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熔化焊——等离子弧焊

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熔化焊——等离子弧焊考点解析

所属考试:造价工程师
授课老师:李恺
所属科目:技术与计量(安装)
考点标签: 了解
所属章节:第二章 安装工程施工技术/第一节 切割和焊接/焊接
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熔化焊——等离子弧焊介绍

(3)等离子弧焊。是一种不熔化极电弧焊,等离子弧是自由电弧压缩而成的,离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。

与TIG焊相比,等离子弧焊有以下特点:

1)等离子弧能量集中、温度高焊接速度快,生产率高

2)穿透能力强,对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得锁孔效应,可一次行程完成8mm以下直边对接接头单面焊双面成型的焊缝。焊缝致密,成形美观。

3)电弧挺直度和方向性好,可焊接薄壁结构1mm以下金属箔的焊接)。

4)设备比较复杂、气体耗量大,费用较高,适宜于室内焊接。

专题更新时间:2026/06/10 16:28:34

大咖讲解:熔化焊——等离子弧焊

李恺
造价工程师
二级造价工程师
一级建造师
国家注册一级建造师、国家注册一级造价工程师、国家注册一级消防工程师、国家注册安全工程师、监理工程师
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切割

切割方法分为机械切割、火焰切割、电弧切割和冷切割四大类。
(一)机械切割
(二)火焰切割
火焰切割是利用可燃气体在氧气中剧烈燃烧及被切割金属燃烧所产生的热量而实现连 续切割的方法。其工作原理是用氧气与可燃气体混合后燃烧形成的高温火焰,将被割金属表面加热到燃点,然后喷出高速切割氧流,使金属剧烈氧化燃烧并放出大量热量,高压切割氧流同时将氧化燃烧形成的熔渣从割口间隙中吹除,形成割口,随着割炬向前移动使工 件形成切口。
氧-燃气火焰切割按所使用的燃气种类,可分为氧-乙炔火焰切割(俗称气割)、氧-丙烷火焰切割、氧-天然气火焰切割和氧-氢火焰切割。实际生产中应用最广的是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷火焰切割。
1.气割金属需满足的条件
(1)金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点;
(2)金属燃烧生成氧化物的熔点应低于金属熔点,且流动性要好; 
(3)金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应,且金属本身的导热性要低。
符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。
铸铁、不锈钢、铝和铜等不满足气割条件,不能应用火焰切割,目前常用的是等离子弧切割。
2.氧-乙炔火焰切割
氧-乙炔火焰的最高温度可达3300℃,对金属表面的加热速度较快。采用不同规格的 割炬和割嘴,可以切割不同厚度的低碳钢、中碳钢和低合金钢。如果钢材中含有 铬、镍、铝等抗氧化的合金元素含量过高时,如不锈钢、工具钢等就必须采用氧熔剂切割 或等离子弧切割。
氧-乙炔火焰切割由于安全性差,对环境污染严重和乙炔气制取成本高等原因,正逐步被氧丙烧火焰切割所取代。
3.氧-丙烷火焰切割 
氧-丙烷火焰切割与氧-乙炔相比具有以下优点:
(1)丙烷的点火温度为580℃,大大高于乙炔气的点火温度,且丙烷的爆炸范围比乙炔窄得多,故氧-丙烷切割的安全性大大高于氧-乙炔火焰切割。
(2)丙烷气制取容易,成本低廉,且易于液化和灌装,对环境污染小。
(3)氧-丙烷火焰温度适中,选用合理的切割参数切割时,切割面的粗糙度优于氧-乙炔火焰切割。
氧-丙烷切割的缺点是火焰温度比较低,切割预热时间略长于氧-乙炔火焰切割。氧气的消耗量高于氧-炔焰切割。
氧-丙烷总的切割成本远低于氧-乙炔火焰切割。
4.氧-氢火焰切割
氧-氢火焰切割火焰集中,割口表面光洁度高,无烧塌和圆角现象,不结渣。氧-氢火焰切割具有以下优点:
(1)成本较低。无需搬运和更换气瓶,减轻了工人劳动强度,提高了工时利用率。
(2)安全性好。
(3)环保。
5.氧熔剂切割
氧熔剂切割是在切割氧流中加入纯铁粉或其它熔剂,利用它们的燃烧热和废渣作用实现气割的方法。
此种切割方法烟尘少,切断面无杂质,可用来切割不锈钢等。
(三)电弧切割
电弧切割按生成电弧的不同可分为等离子弧切割和碳弧气割。
1.等离子弧切割 
等离子弧切割是一种常用的切割金属和非金属材料的工艺方法。等离子弧切割的机理 与氧燃气切割有着本质上的差别。它是利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化被切割材料,并借助内部的或者外部的高速气流或水流将熔化材料排开,直至等离子气 流束穿透背面而形成割口。 
等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,电孤温度可高达 15000~20000C ,远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此等离子弧 切割过程不是依靠氧化反应,而是靠熔化来切割材料,比氧一燃气切割的适用范围大得多, 能够切割绝大部分金属和非金属材料,如不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜、鸽、铝、和陶瓷、水泥、耐火材料等。 
等离子切割机配合不同的工作气体可以切割各种气割难以切割的金属,尤其是对于有色金属(不锈钢、碳钢、铝、铜、铁、镍)切割效果更佳其主要优点在于切割厚度不大 的金属的时候,等离子切割速度快,尤其在切割普通碳素钢薄板时,速度可达氧切割法5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。
2.碳弧气割 
利用碳弧气割可对金属进行切割,也可在金属上加工沟槽。目前,这种方法在金属结构制造部门得到广泛应用。
碳弧气割的适用范围及特点为:
(1)在清除焊缝缺陷和清理焊根时,能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度,生产效率高。
(2)可用来加工焊缝坡口,特别适用于开U型坡口。
(3)使用方便,操作灵活。
(4)可以加工多种不能用气割加工的金属,如铸铁、高合金钢、钢和铝及其合金等, 但对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。
(5) 设备、工具简单,操作使用安全。
(6) 碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。 
此种切割方法烟尘少,切断面无杂质,可用来切割不锈钢等。
等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,电孤温度可高达 15000~20000C ,远远超过所有金属以及非金属的熔点。因此等离子弧 切割过程不是依靠氧化反应,而是靠熔化来切割材料,比氧一燃气切割的适用范围大得多, 能够切割绝大部分金属和非金属材料,如不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜、鸽、铝、和 陶瓷、水泥、耐火材料等。 
(四)激光切割
激光切割与其他热切割方法相比较,主要特点有切口宽度小(0.1mm左右)、切割精度高、速度快、质量好,并可切割多种材料(金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等)。激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制,只能切割中、小厚度的板材和管材,而且随着工件厚度的增加,切割速度明显下降。此外,激光切割设备费用高,一次性投资大。

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焊接

(一)焊接的分类及特点
按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点,可以将焊接方法分为熔化焊(熔焊)、压力焊(压焊)和钎焊三大类。
1.熔化焊
(1)气焊。气焊所用的可燃气体与气割相同,主要有乙炔、丙烷、天然气和氢气等, 氧气为助燃气体。气焊用的焊丝起填充金属的作用,焊接时与熔化的母材一起组成焊缝金属。
气焊的主要优点 :
①设备简单、费用低、移动方便、使用灵活。
②通用性强,对铸铁及某些有色金属的焊接有较好的适应性。
③无须电源,因而在无电源场合和野外工作时有实用价值。
气焊的主要缺点:
①生产效率较低,气焊火焰温度低,加热速度慢。
②焊接后工件变形和热影响区较大,焊接变形大。
③焊接过程中,熔化金属受到的保护差,焊接质量不易保证。
④较难实现自动化。 
(2)电弧焊 
1)手工焊条电弧焊(简称手弧焊),目前在工业生产中广泛应用。
手弧焊的主要优点:
①操作灵活,进行短缝焊接作业。特别适用于难以达到部位的焊接。 
②设备简单,使用方便。投资少。
③应用范围广。适用于各种厚度和各种结构形状的焊接。
2)埋弧焊。电弧在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧进行焊接。
埋弧焊的主要优点是:
①热效率较高,熔深大,工件的坡口可较小,减少了填充金属量。
②焊接速度高。
③焊接质量好。
④在有风的环境中焊接时,埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法。
埋弧焊的缺点有:
①一般只适用于水平位置焊缝焊接。
②难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。
③不能直接观察电弧与坡口的相对位置,容易焊偏。
④只适于长焊缝的焊接。
⑤不适合焊接厚度小于1mm的薄板。
由于埋弧焊熔深大,生产效率高,机械化操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝和大直径圆筒的环焊缝,尤其适用于大批量生产。是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。
(3)气体保护电弧焊(气电焊)。
气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体的不同,分为不熔化极(钨极惰性气体保护焊)和熔化极气体保护焊,氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。
1)钨极惰性气体保护焊(TIG焊接法)。
TIG焊接法具有下列优点:
①钨极不熔化,只起导电和产生电弧作用,比较容易维持电弧的长度,焊接过程稳定,易实现机械化;保护效果好,焊缝质量高。 
②可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道),也采用钨极惰性气体保护焊。
钨极惰性气体保护焊的缺点有:
①熔深浅,熔敷速度小,生产率较低。
②只适用于薄板(6mm以下)及超薄板材料焊接。
③气体保护幕易受周围气流干扰,不适宜野外作业。
④惰性气体较贵,生产成本较高。
2)熔化极气体保护焊(MIG焊)。
MIG焊的特点:
①和TIG焊一样,它几乎可焊接所有金属,尤其适合焊有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢等。
②焊接速度较快,熔敷效率较高,劳动生产率高。
③MIG焊可直流反接,焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用,可有效去除氧化膜,提高接头焊接质量。
④不采用钨极,成本比TIG焊低。
3)CO2 气体保护焊。
主要优点:
①焊接生产效率高。
②焊接变形小、焊接质量较高。
③焊缝抗裂性能高,焊缝低氢且含氮量也较少。
④焊接成本低。
⑤焊接时电弧为明弧焊,可见性好,操作简便,可进行全位置焊接。
CO2 气体保护焊不足之处:
①焊接飞溅较大,焊缝表面成形较差。
②不能焊接容易氧化的有色金属。
③抗风能力差,给室外作业带来一定困难。
④很难用交流电源进行焊接,焊接设备比较复杂。
(4)等离子弧焊。是一种不熔化极电弧焊,等离子弧是自由电弧压缩而成的,离子气为氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气。广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。
(5)电渣焊。
电渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2~5倍,焊接时坡口准备简单,焊接熔池体积较大,焊接区在高温停留时间较长,冷却速度缓慢,使热影响区比电弧焊宽得多,且晶粒粗大,机械性能下降,故焊后一般要进行热处理(通常用正火)以改善组织和性能。
电渣焊主要应用于30mm以上的厚件,特别适用于重型机械制造业,如轧钢机、水轮机、水压机及其它大型锻压机械。
电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。
(6)激光焊。
特点:
1)激光束能量密度很高,焊速快,热影响区和焊接变形很小,尺寸精度高。在大气中焊接,也不需外加保护就能获得高质量焊缝。
2)可焊多种金属、合金、异种金属及某些非金属材料。
3)激光可透过透明材料对封闭结构内部进行无接触焊接(如电子真空管、显像管的内部接线等)。
4)特别适于焊微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件,如厚度小于0.5mm薄板、直径小于0.6mm的金属丝。
5)设备投资大,养护成本高,焊机功率受限。
6)对激光束波长吸收率低和含有大量低沸点元素的材料一般不宜采用。
2.压力焊
1)点焊多用于薄板的非密封性连接。如汽车驾驶室、金属车厢复板的焊接。 
2)缝焊多用于焊接有密封性要求的薄壁结构。如油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。
3)对焊的接头性能较差,多用于对接头强度和质量要求不很高,直径小于20mm的棒料、管材、门窗等构件的焊接。
3.钎焊
钎焊是使钎料熔化(焊件不熔化)实现焊接的方法。钎焊接头一般强度较低,耐热性差。适宜于小而薄和精度要求高的零件。
1)对母材没有明显的不利影响;
2)钎焊温度低,可对焊件整体加热,引起的应力和变形小,容易保证焊件的尺寸精度;
3)有对焊件整体加热的可能性,可用于结构复杂、开敞性差的焊件,并可一次完成多缝多零件的连接; 
4)容易实现异种金属、金属与非金属的连接;
5)对热源要求较低,工艺过程简单。

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焊接过程质量检验

(一)焊接前检验
(1)母材和焊材。
(2)零部件主要结构尺寸。
(3)组对质量。
(4)坡口清理检查。
(5)焊接前的确认。
(二)焊接中检验
(三)焊后成品质量检验
1.外观检验
(1)焊缝表面。
1)焊缝表面的形状尺寸及外观质量应符合设计要求,设计无要求时应符合现行国家有关标准。
2)焊缝表面不允许存在的缺陷包括裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、外露夹渣、 未焊满等。
(2)几何尺寸。
容器焊接后应检查几何尺寸,包括同一端面最大内直径与最小内直径之差、椭圆度、 矩形容器截面上最大边长与最小边长之差等。
2.无损探伤

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焊接热处理

热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构,并获得所需金属的物理、化学和力学性能的一种工艺。
热处理一般由加热、保温和冷却三个阶段组成的。 
(一)常用热处理方法
安装工程施工中的热处理一般分为焊前预热和焊后热处理两部分。
2.焊后热处理
焊后热处理应在外观检查和规定的无损检测合格后进行,对容易产生焊接延迟裂纹的钢材,焊后应及时进行焊后热处理。焊后热处理主要有退火、回火、正火及淬火工艺。
根据钢材的加热温度、保持时间及冷却状况可分为完全退火、不完全退火、去应力退火三种。
(1)钢的退火工艺
1)完全退火。完全退火是将钢件加热到临界点Ac3 (对亚共析钢而言,是指珠光体 全部转变为奥氏体、过剩相铁素体也完全消失的温度)以上适当温度,在炉内保温缓慢冷 却的工艺方法。其目的是细化组织、降低硬度、改善加工性能、去除内应力。完全退火适 用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、轧制件等。
2)不完全退火。不完全退火是将钢件加热到临界点Ac1 ~Ac3或Acm之间适当温度,保温后缓慢冷却的工艺方法。其目 的是降低硬度、改善切削加工性能、消除内应力。常用于工具钢工件的退火。
3)去应力退火。去应力退火是将钢件加热到临界点Ac1以下适当温度,保持一定时 间后缓慢冷却的方法。其目的是为了去除由于形变加工、机械加工、铸造、锻造、热处理 及焊接等过程中的残余应力。对于焊接钢件,一般其加热温度为500~550℃。保温时间 为2~4h。
(2)钢的正火工艺
正火是将钢件加热到临界点Ac3或Acm以上适当温度,保持一定时间后在空气中冷却, 得到珠光体基体组织的热处理工艺。其目的是消除应力、细化组织、改善切削加工性能及 洋火前的预热处理,也是某些结构件的最终热处理。
 其目的是消除应力、细化组织、改善切削加工性能及淬火前的预热处理,也是某些结构件的最终热处理。
正火较退火的冷却速度快,过冷度较大。经正火处理的工件其强度、硬度、韧性比退火高,而且生产周期短,能量耗费少,故在可能情况下,应优先考虑正火处理。
(3)钢的淬火工艺
淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却,发生马氏体转变。其目的是为了提高钢件的硬度、强度、和耐磨性,多用于各种工模具、轴承、零件等。
(4)钢的回火工艺
回火的目的是调整工件的强度、硬度、韧性等力学性能,降低或消除应力,避免变形、开裂,并保持使用过程中的尺寸稳定。
回火按不同的加热温度可分为:
1)低温回火。主要用于各种高碳钢的切削工具、模具、流动轴承等的回火处理。
2)中温回火。使工件得到好的弹性、韧性及相应的硬度,一般适用于中等硬度零件、弹簧等。
3)高温回火。即调质处理,主要用于重要结构零件。钢经调质处理后不仅强度较高,而且塑性、韧性更显著超过正火处理的情况。

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无损探伤

无损探伤是在不损害或基本不损害材料或构件的情况下采用物理、化学等方法和手段,对各种工程材料、零部件和结构件进行有效的检验和测试,借以评价它们的完整性、 连续性、安全可靠性及某些物理性能。包括探测材料或构件中是否存在缺陷,并判断缺陷的形状、性质、大小、位置、取向、分布和内含物等情况;还能提供涂层厚度、材料成 分、组织状态、应力分布等信息。
目前应用最广泛的无损检测方法主要是射线检测法、超声检测法、液体渗透法、磁粉检验法和涡流检测法。
1.射线探伤(RT)
(1)X射线、γ射线探伤。
1)X射线探伤的优点是显示缺陷的灵敏度高,特别是当焊缝厚度小于30mm时,较γ射线灵敏度高,其次是照射时间短、速度快。缺点是设备复杂、笨重,成本高,操作麻烦,穿透力较γ射线小。

2)γ射线是由放射性同位素或放射性元素蜕变产生的。其探伤厚度分别为200mm、120mm和100mm 。γ射线的特点是设备轻便灵活,特别是施工现场更为方便,而且投资少,成本低。但其曝光时间长,灵敏度较低。在石油化工行业现场施工时经常采用。
(2)中子射线检测。独特优点是能够使检验封闭在高密度金属材料中的低密度材料如非金属材料成为可能。
缺点是中子源和屏蔽材料大而重,便携源价格高,所需曝光时间相当长,比X射线法检测曝光程序复杂,需要解决工作人员的安全防护问题。 
2.超声波探伤(UT)
超声波探伤与X射线探伤相比,具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高,对人体无害等优点。
缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性。
超声波探伤适合于厚度较大的零件检验。
3.涡流检测
涡流检测法只能检查金属材料和构件的表面和近表面缺陷。
涡流检测的主要优点是检测速度快,探头与试件可不直接接触,无需耦合剂。
主要缺点是只适用于导体,对形状复杂试件难作检查,只能检查薄试件或厚试件的表面、近表面缺陷。
4.磁粉检测
磁粉检测法可以检测材料和构件的表面和近表面缺陷,对裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。可检出的缺陷最小宽度可为约为1μm;几乎不受试件大小和形状的限制;局限性是只能用于铁磁性材料;只能发现表面和近表面缺陷;宽而浅的缺陷也难以检测;检测后常需退磁和清洗;试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。
5.液体渗透检测
液体渗透检测是检验非疏孔性金属和非金属试件表面上开口缺陷的一种无损检测方法。液体渗透检验的优点是不受被检试件几何形状、尺寸大小、化学成分和内部组织结构的限制,也不受缺陷方位的限制,一次操作可同时检验开口于表面上的所有缺陷;检验的速度快,操作比较简便,大批量的零件可实现100%的检验;缺陷显示直观,检验灵敏度高。
最主要的限制是只能检出试件开口于表面的缺陷,不能显示缺陷的深度及缺陷内部的形状和大小。

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机械切割

(一)机械切割

机械切割方法是利用机械方法将工件切断。常用的切割机械主要有剪板机弓锯床砂轮切割机钢筋切断机电动割管套丝机等。

(1)剪板机是借助于运动的上刀片固定的下刀片,采用合理的刀片间隙,对各种厚度的金属板材施加剪切力,使板材按所需要的尺寸断裂分离。剪板机主要用于金属板材的切断加工。

(2)弓锯床是以锯条为刀具,利用装有锯条的弓锯作往复运动,以锯架绕一支点摆动的方式进给,锯切金属圆料、方料、管料和型材的机床,是机加工行业的标配。该机床结构简单,体积小,但效率较低。

(3)砂轮切割机采用高速旋转的砂轮片切割钢材。砂轮片是用纤维、树脂或橡胶将磨料黏合制成的。主要用来对一些小直径尺寸的方管、圆管、扁钢、槽钢等型材进行切断加工。但其生产效率低、加工精度低,安全稳定性较差

(4)钢筋切断机是一种剪切钢筋的机械。主要用于房屋建筑、桥梁、隧道、电站、大型水利等工程中对钢筋的定长切断。与其他切断设备相比, 具有重量轻、 耗能少、工作可靠、效率高等特点。

(5)电动割管套丝是用于加工管道外螺纹的电动工具。主要用于DN150 以下钢管管螺纹的加工。它使管道安装时的管螺纹加工变得轻松,快捷,降低了管道安装工人的劳动强度。

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火焰切割

(二)火焰切割

火焰切割是利用可燃气体在氧气中剧烈燃烧及被切割金属燃烧所产生的热量而实现连续切割的方法。其工作原理是用氧气与可燃气体混合后燃烧形成的高温火焰,将被割金属表面加热到燃点,然后喷出高速切割氧流,使金属剧烈氧化燃烧并放出大量热量,高压切割氧流同时将氧化燃烧形成的熔渣从割口间隙中吹除,形成割口,随着割炬向前移动使工件形成切口。

火焰切割按所使用的燃气种类,可分为氧-乙炔火焰切割(俗称气割)、氧-丙烷火焰切割、氧-氢火焰切割、氧熔剂切割。实际生产中应用最广的是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷火焰切割。

1. 气割金属需满足的条件

火焰切割过程包括预热→燃烧→吹渣三个阶段,但并不是所有金属都能满足该过程的要求,可以被气割的金属应该符合下列条件:

(1)金属在氧气中的燃烧点低于其熔点。

(2)金属燃烧生成氧化物的熔点低于金属的熔点,且流动性要好。

(3)金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应,且金属本身的导热性要低

符合上述条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢。其他常用的金属材料如铸铁、不锈钢、铜和铝,由于不满足这三个条件,所以不能采用气割。这些材料常用的切割方法是等离子弧切割

2. 氧-乙炔火焰切割

氧-乙炔火焰的最高温度可达3300℃,对金属表面的加热速度较快。采用不同规格的割炬和割嘴,可以切割不同厚度的低碳钢、中碳钢和低合金钢。如果钢材中含有铬、镍、钼等抗氧化的合金元素含量过高时如不锈钢、工具钢等就必须采用氧熔剂切割或等离子弧切割。

氧-乙炔火焰切割由于安全性差,对环境污染严重和乙炔气制取成本高等原因,正逐步被氧-丙烷火焰切割所取代。

3. 氧-丙烷火焰切割

氧-丙烷火焰切割与氧-乙炔相比具有以下优点

(1)丙烷的点火温度为580℃,大幅高于乙炔气的点火温度(305℃),且丙烷在氧气或空气中的爆炸范围比乙炔得多,故氧-丙烷切割的安全性大幅高于氧-乙炔火焰切割。

(2)丙烷气是石油炼制过程的副产品,成本低廉,易于液化和灌装,对环境污染小

(3)氧-丙烷火焰温度适中,当选用合理的切割参数切割时,切割面上缘无明显的烧塌现象,下缘不挂渣,切割面的粗糙度优于氧-乙炔火焰切割。

氧-丙烷火焰切割的缺点是火焰温度比较(2520℃左右),切割预热时间略,氧气的消耗量也高于氧-乙炔火焰切割,但总的切割成本远低于氧-乙炔火焰切割。

4. 氧-氢火焰切割

氧-氢火焰切割是利用电解水装置产生的氢氧混合气做燃料的一种火焰切割方法。氢-氧焰温度可达3000℃。火焰集中,割口表面光洁度高,无烧塌和圆角现象,不结渣。

氧-氢火焰切割具有以下优点:

(1)成本较低。利用氧-氢火焰切割钢材,燃气费用仅为乙炔的20%,丙烷的30%~40%,且无须搬运和更换气瓶,减轻了劳动强度,提高了工时利用率。

(2)安全性好。氢-氧发生装置产生的气体压力较低,管理要求低,并设有多级安全保护,以确保操作安全性。由于气体不储存,即产即用,安全性比钢瓶燃气要高。

(3)环保。生产过程无污染,氢气-氧气燃烧后的产物为水, 无毒、 无味、无烟,给操作工人一个清爽的工作环境。

5. 氧熔剂切割

氧熔剂切割是一种火焰切割方法,是在切割氧流中加入纯铁粉或其他熔剂,利用它们的燃烧热和造渣作用进行切割。

此种切割方法烟尘少,切断面无杂质,主要用于切割较厚的不锈钢型材和铸造冒口。

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电弧切割

电弧切割按生成电弧的不同可分为等离子弧切割碳弧气割

1. 等离子弧切割

等离子弧切割是一种常用的切割金属和非金属材料的工艺方法。它是利用高速、高温和高能的等离子气流来加热和熔化(和蒸发)被切割材料,并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。

等离子弧弧区内的气体完全电离,能量高度集中,能量密度很大,电弧温度可高达15000~20000℃ ,远远超过所有金属以及非金属的熔点。等离子弧切割过程不是依靠氧化反应,而是靠熔化来切割材料,比氧-燃气切割的适用范围大得多,能够切割绝大部分金属和非金属材料,如不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜、镍钛合金、钨、钼和陶瓷、水泥、耐火材料等。

其主要优点是切割速度快,切割面光洁,热变形小,几乎没有热影响区。

2. 碳弧气割

碳弧气割是利用碳极电弧的高温,把金属局部加热到熔化状态,同时用压缩空气气流把熔化金属吹掉,从而达到对金属进行切割的一种加工方法。碳弧切割的适用范围及特点为:

(1)在清除焊缝缺陷和清理焊根时,在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度,生产效率高

(2)可用来加工坡口,特别适用于开U型坡口

(3)使用方便,操作灵活。

(4)可以加工多种不能用气割加工的金属,如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等, 但对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。

(5)设备、工具简单,操作使用安全。

(6)碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。

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激光切割

(四)激光切割

激光切割与其他热切割方法相比较,主要特点有切口宽度小(0.1mm左右)、尺寸精度高(可达±0.05mm)、速度快、热影响区很小,工件几乎不变形。激光切割可切割多种材料(金属、非金属、金属基和非金属基复合材料、皮革、木材及纤维等)。激光切割由于受激光器功率和设备体积的限制,只能切割中、小厚度的板材和管材,而且随着工件厚度的增加,切割速度明显下降。此外,激光切割设备费用高,一次性投资大。

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水刀切割

水刀切割

水刀,即以水为刀,又称高压水射流切割技术,是一种利用高压水流切割的机器。

水刀切割属于冷切割,切割时产生的热量会立即被高速流动的水射流带走,没有热效应。工作过程中无高温、无明火、无静电发生,杜绝了发生火灾危险的可能。

水刀切割的特点:可以对任何材料进行任意曲线的一次性切割加工;切口质量优异,表面平滑,不存在任何毛刺和氧化残迹,切口不需要二次加工安全、环保、速度较快、效率较高,广泛应用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料、化工等行业。

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焊接的分类

(一)焊接的分类及特点

按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点,可以将焊接方法分为熔化焊(熔焊)、压力焊(压焊)和钎焊三大类。

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熔化焊——气焊

1. 熔化焊

熔化焊是利用局部加热的方法将连接处的金属加热至熔化状态,然后冷却结晶成一体的焊接方法,可形成牢固的焊接接头。 

(1)气焊。气焊所用的可燃气体与气割相同,主要有乙炔、丙烷、天然气和氢气等, 氧气为助燃气体。

气焊用的焊丝起填充金属的作用,焊接时与熔化的母材一起组成焊缝金属。因此应根据工件的化学成分和机械性能选用相应成分或性能的焊丝,有时也可以用从被焊板材上切下的条料作焊丝。

焊接有色金属、铸铁和不锈钢时,还应采用焊粉(熔剂),用以消除覆盖在焊材及熔池表面上的难熔的氧化膜和其他杂质,并在熔池表面形成一层熔渣,保护熔池金属不被氧化,排除熔池中气体、氧化物及其他杂质,提高熔化金属的流动性,使焊接顺利并保证质量和成形。 

气焊的主要优点 :

①设备简单、操作方便。

②通用性强,对铸铁及某些有色金属的焊接有较好的适应性。

③无须电源,因而在无电源场合和野外工作时有实用价值。

气焊的主要缺点:

①生产效率较低,气焊火焰温度低,加热速度慢。  

②焊接热影响区较大,焊接变形大。

③焊接过程中,熔化金属受到的保护差,焊接质量不易保证。

④较难实现自动化。

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熔化焊——电弧焊

(2)电弧焊

电弧焊是以电弧作为热源,利用空气放电的物理现象,将电能转换为焊接所需的热能和机械能从而达到连接金属的目的。常用的方法有手工焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊等,它是应用最广泛、最重要的熔焊方法,占焊接生产总量的60%以上。

1)手工焊条电弧焊(简称手弧焊),是目前在工业生产中广泛应用的一种焊接方法。手弧焊的主要优点:

①操作灵活,可以在任何有电源的地方进行维修及中短焊缝的焊接作业。

②设备简单,投资少,使用方便,无论采用交流弧焊机或直流弧焊机,焊工都能很容易掌握焊接技巧。  

③应用范围广。配用相应的焊条可以焊接多种常用的金属材料,如碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金等。

手弧焊的主要缺点:

①焊接生产效率低。这是手弧焊最根本的缺点。由于焊条长度有限,焊接电流的选择受到很大的限制;需要更换焊条、清除焊渣等辅助时间延长了焊接周期;加之焊条电弧焊是一种浅熔焊接法,厚度大于5mm对接接头必须开坡口及背面清根才能完成全焊透的接头,所以焊条电弧焊是一种低效率焊接法。

②劳动条件差。焊工劳动强度大,还会受到弧光辐射、烟尘、臭氧、氮氧化合物、氟化物等有毒物质的危害。

③焊接质量不够稳定,焊接质量受焊工的操作技术、经验、情绪的影响较大。

2)埋弧焊。埋弧焊的电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧进行焊接的方法。

埋弧焊的主要优点是:

热效率较高熔深大工件的坡口可较小,减少了填充金属量。

②焊接速度高

③焊接质量好

④在有风的环境中焊接时,埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法。

埋弧焊的缺点有:

①一般只适用于水平位置焊缝焊接。

②不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。

③不能直接观察电弧与坡口的相对位置,容易焊偏

④只适于长焊缝的焊接。

⑤不适用于薄板、小电流焊接。

由于埋弧焊熔深大,生产效率高,机械化操作的程度高,因而适于焊接中厚板结构的长焊缝和大直径圆筒的环焊缝,尤其适用于大批量生产,是压力容器,管段制造,箱形梁等重要钢结构制作中的主要焊接方法。

3)气体保护电弧焊(气电焊)

在熔焊过程中,当电弧中有空气侵入时,液态金属会发生氧化、氮化,空气中的水分以工件及焊接材料的油、锈、水在电弧高温下分离出的氢原子可溶入液态金属中,导致冷却后在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷,接头塑性和韧度降低(氢脆)。为了提高焊接质量,研究出了各种保护方法。气体保护电弧焊,就是用二氧化碳等气体隔绝大气,保护焊接熔池区金属不被氧化,因而可得到优质的焊缝。

气体保护电弧焊与其他熔化焊方法相比,具有以下特点:

①电弧和熔池的可见性好,焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。

②焊接过程操作方便,没有熔渣或很少有熔渣,焊后基本上不需清渣。

③电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接速度较快,熔池较小,热影响区窄焊件焊后变形小

④可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、钛及其合金。

⑤有利于焊接过程的机械化和自动化,特别是空间位置的机械化焊接。

⑥在室外作业时,需设挡风装置,否则气体保护效果不好,甚至很差。

⑦电弧的光辐射很强

⑧焊接设备比较复杂,比焊条电弧焊设备价格高。

气体保护电弧焊通常按照电极是否熔化和保护气体的不同,分为不熔化极(钨极惰性气体保护焊)熔化极气体保护焊,氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。

1)钨极惰性气体保护焊 (TIG )钨极惰性气体保护焊是采用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨等)作为电极的惰性气体保护电弧焊。使用钨电极的氩弧焊即为钨极氩弧焊。在焊接时惰性气体形成保护层隔绝空气,以防止其对钨极、熔池及邻近热影响区的有害影响, 从而可获得优质的焊缝,惰性气体主要采用氩气

1)钨极惰性气体保护焊(TIG焊接法)。

钨极惰性气体保护焊的优点:

钨极不熔化只起导电和产生电弧作用,比较容易维持电弧的长度,焊接过程稳定,易实现机械化;保护效果好焊缝质量高

②几乎可以用于所有金属的连接,尤其适用于焊接化学活泼性强的铝、镁、钛和锆等有色金属和不锈钢、耐热钢等各种合金;对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道),为了保证高的焊接质量,也常采用钨极惰性气体保护焊。

钨极惰性气体保护焊的缺点有:

熔深浅,熔敷速度小,生产率较低

②只适用于薄板(6mm以下)超薄板材料焊接。

③气体保护幕易受周围气流干扰,不适宜野外作业

④惰性气体较贵,生产成本较高

2)熔化极气体保护焊(MIG焊)。

MIG焊的特点:

①和TIG焊一样,它几乎可焊接所有金属,尤其适合焊有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢等。

焊接速度较快,熔敷效率较高,劳动生产率高

③MIG焊可直流反接,焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用,可有效去除氧化膜,提高接头焊接质量

④不采用钨极,成本比TIG焊低

3)CO2 气体保护焊。

主要优点:

①焊接生产效率高,其生产率是手工焊条电弧焊的1~4倍。

②焊接热影响区和变形较小、焊接质量较高

③焊缝抗裂性能高,焊缝低氢且含氮量也较少。

④焊接成本低,只有埋弧焊、焊条电弧焊的40%~50%。

⑤焊接时电弧为明弧焊可见性好,操作简便,可进行全位置焊接。

不足之处:

①焊接飞溅较大,焊缝表面成形较差

②仅适用于焊接低碳钢、低合金钢、低合金高强钢,不适用于焊接有色金属、不锈钢。

抗风能力差,给室外作业带来一定困难。

很难用交流电源进行焊接,焊接设备比较复杂。

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熔化焊——电渣焊

(4)电渣焊。

液态熔渣既是焊接热源,又是熔池的良好保护层,其保护作用比埋弧焊更强。

电渣焊的优点:

①焊接效率高,比埋弧焊高2~5倍,

②焊接时坡口准备简单,生产率高。

电渣焊的缺点:

①由于焊接熔池大,加热和冷却缓慢,在焊缝及热影响区容易过热形成粗大组织,因此电渣焊通常焊后用正火处理消除接头中的粗晶。

②电渣焊总是以立焊位置进行,不能平焊。

电渣焊可以焊接各种碳素结构钢、低合金钢、耐热钢和中合金钢,主要应用于30mm以上的大厚工件,特别适用于重型机械制造业,如轧钢机、水轮机、水压机及其他大型锻压机械。在高压锅炉、石油高压精炼塔、电站的大型容器、炼铁高炉以及造船工业中也获得大量应用。另外,用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。

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熔化焊——激光焊

(6)激光焊。

优点:

1)激光束能量密度很高,焊速快,热影响区和焊接变形很小,尺寸精度高,特别适用于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件。

2)激光可通过光导纤维、棱镜等光学方法弯曲传输,适用于微型零部件及其他焊接方法难以达到的部位的焊接,还能通过透明材料进行焊接。

3)可焊多种金属、合金、异种金属及某些非金属材料,如各种碳钢、铜、铝、银、钼、镍、钨及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。

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缺点:

1)激光焊设备昂贵,养护成本高,能量转化率低(5%~20%),焊机功率受限。

2)对激光束波长吸收率和含有大量沸点元素的材料一般不宜采用。

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压力焊

2. 压力焊

压力焊是利用焊接时施加一定压力,使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离,从而在固态条件下实现连接。

(1)电阻焊。电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间,通以电流,利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,使之形成金属结合的方法。

电阻焊有三种基本类型,即点焊缝焊对焊

1)点焊。点焊是用两柱状电极压紧工件→通电→接触面发生点状熔化(熔核)→断电,在压力下完成一个焊点的结晶过程。点焊是一种高速、经济的连接方法。多用于薄板的非密封性连接。如汽车驾驶室、金属车厢复板的焊接

2)缝焊。缝焊是用滚轮电极滚压工件,配合断续通电,使相邻的焊点互相重叠,而形成连续致密焊缝。缝焊多用于焊接有密封性要求的薄壁结构 (δ≤3mm),如油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接

3)对焊。对焊是将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用强电流通过接头时产生的电阻热将金属加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。其特点接头性能较差,多用于对接头强度和质量要求不很高,直径小于20mm 的棒料、管材、门窗等构件的焊接。

(2)电渣压力焊。电渣压力焊适用于现浇钢筋混凝土结构中φ12~φ32mm的竖向或斜向钢筋的连接,与手工电弧焊相比,它工效高、成本低、效果好。

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钎焊

3. 钎焊

钎焊是使钎料熔化(焊件不熔化)实现焊接的方法。

钎焊可用于各种黑色金属及有色金属和合金以及异种金属的连接,适宜于小而薄和精度要求高的零件。

2)按照加热方法分为火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊。

(2)钎焊的优点

1)对母材的物理化学性能没有明显的不利影响;

2)钎焊时加热温度低,可对焊件整体加热,引起的应力和变形小,容易保证焊件的尺寸精度;

3)有对焊件整体加热的可能性,可用于结构复杂、开敞性差的焊件,并可一次完成多缝多零件的连接;

4)容易实现异种金属、金属与非金属的连接;

5)对热源要求较低,工艺过程简单。

(3)钎焊的缺点:

1)钎焊接头的强度一般比较低、耐热能力差

2)多采用搭接接头形式,增加了母材消耗和结构重量。

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焊接材料的选用

1. 焊接材料的选用

(2)焊条选用的原则

1)考虑焊缝金属的力学性能和化学成分。对于 非合金钢和低合金钢,应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条;对于合金钢,有时还要求合金成分与母材相同或接近。在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下,应考虑选用比母材强度低一级的焊条。当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时,应选用抗裂性能好的低氢型焊条

2)考虑焊接构件的使用性能和工作条件。对承受动荷载和冲击荷载的焊件,可选用塑、韧性指标较高的低氢型焊条。对接触腐蚀介质的焊件,选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。

3)考虑焊接结构特点及受力条件。对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件,应选用抗裂性好、韧性好、塑性高、氢裂纹倾向低的焊条。如低氢型焊条、超低氢型焊条和高韧性焊条。

4)考虑施焊条件。当焊件的焊接部位不能翻转时,应选用适用于全位置焊接的焊条。对受力不大、焊接部位难以清理的焊件,应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条。

5)考虑生产效率和经济性。在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时,应尽量选用酸性焊条

对焊接工作量大的结构,应尽量选用高效率焊条,如铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等。

为了保障焊工的身体健康,在允许的情况下应尽量采用酸性焊条

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焊接参数选择

2. 焊接参数选择

电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。

(1)焊条直径的选择。焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层次等因素。在不影响焊接质量的前提下,为了提高劳动生产率,一般倾向于选择大直径的焊条

(2)焊接电流的选择。焊接电流的大小,对焊接质量及生产率有较大影响。主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定。对合金元素较多的合金钢焊条,一般电阻较大,热膨胀系数大,焊接过程中电流大,焊条易发红,造成药皮过早脱落,影响焊接质量, 而且合金元素烧损多,因此焊接电流相应减小

(3)电弧电压的选择。电弧电压是由电弧长来决定。电弧长,则电弧电压高;电弧短,则电弧电压低。在焊接过程中,电弧过长,会使电弧燃烧不稳定,飞溅增加,熔深减小, 而且外部空气易侵入,造成气孔等缺陷。因此,要求电弧长度小于或等于焊条直径,即短弧焊。在使用酸性焊条焊接时,为了预热待焊部位或降低熔池温度,有时将电弧稍微拉长进行焊接,即所谓的长弧焊

(4)焊接层数的选择。在中、厚板焊条电弧焊时,往往采用多层焊。层数多些,对提高焊缝的塑性、韧性有利。但要防止接头过热和扩大热影响区的有害影响。另外,层数增加,往往使焊件变形增加。因此,要综合考虑加以确定。

(5)电源种类和极性的选择。直流弧焊机具有电弧稳定、引弧容易、焊接质量较好的优点,缺点是结构复杂、噪声大、成本高、维修困难。在焊接质量要求高或焊接2mm以下薄钢件、有色金属、铸铁时,宜采用直流弧焊机。交流弧焊机具有结构简单、价格便宜、使用可靠、工作噪声小、维护方便等优点,所以焊接时常用交流弧焊机,其主要缺点是焊接时电弧不够稳定。

极性的选择则是根据焊条的性质和焊接特点的不同,利用电弧中阳极温度比阴极温度高的特点,选用不同的极性来焊接各种不同的焊件。当工件接阳极(正极)、焊条接阴极(负极)时,称为直流正接,此时工件受热较大,适合焊接厚大工件。当工件接阴极、焊条接阳极时,称为直流反接,此时工件受热较小,适合焊接薄小工件

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焊接接头的分类及基本类型

(三)焊接接头、坡口及组对

1. 焊接接头的分类及基本类型

焊接接头的基本类型可归纳为5种,即对接接头、T形(十字)接头、搭接接头、角接接头和端接接头,如图2.1.2所示。

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熔焊接头与坡口

2. 熔焊接头与坡口

熔焊接头的坡口根据其形状的不同,可分为基本型、组合型和特殊型三类。

1)基本型坡口。主要有:I坡口;V坡口;单边V坡口;U坡口;J坡口等。

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2)组合型坡口。

组合型坡口。由两种或两种以上的基本型坡口组合而成。主要有Y形坡口、 VY形坡口、带钝边U形坡口、双Y形坡口、双V形坡口、2/3双V形坡口、带钝边双U形坡口、UY形坡口、带钝边J形坡口、带钝边双J形坡口、双单边V形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双单边V形坡口和带钝边J形单边V形坡口等,如图 2. 1. 4所示。

3)特殊型坡。主要有:卷边坡口,带垫板坡口,锁边坡口,塞、槽焊坡口等。

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管材的坡口、组对与焊接

3. 管材的坡口、组对与焊接

(1)管材的坡口。主要有3种:I型坡口、V型坡口和U型坡口。

1)I型坡口。适用于管壁厚度在3.5mm以下的管口焊接。

2)V型坡口。适用于中低压钢管焊接,坡口的角度为60~70°,坡口根部有钝边厚度为2mm左右。

3)U型坡口。适用于管壁厚度在20~60mm高压钢管焊接。坡口根部有钝边,其厚度为2mm左右。

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(2)坡口的加工方法。坡口的加工方法一般有以下几种:

1)低压碳素钢管,公称直径小于或等于50mm的,采用手提砂轮磨坡口直径大于50mm的,用-乙炔切割坡口,然后用手提砂轮机打掉氧化层并打磨平整。

2)中压碳素钢管、中低压不锈钢管和低合金钢管以及各种高压钢管,用坡口机车床加工坡口

3)有色金属管,用手工锉坡口

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焊接前检验

(一)焊接前检验

(1)母材和焊材。对使用的母材和焊接材料在使用前都应进行检查验收,主要是防止不合格产品用到工程上影响施工质量。

(2)零部件主要结构尺寸。焊件组对前应检查各零部件的主要结构尺寸,包括主要结构尺寸的校核性检查,以保证零部件组焊成构件的几何尺寸。

(3)组对质量。组对后应检查组对构件焊缝的形状及位置、对接接头错边量、角变形、组对间隙、搭接接头的搭接量及贴合质量、 带垫板对接接头的贴合质量。

(4)坡口清理检查。由于组装过程或组装、清理后待焊过程,坡口表面仍可能氧化和被污染,所以在施焊开始前应对坡口及坡口两侧再次进行清理检查。

(5)焊接前的确认。在全部焊前准备工作经检查符合规定要求时方可开始焊接工作;对于不符合规定的接头应拒绝施焊。

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施焊过程检验

(二)焊接中检验

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焊接后检验

(三)焊接后检验

1. 外观检验

1焊缝表面。

1)焊缝表面的形状尺寸及外观质量应符合设计要求,设计无要求时应符合现行国家有关标准。

2)焊缝表面不允许存在的缺陷包括裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、外露夹渣、 未焊满等。

2几何尺寸。

容器焊接后应检查几何尺寸,包括同一端面最大内直径与最小内直径之差、椭圆度、 矩形容器截面上最大边长与最小边长之差等。

2. 无损探伤

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焊前预热

热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构,并获得所需金属的物理、化学和力学性能的一种工艺。

热处理一般由加热、保温和冷却三个阶段组成的。

安装工程施工中,常遇到的热处理是指焊接接头部位的热处理,包括设备、构件全部焊接接头同时进行的热处理。

(一)常用热处理方法

安装工程施工中的热处理一般分为焊前预热焊后热处理两部分。

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焊后热处理

2. 焊后热处理

焊后热处理应在外观检查和规定的无损检测合格后进行,对容易产生焊接延迟裂纹的钢材,焊后应及时进行焊后热处理。焊后热处理主要有退火、回火、正火及火工艺

(1)钢的退火工艺。退火工艺通常用于减小残余应力和变形。根据钢材的加热温度、保持时间及冷却状况可分为完全退火不完全退火去应力退火三种。

1)完全退火。完全退火是将钢件加热到临界点Ac3 (对亚共析钢而言,是指珠光体全部转变为奥氏体、过剩相铁素体也完全消失的温度)以上适当温度,在炉内保温缓慢冷却的工艺方法。其目的是细化组织、降低硬度、改善加工性能、去除内应力。完全退火适用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、轧制件等。

2)不完全退火。不完全退火是将钢件加热到临界点Ac1~Ac3Acm之间适当温度,保温后缓慢冷却的工艺方法。其目的是降低硬度、改善切削加工性能、去除内应力。常用于工具钢工件的退火。

3)去应力退火。去应力退火是将钢件加热到临界点Ac1以下适当温度,保持一定时间后缓慢冷却的方法。其目的是去除由于形变加工、机械加工、铸造、锻造、热处理及焊接等过程中的残余应力。对于焊接钢件,一般其加热温度为500~550℃。保温时间为2~4h。

(2)钢的正火工艺

正火是将钢件加热到临界点Ac3或Acm以上适当温度,保持一定时间后在空气中冷却, 得到珠光体基体组织的热处理工艺。其目的是消除应力、细化组织、改善切削加工性能及淬火前的预热处理,也是某些结构件的最终热处理。

与退火比较,正火的冷却速度,过冷度较大,其得到的组织结构不同于退火,经过正火处理的焊接件的晶粒尺寸变小,强度、硬度比退火高,但韧性可能下降。正火工艺生 产周期短,能量耗费少,故在可能情况下,应优先考虑正火处理。

(3)钢的淬火工艺

淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度快速冷却,发生马氏体转变。其目的是提高钢件的硬度、强度和耐磨性,但韧性可能下降。多用于各种工模具、轴承、零件等。

(4)钢的回火工艺

回火的目的是调整工件的强度、硬度、韧性等力学性能,降低或消除应力,避免变形、开裂,并保持使用过程中的尺寸稳定。回火工艺通常用于改善经过淬火处理的焊接件的韧性。

回火按不同的加热温度可分为:

1)低温回火。主要用于各种高碳钢的切削工具、模具、滚动轴承等的回火处理。

2)中温回火。使工件得到好的弹性、韧性及相应的硬度,一般适用于中等硬度的零件、弹簧等。

3)高温回火。即调质处理,主要用于重要结构零件。钢经调质处理后不仅强度较高,而且塑性、韧性更显著超过正火处理的情况。

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热处理方法的选择

3. 热处理方法的选择

热处理方法选择需要综合考虑材料的成分、加工要求和成本等因素。不同的材料和加工要求需要选择不同的热处理方法,以达到最佳的性能和寿命。例如:对于需要高强度硬度的零件,可以选择淬火;对于需要较高的韧性抗冲击性的零件,可以选择回火;对于需要在高温下工作的零件,可以选择等温淬火;对于不锈钢等耐腐蚀材料,可以选择稳定化处理。

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焊后热处理的加热方法

选择焊后热处理的方法有:

(1)焊后热处理一般选用高温回火正火加高温回火处理。

(2)对于气焊焊口采用正火加高温回火处理。这是因为气焊焊缝及热影响区的晶粒粗大,需细化晶粒,故采用正火处理。然而单一的正火不能消除残余应力,故需再加高温回火,以消除应力。

(3)单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊缝,其目的是达到部分消除残余应力和去氢。

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射线探伤

(1)X 射线底片记录法

X射线探伤的优点是显示缺陷的灵敏度高于γ射线探伤特别是当焊缝厚度小于30mm,其次是照射时间短、速度快。缺点是设备复杂、笨重,使用成本高,操作麻烦,穿透力较γ射线小

(3)γ射线是由放射性同位素或放射性元素蜕变产生的。其探伤厚度分别为200mm120mm100mm。γ射线的特点是设备轻便灵活特别是施工现场更为方便,而且投资少,成本低。但其曝光时间长,灵敏度较低。在石油化工行业现场施工时经常采用

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超声波探伤

2. 超声波探伤(UT)

超声波探伤与X射线探伤相比,具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高,对人体无害等优点。

缺点是对试件表面要求平滑、对操作人员的知识水平和专业技能要求较高。

超声波探伤适合于厚度较大工件的检验。

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涡流探伤

3. 涡流探伤

涡流探伤是利用电磁感应原理,检测导电试件(包括铁磁性和非铁磁性金属材料)表面和近表面缺陷的一种探伤方法。其原理是用激磁线圈使导电试件内产生涡电流,借助探测线圈测定涡电流的变化量,从而获得试件缺陷的有关信息。

涡流探伤只能检查金属材料和试件的表面和近表面缺陷。在检测时并不要求探头与试件接触,为实现高速自动化检测提供了条件。涡流法可以一次测量多种参数,如对管材的涡流检测,除了可以检查缺陷的特征,还可以测量管材的内径、外径、壁厚和偏心率等。

涡流探伤的主要优点是检测速度快,探头与试件可不直接接触,无需耦合剂。主要缺点是只适用于导体,对形状复杂试件难做检查,只能检查薄试件或厚试件的表面、近表面缺陷

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磁粉探伤

4. 磁粉探伤  

磁粉探伤可用来发现铁磁材料的表面或近表面的缺陷可检出的缺陷最小宽度约为1μm,可探测的深度一般在1~2mm;它适用于薄壁件或焊缝表面裂纹的检验,也能显露出一定深度和大小的未焊透缺陷;但难以发现气孔、夹渣及隐藏在焊缝深处的缺陷。宽而浅的缺陷也难以检测,检测后常需退磁和清洗,试件表面不得有油脂或其他能黏附磁粉的物质。

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渗透探伤

5. 渗透探伤

渗透探伤一般包括涂覆、渗透、清洗、显像和检查五个基本步骤。

渗透探伤的优点是不受被检试件几何形状、尺寸大小、化学成分和内部组织结构的限制,也不受缺陷方位的限制,一次操作可同时检验开口于表面上的所有缺陷;检验的速度快,操作比较简便,大量的零件可以同时进行批量检验;缺陷显示直观,检验灵敏度高。

最主要的限制是只能检出试件开口于表面的缺陷,不能显示缺陷的深度及缺陷内部的形状和大小。

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