焊接热效率、热循环、线能量、预热温度和层间温度

时间:2022-09-02 15:51:44 作者:KOK全站首页APP下载 来源:kok手机版app下载 1019

  焊接过程中,由电极(焊条、焊丝、钨极)与工件间产生强烈气体放电,形成电弧,温度可达6000℃,是比较理想的焊接热源。由热源所产生的热量并没有全部被利用,而有一部分热量损失于周围介质和飞溅中。被利用的热占发出热的百分比就是热效率。它是一个常数,主要取决于焊接方法、焊接工艺、极性、焊接速度以及焊接位置等。各种焊接方法的热效率见下表。

  在焊接热源作用下,焊件某点的温度是随着时间而不断变化的,这种随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。

  当热源靠近该点时,温度立即升高,直至达到最大值,热源离去,温度降低。整个过程可以用一条曲线表示,此曲线。距焊缝越近的各点温度越高,距焊缝越远的各点,温度越低。

  焊接热循环的主要参数是加热速度、加热所达到的最高温度、在组织转变温度以上停留的时间和冷却速度。

  加热到1100℃以上区域的宽度或在1100℃以上停留时间t△,即使停留时间不长,也会产生严重的晶粒粗大,焊缝性能变坏。t△越长,过热区域越宽,晶粒粗化越严重,金属塑性和韧性就越差。当钢材具有淬硬倾向时,冷却速度太快可能形成淬硬组织,极易出现焊接裂纹。从t8/5可反映出此情况,有时还常用650℃时的冷却速度υ650℃或800~300℃的冷却时间t8/3来衡量。应当注意的是熔合线℃时,该区域的冷却过程中约540℃左右时的瞬时冷却速度,或者800~500℃时的冷却时间tP8/5对焊接接头性能影响最大,因为此温度是相变最激烈的温度范围。

  影响焊接热循环的因素有:焊接规范、预热温度、层间温度、工件厚度、接头形式、材料本身的导热性。

  电弧焊时的焊接规范,如电流、电压和焊接速度等对焊接热循环有很大影响。电流I与电压U的乘积就是电弧功率。例如,一个220A、24V的电弧,其功率W=5280W,当其他条件不变时,电弧功率越大,加热范围越大。在同样大的电弧功率下,焊接速度不同,热循环过程也不同,焊接速度快,加热时间短,冷却得快;焊接速度慢,则相反。

  为了综合考虑焊接规范参数对热循环的影响,就引入“线能量q”这一概念。线能量是输入焊缝单位长度内的焊接热量。

  例如ф4mm焊条,I=180A,U=24V,υ=2.2mm/s时,线J/nn。线能量q与IU成正比,与υ成反比。不锈钢焊接一定要采用小电流快速焊,保持在最低值,可以提高接头的耐蚀性。

  线能量增大时,热影响区宽度增大,1100℃以上停留时间)增加,800~500℃的冷却时间延长,650℃时的冷却速度减慢。表4列出了线能量和预热温度对焊接热循环参数的影响。表5列出了三种焊接方法线能量q的比较。

  从表4可以看出,线s增加到16.5s,而650℃时的冷却速度从14℃/s下降到4.4℃/s。

  从表5可以看出,埋弧自动焊q最大,手工电弧焊q最小。生产中根据钢材成分、工件的技术要求,在保证焊缝成形良好的前提下,适当选择焊接方法,调节焊接规范,以合适的线能量焊接,可以获得优质的焊接接头。

  线能量过大会使焊接接头过热,晶粒粗大,对接头塑性和韧性不利。对于低温钢和强度等级较高的低合金钢,更应严格控制焊接线能量,才能保证焊接接头性能。经验表明,碳当量Ceq>0.4%的低合金钢,焊接线能量就应加以控制。

  预热的主要目的是为了降低焊缝和热影响区的冷却速度,减小淬硬倾向,防止冷裂纹。合理预热还可以改善焊接接头的塑性,减少焊后残余应力。从实践中得出的经验,下列焊件或环境下需要对焊件进行预热:

  预热温度应根据材质结构点而定。《钢结构施工及验收规范》中规定:焊件厚度δ>50mm的碳素结构钢,δ>36mm的低合金结构钢,施焊前应进行预热,焊后应进行后热,预热温度控制在100~150℃,预热区域为焊道两侧,每侧宽度应大于2δ且不小于100mm,δ为板厚。

  环境温度低于0℃时,预热、后热温度应根据工艺试验确定。结合某些工厂的生产实践,关于16Mn钢低温焊接预热温度的规范见表6。

  16Mn钢出现裂纹的可能性还与接头形式、结构刚性等因素密切相关,T形接头散热最快,淬硬倾向最大;对接接头散热最缓;十字接头介于两者之间。从刚度比较,十字接头刚性最大,故其裂纹倾向也最大;T形接头、搭接接头裂纹程度较轻,有时裂纹往往出现在头道焊缝和焊根上,因此焊接大刚性、大厚度焊件时,头道焊缝的焊接工艺很关键。同样在低温下焊接,气候越潮湿,则出现裂缝的倾向性就越大。

  多层多道焊对改善焊接性能有着特殊作用,它不仅由于焊接线能量小可以改善焊接接头的性能,而且由于后焊焊道对前一焊道及其热影响区进行再加热,使加热区组织和性能发生相变重结晶,形成细小的等轴晶,使塑性和韧性得到改善。

  层间温度是指多层多道焊时,当焊接后道焊缝时,前道焊缝的最低温度。对于要求预热焊接的钢材,层间温度一般应等于或略高于预热温度,若层间温度低于预热温度,应重新进行预热,控制层间温度也是为了降低冷却速度,并可促使扩散氢逸出焊接区,有利于防止产生裂纹。