焊接工程理論基礎

   時間:2014-03-11 13:38:53
焊接工程理論基礎簡介
    一、焊接的本質是什麼?如何分類?有何優點?    焊接是利用加熱或加壓等手段,使分離的兩部分金屬,藉助於原子的擴散與結合而形成原子間……
焊接工程理論基礎正文
    

一、焊接的本質是什麼?如何分類?有何優點?

   焊接是利用加熱或加壓等手段,使分離的兩部分金屬,藉助於原子的擴散與結合而形成原子間永久性連接的工藝方法。
   焊接方法的種類很多,根據實現金屬原子間結合的方式不同,可分為熔化焊、壓力焊和釺焊3大類。

   焊接方法具有如下優點:

   (1)成形方便:焊接方法靈活多樣,工藝簡便;在製造大型、複雜結構和零件時,可採用鑄焊、鍛焊方法,化大為小,化複雜為簡單,再逐次裝配焊接而成。
   (2)適應性強:採用相應的焊接方法,不僅可生產微型、大型和複雜的金屬構件,也能生產氣密性好的高溫、高壓設備和化工設備;此外,採用焊接方法,還能實現異種金屬或非金屬的連接。
   (3)生產成本低:與鉚接相比,焊接結構可節省材料10%~20%,並可減少劃線、鑽孔、裝配等工序。另外,採用焊接結構能夠按使用要求選用材料。在結構的不同部位,按強度、耐磨性、耐腐蝕性、耐高溫等要求選用不同材料,具有更好的經濟性。

 
二、什麼是焊接電弧?電弧的構造有何特點?什麼情況下有正接法與反接法之分?各區域溫度約為多少?

   焊接電弧是電極與工件之間的強烈而持久的氣體放電現象。

   電弧的構造:焊接電弧由陰極區、陽極區和弧柱區3部分組成。

   採用直流弧焊機焊接時有正接法與反接法之分,正接是將工件接電源正極,焊條接負極;反接是將工件接電源負極,焊條(或電極)接正極。

   用鋼焊條焊接工件時,陽極區溫度約為2 600 K,陰極區溫度約為2 400 K,電弧中心區溫度最高,可達6 000~8 000 K。

三、焊條電弧焊時,對焊接電源有哪些基本要求?常用焊接電源的類型有哪些?

   焊條電弧焊時,對焊接電源的基本要求有:

   (1)具有陡降的特性;
   (2)具有一定的空載電壓以滿足引弧的需要,一般為50~90 V;
   (3)限制適當的短路電流,以保證焊接過程頻繁短路時,電流不致無限增大而燒毀電源。短路電流一般不超過工作電流的1.25~2倍。

   常用焊接電源的類型有交流弧焊機、直流弧焊機和交、直流兩用弧焊機。

四、焊接冶金過程有何特點?焊接過程中為什麼要對焊接區進行有效保護?

    焊接冶金過程特點:電弧焊時,被熔化的金屬、熔渣、氣體三者之間進行著一系列物理化學反應,如金屬的氧化與還原,氣體的溶解與析出,雜質的去除等。因此,焊接熔池可以看成是一座微型冶金爐。但是,焊接冶金過程與一般的冶鍊過程不同,主要有以下特點。

   (1)冶金溫度高:容易造成合金元素的燒損與蒸發;
   (2)冶金過程短:焊接時,由於焊接熔池體積小(一般2~3 cm3),冷卻速度快,液態停留時間短(熔池從形成到凝固約10 s),各種化學反應無法達到平衡狀態,在焊縫中會出現化學成分不均勻的偏析現象。
   (3)冶金條件差:焊接熔池一般暴露在空氣中,熔池周圍的氣體、鐵鏽、油污等在電弧的高溫下,將分解成原子態的氧、氮等,極易同金屬元素產生化學反應。反應生成的氧化物、氮化物混入焊縫中,使焊縫的力學性能下降;空氣中水分分解成氫原子,在焊縫中產生氣孔、裂縫等缺陷,會出現「氫脆」現象。

    上述情況將嚴重影響焊接質量,因此,必須採取有效措施來保護焊接區,防止周圍有害氣體侵入金屬熔池 。

五、焊條的組成及作用是什麼?焊條的選用原則有哪些?

   (1)焊條是由金屬焊芯和葯皮兩部分所組成的,焊芯的主要作用是作為電極和填充金屬;葯皮的作用主要是穩弧、保護、脫氧、滲合金及改善焊接工藝性。
   (2)選用焊條的基本原則如下:

     1)等強度原則   即選用與母材同強度等級的焊條。一般用於焊接低碳鋼和低合金鋼。
     2)同成分原則   即選用與母材化學成分相同或相近的焊條。一般用於焊接耐熱鋼、不鏽鋼等金屬材料。
     3)抗裂紋原則   選用抗裂性好的鹼性焊條,以免在焊接和使用過程中接頭產生裂紋。一般用於焊接剛度大、形狀複雜、使用中承受動載荷的焊接結構。
     4)抗氣孔原則   受焊接工藝條件的限制,如對焊件接頭部位的油污、鐵鏽等清理不便,應選用抗氣孔能力強的酸性焊條,以免焊接過程中氣體滯留於焊縫中,形成氣孔。
     5)低成本原則   在滿足使用要求的前提下,盡量選用工藝性能好、成本低和效率高的焊條。

六、焊接變形的基本形式有哪些?

    焊接變形的基本形式有收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等。

七、焊接應力與變形產生的原因是什麼?減少焊接應力與變形的工藝措施主要有哪些?

    焊接過程中,對焊件進行不均勻加熱和冷卻,是產生焊接應力和變形的根本原因。
    減少焊接應力與變形的工藝措施主要有:

   1)預留收縮變形量   根據理論計算和實踐經驗,在焊件備料及加工時預先考慮收縮余量,以便焊后工件達到所要求的形狀、尺寸。
   2)反變形法   根據理論計算和實踐經驗,預先估計結構焊接變形的方向和大小,然後在焊接裝配時給予一個方向相反、大小相等的預置變形,以抵消焊后產生的變形。
   3)剛性固定法   焊接時將焊件加以剛性固定,焊后待焊件冷卻到室溫后再去掉剛性固定,可有效防止角變形和波浪變形。此方法會增大焊接應力,只適用於塑性較好的低碳鋼結構。
   4)選擇合理的焊接順序   盡量使焊縫自由收縮。焊接焊縫較多的結構件時,應先焊錯開的短焊縫,再焊直通長焊縫,以防在焊縫交接處產生裂紋。如果焊縫較長,可採用逐步退焊法和跳焊法,使溫度分佈較均勻,從而減少了焊接應力和變形。
   5)錘擊焊縫法   在焊縫的冷卻過程中,用圓頭小錘均勻迅速地錘擊焊縫,使金屬產生塑性延伸變形,抵消一部分焊接收縮變形,從而減小焊接應力和變形 。
   6)加熱「減應區」法   焊接前,在焊接部位附近區域(稱為減應區)進行加熱使之伸長,焊后冷卻時,加熱區與焊縫一起收縮,可有效減小焊接應力和變形。
   7)焊前預熱和焊后緩冷   預熱的目的是減少焊縫區與焊件其他部分的溫差,降低焊縫區的冷卻速度,使焊件能較均勻地冷卻下來,從而減少焊接應力與變形。

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