焊工-焊接理论知识培训

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焊接基础理论知识培训主讲:王学海日期:2014年3月28日目录前言一、焊接的认识结语1.焊前准备2.焊接操作技术四、焊接缺陷及防止措施1.电弧不稳2.焊道成形不良3.气孔4.裂纹二、焊接工艺知识三、焊接操作技术五、焊接安全技术及劳动保护六、CO2气体保护焊应用实例前言焊接是目前钢结构生产中最主要的工艺方法,其加工工艺是通过金属物理性质变化把各种零配件(半成品构件及配件)永久连接成完整构件的过程。焊接质量关乎到钢结构的使用安全及使用寿命,对于钢结构制作尤为重要。近年来,随着钢结构的不断发展,对焊接的质量要求也随之不断提高,因此,提高焊工整体素质迫在眉睫!一、焊接的认识焊接就是通过加热或加压,或者两者并用,用或不用填充材料,使工件达到原子结合的一种加工方法。焊接是一种使工件达到永久结合的加工工艺方法。根据金属在焊接过程中所处的状态及工艺特点不同,可以把金属的焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类。其中熔焊又分为焊条电弧焊、气焊、埋弧焊、氩弧焊等。我们公司应用的主要焊接方法是焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊、埋弧焊、电渣焊和螺柱焊。图1焊接的分类二、焊接工艺知识此次课程主要是以CO2气体保护焊为例,介绍一下焊接工艺知识。CO2气体保护焊是以活性气体CO2作为保护气体的熔化极气体保护焊方法。其工作原理见图CO2气体保护焊的特点主要有如下几点:1)生产效率高。采用较粗的焊丝焊接时,可以使用较大的电流,实现射流过渡,焊丝的熔化系数大,母材的熔透深度大。另外,这种方法基本上没有熔渣,一般不需要清渣,从而节省了许多辅助时间,因此可以较大地提高焊接生产效率。2)焊接变形小。电流密度高,热量集中,受热面积小,故工件焊后变形小。3)是一种低氢型焊接方法,焊缝含氢量很低,所以在焊接低合金钢时不易产生冷裂纹。4)采用短路过渡方式焊接时,有利于全位置及其他空间位置的焊接。5)此种方法属于明弧焊,电弧可见性好,采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便。6)操作简单,容易掌握。7)焊接飞溅较大是其不足之处。1.CO2气体保护焊二、焊接工艺知识采用焊接的方法连接的接头称为焊接接头。它包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。焊缝尺寸的表示方法如图2所示。2.焊接接头C-焊缝宽度a-焊缝高度(余高)S-焊缝熔深图2焊接接头二、焊接工艺知识焊接的接头形式,其中最主要的有对接接头、角接接头、搭接接头和T形接头四种,见图3所示。2.焊接接头a)对接接头b)角接接头c)搭接接头d)T形接头图3焊接的接头形式二、焊接工艺知识焊接时,焊缝所处的空间位置称为焊接位置。焊接位置分为平焊、横焊、立焊和仰焊四种形式,见图4所示。3.焊接位置(a)平焊位置(b)立焊位置(c)横焊位置(d)仰焊位置图4焊接位置二、焊接工艺知识坡口的作用是为了保证焊缝根部焊透,保证焊接质量和连接强度,同时调整基本金属与填充金属的比例。根据设计和工艺的需要,在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的接头形式称为坡口。焊接接头坡口的基本形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口四种,见图5所示。1)I形坡口用于较薄钢板的对接焊接,厚度在5-6mm一下的钢板可以采用I形坡口。2)V形坡口形状简单,加工方便,是最常用的坡口形式。常用于厚度在6-40mm工件的焊接。主要用于单面焊。3)X形坡口由于采用双面焊,焊后的残余变形较小,常用于厚度在12-60mm钢板的焊接。4)U形坡口用于厚板焊接,焊缝变形小,但是U形坡口的加工困难,通常使用机械加工。4.焊接坡口二、焊接工艺知识坡口的选择原则:坡口的形状容易加工;焊接后焊件的变形应尽可能小;要保证焊件焊透;焊接可达性好;尽可能节省金属材料,提高生产效率。对坡口钝边和间隙的要求:留钝边的目的是防止烧穿,留根部间隙的目的是保证焊透。钝边和间隙的尺寸必须配合好,应根据焊缝位置、焊件厚度、坡口形式及操作方法进行合理选择。4.焊接坡口(a)I形坡口(b)V形坡口(c)X形坡口(d)U形坡口图5焊接坡口二、焊接工艺知识焊接符号是一种工程语言,能简单、明了地在图纸上说明焊缝的形状、几何尺寸和焊接方法。我国的焊接符号是由国家标准GB324规定的。焊接符号一般是由基本符合和指引线组成,必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号,见图6所示。5.焊接符号图6焊接符号符号含义:45°指坡口角度为45°3指根部间隙尺寸为3mm2指钝边尺寸为2mm111指使用焊条电弧焊焊接○指周圈焊□指背面加衬垫板二、焊接工艺知识CO2气体保护焊有三种熔滴过渡形式:第一种是较小电流、较低电弧电压下的短路过渡;第二种是较大电流、较高电弧电压下的射流过渡(细颗粒过渡);第三种是介于上述二者之间的半短路过渡(混合过渡)。1)短路过渡焊丝端部的熔滴与熔池短路接触,由于强烈过热和电磁收缩力的作用使其爆断,直接向熔池过渡的形式称为短路过渡。短路过渡是在较小焊接电流和较低电弧电压条件下发生的熔滴过渡形式。短路过渡一般适用于Ф1.2mm以下的细丝,最稳定的电弧电压范围比较窄,通常为20V±2V的范围。短路过渡具有如下焊接特点:a)焊接过程中伴随有少量飞溅;b)焊道熔深较小而余高较大;c)焊接变形较小;d)适合于采用细丝(≤Ф1.2mm)进行薄板及空间位置焊接。6.熔滴过渡形式二、焊接工艺知识2)射滴过渡熔滴尺寸与焊丝直径相当的情况下,以较高的速度通过电弧空间的过渡形式称为射滴过渡。射滴过渡时较大焊接电流和较高电弧电压条件下发生的熔滴过渡形式。在较大焊接电流和较高电弧电压下,随着电流的增加,熔滴尺寸并不增加,反而缩小,而且焊丝端头逐步深入到熔池凹坑内,熔滴过渡形式转为接近轴向过渡的所谓射滴过渡。射滴过渡时不再有短路现象发生,焊接过程较为稳定,焊接飞溅也比较小。射滴过渡具有如下焊接特点:a)熔滴较细;b)过渡频率较高,为非轴向过渡;c)焊道熔深较大;d)飞溅较小,成形较好;e)焊丝熔化效率较高,适于采用粗丝(Ф1.6mm以上)进行中厚板的焊接。6.熔滴过渡形式二、焊接工艺知识3)半短路过渡焊接电流和电弧电压等参数处于短路过渡和射滴过渡之间时,或者说采用中等工艺参数时,即可发生半短路过渡形式。6.熔滴过渡形式半短路过渡即是在短路过渡的基础上,再增加焊接电流和电弧电压,这是焊丝端头的熔滴随之长大,短路次数减少,短路时间缩短,非短路过渡的比例增加,熔滴呈大滴排斥特点。这是一种短路过渡与非短路过渡相混合的过渡形式,焊接过程不稳,飞溅也较大,习惯上称为大颗粒过渡,生产中一般不被采用。a)半短路过渡b)射滴过渡图7射滴过渡及半短路过渡示意图二、焊接工艺知识CO2气体保护焊的主要工艺参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量、电流极性和焊丝伸出长度等等。(1)焊丝直径CO2气体保护焊所用焊丝直径范围较宽,Ф1.6mm以下的焊丝多用于半自动焊,超过Ф1.6mm的焊丝多用于自动化焊接。通常根据工件的板厚和焊接位置来选择焊丝直径,一定的焊丝直径又与一定的焊接电流相适应。我们公司常用的焊丝直径为Ф1.2mm,该直径的焊丝的熔滴过渡形式可为短路过渡和射滴过渡。可用于平焊和全位置焊接。7.焊接工艺参数二、焊接工艺知识(2)焊接电流焊接电流是影响焊接质量的重要工艺参数,它的大小主要取决于送丝速度,随着送丝速度的增加,焊接电流也增加。另外,焊接电流的大小还与焊丝伸长、焊丝直径、气体成分等有关,当喷嘴与母材间距离增加时,焊丝伸长增加,焊接电流减少。焊接电流对焊缝的熔深和焊缝成形均有较大影响。当焊接速度相同时,随着焊接电流的增加,焊缝的熔深和余高均增加,而焊缝宽度增加不多。半自动焊时,通常焊丝较细,因而焊丝线能量较低,所以在厚板焊接时,为保证熔深和坡口面的良好熔合,在保证飞溅不过大的前提下,应尽可能采用稍高些的焊接电流。有时在横向摆动焊时,焊枪于焊趾处略作停留,也是在既要保证焊趾处熔合良好,而又不能提高焊接电流的情况下,所采取的有效工艺措施。7.焊接工艺参数二、焊接工艺知识(3)电弧电压电弧电压是电弧两端之间的电压降,在气体保护焊中可认为是导电嘴到工件之间的电压。这一参数对焊接过程稳定性、熔滴过渡、焊缝成形、焊接飞溅等均有重要影响。短路过渡时弧长较短,随着弧长的增加,电压升高,飞溅也随之增多。可以根据所采用的焊接电流的大小,计算出电弧电压的近视值。如焊接电流在200A以下,主要是短路过渡,电弧电压可由下式计算:U=0.04I+16±2当焊接电流在200A以上时,主要是射滴过渡,电弧电压可由下式计算:U=0.04I+20±2上述的电弧电压计算公式仅供参考。电弧电压升高,熔深变浅,熔宽增加,余高减小,焊趾平滑;相反,电弧电压降低,则熔深变大,焊缝变得窄而高。7.焊接工艺参数二、焊接工艺知识(4)焊接速度焊接速度与电弧电压和焊接电流之间,也有一个对应的关系。在一定的电弧电压和焊接电流下,焊接速度与焊缝成形的关系如图7和图8所示。由图可见,焊接速度增加时,焊缝的熔深、熔宽和余高均减小,即成为凸起焊道。焊接速度若过快,易出现咬边缺陷。为防止这种情况,应适当增加焊接电流、减小弧长,并使焊枪带有前倾角进行施焊。焊接速度慢时,焊道变宽,甚至出现焊瘤缺陷。半自动焊时,适宜的焊接速度为(30-60)mm/min,过慢或过快的焊接速度都给操作带来困难。7.焊接工艺参数二、焊接工艺知识(5)气体流量气体流量是气体保护焊的重要参数之一。保护效果不好时,将出现气孔,以致使焊缝成形变坏,甚至使焊接过程无法进行。通常情况下,保护气体流量与焊接电流有关。当采用小电流焊接薄板时,气体流量可小些;采用大电流焊接厚板时,气体流量要适当加大。气体流量与焊接电流的关系,可以表1作为参考。7.焊接工艺参数焊接电流/A气体流量/L·min-1≤20010~15>20015~25表1CO2气体流量与焊接电流的关系二、焊接工艺知识(6)电流极性CO2气体保护焊主要是采用直流反极性接法,即焊丝接电源正极,工件接负极。这时焊接过程稳定,飞溅也小。相反,当采用正极性时(焊丝接负极,工件接正极),在相同的焊接电流下,焊丝熔化速度大为提高,约为反极性时的1.6倍,且熔深较浅,余高增加,飞溅也大。7.焊接工艺参数二、焊接工艺知识(7)焊丝伸长焊丝伸长是指从导电嘴到焊丝端头的这段焊丝的长度。这个伸出长度对焊接电流、焊缝熔深、焊缝飞溅等均有影响,因此保持这个长度稳定不变,是获得稳定的焊接过程的重要因素之一。在焊接电流相同时,焊丝伸长的增加将引起熔化速度的增加,这样,当送丝速度不变时,焊丝伸长增加,焊接电流则减小,易导致未焊透和熔合不良。同时,焊丝伸长过大,电弧不稳,容易造成焊丝爆断,飞溅大,焊缝成形恶化,甚至产生气孔,或者难以正常焊接。反之,焊丝伸长减小时,焊接电流增加,熔深变大。伸长过小时会烧坏导电嘴,也不能正常进行焊接。适宜的焊丝伸长L可按下式计算:L=10d式中d-焊丝直径(mm)。7.焊接工艺参数三、焊接操作技术对于二氧化碳气体保护焊的焊接技术,主要介绍两方面内容。一是焊前准备,包括焊接设备的检查、工件清理、坡口加工、定位点固等;二是焊接操作技术,包括不同接头形式和不同焊接位置的焊接。(1)焊接设备电路、气路检查焊前应对焊接设备电路、气路进行仔细检查,确认全部正常后,方可开机工作,以免由于焊接设备故障而造成焊接缺陷。焊接设备电路检查:首先开启焊机电源开关,电源指示灯亮,冷却风扇转动,各显示仪表指示正常。电路检查最易忽视而又最易出现问题的是工件焊接底线电缆可靠连接,连接不可靠影响引弧和焊接稳定性。另外,焊枪的喷嘴、导电嘴均应正常无损。气路检查:检查气路阀门的开启、预热的接通、减压器的开通,并点动电磁气阀,调好流量计,最终确认焊枪喷嘴流出足够的保护气流。同时注意气瓶中得气体不低于正常使用的储存量要求,即减压器的高压表指示不低于1MPa。1.焊前准备三、焊接操作技术(2)送丝系统检查送丝系统的检查主要是针对自焊丝盘到焊枪的整个送丝途径。即:1)焊丝直径应符合所焊工件的要求。2)送丝轮的沟槽尺寸应与焊丝直径相符。3)导电嘴尺寸应与焊丝直径相符。4)按点动送丝按钮,将焊丝送出导电嘴15mm左右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