公司成立至今，与国内部分大专院校和军工企业、科研院所进行广泛的技术交流和技术合作，如石油大校技术研究所、兰大专业焊接院、交大焊接系、武汉焊接学院等高校有长期的技术合作。公司技术部在工作中对焊接技术要求精益求精，在工作实践中公司研发部将一些传统焊接工艺进行技术革新，使新的工艺与现代焊接技术更加紧密的结合。多年来在焊接及机加技术上都有新的突破。公司主要经营：机械设备制造、安装；精密机械加工、有色金属加工、焊接；工程焊接及压力容器焊接、安装；激光焊、激光切割、氩弧焊：铝、不锈钢及各类防腐、耐磨喷焊；火焰钎焊：铜、铝、银（全部焊接均为国家级高级焊工主焊）。

    公司已与多家企业建立了良好的长期合作关系，公司遵循优势互补的原则，全面地、优质地为客户提供最佳服务。以诚为本，广交天下朋友，奉行以质量求生存，遵循军工产品管理规则，求实务真，开拓向上的宗旨。

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     有一定的装配工作经验，能够看懂图纸，，每天八小时工作制度。其它面议

八小时工作制度，单休。工资面议。有意可电话咨询，19991938705 齐先生

作者：陕西雷奇华能科技有限公司    齐海滨

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摘要：

根据多年的焊接经验，结合同行业及本单位实际情况阐述不锈钢薄壁筒多点多道焊接变形主要形式及提前预变形控制方法。

关健词：

多点、多道工艺，焊接变形、预变控制方法。

目前，电阻焊、钎焊在我国焊接技术生产领域中得到广泛的应用。而薄壁、多点、多道焊接小工件变形问题以明显影响部分产品的生产速度及生产成本。部件的焊接产生的内应力形成变形，很难控制在设计允许变形的范围，常采用工装、模具强制收形等控制方法。其方法都是在焊接应力产生后设法造成新的变形来抵消已经发生的变形。

薄壁多点、多道焊接变形的形成分析与提前预变控制：

1、不锈钢薄壁筒工件由于焊接位置不对称，焊接工艺多　及工件本身形状开口不对称，所以焊接形成的应力不对称不拉伸。使工件的变形范围很难控制在工艺设计允许的圆度30丝范围内。

2、提前预变控制是由多年的对焊接应力变形的概率结合传统的钳工矫形的方法，总结出来的。在焊接变形的垂直方向用传统钳工矫形，应用交往过正的矫形原理提前变形，以对应焊接产生的相对应力，以保证设计变形范围在设计允许变形范围内，即保证了焊接质量又降低了生产成本。

结语：

提前预变的应力与焊接的应力一样，同样是内应力。运用适当的提前应力变形，可抵消焊接时产生的焊接应力。采用提前预变尽可能控制好精准程度。过量变形焊接应力也无法使其保证设计要示主，应注意以下几点：

1、提前预变方向应垂直与焊接方向；

2、预变尺寸应不超过焊接应力变形的范围；

3、后续钎焊时应注意：火焰方向不能朝向薄壁开口薄弱处，以防二次变形；

4、后续钎焊加热应控制好加热　的状态范围。

焊接工艺

手工钨极氩弧焊是气体保护焊的一种，应用最广泛，同时适用于某些黑色金属的厚壁重要构件(压力容器及管道)的全位置焊接及管件根部熔透焊道的焊接。它利用燃烧于非熔化极与焊件的电弧作为热源，电极和电弧区及熔化金属都有一层随性保护，使之与空气隔绝，具有下列特点：

一.手工钨极氩弧焊的特点：

1.氩气能有效地隔绝周围空气，它本身又不熔于金属和不跟金属反应，钨极氩弧焊焊接过程中，电弧还有自动清除工件表面氧化膜的作用，可焊接易氧化、氮化，化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。

2.钨极电弧稳定，即使在很小的焊接电流(10A)下，仍可稳定燃烧，特别适用于薄板、超薄板的焊接。

3.热源和填充焊丝可分别控制，因而热输入容易调节，可进行全位置的焊接，也是实行单面焊双成型的理想焊接方法。

4.由于填充金属不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝成型美观。

二.应用范围：

不同直径的钢管及耐热合金钢管子一般采用钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充及盖面层焊接，小直径管子可用手工钨极氩弧焊打底及盖面层焊接。

采用手工钨极氩弧焊打底的焊接工艺，具有很多优越性，它不仅能充分保证母材根部的良好熔透，焊缝具有良好的成型，同时可提高根部焊缝的塑性和韧性，减少焊接应力，从而可以避免产生根部裂纹，施焊中也不易出现未焊透、夹渣、气孔等缺陷，所以，已广泛用于一般重要设备，如承压管道、高压容器和高温高压锅炉中管子的焊接，钨极氩弧焊还可以实现自动化或半自动化生产。

目前我国采用这种自动钨极氩弧焊焊接管子，主要有两种形式，一种是水平钨极自动氩弧焊(管子转动)，主要用于可转动的直管子对接焊缝，另一种是全位置自动钨极氩弧焊(焊炬或机头围绕管子转动)，主要用于焊接不可转动的弯管，这种焊接方法多采用程控脉冲电源。

三.焊前准备

1.管件坡口及装配要求：

管件加工30℃坡口角度，装配要求如图：

2.管件的清理：

在管件装配前，应将坡口面及其外壁各15mm~20mm范围内的铁锈、油污和水份等杂物清除掉，使之呈现金属光泽，对近件清理要求严格，宜清理后尽快施焊。

3.管件的点固焊：

点固焊时，应保证间隙合适和管子的同心度，直径φ142mm×5mm管子对称点焊两点，直径φ133mm×10mm管子点焊3~4，沿管周围均匀分布，点焊固定焊缝长度10mm~15mm，高2mm~3mm，点固焊使用焊丝牌号、直径及焊接工艺参数与管子第一次打底焊接时相同，由于点固焊缝可作为打底焊缝的一部分保留下来，因此必须熔透，不得产生气孔、裂纹、夹渣等缺陷，如存在缺陷时，可将其用砂轮机去后再重新进行点固，点固焊缝尺寸如图：

四.焊接设备与工具：

1.     焊接电源：

手工钨极氩弧焊应采用直流电源，正极性接法。

2.附加设备：

1)供气系统，包括氩弧气瓶、减压器、流量计、输送氩气胶管等。

2)供电系统，包括焊接电缆、钨极、焊炬等。

    陶瓷喷咀一般采用10mm~14mm为宜，钨极选用铈钨极并磨成如图：

钨极端部应磨成φ0.5mm，锥度8 mm，这样电弧比较稳定、集中、不易产生漂移。使用中钨极伸出喷咀长度为6 mm~8 mm。

3）主要工具，角向砂轮及砂轮片等。

五.氩气焊丝和焊条：

氩气的纯度将直接影响到焊缝质量，焊接用氩气的纯度应大于或等于99.9%，并有合格证标签。

试件装配点固焊及打底焊，可选用直径2.5 mm的焊丝，焊丝的质量应符合国家标准的规定，应有制造厂的质量保证书。

焊丝使用前，需严格清除表面的油污、锈蚀等，并用丙酮清洗擦干。

焊丝牌号的选择如图

六.焊接工艺：

1.     焊接规范参数：电源种类、焊接电流、钨极直径、填充焊丝直径、喷咀直径、氩气流量、钨极伸出长度、电弧长度、焊接速度等。可分为焊接热参数和氩气保护两个方面的参数，各规格参数如表：

2.     操作技术：手工钨极氩弧焊进行管子对接底层焊时，一般采用两种方法：自熔法和填丝法。

1）自熔法：管子对接时不留间隙，施焊时，利用电弧热量，将根部钝边熔化，形成根层焊缝。

自熔法适用于小直径管子的根层焊接，不需填充焊丝，不受焊丝限制，而且能用于各类钢材的焊接。

自熔法管子对接无间隙，坡口为U形或双U型时，钝边0.5mm~1mm，U形坡口时，钝边为1.8mm~2.0mm，施焊过程中，钨极始终与熔池相垂直，在氩气层流的保护下，将钝边熔化良好，若管子内壁产生错边是，钨极应对准内壁突出的一面，以使其熔化焊透。

2）填丝法：管子对接时，留有一定的间隙，施焊时向坡口间隙内填丝。其优点是焊缝透度易于调整，缺点是焊接速度较慢。

送丝可以采用断续送进和连续进两种方法，要绝对防止焊丝和高温钨极接触，以免钨极被污染、烧损、电弧稳定性被破坏，断续送丝时，要防止焊丝端部移出气体保护区而氧化。

填丝法又分为外填丝发和外填丝法两种。

外填丝法是在管子的外壁加丝(如图a)， 内填丝法是在管子的内壁加丝(如图b)：

外填丝法适用于各种位置和各类管件的焊接，内焊丝法适用于焊接大管的仰焊部位，因为内壁填丝工艺简单，易于焊透。

关于焊缝质量问题：

1.自熔法焊接，焊缝易产生过烧现象，焊接输入热量过大，为克服这一缺陷产生，如焊接合金元素较高的管子，焊接时，管内采用充氩气方法来解决。

2.填丝法当底层焊丝时，如果焊道薄，会产生缩孔及裂纹缺陷，应减慢焊速，增加填丝量，并将弧坑填满，收弧时，将电弧移到坡口一侧，使电弧衰减熄灭，并停留保护，防止焊缝氧化。

3.焊接时，应将钨极根部打出熔孔，确保焊缝根部焊透。

0　引　言
　　焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1　单面焊双面成形质量差引起的问题
1. 1　增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
　　焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2　焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故
单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.单面焊双面成型的焊接质量差原因及防止措施
摘　要:单面焊双面成型的焊接质量受到了焊接设备、焊材工艺流程、操作技术水平的限制. 通过分析造成质量差的原因,提出了相应的防止措施,对单面焊双面成型的作业具有指导作用.
关键词:单面焊双面成型; 焊接;质量;原因;措施

0　引　言
　　焊接技术是一门重要的金属加工技术, 尽管焊接技术发展很快,自动化程度也越来越高,但手工电弧焊仍占有不可替代的地位. 尤其在小直径容器和管道的焊接方面,单面焊双面成形焊接技术的作用更显突出. 优质的单面焊双面成形焊接的焊缝表面应圆滑过渡至母材,表面不得有裂纹、未熔合、夹渣、气孔、焊瘤、咬边等缺陷,焊缝内部同样不允许有缺陷.但焊接过程中由于设备、材料、工艺及操作等原因,使得形成的焊缝达不到质量要求,从而对结构的工作质量和使用寿命产生严重的影响.
1　单面焊双面成形质量差引起的问题
1. 1　增加消耗,降低结构的质量和使用寿命
　　焊接生产中,优质的焊接质量可以满足设计要求,保证结构的正常使用寿命. 而一旦出现严重的焊接缺陷,就会增加板材、焊材、电力及人力的消耗等. 否则,这些缺陷在使用过程中会引起严重的应力集中,降低结构的使用寿命.
1. 2　焊接缺陷会给结构的安全生产带来威胁,引起安全事故
单面焊双面成形焊接主要用于锅炉及压力容器等重要构件的焊接生产中, 一旦有严重缺陷,质量不合格,焊件的焊补非常困难,而且在生产过程中受各种交变载荷及压力的作用,使焊缝的缺陷产生应力集中,加之焊缝的有效使用面积减小,减弱了焊接接头的强度. 轻则使产品的使用寿命受到影响,重则导致焊缝断裂,产品破坏,酿成严重的事故.

2　单面焊双面成形焊接质量差的原因分析
2. 1　焊接电源自身因素引起的焊接质量差
　　焊接电源是焊接工艺执行过程中最重要的因素. 若焊接电源自身性能不好,必然不会产生良好的焊件. 当焊机的引弧性
能差,电弧燃烧不稳定,就不能保证工艺参数稳定,焊接过程就无法正常进行,焊接质量就得不到保证.
2. 2　工艺因素对单面焊双面成形焊接质量的影响
2. 2. 1　焊接电流
　　焊接电流大小选择恰当与否直接影响到焊接的最终质量. 焊接电流过大,可以提高生产率,并使熔透深度增加,但易出现咬肉、焊瘤等缺陷,并增大气孔倾向. 尤其在立焊操作时熔池难以控制,易出现焊瘤,弧长增加,就会产生咬边. 焊接电流过小,熔透深度减小,易出现未焊透、熔合不良、夹渣、脱节等缺陷.
2. 2. 2　焊速
　　焊接速度是表征焊接生产效率的主要参数. [ 3 ] (p168)合理选择焊接速度对保证焊接质量尤为重要. 焊速过快,使熔池温度不够,易造成未焊透、未熔合、焊缝成型不良等缺陷. 焊速过慢,使高温时间长,热影响区宽度增加,焊接接头的晶粒变粗,机械性能降低,焊件的变形量增大,同时焊速过慢还会使每层的厚度增大,导致熔渣倒流,形成夹渣等缺陷.
2. 2. 3　电弧电压
　　焊接过程中合理的控制电弧长度是保证焊接缝质稳定的重要因素. 电弧过长对熔化金属保护差,空气中的氧、氮等有害气体容易侵入,使焊缝易产生气孔,焊接金属的机械性能降低. 但弧长也不易过短,若弧长过短,就会引起粘条现象,且由于电弧对溶池的表面压力过大,不利于溶池的搅拌,使溶池中气体及溶渣上浮受阻,从而引起气孔、夹渣等缺陷的产生.
2. 2. 4　焊接层数选择不当
　　单面焊双面成形焊接层数的选择对焊缝质量也有一定的影响,每层厚度过大,对焊缝金属的塑性有不利的影响,且焊接过程中熔渣易倒流,产生夹渣和未熔合等缺陷. 但每层厚度也不易过小,以免造成焊缝两侧熔合不良.
2. 2. 5　焊条类型及焊条直径的影响
　　焊缝金属的性能主要由焊条和焊件金属相互熔化来决定. 因此, 焊条类型选择恰当与否是影响焊缝质量的重要因素. 焊
条直径的大小除了对生产率有一定的影响外,对焊接质量也有一定的影响. 焊条直径过大,在进行打底层焊接和立焊焊接时
熔池难以控制, 易产生焊瘤等缺陷.
2. 3　操作因素
　　在焊接生产过程中,焊工的单面焊双面成形操作技术水平低,就意味着打底层的运条方法、焊条角度、接头方法、中间层及盖面层的运条方法、接头、收尾等操作方法掌握不熟练,这是造成焊缝质量差的重要原因之一.
　　焊前对工件上的油、锈、水分清理不严格,焊条未经烘干处理或烘烤温度不够而投入使用,会促使焊缝产生大量的气孔,
从而使焊接缝质量达不到要求.

手弧焊单面焊双面成型技巧和要领

单面焊双面成形技术是焊条电弧难度较大的一种操作技术，熟练掌握操作要领和技巧才能保证焊出内外质量合格的焊缝与试件。
以断弧焊为例，要掌握好焊条电弧焊单面焊双面成形操作技术，必须熟练掌握“五种要领”，具体内容：看、听、准、短、控。还应学会“六种技巧”具体内容：点固，起头，运条，收弧，接头，收口。
一、五要领
1、看
焊接过程中，认真观察熔池的形状，熔化的大小及铁液与熔渣的分离情况，还应注意观察焊接过程是否正常（如偏弧、极性正确与否等），熔池一般保持椭圆形为宜（圆形时温度已高），熔孔大小以电弧将两侧钝边完全熔化并深入每侧0.5-1㎜为好，熔孔过大时，背面焊缝余高过高，易形成焊瘤或烧穿。熔孔过小时，容易出现未焊透或冷接现象（弯曲时易裂开）焊接时一定要保持熔池清晰，熔渣与铁夜要分开，否则易产生未焊透及夹渣等缺陷，当焊条接过程中出现偏弧及飞溅过大时，应立即停焊，查明原因，采取对策。
2、听
焊接时要注意听电弧击穿坡口钝边时发出的“噗噗”声，没有这种声音，表明坡口钝边未被电弧击穿，如继续向前焊接，则会适成未焊透，熔合不良缺陷。
3、准
送给铁液的位置和运条的间距要准确，并使每个熔池与前面熔池重叠2/3，保持电弧1/3部分在溶池前方，用以加热和击穿坡口钝边，只有送给铁液的位置准确，运条的间距均匀，才能使焊缝正反面形均匀、整齐、美观。
4、短
短有2层意思，一是指灭弧与重新引燃电弧的时间间隔要短，就是说每次引弧时间要选在熔池处在半凝固熔化的状态下（通过护目玻璃能看到黄亮时），对于两点击穿法，灭弧频率大体上50～60次/㏕为宜，如果间隔时间过长，熔池温度过低，熔池存在的时间较短，冶金反应不充分，容易造成夹渣、气孔等缺陷。时间间隔过短，溶池温度过高，会使背面焊缝余高过大，甚至出现焊瘤或烧穿；二是指焊接时电弧要短，焊接时电弧长度等于焊条直径为宜。电弧过长，一是对熔池保护不好，易产生气孔；二是电弧穿透力不强，易产生未焊透等缺陷；三是铁液不易控制，不易成形而且飞溅较大。
5、控
  “控”，是在“看、听、准、短”的基础上，完成焊接最关键的环节。
①控制铁液和溶渣的流动方向
焊接过程中电弧要一直在铁液的前面，利用电弧和药皮熔化时产生的气体定向吹力，将铁液吹向溶池后方，既能保证熔渣与铁液很好地分离，减少产生夹渣和气孔的可能性，当铁液与溶渣分不清时，要及时调整运条的角度（即焊条角度向焊接方向倾斜），并且要压低电弧，直至铁液和熔渣分清，并且两侧钝边熔化0.5-1㎜缺口时方能灭弧，然后进行正常焊接。
②控制溶池的温度和熔孔的大小
焊接时熔池形状由椭圆形向圆形发展，熔池变大，并出现下塌的感觉，如不断添加铁液，焊肉也不会加高，同时还会出现较大的熔孔，此时说明熔池温度过高 ，应该迅速熄弧，并减慢焊接频率（即熄弧的时间长一些），等熔池温度降低后，再恢复正常的焊接。
在电弧的高温和吹力的作用下，试板坡口根部熔化并击穿形成熔孔，施焊过程中要严格控制熔池的形状，尽量保持大小一致，并随时观察熔池的变化及坡口根部的熔化情况。
熔孔的大小决定焊缝背面的宽度和余高，通常熔孔的直径比间隙大1-2㎜为好，焊接过程中如发现熔孔过大，表明熔池温度过高，应迅速灭弧，并适当延长熄弧的时间，以降低熔池温度，然后恢复正常焊接，若熔孔太小则可减慢焊接速度，当出现合适的熔孔时方能进行正常焊接。
③控制焊缝成形及焊肉的高低
影响焊缝成形，焊肉高低的主要因素有：焊接速度的快慢，熔敷金属添加量（即燃弧时间的长短）、焊条的前后位置，熔孔大小的变化、电弧的长短及焊接位置等。一般的规律是：焊接速度越慢，正反面焊肉就越高；熔敷金属添加量越多，正反面焊肉就越高；焊条的位置越靠近熔池后部，表面焊肉就越高，背面焊肉高度相对减少；熔孔越大，焊缝背面焊肉就越高；电弧压得越低，焊缝背面焊肉就越高，否则反之。在仰焊位，仰立焊位时焊缝正面焊肉易偏高，而焊缝背面焊肉易偏低，甚至出现内凹现象。平焊位时，焊缝正面焊肉不易增高，而焊缝背面焊肉容易偏高。
仰焊位焊缝背面焊肉高度达到要求的方法是利用超短弧（指焊条端条伸入到对口间隙中）焊接特性。同时还应控制熔孔不宜过大，避免铁液下坠，这样才能使焊缝背面与母材平齐或略低，符合要求。
通过对影响焊肉高低的各种因素的分析，就能利用上述规律，对焊缝正反面焊肉的高度进行控制，使焊缝成形均匀整齐，特别是水平固定管子焊接时，控制好焊肉的高低尤为重要。
二、六技巧
①点固技巧
　　试件焊接前，必须通过点固来进行定位，板状试件（一般长300㎜）前后两端点固进行定位，φ≤57㎜的管状或管板试件点固1点进行定位，φ＞60㎜点固2点进行定位，定位焊缝长度为10～15㎜为宜。
　　由于定位焊缝是正式焊缝的一部分，要求单面焊双面成形，并且不得有夹渣、气孔、未焊透、焊瘤、焊肉超高或内凹超标等缺陷。所采用的焊条牌号、直径、焊接电流与正式焊接时相同。板状及管板试件一般可以在平焊位进行点固，水平固定管一般采用立爬坡位进行点固，垂直固定管一般采用本位（横焊位）进行点固。用断弧打底焊接时，各类试件装配尺寸见表1。
试件装配尺寸

②起头技巧
管状或管板试件起头时有一定的难度，因没有依靠点（不许在点固处起弧），操作不好易出问题，水平固定管和水平固定管板起头点应选在仰焊位越过中心线5～15㎜处，垂直固定管和垂直固定管板起头选在定位点的对面（垂直固定大管起头选在两定位点对面即第3等分点），不论管状还是板状试件，引弧先用长弧预热3～5S，等金属表面有“出汗珠”的现象时，立即压低电弧，焊条做横向摆动；当听到电弧穿透坡口而发出“噗噗”声时，同时看到坡口钝边熔化并形成一个小熔孔（形成第1个熔池）表明已经焊透，立即灭弧，形成第1个焊点，此时，起头结束。
③运条技巧
运条是指焊接过程中的手法，即焊条角度和焊条运行的轨迹。平焊、立焊、仰焊时焊条角度（焊条与焊接方向的夹角）一般为60°～80°。横焊和垂直固定管（横管）焊接时焊条角度一般为60°～80°，与试件下方呈75°～85°。垂直固定管板焊条与管切线夹角为60°～70°，焊条与底板间的夹角为40°～50°。水平固定管和水平固定管板由于焊位的不断变化，焊条角度也随之进行变化。仰焊时的焊条角度（焊条与管子焊接方向之间的夹角）为70°～80°。仰立焊时焊条角度为90°～100°，立焊时焊条角度85°～95°，坡立焊时焊条角度为90°～100°，平焊时焊条角度为70°～80°。而水平固定管板焊条与底板夹角为40°～50°。
平焊、立焊、仰焊、水平固定管及垂直、水平固定管板焊接时焊条运行的轨迹大多采取左右摆动（锯齿形运条），可采取左（右）引弧，右（左）灭弧，再右（左）引弧，左（右）灭弧，依次循环运条，或左（右）引弧运条至右（左）侧再运条回到左（右）侧灭弧，依次循环运条。横焊和垂直固定管运条方式，一般采用斜锯齿或椭圆形。从坡口上侧引弧到坡口下侧灭（熄）弧，再从坡口上侧引弧到坡口下侧灭弧，依次运条。
④收弧技巧
当一根焊条焊完，或中途停焊而需要熄弧时，一定注意作收弧动作，焊条不能突然离开熔池，以免产生冷缩孔及火口裂纹，收弧的方法有3种：
第1种为补充熔滴收弧方法，即收弧时在熔池前方做一个熔孔，然后灭弧，并向熔池尾部送2～3滴铁液，主要目的是减慢池的冷却速度。避免出现冷缩孔，该种收弧方法适用于酸性药皮焊条。
第2种叫衰减收弧法，即：要收弧时，多给一些铁液，并做一个熔孔，然后把焊条引至坡口边缘处熄弧，并沿焊缝往回点焊2-3点即可。这样收弧处焊肉较低，为热接头带来方便（接头一般不用修磨），此法收弧一般不易产生冷缩孔，可用于酸性药皮焊条，在焊接生产中常用此法，以利于接头。
第3种方法叫回焊收弧法，收弧时焊条向坡口边缘回焊5～10㎜（即向焊接反方向坡口边缘回焊收弧），然后熄弧，该种收弧方法适用于碱性药皮焊条。
5、接头技巧（热接法、冷接法）
热接法：收弧后，快速换上焊条，在收弧处尚保持红热状态时，立即从熔池前面迅速把电弧拉到收弧处用连弧（作横向锯齿形运条）进行焊接，焊至熔孔处电弧下压，当听到电弧熔化坡口钝边时发出的“噗噗”声后，立即灭弧，转入正常断弧方法进行焊接，热接法的要领必须是更换焊条动作要迅速，运条手法一定要熟练和灵活。
冷接法：引弧前把接头处的熔渣清理干净，收弧处过高时应进行修磨形成缓坡，在距弧坑约10㎜处引弧，用长弧稍预热后（碱性焊条可不预热）用连弧作横向摆作，向前施焊至弧坑处，电弧下压，当听到电弧击穿坡口根部发出“噗噗”声后，即可熄弧进行正常的焊接，冷接法的优点是：当收弧处有缩孔或焊肉过厚时可进行修磨，保证接头质量，同时操作难度也比热接法时小一些，但焊接效率没有热接法高。
6、收口技巧
收口也叫收尾，是指第1层打底焊环形焊缝首（头）尾相接处，也包括与点固焊缝相连接处，当焊至离焊缝端点或定位点固焊缝前端3-5㎜时，应压低电弧，用连弧焊接方法焊至焊缝并再超过3-5㎜后熄弧，如果留的未焊缝过长，采用连弧焊接就会造成熔孔过大而出现焊瘤和烧穿等缺陷，如果留的未焊缝过短，再用连弧焊进行焊接为时已晚，极易造成收口处未焊透等缺陷。所以收口时所留的未焊焊缝长度要合适，操作技巧要熟练，才能保证接头收口的质量。

焊接设备 切割设备：　

    将单晶金刚石刀头牢固、可靠地装卡在刀杆上，是制造金刚石刀具的关键步骤，其装卡质量直接影响金刚石刀具的使用性能。目前常用的装卡方法主要有三种，即粘结法、镶嵌法和钎焊法。

 1.粘结法
粘结法是采用环氧树脂或502胶等有机粘结剂，将金刚石刀头粘结在刀杆上与金刚石刀头大小相匹配的凹槽。 这种方法操作简便，不需要专用设备与夹具，可获得一定的粘结强度。但由于有机粘结剂的耐温性一般不超过200℃，研磨刀头时或采用较大切削用量进行切削加工时产生的高温均可能使粘结剂失效，所以粘结式金刚石刀具只适用于切削用量较小的超精密加工，且不能在刀杆上直接研磨金刚石刀头。当刀具需要修磨时，需要用丙酮等溶剂先将粘结胶化开，对金刚石刀头进行修磨后再重新粘结到刀杆上。此外，粘结过程金刚石刀头的位置精度较难保证。
2.镶嵌法
镶嵌法是首先将金刚石刀头与金属粉末一起烧结，再通过压板将金刚石刀头机械地固定在刀杆上。镶嵌法是目前应用最为广泛的金刚石刀具装卡方法，其工艺过程如下：
(1)将金刚石粗磨成上大下小的形状，并确定刀刃及后刀面的位置。 (2)将金刚石大面朝下放置在如图1所示的铸铁模具，在其周围填充适量的铜基金属粉末(如663铜粉)，然后插入上柱塞，稍加压力压实金属粉末。(3)采用高频感应装置缓慢加热模具的同时，不断增加上下两柱塞之间的压力，直至温度与压力分别达到750℃和5.5kg/mm2。冷却后取出烧结块及其的金刚石刀头，在烧结块上即可得到与金刚石刀头形状和大小相一致的窝孔。 (4)根据设计的刀刃与刀杆的相对位置，去除烧结块上的多余部分。然后将加工好的烧结块用较低温度的铜钎料钎焊在刀杆的正确位置上，并精确修磨刀杆的后角及其它部分。 (5)将精磨好的金刚石刀头放入烧结块的窝孔并加盖合适的压板，即完成了金刚石刀具的装卡。装卡好的金刚石刀头(如图2所示)只露出刀具的后刀面和1mm左右的前刀面。镶嵌法可以牢靠地固定金刚石刀头，耐高温性也较好，可以在装卡后直接研磨刀头的后刀面，从而达到较高的角度精度。修磨时只需打开压板，取出金刚石刀头，修磨合格后再重新装配，十分方便。
    镶嵌法的缺点是工艺过程较复杂，同时金刚石刀头只能露出少部分前刀面，其后部的压板会妨碍切屑流出，容易使切屑堵塞在刀刃附近而破坏已加工表面。由于镶嵌法装卡的金刚石与烧结块窝孔面之间无化学键连接，仅靠压力压紧，在加工有可能产生微小位移，因此不太适合超精加工刀具的要求。此外，镶嵌法要求金刚石具有较大体积，这一方面导致金刚石的利用率较低，另一方面难以制作用于小孔加工的小直径刀具。

　　3.钎焊法
    用钎焊法直接焊接金刚石刀具一直是一个颇受关注的问题。由于金刚石具有很高的化学稳定性，很难与其它金属发生化学反应而实现焊接，因此，如何可靠地实现金刚石与金属的牢固连接，成为金刚石工具制造业的技术难点和亟待解决的研究课题。
    实现金刚石刀具的钎焊需要解决以下问题：
(1)润湿性能：钎焊时，钎料必须润湿被焊材料才能保证焊接部位无缺陷。由于金刚石的表面能很高，润湿性差，因此找到对于金刚石和金属基体表面均具有良好润湿性的钎料是钎焊成功的关键。
(2)粘结性能：钎料不仅应具有良好的润湿性，还要能与被焊材料产生化学反应，形成化学键连接，才能实现具有足够粘结力的焊接。
(3)残余应力：金刚石与金属的热膨胀系数相差近十倍，在焊接后的冷却过程会形成很大的残余应力，从而影响焊接强度甚至损坏金刚石。
(4)金刚石的腐蚀：金刚石在高温下会氧化或石墨化，某些金属对金刚石还具有侵蚀作用，因此必须选择合适的工作环境与钎料，将金刚石的腐蚀现象减小到最低程度。大量研究发现，含有钛、锆、铌、钽等活性元素的钎料在真空可以直接润湿金刚石表面，这些活性元素还能与金刚石表面的碳原子反应生成稳定的碳化物，形成化学键连接。金属钼或钴基硬质合金与金刚石有较为相近的热膨胀系数，用作焊接基体既可以不损坏金刚石又能保证钎焊强度。在此研究基础上开发了真空条件下的金刚石钎焊技术。近年来又进一步开发了在保护气体氛围钎焊金刚石的新技术。与真空钎焊技术相比，保护气体钎焊技术具有设备成本低，操作简便，工艺周期短等优点，并保持了与真空钎焊相当的焊接强度。这一技术的出现较圆满地解决了长期存在的金刚石钎焊技术难题。
    保护气体钎焊金刚石所用钎料为银铜钛合金，合金银、铜、钛的成份比例分别为68.8%、26.7%和4.5%。保护气体为氩(95%)与氢(5%)的混合气体。焊接在如图3所示的半开放式腔体进行。钎焊工艺过程如下：
(1)充分清除金刚石和金属基体表面上的氧化物；
(2)在保护气氛加热基体及钎料，直至钎料熔化并均匀散布于基体的指定位置，然后冷却；
(3)在基体的正确部位放置需焊接的金刚石，充入保护气体后重新加热至钎料熔化温度，再缓慢冷却至室温。采用钎焊法装卡金刚石刀头具有以下优点：焊接强度高，焊接面的剪切强度可达340MPa，可将重量仅为0.02克拉的金刚石刀头牢固地焊接在刀杆上；可在钎焊后对金刚石刀头再进行精磨，以保证刀具几何角度的加工精度；可使刀具前刀面高于刀杆，从而保证切屑排出顺畅，使切削过程及工件表面质量更加稳定可靠；可大幅度提高金刚石刀具的系统刚性。

   在不锈钢的应用中对不锈钢结构进行焊接和切割是不可避免的。由于不锈钢本身所具有的特性，与普碳钢相比不锈钢的焊接及切割有着其特殊性，更易在其焊接接头及热影响区(HAZ)产生各种缺陷。焊接时要特别注意不锈钢的物理性质。例如奥氏体型不锈钢的热膨胀系数是低碳钢和高铬系不锈钢的1.5倍；导热系数约是低碳钢的1/3，而高铬系不锈钢的导热系数约是低碳钢的1/2；比电阻是低碳钢的4倍以上，而高铬系不锈钢是低碳钢的3倍。这些条件加上金属的密度、表面张力、磁性等条件都对焊接条件产生影响。

　　马氏体型不锈钢一般以13%Cr钢为代表。它进行焊接时，由于热影响区中被加热到相变点以上

　　的区域发生γ—α(M)相变，因此存在低温脆性、低温韧性恶化、伴随硬化产生的延展性下降等问题。因而对于一般马氏体型不锈钢焊接时需进行预热，但碳、氮含量低的和使用丁系焊接材料时可不需预热。焊接热影响区的组织通常又硬又脆。对于这个问题，可通过进行焊后热处理使其韧性和延展性得到恢复。另外碳、氮含量最低的牌号，在焊接状态下也有一定的韧性。

　　铁素体型不锈钢以18%Cr钢为代表。在含碳量低的情况下有良好的焊接性能，焊接裂纹内敏感性也较低。但由于被加热至900℃以上的焊接热影响区晶粒显著变粗，使得在室温下缺少延伸性和韧性，易发生低温裂纹。也就是说，一般来讲铁素体型不锈钢有475℃脆化、700—800℃长时间加热下发生“相脆性、夹杂物和晶粒粗化引起的脆化、低温脆化、碳化物析出引起耐蚀性下降以及高合金钢中易发生的延迟裂纹等问题。通常应在焊接时进行焊前预热和焊后热处理，并在具有良好韧性的温度范围进行焊接。

　　奥氏体型不锈钢以18% Cr—8%Ni钢为代表。原则上不须进行焊前预热和焊后热处理。一般具有良好的焊接性能。但其中镍、钼含量高的高合金不锈钢进行焊接时易产生高温裂纹。另外还易发生σ相脆化，在铁素体生成元素的作用下生成的铁素体引起低温脆化，以及耐蚀性下降和应力腐蚀裂纹等缺陷。经焊接后，焊接接头的力学性能一般良好，但当在热影响区中的晶界上有铬的碳化物时会极易生成贫铬层，而贫铬层的出现将在使用过程中易产生晶间腐蚀。为避免问题的发生，应采用低碳(C≤0.03%)的牌号或添加钛、铌的牌号。为防止焊接金属的高温裂纹，通常认为控制奥氏体中的δ铁素体肯定是有效的。一般提倡在室温下含5%以上的δ铁素体。对于以耐蚀性为主要用途的钢，应选用低碳和稳定的钢种，并进行适当的焊后热处理；而以结构强度为主要用途的钢，不应进行焊接后热处理，以防止变形和由于析出碳化物和发生σ相脆化。

　　双相不锈钢的焊接裂纹敏感性较低。但在热影响区内铁素体含量的增加会使晶间腐蚀敏感性提高，因此可造成耐蚀性降低及低温韧性恶化等问题。

　　对于沉淀硬化型不锈钢有焊接热影响区发生软化等问题。

　　综上所述，不锈钢的焊接性能主要表现在以下几个方面：

　　(1)高温裂纹：在这里所说的高温裂纹是指与焊接有关的裂纹。高温裂纹可大致分为凝固裂纹、显微裂纹、HAZ(热影响区)的裂纹和再加热裂纹等。

　　(2)低温裂纹：在马氏体型不锈钢和部分具有马氏体组织的铁素体型不锈钢中有时会发生低温裂纹。由于其产生的主要原因是氢扩散、焊接接头的约束程度以及其中的硬化组织，所以解决方法主要是在焊接过程中减少氢的扩散，适宜地进行预热和焊后热处理以及减轻约束程度。

　　(3)焊接接头的韧性：在奥氏体型不锈钢中为减轻高温裂纹敏感性，在成分设计上通常使其中残存有5%—10%的铁素体。但这些铁素体的存在导致了低温韧性的下降。在双相不锈钢进行焊接时，焊接接头区域的奥氏体量减少而对韧性产生影响。另外随着其中铁素体的增加，其韧性值有显著下降的趋势。

　　已证实高纯铁素体型不锈钢的焊接接头的韧性显著下降的原因是由于混入碳、氮、氧的缘故。其中一些钢的焊接接头中的氧含量增加后生成了氧化物型夹杂，这些夹杂物成为裂纹发生源或裂纹传播的途径使得韧性下降。而有一些钢则是由于在保护气体中混入了空气，其中的氮含量增加在基体解理面｛100｝面上产生板条状Cr2N，基体变硬而使得韧性下降。

　　(4)σ相脆化：奥氏体型不锈钢、铁素体不锈钢和双相钢易发生σ相脆化。由于组织中析出了百分之几的α相，韧性显著下降。“相一般是在600～900℃范围内析出，尤其在75℃左右最易析出。作为防止”相产生的预防型措施，奥氏体型不锈钢中应尽量减少铁素体的含量。

　　(5)475℃脆化，在475℃附近(370—540℃)长时间保温时，使Fe—Cr合金分解为低铬浓度的α固溶体和高铬浓度的α’固溶体。当α’固溶体中铬浓度大于75%时形变由滑移变形转变为孪晶变形，从而发生475℃脆化。

李来平¹， 樊重建¹ ，林涛¹ ，陈善本¹，杨学勤²，徐爱杰²

（1.上海交通大学 焊接研究所 上海 200030 2. 上海航天800所 上海 201600）

摘要：熟练的焊工可以通过眼睛观察熔池的形状变化，并且实时地调整焊接规范，保证焊缝成形稳定。视觉传感是模拟焊工技术获取的熔池形状信息，熔池图像处理的目的是改善熔池图像的质量，提取焊接熔池的几何特征参数。本文分析了不锈钢正面熔池图像的特点，开发了基于小波分析理论的图像处理软件包括图像增强、边缘检测、边缘细化、曲线拟合和熔池类型检测等步骤。  

关键词： 不锈钢熔池图像，图像增强，熔池边缘监测，双向细化，熔池图像类型辨别

引言

由于熔池正面特征参数和反面特征参数之间具有很好的对应关系，因此熔池的正面形状参数对于焊接过程的建模与智能控制具有非常重要的作用^[1~7]。为了精确的获得熔池正面特征参数，必须对获取的熔池图像进行处理。

在焊接过程中存在着电磁干扰、摄像机与熔池之间存在相对运动、氩气的流动、摄像机内部噪声以及图像采集卡的离散和量化都会使熔池图像模糊。因此要对熔池图像进行去噪、边缘增强、边缘检测、边缘细化和拟合的操作。

在送丝脉冲GTAW中，熔池正面形状随着焊接参数的变化而变化，当熔化金属量逐渐减少时，熔池表面高度最明显的变化是熔池表面由凸起变为下凹。不锈钢熔池正面的形状由椭圆形变为桃子形。为了判断熔池图像属于凸起还是下塌需要对熔池的形状进行判断。

目前，图像处理的方法很多，但是任何一种图像处理方法都不能直接应用于熔池图像的处理。小波分析理论被看作是一种多层次分解函数的数学工具，小波分析在图像处理中的应用思想是把图像信号变换到小波域上，成为多层次小波系数，然后根据小波基的特性，分析小波系数的特点，结合常规图像处理方法处理小波系数，再对小波系数进行反变换。

本文针对不锈钢熔池图像的特点开发了基于小波分析的图像处理方法，包括边缘增强和边缘检测，然后采用双向细化方法对熔池边缘进行细化，最后对熔池边缘进行拟合和熔池类型辨别。

1 熔池图像分析

图1是采用复合滤光系统采集的不锈钢正面熔

池图像。熔池正面图像由喷嘴、电弧区、液态金属、已凝固焊道、工件表面组成。由于液态金属表面的镜面反射具有方向性，从熔池斜后方获取的液态金属表面反射的电弧光较少，使得熔池正面图像上液态金属区域具有较低的灰度级，斜后方的镜面反射较强，呈亮色，已凝固的焊道表面对弧光进行漫反射，在图像上呈现亮色，工件表面对弧光的反射较弱，所以图像灰度较低，电弧倒影呈现亮色。凸起型熔池图像的后拖角较大，呈现近似椭圆形状；而下塌型熔池图像的后拖角较小，呈现明显的桃子形状。

2 图像处理

焊接过程的视觉传感中，由于光学镜片的反光、复合滤光系统的作用、熔池本身的振动、焊接熔池与摄像机之间的相对运动、氩气的流动和烟尘造成熔池图像模糊。焊接过程中高频以及其他电磁干扰都会使焊接熔池图像质量下降。摄像机本身的噪声以及图像采集卡的模数转换和量化也会降低图像的质量。

2.1 熔池图像增强  

   为了消除熔池图像的模糊，需要对采集的熔池图像进行增强处理

（1）式中f(x,y)是处理前的图像，g(x,y)表示处理后的图像，图像增强算子用T[·]表示。

传统的图像平滑方法是将原图中一个像素的灰度值和它周围邻近八个像素的灰度值加权求和，然后求得平均值作为新图中该像素的灰度值。采用平滑的方法可能造成图像模糊。虽然中值滤波在一定条件下可以克服线性滤波器带来的图像细节模糊，而且对滤除脉冲干扰非常有效，但是对于细节多的下塌型熔池图像不适用。传统的解决图像模糊的方法是图像锐化处理，但是图像锐化可能会重新引入噪声，降低图像的信噪比。

   基于小波分析的图像增强算法是把图像被分解为不同频带的变换系数，根据所需要的频带成分进行增强，然后在经过逆变换重建图像。设φ(x,y) 和ψ(x,y)分别是尺度函数和小波函数，j为图像分解层次，则对任意一幅图像f(x,y)，其小波分解的表达式为：

(2)式中，前一项是低分辨率的图像；后一项是不同频带的子图像。

为了在图像平滑的时候加强高频成分，使图像轮廓更清晰，在式（2）中引入增益系数g_k,n，得到

(3)本文采用Daubechies构造的具有紧支撑正交归一小波为小波函数，滤波器响应序列为：

{p_k}={0.483,0.8366,0.224,-0.1294}

{q_k}={-0.1294,-0.224,0.8366, -0.483}

图像的大小为128×128，所以选择小波分解的级数为2级。由于不锈钢的熔池图像反射光比较强，边界有些模糊,通过试验确定增益参数为。图2是增强处理的图像。

2.3 熔池边缘提取

   不锈钢的下塌型熔池和凸起型熔池图像的形状存在很大的差别，具体表现在后拖角上，因此可以通过测量后拖角的大小来判断熔池的类型。

   图像的边缘是指周围像素灰度值有阶跃变化或者屋顶变化的那些像素的集合。经典的边缘检测方法是考察图像中每个像素在某个邻域内灰度的变化，利用边缘邻近一阶或者二阶方向导数变化规律来检测边缘。

   图2中，液态熔池与工件之间的对比度较小，并且凝固的焊道处的灰度变化复杂，难以直接用经典的边缘检测的方法获取熔池边缘。由于图像边缘的不连续性在小波变换中体现为奇异性，而小波变换系数的模极大值以及在不同尺度小的变化可以表征出信号的局部奇异性。小波变换的模极大值随着尺度的变化而变化，因此可以开发基于小波变换的边缘检测算法。本文选择高斯函数为尺度函数，其一、二阶导数为小波函数，构成多尺度小波变换。

（4）基于小波变换的图像边缘检测算法为：

   ①选定光滑函数θ(x)为尺度函数，相应地，函数θ(x)的一阶、二阶导数为小波函数，构成多尺度小波变换。

②设定分解级数。

③对图像进行小波变换，由小波系数计算不同尺度下的梯度方向和梯度矢量模。

④分别从图像每一层行与列小波系数中，找出零交叉点，并求出两两相邻零交叉点的最大点，由行与列同时出现最大值处的点设为边缘点。

⑤按照一定的规则把边缘点连接成边界。

图3是经过边缘检测后的熔池图像，图像边缘不是由单个像素表示的曲线，同时图像中存在着伪边缘，因此要对熔池边缘进行细化处理。本文首先从图像中提取经验知识，找到电弧中心以及倒影在图像中的位置，并予以去除。文献[4]根据熔池的边缘不在曲线区域中心而位于弧线的内侧的特点，发展了投影边缘细化算法。文献中的图像是半个熔池，所以采用了向同一个方向作垂直投影的方法。而本文采集的熔池图像是整个图像，因此本文根据熔池图像是对称的特点，以fku为中心线沿fkv正负两个方向搜索，如果当前点的灰度值为0，则检查fkv方向上的下一点，如果该点的灰度值为0，则继续搜索，如果该像素点的灰度值为255，并且在fkv两个方向上的距离相同，则该像素点是熔池的边界，然后继续搜索，当遇到灰度值为255时的点时，直接设置为0；如果第一次遇到的灰度值为255的点没有对称的话，则继续搜索，如果没有找到对称的点，则该点熔池的边缘，否则对称点是熔池的边缘。图4是经过细化后的熔池图像。

    由于工作过程图像是动态的，每一幅图像的特征并不是完全一致的，图像处理后的图像边缘是不连续也不完全光滑的，因此需要采取一定的措施来拟合边缘。描述曲线的方法有Bezier和B样条曲线，Bezier可以通过特征多边形顶点的个数实现对曲线的精确控制，但是Bezier曲线不能作局部修改，即改变某一个控制点的位置对整条曲线都有影响。B样条曲线具有局部性、连续性、几何不变性、造型灵活的特点，因此可以选择三次B样条曲线来实现熔池边缘的拟合。三次B样条基函数的矩阵表示为：

处理过程中，每次取4个节点，并且使后一次拟合所用的第一、二个节点和前一次拟合所采用的第三、四个节点相同，就形成了一个连续的曲线。熔池边缘的拟合结果如图5所示。

   2.4 熔池图像类型区别

   钢的凸出型熔池与下塌型熔池在图像中表现为下塌角的大小不同，凸出型熔池的后拖角大于90º，下塌型熔池图像的后拖角小于90º。本文采用Hough变换来确定熔池尾部边缘线的夹角来区分钢的熔池图像类型，采用判断平均灰度值的方法来区分铝合金的熔池图像类型。Hough边缘用来提取熔池边缘拟合曲线中的直线段。直线的极坐标表示为：

（5）其中（r,θ）定义了一个从原点到直线上最近点的向量。x,y平面内的任意一直线的Hough变换是极坐标空间（r,θ）中的一个点。图6不锈钢熔池图像类型的区分结果。

3 结论

   焊接过程视觉传感是焊接过程智能控制的重要组成部分，熔池表面视觉信息的准确与否直接决定了控制的效果与精度，本文在图像处理中引入了小波分析理论，用于图像的去除噪声和熔池边缘提取的操作；针对完整熔池对称的特点，首先对伪边缘进行识别和去除，提出了双向投影细化方法来对熔池边缘进行细化。提出了分别采用检测熔池尾部边缘线的夹角的方法判断不绣钢熔池图像的类型。

参考文献

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3.Zhao D.B., Lou Y.J., Chen S.B., Wu L., Surface height and geometry parameters for describing shape of weld pool during pulsed GTAW. SPIE International Symposium on Intelligent System and Advanced Manufacturing, Boston, Massachusetts,USA, 1999,V3833: 91-99.

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5. Zhang,Y.M., Kovacevic,R., Wu L., Sensitivity of Front-face Weld Geometry in Representing the Full Penetration, Proc. Inst. Mech. Eng, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 1991, Vol. 206: 191-197.

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7.  贾云得   机器视觉，科学出版社，2000：139-149

8.陈武凡 小波分析及其在图像处理中的应用，科学出版社，2002：152-200。

9.孙家广 计算机图形学，清华大学出版社，1998：308-318。

作者简介：李来平，男，1974年出生，上海交通大学博士，主要研究方向机器人焊接关键技术研究，发表论文10篇。

Email:Llp117@sjtu.edu.cn

徐    洪

摘要:介绍了将钨极氩弧焊(GTAW)用于镍基(Inconel600)压力容器中的焊接制造,采用适当的焊接规范参数,焊接工艺评定试验结果满足了产品制造技术条件的要求.在产品焊接过程中,通过焊接操作和焊接工艺的控制,使焊缝通过100%的射线检测和超声波检测以及水压试验。

关键词:GTAW,Inconel600,  压力容器

一、前言

2006年8月份,我公司为四川某公司生产一台Inconel600的三氯化铝发生器的压力容器,虽然国外已经有相关的标准,但当时国内还没有压力容器这方面的制造检验标准.我公司通过走访、学习兄弟单位的相关的有色金属容器的生产制造经验，经过反复的焊接工艺试验验证后，将GTAW用于Inconel600焊缝接头的焊接方法，焊后经RT和UT检验，焊缝质量达到要求。

二、设备结构及主体材料

三氯化铝发生器装置（设备结构简图见图1）设计参数见表1。其工作介质为 Cl_2、，TiCl_{4 ，}Al ，AlCl₃ 。壳体主体材质为Inconel600(其化学成分和力学性能见表2,表3)

图1  设备结构简图

表1 容器设计技术参数

表2 Inconel600（退火）板材化学成分                                        （Wt%）

表3 Inconel600的力学性能

三、焊接材料的选用

Inconel600的焊接材料的选择首先要保证其熔敷金属的化学成分与母材相当,S、P等杂质元素的含量要控制的很低,使焊缝金属具有相应的性能指标.其次母材厚度为16mm,为了保证焊缝每层的质量,飞溅少,层间易清理等因素,我公司综合上述因素,采用单面U型坡口,焊接方法为GTAW,焊丝为2.5.Inconel82 .焊丝其化学成分和力学性能见表4,表5。

表4     Inconel82焊丝的化学成分

表5       Inconel82焊丝的力学性能

四、焊接工艺评定

在进行焊接工艺评定之前,我查阅了许多相关的资料,选择不同的规范参数匹配,并在试板上进行一系列的焊接工艺试验,通过观察飞溅大小,电弧稳定性,焊接表面的成型,母材的熔合情况,确定焊接电流为160-210(A)电弧电压为16-18(V)电流太小,不仅生产效率低,还容易产生未熔合,气孔等缺陷,电流过大,会引起钨极熔化和蒸发,其微粒有可能进入熔池而造成污染,而且还容易引起烧穿或焊缝下陷,咬边等缺陷.选择合理的焊接规范参数见表6,参照JB4708-2000和GB50236的标准,试板规格500X150X16对接,保护气体为Ar,气体纯度  99.99%焊枪中Ar气流量为14-18L/Min, 尾部Ar气流量为10-12L/Min, 焊缝背面Ar气流量为12-14L/Min,对焊接工艺评定试板进行100%RT无损检测,符合JB/T4730.2—2005的规定,II级合格.然后进行理化解剖和力学性能试验,其结果见表7,表8.力学性能全部满足产品制造的技术条件的要求.

表6   焊接规范参数

表7  焊缝接头的化学成分

表8 焊缝接头的力学性能

图2 GTAW拖罩保护示意图

1---焊枪 2---进气管   3---尾部保护拖罩   4---背面保护拖罩   5---进气管  6---焊件

五、产品焊接

（一）焊接坡口的准备

对接焊缝的坡口型式U,采用机加工,焊前对坡口区域进行仔细清理,用丙酮或乙醇清洗并去除坡口附近50mm区域的氧化色等杂质.

（二）焊接要点

在焊接之前,经焊工需进行相关资格的考试,焊工用焊接评定给出的规范参数范围,在非产品试件上进行试焊,调节焊接电流,电压。

（三）在焊接过程中,层间温度严格控制在小于或等于90℃,随时用测温笔进行测量

施焊过程中背部和尾部需用氩气进行保护（如图2）,(尤其第一层、第二层)并且每焊完一层需用PT检测，必须仔细检查，如有缺陷，按照有关程序进行处理，合格后再继续施焊。熄弧时一定要填满弧坑，以防止弧坑裂纹。

六、焊后检验

焊缝表面无裂纹，气孔，咬边等缺陷。焊缝按照JB/T4730.2-2005进行100%RT检测，II级合格。

七、小结

Inconel600是镍基材料中焊接性比较好的一种材料，只要严格控制焊接工艺参数和层间温度以及层间的清洗，选用匹配好焊接材料，焊缝完全达到产品制造技术的要求。

将GTAW用于镍基材料的焊接技术的成功，在焊接工艺，焊工培训，现场操作和焊接质量管理方面积累了经验，为公司以后向有色金属压力容器的制造奠定了基础。

参考文献：
[1]ASME 锅炉及压力容器规范.中国石化出版社.
[2] .北京：劳动部，压力容器安全技术监察规程.
[3]JB4708--2000钢制压力容器焊接工艺评定，北京：国家机械工业局，国家石   油和化工工业局，2000.
[4]GB50236 现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范.
[5]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册--材料的焊接，北京：机械工业出版社，1995

作者简介：徐洪，（1974---）焊接助理工程师，大专学历，机械及压力容器专业，现从事焊接工艺/评定、焊工考试与管理工作。

网络转载

摘要：咬边是焊接中常见的一种焊接缺陷，他会使焊接接头的机械性能降低，严重的情况下会产生严重的后果。所以，我们必须较好的克服，特别是在培训教学中更应注意这些问题，教会学生克服的方法，正确处理，提高焊接技能。

关键词：焊条电弧焊；咬边；教学；克服

咬边是焊接中较为严重的表面缺陷，会造成应力集中，严重时会产生裂纹而裂断。他主要是由于焊接工艺参数选择不当，操作工艺不正确，而在母材上产生沿熔合线方向的沟槽或凹陷。故而在操作中较难克服，要求焊工在焊接操作中要严格注意焊接工艺参数，并能较好的观察熔池的熔化情况，保证足够的焊条摆动停留时间，对焊工的操作技能要求较高。依据多年的教学和焊工培训摸索的经验，介绍几点在焊条电弧焊接操作中防止咬边的窍门。

一 、坡口加工

1、常见的问题：

在对接焊中，无论是V形坡口、U形坡口还是X形坡口，这些坡口加工时在坡口与工件表面都会形成一条尖锐的棱边，焊接时大家都会以这两条棱边为停留的参考，用于保证焊缝的直线度，而在初学时，焊条摆动到该位置时，尖锐的棱边会很快熔化，而熔化的焊条金属不会很快填满母材的缺损，如果分不清熔池中的金属和熔渣，就无法保证焊条在此处的停留时间，势必会产生咬边。如果在两侧停留时间过长，容易造成焊缝过高，同时由于焊条在两侧停留而造成两侧温差较大，焊缝表面的焊波粗大，影响外观质量。

2、解决措施：

可以在坡口的棱边端部用磨光机修磨出一条1×45⁰的一条倒棱，使其形成“缓冲”，这样可以减缓坡口端部的熔化速度，避免产生咬边，同时可以缩短焊条在焊缝两侧的停留时间，解决由于停留时间过长而导致的温差过大，焊波粗糙的问题。

二、焊条摆动及运条角度

1、常见问题：

！）焊条摆动时在两侧停留的位置的选择对克服焊缝咬边有很大的影响，如果焊条停留在坡口的边沿，会因坡口边缘母材金属较为尖锐容易形成咬边；如果停留在坡口外侧的母材金属上，就能够因为待母材金属熔化而相应的变厚，使得母材与焊条金属熔化速度基本一致而减小产生咬边的可能性，但这样无法控制焊缝的宽度，导致焊缝的宽度及宽度差超标，影响焊缝的外观及成形质量。

2）对于很多的初学者来说，焊条摆动时，由于对焊条的电弧及焊条的角度无法作出正确的判断，故而在摆动过程中容易手和手腕一起摆动，使得焊条的电弧容易往一边吹出，焊缝金属一侧高，一侧低，低的一侧就容易形成咬边，焊缝的成形也较为难看，质量较差。

2、解决措施：

1）可以让焊条摆动时在坡口的边缘处短暂停留，然后摆动到另一侧坡口边缘也做短暂停留，再继续往前进行摆动，在摆动到另一侧焊缝边缘做停留时，焊缝的熔池与前一熔池的外侧宽度一致，同时要盖住前一熔池的四分之三左右，以保证焊波的细腻。同时焊条金属一直保持熔化的高温状态，而母材金属有相应的冷却时间，温度较低，熔化的焊条金属就能很快将原有咬边处迅速填满，这样可以有效的解决咬边问题。同时焊条在焊缝两侧停留时以坡口的直边为基准，可以保证焊缝的平直；由于焊条在两侧的停留时间变短，焊缝两侧的温差不大，可以使得焊缝波纹细密，外观成形较好。

2）焊条摆动时，焊条应和焊缝形成一个投影的关系，以保证焊条一直在焊缝的中央，摆动时，仅是手腕的摆动，而手不能摆动，电弧由焊缝中央向两侧吹出，避免母材金属流向焊缝中央形成咬边。

三、正确选用工艺参数

1、常见问题：

在学生的教学中，一般有教师指导，通常不会出现这类问题；而在焊工培训教学中，由于工人师傅多于记件为主，为保证完成工作量，多数人都喜欢用大电流，实质上，电流值过大，容易使得母材金属熔化加快，溶池增大，焊条熔化金属的速度无法及时填满母材棱边熔化的沟槽，焊缝的宽度就已经足够，故而容易形成咬边。

2、解决措施：

依据相关的焊接规范选用焊接工艺参数，在平时的工作中养成良好的质量意识，认真参加各种培训和规范焊接要求。

我们在学生的教学和各种焊工培训过成中对上述小窍门进行了推广，学生和焊工都较容易接受并掌握，在实际的生产中应用效果良好，焊工们都反映不错，能在一定程度上解决焊缝咬边的问题。当然，在实际应用时，应根据各自的情况合理选择。在此，仅提出供大家参考选用，实际工作中还应该灵活掌握和处理问题。

参考文献：

1  《焊工工艺及技能训练》  中国劳动和社会保障出版社       王长忠编       北京    2001

2  《电焊工》职业技能鉴定培训教材  中国劳动出版社 

     李继三主编   北京   1996

3  中国机械工程学会焊接学会  《焊接手册》[M]     北京  机械工业出版社    1992

焊接技巧100招

陕西西安雷奇华能科技有限公司

虽然焊接过程没有什么所谓的技术秘诀，但实际焊接过程中有许多的焊接技术、方法以及工艺可以使焊接过程变得更加容易，这些工艺方法被称为技术诀窍。焊接技术诀窍可以节省时间、费用和劳动力，甚至可以决定焊接的成功与失败、利润和损失。大多数的焊接工艺主要是以科学研究为基础的，也有一些焊接工艺以实际焊接经验为基础。本章是实践中一些实际焊接经验的综合。

   了解生产中常见的焊接问题以及解决方法，可以帮助解决一些常见的焊接问题。优良的设计准则这部分，阐述了设计焊缝时要考虑的关键因素；针对控制焊接变形问题，介绍了产生变形的原因和对焊接变形的实际矫正。在其他的设计问题中，讨论了角接接头的尺寸以及如何避免产生断裂；简易设计概念主要介绍了一些常见的焊接应用实例；先进设计概念讨论了焊缝的弹性匹配问题和焊接接头放置问题。针对结构钢的焊接问题，着重介绍了一些常见的焊接材料和焊接实践中成功的经验；在氧－乙炔切割方面，提供了解决焊接问题的技巧，讨论了切割应用以及氧矛和燃烧棒的性能；对于焊接结构中经常用到的紧固件，主要介绍了常用螺栓、螺母以及如何应用。

一、焊接工艺问题及解决措施

1.1  厚板与薄板的焊接

1、用熔化极气体保护（GMAW）和药芯焊丝气体保护焊（FCAW）焊接钢制工件时，如果工件的板厚超过了焊机可以达到的最大焊接电流，将如何进行处理？

  解决的方法是焊前预热金属。采用丙烷、标准规定的气体或乙炔焊炬对工件焊接区域进行预热处理，预热温度为150～260℃，然后进行焊接。对焊接区域金属进行预热的目的是防止焊缝区域冷却过快，不使焊缝产生裂纹或未熔合。

2、如果需要采用熔化极气体保护焊或药芯焊丝气体保护焊将一薄金属盖焊接在较厚钢管上，进行焊接时如果不能正确调整焊接电流，可能会导致两种情况：一是为了防止薄金属烧穿而减小焊接电流，此时不能将薄金属盖焊接到厚钢管上；二是焊接电流过大会烧穿薄金属盖。这时应如何进行处理？

主要有两种解决方法。

调整焊接电流避免烧穿薄金属盖，同时用焊炬预热厚钢管，然后采用薄板焊接工艺对两金属结构进行焊接。

② 调整焊接电流以适合于厚钢管的焊接。进行焊接时，保持焊接电弧在厚钢管上的停留时间为90%，并减少在薄金属盖上的停留时间。应指出，只有当熟练掌握这项技术时，才能得到良好的焊接接头。

3、当将一薄壁圆管或矩形薄壁管件焊接到一厚板上时，焊条容易烧穿薄壁管部分，除了上述两种解决方法，还有其他的解决方法吗？

   有，主要是在焊接过程中采用一个散热棒。如将一个实心圆棒插入薄壁圆管中，或将一实心矩形棒插入矩形管件中，实心棒将会带走薄壁工件的热量并防止烧穿。一般来说，在多数供货的中空管或矩形管材料中都紧密安装了实心圆棒或矩形棒。焊接时应注意将焊缝远离管子的末端，管子的末端是最易发生烧穿的薄弱区域。用内置散热棒避免烧穿的示意如图1所示。

4、当必须将镀锌或含铬材料与另一零件进行焊接时，应如何进行操作？

最佳工艺方法是焊前对焊缝周围区域进行锉削或打磨，因为镀锌或含铬金属板不仅会污染并弱化焊缝，而且焊接时还会释放出有毒气体。

1.2 容器及框架结构的焊接

1、如果采用焊接工艺方法（例如钎焊）密封一个浮筒或密封一个中空结构的末端，在进行焊缝的最后密封时，为了防止热空气进入容器而导致容器爆裂，将如何处理？

③首先在浮筒上钻一个直径1.5mm的减压孔，以利于焊缝附近的热空气与外部空气流通，然后进行封闭焊接，最后焊密封减压孔。密封焊接浮筒或密闭容器的示意如图2所示。
  当焊接储气容器结构时，也可以采用减压孔。应注意的是，在密闭容器中进行焊接是十分危险的，焊前应确保容器或管子内部清洁，并避免有易燃易爆物品或气体存在。

2、当需要采用熔化极气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊或钨极氩弧焊将屏栅、金属丝网或延伸金属焊接到钢结构框架上，进行焊接时金属丝网容易产生烧穿和焊缝未熔合现象，应如何进行处理？

① 在金属丝网或延伸金属上放置非金属垫圈并且将垫圈、金属丝网和框架夹紧在一起，不允许采用含铬或镀锌垫圈，垫圈应采用未涂敷的，见图3(a)。

② 在被焊位置的垫圈上部放置一个更大的垫圈作为散热片。上垫圈应具有一个比下垫圈更大的孔，以避免上垫圈也被焊接在一起。然后通过垫圈的两个孔进行塞焊，应使焊缝处于下垫圈部分。操作者可以采取一些其他的方法得到足够的热量并进行焊接，注意要防止周围屏栅或金属丝网烧穿，见图3(b)和（c）。

③ 另一种方法是采用一个带孔的金属板条，将孔对准需要焊接的部位，并放置散热垫圈，然后进行塞焊，见图3(d)。

1.3 焊接构件的修补

1、除了采用常用的启钉器，还有哪些方法可以移除损坏或生锈的螺钉？

这里主要介绍两种方法。

① 如果安装的螺钉在加热时不会损坏，可以用氧－乙炔焊炬加热恋螺母及其装配件直到红热状态，然后迅速水淬以利于清除螺钉，在这个过程中可能需要几次的加热，冷淬循环过程。

② 如果螺钉槽、螺母或牙槽损坏或丢失，可以在螺钉头的上部（或残余部分）放置一个螺母，旋紧螺母，然后采用任何焊接方法在螺母和螺钉的内部填充金属。这样就会将螺母和螺钉残余部分连接起来，然后在螺母上放置扳手或牙钳，迅速拔出螺钉。采用这种方法有利于提供一个新的握力点并可利用热量使螺钉紧固，用焊接方法移除固定螺钉的残余部分示意如图4所示。

2、如果有一个磨损的曲轴，用焊接进行修复加固的最好方法是什么？

修复磨损的曲轴时可以采用熔化极气体保护焊、药芯焊丝气体保护焊或钨极氩弧焊方法。但是要得到满意的堆焊焊道形状，必须注意以下4方面的要求。

① 使堆焊焊道方向与曲轴轴线平行。

② 先在曲轴下部堆焊一条焊道，然后旋转曲轴180°堆焊下一条焊道，这样可以平衡焊接应力，并可显著消除焊接热变形。应注意的是，在第一条焊道上进行顺序堆焊将会引起曲轴翘曲。该堆焊工艺适合于对滚轮曲轴进行修复和焊补。

③ 两条焊道之间必须保持30%～50%的熔敷金属重叠量，以保证焊接修复后机加工时保持焊道表面的平滑。

④ 采用手工电弧焊和药芯焊丝气体保护焊时，必须用毛刷或切削的方法清理焊道之间残留的焊剂。

除上述曲轴修复方法，还可以采用在曲轴的每90°位置增加一条堆焊焊道，以进一步减小焊接变形。在青铜或铜制零部件修复中，添加钎缝金属比采用堆焊的方法在消除应力和变形方面更加有利。用焊接方法修复磨损曲轴的示意见图5。

3、如果有一个钢制轴承件卡在设备中，并且不想报废该设备，应如何采用焊接方法进行去除轴承？

首先在轴承的内表面焊接一条焊道，靠焊道拉伸力减小轴承直径，外加焊接过程的热量应可使轴承活动。直径10cm的管如果在内表面布满焊道将会使钢管直径收缩1.2mm。采用焊接方法清除卡住轴承的示意如图6所示。

4、油罐或船板结构经常会产生裂纹，应如何防止？

首先在裂纹末端钻一个小孔，以利于在较大的范围内分散末端的应力，然后焊接一系列长度不等的多道焊缝，增加裂纹前端钢板的强度。防止钢板产生裂纹扩展的示意见图7。

2.1 加强板的定位及加厚

1、焊接加强板经常被焊接到钢板（基板）的表面，加强板外边缘的角焊缝容易使加强板的中心部位翘起，离开钢板表面并产生角变形，如图8(a)所示。这种现象会增加机加工和车削加工的难度，应如何解决这个问题？

解决的方法是在加强板中间部位采用塞焊或槽焊，将加强板表面与基板表面贴紧，消除变形以利于进行机械加工。采用塞焊或槽焊方法定位加强板示意如图8(b)所示。

2、有时在基板的小区域内需要对基板加厚，但加厚区域不能超过整个基板的面积，应如何解决？

将一厚板金属嵌入基板需要加厚的部位，然后采用焊接方法进行固定。在基板上嵌入厚板的示意见图9。这样可以给后续的机械加工、镗削加工或钻孔提供足够的厚度，并可以代替设备中的大厚度零件或铸造件。

3、增强平板的刚性以承载负荷的标准方法是什么？

增强平板的刚性以承载负荷的标准方法是在平板上垂直焊接一系列的角钢，添加角钢加强筋以增强平板刚性，如图10所示。

2.2 控制噪声和振动

1、哪些技术措施可以用来减小金属板的噪声和振动？

噪声问题和振动问题一样，同样可以采用减小金属板的共振频率来解决。采用的主要方法如下：

① 以折叠、卷边或槽形加强的方式增加刚性；

② 将平板截断成一系列小的部分以增强支撑；

③ 采用表面喷涂层；

④ 在平板的表面粘结一层减振纤维材料。

采用增加共振频率减小噪声的4种方法见图11。
在相对较低频率时引起的振动，通常采用增加金属刚度方法来减小振动，如图12所示。

  2、当要将一个平板在垂直方向与另一个平板进行角焊缝焊接时，如果现在只有C形夹具，应如何进行工作？

焊接时用一个钢制挡块或者一个矩形物体作为辅助工具，采用C形夹具和矩形挡块夹紧角焊缝，如图13所示。

3.1  布局设计

1、焊接过程中的设计要求主要包括哪些内容？

① 设计时应使设计方案满足零件各部位强度和硬度的要求，但不能超出安全设计标准，应让焊接工程师来检验各部件设计的安全性。如果设计要求的硬度设定的太高，这样的设计会超出安全设计标准，并且会因额外材料、焊接操作和运输等方面的增加而提高整个过程的成本。超出安全设计标准还可能增加用户在燃料、能源和维护等方面长期的费用，因此设计时应请有经验的工程技术人员严格检验设计方案的合理性。

② 应确定结构中焊缝的外观要求，以避免不必要的增高。有时许多设备零件上的焊缝完全被隐藏起来，这样可以减少为了提高焊缝外观质量而增加的焊缝打磨、修整的费用。因此，为了便于让操作者知道哪些焊缝需要进行打磨、修整以具有良好的外观，应在这些部位进行标记。

③ 如果产品必须要求按一定的工艺规程进行焊接制造时，应核对相关的工艺规程以决定采用经济、合理的焊接方法。

④ 用较厚的结构件可以防止产生焊接弯曲和变形。

⑤ 焊接中采用对称结构对于防止焊接弯曲和变形更加有效。

⑥ 在横梁结构的末端焊接刚性支撑件，可以增加结构的强度和刚度，在材质、宽度和承受载荷相同的两个横梁结构中，采用刚性支撑比不采用刚性支撑的焊接结构产生的弯曲变形小，如图14所示。

⑦ 采用封闭式结构或对角拉条结构可以防止发生扭转变形。封闭式结构比开口式结构的弯曲角度小得多，见表1。同时采用适当的加强筋还可以减小结构的质量，提高结构的刚度，如图15～17所示。

在图15中，框架结构的抗扭转变形能力与各部分单独抗扭转变形能力的总和几乎相等，采用封闭式C形框架结构可以提高整体结构的抗扭转变形性能。在图16中，圆形结构比矩形结构的抗扭转载荷更好，主要是由于矩形结构周围剪切应力分布不均匀，而圆形结构载应力集中现象，而且圆形结构在各方向上还具有抗弯曲变形能力。在图17中，采用对角加强筋的焊件结构经常可以代替基座的厚重铸件，提高结构的强度。在抗压应力载荷方面，横向加强筋与纵向加强筋的作用不同，横向加强筋一般常用于铸造结构中，而纵向加强筋常用于焊接结构设计中。

⑧ 在抗扭转载荷方面，对角拉条结构比纵向垂直结构更为有效。图18所示为两种钢结构基座的结构示意，图18(a)中基座是由厚度25mm的钢板组成的，图18(b)中的基座是由厚度10mm的钢板组成的。它们的抗扭转变形能力几乎相同，但对角拉条结构的加强设计与纵向加强结构相比，可以节约60%的结构质量、减少78%的焊接工作量以及54%的总制造费用。

⑨ 确定结构中可能采用的低级别钢材的位置，在实际的焊接操作过程中，高碳钢和合金钢的焊接需要预热和焊后热处理，但这样会增加焊接结构的成本。因此在焊接结构中仅仅在需要的时候采用高级别的钢材，其余的结构都可以采用低碳钢。

⑩ 高级别钢种和其他昂贵材料都不是以标准形状的工件供货的。

⑾ 如果结构中需要彩和表面耐磨性能良好的昂贵材料或难焊材料，可以考虑采用碳钢结构作为基底，利用堆焊或表面硬化处理获得满意的表面性能要求。

⑿ 为了节约费用和降低供货时间，一般采用板材、棒材或其他标准形状的结构件进行焊接。

⒀ 如果板材或棒材必须进行机械加工、磨削或表面硬化处理，那么原始板材或棒材的结构尺寸要求可以迅速从车间或供货厂家方面得到。

⒁ 对设备零部件应确保必要的维修、维护，不要忽视对封闭式结构中的轴承座或其他重要的易磨损零部件的维护，这也适用于电力和压力管线或组件的维护要求。

⒂ 为了进行自动焊接，有时将结构件设计成圆形结构，这样的设计有利于后续的焊接、加工、装配等各个环节，如图19所示。

⒃ 焊接设计前应咨询工厂中有经验的技术人员，可以获得更好的设计方案并可节约费用，这些工作必须在确定焊接设计方案之前进行。

⒄ 焊接设计前应检查结构规定的公差范围和各部分受力情况，实际操作者可能不会掌握更经济、合理的操作规范，因为有时可能不需要更精确的公差要求。

2、零部件的布局设计需要考虑的因素有哪些？

① 首先应考虑零部位数量的最小化，这将减少设备的装配时间和焊接工作量，如图20所示 。

② 对结构布局和设计方案进行优化可以节约材料和焊接时间。在决定采用图21(a)和图21(b)所示的方案之前应考虑材料、切割及焊接的费用，还应考虑边角余料的有效利用。在图21(a)中可以直接使用框架结构剪裁的余料进行后续工艺，这种剪裁方法比采用拼接工艺更加具有经济意义；图21(b)是假设的优化选择方案，框架结构被分成若干个部位进行焊接，这样可以代替从大型板材上切割下料。

③ 环状结构件可以从单块板材或被焊接成嵌套的结构件中切割而成，与上述布局和设计方案的选择一样，确定最佳工艺方案之前，应充分考虑零部件的尺寸公差、材料、切割、焊接的费用以及边角余料的有效利用等。考虑到运输方面的因素，从厚板材料切割嵌套零件并焊接成环状部件可以节约材料费用和运输时间，如图22所示。

④ 在尺寸公差允许的范围内，可以考虑将钢板滚压成环状结构，然后在具有中空的圆形结构中进行焊接，以代替直接从厚板上切割环状结构件，这样可以减少材料的费用，如图23所示。

⑤ 如果焊接结构中环状结构件有数量上的要求，可以考虑将一个平板滚压成一个圆筒结构，然后进行缝焊。也可采用火焰切割将圆筒切割成一系列的环状结构件，如图24所示。

⑥ 对于非常复杂的一些结构部件可以通过将各零部件进行焊接装配而获得，这样可以节约整体结构的质量、材料及机
加工时间，如图25所示。

⑦ 对平板结构进行卷边处理可以增加钢板的刚度，节约材料的费用，如图26所示。

⑧ 两平板对接焊时，将其中一个板的边缘进行弯曲卷边处理，可以给焊接结构提供一个加强筋，而且费用不高，如图27所示。

⑨ 可以考虑采用波纹形板材以增加板材的刚度，或对板材表面进行压痕处理以增加板材的刚度，如图28所示。

⑩ 在进行各项工艺步骤前，应仔细检查设计方案，看是否可以节约材料，并且使采用的焊接工艺不会影响最终产品的强度要求，如图29所示。

⑾ 检查焊缝位置是否处于焊接制造过程的最佳位置，图30所示改变焊缝的位置可以减少焊接材料的浪费，更适合于自动化焊接技术的使用。
 

3.2 焊接准备及接头设计

1、焊接板材的准备过程中需要注意的问题有哪些？

① 从板材上制备焊件坯料的最佳工艺方法主要包括火焰切割、剪切、锯割、冲压下料、冲裁、棒材和管材的车削等。

② 考虑制备焊件坯料方法时，应充分考虑焊件尺寸准确性和坡口质量要求，同时考虑其他材料的后续加工、坡口形状或开坡口的要求。

③ 考虑焊接中切割坯料的尺寸和坡口准备时，应注意并非所有的焊缝都采用连续焊缝。具有连续焊缝的V形坡口有时不能满足使用要求。

④ 对于单面V形坡口，可以采用单割嘴火焰切割开坡口；相反，对于双面V形坡口，可以采用多头割嘴火焰切割开坡口，切割工艺过程可以采用同一台切割设备完成。

⑤ 厚板材料有时需要开J形或U形坡口，与双面V形坡口相比可以节约焊缝金属。

⑥ 有时需要考虑铸造或锻压结构是否能消除焊件的复杂截面，以及是否能简化焊接设计和减少制造费用。

⑦ 对于结构连接的关键部位，可以采用昂贵材料（如少量的堆焊合金）代替一般焊接材料，这样可以达到良好的效果。

⑧ 在零部件需要卷边、密闭件或增加加强板时，应考虑用焊接方法制造的工件代替采用锻压件或机械加工件。

⑨ 采用焊接方法并不能处理所有的问题。例如采用成形工艺制造角形结构与采用焊接方法相比，可以减少材料、制造和焊接等费用，如图31所示。

2、焊接接头设计过程中需要注意的问题有哪些？

① 应避免焊接接头的坡口设计过大。例如一个圆形或管状结构和另一个圆形或管状结构的平直表面进行焊接时，就会存在两个问题，即根部熔合情况和是否烧穿。采用正确的接头设计可以得到良好的根部熔合并且不会产生烧穿，如图32所示。

② 为了减少填充材料的使用，可以减小根部间隙和坡口角度，如图33所示 。

③ 厚板结构采用双面V形坡口代替单面V形坡口可以减少焊缝金属，如图34所示。

④ 有时采用单个焊接接头可以同时焊接三部分焊接结构（如图35所示），上部两板的间隙可以使三部分结构充分熔合。

⑤ 应检查焊接接头位置，以确定适合于焊缝位置的焊接方法，如图36所示 。

⑥ 对于焊接操作者来说，选择焊缝设计时应考虑满足接头强度、使焊缝金属减少及不产生烧穿的要求。图37所示为防止产生烧穿的一些合理的焊缝设计。

3、焊接接头设计过程中焊缝尺寸和数量有哪些要求？

① 应确保采用的焊缝数量适中，不要太多也不要太少，并且焊缝尺寸过大会增加焊接费用。

② 根据工艺文件或标准的车间工艺规程确定要完成的焊缝数量，设计者应考虑安全因素来设计焊缝，不要增加其他额外的安全因素。

③ 角焊缝接头设计中角焊缝的焊脚尺寸十分重要。由于焊缝的面积和数量会增加焊脚尺寸，因此双焊脚尺寸将会使焊缝金属增加4倍，如图38所示。

④ 在小载荷或无载荷条件下，断续角焊缝可以用于代替同样焊脚尺寸的连续角焊缝。

⑤ 尽量使焊缝位于焊件较薄的区域，使焊缝尺寸主要集中于薄板上。

⑥ 加强筋或焊接隔板不需要过多进行焊接，应尽可能减小焊脚尺寸或焊缝长度。

4、装配组件的应用有哪些优点？

① 将焊接工作分配给更多的焊工，可以缩短工时；

② 可以提供更好的焊接方法；

③ 可以减少结构变形的可能性；

④ 对小区域的机械加工更加便利；

⑤ 有利于局部区域的应力消除；

⑥ 可以对各部件和密闭式结构进行渗漏试验；

⑦ 在焊接工作前可以进行工艺检验，以利于提高工艺的精确性并纠正错误。

5、组件的焊接装配有哪些步骤？

① 焊前应清理工件表面的油、锈和污物；

② 检查工装夹具，有缝隙的部位需要修补；

③ 夹紧工件到焊接位置并保持焊接过程的稳定；

④ 用固定夹具夹紧临时夹具，使焊接过程始终维持在校正位置；

⑤ 预置接头以补偿焊接时可能产生的收缩；

⑥ 预弯曲零部件以补偿焊接时任何可能产生的变形；

⑦ 使用定位板；

⑧ 有时可以将焊件截断成几部分，对每一部分进行焊接，可以使每部分焊件在中性轴位置保持平衡；

⑨ 对大量复杂结构进行焊接时，可以对各部分组件分别焊接，这样可以使最终的装配更加容易固定。

6、焊接工艺步骤有哪些？

① 尽量提高操作效率，采用焊工辅助装置、良好的固定夹具和夹持设备等；

② 在最短的时间内熔敷尽可能大量的填充金属；

③ 采用焊接辅助板，可以提高开坡口接头第一道焊缝的焊接速度；

④ 采用低氢型焊条消除或降低预热温度；

⑤ 手动将焊条的伸出长度调整到50mm；

⑥ 应尽量在平焊位置进行焊接，采用仰焊或立焊费用要贵一些；

⑦ 如有可能应采用最高焊接速度在平焊位置对角焊缝进行焊接；

⑧ 采用自动焊设备焊接角焊缝接头时，调整焊缝位置可以在接头的根部获得良好的熔深，并且不会影响焊缝的强度。水平板在水平方向30°的角焊缝位置焊接和垂直板水平方向60°的角焊缝的焊接示意如图39所示；

⑨ 可以考虑在较大焊接电流条件下采用大尺寸焊条；

⑩ 在各部件无拘束应力方向进行焊接；

⑾ 采用合适的焊接工艺措施以消除电弧偏吹现象；

⑿ 对在冷却条件下极易产生收缩的接头先进行焊接；

⒀ 应确保采用恰当的焊接速度、焊接电流和焊接电压；

⒁ 采用半自动或全自动焊接方法更加有利于获得良好的熔深和均匀的熔敷金属。

7、焊后对焊接件的清理和检验有哪些步骤？

① 除了某些特殊性能的要求（不包括外观要求），不应将焊缝表面打磨光滑或平滑，因为对焊缝进行打磨的工时和费用较高，通常会超过焊接的费用；

② 采用手工电弧焊和熔化极气体保护焊时，使用铁粉焊条可以降低焊缝表面的清理时间；
    ③ 焊接时将防飞溅薄膜平行放置在焊缝两边；

④ 获得质量良好的焊缝是焊接的最终目的，但有时一个外观较差焊缝的强度可能会比外观良好焊缝的强度高；

⑤ 过度的焊缝检查工序会增加焊接的总费用。

四、控制焊接变形

4.1  焊接变形产生的原因

1、加热对焊缝金属的物理性能的影响有哪些？

焊接加热对焊缝金属的物理性能有很大的影响，主要包括硬度（或弹性模量E）增加、屈服点降低以及伸长率增加等。低碳钢焊接时焊缝金属的物理性能变化如图40所示。

2、为什么焊接会引起变形？

在高温下沿着焊道方向焊缝金属逐渐增加，电弧附近的峰值温度可以达到几千摄氏度，这使靠近焊缝的较热金属比远离焊缝的较冷金属更加膨胀，但较冷金属会阻止来自于较热金属的膨胀力，使工件金属形成永久性变形。当工件冷却时，热收缩力将使焊缝金属收缩；此时某些收缩力会分布于变形的工件金属中，而在工件的刚性部分，这些收缩力不会分布开并残留在工件内部，形成内应力，如图41所示。

3、施焊在长形焊接件上的焊缝是如何产生变形的？

焊接时沿整个焊缝长度会产生收缩，如图42所示，收缩总是产生于焊缝金属和母材金属之间。

4、控制收缩和变形程度的因素有哪些？

① 外部夹具的拘束作用；

② 大型焊件的内部拘束；

③ 焊件自身的刚度；

④ 焊接热量输入和焊接速度；

⑤ 冷却速度。

这些因素的交互作用十分复杂，对于最简单焊缝的收缩和变形进行计算和预测也是很困难的，但可以采取一些措施、工艺步骤控制收缩和变形量。

5、在哪些部位会看到焊接收缩和变形的影响？

沿焊缝轴线部位易引起纵向收缩，沿垂直于焊缝轴线部位易引起横向收缩，如图43(a)所示。在丁字形焊缝的十字交叉部位容易变形，如图43(b)所示。这种变形主要是由焊缝熔敷金属和热影响区金属共同作用引起的。

根据焊缝中心轴线的位置不同，给向收缩对工件的影响作用也不同，如图44所示。焊缝总是收缩，中性轴长度不变。所以中性轴总是弯向焊缝。

6、导致焊接变形的最直接的控制因素是什么？

主要是焊接熔敷过量，焊接熔敷过量是经常被忽视的引起变形的原因。由于缺乏对焊接过程的准确把握，设计者可能会制定较大的焊缝尺寸；当零部件送到工厂的车间时，车间技术人员为了安全地进行焊接，将零件的尺寸进一步增加，最后焊接操作者为了确保得到牢固的焊缝，又进一步增加了焊缝的尺寸，结果是最初6mm的角焊缝最后被焊成12mm的角焊缝尺寸。

焊接操作者可能没有意识到焊缝金属与焊脚尺寸成平方关系，结果焊脚尺寸增加6mm使得焊缝熔敷金属成倍增加，同时还明显增加焊缝的收缩变形，也会增加4倍的焊接费用，因此过量熔敷的焊缝金属是不必要的。在图45(a)中，焊接熔敷过量会增加焊缝的收缩力；在图45(b)中，采用小尺寸焊缝会降低变形；在图45(c)中，采用断续焊缝可以减小焊缝长度，并可以进一步减小焊缝收缩和变形。

4.2  控制收缩和变形

1、明显减小焊缝变形的步骤有哪些？

减小焊缝变形的主要步骤如图46～图48所示。

2、其他的控制附加应力和变形的方法是什么？

① 可以采用在焊道每一侧进行多道对接焊缝以减小角变形；

② 对于复杂结构应调整结构的焊接位置及顺序，以平衡产生的收缩力，通常应采用对角焊缝结构；

③ 在较冷的环境中，采用焊前预热对于降低焊接冷却速度并获得良好的接头有一定的作用。但根据美国海军部门的研究表明，焊前预热并不能很有效地减小焊接变形；

④ 大型焊件焊后进行热处理主要是为了减少残余应力，并防止在机械加工的焊缝表面产生变形。对于一个具有较大残余应力的焊接结构，采用机械加工方法消除焊缝金属可能会导致产生更大的变形；

⑤ 火焰矫正法，见弯曲与校直。

实际应用中经常将两种或更多的控制应力和变形的方法结合应用，以获得良好的应用效果。

4.3  横梁的横向和纵向收缩

1、焊缝尺寸和形状是如何影响焊缝的收缩变形的？

收缩变形的产生与焊缝金属的熔敷量和形状有直接关系。如图49(a)所示。同样尺寸的钢板，采用双面V形坡口所产生的收缩变形是采用单面V形坡口的一半。图49(b)所示为常用板材厚度与焊缝面积的线性关系示意。

通过分析可以估算出焊缝的横向收缩变形量等于焊缝十字交叉部分平均宽度的10%，即：横向收缩量＝0.10×平均焊缝宽度。这表明减小焊缝尺寸并保证所要求的强度，可以满足控制收缩变形的要求。

2、当一个钢板被焊接成带卷边的工字梁结构时，可以预测工字梁中心的偏差吗？

可以。采用图50中的方程计算出的纵向焊缝收缩量与实测值基本一致，公式中面积A、转动惯量I、横梁结构的硬度值可以从有关数据表中获得，该方程也适用于T形梁结构和角焊缝结构。横梁结构还可以采用水压机进行机械弯曲力和用氧－乙炔火焰进行弯曲。

如果对法兰盘上底和下底进行焊接时，横向收缩力会产生平衡，使得焊缝几乎没有横向收缩偏差。

3、当在两个C形管道上焊接一个长的、薄的箱形件时，为了减小箱形件和管道的最终弯曲变形，应采取何种措施？

产生应防止第一道焊缝直接冷却直到第二道焊缝焊完，然后让两个焊缝同时冷却，以促使两个焊缝彼此平衡收缩变形力，来防止弯曲变形。
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五、焊缝尺寸与强度

5.1  角焊缝的尺寸

1、如何测量角焊缝的尺寸，以便确定角焊缝是否符合图纸中的要求？

角焊缝的形状可以是凹形、凸形或平直的，焊脚可以相等或不等。但角焊缝的实际尺寸是通过测量焊缝中最大等腰直角三角形的焊脚长度而获得的，该等腰直角三角形是通过角焊缝横截面与母材表面成一直线的焊脚来表示的。没有适当的量具，很难测量出角焊缝的尺寸。角焊缝的测量方法如图51所示。

2、为了增强整个金属板的综合强度，确定角焊缝尺寸的一般原则是什么？

假定角焊缝在金属板件的两侧，并且分布在整个金属板长度上，角焊缝的焊脚尺寸应当为金属板厚度的75％；如果焊接两块不同厚度的金属板，则以较薄板的厚度作为参考依据，如图52所示。

3、还有哪些其他公认的测量焊缝尺寸的原则？

美国焊接学会（AWS）和美国钢结构学会（AISC）已把一些测量焊缝的原则运用到建筑和桥梁的焊接实践当中，有关最小有效焊缝长度的测量原则如图53所示。

5.2  焊缝的强度

1、根据工业标准和代码进行焊接时，钢板之间的典型结构焊缝能达到怎样的强度？

焊缝一般能保持较高的强度，以至于超过了焊材代码和应用中所要求的强度。在很多情况下，这种焊缝的强度不能通过焊材代码本身辨别出来。例如，用普通焊条E60××焊接完成的焊缝强度比焊条标称的最小强度值高大约50%。并且在焊接完成后，很多市售的E60××焊缝的屈服强度比结构钢本身高75%。

2、为什么典型焊态下的结构钢焊接接头的强度比母材金属的强度高？

有以下两个原因。

① 所用焊条中的金属心是优质钢，比母材的性能好。

② 在焊接过程中，熔化金属受到良好的保护作用。与电炉钢相比较，焊条药皮还具有净化剂和脱氧剂的作用，药皮中的其他合金万分能够促使形成均匀的晶体结构和良好软科学性能的焊缝。

3、焊接缺陷，可美国焊接学会AWS术语中的非连续，对焊缝的强度有何影响？
① 图54表明，对于焊接接头试样来说，焊缝上尽管有严重的咬边缺陷，但在静载荷的拉伸作用下，失效的是金属板，而不量焊缝。

② 一个总的原则是，角焊缝尺寸应为被焊金属板厚度的75%，以便增强整个金属板的强度。依据这种方法，在厚度12.5mm金属板上焊接尺寸为9.5mm的角焊缝的强度应比母材金属高，对于尺寸为8.7mm和8mm的角焊缝也是这样。当角焊缝尺寸减小到6.4mm时，焊缝金属在220kgf/mm压力（该压力值是美国焊接学会施用压力的5倍多）作用下才发生破断。尺寸不足够大的角焊缝对焊缝强度的影响如图55所示。

③ 图56给出了未焊透对焊缝强度的影响。进行拉伸试验之前，先将焊缝加工平整。当焊缝缩颈处减小到整个试样厚度的31%时，整个焊缝才发生破断

4、焊缝中有多少气孔时会影响到焊缝金属的强度？

试验表明，当焊缝中的孔隙量大于整个焊缝的7%时，焊缝的塑性或抗拉强度、冲击强度将发生很大的变化。

六、焊接工装与夹具

6.1  插销、搭扣及密封

1、如果在金属板或构件的孔上焊接一个螺母，或者为水平螺旋制作螺纹，在孔上放置螺母的最好方法是什么？

① 焊接之前，将螺母表面的金属Zn和Cd用锉刀等工具打磨掉，以防止污染焊缝。

② 采用另一个螺母和螺栓对上述的螺母施加拉力，并在焊接时将螺母牢靠地固定在金属板上。

③ 焊缝冷却以后，去除没有被焊接住的螺母和螺栓。
在金属板孔上焊接螺母的具体方法如图57所示。
2、为工作台或构架制作水平调整卡具时，比较快速和经济的方法是什么？

先将一个六角螺栓的头部磨平，以便使螺栓头套在垫圈的孔上，然后再把垫圈焊接到螺栓上，形成一个底座。为了便于转动螺栓，可将一根直径为6mm的金属棒焊接到螺栓上，最后按照前面所述的方法将一个螺母固定在金属板上形成螺纹。水平调整卡具如图58所示。

3、在钢板上精确地定位和固定插销或填塞，比较好的方法是什么？

① 确定出插销中心的位置；

② 钻出能使插销滑进或推进的孔；

③ 将插销的末端切成斜面，插入孔中，并在插销的后端部进行塞焊；

④ 为了显得美观，对塞焊处进行打磨使构件的后部齐平。

带有塞焊焊缝固定插销的方法如图59所示。

4、如何简易制作搭扣或连接点？

① 用手工钢锯（可以是Sawzall型或Portaband型）切取一段链环，使切取下来的链环两段相互平行；

② 按照所切割链环要插入的位置和直径钻两个孔；

③ 将链环插入孔中，并用塞焊方法从后面将链环固定住。

如果放置搭扣的构件后部没有可焊接处，可以将一小金属板焊接到构件上面。采用链环制作搭扣或连接点的方法如图60所示。

5、采用焊接方法制作中空的圆形或矩形管状工件时，为了达到外形美观、安全和耐用的要求，有时工件的末端需要密封，有哪两种常用的密封方法？

① 最简单的密封方法是在管状工件末端插入尺寸适当的塑料塞子，如图61(a)所示。这些塑料塞子有圆形、方形和长方形等形状。但插入塑料塞子有个缺点，大多数塑料塞子伯外观和尺寸只能应用于室内。如果工件长期暴露在室外大气中，塑料塞子会由于气候的影响而逐渐发生老化，进而失去保护边缘的能力。

 另一种密封方法是用钢板将管状工件末端覆盖住，并将钢板焊接固定，如图61(b)所示。这种方法虽然费时，但能有效地避免气候的不良影响。

6.2  框架的制作及固定件

1、如要在框架构件上放置物体，但框架要易于移动，如何制作这样的框架？

在框架构件上焊接长度较短的矩形管状材料，然后将物体安装到可以让管子滑进去的立体方形槽中，如图62所示。为了特殊需要，也可以采用圆管关材料和棒状材料来制作能旋转的支架。

2、如何将中空的圆柱体或铸件牢固地安装到金属板上，并使其容易拆卸？

① 将一个大直径螺栓的顶部焊接或用钎焊方法连接到金属板上，围绕螺栓的顶部焊接一圈焊缝。

② 由于螺栓和金属板的尺寸较大，有时需对它们进行预热。

③ 将中空圆柱体或铸件用螺栓固定，并用反弹垫圈和螺母将它们紧固住。

采用经过焊接的螺栓来坚固中空物体的示意如图63所示。螺栓上部有较粗大的螺纹，能在不需加工螺纹或不在底部金属板上钻孔的情况下将中空物体坚固住。
如果螺栓和金属板需要经过火焰预热，采用额定电流为130A的气体保护焊焊机或FCAW焊焊机，可以将直径在9～16mm之间的螺栓比较容易地焊接在厚度12mm的金属板上。
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3、有哪三种方法可以防止螺母从螺栓上脱落下来？
防止螺母脱落有以下三种方法。(原作者遗漏了用凿子在贴近螺母的螺杆部位对称敲击3处，以破坏局部螺纹的办法)
① 将螺母直接焊接在螺纹上。
② 在螺纹的末端焊上“塞焊”。
③ 在螺杆的末端锯出切口，然后采用火焰加热螺杆末端并将端部加工成蘑菇状，以便防止螺母脱落。
防止螺母脱落的三种方法的示意如图64所示。

4、很多管子的管壁太薄，以至于很难加工螺纹，如何在这样的管子上加工螺纹？

将一个带有螺纹的芯棒放置到管子末端的内部，并用一个或多个塞焊焊缝将芯棒固定住，如图65所示。这种加工方法普遍用于汽车悬挂件和飞机控制棒的制作中。
5、不采用焊接方法，如何在钢板内设置系钢丝绳的抓手？

首先在钢板上刻出“抓手”的形状，如图66所示。从海底打捞俄罗斯Kursk号沉船时是采用了类似的系钢丝绳的“抓手”，即采用等离子弧割炬割穿船体制作成“抓手”，将26根钢丝索分成两排系在船体上，使沉船容易被提升起来。

七、焊接装配与支架

7.1  焊接装配

1、如果用铁链代替钢丝绳，在不采用焊接方法的情况下，如何在甲板或舱壁上固定铁链？

在船运工作中，在甲板上固定货物是一个普遍的现象。采用火焰切割法在甲板上割出一个十字形状的孔，为在甲板上固定铁链提供了一种安全、便利的方法。可在铁链下面焊接一块薄铁板，以防止水、火花和烟尘进入甲板下面，如图67所示。

2、采用焊接构件，有哪几种制作轴承支撑架的设计方案？

采用焊接方法制作轴承支撑架的设计方案如图68所示。

3、有哪几种采用焊接构件制作机器底座的方法？

采用焊接构件制作机器底座的几种方法如图69所示。

4、要求机身与机器底座连为一体时，有哪几种设计方法？

常用的重型机器底座的设计方法如图70所示。
7.2  焊接支架及制作

1、有哪两种用焊接取代铸造而制作支架的设计方法？

采用焊接方法来制作高强度支架的两种设计方法如图71所示。特别是图c，很巧妙哦！

制作支架从使用铸件向使用3块、2块钢板的变化如图72所示。支架设计方法的改变不但使得支架制作成本低、质量轻，而且使制作支架所需要的时间缩短。

制作支架时，用焊接取代铸造的发展及优点如图73所示。

弯曲与焊接方法相结合更有易于支架的制作，这种支架的示意如图74所示。用于承担重载荷、内侧加装筋板的支架如图75所示。
采用焊接方法将矩形管状材料与直角支架焊接在一起，可以制作承爱很大载荷的支架，如图76所示。

2、滚轴在载荷的作用下发生弯曲（如图77所示），使轴线不重合，并使轴承内部发生严重磨损。不将滚轴放置在旋转轴承上，如何避免以上问题的发生？

解决上述问题的措施是设计一个用焊接方法制成的钢制轴承，该轴承在同样载荷下与轴弯曲的角度相同，便得轴承与轴承在同一中心线上，这种技术称为弹性匹配，如图77所示。

3、如要制作一种弯曲度小且易于拆装的横梁（如图78所示），一种方法是将工字钢的两端焊接到金属板上，并用螺栓将金属板固定在构件上。然而这种横梁是依赖于周围构件的刚性而起作用的，并且难以拆装，有没有更好的方法来制作横梁？ 
   有更好的方法来制作横梁。当横梁的中部和两端受到集中载荷时，横梁受到的弯矩（力）示意如图78（c）所示。如果在弯矩为零的两个部位将横梁连接起来，连接处只需承受垂直剪力。横梁两端底部的简易焊接底架，以及横梁中部的金属板能提供承受载荷所需要的刚性，并容易拆装，如图78(b)所示 。
4、采用焊接方法对角钢进行装配时，如图79(a)所示，立焊焊缝在一定大小的周期性载荷作用下易发生破坏。如何解决这样的装配问题？

在周期性载荷作用下，角钢容易发生扭曲，使得两条立焊焊缝变成相互作用的横向剪切焊缝。除了立向剪切载荷外，这两条立焊焊缝通过横梁的扩张也承受横向剪切载荷。如果用一条横焊焊缝代替这两条立焊焊缝，受到的横向剪切力将减小，如图79(b)所示。对于位于上部的角钢来说，焊缝越靠近角钢较厚的部位，作用在焊缝上的压力起小。这是因为上部角钢的金属减小了角钢的扩张量。

焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式
   1、短路过渡
    使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。 电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。
    短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图 。
    （1）当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。
      ①较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。
      ②在图中短弧区，焊接电流迅速提高。
      ③当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。
    （2）采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。
    （3）当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中.
    （4）随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。
    （5）从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。

   （6）电弧对焊丝和焊缝进行加热。

   （7）在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。
    （8）当电压降低到电弧电压以下时，短路过渡过程结束，焊丝接触到焊缝并熄灭.
    短路过渡工艺过程中的注意事项如下。
    ①焊丝熔滴只在短路过渡时才能熔入焊缝金属中，并且没有金属离子通过电弧。
    ②短路过渡的熔滴过渡周期为20～250次／s。
    ③在短路过渡过程中，电流产生的磁力场是主要影响因素，而重力不是主要因素，因此所有的焊接位置均可以采用。
    ④焊丝周围的电流磁力场在短路过渡过程中会引起电磁收缩效应，焊丝顶部熔化的金属熔滴在电磁收缩力的作用下转变成球形熔滴并附着在顶部，形成一个自由熔滴并进人焊接熔池。
    ⑤短路过渡适合于直径为1.2mm焊丝的焊接。
    ⑥厚板材料采用大直径焊丝，并且采用喷射过渡来提高金属熔敷效率。
    ⑦短路过渡对于母材的焊接热量输入较低，因此比较适合焊接薄板，焊接过程中不会产生烧穿现象，常用于焊接板厚小于5mm的碳钢和低合金钢。

 （9）下一个过程循环往复。

   2、球状体过渡
    前端熔化金属变大形成球状，继而发展为比表面张力还重的大粒熔滴，向母材侧落下过渡的形态叫球状体过渡。这种形式在CO2焊接的电流区更明显。因熔滴过渡时不是直落而下，所以焊缝略显不规则，飞溅也多。
    3、喷射过渡
    前端熔化金属在收缩效应作用下变成小粒熔滴，被高速吹向母材，这种突入熔池的过渡形态叫喷射过渡。在MIG 焊接的较大电流区较显著，熔深大，过渡稳定。
    收缩效应：有热收缩、电磁收缩两种，前者是为减少热损失，使弧柱直径变小，中心温度变高；后者是靠由弧柱电流构成的磁场产生相互吸引力，使弧柱变小。这种电弧现象叫收缩效应，其作用就是象捏碎饼似的将前端熔融金属的中间变细，并从前端部切离开。

1 范围   

本标准规定了钛锆钽哈氏合金容器（包括压力容器和常压容器）焊接的基本要求，适用于TA0、TA1、TA2、TA3、TA9、TA10、TA1-A、

Ti(R50400)、Ti(R50550)、Zr(R60702)、Ta(05200)、哈氏合金（N06200）、（N10276）等容器用钛锆钽哈氏合金的钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊等焊接方法焊接的钛锆钽哈氏合金制单层容器、衬钛锆钽哈氏合金容器和钛锆钽哈氏合金钢复合板制造的容器中的钛锆钽哈氏合金焊接工艺，衬钛锆钽哈氏合金容器及钛锆钽哈氏合金钢复合板容器中基层的焊接工艺按（GB150-1998、JB/T4709及ASME执行。本标准适用于钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。

2           焊接材料

2.1焊接材料包括焊丝（包含填充丝）、保护气体、电极等。所焊接材料应具有质量证明书及产品合格证。

2.2焊丝的选用

2.2.1焊丝的选用应使用再正常焊接工艺下的焊缝在焊后的状态和抗拉强度不低于母材退火药味状态的标准抗拉强度下限值，焊缝焊的状态的塑性禾耐蚀性能不低于退状态下的母材或与母材相当，焊接性能良好，能满足钛锆钽哈氏合金容器制造的使用要求。

2.2.2焊丝中的氮、氧、碳、氢、铁等杂质元素的标准含量上限值应大大低于母材中杂质元素的标准含量上限值。不允许从所焊母材上裁条充娄焊丝。钛应采用JB/T4745-200附录D中的焊丝用作钛容器用焊丝。钛杂质元素含量不高于JB/T4745-200附录D的其它标准的焊丝也可使用

表E.1母材推荐焊丝牌号

2.2.3一般情况下可按表E.1中的意见根据所焊母材牌号来选择相应的焊丝牌号，应首先先用国外压力容器规范允许使用且国外已有使用实例的焊接材料，其使用范围应符合焊接材料生产国相应规范和标准的规定，并由该焊接材料的质量说明书。但还是应当达到E.1.2.1的要求，并钛材应通过JB/T4745-2002附录B的焊接工艺评定和JB/T4745-2002附录C的力学性能检验。

2.2.4不同牌号的钛相焊时，推荐按耐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料，或按图样规定。锆钽哈氏合金材料按图样规定选择焊丝材料。

2.3焊接用氩气纯度不低于99.999%，露点不应高于-50℃，焊接锆时，露点不应高于-40℃，且符合GB/T4842的规定。当瓶装氩气的压力低于0.5Mpa时不宜使用。

2.4钨极氩弧焊时推荐采用铈钨电极。也可使用钍钨电极。电极直径应根据焊按电流大小选择，电极端部应为圆锥形。钍钨电极的允许电流值见表E.2；铈极电机的允许电流见表E.3。

表E.2钍极电极允许焊接电流

表E.3铈钨电极允许焊接电流

3.焊接工艺评定和焊工

容器受压元件焊缝及其定位焊缝、受压元件的焊补焊缝以及在容器受压元件上施焊的其它焊缝（如施焊支架、筋板、吊耳、腹板等）的钛材焊接工艺应通过JB/T4745-2002附录B的规定评定合格，施焊这些钛材焊缝的焊工应按附录A的规定考试合格。锆钽哈氏合金材焊接工艺应通过ASME第九章的规定评定合格，施焊这些焊缝的焊工应按ASME第九章的规定考试合格。

4.焊前准备

4.1 焊接坡口形式和尺寸应根据图样要求或根据工艺条件选用常用定型的形式和尺寸，也可自行设计。单层钛的定型坡口形式和尺寸列于表E.4。钛钢复合板的对接接头和交接接头定型坡口形式和尺寸分别列出表E.5和表E.6。在钢壳体内焊接的衬钛层的定型坡口形式和尺寸壳参照表E.5和表E.6中钛钢复合板的定型坡口形式和尺寸。选择坡口形式和尺寸时应考虑焊缝填充金属尽量少，避免产生缺陷，减少残余焊接变形与应力，有利于焊接防护，使焊工操作方便等因素，并根据接头形式、母材厚度、焊接位置、焊接方法、有无垫板及使用条件等确定；锆钽哈氏合金参照图样进行。

E.4 单层钛定型坡口形式和尺寸表

坡口型式	坡口示意图	板厚t mm	焊接层数	间隙B mm	坡口角度A	钝边C mm
对接Ⅰ型		0.5~1.5	1	0	-	-
		1~2	1	0~0.1t	-	-
			2(双面焊)	0~0.1t	-	-
对接V型		1.5~3	1	0~0.1t	60~90	0.5~1
		3~16	2或多层	0~0.1t	60~90	1~1.5
对接X型		12~38	多层	0~2	60~90	1~1.5
对接U型		12~38	多层	0~2 ( r=6~10)	15~30	1~1.5
坡口型式	坡口示意图	板厚t mm	焊接层数	间隙B mm	坡口角度A	钝边C mm
对 接H型		>19	多层	0~2 ( r=6~10)	15~30	1~1.5
对接T型		1~6	1~3	0~2	-	-
角接单边V型		4~12	2~4	0~2	45~60	＜２
角接K 型		>１０	2或多层	0~2	4０~５0	＜２
搭接		>０．５	１或多层	０～０．５	８０～１００	－
坡口型式	坡口示意图	板厚t mm	焊接层数	间隙B mm	坡口角度A	钝边C mm
角接		>２	多层	＜０．５	８０～１００	－
端接		>１	多层	＜０．５	９０～１８０	－

4.2 坡口加工应采用机械方法，如采用气割，等离子切割等或焰方法加工，应从变色部分机械加工掉2mm-3mm。加工后的坡口表面应平整、光滑、不得有裂纹、分层、夹杂、毛刺、飞边和氧化色。钛坡口表面应呈银白色金属光泽，锆坡口表面应呈银灰色金属光泽，钽坡口表面应呈浅灰色金属光泽。

  4.3 焊丝、坡口表面及其两侧200mm范围应进行表面清理。可根据表面污染程度选用脱脂、机械清理或化学清理法。

  4.4 清理干净的焊丝和焊件，不应用手触摸焊接部位，焊前严禁沾污，否则应重新进行清理，局部沾污处可局部重新清理。

  4.5 组对与定位焊

  4.5.1 焊接夹具应保证焊件装配准确，不得强行组对。

  4.5.2 焊件组对时的定位焊缝应有合适的长度和间距，可参见表E.7应力集中处应避免进行定位焊。

表E.7 定位焊间距和焊缝长度           mm

  4.5.3 选用的焊丝及采取的工艺措施应与焊接工艺要求相同。

4.5.4 定位焊缝补应有裂纹、气孔、夹渣等缺陷，否则应清除重焊。重焊应在附近区域进行。

4.5.5 将会熔入永久焊缝的定位焊缝应清除其表面的氧化层（ 钛只允许银白色和金黄色，锆只允许银白色，钽只允许浅灰色）等，并使焊缝两端平滑过渡以便于接弧，否则应予修整。

4.5.6 焊接纵缝时，应在焊接两端放置引弧板和引出板、或适当放大毛坯尺寸。引弧板和引出版采用与焊件相同牌号和厚度的材料。焊接环缝时应有电流递增和衰减装置或措施，避免产生弧坑，禁止接触引弧。

4.6 焊接设备与装置

4.6.1 焊接电源应与工艺评定时所用电源特性相一致。

 4.6.2 焊枪应符合相应技术要求。焊枪喷嘴内径应根据被焊材料厚度及接

头形式选择。

  4.6.3 保护拖罩的形状和尺寸应随焊缝形状、焊件厚度、冷却方式、焊接电流等因素而定。钛应能保护温度在400℃以上的焊缝和热影响区，锆与钽的保护温度应更加严格，一般应为300℃以上区域。

  4.6.4 钛可用铜板垫在焊缝背面，加强焊接区的冷却并隔绝空气。也可用吹送氩气的铜垫板保护焊接区的背面；其他背面保护应更加严格。焊角焊缝时可在焊缝背面放一根一侧钻有小孔的铜管吹氩保护背面。

  4.7 除非图样另有规定，它们的焊接一般不进行焊前预热。多层焊缝层间温度不应超过100℃。

5 焊接要求

  5.1 持证焊工应按图样、工艺文件和技术标准施焊。

  5.2 焊接环境

  5.2.1 焊接环境出现下列任一情况时，应采取有效防护措施，否则禁止时焊：

  a) 焊接环境不清洁，有灰尘、烟雾；

  b) 焊接环境风速大于或更于1.5m/s；

  c) 焊接环境相对湿度大于80%；  d) 下雨、下雪的室外作业；

  e) 焊件温度低于5℃；

5.2.2 钛锆钽哈氏合金的焊接宜在单独的钛锆钽哈氏合金铆焊车间内进行。如在钢铁作业的车间内进行，钛锆钽哈氏合金材的焊接区应与钢铁作业区隔离开，焊接时应远离通风口和敞开的门窗。场地应铺设橡胶等软垫。

  5.3 焊接工艺参数

 5.3.1 选择焊接工艺参数应保证足够的熔透深度，保证保护良好，避免产生缺陷，并尽量采用线能量小的焊接规范。

5.3.2 手工钨极氩弧焊工艺参数可参照表E.8。自动钨极氩弧焊（填焊丝）工艺参数可参照表E.9，无坡口对接接头熔化极氩弧焊工艺参数可参照表E.10，熔化极自动氩弧焊接工艺参数可参照表E.11，钨极脉冲氩弧焊接工艺参数可参 照表E.12。

表E.8 钛手工钨极氩弧焊工艺参数

表E.9钛自动钨极氩弧焊（填丝焊）工艺参数

表E.10 钛无坡口对接接头熔化极氩弧焊工艺参数

表E.11 钛熔化极自动氩弧焊工艺参数

5.7焊后热处理

5.7.1容器用钛焊后一般不进行焊后热处理。只有当焊件需进行成型而焊缝塑性又偏低时，或钛容器用于存在应力腐蚀开裂敏感性的介质等情况下，并且图样有要求时，才进行焊后热处理。

表Ｅ．１２　钛钨极脉冲氩弧焊工艺参数

5.4 应采用合理的焊接顺序、施焊方法或钢性固定，以减少焊接变形与压力。

  5.5 钨极氩弧焊接中如钨极碰到了焊缝金属应立即停焊，去除污染层，必要时须修磨钨极尖端后再焊。

  5.6 一条焊缝应尽量一次焊完，不得已中途停焊后重新焊接时，应重叠10mm-20mm。多层焊缝在进行下一道焊缝前，对前道焊缝要彻底清除表面污染、夹渣等缺陷。弧坑应填满，接弧处应熔合焊透。

6 焊缝返修

  6.1 对需要焊接返修的缺陷应当分析产生原应，提出改进措施，按标准进行焊接工艺评定，编制焊接返修工艺。

  6.2 焊缝同一部位返修次数不宜超过2次。

  6.3 返修前需将缺陷清除干净，必要时可采用表面渗透检测确认。

  6.4 待补焊部位应开出宽度均匀，表面平整，便于施焊的凹槽，且两端有一定坡度。

  6.5 返修焊缝性能和质量要求应与原焊缝相同。

7 焊接检验

7.1 焊前检验包括：

a)  母材、焊接材料；

b)  焊接设备、仪表、工艺装备；

c)  焊接坡口、接头装配及清理；

d)  焊工资格；

e)  焊接工艺文件。

  7.2 施焊过程中的检验包括：

a)  焊接规范参数；

b)  执行焊接工艺情况；

c)  执行技术标准情况；

d)  执行图样规定情况；

  E.6.3 焊后检验包括：

a)  实际施焊记录；

b)  焊缝外观及尺寸；

c)  产品焊接试板；

d)  无损检测；

e)  压力试验，致密性试验。

冷喷涂系统的优势及应该

1、         冷喷涂区别于其他喷涂方法最重要的特点是不熔化涂层材料，基于物理方法成型，与电弧喷涂、等离子喷涂、HVOF喷涂相比，冷喷涂层几乎没有氧化层、涂层致密。冷喷涂纯铜涂层的导电率可达铸造块材的90%，而火焰喷涂层和HVOF喷涂层的志电率小于铸态块材的50%；

2、         沉积率高（某些材料　可达95%以上）；

3、         氧化层含量低；

4、         涂层致密；

5、         可制备高热传导率、高导电率涂层（热导率、导电率可达相应块材的90%以上）；

6、         对基材热影响小；

7、         晶粒长大可免忽略（可维持纳米组织结构）；

8、         接近锻造组织（志传统涂层相比硬度高），喷涂过程不引起相和化学成分变化；

9、         可选择不同形状的喷嘴，喷束横截面积可达到20mm²-60mm²;

10、      喷涂距离极短（可小于10mm）；

11、      涂层厚度可达10mm以上；

12、      可收集和重复使用类粉末（粉末利用率高）

应用

特殊零件瑕疵修补、汽车零件的缺陷修复；耐磨涂层（CrC-NiCr,WC-Co）

航空航天耐疲劳涂层；电子仪器表面导电涂层（铜）、磁致伸缩（magnestostrictive）涂层；电磁场（EMF）屏　蔽防护

　　65Mn钢作为常用机器零件钢，广泛应用于机械、交通等部门。在做传统焊接时，由于65Mn的含碳量过高，有着难以克服的局限性，如热影响区大，热脆形性严重，而难以满足需求，与传统焊接方法相比，激光焊接具有深宽比大、焊缝窄、焊缝结合强度高、热影响区小、焊接变形小及对周围组织无影响等特点而得到广泛应用[1]，目前，有关65Mn钢激光焊接的研究很少，本文对65Mn钢进行了CO2激光深熔焊的实验研究，重点分析了65Mn钢激光焊接后焊缝及热影响区的组织和硬度变化，为将来65Mn钢激光焊接的应用提供理论指导。

　　1 实验材料及试验方法

　　1.1 实验材料

　　取退火状态下的65Mn钢棒料，其成分如表1所示。

　　1.2 试验方法

表1 基材的化学成分(质量百分比%)

　　试样采用钼丝线切割成厚度为1mm，半径为12.5mm半圆柱状，使用前用400金相砂纸打磨表面，再用丙酮清洗备用。激光焊接试验采用TJ—HL—T5000型5kW CO2激光器，，光斑尺寸为3mm，焦距320mm, 焊缝长度为25mm，采用Ar气作为保护气体。用GX51型奥林巴斯金相显微镜进行显微组织观察和拍照，用D/Max-2200型全自动X射线衍射仪进行物相分析，用HV-1000显微硬度计进行显微硬度测试，载荷砝码200g，加载时间20s。对25个焊接试样进行焊后观察，找出焊缝成形好，接头狭窄，变形小，焊接焊缝笔直、光滑、均匀连续的三个最好试样进行分析，工艺如表2。

表2 激光焊接工艺参数

　　2 实验结果分析

图1为焊缝中心→近中心区→边缘区的组织分布，由图1(a)可以看出，焊缝中心主要为等轴晶分布，近中心区为胞状晶与树枝晶的混合组织。由图1(b)可知，在靠近热影响区的边缘区为少量的胞状晶。

　　在进行激光焊接时，激光束与基材作用时间短，当光束移开后，熔池金属迅速冷却，然后快速凝固。在靠近熔池边缘，由于与母材接触，液态金属的结晶速度比熔池中心大，这样使焊缝金属生成胞状晶。在近中心区，由于温度梯度没有边缘区高，成份过冷度大，导致该区焊缝金属多数按树枝晶长大。而在焊缝中心区域，熔池金属温度梯度很小，熔池中未熔化的悬浮质点为非自发形核的现成凝固表面，这些晶粒不受其他散热条件的影响，可以自由生长，促使焊缝形成等轴晶[2-5]。

　　2.2热影响区金相组织

　图2为焊接热影响区组织，由图2(a)可见：焊接的热影响区粗晶区主要是由针状马氏体组成，这是由于在靠近熔合线附近，温度在1350 ºC，奥氏体晶粒明显长大，快速冷却后转变成了粗大的高碳针状马氏体。

　　由图2(b)可见，相变重合区主要是由较为细小的针状马氏体组成，这是因为，在这个区域，焊接时的温度在950 ºC，奥氏体晶粒来不及长大，冷却速度没有熔合线附近快，冷却后转变成为细小的针状马氏体+铁素体+下贝氏体组织。

　　在相变不完全重合区，由于峰值温度在800 ºC，而且Ac1以上时间短，只有部分组织奥氏体化，冷却后转变为细小针状马氏体+铁素体+上贝氏体+下贝氏体组织，如图2(c)所示。

2.3 ΧRD衍射分析

　　图3为3号试样的XRD衍射图谱。由衍射结果可以看出，焊接接头相组成除了基体相α—Fe外，还有Fe3C、FeSi等相。由于α—Fe的硬度较低，而Fe3C和FeSi的硬度比较高，这些相的存在，可以保证焊接区有良好的强韧性配合。

　三种焊接工艺的焊缝接头的硬度分布曲线从图4可以看出其硬度分布曲线的走向成三个明显的区域：一是中间突起的平台区域，这是焊缝区域，平均硬度为HV710，其硬度值要明显高于其他区域;二是从平台区域往两边各有一个斜率较大的坡度，说明硬度值在这个区域有一个明显的锐减，这部分是焊接热影响区，从上面的组织分析可以看出这部分还是有马氏体和贝氏体存在.所以硬度值还是比较高的;第三区又是一个硬度平台，这是基材组织，平均硬度为HV230左右。

　　3 小结

　　(1) 65Mn钢经激光焊接后，焊接区的组织发生了较大的变化，焊缝区组织依次为细小等轴晶→枝状晶→胞状晶。热影响区粗晶区为粗大的针状马氏体，相变重合区为细小针状马氏体+铁素体+下贝氏体，不完全相变重合区为针状马氏体+铁素体+上贝氏体+下贝氏体组织。

　　(2)焊接接头的基体相为α—Fe，其上分布有结晶析出的Fe3C、FeSi等相。

　　(3)焊接接头的硬度分布规律为：焊缝区域平均硬度最大，平均为HV710，在焊缝与热影响结合区达到最高值为HV770，从热影响区到基材硬度明显下降。

　　参考文献

　　[1] 刘其斌. 激光加工技术及其应用[M].北京：冶金工业出版社 2007.

　　[2] 崔忠圻.金属学与热处理.北京：机械工业出版社 2000.

　　[3] 张永康. 激光加工技术[M].北京：化学工业出版社 2004.

　　[4] 王红英，李志军 AZ61镁合金激光焊接接头的组织与性能[J] 中国有色金属学报，2006，16(8)：1388-1392.

　　[5] 李亚江. 焊接组织性能与质量控制[M].北京：化学工业出版社 2004.

(来源：现代模具 作者　贵州大学蔡家关校区材料学院刘其斌 李宾 白丽锋

　　　　　　　　　　60o　
　　　　 　　　　　　

　　　　　　　　　　　　钝边p=0.5mm
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1
3 TIG焊工艺
3.1 焊接参数
采用φ2.5 mm的Wce-20钨极，钨极伸出长度4~6 mm，不预热，喷嘴直径12 mm，其它参数见表1。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　表1 TIG焊工艺参数
　　　　　　　　　 　　
3．2 操作方法
（1）管子对接水平固定焊缝是全位置焊接。因此焊接难度较大，为防止仰焊内部焊缝内凹，打底层我们采用仰焊部位（六点两侧各60°）内填丝，立、平焊部位外填丝法进行施焊。
（2）引弧前应先在管内充氩气将管内空气置换干净后再进行焊接，焊接过程中焊丝不能与钨极接触或直接深入电弧的弧柱区，否则造成焊缝夹钨和破坏电弧稳定，焊丝端部不得抽离保护区，以避免氧化，影响质量。
（3）由过6点5mm处起焊，无论什么位置的焊接，钨极都要垂直于管子的轴心，这样能更好地控制熔池的大小，而且可使喷嘴均匀地保护熔池不被氧化。
（4）焊接时钨极端部离焊件距离2 mm左右，焊丝要顺着坡口沿着管子的切点送到熔池的前端，利用熔池的高温将焊丝熔化。电弧引燃后，在坡口一端预热，待金属熔化后立即送第一滴焊丝熔化金属，然后电弧摆到坡口另一端，给送第二滴焊丝熔化金属，使二滴铁水连接形成焊缝的根基，然后电弧作横向摆动，两边稍作停留，焊丝均匀地、断续地送进熔池向前施焊。
（5）在填丝过程中切勿扰乱氩气气流，停弧时注意氩气保护熔池，防止焊缝氧化。焊后半圈时，电弧熔化前半圈仰焊部位，待出现熔孔时给送焊丝，前两滴可以多给点焊丝，避免接头内凹，过后按正常焊接。
（6）12点收尾处打磨成斜坡状，焊至斜坡时，暂停给丝，用电弧把斜坡处熔化成熔孔，最后收口。注意焊到后半圈剩一小半时应减小内部保护气体流量到3 L/min，以防止气压过大而使焊缝内凹。
3．3 常见缺陷的产生原因及预防
（1）未焊透：焊接电流小，根部间隙小，焊接速度过快、焊枪角度不正常等均易产生未焊透的缺陷。根部间隙一定不能小于3.5 mm，合适的焊接电流和正确调整焊枪角度就可避免产生未焊透。
（2）氧化严重：打底焊时，管内充压装置未能起到良好的保护作用，焊缝背面将氧化；焊接过程中对熔池及焊丝端头保护不良，或焊丝表面有氧化杂质也将会氧化严重。充氧装置尽可能与管子对严，不能留有间隙，管子的间隙用耐高温锡油纸贴上，避免焊缝氧化。
（3）夹渣、夹钨：焊接过程中，若焊丝端头在高温过程中脱离了氩气保护区，在空气中被氧化，当再次焊接时被氧化的焊丝端头未清理，又送入熔池中，在断口试验中判为夹渣；若钨极长度伸出量过大，焊枪动作不稳定，钨极与焊丝或钨极与熔池相碰后，又未终止焊接，从而造成夹钨。因管子是圆的，焊枪、送丝角度要随时变化，所以手法一定要稳、准，就能避免夹渣、夹钨的现象。
（4）内凹：装配间隙小，焊接过程中焊枪摆动幅度大，致使电弧热量不能集中于根部，产生了背面焊缝低于试件表面的内凹现象。电弧热量尽量集中于根部，仰焊部位多给点焊丝可避免内凹。
4 MAG焊工艺
4．1 焊接参数
　　喷嘴直径20 mm，喷嘴至试件距离6~8mm，层间温度≤150 ℃。焊缝厚度11 mm，其它工艺参数见表2。
表2 MAG焊工艺参数
　　　　　　　
4．2 操作方法
（1）焊前注意喷嘴，导电嘴是否清理干净，气体流量的大小是否合适，清理打底层表面，控制层间温度。
（2）因填充、盖面层用气体保护焊，焊丝伸出长度的长短对焊接过程的稳定性影响较大，焊丝伸出长度越长，焊丝电阻值增大，焊丝过热而成段熔化，结果焊接过程不稳定，金属飞溅严重，焊缝成形不良，对熔池的保护不好；焊丝伸出长度过短，则焊接电流增大，喷嘴与工件的距离缩短，焊接视线不清，焊道成形不良，同时若焊丝伸出长度过短，还会使喷嘴过热，造成飞溅物粘住或堵塞喷嘴，从而影响气体流量。
（3）焊接时，焊枪角度要跟管子轴线垂直，因为管子是圆的，所以焊枪角度要随时变化，这样才能保证焊缝质量，避免焊缝产生气孔、夹渣等现象。焊接时采用小月牙形摆动，两侧稍作停留稳弧，中间速度稍快，这样可以避免焊出的焊缝凸起、不平整；上、下接头都要越过中心线5~10 mm，后半圈填充、盖面仰焊接头时，可把前半圈引弧焊接位置磨一个缓坡，使后半圈接头时不致于产生缺陷；填充时，要注意坡口边缘不要被电弧擦伤，以备盖面层焊接。盖面时，应在坡口边缘稍作停顿，以保证熔池与坡口更好地熔合，焊接过程中，焊枪的摆动幅度和频率要相适应，以保证盖面层焊缝表面尺寸和边缘熔合整齐。
4．3 常见缺陷的产生原因及预防
（1）氧化：MAG线能量较大，层温较高，或焊丝表面有氧化杂质，都会导致氧化。焊前清理干净，控制层温和用较小的线能量都可避免氧化。
（2）夹渣：焊枪角度不正确，或两边停留时间不够，均容易产生夹渣。
4．4 混合气体
　　Ar+1%~2%O2适用于平焊及平角焊，而全位置焊缝成形很差，全部在坡口中间呈凸起状，特别是在仰焊位置更为严重，甚至使下一层无法进行焊接，但在保护气中加一定量的CO2后情况有所改善，经我们多次调整试验认为Ar中加入18%~25%的CO2较为合适，最后选用75%Ar+25% CO2，笔者认为CO2多点可以起到冷却作用，从而使焊缝不至于凸起，达到成形良好的效果。

5 焊后检验
　　首先进行外观检验，合格后进行无损检验及性能检验。
本工艺利用TIG焊电弧稳定，控制性好，质量优的特点进行底层焊接，再用MAG焊进行全位置填充及盖面层焊接，类似工艺已在某产品稳压器中应用，其效果良好，这一高质量及高效率相结合的工艺值得在大管对接中推广使用。
作者简介：吴明华，1965年生，高级技师。

  3. 焊工学徒：想要从事焊接工作者，应届毕业生，无经验均可。

      退伍军人优先。有意者联系电话：19991938705  齐先生

        激光切割机防冻的基本原理是使激光切割机中的冷却液达不到“冰点”。具体有几种方法我们来一一列举一下。

        方法一：激光切割机不工作以后不关闭水冷器。

        激光切割机不工作以后确保电源不会断掉的情况下（停电），不关闭水冷器。使冷却液一直处于循环流动状态，同时可以把常规温度调整到10℃左右。这样冷却液温度达不到冰点，所以不会损坏激光切割机。

        方法二：排空激光切割机内的冷却液

        通过激光切割机的排水口来排空设备各部件内的冷却液。并注入纯净气体，确保整个水循环冷却系统中没有冷却液。这样也可以保证激光切割机不会受到低温带来的伤害。

        方法三：更换激光切割机内的冷却液

        冬天马路上跑的汽车会更换冬季用的防冻液，设备中也可以加入车用防冻液。但是一定要选择大品牌的防冻液，不然防冻液中含有杂质，黏着在激光器等部件的管道内也会对设备造成伤害。防冻液不可以代替纯净水活离子水作为常年使用。在冬季过去之后一定要及时更换。

        上述几个方法对激光切割机在冬季能不能正常工作及设备安全有着很重要的作用。建议使用前两种方法。方法一省时省力，但如果遇到突发停电情况可能会对激光切割机造成损坏。方法二颇为费力且浪费资源。但是确实相对其他两种方法比较安全有效的。

        温馨提醒：

        第二年，在激光切割机开始作业前，启动机械设备，对整机进行检查，各种油料、冷却液有无缺失编制，要及时补齐更换，变质要查明原因。以更好的提高激光切割机的使用效率。

　   当工业机器人正以高歌猛进的姿态在电子车间火光四溅，传统的自动化设备似乎偏安一隅。对于现代化工厂而言，无论是机器人还是其他自动化设备，都成为重要的智能工具。在这场3C电子行业自动化大潮中，国产品牌的设备备受关注。

　　日前，由广东电子学会SMT专委会组织行业内专家和用户代表对联合创新公司研发的焊锡机机器人进行技术评估与鉴定，给予一致好评。

　　出席鉴定的专家包括：广东省电子学会SMT专委会资深专家委员、中兴通讯电子制造职业学院院长、国家级专家樊融融研究员；广东省电子学会SMT专委会副主任委员、工业和信息化部电子第五研究所(中国赛宝实验室)主任罗道军研究员；广东省电子学会SMT专委会主任委员、深圳航盛电子股份有限公司工程总监赵文军教授，以及广东省电子学会SMT专委会秘书长苏曼波高级工程师。

　　客户代表包括：莱尔德(中国)有限公司总经理何俊宏先生；广东省电子学会SMT专委会委员、新美亚电子(深圳)有限公司工程经理温进球先生；建溢集团高级工程师彭健先生。

　　鉴定会听取了联合创新董事长赵正健先生所做关于“焊锡机器人”的技术研发报告，并现场参观了焊锡机器人所做的演示。后经过认真讨论，鉴定会专家一直认为是这是一款优秀的智能化焊接设备，技术水平处于国内领先水平。

　　目前，该产品通过实际应用，获得众多国内外客户的认可。

　　联合创新焊锡机具备有以下创新特点：

　　1、拥有焊锡机的国家发明专利；

　　2、用一台机，安装两个独立的机械手，生产效率加倍；

　　3、具备CCD视觉定位功能；

　　4、留有与MES系统对接的接口；

　　5、能直接导入CAD文档；

　　6、能实现焊接后自动检测焊点缺陷。

        激光焊接可分为热传导焊和深熔焊， 前者的热量通过热传递向工件内部扩散， 只在焊缝表面产生熔化现象， 工件内部没有完全熔透， 基本不产生汽化现象， 多用于低速薄壁材料的焊接;后者不但完全熔透材料， 还使材料汽化， 形成大量等离子体， 由于热量较大， 熔池前端会出现匙孔现象。深熔焊能够彻底焊透工件， 且输入能量大、焊接速度快， 是目前使用最广泛的激光焊接模式。

        激光焊接的好处优点

        ① 采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比，且焊接速度比较快。

        ② 由于激光焊接不需真空环境， 因此通过透镜及光纤， 可以实现远程控制与自动化生产。

        ③ 激光具有较大的功率密度， 对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果，并能对不同性能材料施焊。

        ④ 可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑，且能精确定位，可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。

        激光焊接的缺点

        ① 激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵， 因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高，经济效益较差。

        ② 由于固体材料对激光的吸收率较低， 特别是在出现等离子体后(等离子体对激光具有吸收作用) ， 因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%) 。

        ③ 由于激光焊接的聚焦光斑较小，对工件接头的装备精度要求较高， 很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。

        激光焊接对人有害吗？

        焊接机发出的激光的不可见性和能量太高，非专业人员别去接触激光源，否则很危险。另外激光也属于电磁波，但是焊机用的激光波长都很大，所以没有紫外线之类短波长光波的辐射危害。

        焊接过程中会产生许多气体，但大多是惰性气体，没啥毒性，但也要看焊接材料的不同区别对待，最好做好防护措施，减少气体吸入。

        焊接机发出的激光几乎没有辐射危害，但是焊接过程中会有电离辐射和受激辐射，最好在焊接过程中远离焊接部位。这种被诱发的辐射这种不乏短波，而且对眼睛，身体影响不小，最好远离焊点。近距离作业要尽量做好防护措施如佩戴呼吸护具，穿辐射防护服，带眼罩。

        目前，市场上应用较多的激光器类型有三种：光纤、脉冲Nd:YAG和CO2激光源。这三种类型的焊机设备都获得了足够的发展空间，在大功率加工上都得到了重用。但是有些应用就不是这样了，如超薄材料。

        超薄材料的焊接，是个超精细的技术活，对激光器光束的要求较高：能量集中、焊接变形小和柔性，否则就会产生虚焊或烧穿的现象。而这些优点，光纤激光器都有。

        光纤激光器光束聚焦后的光斑最小可达10微米，这样出来的焊点非常小。而且由于它是一种连续波激光，因此满足了批量、连续焊接加工时所需要的高功率密度。在轻量化要求较高的航空航天领域，光纤激光焊接轻质材料薄板具有更大的优势，已成为航空界研究的焦点。随着相关项目、技术的成熟，光纤激光器在焊接的应用上会越来越广。

        光纤激光焊接薄板的冷却要求

        别看这种光纤激光器加工精细，其实它并不“矫情”，很好维护。只要正确操作和使用，它的寿命是很长的。其中，激光冷水机的选配是关键。首先，激光冷水机要有足够的制冷能力，然后要有稳定性。另外，水质也会对激光器造成影响（可选配离子过滤器解决。）

        特域S&A公司专注于激光设备的冷却已有17年。通过多年的技术创新，引进IPG光纤激光切割机、焊接机器人、冷凝器生产设备等先进设备，公司实现了自主的机械加工。从零件采购到出厂包装交货，层层把关，严格要求。正因如此，特域冷水机逐渐发展成为行业标准，特域公司也逐步向现代机械自动化迈进，与时代接轨，发展成为一家高技术、高效率、高品质现代化高新企业。去年，特域冷水机年出货量超过6万台，赢得上千家用户的认可！

        一、碳纤维复合材料在海底油气田建造中的应用

        碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。其制造工艺分为拉挤成型工艺和湿法缠绕工艺。拉挤成型法一般用在普通管材和连接管上。缠绕法一般用作储槽和压力容器的表面，也可用在各向异性的柔性管道之中，碳纤维复合材料可以特定的角度缠绕排列在铠装层之中。

        一个1500m水深的钻井平台，其钢制系缆的质量就达6500t左右，而碳纤维复合材料密度是普通钢材的1/4，若使用碳纤维复合材料取代部分钢材将显著减少钻井平台的载重负荷，一定程度上可以节省平台的建造成本。抽油杆在作业中要进行往复运动，由于管外海水压力与管内压力不平衡极易引起材料的疲劳断裂，而用碳纤维复合材料即可解决这一问题，由于海水环境耐腐蚀，碳纤维复合材料在海水中使用寿命比钢材要长，并且可以获得更深的使用深度。

        碳纤维复合材料的连续抽油杆是一种类似胶片的带状结构，柔韧性很好。20世纪90年代由美国生产并应用。它是以碳纤维为增强纤维，不饱和树脂为基体材料，高温下交联固化后通过拉挤成型工艺生产制得。2001——2003年我国在纯梁油田中使用碳纤维抽油杆和普通钢制抽油杆做了试点，使用碳纤维抽油杆能明显提高出油量，减少电机的载荷，相比之下更节能。而且碳纤维复合材料抽油杆比钢制抽油杆更耐疲劳，抗腐蚀性能更好，更适合应用在海底油田的开发中。

        二、碳纤维复合材料在海上风电方面的应用

        我国海岸线约1800km，岛屿6000多个，东南沿海及岛屿地区风力资源丰富且易于开发，海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、要求最高的领域，近年来我国有关部门一直大力促进海上风电能源的开发。风力发电叶片90%以上重量由复合材料组成，海上风力大，发电功率大，势必要求更大的叶片和更优良的比强度和耐久度。而碳纤维复合材料比强度和比刚度都很高，能够满足开发大型化、轻量化、高性能、低成本的发电叶片的要求，与玻璃纤维复合材料相比，碳纤维复合材料更适合应用于海洋领域。

        碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低，刚度大，模量是玻璃纤维制品的3——8倍；海洋环境下湿度大，气候多变，且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好，能较好地抵御恶劣的天气；改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤；降低风力机叶片的制造和运输成本；具有振动阻尼特性等。

        三、在船舶上的应用

        碳纤维复合材料具有良好的机械性能。用其制造船体，具有质轻低油耗的特性，而且建造工艺相对简单、周期短、成型方便，因此施工和维护费用远低于钢制船舶。同时由于碳纤维与树脂基体的界面能有效的阻止裂纹扩展，故材料具有良好的耐疲劳性能；此外，由于碳纤维表面的化学惰性，船体具有水生物难以附生，耐腐蚀的特性，这也是船舶建造选材非常重要的因素之一。因此，碳纤维复合材料在船舶制造方面，具有其独特的综合性能优势，目前在这一领域正在得到广泛的应用，同时，从应用领域拓展方面带动了碳纤维产业的发展。

        1、军事舰船

        碳纤维复合材料具有良好的声、磁、电性能：透波、透声性好，无磁性，因此可以用于提高军舰的隐身性能。在舰船的上层建筑中使用复合材料不仅可以减轻船体的重量，而且通过在夹层中嵌入有滤波功能的频率选择层，就可以在预定的频率下发射和接受电磁波，从而屏蔽敌方的雷达电磁波。

        碳纤维复合材料还可应用在舰船推进系统上，用作螺旋桨和推进轴系，减轻船体的振动效应和噪声，多用于侦察舰和快速巡航舰。在机械和装备上可用作方向舵，某些特殊的机械装置和管道系统等。此外，高强度的碳纤维绳索在海军军舰的缆绳和其他军用物品上也有较为广泛的应用。

        2、民用游艇

        大型游艇一般为私人所有，价格昂贵，要求质量轻，强度高，耐用性好。碳纤维复合材料可以应用于游艇的仪器表盘和天线，方向舵以及甲板、船舱、船舱壁等增强结构中。传统的复合材料游艇主要由玻璃钢制成，但是由于刚度不足，满足刚度设计要求后往往船体过重，而且玻璃纤维是致癌物质，国外逐步禁用。如今的复合材料游艇中碳纤维复合材料的使用比例大大增加，有的甚至全部采用碳纤维复合材料。

        四、在海洋能源开发上的应用

        1、海底油气田

        近年来，碳纤维复合材料在海洋油气开发领域的应用越来越广泛。海洋环境下的腐蚀，高压，水底暗流流动带来的强剪切作用对材料的耐腐蚀性，强度和疲劳性能提出了严格的要求。碳纤维复合材料在海洋油田开发中有着明显的质轻、耐久、抗蚀方面的优势。

        碳纤维复合材料可以用作油田钻井平台中的生产井管、抽油杆、储藏槽、海底输油管、甲板等部件。

        2、海上风电

        海上风电资源丰富，是未来发展的重要领域，也是风电技术最先进、要求最高的领域。碳纤维复合材料在海洋风力发电中具有显著的优势。碳纤维复合材料叶片质量低，刚度大，模量是玻璃纤维制品的3——8倍；海洋环境下湿度大，气候多变，且风机24h工作。叶片耐疲劳性较好，能较好的抵御恶劣的天气；改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率；利用碳纤维的导电性能，通过特殊的结构设计，可有效地避免雷击对叶片造成的损伤；降低风力机叶片的制造和运输成本；具有振动阻尼特性等。

        五、海洋工程上的应用

        碳纤维复合材料用于海洋工程建筑，主要利用其轻质高强耐腐的特性，以筋索材及结构件的形式，替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。国外已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。碳纤维复合材料因其轻质高强耐腐的特性被应用于海洋工程建筑，以筋索材及结构件的形式替代传统钢筋建材，解决海水侵蚀钢筋、运输路途遥远运输成本高的问题。

        关于碳纤维复合材料在海洋工程应用方面，还有一类是海底管道或管柱的修复和补强。碳纤维复合材料的修复主要是使用碳纤维布和环氧树脂等高强度高粘结性的树脂材料黏贴于修复表面，因此它薄而轻，高强，耐久性好，施工便利，适应不同的形状，具有显著的优势。

        国外已应用于海上岛礁建筑、码头、浮动平台、灯塔塔架等。碳纤维复合材料用作工程上修复始于20世纪80年代，日本三菱化学公司率先对碳纤维复合材料的力学性能和在工程加固方面的应用做了研究。最初的研究热点在于使用碳纤维复合材料对钢筋混凝土梁进行加固，后来发展到对各种土木工程的加固和补强上。

        碳纤维复合材料优异的性能使得它在海洋应用领域中有着广阔的应用前景，总体来说，相对于航空航天等领域的成熟应用，碳纤维在海洋领域中的应用相对起步较晚，同时，碳纤维的成本偏高也是制约其规模化应用的一个重要因素。随着海上军事的发展和海洋资源的开发，大力推进碳纤维在海洋领域的应用是发展的必然趋势，另一方面海洋领域对碳纤维复合材料需求的不断增大，也将从应用牵引方面促进碳纤维产业链的健康发展。

  工作行程：

  X轴 3100mm

  Y轴 2100mm

  Z轴 200mm

   联系电话19991938705   齐先生

冷喷涂作为一种新工艺，它是将塑性或包含塑性粉体粒子通过载气加速至200-1500 m/s撞击基体形成涂层的一种技术，载气通常为压缩氮气，氦气。冷喷涂粉体向基体沉积时温度远低于粉体的熔点，沉积过程几乎不发生氧化并保持其固态特性，同时不会发生相变，与其它喷涂工艺比较，涂层致密性高，与基体结合强度高，可沉积厚涂层，逐渐成为当前表面喷涂领域最有潜力的一项技术。在航空、航天、兵器、舰船、半导体器件以及增材制造备等领域备受关注。

二、冷喷涂优势

★冷喷涂区别于其他喷涂方法最重要特点是不熔化涂层材料，基于物理方法成

    型，于电弧喷涂、等离子喷涂、HVOF喷涂相比，冷喷涂涂层几乎没有氧化物、

    涂层致密。冷喷涂纯铜涂层的导电率可达铸造块材的90%，而火焰喷涂层和 

    HVOF喷涂层的导电率小于铸造块材的50%；

★沉积效率高（某些材料可达95%以上）；

★氧化物含量低；

★涂层致密；

★可制备高热传导率、高导电率涂层（导热率、导电率可达相应块材的90%以上）；

★对基材热影响小；

★晶粒长大可忽略（可维持纳米组织结构）；

★接近锻造组织（与传统涂层相比硬度高），喷涂过程不引起相和化学成分变化；

★可选择不同规格的喷嘴；

★涂层厚度可达10mm以上；