CO2焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响

CO2焊丝中所含合金元素对焊接性能的影响CO气体保护焊镀铜焊丝是一种高效、节能、节材的焊接材料，焊锋成型美观，适用于低碳钢和低合金2钢的焊接。执行标准为GB/T8110T995，其型号为 H08Mn SiA、H04Mn SiTiA、H04Mn SiAlTiA 等。CO 焊2 2 2 2丝，其含碳量都较低，大多都在0.1%以下，同时含有Si、Mn、S、P、Cr、Al、Ti、Mo、V等合金元素。这 些合金元素对焊接性能有何影响，下面分别说明；硅（Si）元素对焊接性有何影响？硅是焊丝中最常用的脱氧元素，它可以防止铁与氧化合，并可在熔池中还原FeO。但是单独用硅脱氧， 生成的SiO熔点高（约1710C），且生成物的颗粒小，难以从熔池中浮出，易造成焊缝金属夹渣。2锰（Mn）元素对焊接性有何影响？锰的作用与硅相似，但脱氧能力比硅稍差一些。单独用锰脱氧，生成的MnO密度较大（15. Ilg/cm3）， 也不易从溶池中浮出。在焊丝中含锰，除了脱氧作用外，还能和硫化合生成了硫化锰（MnS），并被除去（脱 硫），故可降低由硫引起的热裂纹的倾向。由于单独用硅和锰脱氧，都难以除去脱氧的生成物。故目前多采用硅锰联合脱氧，使生成的SiO和MnO2 复合成硅酸盐伽逆）。MnO-Siq的熔点低（约1270C ）且密度小（约3. 6g /血，在熔池中能 凝聚成大块熔渣而浮出，达到良好的脱氧效果。锰也是钢材中的重要合金元素，也是重要的淬透性元素，它对焊缝金属的韧性有很大影响。当Mn含量0. 05%时焊缝金属的韧性很高；当Mn含量3%后又很脆；当Mn含量=0. 61. 8%时，焊缝金属有较高的强度和韧性。硫（S）元素对焊接性有何影响？ 硫在钢中常以硫化铁的形式存在，并呈网状分布在晶粒边界，因而显著地降低钢的韧性。铁加硫化铁 的共晶温度较低（985C），因此，在进行热加工时，由于加工开始温度一般为11501200C，而铁和硫 化铁共晶已经熔化，从而导致加工时开裂，这种现象就是所谓“硫的热脆性”。硫的这种性质使钢在焊接 时产生热裂纹。因此，一般在钢中对硫的含量都严格加以控制。普通碳素钢、优质碳素钢以及高级优质钢 的主要区别就在于硫、磷含量的多少。前面提到，锰有脱硫作用，这是因为锰可与硫形成高熔点（1600C ）的硫化锰（MnS），它呈粒状分布 于晶粒内。在热加工时，硫化锰有足够的塑性，因而消除了硫的有害作用。因此钢中保持一定的含锰量是 有益的。磷（P）元素对焊接性有何影响？磷在钢中能全部溶于铁素体内。它对钢的强化作用仅次于碳，使钢的强度和硬度增加，磷能 提高钢的抗腐蚀性能，而塑性和韧性则显著降低。特别在低温时影响更为严重，这称为磷的冷跪 倾向。故它对焊接不利，增加钢的裂缝敏感性。作为杂质，磷在钢中的含量也要加以限制。铬（Cr ）元素对焊接性有何影响？ 铬能提高钢的强度和硬度而塑性和韧性降低不大。铬具有很强的耐蚀、耐酸的能力，所以奥氏体不锈 钢中一般都含有较多的铬（13%以上）。铬还具有很强的抗氧化能力和耐热性。因此，铬在耐热钢中应用 也很广，如 12CrMo、 15CrMo 5CrMo 等钢中都含有一定量的铬。铬是奥氏体钢的重要组成元素和铁素体化的元素，它在合金钢中能提高在高温时的抗氧化能力和机械 性能。在奥氏体不锈钢中，当铬镍的总量为40%, Cr/Ni = 1时，有热裂缝倾向；当Cr/Ni = 2. 7时，就 没有热裂缝倾向。所以一般18 8型钢中Cr/Ni = 2. 22. 3左右时，铬在合金钢中就容易产生碳化物， 使合金钢导热变差，容易产生氧化铬，使焊接造成困难。铝（AI）元素对焊接性有何影响？铝是强烈的脱氧元素之一，故用铝作脱氧剂，不仅可少产生FeO,且易于使FeO还原，有效地抑制在 熔池中产生的CO气体的化学反应，提高抗CO气孔的能力。另外，铝还能和氮化合而起固氮作用，故也 能减少氮气孔。但是用铝脱氧，生成的AI2O3熔点很高（约2050C），以固态存在熔池中，容易引起焊缝 夹渣。同时，含铝的焊丝容易引起飞溅，铝的含量过高还会降低焊缝金属抗热裂能力， 因而焊丝中含铝量 必须严格控制，不宜过多。若在焊丝中含铝量控制适当，则在焊缝金属的硬度、屈服点、抗拉强度均稍有 提高。钛（Ti）元素对焊接性有何影响？，钛也是一种强烈的脱氧元素，且也能和氮化合成TiN而起固氮作用，提高焊缝金属抗氮气孔的能力。 若Ti和B （硼）在焊缝组织中含量适当，可以使焊缝组织得到细化。钼（Mo）元素对焊接性有何影响？ 钼在合金钢中能提高钢的强度、硬度，细化晶粒，防止回火脆性和过热倾向，提高高温强度、蠕变强 度及持久强度、含钼小于 0. 6%时，可以提高塑性，减少产生裂纹的倾向，提高冲击韧性。钼有促进石墨 化的倾向。故一般含钼的耐热钢如 16Mo、12CrMo、15CrMo 等含钼量约在 05左右。钼在合金钢中的 含量在0. 61. 0%时，钼会使合金钢的塑性和韧性下降，增加合金钢的淬火倾向。钒（V）元素对焊接性有何影响？ 钒可提高钢的强度，细化晶粒，降低晶粒长大倾向，提高淬硬性。钒是较强烈的碳化物形成元素，所 形成的碳化物在650C以下都是稳定的。有时效硬化作用。钒的碳化物具有高温稳定性，因而能提高钢的 高温硬度。钒能够改变碳化物在钢中的分布状况，但是钒容易生成难熔的氧化物，增加了气焊和气割的困 难。一般焊缝中含钒量在0. 11%左右时，可以起到固氮作用，变不利为有利。一、基本知识1. 什么叫焊接? 答：两种或两种以上材质（同种或异种）,通过加热或加压或二者并用,来达到原子之间的结 合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接.2. 什么叫电弧？ 答：由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象叫电弧。 1按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。 2按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。 3按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。3. 什么叫母材？ 答：被焊接的金属-叫做母材。4. 什么叫熔滴？答： 焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴-叫做熔滴。5. 什么叫熔池？ 答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分-叫做熔池。6. 什么叫焊缝？ 答：焊接后焊件中所形成的结合部分。7. 什么叫焊缝金属？ 答：由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。8. 什么叫保护气体？ 答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体- 保护气体。9. 什么叫焊接技术？ 答：各种焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及焊接设备等及其基础理论的总称叫焊接 技术。10. 什么叫焊接工艺？它有哪些内容？ 答：焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、 装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。11. 什么叫 CO2 焊接？答：用纯度99.98%的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊一称为CO2焊。12. 什么叫MAG焊接？答：用混合气体75-95% Ar + 25-5 % CO2，（标准配比：80%Ar + 20%CO2 ）做保护 气体的熔化极气体保护焊一称为MAG焊。13. 什么叫MIG焊接？答：1用高纯度氩气Ar 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜 及铜合金等有色金属；2用98% Ar + 2%O2或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心 不锈钢焊丝的工艺方法-称为MIG焊。3用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。14什么叫TIG （钨极氩弧焊）焊接？ 答：用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧 焊，简称 TIG 焊。15. 什么叫SMAW （焊条电弧焊）焊接？ 答：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。16. 什么叫碳弧气刨？答：使用碳棒作为电极，与工件间产生电弧，用压缩空气（压力0.50.7Mpa）将熔化 金属吹除的一种表面加工的方法。常用来焊缝清根、刨坡口、返修缺陷等。17. 为什么 CO2 焊比焊条电弧焊效率高？答：1CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍；2坡口截面比焊条减小 50%，熔敷金属量减少 1/2； 3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2.02-3.88倍18为什么CO2焊接接头比焊条电弧焊的焊接接头质量好？答: CO2焊缝热影响区小，焊接变形小；CO2焊缝含氢量低（260280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅 焊接。24为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？答： MIG/MAG 焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临 界电流值，电弧也能呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接（如：使用松下AG2/GE2脉冲 MIG/MAG焊机，屮1.2碳钢、不锈钢、铝及铝合金焊丝在电流I80A时已实现脉冲射滴 过渡，其脉冲电流Ip350A）。二、焊接材料1. 什么叫焊接材料？包括哪些内容？ 答：焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂、气体、电极、衬垫等。2. 什么叫焊丝？ 答：焊接时作为填充金属，同时用来导电的金属丝叫焊丝。分实心焊丝和药芯焊丝两 种。常用的实心焊丝型号：ER50-6 （牌号：H08Mn2SiA）。3为什么MAG焊接接头比CO2焊接接头的冲击韧性高？答： MAG 焊接时，活性气体仅为 20%，焊丝中的合金元素过渡系数高，焊缝的冲击韧 性高。CO2焊活性气体为100%，焊丝中的锰、硅合金元素联合脱氧，其合金元素过渡 系数略低，焊缝的冲击韧性不如MAG焊高。如唐山神钢MG-51T焊丝（相当于ER50-6） 其常温冲击韧性值： MAG：160J；CO2：110J。4什么叫药芯焊丝？ 答：由薄钢带卷成圆形钢管，同时在其中填满一定成分的药粉，经拉制而成的一种焊丝。5为什么药芯焊丝用CO2气体保护？ 答：按保护方式区分药芯焊丝有两种类型：药芯气保焊丝和药芯自保焊丝。药芯气保焊 丝一般用CO2气体作保护，属于气渣联合保护形式，焊缝成形好，综合机械性能高。6为什么药芯焊丝焊缝表面会出压痕气孔？ 答：因药芯焊丝是由薄钢带卷成的管状焊丝，属于有缝焊丝；空气中的水分会通过缝隙 侵入药芯，焊药潮湿（无法烘干），造成焊缝有压痕气孔。7为什么对CO2气体纯度有技术要求？答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分， 会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度99.8%的气体，焊缝气 孔少，含氢量低，抗裂性好。8为什么对氩气纯度有较高技术要求？答：目前市场上有三种氩气：普氩（纯度99.6%左右）、纯氩（纯度99.9%左右）、高 纯氩（纯度99.99%），前两种可焊接碳钢和不锈钢；焊接铝及铝合金、钛及钛合金等 有色金属一定要选用高纯氩；避免焊缝及热影响区被氧化无法进行焊接。9为什么TIG焊喷嘴有大小多种规格？答：有48#五种规格喷嘴，焊接碳钢可选用45#喷嘴，焊接不锈钢和铝及铝合金 应选用67 #大喷嘴，以加强焊缝及热影响区的保护范围。焊接钛及钛合金等有色金属 应选用 78#更大的喷嘴，才能防止焊缝及热影响区被氧化。10. 什么叫酸性焊条？答：药皮中含有多量酸性氧化物的焊条，如结422 （E4303）、结502 （E5003）等交直 流两用电焊条。11. 什么叫碱性焊条？ 答：药皮中含有多量碱性氧化物同时含有氟化物的焊条，如结507 （E5015） 、结506（E5016）等电焊条。12. 什么叫纤维素型（下向立焊专用）焊条？ 答：药皮中含有多量有机物的焊条，管道及薄板结构下向立焊专用。1如E6010 （相当于E4310、J425G）适用于打底焊、热焊、填充焊。2E8010 （相当于E5511、J555）适用于热焊、填充焊、盖面焊层。一般用低氢下向焊条盖面焊；E7048 （相当于J506X）焊缝外形整洁、美观。13. 为什么焊前焊条要严格烘干？ 答：焊条往往会因吸潮而使工艺性能变坏，造成电弧不稳、飞溅增大，并容易产生气孔、 裂纹等缺陷。因此，焊条使用前必须严格烘干。一般酸性焊条的烘干温度150-200C, 时间1小时；碱性焊条的烘干温度350-400C，时间1-2小时，烘干后放在100-150C 的保温箱内，随用随取。常用焊接方法及特点一、什么是钎焊？钎焊是如何分类的？钎焊的接头形式有何特点？ 钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。 根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450C，接头强度较低（小于70 MPa）。（2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450C，接头强度较高（大于200 MPa）。 钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。二、电弧焊的分类有哪些，有什么优点？利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。可分为手工电弧焊、埋弧自动焊和气体 保护焊等三种。手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊 接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝 的焊接；埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；气体保护焊具有 保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。三、焊条电弧焊时，低碳钢焊接接头的组成、各区域金属的组织与性能有何特点？（ 1 ）焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共 同熔池，冷凝后成为铸态组织。在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结 晶，形成柱状晶组织。由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化 学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于 母材强度。2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化 的区域。（2）低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。1）熔合区 位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。加热温度约为1 4901 530C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差， 是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。2）过热区 紧靠着熔合区，加热温度约为1 1001 490C。由于温度大大超 过Ac3,奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25% 75%左右。3）正火区 加热温度约为8501 100C，属于正常的正火加热温度范围。冷 却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。4）部分相变区加热温度约为727850C。只有部分组织发生转变，冷却后 组织不均匀，力学性能较差。四、什么是电阻焊？电阻焊分为哪几种类型、分别用于何种场合？电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局 部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为点焊、缝焊和对焊3种形式。（1）点焊：将焊件压紧在两个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成 熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。点焊适用于焊接4 mm以下的薄板（搭接）和钢筋，广泛用于汽车、飞机、电子、仪 表和日常生活用品的生产。（2）缝焊：缝焊与点焊相似，所不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。叠合的 工件在圆盘间受压通电，并随圆盘的转动而送进，形成连续焊缝。缝焊适宜于焊接厚度在3 mm以下的薄板搭接，主要应用于生产密封性容器和管道 等。（3）对焊：根据焊接工艺过程不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊。1）电阻对焊 焊接过程是先施加顶锻压力（1015 MPa）,使工件接头紧密接触， 通电加热至塑性状态，然后施加顶锻压力（3050 MPa），同时断电，使焊件接触处在 压力下产生塑性变形而焊合。电阻对焊操作简便，接头外形光滑，但对焊件端面加工和清理要求较高，否则会造 成接触面加热不均匀，产生氧化物夹杂、焊不透等缺陷，影响焊接质量。因此，电阻对 焊一般只用于焊接直径小于20 mm、截面简单和受力不大的工件。2）闪光对焊 焊接过程是先通电，再使两焊件轻微接触，由于焊件表面不平，使 接触点通过的电流密度很大，金属迅速熔化、气化、爆破，飞溅出火花，造成闪光现象。 继续移动焊件，产生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊件端面全部熔化时，迅速 加压，随即断电并继续加压，使焊件焊合。闪光对焊的接头质量好，对接头表面的焊前清理要求不高。常用于焊接受力较大的 重要工件。闪光对焊不仅能焊接同种金属，也能焊接铝钢、铝铜等异种金属，可以焊接 0.01 mm的金属丝，也可以焊接直径500 mm的管子及截面为20 000 mm2的板材。五、激光焊的基本原理是什么？有何特点及用途？ 激光焊利用聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接。 激光焊具有如下特点：1）激光束能量密度大，加热过程极短，焊点小，热影响区窄，焊接变形小，焊件 尺寸精度高；2）可以焊接常规焊接方法难以焊接的材料，如焊接钨、鉬、钽、锆等难熔金属；3）可以在空气中焊接有色金属，而不需外加保护气体；4）激光焊设备较复杂，成本高。激光焊可以焊接低合金高强度钢、不锈钢及铜、镍、钛合金等；异种金属以及非金属材料（如陶瓷、有机玻璃等）；目前主要用于电子仪表、航空、航天、原子核反应堆等领 域。六、电子束焊的基本原理是什么？有何特点及用途？ 电子束焊利用在真空中利用聚焦的高速电子束轰击焊接表面，使之瞬间熔化并形成焊接接头。电子束焊具有以下特点：1）能量密度大，电子穿透力强；2）焊接速度快，热影响取消，焊接变形小；3）真空保护好，焊缝质量高，特别适用于活波金属的焊接。电子束焊用于焊接低合金钢、有色金属、难熔金属、复合材料、异种材料等，薄板、厚板均可。特别适用于焊接厚件及要求变形很小的焊件、真空中使用器件、精密微型器1. 什么是碳素钢？常用的有哪几种？答:碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢(含C260280A，才能实现射流过渡；小 于此值熔滴为短路过渡，飞溅较大，一般不能使用。只有使用带脉冲的 MIG 电源，脉 冲电流大于300A，才能实现80260A焊接电流下的脉冲射滴过渡，无飞溅焊接。9为什么药芯不锈钢焊丝用CO2气体保护？不用带脉冲的电源？答：目前常用的药芯不锈钢焊丝(如308、309等)，焊丝内的焊药配方是按CO2气体 保护下产生焊接化学冶金反应而研制的，所以不能用于MAG或MIG焊接；不能用带 脉冲的弧焊电源。七、铝及铝合金的焊接1为什么叫纯铝？它们是如何分类的？ 答：工业纯铝：含铝量99.00% 。国产牌号： L1、 L2、 L3、 L4、 L5 。国际型号： 1060、 1035、 1100、 1200、 1370等国产焊丝牌号： HS3012为什么叫铝合金？它们是如何分类的？ 答：在铝材中加入镁、硅、锰、铜、锌等合金元素，形成不同的组织和性能，形成不同 系列的铝合金材料，如： 1 铝铜合金( LY19201422192024) 2铝锰合金( LF21300330053105 )国产焊丝牌号：HS321 3铝硅合金( LT14A1140434047 )国产焊丝牌号：HS3114铝镁合金( LF2-LF16 5005 5052 5182 5356 )国产焊丝牌号： HS3315铝镁硅合金 ( LD2 LD31 6061 60636070 )6铝铜镁锌合金 ( 700570507075 7475 )7铝铜镁锂合金 ( 8090 )等3为什么MIG焊铝要用亚射流过渡？答：亚射流过渡在射流过渡的电弧成分中调试出35%的短路过渡成分，保证电弧长 度较短，电弧不漂移，气体保护和阴极雾化效果好，产生气孔的倾向小，焊缝内在质量 高。4为什么MIG焊铝的工艺难题较多？答： MIG 焊铝的工艺难题主要有：1铝及铝合金的熔点低(纯铝660C),表面生成高熔点氧化膜(AL2O3 2050C), 容易造成焊接不熔合。 2低熔点共晶物和焊接应力，容易产生焊接热裂纹。 3 母材、焊材氧化膜吸附水分，焊缝容易产生气孔。 4铝的导热性是钢的3 倍，焊缝熔池的温度场变化大，控制焊缝成型的难度较大。 5 焊接变形较大。5. 为什么MIG焊铝要用01.2/01.6焊丝？答:MIG焊铝时，因焊丝的熔化速度很快，送丝速度高；铝焊丝刚性小，比较软，推丝送进时，细焊丝容易堆丝打弯，影响正常焊接。所以一般使用01.2/01.6铝焊丝。6. 什么叫清洁宽度？答: TIG 交流和 MIG 直流反接焊铝时，负电极（母材）表面上集中发射电子的光亮微 小区域“阴极雾化区”，此区域为清洁宽度，清理铝表面氧化膜。八、铜及铜合金的焊接1. 为什么叫纯铜（紫铜）？答：含铜量99.9%的铜材叫纯铜（紫铜）牌号: C10200、C11000、C12000、C12200 等焊丝牌号： HS2012. 为什么叫铜合金？它们是如何分类的？答：在铜材中加入锌（黄铜）、镍（白铜）、硅（硅青铜）、铝（铝青铜）、锡（锡青铜）、磷（磷青铜）等称为铜合金。分类如下：1磷青铜（ C50500）焊丝： HS2022硅青铜（ C65100）焊丝： HS2113铝青铜（ C61300）焊丝： HS2144黄铜（ C21000）焊丝： HS2215白铜 （C70600）3为什么MIG焊接纯铜（紫铜）焊前要预热400-600C?答： 铜的高热导率（比钢大 7 11 倍），使母材与填充金属难于熔合，产生焊不上及未 熔合的现象。焊前需预热 400600C 使工件获得足够的热量，保证焊缝的良好成型， 实现正常焊接。4. 为什么纯铜焊接容易出现热裂纹？ 答：硫、磷、锡、锌等低熔点共晶体使铜及铜合金具有明显的热脆性，焊接接头容易产 生热裂纹。并且焊缝出气孔的倾向比钢严重的多。5. 什么叫MIG钎焊？ 答：采用低熔点的铜基焊丝钎料（如：硅青铜、铝青铜等），在纯氩气保护下的熔化极 气体保护焊叫 MIG 钎焊。具有焊丝熔化速度快，电弧稳定性好，熔深浅，焊速快等 工艺特点。控制焊接热输入量最低，母材不熔化；焊丝迅速熔化并渗透于焊缝间隙中， 形成钎焊接头。焊缝强度高，工件热影响区很小，焊后薄板不变形。适合于焊接板厚 6=0.82 mm的车身薄板对接接头、搭接接头及点焊焊缝，广泛应用汽车车体和镀层钢 板的焊接。九、焊接缺陷1. 什么叫焊接缺陷？ 答：焊接过程中产生的不符合标准要求的缺陷。2. 为什么熔化焊焊缝会产生缺陷？ 答：由于人、机、料、法、环等因素的影响，焊缝内外部会产生的缺陷有：焊缝尺寸不 符合要求、弧坑、烧穿、咬边、焊瘤、严重飞溅、夹渣、气孔、裂纹等。3. 什么叫气孔？ 答：在焊接过程中，熔池金属中的气体在金属冷却以前未能来得及逸出，而在焊缝金属 中（内部或表面）所形成的孔穴。4. 什么叫裂纹？ 答：在焊接应力以及其他致脆因素共同作用下，产生在焊缝金属及热影响区（内部或表 面）所形成的缝隙称为裂纹。a）热裂纹一焊后高温时立即产生的裂纹。b）冷裂纹一焊后在金属冷却至室温时产生的裂纹；或焊后几小时、几天后产生的裂纹称 为延迟裂纹。5. 什么叫咬边？ 答：由于焊接参数选择不正确，或者操作方法不正确沿着焊趾（熔合线上）的母材部位 产生的沟槽或凹陷一叫咬边，会造成局部应力集中。6. 什么叫未焊透？ 答：焊接时，接头根部未完全熔透的现象。7. 什么叫未熔合？ 答：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分。8. 为什么要控制焊缝中的含氢量？ 答：氢、氧、氮三种有害气体会对焊接接头产生很大危害；尤其是“氢”，会产生氢气孔、 氢白点、氢脆、氢致裂纹（延迟裂纹）等危害。9. 什么叫焊接飞溅？ 答：熔焊过程中，熔化的金属颗粒和熔渣向周围飞散的现象。10. 什么叫焊瘤？ 答：在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝以外未熔化的母材上所形成的金属瘤。11. 什么叫夹渣？ 答：焊渣残留于焊缝中的现象。12. 什么叫弧坑？如何防止？ 答：焊接收弧时，焊道尾部形成低于焊缝高度的凹陷坑一叫弧坑。弧坑内一般存在低熔 点共晶物、夹杂物、火口裂纹等缺陷。采用收弧电流（小于焊接电流60%）停留在弧坑一定时间，用焊丝填满弧坑，能够防止 产生弧坑缺陷。13. 什么叫无损探伤？它有哪些内容？ 答：不损坏被检查材料或成品的性能和完整性而检测其缺陷的方法。主要有：X射线探伤（RT）超声探伤 （UT）磁粉探伤 （ MT）渗透探伤 （PT ）等焊接基础知识问答1什么叫焊接条件？它有哪些内容？答：焊接时周围的条件，包括：母材材质、板厚、坡口形状、接头形式、拘束状态、环 境温度及湿度、清洁度以及根据上述诸因素而确定的焊丝（或焊条）种类及直径、焊接 电流、电压、焊接速度、焊接顺序、熔敷方法、运枪（或运条）方法等。2什么叫焊接接头？基本形式有几种？答：用焊接方法连接的接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。接头基本 形式有：对接、角接、搭接和T型接等。3. 什么叫熔深？ 答：在焊接接头横截面上，母材熔化的深度。4. 什么叫焊接位置？有几种形式？ 答：熔焊时，焊件接缝所处的空间位置。有平焊、立焊、横焊和仰焊等形式。5. 什么叫向下立焊和向上立焊？ 答：1立焊时，电弧自上向下进行的焊接叫向下立焊。如：纤维素焊条向下立焊； CO2 向下立焊等。2立焊时，电弧自下向上进行的焊接叫向上立焊。6. 什么叫焊接结构？答：用焊接方法连接的钢结构称为焊接结构。7. 为什么对焊件要开坡口？答：坡口-根据设计或工艺要求，将焊件的待焊部位加工成一定几何形状，经装配后形 成的沟槽。为了将焊件截面熔透并减少熔合比；常用的坡口形式有： I、 V、 Y、 X、 U、 K、 J 型等。8. 为什么对某些材料焊前要预热？ 答：为了减缓焊件焊后的冷却速度，防止产生冷裂纹。9. 为什么对某些焊接构件焊后要热处理？ 答：为了消除焊接残余应力和改善焊接接头的组织和性能。10. 为什么焊前要制订焊接工艺规程？ 答：保证焊接质量依靠五大控制环节：人、机、料、法、环。人焊工的操作技能和经验 机焊接设备的高性能和稳定性 料焊接材料的高质量法正确的焊接工艺规程及标准化作业 环良好的焊接作业环境 焊前依据焊接试验和焊接工艺评定，制订的焊接工艺规程是“法规”，是保证焊接质量的 重要因素。11. 为什么焊前要对母材表面处理加工？ 答：焊件坡口及表面如果有油（油漆）、水、锈等杂质，熔入焊缝中会产生气孔、夹杂 夹渣、裂纹等缺陷，给焊接接头带来危害和隐患。12. 什么叫焊丝的熔化系数？ 答：焊丝的熔化系数是指单位时间内通过单位电流时焊丝的熔化量。 （g/Ah） 焊丝越细，其熔化系数越大，既效率越高。13. 什么叫焊接工艺参数？ 答：焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如：焊接电流、电弧电压、焊接速度、 线能量等）的总称。14. 什么叫焊接电流？答：焊接时，流经焊接回路的电流，一般用安培（A）表示。15. 什么叫电弧电压？答：电弧两端（两电极）之间的电压降，一般用伏特（V）表示。16. 什么叫焊接速度？答：单位时间内完成焊缝的长度，一般用厘米/分钟（cm/min）表示。17. 什么叫干伸长度？答：焊接时，焊丝端头距导电嘴端部的距离。18. 什么叫焊接线能量？ 答：熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝上的能量，亦称“热输入”。一般用焦耳/ 厘米(J/cm)表示。19. 什么叫焊缝金属的熔合比？ 答：熔焊时，被熔化的母材部分在焊缝金属中所占的比例。20. 什么叫焊缝形状系数？ 答：熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度与焊缝厚度的比值。21. 什么叫左向焊法？ 答：熔焊时，焊枪由焊件接缝的右端向左端移动的焊法。气体保护效果好，焊缝成型美 观。C02、TIG焊接均用左向焊法；MIG焊铝必须用左向焊法。22. 什么叫右向焊法？答：熔焊时，焊枪由焊件接缝的左端向右端移动的焊法。23. 为什么说焊接接头是焊接结构中的薄弱环节？ 答：因为焊接接头存在着组织和性能的不均匀性，还往往存在着一些焊接缺陷，存在着 较高的拉伸残余应力；所以焊接接头是焊接结构中的薄弱环节。24. 为什么说通过工艺途径可获得优质的焊接接头？ 答：提高焊接接头的质量，可从以下途径着手：正确选配焊接材料，采用合理的焊接工 艺方法，控制熔合比，调节焊接热循环特征，运用合理的操作方法和坡口设计，辅以预 热、层间保温及缓冷、后热等措施，或焊后热处理方法等，可获得优质的焊接接头。石油钻采阀门内壁热丝TIG堆焊石油钻采专用阀门是海上、陆地石油天然气钻采和生产的系统重要部件，其使用有耐强腐蚀性要求，制造时需在内壁表层堆焊耐腐蚀材料。然而此类阀门具有重量大、形 状特殊、可达性差，焊接质量要求严格等特点，如何有效进行高质量堆焊一直困扰着 国内石油阀门制造行业。本文介绍了 fronius热丝TIG焊工艺和ETR全自动堆焊设备 在阀门堆焊的应用。0 前言石油钻采专用阀门是海上、陆地石油天然气钻采和生产的系统重要部件，对石化行业的发展起着举足 轻重的作用。目前能源短缺促使世界各国都加大石油天然气勘探、开发力度。我国为了确保能源安全、满 足国民经济日益增长的需要，近年来在石油及化工工业上的投资更是大幅上升，特别是海上油气田勘探开 发、天然气的勘探开发。从而增大石油钻采设备的需求，促进我国石油钻采设备制造业的发展。但是，由 于在钻采阀门制造和修复技术上与国外仍有较大的差距，高质量或关键部位的阀门一直依赖进口。其中阀 门内壁堆焊技术的落后就是制约我国石油钻采阀门发展的瓶颈之一。1 石油钻采阀门堆焊要求深层油气田含有大量的H2S、co2、高氯化物等腐蚀介质，对钻采设备具有高腐蚀性，为了让设备 有更高耐腐蚀性，更长的使用寿命，同时又具有低制造成本。通用的制造方法是在低合金阀体和阀盖表面 堆焊一层镍基合金，这样钻采设备仍然保持低成本低合金钢基体，同时昂贵的耐腐蚀镍基材料被应用到需 要用的地方。典型的需堆焊基体母材为AISI3140, 8630MODIFIEL，或2.25CrlMo等制造的阀门要满足 ASME IX，API6A/ISO10423，NACE MR0175 和 NORSOK 认证。按 API6A/ISO10423标准，堆焊金属铁的含量需控制在5-10%范围，机加工后堆焊厚度不小于0.125”(3.17mm),焊缝稀释率控制在 5-10%。另外，此类阀件重达数十吨，不易装配，一般很难用工装将工件倾斜到理想的焊接位置。需堆焊的孔 径最小达40mm，深度达2m,存在较大的焊接可达性问题，全位置焊接的要求也相应提高，增加了堆焊的 难度。2 国内外石油钻采阀门堆焊发展的现状在国外，美国的石油业最为发达，世界上的阀门制造都延用美国的标准（如美国石油协会标准 API、 美国腐蚀工程师协会标准NACE、美国机械工程师协会ASME）。世界上著名的海上和陆地油气钻探产品 和服务的供应商以 ABB Vetco Gray、 cooper Comeron、 FMC、 Aker Kvaener、 Flow control tech、 Weir pump、 IHC 为代表，在世界上石油钻采设备供应占相当大的份额。发达国家自1978 开始使用表面堆焊技术以来， 已具有近三十年的堆焊历史。堆焊的工艺也从手工电焊、TIG焊、脉冲MIG/MAG焊、发展到到现在的自 动热丝TIG焊。采用自动化热丝TIG焊，不仅提高了熔敷效率和生产效率，减少了焊缝的稀释率，而且还提高了焊接的可达性（如阀门的45mm内孔内壁堆焊），保证了焊接质量的一致性。在中国，堆焊业起步较晚，绝大多数阀门制造商仍采用落后的手工电弧焊工艺，不仅焊缝稀释率高、 焊接质量差、制造成本高。而且对于内孔孔径小而深的阀门，如大吨位的Christmas tree（见图1）、和bore cladding（见图2）无法堆焊。更新焊接工艺、缩小同世界石油钻采阀门制造技术差距是国内阀门制造业的发 展方向。3 热丝 TIG 焊工艺原理热丝TIG焊是在传统的TIG焊接基础上，采用预热焊丝进行焊接一种工艺。图-3是热丝TIG原理图。 系统包含TIG焊电源、热丝电源、焊枪和系统控制器。TIG焊电弧熔化母材，送丝系统连续送丝到熔 池中。与普通TIG焊不同之处，焊丝在送进熔池前，单独的热丝电源加热焊丝干伸长部份（送丝咀和熔池 之间的焊丝），通过焊丝伸出部份电阻效应，产生热量（热量的产生公式是l2 x R =焦耳），提高熔敷效 率。热丝TIG焊具体接法是，TIG焊枪和焊丝加热端接负极，工件接正极。热丝TIG焊采用脉冲电弧（减少热输入量和电弧偏吹），脉冲协同送丝。对焊枪倾角和送丝有非常严 格要求，填充焊丝必需始终伸入熔池。热丝电源工作电压1.5-5V,（过高的电压会产生新的电弧，干扰焊 接电弧的稳定），热丝电流75-150A，焊丝加热长度为10-25mm。热丝TIG焊可通过焊接电流、热丝电流、送丝速度的协同控制提高熔敷效率和焊接速度，减少焊缝稀 释率。当焊接参数恒定情况下，提高热丝电流和送丝速度，则熔池的温度会降低，以熔敷效率2-3.5kg/h 为例，大约可以减少 50%稀释，焊接速度提高一倍（约 40cm/min）。4 fronius ETR-S 热丝 TIG 内壁堆焊系统4.1 ETR-System 堆焊系统简述ETR-S 系统部件FPA9000 D 堆焊系统控制器FPA9000-RC 遥控编程器TT450 直流氩弧焊电源TP1500HD 热丝电源E立柱和横梁操作架F十字滑架GETS 焊枪旋转装置H特殊的堆焊焊枪图-4是fronius ETR-S （Endless Torch Rotatio-System缩写）热丝TIG自动堆焊设备。整个阀门堆焊的 工作过程是由CNC数控的系统控制器FPA9000进行预先CAD/CAM编程，集中控制各种焊接参数、十字 滑架的运动、ETR-S焊枪旋转机构的转动。焊接前，焊枪自动接触工件后回抽到预设的距离，高频引弧， 开始焊接。ETR-S焊枪旋转机构带动焊枪旋转，按预先编定焊接轨迹进行阀门内壁焊，整个阀门堆焊一次 完成。焊接过程中采有AVC （弧长控制）技术，确保钨针同工作的高度始终是一致的，对工件的不规则具 有更好的容忍性。焊接参数和焊接过程在FPA9000上的PC机上可显示，存诸和打印，也可设置焊接限值 进行自动质量监控。4.2 ETS-System 用于阀门堆焊的优点：a）阀门不需要转台转动，直接放在平面上（地面，叉板等），焊接过程是焊枪在转动。这是ETR-S 系统最大的优点。因为像一些大吨位或复杂形状的阀门吊装，夹持和在转台止定中心，需要投资 大量的附助设备，和花费大量人力和时间。b）自动定中心功能。焊接前，只需将焊枪移动所需堆焊的孔径内，系统就会自动寻找中心，并可 自动定位。c）“bore-to-bore”内孔相惯线堆焊专用软件。应用此软件，系统会自动计算和设定焊接起停，当达到 空孔的边缘，焊接自动停止和收弧，然后运行到对面的空孔边缘自动重新起弧焊接（见图-5）。d）最小堆焊内径可达45mm，堆焊深度可达2me）焊接过程自动化程度高，对焊工焊接技术没有要求，只需编程即可，焊接质量高、焊缝重复精 度高5 热丝 TIG 堆焊同普通 TIG 堆焊的优势同普通的 TIG 焊相比：熔敷率：冷丝TIG由于技术原因，其熔敷率极限值只能达到1.5-2kG/h,而热丝TIG焊可以达到3-3.5kG 焊缝稀释率：稀释率降低达 60%，提升了耐腐蚀性能焊接速度：两倍以上的焊接速度 堆焊面积：同等电流和焊接速度情况下提高了30-50堆焊面积或厚度6 结论 阀门的堆焊是为了满足耐腐蚀、磨损、高温或低温的工作要求，对焊接质量要求严格。Fronius ETR-S热丝TIG焊系统，结合了热丝TIG焊工艺和先进的专机制造技术，为高质量阀门堆焊提供 了一个完美的解决方案。自1985年堆焊行业应用热丝TIG工艺以来，fronius热丝TIG自动堆焊设备已被 世界范围内众多著名的石油钻采阀门制造商所采用，并被证明具有堆焊质量高，运行成本低、能高效连续 焊接，快速完成任务，这是别的焊接方法包括机器人焊接所不能达到的。常用金属材料的焊接性一、什么是金属材料的焊接性？影响金属焊接性的主要因素有哪些？焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数 和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面的内容，一是结合性能， 即在一定焊接工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定 焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。影响金属焊接性的因素很多，主要有材料（化学成分、组织状态、力学性能等）、设计 （结构型式）、工艺（焊接方法、焊接规范等）及工作条件（工作温度、负荷条件、工作环 境等）等 4个方面。二、生产中常用什么方法来评价金属材料的焊接性？ 化学成分是影响金属材料焊接性的主要因素。生产中，常根据钢材的化学成分来评定其焊接性。由于钢中含碳量对其焊接性的影响最为明显，通常把钢中合金元素含量对其 焊接性的影响，按其作用换算成碳元素的相当含量，即用碳当量（CE）法评价金属材料的焊接性。三、铸铁的焊接性如何？铸铁焊补时，常见的焊接缺陷是什么？ 铸铁含碳量高，含硫、磷等杂质较多，塑性差，焊接性也极差。所以，铸铁不宜作为焊接结构材料。铸铁焊补时，常见的焊接缺陷有：（1）焊接接头易产生白口组织 碳和硅是促进石墨化元素，焊接时会大量烧损， 焊后冷却速度又快，不利于石墨的析出，故容易产生白口组织。（2）易产生焊接裂纹 铸铁是脆性材料，焊接时容易产生白口和淬硬组织。当焊 接应力超过铸铁抗拉强度时，就会在焊缝或近缝区产生裂纹，甚至完全开裂。（3）易产生气孔和夹渣 铸铁中的碳、硅元素剧烈氧化，形成CO气体和硅酸盐 熔渣，它们滞留在焊缝中会形成气孔和夹渣等缺陷。四、碳素钢、低合金结构钢的焊接应注意什么？ 碳素钢中的低碳钢塑性好、淬硬倾向小，不易产生裂纹。但是还应注意在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应进行预热，否则容易产生裂纹；重要结构焊后要进行 去应力退火以消除焊接应力；中碳钢有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬 硬组织和冷裂纹，焊接性较差，应采用焊前预热焊后缓冷等措施减小淬硬倾向，减小焊 接应力；高碳钢焊接性较差，大多用于修理一些损坏件，也注意焊前预热和焊后缓冷。低合金结构钢焊接的特