從船舶焊接中學到的知識

2021-03-04 00:41:52 字數 4779 閱讀 5814

0842815124 秦飛

學習船舶焊接這門課,讓我對焊接有了更深層次的了解,從中也獲益不少,以下是我從這門課中學到的,焊接的優點非常突出,它連線的部件和材料能夠實現高效能,在一般的情況下,它可以達到和連線母材等強度、等剛度、等塑性、等韌性。它有非常高的可靠性,因為它是永久地連線在一起,可以在很長的壽命期間內,安全地工作。它有非常高的適應性,它的適應性是在所有連線方法裡邊最廣的。

同時,它有很高的效率,焊接完全適應大規模的批生產,所以焊接在船舶製造過程中應用廣泛,焊接為提高船體建造質量,改善工人勞動環境,縮短造船週期起了重要作用。

目前船舶製造工程中所採用的焊接方法主要有手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊(tig 焊)、熔化極氬弧焊(mig 焊)。

手工電弧焊是最常見的焊接工藝,它是利用利用電弧產生的熱量熔化被焊金屬的一種手工操作焊接方法。由於它所需的裝置簡單,操作靈活,對空間不同位置、不同接頭形成的焊縫均能方便地進行焊接,因此,目前它仍被廣泛使用。

這種工藝的適應面很廣,所需的裝置也相對便宜,非常適合現場和戶外作業。作者只需接受少量的培訓便可熟練掌握。焊接時間較慢,因為消耗性的焊條電極必須經常更換。

焊接後還需要清除助焊劑形成的焊渣。此外,這一技術通常只用於焊接黑色金屬,焊鑄鐵、鎳、鋁、銅等金屬時需要使用特殊焊條。缺乏經驗的操作者還往往難以掌握特殊位置的焊接。

埋弧自動焊接時,引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動及焊接收尾等過程完全由機械來完成。它的主要優點是:1)生產率高埋弧焊的焊絲伸出長度(從導電嘴末端到電弧端部的焊絲長度)遠較手工電弧焊的焊條短,一般在 50mm 左右,而且是光焊絲,不會因提高電流而造成焊條藥皮發紅問題,即可使用較大的電流(比手工焊大 5-10 倍),因此,熔深大,生產率較高。

對於 20mm 以下的對接焊可以不開坡口,不留間隙,這就減少了填充金屬的數量。(2)焊縫質量高對焊接熔池保護較完善,焊縫金屬中雜質較少,只要焊接工藝選擇恰當,較易獲得穩定高質量的焊縫。(3)勞動條件好除了減輕手工操作的勞動強度外,電弧弧光埋在焊劑層下,沒有弧光輻射,勞動條件較好。

埋弧自動焊至今仍然是工業生產中最常用的一種焊接方法。適於批量較大,較厚較長的直線及較大直徑的環形焊縫的焊接。廣泛應用於化工容器、鍋爐、造船、橋梁等金屬結構的製造。

這種方法也有不足之處,如不及手工焊靈活,一般只適合於水平位置或傾斜度不大的焊縫;工件邊緣準備和裝配質量要求較高、費工時;由於是埋弧操作,看不到熔池和焊縫形成過程,因此,必須嚴格控制焊接規範。

co2氣體保護焊是利用co2作為保護氣體的氣體保護焊,具電流密度大,生產效率高;焊接熱影響區小,焊件不易變形;焊縫氫的質量分數低,接頭抗裂性好;焊接成本低等特點。 適合於各種位置的焊接,目前,co2焊已在全國廣泛普及,大有在短時間內取代焊條電弧焊的發展勢頭。

鎢極氬弧焊(tig 焊)焊接過程可以用手工進行,也可以自動進行。焊接時,在鎢極與工件間產生電弧,填充金屬從一側送入,在電弧熱的作用下,填充金屬與工件熔融在一起形成焊縫。為了防止電極的熔化和燒損,焊接電流不能過大,因此,鎢極氬弧焊通常適用於焊接 4mm 以下的薄板,如管子對接、管子與管板的連線。

熔化極氬弧焊(mig 焊)是一種半自動或自動的焊接工藝,它利用金屬焊絲作為電極,電弧產生在焊絲和工件之間,焊絲不斷送進並熔化過渡到焊縫中去。因此熔化極氬弧焊所用焊接電流可大大提高,適用於中、厚板的焊接,如化工容器筒體的焊接。

和手工電弧焊相似,操作者稍加培訓就能熟練掌握。由於焊絲**是連續的,熔化極氣體保護電弧焊和手工電弧焊相比能獲得更高的焊接速度。此外,因其電弧相對手工電弧焊較小,熔化極氣體保護電弧焊更適合進行特殊位置焊接(如仰焊)。

和手工電弧焊相比,熔化極氣體保護電弧焊所需的裝置要複雜和昂貴得多,安裝過程也比較繁瑣。因此,熔化極氣體保護電弧焊的便攜性和通用性並不好,而且由於必須使用保護氣體,並不是特別適合於戶外作業。但是,熔化極氣體保護電弧焊的焊接速度較快,非常適合工廠化大規模焊接。

這一工藝適用於多種金屬,包括黑色和有色金屬[1]。

常見的焊接缺陷:

1.咬邊由於焊接工藝引數選擇不正確,或操作工藝不正確,在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷,稱為咬邊。

產生的原因主要是電弧熱量太高,既焊接電流太大,以及運條速度不當所造成。在角焊時,經常由於焊條角度或電弧長度不適當而造成。埋弧焊時,往往是由於焊接速度過高而產生的。

防止措施選擇正確的焊接電流和焊接速度,電弧不能拉得太長,保持運條均勻。在角焊時,焊條要採用合適的角度和保持電弧長度。埋弧焊時,應正確地選擇焊接工藝引數。

2.氣孔焊接時,熔池中的氣體在凝固時未能逸出而殘留在焊縫中所形成的空穴,稱為氣孔。

3..未焊透焊接時,焊接接頭根部未完全熔透的現象,稱為未焊透。

產生原因坡口角度過小、間隙過小或鈍邊過大;焊接電流太小;焊接速度過快;電弧電壓偏低;焊(或焊絲)可焊性不好;清根不徹底。

預防措施正確選用加工坡口尺寸,保證必須的裝配間隙,正確選用焊接電流和焊接速度,認真操作,仔細清理層間或母材邊緣的氧化物和熔渣等。

4.未熔合熔焊時,焊道與母材之間或焊道與焊道之間,未完全熔化結合的部分,稱為未熔合。

未熔合主要產生在焊縫側面及焊道層間,故又可分為邊緣未熔合及層間未熔合。

產生原因主要是焊接線能量太低,電弧偏吹,坡口側壁有銹垢及汙物,層間清渣不徹底等。

防止措施正確地選用焊接線能量,(焊接電流)認真操作,加強層間清理等。

5..燒穿焊接過程中,熔化金屬自坡口背面流出,形成穿孔的缺陷,稱為燒穿。

產生原因焊接電流過大,焊接速度太慢,裝配間隙過大或鈍邊太薄等。

防止措施選擇合適的焊接電流和焊接速度,嚴格控制裝配間隙,單面焊可採用銅墊板,焊劑墊或自熔墊,使用脈衝電流等。

6.焊瘤焊接過程中,熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤,稱為焊瘤。

產生原因操作不熟練和運條不當,埋弧焊工藝引數選擇不合適等。

防止措施提高焊工操作技能的熟練程度,正確地選用焊接工藝引數。

極端環境下的焊接

除了在工廠和修理店這樣的可控制環境下工作外,一些焊接工藝還可以在多種環境下進行,如戶外、水下、真空(如太空)。在戶外作業,如建築建設和修理工作中,常採用手工電弧焊。需要保護氣體的焊接工藝通常不能在戶外進行,因為空氣的無序流動會導致焊接失敗。

手工電弧焊還可用於水下焊接,如焊接船體、水下管道、海上作業平台等。水下焊接較常用的工藝還有藥芯焊絲電弧焊等。在太空中進行焊接也是可行的:

2023年,蘇聯太空人第一次在真空環境下試驗了手工電弧焊、等離子弧焊和電子束焊接。在那以後的幾十年中,太空焊接技術得到了很大的發展。今天,研究者們仍在嘗試將不同的焊接技術轉移到真空中進行,如雷射焊接、電阻焊和摩擦焊等。

這些焊接技術在國際空間站的建設中起了很大的作用,透過真空焊接技術,在地面搭建好的空間站子模組得以在太空中組裝成型[2]。

焊接注意事項

電弧的長度

電弧的長度與焊條塗料種類和藥皮厚度有關係。但都應盡可能採取短弧,特別是低氫焊條。電弧長可能造成氣孔。

短弧可避免大氣中的o2、n2等有害氣體侵入焊縫金屬,形成氧化物等不良雜質而影響焊縫質量。

二、焊接速度

適宜的焊接速度是以焊條直徑、塗料型別、焊接電流、被焊接物的熱容量、結構開頭等條件有其相應變化,不能作出標準的規定。保持適宜的焊接速度,熔渣能很好的覆蓋著熔潭。使熔潭內的各種雜質和氣體有充分浮出時間,避免形成焊縫的夾渣和氣孔。

在焊接時如運棒速度太快,焊接部位冷卻時,收縮應力會增大,使焊縫產生裂縫。

焊絲選用的要點

焊絲的選擇要根據被焊鋼材種類、焊接部件的質量要求、焊接施工條件(板厚、坡口形狀、焊接位置、焊接條件、焊後熱處理及焊接操作等待)、成本等綜合考慮。焊絲選用要考慮的順序如下:①根據被焊結構的鋼種選擇焊絲對於碳鋼及低合金高強鋼,主要是按「等強匹配」的原則,選擇滿足力學效能要求的焊絲。

對於耐熱鋼和耐候鋼,主要是側重考慮焊縫金屬與母材化學成分的一致相似,以滿足耐熱性和耐腐蝕性等方面的要求。②根據被焊部件的質量要求(特別是衝擊韌性)選擇焊絲與焊接條件、坡口形狀、保護氣體混合比等工藝條件有關,要在確保焊接接頭效能的前提下,選擇達到最大焊接效率及降低焊接成本的焊接材料。 ③根據現場焊接位置對應於被焊工件的板厚選擇所使用的焊絲直徑,確定所使用的電流值,參考各生產廠的產品介紹資料及使用經驗,選擇適合於焊接位置及使用電流的焊絲牌號。

焊接工藝效能包括電弧穩定性、飛濺顆粒大小及數量、脱渣性、焊縫外觀與形狀等。對於碳鋼及低合金鋼的焊接(特別是半自動焊),主要是根據焊接工藝效能來選擇焊接方法及焊接材料。

保護措施

在焊接時應穿著防護頭盔、手套和防護服進行弧焊操作,在缺乏保護的情況下進行焊接作業是十分危險而且有害健康的。通過採用新技術和合適的保護措施,焊接時發生事故和死亡的危險可以大大降低。常用的焊接技術往往採用開放式電弧或火焰,很容易造成燒傷。

焊工通過加穿個人防護裝置,如橡膠手套、長袖防護夾克等來避免人體暴露在高溫和火焰下。除此之外,焊接區域的強烈光照會造成電光性眼炎之類的疾病。在進行弧焊時,必須佩帶保護眼睛的護目鏡或防護頭盔。

為了保護焊工之外置近焊接現場的人,焊接工作現場往往用半透明的保護幕圍起來。這些保護幕通常是聚氯乙烯製成的塑料幕布,能夠保護附近的無關人員免受電弧產生的高強度紫外線的照射,但是保護幕不能完全代替護目鏡和頭盔。焊工還會受到危險氣體和飛濺材料的威脅。

諸如藥芯焊絲電弧焊和手工電弧焊這樣的焊接工藝會產生含有多種氧化物的煙霧,可能會造成金屬煙熱之類的職業病。焊接煙霧中的小顆粒也會影響工人的健康,顆粒的尺寸越小,危害越大。另外,很多的焊接工藝會產生有害氣體和煙氣,常見的如二氧化碳、臭氧和重金屬氧化物。

這些氣體對沒有經驗和有效通風措施的操作人員危害很大。值得注意的還有,很多焊接工藝所採用的保護氣體和原材料是易燃易爆的,需要採用適當的防護措施,如控制空氣中氧氣的含量、將易燃易爆材料分開堆放等[3]。焊接排煙裝置常用來抽散有害氣體,並通過高效率有隔板空氣過濾器來過濾。

參考文獻:

[1] cary & helzer(2023年),第7頁

[2] cary & helzer(2023年),第677–683頁

[3] cary & helzer(2023年),第52–62頁.

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