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现代焊接技师培训(五十八)

358 铝及铝合金焊件焊前及焊后如何清理？

（1）焊前清理

铝及铝合金表面覆盖的氧化膜，不仅妨碍与液体金属熔合，还含有一定的结晶水（如Al2O3·H2O、Al2O3·2H2O等），也是形成气孔的原因之一。另外，在基本金属与焊丝的表面，有时还会粘附油类和其他污物，这些都应予以清除。

1）清除油污。当工件表面比较干净时，可用热水或蒸汽吹洗。若只有轻微油污，可用60~70℃的碱性混合液（1%NaOH+5%Na3PO4+3%Na2SiO3水溶液）或温度为60~70℃的3%~5%NaOH溶液清洗。如果油污严重或有油漆，则要用有机溶剂如三氯乙烯、丙酮、汽油、松香水等清洗。

2）清除氧化膜。可用机械方法或化学方法进行清理。

机械方法是采用机械切削、喷砂处理、细钢丝刷及锉刀手工清理等方法，将焊口两侧30~40mm范围内的氧化膜去除。当使用砂轮、砂纸或喷砂方法清理时，容易使残留砂粒进入焊缝，故在焊前还应清除残留在焊口上的砂粒。选用钢丝刷时，其钢丝直径应不大于0.1~0.15mm。否则，将会使划痕过深。

化学方法是用酸或碱溶液溶解金属表面的方法来去除氧化膜，常与除油工序同时进行。最常用的方法是，用5%~10%体积的NaOH溶液（约70℃）, 浸泡坡口两侧各100mm范围，30~60s后先用清水冲洗，然后在约15%的HNO3 水溶液（常温）中浸泡2min，用清水冲洗后，再用温水洗干净，最后进行干燥处理。

清除氧化膜后，通常是在2h之内焊接，否则会有新的氧化膜生成。交流氩弧焊时可在24h之内焊接。因为新生成的氧化膜极薄，交流氩弧焊可利用“阴极破碎”作用将其清除。

（2）焊后清理

在使用焊条或焊剂后，残留在接头表面的熔渣和焊剂、药皮中的氯离子、氟离子及钾、钠离子，有很强的腐蚀作用，所以焊后应尽快地清除掉。焊后清理常采用下列方法：

1）用60~80℃的热水刷洗。

2）先用60~80℃热水刷洗，后用60~80℃的稀铬酸（2%）溶液浸洗5~10min，最后用清水冲洗干净。

3）先用热水刷洗，后用5%硝酸和2%重铬酸溶液清洗，最后用清水冲洗干净。

4）先用10%稀硫酸刷洗或浸洗，然后用清水冲洗干净。

焊后表面清洗结束后，应检查是否清洗干净。具体办法是：用5%硝酸银溶液滴在检查面上，若出现白色沉淀（AgCl），说明尚未清洗干净，还应再次清洗，直到检查无沉淀生成时方为合格。

359 如何进行铝及铝合金的手工钨极氩弧焊？

（1）坡口准备。手工钨极氩弧焊的接头型式有对接、搭接、角接和T形接头等。最常见的是对接接头，其坡口形状和尺寸主要取决于工件厚度，一般有卷边、I形、V形和X形等。因U形坡口较窄，影响焊接操作过程正常进行，所以通常不采用。对接接头的坡口型式及尺寸见表125。进行双面焊时，通常要进行清根处理。

（2）焊接工艺要点。当焊件为厚度大于5mm、体积大的铸造件焊补，或者焊接工作环境温度低于-10℃，焊前应整体或局部（用氧乙炔焰或电弧）预热，预热温度一般为150~250℃。

铝及铝合金焊接一般采用交流电源，但应注意焊机消除直流分量装置工作的可靠性，以确保利用“阴极雾化”作用来减小氧化膜的危害。焊接时，钨极一般伸出喷嘴长度为3~5mm, 喷嘴与焊件的夹角75°~85°。

（3）焊接工艺参数的选择。由于工件尺寸、接头型式、合金类型的不同，所采用的焊接工艺参数也有一定的差异。表126列出的手工氩弧焊工艺参数，供参考。

2011
06/01
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激光–电弧复合加工焊接技术的优点

激光—电弧复复合加工时，激光产生的等离子体有利于电弧的稳定；复合加工可提高加工效率；可提高焊接性差的材料诸如铝合金、双相钢等的焊接性；可增加焊接的稳定性和可靠性；通常，激光加丝焊是很敏感的，通过与电弧的复合，则变的容易而可靠。

激光—电弧复合主要是激光与TIG、Plasma以及GMA。通过激光与电弧的相互影响，可克服每一种方法自身的不足，进而产生良好的复合效应。
GMA(GASMetalArc)成本低，使用填丝，适用性强，缺点是熔深浅、焊速低、工件承受热载荷大。
激光焊可形成深而窄的焊缝，焊速高、热输入低，但投资高，对工件制备精度要求高，对铝等材料的适应性差。Laser-GMA的复合效应表现在：电弧增加了对间隙的桥接性（Abilityofgapbridging），其原因有二：一是填充焊丝，二是电弧加热范围较宽；电弧功率决定焊缝顶部宽度；激光产生的等离子体减小了电弧引燃和维持的阻力，使电弧更稳定；激光功率决定了焊缝的深度；更进一步讲，复合导致了效率增加以及焊接适应性的增强。

激光—电弧复合在1970年就已提出，然而，稳定的加工直至近几年才出现，这主要得益于激光技术以及弧焊设备的发展，尤其是激光功率和电流控制技术的提高。
激光电弧复合对焊接效率的提高十分显著。这主要基于两种效应，一是较高的能量密度导致了较高的焊接速度，工件对流损失减小；二是两热源相互作用的叠加效应。焊接钢时，激光等离子体使电弧更稳定，同时，电弧也进入熔池小孔，减小了能量的损失；焊接铝时，由于叠加效应几乎与激光波长无关，其物理机制和特性尚待进一步研究。
Laser-TIGHybrid可显著增加焊速，约为TIG焊接时的2倍；钨极烧损也大大减小，寿命增加；坡口夹角亦减小焊缝面积与激光焊时相近。阿亨大学弗朗和费激光技术学院研制了—种激光双弧复合焊接（HyDRA－HybridWeldingWithDoubleRapidArc），与激光单弧复合焊相比，焊接速度可增加约三分之一，线能量减小25%。

英国Conventry大学现代连接中心（CentrefAdvancedJoining）亦有Laser-plasma复合焊接的报导（PALW－PlasmaArcaugmentedLaserWelding）。其优点是：提高焊接速度和熔深；由于电弧加热，金属温度升高，降低了金属对激光的反射率，增加了对光能的吸收。在小功率CO2激光试验基础上，还要在12000WCO2激光以及光纤传输的2kWYAG激光器上进行，并为机器人进行PALW打基础.

2011
06/01
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电渣焊焊接过程

1. 焊接过程
　　利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法称电渣焊，图4-19为电渣焊过程示意图。焊前先把工件垂直放置，在两工件之间留有约20～40mm的间隙，在工件下端装有起焊槽，上端装引出板，并在工件两侧表面装有强迫焊缝成形的水冷成形装置。开始焊接时．使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待渣池达到一定深度时，增加焊丝送进速度，并降低焊接电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，转入电渣焊接过程。
2. 特点和应用
(1)可以一次焊接很厚的工件，从而可以提高焊接生产率。常焊的板厚约在13~500mm。厚的工件也不需开坡口。
2)以立焊位置焊接，一般不易产生气孔和夹渣等缺陷。，对于焊接易淬火的钢种，减少了近缝区产生淬火裂缝的可能性。
(3)，对于调整焊缝金属的化学成分及降低有害杂质具有特殊意义。
但，易引起晶粒粗大，产生过热组织，造成焊接接头冲击韧度降低。所以对某些钢种焊后一般都要求进行正火或回火热处理。
电渣焊主要用于钢材或铁基金属的焊接，一般宜焊接板厚在30mm以上的金属材料。

2011
06/01
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不锈钢复合板焊接缺陷的返修

[摘要]本文从不锈钢复合板焊接性分析了焊接接头缺陷形成的原因，以及结合经验对焊接缺陷返修定位和返修工艺进行了介绍，提出了采用合理的坡口形式，是保证不锈钢复合板焊接质量，避免返修难的有效途径。

（张家港市江南锅炉压力容器有限公司 陈卉妍）

2011
06/01
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激光熔敷和激光焊接应用于发动机翻修

－、激光熔敷和焊接技术优势

　　激光熔敷多用于发动机零部件的恢复尺寸修复，与其他形式的堆焊相比，该技术优势集中体现在以下几个方面。

(1)激光熔敷加工精度高，易于实现近净成形和后续精加工。如果采用TIG堆焊，堆焊的宽度与高度不易控制，后续精加工余量过大，且热影响区大。

(2)激光熔敷加工易于数字化控制，可加工几何形状复杂的零部件。若采用手工焊接，在稳定性和质量上都无法满足要求。

(3)采用高效的自动化激光熔敷技术，可以有效地减小热影响区，降低叶片裂纹的产生，产品的一次合格率可以稳定在95%以上，而采用传统标准工艺(TIG堆焊)则相差甚远。

(4)激光熔敷可以在氢气保护下进行，而无需真空环境。与电子束堆焊相比，加工效率更高，设备维护更方便。

　　二、国外的应用现状

　　激光熔敷技术主要用于航空发动机涡轮叶片、导向叶片和气路封严系统的零部件修理。以下是国外一些公司应用激光熔敷技术的情况。

(1)英国罗-罗公司

激光熔敷在燃气轮机热端部件制造上的运用，应首推罗一罗公司。该公司于1981年就采用此工艺对RB211发动机涡轮叶片冠部阻尼面进行钻基耐磨合金敷层强化处理。在罗一罗公司资助下，英国诺丁汉大学已经开发出叶片修理系统，并在罗-罗公司大修中心得到应用，维修的范围有压气机叶尖，涡轮叶片封严蓖齿等。

(2)美国普惠公司

普惠公司继罗-罗公司之后进一步发展了激光熔敷技术，成功地建立了两条自动化激光熔敷生产线，在JT8D和JT9D两种发动机的第一级和第二级的PWA1455合金材料的转子叶片锯齿冠阻尼面上，制备出高质量的钻基耐磨合金层。

普惠公司在美国空军项目(IMIP计划)资助下，建立了涡轮叶片激光焊接加工中心，可以完成涡轮叶片所需部件的自动激光焊接，如JTgD与Flo的二级涡轮转子叶片和V2500、F100与PW2037的涡轮导向叶片等。

(3)美国通用电气公司

美国通用电气(GE)公司首先将激光熔敷技术应用在燃气轮机热端部件的修复上。它于1990年采用5kWCO2激光加工设备，接长修复了高压涡轮叶片的叶尖。并声称该技术为公司十大新技术之一。

GE公司成功地完成了喷气发动机的导流板和导向叶片的激光焊接组装，有效地解决了Inconel600和700系列Hastelloy，Ren41和Waspaloy牌号的镍基合金小型零件激光焊接变形与裂纹等问题。

(4)美国霍尼韦尔公司

在先进的维修领域，霍尼韦尔公司重点发展以下三方面:自适应加工;激光焊接，钎焊和热加工;表面处理和先进涂层工艺。其中，激光焊接修理发动机叶片工艺已经成功用于LF507涡扇喷气发动机上。据统计，叶片的翻修成本仅为购置新叶片价格的1/5，对一台商用发动机，修理其低玉涡轮叶片，可以比更换这些叶片节约18万美元。该公司已经修复了100万片的涡轮叶片，并且修复的叶片已累计飞行2千万个飞行小时。霍尼韦尔公司拥有几十项关于激光焊接技术的专利，其中包括先进的送粉装置;采用3-D自适应技术激光焊接喷管和气体整流罩;便携式激光设备。

霍尼韦尔公司的设备与技术获得了ISO9001的认证，同时在发动机的部件和附件的检查、翻修、测试等方面也取得了FAA/JAA的认证。

(5)德国MTU公司

德国MTU公司与汉诺威激光研究中心共同发展了激光堆焊技术，用于涡轮叶片冠部阻尼面的硬面敷层或恢复几何尺寸。

MTU公司采用包覆熔敷技术(ContainedLaserPowderCladding，CLPC)对发动机压气机叶片叶尖部的磨损进行修复。公司在堆焊研究过程中分别采用等离子弧焊接(PlasmaArcwelding,PAW)，普通激光熔敷(LaserPowdercladding，LPC)与包覆熔敷进行对比试验。结果表明，为获得熔敷的足够高度，PAW和LPC技术需要2~3次熔敷过程，而CLPC只需一次;CLPC的熔敷速度明显高于其他两种技术;在熔敷的后续加工中PAW与LPC修复的叶片加工量很大，而CLPC基本无需加工，可以认为CLPC技术是近净形修复技术;修复后的显微硬度显示CLPC与LPC加工的材料硬度明显高于PAW，热影响区也大大小于PAW。MTU采用高效的自动化激光熔敷技术，可以有效地减小热影响区，降低叶片裂纹的产生。产品的一次合格率可以稳定在95%以上，而采用传统标准工艺(TIG堆焊)一次合格率平均不足75%。

(6)美国伍德集团公司

美国伍德集团公司利用激光粉末合金熔焊技术修理航空发动机叶片，取得了很好的效果。采用这种修理技术可以修理过去认为不可修的单晶和DS合金零部件。利用该技术生产的焊接件可以精确保持部件的原有形状和尺寸，减少焊后处理工序，从而提高生产率。
(7)加拿大Liburdi集团公司

加拿大Liburdi集团公司研制了一种专利的叶片修理技术，该技术采用一种激光器及实心金属焊丝相结合的方法。这种修理方法的基本过程是让激光束将工件的基体熔化形成焊池，然后将焊丝引入焊池使其熔化，并通过基体金属与激光束的相对移动而使熔融的金属凝固成连续焊缝。这种修理技术的优点是输入的热量少，因此不需要复杂的冷却系统。而且，速度高，焊点可实现“近净”成形。Liburdi集团公司现已成功将该技术应用在罗-罗公司的RB211的高压涡轮，中压涡轮和低压涡轮的叶片修理上，并且在2001年获得罗一罗公司授权专门从事RB211发动机叶片和其他相关部件的激光焊接修复工作。Liburdi集团公司还获得GE，西门子一西屋的”F”级部件修理许可，从事GE7FA系列的喷嘴和燃烧室等修复。同时还承担西门子V84.3A系列的1、2、3级叶片的修复。

三、国内的应用现状
　　
　　航空发动机叶冠阻尼面表面耐磨处理技术有四种:一是像WP7一样，采用等离子喷涂;二是像AII-31Φ一样，采用真空高温钎焊耐磨合金块;三是像CFM56，采用氢弧堆焊;四是像美国JT8D，采用激光熔敷涂层。中科院金属所与沈阳发动机研究所开发的涡轮叶片锯齿冠激光熔覆技术(熔敷材料为含有少量稀土元素的CoCrw)，已经成功用于我国自主研发的两种新型航空发动机的叶冠阻尼面硬面敷层强化处理上，获得了十分满意的效果。通过一系列的试验，包括熔覆的工艺试验、耐磨性试验、抗氧化和腐蚀试验、结合力试验、硬度测定和金相分析等，证明激光熔覆层质量大大优于其他传统喷涂工艺。

　　中科院金属所采用激光微积分显微焊技术对工件的三维立体局域损伤(如孔洞、气孔、深坑和裂纹等)进行了原位无损修复，特别是基材为难焊接或不可焊接材料时更为有效。激光显微焊优点在于可以获得内应力最小、空间界面结合最好，最少缺陷的立体补焊修复区。现已应用此技术成功地修补了我国研制的新机空心导向叶片的铸造工艺孔，对其低压涡轮1，2级三连体无余量精铸导向器叶片大小安装板上的疏松、缩孔与裂纹等缺陷进行了激光补焊，通过了装机台架试车考核。

　　四、总结

　　现在，采用激光修复发动机关键部件的技术，已经得到许多发动机制造厂商的认可。如罗一罗、普惠、GE等公司都在其发动机翻修手册中介绍了激光焊接技术。因此，可以预见激光焊接技术在发动机翻修中的地位将越来越重要。

2011
06/01
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CO2气体保护焊在加氢产品制造中的应用


上海锅炉有限公司 张良成 朱文健 黄光武


摘要：本文主要介绍CO2气体保护焊进行不锈层的堆焊的工艺试验和工艺评定，并应用于加氢产品中，取得良好效果。

关键词：加氢产品； CO2气体保护焊； 堆焊


0 前 言

我厂继成功地为镇海石油化工总厂制造了560t加氢裂化反应器之后，又相继为茂名石化总厂和广州石化总厂成功地制造了两台440t渣油加氢脱硫反应器和一台220t加氢精制反应器。加氢反应器的总体结构基本类似，都是由筒体、封头和大小不同的接管所组成，这些筒体与筒体、筒体与封头、筒体与接管之间焊接后的连接处内壁均需堆焊耐腐蚀的不锈钢还有大大小小的接管内壁、接管端面与法兰密封面也需堆焊不锈钢，以及筒体内壁的凸台表面亦需进行不锈钢堆焊。有些可用30（37.5）mm的窄带极，但由于设备、台位等诸多方面的因素而无法采用带极堆焊，所以只好采用手工电弧焊进行堆焊，总堆焊面积达20～30m2左右，约用不锈钢焊条4～6t，工作量之大可想而知。

虽然手工电弧焊在整个焊接领域中点着很大的比例，它有着操作简便灵活的优点，但由于焊条比较短，在焊接时需经常更换。以560t加氢筒体内壁补堆焊一圈（一条）焊道为例，手工电弧焊堆焊需换焊条50次左右。另外不锈钢焊条在稍大电流下焊接，焊条就会发红，熔化不良，为此有时较长的发红焊条头只好弃之不用，造成焊条损耗较大，同时焊工的劳动强度也较大，而且它的质量与焊工的操作技能、焊工的体力和情绪密切相关。这些方面稍有波动就会影响焊接质量的稳定性。

随着生产制造的不断改进和科学技术的不断发展，为了加强生产进度，稳定堆焊质量，减少焊工的劳动强度，节约焊接材料，我厂在采用手工电弧焊进行堆焊的同时，及时地采用了用CO2气体作为保护气体的药芯焊丝自动堆焊。

CO2气体保护药芯焊丝堆焊具有焊道整齐，可连续施焊几个小时的特点。在筒体对接处，内壁堆焊用电焊条补堆需更换焊条50次左右，接头很多，而CO2气体保护焊只有一个接头，大大减少了焊道中的接头，减少了换焊条的时间，另外，CO2气体保护焊的焊道每层厚度4mm左右，而手工电弧堆焊厚度只有2mm左右，可提高工效两倍多，此外CO2气体保护焊用的是药芯焊丝，焊道药皮很薄，极易去除，不易出现夹渣现象等。上述种种的特点说明CO2气体保护焊比手工电弧焊更能在加氢产品的制造中发挥很大的作用。

1 焊接工艺评定

1.1 我厂根据实际的产品结构和堆焊要求，分别采用试板和试环做了两种工艺评定。评定用基本金属母材和产品一样的2.25 Cr—Mo锻件，其化学成分和力学性能分别见表1和表2。

表1 2.25 Cr—Mo锻件化学成分

化学成分 C Si Mn P S Cr Mo Sb

标准值 0.13～0.17 ≤0.10 0.30 ≤0. 010 ≤0.012 2.0～2.5 0.90 ～1.10 ≤0.003
0.60

试板 0.15 0.07 0.535 0.09 0.001 2.38 1.08 ＜0.003

试环 0.15 0.07 0.535 0.09 0.001 2.40 1.08 ＜0.003

化学成分 Sn As Ni Cu [H] J X

标准值 ≤0.015 ≤0.016 ≤0.18 ≤0.16 ＜2×10-6 ≤150 ≤20

试板 0.007 ＜0.005 0.05 0.04 ＜2×10-6 96.8 ＜13.8

试环 0.007 ＜0.005 0.05 0.04 ＜2×10-6 95.2 ＜14.4

表2 2.25 Cr—Mo锻件力学性能

常 温 427℃ 冲击韧性/J.cm-2 冲击韧性/J.cm-2 硬度
10℃ -30℃ /HB
σb/MPaσ0.2/MPaδ５(%)Ψ(%) σ0.2/MPaδ５(%)Ψ(%)
标准值 520
～686≥314≥19≥40 ≥242 ≥19 ≥40 ≥78 ≥63 ≥69 ≥60 ≤220
(平均值)(单个值) (平均值)(单个值)

试板 556 417 27 83 383 22 82 ＞368 ＞368 ＞368 ＞368 176.183

试环 537 393 30 82 309 24 82 ＞368 ＞368 ＞368 ＞368 181.187


超低碳不锈钢堆焊材料是从神户制钢所进口的，过渡层药芯焊丝牌号GFW309L，不锈层药芯焊丝牌号GFW347L，焊丝ф1.6mm其化学成分见表3。


表3 药芯焊丝化学成分（%）

化学成分 C Si Mn P S Ni Cr Mo Cu Sb
Gfw309l 0.026 0.46 1.30 0.025 0.003 12.98 23.58 0.02 0.02

Gfw347l 0.03 0.44 1.41 0.022 0.002 10.10 18.91 0.50

1.2 堆焊评定简要工艺

在过滤层堆焊前试板（试环）预热（100～120）℃过渡层堆完后立即进行（350～400）℃×2h的去氢处理，并对过渡表面进行100%着色检查，合格后再连续堆焊二层不锈层，其堆焊层总高度≥8mm，主要堆焊参数见表4。堆焊试板经（690±10）℃×26h最终热处理后进行100%着色和超声波探伤。

1.3 堆焊层性能试验

按照产品技术要求和相关法规对评定试板（试环）进行了解剖取样。


表4 药芯焊丝自动堆焊参数

堆焊层数 堆焊层厚度/mm 焊接线能量/J.mm-1 预热温度/℃ 气体流量Q/L.min-1 层间温度/℃

过度层 2.5～3 1120 100～120 12～20 ≤150

不锈层(一) 3～3.5 1182 12～20 ≤150

不锈层(二) 3～3.5 1182 12～20 ≤150

试样经严格的性能测试，其结果完全达到产品技术要求和相关法规的规定，详见表5～表8。


表5 堆焊层大小侧弯试验

取样部位 试样类型 弯轴尺寸 弯曲角度 结果

试板 堆焊层+母材 大、小侧弯 D=4T α=180° 堆焊层及热影

试环 堆焊层+母材 大、小侧弯 D=4T α=180° 响区均不裂


表6 堆焊层大小侧弯试验

取样部位 检查结果

试板 堆焊层表面下3～3.5mm范围内 堆焊层组织为奥低体+少量铁素体，过热区
为贝氏体，未发现明显缺陷
试环

表7 堆焊层化学成分

C Si Mn S P Cr Ni Mo Cu Nb

要求 ≤0.05 ≤0.9 1.0～2.5 ≤0.03 ≤0.04 18～21 9～11 ≤0.5 ≤0.5 8×C～1.0

试板 0.03 0.49 1.47 0.006 0.023 18.61 10.61 0.08 0.02 0.44

试环 0.04 0.42 1.27 0.008 0.025 18.50 10.70 0.06 0.02 0.22


表8 堆焊层其它测试项目

测试试件 测试结果

试板 堆焊层与母材熔合面的剪切强度按ASMEⅡSA263图1方法:гb=393～442MPa

堆焊层表面下3～3.5处铁素体含量为4.1%

堆焊层表面硬度值:183,185,185

试环 堆焊层与母材熔合面的剪切强度按ASMEⅡSA263图1方法:гb=315～340MPa

堆焊层表面下3～3.5处铁素体含量为5%

堆焊层表面硬度值:177,185,196


2 产品堆焊

2.1 筒体内壁及凸台表面堆焊

加氢反应器制造在焊接生产中所使用的CO2气体保护焊焊机由伊莎（ESAB）公司生产，型号为LAH—500。焊枪采用气冷却保护，焊接电缆长约3m，可伸入筒体内壁3m处进行堆焊。焊丝采用日本进口的不锈钢药芯焊丝，一盘焊丝可连续2.5h的焊接。

由于CO2气体保护焊的焊接电缆较粗（ф30mm）又较长（3m），焊枪又比手工焊钳重，焊工手持操作时间一长就发酸，易抖动。另外，产品堆焊过渡层时筒体要预热（100～120）℃，人站在筒体上面，受到热量的辐射，既使站在铺着的石棉布上施焊鞋底也会发烫。焊工的劳动强度大，势必会影响施焊的稳定性和质量。

为此我们根据筒体内壁堆焊的特点，自制了一个简易焊接工装架子，电缆线可绑在架子上，焊枪固定在架子前面可任意转动，上下变换角度。堆焊前需调节好翻转架，注意筒体转动一圈后的位移尺寸，调整好焊枪的位置的角度以及导电嘴与工件的距离。堆焊时焊枪固定，筒体转动，这样使手工操作焊变为机械半自动焊，减少了焊工的劳动强度。同样一圈（一条）焊道，手工电弧堆焊需1h，而CO2气体保护堆焊只需0.5h。施焊质量稳定，CO2气体保护堆焊的产品不锈层经着色、超声波探伤以及产品不锈层取样作化学分析，全部符合加氢产品技术要求。

2.2 接管内壁堆焊

接管内壁堆焊设备是由哈尔滨焊接研究所提供的，其型号为HZU—350。堆焊管内径ф50～300mm，管外径ф100～800mm，长度小于2 000mm，焊接电流可调范围50～500A。堆焊机的控制装置主要由堆焊程度、机头摆动、弧长调节、保护气、冷却水循环、堆焊机床动作等控制系统组成。机械装置利用匈牙利加长630车床改装，实现工件的夹紧、旋转、支承等功能。同样施焊质量稳定，CO2气体保护堆焊的产品不锈层经着色、超声波探伤以及产品不锈层取样化学分析，全部符合加氢产品技术要求。


3 结 论

加氢产品制造中的不锈层堆焊，采用的CO2气体保护堆焊工艺方法比手工电弧焊堆焊有如下明显优势：

⑴ 进一步稳定了堆焊质量，焊道整齐，一圈只有一个焊道接头。

⑵ 焊接效率较之手工电弧堆焊提高了一倍，减少了换焊条的次数，可以筒体一边转，一边进行堆焊，缩短了焊接周期。以一条环缝补堆不锈层为例，可节约工时约150h。

⑶ 减少了焊材的损耗。以一条环缝补堆不锈层为例，采用CO2气体保护堆焊后，与手工焊条相比，初步估计可节约焊材约45㎏。

⑷ 减轻了焊工的劳动强度，由于采用了自制架子进行堆焊，焊工可不用拿焊枪手把，只需在旁边注意观察筒体转动时位移尺寸进行适当的调整就可以了。

⑸ 经工艺改进，对过渡层堆焊后采用立即（350～400）℃的去氢处理，代替中间热处理，提高了工艺水平和工作效率，加快了生产周期。

⑹ 产品堆焊质量完全满足加氢产品技术要求，一次合格率为100%，以达到国外同类产品水平。


参 考 文 献

1 曾 乐.现代焊接技术手册.上海:上海科学技术出版社,1993.


2011
06/01
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提高焊接接头疲劳性能的研究进展和最新技术

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4 提高焊接接头疲劳强度的最新技术


4.1 超声冲击处理方法

近年来发展起来的超声冲击提高焊接接头及结构疲劳强度的方法，其机理与锤击和喷丸基本一致．但这种方法执行机构轻巧，可控性好，使用灵活方便、噪音极小、效率高、应用时受限少，成本低而且节能，适用于各种接头，是一种理想的焊后改善焊接接头疲劳性能的方法。对几种典型焊接结构用钢的对接和非承载纵向角接头实施超声冲击处理，然后进行了焊态与冲击处理的对比疲劳试验，研究了超声冲击法改善焊接头疲劳强度的实际效果，对比结果见表2。可见，焊接接头经超声冲击处理后，疲劳强度提高了50%~170%，效果十分显著。


4.2 低相变点焊条方法


4.2.1 提高焊接接头疲劳强度原理和发展


压缩应力可以提高焊接接头的疲劳强度，已有大量的文献论述，然而问题是如何在焊接接头中较方便的引入压缩应力。

表2超声冲击处理前后的疲劳强度对比



众所周知，由于化学成分、合金含量和冷却速度不同，钢铁材料在冷却过程中会发生不同的组织转变或多次的组织转变，这一组织转变伴随有体积膨胀，在拘束条件下将会产生相变应力，属于压缩应力。对于焊缝金属来说，这将有利于残余拉伸应力的降低甚至出现残余压缩应力，从而改善焊接接头的力学性能。低相变点焊条（Low Transformation Temperature Welding Electrode, LTTE）就是一种利用相变应力在焊接接头中产生压缩应力提高焊接接头疲劳强度的新型焊接材料。


早在60年代，前苏联焊接专家就提出了低相变点焊条方法能够提高焊接结构的疲劳强度，但是当时并没有提出“低相变点焊条”的概念，只称其为一种特殊焊条其堆焊金属成分主要依靠3%-4%的Mn含量来降低相变点，实现冶金相变。文献指出，选用这些特殊的焊条，对小试件进行疲劳试验时，用这些焊条堆焊之后的疲劳强度要高于未堆焊试验75%。 近几年，依靠Cr和Ni降低焊接材料熔敷金属的马氏体相变点，并由于超低碳钢材的发展，低相变点焊条得到了快速的发展，日本和中国在这方面进行了大量的研究，但目前仍然在实验室阶段。

4.2.2 LTTE焊条改善疲劳强度的效果


天津大学材料学院设计和优化研制了低相变点焊条，并在各种焊接接头上进行了大量的疲劳试验和工艺性能试验。


（1）LTTE方法


采用低相变点焊条LTTE和普通焊条E5015分别对横向对接接头、非承载十字接头、纵向环绕角焊缝接头、纵向平行角焊缝接头和纵向对接接头施焊，并进行疲劳对比试验。结果表明，相变点焊条LTTE接头的疲劳强度分别比普通焊条E5015接疲劳强度提高11%、23%、42%、46%合59%，疲劳寿命提高幅度从几倍到上百倍。

表3 不同类型焊接接头疲劳强度的改善效果



由于低相变点焊条是在较低温度下发生马氏体相变体积膨胀而获得的残余压缩应力，因此残余压缩应力的大小与焊接接头拘束度有较大关系，拘束度越大，其残余压缩应力越大，疲劳强度的提高效果也越大。


（2）低相变点焊条焊趾熔修（LTTE-dressing）方法


然而，为使焊缝金属在正常的冷却速度下和在较低的温度下发生马氏体相变，焊接材料中加入了较多的合金元素，从而使得低相变点焊接材料的成本提高许多。如果一个焊接结构的全部焊缝都采用低相变焊接材料进行施焊，焊接结构的成本也将大幅度增加，这是很不经济的。


众所周知，焊接接头疲劳断裂主要从焊趾部位开裂，如果使焊接接头的焊趾部位产生残余压缩应力，则可以提高焊接接头的疲劳强度，而并不需要全部采用低相变点焊条，这样可以降低使用成本。从这一思路考虑，天津大学在试验的基础上提出了低相变点焊条焊趾熔修(LTTE-dressing)提高焊接接头疲劳强度的方法。采用非承载十字接头和纵向环绕角焊缝接头两种接头类型，分别对比了低相变点焊条焊趾熔修(LTTE-dressing)和普通焊条焊接接头的疲劳强度，前者的疲劳强度分别比后者提高19.9%和41.7%，证明了这一思路的可行性和实用性，为低相变点焊条LTTE更合理的在工程实际中应用进行了前期试验研究，同时低相变点焊条焊趾熔修(LTTE-dressing)接头也可以反映低相变点焊条在盖面焊缝和近焊趾盖面焊道的应用情况。

4.2.3 低相变点焊条的的优缺点

优点：


(1)低相变点焊条焊接方法是随同焊接过程同时进行，避免了焊后加工处理的不方便；


(2)低相变点焊条方法无需特殊的操作要求，因而操作简单方便；


(3）低相变点焊接材料用于提高焊接接头疲劳强度，由于不受后续焊道热作用的影响，它更适合于隐蔽焊缝、被覆盖焊缝、单面焊的背面焊缝等不能进行焊后加工处理的焊缝的疲劳强度提高;

（4）LTTE焊条还可以用于焊接结构疲劳裂纹的修复。


缺点：焊接材料中加入了较多的合金元素，从而使得低相变点焊接材料的成本提高。但可以通过LTTE-dressing等方法加以弥补。


5 结束语


综上所述，可见近年来由于焊接结构有往高速重载方向发展的趋势，对其承受动载能力的要求越来越高，因此发展及推广应用改善焊接接头疲劳性能的新技术对推动焊接结构的应用意义重大。相对而言，国内外最新发展起来的超声冲击技术以及使用低相变点焊接材料来提高焊接接头疲劳强度的方法是焊接结构疲劳性能改善技术与工艺的重要研究方向。


(源自：中华机械网)

2011
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劲性混凝土钢结构工程施工实例分析

随着近年来高层建筑的出现，钢结构的应用也越来越广泛。本文结合某工程实例就劲性混凝土钢结构施工作一介绍。
河北教育出版社综合楼工程，建筑面积16168.84㎡，地上12层、地下1层，建筑总高度43.2米。工程⑥轴及⑧轴柱子采用钢骨混凝土，其钢柱截面形式分为工字型及十字型，截面尺寸为800*800，混凝土标号C40；每层⑥轴及⑧轴上的梁为钢骨混凝土梁；⑥轴以西及⑧轴以东均为钢筋混凝土框架梁柱；⑥～⑧轴之间2～9层采用钢制走廊连通，上铺钢隔板；10层以上⑥～⑧轴之间空中连廊部分为压型钢板组合楼板及组合梁设计。
一、钢骨混凝土施工
劲性混凝土结构是在钢结构柱、梁周围配置钢筋，浇筑混凝土，钢构件同混凝土连成一体，共同作用的一种结构。
1、材料准备及技术准备
根据本工程建筑高度为43.12米，为安装及运输方便，将钢骨加工时分为五段，由厂家预制成型后运输至工地进行安装，柱钢骨拼装在二、五、八、十一层结构楼面上1.1米处。为保证上下柱拼接连接焊缝根部的间隙，在工厂加工时，应预先按要求在拼接处设置连接衬板，并与加工端面紧密接触，以保证拼接处位置的准确和焊缝的质量。现场拼装时，用垫板将连接衬板用高强螺栓固定并校正轴线及垂直后，将上下柱之间进行焊接，待焊接完毕后可将衬板切割去除。
本工程钢骨采用Q345B材质，焊接采用E50焊条，钢骨由钢板焊接而成,其可分解形式为，为保证焊接质量，腹板和翼缘采用部分熔透二级贴角焊缝，柱子上下拼接及牛腿翼缘上下700mm范围内采用一级全熔透焊缝，要求一二级焊缝必需进行超声波探伤，以检测焊缝质量，检测应在焊接完毕24小时后进行。
同时为保证钢骨柱与混凝土紧密结合，钢骨上每间隔150mm焊接栓钉，钢骨在吊装之前必需按设计要求进行栓钉的焊接，首先在钢骨上画线，标注栓钉的焊接位置，焊接前将构件焊接面上的水、锈、油等有害杂质清除干净，并按规定烘焙瓷环。焊接完毕，目测栓钉焊接部位外观合格后，对栓钉进行冲力弯曲试验，弯曲角度30°，试验时使拉力作用在熔化金属最少的一侧，当达到规定弯曲角度时，焊接面无任何缺陷为合格。抽样栓钉不合格时，应再取两个栓钉进行试验，只要有一个不合格，则余下的栓钉都应进行试验。经冲力试验合格的栓钉可在弯曲状态下使用。由于钢结构耐腐蚀性及耐火性差，外露部位必需除锈及做防火涂层，而与混凝土接触的部位严禁涂刷任何涂料。
2、钢构件的起吊安装
为满足施工进度，本工程采用流水施工，每层划分4个流水段，在⑤～⑥轴之间及⑧~⑨轴之间楼板上设置南北向通长施工缝，施工时先浇筑东西两段框架结构梁板柱混凝土，将钢结构部分后续施工，钢结构安装和楼盖钢筋混凝土的施工，两项作业相距不超过5层。
根据现场进度安排，编制钢结构进场计划。制定吊装方案，采用工地现有的50塔吊进行吊装。吊装前钢筋混凝土基础完成并验收合格，钢构件验收完毕。为减少二次搬运，将进场的钢构件堆放在综合楼外的裙楼地面上，位于塔吊回转半径内，构件吊装前清理干净，特别是在接触面、磨擦面上，必须用钢丝刷清除铁锈、污物等。
吊装从⑥轴南侧钢骨柱开始，依次安装北侧钢柱，再安装⑧轴钢骨柱，柱吊装时采用吊索绑扎，吊索应预留有效高度，起吊时使柱子处于垂直状态，尽量做到回转扶直，便于对线、校正。起吊回转过程中避免同其他已安装好的构件相碰撞。
为保证钢柱的空间位置，在⑥～⑧轴之间搭设脚手架以固定钢构件，并设置缆风绳。调整柱垂直度的缆风绳应在柱子起吊前在地面绑扎好，且在钢骨柱校正完毕后才能拆除。起吊就位后临时固定地脚螺栓、校正柱子垂直度。钢柱接长时，钢柱两侧有临时固定用的连接衬板，上节钢柱对准下节钢柱柱顶中心线时，即用螺栓固定连接衬板做临时固定。在钢柱安装到位，对准轴线、临时固定牢固后才能松开吊索。
3、钢骨柱的校正
柱子的安装应先调整标高，再调整位移，最后调整垂直偏差，并依次重复以上步骤，直到标高位移、垂直偏差符合要求。柱子校正包括柱基标高调整、轴线调整及柱子垂直度调整。
（1)地下室部分的劲性钢柱柱基标高调整采用螺母调整，即根据柱子实际长度，在钢柱柱底板下的地脚螺栓上加一个调整螺母，螺母表面的标高调整到与柱底板标高齐平，钢柱吊装完毕利用底板下的螺栓调节钢柱的标高。因钢柱周围需要绑扎钢筋，为保证钢柱底板下与原混凝土基础之间预留空隙容易浇筑，在钢柱底板上预先开设四个直径5cm的圆孔用高标号微膨胀的砂浆填实。
（2）轴线调整：在吊装钢柱之前，先在钢柱底板及四周用墨斗弹线，吊装时在不松钩的情况下，将柱底板中心线与混凝土柱基础控制轴线对齐，缓慢降落至设计标高位置。借助地脚螺栓与钢柱底板螺栓孔之间的微小空隙，可以微调轴线偏差。
（3）垂直度调整：在钢柱外两个方向上安置两台经纬仪，用缆风绳和千斤顶、电动葫芦等调节钢柱垂直度，在校正完毕后，将地脚螺栓上的螺母拧紧并与螺杆点焊，防止螺栓松动。
（4）柱顶标高调整和其他钢骨柱标高控制：本工程采用相对标高进行安装，钢柱吊装就位后，用高强螺栓临时固定连接衬板，通过塔吊及撬棍微调柱间间隙，量取上下柱顶预先标定的标高值，符合后将柱间翼缘腹板进行焊接，在柱顶标高处安置水准仪，进行控制。
（5)第二节柱轴线控制：上下柱连接保证柱子中心线重合。如有偏差，在柱与柱连接衬板的不同侧面加垫板，进行调节，每节柱的轴线需要从基础控制轴线网引向高空，禁止使用下一节柱的轴线进行控制，以免过大的累计误差。
（6）第二节柱的垂直度校正：采用两台径向放置的经纬仪对钢柱进行观测，采用缆风绳及电动葫芦、千斤顶等进行垂直调整。
（7）安装完毕一层的钢柱以后，立即安装本层范围内的梁板，与柱子形成空间稳定体系。
4、梁的安装
⑥轴及⑧轴上的梁为钢骨混凝土梁；⑥轴以西及⑧轴以东均为钢筋混凝土框架梁柱。钢骨梁与钢骨柱连接采用翼缘焊接，腹板栓接的方式。钢梁采用两点绑杂吊装，吊升过程中使钢梁保持水平状态。在安装柱与柱之间的主梁时，测量必须跟踪校正柱与柱之间的距离，梁与柱之间的节点连接，采用对称施工，互相协调，先栓后焊，螺栓连接从中心轴开始，对称拧固，对于一节有多道梁的，采用从上到下逐层安装，先安装上层梁，再安装下层梁。
对于劲性钢骨柱与混凝土梁的连接较为复杂，特别是箍筋和主筋穿柱时，位置较复杂，处理要细致，钢筋要贯通。梁混凝土浇筑时和柱的混凝土浇筑要分开，避免混凝土出现裂缝。
5、钢筋绑扎
同框架柱梁钢筋绑扎，注意钢筋接头位置，搭接长度、间距等。
6、支模和浇筑混凝土
混凝土浇捣过程中需要检查劲性混凝土柱梁的空间位置，符合要求后，进行上层柱梁的施工。
二、压型钢板的施工
本工程10层以上⑥~⑧轴之间空中连廊部分为压型钢板组合楼板及组合梁设计。压型钢板安装之前，10层以上⑥~⑧轴之间空中连廊部分钢梁安装完毕，且隐蔽验收合格。
1、材料的选用及布置
本工程压型钢板采用镀锌板0.8厚YX-75-200-600，材质为Q195，压型钢板同钢梁连接组成建筑楼板的永久性模板，它既是楼盖的永久性支撑模板，还可以同现浇混凝土层共同工作，是建筑物的永久组成部分。由于钢板厚度较小，为避免施工焊接固定时焊接击穿，采用E45，Φ3.2的小直径焊条。
本工程⑥~⑧轴（东西向）轴距12米，○D～○J轴（南北向）8.4米，因钢梁为东西向（型号H700*200*12*20），且钢梁中心线间距为2.3m，压型钢板垂直钢梁安装，所以进场时压型钢板规格为7.1m长及11.7m长各半，要求板材搭接时，东西向搭接一个槽，南北向搭接一个梁宽200mm，且南北搭接时接缝错开布置。
2、压型钢板的安装
压型钢板凹肋处沿钢梁设置Φ19*110的栓钉，穿透压型钢板并将栓钉、钢板均焊牢与钢梁上，压型钢板上布置钢筋网片，再浇筑混凝土，共同形成受力楼板结构。所有板与板之间的缝隙不能直接透光，所有宽度大于5mm的缝应用砂浆、胶带等封堵。




(石家庄市新世纪建设监理公司 方 勇 )

2011
06/01
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钢结构焊接变形的火焰矫正施工方法

摘要：根据多年经验，结合国内同行相关资料，阐述钢结构变形的主要种类，介绍焊接变形的火焰矫正施工方法。

关键词：火焰矫正 焊接变形 施工方法

　　目前，钢结构已在厂房建筑中得到广泛的应用。而钢结构厂房的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题，如果焊接变形不予以矫正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。

　　焊接钢结构产生的变形超过技术设计允许变形范围，应设法进行矫正，使其达到符合产品质量要求。实践证明，多数变形的构件是可以矫正的。矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。

　　在生产过程中普遍应用的矫正方法，主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。但火焰矫正是一门较难操作的工作，方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形。因此，火焰矫正要有丰富的实践经验。本文对钢结构焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析。

　　1　钢结构焊接变形的种类与火焰矫正

　　钢结构的主要构件是焊接H型钢柱、梁、撑。焊接变形经常采用以下三种火焰矫正方法：（1）线状加热法；(2)点状加热法；（3）三角形加热法。下面介绍解决不同部位的施工方法。

以下为火焰矫正时的加热温度（材质为低碳钢）

低温矫正　　　500度～600度　　 冷却方式：水

中温矫正　　　600度～700度　　 冷却方式：空气和水

高温矫正　　　700度～800度　　 冷却方式：空气

　　注意事项：火焰矫正时加热温度不宜过高，过高会引起金属变脆、影响冲击韧性。16Mn在高温矫正时不可用水冷却，包括厚度或淬硬倾向较大的钢材。

　　1.1翼缘板的角变形

　　矫正H型钢柱、梁、撑角变形。在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊脚所控制的范围，所以不用水冷却。线状加热时要注意：（1）不应在同一位置反复加热；（2）加热过程中不要进行浇水。这两点是火焰矫正一般原则。

　　1.2柱、梁、撑的上拱与下挠及弯曲

　　一、在翼缘板上，对着纵长焊缝，由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正或中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向收缩的同时有较大的横向收缩，较难掌握。

　　二、翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热。用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形，效果显著，横向线状加热宽度一般取20—90mm，板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应由宽度中间向两边扩展。线状加热最好由两人同时操作进行，再分别加热三角形三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。

注：以上三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正。加热时应采用中温矫正，浇水要少。

　　1.3　柱、梁、撑腹板的波浪变形

　　矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为50～90mm，当钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应放大，可按d＝（4δ＋10）mm（d为加热点直径；δ为板厚）计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动，采用中温矫正。当温度达到600～700度时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。为加快冷却速度，可对Q235钢材进行加水冷却。这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750度。

　　2　 结语

　　火焰矫正引起的应力与焊接内应力一样都是内应力。不恰当的矫正产生的内应力与焊接内应力和负载应力迭加，会使柱、梁、撑的纵应力超过允许应力，从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构制造中一定要慎重，尽量采用合理的工艺措施以减少变形，矫正时尽量可能采用机械矫正。当不得不采用火焰矫正时应注意以下几点：

1、烤火位置不得在主梁最大应力截面附近；

2、矫正处烤火面积在一个截面上不得过大，要多选几个截面；

3、宜用点状加热方式，以改善加热区的应力状态；

4、加热温度最好不超过700度。

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不锈钢管的安装工艺

不锈钢管道的安装方法与普通碳素钢基本相同，在某些工艺上有下列工艺要求。

1 不锈钢材料吊运，不能与其他金属直接接触，应加垫木板或橡胶板等非金属材料。

2 管子切割不允许用普通砂轮片切割，应采用不锈钢专用砂轮片或等离子切割。

3 不锈钢管材及管件定位焊时焊缝内侧应进行充氩保护。

3 起弧与收弧、起弧采用回焊法 , 收弧应填满弧坑 . 起弧必须在坡口内完成 , 禁止在管道、管件母材表面打弧与起弧。若起弧与收弧处发现气孔、裂纹等缺陷应及时处理干净。

4 不锈钢管道、管件以及不锈钢管道、管件与非不锈钢材质管道、管件的连接，焊接的对接接头打底焊接前管内及空腔内应充满氩气保护，才能进行钨极氩弧焊。

5 多道多层焊的起弧、收弧处应相互错开。

6 不锈钢材料连续焊接时，其层间温度不超过 60 ℃。

7 管道连接焊口处的焊缝，焊后要进行酸洗和钝化处理。

8 不锈钢管道水压试验对水温和水质有一定的要求，其水温不得小于摄氏 5 ；水中的氯离子含量不得不得大于 25Pmm

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