现代焊接技师培训_七十六_

现代焊接 2012年第11期 总第119期 J-55 人 才 培 训 工 程 应 用 与 实 践 Talents Training 1 焊缝质量与哪些因素有关？ 2 在焊接过程中要获得优异的 焊接质量，主要控制哪些方面？ 焊缝的质量主要与焊工操作技术 水平、焊接材料、焊接线能量选择、 焊接冷却速度、电流极性选择、焊接 化学冶金过程控制等主要因素有关。 作为一名高水平的焊工，在焊接 过程中如果焊接材料、焊接线能量、 电流极性等已经确定，在焊接过程中 重点控制的是焊接化学冶金过程，重 点控制熔池的形状、尺寸和存留时间。 熔池的形状、尺寸和存留时间应根据 所焊位置的不同，焊缝质量要求的不 同发生变化。例如，在单面焊双面成 形的操作中，应保证熔池温度不应过 高以防止焊缝金属的氧化和吸入大量 的气体。熔池的温度也不应太低，以 保证熔入焊缝气体能顺利逸出。 3 焊接化学冶金过程的实质是 什么？ 4 可以用光焊丝在空气中无保 护焊接吗？ 焊接化学冶金过程的实质是金属 在焊接条件下再熔炼的过程。焊接化学 冶金和普通化学冶金（如电炉炼钢）有 共同之处，它们都是金属冶炼加工的过 程。所以普通冶金学中的规律对于分析 焊接化学冶金的问题有重要的参考价 值。但是，焊接化学冶金过程和普通冶 金学中在对原材料及冶炼条件方面都有 很大的区别，因此不能机械地搬用普通 冶金学中的规律。只有注意研究焊接 化学冶金的特点，找出它本身固有的 规律性，才能使冶金反应向有利的方 向发展，从而得到优质的焊缝金属。 不能。以低碳钢光焊丝在空气中 无保护焊接为例，焊缝金属的成分和 性能与母材和焊丝比较，发生了很大 的变化。由于熔化金属和它周围的空 气激烈地相互作用，使焊缝金属中氧 和氮的含量显著增加。据有关资料介 绍，含氮量可达0.105％~0.218％，在 焊丝中含氮量高20~45倍，含氧量为 0.14％~0.72％，比焊丝高7~35倍；同 时锰、碳等有益合金元素因蒸发、烧损 而减少。这时焊缝金属的塑性和韧性急 剧下降，但是由于氮的强化作用强度变 化比较小。此外，用光焊丝焊接时，电 弧不稳定，还会出现气孔，因此这种 用光焊丝无保护焊接没有实用价值。 焊接化学冶金的首要任务就是熔 化金属加强保护，以免受空气的有害 作用。事实上，大多数熔焊方法都是 基于这个思想发展和完善起来的。 5 焊接化学冶金的首要任务是 什么？ 编者按： 有了好的设备，好的焊接材料，合理的结构，不一定能 焊出好的焊缝。现代工业对焊缝质量要求非常高，如何将人 机合理结合，焊出精美的焊缝，是衡量一个焊接工作者全面 素质及技艺高低的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。焊接过程是一个十分复杂的电、化 学、冶金融合的过程，要掌握它且很好的利用它获得一个好 的焊缝是十分不易的，必须深入了解它，在实践中摸索它， 才能逐渐完善自己的焊接技艺。故本期专门介绍焊接过程质 量控制，以供大家学习。 现代焊接技师 培训 焊锡培训资料ppt免费下载焊接培训教程 ppt 下载特设培训下载班长管理培训下载培训时间表下载 (七十六) Training of Modern Welding Technicians(No.76) J- 2012年第11期 总第119期56现代焊接 人才培训TalentsTraining ℃时，药皮中有机物（木粉、纤维素、 淀粉）则开始分解，析出CO和H等气 体；温度超过300~400℃，药皮中的一 些组成物（如白泥—AlSiO(OH)，白 云母—KHAlSiAlO，滑石—MgSiO(OH) 等）中的结晶水和化合水开始蒸发。温 度再升高则在不同温度下药皮中的碳酸 盐（如菱苦土—MgCO，大理石—CaCO, 白云石—CaMg(CO))和高价氧化物（如 赤铁矿—FeO，锰矿—MnO）也发生 分解，反应如下： MgCO→MgO+CO↑ CaCO→CaO+CO↑ 2MnO→2MnO+CO↑ 2FeO→4FeO+O↑ 上述反应析出大量的气体（HO、 CO、H），一方面对熔化金属有机械 的保护作用，另一方面对金属和药皮 中的铁合金（如锰铁、硅铁、钛铁等） 有很大的氧化作用。例如： 2Mn+O=2MnO Mn+CO=MnO+CO Mn+HO=MnO+H 反应的结果使气相的氧化性大大 下降。这个过程即所谓“先期脱氧”。 药皮加热阶段是准备性的阶段。因 为这一阶段反应的产物为熔滴和熔池阶 段提供了反应物。所以它对整个焊接化 学冶金过程和焊接质量有一定的影响。 从熔滴形成、长大到过渡于熔池 中都属于熔滴反应区。这个区有以下 特点： （1）温度高。对于电弧焊接钢而 言，熔滴上活性斑点处的温度接近于 焊芯材料的沸点，约为2800℃；熔滴 的平均温度根据焊接 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 不同，变化 在1800~2400℃的范围内。熔滴过渡时, 2 2 2 5 4 2 2 3 12 3 4 10 2 3 3 3 2 2 3 2 3 2 3 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2 9 熔滴反应区的特点是什么？ 穿过温度高达4500~7800℃的弧柱区， 这样使熔滴金属的过热度很大，可达 300~900℃。 熔滴金属与气体、熔渣的接触面 积很大。在一般情况下熔滴的尺寸是 很小的。因此熔滴的表面积极大，可 达1000~10000cm·kg ，约比炼钢时 大1000倍。 （2）各相之间的反应时间（接触 时间）短。熔滴在焊条末端停留的时 间仅有0.01~0.1s。熔滴向熔池过渡的速 度高达2.5~10m·s ，经过弧柱区的时 间极短，只有0.0001~0.001s。在这个区 内各相接触的平均时间为0.01s~1s。由 此可见，熔滴阶段的反应主要是在焊 条末端进行的。 （3）熔滴金属和熔渣之间发生强 烈的混合。在熔滴形成、长大和过渡 过程中，它不断地改变自己的形状， 使它的表面受到局部的收缩和拉长。 这时总有可能拉断覆盖在熔滴表面上 的渣层，而被液体金属包围住。金相 分析了已经证明，在熔滴内包含着熔 渣的质点，其尺寸可达50μm。这种 混合作用不仅增加了相的接触面积，而 且有利于反应物进入反应表面，产物离 开反应表面，从而使反应速度加快。 由上述特点可知，在该区反应时 间虽短，但因温度很高，相接触面积 很大，并发生强烈的混合作用，所以 冶金反应最激烈，许多反应可以进行 到比较完全的程度，因而对焊缝成分 影响最大。在熔滴反应区进行的主要 物理化学反应是：金属的蒸发、气体 的分解和溶解、金属（包括金属中的 其他成分）的氧化还原以及合金化等。 熔池反应的物理条件与熔滴阶段 不同。熔池的平均温度比较低，约为 2 -1 -1 10 熔池反应区的特点是什么？ 6 熔焊方法保护方式分为几类？ 7 焊接化学冶金反应分几个区？ 8 药皮反应区的特点是什么？ 熔焊方法保护方式分类见表177。 焊接化学冶金过程是分区域（或 阶段）连续进行的。不同的焊接方法 有不同的反应区。手工电弧焊时有3个 反应区：药皮反应区、熔滴反应区和 熔池反应区，如图360所示。其他焊接 方法往往没有药皮反应区，如熔化极 气保焊，只有熔滴反应区和熔池反应 区；不填充金属的气焊、钨极氩弧焊 和电子束焊接则只有熔池反应区。 当焊条药皮被加热时（焊接或烘 焙时），在固态下它的各种组成物之 间也会发生物理化学反应，主要是水 分的蒸发，某些物质的分解和铁合金 的氧化。 当药皮加热温度超过100℃时，其 中的水分开始蒸发；温度超过200~250 保护方式 真空 熔焊方法 埋弧焊、电渣焊、不含造气成 分的焊条和药芯焊丝焊接 气焊、在惰性气体和保护气体 （如CO、混合气体）中焊接 具有造气成分的焊条和药芯焊 丝焊接 真空电子束焊接 用含有脱氧、脱氮剂的所谓自 保护焊丝焊接 2 熔渣 气体 熔渣和气体 自保护 表177 熔焊方法按保护方式分类 现代焊接 2012年第11期 总第119期 J-57 人才培训TalentsTraining 1600~1900℃；比表面积比较小，约为 3~130cm·kg ；反应时间稍长些，但 也不超过几秒至几十秒，例如，手工 电弧焊时通常为3~8s；埋弧焊时间为 6~25s。熔池在气流和等离子流等因素 的作用下，发生有规律的搅拌运动，这 有助于加快反应速度，同时也为熔池中 不溶解的气体和熔渣质点的外逸创造了 有利条件。熔池最突出的特点之一就是 温度分布极不均匀，因此，同一个过程 在熔池的两个部分可以向相反的方向进 行。例如，在熔池的前半部分发生金属 的熔化和气体的吸收过程，而后半部分 发生金属的凝固和气体的析出过程；从 热力学的角度看，前半部有利于发展吸 热反应，如硅、锰的还原反应，后半部 有利于发展放热反应，如金属的氧化反 应。熔池反应区的另一个特点是，物理 化学过程不仅在熔池与气体和熔渣的界 面上进行。而且在熔化金属与固体金属 凝固的焊缝金属与液态熔渣的界面上进 行。例如，气体由熔池中析出时，首 先在熔化金属与固体金属的界面上形 成气泡核，然后长大逸出。在埋弧焊 时，由于液态熔渣与凝固的焊缝金属 相互作用，使焊缝表面层被氧化，其 含氧量比焊缝深处多。但是在手工电 弧焊时，则不明显，因为液体熔渣与 焊缝金属的作用时间很短。 另外，熔池反应区的反应物质是 不断更新的。新熔化的母材、焊芯和 药皮不断地进入熔池的前半部，凝固的 金属和熔渣不断地从熔池后半部退出反 应区。在焊接规范恒定的情况下，这种 物质的更替过程可以达到稳定状态。 2 -1 11 熔池反应区和熔滴反应区 哪个反应的程度大？ 熔滴反应阶段的速度比熔池阶段 的反应速度大，因此熔滴阶段反应的 完全程度大，合金元素在熔滴阶段被 氧化的程度也比熔池阶段的大。 焊接规范与焊接化学冶金过程有 密切的联系。例如，改变焊接规范将 引起熔合比，反应区的物理条件和焊 剂熔化率的变化。因此，焊缝金属的化 学成分在一定程度上取决于焊接规范。 在焊缝金属中局部熔化的母材所 占的比例称为熔合比。 熔合比的数值取决于焊接方法、 规范、接头型式、坡口角度、药皮和 焊剂的性质以及焊条（焊丝）的倾角 等因素，详见表178所示。 焊缝金属中合金元素的实际浓度 C为： Cw=θC+（1-θ）C 式中：θ-熔合比； C-该元素在母材中的浓度（％）； C-熔敷金属（焊接得到没有母材 成分的金属）中元素的实际浓度（％）。 12 焊接规范与焊接化学冶金 有什么关系？ 13 什么是熔合比？ 14 熔合比与哪些因素有关？ 15 焊缝的化学成分如何计算？ w b d b d 16 多层堆焊时，第n层堆焊金 属中合金元素的浓度如何计算？ 17 影响焊缝金属成分的主要 因素有哪些？ 18 焊接区内的气体主要来源 于哪儿？ 在多层焊时，如果各层之间的熔 合比是恒定的，第n层金属的合金元素 浓度为： C=C-（C-C）θ 式中：C—第n层堆焊金属中合金元素 的浓度（％）。 影响焊缝金属成分的主要因素有 两个：一是焊接材料（焊丝、药皮、 焊剂、焊丝、药芯、保护气体等）， 它们不仅影响冶金过程，而且也决定 了焊缝金属的合金系统，所以调整焊 接材料是控制焊缝金属成分的主要手 段。二是焊接工艺规范，它一般只影 响冶金过程，不能决定焊缝金属的合 金系统，而且工艺规范的调整常常受 到其他因素的限制，所以调节工艺规 范是控制焊缝金属成分的辅助手段。 焊接区内气体主要来源于以下几 个方面： （1）来自焊接材料。一般焊条药 皮、陶质焊剂、焊芯药芯都含有造气 剂。这些造气剂在加热时发生分解或燃 烧，析出大量气体。用潮湿的焊条或焊 剂焊接时将析出水汽。气电焊时，焊接 区内的气体主要来自所采用的保护气 体。在一般情况下，母材和焊丝中因冶 炼而残留的气体是很少的，对气相成分 影响不大。许多研究都已经证明，焊接 区内的气体主要来源于焊接材料。 （2）来自来自热源周围的气体介 n d d b n n 焊接方法 接头形式 无坡口对接 角接及搭接 被焊金属 厚度/mm 2~4 10 4 6 10~20 2~4 5~20 - 10~30 熔合比θ 手工电弧焊 V形坡口对接 堆焊 对焊 0.4~0.5 0.5~0.6 0.25~0.5 0.2~0.4 0.2~0.3 0.3~0.4 0.2~0.3 0.1~0.4 0.45~0.75埋弧自动焊 表178 焊接工艺条件对熔合比的影响 J- 2012年第11期 总第119期58现代焊接 人才培训TalentsTraining 质。如空气、药皮或焊剂中的造气剂所 产生的气体，并不能完全排除电弧区内 的空气。手工电弧焊时，堆焊金属中含 有大约0.025％的氮（空气是氮的主要 来源）就证明了这一点。根据近似估 算，空气在电弧区内约占3％。 （3）来自焊丝和母材表面上的杂 质。如油污、铁锈、油漆、吸附的水 分等。这些物质受热后将析出气体进 入气相。 （4）来自高温蒸发产生的气体。 如金属和熔渣的蒸气。 用酸性焊条焊接时，气相的主要 成分是CO、H、HO，此外还有少量 的CO、O、N和金属蒸气。 用低氢型焊条焊接时，气相的主 要成分由CO、CO组成，含HO、H很 少，故称“低氢型”。 用埋弧自动焊时，气相的主要成分 由CO和H组成，而O、N、HO很少。 氧-乙炔中性焰气焊时，气相成分 主要由CO和H组成，还有少量的其他 气体。 电弧区内的气体是由CO、CO、 19 用酸性焊条焊接时，气相 的主要成分是什么？ 20 用低氢焊条焊接时，气相 的主要成分是什么？ 21 用埋弧自动焊时，气相的 主要成分是什么？ 22 氧-乙炔焰焊接时，气相 的主要成分是什么？ 23 哪些气体对焊接质量影响 大？ 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 HO、O、H、N和它们分解的产物以 及金属、熔渣的蒸气所组成的混合物。 其中对焊接质量影响最大的是N、H、 O、CO、HO。所以焊接过程中应尽 量减少这些气体。 根据氮对金属的作用特点，大致 可以分为两种情况：一种是不与氮发 生作用的金属，如铜、镍等，它们既 不溶解氮，又不形成氮化物。因此焊 接这一类金属可用氮作为保护气体。 另一类是与氮发生作用的金属，如铁、 钛、锰、硅、铬等，既能溶解氮，又 能与氮形成稳定的氮化物。焊接这一 类金属及其合金时，防止焊缝金属的 氮化是一个重要问题。 为了消除氮对焊缝金属的有害作 用，必须弄清楚影响焊缝含氮量的因 素，从而达到控制氮的目的。 （1）机械保护的影响 氮不同于 氧，一旦进入焊缝脱氮就比较困难， 所以控制氮的主要 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是加强保护， 防止空气与液体金属发生作用。 现代熔焊方法采用了气体保护、 熔渣保护、气渣联合保护以及抽真空 等措施。各种焊接方法的保护效果是 不同的，这大体上可以从焊缝中的含 氮量看出来。焊条药皮的保护作用，在 很大程度上取决于药皮的数量和成分。 （2）焊接工艺规范的影响 焊接 工艺规范对电弧和金属的温度，气体 分解的程度及其在气相中的分压，金 属与气体之间的互相作用时间和接触 面积等都有很大的影响，因而也就必 2 2 2 2 2 2 2 2 2 24 氮对金属的作用是什么？ 25 影响焊缝金属含氮量的因 素及控制措施是什么？ 然影响焊缝金属的含氮量。 增加电弧电压（即增加电弧长度）, 导致保护变坏，氮与熔滴的相互作用 时间增长，故使焊缝金属的含氮量增 加。在熔渣保护不够的情况下，电弧 长度对焊缝含氮量的影响尤其显著。 为了减少焊缝中的气体含量，保证焊 接质量，应尽量采用短弧焊。 增加焊接电流使熔滴的温度升高。 氮在18-8型不锈钢中的溶解过程是放 热过程，所以增加焊接电流使18-8型 不锈钢焊缝的含氮量减少；相反，在 焊接低碳钢时，氮的溶解是吸热过程, 所以增加焊接电流使焊缝的含氮量增 加，随后由于金属的强烈蒸发，使氮 的分压下降，焊缝中的含氮量又逐渐 下降。 直流正极性焊接时的焊缝含氮量 常常比反极性焊接时大。这是因为正 极性焊接时，极性斑点在焊丝端部圆 周的表面上，它与氮的接触面积较大, 同时温度较低，金属的蒸气压很小， 在两相界面上氮的分压比较大，为金 属吸收氮创造了有利条件。 （3）焊丝成分的影响 增加焊丝 或药皮中的含碳量可以降低焊缝中的 含氮量，这是因为碳能够降低氮在铁 中的溶解度；碳氧化生成CO、CO加 强了保护，降低了氮的分压；碳引起 的熔池沸腾有利于氮的逸出。 钛、铝、锆和稀土元素对氮有较 大的亲和力，能够形成稳定的氮化物, 而且这些氮化物不溶于液态钢而进入 熔渣，故有一定的脱氧能力。 总之，从目前的实践经验看，加 强保护是控制氮的最有效措施，其他 的方法都是有局限性的。 2 （未完待续）