008--机电工程焊接技术

2023年二级机电学习笔记--008--机电工程焊接技术，焊接工艺是指制造焊件所有关的加工方法和实施要求。 包括焊接准备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求。

机电工程焊接技术

• 焊接工艺选择
  • 焊接工艺是指制造焊件所有关的加工方法和实施要求。 包括焊接准备、材料选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求。【备料法参操】
  • 焊接准备
    • 焊接性分析：钢结构工程焊接难度分为A级（易）、B级（一般）、C级（较难）、D级（难），其影响因素包括：板厚、钢材分类、受力状态、钢材碳当量。【李后探雷】
    • 焊接工艺评定：焊接工艺评定报告（PQR）和焊接工艺指导书（WPS）控制，包括： 焊接工艺评定报告； 相关检验检测报告； 工艺评定施焊记录； 焊接工艺评定试样的保存。 【两报告一记录一样品】
      • 焊接工艺评定应在本单位进行。 焊接工艺评定所用设备、仪表应处于正常状态。 金属材料、焊接材料应符合相应标准。 由本单位操作技能熟练的焊接人员使用本单位设备焊接试件。
      • 各种焊接方法的专用评定规则： 1、按接头、填充金属、焊接位置、预热（后热）、气体、电特性、技术措施分别对各种焊接方法影响程度可分为重要因素、补加因素和次要因素。 2、当改变任何一个重要因素时，都需重新进行焊接工艺评定。 3、当增加或变更任何一个补加因素时，则可按照增加或变更的补加因素，增焊冲击韧性试件进行试验。 4、当增加或变更次要因素时，不需要重新评定，但须重新编制预焊接工艺规程。
  • 材料选用
  • 焊接方法选定
    • 常用焊接方法：手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳保护焊、钨极气体保护焊
      • 施工电弧焊
      • 埋弧焊
    • 锅炉焊接方法
      • 锅筒和集箱、管道上管接头的组合焊缝，受热面管子的对接焊缝、管子和管件的对接焊缝，结构允许时，应当采用氢弧焊打底。GB/T16507.5-2013中“8.1.2.锅炉受压元件不应采用电渣焊”。
    • 球罐焊接方法
      • GB50094-2010中“6.1.4.球形储罐的焊接方法宜采用焊条电弧焊、药芯焊丝自动焊和半自动焊。
        • 焊条电弧焊
        • 药芯焊丝自动焊和半自动焊
    • 公用管道
      • TSGD2002-2006中规定：GB1(PE)采用热熔焊、电熔焊两种方法。
        • 热熔连接广泛应用于PP-R管、PB管、PE-RT管等新型管材与管件连接，通过加热使管道对接口发生变化，从而使管道与配件之间行程整体，冷却后成型。主要有热熔承插连接和热熔对焊连接。
        • 电融连接一般是熔接PE管，通过给嵌于管件内壁的铜丝通电加热，使熔合区部位塑料树脂发生相变，高分子链段在一定压力下互相渗透，交强，通过冷却材料重新结晶排列，使熔合部位结合成一个整体。
    • 铝及铝合金容器（管道）焊接方法
      • JB/T4734-2002中“10.3.1焊接方法应采用钨极氮弧焊、熔化极氢弧焊、等离子焊及通过试验可保证焊接质量的其他焊接方法。不用焊条电弧焊，一般也不采用气焊。” （钨极惰性气体保护电弧焊和熔化极惰性气体保护电弧焊适用于铝及铝合金的焊接）
  • 焊接参数：焊接时，为保证焊接质量而选定的各项参数的总称
    • 焊接接头参数
      • 焊接接头：焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区和母材金属组成。 焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头形式及坡口形式也不同。
        • 接头形式：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头等。
          • 焊接接头形式主要是由两焊件相对位置所决定的。 例如：钢制储罐底板的幅板之间、幅板与边缘板之间、人孔（接管）或支腿补强板与容器壁板（顶板）之间等常用搭接接头连接。
        • 坡口形式：根据坡口形状，分成I形(不开坡口)、V形、单边V形、U形、双U形、J形破口等。
          • 钝边的作用是防止根部烧穿。
        • 焊缝形式
          • 按焊缝结合形式，分为： 对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝、端接焊缝五种。【塞对角槽端】
          • 按施焊时焊缝在空间所处位置，分为： 平焊缝、立焊缝、横焊缝、仰焊缝四种形式。【横竖仰立】
            • 焊接位置：焊件接缝所处的空间位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。 有平焊、立焊、横焊和仰焊位置。
          • 按焊缝按断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。
            • 连续焊缝
            • 断续焊缝（点焊）
    • 焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接线能量等参数
      • 一个公式全包括：q=I·U/v q-焊接线能量( J/cm )；I-焊接电流(A)；U一焊接电弧电压(V )；v-焊接速度(cm/s)。 电功率=I·U
    • 预热、后热及焊后热处理参数（为改善焊接接头的焊后组织和性能或消除残余应力而进行的热处理）
      • 1、20HIC任意壁厚均需要焊前预热和焊后热处理，以防止延迟裂纹（又称氢致裂纹）的产生。 若不能及时热处理，则应在焊后立即后热200℃-350℃保温缓冷。后热即可减小焊缝中氢的影响，降低焊接残余应力，避免焊接接头中出现马氏体组织，从而防止氢致裂纹的产生；
        • 延迟裂纹：延迟裂纹是冷裂纹的一种，是由于塑性储备、应力状态以及焊缝金属中氢含量等综合作用而产生的焊接裂纹。具有孕育期的冷裂纹称为延迟裂纹。这类裂纹具有潜伏期、缓慢扩展期和突然断裂期三个阶段。一般认为：潜伏期和缓慢扩展期与氢的聚集与扩散有关，所以又称氢致裂纹。这类裂纹可能在焊后数小时、数天或更长时间内出现。高强钢厚壁容器容易出现这种裂纹。延迟裂纹不是在焊接过程中产生的，而是在焊后延续一段时间产生的。
        • 马氏体组织：马氏体(martensite)是黑色金属材料的一种组织名称，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。在中、高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。
      • 2、其他牌号非合金钢用于压力容器时，最低预热温度15℃；
      • 3、其他牌号用于工业管道焊接接头： 母材厚度³25mm时，最低预热温度80℃。母材厚度<25mm，最低预热温度10℃。
      • 4、非合金钢管道壁厚大于19mm时，应进行焊后消除应力热处理。
    • 焊接层道参数
      • 熔透焊道只从一面焊接而使接头完全熔透的焊道，一般指单面焊双面成形焊道。 多层焊时，每个焊层可以由一条焊道或几条并排相搭的焊道所组成。
  • 操作要求
    • 焊接设备及辅助装备：应能保证焊接工作的正常进行和安全可靠，仪表应定期校验。
    • 焊接坡口清理【去污、除膜】
      • 非合金钢压力容器焊接坡口及其附近（焊条电弧焊时，每侧约10mm处；埋弧焊、等离子弧焊、气体保护焊每侧各20mm），应将水、锈、油污、积渣和其他有害杂质清理干净。
      • 铝及铝合金焊接坡口及其附近各50mm处用化学方法或机械方法去除表面氧化膜。应用丙酮等有机溶剂去除油污及对焊接质量有害的物质。
    • 禁忌操作
      • 不得在焊件表面引弧或试验电流。
      • 在根部焊道和盖面焊道上不得锤击。
• 焊接质量检测
  • 检查方法
    • 锅炉：锅炉受压元件及其焊接接头质量检验，包括：【外孙求华丽】 外观检验、无损检测、通球试验、化学成分分析、力学性能检验。
    • 容器：钢制焊接储罐焊接接头的检验，包括：【外孙没油水】 外观检查、无损检测、严密性试验（罐底的所有焊缝）、煤油渗漏【浮顶】、充水试验。
  • 焊接接头缺陷
    • 焊接欠缺：在焊接接头中因焊接产生的金属不连续、不致密或连接不良但未超出标准允许范围的现象。
    • 焊接缺陷：超过允许范围的焊接欠缺
      • 按缺陷形态可分为： 平面型缺陷（如裂纹、未熔合等）； 体积型缺陷（如气孔、夹渣等）。
      • 按缺陷出现位置不同可分为： 表面缺陷（如焊缝尺寸不符合要求，咬边、表面气孔、表面夹渣、表面裂纹、焊瘤、弧坑等）。 内部缺陷（如气孔、夹渣、裂纹、未熔合、偏析、显微组织不符合要求等）。
  • 焊接检验
    • 焊接前检验（人机料法环）
      • 焊工：应取得相应的资格，获得了焊接工艺(作业)指导书，并接受了技术交底。 焊接设备及辅助设备：保证焊接工作的正常进行和安全可靠，仪表应定期检验。 焊接环境：应符合规范要求 焊前预热：加热方法、加热宽度、保温要求、测温要求应符合规范要求。
    • 焊接过程检验
      • 焊接过程工艺参数检查：焊工操作焊条电弧焊时，检查其执行的焊接工艺参数包括： 焊接方法、焊接材料、焊接电流、焊接电压、焊接速度、电流种类、极性、焊接层(道)数、焊接顺序。
      • 焊接过程目视检测： (1)每条焊道或焊层在下一道焊层覆盖前应清理干净，特别要注意焊缝金属和熔合面的结合处; (2)焊道之问、焊缝与母材之间的过渡成型良好。
    • 焊缝返修过程检查（如有返修）
      • 压力容器修理挖除焊缝或母材部位缺陷时，经无损检测确检验认缺陷清楚后【怕挖错地方，确认挖的位置】方可进行焊接，焊接完成后应再次进行无损检测【确认问题是否修好】。
    • 焊接后检验
      • 目视（外观）检验
        • (1)焊缝应在焊接完后立即清除渣皮、飞溅物，清理干净焊缝表面，并应进行外观检查(目视检测)； (2)对于直接目视检测，在待检表面600mm之内应提供人眼足够观察的空间，且检测视角不小于30°。
      • 无损检测【五大无损检测技术，两外三内】
        • 磁粉检测和渗透检测（外部检测）
          • 1、磁粉检测： 磁粉检测是以磁粉做显示介质对缺陷进行观察的方法。 根据磁化时施加的磁粉介质种类，检测方法分为湿法和干法； 按照工件上施加磁粉的时间，检验方法分为连续法和剩磁法。 铁磁性材料工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变 而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，在合适的光照下形成目视可见的磁痕，从而显示出不连续性的位置、大小、形状和严重程度。又称磁粉检验或磁粉探伤，属于无损检测五大常规方法之一。 2、渗透检测： 渗透探伤是利用毛细现象检查材料表面缺陷的一种无损检验方法。 渗透性探伤是工业发展过程中所衍生出来的一种应用技术，该技术是除了进行目视检查之外，所应用的一种无损检测措施。由于渗透探伤自身在实际执行过程中的简单操作性，促使该技术已经被广泛的各个领域之中。并且在当前科技技术飞速发展的过程中，传统的渗透性探伤技术已经逐渐拓展成为了多孔性材料的检测技术。 20世纪初，最早利用具有渗透能力的煤油检查机车零件的裂缝。到40年代初期美国斯威策(R.C.Switzer)发明了渗透探伤渗透探伤荧光渗透液，这种渗透液在第二次世界大战期间，大量用于检查军用飞机轻合金零件，渗透探伤便成为主要的无损检测手段之一，获得广泛应用。
        • 射线检测和超声波检测（内部检测）【还有涡流检测】
          • (1)射线检测或（和）超声波检测等级的选择。【射B超C】 射线检测技术等级分为A, AB, B三个级别，其中A级最低、B级最高； 超声波检测技术等级分为A, B, C三个级别，其中A级最低、C级最高； 射线检测和超声波检测技术等级的选择应根据设备或管道的重要程度，由相关标准及设计文件规定。 (2)对设计没有规定进行射线检测或超声波检测的焊缝，焊接检查人员应对全部焊缝的可见部分进行外观检查，根据现场实际施工情况，对焊缝内部质量有怀疑时，应提出使用射线检测或超声波检测方法对焊缝做进一步检验。
          • 涡流检测： 涡流检测是建立在电磁感应原理基础之上的一种无损检测方法，它适用于导电材料，如果我们把一块导体置于交变磁场之中，在导体中就有感应电流存在，即产生涡流，由于导体自身各种因素(如电导率、磁导率、形状、尺寸和缺陷等)的变化会导致感应电流的变化，利用这种现象而判知导体性质、状态的检测方法，叫做涡流检测方法。在涡流探伤中，是靠检测线圈来建立交变磁场;把能量传递给被检导体;同时又通过涡流所建立的交变磁场来获得被检测导体中的质量信息。所以说，检测线圈是一种换能器。检测线圈的形状、尺寸和技术参数对于最终检测是至关重要的。在涡流探伤中，往往是根据被检测的形状，尺寸、材质和质量要求(检测标准)等来选定检测线圈的种类。常用的检测线圈有三类：穿过式线圈、内插式线圈、探头式线圈。
      • 热处理相关检查、检验
        • (1)对于局部加热热处理的焊缝，应检查和记录升温速度、降温速度、恒温温度和恒温时间、任意两测温点间的温差等参数和加热区域宽度；【温度】 (2)局部加热热处理的焊缝应进行硬度检验；【硬度】 (3)当热处理效果检查不合格或热处理记录曲线存在异常时，宜通过其他检测方法（金相分析或残余应力测试）进行复查或评估。
          • 金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，由二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的三维空间形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。将图像处理系统应用于金相分析，具有精度高、速度快等优点，可以大大提高工作效率。
          • 残余应力是指构件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在构件内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。
      • 理【金铁】化和力学性能检验
        • 当对焊缝进行化学成分分析、焊缝铁素体含量测定、焊接接头金相检验、产品力学性能等检验时，其检验结果应符合设计文件和国家现行有关标准的规定。
      • 强度试验
        • (1)焊缝的强度试验及严密性试验应在射线检测或超声波检测及热处理后进行； (2)液体压力试验介质应使用工业用水。 当生产工艺有要求时，可用其他液体。 不锈钢 设备或管道用水试验时，水中的氯离子含量不得超过50mg/L，试验结束应立即排放干净。【不锈钢抗腐蚀性强，可以50ppm，其他地方统统都是25ppm】
      • 其他检验检测要求
        • 焊接施工检查记录至少应包括： 焊工资格认可记录； 焊接检查记录、 焊缝返修检查记录。