附近20mm的焊件表面應(yīng)清除鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)。

(4)回收的焊劑，應(yīng)過(guò)篩清除渣殼、碎粉及其他雜物，與新焊劑按比例(如1:3)混合均勻后使用。

(5)埋弧焊的焊劑必須與所焊鋼種和焊絲相匹配，保證焊接質(zhì)量和焊縫性能。電渣焊的焊劑應(yīng)具有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電率;適當(dāng)?shù)酿ざ?較高的蒸發(fā)溫度;良好的脫渣性、抗裂性和抗氣孔的能力。

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