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《机械理论知识回忆录》:焊前焊后处理工作

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发表于 2018-6-18 12:17:51 | |阅读模式
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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。
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。
2、焊接工艺参数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。
低碳钢焊条选用
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。
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。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。
焊条直径的选择带坡口多层焊接头,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。
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,可按表来确定:
不同直径的经验系数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。


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。
焊后残余应力的消除方法消除焊接残余应力的方法有:热处理、锤击、振动法和预载法等。
(1)热处理消除法
焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理,退火温度越高、保温时间越长,消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高,使工件表面氧化比较严重,组织可能发生转变,影响工件的使用性能,存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路,工件在较低温度时会发生蠕变,材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放,只要保温时间足够长,理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时,材料的组织和性能变化甚微,几乎不影响材料的使用性能,而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小,这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。
(2)锤击消除法
焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区,使焊缝及近缝区的金属得到延展变形,用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形,使焊接残余应力降低。
锤击时要掌握好打击力量,保持均匀、适度,避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外,焊后要及时锤击,除打底层不宜采用锤击外,其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。
(3)振动消除法
振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器,使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。
如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件,经过σmax=128N/mm2和σmin=5.6N/mm2多次应力循环后,残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值,经过多次循环加载后,焊接结构中的残余应力逐渐降低。
这种方法所用的设备简单,处理成本低,时间比较短,没有高温回火给金属表面造成的氧化问题,目前在施工中广泛使用。
(4)预载消除法
残余应力也可采用机械拉伸法(预载法)来消除或调整,例如对压力容器可以采用水压试验,也可以在焊缝两侧局部加热到200℃,造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸,以减小和消除焊接残余应力。焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序,先进的焊接工艺,焊接时适当降低焊件的刚度,并在焊件的适当部位局部加热,使焊缝能比较自由地收缩,在焊接的每一个环节都减小残余应力,大大提高材料的使用寿命和性能,在工程施工上具有重要的意义。

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发表于 2018-12-6 04:45:25 |
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论坛元老

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发表于 2021-12-3 03:51:43 |
好好学习楼主的帖子!
发表于 2021-12-4 09:14:31 |
楼上长在线啊?

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发表于 2022-2-24 12:07:03 |
这资料真的很硬,慢慢啃啃

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发表于 2022-3-5 09:17:08 |
认认真真回复,踏踏实实学习
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