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焊接工艺问答之常用金属材料的焊接(2)
双击自动滚屏 发布者:chinaweld 发布时间:9/4/2006 阅读:12663

 

        

 

六、常用金属材料的焊接

 

41  试述Ni9低温用钢的焊接工艺。

Ni9钢是低碳马氏体型低温用钢,其化学成分,见表23

23  Ni9钢的化学成分(质量分数)   %

温度等级()

C

Ni

Si

Mn

P

S

-196

0.13

8.509.50

0.150.30

0.90

0.035

0.04

Ni9钢具有良好的低温韧性和焊接性,常用的焊接方法是手弧焊,其次是埋弧焊和钨极氩弧焊。

⑴焊接材料  Ni9低温钢常用的焊接材料有Ni的质量分数约60%以上的Inconel型、Ni的质量分数约40%FeNi基型、Ni的质量分数为13%的奥氏体不锈钢型和Ni11%的铁素体型等,其中Ni基与Fe-Ni基的焊接材料低温韧性好,线膨胀系数与Ni9钢相近,但成本高、屈服点偏低。Ni的质量分数为13%-Cr16%型焊接材料的成本低、屈服点高,但低温韧性稍差,线膨胀系数与Ni9钢有很大差异。

Ni9钢手弧焊用焊接材料为Ni60Cr15MoNi55Cr22Mo9Ni67Cr16Mo3Cr15Ni70Mn4Mo4Nb;埋弧焊用焊接材料为Ni67Cr16Mn3TiNi58Cr22Mo9W;钨极氩弧焊用焊接材料为Ni11Ni70Mo18CrW

⑵焊接工艺  焊前一般不预热,当板厚超过50mm时可预热50,冷变形超过3%时应进行退火处理,退火 火为550558℃。焊接线能量应控制在45kJ/cm以下,一般常用735kJ/cm

手弧焊时焊条直径不超过4mm。当采用有弧坑裂纹倾向的焊条焊接Ni9钢时,打底焊应采用穿透法焊接,把弧坑尽可能留在背面,以便清根时能把弧坑裂纹消除掉。

埋弧焊时焊丝直径不超过3.2mm

42  试述0Cr21Ni6Mn9超低温无磁钢的焊接工艺。

0Cr21Ni16Mn9N钢是奥氏体型超低温用钢,其化学成分,见表24

24  0Cr21Ni16Mn9N钢的化学成分(质量分数) (%

C

Si

Mn

Ni

Cr

N

S

P

0.08

1.0

8.010.0

5.508.0

19.5021.50

0.150.30

0.03

0.03

㈠此钢由中国科学院金属研究所研制成,目前尚未列入国标中。

0Cr21Ni16Mn9N钢焊接时的主要问题是防止出现热裂纹、降低低温韧性和预防碳化物析出。为此,焊缝中应有一定量的铁素体,以防产生热裂纹,但铁素体的存在又会使低温韧性变坏,磁性增高,目前使用的0Cr21Ni16Mn9N钢中,焊接时仅在熔合区出现少量铁素体,对低温韧性和磁性影响不大。

0Cr21Ni16Mn9N钢在650750回火时,或被加热到该温度范围的焊接热影响区会沿晶界析出大量碳化物Cr23C6,导致脆性,所以焊接时必须严格控制焊接线能量和层间温度,不能预热和后热,必要时还可采取强迫冷却的措施以防止析出碳化物。

目前,0Cr21Ni16Mn9N钢的焊接仅限于钨极氩弧焊和真空电子束焊,钨极氩弧焊时采用的填充焊丝化学成分,见表25

25  填充焊丝的化学成分(质量分数)(%

C

Si

Mn

Ni

Cr

N

S

P

0.04

0.05

8.010.0

13.016.0

19. 022.0

0.150.20

0.02

0.02

焊接根部第一层焊缝时,必须用氩气保护背面,层间温度要控制在100以下,背面只能用砂轮打磨清根,不能用碳弧气刨清根,以免渗碳。

43  试述15Mn26Al4超低温用钢的焊接工艺。

15Mn26Al4钢是为了节约NiCr而用MnAl代替的奥氏体超低温用钢,工作温度为-253,其化学成分见表26

26  15Mn26Al4钢的化学成分(质量分数)(%

C

Mn

Al

Si

S

P

0.130.19

24.527.0

3.804.70

0.6

0.035

0.035

焊接15Mn26Al4钢的主要问题是:

⑴铝的过渡系数低  铝是一种活泼元素,焊接时特别容易被烧损,过渡系数均小于50%,因此要适当提高焊接材料中铝的含量,但铝是铁素体形成元素,含量过高会出现奥氏体加铁素体的双相组织,给焊丝的冷、热加工带来极大的困难,通常用铬、钼来部分代替铝。

⑵焊缝中的气孔  铝的强烈还原作用增加了焊缝产生气孔的倾向。

⑶焊缝中的热裂纹  15Mn26Al4钢焊接时有一定的热裂倾向,在焊缝中有少量铁素体存在时,有助于消除热裂纹。

15Mn26Al4钢焊接时常用的焊接方法是手弧焊、钨极氩弧焊和埋弧焊,焊接材料见表27

27  15Mn26Al4钢用焊接材料

焊接

方法

焊接材料

化学成分(质量分数)  %

C

Si

Mn

S

P

Cr

Mo

Al

Ni

15Mn26Al3Cr

15Mn26Al3Mo

E2-26-21

0.130.19

 

0.130.19

 

 

0.20

 

2.0

 

 

2.0

 

 

0.70

25.029.0

 

25.029.0

 

6.0

0.02

 

 

0.02

 

 

0.025

0.025

 

 

0.025

 

 

0.030

1.502.50

 

__

 

 

24.028.0

 

 

1.02.0

 

2.53.5

 

 

2.53.5

 

__

 

__

 

 

__

 

 

17.021.0

钨极氩弧焊

15Mn26Al4

0.130.19

0.6

24.527.0

0.02

0.025

3.84.7

焊丝12Mn27Al6

0.15

0.6

26.028.5

0.03

0.03

焊剂(%

Ca0915, CaF24555, Al2O32028, ZrO224

SiO25, Mn12, S0.02, P0.05

焊接工艺参数:

手弧焊焊条ф4.0mmI120mm140A;ф3.2mmI80mm110A

埋弧焊焊丝ф4.0mmI450mm550AU3235Vu2835m/h

44  试述Ni18马氏体时效钢的焊接工艺。

Ni18是马氏体时效超高强钢,当含镍量大于6%时,高温奥氏体冷却至室温时将转变为马氏体组织,再加热至500,该马氏体组织仍保持稳定,因此有可能进行时效强化。Ni18马氏体时效钢的优异性能是具有高的屈服点和断裂韧性以及良好的工艺性能,其化学成分,见表28

28  Ni18钢的化学成分(质量分数)    %

C

Ni

Mn

Si

Co

Mo

Ti

Al

S

P

0.010.027

17.3318.23

0.0340.05

0.05

7.568.11

4.735.10

0.450.55

0.0450.14

0.0050.008

0.0050.007

焊接Ni18钢的主要问题是:

⑴焊接热影响区的软化  Ni18钢焊接热影响区被加热到800以上的区段,完全转变为奥氏体,冷却时转变为粗大的马氏体,性软、硬度低,需经再时效后,才能恢复其硬度。

⑵焊缝金属的强度和韧性下降  焊缝中的钛、钼会引起严重偏析,形成逆转奥氏体,使焊缝金属的强度和韧性均下降。

⑶热裂纹倾向  由于钢中含锰量少,对硫很敏感,因此焊缝有一定的热裂倾向。钛的硫化物TiS在焊接加热时被液化,冷却过程中在热影响区会形成液化裂纹。

⑷应力腐蚀  Ni18钢在11801380℃时会产生一种虽不影响韧性,但对应力腐蚀非常敏感的热脆性。

Ni18钢焊接用的焊丝化学成分,见表29

29  Ni18钢焊接用焊丝的化学成分(质量分数)  %

焊接层次

Ti

Mo

Co

Al

C

Si

Mn

Ni

P

S

N

打底层

填充层

0.38

0.30

4.87

4.50

8.08

8.06

0.02

0.11

0.014

0.01

0.05

0.05

痕迹

0.05

18.12

17.04

0.005

0.005

0.0015

0.006

0.0066

0.005

由于奥氏体向马氏体转变时的温度为155100℃,所以焊接Ni18时效钢时不应预热,层间温度也应控制在100以下,常用的焊接方法有钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊和埋弧焊,其中以钨极氩弧焊用得最多。

45  试述奥氏体高锰钢的特点及其焊接性。

奥氏体高锰钢是指碳的质量分数为0.9%1.3%、、锰的为11%14%的铸钢。这种钢在10001100℃范围内加热时,可以得到单一的奥氏体组织,然后迅速在水中冷却淬火(水韧处理)能保持单相奥氏体状态。奥氏体高锰钢具有很高的韧性,是一种非常强韧的非磁性合金,在冲击载荷作用下,表面层将发生加工硬化而具有高耐磨性,但切削加工困难,仅限于作铸件使用,广泛用于制造要求高耐磨性并承受冲击载荷的零件,牌号为ZGMn13,其化学成分,见表30

30  ZGMn13钢的化学成分(质量分数)  %

   

C

Mn

Si

S

P

ZGMn13-1

1.101.50

11.0014.00

0.301.00

0.050

0.090

ZGMn13-2

1.101.40

ZGMn13-3

0.901.30

0.300.80

0.080

ZGMn13-4

0.901.20

0.070

ZGMn13高锰钢的焊接较差,焊接时的主要问题是:

⑴热影响区碳化物的析出  高锰钢经1050水韧处理后,碳全部固溶于奥氏体中,室温下呈单相奥氏体组织,具有良好的韧性,但当重新加热超过250时,碳就会沿晶界析出碳化物,使材料的韧性大大下降,因此焊补后,在热影响区的一个区段内会不同程度地析出碳化物,不仅失去韧性变脆,而且还会降低耐磨性和冲击韧度。解决的措施是加快施焊时焊件的冷却速度,缩短在高温下停留的时间,以减少碳化物的析出。

⑵热裂纹倾向严重  ZGMn13高锰钢的线膨胀系数是低碳钢的1.6倍,但热导率仅是低碳钢的1/6,所以焊接时会产生很大的应力,在SP有害杂质的作用下,产生焊缝热裂纹和热影响区的液化裂纹。解决的措施是严格控制母材中的SP含量,特别是焊接材料中的SP含量;其次是采用锤击焊缝等工艺措施,减少焊接应力。

46  如何正确地选用ZGMn13奥氏体高锰钢焊接时的焊接材料?

⑴焊条  用于ZGMn13奥氏体高锰钢焊接的焊条为低碳钢焊芯,并在药皮中加入适量合金元素,使熔敷金属得到高锰钢的化学成分和力学性能。

用于焊接ZGMn13奥氏体高锰钢的焊条有两种类型:一种是高锰钢型焊条D256EDMn-A-16)和(EDMn-B-16),主要用于堆焊受严重冲击磨料磨损零件,如碎石机颚板等;另一种是Cr-Mn型焊条D276EDCrMo-B-16)和D277EDCrMo-B-15),其堆焊金属处于介稳定状态的高锰奥氏体,当受到强烈冲击后转变为马氏体,主要用于耐气蚀的堆焊或高锰钢堆焊,如水轮机叶片、挖掘机斗齿等。

⑵焊丝  焊接ZGMn13奥氏体高锰钢用焊丝有Mn-NiMn-CrMn-MoMo-Ni-Cr系高锰钢焊丝和Cr-NiCr-Ni-Mn系合金钢焊丝,其化学成分,见表31Cr-Ni系焊丝不仅具有较高的耐腐蚀性能,能冲击载荷下能声速被加工硬化,而且还在焊接高锰钢与碳钢或低合金钢的异种钢时容许有较高的稀释,可用来作为高锰钢与碳钢焊接时的填充材料。

31  ZGMn13高锰钢用焊丝的化学成分(质量分数)  %

 

C

Mn

Ni

Cr

Mo

Si

P

S

Mn-Ni

Mn-Cr

Mn-Mo

Cr-Ni

0.70.9

0.70.9

0.70.9

0.06

1316

1623

1316

0.74

3.55.0

2.12

9.87

12.26

20.89

0.61.4

0.41.0

0.24

0.41.0

0.017

0.07

0.07

0.013

0.01

47  试述ZGMn13奥氏体高锰钢的焊接工艺。

焊补或焊接ZGMn13奥氏体高锰钢时,应该采用热源集中、线能量小的焊接方法,如手弧焊、熔化极气体保护焊等,不推荐使用气焊和钨极氩弧焊。

焊补或焊接工艺:

1)焊前必须清理焊补处的泥垢、油垢和铁锈,仔细检查有无起层、裂纹、夹砂、气孔和缩孔等缺陷。若有这些缺陷,必须用砂轮或电弧气刨铲出。磨损的部位必须用砂轮磨去硬化层,因为硬化层的金属对裂纹十分敏感。

2)焊前不应预热,多层焊时层间温度不应超过300,以防止过热使热影响区脆化。

3)焊接时要尽可能地采用小线能量,尽量减少基本金属受热,采取措施为尽可能地加快接头的冷却。为此,用短弧、直流反极性、跳焊、短段焊、间隙焊、脉冲焊等工艺措施,采用这些措施能在一定程度上减少碳化物的析出。

4)为防止产生热裂纹,可采用Cr-MnCr-Ni奥氏体钢焊条打底。如果在低碳钢或低合金钢上堆焊ZGMn13奥氏体高锰钢时,可以先焊一层Cr-NiCR-Mn奥氏体钢作隔离焊道,以防产生裂纹。

5)焊后为消除焊接应力,可用尖锤锤击焊接区。为使熔敷金属得到奥氏体组织,锤击后要迅速将焊接区进行喷水冷却。

48  试述1Cr18Ni25Si2热处理炉用耐热钢的焊接工艺。

1Cr18Ni25Si2钢属奥氏体钢,适合在9001000高温下工作,是热处理炉用钢,其化学成分,见表32

32  1Cr18Ni25Si2钢的化学成分(质量分数)  %

C

Si

Mn

Cr

Ni

S

P

0.30.4

23

1.5

1718

2326

0.03

0.03

1Cr18Ni25Si2钢的焊接性尚可,常采用手弧焊焊接,但由于导电性、导热性较差,线膨胀系数比碳钢大1.5倍,所以当焊接熔池较大及引起焊缝金属在高温停留时间过长时,易产生热裂纹。

焊接工艺:

1)焊条选用E2-26-21-16A402)、E2-26-21-15A407)。

2)焊前一般不预热,有时为防止产生裂纹,可将焊接区预热至250300

3)焊接电源有机用直流反接。

4)采用较小的线能量,以得到浅而短小的焊接熔池,防止产生裂纹。施焊过程中焊条不作横向摆动或纵向摆动,熄弧前应将弧坑填满,防止产生弧坑裂纹。

5)焊件较厚时可采用多层焊,但层间必须仔细清除渣壳,并等温度降到近室温或预热温度后,再继续焊接。

6)为改善焊缝组织,消除焊接应力,焊后应将焊件进行热处理。热处理时将焊件加热至10501100,焊件厚度每25mm保温1h,然后水冷或空气中自然冷却。

49  试述1Cr5Mo耐热钢的焊接性及手弧焊工艺。

1Cr5Mo属于中合金马氏体耐热钢,其化学成分,见表33

33  1Cr5Mo钢的化学成分(质量分数)  %

C

Si

Mn

Cr

Mo

S

P

0.6

4.06.0

0.450.60

0.03

0.035

1Cr5Mo钢焊接性较差,在空气中冷却时具有淬硬倾向,易产生裂纹,为此,焊前需采取预热措施,焊后还需进行适当的热处理。

1Cr5Mo钢常用的焊接方法是手弧焊和气焊,手弧焊时可分别采用不锈钢焊条或耐热钢焊条进行施焊。

⑴采用不锈钢焊条的焊接工艺

1)焊条选用E1-23-13-15A302)、E1-23-13-16A307)。

2)焊前将坡口面及其两侧各10mM范围内的污物清理干净,并将焊口预热至200

3)定位焊用焊条应与正式焊接相同,管子焊接时定位焊缝应均布4点,管子的两端头应用尖铲削或缓坡形,不允许有裂纹、夹渣存在。

4)焊条按规定要求进行烘焙。

5)施焊过程中,应不使焊件受风、雨的侵袭。焊接管子时应将其两端堵死,避免受管内过堂风影响。

6)每个接头尽量要连续焊完,不得已中断时,焊口要用石棉包好,使其缓冷,再焊时需重新预热。

7)施焊时采用短弧焊,层间焊道接头应互相错开3050mm

8)弧坑应填满,换焊条动作要快,不得随意在焊件表面引弧,防止损伤表面材质。

9)层间应彻底清渣,施焊过程中,焊口两侧各100mm区域内,温度不应低于预热温度。

10)焊后焊缝应缓慢冷却。

⑵采用耐热钢焊条的焊接工艺

1)焊条选用E1-5MoV-15R507)。

2)定位焊前应进行预热,预热温度按焊件壁厚选取;壁厚<16mm,预热200250;壁厚1624mm预热250300;壁厚>24mm,预热300350

3)施焊过程中焊件温度不低于200250

4)焊后立即进行无中断高温回火处理,消除焊接应力。处理工艺参数为:升温速度不大于200/h,加温至750±10;保温时间为24h;降温速度不大于200/h,降至250后空冷。

50  试述1Cr5Mo耐热钢的气焊工艺。

管壁较薄的1Cr5Mo钢管可采用气焊。

气焊用焊丝有不锈钢H1Cr24Ni3H1Cr24Ni20或耐热钢H1Cr5Mo

施焊时,可先用气焊火焰将焊口处预热到200以上,预热时注意不要用火焰直接加热坡口,以防止钝边处过热而发生氧化或淬火硬化,以及防止可能引起的气孔和裂纹,火焰加热的位置应是离开坡口约1/2的管径处,加热时应不断地摆动火焰,以防止局部过热和加热不均匀。

焊接时如采用H1Cr5Mo焊丝,焊后应进行热处理。热处理温度为750±10,保温11.5h。热处理加热宽度范围为坡口面两侧加热长度至少各等于管子直径,保温后缓冷到450~℃以后,在静至空气中自然冷却。如采用H1Cr24Ni13H1Cr24BNi200O焊丝,焊后可不进行热处理。

51  试述铸铁的焊接性。

含碳量大于2%的铁碳合金称为铸铁。铸铁中除了含有FeC以外,还含有SiMnPS等元素,某些特殊用途的合金铸铁中,还分别含有CuMgNiMoAl等元素。

当铸铁中的碳以片状石墨的形式分布,并断面呈暗灰色时称为灰铸铁。灰铸铁具有良好的耐磨、吸振及切削加工性,应用最广。铸铁中的碳如果以球状石墨的形式分布时称为球墨铸铁。球墨铸铁有较高的强度和一定的塑性,可部分代替碳钢使用。铸铁中的碳如果以渗碳体(Fe3C)的形式存在,并断面呈银白色时称为白口铸铁。白口铸铁性硬而脆,难加工,很少直接应用。将白口铸铁加热至930后缓慢冷却,经较长时间的退火处理,Fe3C就分解为团絮状的石墨称为可锻铸铁。可锻铸铁有较高的强度和塑性,但并不能锻造。铸铁中的碳如果处于球状和片状之间的蠕虫状时称为蠕墨铸铁。蠕墨铸铁具有既接近球墨铸铁的强度、刚度、一定的韧性和良好的耐磨性,又具有与灰铸铁近似的铸造性能和良好的导热性,它是一种新型的铸铁材料。

铸铁是一种焊接性较差的材料,如果焊接材料和工艺措施选用不当,焊缝和热影响区会产生白口淬硬和裂纹三种严重的缺陷。

52  试述铸铁焊补时产生白口的原因及预防措施。

铸铁焊补时,往往会在焊缝和母材交界的熔合线处生成一层白口铸铁,严重时会使整个焊缝断面白口化,其硬度可高达600HBW,极难进行机械加工。

产生白口的原因:一方面是由于焊缝的冷却速度快,特别是在熔合线附近处的焊缝金属是冷却最快的地方;另一方面是焊条选择不当,使焊缝中的石墨化元素含量不足。

防止产生白口的措施:

⑴减慢冷却速度  延长熔合区处于红热状态的时间,使石墨能充分析出,具体措施是焊前对焊件进行预热和焊后保温缓冷。

⑵增加石墨化元素含量  铸铁中常存的CSiMnSP元素中,CSi是强烈的石墨化元素,只有当(C+Si%含量达到一定值时,在适当冷却速度配合下,才能使焊缝获得灰铸铁组织。因此,选择含硅、碳较高的焊接材料是防止产生白口的常用方法之一。

⑶采用异质材料焊接  采用镍基、铜基、钢基焊缝的焊接材料,使焊缝不是铸铁组织,因而从根本上避免了产生白口。

53  试述铸铁焊补时产生淬硬组织的原因及预防措施。

铸铁焊补时,在焊缝及热影响区均会产生马氏体转变,形成淬硬组织。

当采用低碳钢焊条焊接铸铁时,即使采用较小的焊接电流,母材在第一层焊缝中所占的百分比也将为25%30%,当铸铁的碳的质量分数为3.0%时,第一层焊缝的平均碳的质量分数将为0.75%0.9%,属于高碳钢。这种高碳钢焊缝在电弧冷焊后将会出现马氏体组织,其硬度可达500HBW左右。

焊接接头中的熔合区,由于冷却速度快,在共析转变温度区间,可出现奥氏体转变成马氏体的过程。

因此,铸铁焊补后,由于白口和淬硬的共同作用,使焊缝和热影响区局部出现高硬度,经机械加工带来很大的困难。用碳钢或高速钢刀具往往加工不动,用硬质合金刀具虽可勉强加工,但“打刀”的危险性很大,即刀具从硬度较低的灰铸铁(160240HBS)上切削过来,突然碰上高硬度带,容易打刀,并加剧刀具的磨损。现在用的钻头大都用高速钢制造,故用钻头对有白口层或淬硬区的灰铸铁进行钻孔是非常困难的。生产实践说明,当灰铸铁的焊接接头的最高硬度在300HBS以上时,就很难进行切削加工。

预防铸铁焊补时产生淬硬组织的措施是对焊件进行焊前预热和采用异质焊缝的焊接材料。

54  试述铸铁焊补时产生裂纹的原因及预防措施。

铸铁焊补时可能产生冷裂纹和热裂纹两种类型的裂纹。

⑴冷裂纹  冷裂纹可能出现在焊缝或热影响区上,并且发生在400以下。

当焊缝为铸铁型时,易于出现焊缝冷裂纹。裂纹发生时常伴随着可听见的较响的脆性断裂声音,焊缝较长时或焊补刚性较大的缺陷时,常发生这种裂纹。其产生的原因是:焊接过程中由于焊件局部不均匀受热,焊缝在冷却过程中受到很大的拉应力,由于铸铁强度低,400以下基本无塑性,当拉应力超过此时铸铁的抗拉强度时,即发生焊缝冷裂纹。当焊缝中存在白口铸铁时,由于白口铸铁的收缩率(2.3%)比灰铸铁的收缩率(1.26%)大,故焊缝更易出现冷裂纹,特别是当焊缝强度大于母材时,冷却过程中母材牵制不住焊缝的收缩,结果在结合处母材被撕裂,这种现象称为“剥离”。

当焊接接头刚性大、焊补层数多,焊补金属体积大,使焊接接头处于高应力状态时,如焊缝金属的屈服点又较高,难于通过其塑性变形来松驰焊接接头的高应力,则焊接裂纹易于在热影响区的白口区或马氏体区产生,形成热影响区冷裂纹。

防止冷裂纹最有效的办法是对焊补件进行550700℃的整体预热,其次是采用异质焊缝的焊接材料。

⑵热裂纹  当采用镍基焊接材料(如Z308Z408Z508焊条)及一般常用的低碳钢焊条焊补铸铁时,焊缝金属对热裂纹较敏感。产生的原因是:采用镍基材料焊补铸铁时,由于铸铁含SP高,形成较多的低熔点共晶物,如Ni-Ni3S2(熔点644)、Ni-Ni3P(熔点880);采用低碳钢焊条焊补铸铁时,第一、二层焊缝会从铸铁溶入较多的CSP,因此使第一、二层焊缝的热裂程度增加。

防止产生热裂纹的方法是调整焊缝的化学成分,加入稀土元素,增强脱硫、脱磷的能力,减小熔合比,降低焊接应力等。

55  常用灰铸铁的牌号及其焊接方法有哪些?

灰铸铁是应用最广泛的铸铁,其化学成分,见表34

34  灰铸铁的化学成分(质量分数)  %

C

Si

Mn

P

S

2.04.5

0.53.5

0.31.5

1

0.15

目前灰铸铁的牌号有HT100HT150HT200HT250HT300HT350HT400

由于焊补的要求多种多样(焊后加工性、致密性、焊缝金属颜色与母材的配合、焊接接头强度及焊补成本的要求不同)及焊补对象不同(铸件壁厚、缺陷所处位置刚性、缺陷种类及焊补后的使用条件等的不同),有多种焊补方法及焊接工艺,其分类如下:

 

56  试述灰铸铁电弧热焊和半热焊的工艺特点。

焊前将铸件整体或局部预热至600700℃,在焊补过程中保持这一温度,并在焊后采取缓冷措施的工艺方法称为热焊。预热温度在300400℃称为半热焊。

热焊有着突出的优点,通过预热和缓冷,使焊接接头冷却速度缓慢,可避免产生白口及淬硬组织,保证接头有良好的切削加工性能,由于预热温度较高,使焊缝与母材的温差变小,大大地降低了接头的热应力。灰铸铁在600700℃时有一定的塑性,伸长率可达2%3%,因此可有效地防止产生焊接裂纹。热焊多采用铸铁型焊接材料,使焊缝的组织、硬度、其它物理性能以及颜色等都与母材接近,铸铁热焊能获得质量最佳的焊接接头。其缺点是劳动条件恶劣,生产成本高,生产率较低。

热焊适用于冷速慢的薄壁铸件,结构复杂、刚性较大易产生裂纹的部件,以及对焊补区硬度、颜色、密封性、承受动载荷等要求较高的零、部件。

半热焊由于预热温度低,冷却速度较快,需要在石墨化能力更强的焊接材料配合下才能获得灰口组织,但能改善劳动条件,简化焊接工艺。对于刚度较大铸件的焊补,半热焊还具有一定的裂纹倾向。

57  试述灰铸铁电弧热焊和半热焊的焊补工艺。

焊补工艺如下:

⑴焊条的选用  热焊选用铸铁芯石墨化焊条EZC(牌号Z348),焊芯直径为612mm,电源交、直流两用。通过焊芯和药皮的熔化共同向焊缝过渡CSi等石墨化元素。半热焊选用钢芯石墨化型焊条EZFe(牌号Z208),焊芯为H08A,其直径在5mm以下药皮中含有较多的CSiAl等石墨化元素向焊缝过渡。

⑵焊前准备  铲除缺陷至露出金属本色,用扁铲、风铲、砂轮等开坡口。坡口上缘稍大,底面应圆滑过渡,四周可用黄泥围筑造型,以防铁液流失,见图6

⑶预热  可采用气乙炔焰或加热炉进行。

⑷焊补  从缺陷中心引弧,逐渐移向边缘,较小缺陷连续填满,缺陷较大时,逐层堆焊直到填满。

⑸焊后保温用保温材料覆盖铸件使其缓冷,重要铸件可进行600700℃的消除应力热处理。

58  试述灰铸铁气焊的焊补工艺。

用氧乙炔焰焊补灰铸铁有一系列优点:由于气体火焰的温度比电弧低,热量不集中,加热速度缓慢,焊前可利用气体火焰对铸件进行预热,焊后可利用气体火焰对焊补区继续加热,使其缓慢冷却,因此可有效地防止白口、淬硬组织和裂纹的产生。因此,气焊目前仍是焊补灰铸铁的主要方法之一。

⑴焊丝及熔剂  气焊灰铸铁用焊丝型号为RZC-1RZC-2,其化学成分,见表35

35  气焊灰铸铁用焊丝化学成分(质量分数) (%

 

C

Si

Mn

S

P

Fe

RZC-1

3.203.50

2.703.00

0.600.75

0.10

0.500.75

余量

RZC-2

3.504.50

3.003.80

0.300.80

0.50

气焊熔剂(气焊粉)的作用是去除熔池表面的高熔点SiO21713),牌号为CJ201,主要成分是脱水硼砂和苏打。

⑵焊炬及焊嘴  宜选用功率较大的大、中号焊炬。铸件壁厚20mm以下者,可选用ф2mm孔径的焊嘴;壁厚20mm以上都,可选用ф3mm孔径的焊嘴。

⑶焊补工艺

1)用中性焰进行焊补。先将母材加热至熔化温度,将焊丝煨热,蘸上熔剂送入熔池。

2)火焰的焰心距熔池表面10mm左右,施焊过程中,应使火焰始终盖住熔池,以加强保护。

3)焊接开始时可用焊丝括去缺陷,挖出坡口。焊接过程中将焊丝端头插入熔池底部,进行摩擦、搅动,使气体能从熔池中充分逸出,防止产生气孔。

4)焊后应使焊缝高出母材表面23mm,与母材保持平滑过渡,焊后继续用气体火焰加热焊补区,使接头缓慢冷却。

59  试述灰铸铁铸铁型焊缝电弧冷焊的工艺特点。

电弧冷焊焊工的劳动条件好,工艺过程简单,生产效率高,成本低。但由于冷却速度快,接头的白口及裂纹的问题比较突出。焊条仍采用EZC(牌号Z248)和EZFe(牌号Z208),工艺安排总的原则是要有较大的缺陷体积,采用大电流、连续焊。具体施焊时要注意下列几点:

1)大型焊件存在较大缺陷(缺陷体积在60100cm3) 时,为了防止产生冷裂纹,焊补时应分区、分段填满,待每区段焊高出母材3 5mm时,再向前推进一区段,见图7。切忌电弧快速全面铺展,不宜分层堆焊。亦可在缺陷中部先用石墨板隔成两半,分两次焊补,先连续焊完一半,取出石墨板,再焊补另一半。收尾时,将电弧沿焊完的缺陷表面均匀摆动,使焊道平整,冷却减慢。

2)大型焊件存在中等缺陷(缺陷体积在2050cm3)时, 采用连续焊工艺1次焊完,可获得没有裂纹,能进行加工的焊接接头。

3)体积小于20 cm3小缺陷的焊补时,除1次连续填满缺陷外,再向上堆高35mm,趁焊缝表面还处于红热状态,用钢板刮去高出部分,接着再堆高35mm,反复进行3次以上,若缺陷越小或焊件越大,则反复进行堆高的次数应越多。

电弧冷焊焊接电流的选用,见表36

36  电弧冷焊焊接电流的选用

焊件厚度(mm

1525

2540

40

焊条直径(mm

5

6

810

焊接电流(A

250300

300360

350500

60  试述灰铸铁非铸铁型异质焊缝电弧冷焊焊条的选用。

非铸铁型异质焊缝金属的性质分为镍基、钢基两大类。

⑴镍基铸铁焊条  特点是焊缝硬度较低、熔合区白口层薄,且呈断续分布,焊缝的颜色与灰铸铁相接近,适用于加工面的焊接。

镍基铸铁焊条有下列三种:

1EZNi型纯镍铸铁焊条(牌号Z308)是纯镍芯、强石墨化型药皮的铸铁焊条。电源可交、直流两用,进行全位置焊接。施焊时,焊件可不预热,这是铸铁冷焊焊条中抗裂性、切削加工性、操作工艺及力学性能等综合性能较好的一种焊条,广泛使用于铸铁薄件及加工面的焊补。

2EZNiFe型镍铁铸铁焊条(牌号Z408)是镍铁芯(Ni的质量分数为55%Fe45%)、强石墨化型的铸铁焊条。电流可交、直流两用,进行全位置焊接。施焊时,焊件可不预热,具有强度高、塑性好、抗裂性优良,与母材熔合好等特点。熔合区白口宽度为0.1mm左右,加工性比EZNi型纯镍铸铁焊条稍差,可用于重要灰铸铁的焊补。

3EZNiCu型镍铜铸铁焊条(牌号Z508)是镍铜合金焊芯(Ni的质量分数为70%Cu30%)、强石墨化药皮的铸铁焊条。电源可交、直流两用,进行全位置焊接。其工艺性能和切削加工性能接近EZNiEZNiFe型焊条,但由于收缩率较大,焊缝金属的抗拉强度较低,不宜用于刚度大的铸件焊补。可在常温或低温预热(预热至300左右)焊接,用于强度要求不高、塑性要求好的灰铸件的焊补。

⑵钢基铸铁焊条  焊条采用低碳钢焊芯,焊后焊接接头中易出现热裂纹、冷裂纹和淬硬组织,熔合区白口宽度较大,焊接质量不能令人满意,但价格便宜,目前仍有一定应用。

钢基铸铁焊条有下列三种:

1EZFe-1型低碳芯氧化性药皮焊条(牌号Z100),药皮中含有较多赤铁矿、大理石等强氧化性物质,目的是通过碳的氧化反应来降低焊缝中的含碳量。第一层焊缝的碳的质量分数平均为0.8%,属高碳钢,焊缝硬度达4050HRC,熔合区白口层宽约0.2mm,接头无法加工。常用于不要求加工、致密性及受力较低的缺陷部位的焊补。

2EZFe-2型低碳钢芯铁粉型焊条(牌号Z122Fe),药皮为钛钙型。加入低碳铁粉的目的是降低焊缝的含碳量。第一层焊缝碳的质量分数可降至0.48%0.56%,属中碳钢上限,最高硬度达320HBS,仍难于加工。常用于非加工面的焊补。

3EZV型低碳钢芯低氢型药皮高钒铸铁焊条(牌号Z116Z117)。焊敷金属中钒的质量分数达11%,最大优点是焊缝具有优越的抗裂性能。致密性好、塑性高(伸长率28%36%),且抗拉强度可高达558MPa。但熔合区的白口较严重,加工困难。常用于非加工面的焊补。

此外,CO2CO2+O2保护焊,采用H08Mn2Si细丝(ф0.8mm1.0mm)焊补铸铁获得了一定应用,但加工性仍较差。

钢基焊缝的颜色与灰铸铁的颜色相差较大,当要求两者颜色一致时,钢焊条无法满足要求。

61  试述灰铸铁非铸铁型异质焊缝电弧冷焊的焊接工艺。

工艺特点如下:

1)在保证电弧稳定燃烧的前提下,采用尽可能小的焊接电流,焊接第一、二层焊缝时,宜选用小直径焊条,焊接电流可按焊条直径的2934倍进行选用。

2)在保证焊缝正常成形及母材熔合良好的前提下,采用尽可能快的焊接速度,并尽量压低电弧,采用短弧焊。

3)采用短段焊、断续焊、分散焊及焊后立即锤击焊缝工艺,以降低焊接应力,防止产生裂纹 。一般每次焊缝长度为1040mm

4)采用合理的焊接方向及顺序,以减少应力。厚板多层焊时的焊接顺序,应先焊坡口面焊道 ,再焊中间层焊道,见图8

62  试述球墨铸铁的牌号及其焊接性。

常用球墨铸铁的牌号有QT400-18QT450-10QT500-7QT600-3等。

球墨铸铁的焊接性较差,因为MgRE(稀土)等球化剂都是阻碍石墨化的元素,所以白口现象比较严重,并且在冷却过程中热影响区也会形成淬硬组织,硬度可高达620700HBW,使焊后机械加工发生困难。但由于球墨铸铁本身的强度和塑性较好,所以焊接时不易产生裂纹。

63  试述球墨铸铁的焊接工艺。

焊接工艺如下:

⑴气焊  焊丝采用型号为RZCQ型球墨铸铁焊丝(牌号HS402),熔剂采用CJ201。火焰采用还原焰,结构复杂的铸件或大铸件须采用热焊,预热温度600700℃,焊后缓冷。焊后铸件可进行两种热处理:

正火:随炉升至900920℃保温12h,出炉空冷。

退火:随炉升至900920℃保温12h,随炉冷至550,保温1h,出炉空冷。

⑵手弧焊  采用同质焊缝时,焊条可选用型号为EZCQ铁基球墨铸铁焊条,目前有两种牌号,一是铸铁芯强石墨化型,焊条直径为410mm,牌号为Z258;二是低碳钢芯强石墨化焊条,牌号为Z238,焊前应将焊件预热至500左右,焊后保温缓冷,经退火焊补处有可能进行切削加工(硬度200HBS)。

焊接时采用大电流、连续焊工艺,焊接电流可按焊条直径的3660倍选取。

采用异质焊缝时,焊条选用EZNiFeZ408)和EZVZ116Z117)。焊接时应遵守冷焊焊接工艺,焊后能进行切削加工,但焊缝有一定的热裂倾向。

64  试述蠕墨铸铁的焊接工艺。

蠕墨铸铁除含有CSiMnSP等元素外,还含有少量稀土蠕化剂,但其稀土含量比球墨铸铁低,故焊接接头形成白口的倾向比球墨铸铁的小、比灰铸铁大,力学性能高于灰铸铁而低于球墨铸铁,抗拉强度为300500MPa,δ为1%6%

⑴气焊  焊丝牌号为HS403,熔剂采用CJ201,用中性焰焊接,焊件焊前预热650,焊后所得焊缝蠕化率达60%70%,基本组织为铁素体加珠光体,无渗碳体出现,最高硬度为230HBS,焊接接头的抗拉强度为370MPa,δ为1.7%,基本与母材相匹配。

⑵同质焊缝的电弧冷焊  采用牌号为Z288钢芯蠕墨铸铁电弧冷焊焊条,焊芯材料H08A,外涂强石墨化药皮,并加入适量蠕墨化剂。在缺陷直径大于40mm、深度大于8mm的情况下,配合大电流、连续焊工艺,可使焊缝蠕化率达50%以上。焊缝基体组织为铁素体加珠光体,无渗碳体出现,焊接接头最高硬度为270HBS,有良好的加工性,焊接接头的抗拉强度为390MPa,伸长率为2.5%,能与母材相匹配。

⑶异质焊缝电弧冷焊  采用牌号为Z308的纯镍蠕墨铸铁电弧冷焊焊条,具有最好的加工性,焊接接头的抗拉强度可达298MPa,伸长率为6%,能与母材相匹配。

蠕墨铸铁焊条、焊丝目前尚未列入国家标准型号。

65  试述可锻铸铁的焊接工艺。

由于可锻铸铁中的碳、硅含量比灰铸铁低,异质焊缝熔焊时焊缝及半熔化区形成白口倾向更为严重。这是可锻铸铁焊接性突出的问题。

⑴黄铜钎焊  焊丝为HS221,钎剂为100%的脱水硼砂,用氧乙炔焰加热焊补表面至900930℃(亮红色),焊丝端头也加热至发红,然后蘸上少许硼砂开始焊补。为防止锌的蒸发,采用弱氧化焰。焊嘴与熔池表面距离控制在815mm。焊后用火焰适当的加热焊缝周围。对于焊补区刚性较大的部位,焊后轻轻锤击焊缝,可减小裂纹倾向。

黄铜钎焊可用于可锻铸铁加工面的焊补。

⑵电弧冷焊  E4303E5016EZV和不锈钢焊条。施焊时采用小电流、多层焊,用于焊后不加工的场合。如果焊后需要加工,可用ф2mm以下的奥氏体不锈钢焊条或镍基铸铁焊条,进行不移动电弧的定位焊,每次焊接时间缩短至1s,以刚熔合为宜。用这样的定位焊铺满坡口底部以后,再用电弧冷焊工艺填满坡口。

66  试述铝及铝合金的焊接性。

⑴强的氧化能力  铝在空气中极易与氧结合生成致密结实的Al2O3膜薄,厚度约0.1μmAl2O3的熔点高达2050,远远超过铝及铝合金的熔点(约660),而且体积质量大,约为铝的1.4倍。焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,并易形成夹渣。氧化膜还会吸附水分,焊接时会促使焊缝生成气孔。因此,焊前必须严格清理焊件表面的氧化物,并加强焊接区域的保护。

⑵较大的热导率和比热容  铝及铝合金的热导率和比热容约比钢大1倍,焊接过程中大量的热量被迅速传导到基体金属内部。因此,焊接铝及铝合金比钢要消耗更多的热量,焊前常需采取预热等工艺措施。

⑶热裂纹倾向大  线膨胀系数约为钢的2倍,凝固时的体积收缩率达6.5%左右,因此焊接某些铝合金时,往往由于过大的内应力而产生热裂纹。生产中常用调整焊丝成分的方法来防止产生热裂纹,如使用焊丝HS311

⑷容易形成气孔  形成气孔的气体是氢。氢在液态铝中的溶解度为0.7mL/100g,而在660凝固温度时,氢的溶解度突降至0.04ml/100g,使原来溶解于液态铝中的氢大量析出,形成气泡。同时,铝和铝合金的密度小,气泡在熔池中的上升速度较慢,加上铝的导热性强,熔池冷凝快,因此,上升的气泡往往来不及逸出,留在焊缝内成为气孔。弧柱气氛中的水分、焊接材料及母材表面氧化膜吸附的水分都是氢的主要来源,因此焊前必须严格做好焊件的表面清理工作。

⑸接头不等强度  铝及铝合金的热影响区由于受热而发生软化、强度降低使接头与母材无法达到等强度。纯铝及非热处理强化铝合金接头的强度约为母材的75%100%;热处理强化铝合金的接头强度较小,只有母材的40%505

⑹焊穿  铝及铝合金从固态转变为液态时,无明显的颜色变化,所以不易判断母材温度,施焊时常会因温度过高无法察觉而导至焊穿。

67  铝及铝合金焊前应进行哪些准备工作?

⑴焊前清理  清理的目的是去除焊件表面的氧化膜和油污,这是防止产生气孔、夹渣的重要措施。

1)化学清洗  效率高、质量稳定、适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的焊件。化学清洗分浸洗法和擦洗法两种,清洗剂及清洗工艺,见表37

37  铝及铝合金的化学清洗法

    工艺

 

材料

 

   

冲洗

中 和 光 化

冲洗

干 燥

NaOH溶液的

质量分数

温度

(℃)

时间

(min)

HNO3溶液的

质量分数

温度

(℃)

时间

(min)

纯铝

汽油煤油

6%10%

4050

20

清水

30%

室温

13

清水

风干或

低温干燥

铝镁、

铝锰合金

汽油煤油

6%10%

4050

7

清水

30%

室温

13

清水

风干或

低温干燥

2)机械清理  先用有机溶剂(丙酮、松香或汽油)擦拭焊件表面的油污,然后用细铜线刷至表面露出金属光泽,或者用刮刀清理表面。清理后的焊件应在4h内施焊,否则应重新清理。

⑵垫板  为了保证焊透并使焊件不致焊穿或塌陷,焊前可在接缝下面安放垫板。垫板材料可采用石墨、不锈钢或碳钢,表面开一圆弧形槽,以保证反面焊缝成形。

⑶预热  对薄、小的焊件一般可以不用预热。焊接厚度超过5mm的焊件时,为了使接缝附近达到所需要的温度,焊前应对焊件进行预热,预热温度为100300℃。

68  铝及铝合金焊后应进行哪些清理工作?

焊件焊后留在焊缝及邻近的残存熔剂和焊渣,需要及时清理干净,否则在空气、水分的作用下,残存的溶剂和焊渣会破坏具有防腐作用的氧化铝薄膜,激烈的腐蚀焊件。因此,焊后应立即严格清除焊件上残存的污物。

常用的清渣方法和步骤:

1)在热水中用硬毛刷仔细地洗刷焊接接头。

2)将焊件在温度为6080、质量分数为2%3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗约510min,并用硬毛刷仔细洗刷。

或者将焊件放于1520℃质量分数为10%的硝酸溶液中浸洗1020min

3)在热水中冲刷洗涤焊件。

4)将焊件用热空气吹干或在100干燥箱内烘干。

69  试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺。

⑴焊丝的选用  铝及铝合金用焊丝牌号见表38。其中HS311是一种通用焊丝,采用这种焊丝焊接时,金属流动性好,有较高的抗热裂性能,并能保证一定的强度。但在焊接铝镁合金时,焊缝中会出现脆性化合物Mg2Si,降低接头的塑性和耐腐蚀性。焊接铝镁合金时应采用HS331 

38  铝及铝合金用焊丝牌号

统一

牌号

名称

化学成分(质量分数)(%)

焊缝力学性能

 

Mg

Mn

Si

Fe

Al

母材

抗拉强度

MPa

HS301

纯铝焊丝

余量

纯铝

7080

纯铝及接头质量要求不高的铝合金

HS311

铝硅合金焊丝

46

余量

LF21

120140

  除铝镁合金以外的铝合金

HS321

铝锰合金焊丝

1.01.6

余量

LF21

120140

铝锰合金

HS331

铝锰合金焊丝

4.55.7

0.20.6

0.20.5

0.4

余量

LF5

220260

铝镁合金

 

⑵焊接接头及坡口形式  坡口形式见表39

⑶焊接电源  应选用交流电源。

70  试述铝及铝合金钨极氩弧焊的焊接工艺参数。

铝及铝合金手工钨极氩弧焊和自动钨极氩弧焊的焊接工艺参数,分别见表4041

40  铝及铝合金手工钨极氩弧焊焊接工艺参数

焊件厚度

(mm)

焊丝直径

mm

钨极直径

mm

预热温度

(℃)

焊接电流

A

氩气流量

(L/min)

喷嘴孔径

mm

焊接层数

(正面/反面)

  

1

1.5

2

3

4

5

6

8

10

12

14

16

18

20

1620

2225

1.6

1.62.0

22.5

23

3

34

4

45

45

45

56

56

56

56

56

56

2

2

23

3

4

4

5

5

5

56

56

6

6

6

6

67

100

100150

150200

180200

200220

200240

200260

200260

200260

4060

5080

90120

150180

180200

180240

240280

160320

280340

300360

340380

340380

360400

360400

300380

360400

79

79

812

812

1015

1015

1620

1620

1620

1822

2024

2024

2530

2530

2530

3035

8

8

812

812

812

1012

1416

1416

1416

1620

1620

1620

1620

2022

1620

2022

1

1

1

1

12/1

12/1

12/1

2/1

34/12

34/12

34/12

45/12

45/12

45/12

23/23

34/34

卷边焊

卷边或单面对接焊

对接焊

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

Y形坡口对接

V形坡口对接

V形坡口对接

41  铝及铝合金自动钨极氩弧焊焊接工艺参数

焊件厚度

(mm)

焊接层数

钨极直径

mm

焊丝直径

mm

喷嘴孔径

mm

氩气流量

(L/min)

焊接电流

A

送线速度

(m/h)

1

2

3

4

5

68

812

1

1

12

12

2

23

23

1.52

3

4

5

5

56

6

1.6

1.62

2

23

23

3

34

810

810

1014

1014

1216

1418

1418

56

1214

1418

1418

1620

1824

1824

120160

180220

220240

240280

280320

280320

300340

6570

6570

7075

7075

7580

8085

71  试述铝及铝合金熔化极氩弧焊的焊接工艺参数。

自动及半自动熔化极氩弧焊焊接铝及铝合金时的焊接工艺参数,分别见表42、表43。焊接电源采用直流反接。

 42  铝及铝合金自动熔化极氩弧焊焊接工艺参数

焊件

 

牌号

焊丝

 

牌号

焊件

厚度

(mm)

坡口

 

形式

坡口尺寸

焊丝

直径

 

喷嘴

孔径

 

氩气

流量

(L/min)

焊接

电流

(A)

电弧

电压

(V

焊接

速度

 (m/h)

备注

钝边

(mm)

坡口

角度

(°)

间隙

(mm)

LPS

SAiMg5

5

2.0

22

28

240

2122

42

单面焊双面成形

L2L3

L2

6

8

10

12

14

16

20

25

2830

V

V

V

V

V

V

V

V

4

6

8

10

12

16

21

16

100

100

100

100

100

100

100

100

00.5

00.5
0
1

01

01

01

01

01

01

2.5

2.5

3.0

3.0

4.0

4.0

4.0

4.0

4.0

22

22

28

28

28

28

28

28

28

3035

3035

3035

3035

4045

4045

5060

5060

5060

230260

300320

310330

320340

380400

380420

450500

490550

560570

2627

2627

2728

2829

2931

2931

2931

2931

2931

25

2428

18

15

18

1720

1719

1315

正反面均焊1

LF2

LF3

LF3

LF5

12

18

20

25

V

V

V

8

14

16

16

120

120

120

120

01

01

01

01

3.0

4.0

4.0

4.0

22

28

28

28

3035

5060

5060

5060

320350

450470

450700

490520

2830

2930

2830

2931

24

18.7

18

1619

LY11

SAISi5

50

V

68

75

00.5

4.2

28

50

450500

2427

1518

  也可采用双面U形坡口

钝边68mm

 

72  试述铝及铝合金的气焊接接工艺。

⑴接头形式  铝及铝合金气焊时不宜采用搭接接头和T形接头,因为这些接头易于残留气焊熔剂和焊渣,不便焊后清理,其接头形式见图9

⑵火焰和焊嘴号码  气焊时火焰可采用中性焰 (或轻微碳化焰),焊嘴号码根据铝板厚度进行选择,见表44

⑶定位焊  定位焊时的工艺参数见表45

⑷焊嘴和焊丝倾角  焊薄板时,焊嘴倾角约为30°~45°,焊丝倾角约为40°~50°;焊厚板时,焊嘴倾角应为50°左右,焊丝倾角为40°~50°。

44  铝及铝合金气焊焊接工艺参数

焊件厚度(mm

1.2

1.52.0

3.04.0

5.07.0

7.010.0

10.020.0

焊丝直径(mm)

1.52.0

2.02.5

2.03.0

4.05.0

5.06.0

5.06.0

射吸式焊炬型号

H016

H016

H016

H0112

H0112

H0120

焊嘴号码

1

12

34

13

24

43

焊嘴孔径(mm)

0.9

0.91.0

1.11.3

1.41.8

1.62.0

3.03.2

乙炔气消耗量(L/h)

75150

150300

300500

5001400

14002000

2500

45  铝及铝合金气焊定位焊工艺参数

焊件厚度(mm

1.5

1.52.0

34

57

710

1016

16

定位焊间距

1030

3050

5070

80100

100120

120180

180240

定位焊缝长度

58

610

1015

2030

3040

4050

5060

定位焊缝余高

11.2

1.22

2.53

35

35

57

68

73  试述铜及铜合金的焊接性。

⑴焊缝成形能力差  由于铜和大多数铜合金的热导率比碳钢大711倍,焊接时散热严重,焊接区难于达到熔化温度。铜在熔化温度时的表面张力比铁小1/3,流动性比钢大11.5倍,表面成形能力差,焊接时母材难熔合,容易产生未焊透缺陷。因此应采用大能量、高能束的焊接方法,并采取焊前预热,焊件反面安放垫板等工艺措施。

⑵焊缝及热影响区热裂倾向大  原因由以下几点:

1)铜及铜合金的线膨胀系数几乎要比低碳钢大50%以上,因此焊接时产生较大的应力。

2)熔池结晶过程中,铜能与其它杂质生成熔点为270Cu+Bi326Cu+Pb1064Cu2O+Cu1067Cu+Cu2S等多种低熔点共晶,充满在晶界形成薄弱面。

3)凝固金属中的过饱和氢向金属的微间隙中扩散造成很大的压力。

防止热裂纹的措施是控制铜中铅、铋的含量;在焊丝中加入SiMnP等元素进行脱氧;采用能获得双相组织(α+β)的焊丝(HS224硅黄铜焊丝)。

⑶气孔倾向严重  铜及铜合金焊接时极易形成气孔,原因如下:

1)铜在液态能溶解较多的氢,熔池凝固过程中氢的溶解度大大下降,过剩的氢未及时析出,便形成气孔。

2)熔池中的氢会和氧化亚铜(Cu2O)产生下述反应

Cu2O+H2=2Cu+H2O

反应生成的水蒸气(Cu2O)不溶于铜液中,熔池结晶时未及时逸出。

防止产生气孔的措施是减少氢、氧的来源;用预热来延长熔池存在时间,使气体易于析出;采用含铝、钛等强脱氧剂的焊丝。

⑷接头性能下降  纯铜手弧焊或埋弧焊时接头的伸长率仅为母材的20%50%,同时导电性和耐蚀性均下降。

改善的措施是控制杂质含量和通过合金元素对焊缝进行变质处理。

综上所述,铜及铜合金焊接性不良的重要原因是由于焊接过程中铜的氧化。

74  铜及铜合金焊前应进行哪些准备工作?

⑴焊件表面清洗  吸附在焊丝、坡口面、坡口两侧各30mm范围内表面的油污、水分及其它杂质和金属氧化物都必须进行仔细的清理,直至露出金属光泽为止,以防焊缝出现气孔。

1)脱脂  目的在于去除表面油污。脱脂溶液中苛性钠的质量分数为5%10%、水玻璃的质量分数为2%3%和肥皂的质量分数为20%50%

2)化学清洗  在质量分数为8%的硫酸和10%的重铬酸钾溶液中,或在质量分数为15%20%的硝酸溶液中浸蚀去除氧化物,然后在流动的热水中洗涤干净。

⑵接头形式  接头相对热源应呈对称形,使其具备相同的传热条件,才能获得成形均匀的焊缝。因此,对接接头、端接接头是合理的;搭接、T形接、内角接等接头应尽量不采用,接头形式见图10

⑶垫板  采用单面坡口焊接时,应该在焊件背面安置成形垫板,使铜液不致流失。条件许可时,应采用双面焊。铜和铜合金很难实现立焊和仰焊。

75  试述铜及铜合金钨极氩弧焊的焊接工艺。

⑴坡口形式及尺寸  纯钨极氩弧焊坡口形式及尺寸见图11

⑵焊丝的选用  铜及铜合金用标准焊丝,见表46

46  铜及铜合金标准焊丝

  

   

主要化学成分(质量分数)(%

 

(℃)

   

HS201

特别纯铜焊线

Sn0.81.2,Si0.20.5,Mn0.20.5,P0.020.15,Cu余量

1050

纯铜氩弧焊、气焊

HS202

低磷铜焊丝

P0. 20.4,Cu余量

1060

纯铜气焊、碳弧焊

HS220

锡黄铜焊丝

Cu5761,Sn0.51.5,Zn余量

886

黄铜气焊、氩弧焊,及钎焊铜、铜合金

HS221

锡黄铜焊丝

Cu5759,Sn0.71.0,Fe0.150.35,Zn余量

890

黄铜气焊、碳弧焊,钎焊铜、白铜、钢、灰铸铁

HS222

铁黄铜焊丝

Cu5759,Sn0.71.0, Fe0.351.2,Si0.050.15,Mn0.030.09,Zn余量

860

黄铜气焊、碳弧焊、钎焊铜、白铜、灰铸铁

HS224

硅黄铜焊丝

Cu6163,Si0.30.7,Zn余量

905

黄铜气焊、碳弧焊、钎焊铜、白铜、灰铸铁

非国标(SCuAl

铝青铜焊丝

Al79,2.0,Cu余量

 

铝青铜氩弧焊、手弧焊焊条焊芯

非国标(SCuSi

硅青铜焊丝

Si2.753.5,Mn1.01.5,Cu余量

 

硅青铜、黄铜氩弧焊

非国标(SCuSn

锡青铜焊丝

Sn79,P0.150.35,Cu余量

 

锡青铜钨极氩弧焊、手弧焊焊条焊芯

⑶预热  焊件厚度在4mm以下不预热,412mm厚的纯铜板需预热至200450℃,青铜与白铜可降至150200℃,磷青铜不预热并严格控制层间温度低于100,焊补大尺寸的黄铜和青铜铸件,需预热至200300℃。如采用Ar+He混合保护气焊接铜或铜合金可以不预热。

76  试述铜及铜合金钨极氩弧焊焊接工艺参数的选用。

纯铜、青铜和白铜钨极氩弧焊焊接工艺参数的选用,见表47、表48

大多数铜及铜合金钨极氩弧焊时电源采用直流正接,此时焊件熔深较大,但对铝青铜、铍青铜为破除熔池表面氧化膜,使焊接过程稳定,应采用交流电源。

47  纯铜钨极氩弧焊焊接工艺参数

焊件厚度

mm

钨极直径

mm

焊丝直径

mm

 

A

氩气流量(L/min

预热温度

(℃)

 

0.30.5

1

3060

810

不预热

卷边接头

1

2

1.62.0

120160

1012

不预热

1.5

23

1.62.0

140180

1012

不预热

2

23

2

160200

1416

不预热

3

34

2

200240

1416

不预热

单面焊双面成形

4

4

3

220260

1620

300350

双面焊

5

4

34

240320

1620

350400

双面焊

6

45

34

280360

2022

400450

10

56

45

340400

2022

450500

12

56

45

360420

2024

450500

48  青铜、白铜钨极氩弧焊焊接工艺参数

 

焊件厚度

mm

钨极直径

mm

焊丝直径

mm

电流

A

氩气流量(L/min)

焊接速度(mm/min)

预热温度

(℃)

 

铝青铜

1.5

1.5

1.5

2580

1016

不预热

I形接头

1.53.0

2.5

3

100130

1016

不预热

I形接头

3.0

4

4

130160

16

不预热

I形接头

5.0

4

4

150225

16

150

Y形接头

6.0

45

45

150300

16

150

Y形接头

9.0

45

45

210330

16

150

Y形接头

12.0

45

45

250325

16

150

Y形接头

锡青铜

0.31.5

3.0

90150

1216

卷边焊

1.53.0

3.0

1.52.5

100180

1216

I形接头

5

4

4

160200

1416

Y形接头

7

4

4

210250

1620

Y形接头

12

5

5

260300

2024

Y形接头

硅青铜

1.5

3

2

100130

810

不预热

I形接头

3

3

23

120160

1216

不预热

I形接头

4.5

34

23

150220

1216

不预热

Y形接头

6

4

3

180250

1620

不预热

Y形接头

9

4

34

250300

1822

不预热

Y形接头

12

4

4

270330

2024

不预热

Y形接头

白铜

3

45

1.5

310320

1216

350450

B10手弧焊,I

3

45

3

300310

1216

130

B10手弧焊,I

39

45

34

300310

1216

150

B10手弧焊,Y

3

45

3

270290

1216

130

B10手弧焊,I

39

45

3

270290

1216

150

B10手弧焊,Y

 
 
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