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焊接工艺问答之各种焊接方法及设备(2)
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:8/24/2006 阅读:26457

 

        

 
五、各种焊接方法及设备
 

 

46   CO2气体使用前为什么要经过预热?

气瓶内的液态CO2  当打开气瓶阀门时,液态CO2要挥发成气态,此时将吸收大量的热,使CO2气体气温下降;另外,CO2气体经减压后,气体体积要膨胀,也会使CO2气体气温下降。因此,为了防止CO2气体在使用前因气温急剧下降而造成管路冻结,在减压之前,应使CO2气体通过预热器进行预热。

预热器多采用电阻加热式,用36V交流供电,功率为100150W,串接在CO2气体钢瓶的气体出口端。

47  试述熔化极气体保护焊焊丝的送丝方式。

送丝系统通常是由送丝机(包括电动机、减速器、校直轮、送丝机),送丝软管、焊丝盘等组成。送丝系统将焊丝送至焊枪中,送丝方式示意图见图17。送丝方式主要有以下三种:

⑴推丝式  焊枪结构简单、轻便,操作维修方便。缺点是焊丝送进的阻力较大,随着送丝软管的加长,送丝稳定性变差。广泛应用于焊丝直径为0.82.0mm、送丝软管长度为35m的半自动熔化极气体保护焊中。

⑵拉丝式  拉丝式又分为三种形式:一种是将焊丝盘和焊枪分开,两者通过送丝软管连接。另一种是将焊丝盘直接安装在焊枪上。这两种都适用于细丝半自动熔化极气体保护焊,使用焊丝直径小于或等于0.8mm,送丝较稳定,但焊枪较重。第三种是不但焊丝盘与焊枪分开,而且送丝电动机与焊枪也分开,常用于自动熔化极气体保护焊中。

⑶推拉丝式  这种送丝系统中同时有推丝机和拉丝机,推丝为主要动力,拉丝是将焊丝校直,送丝软管可加长到10m,但结构复杂,实际应用不多。

48  试述熔化极气体保护焊焊枪的构造。

熔化极气体保护焊焊枪的作用是传导焊接电流、导送焊丝和保护气体。按其用途可分为半自动焊焊枪(手握式)和自动焊焊枪(安装在机械装置上)两种。在焊枪内部装有不同孔径的导电嘴,以适应不同直径焊丝的需要。焊枪还具有一个向焊接区输送保护气体的通道和喷嘴,喷嘴是易损件,应该很方便地更换。当焊接电流通过导电嘴等部件时产生的电阻热和电弧辐射热一起会使焊枪发热,故使用时要采取一定措施冷却焊枪,冷却方式有空气冷却和水冷却两种。对于空气冷却焊枪,在CO2气体保护焊断续负载条件下,使用的焊接电流可高达600A。但是,在使用氩气或氦气保护时,通常焊接电流只限于200A

半自动焊枪有鹅颈式和手枪式两种。鹅颈式焊枪适合于小直径焊丝,使用灵活方便,特别适合于紧凑部位、难以达到的拐角处和某些受限制区域的焊接。手枪式焊枪适合于较粗直径的焊丝,内部采用循环水冷却。

自动焊焊枪的基本构造与半自动焊焊枪相同,但其载流容量较大(可达1500A),工作时间较长,采用内部循环水冷却,直接装在焊接机头的下部。

49  熔化极气体保护焊的供气装置由哪几部分所组成?

熔化极气体保护焊的供气装置组成,见图18

⑴钢瓶  CO2气体钢瓶用以贮存液态CO2,钢瓶表面涂黑色并写有“二氧化碳”,瓶装压力为57MPaAr气钢瓶贮存气态Ar气,钢瓶表面涂灰色并写有“氩气”,瓶装压力为15MPa

⑵预热器  专用于CO2气体,防止CO2气体温度下降而使管路冻结。

⑶高压干燥器  专用于CO2气体,防止CO2气体中因含水量太高而使得焊缝产生气孔。高压干燥器内装有干燥剂,如硅胶、脱水硫酸铜和无水氯化钙等。

⑷减压阀  将高压CO2气体或Ar气变成压力为0.10.2MPa的低压气体。

⑸气体流量计  用来调节气体流量的大小,常用转子流量计,但其刻度是用空气作为介质,若通过气体为CO2气体或Ar气,浮子材料为纯铝,则气体流量可按下式计算:

              Qco2=0.809Q空气

              QAr=0.852Q空气

式中    Q空气——流量计上标出的空气流量;

Qco2——换算成的CO2气流量;

QAr——换算成的Ar气流量。

⑹电磁气阀  用来接通或切断保护气体。

50  试述熔化极气体保护焊机型号的编制方法。

根据焊机型号编制方法规定,熔化极气体保护焊机型号的编制方法如下:

型号的意义为:额定电流为×××的半自动CO2气体保护焊机。

51  什么是药芯焊丝气体保护电弧焊?

由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管的同时,在其管中填满一定成分的药粉,经拉制而成的一种焊丝称为药芯焊丝。采用药芯焊丝的气体保护电弧焊称为药芯焊丝气体保护电弧焊,见图19

药芯焊丝气体保护焊采用CO2CO2+Ar气体作为保护气体,焊接电源为直流反接。焊接时,在电弧热作用下,药芯焊丝,母材金属和保护气体相互之间发生冶金作用,同时形成一层较薄的液态熔渣层覆盖熔滴并覆盖熔池,对熔化金属形成了又一层的保护,所以实质上是一种气-渣联合保护的焊接方法。其主要优点是:

1)采用气-渣联合保护,焊缝成形美观,电弧稳定性好,飞溅少且颗粒细小。

2)焊丝熔敷速度快,熔敷效率高达85%905,生产率比手弧焊高35倍。

3)通过调整药芯成分可提供所要求的焊缝金属化学成分,以适应各种钢材的焊接。

缺点是药芯焊丝制造过程复杂,送丝较困难,且粉剂易吸潮,需要妥善保管。

52  什么是窄间隙活性气体保护电弧焊?

厚板对接接头,焊前只开I形坡口或小角度V形坡口,并留有窄而深的间隙,采用活性气体(ArCO2)保护焊完成整条焊缝的高效率焊接法称为窄间隙活性气体保护电弧焊,简称窄间隙焊。焊接时,需要采用特殊的焊枪和焊丝校直机构,使焊丝能深入到深而窄的坡口内,见图20。窄间隙焊可分为细丝和粗丝两种工艺:

细丝窄间隙焊采用焊丝直径为0.81.0mm,保护气体成分为ArCO220%,焊件装配间隙69mm,直流反接,熔滴为喷射过渡,将焊丝指向两侧壁进行多道焊。优点是由于热输入量少,所以热影响区窄,焊缝金属晶粒细小,冲击韧度好,成分均匀。

粗丝窄间隙采用焊丝直径为2.44.8mm,保护气体成分ArCO210%ArCO23%,焊件装配间隙为1015mm,直流反接,脉冲电源,单道多层焊。

窄间隙焊的主要优点是生产率高,焊接材料及电级消耗低,缺点是侧壁与焊道之间易产生未熔合。

53  什么是气电立焊?

气电立焊是由熔化极气体保护焊和电渣焊发展而形成的一种熔化极气体保护焊方法,其原理示意图见图21。焊件处于垂直位置,焊丝连续向下送入由焊件坡口面和两个水冷滑块面形成的凹槽中,电弧在焊丝和接头底部的引弧板之间引燃。焊丝和母材金属在电弧热的作用下不断地熔化并流向电弧下方的熔池中,在滑块中强迫成形。焊丝可垂直往下输送或作前后横向摆动,以保证两侧焊透。随着电弧的上移,水冷滑块也随着上移,凹槽逐渐被熔化金属填充, 形成焊缝。保护气体采用CO2ArO2气体。

气电立焊与窄间隙焊的主要区别在于焊缝一次成形,而不是多道多层焊;与电渣焊的主要区别在于熔化金属的热量是电弧热而不是熔渣的电阻热。主要优点是可不开坡口焊接厚板,生产率高,成本低。

54  什么是等离子弧焊?试述等离子弧的产生方法。

借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用,获得高能量浓度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊。

等离子弧是自由电弧压缩而成,它是通过以下三种压缩作用获得的,机械压缩效应示意图见图22

1.机械压缩  将电弧强制通过具有小孔径喷嘴的孔道,使电弧受到压缩。

2.热压缩当等离子气体 (ArN气)以一定的速度和流量经喷嘴时,靠近电弧一侧的气体通过弧柱,吸收大量热量而电离,成为等离子弧的一个组成部分。但是靠近喷嘴内壁的气体,由于受到喷嘴强烈的冷却作用,形成一个冷气套,迫使弧柱截面进一步缩小称为热压缩。

3.磁压缩  弧柱电流是一束平行的同向电流线,必然产生往内的收缩力。当电弧受到机械压缩和热压缩之后,截面缩小,因而电流密度增大,由此产生的电磁收缩力必然增大,形成磁压缩。

55  试述等离子弧的类型。

按电源连接方式的不同,等离子弧有非转移型、转移型和联合型三种形式见图23

⑴非转移型等离子弧  钨极接电源负端,焊件接电源正端,等离子弧体产生在钨极与喷嘴之间,在等离子气体压送下,弧柱从喷嘴中喷出,形成等离子焰。

⑵转移型等离子弧  钨极接电流负端,焊件接电流正端,等离子弧产生的钨极和焊件之间。因为转移弧能把更多的热量传递给焊件,所以金属焊接、切割几乎都是采用转移型等离子弧。

⑶联合型等离子弧  工作时非转移弧和转移弧同时并存,故称为联合型等离子弧。非转移弧起稳定电弧和补充加热的作用,转移弧直接加热焊件,使之熔化进行焊接。主要用于微束等离子弧焊和粉末堆焊。

56  试述转移型等离子弧的产生方法。

为建立转移型等离子弧,应将钨极接电源负极,喷嘴和焊件同时接正极,转移型弧示意图见图24。首先接通钨极与喷嘴之间的电路,引燃钨极与喷嘴之间的电弧,接着迅速接通钨极和焊件之间的电路,使电弧转移到钨极和焊件之间直接燃烧,同时切断钨极和喷嘴之间的电路,转移型等离子弧就正式建立。

在正常工作状态下,喷嘴不带电,在开始引燃时产生的等离子弧,只是作为建立转移弧的中间媒介。

57  试述常用等离子弧焊的基本方法。

常用的等离子弧焊基本方法有小孔型等离子弧焊、熔透型等离子弧焊和微束等离子弧焊三种。

⑴小孔型等离子弧焊  使用较大的焊接电流,通常为50500A,转移型弧。施焊时,压缩的等离子焰流速度较快,电弧细长而有力,为熔池前端穿透焊件而形成一个小孔,焰流穿过母材而喷出,称为 “小孔效应”,其示意图见图25。随着焊枪的前移,小孔也随着向前移动,后面的熔化金属凝固成焊缝。由于等离子弧能量密度的提高有一定限制,因此小孔型等离子弧焊只能在有限厚板内进行焊接,见表2

2  小孔型等离子弧焊一次焊透厚度   mm

不锈钢

钛及钛合金

镍及镍合金

低合金钢

低碳钢

8

12

6

7

8

⑵熔透型等离子弧焊  当等离子气流量较小、弧柱压缩程度较弱时,此种等离子弧在焊接过程中只熔化焊件而不产生小孔效应,焊缝成形原理与钨极氩弧焊相似,称为熔透型等离子弧焊,主要用于厚度小于23mm的薄板单面焊双面成形及厚板的多层焊。

⑶微束等离子弧焊  焊接电流30A以下熔透型焊接称为微束等离子弧焊。采用小孔径压缩喷嘴(ф0.6mm~ф1.2mm)及联合型弧,当焊接电流小至1A以下,电弧仍能稳定地燃烧,能够焊接细丝和箔材。

58  试述等离子弧焊设备的组成。

等离子弧焊设备分为手工焊和自动焊两大类。手工焊设备由焊接电源、焊枪、控制电路、气路和水路等部分组成。自动焊设备则由焊接电源、焊枪、焊接小车(或转动胎具)、控制电路、气路及小路等部分组成。

按照焊接电流的大小,等离子弧焊接设备又可分为大电流等离子弧焊设备和微束等离子弧焊设备两大类。

大电流等离子弧和微束等离子弧的焊接系统,见图26

大电流等离子弧的引燃方法是在焊接回路中叠加一个高频振荡器,依靠高频火花在钨极与喷嘴之间引燃非转移弧(引弧时KM1闭合,KM2断开)。

微束等离子弧的引燃方法两种:一种是借助焊枪上的钨极移动机构向前推进钨极,直到钨极端部与压缩喷嘴相接触,然后回抽钨极引燃非转移弧;另一种引弧方法是采用高频振荡器。

等离子弧焊的电源采用具有陡降外特性的直流电源。

59  等离子弧焊有哪些特点?

等离子弧焊是在钨极氩弧焊的基础上发展起来的一种新型焊接方法,它在很大程度上填补了钨极氩弧焊的不足,与钨极氩弧焊相比,它具有如下一些特点:

1)弧柱温度高,能量密度大,加热集中,熔透能力强,可以高速施焊,生产率高。

2)等离子弧工作稳定,工艺参数调节范围宽,可焊接极薄的金属,但当金属厚度超过89mm时,从费用上考虑采用等离子弧焊不合算。

3)热影响区窄,焊接变形小。

4)由于钨极内缩至喷嘴内,不与焊件接触,所以不会在焊缝内产生夹钨。

缺点是电源及电气控制线路较复杂,设备费用约为钨极氩弧焊的25倍,工艺参数的调节匹配较复杂,喷嘴的使用寿命短。

60  试述等离子弧切割的基本原理。

等离子弧切割是利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料,并借助内部的或都外部的高速气流或水流将熔化材料排开直到等离子气流束穿透背面而形成割口的一种电弧切割方法。

等离子弧柱的温度高,远远超过所有金属以及非金属的熔点,因此,等离子弧切割过程不是依靠氧化反应,而是靠熔化来切割材料,因而比氧切割方法的适用范围大得多,能够切割绝大部分金属和非金属材料,目前主要用于切割氧切割无法切割的材料,如不锈钢、有色金属等。

61  什么是空气等离子切割?

利用压缩空气作为工作气体和排除熔化金属气流的等离子切割称空气等离子切割,其切割原理见图27。其突出优点是工作气体不采用价格昂贵的Ar气,因此切割成本低,气体来源方便。所使用的压缩空气在电弧中被加热后发生分解和电离,生成的氧与切割金属产生化学放热反应,可加快切割速度,特别适宜于切割厚30mm以下的碳钢、不锈钢和铝、铜等有色金属。

由于空气等离子弧切割用的电极受到强烈的氧化腐蚀,所以不能采用钨极或氧化物钨电极,通常采用镶嵌式纯锆或纯铪电极,但即使采用锆、铪电极,其工作寿命一般也不超过510h

62  什么是电弧螺柱焊?

用电弧加热将金属螺柱或类似的其它紧固件焊于焊件上的方法称为电弧螺柱焊,其焊接操作顺序,见图28

1)将焊枪置于焊件上,见图28a

2)施加预压力使焊枪内的弹簧压缩 ,直到螺柱与保护套圈紧贴焊件表面,见图5-28b

3)扣压焊枪上的扳机开关 ,接通焊接回路使枪体内的电磁线圈励磁,螺柱被自动提升,在螺柱与焊件之间引弧,见图28c

4)螺柱处于提升位置 ,电弧扩展到整个螺柱端面,并使端面少量熔化,电弧热同时使螺柱下方的焊件表面熔化并形成熔池,见图28d

5)电弧按预定时间熄灭,电磁线圈去磁,靠弹簧压力快速地将螺柱熔化端压入熔池,焊接回路断开,见图5-28e

6)稍停后,将焊枪从焊好的螺柱上抽起,打碎并除去保护套圈,见图28f

电弧螺柱焊的设备包括直流焊机、焊接时间控制器和焊枪。

63  试述电渣焊的基本工作原理。

利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热作为热源,将焊件和填充金属熔合成焊缝的垂直位置的焊接方法称为电渣焊,其焊接过程见图29。渣池保护金属不受空气污染,强迫成形装置与焊件端面构成空腔挡住熔池和渣池,保证熔池金属凝固成形。

电渣焊过程可分为三个阶段:

⑴引弧造渣阶段  开始时,电极在引弧板上引出电弧,不断地将加入的固体焊剂熔化,形成渣池,当渣池达到一定深度后,浸没电极,使电弧熄灭,进入电渣过程。

⑵正常焊接阶段  焊接电流通过渣池产生的热使渣池温度升至16002000℃渣池将电极和焊件边缘熔化,形成的钢水汇集在渣池下部成为金属熔池。随着电极不断地向渣池送进,金属熔池和熔池上面的渣池逐渐上升,而金属熔池的下部远离热源的液体金属逐渐凝固形成焊缝。

⑶引出阶段  在焊件上部装有引出板,以便将渣池和在停止焊接时容易产生缩孔和裂纹的那部分焊缝金属引出焊件,此时应逐步降低电流和电压,以减少缩孔和裂纹。

焊接结束后将引弧板和引出板割除。

64  电渣焊有哪些特点?

1)电渣焊一次能焊接很厚的焊件,焊接生产率很高。

2)焊件均为I形坡口,因此节约大量焊接材料和坡口加工的时间。

3)通过调节焊接电流和电压,可以在较大范围内调节焊缝成形系数,有利于防止产生热裂纹。

4)渣池对焊件有预热作用,焊接碳当量较高的金属不易出现淬硬组织,冷裂倾向较小,焊接中碳钢、低合金钢时均可不预热。

5)焊缝金属和热影响区金属在高温(1000以上)停留时间长,引起晶粒粗大,使冲击韧度下降,所以焊后应进行正火和回火热处理。

65  常用电渣焊方法有哪几种?

根据采用的电极形状和是否固定,电渣焊方法主要有:丝极电渣焊、熔嘴电渣焊(包括管极电渣焊)和板极电渣焊。

⑴丝极电渣焊  电极为焊丝,通过不熔化的导电嘴送入渣池。安装导电嘴的焊接机头随金属熔池的上升而向上移动,焊接较厚的焊件时可以采用二根、三根或多根焊丝,焊丝可以在接头间隙中往复摆动以获得较均匀的熔宽和熔深,丝极电渣焊示意图见图30a

⑵熔嘴电渣焊  其电极为固定在接头间隙中的熔嘴(由钢板和钢管点焊成)和由送丝机构不断向熔池中送进的焊丝构成。随焊接厚度的不同,熔嘴可以是单个的或多个的,根据焊件形状,熔嘴电极的形状可以是规则的或不规则的。可用于大截面结构和曲线、曲面形状焊缝的焊接,熔嘴电渣焊示意图,见图30b

⑶管极电渣焊  当采用熔嘴电渣焊焊接较薄焊件时,可将熔嘴简化为一根或两根管子,在管外涂上涂料称为管极电渣焊其示意图见图30c,常用于薄板及曲线焊缝的焊接。

⑷板极电渣焊  用板极作为电极,通过送进机构不断向熔池中送进的电渣焊方法称为板极电渣焊,其示意图见图30d,常用于不宜拉成焊丝的合金钢材料的焊接和堆焊。

66  电渣焊对焊接电源有什么要求?

电渣焊电源应保证维持稳定的电渣过程,以及在焊接过程中维持焊接工艺参数的稳定性(主要是焊接电流和电压)。具体要求如下:

⑴保持稳定的电渣过程  电渣焊时,不应该出现电弧放电过程或电渣-电弧的混合过程,否则将破坏正常的焊接工艺参数,故电渣焊电源所要求的外特性与弧焊电源的外特性相反,因为空载电压低和感抗小(没有电抗器)的平特性电源。

⑵维持焊接工艺参数(焊接电流、电压)稳定不变  电渣焊时,焊丝等速送进,渣池中的电流-电压特性为上升曲线,因此当网络电压发生变化或送丝速度变化时,具有平特性的焊接电源所引起的焊接工艺参数(焊接电流、电压)小,自身调节作用强,恢复时间短。

因此,电渣焊要求有足够的功率、空载电压较低,还具有平特性的焊接电源。通常电渣焊均采用交流电源,其型号为BP13×1000BP13×3000。如果没有平特性的焊接电源,也可暂用具有下降特性的弧焊电源来代替。

67  电渣焊有哪些主要焊接工艺参数?它们对焊缝质量和焊接过程的稳定性有什么影响?

电渣焊的主要焊接工艺参数有:焊接电流、焊接电压、渣池深度、装配间隙、焊丝直径或熔嘴板厚、焊丝数目或熔嘴数目、焊丝间距或熔嘴间距、焊丝伸出长度、焊丝摆动速度、焊丝距强迫成形装置距离和停留时间等。这些参数对焊缝质量和焊接过程稳定性的影响,见表3

3  电渣焊焊接工艺参数的影响

            影 响

参 数

对焊接接头质量的影响

对焊接过程稳定性的影响

焊接电流

增大:熔池深度增加,熔宽增加,超过一定值后熔宽减小。抗热裂性能降低

增大:焊丝和金属熔池短路,造成熔渣飞溅

减小:焊丝易在渣池表面发弧

焊接电压

增大:熔宽增加,熔合比增加,焊缝收缩应力增大

减小:易产生未焊缝

减小:渣池温度降低,焊丝易和金属熔池短路,造成熔渣飞溅

增大:渣池过热,焊丝在渣池表面发弧

渣池深度

增大:熔宽减小,易产生未焊透,未熔合

减小:焊丝在渣池表面发弧

增大:渣池温度低,焊丝易和金属熔池短路,发生熔渣飞溅

装配间隙

增大:熔宽增大,应力与变形增加,热影响区增大,晶粒易粗大过小,电极易与焊件短路,操作困难,易产生缺陷

增大:便于操作,渣池稳定

减小:渣池难控制,电渣过程稳定性差

焊丝直径或熔嘴板厚

增大:熔宽增加,焊丝刚性大,操作困难,易产生缺陷

减小:电渣过程稳定性变差

焊丝数目或熔嘴数目

增多:熔宽均匀性好

影响很小

焊丝间距或熔嘴间距

对熔宽均匀性影响大,选取不当易产生裂纹和未焊透

影响很小

焊丝伸出长度

增大:电流略减小

减小:降低焊丝在间隙中的准确性,影响熔宽均匀性,产生未焊透

减小:导电嘴靠近渣池,易变形及磨损,渣池飞溅时易堵塞导电嘴

焊丝摆动速度

增大:熔宽略减小,熔宽均匀性好

影响很小

焊丝距强迫成形装置距离

增大:易产生未焊透

减小:、易和强迫成形装置引弧,甚至击穿、漏水

过近易引发电弧,影响渣池稳定性

焊丝在强迫成形装置停留时间

停留时间长,焊缝表面成形好,易焊透

影响很小

68  什么是高频焊?它有什么特点?

利用高频电流(300450kHz)的集肤效应使其在流经焊件时,在焊件表面产生电阻加热,并在施加(或不施加)顶锻力的情况下,使焊件金属间实现相互连接的一种焊接方法称为高频焊。管子纵缝采用高频焊接的原理,见图31

高频焊具有下列特点:

1)由于电流高度集中于焊接区,加热速度极快,因而焊接速度可高达150200m/min

2)因焊接速度快,焊件自冷作用强,故不仅热影响区小,而且还不易发生氧化,因此焊缝的组织和性能十分优良。

3)焊前焊件表面可以不进行清理工作,因而提高了效率。

4)能焊的金属种类广,产品的形状规格多。

目前高频焊广泛用来焊接各种材料的有缝管、异型管、散热片管等管材。

69  什么是气焊?气焊用气体有哪些?

利用气体火焰作热源的焊接法称为气焊,最常用的气焊方法是氧乙炔焊。

气焊中的常用气体有乙炔、液化石油气和氧气。

⑴乙炔  属于可燃气体,在纯氧中燃烧的火焰温度可达3150。乙炔是易爆气体,它具有以下特性:

1)乙炔温度超过300或压力超过0.15MPa时,遇火就会爆炸。

2)乙炔与空气混合,乙炔按体积计占2.2%81%时,乙炔与氧气混合,乙炔按体积计占2.8%93%时,混合气体中任何部分达到自燃温度(乙断和空气混合气体的自燃温度为305,乙炔与氧气混合气体的自燃温度为300)或遇火星时,在常压下也会爆炸。

3)贮存乙炔的容器直径越小,越不容易爆炸,当贮存在有毛细管状物质的容器中时,即使压力增高到2.65MPa时也不会爆炸。

⑵液化石油气  属于可燃气体,主要成分是丙烷。丙烷在纯氧中燃烧的火焰温度可达2800,与空气混合,丙烷以体积计占2.3%9.5%时,遇有火星,也会爆炸。

⑶氧气  属于助燃气体,会引起油脂自燃。

70  气焊、气割用设备由哪些部分组成?

气焊、气割用设备由氧气瓶、氧气减压器、乙炔发生器 (或乙炔瓶和乙炔减压器)、回火保险器、焊炬(或割炬)和橡胶管等组成,见图32

71  试述氧气瓶的构造及规格。

氧气瓶是贮存和运输高压氧气的容器,工作压力为15MPa,常用钢瓶容积为40L,外表面漆成天蓝色,并用黑漆写上“氧气”字样。氧气瓶由瓶体、瓶阀、瓶帽、瓶底和防振圈等组成,见图33。在瓶体上部瓶头内壁上加工螺纹,用以旋上瓶阀。瓶头外部套上瓶箍和防振圈,以保护瓶阀不受冲击而损坏。

72  试述气体减压器的构造及作用。

气体减压器是将氧气瓶、乙炔瓶内的高压气体降低为低压气体,并能调节气体压力的装置,常称氧气表、乙炔表、丙烷表。

常用的QD1型单级反作用式减压器,见图34。高压表的指针表示气瓶内的压力,低压表的指针表示气焊(气割)时的工作压力,工作压力可用调压螺母进行调节,当调压螺母往里推进时,工作压力增加。

几种常用减压器的型号及其性能参数,见表4

4  常用减压器的型号及其性能参数

 

进气最

高压力

MPa

工作压力

调节范围

MPa

公称流量

L/min

出气口孔

径(mm

安全阀泄气

压力(MPa

进气口

联接螺纹

 

QD1

氧气

减压器

15

0.12.5

1333

6

2.93.9

G5/8

气割

QD2A

氧气

减压器

15

0.11

66

5

1.151.6

G5/8

气焊、

气割

QD50

氧气

减压器

15

0.52.5

3667

9

G1

管道

QD20

乙炔

减压器

1.6

0.010.15

150

4

0.180.24

夹环连接

乙炔瓶

QW525/0.6

丙烷

减压器

2.5

0.010.06

100

5

0.070.12

G5/8″左

液化石油

气瓶

73  试述乙炔发生器的构造及工作原理。

乙炔发生器是使水与电石在其中进行接触、通过化学反应产生一定压力乙炔气体的装置。其化学反应式为

                    CaC2  +  2H2O ==== C2H2  +  CaOH2  +  Q

                  (电石) (水)    (乙炔)  (熟石灰)  (热量)

根据所制取乙炔压力的不同,乙炔发生器可分为低压(压力低于0.007MPa)和中压(压力0.0070.13MPa)两种。常用的Q31中压乙炔发生器,见图35

乙炔发生器由于操作较复杂,乙炔气含有杂质,有排污物等缺点,目前仅在集中的乙炔站使用,供焊工个人使用的单站发生器已逐步被乙炔瓶所取代。

74  试述乙炔瓶的构造及用途。

乙炔易溶于丙酮中,在150.1MPa时,1L丙酮能溶解23L乙炔;当压力增大至1.42MPa时,1L丙酮能溶解400L乙炔。

乙炔瓶是贮存和运输乙炔的容器。瓶体漆成白色,并用红漆写上“乙炔”和“火不可近”的字样。瓶体内装有浸满着丙酮的多孔性填料,利用乙炔易溶解于丙酮的特点,使乙炔能稳定而又安全地贮存在瓶内。多孔性填料常用活性炭、木屑、浮石和硅藻土等合制而成。乙炔瓶的工作压力为1.5MPa,使用时用乙炔减压器将乙炔压力降到低于0.103MPa方可使用。乙炔瓶的构造,见图36

75  什么是回火?

气焊、气割作业时,气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象称为回火。回火有逆火和回烧两种:火焰向喷嘴孔逆行,并瞬时自行熄灭,同时伴有爆鸣声的现象称为逆火;火焰向喷嘴孔逆行,并继续向混合室和气体管路燃烧的现象这种回火有可能烧毁焊(割)炬、管路以及引起可燃气体贮罐的爆炸称为回烧。

产生回火的原因是喷嘴孔道堵塞和喷嘴温度过高,造成气流不畅,使混合气体的喷射速度小于燃烧速度所致。

防止回火的方法是经常用通针清除喷嘴孔道内的污物及发现喷嘴过热时使其暂时冷却。

76  试述回火保险器的种类及工作原理。

装在燃料气体系统上的防止向燃气管路或气源回烧的保险装置称为回火保险器。回火保险器有水封式和干式两种,见图37

⑴水封式中压回火保险器  正常工作时,乙炔从底部进气口1进入,顶开止回阀2,经过滤清器6从出气口11进入焊(割)炬。发生回烧时,火焰从出气口11倒灌,顶开橡胶膜10,使燃烧火焰从放气口7逸入空气中,另一方面燃烧火焰压力关闭止回阀2,切割气路,使火焰无法进入乙炔气发生装置。另外,筒体内的水也阴断了火焰的通路,起到保险作用。

⑵干式回火保险器  正常工作时,乙炔气从底部进气口进入,流入较小的爆炸室,由出气口进入焊(割)炬,发生回烧时,防爆橡胶膜瞬间被冲破,使燃烧气体很快散发到空气中。其主要缺点是发生回烧后不能切割气源。

77  试述焊炬的分类及作用原理。

气焊时用于控制气体混合比、流量及火焰并进行焊接的工具称为焊炬。焊炬有射吸式焊炬和等压式焊炬两种,射吸式焊炬使用的可燃气体表压力低于0.07MPa,可燃气体靠喷射氧流的射吸作用与氧气混合,故称射吸式焊炬见图38a,氧气从喷嘴以很高速度射入射吸管3,将低压乙炔吸入射吸管。等压式焊炬使用的氧气压力与可燃气体压力相等,不靠喷射氧流的射吸作用即能进行气体的混合,见图38b。它只适用于中压乙炔。

焊炬型号的表示方法:

1H表示焊炬。

2)第一位数字“0表示手工。

3)第二位数字“1表示射吸式;“2表示等压式。

4)后缀数字表示焊接低碳钢最大厚度,单位为mm

手工射吸式焊炬型号有H012H016H0112H0120。手工等压式焊炬型号有H0212H0220。我国目前广泛使用的是射吸式焊炬,其主要优点是可以使用低压乙炔。

78  试述气焊、气割用橡胶管的颜色和规格。

气焊、气割用氧气橡胶管应为黑色,内径为8mm,工作压力为1.5MPa,试验压力为3.0MPa。乙炔橡胶管应为红色,内径为10mm,工作压力为0.5MPa或者1MPa。连接焊炬或割炬的橡胶管不能短于5m,一般以1015m 为宜,太长了会增加气体流动的阻力。

79  试述气焊火焰的种类及用途。

 氧乙炔焰由于氧气和乙炔的混合比不同,有三种火焰:中性焰、氧化焰和碳化焰见图39

中性焰是氧乙炔混合比为1.11.2时燃烧所形成的火焰,其特征为亮白色的焰心端部有淡白色火焰闪动,时隐时现。中性焰的内焰区气体为COH2,无过时氧和游离碳,因此呈暗紫色, 应用最广 ,常用于气焊低、中碳钢、纯钢、锡青铜、铝及铝合金、铅、锡、镁合金和灰铸铁等。

碳化焰是氧乙炔混合比小于1.1的火焰,其特征是内焰呈淡白色,因其内焰有多余的游离碳,所以具有较强的还原作用和渗碳作用。轻微碳化的碳化焰适用于气焊高碳钢、铸铁、高速钢、三角质合金、蒙乃尔合金、碳化钨和铝青铜等。

氧化焰是氧乙炔的混合比大于1.2的火焰,其特征是焰心端部无淡白色火焰闪动,内焰、外焰分不清,有过量的氧,因此具有氧化性。轻微氧化的氧化焰适用于气焊黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等,可减少氧的蒸发。

中性焰焰心外24mm处温度最高,达3150左右。因此,气焊时焰心离开工件表面24mm,热效率最高,保护效果最好。

80  气焊操作的方向有哪两种?

气焊的操作方向有左向焊和右向焊两种,见图40

⑴左向焊  焊丝和焊炬从焊缝的右端向左端移动,焊丝在焊炬前面,火焰指向焊件的待焊部分。其特点是操作简单方便,适于焊接较薄和熔点较低的工件。

⑵右向焊  焊丝与焊炬从焊缝的左端向右端移动,焊丝在焊炬后面,火焰指向焊件的已焊部分。其特点是焊接过程中火焰始终笼罩着已焊的焊缝金属,使熔池冷却缓慢,有助于改善焊缝的金属组织,并且热量集中,熔深大,适用于焊接厚度较大的工件,但操作较难掌握。

81  气焊的工艺参数有哪些?

⑴火焰能率  由焊炬型号及焊嘴大小决定。生产中,可根据焊件厚度选择焊炬型号和焊嘴号,见表5。气焊导热性好的焊件(如纯铜),应选用大的焊炬型号和焊嘴号。非平焊位置气焊时,应选用小的焊炬型号和焊嘴号。

⑵焊丝直径  根据焊件厚度进行选择,见表6

5  射吸式焊炬型号及参数

 

焊接低碳网厚度

mm

氧气工作压力

MPa

乙炔使用压力

MPa

焊嘴孔径(mm

1

2

3

4

5

H012

0.52

0.10.25

0.0010.10

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

H016

26

0.20.4

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

H0112

612

0.40.7

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

H0120

1230

0.60.8

2.4

2.6

2.8

3.0

3.2

 

 

 

 

 

 

 

 

6  气焊焊丝直径的选择        (mm)

工件厚度

12

23

35

510

1015

15

焊丝直径

12

2

23

34

46

68

⑶焊嘴倾斜角度  指焊嘴与焊件平面间小于90°的夹角。气焊低碳钢左向焊时,焊嘴倾角约30°~50 右向焊焊嘴倾角约50°~60°。焊嘴倾角大,火焰热量散失少,焊件加热快,温度高,所以始焊时,焊嘴倾角要大,可为80°~90°。收弧时,为填满弧坑,避免烧穿,应减小倾角。

82  试述氧气切割的基本原理及过程。

氧气切割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到燃点后,喷出高速切割氧流,使金属燃烧并放出热量而实现切割的方法。气割过程有三个阶段:

⑴预热  气割开始时,利用气体火焰(氧乙炔焰或氧丙烷焰)将工件待切割处预热到该种金属材料的燃烧温度——燃点(对于碳钢约为11001150℃)。

⑵燃烧  喷出高速切割氧流,使已达燃点的金属在氧流中激烈燃烧,生成氧化物。

⑶吹渣  金属燃烧生成的氧化物被氧流吹掉,形成切口,使金属分离,完成切割过程。

83  试述氧气切割的三条件。

金属材料要进行氧气切割应满足以下三个条件:

1)金属燃烧生成氧化物的熔点应低于金属熔点,且流动性要好。

2)金属的燃点应比熔点低。

3)金属在氧流中燃烧时能放出大量的热量,且金属本身的导热性要低。

符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。其它常用的金属材料如铸铁、不锈钢、铝和铜等由于不满足此三条件,所以不能应用氧气切割,这些材料目前常用的切割方法是等离子弧切割

84  试述气割设备的组成及割炬的构造。

气割用氧气瓶、氧气减压器、乙炔瓶(乙炔减压器、乙炔发生器)和回火保险器与气焊用的相同。

气割用割炬按其作用原理可分为射吸式和等压式两种,目前广泛使用的射吸式割炬,其构造原理见图41

割炬型号的表示方法:

1G表示割炬。

2)第一位数字“0表示手工。

3)第二位数字“1表示射吸式。

4)后缀数字表示气割低碳钢最大厚度,单位为mm

手工射吸式割炬型号有G0130G01100G01300

85  手工氧气切割的参数有哪些?如何进行选择?

手工氧气切割的参数有割炬型号、割嘴号码、割嘴孔径、切割厚度、氧气压力、乙炔压力、氧气耗量及乙炔耗量等,通常根据切割工件的厚度进行选择,见表7

86  试述氧丙烷切割的特点。

采用氧丙烷(C3H8,液化石油气的主要万分)火焰作为预热火焰的切割方法称为氧丙烷切割。

氧丙烷切割成本可比氧乙炔切割降低30%以上,切口表面光洁,棱角整齐,清渣容易,切口表面硬度和含碳量低,切割薄板时变形小,丙烷便于瓶装贮存,运输保管方便,使用安全。缺点是氧丙烷火焰温度较低为2520左右,因此切割时的预热时间稍长,氧气消耗量大,点火困难。

氧丙烷切割时,应采用明火点燃预热火焰。预热火焰开始时为氧化焰,氧丙烷混合比为51,以缩短预热时间;正常切割时用中性焰,氧乙炔混合比为3.51。氧丙烷切割速度稍低,但厚板切割速度与氧乙炔切割相近。

氧丙烷割炬的型号为G07100G07300

7  手工气割参数选择

割炬型号

G0130

G01100

G01300

割嘴号码

1

2

3

1

2

3

1

2

3

4

割嘴孔径(mm

0.7

0.9

1.1

1.1

1.3

1.6

1.6

2.2

2.6

3.0

切割厚度(mm

310

1020

2030

1025

2530

30100

100150

150200

200250

250300

氧气压力(MPa

0.2

0.25

0.3

0.3

0.4

0.5

0.5

0.65

0.8

1.0

乙炔压力(MPa

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

0.0010.1

氧气耗量(m3/h

0.8

1.4

2.2

2.22.7

3.54.2

5.57.2

9.010.8

1114

14.518

1936

乙炔耗量(m3/h

210

240

310

350400

400500

500600

680780

8001100

11501200

12501600

87  什么是快速优质切割?

利用特殊的割嘴向气割区吹送充足的、高纯度的高速氧流、加快金属的燃烧过程以提高切割速度和切口表面质量的切割方法称为快速优质切割。

快速优质切割时,其割嘴切割氧流通道呈先收缩、后扩散的拉瓦尔喷管形,见图42。当具有一定压力的气流在收缩段加速,至喉部达到临界速度,经扩散段气流扩散膨胀,加速成超音速气流,使切割速度提高40%100%,切口表面粗糙度降低到Rα6.33.2μm

出口气流速与音速之比称为马赫数(Mα)常取2。马赫数为2时的快速优质切割工艺参数,见表8

8  快速优质切割工艺参数Mα=2

工件厚度

mm

割嘴喉部直径

mm

切割氧压力

MPa

燃气压力

MPa

切割速度

cm/min

切口宽度

mm

15

510

1020

2040

4060

0.7

0.750.8

0.020.04

110.0

110.085.0

85.060.0

60.035.0

35.025.0

1.3

2040

4060

60100

1

0.750.8

65.045.0

35.038.0

38.020.0

2.0

60100

100150

1.5

0.70.75

43.027.0

27.020.0

2.8

100150

150200

2

0.7

30.025.0

25.017.0

3.5

88  试述气压焊的基本工作原理及应用。

利用氧-燃料气体火焰加热焊件端头,并施加足够的顶锻力,以形成接头的一种固态焊接方法称为气压焊,见图43。施焊时,先将焊件对接在一起,用气体火焰在焊件接头周围加热至塑性状态,施加一定压力进行顶锻,焊件端头接合在一起成为接头。

气压焊的优点是焊接区没有铸造组织、夹杂物和气孔,温度梯度小,所以对裂纹敏感性极小,不需要大功率电源。缺点是焊件端面的焊前准备要求较高,与闪光焊相比焊接速度较慢。主要用于对接钢轨、钢筋等棒材或型材,被焊材料多为碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢。

89  试述热剂焊的基本工作原理及应用。

利用金属氧化物和铝之间的化学反应所产生的大量热量(约3000),熔融金属来加热焊件和填充接头而完成焊接的一种方法称为热剂焊。热剂主要由铝粉、氧化铁、铁屑、铁合金和石墨等组成,其反应式为

金属氧化物+==氧化铝(渣)+金属+热能

热剂焊的装置及过程,见图44。采用CO2干燥的水玻璃砂预制铸型或酚醛树脂砂壳型工艺预制铸型,将两半铸型安装到待焊焊件(钢筋)的接头处,再用石棉和封箱砂加以密封,以防止钢液泄漏,焊接方向可分为水平位置和垂直位置两种。开始焊接时,用封口片将坩埚底部封好,用高温火柴引燃热剂,热剂一经点燃,就发生强烈的化学反应,产生钢液和熔渣。钢液的热量将封口片熔化,通过出钢口,浇注于待焊焊件(钢筋)之间的缝隙中。最初进入铸型的高温钢液在流过钢筋间缝隙进入预热金属贮存腔时,将钢筋的待焊端头预热,后续浇注的钢液则填满接头间隙,冷却后形成焊接接头,拆除铸型即完成焊接。

热剂焊的优点是设备简单、投资少、焊接操作简便,不需电源,尤其适于野外作业。缺点是焊缝金属为较粗大的铸造组织,性能较差。目前主要应用于焊接钢轨、钢筋、导线以及大断面铸锻件的焊接、焊修。

90  什么是堆焊?

为增大或恢复焊件尺寸,或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接称为堆焊。为达到不同目的,堆焊可分以下四种:

⑴包层堆焊  当焊件表面与腐蚀介质接触时,为使其表面具有耐腐蚀性,而在碳钢或合金钢母材上堆焊一定厚度的填充金属层。

⑵耐磨堆焊  为减轻焊件表面磨粒磨损、冲击、腐蚀、气蚀而采用的堆焊层。

⑶增厚堆焊  在焊件表面、接头边缘或者先前熔敷的金属上为恢复构件所要求的尺寸而添加焊缝金属。

⑷隔离层堆焊  焊接异种材料或有特殊要求的材料时,为保证接头质量和性能,预先在母材表面(或坡口面)上熔敷的一定成分的金属层称隔离层。熔敷隔离层的工艺过程称隔离层堆焊。

91  试述堆焊的工艺要求。

堆焊的特点在于它不是把两个分离的部件连接在一起,而仅仅是在焊件表面施焊一层熔敷金属,因此其工艺要求是:

⑴防止堆焊层的裂纹及剥离  堆焊后的焊缝金属硬度大、塑性低,尤其当堆焊金属成分与基本金属成分相差比较大时,金属的线膨胀系数较大,从而引起相当大的内应力,使堆焊层金属在堆焊后的冷却过程中容易产生堆焊层裂纹及剥离(堆焊层金属从基体上剥落下来)。防止的主要办法是设法减小堆焊时的焊接应力,具体措施是:对焊件进行整体预热或合理的局部预热,或者用隔离层堆焊的办法,即先用塑性好、强度不高的普通焊条或不锈钢焊条进行打底焊,使堆焊层与母材隔离开来。

⑵防止堆焊层的硬度不符合要求  堆焊层的硬度依靠堆焊层的合金成分来获得,而合金成分来自焊接材料(焊条、焊丝、焊剂)而不是母材。所以堆焊时,希望熔深浅、熔合比小,因此不宜采用大电流。由于母材对焊缝金属的稀释,所以堆焊第一层时硬度往往偏低,其余各层硬度逐渐提高,一般在第三层后硬度基本不再变化。

⑶防止堆焊零件变形  对细长轴及直径大而壁厚不大的圆筒形零件表面堆焊时,要考虑防止焊后变形。

92  常用的堆焊方法有哪些?各有什么特点?

几乎任何一种焊接方法都可以用于堆焊。目前最常用的是氧乙炔焰堆焊和手工电弧堆焊,氧乙炔焰堆焊时焊件加热和冷却都较慢,不易出现裂纹,堆焊位置准确,稀释率低,设备价廉,携带方便,但生产率低。手工电弧堆焊由于温度梯度大,焊层和热影响区易开裂,但生产率相对较高,对焊工的操作技能要求也较低,目前应用较普遍。

几种堆焊方法的特点比较,见表9

9  几种堆焊方法特点比较

     

%

熔敷速度

(㎏/h

最小堆焊厚度(mm

熔敷效率

%

氧乙炔焰堆焊

手工送丝

自动送丝

粉末堆焊

110

110

110

0.51.8

0.56.8

0.51.8

0.8

0.8

0.2

100

100

8595

手工电弧堆焊

1020

0.55.4

3.2

65

钨极氩弧堆焊

1020

0.54.5

2.4

98100

熔化极气体保护电弧堆焊

其中:自保护电弧堆焊

1040

1540

0.95.4

2.311.3

3.2

3.2

9095

8085

埋弧堆焊

   

   

串联电弧

3060

1525

1025

1020

815

4.511.3

11.327.2

11.315.9

1236

2268

3.2

4.8

4.8

3.0

4.0

95

95

95

95

95

等离子弧堆焊

自动送粉

手工送粉

自动送丝

515

515

515

515

0.56.8

1.53.6

0.53.6

1327

0.25

2.4

2.4

2.4

8595

98100

98100

98100

电渣堆焊

1014

1575

15

95100

93  试述堆焊金属的选择原则。

正确选择堆焊金属要考虑焊件材质、工作条件、经济合理性等。根据工作条件选择堆焊金属的一般原则,见表10

10  堆焊金属选择的一般原则

           

           

高应力金属间磨损

钴基合金

低应力金属间磨损

低合金钢

金属间磨损+腐蚀或氧化

钴基、镍基合金

低应力磨料磨损、冲击浸蚀、磨料浸蚀

高合金铸铁

低应力严重磨料磨损,切割刃

碳化物

气蚀浸蚀

钴基合金

严重冲击

高合金锰钢

严重冲击+腐蚀+氧化

钴基合金

高温下金属间磨损

钴基合金

凿削式磨料磨损

奥氏体锰钢

热稳定性,高温蠕变强度(540

钴基、镍基合金

94  如何确定堆焊时的预热温度?

焊前将焊件预热和焊后缓冷,是堆焊时防止堆焊层金属开裂和剥离的主要工艺措施。当堆焊材料为碳钢或低合金钢时,焊件的预热温度可用碳当量CeqJIS)进行估算。常用的碳当量计算公式如下

 

Mn    Si        Cr       Mo      Ni        V

    CeqJIS=C+ ── + ── + ── + ── + ── + ── (质量分数)(%

     6     24        5        4       40       14

 

不同碳当量钢材所需最低预热温度,见表11

11  不同碳当量钢材所需最低预热温度

碳当量(%

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

最低预热温度(℃

100

150

200

250

300

 

 
 
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