减少焊接应力和焊接变形的方法

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1、减少焊接应力和焊接变形的方法减少焊接应力和焊接变形的方法 采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊； 尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消； 施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形； 对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。 合理的焊缝设计 避免焊缝集中、三向交叉焊缝； 焊缝尺寸不宜太大； 焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象； 避免仰焊。 空冷氩弧焊枪的设计与制造 通过对目前普遍使用的水冷氩弧焊枪结构的分析研究，在此基础上加以改进，自行设计、制造出了一种简单、方便、可用于无水冷场合作业的空冷氩弧焊枪。工艺试验表明，该焊枪性能稳定，用此焊枪焊出的焊缝成形良好，

2、符合预期的设想。 关键词 空冷 氩弧焊枪 设计 1.前言 氩弧焊是利用氩气作保护气体的气体保护电弧焊。焊接时电弧在电极与焊件之间燃烧，氩气使金属熔池、熔滴及钨极端头与空气隔绝。它是利用钨电极与工件间产生的电弧热熔化母材及填充金属的一种焊接方法。焊接时保护气体从焊枪的喷嘴中连续喷出，在电弧周围形成气体层(层流状态)隔绝气体起到保护作用，从而获得优质的焊缝。 作为氩弧焊机重要组成部分之一的氩弧焊枪，其作用是夹持钨极、传异焊接电流和输送保护气。焊枪按冷却方式的不同，可分为水冷式和气冷式两种。目前在教学、科研和实际生产中使用较多的是水冷式焊枪。此类焊枪带有一个进水管和一个出水管，焊接时通水，通过水的循

3、环将热量带走，从而使焊枪的温度降低而起到冷却作用。水冷式焊枪通常要将焊接电缆装入通水管中作成水冷电缆，只有这样，才有可能提高施焊时的电流密度，减轻电缆重量，但却因此增加了制造上的困难，成本因此大大提高。更有甚者，有些场合无冷却水，这就给焊接施工人员提出了难题。为了弥补现有水冷焊枪上述这些方面的不足，我们自行设计并制造出了一种空冷氩弧焊枪，这种焊枪的主要特点是无需冷却水，结构简单，能很方便地应用于现场安装，以及无氩弧焊机的情况下使用。因为，采用我们设计制造的焊枪只须一台常规直流弧焊机，再配以供气系统，即可进行焊接操作，大大降低了对设备的要求，由此降低了成本。目前，市场上一套氩弧焊设备所需的费用达

4、万余元，而一台普通的直流焊机的价格仅为其一半左右，单从这一点上说，其市场前景看好，如推广使用，将会带来很大的经济效益。 2.焊枪的设计 为使设计的焊枪尽可能满足要求，在设计过程中，我们主要从结构及材料选择两方面进行综合考虑。设计出的空冷氩弧焊枪结构示意图如图1所示： 图1 空冷氩弧焊枪结构示意图 1.压紧盖 2.电极夹头 3.主体 4.喷嘴 5.手柄 6.气阀 7.导气管 8.电极接头 该焊枪主要由主体、压紧盖、电极夹头、喷嘴、手柄等几部分组成。为了降低制造成本和减少加工上的困难，喷嘴采用市场上购买的现成品(与目前氩弧焊枪通用)。设计时为了提高保护效果，原则上应使喷嘴上部(即主体内)有较大的空

5、间作缓冲室，以降低气流的初速。选用的喷嘴其下部断面不变的圆柱形通道越长、近壁层流层越厚，保护效果越佳；通道直径越大，保护范围越宽。基于此考虑，在主体下部应开有12个均匀分布的直径为1mm的小孔，如图2所示。为了电极夹头能可靠夹紧钨极，并对准中心，电极夹头下端均匀地开有三条宽为1mm的铣刀槽，如图3所示。 图2 (a)主体下部的12个1mm的小孔分布 (b)电极夹头下端的三条铣刀槽 图3 工艺试验试板及接头形式，(a)堆焊，(b)对接 此外，为使焊枪能与多种直径的钨极配合使用，使其工作范围扩大，可根据需要，电极夹头下端的直径可设计成2、3、4、5mm等多种规格。压紧盖的长轴可设计成短、中、长三种

6、规格，以节约使用贵重的钨电极。 最后，按此设计方案，我们成功地制造出了所需的空冷氩弧焊枪(实物图略)。 3.焊枪的使用与维护 (1)本焊枪可与各种直流焊机(如硅整流弧焊机)等配套使用。焊接时宜采用直流正极性接法(焊枪接负，工件接正)。电流工作范围大致为30250A左右，电流大小的调节与直流焊机的电流调节相同。氩气由氩气瓶流出，中间通过减压器、流量计，最后通入到焊枪。 (2)根据实际焊接时所需要的焊接电流大小，选定电极夹头及钨极直径，钨极伸出喷嘴的尺寸与常规施焊时大致相同。 (3)直流焊机和焊枪本身都不具备引弧系统，焊接前应事先准备好一块尺寸合适的引弧板(材料为紫铜)，待电弧引燃，并稳定燃烧后，

7、再移向所需施焊的结构上焊接。 (4)由于焊接时采用接触式引弧，在一定程度上易造成钨极损耗加快，所以应经常注意钨极的磨损情况，特别注意被焊工件上是否夹钨，以免产品中产生缺陷。 (5)经常注意绝缘情况，避免触电等事故。 (6)使用一段时间后，应检查保护气体的流畅性，以防止气流不畅、漏气等情况发生。 4.工艺试验 本文最后还进行了有关的工艺试验。具体是在1Cr18Ni9Ti不锈钢上分别进行了堆焊及试板对接试验。试样尺寸规格如下图所示(图4)，试样厚度为=1.5mm。 实验是在ZXG-250型硅整流弧焊机上进行。为准确测定焊接时的工艺规范参数，我们在焊接回路中连上了电流表和电压表。焊接时记下的规范参数

8、值如表1。 表1 试板焊接规范参数值 钨极直径(mm) 焊接电流(A) 焊接电压(V) 氩气流量(l/h) 焊接速度(mm/s) 2.0 40 16 500 5.4 观察表明，焊接过程中电弧稳定，电流、电压的波动非常小，气体保护效果好，焊缝成形美观，焊接接头质量良好，该焊枪可在实际生产中推广使用。 焊接切割支持系统 切割工艺包括热切割方法种类及特性描述、气割工艺、电弧切割工艺、等离子弧切割工艺、激光切割工艺。 该软件系统为焊接技术人员提供了大量的数据和知识，为焊接技术人员的实际设计生产提供了极大的帮助。软件的查询界面清晰明了，对于技术人员来说，使用软件就象浏览网站一般简单、方便。 该软件有单机

9、版和网络版两种形式，单机版满足技术人员个人使用之目的，而基于WEB的网络版形式，则充分提高了企业资源共享程度，使技术人员能够在局域网内共享该软件的各种功能，只需在服务器安装该软件，每个技术人员均可利用浏览器进行浏览和使用，安装维护方便。 焊接切割支持系统 切割工艺包括热切割方法种类及特性描述、气割工艺、电弧切割工艺、等离子弧切割工艺、激光切割工艺。 该软件系统为焊接技术人员提供了大量的数据和知识，为焊接技术人员的实际设计生产提供了极大的帮助。软件的查询界面清晰明了，对于技术人员来说，使用软件就象浏览网站一般简单、方便。 该软件有单机版和网络版两种形式，单机版满足技术人员个人使用之目的，而基于W

10、EB的网络版形式，则充分提高了企业资源共享程度，使技术人员能够在局域网内共享该软件的各种功能，只需在服务器安装该软件，每个技术人员均可利用浏览器进行浏览和使用，安装维护方便。 浅谈焊接安全操作 随着生产的发展，焊接技术的应用愈来愈广泛。与此同时，伴随着各种各样的不安全、不卫生因素的出现，焊接工作也严重地威胁着焊工及其它生产人员的安全与健康。其主要危害如下：1、焊接切割工作过程中需要与易燃易爆气体、压力容器和电机电器接触；2、焊接过程会产生有毒气体、有害粉尘、弧光辐射、噪声和射线等。 上述危害因素在一定条件下可能引起爆炸、火灾、烫伤、中毒、电光性眼炎和皮肤病等职业病症。此外还可能危及设备、厂房和

11、周围人员安全，给国家和企业带来不应有的损失。许多重大、特大事故是由于焊接切割作业人员违章操作造成。 本文论述了日常较广泛应用的气焊、焊条电弧焊的特点、危害及安全操作。 气焊 1、特点及危害 气焊具有设备简单、操作方便、使用灵活、实用性强等特点。因此，在各工业部门的制造和维修中应用比较广泛。但此过程需利用可燃气体、助燃气体及高压气瓶。如果焊接设备和安全装置有故障，或者操作人员作业时违反安全操作规程，都可能引起爆炸和火灾等事故。 2、使用安全要求 1)、工业用乙炔中常含有磷化氢、硫化氢等杂质，这些杂质不但容易引起爆炸，而且焊接时，其中的硫和磷可能转移到焊缝金属中，使焊缝的机械性能发生改变，冷脆、热

12、裂倾向增加，焊缝质量难以保证。因此按容积计算，要求乙炔中PH3的含量不得超过0.2%；H2S的含量应小于0.1%。 2)、气瓶在保管和使用过程中，避免日光曝晒，远离明火和热辐射。3)、焊接过程中，放气速度不应太快，避免气体流经阀门时产生静电火花。 4)、乙炔瓶应垂直立放，严禁卧放。 5)、气瓶应根据国家气瓶安全监察规程要求进行定期技术检验，严禁超期使用。 6)、操作人员应接受安全技术培训持证上岗。 7)、焊炬在使用前必须进行检查，包括射吸情况、橡皮管与接头连接情况、是否漏气、气体各通路是否洁净等，检查正常后方可进行点火操作。使用过程中，防止发生回火，一旦发生回火应迅速关闭乙炔调节阀，同时关闭氧

13、气调节阀。 焊条电弧焊 1、特点及危害 焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，其重要原因是电弧能有效而简便地把电能转换成焊接过程所需要的热和机械能。同时焊条电弧焊用手工操纵焊条进行焊接，可以进行全位置焊接；焊接设备轻便、搬运灵活，适用于各种金属材料、各种厚度、各种结构形状的焊接。但由于其特殊性会存在以下不安全因素： 1)、电弧弧柱中心温度高达60008000，焊条、焊件和药皮在高温作用下，发生蒸发、凝结和气体，产生大量烟尘； 2)、电弧周围空气在弧光强烈辐射作用下，会产生臭氧、氮氧化物等有毒气体； 3)、飞溅、电焊机线路故障或燃料容器管道补焊防爆措施不当，会引起爆炸和火灾事故。 4)、焊

14、接设备空载电压高于人体所能承受的安全电压，易发生触电事故。 2、使用安全要求1)、电焊机必须有独立的专用电源开关，禁止多台焊机共用一个电源开关；2)、电焊机防止碰撞、受潮或剧烈振动；3)、电焊机外露的带电部分应有完好的防护装置，不带电的外壳应接地，严禁超负荷使用；4)、焊接电缆外皮完整、绝缘良好、应使用整根导线；5)、电焊钳必须有良好的绝缘性、隔热能力，严禁将过热的焊钳浸在水中冷却后立即使用；6)、焊接作业时，场所应有通风除尘设施，可燃、易爆物质距作业点火源应不小于10m；7)、焊接作业人员应穿戴好劳动保护用品，加强自身的防护，保证自身安全。 结论 综上所述，由于焊接过程存在潜在的危险，为此对

15、从事该作业人员应严格要求，必须对其进行相应的、专门的安全技术理论学习和实际操作训练，提高此类作业人员的安全技术素质，并经考核合格取得安全技术操作证后方准独立作业；同时通过培训使他们了解焊接生产特点、焊接操作基本原理及焊接工艺、工具的安全使用；严格执行安全规程和实施防护措施，保证安全生产，避免发生事故。 硬面堆焊技术在各个领域的应用 硬面堆焊就是对耐磨部件表面硬化处理的过程。采用高硬度的药芯焊丝和WD-BX1型专业明弧平焊焊接设备进行表面堆焊，从而使耐磨部件表面形成比母材材质更耐磨的高铬复合碳化物，并能够使该高铬碳化物与母材很好的结合成一个整体。采用这种技术会节约采购成本的50%以上，有效生产使

16、用时间是原新品的2倍以上。例如：企业购置新品进行生产活动，在耐磨件磨损到最佳生产效率以下时，企业就会报废该部件重新购置，那么余下的大部分报废处理不经济，增加采购费用，加重企业经济负担。因为采用硬面堆焊技术可以降低采购费用，又能延长耐磨部件的使用寿命，在各个行业得到了广泛的关注与应用。下面就各个行业的实际情况，介绍硬面堆焊技术的应用。 1、钢铁行业硬面堆焊技术的应用 钢铁厂的耐磨部件工作环境非常恶劣。生产过程中温度高，冷热循环频繁，使耐磨设备加速磨损，增加钢铁厂的维修成本及工作人员的劳动强度。例如钢铁厂中的连铸辊是连轧机的主体，在生产过程中，连铸辊通过产生挤压力来使钢坯成型。此种工作原理使连铸辊

17、受到钢坯的高温及反作用力的影响，就会使连铸辊的表面产生非疲劳性裂纹，可以直观看清，甚至成片状脱落。给生产运行带来极大的不便，影响生产效率，甚至造成停产。很多钢铁厂深知，购买新品交货工期长，而且生产成本也提高了一半以上。以连轧机中的一个连铸辊为例，当该辊磨损到最佳生产率以下时，实际消耗不足整体辊子的1/10，那么9/10的铸辊报废处理不经济。所以钢铁厂大都采用硬面堆焊技术，在报废的辊子表面堆焊硬面合金，直到堆到辊子原表面尺寸。这样，一来可以降低生产成本的一半以上，二来缩短恢复生产的时间，另外，过钢量增长810倍，经济合理。 2、水泥生产企业硬面堆焊技术的应用 目前新型干法生产线在我国蓬勃发展，立

18、式磨机以它的低能耗被广泛应用到水泥生产线中。例如：生料粉磨、熟料粉磨、煤粉粉磨以及矿渣粉磨。立式磨机因此成为相关企业关注的热点，从而也应运而生很多服务项目。立式磨机的磨辊辊套及磨盘衬瓦的硬面堆焊工程服务就是其中一项。 提高磨辊辊套及磨盘衬瓦的耐磨性，已经成为应用立磨水泥生产企业的硬性指标。因为立式磨机是水泥生产企业的重要生产设备之一。但磨辊辊套及磨盘衬瓦的磨损是主观存在的，磨损到一定程度，耐磨部件因表面缺失、变形，使部件间隙加大，不能进行很好的研磨，从而降低生产效率，提高生产能耗，甚至不能进行生产。 根据目前水泥市场的可观利润，停产一天将会对大型水泥生产企业造成至少几十万的纯利润损失。尽快提高

19、生产效率，或尽快恢复生产是迫在眉捷的。因为采用更换新品的维修方式，需要大量采购费用，而且供货周期比较长，若在水泥生产企业非计划性的维修中，显得远水解不了近渴。所以“救急性服务硬面堆焊”是广大应用立式磨水泥业主的理想选择。 水泥生产企业的耐磨件硬面堆焊，服务形式可以多样化，即可以拆下来运到堆焊修复工厂去进行堆焊修复，也可以在不解体磨机的情况下进行磨内补焊。以水泥生产企业的生料磨为例：由于国内的水泥生产线趋于大吨位化，所以立式磨的外形尺寸也会相应加大，以迎合生产量。磨盘外径尺寸大部分不小于3米。由于磨内空间大，WD-BX1型便携式焊接设备轻而易举的就可以架设进磨内，也可多台架设。进行磨辊辊套及磨盘

20、衬瓦的硬面堆焊。从而节约了大量拆卸费用，减轻工人劳动强度，缩短了检修工期。尤其是在水泥生产企业没有备件的情况下，这种在磨内进行堆焊的技术更是水泥业主的最宠，对比新备品，费用低、工期短、耐磨寿命可提高2倍以上。是水泥生产企业的经济首选。 国产或进口的立式磨机，在国内应用颇多。立磨辊套及衬瓦的母材材质大体有以下几种：高铬铸铁、镍铬合金等，这些材料都适合表面堆焊，但必须选用专业焊接设备及专用焊材。分析立磨耐磨件的磨损原因，有原料进料时，对设备的冲击，以及在磨辊与磨盘接触边缘与物料产生的剪切力，加上磨机在粉磨物料时受到的反作用力，使耐磨件表面沟壑与凸棱交替变换，使耐磨件表面尺寸变小，增加间隙，影响生产

21、效率。采用沈阳威德焊接的堆焊技术，可以堆焊分体式部件、平面部件、锥形部件。如锥形磨辊磨损严重，并且在大头已经磨平的情况下，采用沈阳威德焊接的专业技术进行过渡耐磨层，防止母材与耐磨层结合不紧密，在运行中使耐磨层脱落。 在磨内进行堆焊技术经济、轻松、合理，已被广泛应用。 3、电厂硬面堆焊技术的应用 火力发电是国内电力行业的佼佼者，也是由于中国煤资源分布广泛的结果。火力发电大都燃烧煤粉褂昧侥蟹勰悍邸捎诿褐实挠跋欤粤某寤饕蚕嗟毖现亍夯诵惺保饕墙嚎榧昂罅吭又实拿焊墒蟹勰费埂奔湓诵校醯谋砻婊岢鱿止盗圩茨穑瘫砻婊嵩谟肽踅哟娉鱿挚泶笤?11公分的环形沟槽，使磨煤机工作效率越来越低，加大能耗。 此时采用硬面堆焊

22、技术，对磨辊及磨盘表面进行堆焊，使耐磨件表面形成耐磨层，各种性能指标均优于新铸造品，这也是由于铸造工艺本身决定的。 其实硬面堆焊技术应用领域非常广泛，如矿山、食品、铸造等等由于贵网络杂志篇幅宝贵，故以上所列举的行业非常有限，有机会再做交流。 陶瓷的焊接 随着科学技术的发展，陶瓷的组成、性能、制造工艺和应用领域已发生了根本性的变化，从传统的生活用陶瓷发展成为具有特殊性能的功能陶瓷和高性能的工程陶瓷，在现代社会中发挥了重要的作用。由于陶瓷的脆性很大，不宜做成复杂的和承受冲击载荷的零件。因此，必须采取连接技术来制造复杂的陶瓷件以及陶瓷和金属的复合件。这就涉及到陶瓷与陶瓷以及陶瓷与金属的焊接问题。 不

23、论陶瓷与金属焊接，还是用金属填充材料焊接陶瓷与陶瓷时都存在陶瓷/金属界面的结合问题。由于陶瓷与金属在电子结对、晶体结构、力学性能、热物理性能以及化学性能等方面存在明显的差别，因此要实现陶瓷/金属界面的冶金结合是非常困难的,用常规的焊接材料和工艺几乎无法获得可靠的连接，现有的较成功的焊接方法都是在陶瓷不熔化的条件下进行的，如固相扩散焊和钎焊较适合于陶瓷的焊接，并且得到了应用。 目前陶瓷焊接研究的主要问题为： 1）为充分发挥陶瓷耐高温的特性，必须解决接头的高温性能。 2）大面积和复杂零件的焊接时，陶瓷前开裂和低应力破坏是一个严重问题，必须进步研究降低内应力的办法。 3）目前的陶瓷焊接主要都在真空中

24、进行，效率低、成本高，必须研究非真空的高效低成本焊接方法。 减少焊接应力和焊接变形的方法 1）采用适当的焊接程序，如分段焊、分层焊； 尽可能采用对称焊缝，使其变形相反而抵消； 施焊前使结构有一个和焊接变形相反的预变形； 对于小构件焊前预热、焊后回火，然后慢慢冷却，以消除焊接应力。 合理的焊缝设计 避免焊缝集中、三向交叉焊缝； 焊缝尺寸不宜太大； 焊缝尽可能对称布置，连接过渡平滑，避免应力集中现象； 避免仰焊。 焊接应力和焊接变形对构件有哪些危害? 焊接应力产生的主要原因，有以下三个方面： 热应力。焊接过程对被焊工件来说，是局部的不均匀加热过程和不均匀冷却过程。这种不均匀冷热过程，会使工件中产生

25、热应力。 拘束应力。由于构件本身或外加的刚性拘束作用，使焊接时热膨胀不畅，引起构件产生拘束应力。 相变应力：焊接时，接头区域产生不均匀组织转变而引起的应力。 由厂焊接应力的存在，使接头区产生不均匀的塑性变形，称为焊接变形。 残留在焊接构件中的焊接应力会降低接头区实际承受载荷的能力。特别是当构件承受动载疲劳载荷时，有可能发生低应力破坏。对于厚壁结构的焊接接头、立体交叉焊缝的焊接区或存在焊接缺陷的区域，由于焊接残余应力，使材料的塑性变形能力下降，会造成构件发生脆性破裂。焊接残余应力在一定条件下会引起裂纹，有时导致产品返修或报废。如果在工作温度下材料的塑性较差，由于焊接拉伸应力的存在，会降低结构的强

26、度，缩短使用寿命。 通常，焊件的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应力的危害还要大。焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报废。矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。另外，由于角变形、弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致发生断事故。 焊接修复中对较薄工件的焊接 在焊接修复中，施焊的工件除材质不同外，由于工件的厚度不等，给焊接修复工作带来一定的困难。尤其是在焊接设备不具备的情况下，只能采用手工电弧焊进行焊接修复时，需要注意以下几方面的事项。 通常将厚度不大于2.0 mm的工

27、件(板材)称之为薄板，而薄板工件焊接的主要困难是容易烧穿、焊接变形大、焊接成形不美观，因此在薄板工件的焊接中，要尽量避免对接焊缝。在有条件的情况下，可采用卷边焊接或搭接，可防止工件的烧穿和焊接变形。但在焊接修复中条件不允许的情况下，对薄板工件在对接焊接时，应注意以下几点的要求: 一、工件组装上的要求 1、首先清理焊缝两侧，露出原金属光泽。 2、装配间隙要小于0.5 mm，总之间隙越小越利于施焊，切忌错边。 3、定位固定焊时，呈点状焊接点固，焊点间距应在5080 mm左右，以防变形和错边。 二、焊接工艺参数的要求 1、选用小直径的焊条(2.0 mm2.5 mm)进行施焊为宜。 2、可参照焊条说明

28、书选择小一些的焊接电流。但要适当地提高焊接速度，以获得较小的熔池和较浅的熔深。 3、施焊时，采用短弧焊接，直线运条，焊条不要作横向摆动，以免熔池温度过高，烧穿工件。 4、在有条件的情况下，可将工件放在一定的坡度，采用下坡焊，这样不但提高焊接速度，同时也可防止变形。 5、在施焊条件困难的部位、操作不便的情况下，可采用间断灭弧焊，这样可以随时控制熔池温度和熔池形状，不易烧穿工件，且成形美观。 总之，在焊接修复薄板工件中，除掌握上述要点外，还要根据施焊工件的位置，复杂情况，灵活运用上述几项，才能获得满意的焊缝。 浅谈焊接安全操作 随着生产的发展，焊接技术的应用愈来愈广泛。与此同时，伴随着各种各样的不

29、安全、不卫生因素的出现，焊接工作也严重地威胁着焊工及其它生产人员的安全与健康。其主要危害如下：1、焊接切割工作过程中需要与易燃易爆气体、压力容器和电机电器接触；2、焊接过程会产生有毒气体、有害粉尘、弧光辐射、噪声和射线等。 上述危害因素在一定条件下可能引起爆炸、火灾、烫伤、中毒、电光性眼炎和皮肤病等职业病症。此外还可能危及设备、厂房和周围人员安全，给国家和企业带来不应有的损失。许多重大、特大事故是由于焊接切割作业人员违章操作造成。 本文论述了日常较广泛应用的气焊、焊条电弧焊的特点、危害及安全操作。 气焊 1、特点及危害 气焊具有设备简单、操作方便、使用灵活、实用性强等特点。因此，在各工业部门的

30、制造和维修中应用比较广泛。但此过程需利用可燃气体、助燃气体及高压气瓶。如果焊接设备和安全装置有故障，或者操作人员作业时违反安全操作规程，都可能引起爆炸和火灾等事故。 2、使用安全要求 1)、工业用乙炔中常含有磷化氢、硫化氢等杂质，这些杂质不但容易引起爆炸，而且焊接时，其中的硫和磷可能转移到焊缝金属中，使焊缝的机械性能发生改变，冷脆、热裂倾向增加，焊缝质量难以保证。因此按容积计算，要求乙炔中PH3的含量不得超过0.2%；H2S的含量应小于0.1%。 2)、气瓶在保管和使用过程中，避免日光曝晒，远离明火和热辐射。3)、焊接过程中，放气速度不应太快，避免气体流经阀门时产生静电火花。 4)、乙炔瓶应垂

31、直立放，严禁卧放。 5)、气瓶应根据国家气瓶安全监察规程要求进行定期技术检验，严禁超期使用。 6)、操作人员应接受安全技术培训持证上岗。 7)、焊炬在使用前必须进行检查，包括射吸情况、橡皮管与接头连接情况、是否漏气、气体各通路是否洁净等，检查正常后方可进行点火操作。使用过程中，防止发生回火，一旦发生回火应迅速关闭乙炔调节阀，同时关闭氧气调节阀。 焊条电弧焊 1、特点及危害 焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，其重要原因是电弧能有效而简便地把电能转换成焊接过程所需要的热和机械能。同时焊条电弧焊用手工操纵焊条进行焊接，可以进行全位置焊接；焊接设备轻便、搬运灵活，适用于各种金属材料、各种厚度

32、、各种结构形状的焊接。但由于其特殊性会存在以下不安全因素： 1)、电弧弧柱中心温度高达60008000，焊条、焊件和药皮在高温作用下，发生蒸发、凝结和气体，产生大量烟尘； 2)、电弧周围空气在弧光强烈辐射作用下，会产生臭氧、氮氧化物等有毒气体； 3)、飞溅、电焊机线路故障或燃料容器管道补焊防爆措施不当，会引起爆炸和火灾事故。 4)、焊接设备空载电压高于人体所能承受的安全电压，易发生触电事故。 2、使用安全要求1)、电焊机必须有独立的专用电源开关，禁止多台焊机共用一个电源开关；2)、电焊机防止碰撞、受潮或剧烈振动；3)、电焊机外露的带电部分应有完好的防护装置，不带电的外壳应接地，严禁超负荷使用；

33、4)、焊接电缆外皮完整、绝缘良好、应使用整根导线；5)、电焊钳必须有良好的绝缘性、隔热能力，严禁将过热的焊钳浸在水中冷却后立即使用；6)、焊接作业时，场所应有通风除尘设施，可燃、易爆物质距作业点火源应不小于10m；7)、焊接作业人员应穿戴好劳动保护用品，加强自身的防护，保证自身安全。 结论 综上所述，由于焊接过程存在潜在的危险，为此对从事该作业人员应严格要求，必须对其进行相应的、专门的安全技术理论学习和实际操作训练，提高此类作业人员的安全技术素质，并经考核合格取得安全技术操作证后方准独立作业；同时通过培训使他们了解焊接生产特点、焊接操作基本原理及焊接工艺、工具的安全使用；严格执行安全规程和实施

34、防护措施，保证安全生产，避免发生事故。 用不同的焊条进行铸铁冷焊应注意的事项 1、采用铜铁焊条焊接时，焊条金属中的铁与铜互不相溶，以机械混合物的状态存在，而且混合得不均匀。当焊条中w(Fe)增大30%时，使焊缝金属的塑性大为降低，在焊接刚性接头的焊缝时，易在焊缝中产生裂纹。因此应尽量采取短弧焊接，减少焊条的摆动，采用多层焊等工艺措施来防止焊接裂纹的产生。 2、在铸铁冷焊时，为了修补个别重要的铸件缺陷，往往采用纯镍焊条或镍铁、镍铜焊条进行补焊，如Z308，Z408和Z508等。用镍铜焊条所补焊的铸铁件，一般加工性能较好，但焊缝金属的抗拉强度一般都比较低，同时由于铜镍合金的收缩率很大，其焊缝的抗裂

35、性也较差。所以这种焊条只适用于强度要求不高的，但表面需要加工的铸件补焊。用纯镍焊条补焊的优点是焊缝金属加工性良好，但价格昂贵，在一般情况下不宜采用。使用这类焊条操作时，除按一般工艺要求进行焊接外，尚需注意补焊速度不能过快，应断续进行焊接。每次焊接长度不宜超过40-50mm,并在焊一层后用小锤敲击，以消除应力。待焊缝冷至不烫手时再焊第二层，这样才能保证补焊工作取得较好的效果。 3、高钒铸铁焊条是一种比较经济的铸铁冷焊电焊条，如Z116和Z117。这种焊条需要采用短弧焊接，并以分段倒退的顺序进行焊接，每段长约10-30mm,宜采用较小的电流，焊后同样敲击焊缝，以减少应力。 碳素结构钢及低合金高强钢

36、焊接方法选择 三峡工程压力钢管选用16MnR和160Q2可焊性好的钢种，其焊接方法首选气保焊。在预制厂应推广实心焊丝气保焊，在实验基础上推广药芯焊丝气保焊，推广气电立焊；在工地安装立足于手工焊的基础上推广气保护焊。这些方法必将带来巨大的效益。 关键词：焊接设计；焊接方法；气保焊；实心焊丝；药芯焊丝 三峡工程目前正在施工的重要结构主要有电站压力钢管、水轮机座和船闸门，其中水轮机座的施工工艺质量由国外公司负责，其余两项由国内制造商和施工单位承包，闸门制造多由国内知名船厂承担，具焊接工艺比较成熟，相对船体制造的没备和工艺已不是什么难事；由于材料为强度级别较低(Q345)的低合金钢，所以今后的主要问题

37、是工地安装时，如何提高效率，降低成本。 压力钢管的制作和安装将成为主要矛盾，工程前期共有压力钢管14条，约22500t，由于材料复杂(上段为16MnR，下段为610U2低合金高强钢)，板厚度大(最厚达58mm)，特别是管道直径大(12499mm)，安装位置复杂，因此不同于常规管道的制作和安装。 此次有幸参加了三峡开发总公司工程建设部组织的“三峡工程金属结构焊接技术专家咨询会”，受益匪浅，但由于时间太短，会前对几个承包单位的工作和试验资料未及仔细学习，所以有些意见未能允分表达，现对有些观点加以说明。 1 三峡工程压力钢管的选材思想和实践是成功的 上段选用16MnR、下段选日本NKK的60kg级的

38、610U2都是可焊性好的钢种，特别是日本的610U2，属于低碳调质钢中的焊接无裂纹钢(CF钢)，其特点是含碳量低(0.09)、总碳当量低(CEQ2=0.39%)、裂纹敏感系数低(PCM0.19)。由于在钢材生产过程中采用新技术，如在线余热淬火等，在碳当量不大情况下，增加其淬透性，并加入多种微量元素，所以能在保证高强度的同时提高其塑性和韧性(-40时其AKv200J甚至达300以上)，增加了在减轻重量情况下得到高质量焊缝的可能性。 2 从焊接设计出发，选择焊材的原则 16MnR是焊接结构应用最多的钢种，一般焊缝按等强设计，此钢种国内的焊接材料、焊接方法配套均非常成熟。 关于610U2类型的低碳调

39、质钢，本来其可焊性也是较好的，但是在焊接时若处理不当，在熔合区的冷裂和影响区的脆化和软化等缺陷也有发生，在特殊情况下特别是在工地安装中，对焊接热输入和预热等方面有一定要求。 焊接无裂纹钢种，采用低H或超低H焊材，在板厚50mm以下或在0以上环境均可不预热。此种钢冶炼技术优越，其力学指标突出，特别是在屈强比的冲击性能方面(如本次选用的610U2就是这样)，但在焊接时，如要求焊缝冲击性能达到母材要求，这显然是不合适，焊缝设计其力学指标以工作要求为主，不低于母材力学指标的保证值，再留有适当余量，而不应该以母材的实测值为标准，有时为了提高焊缝的塑韧性可适当降低焊缝的设计强度指标。实践证明，低强匹配的焊

40、缝，往往能提高焊缝的韧性和抗裂纹敏感性。 3 关于焊接方法 压力钢管的主要加工工艺是焊接，原则上，手工电弧焊、埋弧焊、气保护实心焊丝和药芯焊丝焊，自保护药芯焊丝等均可选用，应根据施工条件、结构形式、效率与成本核算、焊接质量的水平综合考虑，选择原则应为：在好的劳动条件下，低成本地完成高质量的焊缝。 这次论证会上的基本结论是：厂房预制推行自动实心焊丝气保护焊；工地安装采用手工焊；研制全位置自动焊设备。对此结论大多数与会者虽能接收，但还存在某些疑虑。 (1)从保证焊接质量出发，焊接冶金过程完善(如通过渗合金控制焊缝成分和H值含量)；保护好；焊接热源能量集中，易控制热输入和焊接变形；能通过焊接设备控制

41、焊接质量等，具有这些能力的焊接方法是最好的。 对这二种钢特别是610U2应首选气保焊，因为低合金高强钢焊接质量的主要问题是焊接裂纹和热影响区的脆化和软化，而气保焊最大的特点是低H焊、易控制热输入，例如测扩散H含量平均值为：手工电弧焊的酸性焊条21.9，碱性焊条3.15；CO2保护焊1，MAG焊0.03，埋弧焊2.17，单位：ml/100g。 焊接的抗锈能力实验：埋弧焊当0.3g/10mm时产生气孔，而CO2焊1g/10mm才产生气孔。所以，C02焊是一种低H焊接。另外气保焊能量密度大，在正常规范下，其热输入仅为手工焊的1/21/3(特别是脉冲MAG焊)而且变形小，这对具有一定热敏感性的高强钢极

42、为重要。气保焊的优点是效率高成本低，因为它的熔化效率高，不用清渣换焊条，坡口小，熔敷金属少，坡口加工量少。 (2)气保焊分实心焊丝和药芯焊丝，它们有一些共同的特点，如热量集中、高效，也有不同处(见后)。气保焊已成为焊接碳钢和低合金高强钢的主要工艺方法，我国造船工业所用钢材与三峡的16MnR和610U2基本类似，其熔化极气体保护所占比例已达60%以上(其中药芯焊丝又占气保焊50%以上)，其它行业如石化、电力、机械等也基本相同。说明这种焊接方法是金属结构制造企业的看家方法。 4 关于气保焊的效率和质量 由于气保焊特别是CO2焊有一定局限性，另一方面推广气保焊是个系统工程，从设备、焊材配套到焊缝设计

43、等，全都要适应新方法。所以推广时还需制定规程和奖励制度。 4.1 气保焊的效率 一种焊接方法的效率，由它的熔深、能量密度、熔化速度、熔敷效率等因素决定，除此以外，被焊工件的坡口型式及其填允量，也直接影响效率。 手工焊和气保焊热源虽都是电弧，但是由于燃弧率不同，弧区介质不同，所以会影响熔深和能量密度，从而使熔化速度，熔敷效率有很大差别。 - 燃弧率 熔敷速度 熔敷效率 平均熔深 - 手工焊30% 3550g/min 55% 3mm CO2 45% 平均90g/min 9095% 6mm MIG/MAG50% 60140g/min 9699% 46mm 焊芯焊丝50% 140200g/min 83

44、87% 46mm - 从表中熔敷速度和熔敷效率看，气保焊单位时间熔敷到焊缝上的金属量应该比手工焊多两倍以上。在推广气保焊时，实际效率的提高往往达不到理论数据，很重要的原因是焊件坡口型式没有做相应的改变；另外就是由于气保焊设备材料不配套或使用不当，大大增加了辅助时间，从我国船厂统计看，气保焊每日消耗焊材1015kg(日本可到50kg)，手工焊67kg。 4.2 气保焊的质量 气保焊不但可用于低合金高强钢的焊接，而且可以说是焊接的首选方法。这不仅因为它比手工焊的效率最少高一倍以上，而且它最易保证高强钢的焊接质量。 如在1中所述，选材很好，碳当量和裂纹敏感系数都很小，可焊性良好，这就不需要很多复杂工

45、艺而能保证质量。当然对这样一项跨世纪工程来说，仍需作到万无一失。16MnR属于C-Mn系列的热轧正火钢，610U2属于超低碳多元素调质钢，一般均在焊态下使用。这两类钢焊接接头质量的主要问题是保证焊缝的高综合性能，防止影响区的脆化和软化，保证熔合区和热影响区不发生裂纹并有一定韧性。由于610U2属于热处理强化钢在焊态下使用，如何同时保证焊缝的综合性能及热影响区的韧性，实践证明虽不是非常困难，但在选择焊接材料及工艺时应保证焊缝金属一定的化学成分，选择合适的线能量与适当的预热和层间温度相配合，从而得到合适的t8/5，以保证热影响在AC1-AC3之间的部分得到合适的组织(最多的针状铁素体，最少的M-A

46、组元)和品粒度。另外还应控制含H量，进一步防止冷裂的发生。 低C调质钢特别是CP钢，含C量极低，热影响区只能形成低C马氏体、巳由于Ms点较高，能产生自回火，所以冷裂倾向不大，又由于含C，S量都低，Mn/S大，所以热裂倾向很小，只要注意工艺的选用，不管是手工焊、埋弧焊，实心或药芯气保焊均可保证焊接质量。可以看出，选择焊材可以保证焊缝成分，但更重要的是选择合适的工艺。 选用气保焊焊接上述两种钢，应该说是最合适的方法，因为它热量集中，容易控制热输入，又是一种低H焊接法；在允许的同样线能量下，其焊接效率又大大高于手工焊，焊接变形小，不易引起应力集中和矫正工时，但是为什么至今在部分单位得不到认同呢?其原

47、因首先是方法本身的局限性：气保焊有惰性气体非熔化极(T1G)、CO2气体实心焊丝和药芯焊丝、氧化性混合气体实心和药芯焊丝几种。除TIG外均可用于此二种钢，与手工焊和埋弧焊相比，实心焊丝保护焊不是气渣联合保护，在调整成分方面主要通过焊丝。在冶金反应方面单，所以为保证质量，冶炼专用配套焊丝很重要；另外，由于气体起保护作用并参与热反应，有许多优点(如能形成带电离子和压缩电弧，电弧能量密度加大，低H)也有其缺点(如增C，形成气孔)，所以，在焊接碳素结构钢和热轧正火低合金钢常用的焊丝中，降低含C量，加大Mn、Si含量以保证焊缝的金属成分和性能，特别是韧性。除气保焊本身局限性外，我国配套焊丝极不完善(H0

48、8Mn2Si和H08Ma2SiA)，这就是许多部门采用气保焊后不能达到希望的焊缝性能的原因。特别是在焊接低C调质钢时，需要针对钢种选用合适的焊丝。加之选择工艺程序不合理，设备使用不当，气体选用处理不当，工人又都是手工焊转行，自然推广气保焊就有一定阻力。 5 关于韧性 对韧性的担心源于焊接接头的低应力破坏，而低应力破坏的原因，是材料在一定温度下的塑脆转变和接头存在的缺陷扩张造成的，因此从质量保证体系上分别用冲击韧性和断裂韧性指标来控制以上两种原因所引起的脆性破坏。 虽然过去发生的脆断实例均是在有缺陷的情况下产生的，但是接头中微小缺陷难于检测，而且断裂韧性的实验过于复杂，所以一般结构均以控制冲击韧

49、性指标为主，但冲击韧性指标是材料塑性和强度的综合指标，塑脆转变温度又是一个范例，所以它不能单一成比例的反映其塑性。 材料冲击韧性指标的确定过程(例如碳素钢的常温为27J，低合金钢-20及-30为47J)，是以分析过去脆断实例和有关实验为基础且有一定裕量，所以在满足指标要求又不存在可检缺陷时，一般不会发生脆断事件，对重要结构还应做断裂韧性实验。 焊接接头的韧性包括焊缝及近缝区韧性，近缝区的韧性主要与近缝区的脆化有关，近缝区脆化原因与晶粒数、析出相、灰杂物偏析、组织及其变化有关。所以提高接头韧性，对应控制焊缝合金化和热循环；而对近缝区只能合理选择母材、控制线能量和热循环。 关于三峡工程所用两种钢的

50、韧性控制问题，16MR焊接在我国已很有经验；对于610U2钢，制造厂成分匹配合理和炼钢技术高超，CEQ和PCM很低，综合性能很好，其冲击韧性在-20时均达200J以上；在选择焊材和焊接方法上，三峡的实践证明手工焊冲击韧性最高；但不能因此则认为只能用手工焊。 根据以上分析，提高焊缝韧性决定于合金化和冷却速度(线能量和子热等)。而合金化靠选择焊材和保证过渡，因此，手工焊和气保焊药芯丝较有利，因为在国内手工焊条配套最全，两者均是气渣联合保护，但其它方法也都可以保证控制焊缝成分；对近缝区，由于母材已定，应从焊接工艺上控制线能量及预热手段。所以不管上述的那种焊接方法，只要能选择合适的焊材和焊接工艺，均可

51、保证韧性要求，但对韧性指标的要求应科学而适当。 从青云和葛洲坝集团提供的材料看，实验虽还不完善，但数据也完全说明此结论(见6.1，6.2内容)。无限制提高冲击韧度裕量不但在经济上不可取，在保证质量方面也无大好处，因为冲击韧度是代表塑性和强度的综合指标，冲击韧度很高时，s会相应提高，断裂韧性的指标-裂纹容限尺寸就会减小，所以接头冲击韧度数值应保证其最低平均值达到母材的设计保证值且有一定裕量即可，不应以母材实测值为标准。 6 关于C02实心焊丝和药芯焊丝焊接 6.1 关于实心焊丝的焊接 实心焊丝气保护焊应是这两种钢的首选工艺方法，不仅可在厂房内预制，还应用到工地安装上，但要在工地风力允许或解决防风

52、措施情况下，上面已阐述了此方法的优点，效率是手工焊的23倍，低H，特别是脉冲焊，在平均电流较低的情况下达到大熔深，并能控制热输入和全位置焊的成形。 此方法的韧性不但被过去的实践证明，本次葛洲坝集团的实验也证明了接头具有良好的冲击韧性。 过去，实心焊丝CO2保护焊不被人欢迎的的另一个原因是这种方法飞溅大，焊缝成型不美观，设备复杂等，但随着技术进步，随着对工艺方法本质的认识和设备不断改进，利用气保焊工艺方法的特点和设备配合，可取得更大效益。 由于气保焊的特点，熔滴过渡有短路、大滴、喷射三种方式 初期，三种过渡方式只决定于电弧电压和电流参数，在短路和大滴过渡时，熔滴是非轴向过渡，颗粒又大，所以焊接飞

53、溅很大。而对于CO2气体又很难得到细滴喷射。后来采用了富氩的混合气体保护(Ar+20%25%CO2或Ar+2%5%C02)，使产生喷射过渡的临界电流大大下降，焊接时飞溅极少，无噪音，全位置焊时易成形。 气保焊的另一个技术进步就是脉冲焊的应用，脉冲焊采用峰值电流和维持电流间断改变，这对特殊(横立仰全位置)焊接有很大好处，而且对需控制热输入的材料以小的热输入(小的平均电流)达到高效高质量焊接。初期要得到脉冲焊较难，因为气保焊的电流大小决定于送丝速度，小规范时，送丝速度低，为短路过渡，电弧不稳，飞溅大，而现在设备先进，特别是逆变技术和计算机技术的结合，使脉冲焊不必以脉动送丝取得，且可在任意电流下得到

54、喷射过渡，也可得到频率范围很宽的脉冲焊接即现在几种混合气体不必单独输送，气体厂已混合好，另外焊把已把气丝电合一，送丝机经中间装置可长距离送丝。所以，根据其效率高，质量好，特别是脉冲焊的优点，应该尽量在工地安装中应用。 6.2 关于药芯焊丝的焊接 药芯焊丝有气保护和自保护两大类，白保护主要用于工地安装和用气不方便的地方，防风能力可达四级(21%；Ak-200，美国平均108J、98J、日本平均85J)；南韩焊丝其5一般为16%19%，Ak-20平均值TWE811Nil42-49J，TWE911Ni2平均52-67J，但b(s)高，低，刚满足要求值也不理想。其实，葛洲坝集团自己的药芯焊丝的实验也否

55、认了上述资料的结论。 从以上实验可以得到这样的结论：只要焊材选择适当，气保护药芯焊接完全可以满足母材的性能要求；药芯焊丝制造水平影响焊丝稳定性；接头的塑性不仅取决于焊材和气体，而且还取决于线能量和预热等工艺参数。上述试验均为特殊位置，如经仔细研究后确定工艺参数，其接头性能可能比上述试验还好。 关于自保护药性焊丝能否采用，首先看为什么采用，如果焊低合金高强钢的重要结构，为保证质量必须采用碱性或钛钙加Ni的焊丝，其价格为普通药芯焊丝的23倍，其优点仅是防风、简单，这需要根据具体情况来定。在我国大量应用自保护焊丝的石油管道系统，他们在偏远地区野外施工，用此方法可以保证质量(大部分选用美国林肯203N

56、i1，其AKV保证值是-30达39-150J)。美国产品提高韧性的方法是采用钛钙渣系加Ni，由于其熔化速度可提高50%以上，价格虽贵但综合效益不低于手工焊。 目前国外有多家公司产品，可根据不同母材、不同焊接位置的不同性能要求进行选择。 6.3 关于垂直立缝的气电焊 厚板的垂直立缝用强迫成型自动焊接，效率是手工焊的10倍以上。开始用熔咀电渣焊，后来用实心焊丝气保焊，由这两种方法热输入很大，焊缝及热影响区晶粒粗大，最后采用专用药芯焊丝气保焊，可以气渣联合保护且用大量渗合金细化晶粒，使接头性能大大提高，满足工作要求，目前研制的自保护药芯焊丝亦可满足要求，例如林肯NR431，熔化效率达1830kg/h，焊缝AKV在-20达60-74J。气电立焊在造船和油罐上大量应用，是可选择的方法之一。 7 结论 综上所述，我们认为不但在预制厂应推广实心焊丝保护焊，而且在实验基础上推广药芯焊丝气保焊，推广气电立焊，在工地安装立足手工焊的基础上，推广气保护焊，因为三峡工程时间还长，推广这些方法必将带来巨大效益，应该强调的是：上述观点仅为现有资料基础上的一些分析，如果为了某种焊接方法的实施推广，必须针对三峡的具体情况，用充分的实验作为基础，别人的实验数据是不能作为基础的。