一级建造师（机电工程）-2.3焊接技术

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焊接技术

• 焊接材料与设备选用
  • 焊接材料
    • 1.焊条
      • 分类
        • 按药皮成分
        • 按用途
        • 按熔渣酸碱性
          • 碱性焊条（低氢型焊条）
          • 酸性焊条
        • 按特殊性能分类
      • 焊条选用
        • 满足结构安全、可靠使用的前提下
        • 以改善作业条件、提高技术效益为原则
        • 综合考虑因素
          • 钢材化学成分及力学性能
          • 焊缝金属性能
          • 钢结构特点（板厚、接头形式）和受力状态
          • 工艺性
          • 焊接位置和施焊条件（室内、野外、空间大小）
          • 焊接工作量（焊缝长度、焊缝当量）
      • 选用原则
        • 焊缝金属的力学性能和化学成分匹配原则
          • 力学性能、化学成分
        • 保证焊接构件的使用性能和工作条件
          • 使用性能、工作条件
        • 满足焊接结构特点及受力条件
          • 结构特点、受力条件
        • 具有焊接工艺可操作性
          • 可操作性
        • 提高生产率和降低成本
          • 生产率、成本
    • 2.焊丝
      • 分类
        • 实心焊丝
        • 药芯焊丝
      • 选用原则
    • 3.保护气体
      • 分类
        • 保护气体
        • 切割用气体
      • 选用
    • 4.焊剂
      • 分类
      • 埋弧焊剂使用要求
        • 运输保管
        • 烘培
        • 回收
    • 焊接材料复验
      • 钢结构的焊接材料复验
        • (1)建筑结构安全等级为一级的一、二级焊缝。
        • (2)建筑结构安全等级为二级的一级焊缝。
        • (3)大跨度的一级焊缝。
        • (4)重级工作制吊车梁结构中的一级焊缝 。
        • (5)设计要求
      • 特种设备的焊接材料复验
        • 球罐用的焊条、焊丝、焊剂库存超过期限
          • 扩散氢复验
        • 工业管道用的焊条、焊丝、焊剂库存超过期限复验合格才可使用。质量证明书/合格证书上注明期限
          • 酸性焊接材料、防潮包装良好的低氢焊接材料。库存期限2年
          • 石墨型焊接材料及其他焊接材料，1年
  • 焊接设备
    • （1）焊接设备分类
    • （2）焊接设备应用范围
• 焊接方法与工艺评定
  • 常用焊接方法及特点
    • 1.焊条电弧焊
      • （1）机动性和灵活性好
        • 需要焊接设备相对简单
        • 焊接场地不受限制
        • 可适用全位置焊接
      • （2）焊缝金属性能良好
        • 焊接热输入低，焊缝结晶致密，力学性能高
        • 可通过焊条药皮配方调整控制焊缝性能，满足不同要求
      • （3）工艺适应性强
        • 可以焊接除活性金属以外的大多数金属结构材料
    • 2.钨极惰性气体保护焊
      • 具有焊条电弧焊的特点
      • 自有的特点
        • 电弧热量集中，可精确控制焊接热输入，焊接热影响区窄
          • 热量集中
        • 焊接过程不产生溶渣、无飞溅，焊缝表面光洁
          • 无飞溅
        • 焊接过程无烟尘，熔池容易控制，焊缝质量高
          • 焊缝质量高
        • 焊接工艺适用性强，几乎可以焊接所有的金属材料。
          • 所有的金属
        • 焊接参数可精确控制，易于实现焊接过程全自动化。
          • 全自动化
  • 焊接工艺评定
    • 定义
      • 为验证所拟定的焊接工艺正确性而进行的试验过程及结果评价
        • 试验
    • 作用
      • 验证施焊单位能力
      • 焊接工艺评定是编制焊接工艺规程的依据
        • 用于指导焊工施焊和焊后热处理工作
    • 步骤
      • 1、焊接工艺评定的委托
        • 内部委托组织完成焊接工艺评定工作
        • PWPS、焊接过程等关键工作不可委托
        • 试件加工、检测、试验等可委托分包
      • 2、拟定预焊接工艺规程
        • 预焊接工艺规程（PWPS)
      • 3、施焊试件
        • 本单位完成，不允许外协
      • 4、试件检验
        • 外观检查、无损检测、力学性能试验、弯曲试验
      • 5、签发报告
        • 焊接工艺评定过程中应做好记录
        • 焊评完成后应提出焊接工艺评定报告
          • 焊接工艺评定报告（PQR)
        • 焊接工艺评定报告由焊接技术负责人审核
      • 委托--拟定--施焊--检验--报告
  • 焊接工艺规程（WPS)
    • 焊接工艺规程=焊接作业指导书=焊接工艺卡
      • 焊接工艺规程（WPS）
        • 指导焊工施工
    • 编制要求
      • 必须由单位自行编制
      • 编制WPS应以PQR为依据，综合考虑
        • 设计文件和相关标准要求
        • 产品使用和施工条件等
      • 当某个焊接工艺评定因素的变化超出标准规定的评定范围时，均需要重新编制 WPS。并有对应的 PQR 作为支撑性文件
      • 由具有一定专业知识和相当实践经验的焊接技术人员编制
    • 审核
      • 本单位焊接技术负责人批准，WPS审批后方可
        • 用于指导焊工施焊和焊后热处理工作
    • 焊前技术交底
      • 焊接作业前，焊接技术人员向焊工发放相应WPS并进行技术交底
  • 焊接工艺技术
    • 1.焊接作业人员要求
      • 焊接责任人员
        • 组建本项目焊接质量控制系统，配备各岗位员工，对焊接活动实施进行由校控制
        • 钢结构工程焊接难度
          • A（易）
          • B（一般）
          • C（较难）
          • D（难）
          • 焊接技术负责人，高级技术职称
      • 焊工
        • 证书
          • 《职业技能鉴定资格证书》
          • 《特种作业操作证》
          • 《特种设备作业人员证》
            • 特种设备
    • 2.焊接技术管理要求
      • 技术交底
        • 焊接工程特点
        • WPS 内容
        • 焊接质量检验计划
        • 进度要求等
      • 超次返修
        • 焊缝同一部位的返修次数不宜超过 2 次。
        • 返修前应编制超次返修技术方案
          • 并经施工单位技术负责人批准后，方可实施
            • 超次返修技术方案
            • 施工单位技术负责人
      • 焊接场所
        • （1）自然环境
          • 风速
          • 湿度
          • 雨雪天气
          • 无防护措施
        • （2）作业场地
    • 3.特殊材料焊接工艺措施
      • 1.有延迟裂纹倾向的材料
        • 原因
          • 焊缝含扩散氢
            • 氢
          • 接头所承受的拉应力
            • 拉应力
          • 材料淬硬倾向决定的金属塑性储备
            • 塑性储备
          • 其一或三者相互作用的结果；主要发生在低合金高强钢中
        • 措施
          • 焊条烘干
          • 减少应力
          • 焊前预热
          • 焊后热处理
          • 焊后热消氢处理
          • 打磨焊缝余高
          • 对容易产生焊接延迟裂纹的钢材，焊后应及时进行热处理。当不能及时进行热处理时，应在焊后立即均匀加热至 200〜350°C，并保温缓冷。
            • 厚热，保温缓冷
      • 2.有再热裂纹倾向的材料（热处理后产生）
        • 原因
          • 与钢中所含碳化物形成元素有关
            • Cr、Mo、Ti、B等
        • 措施
          • 预热：预热温度为 200〜450℃
            • 预热
          • 应用低强度焊缝，使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力
            • 应用低强度焊缝
          • 减少焊接应力，合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊 接应力
            • 减少焊接应力
      • 3.抗硫化氢腐蚀钢
        • 焊接接头布氏硬度不大于190HBW
        • 焊缝咬边深度不大于0.4mm
        • 20HIC材质焊接工艺评定
• 焊接应力与变形
  • 降低焊接应力措施
    • 1.设计措施
      • 减少焊缝的数量和尺寸
      • 避免焊缝过于集中
      • 优化设计结构
    • 2.工艺措施
      • 采用较小的焊接线能量
      • 合理安排装配焊接顺序
      • 层间进行锤击
        • 焊接后
      • 预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）
      • 焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条
      • 预热
        • 焊接前
      • 消氢处理
        • 采用低氢焊条、焊后及时消氢处理
      • 焊后热处理
        • 高温回火
      • 利用振动法来消除焊接残余应力
  • 焊接变形的危害及预防措施
    • 变形分类
      • 瞬态热变形
        • 焊接过程中产生
      • 残余变形
        • 面内变形
          • 焊缝纵向收缩变形
          • 横向收缩变形
          • 焊缝回转变形
        • 面外变形
          • 角变形
          • 扭曲变形
          • 弯曲变形
          • 失稳波浪变形
          • 脚扭弯失稳
        • 焊接后室温条件下
    • 危害
      • 降低装配质量
      • 影响外观质量
      • 降低承载力
      • 增加矫正工序
      • 提高制造成本
    • 预防焊接变形措施
      • 1.进行合理的焊接结构设计
        • 合理安排焊缝位置
          • 焊缝不宜集中；尽量对称
        • 合理选择焊缝数量和长度
          • 尽量小
        • 合理选择坡口形式
          • 减小焊缝截面尺寸，对称的坡口、U形坡口
      • 2.采取合理的装配工艺措施
        • 预留收缩余量法
        • 反变形法
          • 边缘板焊接时，先焊边缘板外端 300mm，在焊道底部用合适高度楔铁垫起，使反变形角度控制 在 5-8°的范围内，以便补偿焊缝的角变形，预防此处焊接后的起拱变形
          • 常用来控制角变形和防止设备壳体局部下塌
        • 刚性固定法
          • 广泛用于工程焊接较小的构件，对防止角变形和波浪变形有显著的效果
        • 合理选择装配程序
          • 如：压力容器分节制造
      • 3.采取合理的焊接工艺措施
        • 合理的焊接方法
          • 尽量选用热量集中焊接方法，气体保护焊
        • 合理的焊接线能量
          • 尽量减小焊接线能量的输入
        • 合理的焊接顺序和方向
          • 先短后长，先纵后环
• 焊接质量检验
  • 方法分类
    • 破坏性检验
      • 力学性能试验
        • 拉伸试验、冲击试验、硬度试验、断裂性试验、疲劳试验
      • 弯曲试验
      • 化学分析试验
        • 化学成分分析、不锈钢晶间腐蚀试验、焊条扩散氢含量测试
      • 金相试验
        • 宏观组织、微观组织
      • 焊接性试验
      • 焊缝电镜
    • 非破坏性检验
      • 外观检验
      • 无损检测
        • 渗透检测、磁粉检测、超声检测、射线检测
      • 耐压试验
      • 泄漏试验
  • 焊接过程质量检验
    • 焊接前检验
      • 母材和焊材
      • 零部件主要结构尺寸
      • 组对质量
      • 坡口清理检查
      • 焊接前的确认
    • 施焊过程检验
      • 定位焊缝
        • 定位焊缝容易存在缺陷，应清除定位焊缝渣皮后进行检查
      • 焊接线能量 J/cm
        • q=IU/v
          • I--焊接电流A
          • U--电弧电压V
          • v--焊接速度cm/s
      • 多层（道）焊
        • 每层焊完后，立即对层间进行清洁，并进行外观检查，合格后进行下一层焊接
      • 后热
        • 对规定进行后热的焊缝，检查加热范围、后热温度和后热时间，并形成记录
          • 加热范围
          • 后热温度
          • 后热时间
    • 焊缝检验
      • 1.外观检验
        • 焊缝表面
          • 形状尺寸、外观质量
            • 应符合设计要求或现行国家有关标准
          • 不允许存在的缺陷
            • 裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、外露夹渣、未焊满
          • 可允许存在的缺陷
            • 咬边、角焊缝厚度不足、角焊缝、焊脚不对称
        • 几何尺寸
          • 直径、椭圆度、边长、棱角度等
      • 2.无损检测
        • 常用方法
          • 射线检测（RT）
            • 两种射线源，为 X 射线和γ射线
          • 超声检测（UT）
            • A 型脉冲反射式超声波检测仪
            • 衍射时差法超声波检测仪（称 TOFD）
          • 磁粉检测（MT）
            • 设备：磁粉探伤机
              • 只适合于铁磁性材料，表面
          • 渗透检测（PT）
            • 渗透检测剂
              • 表面
          • 目视检测
            • 照明光源、反光镜和低倍放大镜等
        • 技术要点
          • 立式圆筒形钢制焊接储罐
            • 焊接24h 后进行无损检测
          • 有延迟裂纹倾向的材料
            • 焊接24h 后进行无损检测
            • 该材料制造的球罐（焊接量更大）
              • 焊接36h 后进行无损检测
          • 有再热裂纹倾向材料
            • 热处理后增加一次无损检测
        • 焊缝表面无损检测
          • 无规定时
            • 可选用MT或PT方法
          • PT前，表面不得有铁锈、焊渣、飞溅、防护层
          • MT前，表面及两侧25mm内，不得有油脂、污垢、焊渣、飞溅、黏附磁性物质
        • 焊缝内部无损检测
          • 执行标准
          • RT和UT的对比
            • RT
              • 优点
                • 可以获得缺陷的投影图像
                • 缺陷定性，长度测量比较准确
                • 体积型缺陷、薄壁工件中的缺陷，检测率较高
              • 缺点
                • 厚壁工件的缺陷检测率低
                • 成本高
                • 速度慢
                • 有危害
            • UT
              • 优点
                • 面积型缺陷的检出率较高，适合厚壁工件
                • 无害
                • 成本低
                • 速度快
              • 缺点
                • 缺陷定性困难，定量精度不高
                • 无缺陷直观图像
                • 薄壁工件检测困难
      • 3.其他检验
        • 硬度检验
          • 工业管道的焊接接头的焊缝和热影响区
        • 腐蚀试验
        • 金相试验
    • 耐压试验和泄漏试验
      • 耐压试验
        • 液压试验
        • 气压试验和气液组合压力试验
      • 泄漏试验
        • 压力容器
          • 耐压试验合格后方可进行泄漏试验
          • 方法包括
            • 气密性试验
            • 氨检漏试验
            • 卤素检漏试验
            • 氦检漏试验
        • 压力管道
      • 真空度试验
        • 工业管道
          • 真空管道系统在压力试验合格后
          • 进行 24h 的真空试验，增压率应 不大于 5%
        • 焊接储罐
          • 真空箱法进行严密性试验
          • 试验负压值不低 于 53kPa，无渗漏为合格