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电渣焊_图文_百度文库

发布日期:2020-07-28 09:36 作者:南通棋牌 点击:

  第十章 电渣焊 第10章 电渣焊 ? 1. 电渣焊原理、特点及应用 ? 2. 电渣焊热过程和结晶组织的特 点 ? 3. 电渣焊用焊接材料 ? 4. 丝极电渣焊设备 ? 5. 丝极电渣焊工艺 ? 6. 电渣焊的其它方法 ? 7. 电渣焊常见的缺陷及其防止 第十章 电渣焊 ? 10.1 ? 电渣焊原理、特点及应用 1.电渣焊工作原理 a)立体示意图 b)断面图 图 10-1 电渣焊原理示意图 1一焊件 2一金属熔池 3一渣池 4一导电嘴5一焊丝 6一强迫成形装置 7一引出板8一金属熔滴 9一焊缝 10一引弧板(槽形) 第十章 电渣焊 ? 2.电渣焊的特点 ? 适宜在垂直位置焊接 ? 厚大焊件能一次焊接成形 ? 生产率高 ? 焊缝成形系数和熔合比调节范围大 ? 渣池对被焊件有较好的预热作用 ? 焊缝和热影响区晶粒粗大 ? 第十章 电渣焊 ? 3.电渣焊的类型及其应用 ? 丝极电渣焊 采用焊丝作为电极,焊丝通过导电嘴送人 渣池,导电嘴和焊接机头 ? 随金属熔池的上升同步向上提升。丝极电渣焊 适合于环焊缝焊接和高碳钢、合金钢对接接头及 T形接头的焊接,常用于焊接厚度为40~50mm和 焊缝较长的焊件。 ? 第十章 电渣焊 ?熔嘴电渣焊 电极由固定在接头间隙中的熔嘴(通常由钢板 和钢管点焊而成)和从熔嘴的特制孔道中不断向 熔池中送进的焊丝构成。焊接时,熔嘴和焊丝同 时熔化,成为焊缝金属的一部分。熔嘴也可以做 成各种曲线或曲面形状,也可采用多个熔嘴。熔 嘴电渣焊适合于大截面结构的焊接以及曲线及曲 面焊缝的焊接。 第十章 电渣焊 ?板极电渣焊 电极为板条状,通过送进机构将板极不断向熔 池中送进。根据被焊件厚度的不同可采用一块或数 块金属板条进行焊接,板极电渣焊多用于模具和轧 辊的堆焊等。 ?管极电渣焊 在熔嘴电渣焊的基础上发展起来的一种电渣焊 方法。其特点是焊接时用一根外面涂有药皮的钢管 作为熔嘴,而在熔嘴中通入焊丝。药皮可以起到绝 缘的作用,因而可以缩小装配间隙,同时还可以起 到补充熔渣及向焊缝过渡合金元素的作用。该方法 适于焊接厚度为20~60mm的焊件 第十章 电渣焊 ?电渣压力焊 也叫钢筋电渣压力焊。它是将两钢筋安放 在竖直位置,采用对接形式,利用焊接电流通 过端面间隙,在焊剂层下形成电弧过程和电渣 过程,产生电弧热和电阻热熔化钢筋端部,最 后加压完成连接的一种焊接方法。 第十章 电渣焊 ? 10.2 电渣焊热过程和结晶组织的特点 ? 1.电渣焊热源及热过程的特点 ? 熔渣的电导率与温度相关 图10-2 熔渣电导率与温度的关系 第十章 电渣焊 ? 热源区呈锥体 由于电流主要是通过电极末端经过熔渣流到金属熔池, 而电极末端截面积小,金属熔池面积较大,所以焊接电流比 较集中流过的区域呈锥形。该区域产生的电阻热量最多,温 度也高,通常称之为高温锥体区,它是电渣焊的主要热源区。 由于电极末端的电流密度比金属熔池表面处的电流密度大, 产生电磁压力差,导致在渣池中引起液态熔渣的对流循环。 意分流图 图 布 10 及 3 熔 渣 渣 对 池 流 内 示 电 - 第十章 电渣焊 ? 高温停留时间长,热影响区宽 由于大厚度焊件是一次焊成,焊接速度缓慢,焊接热输 入大,且母材是在较长时间内逐渐升温,因此电渣焊时的高 温停留时间长,加热及冷却速度比电弧焊低的多。 图10-4 电渣焊与埋弧焊的热循环比较 第十章 电渣焊 ? 2.电渣焊结晶组织的特点 ? ? ? 电渣焊的金属熔池形状可以用形状系数 来表示, 为金属熔池的宽度B与深度H之比。电渣焊熔池的形状近似 于回转的抛物体的曲面,这个面也就是结晶的等温面。由 于晶粒成长的方向总是垂直于等温面的,因此晶粒成长的 方向必然与焊接轴线有夹角。通常将纵截面(α截面)上 两倍的晶粒主轴生长方向与焊接轴线的夹角称为交会角ф 第十章 电渣焊 图10-5 电渣焊金属熔池形状系数示意图 第十章 电渣焊 图10-6 α截面上晶粒交会角示意图 第十章 电渣焊 交会角的大小将直接影响焊缝的中心偏析,ф 越大,晶粒主轴越垂直于焊接轴线,就越容易产生 中心偏析,也越容易产生中心线 α截面上晶粒交会角示意图 第十章 电渣焊 ? ? ? ? ? 10.3 电渣焊用焊接材料 1.焊剂 (1) 必须能容易、迅速地形成熔渣。熔渣要有 适当的导电性,但导电性也不能过高,否则将 增加焊丝周围的电流分流而减弱高温区内液流 的对流作用,导致熔宽减小甚至产生未焊透。 (2) 液态熔渣应具有适当的粘度,粘度过大时, 易在焊缝金属中产生夹渣和咬肉现象;粘度太 小时,熔渣易从焊件与滑块 之间的缝隙中流失,严重时会导致焊接中断。 第十章 电渣焊 电渣焊焊剂一般由硅、锰、钛、钙、镁和铝的复合氧化 物组成,不要求通过焊剂向焊缝掺含金。目前,国内生产的 常用的电渣焊焊剂见表10-1。 表10-1- 常用电渣焊焊剂的类型、化学成分和用途 第十章 电渣焊 ? 2.电极材料 电渣焊过程中,向焊缝金属掺加合金一般 不通过焊剂,而主要是通过调整电极材料的合 金成分实现对焊缝金属化学成分和力学性能的 控制。在选择电渣焊电极时应考虑到母材对焊 缝的稀释作用。 第十章 电渣焊 焊接碳素钢和低合金钢时,为使焊缝具有良 好的抗裂性和抗气孔能力,除控制电极材料的硫、 磷含量外,电极的含碳量通常应低于母材,一般 控制在W(C)为0.10%左右,由此引起焊缝力学 性能的降低可通过提高锰、硅和其他合金元素的 含量来补偿。 第十章 电渣焊 在丝极电渣焊中,焊接W(C)<0.18%的低 碳钢时,可采用H08A或H08MnA焊丝;焊接W(C) =0.18%~0.45%的碳钢及低合金钢时,可采用 H08MnMoA或H10Mn2焊丝。焊丝直径以2.4mm 和 3.2mm的综合性能为佳。常用钢材电渣焊焊丝的选 用见表10-2 。 第十章 电渣焊 表10-2. 常用钢材电渣焊焊丝选用表 品种 钢 号 Q235A、 Q235B、 Q235C、 Q235D 20g、 22g、 25g、Q345 (16Mn)、Q295 (09Mn2) 钢板 Q390(15Mnv、15MnTi、 16MnNb) Q420〔15MnVN、14MnVTiRE) 14MnMoV、 14MnMoVN、 15MnMoVN、 18MnMoNb 15、 20、25、 35 铸锻 件 20MnMo、 20MnV 焊 丝 H08A、 H08MnA H08Mn2Si、H10MnSi、H10Mn2、 H08MnMoA H08Mn2MoVA H10Mn2MoVA H10Mn2MoVA.H10MdNiMo H10h4n2、H10MnSj H10Mn2、H10MnSi 20MnSi H10MnSi 第十章 电渣焊 ? 10.4 丝极电渣焊设备 ? 1.丝极电渣焊设备的组成 丝极电渣焊设备由焊接电源、机械机 构和控制系统三部分组成,其中,机械机 构为焊接执行机构,包括机头、水冷成形 滑块、导轨、焊丝盘等,如图10-8所示。 第十章 电渣焊 图10-8 丝极电渣焊设备构成 1-机头 2-导轨 3-焊丝盘 4-控制箱 5-焊接电源 第十章 电渣焊 图10-9 丝极电渣焊示意图 1- 导轨 2- 机头 3- 工件 4- 导电杆 5- 渣池 6- 金属熔池7- 水冷成形滑块 第十章 电渣焊 ? 2.焊接电源 ? 电渣焊多采用交流电源。为保 持稳定的电渣过程及减小网路电压 波动的影响,电渣焊电源应避免出 现电弧放电过程或电渣-电弧混合 过程,否则将破坏正常的电渣过 程。因此,电渣焊电源必须是空载 电压低、感抗小(不带电抗器)的 平特性电源。电渣焊的变压器必须 是三相供电,其二次电压应具有较 大的调节范围。电源的负载持续率 应按100%考虑。 表10-3 两种电渣焊变压器的主要技术数据 第十章 电渣焊 ? 3.机头 ? 丝极电渣焊机头包括送丝机构、摆动机构 及升降机构。 ? 4.水冷成形滑块 ? 水冷成形滑块又称强迫成形装置,水冷成 形滑块一般用纯铜板制成。水冷成形滑块又称强 迫成形装置。水冷成形滑块一般用纯铜板制成, 有三种不同的形式。 ? 5.控制系统 ? 丝极电渣焊的控制系统主要由送进焊丝的 电机、送丝速度控制器、机头摆动控制器、升降 机构控制器以及电流表、电压表等组成。 第十章 电渣焊 图10-10 固定式水冷成形滑块 a)对接接头用 b)T形接头用 1一铜板 2一水冷罩壳 3一管接头 第十章 电渣焊 图10-11 移动式水冷成形滑块 1一进水管 2一出水管 3一铜板 4一水冷罩壳 第十章 电渣焊 1一迹水管 图10-12 环缝电渣焊内成形滑块 2一出水管 3一瀹钢板外壳 4一锏板 5一角铁支架 第十章 电渣焊 ? 10.5 丝极电渣焊工艺 ? 1.电渣焊接头设计 表10-4 不同形式的电渣焊接头尺寸 第十章 电渣焊 图10-13 电渣焊接头的基本形式 a)对接接头 b)丁字接头 c) 角接接头 d) 叠接接头 e) 斜角接头f) 双丁字接头 第十章 电渣焊 ? 2.焊接参数的选择 ? (1) 焊接电流(或焊丝送进速度vf) 在电渣焊过程中,焊接电流和焊丝送进速度成严格的正 比关系,见图10-14。 图10-14 焊丝送进速度和电流的关系 第十章 电渣焊 表10-5推荐的各种材料和厚度的焊接速度 焊接速度(m /h) 材料 A3、16Mn、 20 25、20MnMo、 20MnSi、 20MnV 35 45 35CrMolA 焊接厚度 (mm) 40~60 60~120 丝极电渣焊 对接接头 1.5~3 0.8~2 熔嘴(管极)电渣焊 对接接头 1~2 0.8~1.5 丁字接头 0.8~1.5 0.8~1.2 非刚性固定 ≤200 0.6~1.0 0.5~0.8 0.4~0.6 ≤200 ≤200 ≤200 ≤200 ≤200 200~450 0.4~0.8 0.4~0.6 0.2~0.3 0.4~0.6 0.3~0.4 0.3~0.5 0.3~0.6 — — 0.4~0.6 0.3~0.4 0.3~0.5 0.3~0.5 — — 0.3~0.4 — — 刚性固定 A3、16Mn、 20 35、45 25、35、45 20MnMo 20MnSi 25、35 20MnMo 20MnSi 大断面 450 — 0.3~0.4 — 第十章 电渣焊 ? (2) 焊接电压U U增大,熔宽增大;U过小,易产生未焊透,渣池温度降 低,焊丝易与熔池短路,飞溅增加;U过大,焊丝易与渣池 表面发生电弧。推荐采用焊接电压见表10-6。 表10-6 焊接电压与接头型式、焊接速度、所焊厚度的关系 丝极电渣焊每根丝所焊厚度(mm) 50 焊速 对 接 接 头 0.3~ 0.5m/h 70 42~ 46 47~ 51 44~ 46 — 100 46~ 52 50~ 54 46~ 50 — 120 50~ 54 52~ 56 — 150 52~ 56 54~ 58 — 38~ 42 43~ 47 40~ 44 — 焊 接 电 压 V 焊速 1~ 1.5m/h 丁 字 接 头 焊速 0.3~ 0.6m/h 焊速 0.8~ 1.2m/h — — 第十章 电渣焊 ? (3) 渣池深度h ? 渣池深度hh减小,熔宽增大,h过浅,焊 丝在渣池表面易发生电弧;h过深,焊丝易与 金属熔池短路,发生熔渣飞溅,也易产生未 焊透、未熔合等缺陷。 表10-7 渣池深度与送丝速度的关系 焊丝送进速 度(m/h) 60~ 100 100~150 150~200 200~250 250~300 300~450 渣池深度 (mm) 30~ 40 40~45 45~55 55~60 60~70 65~75 第十章 电渣焊 ? (4) 装配间隙c ? 装配间隙c增大,熔宽增大,渣池易于稳定; c过小,渣池难于控制,电极易与工件短路,电渣 过程稳定性差,易产生缺陷。 表10-8 不同厚度工件的装配间隙 第十章 电渣焊 ? (5) 焊丝直径d ? d增大,熔宽增加,生产率提高,但操作困 难,易产生缺陷;d过小,电渣过程稳定性表差。 一般采用的直径焊丝为3mm。 ? (6) 焊丝数目n ? 焊丝数目增多,熔宽均匀性好,生产率高, 但操作复杂,准备时间长。 ? (7) 焊丝间距 ? 焊丝间距对熔宽均匀性影响大,选取不当 时易产生裂纹或未焊透。 第十章 电渣焊 (8) 焊丝伸出长度 (9) 焊丝摆动速度 (10) 焊丝距水冷成型滑块的距离 (11) 焊丝在水冷成型滑块处的停留时间 第十章 电渣焊 ? 3.焊接操作工艺 ? (1) 接头制备 焊件待焊边缘的加工质量、表面状态和装配时错边量的 大小对质量有重要影响,焊件边缘应在焊前清理干净。 表10-10 电渣焊时的设计间隙和装配间隙 板 间隙(mm) 16~30 30~80 80~500 500~1000 1000~2000 厚(mm) 设计间隙 20 24 26 30 30 装配间隙 20~21 26~27 28~32 36~40 40~42 第十章 电渣焊 ? (2) 焊接工卡具准备 每次电渣焊前都要对水冷成形滑块进行认真检查。首先 检查水冷成形滑块与焊件间是否有明显的缝隙,保证焊接过 程中不产生漏渣。此外应检查进出水方向,确保水冷成形滑 块下端进水,上端出水,防止焊接时水冷成形滑块内产生蒸 汽,造成爆渣、伤人事故。 图10-15整体式(a)和组合式(b)的铜滑块示意图 第十章 电渣焊 ? ? (3) 起焊槽与引出板 焊件底部应装有起焊槽,在起焊槽内建 立渣池。起焊槽应有一定的高度。在焊缝结尾 处应装引出板,用以将渣池引出,并避免在收 尾处产生缩孔、裂缝等缺陷。 (4) 焊接过程 ?引弧造渣 ?正常焊接 ?收尾阶段 第十章 电渣焊 ? 4.电站锅炉锅筒纵缝丝极电渣焊工艺实例 ? 电站锅筒筒体由8节组成,筒体材质为 13MnNiMo54(德国钢号),壁厚为95mm,内径为 1800mm,工作压力15.5MPa,工作温度为350℃,属 于超高压及高温承压部件。 图10-16电站锅炉锅筒结构简图 第十章 电渣焊 ? ? (1) 筒体装配 装配间隙为32~36mm,定位板焊在筒体内侧上 端,以保持上端的尺寸.引导板长约100mm,保证引弧造 渣有足够的长度,以使焊缝收尾处的理化性能与焊缝本 体一致。引出板长度至少为100mm。所有定位板、引导 板及引出板在装焊时应局部预热150℃。 图10-17筒体装配图 1—引出板 2—定位3—引弧板 第十章 电渣焊 ? ? (2) 筒体焊接 筒体焊接采用前苏制A-372P丝极电渣焊 机,焊丝为Φ3mm的H10Mn2NiMoA,焊剂为HJ431。 表10-13 筒体纵缝电渣焊焊接参数 焊丝 根数/ 根 焊接 电流 /A 送丝 速度 /mh-1 焊接 电压 /V 电源 种类 焊丝 间距 /mm 焊丝 伸出 长 /mm 50~7 0 摆动 速度 /mh-1 焊丝 与滑 块间 距 /mm 10 摆动 停留 时间 /s 3~5 渣池 深度 /mm 焊接 速度 /m/h 2 500~ 550 250~ 300 38~ 42 交流 30~ 40 26~ 40 50~ 70 0.8~ 1.2 第十章 电渣焊 ? (3) 焊后热处理 ? 为了细化焊缝积热影响取得粗晶组织, 改善焊接接头的力学性能及消除焊接应力,焊后 对焊接接头进行两次正火处理和一次回火处理; 筒体总装成锅筒后,进行整体退火处理。 第十章 电渣焊 图10-18筒体热处理曲线 a)—筒体第一次正火 b)—筒体第二次 正火 c)—筒体回火 d)—锅筒退火 第十章 电渣焊 ? 10.6 电渣焊的其它方 法 ? 1.板极电渣焊 ? 板极电渣焊是采用金 属板条为电极,焊接时板极 经送进机构不断地向熔池中 送进。根据被焊件的厚度, 可采用一块或数块金属板进 行焊接。 图10-19板极电渣焊示意图 1一焊件 2一板极 3一强迫成形 第十章 电渣焊 ? 2.熔嘴电渣焊 ? 熔嘴电渣焊的电极为固定在接头间隙中的熔嘴 (通常由钢板和钢管点焊而成)和不断向熔池中送进的焊 丝构成。 图10-20 熔嘴电渣焊示意图 l一熔嘴 2一导丝管 3一焊丝 第十章 电渣焊 熔嘴电渣焊设备体积小,焊接时机头位于焊缝上方,可采 用多个熔嘴,且熔嘴固定于接头间隙中,不易产生短路等故障, 所以很适合于梁体等复杂结构以及大截面结构的焊接。 图10-21 常见的熔嘴结构形式示意图 第十章 电渣焊 ? 3.管极电渣焊 ? 管极电渣焊是熔嘴电渣焊的一个特例。其 不同点是用一根涂有药皮的管子代替了熔嘴板。 1一焊丝 2一送丝滚轮 3一管极夹持机构 4一管极钢管 5一管极涂料 6一焊件 7一水冷成形滑块 图10-22 管极电渣焊示意图 第十章 电渣焊 ? 另外,也可采用空心矩形断面的熔嘴来代替 管极,并采用厚度为1mm左右的带钢来代替焊丝来进 行焊接,形成所谓的“窄间隙电渣焊” 。 图 10-23 窄间隙电渣焊的两种形式示图 a)窄间隙电渣焊示意图 b)采用一根带极、两根带极的情况 1一带极输送轮 2一带极 3一熔嘴 4-下焊件 5一焊剂 第十章 电渣焊 ? 4.电渣压力焊 a)引弧前 l一上钢筋 图 10-25 电渣压力焊接过程示意图 b)引弧过程 c〕电弧过程 d)电渣过程 e)顶压过程 f)凝固后 2一下钢筋 3一焊剂 4一电弧 5一熔池 6一熔渣(渣池) 7一焊缝 8一焊渣 第十章 电渣焊 由于采用了带状电极,电流通过带极端部时的主通电点 会沿带极宽度方向往复移动,克服了管极电渣焊间隙较小时 焊件沿厚度方向加热不均、易于产生未熔合的缺陷,因而可 以采用更小的装配间隙(一般为10~15mm),从而使生产效 率显著提高,并使材料、能耗和热输入大为降低。 为了引弧顺利,可在涂敷药皮前将钢管的引弧端进行收 口处理,使钢管内径接近焊丝直径,见图10-24。 图10-24 钢管末端收口处理示意图 a)十字型收口 b)碾压收口 第十章 电渣焊 ? 10.7电渣焊常见的缺陷及其防止 ? 1.电渣焊常见的缺陷 ? 电渣焊接头常见缺陷有热裂纹、冷裂纹、未焊透、 未熔合、气孔、夹渣等。 图10-27 电渣焊接头常见缺陷 第十章 电渣焊 ? 2.缺陷产生的原因及预防措施 ? (1)热裂纹 ? 热裂纹产生的原因有:焊丝送进速度 过大,熔池过深;母材中的S、P等杂质元 素含量过高;焊丝选用不当;引出部分裂 纹主要是由于焊接结束时,送丝速度没有 逐步降低。应采取的预防措施主要有:降 低焊丝送进速度;降低母材中S、P等杂质 元素含量;选用抗热裂纹性能好的焊丝; 焊接结束前应逐步降低焊丝送进速度等。 第十章 电渣焊 (2)冷裂纹 冷裂纹产生的原因有:焊接应力过大,金属 较脆,沿着焊接接头的应力集中处开裂;结构复 杂,焊缝多,没有进行中间热处理;焊缝中存在 未焊透、未熔合等缺陷;焊接过程中断,咬口没 及时补焊等。应采用的预防措施主要有:结构设 计时避免焊缝密集,避免中间停焊;对焊缝很多 的复杂结构,焊接一部分焊缝后,应进行中间热 处理消除应力;对高碳钢、合金钢,焊后应及时 进炉,有的要采取焊前预热、焊后保温措施;室 温低于零度时,焊后要尽快进炉,并采取保温措 施。 第十章 电渣焊 ? ? (3)未焊透 未焊透产生的原因有:焊接电压过低;焊丝 送进速度太快或太慢;渣池太深;电渣过程不稳 定;焊丝或熔嘴距水冷成形滑块太远或在装配间 隙中位置不正确。应采用的预防措施主要有:选 择适当的焊接规范;稳定电渣过程;使焊丝或熔 嘴与水冷成形滑块的距离及在焊缝中的位置符合 工艺要求。 第十章 电渣焊 (4)未熔合 未熔合产生的原因有:焊接电压过高,送 丝速度过低,渣池过深,电渣过程不稳定,熔 剂熔点过高等。主要的预防措施有:选择适当 的焊接参数;保持电渣过程稳定;选择适当的 熔剂等。 第十章 电渣焊 ? (5) 气孔 ? 气孔产生的原因有:水冷成形滑块漏水、 耐火泥进入渣池、熔剂潮湿等;用无硅焊丝焊接 沸腾钢或含硅量低的钢,大量的氧化铁进入渣池 等。水分进入渣池是引起气孔的主要原因。预防 措施主要有:焊前仔细检查水冷成形滑块,防止 漏水;烘干熔剂;焊接沸腾钢时采用含硅焊丝; 对焊接面仔细清除氧化皮,对焊接材料去锈等。 第十章 电渣焊 (6)夹渣 夹渣产生的原因有:电渣过程不稳定;熔剂 熔点过高;熔嘴电渣焊采用玻璃丝棉绝缘时,绝 缘块进入渣池数量过多。主要的预防措施有: 保持稳定的电渣过程;选择适当熔剂;不采用玻 璃丝棉的绝缘方式等。

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