焊接知识问答

　　一、如何进行船形焊接?
　　船形焊接相当于在90º角V形坡口内的水平对接缝。这种方法容易获得理想的角接焊缝成型，一次成形的焊脚高度范围较宽。调整 α 角即可调节底板和腹板内熔合面积的分配比例。当δ1=δ2时，取α=β1=β2=45ο。当δ1〈δ2时，可取α〈 45ο使熔合区偏于厚板一侧。为防止焊接沈池液体金属从装配间隙流失，应该控制装配间隙不大于1mm~1.5 mm，否则应采取填充焊剂、焊剂垫或预封底等措施。
　　二、如何进行斜角焊接?
　　大多数产品因工作难以移位，都只能采用斜角焊接方法。这时，熔池液体金属的自重作用不利于腹板侧的焊缝成形，使一次焊接的焊脚高度受到限制，一般钢材焊接时最大一次脚高约为8 mm。液体金属表面张力将对焊缝成形有重要作用。不同条件下焊缝成形可呈现多种情况，为了获得较理想的焊缝成形，应注意严格控制焊接条件;
　　1、焊丝应对准角焊缝中心或略偏于底板(0 mm~3.2 mm)焊丝夹角α=25º~40 º，否则，不仅会使焊缝成形恶化，还会造成腹板侧的咬边现象。
　　2、电流要取小一些，电弧电压取大一些。
　　3、用粗焊丝比用细焊丝要有利一些。
　　4、埋弧焊时，熔渣的表面张力对焊缝成形有很大影响，采用密度小，Mn0含量较低的焊剂有利于获得满意的成形。
　　三、如何进行焊接规范参数和焊缝成形的近似估算?
　　在实际生产中，电弧的规范参数通常是参考生产经验和实验来确定的。此外，还可采用近似估算方法。
　　1、按照熔深要求确定焊接电流I
　　I=H/Km
　　式中Km——熔深系数，根据具体条件由实验或根据表1-7给的数据估计;
　　H——焊缝要求的熔深，对单面焊一次成形对接焊，H=δ(板厚，对双面对接焊，H=(0.5~0.7)δ。
　　2、按照所所选定焊接电流的电弧焊方法特点确定电弧的焊速为了判断所选定规范参数是否合适，可通过试焊并解剖试样焊缝横截面作宏观金相磨片观察焊缝成形是否满意。发现焊缝成形不合适时，调整焊速或焊接电流后重复进行上述试验，直到焊缝成形满意时为止，为了减少这种焊接试验的重复次数，也可以用下列近似估算方法来判断所选定规范参数是否合适。
　　(1)计算焊接电弧对焊缝成形的总输入热量Q
　　Q=ηIU(J·S-1)
　　(2)计算母材的熔化输入热量Q2
　　Q2=η2Q
　　式中η2——电弧输入热量中用于熔化母材的比例系数，一般η2=0.5~0.6。
　　(3)计算母材熔化横截面积(F0)
　　F0= Q2/ρνωq0
　　式中 νω——焊速;
　　q0——熔滴热容量(钢取1672 J·g-1)。
　　(4)计算焊缝熔宽和成形系数
　　B=F0/κ0H
　　φ=B/H
　　式中F0——填充系数，由实验确定，跟板厚有关。当板厚δ〉6mm时，κ0=0.55~0.7; δ〉6mm，κ0=0.7~1。
　　若发现B、φ不合适时，可修正νω或I再重复上述计算。
　　四、如何进行单面焊双面成形焊接?
　　为保证对接焊缝焊透和表面成形，比较保守、然而可靠的方法是采用双面焊接，这就要求焊件进行一次翻转，不仅使生产率受影响，流水作业造成困难，在船体等大形焊接结构生产中，还会因此提高厂房高度和起重设备能力等投资。有些大形构件因难以翻转，反面焊接必须以仰焊方法进行，难以实现自动化。此外还有一些产品，例如小直径容器封头焊接，小直径管道环缝等，难以或不能进行双面焊接。因此单面焊双面成形焊接就成为电弧焊发展中一个十分引人注目的问题。
　　单面焊双面成形的主要困难是难以保证背面焊缝的良好成形。常用的方法有自由成形和垫板承托强制成形两种。
　　1、自由成形焊接及其应用条件
　　在一定条件下，薄板可以用自由成形方法获得单面焊双面成形焊缝。如图9所示，焊缝背面处于自由状态焊缝又全部焊透时，熔池将完全全依靠熔化金属跟熔池壁之间的表面张力。得到承托，在图示的理想熔池形状条件下，熔池保持稳定的平衡条件为：
　　2σ=rHB+P
　　式中r——熔池液体金属密度;
　　H——熔池深度;
　　B——熔池宽度;
　　σ——表面张力系数;
　　P——电弧对单位长度焊接熔池的总压力。
　　由此可见：
　　(1)当焊接材料(r，σ)确定时，依靠表面张力托承熔池的允许深度(即板厚)将取决于背面熔宽的电弧作用力的大小。熔深主要取决于焊接电流，电弧作用力也跟焊接电流有关。背面熔宽则跟电弧电压及功率密度有关。电流增大，H、B、P同时增加必然会造成熔池底部流失。因此只有在一定的电流数值以下，才可能保证熔池稳定的焊缝在自由状态下单面焊双面成形。埋弧焊和粗丝CO2电弧焊难以在150A以下保持电弧稳定，不可能实现自由成形的单面焊双面成形。钨极氩弧，细丝电弧用100A左右小电流焊接薄板时，可以实现单面焊双面成形。但一次成形板厚一般不超过2mm~3mm。
　　(2)若能提高电弧功率密度，使相同电流的电弧熔深能力提高，而熔宽减小，一次焊透深度就能提高。采用脉冲电流可使钨极氩弧焊的一次焊透能力有所提高，等离子弧的功率密度比钨极氩弧焊有显著提高，因此可在自由成形条件下焊接较厚的板。
　　(3)液体金属表面张力力愈大而密度愈小，自由成形时允许的熔池深度，即一次成形焊接厚度就愈大。不锈钢等高合金钢中含有较多高熔点合金元素，液体金属表面张力明显增大，因此一次成形焊接厚度较大，焊透稳定性也较好。当碳钢中含碳量降低，而猛等脱氧元素含量较高时，熔化金属表面张力也较大，自由成形焊接时熔池就不易流失。钛合金的表面张力大，而密度小，一次成形厚度最大。
　　2、衬垫承托强制成形
　　电弧功率较大或板厚超过一定数值时，熔池不能依靠表面张力保持稳定，可采用背面衬垫承托方法来保持单面焊双面成形时的熔池稳定的焊缝成形。衬垫有如下基本形式。
　　(1)金属垫：
　　① 永久性金属垫。用与焊件同种材做成，焊接后永久地留在焊件上，用于要求不高或者使用条件允许的结构。
　　② 临时性金属垫。通常由刨成圆弧形成凹槽的紫铜块做成,有固定或移动式两种,前者长度较大,一般不需要水冷;后者长度较短需要水冷，用于各种黑色金属自动电弧焊。在铝等有色金属自动电弧焊时，则可采用普通碳钢或不锈钢条作为临时性金属垫。
　　2、焊剂垫 用普通埋弧焊剂或专用衬垫焊剂及槽钢、橡皮垫等构成的焊剂垫主要用于埋弧焊。
　　为了保证熔池不流失和背面焊缝成形均匀性，衬垫应贴紧焊缝背面。为克服装配时错边误差和焊接变形影响，衬垫一般都要有适当的压紧措施以保证产生均匀的外部承托力。压紧方式有压力门架式、电磁平台式、气垫顶压式、滑块拉紧式、压板式等多种，视焊件结构形式和板厚等因素而异。厚板也可依靠焊件自重来保证焊剂垫的压紧。此外，采用焊剂铜垫和含有低熔点的酚树脂专用衬垫焊剂，也是改进贴紧均匀性的途径。在某些特殊情况下，有时也有利用气体压力作为衬垫的。