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第10章电渣焊

鏃ユ湡锛2019-09-08 06:20 鏉ユ簮:未知 浣滆:admin

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  第10章 电渣焊 ? 电渣焊(ElectroslagWelding) ? 是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热 进行焊接的熔焊方法。 ? 根据使用的电极形状,电渣焊可以分为丝 极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等, 其中,丝极电渣焊应用最普遍。 ? 本章将讲述电渣焊的原理及特点、焊接材 料,重点介绍了丝极电渣焊设备及焊接工 艺,并简要介绍板极电渣焊、熔嘴电渣焊、 管极电渣焊、电渣压力焊等方法。 10.1 电渣焊的原理、特点及应用 ? 10.1.1电渣焊的工作原理 ? 以丝极电渣焊为例,工作原理如图l0-1所示。 ? 焊前先把焊件垂直放置.两焊件问预留一定问隙 焊件上、下两端分别装好引弧槽板 和引出板,焊 件两侧表面装强迫成形装置。焊接开始时,焊丝 与引弧板短路起弧,然后加入适量的焊剂,电弧 的热量使焊剂熔化形成液态熔渣,熔渣温度16002000℃,渣池深度达到一定时,增加焊丝送进速 度并降低焊接电压,焊丝插人渣池,电弧熄灭, 转入电渣焊接过程。随着熔池的不断上升,焊丝 送进装置和强追成形装置亦随之不断提升,焊接 过程因而得以持续进行。 图l0一l 电渣焊原理示意图 a)立体示意图b)断面图 1一焊件2一金属熔池3一渣池4一导电嘴 5一焊丝 6一强迫成形装置7一引出板 8一金属熔滴9一焊缝10一引弧槽 ? ? ? ? ? ? ? ? 10.1.2 电渣焊的特点 与其他熔化焊方法比,电渣焊有如下特点 1.适宜垂直位置焊接 2.厚大焊件能一次焊接成形 3.生产率高 4.焊缝成形系数和熔合比调节范围大 5.渣池对焊件有较好的预热作用 6.焊缝和热影响区昌粒粗大 ? 10.1.3 电渣焊的类型及其应用 ? 电渣焊是一种高效的焊接方法,适宜于 大壁厚、大断面的各类箱形、筒形等重型 结构,通过.焊、锻.焊或铸一焊等结构 可取代整锻、整铸结构,可克服铸、锻设 备吨位的限制和不足。 ? 根据所采用电极的形状和电极是否固定, 电渣焊的类型: 丝极电渣焊、 熔嘴电渣焊、 板极电渣焊、 管极电渣焊 电渣压力焊等。 10.2 电渣焊热过程和结晶组织的特点 ? 10.2.1 电渣焊热源及热过程的特点 ? (1)熔渣的电导率与温度相关 电渣焊热源的温 度比一般电弧焊低得多,分布也不均匀。 ? (2)热源区呈锥体 由于电流主要是通过电极末端 经过熔渣流到金属熔池,而电极末端截面积小, 金属熔池面积较大,所以焊接电流比较集中流过 的区域呈锥形。 ? (3)高温停留时间长,热影响区宽 由于大厚度焊 件是一次焊成,焊接速度缓慢,焊接热输人大, 且母材是在较长时间内逐渐升温,因此电渣焊时 的高温停留时间长,加热及冷却速度比电弧焊低 的多。 10.3 电渣焊用焊接材料 ? 10.3.1 焊剂 ? 电渣焊用焊剂的主要作用与一般埋弧焊用 焊剂不同。 ? 电渣焊过程中焊剂熔化形成熔渣后,依靠 其电阻使电能转化成熔化填充金属和母材 的热能,该热能还起到预热焊件、延长金 属熔池存在时间和使焊缝金属缓冷的作用, 而不像埋弧焊用焊剂那样还要具有对焊缝 金属合金化的作用。 ? ? ? ? ? ? 对电渣焊用焊剂的要求是: (1)必须能容易、迅速地形成熔渣熔渣要有适当的导电 性,但导电性也不能过高,否则将增加焊丝周围的电流分 流而减弱高温区内熔渣的对流作用,导致熔宽减小甚至产 生未焊透。 (2)液态熔渣应具有适当的粘度 粘度过大时,易在焊缝 金属中产生夹渣和咬肉现象;粘度太小时,熔渣易从焊件 与滑块之间的缝隙中流失,严重时会导致焊接中断。 电渣焊焊剂一般由硅、锰、钛、钙、镁和铝的复合氧化 物组成,不要求通过焊剂向焊缝掺合金。 电渣焊焊剂见表l0-l。HJ360较HJ431适当提高了CaF:的 含量,而降低了Si02的含量,使熔渣的导电性和电渣过程 的稳定性得到改善。 HJl70中Ti02的含量大,焊剂在固态下具有导电性,属导 电焊剂,在电渣焊造渣阶段,利用其电阻热使焊剂加热熔 化,完成造渣过程,待渣池建立后再根据需要添加其他焊 剂。 ? 10.3.2 电极材料 ? 电渣焊过程中,向焊缝金属掺加合金 一般不通过焊剂,而主要是通过调整电极 材料的合金成分来实现对焊缝金属化学成 分和力学性能的控制。 ? 在选择电渣焊电极时应考虑到母材对焊缝 的稀释作用 10.4丝极电渣焊设备 ? 10.4.1丝极电渣焊设备的组成 ? 丝极电渣焊设备由焊接电源、机械机构和 控制系统三部分组成,其中,机械机构为 焊接执行机构,包括机头、水冷成形滑块、 导轨、焊丝盘等。 ? 如图l0-8所示。 ? 图l0—9是丝极电渣焊示意图。 ? 10.4.2焊接电源 ? 电渣焊多采用交流电源。为保持稳定的电渣过程 及减小网路电压波动的影响,电渣焊电源应避免 出现电弧放电过程或电渣一电弧混合过程,否则 将破坏正常的电渣过程。 ? 10.4.3机头 ? 丝极电渣焊机头包括送丝机构、摆动机构及升降 机构。 ? 10.4.5控制系统 ? 丝极电渣焊的控制系统,主要由送丝电动机、送 丝速度控制器、机头摆动控制器、升降机构控制 器以及电流表、电压表等组成,以完成焊接过程 的自动调节及对焊接参数的控制。 ? 10.4.4 水冷成形滑块 ? 水冷成形滑块又称强迫成形装置。水冷成形滑块 一般用纯铜板制成。图l0-l0至图10-12是3种不同 形式的成形滑块。 10.5 丝极电渣焊工艺 ? 10.5.2 焊接参数的选择 ? 丝极电渣焊的主要焊接参数有:焊接电流,、焊 接电压U、渣池深度和装配间隙。等; ? 焊接参数有:焊丝直径d、焊丝根数n、焊丝伸出 长度f、焊丝摆动速度、焊丝在水冷成形滑块附近 的停留时间和距水冷成形滑块距离等。 ? 这些参数中焊丝直径d、焊丝根数n对焊接生产率 有较大影响,焊丝距水冷成形滑块距离对焊透及 焊缝外观成形有较大影响,其余参数影响不大。 ? 1.主要焊接参数的影响 ? (1)焊接电流(或焊丝送进速度) 在电渣焊过程 中,焊接电流与焊丝送进速度成严格的正比关系, 如图l0.14所示。 ? 焊丝送进速度q增大,熔池变深,熔宽增大;当”, 超过一定数值时熔宽反而减小。熔池变深和熔宽 减小对结晶方向不利,抗热裂性能降低,飞溅亦 增加。 ? (2)焊接电压U U增大,熔宽增大;U过小,易 产生未焊透,渣池温度降低,焊丝 ? 易与熔池短路,飞溅增加;U过大,焊丝易与渣池 表面发生电弧 ? (3)渣池深度h h减小,熔宽增大,h过浅,焊丝在渣池 表面易发生电弧;h过深,焊丝易与金属熔 池短路,发生熔渣飞溅,也易产生未焊透、 未熔合等缺陷。 ? (4)装配间隙c c增大,熔宽增大,渣池易于稳定;c过 小,渣池难于控制,电极易与工件短路, 电渣过程稳定性差,易产生缺陷。 ? 2.一般焊接参数的影响 ? (1)焊丝直径d d增大,熔宽增加,生产率提高, 但操作困难,易产生缺陷;d过小,电渣过程稳定 性较差。一般采用的焊丝直径为3mm。 ? (2)焊丝数目n 焊丝数目增多,熔宽均匀性好,生 产率高,但操作复杂,准备时间长。 ? (3)焊丝间距 焊丝间距对熔宽均匀性影响大, 选取不当时易产生裂纹或未焊透。 ? (4)焊丝伸出长度 L增大,电流略有减小,可通过 调节l来少量调节焊接电流;L过长,会降低焊丝 在间隙中位置的准确性,影响熔宽的均匀性,严 重时会产生未焊透;L过短,飞溅易堵塞导电嘴, 一般选用50-60mm。 ? (5)焊丝摆动速度 摆动速度增加,熔深略减小, 熔宽均匀性好。 10.5.3 焊接操作工艺 ? 1.接头制备 ? 焊件待焊边缘的加工质量、表面状态和装配时错边量的 大小对接头质量有重要影响。 ? 2.焊接工卡具准备 ? 每次电渣焊前都要对水冷成形滑块进行认真检查。首先 检查水冷成形滑块与焊件间是否有明显的缝隙,保证焊接 过程中不产生漏渣。此外应检查进出水方向,确保水冷成 形滑块下端进水,上端出水。防止焊接时水冷成形滑块内 产生蒸汽,造成爆渣、伤人事故。 ? 3.引弧槽与引出板 焊件底部应装有引弧槽,在引弧槽内建立渣池。引弧槽 应有一定的高度。在焊缝结尾处应装引出板,用以将渣池 引出,并避免在收尾处产生缩孔、裂缝等缺陷。 ? 4.焊接过程 电渣焊过程一旦开始之后就应连续进行,直到结束。焊 前应作好一切准备。 (1)引弧造渣引弧造渣是从引弧开始到形成稳定渣池的过程。 建立渣池可利用固态导电焊剂或依靠电弧熔化焊剂。 (2)正常焊接严格按照工艺进行控制,保持焊接参数稳定在预 定值,保持焊丝在间隙中的正确位置,注意检测渣池深度, 均匀添加焊剂,保持电渣过程稳定。 (3)收尾阶段进入收尾阶段后,应逐渐降低焊接电压和焊接电 流,焊接结束后应立即割去定位板、引弧槽、引出板,表 面缺陷要尽快清理、焊补。 10.6 其他电渣焊简介 ? 10.6.1板极电渣焊 ? 板极电渣焊采用金属 板条为电极,焊接时板极 经送进机构不断地向熔池 中送进。根据被焊件的厚 度,可采用一块或数块金 属板作电极进行焊接,如 图l0-l9所示。 ? 板极在焊接过程中无需作 横向摆动,因而板极电渣 焊设备及工艺简单。 ? 10.6.2 熔嘴电渣焊 ? 熔嘴电渣焊的电极为固定在接头间隙中的 熔嘴(通常由钢板和钢管点焊而成)和不断 向熔池中送进的焊丝构成,图l0-20所示。 ? 根据焊接厚度的不同,可采用单个或多个 熔嘴。 ? 由于熔嘴不用送进,可以制成与焊接断面 相似的形状,因而使这种方法适宜于焊接 变截面的工件。 ? 10.6.3 管极电渣焊 ? 管极电渣焊是熔嘴电渣 焊的一个特例。其不同点是 用一根涂有药皮的管子代替 熔嘴板,如图l0-22所示。 管极涂料具有一定的绝缘性 能,用以防止管极与焊件发 生电接触。 ? 由于管极与焊件绝缘,装配 间隙可以缩小,因而管极电 渣焊可节省焊接材料,提高 焊接生产率。 10.6.4 电渣压力焊 ? 电渣压力焊主要用于钢筋混凝土建筑工程中竖 向钢筋的连接,所以也叫钢筋电渣压力焊,其原 理如图10-25所示。 ? 它具有电弧焊、电渣焊和压力焊的特点,属于熔 化压力焊的范畴。钢筋电渣压力焊时,将两钢筋 安放在竖直位置,采用对接形式,利用焊接电流 通过端面间隙,在焊剂层下形成电弧过程和电渣 过程,产生的电弧热和电阻热熔化钢筋端部,最 后加压完成连接。 ? 焊接过程包括引弧过程、电弧过程、电渣过程、 顶压过程四个阶段。 ? ? ? ? ? ? ? 1.引弧过程 上、下钢筋分别与电源的两个输出端相接,钢筋端部埋 于焊剂之中,两端面之间留有一定间隙。 引弧方法有两种: 一是直接引弧法,将上钢筋下压,使其与下钢筋接触并立 即上提产生电弧; 另一种方法是铁丝圈引弧法,在两钢筋的间隙中预先安放 一个高10mm的引弧铁丝圈或者一个高约lOmm的焊条芯, 焊接电流通过时,由于铁丝(或焊条芯)细,电流密度大, 能立即熔化、蒸发,产生电离而引弧。 2.电弧过程 焊接电弧在两钢筋之间燃烧时。熔化的金属形成熔池, 熔融的焊剂形成熔渣(渣池)覆盖于熔池之上。熔池受到熔 渣和焊剂蒸汽的保护,隔绝了与空气的接触。为了保持电 弧的稳定,上钢筋应不断下送,送进速度应与钢筋熔化速 度相适应。 ? 3.电渣过程 ? 随着电弧过程的延续,两钢筋端部熔化量增加, 熔池和渣池加深,待达到一定深度时,加快上钢 筋的下送速度,使其端部直接与渣池接触,这时, 电弧熄灭,电弧过程变为电渣过程。 ? 4.顶压过程 ? 待电渣过程产生的电阻热使上下两钢筋的端部达 到整个断面均匀加热的时候,迅速将上钢筋向下 顶压,液态金属和熔渣全部挤出,随即切断电源, 焊接结束。冷却后打掉渣壳,露出带金属光泽的 接头,如图l0-26所示。 10.7 电渣焊常见的缺陷及其防止 ? 1.电渣焊常见的缺陷 ? 电渣焊接头常见缺陷有热裂纹、冷裂纹、未焊 透、未熔合、气孔、夹渣等,如图10-27所示。 ? (I)热裂纹 热裂纹一般不伸展到焊缝表面,多数 分布在焊缝中心,也有的分布在等轴晶区与柱状晶 区交界处。热裂纹表面多呈氧化色彩,有的裂纹中 有夹渣。 ? (2)冷裂纹 冷裂纹多存在于母材或热影响区,有的 冷裂纹由热影响区或母材向焊缝中延伸,冷裂纹在 焊接结构表面即可发现,裂纹表面有金属光泽。 ? (3)未焊透 母材没有熔化,与焊缝之间有一定的缝 隙,内部有夹渣,在焊缝表面即可发现。 ? (4)未熔合 尽管母材已熔化,但焊缝金属与母材没有 熔合,中间有夹渣。未熔合一般在焊缝表面即可发现, 但也有不延伸至焊缝表面的。 ? (5)气孔 氢气孔在焊缝断面上呈圆形,在纵断面上沿 焊缝中心线方向生长,多集中于焊缝局部地区;一氧化 碳气孔在焊缝横截面上呈密集的蛹形,在纵截面上沿 柱状晶方向生长,一般分布在整条焊缝。 ? (6)夹渣 常存在于焊缝中或熔合线.缺陷产生的原因及预防措施 ?(1)热裂纹热裂纹产生的原因有: 焊丝送进速度过大,熔池过深,母材中的S、P等 杂质元素含量过高,焊丝选用不当,引出部分裂纹主 要是由于焊接结束时送丝速度没有逐步降低。应采 取的预防措施主要有:降低焊丝送进速度,降低母 材中s、P等杂质元素含量,选用抗热裂纹性能好的 焊丝,焊接结束前应逐步降低焊丝送进速度等。 ?(2)冷裂纹冷裂纹产生的原因有: 焊接应力过大,金属较脆,沿着焊接接头的应力 集中处开裂;结构复杂,焊缝多,没有进行中间热处 理;焊缝中存在未焊透、未熔合等缺陷;焊接过程中 断,咬口处没及时补焊等。应采用的预防措施主要 有;结构设计时应避免焊缝密集,避免中间停焊; ? (3)未焊透未焊透产生的原因有: ? 焊接电压过低,焊丝送进速度太快或太慢,渣 池太深,电渣过程不稳定,焊丝或熔嘴距水冷成 形滑块太远或在装配间隙中位置不正确。应采用 的预防措施主要有:选择适当的焊接参数,稳定 电渣过程,使焊丝或熔嘴与水冷成形滑块问的距 离及在焊缝中的位置符合工艺要求。 ? (4)未熔合未熔合产生的原因有: ? 焊接电压过高,送丝速度过低,渣池过深,电 渣过程不稳定,焊剂熔点过高等。主要的预防措 施有:选择适当的焊接参数,保持电渣过程稳定, 选择适当的焊剂等。 ? (5)气孔气孔产生的原因有: 水冷成形滑块漏水,耐火泥进入渣池,焊剂 潮湿等;用无硅焊丝焊接沸腾钢或含硅量低的钢, 大量的氧化铁进人渣池等。水分进入渣池是引起 气孔的主要原因。预防措施主要有:焊前仔细检 查水冷成形滑块防止漏水,烘干焊剂;焊接沸腾 钢时应采用含硅焊丝;对焊接面要仔细清除氧化 皮,对焊接材料去锈等。 ? (6)夹渣夹渣产生的原因有: 电渣过程不稳定,焊剂熔点过高,熔嘴电渣 焊采用玻璃丝棉绝缘时绝缘块进入渣池数量过多。 主要的预防措施有:保持稳定的电渣过程,选择 适当焊剂,不采用玻璃丝棉的绝缘方式等。 ? 复习思考题 ? 1.什么是电渣焊?电渣焊的原理是什么?电渣 焊有何特点? ? 2.电渣焊的热过程和结晶组织有何特点? ? 3.电渣焊有哪些类型?他们之间有何异同? ? 4.丝极电渣焊设备系统由哪几部分组成?各部 分的作用是什么? ? 5.丝极电渣焊的工艺参数有哪些?哪些是主要 工艺参数? ? 哪些是一般工艺参数?各个参数的影响如何?

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