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单面焊双面成形质量差的原因及防止措施

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  摘 要:单面焊双面成形的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制。本文详细的介绍了焊接电源、焊接电流、焊接速度、电弧电压、焊接层数、焊条类形、焊条直径等工艺因素对单面焊双面成形技术焊接质量的影响和造成的相关缺陷。详细的分析了单面焊双面成形技术焊接质量差所引起的一系列问题及造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,解决单面焊双面成形技术的缺陷,使单面焊双面成形技术进一步完善,加以推广,并对单面焊双面成形作业具有一定的指导作用。
  关键词:单面焊双面成形,焊接,质量,原因,措施
  
  引 言
  铝合金不但质量轻、比强度高、疲劳强度和耐腐蚀性好,而且成形工艺性好和焊接性好等突出优点,因而铝合金材料在现代工业领域内有着广泛的使用。目前,“高速、节能、安全、舒适、环保”是现代化交通运输工具的发展方向,而大型的铝合金型材是实现轨道交通工具特别是地铁列车、高速列车、双层列车和轻轨列车高速化和轻量化的关键材料。它的大量使用可使车辆制造工作量减少40%,车体质量减小30%~50%,能提高车辆的运行性能、加速性能和安全舒适性能,降低车辆自身牵引能耗费用。
  1.单面焊双面成形技术的概念
  单面焊双面成形技术是采用普通焊条,在不需要任何辅助措施条件下,只是坡口根部在进行组装定位焊时,应按焊接的不同操作手法留出不同的间隙,在坡口的正面进行焊接,就会在破口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好,符合质量要求的焊缝。这种方法主要适用于板材对接接头、管状对接接头和骑座式管板接头。是锅炉、压力容器焊工应熟练掌握的操作技能[1]。
  2.单面焊双面成形常见的焊接缺陷
  2.1 尺寸上的缺陷
  包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。这些缺陷不仅使焊缝成形不美,而且容易造成应力集中,影响焊缝与母材的结合强度。
  2.2 结构上的缺陷
  包括气孔、夹渣、非金属夹杂物、熔合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。这些缺陷是焊接过程中最容易出现的缺陷。
  3.单面焊双面成形质量差引起的问题
  3.1 增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
  焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命。 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等。 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命。
  3.2 焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故
  单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中,一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度。轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故。
  4.单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
  4.1 焊接电源自身因素引起的焊接质量差
  焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素。若焊接电源自身性能不好,必然不会产生良好的焊件。当焊机的引弧性能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证。
  用交流电源焊接时,电弧稳定性差。采用直流电源焊接时,电弧稳定、柔顺、飞溅少,但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差,通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时,也常用直流弧焊电源,因为引弧比较容易,电弧比较稳定。
  4.2 工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响
  4.2.1 焊接电流
  焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量。焊接电流过大,可以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅量,也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化,并增大气孔倾向。
  4.2.2 焊接速度
  焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数。合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要。焊接速度应该均匀适当,既要保证焊透又要保证不焊穿,同时还要使焊缝宽度和余高等符合设计要求。
  4.2.3 电弧电压
  焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊缝质量稳定的重要因素。焊条电弧焊电弧电压主要由电弧长度决定的。电弧长度越大,电弧电压越高,电弧长度越短,电弧电压越小。
  4.2.4 焊接层数选择不当
  单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响。焊接层数主要根据焊件厚度、焊条直径、坡口形式和装配间隙等来确定。可作如下近似估算:
  n=δ/d 公式(1)
  式中:n为焊接层数;δ为焊件的厚度(mm);d为焊条的直径(mm)
  4.2.5 焊条类形及焊条直径的影响
  焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定。因此,焊条类形选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素。焊条直径的大小除了对生产率有一定的影响外,对焊接质量也有一定的影响。焊条直径一般根据焊件的厚度选择:同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数,对于重要的结构还要考虑焊接热输入的要求。
  4.3 操作因素
  在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因之一。
  5.防止单面焊双面成形焊接产生焊接缺陷的措施
  5.1 作好焊前准备
  焊前应对焊机进行试焊,确认焊机的引弧性能和稳定性能好,工艺参数的调节方便、灵活、方可使用。工件应开Y形的坡口,钝边的尺寸一般选在0.5~1.0mm之间,坡口边缘20mm以内处用磨光机打磨,并将表面的铁锈、油污等清除干净,露出金属光泽。锅炉压力容器及重要结构的焊接一律采用碱性焊条,打底层焊接应选择直径3.2mm的焊条,中间层和盖面层可选用4mm的焊条,并对焊条进行400℃烘干,保温2~4h。使用时需要将焊条放在保温筒内,随用随取。焊条在炉外停留时间不得超过4h,且反复烘干次数不能多于三次,药皮开裂和偏心度超标的焊条不得使用。
  5.2 焊接操作
  5.2.1 选择合适的工艺参数
  焊条电弧焊的工艺参数通常包括:焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率。因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。
  焊接参数对热影响区的大小和性能有很大的影响。采用小的焊接参数,如降低焊接电流,增大焊接速度等,都可以减小热影响区的尺寸。采用小的焊接参数也可防止过热组织生成和晶粒细化。
  结 论
  单面焊双面成形焊接技术在现代手工电弧焊焊接领域仍占有不可替代的作用。尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出。优质的单面焊双面成形焊接质量可以满足设计要求,保证正常的使用寿命。而一旦出现严重的焊接缺陷,就会影响产品的使用寿命,甚至给安全生产带来威胁,引起安全事故。通过对这些限制的深入研究,找出造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,解决单面焊双面成形技术的缺陷,使单面焊双面成形技术进一步完善,加以推广,并对单面焊双面成形的作业起到一定的指导作用。
  参考文献
  [1] 张应力主编.新编焊工使用手册[M].北京:金盾出版社,2004.
  [2] 戴树新主编.焊接生产管理与检测[M].北京:机械工业出版社,2004.
  [3] 雷世明主编.焊接方法与设备[M].北京:机械工业出版社,1998.
  [4] 曾乐主编.现代焊接技术手册[M].上海:上海科学技术出版社,1993.
  [5] 吴志强主编.现代焊接方法与设备[M].北京:机械工程师进修大学出版,1989.
  [6] 周兴中主编.焊接方法与设备[M].北京:机械工业出版社,1990.


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