焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析第22卷第9期2006年9月甘肃科技GansuScienceandTechnologyV o1.22Se.No.92006焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析谢庆生,王迎君(1.甘肃省锅炉压力容器检验研究中心,甘肃兰州730030;2.兰州石油化工机械厂,甘肃兰州730050)摘要:本文重点阐述焊接工艺各规范参数对焊接质量的影响,主要从焊缝形状尺寸与焊接工艺规范参数的关系,焊缝与熔池的关系延伸到焊接工艺各规范参数与焊接质量的关系进行了详细的分析,揭示了焊接质量的关键在于焊接热输入的控制.关键词:焊缝成形系数;焊接质量;焊接工艺规范参数;焊接热输入中图分类号:TH49锅炉压力容器是广泛应用于国民经济各部门和人们生活设施中的,具有爆炸危险的特种设备.它不但要承受压力,温度和强腐蚀性介质的作用,还要经受易燃,易爆,剧毒,放射性充装物的考验,工作条件非常苛刻.通常锅炉压力容器均为焊接结构,所以焊接质量的好坏,直接关系到产品质量和工程质量.本文通过分析焊接工艺各规范参数对焊接质量的影响,来探讨焊接工艺与焊接质量之间的关系. 1焊接工艺规范焊接工艺是承压设备焊接的规定性工艺文件,带有一定的强制性,其一般要求是:1)正确性:焊接工艺的正确性是指焊接工艺本身的各项要求,如坡口形式及尺寸,焊接方法选用, 焊材选择,焊接顺序,焊接工艺参数,预热温度,焊后消氢,焊后热处理,工艺装备,操作要点等,均应符合焊接的基本规则,符合工厂的生产实际.2)完整性:焊接工艺的完整性有两层含义,一是对某一产品而言,应包含受压元件之间的焊缝,与受压元件相焊的焊缝均应制定焊接工艺,否则就认为不完整.另一含义是对某一工艺卡而言,对某个节点所需的焊接工艺参数,施焊要点,工艺装备等均应列出.3)有效性:焊接工艺有效性,就是能够指导焊接施工,在施焊过程中得到贯彻.以上的焊接工艺的一般要求均建立在材料焊接工艺性的基础之上.焊接工艺性指一种金属可以在很简单的工艺条件下焊接而获得完好的焊接接头, 能够满足使用要求.这里的使用要求主要指焊接接头的强度,韧性等要求,也就是焊接质量的要求.影响材料焊接工艺性的主要参数有:焊接电流,焊接电压及焊接速度等,它们对焊接过程的稳定性, 稀释率,焊道形状和熔敷效率,焊缝化学成分及组织的稳定性有直接影响.如何提高产品的焊接质量?首先我们了解一下焊缝形状尺寸及其与焊缝质量的关系.2焊缝形状尺寸及其与焊缝质量的关系图1是对接接头和角接接头焊缝横截面的形状尺寸.F——母材金属在焊缝横截面中所占面积;F——填充金属在焊缝横截面中所占的面积.\./\>,m一图1对接接头焊缝最重要的尺寸是熔深H,它直接影响到接头的承载能力.另一重要尺寸是焊缝宽度B.焊缝成形系数B/H的大小会影响到熔池中的气体逸出的难易,熔池的结晶方向,焊缝中心偏析严重程度等.焊缝的成形系数小,表明焊缝深而窄,焊第9期谢庆生等:焊接工艺规范参数对焊接产品质量影响因素的分析85 缝结晶时,杂质或低熔点共晶物偏析于焊缝中心,易形成热裂纹.焊缝的成形系数过大,表明焊缝浅而宽,没有熔深,并且生产效率低.因此焊缝成形系数的大小要受焊缝产生裂纹和气孔的敏感性,即熔池合理冶金条件的制约.焊缝的另一个尺寸是余高a.余高可避免熔池金属凝固收缩时形成缺陷,也可增大焊缝截面提高承受静载荷能力.但是焊缝余高过大将引起应力集中或疲劳寿命的下降,因此要限制余高的尺寸.理想的角焊缝表面最好是凹形的,可在焊后除去余高,磨成凹形.焊缝的宽度,熔深和余高确定后,基本确定了焊缝横截面的轮廓,但还不能完全确定焊缝横截面的轮廓形状.焊缝的轮廓形状可由焊缝断面的粗晶腐蚀确定,也就决定了焊缝的横截面面积.焊缝的熔合比了决定母材金属在焊缝中的横截面面积与焊缝横截面面积之比.F7一丽m坡口和熔池形状改变时,熔合比都会发生变化.电弧焊接中碳钢,合金钢和有色金属时,可通过改变熔合比的大小来调整焊缝的化学成分,降低裂纹的敏感性和提高焊缝的机械性能.3焊缝与熔池的关系及焊缝形成母材金属和焊丝金属在电弧作用下被熔化而且混合在一起形成熔池,电弧正下方的熔池金属在电弧力的作用下克服重力和表面张力被排向熔池尾部,随着电弧前移,熔池尾部金属冷却并结晶形成焊缝.焊缝的形状决定于熔池的形状,熔池的形状又与接头的型式和空间位置,坡口和间隙的形状尺寸, 母材边缘,焊丝金属的熔化情况及熔滴的过渡方式(这与熔滴金属对熔池冲击力的大小有关)等有关. 接头的型式和空间位置不同,则重力对熔池的作用不同;焊接工艺方法和规范参数不同,则熔池的体积和熔池的长度等都不同.平焊位置时熔池处于最稳定的位置,容易得到成形良好的焊缝.当坡口和间隙,焊接规范参数等不适合时,除了可能产生裂纹和气孔等缺陷外,还可能产生焊缝成形方面的缺陷.为了得到成形及机械性能良好的焊缝,我们就要在焊接过程中选择合理的坡口,间隙及适合的焊接工艺规范参数.4焊接工艺规范参数对焊缝的影响4.1焊接电流焊接电流增大时(其他条件不变),焊缝的熔深和余高均增大,熔宽没多大变化(或略为增大).这是因为:1)电流增大后,工件上的电弧力和热输入均增大,热源位置下移,熔深增大.熔深与焊接电流近于成正比关系.2)电流增大后,焊丝熔化量近于成比例地增多,由于熔宽近于不变,所以余高增大.3)电流增大后,弧柱直径增大,但是电弧潜入工件的深度增大,电弧斑点移动范围受到限制,因而熔宽近于不变.焊缝成形系数则由于熔深增大而减少.熔合比亦有所增大.4)在其他条件不变的条件下,增加电流即增加了热输入量,从而使熔深增加.在焊缝中心晶粒因缓冷而形成粗大的柱状晶,降低了焊缝金属的塑性, 并因晶粒粗大导致焊缝金属的韧性降低,强度也随之降低,同时伴随着一些合金元素的烧损,飞溅大, 使得焊缝易出现焊接缺陷,例如烧穿,咬边.焊接电流过小,电弧不稳定,容易造成一些焊接缺陷,例如未焊透,未熔合,夹渣,且降低生产效率.4.2电弧电压电弧电压随弧长而异.电弧电压增大后,电弧功率加大,工件热输入有所增大;同时弧长拉长,分布半径增大,因此熔深略为减少而熔宽增大.余高减少,这是因为熔宽增大,焊丝熔化量却稍有减少所致.母材的熔合比亦有所增大.焊接电压对熔深,外表成型及母材稀释率的影响也很大.当其他条件不变时,增加焊接电压而热输入量增加,这增加母材的稀释率.但当电压过高时,焊接电流值不能保证,电弧失去稳定,溅渣量激增,同时会造成空气入侵,这时会形成夹渣等缺陷; 电压过低,焊丝存在粘连母材现象,且焊接过程变得很不稳定,易产生焊瘤.一般情况下应控制弧长不超过焊条直径.4.3焊接速度焊接速度提高时热输入量减少,使熔深,熔宽有所降低,余高也减少.焊速太快,会造成咬边,未熔合;焊速太慢,会造成漫溢.焊接速度的高低是焊接生产率高低的重要指标之一.从提高焊接生产率考虑,措施之一是提高焊速.要保证给定的焊缝尺寸,则在提高焊接速度时要相应地提高焊接电流和焊接电压,这三个量是相互联系的.86甘肃科技第22卷大功率电弧高速焊时,强大的电弧力把熔池金属猛烈地排到尾部,并在那里迅速凝固,熔池金属没有均匀分布在整个焊缝宽度上,形成咬边.这种现象限制了焊速的提高.采用双丝焊或多弧焊可进一步提高焊速,并可防止上述相象的产生.一般容器制造厂常用的碳钢,低合金高强钢, Cr—Mo钢均采用西4mm直径的焊丝,一般焊接电流在(45O～550)A之间.焊接电压控制在(3O～35) V之间,焊接速度应不小于18m/hr.当然,具体的规范应根据材料及焊接材料来定.4.4焊丝伸出长度焊丝伸出长度加大时,焊丝电阻热增大,焊丝熔化量增多,余高增大,熔深略有减少,熔合比也减少. 焊丝材质电阻率越高,越细,伸出长度越大时,这种影响越大.所以,可利用加大焊丝伸出长度来提高焊丝金属的熔敷效率.为了保证得到所需焊缝尺寸,在用细焊丝,尤其是不锈钢焊丝(电阻率高)焊接时,必须限制焊丝伸出长度的允许变化范围.4.5坡口尺寸和间隙焊对接接头时可根据板厚不留间隙,留间隙,开V型坡口或U型坡口.其他条件不变时,坡口或间隙的尺寸越大,余高越小,相当于焊缝位置下沉,此(上接第122页)6两种多管式重力掺混料仓掺混管的比较分析(1)结构比较分析.菲利浦多管式重力掺混料仓的掺混管采用多层支架支撑,其结构相对复杂,施工难度大.悬置于料仓中间的掺混管在料仓进料时非常容易受到物料的冲击,装置的运行数年后,出现掺混管断裂,支撑松动并脱落的现象,脱落的金属混合在PE颗粒料中对产品的质量产生较大的影响. 贴壁式重力掺混料仓掺混管完全克服了上述的缺陷,掺混管直接焊接在料仓筒壁上,无支撑件,其结构简单,,施工方便,在料仓进料时受PE物料的冲击力较小.贴壁掺混管沿料仓壁均匀间隔分布,底边直接和料仓壁焊接在一起,固定简单且牢固同时也增强了料仓壳体的强度.(2)料仓清洗比较分析.在生产进行牌号切换时需对料仓进行清洗,以避免不同牌号的物料交叉污染.菲利浦多管式重力掺混料仓内用于支撑掺混管的支撑件交错布置,容易积料,不易清洗干净,严重影响产品质量.贴壁式重力掺混料仓掺混管由于其结构简单特点,清洗方便,避免上述问题的产生. 时熔合比减少.因此,留间隙或开坡口可用来控制余高的大小和调整熔合比.留间隙和不留间隙开坡口相比,两者的散热条件有些不同,一般来说开坡口的结晶条件较为有利.5小结根据上述的介绍,影响焊缝成形的关键因素是焊接电流,焊接电压,焊接速度等,汇总到一起,其实就是焊接热输入的控制,即熔焊时,焊接电弧供给单位长度焊缝的热能量,用公式表示:q—IU/由上述焊接热输入公式可知,焊接电流大,焊接电压高或焊接速度慢,会导致焊缝成形变差,焊缝晶粒粗大,冲击韧性大大降低,随之强度也降低,严重影响了焊接接头的质量.我们应该通过调整热输入和预热温度改变焊缝成形系数和熔合比,以解决实际应用.总之,影响焊缝成形的因素很多,要获得良好的焊缝成形,要根据工件的材料和厚度,接头的型式和焊缝的空间位置,以及工作条件对接头性能和焊缝的尺寸要求等,选择适宜的焊接方法和焊接规范才行,否则就可能出现这样那样的缺陷.(3)使用寿命.贴壁式掺混管使用寿命长,使用寿命几乎和掺混料仓一致,因此日常避免维护;同时贴壁式掺混管安装简单,节省安装成本.而菲利浦多管式重力掺混料仓的掺混管由于其结构受到温度热应力的影响及物料的冲击容易产生断裂现象,影响其正常使用寿命,更换率较高.7结语重力式掺混料仓是一种优良的掺混设备,料仓内掺混管的孔型和孔的分布是重力式掺混料仓设计的关键技术所在.贴壁式掺混料仓掺混管较菲利浦多管式重力掺混料仓的掺混管具有明显的优势,在国外已被普遍采用,同时在我国也因其结构简单,安全可靠,制造成本低也得到广泛的推广和应用.因此,根据工程实际要求,采用贴壁式掺混管是目前重力式掺混料仓的首选内件.参考文献:[1]胡伟璇.重力掺混料仓均化原理及结构设计[J].石油化工设备技术2003.24(2),5～7[2]兰州石化全密度聚乙烯装置掺混管技术谈判资料2OO5.4.30。