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1、2005年4月,1、火力发电厂生产流程2、常用金属材料3、常用焊接材料4、焊接设备及工艺5、焊接规程规范6、焊接接头热处理7、焊接缺陷及检验8、焊接应力及变形9、焊接安全技术10、识图基本知识(钳工),焊接培训教材,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,1、火力发电厂是利用燃料燃烧释放的热能发电的动力设施,包括燃料燃烧释热和热能电能转换及电能输出的所有设备、装置、仪表器件,以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。2、其生产流程如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,3、汽轮机本体 汽轮机本体(steam
2、turbineproper)是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分,即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分(静子)和转动部分(转子)组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。示意构造如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,4、锅炉本体 锅炉设备是火力发电厂中的
3、主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能,并且以此热能加热水,使其成为一定数量和质量(压力和温度)的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统(其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道)以及炉墙和构架等部分组成的整体,称为“锅炉本体”。示意构造如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,5、热力系统及辅助设备 锅汽轮机部分的辅助设备有凝汽器、水泵、回热加热器、除氧器等。把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统,叫做发电厂的热力系统。发电厂的热力系统按照不同的使用目的分为“原则性热力系统”、“全面性热力系统”、“
4、汽轮机组热力系统”等。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,6、发电机本体 在发电厂中,同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源(水力、煤、油、风力、原子能等)转换为二次能源的发电机,现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机,电枢是静止的,磁极 由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ(即转子绕组)由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子(固定部分)和转子(转动部分)两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分,其他部分起着固定、
5、支持和冷却的作用。转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,2、常用金属材料,金属是指具有光泽、不透明、高的塑性、良好的导电性和导热性以及固定熔点特征的结晶物质。金属的分类:主要分为纯金属和合金,我们通常所说的钢就属于合金。,2.1 金属的定义及其分类,2005年4月,2、常用金属材料,1、物理性能金属的物理性能主要包括:比重、熔点、导电性、热膨胀性和磁性等。2、机械性能金属在外界机械力的作用下所反应出来的各种性能叫作机械性能(力学性能)主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳等。,2.2 金属的性能,2005年4
6、月,2、常用金属材料,强度:金属材料在外力的作用下,抵抗金属本身变形和被破坏的能力叫强度。(b/MPa)塑性:金属承受外力发生永久变形而不断裂的性质叫塑性。一般以金属的延伸率()和断面收缩率()做为衡量金属塑性的指标。硬度:金属材料表面在外界硬物的作用下(静载荷)压成一个凹坑,以此压痕的深浅显示出金属本身抵抗外力的能力。布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HR)。冲击韧性:承受冲击载荷(动载荷)时的抵抗能力。,2.2 金属的性能,2005年4月,2、常用金属材料,3、工艺性能主要包括铸造性、可锻造性、焊接性(金属工件焊接时,在工艺上的难易程度,或者说焊后容易与否出现裂纹等缺陷的性能)、淬透性和切削加工
7、性等。4、化学性能对各种腐蚀物质(大气、水蒸汽、有害气体、酸、碱、盐类等)所表现出来的抵抗能力,2.2 金属的性能,2005年4月,2、常用金属材料,1、概况纯铁与碳所组成的新物质叫碳素钢。2、钢的化学成分及其影响以铁为基体的碳素钢内除含有一定量的碳成分外,还含有硅、锰、硫、磷等多种成分,对钢的性能产生一定影响。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,碳(C)的影响:钢强度和硬度随着钢中含碳量增加而提高,但当钢中含碳量超过0.9%,钢材就会变脆,冲击韧性也随之降低,易于断裂,故钢含碳量应控制在0.9%以下。锰(Mn)的影响:锰在钢中能起到提高钢的强度和硬度的作用。但锰含量如果超过1
8、.6%时,便成为合金系列的钢种。故碳素钢中锰含量一般0.8%。硅(Si)的影响:硅也可提高钢的强度和硬度,不过含量过多同样会使钢某些性能变差,不宜超过0.5%。硫(S)和磷(P)的影响:易带来热脆性和冷脆性不良影响,均宜控制在0.05%以下。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,3、碳素钢的分类低碳钢:含碳量0.25%的钢;中碳钢:含碳量为 0.25%0.6%的钢;高碳钢:含碳量 0.6%的 钢;含碳量2.11%的为生铁。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,1、概况 简称普低钢,在低碳钢的基础上加入少量锰、硅、钒(V)、钛(Ti)、铜等合金成分而组成的一种新型钢种
9、,合金成分总量不超过3%。虽然钢是由纯铁与碳组成的合金,但不能陈为合金钢,只称为碳素钢。如果为了提高或改善钢的性能而有意加入较多量的其它化学成分时,就形成了合金钢。,2.4 普通低合金钢,2005年4月,3、常用焊接材料,焊接材料的名称及标注右表1焊接材料命名标准表,2005年4月,3、常用焊接材料,3.1 焊芯 焊芯通常是指电焊条用的金属芯,在焊接过程中焊芯的作用不仅是导电,引发电弧和作填充金属,而且更重要的是其化学成分对焊接过程的稳定性,对产生工艺缺陷(如气孔、结晶裂纹等)的倾向性以及焊缝金属的物理、力学性能都有很大影响。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.2 实芯焊丝 实芯焊丝包括埋
10、弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊以及堆焊用焊丝,在国标中通常按金属品种及化学成分进行分类,此外,还有按焊接方法分类的焊丝。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.3 药芯焊丝 碳钢药芯焊丝分为气保护和自保护两类。3.4 电焊条 由焊芯和药皮两部分组成。在焊接过程中药皮的主要作用:利用它熔化以后形成的熔渣和析出的气体保护焊接区,使金属免受空气的有害作用;使焊条具有良好的工艺性,如电弧易引燃并能稳定燃烧,飞溅小,形成美观,适于全位置焊接,易于脱渣等;对熔化金属进行冶金处理最大限度地除去有害杂质(如O、N、H、S、P等),保护或添加有益的合金元素,使焊缝具有足够的抗裂和抗气孔能力及要求的
11、力学性能。,2005年4月,3、常用焊接材料,为使焊条药皮能起到上述作用,常加入多种组成物,可分七种类型:稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、增塑剂。由于药皮类型不同,即使焊芯相同,焊条的工艺性能和冶金性能也有很大的差异,因此采用不同的焊芯配合各种类型的药皮就可以制造出适合各种用途的焊条。3.4.1 电焊条的分类方法按药皮成分分类:不定型 氧化钛型 氧化钛钙型氧化铁型 钛铁矿型 纤维素型低氢型 石墨型 盐基型,2005年4月,3、常用焊接材料,按熔渣酸碱性分类酸性焊条碱性焊条按焊条用途分类结构钢焊条 钼和铬钼耐热钢焊条 不锈钢焊条堆焊焊条 低温钢焊条 铸铁焊条镍和镍合金焊条 铜和铜
12、合金焊条 铝和铝合金焊条特殊用途焊条按焊条性能分类超低氢焊条 低尘低毒焊条 立向下焊条底层焊条 铁粉高效焊条 抗潮焊条水下焊条 重力焊条 躺焊焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,按国标分类的焊条种类 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条堆焊焊条 铸铁焊条及焊丝 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号1)碳钢焊条型号GB5117-85碳钢焊条规定,碳钢焊条型号根据熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置以及焊接电流种类划分。其编号方法为:“E”表示焊条,E后的前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值(单位为Kgf/mm2),第二位数字表示焊条的焊接位置
13、,如“0”及“1”表示适用于全位置焊接,“2”表示适用于平焊及平角焊,“4表示向下焊”,第三位和第四位数字组合时,表示焊接电流种类及药皮类型。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号 E 43 1 5 表示药皮低氢钠型,可电流反接焊接 适用于全位置焊接 熔敷金属抗拉强度最小值 表示电焊条2)低合金钢焊条型号其编号方法与碳钢焊条基本相同,但后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号,用短线与前面数字分开;若还有附加化学成分时,直接用元素符号表示,也用短线与前面后缀字母分开。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号低合金钢焊条型号举例:E 50 1 8-A1 熔敷金属化学成分
14、分类代号(A1-碳钼钢)药皮为铁粉低氢型,可用交流或直流反接 适用于全位置焊接 熔敷金属抗拉强度的最小值 电焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号3)不锈钢焊条型号不锈钢焊条通常用于铬含量大于4%,镍含量小于50%的耐腐蚀钢或耐热钢焊接,按GB983-85不锈钢焊条规定,不锈钢焊条型号根据熔敷金属的化学成分和力学性能、焊条药皮性能以及焊接电流种类划分,其型号编制方法为:字母“E”表示电焊条,熔敷金属含碳量用“E”后面的一位或二位数字表示,具体含意为:“00”表示含碳量不大于0.04%,“0”、“1”、“2”、“3”分别表示含碳量不大于0.1%、0.15%、0.2%、0.45
15、%。含碳量后数字分别表示熔敷金属中铬、镍的近似百分数,若熔敷金属中含其他重要合金元素,则在镍含量数字后再加注元素符号及其平均含量数值(平均含量低于1.5%时,则在型号中仅标明元素符号),型号后面附加的后缀数字(例如15、16),表明焊条药皮类型及焊接电流种类,“15”为碱性药皮,宜直流反接;“16”表示碱性,可用交流或直流反接,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号不锈钢焊条型号举例:E 1-23-13 Mo2-15 碱性焊条,应直流反接 熔敷金属中含钼,钼含量为2%熔敷金属中镍含量近似值 熔敷金属中铬含量近似值 熔敷金属中碳含量不大于0.15%电焊条,2005年4月,3、常用焊
16、接材料,3.6 焊剂 钢用焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属性能的主要因素之一,采用同样的焊丝和同样的规范参数焊接,而配用的焊剂不同,所得焊缝的性能将有很大的差异,尤其是冲击韧性差别更大。表5.1埋弧焊焊剂分类 陶质焊剂 酸性 非熔炼焊剂 中性 烧结焊剂 碱性钢用焊剂 熔炼焊剂,2005年4月,3、常用焊接材料,3.7 焊接用气体 对保护气体的要求:1)能排除焊接区内空气,对焊接区起保护作用;2)含有害杂质少;3)保证电弧稳定燃烧,得到平静、稳定的熔滴过渡;4)有利于清除焊接缺陷,得到良好的焊缝成形和满意的接头力学性能;5)无毒无味,不污染环境;6)来源丰富,容易生产,价格便宜保护
17、气体分类:焊接常用单元气体主要有:Ar、He、CO2等,而O2、H2、N2气体常用混合气体的组元,一般不单独作为保护气体,而且多数混合气体是以Ar气为基的。按保护气体的化学性质分:还原性气体:H2及其混合气体惰性气体:Ar、He以及其混合气体氧化性气体:Ar+O2、Ar+CO2、Ar+CO2+O2、CO2和CO2+O2等成形气体:N2、N2+H2。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.8 焊条选用原则在确保焊接结构可靠的前提下,根据被焊材料的化学成分、力学性能及厚度、接头形式、结构使用条件对焊缝性能的要求,焊接结构特点和受力状态,焊接施工条件,技术经济效益等选用焊条。,2005年4月,3.8
18、 图21 碳钢和低合金钢焊接的焊条选用原则,2005年4月,3.8 表21同种钢材焊接时焊条选用要点,2005年4月,3.8 表22异种钢焊接时焊条选用要点,2005年4月,3、常用焊接材料,3.9 焊接材料的存放和使用必须凭领料单申请领料,经仓管员核准后方可发放,领料单应包含下列内容:材料种类、牌号(型号)、材料规格、数量、用途、领料日期、批准人、领料人、发料人签字。焊工应配备一个100150的手提式保温焊条筒,领出的焊条放入保温筒内随用随取,并通电恒温,如焊条或焊剂搁置在常温下超过四小时,或供货商的评定报告中所限定的时间,则需重新烘干。重复烘干次数同样按照供货商评定报告的规定,对于低氢型焊
19、条只能重复烘干一次。,2005年4月,4、常用焊接设备及焊接工艺,金属学常用名词A1或Ae1:在平衡状态下,奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度;A3或Ae3:是亚共晶钢在平衡状态下,奥氏体和铁素体共存的最高温度;Ac1:钢加热时开始形成奥氏体的温度;Acm或Aecm,过共析钢在平衡状态下,奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度;C曲线(见等温转变曲线),Ms(见上马氏体点),Mz(见下马氏体点)。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1 焊条电弧焊基本知识电弧焊是利用电弧放电所产生的热量,将焊条和工件局部加热熔化,冷凝后,而完成焊接的。电弧焊的过程如下示意图。,将工件和焊钳分别接到电焊机
20、的两个电极上,并用焊钳夹持焊条。焊接时,先将焊条与工件瞬时接触,随即再把它提起,在焊条和工件之间便产生了电弧。电弧热将工件接头处和焊条熔化,形成一个熔池。随着焊条沿焊缝的方向向前移动,新的熔池不断形成,先熔化了的金属迅速冷却、凝固,形成一条牢固的焊缝,就使两块分离的金属连成一个整体。电弧中心处的最高温度可达 6000,2005年4月,4、常用焊接工艺,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.1 电焊机和焊钳焊条电弧焊用的电焊机有交流电焊机和直流电焊机两种。交流电焊机是一种特殊的降压变压器(右图),它将电源电压(220 伏或 380 伏)降至空载时的 60 70 伏,工作电压为30伏,它能输出
21、很大的电流,从几十安培到几百安培。根据焊接需要,能调节电流大小。电流的调节可分粗调和细调两级。粗调是改变输出抽头的接法,调节范围大。细调是旋转调节手柄,将电流调节到所需要的数值。焊接电弧不够稳定。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.1 电焊机和焊钳直流电焊机是由交流电动机和特殊的直流发电机组成的(图 3-3)。电动机带动发电机旋转,发出满足焊接要求的直流电,其空载电压约为 50 80 伏,工作电压为 30 伏。电流调节范围为 45 320 安培,也分粗调和细调两级。直流电焊机有两种接法。当工件接正极,焊条接负极时称正接法。反之则称反接法。由于电弧正极区的温度高,负极区的温度低,因此正接
22、法时,工件的温度高,用于焊接黑色金属;反接法用于焊接有色金属和薄钢板。直流电焊机焊接时,电弧稳定,能适应各种焊条,但结构复杂,价格高。交、直流电焊机的规格是以正常工作时能供给的最大电流来表示的。如 BX1-330 表示额定电流为 330 安培的交流电焊机。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接头、坡口和焊缝位置在焊条电弧焊中,由于产品结构形状、材料厚度和焊件质量要求的不同,需要采用不同型式的接头和坡口进行焊接。接头型式有对接、搭接、T 型接和角接等,如下图所示。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接头、坡口和焊缝位置对接接头是最常用的接头型式。当工件较薄时,可不
23、开坡口,只要工件接头之间留有间隙;厚度小于 3mm 可一面施焊,厚度为 4 6mm 时,需要两面施焊。工件厚度大于 6mm 时,为了保证能焊透,需要开出各种形式的坡口(下页有图示)。V 形坡口加工方便。X 形坡口,由于焊缝两面对称,焊接应力和变形小;当工件厚度相同时,较 V 形坡口节省焊条。在焊接锅炉、高压容器等重要厚壁构件时,还采用 U 形坡口。这种坡口容易焊透,工件变形小,但加工 X 形和 U 形坡口都比较费时。T 型接头也常用,较厚的工件也可开各种形式的坡口。搭接和角接由于接头强度低,故采用的比较少。,2005年4月,4、常用焊接工艺,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接
24、头、坡口和焊缝位置按照焊缝在空间的位置不同,焊接方法可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种,如下图所示平焊操作容易,劳动强度小,焊缝质量高。立焊、横焊和仰焊由于熔池中液体金属有滴落的趋势,操作困难,质量不易保证,所以应尽可能地采用平焊。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.3 焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流的大小是影响焊接质量和生产率的重要因素;焊条直径 d 取决于工件厚度、接头型式和焊缝在空间的位置,通常是按工件厚度选取,通常厚度在6mm之上采用4mm焊条接电流按焊条直径选取。平焊低碳钢时,可按经验公式计算。I=(30 55)d 工件厚、焊工技术水平高、野外操作,宜取大值。在相同
25、的条件下,立焊比平焊的电流要减少1015%,仰焊则应减少1520%。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.3 焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流的大小是影响焊接质量和生产率的重要因素;焊条直径 d 取决于工件厚度、接头型式和焊缝在空间的位置,通常是按工件厚度选取;不同的接头形式应选用不同直径的焊条。如T形接头,由于散热条件比对接接头好,所以可选用较粗直径的焊条;开坡口的接头第一层打底时应选用较细的焊条,如对接接头打底焊时选用直径为3.2mm的焊条,而其余各层可选用4.0mm的焊条。接电流按焊条直径选取。平焊低碳钢时,可按经验公式计算。I=(30 55)d 工件厚、焊工技术水平高、
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