焊接实验指导书要点.pdf
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1、青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 实验一焊条电弧焊基本操作(4 学时) 一、实验目的 1、掌握焊条电弧焊的基本操作技能。 2、了解焊条电弧焊常用设备、工具和辅具的使用方法。 3、了解焊接位置对焊接规范参数的基本要求。 4、了解焊条电弧焊安全与防护技术。 二、实验设备器材及实验材料 1、焊接设备:ZX7-250 、ZX7-400 逆变直流焊机。 2、焊接材料: 2.5 、mm、 3.2mm 、 4.0mm 的 J422,12mm 厚低碳钢板。 3、焊接辅助工具及防护用品:焊钳、面罩、工作服、敲渣锤、钢丝刷、焊条保温桶等。 三、实验原理 (一)焊接设备及辅助器件 1、焊条电弧焊
2、基本原理 焊条电弧焊是利用焊条与工件之间建立起来的稳定燃烧的电弧,使焊条和工件熔化并融合在一 起形成熔池,随后熔融态的熔池逐步冷却结晶形成焊缝,从而获得牢固焊接接头的工艺方法。焊接 过程中,药皮不断地分解、熔化而生成气体及溶渣,保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域,防 止大气对熔化金属的有害污染。焊条芯在电弧热作用下不断熔化,进入熔池,组成焊缝的填充金属。 2、焊条电弧焊设备及辅助器件 焊条电弧焊的整个装置是由弧焊电源、电缆和焊钳组成。弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电弧 和焊件组成了焊条电弧焊的焊接回路。 图1-1 焊条电弧焊的装置组成 1、焊条电弧焊设备 弧焊电源 (1)对弧焊电源的基本要求
3、弧焊电源是焊条电弧焊的主要设备,它的作用是为焊接电弧稳定燃烧提供所需要的、合适的电 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 流和电压,它必须具备电弧所要求的电气性能和工艺性能。 1)对弧焊电源电气性能的要求 外特性要求 焊条电弧焊电极尺寸较大,电流密度低。在电弧稳定燃烧的情况下,负载静特性处于水平段。 故也要求电源外特性曲线与电弧静特性曲线相交,即要求焊条电弧焊电源具有下降的外特性。从电 弧稳定性方面考虑,要求电源应具有陡降外特性。 调节特性要求 当焊件的材质、厚度、几何形状或焊接材料规格发生变化时,焊接参数也应做相应的变化。因 此,要求弧焊电源能够通过调节,得出不同的外特性曲线
4、,以适应这种需要,这种性质叫弧焊电源 的调节特性。焊条电弧焊最理想的调节特性是要求空载电压随焊接电流的减小而增大,随焊接电流 的增大而减小。 动特性要求 焊接电弧对弧焊电源而言是一个动负载,要求弧焊电源应具有良好的动态特性。 2)对弧焊电源工艺特性的要求 为保证电弧的稳定燃烧和焊接过程的顺利进行,得到良好的焊接接头,弧焊电源在性能和结构 方面应满足如下要求: 保证引弧容易空载电源越高越有利于引弧,但为了保证人身安全和经济性,要求空载电压 一般不超过 100V,特殊情况要超过,必须具有自动防触电装置; 保证电弧稳定燃烧; 保证焊接参数稳定(主要是指焊接电流和电弧电压的稳定); 焊接参数能能够调节
5、,以适应焊接不同性质和厚度的材料; 使用时节省电能,结构简单、紧凑、制造容易、消耗材料少,成本低; 使用安全、可靠、方便,性能良好,容易维修。 (2)弧焊电源的种类 焊条电弧焊所用电源一般分为交流弧焊电源、直流弧焊电源和逆变电源三大类。 表1-1 弧焊电源的特点及应用 名称特点及应用 交流弧焊电源(弧焊变压器) 结构简单、易造易修、成本低、磁偏吹小、噪声小、效率高等;但电弧稳定性 较差,功率因数较低。 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 直流弧焊电源 弧焊发电机 坚固、耐用,电弧燃烧稳定;但损耗较大、效率低、噪声大、成本高、质量大、 维修难。电动机驱动的直流弧焊发电机,属于国
6、家规定的淘汰产品。 弧焊整流器 制造方便、价格较低、空载损耗小和噪声小等优点,且大多数可以远距离调节 焊接参数,能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。可以作各种弧焊方 法的电源。 弧焊逆变电源 具有高效、节能、质量轻、体积小、功率因数高和焊接性能好等优点。可用于 各种弧焊方法,是一种最有发展前途的新型焊接电源。 3、焊条电弧焊设备辅助器件 焊条电弧焊设备辅助器件包括焊钳、接地夹钳、焊接电缆、焊接面罩、焊条保温筒等。 ( 1)焊钳 电焊钳又称焊把,是用以夹持焊条、传导电流的工具。有300A、500A二两种规格,要求具有良 好的绝缘性与隔热能力。焊条位于水平、45 、90 等方向时焊钳都能
7、夹紧焊条,并保证更换焊条安 全方便、操作灵活。 ( 2)接地夹钳 接地夹钳是将焊接导线或接地电缆接到工件上的一种器具。接地夹钳必须能形成牢固的连接, 又能快速且容易地夹到工件上。对于低负载持续率来说,弹簧夹钳可能是合适的。但在使用大电流 时,可能需要螺丝夹钳,以使夹钳不过热并形成良好的连接。 ( 3)焊接电缆 焊接电缆是焊接回路的一部分,利用焊接电缆将焊钳和接地夹钳接到电源上。焊接电缆应具有 最大的挠度,以便能够容易操作,特别是焊钳的操纵,同时应耐磨耐擦伤。 ( 4)焊接面罩 焊接面罩是防止焊接飞溅、弧光及高温对焊工面部及颈部灼伤的一种工具。面罩一般分为手持 式和头盔式两种。要求选用耐燃或不燃
8、的绝缘材料制成,罩体应遮住焊工的整个面部,结构牢固, 不漏光。滤光片按亮度的深浅不同分为不同型号,号数越大,颜色越深。 ( 5)焊条保温筒 焊条保温筒的作用是保温焊条,防止受潮。特别是使用低氢型焊条焊接重要结构时,焊条必须 先进烘箱烘焙,烘干温度和保温时间因材料和季节而异。焊条从烘箱内取出后,应储存在焊条保温 筒内,在施工现场逐根取出使用。 ( 6)其他 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 清渣锤、钢丝刷、扁铲、锉刀、角向磨光机、风铲和焊缝尺寸测量器等。 4、电焊条 ( 1)对电焊条的基本要求 1)电弧容易引燃,在焊接过程中能够稳定燃烧; 2)药皮应均匀熔化,无成块脱落现象。
9、其熔化速度稍慢于焊芯的熔化速度,从而有利于金属熔 滴过渡; 3)焊接过程中不应有较大烟雾和过多飞溅; 4)保证熔敷金属具有一定的抗裂性以及所需的力学性能和化学成分; 5)焊后焊缝成形正常,焊渣容易清除。 ( 2)电焊条的构成 电焊条由焊芯和药皮两部分组成。 图1-2 焊条组成示意图 1-焊芯, 2-药皮, 3-夹持端, 4-引弧端 ( 3)电焊条的分类 电焊条的分类方法很多,可分别按用途、熔渣的酸碱度、焊条药皮的主要成分、焊条性能特征 等不同角度对电焊条进行分类。 1)按用途或焊芯化学成分分类 表1-2电焊条按用途和焊芯化学成分分类 序 号 焊条分类 (按用途分类) 代号 焊条分类 (按化学成
10、分分类) 代号 1 2 3 结构钢焊条 钼及铬钼耐热钢焊条 低温钢焊条 结( J) 热( R) 温( W) 碳钢焊条 低合金钢焊条 E E 4 铬不锈钢焊条铬( G)不锈钢焊条E 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 铬镍不锈钢焊条奥( A) 5 6 7 8 9 10 堆焊焊条 铸铁焊条 镍及镍合金焊条 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条 特殊用途焊条 堆( D) 铸( Z) 镍( Ni) 铜( T) 铝( L ) 特( TS) 堆焊焊条 铸铁焊条 镍及镍合金焊条 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条 - ED EZ ENi TCu TAl - 2)按熔渣的酸碱性分类 主要是根据焊接熔渣
11、的碱度,即按熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物的比例来划分。 酸性焊条 药皮中含有大量的TiO2、SiO2等酸性造渣物及一定数量的碳酸盐等,熔渣氧化性强,熔渣碱度 系数小于 1。酸性焊条焊接工艺性好,电弧稳定, 可交、 直流两用, 飞溅小、 熔渣流动性和脱渣性好, 熔渣多呈玻璃状,较疏松、脱渣性能好,焊缝外表美观。但酸性焊条的药皮中含有较多的二氧化硅、 氧化铁及氧化钛,氧化性较强,焊缝金属中的氧含量较高,合金元素烧损较多,合金过渡系数较小, 熔敷金属中含氢量也较高,因而焊缝金属塑性和韧性较低。 碱性 (低氢型 )焊条 药皮中含有大量的碱性造渣物(大理石、 萤石等 ),并含有一定数量的脱氧剂和渗合金剂
12、。碱性焊 条主要靠碳酸盐(如CaCO3等)分解出 CO2作保护气体,弧柱气氛中的氢分压较低,而且萤石中的氟化 钙在高温时与氢结合成氟化氢(HF),降低了焊缝中的含氢量,故碱性焊条又称为低氢型焊条。碱性 渣中 CaO数量多,熔渣脱硫的能力强,熔敷金属的抗热裂纹的能力较强。而且,碱性焊条由于焊缝 金属中氧和氢含量低,非金属夹杂物较少,具有较高的塑性和冲击韧性。碱性焊条由于药皮中含有 较多的萤石,电弧稳定性差,一般多采用直流反接,只有当药皮中含有较多量的稳孤剂时,才可以 交、直流两用。 碱性焊条一般用于较重要的焊接结构,如承受动载荷或刚件较大的结构。 3)按焊条药皮类型分类 表1.3 电焊条按药皮类
13、型分类 药皮类型电源种类主要特点 钛型直流或交流 药皮中含氧化钛35%以上,焊条工艺性能良好,电弧稳定,引弧方便,飞溅很小,熔 深很浅,熔渣覆盖性良好,脱渣容易,焊缝波纹特别美观,可全位置焊接。尤宜于薄板焊 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 接,但焊缝塑性和抗裂性稍差。 钛钙型直流或交流 药皮中含氧化钛30%以上,钙、镁的碳酸盐20%以下,焊条工艺性能良好,熔渣流 动性好,熔深一般,电弧稳定,焊缝美观,脱渣方便,适用于全位置焊接。 钛铁矿型直流或交流 药皮中含钛铁矿30% ,焊条熔化速度快,熔渣流动性好,熔深较深,脱渣容易,焊 波整齐,电弧稳定,平焊、平角焊工艺性能较好,立
14、焊稍次,焊缝有较好的抗裂性。 氧化铁型直流或交流 药皮中含多量氧化铁和较多的锰铁脱氧剂,熔深大,熔化速度快,焊接生产率高,电 弧稳定,再引弧方便。立焊、仰焊较困难,飞溅稍大,焊缝抗裂性能较好,适用于中厚板 焊接。由于电弧吹力大,适于野时操作。 纤维素型直流或交流 药皮中含 15%以上的有机物,30%左右的氧化钛,焊接工艺性能良好,电弧稳定, 电弧吹力大,熔深大,熔渣少,脱渣容易。可作立向下焊、深熔焊或单面焊双面成型焊 接,立、仰焊工艺性好,适用于薄板结构、油箱管道、车辆壳体等焊接。 低氢型直流或交流药皮组分以碳酸盐和萤石为主,焊条使用前须经300400烘焙。短弧操作,焊接工 艺性一般, 可全位
15、置焊接,焊缝有良好的抗裂性和综合力学性能。适宜于焊接重要的焊接 结构。 低氢型直流 石墨型 药皮中含有多量石墨,通常用于铸铁或堆焊焊条。采用低碳钢焊芯时,焊接工艺性能 较差,飞溅较多,烟雾较大,熔渣少,适用于平焊。采用有色金属焊芯时,能改善其工艺 性能,但电流不宜过大。 盐基型 药皮中含多量氯化物和氟化物,主要用于铝及铝合金焊条。吸潮性强,焊前要烘干。 药皮熔点低,熔化速度快。采用直流电源,焊接工艺性较差,短弧操作,熔渣有腐蚀性, 焊后常用热水清洗。 4)按焊条性能分类 按性能分类的焊条,都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条。如:超低氢焊条、低尘低毒 焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、
16、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。 5、电焊条的选用 焊条的选用须在确保焊接结构安全、可靠使用的前提下,根据被焊材料的化学成分、力学性能、 板厚及接头形式、焊接结构特点、受力状态、结构使用条件对焊缝性能的要求、焊接施工条件和技 术经济效益等综合考查后,有针对性的选用焊条,必要时还需进行焊接性试验。焊条的选用原则如 下: ( 1)同种钢材焊接时焊条选用要点 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 1)考虑焊缝金属力学性能和化学成分 对于普通结构钢,通常要求焊缝金属与母材等强度,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母 材的焊条;对于合金结构钢,有时还要求合金成分与母材相同或
17、接近。在焊接结构刚性大、接头应 力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下,应考虑选用比母材强度低的焊条。当母材中碳、硫、磷等元 素的含量偏高时,焊缝中容易产生裂纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢型焊条。 2)考虑焊接构件使用性能和工作条件 对承受动载荷和冲击载荷的焊件,除满足强度要求外,主要应保证焊缝金属具有较高的冲击韧 度和塑性,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。接触腐蚀介质的焊件,应根据介质的性质及腐 蚀特征选用不锈钢类焊条或其它耐腐蚀焊条。在高温、低温、耐磨或其它特殊条件下工作的焊接件, 应选用相应地耐热钢、低温钢、堆焊或其它特殊用途焊条。 3)考虑焊接结构特点及受力条件 对结构形状复杂、刚性大的
18、厚大焊接件,由于焊接过程中产生很大的内应力,易使焊缝产生裂 纹,应选用抗裂性能好的碱性低氢焊条。对受力不大、焊接部位难以清理干净的焊件,应选用对铁 锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。对受条件限制不能翻转的焊件,应选用适于全位置焊接的焊 条。 4)考虑施工条件和经济效益 在满足产品使用性能要求的情况下,应选用工艺性好的酸性焊条。在狭小或通风条件差的场合, 应选用酸性焊条或低尘焊条。对焊接工作量大的结构,有条件时应尽量采用高效率焊条,如铁粉焊 条、高效率重力焊条等,或选用底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条,以提高焊接生产率。 ( 2)异种钢焊接时焊条选用要点 1)强度级别不同的碳钢+低合金钢或低合
19、金钢+低合金高强钢 一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度,选用的焊条强度应能保证焊 缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度,同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高 而塑性较差侧母材的性能。因此,可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是,为了防止焊 接裂纹,应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺,包括焊接规范、预热温度及焊后热 处理等。 2)低合金钢 +奥氏体不锈钢 应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条,一般选用铬、镍含量较高的、塑性、抗裂 性较好的25-13 型奥氏体钢焊条,以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的 不锈钢确定焊接
20、工艺及规范。 青岛滨海学院金属材料实验教学中心实验指导书-焊接部分 3)不锈复合钢板 应考虑对基层、覆层、过渡层的焊接选用三种不同性能的焊条。对基层(碳钢或低合金钢)的 焊接,选用相应强度等级的结构钢焊条;覆层直接与腐蚀介质接触,应选用相应成分的奥氏体不锈 钢焊条。关键是过渡层(即覆层与基层交界面)的焊接,必须考虑基体材料的稀释作用,应选用铬、 镍含量较高、塑性和抗裂性好的25-13 型奥氏体焊条。 6、焊条的保管及使用 ( 1)焊条的烘干 焊条在存放时会从空气中吸收水分而受潮,受潮严重的焊条在使用时往往会使工艺性能变坏, 造成电弧不稳、飞溅增大、烟尘增多等不利现象,并且还会影响焊缝内部质量,
21、易产生气孔、裂纹 等缺陷。因此焊条(特别是碱性焊条)在使用前必须烘干。 酸性焊条由于药皮中含有结晶水物质和有机物,烘干温度不能太高,一般规定为75150,保 温 l2h;碱性焊条在空气中极易吸潮且药皮中没有有机物,因此,烘干温度较酸性焊条高些,一般 为 350400,保温 12h。焊条累计烘干次数一般不宜超过3 次。 (2)焊条的储存、保管 1)焊条必须分类、分型号、分规格存放,避免混淆。 2)焊条必须存放在通风良好、干燥的库房内。重要焊接结构使用的焊条特别是低氢型焊条, 最好储存在专用的库房内。库房内应设置温度计、湿度计,室内温度在5以上,相对湿度不超过 60 . ( 3)焊条必须放在离地面
22、和墙壁的距离均在0.3m 以上的木架上,以防受潮变质。 (二)焊条电弧焊基本操作 1、引弧操作工艺 (1)操作姿势一般采用蹲式操作。蹲姿要自然,两脚夹角为70 85 ,两脚距离约为240 260 mm。持焊钳的胳膊半伸开,要悬空无依托操作,如图1-3 所示。 ( 2)引弧方式 1)划擦引弧法首先将焊条前端对准焊件引弧处,然后扭动手腕,使焊条在焊件表面轻微划擦 一下,划擦后,焊条提起2-4mm,即产生电弧。引燃电弧后,电弧长度保持在1-3mm。这种引弧方 法类似划火柴,易于掌握。 2)直击引弧法首先将焊条前端对准焊件引弧处,然后手腕向下转动,使焊条在焊件表面轻微 碰击一下, 再迅速将焊条提起2-
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