低碳钢的焊接工艺

低碳钢的焊接工艺 1 材料的认识 钣金车间所焊的工件主要有冷轧板 热轧板 槽钢 镀锌板 不锈钢等 其中所用的冷轧板 热轧板 镀锌板的 材质为 Q195 槽钢的材质为 Q235 这两种材质都属于碳素钢 下面介绍各种材料的定义 1 1 冷轧板 热轧板 热轧 是以板坯 主要为连铸坯 为原料 经加热后由粗轧机组及精轧机组制成带钢 根据用户的不同需求 经 过不同的精整作业线 平整 矫直 横切或纵切 检验 称重 包装及标志等 加工而成为钢板 平整卷及纵切钢带 产品 冷轧 用热轧钢卷为原料 经酸洗去除氧化皮后进行冷连轧 其成品为轧硬卷 由于连续冷变形引起的冷作硬化 使轧硬卷的强度 硬度上升 韧塑指标下降 因此冲压性能将恶化 只能用于简单变形的零件 冷轧板跟热轧板的区别 1 热轧板硬度低 加工容易 有较好的韧性和延展性 但机械性能远不及冷加工 也次于锻造加工 2 冷轧板采用冷扎加工表面无氧化皮 表面光洁度高 质量好 热板采用热扎加工表面有氧化皮 质量差点 有氧化 光洁度低 但塑性好 3 冷轧轧板硬度高 加工相对困难些 但是不易变形 强度较高 4 冷轧钢板由于有一程度的加工硬化 韧性低 但能达到较好的屈强比 用来冷弯弹簧片等零件 同时由于屈服点 较靠近抗拉强度 所以使用过程中对危险没有预见性 在载荷超过许用载荷时容易发生事故 1 2 槽钢 槽 钢 是 截 面 为 凹 槽 形 的 长 条 钢 材 其 规 格 以 腰 高 h 腿 宽 b 腰 厚 d 的 毫 米 数 表 示 如 120 53 5 表 示 腰 高 为 120 毫 米 腿 宽 为 53 毫 米 的 槽 钢 腰 厚 为 5 毫 米 的 槽 钢 或 称 12 槽 钢 腰 高 相 同 的 槽 钢 如 有 几 种 不 同 的 腿 宽 和 腰 厚 也 需 在 型 号 右 边 加 a b c 予 以 区 别 如 25a 25b 25c 等 槽钢可分为热轧槽钢 低合金槽钢 热镀锌槽钢等 1 3 镀锌板 镀锌板是指表面镀有一层锌的钢板 镀锌是一种经常采用的经济而有效的防腐方法 全世界锌产量的一半左右 均用于此种工艺 镀锌主要是为防止钢板表面遭受腐蚀 延长其使用寿命 2 碳钢 2 1 碳钢的定义 碳钢又称碳素钢 是铁和碳的合金 碳钢中除以碳作为合金元素外 还有少量的锰和硅有益元素 此外 还 有 S P 等杂质 碳钢的性能主要取决于碳含量 碳钢时钢材中产量最多 应用最广的材料 大部分焊接结构都是用碳钢来制造 2 2 碳钢的分类 碳钢有不同的分类方法 可分为 1 按含碳量分 按碳钢中碳含量的多少可分为低碳钢 中碳钢 高碳钢 如下表 表一 碳钢按含碳量分类 名称 W C 典型硬度 用途 焊接性 0 15 HRB60 特殊钢板 薄板 焊丝 优低碳钢 0 15 0 25 HRB90 结构用型材 板材 良 中碳钢 0 25 0 60 25HRC 机械零件和工具 中 通常要求预热和后热 常采用低氢焊接工艺 高碳钢 0 60 1 00 40HRC 弹簧 模具 导轨 差 要求同上 按品质分 主要是根据有害杂质 S P 的含量来划分 1 普通碳素钢 含 W S 0 050 W P 0 045 2 优质碳素钢 含 W S 0 035 W P 0 035 3 高级优质碳素钢 含 W S 0 030 W P 0 035 2 按脱氧程度分 1 沸腾钢 不完全脱氧所得到的钢 含氧量高 S P 杂质较多 且分布不均匀 焊接时易产生热裂纹和气 孔 2 镇静钢 脱氧彻底 含氧量低 杂质少 3 半镇静钢 介于沸腾钢和镇静钢之间 下面是钢号的表示方法及各自的含义 2 3 化学成分 按 GB T 700 1988 碳素结构钢 的规定 这类钢的化学成分见表二 表二 碳素结构钢化学成分 化学成分 质量分数 Si S P 牌号 等级 C Mn 不大于 脱氧方法 Q195 0 06 0 12 0 25 0 50 0 30 0 050 0 045 F b Z A 0 14 0 22 0 30 0 65 0 050 B 0 11 0 20 0 30 0 70 0 045 0 045 F b Z C 0 18 0 040 0 040 ZQ235 D 0 17 0 35 0 80 0 30 0 035 0 035 TZ 备注 1 沸腾钢硅含量不大于 0 07 半镇静钢硅含量不大于 0 17 镇静钢硅含量下限为 0 12 2 Q235A 和 B 级沸腾钢锰含量上限为 0 60 3 D 级钢应有足够的形成细晶粒组织元素 碳钢中的 Si Mn 对焊接性也有影响 它们的含量增加 焊接性就会相对变差 但影响没有碳作用强烈 C Si Mn 对焊接性的影响可以用下面的经验公式计算 Ceq C Mn 6 Si 24 根据一般生产经验 碳当量 Ceq 0 40 时 淬硬性倾小 焊接性良好 焊接时一般不需要预热 控制层间 温度或后热 Ceq 0 4 0 6 时 淬硬倾向较大 焊接性比较差 一般需要预热 如钢号 30 35 45 等 Ceq 0 6 时 淬硬倾向严重 焊接性很差 焊前必须采用较高的预热温度 控制层间温度和后热 并采用低氢 焊接工艺 如碳素钢铸件 碳素工具钢 3 焊接性 冷轧板 热轧板 镀锌板 槽钢四种材料都属于低碳钢 低碳钢的特点是含碳量低 Mn 和 Si 的含量也比较少 通常不会因焊接在热影响区产生硬化组织 钢材的塑性较好 焊接接头产生裂纹的倾向小 故它们都是焊接性最好的 钢种 只要注意一下几个方面就可保证焊缝的焊接质量 1 前清除焊件表面的铁锈 油污 水分等杂质 焊条 焊剂必须烘干 2 焊缝 对接多层焊的第一层焊缝及单道焊缝要避免深而窄的坡口形式 以防止出现裂纹 未焊透 夹渣等 缺陷 3 结构件的刚度增大 焊缝的裂纹倾向也增大 因此焊接刚度大的结构件时 宜选用低氢碱性焊条 焊前预 热或焊后消除应力热处理措施 预热及回火温度见表三 表三 常用低碳钢的焊前预热及回火温度 钢号 材料厚度 mm 预热温度 热处理温度 50 Q235 Q25508 10 15 20 50 100 100 600 650 25 50 600 65025 20g 20r 25 100 600 650 4 环境温度低于 10 以下焊接低碳钢时接头冷却速度较快 为了防止产生裂纹 应采取以下减缓冷却速度 的措施 焊前预热 焊时保持层间温度 采用低氢型或超低氢型焊接材料 点固焊时必须加大焊接电流 适当加大点固焊的焊缝截面和长度 必要时焊前页采取预热 整条焊缝联系焊完 尽量避免中断 熄弧时要填满电弧坑 由于镀锌板是在 Q195 的基础上镀了一层锌 目的是为防止钢板表面遭受腐蚀 延长其使用寿命 但锌层的存在 给镀锌钢的焊接带来了一定困难 主要的问题有 焊接裂纹及气孔的敏感性增大 锌的蒸发及烟尘 氧化物夹渣及镀 锌层熔化及破坏 其中焊接裂纹 气孔和夹渣是最主要的问题 在这里主要谈谈镀锌板的焊接性能 1 裂纹 在焊接过程中 熔化的锌浮在熔池的表面或位于焊缝根部 由于锌的熔点远远低于铁 熔池中的铁首先结晶 液 态锌会沿着钢的晶界渗入其中 导致晶间结合变弱 而且锌与铁之间易形成金属间脆性化合物 Fe3Zn10和 FeZn10 进 一步降低了焊缝金属的塑性 因此在焊接残余应力的作用下易沿晶界裂开 形成裂纹 1 影响裂纹敏感性的因素 锌层的厚度 镀锌钢的锌层较薄 裂纹敏感性小 而热镀锌钢的锌层较厚 裂纹敏感性较大 工件厚度 厚度越大 焊接拘束应力越大 裂纹敏感性越大 坡口间隙 间隙越大 裂纹敏感性越大 焊接方法 用手工电弧焊焊接时裂纹敏感性小 而用 CO2气体保护焊焊接时裂纹敏感性大一些 2 防止裂纹的方法 焊前在镀锌板焊接处开坡口 V Y 形或 X 型坡口 用氧乙炔或喷砂等方法去除坡口附近的镀锌层 同时控制间 隙不宜过大 一般 1 5mm 左右 选用含 Si 量低的焊接材料 气体保护焊时应采用含 Si 量低的焊丝 手工焊时采用钛型 钛钙型焊条 2 气孔 坡口附近的锌层在电弧热的作用下产生氧化 形成 ZnO 及蒸发 并挥发出白色烟尘和蒸气 因此极易在焊缝中 引起气孔 焊接电流越大 锌的蒸发越严重 气孔敏感性越大 用钛型 钛钙型焊条焊接时 在中等电流范围内不易 产生气孔 而用纤维素型和低氢型焊条焊接时 小电流和大电流下均易产生气孔 另外焊条角度应尽量控制在 30 70 范围内 3 锌的蒸发及烟尘 用电弧焊焊接镀锌钢板时 熔池附近的锌层在电弧热的作用下氧化成 ZnO 并蒸发 形成很大的烟尘 这种烟尘中 主要成分为 ZnO 对工人的呼吸器官具有很大的刺激作用 因此 焊接时必须采取良好的通风措施 在同样焊接规范 下 用氧化钛型焊条焊接时所产生的烟尘量较低 而低氢型焊条焊接时产生的烟尘量较大 4 氧化物夹渣 焊接电流较小时 加热过程中形成的 ZnO 不易逸出 易造成 ZnO 夹渣 ZnO 比较稳定 其熔点为 1800 大块 状的 ZnO 夹渣对焊缝塑性具有非常不利的影响 利用氧化钛型焊条时 ZnO 呈细小均匀分布 对塑性及抗拉强度影 响都不大 而用纤维素型或氢型焊条时 焊缝内的 ZnO 较大 较多 焊缝性能差 4 焊接工艺 由于低碳钢是焊接性最好的钢种 所以各种焊接方法都在低碳钢焊接中得到应用 如手工电弧焊 埋弧焊 二 氧化碳气体保护焊 电渣焊 气焊 电阻焊 氩弧焊 钎焊等 其中常用的是手工电弧焊 二氧化碳气体保护焊 氩 弧焊 埋弧焊等 4 1 手工电弧焊 用手工电弧焊焊接低碳钢时 为了提高焊缝的金属塑性 韧性和抗裂性能 通常是使焊缝金属的碳含量低于母 材 靠提高焊缝中的 Si Mn 含量和电弧焊所具有较高的冷却速度来达到与母材等强度 因此 焊缝金属会随着冷却 速度的增加 其强度会增加 而塑性和韧性会下降 当板厚单层较焊缝时 其焊脚尺寸不宜过小 多层焊时 应尽量 连续施焊 焊补表面缺陷时 焊缝应具有一定得尺寸 焊缝长度不得过短 必要时采用 100 150 的局部预热 手工 电弧焊适用于板厚在 2 50mm 的对接接头 T 形接头 十字接头 搭接接头 堆焊等 4 1 1 焊前准备 1 焊条烘干 焊前对焊接接头烘干的目的是去除受潮焊条中的水分 减少熔池和焊缝中的氢 以防止产生气孔和冷裂纹 2 焊前清理 焊前对接头坡口及附近 约 20mm 内 的表面的油 锈 漆和水分等进行清除 特别是用碱性焊条时 清理要 求严格彻底 否则极易产生气孔和延迟裂纹 酸性焊条则对锈不是很敏感 若锈的较轻 而且对焊缝质量要求不高时 可以不清除 4 1 2 焊接工艺参数 4 1 2 1 焊接材料的选用 采用手工电弧焊焊接低碳钢时大多使用 E43XX 系列的焊条 它的熔敷金属抗拉强度不小于 420N mm2 43kgf mm2 在力学性能与母材恰好相匹配 当焊接重要的或裂纹敏感性比较大的结构时 常采用低氢型的碱性焊条 如 E4316 E4315 E5015 E5016 等 因为这类焊条具有较好的抗裂性能和力学性能 其韧性和抗时效性也很好 但这 类焊条的工艺性比较差 对油 锈 水分很敏感 焊前需要在 350 400 下烘干 1 2h 并需对接头坡口作彻底清理 所以对于一般的焊接结构使用酸性焊条即可 如 E4301 E4303 E4313 E4320 等 这些焊条的缺点是气体 杂质较 高 焊缝金属的塑性 韧性及抗裂性不及碱性焊条 但一般都能满足使用要求 表四列出了一些材质所选用的焊条 表四 低碳钢焊条选用 一般结构 复杂和厚板结构 重要的受 压容器 钢号 型号 牌号 型号 牌号 施焊条件 Q195 Q235 一般不预热 Q255 E4313 E4303 E4301 E4320 E4311 J421 J422 J423 J424 J425 E4303 E4301 E4320 E4311 E4316 E4315 J422 J423 J424 J425 J426 J427 厚板结构预 热在 150 以上 并且 对于同一个强度等级的低碳钢 由于产品结构的差别 所选用的焊条也不同 例如 随着板厚增加 接头 的冷却速度加快 促使焊缝金属硬化 接头内残余应力增大 就需要选用抗裂性能好的焊条 如低氢型焊条 厚板为 了焊透 就必须开坡口 使焊缝的填充金属增加 为了提高生产率 可以选用铁粉焊条 表五列出了不同板厚所选用 的焊条 表五 不同板厚的低碳钢所选用的焊条 同样板厚的对接接头与 T 形接头的散热条件各不相同 后者的角焊缝冷却速度快 需考虑抗裂问题 随着焊脚 尺寸的增加 填充金属量以平方数增加 表六列出了不同焊脚尺寸所选用的焊条 另外焊条直径的大小对焊接质量和生产效率影响也很大 一般情况在保证焊接质量的前提下 尽可能选用大直 径焊条以提高生产率 从焊接质量来选焊条 则需考虑 焊件的厚度 接头形式 焊接位置 焊道层次和允许的线能 量等因素 表七列出了不同板厚的焊条选择 表七 焊条直径的选择 板厚 mm 4 4 12 12 焊条直径 mm 不超过焊件厚度 3 2 4 4 带坡口多层焊接头 第一层焊缝应选用小直径的焊条 这样在接头部位容易操作 有利于控制熔透和焊波形状 第二层以后的焊道可选用大直径的焊条来加大熔深和提高熔敷效率 在横焊 立焊和仰焊时 由于重力作用 熔化金属从接头流出 应选用小直径焊条 因为小的焊接熔池便于 控制 在 船形 位置上焊接角焊缝时 焊条直径不能大于角焊缝尺寸 5 1 2 2 焊接电流 焊接电流是手工电弧焊的主要参数 它直接影响焊接质量和生产效率 总的原则是保证焊接质量的前提下 尽量 用较大的焊接电流以提高生产效率 确定焊接电流大小是主要是根据焊条直径和焊接位置来确定 一般低碳钢焊接是 根据焊条直径来确定焊接电流 I k d 式中 I 焊接电流 A d 焊条直径 mm K 经验系数 可按表八来确定 表八 不同直径的经验系数 焊条直径 mm 1 6 2 2 5 3 2 4 6 K 20 25 25 30 30 40 40 50 根据上面经验公式计算出的焊接电流 只是大概的参考数值 在实际使用时还应根据具体情况而定 例如板厚 较大时 或 T 形接头 搭接接头时 施焊温度低时 均因导热快 焊接电流必成大些 立焊 横焊 仰焊时 为防止 熔化金属从熔池中流淌 须减小熔池面积以便控制焊缝成形 须采用较小的焊接电流 一般比平焊位置小 10 20 焊接不锈钢时为了减少焊条发红 焊接电流应小一些 下表是某大型集装箱船舱口围装手工电弧焊焊接 的工艺参数 表九 某大型集装箱船舱口围装焊接参数 焊接电流 A 焊条直径 mm 平焊 立焊 横焊 仰焊 3 2 100 130 90 120 90 120 90 120 4 160 200 120 160 120 160 120 160 5 200 260 手工电弧焊时 酸性焊条用交流电焊接 低氢钾型焊条可用交流电焊接也可用直流电反接焊接 酸性焊条用 直流电源时 厚板应采用直流正接法 此时焊件温度高 焊缝熔深大 焊薄板时采用直流反接为好 当使用低氢钠焊 条时 必须使用直流反接法焊接 中厚板焊接时为保证焊透 需要对母材开坡口 焊接时采用多层焊或多层多道焊 这样有利于提高焊接接头的塑 性和韧性 在进行多层多道焊焊时 前一层焊道对后一层焊道起预热作用 而后一层焊道对前一层焊道起热处理作用 能细化晶粒 提高焊缝金属的塑性和韧性 每层的焊道厚度不应大于 4 5mm 如果每层的焊缝太厚 会使焊缝金属 组织晶粒变粗 力学性能降低 5 1 2 3 手工电弧焊操作技术 手工电弧焊的基本操作技术包括引弧 运条 焊道的连接和焊道的收尾 这里主要介绍个焊接位置的操作要点 焊接位置的变化 对焊工操作技术提出不同的要求 这主要是由于熔化金属的重力作用 会造成焊件在不同位置上焊 缝成形困难 下面介绍了各种位置的焊接特点 一 平焊位置的焊接 1 平焊位置的焊接特点 1 焊接熔池形状和熔池金属容易保持 2 熔池金属和熔渣容易混在一起 特别是角焊缝焊接时 熔渣容易往熔池前部流动造成焊缝夹渣缺陷 3 焊接同样板厚的焊件 平焊位置上的焊接电流比其他位置要大 焊接生产效率高 2 焊条角度 平焊位置按焊接接头的形式可分为对接 搭接 T 形接头 船形焊 角接头等 平焊位置的焊条 角度如下图所示 图一 平焊时各种接头的运条角度 二 立焊位置的焊接 立焊操作比平焊操作要困难些 熔化金属在重力的作用下易向下流形成焊瘤 咬边和夹渣等缺陷 T 形接头 焊缝根部容易产生未焊透 这就使焊缝成形困难 焊缝成形也不如平焊美观 为此 焊接时运条的运动方式非常 主要 例 板厚 5mm 不开坡口的立对接焊焊接 此焊法采用较小直径焊条 宜用 3 2mm 电流 80 100A 比平焊小 10 15 这样熔池体积小 冷凝快 可防止熔化液体金属下淌 焊接时采用短弧 通常弧长不大于焊条直径 并使焊条与焊件构成 60 80 夹角 这样依靠电孤吹力产生对熔池向上的推力作用托住铁水 利用焊条熔化金属 向熔池过渡 焊条作 Vy 运动 即焊条在坡口一侧引弧 待熔化后再向另一侧运条 运条方式可采用 双锯齿 连续锯齿 等形式 左右摆动上行 直至完成整道焊缝的焊接 三 横焊位置的焊接 横焊位置的焊接特点 熔化金属和熔渣受重力作用下易下流至下坡口面形成未熔合和层间夹渣 并且在坡口 边缘容易形成熔化金属下坠 泪滴形焊缝 见下图 或未焊透 跟其他形式坡口对接横焊 常采用多层多道施焊 法 防止熔化金属下淌 图二 泪滴形成焊缝 四 仰焊位置的焊接 仰焊时熔化金属因重力的作用易下坠焊缝成形比较困难 焊缝正面 因熔池温度高 熔化金属容易下淌形 成焊瘤 背面焊缝出现内凹过大的缺陷 焊接时要根据具体情况来不断的变换焊条角度 仰焊位置时的焊条角度 图下图所示 图三 仰焊位置时C 的焊条角度 A I 形坡口的对接仰焊 B 其他坡口形式的对接仰焊 C T 形接头仰角 为了便于熔滴过度 减少焊接时熔化金属下淌和飞溅 焊接过程中应采用最短的弧长施焊 在打底焊时 应采用 小直径焊条和小焊接电流施焊 以免焊缝两侧产生凹陷和夹渣 施焊时根据具体情况采用正确的施焊方法 4 1 3 常见缺陷及防止措施 若操作技术不当或焊条焊接参数选择不当 可能出现各种缺陷 下表列出了低碳钢手工电弧焊时常见的缺陷 产生的原因及防止措施 表十 低碳钢手工电弧焊常见的缺陷 产生的主要原因及预防措施 缺陷 产生原因 预防措施 咬边 焊接电流过大 电弧过长 焊条运条 角度不当 适当减小焊接电流 电弧不要过长 摆动时坡口 边缘运条速度稍慢 运条角度适当 未焊透 焊接电流过小 焊接速度过快 热量 不够 焊接坡口未清理干净 坡口角 度过小 间隙过小或钝边过大 适当增加焊接电流 减慢焊接速度 母材坡口要 清理干净 选择合适的坡口尺寸 凹坑 焊条收弧时未填满弧坑 焊条在收弧时适当多停留一会 夹渣 母材坡口表面及附近油污 氧化物等 未清理干净 操作不当 将母材表面清理干净 电弧适当拉长 放慢焊接 速度 以使气体浮出 气孔 母材清理不干净 焊条未烘干 按工艺要求清理母材 焊条按规定进行烘干 4 2 二氧化碳气体保护焊 CO2 气体保护焊具有生产率高 焊接变形小 适用范围广等特点 是目前焊接黑色金属材料的重要方法之一 在 许多金属结构的生产中已逐渐取代了焊条电弧焊和埋弧焊 4 2 1 工艺特点 1 CO 2 电弧的穿透力强 焊接电流密度大 固焊丝熔化率高 焊后一般不需清渣 生产效率比手工电弧焊高 1 3 倍 2 采用短路过度技术可用于全位置焊接 薄板焊接质量高 且 CO2 气流对焊件起到一定得冷却作用 固可防止 薄板件烧穿和减少焊接变形 3 抗锈能力强 焊缝含氢量低 焊接低合金钢时冷裂纹的倾向小 4 焊接过程飞溅较多 特别是当焊接工艺参数匹配不当时 5 电弧气氛有很强的氧化性 不能焊接易氧化的金属材料 抗风能力较弱 6 焊接弧光较强 特别是大电流焊接时 需注意对操作人员防弧光辐射保护 4 2 2 气孔问题 在熔池金属内部存在有溶解不了的或过饱和气体 当这些气体来不及从熔池中逸出时 便随熔池的结晶凝固 熔池的结晶凝固 而留在焊缝内形成气孔 CO2 焊可能产生三种气孔 CO 气孔 H 2 气孔 N 2 气孔 CO 气孔问题 产生 CO 气孔的原因是焊丝中的脱氧元素不足 使熔池熔入较多的 FeO 它和 C 发生强烈的 C 还原 Fe 的反应 便产生了 CO 气体 因此焊丝中有足够的脱氧元素 Si 和 Mn 以及限制焊丝中的 C 含量 就能有效的防止 CO 气 孔的产生 N2 气孔 产生 N2 气孔的原因主要是 CO2 保护不良或 CO2 纯度不高 造成保护气体不良的主要原因一般是过小的气体流 量 喷嘴被堵塞 喷嘴跟工件的距离过大 电弧过长 电弧不稳定或作业区有风等 H2 气孔 产生 H2 气孔主要原因是在高温时熔入了大量的 H2 在结晶过程中不能充分排出 而留在焊缝金属中形成气孔 电弧区的 H2 主要来自于焊丝 工件表面的油污 铁锈以及 CO2 气体中的水分 CO 2 气体具有氧化性 CO 2 和 H2 会化合 故出现 H2 气孔的可能性比较小 这就是为什么采用 CO2 低氢焊的原因 4 2 3 飞溅问题 金属飞溅是 CO2 焊的主要问题 特别是粗丝大电流焊接时飞溅更为严重 有时飞溅损失达焊丝熔化量的 30 40 飞溅增加了焊丝及电能消耗 降低了焊接生产率和增加焊接成本 飞溅金属粘到导电嘴和喷嘴内壁 上 会造成送丝和送气不畅影响而影响电弧稳定和降低保护作用 引起飞溅的原因很多 大致有以下几个方面 1 有冶金反应引起 焊接过程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成 CO 气体 随着温度升高 CO 气体膨胀引起 爆破 产生细颗粒飞溅 2 作用在焊丝末端电极斑点上的压力过大 当用直流正接长弧焊时 焊丝为阴极 受到斑点压力较大 焊丝 末端易形成粗大熔滴和被顶偏产生非轴向过渡 从而出现大颗粒飞溅 3 由于焊接工艺参数选择不正常而引起 主要是因为电弧电压升高 电弧变长 易引起焊丝末端熔滴长大 产生无规则的晃动 而出现飞溅 减少飞溅的措施 1 选用合适的焊丝或保护气体 如选用含碳量底的焊丝 可减少焊接过程中产生 CO 气体 选用药芯焊丝 药 芯中加入了脱氧剂 稳弧剂及造渣剂等 造成气渣联合保护 长弧焊时 加入 Ar 的混合气体保护 使过渡变细 改变过渡特性 2 采用直流反接法进行焊接 3 选择合理的焊接工艺参数 A 电弧电压 在 CO2 气体保护焊中 对于每种直径的焊丝 其飞溅率与焊接电流之间存在如图 4 所示的规 律 图 4 CO2 气体保护焊飞溅率与焊接电流的关系 1 短路过渡区 2 中等电流区 3 细颗粒过渡区 在小电流区的短路过渡区 图 4 的 1 区 焊接飞溅率小 进入大电流区的细颗粒过渡区 图 4 的 3 区 后 焊接飞溅也较小 而在中间区 图 4 的 2 区 焊接飞溅率最大 以直径 1 2mm 的焊丝为例 当焊接电流小于 150A 或大于 300A 时 焊接飞溅率都较小 介于两者之间 则焊接飞溅率较大 在选择焊接电流时 应尽可能避 开焊接飞溅率较高的区域 焊接电流确定后在匹配适当的电弧电压 B 焊丝伸出长度 焊丝伸出长度对飞溅率也有影响 焊丝伸出长度愈长 焊接飞溅率愈大 例如直径 1 2mm 的焊丝 焊接电流为 280A 时 当焊丝伸出长度从 20mm 增加至 30mm 时 焊丝的飞溅量增加约 5 因而 焊丝伸出长度应尽可能缩短 4 2 4 焊接工艺参数 在 CO2 焊中 短路过渡焊接应用最广泛 主要在焊接薄板及全位置焊接时用 焊接的工艺参数主要有电弧电 压 焊接电流 焊接回路电感 焊接速度 气体流量和焊丝伸出长度等 1 短路过渡焊接 1 电弧电压及焊接电流 对一定焊丝直径及焊接电流 亦即焊丝速度 必须匹配合适的电弧电压 才能获得稳定的飞溅最小的过渡 过程 图 5 给出了四种直径焊丝适用的电弧电压和焊接电流范围 图 5 短路过渡焊接时适用的电流和电压范围 2 焊接回路的电感 短路过渡焊接要求回路中有合适的电感量 使焊接的飞溅过程最小 通常细丝 CO2 焊 焊丝熔化速度快 熔 滴过渡周期短 需要较大的 di dt 反之 粗丝要求 di dt 小些 表十一给出了不同直径焊丝的焊接回路电感 还 可以调节电弧燃烧时间 进而控制母材的熔深 增大电感则过渡频率降低 燃弧时间增加 熔深将增大 表十一 CO2 焊短路过渡焊接回路电感参考值 焊丝直径 mm 焊接电流 A 电弧电压 V 电感 mH 0 8 100 18 0 01 0 08 1 2 130 19 0 02 0 20 1 6 150 20 0 30 0 70 3 焊丝伸出长度 短路过渡焊接所用的焊丝较细 若焊丝伸出过长 则该段焊丝的电阻热大 易引起成段熔断 且喷嘴离工件 的距离大 气体保护效果差 飞溅严重 焊接过程不稳定 熔深浅和气孔增多 若伸出过短 则喷嘴至工件距离 减小 喷嘴挡着视线 看不见坡口和熔池 飞溅的金属易引起喷嘴堵塞 从而增加导电嘴和喷嘴的消耗 故一般 焊丝伸出长度约在 10 20mm 之间 4 气体流量 细丝 1 6mm 短路过渡焊接时的气体流量一般 5 15L min 粗丝 1 6mm 焊接时在 10 20L min 如 果焊接电流较大 焊接速度较快 焊丝伸出长度较长或在室外作业 气体流量应适当增加 以保证气体流量有足 够的挺度 加强保护效果 但是气流量过大 会引起外界空气卷入焊接区反而降低保护效果 表十二的数据可供 参考 表十二 CO 2 焊喷嘴距离与气体流量 焊丝直径 mm 焊接电流 A 喷嘴距离 mm 气体流量 L min 1 100 10 15 15 20 200 15 201 2 300 20 25 20 300 20 20 350 20 201 6 400 20 25 20 25 在室外作业时 风速一般不应超过 1 5 2 0m s 风速的界限与喷嘴及流量大小有关 见表十三 表十三 CO2 气体流量与风速界限 焊嘴直径 mm 气体流量 L min 1 风速界限 m s 1 25 2 1 30 2 516 35 3 0 25 1 1 30 1 422 35 1 7 5 焊接速度 焊枪移动过快 易引起焊缝两侧咬边 而且保护气体向后拖 影响保护效果 但焊接速度过慢 则易产生烧 穿和焊缝组织变粗的缺陷 6 电源极性 CO2 焊一般采用直流反接 可以获得飞溅小 电弧稳定 熔深大 焊缝成形好 而且焊缝金属含氢量低的效 果 2 颗粒过渡焊接 CO2 保护的细颗粒过渡焊接 又称 CO2 长弧焊接 对于一定直径的焊丝 当增大焊接电流并配以较高电弧电 压时 焊丝熔化以颗粒状态非短路形式过渡到熔池中 这种颗粒过渡的电弧穿透力强 熔深大 适合于中厚板或 大厚板的焊接 图 6 中 为到颗粒过渡的焊接电流和电弧电压的范围 图 6 CO2 焊丝短路过渡与颗粒过渡焊接电流与电弧电压的匹配关系 短路过渡 颗粒过渡 4 2 5 操作要点 1 定位焊 装配定位焊时 可参照图 7 所示的尺寸进行 板愈薄 定位焊可短些 间距可密些 2 平焊 平板的对接缝合 T 形的角焊缝在平焊位置上进行操作有左焊法和右焊法两种它们之间的特征及适用范围见 表十四 表十四 左焊法和右焊法的比较 焊接方法 特征 视野 适用范围 左焊 法 左焊法的好处是喷嘴不会挡住视线 能 够清楚的看到焊缝 故不容易偏弧 并且熔 池受到的电弧吹力小 能得到较大熔宽 焊 缝成形美观 应用比较普遍 焊时易见 坡口 薄板焊接 中板无坡口两面焊 一道 角缝船形位置焊一 道 右焊 法 熔池的可见度及气体保护效果较好 但 因焊丝直指熔池 电弧将熔池的液态金属向 后吹 容易造成余高和焊波过大 影响焊缝 成形 并且焊接时喷嘴挡住待焊的焊缝 不 便于观察焊缝的间隙 容易焊偏 焊时易见 焊缝形状 中板和厚板带坡口 4 2 6CO2 焊常见得缺陷及产生原因 表十五列出了 CO2 焊常见得缺陷及产生原因 缺陷 产生原因 气孔 1 CO 2 气体不纯或供气不足 2 焊接时有空气卷入熔池 3 风大 没有做好防风措施 4 喷嘴被飞 溅物堵塞 5 喷嘴离工件太近 6 焊接区表面有油污 水分 氧化物 7 电弧过长 电弧电压太高 8 焊丝含 Si Mn 量不足 咬边 1 电弧太长 电弧电压太高 2 焊接速度太快 3 焊接电流太大 4 焊丝位置不当 没对中 5 焊丝摆动不正确 未焊透 1 焊丝电流太小 送丝不均 2 电弧电压过低或过高 3 焊接速度过快过慢 在坡口内 4 坡口角 度小 间隙过小 5 焊丝位置没对中 焊缝成 形不良 1 工艺参数不合适 2 焊丝位置不当 3 送丝滚轮的偏移 4 焊丝矫直机构调整不当 5 导嘴有 松动 梨形裂缝 1 焊接电流太大 2 坡口过窄 3 电弧电压过低 4 焊丝位置不当 电弧不 稳定 1 导电嘴松动 或已磨损 或直径过大 与焊丝比 2 焊丝盘转动不均匀 送丝滚动轮的沟槽已经 磨损 加压滚轮紧固不良 导丝管阻力大等 3 焊接电流过低 电弧电压不稳定 4 焊丝伸出过长 5 焊件表面清理不干净 6 底线放的位置不当 飞溅 1 短路过渡时电感量不适当 2 焊接电流和电弧电压不匹配 3 焊丝伸出长度过长 4 2 7CO2 气体保护焊技能训练实例 1 厚度为 12mm 板的 V 形坡口对接平焊 1 装配及定位焊装配间隙及定位焊见图 8 试件对接平焊的反变形如图 9 所示 图 8 装配间隙及定位焊 图 9 对接平焊的反变形 2 焊接参数 表十六介绍了两组参数 第一组用直径为 1 2mm 的焊丝 较难掌握 但使用性好 第二组用直径 为 1 0 的焊丝 比较容易掌握 表十六 焊接参数 组别 焊接层次位置 焊丝直径 mm 焊丝伸出 长度 mm 焊接电流 A 电弧电压 V 气体流量 L min 层数 打底焊 90 100 18 20 10 15 填充焊 220 240 24 26 第一组 盖面焊 1 2 8 15 230 250 25 20 3 打底焊 90 95 18 20 填充焊第二组 盖面焊 1 0 15 20 110 120 20 22 10 3 3 焊接要点 A 焊枪角度与焊法 采用左向焊法 三层三道 B 试件位置 焊前先检查装配间隙及反变形是否合适 间隙小的一端放在右侧 C 打底焊 调试好打底焊的焊接参数后 在试件右端预焊点左侧约 20mm 处坡口两侧引弧 待电弧引燃后迅速 右移至试件右端头 然后向左开始焊接打底焊道 焊枪沿坡口两侧作小幅度横向摆动 并控制电弧离底边约 2 3mm 处燃烧 当坡口底部熔孔直径达到 3 4mm 时转入正常焊接 打底焊时要严格控制喷嘴的高度 保证打底层厚度不超 过 4mm D 填充焊 调试好填充层的焊接参数后 在试件右端开始焊填充层 焊枪横向摆动的幅度较打底焊时稍大 保 证焊道表面平整并向下凹 在填充焊时应注意 要掌握好焊道的厚度 焊接时不允许熔化棱边 E 盖面焊 盖面焊时 a 保持喷嘴高度 注意观察熔池边缘 熔池边缘必须超过坡口上表面棱边 0 5 1 5mm 并防止咬边 b 焊枪的横向摆动幅度比填充焊时稍大 尽量保持焊接速度均匀 使焊缝外形美观 c 收弧时要特别注意 一定要填满弧坑并使弧坑尽量短 防止产生弧坑裂纹 2 2mm 板 形坡口对接平焊 1 装配及定位焊 装配间隙及定位焊如图 10 所示 薄板对接平焊反变形如图 11 所示 图 10 装配及定位焊 图 11 对接平焊的饭变形 2 焊接参数 见表十七 表十七 焊接参数 焊丝直径 mm 焊丝伸出长度 mm 焊接电流 A 电弧电压 V 焊接速度 m min 气体流量 L min 0 8 6 12 60 70 17 19 4 4 5 8 10 3 焊接要点 A 焊枪角度与焊法 左向焊法 单层焊道 B 焊接 因为是单层单道焊接 焊接时既要保障焊缝背面成形 又要保证正面成形 焊接时要特别小心 在右 端引弧 待左侧形成熔孔后向左焊接 焊枪可沿间隙前后摆动或作小幅度横向摆动 不能长时间对准间隙中心 否则 容易烧穿 4 3 手工钨极氩弧焊 4 3 1 手工钨极氩弧焊的工艺特点 手工钨极氩弧焊采用陡降或恒流外特性的电源 与其他焊接方法相比 TIG 焊有以下特点 1 能够焊接除熔点非常低的铅 锡以外的绝大数金属 2 焊接过程无飞溅 焊后焊缝表面不清渣 3 能够进行全位置焊接 4 在薄板焊接时 利用脉冲焊接设备 可减少焊接热输入 有利于减少焊接应力和焊接变形 改善焊接接头的 力学性能 5 焊接过程是明弧 便于观察电弧和焊缝熔池 不足之处 1 焊接速度低 熔敷效率低 2 焊接时采取防风措施 保护焊接电弧及电弧周围的氩气保护罩不被风破坏 3 焊缝金属容易受钨的污染 钨夹渣将降低焊缝的力学性能 4 3 2 手工钨极氩弧焊的应用范围 从生产率来考虑 手工钨极氩弧焊焊接板厚 3mm 以下的板材为宜 对于某些黑色金属盒有色金属的厚壁焊件 为了保证焊缝的焊接质量 有时先用手工钨极氩弧焊打底 然后在用手工钨极氩弧焊盖面 手工钨极氩弧焊电流的种 类和应用范围见表十八 表十八 手工 TIG 焊电流的种类和应用 直流 DC 交流 AC 正接 反接 两极热量 近似分配 焊件 50 钨极 50 焊件 70 钨极 30 焊件 30 钨极 70 钨极许用电流 较大 如 3 2mm 铈钨极 I 250A 最大 如 3 2mm 铈钨极 I 330A 小 如 3 2mm 铈钨极 I 35A 焊缝熔深 中等 深而窄 浅而宽 阴极清理作用 焊件在负半周 无 有 适用材料 铝 铝青铜 镁合金等 氩气 除铝 铝青铜 镁合金 等以外的所有金属 氦气 几乎所有金属 通常不采用 因为钨极烧 损严重 4 3 3TIG 焊的焊接参数 4 3 3 1 焊接电源的种类和极性 TIG 焊的电源有 交流电源 直流电源两类 交流 TIG 焊时 电流的极性呈周期性的变化 在交流正极性半周时 焊件为正 因为钨极承载电流能力大 使 焊缝能得到足够的熔深 在负半周时 焊件为负极 氩的正离子高速的冲击焊件 在它撞击焊缝熔池金属表面的瞬 间 能够将高熔点且致密的氧化膜击碎 这就是 阴极清理作用 交流电源通常用来焊接铝 镁及其合金 直流反 接时也具备相同的作用 但是相同直径钨极的承载能力低 直流正接则承载能力高 使用于焊接低碳钢 低合金钢 不锈钢 铜及铜合金等 4 3 3 2 焊接电流 焊接电流的大小 应该根据焊件的厚度和钨电极的承受能力以及焊接空间位置来选择 电流选择过小 电弧的 燃烧就不稳定 甚至发生电弧偏吹现象 使焊缝成形及力学性能变差 如焊接电流选择过大 不仅容易使哈弗呢过下 榻和烧穿 咬边等缺陷 还会加大钨极的烧损量因而造成焊缝 4 3 3 3 钨极的直径和形状 钨极直径的大小 与电流的种类 焊件厚度 电源极性 焊接电流的大小有关 当焊接电流小时 采用较小直 径的钨极 为了容易起弧并且稳定电弧燃烧 钨极尖角磨成尖角形 角度为 20 30 大电流焊接时 为了防止阴 极斑点游动 稳定电弧 使加热集中应该把钨极磨成带有平顶的锥形 常用钨极端头形状与电弧稳定性的关系参见表 十九 表十九 常用钨极端头形状与电弧稳定性的关系 钨极端头形状 钨极种类 电流极性 适用范围 燃弧情况 铈钨极或钍钨极 直流正接 大电流 稳定 铈钨极或钍钨极 直流正接 小电流 用于窄 间隙及薄板焊接 稳定 纯钨极 交流 铝 镁及其合金 焊接 稳定 铈钨极或钍钨极 直流正接 直径小于 1mm 的细钨丝连续焊 良好 4 3 3 4 钨极的伸出长度 钨极的伸出长度越小 气体的保护效果就越好 但是喷嘴离熔池太近 会影响焊工的视线 不利于焊接操作 同时还容易使钨极因为操作不当而与熔池接触造成短路 使焊缝产生夹钨缺陷 通常钨极的伸出长度为 5 10mm 喷嘴离工件的距离为 7 12mm 4 3 3 5 电弧电压 TIG 焊电弧电压的大小主要是由弧长决定的 弧长增加焊缝宽度增加 焊缝深度却减小 焊接电流加大 焊缝熔 深增加 焊缝宽度却减小 所以 通过焊接电流和电弧电压的配合 可以控制焊缝形状 但是 如果弧长太长 焊缝 会产生未焊透缺陷 而且电弧还容易摆动 使空气侵入氩气保护区 造成熔池金属氧化 通常情况下 在保证焊工视 野的前提下 尽量采用短弧焊接电弧电压为 10 20V 4 3 3 6 氩气流量 氩气流量与喷嘴直径 焊接速度大小有关 当气体流量过低时 保护气体的挺度差 不能有效的排除电弧周围 的空气 使焊接质量降低 当保护气体流量过大时 容易造成紊流 把空气卷入保护气流罩中 降低保护效果 气体 流量按以下的经验公式选取 Q KD 式中 D 喷嘴直径 mm Q 保护气体流量 L mm K 系数 K 0 8 大喷嘴 K 1 2 小喷嘴 4 3 3 7 喷嘴直径 在保护气体流量一定得条件下 如果喷嘴直径过小 不仅气体的保护范围小 还因为气体的流速变大 产生紊 流现象 把空气卷入保护气流中 降低了保护气体的作用 此外喷嘴的直径过小 在焊接过程中容易烧坏喷嘴 过大 则流速过低 气流的挺度差 一般情况下可按以下经验公式进行选择焊嘴的直径 D 2 5 3 5 d 式中 d 钨极直径 mm D 喷嘴直径 mm 4 3 3 8 填丝操作注意事项 1 填丝时 焊丝与焊件表面成 15 夹角 焊丝准确从熔池前沿送进 熔滴滴入熔池后 迅速撤出 焊丝端头始 终处于氩气保护区内 如此反复进行 2 填丝时 仔细观察坡口两侧熔化后再填丝 以免出现熔合不良缺陷 3 填丝时 速度要均匀 快慢要适当 过快 焊缝余高大 过慢则出现焊缝下凹和咬边缺陷 4 坡口间隙大于焊丝直径时 焊丝应与焊接电弧作横向摆动 而且送丝速度与焊接速度同步 5 填丝时 不应把焊丝直接放在电弧下面 不要让熔滴向熔池 滴度 6 填丝操作过程中 若发生焊丝与钨极碰撞而产生短路 会造成焊缝污染和夹钨 此时应立即停止焊接 将污 染的打磨见金属光泽 同时还要重新磨钨极的端部形状 4 3 3 9