压力容器焊接基础知识

压力容器焊接基础知识讲解人：宋业北基本概念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.焊接接头的组成用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称接头），焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分一、焊接的特点：1、用焊接方法加工的结构易产生较大的焊接变形和焊接残余应力,从而影响结构的承载能力、加工精度和尺寸稳定性,同时在焊缝与焊件交界处还会产生应力集中,对结构的疲劳断裂有较大影响。2、焊接接头中存在着一定数量的缺陷,如裂纹、气孔、夹渣、未焊缝、未熔合等。这些缺陷的存在会降低强度,引起应力集中,损坏焊缝致密性,这是造成焊接结构破坏的主要原因之一。3、焊接接头具有较大的性能不均匀性。由于焊缝的成分及金相组织‘与母材不同,接头各部位经历的热循环不同,使接头不同区域的性能不同。4、焊接生产过程中产生高温、强光及一些有毒气体,对人身体有一定损害,因此要加强焊接操作人员的劳动保护。二、焊接方法的分类：常用焊接方法1、手工电弧焊（SMAW）A、原理利用焊条和焊件之间的电弧热，将焊条和部分焊件熔化，形成焊接接头的焊接方法。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和溶渣,在气体和熔渣的共同保护下,有效地排除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与阳间的冶金反应,还原并净化焊缝金属,从而得到优质的焊缝。焊接规范：（1）焊接电流：决定焊接电流的主要因素是焊条直径和焊缝位置。焊条直径越大,熔化焊条所需要的电弧热能就越多,因而焊接电流应相应加大。在平焊位置焊接低碳钢或低合金钢时,常用下列公式计算焊接电流:I=Nd。式中I一焊接电流(A);d一焊条直径(mm);N一经验系数,通常取30~50。焊接平焊缝时,可选用较大电流。在其他位置焊接时,为了避免熔化金属从熔池中流慧出,要使熔池小些,焊接电流也相应小些。(2)电弧电压：电孤电压主要影响焊缝熔化宽度,电压越高熔化宽度越大。而电弧电压是由电孤长度决定的,电孤长则电弧电压高,电孤短则电弧电压低。手工电弧焊时电孤不宜过长,因而电孤电压不高,变化范围也不大,一般为20~25V。(3)焊条直径：焊条直径主要根据被焊工件的厚度来选择,工件越薄,所用焊条越细。直径3~5mm的焊条用得最广。当工件厚度大于12mm时,焊条直径可取4~6mm。平焊时,可选用较粗的焊条以提高生产率。但对多层焊的第一层焊道,应使用不超过3.2mm的焊条,以保证根部焊透。以后各层可根据工件厚度而选用较粗的焊条。(4)焊接速度：焊接速度指焊条沿焊接方向移动的速度。手工电弧焊的焊接速度一般不作特殊的规定,而由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自行掌握。通常,工件愈薄,焊接速度应愈大。(5)焊接层数：在中厚钢板手工电弧焊时,应采用多层焊。对同一厚度的钢材,其它条件不变时,焊接层数增加,有利于提高焊接接头的塑性韧性。焊接层数根据实践经验决定,大约是钢材厚度与焊条直径的比值(取整数)。手弧焊特点：设备简单；便于操作；适用于各种位置；可以焊接碳素钢、耐热钢、不锈钢、有色金属等多种材料。生产效率低；劳动强度大；对焊工技术要求高。C、手弧焊应用：使用最为广泛，几乎用于各种管道的焊接。D、手工电弧焊的焊接位置：手工电弧焊可以在不同的位置进行操作,其中平焊位置、立焊位置、横焊位置、仰焊位置是四种基本焊接位置。管子环焊缝的焊接位置也有四种基本形式,即水平转动,垂直固定,水平固定,45°位置。见下图：2、埋弧自动焊(SAW)埋弧焊时电弧在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧不外露。A、工作原理：焊接电弧在焊丝和工件之间燃烧，电弧将焊丝和电弧附近的母材熔化。熔化金属形成熔池，熔融的焊剂形成熔渣。熔池受熔渣保护，电弧向前移动，形成焊缝。B、特点：所用焊接电流大，电流密度大，熔深大，厚板可以一次焊接成型生产效率高；焊接速度高；焊接接头成形美观，焊接质量高；无飞溅，节省材料和电能；无弧光辐射，焊接烟尘小，对焊工危害小；利于实现自动化。设备复杂，灵活度不如手弧焊，不适用于全位置焊接。埋弧自动焊的焊接材料是焊丝与焊剂。焊丝是裸体金属丝,与手工电孤焊的焊条芯相似,在焊接中不断熔化并填充于焊缝之中。焊剂则与手工电弧焊焊条的药皮类似。埋孤自动焊的主要焊接规范参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。3、钨极氩弧焊(GTAW)A、原理：利用外加氩气体作为保护介质，利用钨极作为导电电极的一种电弧焊方法。电弧发生在电极与焊件之间,在电弧周围通以氧气,形成连续封闭气流,保护电弧和熔池不受空气的侵害。B、特点：优点：a:氩气能有效地隔绝周围空气；它本身又不溶于金属，不和金属反应；钨极氩弧焊过程中电弧还有自动清除工件表面氧化膜的作用。因此，可以成功地焊接易氧化、氮化、化学活性强的有色金属不锈钢和各种合金。b:钨极电弧稳定，即使在小的焊接电流（小于10A）下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板、超薄板材料的焊接。c:热源和填充焊丝可分别控制，因而热能输入容易调节，可进行各种位置的焊接，也可实现单面焊双面成形的理想方法。d:由于填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成形美观。不足之处是：a、:熔深浅，熔敷速度小，生产效率低。b:钨极承载电流的的能力较差，过大的电流会引起钨极熔化和蒸发，其微粒有可能进入熔池，造成污染（夹钨）。c:惰性气体（氩气、氦气）较贵，和其它电弧焊接方法（如手工电弧焊、埋弧焊、CO2气体保护焊等）比较，生产成本较高。应用:钨极氩弧焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛、铜等有色金属，以及不锈钢、耐热钢等。对于低熔点和易蒸发的金属（如铅、锡、锌等），焊接较困难。常用于小径管的焊接和大口径管的打底焊缝。氩弧焊的焊接规范参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径、氩气流量、喷嘴直径等。4、二氧化碳气体保护焊（GMAW）A、原理：利用外加CO2气体作为保护介质，利用自动送进的焊丝作为导电电极的一种电弧焊方法。C02气体保护焊，二氧化碳气体包围着电弧和熔池,可以有效地防止空气对熔化金属的有害作用。但二氧化破与惰性气体不同,它本身是氧化性气体,在高温下可以将金属元素氧化，而且,在电弧高温下,二氧化碳会分解成一氧化碳和原子态的氧,这些原子态的氧更易使铁和其它合金元素氧化、烧损,从而降低了焊缝的合金含量及力学性能。生成的氧化铁、二氧化硅等构成浮渣浮在熔池表面,反应产生的大量一氧化碳,在熔池冷却过程中来不及全部析出而形成很多气孔。由于锰、硅等元素比铁更容易与氧结合,因此在炼钢中常用锰、硅作脱氧剂。在二氧化碳气体保护焊中,也可以利用这些元素脱氧,从而解决二氧化碳对铁的氧化问题,同时弥补合金元素的烧损。因而,选用二氧化碳气体保护焊焊丝时,必须保证焊丝中含有足够数量的脱氧元素。常用于二氧化碳气体保护焊的焊丝是H08Mn2SiA等用于二氧化碳气体保护焊的二氧化碳气体一般系瓶装供应,通过管路,喷嘴输送至焊接区。气体纯度应不低于99.5%。B、特点：优点：a:成本低b:质量好c:生产效率高d:操作性能好缺点：a当采用较大的电流焊接时，飞溅较大b烟雾较多，弧光强c焊缝表面成形不够美观d控制或操作不当时，容易产生气孔e焊接设备比较复杂。应用：多用于结构件的焊接。五、常用焊接设备简介1、对焊接设备的要求应保证焊接电弧的稳定燃烧、获得优良焊接接头。A、有合适的外特性；B、适当的空栽电压；C、良好的动特性D、良好的调节特性。2、焊机分类A、交流电焊机（焊接变压器）：分类：动圈式、动铁式、串联电抗器式。牌号表示方法：BX1-300，交流电焊机是一个特制的降压变压器,可将初级电压380V或220V降到焊接空载电压60~80V,其内部、加有一个比较大的感抗,以保证电弧稳定燃烧,并在一定范围内调节焊接电流的大小。交流电焊机具有结构简单,成本低,效率高,节省电能和使用维护方便等特点。B、直流电焊机：又分为焊接发电机和弧焊整流器焊接发电机牌号表示方法：AX1-300。弧焊整流器牌号表示方法：ZPG2-500，硅整流式直流电焊机也称手弧焊整流器,是一种将工频交流电整流变为直流电的手工电弧焊设备。逆变电源：ZX7-400，直流电焊机的特点是直流电弧燃烧很稳定,所以用小电流焊接时常常选用,在焊接合金钢、不锈钢时,也常选用直流电源。直流电源又分正接、反接两种接法。正接是指工件接正极、焊条接负极;否则,就是反接。在焊接锅炉压力容器受压部件等重要结构时,常选用低氢型焊条以保证质量,这种焊条一般都要求用直流反接电源。六、常用焊接材料简介1、手弧焊焊条：手工电弧焊焊条涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极称为焊条。它由焊芯和药皮两部分组成。焊芯的作用：作为电极导电，形成焊接电弧；熔化后形成焊缝金属。药皮：涂敷在焊芯表面的有效成分称为药皮。药皮的作用为:1.稳弧作用：焊条药皮中含有稳弧物质,可保证电弧容易引燃和燃烧稳定。2.保护作用：焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池,基本上能把熔化金属与空气隔绝开,保护熔融金属,熔渣冷却后,在高温焊缝表面上形成渣壳,可防止焊缝表面金属不被氧化并减缓焊缝的冷却速度,改善焊缝成形。3.冶金作用：药皮中加有脱氧剂和合金剂,通过熔渣与熔化金属的化学反应,可减少有害物质对焊缝金属的危害,使焊缝金属获得符合要求的力学4.掺合金：由于电弧的高温作用,焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损(氧化或氮化),这样会使焊缝的力学性能降低。通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素,使之随药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去,以弥补合金元素烧损,提高焊缝金属的力学性能。5.改善焊接的工艺性能：通过调整药皮成分,改变药皮的熔点和凝固温度,使焊条末端形成套筒,产生定向气流,有利于熔滴过渡,可适应各种焊接位置的需要。焊条药皮成分有:稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂、粘结剂和增塑剂八类。焊条的分类：1.根据用途分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条、镍及镍合金焊条、铸铁焊条等。2.根据焊接药皮成分和熔化后形成熔炸的酸碱性分为：酸性焊条和碱性焊条。3、常用焊条型号介绍E4303表示：E-焊条；43-熔敷金属抗拉强度最小值43Kg/cm2；0-适用于全位置焊接；3-表示焊条药皮钛钙型为酸性，交直流两用。相当于J422。E5015表示：E-焊条；50-熔敷金属抗拉强度最小值50Kg/cm2；1-适用于全位置焊接；5-表示焊条药皮为碱性，直流用。相当于J5074.焊丝牌号表示方法：焊芯牌号编制焊芯牌号一律用汉语拼音字母H作字首,其后紧眼钢号,表示方法与优质碳素结构钢、合金结构钢相同。H08A、H08Mn2SiA5.焊材使用管理要求JB/T3223-1996《焊接材料质量管理规程》A、验收：合格证、说明书、标记；外观检查；偏心度测量；化学成分分析和机械性能实验。B、保存：离地面、墙壁距离；库房干湿度、温度；章物相符。C、焊条的烘干、发放：记录D、使用和回收：记录4、焊接材料选用原则一、同种钢材焊接时，焊条(焊丝)的选用，一般应符合下列要求：(1)焊缝金属性能和化学成分与母材相当。(2)工艺性能良好。二、异种钢材焊接时，焊条(焊丝)的选用，一般应符合下列要求：(1)两侧钢材均非奥氏体不锈钢时，可选用成份介于两者之间或与合金含量低的一侧相配的焊条(焊丝)。(2)两侧之一为奥氏体不锈钢时，可选用含镍量较高的不锈钢焊条(焊丝)。异种钢焊接：不锈钢与碳钢焊接采用不锈钢焊条。七、焊接接头1、焊接接头型式对接接头、角接接头、搭接接头、T型接头。坡口形式：I形坡口、V形坡口、U形坡口、X形坡口、双U形坡口等。八、焊接应力和变形1、焊接应力2、焊接变形纵向缩短和横向缩短、角变形、弯曲变形、波浪变形。3、焊接变形的预防措施合理的装配顺序、焊前预热。A焊接应力的产生焊接是一种局部的不均匀加热和冷却过程。焊缝及其附近