一,概述
随着工业生产的发展和科学技术的进步,焊接已成为一门独立的学科,其中焊条电弧焊是工业生产中应用广的焊接方法。焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的一种焊接方法,焊接时电弧在焊条端部和工件之间“燃烧”,并将其局部加热到熔化状态,熔滴在气、渣联合保护下进入熔池,随着电弧向前移动,熔池金属逐步冷却结晶而形成焊缝。
二,焊条电弧焊的焊接常识
1,焊条电弧焊的焊条按用途分有:碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、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、低温焊条、结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、特殊用途焊条等。但是对于活泼金属(如钛、铌、锆等)、难熔金属、小于1mm的焊件及大批量生产等不宜采用焊条电弧焊。
2,焊条电弧焊的电源通常采用陡降的电源外特性,以恒流加“外拖”特性电源,能保证电弧燃烧稳定;而不宜采用恒压外特性电源,因其在弧长波动时焊接电流波动较大,使电弧不稳。
3,焊条电弧焊中仰焊是难的,正确的操作方法是:采用短电弧长度、较小直径的焊条、稍快的焊接速度和合适的焊接电流;多层焊时可采用月牙形或锯齿形运条方式焊接,摆幅不宜太大,焊道应薄一点。仰焊不能采用长弧、大电流、慢速焊等手法。
4,横焊时应选择较小直径的焊条,配合恰当的焊条角度和运条方法,以短路过度形式进行焊接,多道焊接运条的角度还应根据焊缝所在位置适当改变焊条角度,以使电弧推力对熔滴产生承托作用,进而形成良好的焊缝;不这样的话,熔化金属在重力作用下发生流淌,进而引起上侧产生咬边,下侧产生焊、未焊透等缺陷,成形恶化。
5,立焊时应采用适当的运条角度和适宜的运条方式,使用较小的电流进行短弧焊接,通常普通焊条是从下往上焊接,向上移动的速度要均匀;也有专门的下向焊的焊条。
6,角焊时焊条在焊接方向的倾角一般为65~80°,电弧的指向应偏向厚板,以使两板加热温度相同,在多层焊时应根据焊道位及板厚调整焊条角度,以保证焊缝成形良好;如角焊工件方便翻转,一般将工件转到船形焊位置进行施焊。切忌厚薄板角焊时焊条不偏移,容易引起两板温差大,产生焊缝单边、咬边、**角焊不透、夹渣等缺陷,使焊缝成形不良。
7,引弧后将电弧稍拉长或在理起焊点8~10mm处起弧,对焊缝端头(接头)进行必要的预热,或适当摆动,待形成熔池后再将电弧缩短至2~4mm,开始正常焊接;焊接重要结构时,应制作起(收)弧板,进行起弧和收弧,这样可得到熔深与熔宽均匀一致的焊缝。不能电弧引燃后立即转入正常焊接状态,容易产生气孔、未焊透、夹渣等缺陷。
8,在一般焊接过程中(除铸铁焊补有时须拉长一点弧长),电弧长度应小于活等于焊条直径,即采用短弧焊接,特别是采用碱性焊条是,一定要用短弧焊接才能保证焊接质量。如电弧过长会使电弧燃烧不稳定焊缝表面的鱼鳞纹不均匀、焊缝熔深减小、飞溅增加、产生气孔等缺陷。
9,焊条电弧焊的参数主要是焊接电流,通常合适的焊接电流是焊接成败的关键;而相当一部分焊工喜欢用大一点流施焊,相对使用过小电流的焊工非常少,因为大电流可以加快焊接速度。使用过大的焊接电流,不仅会使焊条尾部过热(甚至发红),部分药皮脱落或失效,气渣保护效果变差,造成气孔、飞溅、凹坑,而且较易产生咬边、烧穿、晶粒粗大等焊接缺陷。
10,薄板对接焊时一般不开坡口,可采用较慢一点的焊速进行直线短弧焊接,通过调节焊条的倾角及弧长来控制熔渣的运动和熔池成形。焊接时不宜横向摆动,否则容易引起夹渣、咬边和焊缝不平整等缺陷。
11,通常焊接时焊条直径一般应根据工件厚度、接头形式、焊接位置和焊接层数,并参考焊接电流的大小来选取。对于非平焊位置焊接和开坡口多层焊的层应采用较小直径的焊条;立焊、横焊、仰焊所用焊条均比平焊时小;厚板所用焊条较粗但不宜**过板厚。
12,收弧时要注意填满弧坑,常用的焊缝收弧方法有:划圆圈收弧、反复断弧收弧、回焊收弧外接收弧板收弧等。当一道焊道焊完时,如果立即拉断电弧则会形成**焊接表面的弧坑;过深的弧坑不仅影响外观,而且使收尾处强度减弱,并易造成应力集中或形成弧坑裂纹。
13,引弧方法一般有:划擦引弧法和直击引弧法。操作时力度要适中,划或击要干净利落。否则,如果引弧动作太快或焊条提得过高,不易建立稳定的电弧,可能起弧后又熄灭;引弧动作如果太慢,又会使焊条和工件粘在一起,产生长时间短路,使得焊条过热发红,造成药皮脱落,也建立不起稳定电弧。
14,对于大间隙一般采用三点焊接法,并注意焊道的焊接顺序。除了铸铁镶块焊补外,绝大多数大间焊接不宜放置金属填充物,因为必然会产生未焊透缺陷、使焊脚增高影响焊件强度。
15,直流电弧的缺点是会发生电弧磁偏吹,造成电弧不稳定,严重时根本无法焊接,尤以大电流、深坡口、角焊等情况为强烈。避免产生磁偏吹的措施有:使用交流电源焊接、正确选择电缆线接入位置、调整焊条角度、减少接头间隙采用短弧焊接等。
16,薄板焊接要采用直流反接。在选择焊接电源的极性时,主要是根据焊条性质和焊件所需的热量来决定,一般为获得较大的熔深厚板焊接可采用直流正接,而薄板焊接时为防止焊件烧穿,宜采用直流反接。
17,碱性焊条应采用直流焊接(部分可交直两用)。碱性焊条与强度级别相同的酸性焊条相比,其熔敷金属延展性和韧性高、扩散氢含量低、抗裂性能强。但碱性焊条的工艺性较差,采用交流焊接时电弧稳定性差、飞溅多、焊缝成形不良。因此,采用碱性焊条焊接时,无论是薄板还是厚板均需采用直流反接并用短弧焊接。
18,对于焊件厚度大于6mm,为了焊缝有效厚度、焊透、改善成形,一般应将焊接部位加工成Y形、X形、U形等各种形状的坡口,并进行多层焊或多层多道焊。
焊条的选用原则
焊芯即焊条的金属芯,为了保证焊缝的质量与性能,对焊芯中各金属元素的含量都有严格的规定,特别是对有害杂质(如硫、磷等)的含量,应有严格的限制,**母材。焊条由焊芯及药皮两部分构成。其种类不同,焊芯也不同。焊芯成分直接影响着焊缝金属的成分和性能,所以焊芯中的有害元素要尽量少。
焊条分类
1、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。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。
2、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。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。采用甘油法测定时,每100g熔敷金属中的扩散氢含量,碱性焊条为1~8mL,酸性焊条为17~50mL。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弧剂时,才可以交、直流两用。碱性焊条一般用于较重要的焊接结构,如承受动载荷或刚性较大的结构。
选用原则
1、考虑焊件材料的物理性能、力学性能和化学成分:
(1)按等强度的原则,选择满足接头力学性能要求的焊条。
■举例:
Q235,按等强度的原则应选用J42×焊条,而不应选用J50 ×焊条。
◆特殊情况:根据母材的焊接性,选用不等强度(高强度匹配或低强度匹配)、而韧性好的焊条,但需通过改变焊缝结构形式,以满足设计强度和刚度的要求
(2)使熔敷金属的合金成分符合或接近母材。
■举例
15CrMo必须选用R307焊条(1Cr-0.5Mo),而不能选用R207焊条(0.5Cr-0.5Mo)。
(3)当母材化学成分中碳或硫、磷等有害杂质较高时,应选择抗裂性和抗气孔能力较强的焊条。如低氢型焊条等。
★注意:焊接构件对力学性能和化学成分的要求并不是均衡的:
▼有的焊件可能偏重于强度、韧性等方面的要求,而对化学成分不一定要求与母材一致。如选用结构钢焊条时,首先应侧重考虑焊缝金属与母材间的等强度,或焊缝金属的高韧性;
▼有的焊件又可能偏重于化学成分方面的要求,如对于耐热钢、不锈钢焊条的选择,通常侧重于考虑焊缝金属与母材化学成分的一致;
▼有的也可能对两者都有严格的要求。如异种钢焊条的选择。因此在选择焊条时应分清主次,综合考虑。
2、考虑焊件的工作条件和使用性能:
(1)焊件在承受动载荷和冲击载荷情况下,除了要求保证抗拉强度、屈服强度外,对冲击韧性、塑性均有较高的要求。此时应选用低氢型、钛钙型或氧化铁型焊条。
■举例:
16Mn钢用于非重要结构时可选用J502、J503等酸性焊条;而当用于重要结构时,则应选用J506、J507等碱性焊条。
(2)焊件在腐蚀介质中工作时,必须分清介质种类、浓度、工作温度以及腐蚀类型(一般腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等),从而选择合适的不锈钢焊条。
■举例:
焊接1Cr18Ni9不锈钢时,为了满足焊缝与母材金属成分相同的要求,对于在腐蚀要求不高的条件下工作的焊件,可选用A102、A107焊条;而对于工作温度**300℃而耐腐蚀要求较高的焊件,则应选用A132、A137或A002焊条。
(3)焊件在受磨损条件下工作时,须区分是一般磨损还是冲击磨损,是金属间磨损还是磨料磨损,是在常温下磨损还是在高温下磨损等。还应考虑是否在腐蚀介质中工作,以选择合适的堆焊焊条。
(4)处在低温或高温下工作的焊件,应选择能保证低温或高温力学性能的焊条。
■举例:
▲12CrMo在400℃下工作,焊接应选R207 ,而不能选J507。
▲16MnDR在-40℃下工作,焊接应选J507RH( -40℃ ),而不能用J507、 J507Mo、 J507H等焊条( -30℃ )。
考虑施焊工作条件:
(1)没有直流焊机的场合,应选用交直流两用的焊条。
(2)某些钢材(如珠光体耐热钢)需进行焊后消除应力热处理,但受设备条件限制或本身结构限制而不能进行时,应选用与母材金属化学成分不同的焊条(如奥氏体不锈钢焊条),可以免进行焊后热处理。
(3)应根据施工现场条件,如野外操作、焊接工作环境等来合理选用焊条。
考虑改善焊接操作环境和保证工人身体健康:
(1)尽量选用发尘量小、产生有害气体少的焊条。
(2)在酸性焊条和碱性焊条都可以满足的地方,鉴于碱性焊条对操作技术及施工准备要求高,故应尽量采用酸性焊条。
(3)对于在密闭容器内或通风不良场所焊接时,应尽量采用低尘低毒焊条或酸性焊条。
焊条牌号的表示方法
◆通常用一个汉语拼音字母(或汉字)与三位数字表示。如A302(奥302)、W607(温607)
◆有的焊条牌号在三位数字后面加注后缀字母和/或数字。如J507RH、A022Mo 、J422Fe16
一位字母:表示焊条种类;
前两位数字:表示熔敷金属强度或合金类型;
三位数字:表示药皮类型及电流种类;
数字后面的字母和数字:附加合金元素或焊条特性(具有特殊性能和用途)。
如:G——高韧性焊条;
R——压力容器用焊条;
Fe——高效铁粉焊条:
X——向下立焊用焊条;
H——**低氢焊条;
RH——高韧性**低氢焊条;
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