1、焊前将焊条放在烘干箱里烘干,烘箱的温度应调为350摄氏度,一小时后降至150度左右;
3、焊前要对焊件要去除油污,铁锈水分等杂质。否则有可能会出现气孔等焊接缺陷;
原理:用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧,使焊条和焊件熔化,从而获得牢固的焊接接头。属气—渣联合保护。
主要特点:操作灵活;待焊接头装配要求低;可焊金属材料广;焊接生产率低;焊缝质量依赖性强(依赖于焊工的操作技能及现场发挥)。
应用:大范围的使用在造船、锅炉及能承受压力的容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。适用于(上述行业中)各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。
原理:电弧在焊剂层下燃烧。利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的热量,熔化焊丝、焊剂和母材(焊件)而形成焊缝。属渣保护。
主要特点:焊接生产率高;焊缝质量好;焊接成本低;劳动条件好;难以在空间位置施焊;对焊件装配质量发展要求高;不适合焊接薄板(焊接电流小于100A时,电弧稳定性不好)和短焊缝。
应用:大范围的使用在造船、锅炉、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。凡是焊缝能保持在水平位置或倾斜角不大的焊件,均可用埋弧焊。板厚需大于5毫米(防烧穿)。焊接碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、复合钢材等。
原理:利用二氧化碳作为保护气体的熔化极电弧焊方法。属气保护。主要特征:焊接生产率高;焊接成本低;焊接变形小(电弧加热集中);焊接质量高;简单易操作;飞溅率大;很难用交流电源焊接;抗风能力差;不能焊接易氧化的有色金属。
原理:采用惰性气体作为保护气,使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法。保护气通常是氩气或氦气或它们的混合气。MIG用惰性气体,MAG在惰性气体中加入少量活性气体,如氧气、二氧化碳气等。
原理:在惰性气体保护下,利用钨极与焊件间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝(也可不加填充焊丝),形成焊缝的焊接方法。焊接过程中电极不熔化。
角焊缝和对接焊缝是焊接结构连接的最基本和最重要的接头形式。角焊缝和对接焊缝相比较,其焊接工作量要大得多,由于结构形状和受力情况不同,它可能承受不同的力,如:拉力、压力、剪力、弯矩等焊接工位较多,角焊缝受力状况比对接焊缝差得多,尤其是焊缝根部和焊趾部位会形成巨大的应力集中,往往是形成开裂的重要的因素。国家有关技术标准对角焊缝设计标准没有对接焊缝严格,通常只把其看作是联系焊缝,焊缝质量难以得到保证。因此角焊缝由于先天和后天的不足,使之成为焊接结构最薄弱的部位,理应将角焊缝作为重点控制部位和环节,然而实际工作中却并非这样理解和执行,使角焊缝质量上的问题在各类焊接结构中层出不穷,得不到有效的控制。
角焊缝的焊接工艺在执行时只标注焊脚的要求,焊接工艺不严格,造成一系列焊接缺欠,将直接影响焊缝金属组织变化,使角焊缝更容易产生冷裂纹和结晶裂纹及其他焊接缺欠。正常的情况下角焊缝不进行焊缝内部无损探伤检验,缺陷不易消除,焊缝质量较差。
角焊缝重要的尺寸参数是焊脚和焊脚尺寸,两者很容易弄混淆。焊脚是焊趾到另一只直角面的最小距离,而焊脚尺寸则为在角焊缝横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度,两者只有在焊缝表面为平的或凸的才在数值上相等,凹面的焊脚焊接尺寸小于焊脚。焊接角焊缝要求表面为凹面,焊工把焊脚理解为焊脚尺寸,进而影响角焊缝单位面积的承载能力。焊脚数值越大,一方面浪费材料、工时和能源,更重要的是角焊缝单位面积承载能力越低,同时角焊缝变形的大小与焊脚成正比关系。因此在生产中严格按照设计者标注的焊脚来加工,不能随意增加和减少焊脚数值,确保有效的承载面积和承载强度。
焊缝的冷却速度取决于焊件的散热条件,角焊缝散热面积大于对接焊缝,焊缝冷却速度较快,焊缝根部易产生未焊透,在检验时甚至是连续性的,因此采取多层多道焊、开坡口、清焊根等措施,在打底焊时确保慢焊速,保证焊缝熔深要求,确保焊缝冶金充分和成形质量。
角焊缝由于自身散热条件与对接焊缝有较大差别,面板和底板焊接时散热速度存在一定的差异,易产生未熔合缺陷,一般焊工操作者常以对接焊缝办法来焊角焊缝,焊角焊缝应使电弧偏离面板,焊条角度偏向面板多停留一些时间,否则就会产生未熔合缺陷和咬边.
咬边在焊接角焊缝时常常会出现,造成这一问题的最终的原因是操作基本要领没有掌握,如焊接电流过大、运条速度不合适、焊条角度或电弧长度不适当、焊嘴离工件太低等问题,原则正确合适的基本信息参数,练就角焊缝焊接基本功就显得很重要。
(1)提高焊接角焊缝的认知水平,应将角焊缝质量与对接焊缝等同对待,以提高焊接结构的总体质量。
(2)加强对焊接结构角焊缝的结构规范设计。在设计中,应尽可能减少或改善焊缝的受力,采取了合理结构,保证角焊缝能焊透,提出合适的焊接方法、热处理要求及检验要求等,保证角焊缝的质量。
(1)在制造中要认真按照实际焊接情况,进行焊接工艺评定,制定并执行焊接工艺,提高焊缝坡口的加工质量,使坡口尺寸和表面上的质量达到规定的要求。对须要焊透的角焊缝可进行打底焊的清根。减少应力集中,要提出对角焊缝表面上的质量消除表面的粗波纹和凹凸不平的要求,尽可能平整光滑。为达到此要求,能够使用优秀焊工焊接重要角焊缝接头,自动焊也是提高焊缝质量的有效措施,目前国内已向这方面努力实践和迈进。
(2)未熔合是角焊缝主要的缺陷,在实践操作的流程中,通过改进焊接工艺,保证电弧与面板接触时间,可减少未熔合缺陷发生的数量.
(3)采用立向下焊或重力焊能够较好的保证焊缝质量,扩大立向下焊的应用场景范围,可以大幅度提升焊接效率,必须要格外注意的是立向下焊熔深较浅,对于有重要要求的角焊缝,需采取开坡口或向上立焊等方法,以保证能焊透。
(4)摸索不等厚度和等厚度角焊缝焊接时焊缝形成的独特规律,在操作技术上依据不一样的情况和生产状况,采取灵活多变的操作方法,影响焊缝成形质量。
(2)利用电弧以及火焰对角焊缝焊趾部位进行重熔整形,形成由面板到底板的平滑过渡,减小应力集中系数。
(3)对焊缝表明上进行打磨处理,以保证焊缝表面平滑,形成圆滑过渡状态,纠正焊接过程中存在的成形问题。
角焊缝焊接由技术规范设计上的不严格到焊接操作者的不重视,在生产中引发各种焊接性质量上的问题,完善有关技术标准、严格执行焊接工艺,加强对角焊缝的焊接检验,成为提高角焊缝焊接质量有效方法。
[3] 詹尚贤.角焊缝与对接焊缝的差异与存在问题.中国锅炉能承受压力的容器安全,1999,(01):19.
焊接专业综合性比较高,涉及的专业工种较多,比如,工程力学、电工电子技术和计算机等,可以说焊接属于多学科交叉的边缘性学科。自我国焊接行业发展以来,人才的培养已经适应了社会主义现代化建设的发展要求,但是如今的教学机制不够完善,使得我国的焊接人才严重不足。
本文主要对中职焊接专业教育学生的方式方法的改革进行探究,为中职院校培养新型的焊接人才奠定基础。
随着社会对专业人才的需求,我国的很多中职院校开办了焊接专业,但是就专业教学的现状而言还是有很多的问题,大多分布在在以下几个方面:
受传统教学模式的影响,很多教师在授课过程中依旧采用传统的板书、画图以及练习等教育学生的方式完成教学任务。这种单一的教学模式不仅不会激发学生的学习积极性,还会在很大程度上打击学生的积极性。时间一长,学生就会产生厌学的情绪。
焊接专业与实际联系比较紧密,但是很多学校在设置课程时完全拘泥于课本上的理论知识,没有将理论与实践进行结合,更没有联系实际对课本上的知识进行重新阐述。总之,焊接专业在课程设置上是与实际脱轨的,这样培养出来的人才又如何能适应社会的发展。
焊接专业授课的老师观念以及知识结构等都有待加强。年龄大的教师虽然经验比较丰富,但是思想保守,在教学过程中不能根据实践的需求来做科学的教学;年轻的教师虽然思想观念比较前卫,但是经验有限,在教学的过程中非常容易受到约束。
中职院校是焊接人才的主要培养基地,其教学现状直接影响焊接人才的培养。上文对当前的教学中存在的问题进行了阐述,教育学生的方式的落后、课程设置的不科学以及师资力量的有限都会影响焊接人才的培养,所以解决以上问题才是当前中职焊接专业教学的当务之急。下面分别从这几个方面做阐述:
传统的教学理论知识与教学实践是分离的,这种完全分离的教育学生的方式是不利于学生对知识的理解与掌握的。改革传统的教学模式显得很重要。教师可以进行现场教学,将教、学与做融为一体,通过理论联系实际杜绝“填鸭式”的教学模式。在授课的过程中,教师要注意与学生的互动,在讲解的过程中要注意重难点,对那些重要的以及不容易理解的知识点进行着重讲解,进而帮助学生了解与掌握焊接知识。
焊接专业讲究的是实践,在教学中要注重学生实践能力的培养,要将实践放在首位,但是同时又要注意不可以忽略理论知识的培养。根据实践的需求对课程知识进行适当调整,兼顾理论与实践,才能实现理论与实践的一体化教学。理论与实践相结合,才能为学生步入社会,适应社会的发展需求奠定基础。
教师在人才的培养上扮演着重要的角色,高素质的教师队伍能够培养出出色的人才。中职院校想要加强师资力量建设,能够使用校企结合的教学模式,与一些高等院校进行合作,聘请一些高素质的教师对学生开展教学。正常的情况下在校任教的教师经验上都是比较缺乏的,学校可以聘请工厂中比较优秀的工人对学生进行实践能力的指导,多方面提高学生的学习实践能力。
伴随我们国家的经济社会的发展,对于焊接人才的需求不管是数量上还是质量上都在一直上升。中职院校作为焊接人才的培养基地,应该为社会培养更多的新型焊接人才。
[1]陈建莉.新形势下中职学校数学课程教学改革探析[J].吉首大学学报:社会科学版,2016,(S1).
[2]刘鹏,张元彬,孙德明,景财年,罗辉.焊接专业应用型创新人才教育培训及教学改革[J].山东建筑大学学报,2013,(3).
钢材的焊接通常会采用金属的熔化焊方法。金属的熔化焊方法是在接头局部加热,使被焊接金属(也称母材)和填充金属加热熔化成为液体金属,形成熔池,随后冷却凝固成固态金属,使原来分开的两块钢材连接成整体。由于焊接加热,使母材产生膨胀、冷却、熔池金属和熔合线附近母材产生收缩,因加热、冷却这种热变化在局部范围急速地进行,膨胀和收缩变形均受到拘束而产生塑性变形。焊接完成并冷却至常温后塑性变形残留下来。
焊接变形可大致分为在焊接热过程中发生的瞬态热变形和在室温条件下的残余变形。焊接变形包括收缩变形、弯曲变形、角变形、波浪变形、错边变形、扭曲变形等基本变形形式。影响焊接变形的因素很多,主要有材料、结构和工艺3个方面。
焊缝在焊接结构中的位置不对称,往往是造成结构整体弯曲变形的重要的因素。当焊缝处在焊件中性轴的一侧时,焊件在焊后将向焊缝一侧弯曲,且焊缝距离中性轴越远,焊件就越易产生弯曲变形。在整个焊接结构中,如中性轴两侧焊缝的数目各不同,且焊缝距中性轴的距离也各不相同,也易引起结构的弯曲变形。
材料对于焊接变形的影响不仅和焊接材料有关,而且和母材也有关系。材料的热能参数和力学性能参数都对焊接变形的产生过程有重要的影响。其中热能参数的影响大多数表现在热传导系数上,一般热传导系数越小,温度梯度越大,焊接变形越显著。力学性能对焊接变形的影响很复杂,热线胀系数的影响最明显,随着热膨胀系数的增加焊接变形相应增加。同时材料在高温区的屈服极限和弹性模量及其随温度的变化率也起着十分重要的作用,正常的情况下,随着弹性模量的增大,焊接变形随之减少而较高的屈服极限会引起较高的残余应力,焊接结构存储的变形能量也会因此而增大,从而可能促使脆性断裂,此外,由于塑性应变较小且塑性区范围不大,因而焊接变形得以减少。
焊接结构的设计对焊接变形的影响最关键,也是最复杂的因素。衡量焊接结构刚性大小的一个定量指标是拘束度。拘束度有拉伸拘束度和弯曲拘束度。随拘束度的增加,焊接残余应力增加,而焊接变形则相应减少。金属结构的刚性主要根据结构的截面形状及其尺寸的大小。结构在焊接变形过程中,工件本身的拘束度是一直在变化着的,因此自身为变拘束结构,同时还受到外加拘束的影响。
焊接工艺对焊接变形的影响方面很多,例如焊接方法、焊接输入电流电压量、构件的定位或固定方法、焊接顺序、焊接胎架及夹具的应用等。在各种工艺因素中,焊接顺序对焊接变形的影响较为明显,正常的情况下,改变焊接顺序能改变残余应力的分布及应力状态,减少焊接变形。多层焊以及焊接工艺参数也对焊接变形有十分重要的影响。
(1)选择合理地焊接的尺寸和形式。焊接尺寸必然的联系到焊接工作量和焊接变形的大小。焊缝尺寸大,不但焊接量大,而且焊接变形也大,因此,在保证结构的承载能力的条件下,设计时应尽量采用较小的焊缝尺寸。(2)尽可能减少焊缝数量。采用压型结构代替肋板结构,对防止薄板结构变形十分有效。(3)合理的安排焊缝位置。在设计焊接结构时,使焊缝对称于截面中性轴,或使焊缝接近中性轴,这对于减少梁、柱等类型结构的挠曲变形有良好的效果。
工艺措施是指在焊接构件生产制作的完整过程中所采用的一系列措施,将其分为焊前预防措施、焊接过程中的控制措施和焊后矫正措施。
反变形法是根据预测的焊接变形大小和方向,在待焊工件装配时造成与焊接残余变形大小相当、方向相反的预变形量(反变形量),焊后焊接残余变形抵消了预变形量,使构件恢复到设计的基本要求的几何形状和尺寸。
预拉伸法多用于薄板平面构件,在薄板有预张力或有预先热膨胀量的情况下焊接。焊后,去除预拉伸或加热,薄板恢复初始状态,可有效地降低焊接残余应力,控制焊接变形。
刚性固定组装法是采用夹具或刚性胎具将被焊构件尽可能地固定,可有效地控制待焊构件的角变形与弯曲变形等。
焊接过程控制主要方法有采取了合理的焊接方法和焊接规范参数,选择合理的焊接顺序。选择线能量较低、规范参数防止焊接变形。采用不一样的焊接顺序时,能改变残余应力的分布规律,但对残余应力整体幅值的降低作用不大,同时该方法对于控制焊接变形有较大的作用,尤其在多道焊中,作用更加明显。
结构件在焊接后,只可以通过矫正措施来减小或消除已发生的残余变形。焊后矫正措施大致上可以分为加热矫正法和机械矫正法。加热矫正法又分为整体加热和局部加热。
整体热矫正是指将整体构件加热至锻造温度以上再进行矫正的方法,可用以消除较大的形状偏差。但是焊后整体加热会造成冶金方面的副作用,限制了该方法的进一步推广及应用。
局部热矫正多采用火焰对焊接构件局部加热,在高温处,材料的热膨胀受到构件本身刚性制约,产生局部压缩塑性变形,冷却后收缩,抵消了焊后部位的伸长变形,达到矫正目的,火焰加热法采用一般的气焊焊炬,不需要专门的设备,方法简便灵活,因此在生产上广为应用。
此外,还有利用机械力或冲击能等进行焊接变形矫正,包括静力加压矫直法、焊缝滚压法、锤击法等。
综合分析上述焊接变形的影响因素与减小焊接变形的措施,基本了解焊接变形的原因及变形的种类,针对焊接变形的原因和控制措施从焊接工艺等方面做改进,有很大效果预防减少焊接变形所带来的危害。
随着社会经济建设步伐的加快,我国慢慢的变成为世界造船大国之一。在船舶建造过程中,许多新技术、新工艺得到普遍的应用,船舶现代化程度在得到逐步的提升的同时,对船舶建造的整体质量也提出了更高的要求。但船舶的船体结构具有一定的特殊性,它在热传导过程中其结构内部会产生不均匀的温度分布,导致船体结构在焊接过程中出现变形的现象,若技术人员不采取比较有效的措施做处理,会造成尺寸偏差、结构失稳和强度降低等后果,这不仅在某些特定的程度上耽误了后续焊接及装配工作的进度,而且也会影响到船舶的整体质量安全,甚至造成不可换回的损失。因此,船舶建造人员一定重视船体结构在焊接过程中出现的变形现象,最大限度确保船体结构焊接的质量。
船体结构的主要组成部分以骨架和板架两个结构为主,这两个原本相互独立的结构在通过多个连接和焊接步骤处理后才能制造出成形的船体结构。但是,由于不同板架和骨架的区域材料性质各不相同,尤其是材料之前的熔点和传导性质有明显差异,因此在焊接过程中非常有可能会出现一个骨架或者板架的内部结构有明显的温度不均匀现象分布,这种温度均匀分布直接造成材料出现不均匀热应变,最后导致结构形成塑性变形。而且,在进行焊接过程中,一般焊接部位的温度都非常高,这种非常高的热量的一旦被输入后就会很容易造成焊接变形出现,而且这种焊接造成的焊接变形还有不同的种类,出现何种变形种类与热量输入总量、热温度场、焊接结构的约束度三者有直接关系。而对于船体结构来说,其结构的各种变形类型以及扭曲程度主要是与焊接方法、顺序以及焊接线的性质有关。由于一旦因为操作不当导致焊接变形,那么除了会直接造成船体结构的抗弯强度变弱,还会直接影响到船体的生产效率。避免这种焊接变形的最好方法是,在刚开始焊接时就准确预测有可能出现的变形和变形有可能造成的强度跌落幅度等,然后按照变形后结构的确切强度采取针对性的性能改善措施。比如在制作的完整过程中选用比较有明确的目的性且合适的工艺方法,将制造时间缩短,或者尽可能的减少焊接偏差。
(1)焊接顺序。焊接顺序主要是焊接约束力和结构刚性,这样的形式是一种直接影响的方式。
(2)焊接方法。焊接方法主要有手工焊接、自动焊接以及气体保护焊接三种。三种焊接方法的温度场均各不相同,因此其造成的变形情况也势必会存在较大不同。但是,通常情况下,自动焊接的变形率比较小,原因是因为自动焊接加热比较集中,整个受热区被严控,远比手工焊接受热窄,所以在焊接时也就能够很好的控制变形率。而气体保护汗同样具有加热比较集中的特点,相比于手工焊接而言变形率更小。这种焊接很适合在薄板结构中使用。
(3)焊接量和焊接面面积。一般而言焊接量和焊接面面积大小与焊接变形率呈正相关,也就是说数量越多且面积越大,那么焊接受热面则越加分散,变形率更高。
(4)焊接形式。所谓焊接形式指的是施焊时是采用连续焊接还是断续焊接的方式,通常情况下,断续焊接由于中途有时间给热量输入缓冲,因此一般变形都比较小。但是连续焊接由于是持续进行,高热量不断影响结构,造成结构受热过度,最后导致非常严重变形。
(5)焊接工艺参数。所谓工艺参数也就是指电压、电流以及焊接速度等这些指标。一般而言,焊接变形与电流和电压呈正相关,与焊接速度呈负相关。所以,为减少焊接变形幅度应该减少电压和电流参数,同时加快焊接速度。
(6)材料性能。由于不一样的材料均有各自不同的导热和比热系数,有些材料耐高温性能比较差,有些材料内高温性能比较高,所以在焊接时就会出现不一样的材料变形度不同的现象。
总的来说,焊接结构具有较多中焊接变形类型,但是严格来说每一种特殊变形都是由基础变形演变而成。所以,也就是说船体结构的多种变形类型均是在基础变形上发展起来的变异型变形。通常能够准确的通过变形的区域范围分为局部和整体变形两种。而所谓的局部变形就是单一受热区域的某个小区域内发生变形,这种变现损害程度较小,且主要是以屈曲形和波浪形为主,可进行矫正。而整体变形则是整个焊接受热结构形状均已发生严重变化的现象,这种类型变形以尺寸缩小、形状变弯曲或者扭曲等程度较大的类型为主。
(1)构建性能。一般焊接变形严重程度与构件刚性呈反比,也就是刚性越强变形越小。
(2)使用胎夹具。胎夹具的最大的作用是增加构件刚性,而构件刚性月焊接变形成反比,所以若在焊接过程中对构件使用胎夹具,那么将能够有实际效果的减少变形率。但是,这种方法的缺陷是用时和用料均会增加。
(3)装配焊接的程序。该因素会影响焊接变形的原因主要在于其会对不同阶段构件的重心位置和刚性产生较大的影响,所以若装配焊接程序处理不好,那么则会直接影响焊接质量。通常情况下,这种影响因素约束越小那么变形则越大,反正约束越大,那么变形则越小。
(1)结构设计。船体结构设计过程中能否依照结构焊接变形现象采取比较有效的控制和应对方法,对于焊接变形的控制有极大作用。通常在船体结构变形设计时采取的控制变形方法有:选择合理的施工工艺,按照船体结构特点选择正真适合的工艺;将船体进行分段,分散焊接变形力度;焊缝时尽可能地选择短的焊缝;选用能够减少焊接次数的结构类型等。
(2)变形。由于船体结构焊接变形是一个不可避免的现象,所以基于这种特点,为了在变形出现时能够合理应对,可以在焊接前进行变形预测,然后根据预测结构制定相对应的变形处理方法。常见的变形预测方法有等效载荷法、实验法以及数值分析法几种。
1)合理应用反变形法。反变形法就是在结构变形后制定出的一个与焊接变形方向相反的反变形值。这种方法的作用是减少和消除船体分段变形幅度。
4)科学应用刚性固定法。尽管这种方法需要耗尽较多材料、增加实施工程的成本,但是其控制变形效率明显,在船体结构焊接中应用更是能够有效控制结构变形。因此,若能够多加使用该方法,那么将可以有很大成效避免变形矫正施工,且同样具有控制工期的功能。
5)科学控制焊接参数。尽可能使用诸如CO2气体保护焊这种较小热输入的方法。
6)合理控制装配焊接顺序。实践经验表明,如果进行焊接时能够采取先中间后两端、先内里后外表、短结构先行长结构后行的方式,那么焊接部位将能够很好的完成受热,整个结构会受热均匀,有力控制变形。所以,为了控制船体结构焊接变形,应按照这种顺顺利利地进行施工。
通常而言,为减少船体结构的变形,在进行船体结构建造时均会通过做好结构设计和施工方法合理选择的方式来避免和控制焊接变形。但尽管采取这些控制措施,变相还是会存在,主要是由于船体结构建造工艺本身就具有复杂性特点,加上焊接过程也非常容易受到各种主客观因素的影响,所以这种焊接变形能够说是一种势必会存在的,没办法避免的现象。处理这一问题的方法就是在变形出现后进行进一步的矫正,使其形状尽可能最靠近原始状态。通常用矫正工艺是主要是针对焊接构建的局部变形而言,比较弯曲或者波浪变形,但是对船体的整体变形则一般难以起到很好矫正作用。目前最常见的变形方法主要有火焰矫正法和机械矫正法两种。
(1)火焰矫正法。该方法的作用原理是在对变形结构的金属进行火焰加热,这些加热部位冷却后就会出现一种压缩塑性变形,这种变形是一种不可逆的变形类型,如此就可以在一定程度上完成矫正变形的目的。但是,必须要格外注意的是火焰矫正法是直接对准构件加热,且一般均会消耗材料的塑性,所以对于一些脆性比较差的材料而言,这种矫正方法还是慎用为好。另外,在进行火焰集中加热过程中,必须要非常注意控制加热温度,尽可能保持温度在一个适中的位置,避免温度过高或者过低影响机械性能和没办法实现矫正目的。
(2)机械矫正法。所谓的机械矫正法是通过外部机械用力施压与变形结构,使结构恢复原态的一种矫正方正。这种矫正方式相对于火焰矫正法而言具有不会消耗材料塑性的特点。但是,同样由于该方法会造成金属的冷作硬化,影响金属的塑性。所以,正常的情况下不能在塑性比较差的材料中使用。这种矫正方法通常用的机械设备主要有定床、大型油压机等比较大力的机械设备。
综上所述,在船舶建造过程中,影响船体结构焊接变形的因素有很多,并且每个基本变形模式的控制因素也十分复杂。因此,船舶建造人员应结合船体结构设计的特点,采用固有应变法对船舶结构的焊接变形进行预测,并制定出一些切实有效的矫正措施,对超出公差范围的焊接变形量做到合理的矫正,从而最大限度避免焊接变形现象的出行。
油田内部连接油井与计量站、联合站的集输管道,管线较细且具有生产连续性的特点。高温带压输油管道经常发生泄漏。若泄漏不能及时止住,不仅浪费能源,恶化环境,还可能被迫停产或造成火灾、爆炸等灾难性事故。因此,在原油不停输的状态下对输油管线进行焊接补漏是一门科学性强、要求比较高的技术工作,安装人员要有根据输油管线的不一样的情况选择恰当处理方法的能力。
油井输油管道内的介质大多是高温度高压力、易燃易爆、有毒有害的原油,要采取了合理的焊接堵漏方法,在不影响正常的生产,恢复管线的正常使用。因此,一定要保证输油管道的焊接质量,焊接是不是满足标准,是管道质量发展要求的保证。未解决在输油过程中焊接也许会出现的技术问题,焊接过程应当按照编制的焊接规程严格进行,管段在现场安装焊接之后,单线图中应当标注各个焊口编号以及它们的准确位置,管理人员在检查焊缝的表观以后,对管段焊接进行确认,再由专业工程师依照工程规范以及相关质量发展要求,对需要检验的焊口采取细致的评价。无损检测工作员按照监理的指定规范进行仔细的检测,确保管段的正常使用。
1 输油管道上较小的渗漏点如果是直径d≤φ10mm较小的点状渗漏,一般在渗漏点处焊一个比渗漏点稍大的螺母或管丝头进行引流,然后在上紧螺杆或阀门即可。焊接是选用较小的工艺参数,1=65~85A,焊条选用E5015、φ2.5mm(我厂所用管材大多为低合金钢无缝高压管),断弧点焊。每焊一点要做到快、稳、准,下一次引弧要等到前一个焊点温度降下来。如此进行,完成整个焊道的焊接。根据泄漏点处压力情况,可用连弧焊法焊第二层、第三层。如果管线很薄、漏点周围很不规则,例如膨胀节上的漏点,管线mm。用电焊无法焊接;在这种情况下,可用电钻将泄漏点钻成中3~6mm的圆孔,放入一个合适的铆钉,再用手拉铆钉枪将铆钉铆死。由于铆钉属于铝材,它的伸展性和柔韧性较好,可以变形成为一个严丝合缝的堵头封住漏点。这是一种灵活、简便的堵漏方法。2,管道上稍大的泄漏点(d≥φ10mm)对于管道上稍大的泄漏点,可根据泄漏点面积的大小,用圆钢车制一个锥度约1:10的塞子,再用手锤直接把塞子砸进泄漏处。砸紧后,把塞子与管道泄漏处的衔接面焊死,堵漏完成。若泄漏点很不规则,应先用气体火焰把泄漏点周围加热至发红状态,然后用手锤强行把预制好的塞子砸进去,砸紧至不再泄漏,再将衔接面焊接起来。焊接时选用较小的工艺参数,焊接电流I=60~85A,焊条选用E5015、中2.5mm或φ3.2mm,断弧焊,每个焊点不易过长,熔深要浅,一般为壁厚的2/5~3/5,待上一个焊点失去红色、温度降低后,在焊下一个焊点。若焊接电流比较大,则会形成温度比较高、面积较大的熔池,管内压力会把处于液态的铁水冲出来,使漏点变得更大。焊完第一层后,清除焊渣,接着焊第二层、第三层。焊第二层时,可用连弧焊法,电流也可适当大一点,但仍要注意保持熔池温度不能过高,若发现有较深的熔池,应迅速熄弧,使焊缝降温后,再进行焊接。3,管壁腐蚀严重的泄漏点对于泄漏点不太规则、管壁腐蚀较严重的泄漏点,虽然表面较小,但其周边以被腐蚀得很薄了,稍一碰泄漏点就会扩大。可根据泄漏点面积的大小,采用一个带锥度的硬木塞子,再用手锤直接把木塞子砸进泄漏处,砸紧不漏后,用手锯将木塞子贴着管壁锯断,然后敷上一块与管壁弧形接近的钢板(钢板的大小可根据泄漏点周围腐蚀面积的大小而定),最后沿钢板周围与管壁进行焊接,焊接电流I=65~75A,焊条选用E5015、φ2.5mm,断弧焊,焊第二层时,可用连弧焊法,电流也可适当大一些。(此方法适用的压力范围是P≤1.5MPa)
6 管道上的环形裂纹,无论是上宽下窄,还是上窄下宽,均应从裂缝窄的一端始焊。
7 补焊过部位应作好标记,常常检验核查,等到停车检修时,根据详细情况予以更换。
铝合金的焊接方法很多,很多方法有其不同的应用场合。除了传统的熔焊、电阻焊、气焊方法外,其他一些焊接方法(如等离子弧焊、电子束焊、真空扩散焊等)也可以容易地将铝合金焊接在一起。气焊和焊条电弧焊方法,设备简单、操作方便。气焊可用于对焊接质量发展要求不高的铝薄板及铸件的补焊。焊条电弧焊可用于铝合金铸件的补焊。惰性气体保护焊(TIG或MIG)方法是应用最广泛的铝及铝合金焊接方法。铝及铝合金薄板可采用钨极交流氩弧焊或钨极脉冲氩弧焊。铝及铝合金厚板可采用钨极氦弧焊、氩氦混合钨极气体保护焊、熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊。熔化极气体保护焊、脉冲熔化极气体保护焊应用愈来愈普遍(氩气或氩/氦混合气)
铝在空气中及焊接时极易氧化,生成的氧化铝(Al2O3)熔点高、很稳定,不易去除。阻碍母材的熔化和熔合,氧化膜的比重大,不易浮出表面,易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。在铝合金焊接时,焊前应严格清除工件焊口及焊丝表面的氧化膜和油污。常采用化学洗涤和机械清理两种方法。
化学清洁是运用碱或酸清工件外表,该法既可去掉氧化膜,还可除油污,化学洗涤效率高,质量稳定,适用于清理焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。可用浸洗法和擦洗法两种。浸洗法详细技术进程如下:体积分数为6%~10%的氢氧化钠溶液,在70℃摆布浸泡0.5min水洗体积分数为15%的硝酸在常温下浸泡1min进行中和处理水洗温水洗枯燥。洗好后的铝合金外表为无光泽的银白色。
在工件尺寸较大、生产周期较长、多层焊或化学洗涤后又沾污时,常采用机械清理。机械整理可选用风动或电动铣刀,还可选用刮刀、锉刀等东西,关于较薄的氧化膜也可用0.25mm的铜丝刷打磨铲除氧化膜。一般不宜用砂轮或普通砂纸打磨,以免砂粒留在金属表面,焊接时进入熔池产生夹渣等缺陷。
工件和焊丝经过清洗和清理后,在存放过程中会重新产生氧化膜,特别是在潮湿环境下,在被酸、碱等蒸气污染的环境中,氧化膜成长得更快。因此,工件和焊丝清洗和清理后到焊接前的存放时间应尽量缩短,在气候潮湿的情况下,一般应在清理后4 h内施焊。清理后如存放时间过长应当重新处理。
施焊进程中,铝板受热胀大,致使焊缝坡口空隙削减,焊前安装空隙假如留得太小,焊接进程中就会引起两板的坡口堆叠,添加焊后板面不平度和变形量;相反,安装空隙过大,则施焊艰难,并有烧穿的也许。适宜的定位焊距离能确保所需的定位焊空隙,因而,挑选适宜的安装空隙及定位焊距离,是削减变形的一项有效办法。
现在市场上焊接产品品种较多,通常情况下宜选用沟通钨极氩弧焊(即TIG焊)。它是在氩气的维护下,使用钨电极与工件问发生的电弧热熔化母材和填充焊丝的一种焊接办法。该焊机工作时,因为沟通电流的极性是在周期性的改换,在每个周期里半波为直流正接,半波为直流反接。正接的半波时期钨极能够发射足够的电子而又不致于过热,有利于电弧的稳定。反接的半波时期工件外表生成的氧化膜很简单被整理掉而获得外表亮光漂亮、成形杰出的焊缝。
铝及铝合金焊丝的选用除考虑良好的焊接工艺性能外,按焊接要求应使对接接头的抗拉强度、塑性(通过弯曲试验)达到规定要求,对含镁量超过3%的铝镁合金应满足冲击韧性的要求,对有耐蚀要求的容器,焊接接头的耐蚀性还应达到或接近母材的水平。因而焊丝的选用主要按照下列原则:纯铝焊丝的纯度一般不低于母材;铝合金焊丝的化学成分一般与母材相应或相近;铝合金焊丝中的耐蚀元素(镁、锰、硅等)的含量一般不低于母材;④异种铝材焊接时应按耐蚀较高、强度高的母材选择焊丝。
焊件焊完后,留在焊缝及附近的残存焊剂和焊渣等会破坏铝表面的钝化膜,有时还会腐蚀铝件,应清洗整理干净。形状简单、要求一般的工件可以用热水冲刷或蒸气吹刷等简单方法清理。要求高而形状复杂的铝件,在热水中用硬毛刷刷洗后,再在60℃~80℃左右、浓度为2%~3%的铬酐水溶液或重铬酸钾溶液中浸洗5 min~10 min,并用硬毛刷洗刷,然后在热水中冲刷洗涤,用烘箱烘干,或用热空气吹干,也可自然干燥。
通过适当的焊接工艺和正确的操作技术,焊接后的铝及铝合金焊缝表面,具有均匀的波纹光滑的外貌。阳极化处理,特别是抛光及染色技术配合使用时,可获得高质量的装饰表面。减小焊接热影响区,可使用阳极化处理导致不良的颜色变化减至最小。用快速焊接工艺,可最大限度地减少焊接热影响区。因此闪光对焊的焊缝,阳极化处理质量良好。
特别是对退火状态下不能热处理强化的合金的焊接件,阳极化处理后,金属基本和焊接热影响区之间的颜色反差最小。炉中和浸渍钎焊不是局部加热的,所以金属颜色的外观是非常均匀的。可热处理强化的合金,常常用作建筑结构零件,它们在焊接以后,常常进行阳极化处理。在这类合金中,焊接加热会形成合金元素的析出,阳极化处理以后,热影响区和焊缝之间会出现差异。这些在焊接区附近的晕圈,用快速焊接可使其减至最小,或者使用冷却垫块和压板也可使晕圈减到很小,这些晕圈在焊接后,阳极化处理前,进行固落处理可以消除。
在化学处理的焊接件中,有时会遇到焊缝金属和基全金属的颜色差别较大,这就必须他细地选择填充金属的成分,特别是合金成分中含有硅时,就会对颜色的配比有影响。
如有必要可以对焊进行机械抛光。常用的机械抛光有抛光、磨光、磨料喷击、喷丸等。机械抛光即通过研磨、去毛刺、滚光,抛光或砂光等物理方法改善铝工件的表面。它的目的是通过尽可能少的工序获得所需要的表面上的质量。然而,铝及铝合金属软金属,摩擦系数比较高,而且在研磨过程中如果发生过热,有可能使焊件变形,基至从晶界断裂的现象。这要求在抛光过程中有充分的,对金属表面的压力应降低到最低。
可热处理强化铝合金在焊接以后,能重新进行热处理,使基体金属热影响区的强度恢复到接近原来的强度。正常的情况下,接头破坏处通常都是在焊缝的熔化区内。在重新进行焊后热处理后,焊缝金属所获得的强度,主要根据使散的填充金属。填充金属与基体金属的成分不同时,强度将取决于填充金属对基体金属的稀释度。最好的强度与焊接金属所使用的热处理相适应。
铝合金的焊接和补焊通常可采用方便和低成本的TIG和MIG氩弧焊方法。当采用高能束流焊和搅拌摩擦焊等铝合金焊接新工艺时,可以有很大成效避免合金元素烧损、接头软化和焊接变形等问题,尤其是搅拌摩擦焊为固相连接具有绿色环保的特点。
当前,制作和安装厂房等建筑物大范围的应用的钢结构离不开焊接H型钢立柱、主横梁和撑。而这些构件在焊接过程中都会存在不同程度的焊接变形问题,若不及时矫正钢结构焊接变形,不仅会影响钢结构的整体安装,更会极度影响甚至降低建筑物的安全和可靠性。
对于钢结构焊接的不同变形,普遍应用的矫正方法有人工矫正、机械矫正、火焰矫正和综合矫正。机械矫会受设备和现场生产条件制约,特别是当矫正负荷能力低于钢材型号时就不适于采用。火焰矫正采用气焊焊炬,方法简单,机动灵活,也不需专门设备,还可用于大型船舶等巨型钢结构的变形矫正,因此被大范围的应用。本文将对钢结构焊接变形火焰矫正进行分析。
钢结构焊接变形是指在焊接钢结构过程中,施焊电弧高温引起的直接变形和焊接完成后构件的残余变形现象。其中,焊接构件残余变形破坏性最强,也是影响焊接质量的最重要的因素,其会对钢结构的不一样的层次产生整体或局部的影响,因此能将其分为整体残余变形和局部残余变形;整体残余变形包括:弯曲变形、收缩变形、扭曲变形和错边变形,局部残余变形包括:角变形和波浪变形,整体残余变形是钢结构焊接过程中发生较多的类型。
火焰矫正是指在一定技术规定要求下,利用燃烧气体释放的热量加热变形构件局部,从而利用伸长部位冷却后的局部收缩抵消焊接变形,由此产生塑性变形的矫正过程。火焰矫正的常用方法有线状加热法、点状加热法和三角形加热法。使用时应格外的注意控制火焰温度和加热位置。采用600 ℃~800 ℃的温度加热低碳钢和普通低合金钢,但由于需再次加热,合金钢要慎用。
如上所述,钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件都有着较大长度和高度,焊接后易产生弯曲或扭曲变形。焊接变形常用的点状加热法常用于矫正厚度在8 mm以下钢板的波浪变形,线状加热法主要是用火焰在宽度方向的横向摆动或沿直线方向的移动来进行带状加热,三角形加热则多用于矫正弯曲变形。
主要是矫正H型钢柱、钢梁、钢撑的角变形。在控制加热温度为650 ℃的情况下,对准焊缝外在翼缘板上面进行纵向线状加热,能够使用直通加热、链状加热或带状加热法。由于宽度越大的加热线,其横向收缩也越大,所以当横向收缩大于纵向收缩时,要充分的发挥加热线横向收缩作用。注意加热线宽度一般是钢板厚度的一半到2倍之间,加热部位别超过两焊脚所控制范围,不用水冷却。线状加热过程中要把握火焰矫正的一般原则,即:一是不能反复加热同一位置。二是加热过程中不能同时浇水。
波浪变形的矫正要先找出凸起的波峰,并用圆点加热法配合手锤矫正。加热原点的直径应与钢板厚度或波浪变形的面积大小成正比,但一般为5~9 cm。若加热垫直径用d表示,板厚用δ表示,则值加热的计算公式是:d=(4δ+10)mm。因此,波浪变形的主要矫正方法是点状加热法,加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。利用中温矫正时烤嘴要从波峰起作螺旋形移动;当温度在600 ℃~700 ℃时,在加热区边缘放置手锤,并用大锤击打手锤,以挤压加热区金属,使其冷却收缩后被拉平。这种矫正应注意的事项一是温度控制在750 ℃内。二是一个圆点矫正完后再加热第二个波峰点,以避免产生过大的收缩应力。三是能够使用加水冷却Q235钢材以加快冷却速度。
注意是矫正柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲。方法有:一是对准翼缘板的纵长焊缝,采用从中间向两端的线状低温或中温加热即可矫正,但加热时两条加热带要同步进行,以避免发生弯曲和扭曲变形。尽管这种矫正法有利于减少焊接内应力,但其因为在纵向收缩的同时有较大的横向收缩,所以较难掌握。二是线状加热翼缘板,三角形加热腹板,这种方法较好。横向线 mm,加热由宽度中间向两边扩展,两人同时操作;后再分别加热三角形。其宽度不超2倍板厚,三角形底边应与对应翼板上线状加热宽度相等,加热时从三角形顶部到中心向两侧扩展直到底部,此过程要注意一层层加热且温度不能过高,否则易造成难矫正的凹陷变形。此外,以上三角形加热方法也适用于构件旁弯矫正。加热时应采用中温矫正,浇水要少。
钢结构制造中要慎用火焰矫正,尽量采取了合理工艺措施减少变形,多采用机械矫正,以避免不恰当矫正引起的柱、梁、撑纵应力过高而降低承载安全系数的问题。当不得不采用火焰矫正时,要注意以下规范。
一是选用CO2气体保护焊、等离子弧焊和手工点弧焊等单位体积内的包含的能量较高的焊接方法,以降低薄板焊接的变形量。
三是对不对称构件的焊接要注意选用不同的焊接参数,以控制和调节弯曲变形,同时要选择合理的装配焊接顺序。
四是焊接顺序总的规律是先焊焊缝少的一侧,尽可能采用对称焊接方法截面形状对称结构,采用机械或加热预拉伸焊接薄板骨架,或同时使用,并装配焊接骨架,防止波浪变形。
其他需要注意的几点,包括:(1)烤火位置不得在主梁最大应力截面附近。(2)矫正处烤火面积在一个截面上不得过大,要多选几个截面。(3)宜用点状加热方式,以改善加热区的应力状态。(4)加热温度不超过700 ℃。
钢结构焊接变形的种类很多,原因也有很多,有时候操作环境、焊工的操作技术和能力等也会影响到钢结构的形状。所以,要有效解决钢结构焊接变形问题,需要考虑恰当的焊接矫正方法,同时需要在实践中不断总结创新,以实现进一步的矫正突破。
焊缝质量直接影响焊接结构的使用性能与安全性,焊缝的质量直接体现焊工的技术水平,决定其工作上的能力,焊缝外观品质能直接体现焊缝的整体质量。在焊接生产中,焊工往往只注重无损害地进行检测人员的探伤结果,对焊缝的外观品质不能引起足够的重视,从而经常导致焊缝外观不合格而返工,降低了劳动生产率。
对接接头最重要的尺寸是熔深H,它直接影响到接头的承载能力;另一个重要尺寸是焊缝宽度B。B与H之比构成的焊缝成形系数影响到熔池中的气体逸出的难易、熔池的结晶方向,以及焊缝中心偏析严重程度等。
焊缝的另一个尺寸是余高,余高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷,也可增大焊缝截面提高承载能力。但余高过大将引起应力集中或疲劳寿命的下降,因此要限制余高的尺寸。当工件的疲劳寿命是重要的因素时,焊后应将余高去掉。
DL/T869―2004中详细规定了各类焊接接头的外观品质,包括焊缝余高、焊缝余高差、焊缝宽度、角变形量及焊缝表面缺陷如裂纹、未熔合、根部未焊透、气孔、夹渣、咬边、根部凸出和内凹等。
焊接电流增大,工件上电弧力的热输入均增大,热源位置下移,熔深增大;弧柱直径增大,电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔宽基本不变;焊丝熔化量也成比例地增多,所以余高增大。
电弧电压增大后,电弧功率加大,工件热输入有所增大,同时弧长加大,分布半径增大,热输入量减小,因此熔深减小而熔宽增大,焊丝因熔宽增大而熔化量略有减小,因此导致余高减小。
焊速提高时热输入量减小,熔宽和熔深都减小。余高也因单位长度焊缝上的焊缝金属的熔敷量与焊速成反比而有所减小。
熔化极电弧焊时,直流反接时焊缝熔深和熔宽都要比直流正接时大,交流电焊接时介于两者之间;钨极氩弧时直流正接的熔深最大,反接最小。
熔化极电弧焊时,如果电流不变,焊丝直径小,则焊丝上的电流密度变大,热量集中,因此熔深增大,熔宽减小,余高加大,焊丝伸出长度加大时焊丝电阻热增大,焊丝熔化量增多,余高增大,熔深略有减小。
工件材料的密度越大,液态金属排出越困难,熔深减小;工件的厚度越大,熔宽和熔深越小。
咬边是常见的焊缝外观缺陷,咬边是由于焊接参数选择不正确。或操作工艺不正确和焊接技能不熟练,沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。如焊接电流太大,电弧过长,运条方式和角度不当,坡口两侧停滞时间太长或太短等均有产生咬边的可能。而正确咬边选择焊接电流及焊接速度,电弧不能拉得太长,掌握正确的运条方法,灵活调整焊条角度均可以有很大效果预防咬边的产生。
在单面焊和双面焊时都能产生此类缺陷,根本原因是焊接电流小,焊速过快和坡口尺寸、装配间隙不当及焊丝未对准焊缝中心。
熔池金属在电弧力作用下被排向尾部而形成沟槽,当电弧向前移动时,沟槽中又填充熔池金属,如果这时槽壁处的液态金属层已凝固,填充熔池的金属热量又不足以使之再度熔化,则形成未熔合。多数情况下未熔合区内部有渣流入。这就需要加强层间清理,正确选择焊接电流,注意焊条摆动等。
产生焊瘤的原因通常有:根部间隙过大、焊条角度和运条方法不正确、焊接电流大及焊接速度过慢等。焊接时要严控熔池温度,不使其过高。
焊接电流过大、焊速过小或者间隙坡口尺寸过大都可能形成烧穿。另外,还有凹坑和塌陷等表面缺陷。焊接时能够使用衬垫或使用脉冲电流防止烧穿。
通过车间对检修人员考评办法的实施,使每位检修工、焊工端正工作态度。特别是电焊工的管理,因为焊工的工作态度、心理健康状态决定每条焊缝的外观品质。同时,要求检修工学习焊接管理规定,让其熟知焊接知识常识和现场焊接要求。
保证在焊前一定要按焊接工艺卡要求、焊接工件的材料性质,正确匹配焊接材料,同时严格按照焊条说明烘干,保证随取随用,条件允许情况下,选择品牌较好的焊条。工作前按标准准备焊接坡口,严格清理焊口,合理进行装配以便利于焊接。
每位焊工都应熟知焊接规范,正确了解和熟练掌握各种焊接位置的焊接每一种运条方式。加强理论培训,熟悉焊接理论,了解焊接缺陷知识。在生产实际中对于没办法避免的困难位置焊接前,应进行模拟练习,保证实际在做的工作中的焊接质量。
在熟悉掌握九种基本运条方式的基础上,将锯齿运条法加以改进,得出一个新的运条方式,可以有很大成效避免咬边缺陷的发生。保证焊缝的咬边即使存在,也可将其控制在正品范围之内。
改变过去横焊接头方式,将焊条引燃后,回拉至前一个熔池立即做一个向下切的动作,后直接向前移动,这样便可以轻松又有效地阻止焊接接头过高的缺陷。(见下图)
焊工熟悉掌握焊接缺陷标准,充分的利用空余时间,有明确的目的性地进行强化训练,训练必须有步骤,循序渐进,由易到难。同时要有时间限制,如每位焊工一星期至少完成三条合格焊缝,由班组成员对照标准共同进行测评,结果与奖金挂钩,以此来提高焊工练习的主动性,能更加进一步提高焊工的操作技能。