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作者:赵岩,程显峰

出版社:地震出版社

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焊工职业教程

焊工职业教程试读:

前言

我国是世界上最早应用焊接技术的国家之一,焊接历史迄今已有5000多年,焊接技术从远古洪荒到2001年的人体组织成功焊接,焊接结构从北京奥运村“鸟巢”、“三峡水轮机”到芯片的微连接,焊接设备从1881年的碳弧焊机到1988年焊接机器人,无一不是和焊接操作技术相关。《焊工职业教程》就是为了满足高等职业院校焊接技术及自动化专业的学生技能训练和从事焊接岗位的焊工取证上岗培训、考核用的参考书。

本书面向焊工的岗位要求,按照工作过程共分三部分:第1部分由8个模块组成即金属切割模块、手工电弧焊模块、气保焊模块、埋弧焊模块、焊接检验模块、焊接设备维修模块、现代焊接设备模块、创新技能模块,每个模块下又编写若干个任务(共28个任务),每个任务编写了知识素质和能力目标;第2部分是理论习题及答案;第3部分是技能操作试题及考核标准。尤其是模块6介绍了BX3-300焊接设备的维修;模块7介绍了焊接机器人,激光焊接等现代焊接设备;模块8介绍了创新技能,便于学员自学和进一步学习。

本书由赵岩、程显峰、宋海江任主编。其中模块1由孙明盓、宋海江编写;模块2由李芳军、程显峰编写;模块3由刘长江、岳燕星编写;模块4由王建国、宋海江编写;模块5(1)由刘玉范、王吉林编写;模块5(2)由丁长利编写;模块6由杨淼森编写;模块7、模块8(1)、模块8(2)由赵岩、王吉林编写;第2部分理论习题及答案、第3部分技能操作试题及考核标准由程显峰、吴丽梅、孙春华编写。赵岩对书稿进行了统一整理。全书由哈尔滨技师学院王吉林主审。

本书在编写过程中,参考了部分同类教材、教学参考书及工具书,在此向有关编著者致谢。

由于编者知识水平有限,本书难免会有疏漏和欠妥之处,敬请读者批评指正。

编者2012年9月于哈尔滨第1部分基本理论与技能模块1金属切割

切割是现代工业生产中的一项重要的加工方法,它被广泛应用于各种材料(金属材料和非金属材料)的切割加工。

在产品制造加工中,要将金属材料中的各种型材,根据零件或部件的加工需要,分别切割成符合尺寸,利于再加工的毛坯、半成品、成品等。剪床对于薄板、中厚板等的剪切有很高的效率和准确性,但对于卷材、棒材、角钢、槽钢不利于剪切或不能剪切。

锯床只能加工锯割棒材、角钢、槽钢等,对于板材则无能为力。在气体火焰切割技术应用到工程领域中后,对制造业无疑带来很大的生产力,推动了生产的飞跃发展。特别是对板材加工较多的造船业、锅炉及压力容器等领域,应用极为广泛,至今也没有其他工艺技术能代替的一种生产手段。

氧气切割具有生产效率高、成本低、设备简单等优点,它适于切割厚工件,以实现任意位置、任意形状的切割工作。气割被广泛应用于碳钢板下料、铸钢切割、钢材表面清理、焊接坡口加工、混凝土切割、水下钢板切割等。

氧气火焰切割也具有一定的局限性,只能切割含碳量小于0.7%的碳素钢以及大部分的低合金钢。对于碳钢及含有淬硬元素的中合金钢和高合金钢切割困难。对于含有较高铬、镍的不锈钢,铸铁和铜、铝等有色金属及其合金,它们均属于不能采用氧气气割的金属材料。

近年来,切割技术的开发和应用已经取得了很大的发展,切割技术已经从传统的气体火焰切割发展到包括等离子弧切割、激光切割、高压水射流切割等在内的多种现代化切割技术,特别是等离子弧切割技术在生产中的应用,使得气体火焰不能解决的生产难题已迎刃而解,对金属、非金属材料切割的工艺方法及原理与一般氧气火焰切割原理有本质上的不同。

等离子弧可以切割绝大多数的金属、非金属(如不锈钢、铸铁、铜、铝及其合金、耐火砖、混凝土)。而且切割厚度不大的金属时,切割速度快,生产效率高,切口狭窄,切面光洁整齐,质量好,通常直接用于焊接,适合加工各种成形零件。

等离子弧也存在一些缺点,切割厚板能力不及气割,切口宽度和切割面斜角较大。

切割过程中产生的弧光辐射、烟尘、噪声等对于操作者的健康有一定的影响。切割使用的空载电压高,在割枪绝缘不好的情况下容易造成触电事故。相对于氧——乙炔切割,等离子弧切割设备比较贵,在生产现实中灵活性不好,但两种切割工艺相辅相成,相得益彰。

碳弧气刨与切割是电压与压缩空气切割的一种特殊形式,它可以将金属切割成符合要求的形状。在生产中主要刨削各种坡口,清焊根及清除焊接缺陷等。是焊接结构生产中广泛应用的一种去除金属加工方法。

碳弧气刨操作较为简单,操作者稍加培训即可从事操作,易于推广应用。相对风镐铲削工艺,碳弧气刨改善了劳动强度、劳动条件,生产效率比较高,适用于氧气切割或难于切割的金属,并且使用方法灵活、成本低。在无等离子设备时切割不锈钢、铜、铝等。

在刨削中碳弧有烟雾、粉尘,还有弧光等,对于操作者健康有一定的危害,工作中要注意防护。

通过对材料切割模块的实训,学生应领会切割操作的技能方法,是焊接专业的学生应初步掌握的基本技能。这将会对在焊接练习中的试板下料,坡口加工等都带来极大的方便,也是试板焊接练习及反复加工的过程,更是了解掌握多种技能,促进就业前培训等提高学生技能素质,增强就业能力的有效措施。本模块在基本保证知识连贯性的基础上,主要加强技能操作,突出针对性、实用性,为培养技能目标打好基础,以实现技能素质教育的目的。任务一 手工气割技能训练知识素质(1)熟悉气割设备、辅助工具及正确使用方法。(2)掌握中厚板的直线、曲线、圆的气割操作技术。能力目标(1)气割设备的安装及正确使用。(2)割炬与割嘴的选择。(3)火焰能率的调整。(4)合理选择气割工件顺序。(5)操作中的稳定性与气割速度的控制。本任务为8个学时一、手工气割原理

气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧后的预热火焰,将把要切割的金属加热到燃点,并在有一定压力的氧气射流中剧烈燃烧,生成的金属氧化物在熔化状态时被高压氧风吹走,从而达到对金属切割的目的。

气割的实质是燃烧、氧化、吹渣三个作用,见图1-1。

图1-1 气割基本原理

气割在生产中应用非常广泛,它适用于切薄厚工件的各种位置,任意形状的切割工作,具有设备简单,成本低,方便灵活,生产效率高等优点。

气割在用于钢板下料、铸钢件切割、焊接坡口加工、混凝土切割、水下钢板切割,一些线材、板材的局部加热、钢材表面清理等方面起着很重要的作用。二、气割的工艺参数

气割的工艺参数直接影响切割的效率,是保证切口质量的主要技术依据。气割的主要工艺参数有:切割氧压力、预热火焰能率、切割速度、割嘴与工件表面的距离、割嘴与工件的倾角等。(一)切割氧压力

切割氧的压力与工件厚度、割嘴的大小以及氧气纯度等有一定关系。切割件越厚,所需氧气压力越高,若提高切割速度和质量,可适当提高氧气压力,切割薄件时可降低氧气压力,但不论切割任何薄厚工件,切割压力氧都应适当为宜。氧压过高时,切割缝过宽,降低切割速度,浪费氧气,切口表面粗糙,并对切口有一定的冷却作用。若氧压过低时,切割过程中的氧化反应降低,切割产生的氧化反应熔渣吹不掉,割缝背面形成不易清除的熔渣粘在割口边缘,甚至产生割缝不透的情况。

氧气纯度对切割质量、切割速度、氧气消耗量影响很大。氧气纯度高,切割速度快,切缝质量好,氧气消耗少;氧气纯度低,燃烧氧化时间长,切割速度慢,切割缝质量下降,氧气消耗量增加。(二)预热火焰能率

预热火焰的作用是把金属件加热到在氧中燃烧的温度,并始终保持这一温度,同时还使钢材表面的氧化皮剥离和熔化,便于气割氧气流接触被切割金属。

气割时,预热火焰应采用中性焰或轻微氧化焰,不能采用碳化焰。碳化焰中的游离碳会使割缝表面增碳,会使割缝发生淬硬倾向及其他问题。在切割过程中应随时调整预热火焰,注意防止火焰性质发生变化。

预热火焰能率大小与割件厚度有关,割件越厚,火焰能率应越大。但切割时应视工件厚度调整适宜火焰,割厚钢板件时,由于切割速度较慢,为防止割缝上边缘熔化,应选用相对较弱的火焰能率,火焰能率过大,会使割缝上边缘产生连续球状钢粒,甚至熔化成圆角。同时割缝背面熔渣粘附在割口边缘不易清理,影响切割质量。在割薄钢板时,因气割速度快,可相对增大火焰能率,割嘴距离工件稍远些,并保持一定的倾斜角度。若此时火焰能率较小,工件得不到足够热量,会降低气割速度,还能使气割过程中断。(三)切割速度

切割速度主要由工件厚度、割嘴大小决定,工件越厚,切割速度越慢,割件越薄,割速越快。但不能过快,否则会产生很大的后拖量或割不透现象。气割速度是否适当,是由割缝的后拖量来判断的。后拖量是指在氧气切割过程中,在切割面上的氧气流的始点与终点的水平方向距离,见图1-2。

图1-2 后拖量示意图

在气割过程中,后拖量的现象是实际存在的,在气割厚钢板时更为明显。因此应选择合适的气割速度,将后拖量控制在合适范围内,以保证割缝质量和降低气体消耗量。(四)割嘴与工件表面的距离

割嘴与工件表面的距离根据预热火焰能率及工件厚度决定。通常,火焰的焰芯距工件表面应为3~5毫米,这样加热条件好而且渗碳的可能性也最小。如焰芯触及工件表面,不仅能引起割缝上边缘熔化,还能使割缝渗碳的可能性增加。

切割薄板时,因切割速度较快火焰可长些,割嘴距离可大些。

切割厚板时,相对速度较慢,预热火焰短些,割嘴离工件表面近些,这样可保证切割氧气流的吹力挺直有力,提高切割质量。(五)割嘴与工件的倾角

倾角的大小根据割件的厚度而定,见图1-3。割嘴与工件间倾角对气割速度和后拖量产生直接影响。如果选用不当,不但不能提高气割速度,还会增加氧气消耗量,甚至造成气割困难。

图1-3 割嘴的倾斜角度三、气割设备及工具

气割的设备包括:氧气瓶、乙炔瓶。使用的工具有割炬、减压器、专用橡胶管等,见图1-4。

图1-4 气割设备和工具示意图(一)氧气瓶

氧气瓶是储存和运输的高压容器,瓶内额定氧气压力为15MPa,我国生产的氧气瓶有33L、40L、44L几种规格,普遍采用的是40L容量的,见图1-5。氧气瓶由瓶体、瓶阀、瓶帽、瓶箍及防震橡胶圈组成。瓶体外表涂天蓝色,并用黑漆写出“氧气”字样。在瓶的上部用钢印标明瓶号、工作压力、试验压力、下次试验日期、容量、重量、制造厂家、制造年月、检验员钢印等。

图1-5 氧气瓶的结构示意图

1-瓶帽 2-瓶阀 3-瓶箍 4-防震圈 5-瓶体 6-标志(二)乙炔瓶

溶解乙炔瓶是用来储存和运输乙炔的压力容器。瓶体内部要比氧气瓶复杂,由于乙炔气不能以高压注入钢瓶内,只能利用乙炔能溶解于丙酮的特性,才能将乙炔压入钢瓶中。

乙炔瓶主要由瓶体、瓶阀、瓶帽、瓶座和瓶内多孔填料等组成,见图1-6。外表涂白色油漆,并用红色注明“乙炔”和“不可近火”的字样。

图1-6 乙炔瓶的构造

1-瓶口 2-瓶帽 3-瓶阀 4-石棉 5-瓶体 6-多孔填料 7-瓶座

乙炔瓶的工作压力为1.5MPa,水压试验压力规定为6MPa,乙炔瓶的制作生产必须符合国家质量监督检验检疫总局颁发的《气瓶安全技术监察规程》中的有关规定。

近年来,也普遍将石油天然气、丙烷、混合气等可燃气体用于生产上。(三)割炬

割炬是气割的主要工具,它的作用是氧气与乙炔按比例进行混合,形成热能和一定形状的预热火焰,并在预热火焰中心喷射切割氧气流进行切割。氧射流能把生成的氧化熔渣吹走形成割缝。割炬分为射吸式和等压式两种。其中以射吸式割炬的应用最为广泛,见图1-7。

图1-7 射吸式割炬的构造

1-割嘴 2-切割氧管 3-切割氧调节阀 4-氧气管接头 5-乙炔管接头 6-乙炔氧调节阀 7-手柄 8-预热氧调节阀 9-主体 10-氧气阀针 11-喷嘴 12-射吸管螺母 13-射吸管 14-混合管 15-乙炔阀针

割炬的工作原理是,先稍微开启预热氧调节阀,再开乙炔调节阀,并立即点火,然后加大预热氧气流量与乙炔流量混合后从割嘴混合气孔喷出,形成环形预热火焰,对工件进行预热。当起割处预热至燃点时,立即开启切割氧调节阀,使金属在氧气流中燃烧,并且氧气流将割缝中的熔渣吹掉,且不断向前移动割炬,在工件上形成割缝。(四)减压器

减压器是一种调节气体压力的装置,用来将瓶内高压气体降低到需要的工作压力,并且能使输出的气体压力保持稳定。

减压器按用途分为氧气减压器和乙炔减压器,按原理不同分为单极反作用式和双极混合式两类,按结构不同分为单极式和双极式两种。氧气减压器见图1-8,乙炔减压器见图1-9。

图1-8 氧气减压器外形图

图1-9 乙炔减压器外形图(五)专用连接胶管

胶管分为氧气胶管和乙炔胶管,两者不能相互代用。氧气胶管的工作压力为1.5MPa,乙炔胶管的工作压力为0.3MPa,氧气胶管为黑色,乙炔胶管为红色。胶管的长度一般以10~15m为宜。四、气割切割技能训练(一)操作要领

1.姿势

以右手握住割炬把手,以右手的拇指和食指控制预热氧的阀门,这种姿势便于操作阀门,如果发生回火时,有利于及时关闭预热氧气阀门。左手的食指与拇指控制住切割氧的调剂阀门,其余三指拖住射吸管,掌握方向,一般从右向左切割,见图1-10。

图1-10 抱切法姿势和气割时的手势

2.点火

点燃火焰时,应先稍做开启氧气调剂阀,再开乙炔调节阀,两种气体在割炬内混合后,从割嘴喷出,此时将割嘴靠近火源即可点燃。点燃时,拿火源的手不要对准割嘴,也不要将割嘴指向他人或可燃物,以防发生事故。刚开始点火时,可能出现连续的放炮声,原因是乙炔不纯,应放出不纯的乙炔,重新点火。

3.气割过程

气割时火焰焰心离开割件表面的距离为3~5mm,割嘴与割件的距离,在整个气割过程中保持均匀。手工气割时,可将割嘴沿气割方向后倾20~30度,以提高气割速度。一般切割300~500mm后需移动操作位置。此时应先关闭切割氧调节阀,将割炬火焰离开割件后再移动身体位置。

4.停割

气割要结束时,割嘴应向气割方向后倾一定角度,使钢板下部提前割开,并注意余料的下落位置,这样,可使收尾的割缝平整。气割结束后,应迅速关闭切割氧调节阀,并将割炬抬高,再关闭乙炔调节阀,最后关闭预热氧调节阀。(二)割前准备

1.工作场地、设备及工具检查

气割前要认真检查工作场地是否符合安全生产和气割工艺的要求,检查整个气割系统的设备和工具是否正常,检查乙炔瓶、回火防止器是否正常。

2.工件的准备及其放置

去除工件表面的污垢、油漆、氧化皮等。工件应垫平、垫高,距离地面一定高度,有利于熔渣吹除。工件下的地面应为非水泥地面,以防水泥爆溅伤人、烧毁地面,否则应在水泥地面上遮盖石棉板等。

3.确定气割工艺参数

根据工件的厚度正确选择气割工艺参数、割炬和割嘴规格,割炬和割嘴的选用参照表1-1。准备好后,开始点火并调整好火焰性质(中性焰)及火焰长度。然后试开切割氧调节阀,观察切割氧气流(风线)的形状。切割氧气流应是挺直而清晰的圆柱体,并要有适当的长度,这样才能使切口表面光滑干净、宽窄一致。如风线形状不规则,应关闭所有的阀门,用通针修理割嘴内表面,使之光洁。

表1-1 普通割炬的型号及主要技术数据五、注意事项(1)每个氧气减压器和乙炔减压器上只允许接一把焊炬或一把割炬。(2)必须分清氧气胶管和乙炔胶管,氧气胶管为黑色,乙炔胶管为红色。新胶管使用前应将管内杂质和灰尘吹尽,防止堵塞割嘴,影响气流流通。(3)氧气瓶集中存放的地方,10m之内不允许有明火,更不得有弧焊电缆从瓶下通过。(4)气割操作前应检查气路是否有漏气现象。检查割嘴有无堵塞现象,必要时用通针修理割嘴。(5)气割工必须穿戴固定的工作服、手套和护目镜。(6)气割过程中,发生回火时,应先关闭乙炔阀,再关闭氧气阀。因为氧气压力较高,回火到氧气管内的现象极少发生,绝大多数回火倒袭是向乙炔管方向蔓延。只有先关闭乙炔阀,切断可燃气源,再关闭氧气阀,回火才会很快熄灭。(7)工作时,氧气瓶、乙炔瓶间距应为3m以上。六、实训课程

学员按气割操作要求,仔细阅读图1-11,手工操作割出零件。

图1-11 练习切割工件图七、任务评价

实习实训成绩由技能实际操作、实习实训报告、实习实训中表现和技能理论测试考核四种成绩组成,指导教师综合这四方面成绩按优、良、中、及格、不及格五个等级评定。评定参见表1-2。

表1-2 学生成绩评定标准八、任务总结

通过气割实习实训培养学生能正确连接气割设备,并能熟练调节火焰能率,根据切割工件选择正确的气割参数,能对气割顺序合理安排。九、课后习题(1)怎样正确使用割炬?(2)气割时应注意哪些问题?(3)气割时产生后拖量的主要原因是什么?(4)在割件上有直线又有曲线,有边缘气割线还有内部气割线等情况,怎样确定气割顺序?十、辅导答疑任务二 空气等离子弧沿直线切割知识素质(1)熟悉等离子弧切割机的使用方法。(2)掌握中厚板的切割技术。能力目标(1)空气等离子弧切割机的操作。(2)半自动割、手工割操作。(3)正确选择切割参数。本任务为6学时一、等离子弧切割原理

等离子弧切割是一种常见的金属和非金属材料切割工艺方法,其原理与一般的氧—乙炔焰的切割原理有本质的不同。等离子弧切割主要是依靠高温、高速和高能量的等离子弧及其焰流来加热、熔化被切割材料,并借助内部或外部的高速气流或水流将熔化的被切割材料吹离基体,随着等离子弧割炬的移动而形成切缝。其弧柱的温度远远超过目前绝大部分金属及其氧化物的熔点,所以它可以切割的材料很多。二、等离子弧切割设备的组成

等离子弧切割设备主要包括电源、高频发生器、供气系统、冷却水(气)系统、控制系统、割炬等组成。三、任务实施(一)割前准备(1)试件材料Q235规格:1500mm×6000mm×10mm。(2)下料尺寸:150mm×300mm×10mm。(3)空气等离子弧切割机(LK—80/100/120/160)。(二)切割机的操作方法(1)查明切割机电源的输入与本设备相符。(2)接地电源线。(3)切割电源与切割工件的联接。(4)控制开关的检查。(三)等离子弧操作技术

采用转移型等离子弧切割时,由于工件接正极,是等离子弧存在不可缺少的一极,在操作过程中割炬与工件的距离不能过大,否则就会发生断弧现象,使切割中断。因此操作起来不像气体火焰切割那样自由。另外,等离子弧割炬体积较大,使切割时的可见性差,也增加等离子切割操作的难度。

进行手工等离子弧切割时,必须正确掌握好以下两个方面:(1)起切方法。气割前,应把切割工件表面的起切点清理干净,使切到点良好。切割时,先从割件边缘开始,待割件边缘切穿后再移动割炬。(2)机械切割时与之配套使用的小车,行走速度应与切割速度调整一致,其他与手工切割方法相同。四、任务评价

实习实训成绩由技能实际操作、实习实训报告、实习实训中表现和技能理论测试考核四种成绩组成,指导教师综合这四方面成绩按优、良、中、及格、不及格五个等级评定。评定参见表1-3。

表1-3 学生成绩评定标准五、任务总结

通过实习实训使学生能正确使用等离子弧切割设备的接线、切割机的操纵及相关工艺参数的选择,能正确掌握、运用机械半自动切割和手工切割。六、课后习题(1)等离子弧切割与其他切割方法相比有哪些特点?(2)提高等离子弧切割质量的途径有哪些?任务三 碳弧气刨与缺陷清除知识素质(1)熟悉碳弧气刨的工艺参数与设备的使用方法。(2)掌握碳弧气刨的操作技术。能力目标(1)碳弧气刨设备的正确操作。(2)碳弧气刨枪的使用方法。(3)选择碳弧气刨的工艺参数。本任务为8学时一、碳弧气刨的工作原理

碳弧气刨是利用碳棒与工件之间产生的电弧热使局部金属熔化,并用压缩空气将其熔化的金属从工件面吹掉,实现金属表面上刨削沟槽及切断金属等的加工方法。(一)碳弧气刨的设备与工具(1)供气系统。(2)气刨电源。(3)气刨枪。

1.侧面送风式碳弧气刨枪

侧面送风式碳弧气刨枪的特点是送风孔开在钳口附近的一侧,工作时压缩空气从这里喷出,气流恰好对准碳棒的后侧,将熔化的铁液吹走,从而达到刨槽或切割的目的。

2.圆周送风式碳弧气刨枪

圆周送风式碳弧气刨枪的特点是压缩空气沿碳棒四周喷流,及时又均匀冷却碳棒,并对电弧有一定的压缩作用,刨槽前端不堆积熔渣,以便于看清刨槽位置。(二)气刨枪的作用

碳弧气刨枪是主要操作工具,它同时要具有能完成夹持碳棒、传导电流、输送压缩空气等工作,而且要求碳弧气刨枪更换碳棒方便快捷、夹持牢固、导电良好、体积小、重量轻、安全、使用方便等性能。

钢板厚度与碳棒直径、刨削电流的关系,见表1-4。

表1-4 钢板厚度与碳棒直径、刨削电流的关系

不同的刨削电流所对应的压缩空气的压力,见表1-5。

表1-5 不同的刨削电流所对应的压缩空气的压力二、任务实施(一)气刨前准备

1.试件材料(1)平板对接单面焊双面成形焊后试板。(2)碳棒规格:Φ8mm× 355mm。

2.气刨操作过程(1)引弧。

先在焊接试板的焊缝上划好清除缺陷或刨槽的刨削线,然后夹好碳棒,调节伸出长度80~100mm,调节好压缩空气的出口压力,选送风,然后引弧,引弧的操作与焊条电弧焊的方法类似。(2)气刨刨槽与焊接缺陷清除的操作方法。

引弧以后,控制电弧长度为1~2mm,碳棒与工件之间的倾角根据刨削槽深要求而定,每次刨削槽深要求为1~2mm,按焊缝背面清根达到要求为止。当发现焊缝内部有缺陷时,要扩大刨削范围,直到缺陷清理干净,利于补焊修复。(二)气刨注意事项

气刨时应注意不但眼睛要看的准,手也要端的平稳,握住气刨枪不能抖动。若上下抖动,槽沟面会出现明显的凹凸不平,左右抖动时槽会宽窄不一致。在刨削移动过程中速度要保持平稳,不能忽快忽慢。三、任务评价

实习实训成绩由技能实际操作、实习实训报告、实习实训中表现和技能理论测试考核四种成绩组成,指导教师综合这四方面成绩按优、良、中、及格、不及格五个等级评定。评定参见表1-6。

表1-6 学生成绩评定标准四、任务总结

通过气刨技能练习,能使学生正确使用气刨电源,气刨枪的操作,对刨槽与焊接缺陷清除有明确理解。五、课后习题(1)碳弧气刨过程中,用什么刨削方法进行排渣?(2)操作中发现有夹碳、粘渣、铜斑等缺陷时怎么办?模块2手工电弧焊

焊条电弧焊是一种发展较早的电弧焊方法,目前仍然是应用最广泛的一种焊接方法。焊条电弧焊使用弧焊设备及焊工使用一些简单工具。安装方便,操作简单,便于现场维护、保养和维修;投资少,成本低。工艺灵活、适应性强。手工焊条电弧焊是一切焊接操作方法的基础,要求同学们一定要刻苦训练、认真掌握。

焊条电弧焊适用于碳素钢、合金钢、不锈钢、铸钢、铜及其合金、铝及其合金、镍及其合金的焊接;利用电缆可以延伸到较远距离的焊接;适用于不同位置、接头形式、焊件厚度、单件产品或批量产品以及复杂结构部位的焊接。对一些不规则的焊缝、短焊缝、仰焊缝、高空和狭窄位置的焊缝,不易实现机械化焊接的焊缝,焊条电弧焊显得工艺更灵活、适应性更强。对焊件的装配要求较低,易于分散应力和控制变形,由于焊条电弧焊过程由手工操作,焊接时焊工可根据焊接处的变化适时调整电弧位置和运条手势,修正焊接工艺参数,以保证跟踪焊缝和焊透。操作灵活,在空间任意位置的焊接,凡焊条能够达到的地方都能进行焊接。

焊条电弧焊的不利因素,对焊工要求高,焊条电弧焊焊接质量,除靠选用合适的焊条、焊接参数及焊接设备外,主要靠焊工的焊接操作技术和经验保证,在相同的工艺设备条件下,技术水平高、经验丰富的焊工能焊出外形美观、质量优良的焊缝,而技术水平低、没有经验的焊工焊出的焊缝却可能不合格。劳动条件差,焊条电弧焊主要焊工的手工操作的全过程,焊工不仅要完成引弧、运条、收弧等动作,而且要随时观察熔池,根据熔池的情况,不断调整焊条角度、摆动方式和幅度,以及电弧长度等。所以说整个焊接过程中,焊工都处在手脑并用、精神高度集中的状态,而且还要受到高温烘烤、光辐射。在有毒的烟尘及金属和合金氧氮化合物的蒸气环境下工作。焊工的劳动条件是比较差的,因此要加强劳动保护。生产效率低,焊材利用率不高,熔敷率低,难以实现机械化和自动化,故生产效率低。

本模块是焊接专业学生必须掌握的操作技能,更是从事一切焊接操作的基础。主要任务是使学生了解焊条电弧焊的特点、焊条电弧焊的使用范围及操作方法,并掌握焊接工艺参数的选用原则,了解焊条焊接设备的维护和保养知识及安全用电常识等能力培养,为今后从事焊接专业工作打下基础。任务一 板对接平焊单面焊双面成形的焊接操作技术知识素质(1)正确掌握板对接平焊单面焊双面成形的焊接操作技术。(2)熟练掌握起头、接头、填充焊和盖面焊的操作要领。能力目标(1)掌握正确的断弧焊法。(2)合理运用焊条角度。(3)运用正确的运条方法。本任务为8学时一、板对接平焊断弧焊法的基本特点

板对接平焊时,施焊过程中,由于熔渣的超前流动,影响焊工视线,熔孔不易观察,容易造成排渣不当,从而产生烧穿、焊瘤、未焊透和夹渣等缺陷,在焊接操作过程中应引起注意。

断弧焊法根据焊件组装间隙的大小可分为一点焊法和两点焊法。当采用窄间隙组装时,可采用一点焊法进行施焊,其特点是焊接速度快,灭弧和引弧频率高,背面焊缝成形良好。其缺点是,因根部间隙较小,操作不当容易在焊接接头处产生脱节、凹陷、夹渣和未熔合等缺陷。两点焊法适用于组装间隙较大的焊缝,其焊接速度及引弧和灭弧频率较一点焊法可以适当放慢,因此焊接熔池温度较易控制,施焊过程中,受熔渣超前流动影响小,焊接相对比较容易。两点焊法是断弧焊单面焊双面成形应用较多的操作方法。二、断弧焊法操作工艺(一)焊前准备

1.试板加工

根据焊工培训和考核项目的不同,选用钢板的厚度分别为4~6mm和10~14mm,试板规格为300mm×125mm或300mm×150mm,坡口角度为60°±2°,坡口加工形式及尺寸如图2-1所示。

图2-1 板状试样坡口加工形式示意图(a)考试板;(b)练习板

2.试板的清理

将加工好的试板用锉刀锉出合适的钝边后,再将坡口周围正反两面20mm范围内的油、锈、水等污物用砂纸、锉刀、铁刷子等工具清理干净,使试板呈现出金属光泽。

3.试板的组装与定位焊

试板组装时应预留一定的根部间隙,为减少焊接过程中热收缩作用的影响,终焊端的间隙应较始焊端大0.5mm。试板定位后的错边量不应超过0.5mm。为减少焊后残余变形,应在组装时预留一定的反变形量见图2-2,试板组装尺寸见表2-1。

表2-1 试板组装尺寸

试板组对时预留间隙和反变形角度方法如图2-2所示。

图2-2 试板组对方法示意图(a)预留空隙;(b)预留反变形角度

4.焊接电源和焊接材料的选择(1)焊接电源

交、直流电焊机均可。(2)焊接材料

①焊条选用E4303,直径3.2mm和5.4mm。

②焊条使用前应在100~150℃烘干,保温2小时。

5.焊接参数的选择

焊接参数的选择见表2-2。

表2-2 焊接参数的选择(二)焊接

焊前将试板置于合适的水平固定位置,间隙小的一端放在始焊端,检查地线是否牢固可靠,然后开始正式焊接。

1.引弧

焊条与定位焊点接触引弧,电弧引燃后应迅速拉长,并作轻轻摆动,先预热始焊部位,预热时间为2~3s,然后立即将电弧压向坡口间隙根部,此时焊条与焊件应呈60°~70°倾角,焊条与焊件之间的位置关系如图2-3所示。待听到击穿响声后,立即灭弧,使之形成第一个熔池座。

2.打底焊

当采用断弧焊法焊接时,在第一个熔池约有2/3的金属已呈凝固状态,1/3金属处于尚未凝固时,此时迅速在熔池2/3位置上沿左侧或右侧钝边处击穿引弧施焊,施焊时间为1~2s,这时由于焊接电弧的加热和电弧气体的吹力使原熔池边缘钝边被熔化一部分,形成一个看不到的熔孔,原来未凝固的1/3液态金属及熔渣,通过该熔孔在背面焊道处形成一个较小的熔池,然后立即灭弧。焊接时击穿焊点的位置如图2-4所示。灭弧的间断时间一般为1~1.5s,灭弧的时间间隔要保持前一个熔池金属始终处在尚未完全凝固状态为宜,这样左右击穿,周而复始,直到一根焊条焊完为止。

图2-3 焊条与焊件之间的位置关系

图2-4 击穿焊点位置示意图

1-第一个熔池 2-左侧熔池 3-右侧熔池

平焊时采用断弧焊法应注意下列要点:(1)焊接过程中,要准确地掌握好熔孔形成的尺寸,并使每一滴熔化金属都要准确地送到欲焊位置,在控制熔孔形成的尺寸过程中,电弧应将坡口两侧钝边熔化1.5~2mm。(2)当焊条熔化剩余60~80mm长时,由于电阻热作用,使焊条熔化速度加快,为保证熔孔尺寸,必须加快引弧、灭弧的频率,减少每次燃弧过程中的焊接时间。(3)随着焊接过程的进行,焊件逐步升温,熔池温度也逐步升高,保持原焊接频率易使熔池下坠,背面焊道增厚,因此应减少每次燃弧过程中的焊接时间,使每次向熔池送给的铁液量逐步减少。

3.收弧

当焊条长度只剩下40~50mm时,要准备做好收弧停焊的动作。收弧前电弧稍作拉长,以利于气体排出,然后迅速地在熔池中轻轻点焊两到三下,以减缓熔池凝固速度,防止正背面熔池产生冷缩孔。

4.接头

接头方法分两种:冷接法和热接法。(1)冷接法。

更换焊条时,将收弧处的焊渣清理干净,这时弧坑已经冷却,换上焊条后在原熔池前坡口内侧10~15mm处划擦引弧,电弧引燃后立即送向焊缝熔池内侧,并在熔池尾部抬高电弧进行预热,之后迅速压低电弧沿焊缝方向作横向摆动。当焊接电弧覆盖原熔池后及时调整焊条角度,并将焊接电弧压向背面焊道,使之击穿,电弧穿过熔孔形成换焊条后的第一个熔池。

冷接法的优点是:有充分的时间清理收弧处的熔渣,能清楚看到熔孔大小和背面焊缝成形状况,调整下一次焊接操作方法及动作。其缺点是:间隔时间长,要重新预热,增加接头难度。

冷接法焊条倾角变化如图2-5所示。

图2-5 冷接法焊条倾角变化示意图(2)热接法。

当熔池还处于红热状态时迅速更换焊条,立即接头焊接。热接法与冷接法运条方法基本相同,只是无须对接头部位进行预热,焊条倾角可不作调整。

热接法的优点是:无须对接头预热就能实现良好接头,接头平滑、外形美观。其缺点是:要求焊条引弧性能好,焊工操作熟练度要求高,才能顺利完成热接接头。

热接法焊条倾角如图2-6所示。

图2-6 热接法焊条倾角示意图

通过对以上操作技能的分析,在施焊过程中都必须要形成一个好的熔池座,然后以它为基础形成熔孔。其操作要领是:电弧要短、给送熔滴金属要少,形成焊道要薄,断弧频率要快。每次给送的熔滴金属要少,且每次给送金属不要呈球状、堆状,要呈片状送给,使焊道均匀。

5.填充焊

将第一层焊缝表面的焊渣、飞溅物等彻底清理干净,并适当调整焊接电流。填充层焊接引弧时要在距离始焊端10~15mm的地方,电弧引燃后要立即抬高电弧,并迅速拉向始焊端部,然后压低电弧开始焊接。填充层采用连弧焊接,锯齿形运条方法,运条中要在坡口两侧稍作停留,以保证坡口两侧熔合良好。

低碳钢中由于合金金属含量较少,焊接温度过高,易产生过热现象,从而使焊缝力学性能下降。因此焊接填充层时,应将上层焊道的温度控制在100℃以下,不需保持层间温度,但为获得上层焊道对下层焊道的回火效应,也不要将焊件温度降得太低,且每层金属的填充量应控制在2~3mm的厚度范围内,填充金属达到距离坡口表面0.5~1mm时即可完成填充层的焊接。

6.盖面焊

盖面层的质量关系到焊件外观质量是否合格,并且是焊件打底和填充层焊接时产生的焊接变形能否恢复到平整状态的关键。

盖面层的焊接电流要低于填充层10%~15%,这样可以减少盖面层的过热组织,提高焊缝的力学性能。盖面时焊条角度要与焊件表面垂直,焊条与焊件之间位置如图2-7所示。

图2-7 盖面层焊接时焊条与焊件位置关系示意图

盖面层采用连弧焊法焊接,焊条摆动要小,向前行走时随时注意观察坡口边缘,待充分熔合后,再向前运行。操作方法不当,焊缝易产生脱节、超高和熔池两侧熔合不好等现象。正确的接头操作方法是:熄弧后迅速更换焊条,在熔池前方15~20mm处划擦引弧,并抬高电弧迅速拉向熔池稍向后约5mm左右的地方,焊条与始焊方向成80°~85°的倾角,如图2-8所示。压低电弧,并做反复前推动作,一般为两下,以保证接头平滑过渡,熔池建立后,立即将焊条角度恢复到垂直位置均匀向前运行。

图2-8 盖面层接头时焊条与焊件位置关系示意图

注意事项:当焊件在打底和填充焊接后变形较大时,要等焊件温度降到室温后再进行盖面的焊接。如果焊接在盖面前变形较小时,焊件温度在100℃以下即可实施焊接。(三)焊后质量检验合格标准(1)试件表面不应有焊瘤、烧穿、接头不良、未焊满、气孔、夹渣及未熔合等缺陷。(2)焊缝咬边深度应≤0.5mm,两侧咬边总长不能超过焊缝长度的15%。(3)背面焊缝不应有未焊透,未焊透应不大于15%的板厚,且≤1.5mm,每处接头不良长度应不大于3mm,背面下塌应≤2mm。(4)焊缝缩沟及根部收缩,试件厚度≤6mm,深度应≤25%板厚,且≤1mm。试件厚度>6mm时,深度应≤20%的板厚,且≤2mm。见表2-3。

表2-3 焊缝外观尺寸及要求(单位:mm)(5)试件错边量≤10%的板厚,角变形量≤3°。三、任务评价

实习实训成绩由技能实际操作、实习实训报告、实习实训中表现和技能理论测试考核四种成绩组成,指导教师综合这四方面成绩,按优、良、中、及格、不及格五个等级评定。评定标准见表2-4,任务评分标准见表2-5。

表2-4 学生成绩评定标准

表2-5 任务评分标准(满分为40分)四、任务总结

通过本次课的学习与操作,同学们主要掌握板对接平焊单面焊双面成形的操作技术,掌握打底焊时应注意的焊接温度、焊接电流、焊条角度调整,确保焊缝质量。五、课后习题(1)板对接平焊的特点是什么?(2)板对接平焊运条方法有哪几种方法?(3)板对接平焊单面焊双面成形中的打底焊、填充焊和盖面焊的操作要领有哪些?

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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