气体保护焊接应用实例（精选5篇）
气体保护焊接应用实例 篇1
摘要：本文介绍了焊接技术、焊接材料的发展状况, 着重讲述了CO2气体保护焊的焊接材料、焊接设备和焊接工艺。
关键词：焊接技术,CO2气体保护,药芯焊丝
0 前言
自19世纪俄国工程师发明了电弧以来, 焊接技术经过百年发展, 已成为机械制造技术中重要的加工工艺。进入20世纪80年代主要的常规焊接方法为药芯焊丝自保护焊 (SS-FCE) 、气体保护金属极电弧焊 (GMAW) 、手工电弧焊 (MMAW) 和埋弧焊 (SMW) 。衡量一种焊接方法的标准为 (1) 容易获得优质焊接接头, 焊接质量可靠; (2) 较大的母材适应性; (3) 较高的生产效率; (4) 易机械化自动化; (5) 污染小成本低节能。
1 我国焊接材料的发展方向
(1) 铁粉焊条:熔敷效率在130%~180%, 可大大提高生产效率;
(2) 实芯焊丝+活性气体保护焊:提高CO2气电焊质量的方法有三条, 即:活性气体、药芯焊丝、STT表面张力过渡电源。该工艺的优点为, 接头质量高、多元混合焊丝工艺性好, 缺点是成本高、焊丝适应性及质量不如药芯焊丝;
(3) 药芯焊丝:被称为第四代焊材, 特点为生产效率高, 焊接质量好, 综合成本低。
值得一提的是自保护药芯焊丝电弧焊。其优点是可室外焊接、焊枪更轻、操作灵活, 焊接效率高, 缺点是烟尘大, 下面我结合本单位具体情况, 浅谈一下CO2气体保护焊 (药芯焊丝) 在我厂施工中的应用。
2 CO2气保护药芯焊丝全位置半自动焊
该方法是选择能够进行全位置焊接用的药芯焊丝, 配合半自动气保护焊机。由于设备简单、操作灵活、适应面广、焊接效率高, 因而在药芯焊丝的工程实用中应用最多。我单位主要将其应用于钢结构的焊接, 如气分改造空冷框架、160万吨/年柴油加氢系统配套管支柱等非压力管道、容器的焊接。
2.1 焊接材料
该工艺方法的关键是选择能够全位置焊接的气保护药芯焊丝。它大多具有钛型渣系, 熔渣中含有大量TiO2和SiO2成分。熔渣的凝固温度范围窄, 具有短渣特性, 可适应全位置焊接需要。这类焊丝具有以下特点:
(1) 全位置焊接性好:由于该焊丝选择熔点较高的金红石、锆英砂作为主要造渣成分, 因此可实现大电流下的全位置焊接。直径112mm焊丝, 电流可达250A。
(2) 熔敷速度高熔敷速度不仅大大高于手工焊条, 而且高于实芯焊丝。
(3) 成型好、飞溅小、易脱渣:药芯中含有大量金红石和铁粉, 因此焊接电弧稳定、飞溅极少, 并且焊缝表面光亮、平滑、成型美观。另外渣壳与焊缝金属热涨系数相差较大。因此, 焊缝的脱渣性良好, 去渣后焊缝表面无任何粘渣现象。
2.2 焊接设备
药芯焊丝的结构介于实芯焊丝和焊条之间, 其焊接溶滴过渡形态也介于二者之间。根据焊丝直径、药芯种类和电流大小可呈现出射流过渡、细熔滴过渡、带液相桥的附渣过渡等几种形态。对于电源静、动态性要求并不太高, 直流、交流、平特性或下降特性电源均可使用, 但一般使用直流、平降特性电源最为合适, 使用一般二氧化碳平硬特性电源亦可。使用动态特性良好的逆变电源对电弧的稳定性和减少焊接飞溅更为有利。
焊接工艺上对焊机有两个基本要求:一是在小电流情况下, 电弧仍应稳定, 可满足打底焊、横焊和立焊的需要;二是在不中断电弧的情况下, 能调节出大小两种电源, 以适应不同的间隙情况。
药芯焊丝由于是由薄钢皮卷成, 焊丝刚度比实芯焊丝稍差, 因此要求送丝机构性能良好。我公司使用的国产脉动送丝机构, 不仅送丝阻力小, 可实现长达20m的长距离送丝, 而且可加快熔滴过渡频率, 是一种高效实用的送丝机构。
2.3 焊接工艺
在该工艺中CO2气流量和焊丝干伸长度相对固定, 分别为20L/min和20mm左右, 其它参数包括电流、电压则依板厚、坡口尺寸、焊接位置有较大变动。另外, 参数的选择也要考虑焊工操作的熟练程度。
3 带陶瓷衬垫的CO2单面焊双面成形 (半自动焊)
为进一步提高焊接生产效率, 在一般CO2焊接方法基础上开发成功了带衬垫焊接的CO2单面焊双面成形技术。这种工艺方法可以降低焊接接头的装配要求, 淘汰电弧气刨及仰焊工艺, 缩短焊工培训时间。它不论是薄板还是厚板, 平、立、横焊, 对接还是角接都可以使用。此技术在机械制造、化工容器、石油贮罐中得到广泛应用。
3.1 焊接材料
CO2单面焊工艺中使用的焊丝可以是实芯焊丝, 也可以是药芯焊丝。焊丝的规格为112mm、á114mm、á116mm, 前两种规格的á焊丝可用于平、立、横各种位置焊接, 后一种适用于平焊。药芯焊丝由于电弧柔和、飞溅少、表面成形光滑、综合成本低, 因此正在逐渐替代实芯焊丝。
全位置型和金属芯气保护药芯焊丝都可在该工艺中使用。理想的搭配是在平角焊选用熔敷率高的金属芯药芯焊丝, 在立焊位置选用成形好的全位置型药芯焊丝。
CO2单面焊双面成形工艺中, 另一种关键材料是焊缝反面的衬垫, 现在用量较大的是陶瓷衬垫。我国已有不少厂家能大量生产各种型号、规格的陶瓷衬垫。有对接焊用的, 也有角接焊用, 有带槽的和不带槽的。基本上已能满足生产的需要。
3.2 焊接设备及工艺
一般气保护焊机都可使用。半自动CO2单面焊时焊缝的装配要求不太严格, 因为焊枪是由焊工用手掌握的, 工人可以根据焊缝的装配情况随时调节焊枪的摆动方式及焊接速度, 焊出符合质量要求的焊缝。由于操作方式比较灵活, 焊工经过短时培训即可掌握各种位置的CO2单面焊方法, 因而容易推广。
CO2单面焊的关键是第一层打底焊, 虽然焊缝反面有衬垫托住铁水, 使铁水不致流失, 但也必须有准确的操作方式, 才能使焊缝正反面都有良好的成形, 尤其是要防止焊缝反面下重过多, 或有夹渣和未焊透, 焊缝正面不能形成中间高两边低的形状, 为以后的焊接造成困难。所以在选用了准确的焊接规范后, 还必须有准确的操作方式。注意点应放在燃弧点的位置、焊丝的角度、焊枪摆动方式、收弧方式上。
4 结束语
通过以上对CO2气体保护焊接技术简略介绍可以看到, 在一个企业中焊接工作者的为责任重大, 相信随着我公司市场业务的不断扩展, 炼厂建设的不断深入, 在生产的需求和发展的带动下, 一些新的焊接技术和工艺将在公司进一步得到应用和发展, 从而为我公司的蓬勃发展提供有力的技术保障!
参考文献
[1]邹增大, 主编.焊接材料、工艺及设备手册[M].北京:化学工业出版社, 2011.
[2]中国机械工程学会.焊接学会焊接手册[M].北京:机械工业出版社, 1992.
气体保护焊接应用实例 篇2
近年来,随着国内能源项目投资力度的逐渐加大,低温液化石油气储库项目已经成为投资的热点之一。广东深圳华安低温液化石油气储库项目、江苏张家港东华优尼科低温液化石油气储库项目、广西钦州低温液化石油气储库项目,都是国内目前比较大型的低温储罐项目,总容积30.2万立方米。为了更好的保证低温储罐的焊接质量,降低焊接人员的工作强度和工作环境,提高工效,笔者所在公司在储罐环焊缝使用埋弧自动焊的基础上,在立焊缝上使用熔化极气体保护自动焊,以便更好的为客户建造质量优良的产品。
目前国内建造低温液化石油气储罐使用的低温钢材主要有两种:ASTM A537 Class2和ASTM A516 Grade60,其化学成分见表1。下面主要阐述FCAW焊接技术在这两种低温钢的纵焊缝焊接时的应用。
1 焊接设备
自动立焊机匹配的是林肯Lincoln DC-400直流焊接电源,采用陡降的外特性。该焊接电源也可用于手工电弧焊。立焊机为林肯Lincoln LN-9立焊机,采用MDS-1005摆动控制摸块,有四种焊丝运行模式。
2 焊接材料
2.1 保护气体
熔化极气体保护焊常用的保护气体按组元数量可分为单一气体和混合气体,单一组元气体只具备单一的性质,而混合(组元)气体则兼有各组元的性质,比单一气体具有更多的优越性。
焊接A537 Cl.2和A516 Gr.60低温钢时,使用的保护气体是氩气(Ar)和二氧化碳(CO2)的混合气体,比例为80%Ar+20%CO2。
2.2 焊丝
内罐立焊缝焊接材料为Lincoln Outershield81Ni1-H,Ø1.2mm,药芯气保护焊丝。
焊丝特性:可以全位置焊接,非常好的可焊性,飞溅小,焊缝成型美观,容易操作;具有良好的机械性能(在-40℃时,CVN>47J),氢含量低(HDM<5 ml/100g),合金含量合适;送丝良好。其化学成分、机械性能见表2。
3 焊接工艺
3.1 适用标准
罐体建造采用API STAN-DARD 620《Design and Construc-tion of Large,Welded,Low-Pressure Storage》,焊接作业采用ASME SECTIONⅨ《Welding and Brazing Qualifica-tions》。
3.2 机械性能试验
焊缝机械性能试验包括夏比冲击试验、拉伸和导向弯曲试验。
低温液化石油气储罐,设计温度为-45℃。所以,与低温介质直接接触的储罐壁板焊缝有一个非常重要的指标——横向冲击功,它要求焊缝必须在-45℃时进行2mm V型缺口的夏比冲击试验,其得到的结果要满足规定。
全尺寸试样在-45℃2mm V型缺口的冲击功,A537 Cl2平均值34J,单个值27J;A516 Gr60平均值27J,单个值20J。如果不能加工全尺寸试样,可以根据截面积进行换算[1]。
夏比冲击试验一般要求在焊缝区和热影响区进行,每个区域至少一组,每组三个试样。合格标准是:一组中三个试样冲击功的平均值必须大于或等于规定的平均值,允许其中有一个试样的冲击功小于规定的平均值,但是必须大于或等于规定的单个值。
拉伸和弯曲试验数量:拉伸两个,面弯、背弯各两个。
3.3 焊接工艺评定
3.3.1 试板坡口型式及焊道分布
不同材质、厚度评定试板的坡口型式及焊道分布,见图1。
3.3.2 焊接工艺参数
不同材质、厚度评定试板的焊接工艺参数[2],见表3。
3.3.3 焊缝机械性能试验
不同材质、厚度评定试板的焊缝机械性能试验结果,见表4。
表中相关试验数据或结果满足API620标准的合格要求,所以表3的焊接工艺参数能够用于工程焊接。
4 焊缝微观分析
以材质A537 Cl2厚度15mm对接纵向焊缝为例,分析线能量对焊缝低温冲击功、以及热影响区和焊缝区金相组织的影响。
4.1 线能量对焊缝低温冲击性能的影响
通过对焊缝及热影响区2mmV缺口、-45℃低温冲击试验值判断线能量对焊缝低温冲击性能的影响,见表5。
从表中看出,试样TP-4在焊缝区的冲击功不满足要求,热影响区满足标准要求;TP-4A在焊缝区和热影响区的冲击功均满足标准要求。分析两个试样的金相可以看出,TP-4金相中的块状先共析铁素体晶粒粗大,分布不均匀。同时,热影响区宽度较大。这是由于在焊接的过程中,TP-4焊缝的线能量超过了工艺的要求,降低了焊缝的韧性,从而导致其在低温条件下冲击性能的降低。
4.2 线能量对焊缝金相组织
焊缝线能量对热影响区、焊缝区金相组织的影响,见表5、图2和图3。
5 母材厚度对FCAW的影响
低温材料的自动焊接,除了具有普通材料焊接的特点之外,最重要的是控制在焊接过程中的热输入量,即焊接线能量。因为低温材料与其他普通材料相比,对焊接线能量特别敏感,线能量的改变,将导致焊缝金属晶粒粗化程度的不同,从而影响焊缝的低温韧性、焊接热裂纹以及焊接冷裂纹,有增大残余应力的可能性。通常,在采用FCAW焊接低温钢时,焊缝的线能量值应小于或等于25k J/cm。下面是实际工程的焊接过程中计算焊缝热输入量的计算公式:
单位:热输入量/(kJ/cm);焊接电流/A;电弧电压/V;焊接速度/(cm/min)。
从公式(6)可以看出,影响焊缝热输入量,即线能量的工艺参数主要有焊接电流、电弧电压和焊接速度。
在熔化极气体保护自动焊接过程中,焊接速度受到焊丝摆动幅度、焊道两侧停顿的时间以及驱动装置的前进速度三个因素制约,而在这三个制约因素中,摆动速度又与待焊焊缝的厚度有关。
从图4可以得出:
从公式(7)可以看出,焊缝厚度t越大,焊丝摆动的幅度l就越大。在摆动速度不变的情况下,需要的时间就越多,这就导致在焊接速度降低,热输入量增大。也就是说,焊道的厚度越大,在其他条件不变的情况下,必然导致焊缝线能量的增加。所以,就低温钢的焊接而言,熔化极气体保护焊适用于厚度小于或等于20mm薄板或中厚板的焊接。如用于厚板焊接,当摆动幅度超过20mm时,必须采用多层多道焊,以提高焊接速度,降低线能量。
6 经济效益分析
对经济效益的影响,主要表现在焊缝质量的一次合格率和工效两个方面,反映为项目发生的直接成本和间接成本,前者主要为人工费和施工机械使用费,后者主要包括管理费、财务费用和其他费用。
以容积为40 000m3(直径为45.8m)的2台双壳LPG储罐的内罐壁板焊接为例,纵向对接焊缝采用手工电弧焊(SMAW)和FCAW焊进行比较说明。
该项目相关资料如下。
(1)纵向焊缝
内罐的每层壁板有12条纵向焊缝,单条长3m,从第2层至8层壁板的厚度依次为19、17、15、13、11、10、10mm,共7层。
(2)焊接条件
1)焊缝坡口:厚度≥15mm时为X型坡口,厚度<15mm时为V型坡口;
2)焊接环境:温度15℃,湿度70%,风速3m/s;
3)施焊位置高度:内罐第3层壁板,约5m(指第3层壁板下边缘高度)。
(3)背面清根
FCAW——壁板厚度小于或等于11mm时背面清根采用人工打磨,其余采用碳弧气刨和打磨;SMAW——均采用碳弧气刨和打磨。
(4)FCAW的设备及人员配置(假定以最基本设备配置)
要求4台自动焊机沿储罐圆周对称布置,每台机焊3条,同时以相同的时针方向进行焊接。每台焊机配置1名焊机操作员(亦即焊工)和1名辅助工。
(5)手工电弧焊接时的设备及人员配置(假定以最基本设备配置)
要求6台手工电弧焊机沿储罐圆周对称布置,6名焊工同时以相同的时针方向进行焊接,每人完成2条。配置3名辅助人员。
(6)直接成本
人工费——以焊工人民币140元/人·天,其余人员人民币80元/人·天计算。
(7)根据以上的数据,得出如表6的内容。
可以看出,储罐内罐的纵向横焊缝(第一层壁板除外)使用FCAW焊接,与手工电弧焊接相比较,具有下列优点:
1)大大降低了焊接人员的劳动强度;
2)节省了时间约7天;
3)人工费节约34.7%;
4)提高了焊接质量合格率,保证了焊接质量的稳定。
7 结论
药性焊丝熔化极气体保护自动焊(FCAW),适用于LPG储罐低温钢部位的纵向对接焊缝、且母材厚度≤20mm的薄板或中厚板的焊接。该焊接技术可以大大降低焊工的劳动强度,保证焊接质量,节约了工期和人工费。但是,它要求在焊接过程中必须严格遵守合格的焊接工艺评定,保证焊缝的线能量符合要求(通常应≤25k J/cm)。只有这样才能保证得到优质的焊缝,制造出满足合同要求的产品。
参考文献
[1]Design and Construction of Large,Welded,Low-Pres sure Storage Tanks,API Standard620,Tenth Edition,February2002.
气体保护焊接应用实例 篇3
依据国家现有的有关规范, 对矩形钢管柱厚板CO2气体保护焊施工技术作一总结。
1钢管柱钢材选用
本工程钢柱使用的钢材为建筑结构用钢板Q345C, 主梁使用钢材为Q345C, 钢支撑采用Q235C。
钢柱长8m, 两层一柱, 构件单件最重8.2t, 钢柱板厚32~46mm, 典型截面1100×110046, 钢梁翼缘板厚16、24、28、40mm, 典型截面700×240×14×28。由于钢板厚度大, 因此焊接难度大, 焊接质量要求高。
按照设计, 现场安装柱与柱之间的对接为全熔透焊, 钢梁与钢柱牛腿上、下翼缘为全熔透焊, 钢梁腹板大部分为高强螺栓连接, 双剪连接板与钢柱为角焊缝。本工程柱与柱之间的焊缝均采用CO2气体保护焊进行焊接, 如何保证焊缝质量100%超声波探伤一次性合格是我们狠抓的重点。
2焊接设备和焊接材料
本工程焊接任务量很大, 采用焊接速度较快的CO2气体保护焊, 焊接吊篮与平台。
3焊接施工劳动力安排
钢结构焊接工程专业性很强, 劳动强度大, 专业管理人员和焊工都要求有较好的技术素质。本工程现场焊工均持有钢结构厚板焊接合格证, 在正式施工前, 在业主、监理等各单位的监督下进行了附加考试。本工程共16人参加了考试。
4焊接施工顺序和工艺
4.1焊接顺序
4.1.1根据本工程平面和立面形状、结构形式等, 钢结构框架分东西两区组织施工。当钢结构安装完成三个及以上单元的校正和高强螺栓的终拧后, 从平面中心选择四面都有焊接梁的柱子作为基准柱, 并以此作为垂偏测量基准, 并首先安排其四侧都有抗弯焊接的梁、然后向四周扩展施焊。随安装滞后跟进。采取结构对称、节点对称和全方位对称焊接的原则。
4.1.2栓-焊混合节点中, 设计要求梁的腹板上的高强度螺栓先初拧70%后→焊接梁的下、上翼缘板→终拧梁腹板上的高强度螺栓至100%施工扭矩值。
4.1.3竖向上的焊接顺序:
(1) 地下一柱一层梁的焊接顺序:
上层框架梁→柱脚板部位的焊接→支撑→焊接检验。
(2) 地上及以上一柱二层梁的焊接顺序:
上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验 (也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→焊接检验) 。
(3) 地上及以上一柱三层的焊接顺序:
上层框架梁→压型金属板支托→下层框架梁→压型金属板支托→中层框架梁→压型金属板支托→上柱与下柱焊接→焊接检验, (但也可先焊柱—柱节点→上层框架梁→下层框架梁→中层框架梁→焊接检验) 。
4.1.4柱—梁节点上对称的两根梁应同时施焊, 而一根梁的两端不得同时施焊作业。
4.1.5柱—柱节点焊接时, 箱形柱的对称两面应由两名焊工相对依次逆时针焊接。
4.1.6梁的焊接应先焊下翼缘, 后焊上翼缘, 以减少角变形。
4.2安装焊接工艺
4.2.1安装焊接前的准备工作
试验钢材包括Q345GJC-Z15 (壁厚50mm) 、Q345GJC-Z15 (壁厚40mm) 、Q345C (翼缘厚28mm) , 焊接位置为柱—柱横焊、柱—梁平焊 (包括桁架梁上下翼缘平焊) 、T型角立焊。坡口形式及尺寸按设计要求。焊后外观及超声波检查合格后取样进行了力学和物理试验。试验结果接头的抗拉强度达到母材抗拉强度标准值, 接头弯曲180°无裂纹。采用的焊接材料和焊接设备技术条件应符合国家标准, 性能优良。清渣、气刨、焊条烘干保温等装置应齐全有效。
4.2.2手工电弧焊及CO2气保焊焊材和设备
(1) 焊条应在高温烘干箱中烘干, 焊条烘干次数不得超过两次。
(2) 焊丝包装应完好, 如有破损而导致焊丝污染或弯折、紊乱时应部分弃之。
(3) CO2气体纯度应不低于99.9% (体积比) , 含水量应低于0.05% (重量比) , 瓶内高压低于1MPa时应停止使用。
(4) 焊机电压应正常, 地线压紧牢固, 接触可靠, 电缆及焊钳无破损, 送丝机应能均匀送丝, 气管应无漏气或堵塞。
4.3安装焊接程序及一般规定
焊接的一般顺序为:焊前检查→预热除锈→装焊垫板和引弧板→焊接→检验
4.3.1焊前检查坡口角度、钝边、间隙及错口量, 坡口内和两侧的锈斑、油污、氧化铁皮等应清除干净。
4.3.2预热。焊前用气焊或特制烤枪对坡口及其两侧各100mm范围内的母材均匀加热, 并用表面测温计测量温度。
4.3.3重新检查预热温度, 如温度不够应重新加热, 使之符合要求。
4.3.4装焊垫板及引弧板, 其表面清洁程度要求与坡口表面相同, 垫板与母材应贴紧, 引弧板与母材焊接应牢固。
4.3.5焊接:第一层的焊道应封住坡口内母材与垫板的连接处, 然后逐道逐层累焊至填满坡口, 每道焊缝焊完后, 都必须清除焊渣及飞溅物, 出现焊接缺陷应及时磨去并修补。
4.3.6一个接口必须连续焊完, 如不得已而中途停焊时, 应进行保温缓冷处理, 再焊前, 应重新按规定加热。
4.3.7遇雨、雪天时应停焊, 构件焊口周围及上方应有挡风、雨棚, 风速大于5m/s时应停焊。环境温度低于零度时, 应按规定采取预热和后热措施施工。
4.3.8碳素结构钢应在焊缝冷却到环境温度、低合金结构钢应在完成24h以后, 进行焊缝探伤检验。
4.3.9焊工和检验人员要认真填写作业记录表。
4.4典形节点的焊接顺序和工艺参数
(1) 上下柱无耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处时, 切去耳板。
(2) 然后在切去耳板侧由两名焊工在两侧对称焊至板厚的1/3处。
(3) 再由两名焊工分别承担相邻两面的焊接。
(4) 每两层之间焊道的接头应相互错开, 两名焊工焊接的焊道接头也要注意每层错开, 焊接过程中要注意检测层间温度。
4.4.1柱—梁、梁—梁节点
(1) 先焊梁的下翼缘, 梁腹板两侧的翼缘焊道要保持对称焊接。
(2) 待下翼缘焊完, 然后焊接上翼缘。
(3) 如翼缘板厚大于30mm时, 宜上下翼缘轮换施焊。
5结论
建筑钢结构安装焊接质量控制是一项综合技术, 焊接质量受材料性能、工艺方法、设备、工艺参数、气候和焊工技术及情绪的影响。施工前根据工艺评定编制操作指导书, 便于每个焊接人员明确操作要领、材料的使用和质量要求。施工过程中焊工做好焊前和焊接的记录, 焊接工程师检查时逐条焊缝检查验收, 做好记录。
本工程已经施工完成, 探伤合格率达到98%, 经返修全部达到合格。
参考文献
[1]黄昌东.钢结构安装焊接施工技术[J].现代装饰 (理论) , 2012, 07:30-31.
气体保护焊接应用实例 篇4
焊接是一种极其重要的材料连接工艺, 由于工业中对不锈钢的具体使用常常需将其进行连接, 于是焊接工艺变得十分重要。焊接接头是影响整个材料应用的关键, 所以我们有必要研究双相不锈钢的焊接接头属性, 比如其组织结构、性能等。本文旨在通过对多种混合保护气体进行实验对比, 得到最优保护气体。
1 实验介绍
1.1 实验材料
本次实验所采用的母材是来自芬兰奥托昆普不锈钢公司的2507超级双相不锈钢, 所采用的焊条为E2209、焊丝为ER2209。
1.2 焊接工艺
实验一:先将母材实验加工成300 mm×150 mm×6 mm及300 mm×150 mm×8 mm两种规格的试样。采用手弧/氩弧焊机进行实验焊接, 厚度为8 mm的母材试样采用手工电弧焊 (Shielded Metal Arc Welding, SMAW) , 厚度为6 mm的母材试样采用钨极气体保护焊 (Gas Tungsten Arc Welding, GTAW) 。为了保证焊透, 本次实验采用了分层分焊道的方式, 从而既保障了焊接接头受热影响区中的铁素体能够有效转化为奥氏体, 同时也对上层焊道起到了一定的保护作用。
实验二:我们研究无缝隙对接时不同保护气体对焊接接头组织耐腐蚀性的影响。
2 实验结果
2.1 力学性能
2.1.1 硬度测试
本次实验将测试焊接接头的显微硬度, 测量条件为负荷100 g、加载时间16 s。依次从母材 (Parent Material, PM) —热影响区 (Heat-affect Zone, HAZ) —焊缝金属 (Welding Metal, WM) 测量, 每点测3次, 取平均值。由测量结果发现, 氮的硬化作用突出表现在双相不锈钢焊接接头上, 双相不锈钢硬度很高, 并未出现因碳含量低所引起的软化现象。保护气体中含有一部分氮气, 增加了保护气体分压, 抑制了接头中氮元素析出, 不仅如此, 熔池还能从电弧解离的氮气中吸收一部分氮元素, 通过此方法可以获得0.1%或更多的氮元素[1]。
2.1.2 拉伸强度
按照JB4708—2000标准从接头部位截取试样进行拉伸实验, 本次实验分为两次进行, 并分别得到实验结果:双相不锈钢具有良好的力学性能, 这是因为双相不锈钢具有特殊的化学成分以及合理的双相比例, 而氮元素的加入更是会产生质的变化。与奥氏体不锈钢相比, 双相不锈钢耐腐蚀性能更好、导热性更好[2]、热膨胀系数较小, 这样一来, 在进行后续焊道处理之后, 焊缝中原本存在的铁素体会转化为奥氏体, 同时受到热作用的影响, 临近焊缝的组织中奥氏体数量会相对增加, 从而达到了改善焊接接头整体性能与内部结构组织的目的[3]。
2.2 耐腐蚀性
2.2.1 耐应力腐蚀
相对来说, 双相不锈钢的屈服强度较高, 相应地必须增加表面滑动所需的应力, 这也是应力腐蚀性裂纹难以形成的重要原因。另外, 双相不锈钢中铬、钼合金元素含量较高, 而铬、钼合金元素又能延长孔蚀的衍生期, 这样一来, 不锈钢的耐腐蚀性就会增强, 也不会因为点腐蚀而发展成为应力腐蚀。
2.2.2 耐点蚀性能
双相不锈钢中含有Cr、Mo、N等元素, 这些元素的存在能增大PI值, 提高耐点蚀性能, 大大降低点蚀速率。
对焊接接头进行腐蚀实验, 并采用控制变量的方法, 分别对焊后无处理和焊后酸洗的接头进行腐蚀实验, 称量实验后的重量减少量并记录腐蚀位置。实验结果表明, 当保护气体含有氮气时, 腐蚀实验完后接头损失量较大, 大于2 g/m2;而保护气体纯粹为氩气时, 焊接接头金属损失量小。这表明合理控制氮元素含量有利于耐腐蚀性的提高。
另外, 通过对图1进行分析我们发现, 对于采用3种不同焊接工艺获得的接头热影响区显微组织, GTAW与母材最为接近, 奥氏体组织的分布最为均匀, 特别是在焊缝处, 奥氏体的分布、大小以及数量等等与母材都比较接近。
3 实验讨论
查资料可知, 实验前双相不锈钢拉伸强度为860 MPa、硬度HV为280, 而经过实验一焊接后接头的抗拉强度及硬度均有了明显的变化, 其中经过无保护气体的手工电弧焊和保护气体中无氮气的钨极氩弧焊后, 双相不锈钢焊接接头抗拉强度及硬度明显下降, 而保护气体含有氮元素的钨极氩弧焊后接头抗拉强度和硬度则上升。这主要是因为氮元素渗透进入接头组织中, 平衡了双相比例, 硬化了组织。
4 实验结论
(1) 保护气体中有一定量的氮气, 可以平衡奥氏体相和铁素体相的比例, 并使两相分布均匀, 从而获得抗拉强度接近母材的焊接接头。
(2) 要合理控制保护气体中的氮气含量，以提高焊接接头的耐腐蚀性能。
摘要：随着我国现代化建设的大力推进, 不锈钢也得到了极大的发展, 关于不锈钢焊接的研究也越来越深入。现主要研究不同保护气体下, 双相不锈钢焊接接头的各种属性, 如其力学性能、组织结构等。实验研究结果表明, 使用不同比例的混合气体作为保护气, 所得到的焊接接头强度不同, 其中使用Ar+25%N2的混合气体接头强度最高。
关键词：不锈钢,保护气体,耐腐蚀性,强度
参考文献
[1][德]埃里希·福克哈德.不锈钢焊接冶金[M].栗卓新, 朱学军, 译.北京:化学工业出版社, 2004.
[2]柯黎明.焊缝金属铁素体含量对氢裂敏感性的影响[J].焊接学报, 1993, 14 (3) :179-185.
气体保护焊接应用实例 篇5
1 设定测验流程
在气体焊机之中, 可被变更的电路含有送丝电路、调节外特性这样的电路。焊接进展中, 如果按下停止, 原有参数可被替换为拟定好的电弧电压。依照设定电流妥善予以收弧。确认收弧后, 测得不同数值电流经由时的末端熔球尺度。这类熔球为固态, 包含末端金属。再次引弧时, 选取示波器以便记下多样的熔球尺寸、辨别出引弧状态下的波形变更、各类电压变动。读取波形即可辨识重复情形下的短路数目, 算出构建电弧耗费的精准时间。
2 改进原有性能
设定规范参数, 运用这一参数以便直接收弧。把规范参数变更为短路情形的这类参数。选取设定好的参数予以直接收弧, 则会拓展末端附带的固态熔球总体积。但若切换为拟定的过渡规范, 设定参数收弧, 那么末端这样的熔球即可被缩减40%。焊接设定了240A这样的经由电流。重新引弧以后, 查验重复短路这样的数目。测验数值表明:若切换为设定的过渡规范, 则可减小直径, 减小短路重复。在构建电弧时, 超出50%必备的时段也被省略。再次去引弧时, 改进焊缝质量。
对于焊丝末尾, 若含有偏大直径的熔球固体, 那么熔球衔接着配件的这类表层就会偏大。这种状态之下, 电阻值会很小, 接触散热也并不很大。除此以外, 若设定了更大尺寸的这类熔球直径, 那么延展出来的焊丝涵盖着的容量就会变大。焊枪导电衔接着的接触点之处, 含有偏多热量, 很易过热断裂。碎裂下来的焊丝长度超出了维持燃烧必备的给定长度, 不可再去重设电弧。因此, 还会反复爆裂, 直至小于拟定好的长度, 才可构建电弧。熔球直径越小, 构建起来的接触面积也会变得越少。提升电流密度, 增添了电阻热。熔球尺寸变小, 缩减了热容量。这种形态下, 焊丝很易碎裂, 爆裂长度偏短, 很易点燃电弧。
3 各类细化操作
3.1 制作必备的焊缝
气体保护焊设定了偏大的总熔深。若板面薄厚没能超出12毫米, 运用工形坡口则可双面焊接。若对接接头有着某一坡口, 同时坡口偏窄, 则选取单道的、多层级的焊接。如果坡口很宽, 则可选取多层。后续焊接之中, 横向摆动焊枪, 两边坡口都会凸显某一熔深。这样构建起来的焊道十分顺畅, 有着下侧凹陷, 中间不会凸起。坡口表层及固有的焊缝拥有了某一夹角, 常常夹带焊渣。
对于焊道厚度, 都要有序控制。盖面前一层级的这类焊道应当低于母材, 不可熔化侧边的固有坡口。这样一来, 盖面步骤中可以识别出坡口的精准方位, 创造优良条件。在焊接盖面时, 应能磨平前一层级的焊接凸起。摆动焊枪幅度应能超出设定的填充层, 确保速率均衡。随时识别坡口侧边现有的熔化状态, 不可超出2毫米, 以便回避咬边。
3.2 操作角焊缝
焊接角焊缝时, 很易带来咬边, 或者焊缝下垂。为此, 还要调控固有的焊丝角度。焊接厚板时, 水平板凸显了50°这一夹角;如果厚度不等, 电弧应能偏向更厚的这种板面。板面厚度越大, 焊丝夹角越大。若角焊缝被设定成7毫米, 选用单道焊接, 焊枪应能超出2毫米的根部。若设定6毫米的原有焊缝, 选用直线焊接;若焊缝延展至8毫米, 焊枪横向移动, 选用倾斜情形下的圆圈运动以便焊接。若超出了12毫米, 这类焊脚偏大, 选取多层焊接, 通常焊接双层。若拟定了15毫米这一宽度焊脚, 则要布设多重的焊缝。应被注重的是:每道焊脚都应被查验它的大小。如果焊脚偏小, 金属就会下垂, 产生板面焊瘤, 或者凸显咬边。焊缝应当顺滑, 确保彼此均匀。
3.3 调整灰口铸铁
选取适当方式, 归结焊接经验。在着手焊接时, 焊接针对着的位置应能维持适宜的低温。焊接一层以后, 等待它冷却后, 才可接着焊接。依照真实情形来设定坡口, 最好设定U形, 通常设定三层。对于第一层, 应当覆盖金属。要添加过渡层, 依次去填充必备的金属。各层焊接厚度应被调控为3毫米。如果配件复杂, 则应细分段落, 选取对称焊接。这种对称方式, 缩减了应力形变。为了消解应力, 每次焊接至90毫米, 则要予以锤击。
常规焊接时, 随时添加保护气体。遇有露天作业, 更应强化保护。气候恶劣时, 为了规避偏多的气孔, 配件及焊枪应能维持着80°这样的精准角度。焊补之前, 除掉坡口油渍, 显现金属光泽。
4 结语
收弧要依照设定好的规范参数, 减小末端焊丝附带着的熔球直径, 缩减这类熔球。这种规范步骤, 改进了固有的引弧特性。这类改进流程很便捷也很简易, 适合送丝电路, 可以调配现场的外在电源。便于着手操作, 可被推广采纳。
参考文献
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