A. 焊接的基礎知識
焊接,也稱作熔接、鎔接,是一種以加熱、高溫或者高壓的方式接合金屬或其他熱塑性材料如塑料的製造工藝及技術。 焊接通過下列三種途徑達成接合的目的:
1、熔焊——加熱欲接合之工件使之局部熔化形成熔池,熔池冷卻凝固後便接合,必要時可加入熔填物輔助,它是適合各種金屬和合金的焊接加工,不需壓力。
2、壓焊——焊接過程必須對焊件施加壓力,屬於各種金屬材料和部分金屬材料的加工。
3、釺焊——採用比母材熔點低的金屬材料做釺料,利用液態釺料潤濕母材,填充接頭間隙,並與母材互相擴散實現鏈接焊件。適合於各種材料的焊接加工,也適合於不同金屬或異類材料的焊接加工。
19世紀末之前,唯一的焊接工藝是鐵匠沿用了數百年的金屬鍛焊。最早的現代焊接技術出現在19世紀末,先是弧焊和氧燃氣焊,稍後出現了電阻焊。
20世紀早期,第一次世界大戰和第二次世界大戰中對軍用設備的需求量很大,與之相應的廉價可靠的金屬連接工藝受到重視,進而促進了焊接技術的發展。戰後,先後出現了幾種現代焊接技術,包括目前最流行的手工電弧焊、以及諸如熔化極氣體保護電弧焊、埋弧焊(潛弧焊)、葯芯焊絲電弧焊和電渣焊這樣的自動或半自動焊接技術。
20世紀下半葉,焊接技術的發展日新月異,激光焊接和電子束焊接被開發出來。今天,焊接機器人在工業生產中得到了廣泛的應用。研究人員仍在深入研究焊接的本質,繼續開發新的焊接方法,並進一步提高焊接質量。
金屬連接的歷史可以追溯到數千年前,早期的焊接技術見於青銅時代和鐵器時代的歐洲和中東。數千年前的古巴比倫兩河文明已開始使用軟釺焊技術。公元前340年,在製造重達5.4噸的古印度德里鐵柱時,人們就採用了焊接技術 。
B. 焊接設備基礎知識
焊接設備基礎知識
面對陌生的焊接設備無從下手?看著呆板瑣碎的專業書籍一聲嘆息?迫切想要了解焊接設備的基礎知識?想要全面,還要生動?我為大家分享焊接設備基礎知識如下:
焊接設備的組成
焊接設備包括焊接能源設備、焊接機頭和焊接控制系統。
1/焊接能源設備
用於提供焊接所需的能量。常用的是各種弧焊電源,也稱電焊機。它的空載電壓為60~100伏,工作電壓為25~45伏特,輸出電流為50~1000安。
手工電弧焊時,弧長常發生變化引起焊接電壓變化。為使焊接電流穩定,所用弧焊電源的外特性應是陡降的,即隨著輸出電壓的變化,輸出電流的變化應很小。
熔化極氣體保護電弧焊和埋弧焊可採用平特性電源,它的輸出電壓在電流變化時變化很小。
弧焊電源一般有弧焊變壓器、直流弧焊發電機和弧焊整流器。弧焊變壓器提供的是交流電,應用較廣。直流弧焊發電機提供直流電,製造較復雜,消耗材料較多且效率較低,有漸被弧焊整流器取代的趨勢。
弧焊整流器是20世紀50年代發展起來的直流弧焊電源,採用硅二極體或可控硅作整流器。60年代出現的用大功率晶體管組成的晶體管式弧焊電源,能獲得較高的控制精度和優良的性能,但成本較高。
電阻焊的焊接能源設備中較簡單的是電阻焊變壓器,空載電壓范圍為1~36伏,電流從幾千到幾萬安。配用這種焊接能源設備的焊機稱為交流電阻焊機。其他還有低頻電阻焊機、直流脈沖電阻焊機、電容儲能電阻焊機和次級整流電阻焊機
2/焊接機頭
它的作用是將焊接能源設備輸出的能量轉換成焊接熱,並不斷送進焊接材料,同時機頭自身向前移動,實現焊接。手工電弧焊用的電焊鉗,隨電焊條的熔化,須不斷手動向下送進電焊條,並向前移動形成焊縫。自動焊機有自動送進焊絲機構,並有機頭行走機構使機頭向前移動。常用的有小車式和懸掛式機頭兩種。電阻點焊和凸焊的焊接機頭是電極及其加壓機構,用以對工件施加壓力和通電。縫焊另有傳動機構,以帶動工件移動。對焊時需要有靜、動夾具和夾具夾緊機構,以及移動夾具焊接設備和頂鍛機構。
3/焊接控制系統
它的作用是控制整個焊接過程,包括控制焊接程序和焊接規范參數。一般的交流弧焊機沒有控制系統。高效或精密焊機用電子電路、數字電路和微處理機控制。
焊接設備知識問答篇
1.什麼叫焊接電源?
答:電焊機中,供給焊接所需的電能並具有適宜於焊接電氣特性的設備稱為焊接電源。
2.為什麼對弧焊電源有特殊要求?有哪些要求?
答:為了保證焊接電弧穩定燃燒和適應各種焊接工藝要求,弧焊電源具有下列特殊要求:
〈1〉弧焊電源的靜特性(或稱外特性)——即穩態輸出電流和輸出電壓之間的關系,有下降特性(恆流特性)和平特性(恆壓特性)。
A、焊條電弧焊、TIG焊和碳弧氣刨電源的外特性是下降(恆流)特性;
B、CO2/MAG/MIG電弧焊電源的外特性是平特性(恆壓特性)。
〈2〉弧焊電源的動特性——當負載狀態發生瞬時變化時(如:熔滴的短路過渡、顆粒過渡、射流過渡等),弧焊電源輸出電流和輸出電壓與時間的關系,用以表徵對負載瞬變的反應能力(即動態反應能力),簡稱「動特性」。
〈3〉空載電壓——引弧前電源顯示的電壓。
〈4〉調節特性——改變電源的外特性以適應焊接規范的要求。
3.為什麼電弧長度發生變化時,電弧電壓也會發生變化?
答:由弧焊電源的外特性所決定的,電弧越長,電弧電壓越高;電弧越短,電弧電壓越低。
4.為什麼CO2焊接時,焊絲伸出長度發生變化時,電流顯示值也會發生變化?
答:焊絲伸出長度(即干伸長度)越長,焊絲的電阻量越大,由電阻熱消耗的電流越大,焊接電流顯示值越小,實際焊接電流也變小。所以焊絲伸出長度一般設定在12--20mm范圍內。
5.為什麼CO2/MAG/MIG焊接時,焊接電流和電弧電壓要嚴格匹配?
答:CO2/MAG/MIG焊接時,調節焊接電流—即調節焊絲的給送速度;調節電弧電壓—即調節焊絲的熔化速度;很顯然,焊絲的熔化速度和給送速度一定要相等,才能保證電弧穩定焊接。
〈1〉在焊接電流一定時,調節電弧電壓偏高,焊絲的熔化速度增大,電弧長度增加,熔滴無法正常過渡,一般呈大顆粒飛出,飛濺增多。
〈2〉在焊接電流一定時,調節電弧電壓偏低,焊絲的熔化速度減小,電弧長度變短,焊絲扎入熔池,飛濺大,焊縫成形不良。
〈3〉焊接電流和電弧電壓最佳匹配效果:熔滴過渡頻率高,飛濺最小,焊縫成形美觀。
6.什麼叫電弧挺度?
答:在熱收縮和磁收縮等效應的作用下,電弧沿電極軸向挺直的程度。
7.為什麼焊接電弧有偏吹現象?
答:焊接過程中,因氣流的干擾、磁場的作用或焊條偏心的影響,使電弧中心偏離電極軸線的現象。
8.什麼叫磁偏吹?
答:直流電弧焊時,因受到焊接迴路中電磁力的作用而產生的電弧偏吹。通過改變接地線位置或減小焊接電流及改變焊條角度,能夠減弱磁偏吹的影響。
9.什麼叫CO2電源電弧系統的自身調節特性?為什麼CO2焊接用細焊絲?
答:等速送絲系統下,當弧長變化時引起電流和熔化速度變化,使弧長恢復的作用成為電源電弧系統的自身調節作用。使用的焊絲直徑越細,電弧的自身調節作用越強,電弧越穩定,飛濺越少。這就是CO2焊接用細焊絲的原理。唐山松下CO2焊機通過先進的控制技術,電弧的自身調節作用最好,性能最穩定。
10.什麼叫焊機的負載持續率?
答:負載持續率指焊接電源在一定電流下連續工作的能力。國標規定手工焊額定負載持續率為60%,自動或半自動為60%和100% 。如:500KR2焊機在額定負載持續率60%時的額定電流是500A,在實際負載持續率100%(自動焊)時,其最大焊接電流≤387A。
C. 焊接的基礎知識
一、基本知識 (來自西祠胡同)
1.什麼叫焊接?
答:兩種或兩種以上材質(同種或異種),通過加熱或加壓或
二者並用,來達到原子之間的結合而形成永久性連接的工藝過程叫焊接.
2.什麼叫電弧?
答:由焊接電源供給的,在兩極間產生強烈而持久的氣體放電現象—叫電弧。
〈1〉按電流種類可分為:交流電弧、直流電弧和脈沖電弧。
〈2〉按電弧的狀態可分為:自由電弧和壓縮電弧(如等離子弧)。
〈3〉按電極材料可分為:熔化極電弧和不熔化極電弧。
3.什麼叫母材?
答:被焊接的金屬---叫做母材。
4.什麼叫熔滴?
答: 焊絲先端受熱後熔化,並向熔池過渡的液態金屬滴---叫做熔滴。
5.什麼叫熔池?
答:熔焊時焊件上所形成的具有一定幾何形狀的液態金屬部分---叫做熔池。
6.什麼叫焊縫?
答:焊接後焊件中所形成的結合部分。
7.什麼叫焊縫金屬?
答:由熔化的母材和填充金屬(焊絲、焊條等)凝固後形成的那部分金屬。
8.什麼叫保護氣體?
答:焊接中用於保護金屬熔滴以及熔池免受外界有害氣體(氫、氧、氮)侵入的氣體---保護氣體。
9.什麼叫焊接技術?
答:各種焊接方法、焊接材料、焊接工藝以及焊接設備等及其基礎理論的總稱—叫焊接技術。
10.什麼叫焊接工藝?它有哪些內容?
答:焊接過程中的一整套工藝程序及其技術規定。內容包括:焊接方法、焊前准備加工、裝配、焊接材料、焊接設備、焊接順序、焊接操作、焊接工藝參數以及焊後處理等。
11.什麼叫CO2焊接?
答:用純度> 99.98% 的CO2做保護氣體的熔化極氣體保護焊—稱為CO2焊。
12.什麼叫MAG焊接?
答:用混合氣體75--95% Ar + 25--5 % CO2 ,(標准配比:80%Ar + 20%CO2 )做保護氣體的熔化極氣體保護焊—稱為MAG焊。
13.什麼叫MIG焊接?
答:
〈1〉用高純度氬氣Ar≥ 99.99%做保護氣體的熔化極氣體保護焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金等有色金屬;
〈2〉用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保護氣體的熔化極氣體保護焊接實心不銹鋼焊絲的工藝方法--稱為MIG焊。
〈3〉用氦+氬惰性混合氣做保護的熔化極氣體保護焊。
14.什麼叫TIG(鎢極氬弧焊)焊接?
答:用純鎢或活化鎢(釷鎢、鈰鎢、鋯鎢、鑭鎢)作為不熔化電極的惰性氣體保護電弧焊,簡稱TIG焊。
15.什麼叫SMAW(焊條電弧焊)焊接?
答:用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。
16.什麼叫碳弧氣刨?
答:使用碳棒作為電極,與工件間產生電弧,用壓縮空氣(壓力0.5—0.7Mpa)將熔化金屬吹除的一種表面加工的方法。常用來焊縫清根、刨坡口、返修缺陷等。
二、焊接材料
1. 什麼叫焊接材料?包括哪些內容?
答:焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑、氣體、電極、襯墊等。
2.什麼叫焊絲?
答:焊接時作為填充金屬,同時用來導電的金屬絲—叫焊絲。分實心焊絲和葯芯焊絲兩種。常用的實心焊絲型號:ER50-6(牌號:H08Mn2SiA)。
3.為什麼MAG焊接接頭比CO2焊接接頭的沖擊韌性高?
答:MAG焊接時,活性氣體僅為20%,焊絲中的合金元素過渡系數高,焊縫的沖擊韌性高。CO2焊活性氣體為100%,焊絲中的錳、硅合金元素聯合脫氧,其合金元素過渡系數略低,焊縫的沖擊韌性不如MAG焊高。如唐山神鋼MG-51T焊絲(相當於ER50-6)其常溫沖擊韌性值:MAG: 160J;CO2: 110J。
4.什麼叫葯芯焊絲?
答:由薄鋼帶捲成圓形鋼管,同時在其中填滿一定成分的葯粉,經拉制而成的一種焊絲。
5.為什麼葯芯焊絲用CO2氣體保護?
答:按保護方式區分葯芯焊絲有兩種類型:葯芯氣保焊絲和葯芯自保焊絲。葯芯氣保焊絲一般用CO2氣體作保護,屬於氣渣聯合保護形式,焊縫成形好,綜合機械性能高。
6.為什麼葯芯焊絲焊縫表面會出壓痕氣孔?
答:因葯芯焊絲是由薄鋼帶捲成的管狀焊絲,屬於有縫焊絲;空氣中的水分會通過縫隙侵入葯芯,焊葯潮濕(無法烘乾),造成焊縫有壓痕氣孔。
7.為什麼對CO2氣體純度有技術要求?
答:一般CO2氣體是化工生產的副產品,純度僅為99.6%左右,含有微量的雜質和水分,會給焊縫帶來氣孔等缺陷。焊接重要產品一定要選用CO2純度≥99.8%的氣體,焊縫氣孔少,含氫量低,抗裂性好。
8.為什麼對氬氣純度有較高技術要求?
答:目前市場上有三種氬氣:普氬(純度99.6%左右)、純氬(純度99.9%左右)、高純氬(純度99.99%),前兩種可焊接碳鋼和不銹鋼;焊接鋁及鋁合金、鈦及鈦合金等有色金屬一定要選用高純氬;避免焊縫及熱影響區被氧化無法進行焊接。
9.為什麼TIG焊噴嘴有大小多種規格?
答:有4—8﹟五種規格噴嘴,焊接碳鋼可選用4—5﹟噴嘴,焊接不銹鋼和鋁及鋁合金應選用6—7﹟大噴嘴,以加強焊縫及熱影響區的保護范圍。焊接鈦及鈦合金等有色金屬應選用7—8﹟更大的噴嘴,才能防止焊縫及熱影響區被氧化。
10.什麼叫酸性焊條?
答:葯皮中含有多量酸性氧化物的焊條,如結422(E4303)、結502(E5003)等交直流兩用電焊條。
11.什麼叫鹼性焊條?
答:葯皮中含有多量鹼性氧化物同時含有氟化物的焊條,如結507(E5015)、結506(E5016)等電焊條。
12.什麼叫纖維素型(下向立焊專用)焊條?
答:葯皮中含有多量有機物的焊條,管道及薄板結構下向立焊專用。
〈1〉如E6010(相當於E4310、J425G)適用於打底焊、熱焊、填充焊。
〈2〉E8010(相當於E5511、J555)適用於熱焊、填充焊、蓋面焊層。
一般用低氫下向焊條蓋面焊; E7048(相當於J506X)焊縫外形整潔、美觀。
13.為什麼焊前焊條要嚴格烘乾?
答:焊條往往會因吸潮而使工藝性能變壞,造成電弧不穩、飛濺增大,並容易產生氣孔、裂紋等缺陷。因此,焊條使用前必須嚴格烘乾。一般酸性焊條的烘乾溫度150--200℃,時間1小時;鹼性焊條的烘乾溫度350--400℃,時間1--2小時,烘乾後放在100--150℃的保溫箱內,隨用隨取。
三、焊接設備
1.什麼叫焊接電源?
答:電焊機中,供給焊接所需的電能並具有適宜於焊接電氣特性的設備稱為焊接電源。
2.為什麼對弧焊電源有特殊要求?有哪些要求?
答:為了保證焊接電弧穩定燃燒和適應各種焊接工藝要求,弧焊電源具有下列特殊要求:
〈1〉弧焊電源的靜特性(或稱外特性)——即穩態輸出電流和輸出電壓之間的關系,有下降特性(恆流特性)和平特性(恆壓特性)。
A、焊條電弧焊、TIG焊和碳弧氣刨電源的外特性是下降(恆流)特性;
B、CO2/MAG/MIG電弧焊電源的外特性是平特性(恆壓特性)。
〈2〉弧焊電源的動特性——當負載狀態發生瞬時變化時
(如:熔滴的短路過渡、顆粒過渡、射流過渡等),弧焊電源輸出電流和輸出電壓與時間的關系,用以表徵對負載瞬變的反應能力(即動態反應能力),簡稱「動特性」。
〈3〉空載電壓——引弧前電源顯示的電壓。
〈4〉調節特性——改變電源的外特性以適應焊接規范的要求。
3.為什麼電弧長度發生變化時,電弧電壓也會發生變化?
答:由弧焊電源的外特性所決定的,電弧越長,電弧電壓越高;電弧越短,電弧電壓越低。
4.為什麼CO2焊接時,焊絲伸出長度發生變化時,電流顯示值也會發生變化?
答:焊絲伸出長度(即干伸長度)越長,焊絲的電阻量越大,由電阻熱消耗的電流越大,焊接電流顯示值越小,實際焊接電流也變小。所以焊絲伸出長度一般設定在12--20mm范圍內。
5.為什麼CO2/MAG/MIG焊接時,焊接電流和電弧電壓要嚴格匹配?
答:CO2/MAG/MIG焊接時,調節焊接電流—即調節焊絲的給送速度;調節電弧電壓—即調節焊絲的熔化速度;很顯然,焊絲的熔化速度和給送速度一定要相等,才能保證電弧穩定焊接。
〈1〉在焊接電流一定時,調節電弧電壓偏高,焊絲的熔化速度增大,電弧長度增加,熔滴無法正常過渡,一般呈大顆粒飛出,飛濺增多。
〈2〉在焊接電流一定時,調節電弧電壓偏低,焊絲的熔化速度減小,電弧長度變短,焊絲扎入熔池,飛濺大,焊縫成形不良。
〈3〉焊接電流和電弧電壓最佳匹配效果:熔滴過渡頻率高,飛濺最小,焊縫成形美觀。
6.什麼叫電弧挺度?
答:在熱收縮和磁收縮等效應的作用下,電弧沿電極軸向挺直的程度。
7.為什麼焊接電弧有偏吹現象?
答:焊接過程中,因氣流的干擾、磁場的作用或焊條偏心的影響,使電弧中心偏離電極軸線的現象。
8.什麼叫磁偏吹?
答:直流電弧焊時,因受到焊接迴路中電磁力的作用而產生的電弧偏吹。通過改變接地線位置或減小焊接電流及改變焊條角度,能夠減弱磁偏吹的影響。
9.什麼叫CO2電源電弧系統的自身調節特性?為什麼CO2焊接用細焊絲?
答:等速送絲系統下,當弧長變化時引起電流和熔化速度變化,使弧長恢復的作用成為電源電弧系統的自身調節作用。使用的焊絲直徑越細,電弧的自身調節作用越強,電弧越穩定,飛濺越少。這就是CO2焊接用細焊絲的原理。唐山松下CO2焊機通過先進的控制技術,電弧的自身調節作用最好,性能最穩定。
10.什麼叫焊機的負載持續率?
答:負載持續率指焊接電源在一定電流下連續工作的能力。國標規定手工焊額定負載持續率為60%,自動或半自動為60%和100% 。如:500KR2焊機在額定負載持續率60%時的額定電流是500A,在實際負載持續率100%(自動焊)時,其最大焊接電流≤387A。
四、焊接工藝
1.什麼叫焊接條件?它有哪些內容?
答:焊接時周圍的條件,包括:母材材質、板厚、坡口形狀、接頭形式、拘束狀態、環境溫度及濕度、清潔度以及根據上述諸因素而確定的焊絲(或焊條)種類及直徑、焊接電流、電壓、焊接速度、焊接順序、熔敷方法、運槍(或運條)方法等。
2.什麼叫焊接接頭?基本形式有幾種?
答:用焊接方法連接的接頭。焊接接頭包括焊縫、熔合區和熱影響區三部分。接頭基本形式有:對接、角接、搭接和T型接等。
3.什麼叫熔深?
答:在焊接接頭橫截面上,母材熔化的深度。
4.什麼叫焊接位置?有幾種形式?
答:熔焊時,焊件接縫所處的空間位置。有平焊、立焊、橫焊和仰焊等形式。
5.什麼叫向下立焊和向上立焊?
答:
〈1〉立焊時,電弧自上向下進行的焊接—叫向下立焊。如:纖維素焊條向下立焊;CO2向下立焊等。
〈2〉立焊時,電弧自下向上進行的焊接—叫向上立焊。
6.什麼叫焊接結構?
答:用焊接方法連接的鋼結構稱為焊接結構。
7.為什麼對焊件要開坡口?
答:坡口--根據設計或工藝要求,將焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀,經裝配後形成的溝槽。為了將焊件截面熔透並減少熔合比;常用的坡口形式有:I、V、Y、X、U、K、J型等。
8.為什麼對某些材料焊前要預熱?
答:為了減緩焊件焊後的冷卻速度,防止產生冷裂紋。
9.為什麼對某些焊接構件焊後要熱處理?
答:為了消除焊接殘余應力和改善焊接接頭的組織和性能。
10.為什麼焊前要制訂焊接工藝規程?
答:保證焊接質量依靠五大控制環節:人、機、料、法、環。
人—焊工的操作技能和經驗
機—焊接設備的高性能和穩定性
料—焊接材料的高質量
法—正確的焊接工藝規程及標准化作業
環—良好的焊接作業環境
焊前依據焊接試驗和焊接工藝評定,制訂的焊接工藝規程是「法規」,是保
證焊接質量的重要因素。
D. 減少焊接飛濺的方法
減少焊接飛濺的方法:
1、正確選擇工藝參數
(1)焊接電流與電弧電壓CO2焊時,在短路過渡時飛濺率較小,細滴過渡時飛濺率也較小,而混合過渡時飛濺率最大。以直徑 1.2 mm焊絲為例,電流小於150A或大於300A飛濺率都較小,介於兩者之間則飛濺率較大。在選擇焊接電流時應盡可能避開飛濺率高的混合過渡區。電弧電壓則應與焊接電流匹配。
(2)焊絲伸出長度一般焊絲伸出長度越長,飛濺率越高。例如直徑1.2mm焊絲,焊絲伸出長度從20mm增至30mm,飛濺率約增加 5%。所以在保證不堵塞噴嘴的情況下,應盡可能縮短焊絲伸出長度。
(3)焊槍角度焊槍垂直時飛濺量最少,傾斜角度越大,飛濺越多。焊槍前傾或後傾最好不超過20°。
2、細滴過渡時在CO2中加入Ar氣
CO2氣體的物理性質決定了電弧的斑點壓力較大,這是CO2電弧焊產生飛濺的最主要原因。在CO2氣體中加入Ar氣後,改變了純CO2氣體的物理性質。隨著Ar氣比例增大,飛濺逐漸減少。
混合氣體的成本雖然比純CO2氣體高,但可從材料損失降低和節省清理飛濺的輔助時間上得到補償。所以採用 CO2+Ar混合氣體,總成本還有減低的趨勢。另外,CO2+Ar混合氣體的焊縫金屬低溫韌性值也比純CO2氣體高。
3、採用低飛濺率焊絲
(1)超低碳焊絲在短路過渡或細滴過渡的CO2焊中,採用超低碳的合金鋼焊絲,能夠減少由CO氣體引起的飛濺。
(2)葯芯焊絲由於熔滴及熔池表面有熔渣覆蓋,並且葯芯成分中有穩弧劑,因此電弧穩定,飛濺少。通常葯芯焊絲CO2焊的飛濺率約為實心焊絲的l/3。
(3)活化處理焊絲在焊絲的表面塗有極薄的活化塗料,如 CS2CO3與 K2CO3的混合物,採用直流正極性焊接。這種稀土金屬或鹼土金屬的化合物能提高焊絲金屬發射電子的能力,從而改善CO2電弧的特性,使飛濺大大減少。但由於這種焊絲貯存、使用比較困難,所以應用還不廣泛。
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