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电弧焊焊条在其级别符号后加缀H15、H10或H15以表示其为符合测氢要求的低氢焊条。测氢试验:4个试件测得的每100克熔敷金属的扩散氢平均含量符合下表要求。
含氢量等级 H15 H10 H5
行业标准:
结构钢焊条用J表示,第一、二位数字表示焊缝金属抗拉强度等级(单位
水银法 15cm3 10cm3 5cm3 甘油法 10cm3 5cm3 10Mpa)第三数字表示药皮类型和焊接电源种类。
牌号 xx0 xx1 xx2 xx3 xx4 xx5 xx6 xx7 xx8 xx9
AWS:
药皮类型 不属已规定的类型 氧化钛型 氧化钛钙型 钛铁矿型 氧化铁型 纤维素型 低氢钾型 低氢钠型 石墨型 盐基型 焊接电源种类 不规定 直流或交流 直流或交流 直流或交流 直流或交流 直流或交流 直流或交流 直流 直流或交流 直流 根据美国焊接学会设计的碳钢焊条的分类法,牌号由字母“E”与四个数字所组成。前头两个数字表示所熔敷的焊缝金属在焊后状态的最小抗拉强度,单位为1000磅/英寸(psi, 1psi=0.07公斤) 。第三位数字表示该焊条所能满意地用于焊接的位置:Exx1x表示所有位置,Exx2x只作平焊及横焊角焊缝。第四位数字表示药皮的类型及适用的电流特性,见表5。例如:E6011是一种焊缝金属的最小抗拉强度为60000磅/英寸 (前两位数)的焊条,可用于全位置焊接(第三位数),药皮的纤维素含量高,并含有钾,可用交流或直流反接焊接(第四位数)。
表5 美国焊接学会碳钢焊条分类法中第四位数所代表的药皮及适用的电流 第四位数 药 皮 电 流
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高纤维素,钠① 直流反接① 高氧化铁② 交流或直流②③ 1 高纤维素,钾 交流或直流反接 2 高氧化钛,钠 交流或直流正接 3 高氧化钛,钾 交流或直流④ 4 铁粉,氧化钛 交流或直流④ 5 低氢,钠 直流反接 6 低氢,钾 交流或直流反接 7 铁粉,氧化铁 交流或直流③ 8 铁粉,低氢 交流或直流反接 ① 当第三位数为1。 ② 当第三位数为2。 ③ 平焊时两种极性都行;直流正接用于角焊缝横焊。 ④ 两种极性都可。
0
焊条第四(或第五)位数字后的英文字母表示焊条的特殊用途。
选择焊条的原则:焊条的熔敷金属的机械性能与结构材料应匹配,如EH36与EH36 、EH36与ASTM514连接处选用的焊条为E7016,ASTM514与ASTM514的连接选用E11016G。重要构件使用低氢焊条。
低氢焊条的使用有严格规定:焊条使用前应烘烤,焊条暴露于空气中的时间有限制,超过限定时间应重新烘烤,重新烘烤允许次数等。如E7016焊条,拆包后应在120℃烤炉中烘至少四小时,然后装入保温箱,焊条在空气中最长的暴露时间为4小时;重新烘烤应在260-430℃的烤炉中烘至少2小时。对于E11016G焊条,拆包后应在370-430℃烤炉中烘至少一小时,然后装入保温箱,焊条在空气中最长的暴露时间1/2小时;重新烘烤应在370-430℃的烤炉中烘至少1小时,重新烘烤只允许一次。
高强度钢的焊接应严格控制焊条的使用。主要目的是防止氢裂(hydrogen
induced crack)。焊条药皮和大气中的水分与电弧接触时有原子状态的氢析出,容易溶解于熔化金属中,当急速凝固时若不能全部逸出,而残存在凝固焊缝金属中,随着焊缝金属温度的下降,所残存的氢向母材方向扩散,继而进入淬硬组织的热影响区,因受拘束应力的作用而产生裂纹,且氢容易使金属脆化。氢的脆化作用和氢的含量成比例增大,淬硬组织(如马氏体)越多和含碳量越高的钢材,扩散氢的作用越显著。
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2) 预热温度及层间温度
焊前预热主要是防止初层裂纹;控制层间温度主要是让氢和热应力有充分的时间扩散,减少线能量的输入,减少当前焊道对下层焊道的焊热作用。
以ASTM514的焊接为例子,根据AWS的规定厚度63.5mm以下的ASTM514钢板
预热温度及层间温度最低为107℃但不能高于205℃。预热范围:焊接部位周围至少75毫米宽 ;
对于普通板材,当环境温度小于5℃时,必须对材料预热到5℃以上。钢材的碳当量大于0.45%时,应进行预热及焊后处理。
3) 线能量
线能量=电压 x电流/焊接速度
线能量大,焊接效率高。但线能量过大,焊接区域急速加热,焊接部位的温
度偏高,相对冷却速度偏大,金属容易脆化,对于高强度钢易产生淬硬组织;线能量大,热影响区大,热影响区中的软化带显著加大,降低接头强度性能(调质钢在热影响区的外侧,因为焊接热的作用,加热到回火温度以上的区域,要产生强度下降的软化带,HT80钢约降低HV20-40,软化带的宽度约为1-3毫米,HT80焊接接头的硬度分布如图1;调质钢所生成的软化带其程度小时,对于接头的强度可以看作无影响;线能量大,焊条药皮燃烧速度快,不能有效地保护熔池。
线能量一般选用25KJ/cm左右,按规范线能量不能大于50 KJ/cm。电压为
21-24伏,电流140A左右,焊接速度每分钟约9厘米。据了解最优秀的焊工,焊接时电流可保持在90A左右。
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350
300
250
母材 HAZ 焊缝金属 HAZ 母材
20 10 0 10 20
至焊道中心的距离(毫米) 图1 焊接接头的硬度分布(HT80) 二、
施焊
(一) 焊前准备
应做好下列焊前准备工作:
1. 构件坡口加工、装配次序、定位精度及装配间隙等都应符合已经批准的焊接工艺的要求。应避免强制装配,以减少构件的内应力。如果装配时焊缝坡口过大,则必须用堆焊方法对坡口边缘进行堆焊再铲平磨光,加以修正。
2. 焊缝坡口区域上的铁锈、氧化皮、油脂和杂物等予以清除,并保持清洁和干净。
3. 对于涂有底漆的钢材,如在焊前不准备或无法清除,应证明其对焊缝的质量没有不良影响。
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4. 应避免在潮湿、多风或寒冷的露天处所进行焊接。如果无法避免时,则必须在焊接工作场所进行适当遮蔽或采取适当的防护措施。
5. 对下列情况之一者,就必须考虑采取适当预热和缓冷措施,以防止焊缝内产生过大的应力或不良的组织。 ① 焊接作业环境温度低于0℃; ② 钢材的碳当量大于0.41%时;
③ 结构刚性过大、构件厚度较厚或焊制短焊道时。
(二)施焊时必须注意几点问题
1. 焊缝的定位焊数量应尽量减少;定位焊必须具有足够长度(一般不少于30mm)和高度,以避免绷裂。在施焊时应了解定位所采取的焊条与焊缝施焊的焊条是否同一牌号或等级、定位焊是否有裂纹和其它缺陷;也就是说定位焊缝质量与施焊焊缝质量应相同,否则施焊前必须清除干净。 2. 通常,结构装配时,多是由中间部位向外装焊,对较长的焊缝应尽量从焊缝中间向两端施焊,以减少结构的变形和内应力。对于重要焊缝应按工艺规程顺序进行施焊,尽可能不要作不适当的中断。焊缝末端收口处,应填满弧坑,以防止产生弧坑裂纹。如果是埋弧自动焊,则应采用引弧板和熄弧板,以避免焊件中留有缺陷。
3. 对于多道焊的焊缝,在下一焊道焊接之前,应将前一焊道的熔敷金属表面和周围的熔渣清除。对有焊透要求的焊缝,在焊完第一面焊缝后应在背面清根,清根后应具有适当的坡口形状,进行封底焊。除确能保证完全焊透外,板厚大于5mm时应开单面或双面坡口,坡口角度一般在50~60°之间。由于结构原因,无法进行封底焊而须加设固定垫板时,此种接头的坡口型式和装配间隙应保证其在垫板上能完全焊透。
4. 换板的面积不得小于300mm×300mm,对于次要结构构件,允许为200mm×200mm。
5. 两平行对接焊缝的距离不得小于100mm,对接焊缝与角接焊缝的距离不得小于50mm。
6. 当新旧焊缝重合时,旧焊缝应刨开100mm。 7. 复板只能用于临时性修理。
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