《电弧焊接工艺》PPT课件.ppt

电弧焊接工艺,与大家一起交流探讨,电弧焊接的主要内容,弧焊电源（焊机）建立稳定的电弧特性焊丝熔化及稳定的熔滴过渡母材的熔化及熔池的建立形成焊缝及焊接接头焊缝及热影响区的组织与性能的变化符合各项技术标准的焊接结构,电弧物理特性工（简要一）,电弧的三个区域弧柱区阴极区阳极区弧柱区总的电流电子流+离子流电子流99.9%离子流0.1%温度高：500050000K阴极区给弧柱提供电子流，接受从弧柱来的离子流。阳极区的导电机构与阴极区相反,电弧物理特性（简要二）,电弧的稳定燃烧过程事实上是带电粒子产生、运动和消失的平衡过程。产生（电离、电子发射）运动（极区压降加速、电场加速）消失（扩散、复合）阴极斑点自动跳向温度高，逸出功低的氧化膜处（铝的TIG、MIG电弧焊接工艺）。直流正接、反接的意义。,焊丝的熔化及熔滴过渡,焊丝熔化热源电弧热电阻热焊丝熔化特性熔化速度 Vm 与电流 I 之间的关系影响熔化特性的因素焊丝成分焊丝直径干伸长度极性熔滴过渡的形态（颗粒射流）保护气体介质（MAGCO2）,熔滴过渡的几种形式：,短路过渡焊丝与熔池的短路频率20200次/S短路缩颈“小桥”断有飞溅。颗粒过渡大滴过渡较大飞溅，难于生产应用。喷射过渡射滴过渡射流过渡（无飞溅焊接）,熔滴上的作用力,一、表面张力（F）四、等离子流力二、重力（F）五、斑点压力三、电磁收缩力（Fcz）六、短路时所颈爆破力,Fc,Fcz,Fcj,电流线,熔滴过渡的形式,熔滴喷射过渡的必要条件,纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG焊接）（CO2焊接无法实现喷射过渡）焊接电流超过喷射过渡的临界电流（如1.2实心焊丝MAG焊时电流I280A）低于临界电流时采用脉冲熔化极电源,各种焊丝大滴-喷射过渡转变的临界电流值,焊丝种类焊丝直径保护气体监界电流最小值/A低碳钢0.898%Ar+2%O2 150低碳钢1.298%Ar+2%O2 220低碳钢1.2 80%Ar+20%CO2 320不锈钢0.9 99%Ar+1%O2 170不锈钢1.2:225铝1.2 Ar 135脱氧铜1.2 Ar 210硅青铜0.9 Ar 165钛1.6 Ar 225,熔化极脉冲电弧焊的工艺特点,把间断的.高幅值（大于临界电流）的脉冲电流叠加在低值的稳定电流上，平均电流便可大为降低，但却能在脉冲期产生金属喷射过渡。必须用富氩（或纯氩）气体。采用专用电源（如松下AG1脉冲MIG/MAG焊机）。能够用较大直径的焊丝在各种位置上焊接薄板和厚板。（如焊接钢不锈钢铝铜等材料时采用1.2焊丝，使用80100A焊接电流,母材熔化与焊缝成形,焊缝熔池的特点体积小、温差大、冷速快、温度高、过热状态（钢熔池平均温度：1770100）在运动下结晶（熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）熔池的形状熔深熔宽余高,焊接化学冶金反应的特点及作用,分阶段连续进行药皮反应区熔滴反应区熔池反应区气渣气+渣联合保护脱氧脱氢脱氮脱硫磷渗合金与焊接方法及焊接规范有密切的关系,焊接接头的三个组成部分,焊缝区柱状组织晶粒粗大组织偏析熔合区与母材联生结晶热影响区（非淬火钢）1、过热区（粗晶区）2、正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）3、部分相变区（不完全重结晶区）4、再结晶区,GMAW-熔化极气体保护焊,CO2（99.98%CO2）MAG（7595%Ar+255%CO2）标准（80%Ar+20%CO2)MIG（99.99%Ar）（98.00%Ar+2.00%O2）（95.00%Ar+5.00%CO2）,GTAW-非熔化极惰性气体保护焊,TIG-（钨极氩弧焊）自熔焊手工填丝、自动填丝、热填丝A-TIG（予涂熔剂增加熔深）TIG点焊PAW-（等离子弧焊）,其它弧焊方法：,FCAW-药芯焊丝自保护焊SAW-埋弧电弧焊SMAW-焊条电弧焊EGW-气电立焊电渣焊,制定焊接工艺的三原则：,依据母材焊接性和工艺可行性正确的选择焊接方法正确的选择焊接材料正确的制定焊接工艺规范,焊接材料：,焊丝实芯药芯药芯自保护保护气体（CO2ArHeN2O2）电焊条（酸性.碱性.纤维素）钨极（纯钨钍钨铈钨镧钨锆钨）焊剂（熔炼焊剂烧结焊剂）衬垫（陶瓷衬垫焊剂衬垫衬环）,焊接材料选用原则：,考虑原则：焊接性、工艺性、经济性注意因素：1母材的化学活性2不应追求焊缝成分与母材成分相同3焊缝成分不等于焊接材料成分4正确遵循技术标准5等强性、等韧性、熔合比,保护气体对焊缝性能的影响,气体保护焊实芯焊丝,保护气体与焊丝组合对焊缝韧性的影响,韧性,气体组成,（AKV/J）,100,80,60,40,20,0,CO2,Ar,YGW-15/0,YGW-15/-20,YGW-11/0,YGW-11/-20,焊丝对CO2焊接接头的影响,CO2焊接接头韧性值偏低，是由于选用焊丝中Mn/Si比值较高带来的影响纯CO2气保焊选用ER50-6焊丝，熔敷金属Mn1.0%，Si0.4%，强韧比性能良好混合气保焊（MAG）选用ER50-3，Mn偏低的焊丝两者不能相互替代,焊缝金属熔敷金属焊丝成分,CO2焊缝表面生成的熔渣,国外气体保护种类与焊丝组合的工艺特点,保护气体种类和气流量的影响,电弧特性熔滴过渡形式熔深与焊道形状焊接速度咬边倾向焊缝金属力学性能,喷射及短路过渡混合气体种类,射流及脉冲射滴过渡1、98%Ar+2%O2（最小的咬边和良好的韧性）2、Ar+（35）%O2（电弧稳定和焊道成形好及咬边小）3、Ar+（1020）%O2（成形良好、可高速焊接）4、80%Ar+18%CO2+5%O2（成形良好、熔深较大）（低碳钢、低合金高强钢）,短路过渡不锈钢：Ar+5%CO2+2%O2低合金钢：Ar+25%CO2低碳钢：Ar+20%CO2 Ar+25%CO2 80%CO2+20%O2,焊接工艺三原则：,优质的焊接接头质量焊缝无超标缺陷各项性能符合技术标准高效的焊接效率最大限度降低焊接成本,CO2焊的质量,CO2焊缝热影响区小，焊接变形小CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊球缺缺罐全位置药芯焊丝CO2焊，合格率99.04%,CO2焊的高效率,熔化速度和熔化系数高，比焊条大13倍坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2辅助时间是焊条电弧焊的50%三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.023.88倍,CO2焊的低成本,焊缝截面积减少3654%，节省填充金属降低耗电量65.4%设备台班费较焊条电弧焊降低6780%,可降低成本2040%减少人工费、工时费，降低成本1016%节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用综合五项，CO2焊能使焊接总成本降低39.678.7%,平均降低59%,焊接质量保证五环节：,人-高超的焊工技能机-高品质的焊机性能料-高质量的焊接材料法-严格的工艺规范.技术标准环-良好的焊接环境,焊接工艺评定：,验证焊接工艺的正确性，合理性。为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺，并对焊接施工工艺进行确定与指导。焊接工艺评定方法：抗裂性试验工艺评定任务委托技术书（材质，工艺，数量，周期）模拟试件焊接试件物理.化学性能试验工艺评定报告（PQR）焊接工艺规范（WPS）焊接工艺指导书介绍焊接工艺卡（一）（二）,其它重要焊接工艺内容：,母材组织与性能焊前工件予热控制层间温度控制焊接线能量QIU/V（J/CM）后热处理-消氢处理焊后热处理（改善组织、消除应力）焊接检验（外观检验、无损检测）,其它工艺要素：,母材规格（板厚S、管S）坡口形式（IVYXUXK等）接头类别板状、管状、管板状接头形式：对接、角接、T字接、搭接焊接位置工：平焊、立焊、横焊、仰焊、垂直固定水平固定,焊接工艺规范参数：,焊接层次焊材直径（焊条焊丝钨极）电流种类极性干伸长度保护气体成分和流量喷嘴直径钨极伸出长度焊枪倾角（行走工作角）清根要求清洁宽度,焊接电流电弧电压焊接速度送丝速度脉冲电流基本电流脉冲频率脉冲宽度起弧电流收弧电流上升时间下降时间点焊时间,GMAW法的焊接工艺参数：,影响GMAW法焊缝熔深，焊道几何形状和焊接质量的工艺参数：1.焊接电流（送丝速度）2.电弧电压（弧长）3.焊接速度4.焊丝伸出长度5.极性6.焊丝倾角7.焊接接头位置8.焊丝直径9.保护气体成分和流量,各种金属材料的焊接工艺要点,（仅供参考）,碳钢.低合金钢的焊接：,低碳钢（C0.30%）（0.150.30%称“软钢”）中碳钢（0.300.06%）高碳钢（C0.06%）低碳钢低合金调质钢中碳调质钢,低合金高强度钢低合金低温用钢低合金耐热钢耐候钢及耐海水腐蚀用钢低合金镀层钢（镀锌、镀锡、镀铅、渗铝钢等）,碳钢.低合金钢钢的焊接性：,随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。低熔点的硫.磷化合物容易产生热裂纹。氢.氧.氮有害气体增加气孔等缺陷。再热裂纹层状撕裂,产生冷裂纹的三要素：,焊接接头中产生淬硬的马氏体组织焊接接头中扩散氢HD含量高焊接接头中有较高的残余应力冷裂纹评定方法碳当量估算法斜Y抗裂性试验法等冷裂纹敏感指数估算法（Pc）,低合金钢焊接防止冷裂纹的工艺措施,建立低氢的焊接环境制定合理的焊接工艺和焊接顺序焊接方法的选择焊接热输入量的选定焊接顺序的制定焊前进行预热和控制层间温度焊后作低温后热处理焊后立即进行消氢处理,CO2/MAG焊接工艺实例,厚度1.04.0薄板的对接角接搭接4.016.0中板的开坡口对接角接16.050.0厚板的坡口对接角接直径1594管道的焊接锅炉集箱三通的药芯焊丝CO2焊集装箱高速焊接（1.01.6M/min）,立焊、全位置焊操作技术,三种运枪轨迹图及焊缝成形截面图示,TIG焊接工艺实例,厚度0.252.0薄板的自熔对接端接管道TIG打底焊+焊条电弧焊飞机高压管道的TIG焊工艺直径101.5管道的TIG焊接工艺自行车支架脉冲TIG焊接工艺厚度3.012.0开坡口对接焊（打底焊）,耐热钢的焊接：,耐热钢焊接接头性能的基本要求1.接头的等强度和等塑性2.接头的抗氢性和抗氧化性3.接头的组织稳定性4.接头的抗脆断性5.接头的物理均一性,常用的低合金耐热钢材料：,珠光体耐热钢：0.3Mo（15Mo）0.5Mo（20Mo）1Cr-0.5Mo（12CrMo 15CrMo）1Cr-Mo-V（12Cr1MoV）Mn-Mo-Nb（18MnMoNb）马氏体耐热钢T91P91,耐热钢的焊接特点：,严格选用焊接填充材料（等强性.等韧性.高温塑性优于母材）适当的预热温度和层间温度采用低热输入焊接方法和工艺选择合理的焊后热处理规范降低焊接接头的拘束度和焊接应力,不锈钢的焊接,马氏体不锈钢1C13(410)2Cr13 3C16铁素体不锈钢1C17(430)1Cr17Mo 00Cr18Mo2奥氏体不锈钢0Cr19N9a(304aaa)0Cr18Ni8(308)00CrNi12Mo2Ti(316L)0Cr25Ni13(309)0Cr25Ni20奥氏体+铁素体双相不锈钢0Cr26Ni5Mo2.2203奥氏体不锈钢+低合金钢复合材料的焊接奥氏体不锈钢与其它材料的异种钢焊接,不锈钢焊接性分析：,热敏感怀较强，在450850温度内停留时间稍长，焊缝及热影响区耐腐蚀性能严重下降。晶间腐蚀点蚀及缝隙腐蚀应力腐蚀断裂（SCC）容易发生热裂纹。保护不良，高温氧化严重。线膨胀系数大，产生较大的焊接变形。依据母材的化学成分，严格选择焊接材料。,不锈钢的焊接工艺方法：,CO2焊-药芯不锈钢焊丝脉冲MIG焊-实心不锈钢焊丝保护气体（98%Ar+2%O2)脉冲电流临界电流，实现熔滴射流（射滴）过渡脉冲TIG焊埋弧自动焊焊条电弧焊带极堆焊,奥氏体不锈钢焊接工艺措施：,小电流.快速焊接。小线能量.减少热输入。细直径焊丝.焊条，不摆动，多层多道焊。焊缝及热影响区强制冷却，减少450850停留时间。铜垫板水冷却TIG焊缝背面氢气保护。与腐蚀介质接触的焊缝最后焊接。焊缝及热影响区钝化处理。,奥氏体不锈钢MIG焊接实例,保护气体：98%氩气+2%氧气厚度2.0mm板对接角接直径219mm管道对接马鞍型角接厚度4.0mm的板状开坡口对接焊缝及热影响区表面氧化发黑，需经过酸洗钝化处理。（药芯不锈钢焊丝+CO2气保护焊接的焊缝表面无氧化黑色成型美观）,奥氏体不锈钢TIG焊接实例,保护气体：纯度99.9%氩气厚度0.5mm板对接发端接接头直径8mm管子对接 马鞍型角接厚度3.0mm的板状开坡口对接焊缝立式储罐双人双面保护共熔池立焊 横焊管道TIG打底烛地(管内充氩)后，管内通水，再填充焊.盖面焊。,铝及铝合金的焊接：,常用铝及铝合金材料：钝铝（L1L5106010351200）铝铜合金（LU1922192024）铝锰合金（21轩30033105）铝硅合金（LT140434047）铝镁合金（LF2LF16505253565A03）铝镁硅合金（LD2LD3160636070）铝铜镁合金（700570507475）铝铜镁锂合金（8090）,铝及铝合金的焊接性：,铝及铝合金的熔点低（纯铝660），表面生成高熔点氧化膜（AL2O32050）容易造成焊接不熔合。低熔点共晶物和焊接应力，容易产生焊接热裂纹。母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔。铝的导热性是钢的3倍，焊缝熔池温度场变化大，控制焊缝成型的难度较大。,铝及铝合金焊接的工艺措施：,用化学和机械的方法清理表层氧化膜。用交流TIG、直流反接MIG焊接，电弧阴极雾化作用好，清理氧化膜十分有效。选用与母材化学成分相同相似的焊丝。高纯度氩气（Ar99.99%)保护。大号喷嘴，层流气态保护。,铝及铝合金的焊接实例：,铝及铝合金船体的MIG焊接厚度2.0mm板状MIG焊对接角接接头厚度1.01.5mm板搭接端接接头TIG焊18*1.5mm管子TIG焊对接角接焊双人双面共熔池保护TIG立焊横焊厚度8.0mm焊件的予热TIG焊工艺,铜及铜合金的焊接：,常用铜材：纯铜（紫铜“（C10200）（C12000）黄铜（C21000）（C26000）磷青铜（C50500）名青铜（C61300）硅青铜（C65100）白铜（镍铜合金）（C70600）,铜及铜合金的焊接性：,铜的高热导率（比钢大711倍），使母材与填充金属难于熔合，产生焊不透及未熔合的现象。低熔点共晶体铜及铜合金具有明显的热脆性，焊接接头容易产生热裂纹。焊缝出气孔的倾向比钢严重的多。焊接接头性能变化大，晶粒粗大，导电性和耐蚀性能下降。,铜及铜合金焊接的工艺措施：,焊前需预热300600使工件获得足够的热量，保证焊缝的良好成型。厚度0.36mm的焊件，采用直流TIG焊工艺（铝青铜工件采用交流TIG）。厚度3mm以上的工件，采用MIG焊工艺，效率高，热输入量大，焊缝成型好。,铜及铜合金的焊接实例：,汽车车体铝青铜MIG硬钎焊工艺铜母导线的MIG焊（厚度3.0mm预热400500）厚度0.5mm的板状管状对接角接TIG焊,钛及钛合金的焊接：,常用钛及合金材料：1.工业纯钛TA1TA2TA32.钛合金3.钛合金TB24.+钛合金TC1TC10,钛及钛合金的焊接性：,钛在300 以上快速吸氢，600 以上快速吸氧，700 以上快速吸氮。因此焊缝及热影响区的正面和背面，必须受到氩气的有效保护。焊接热影响区在高温停留时间长，晶粒过热粗化，塑性严重下降。TA1TA7.TB2.TC1 TC4相对焊接性较好。,钛及钛合金焊接的工艺要点：,焊前焊丝及工件除油脂，除氧化皮（酸洗或机械清理）。高纯度氩气保护，正面背面加保护拖罩。防止产生裂纹，防止产生气孔。,钛及钛合金的焊接实例:,钛管热交换器的TIG焊接厚度1.0mm板状管状TIG对接角接焊钛合金航空航天构件的真空TIG焊钛焊件的充氩气室内保护焊气体透镜式保护喷嘴+后拖罩保护工艺,焊接技术书籍和资料（一）,金属熔焊原理及工艺（上册）论述：焊接温度场.热循环及熔池和形成过程，焊接化学冶金过程，焊缝结晶及热影响区的组织与性能的转变。金属熔焊原理及工艺（下册）金属的焊接性.各种金属（黑色金属.有色金属）材料的焊接。焊接方法及设备（电弧焊）电弧的物理特性及产热产力机构.熔滴过渡.母材熔化与焊缝成型.焊接过程参数的自动控制.各种焊接方法（GMAW.GTAW.SAW.SMAW.等）的工艺特点。,焊接技术书籍和资料（二）,焊接结构论述：焊接应力与变形.焊接接头性能，焊接结构的脆性断裂及疲劳强度，典型焊接的工艺实例。弧焊电源焊接电弧及其电特性.对弧焊电源的要求。各种焊机（弧焊变压器.可控硅.脉冲电源等）的原理.结构.工艺特性。焊接工艺设计焊接生产工艺分析.设计及控制过程，焊接工艺评定.工艺方案论证，装焊胎具.自动焊接方案的设计及工艺特点。,焊接技术书籍和资料（三）,焊接手册三卷第一分册焊接方法及设备第二分册材料的焊接第三分册焊接结构中国机械工程学会焊接学会主编中国机械工业出版社出版2001年第二版（修定版）,