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几种防爆电气设备用金属材料的焊接
发布时间: 2019-9-12 13:54:22
          几种防爆电气设备用金属材料的焊接
  1.碳钢的焊接
  按照含碳量,碳钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢;它们韵焊接性能差别很大。大家知道,碳钢中碳元素的含量比其他化学元素的都大,决定着碳钢的焊接性能。随着含碳量(碳当量)的增加,它的焊接性能越来越差。
  碳钢的焊接,不管是低碳钢还是中碳钢、高碳钢,不管采用什么焊接方法,都必须使用相应的碳钢焊条或焊丝。
  (1)低碳钢
  含碳量(碳当量)低于0.4%(质量分数)的碳钢被称为低碳钢。这类碳钢,由于含碳量小,塑性好,所以在焊接时一般没有焊接淬硬倾向,焊接热过程敏感性小,焊接性好;由于在通常情况下焊接时不需要特殊工艺措施(只是在0℃以下的低温环境下焊接较厚的工件时需要预热;当工件厚度大于50mm时焊后应该进行热处理),所以焊接的工艺性好。
  低碳钢防爆电气工件适于采用焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、氩弧焊、二氧化气体保护焊、电阻焊和气焊等焊接方法进行焊接。按照焊接方法,焊接时一般使用的焊条、焊丝和焊剂为:例如,焊条电弧焊时为J422或J427;埋弧焊时为H08A或H08MnA,焊剂HJ431等。
  (2)中碳钢
  含碳量(碳当量)介于0.4%-0.6%(质量分数)之间的碳钢被称为中碳钢。由于含碳量的增加,这类碳钢的焊接性能比低碳钢的要差不少,焊缝容易产生热裂,热影响区容易产生淬硬组织甚至导致冷裂。在实际焊接中,常采用细焊条、小电流进行作业,以减小工件在焊缝中的填充金属量,降低焊缝中的含碳量;还可以对厚大的工件进行预热焊接,而且焊后应该缓慢冷却。预热温度一般控制在:对于含碳量小于0.45%(质量分数)的工件,150-250℃;对于含碳量大于0.45%(质量分数)和较厚大的工件,250-400℃。
  防爆电气中碳钢的焊接主要是焊接各种中碳钢的铸钢件和锻件,常采用焊条电弧焊和气焊等焊接方法。当采用焊条电弧焊时最好使用低氢型焊条。
  (3)高碳钢
  含碳量(碳当量)大于0.6%(质量分数)的碳钢被称为高碳钢。由于碳含量更高,所以它的焊接性能更差。这类碳钢一般不适宜焊接成结构件,可以在工件有缺陷时进行补焊。补焊时常采用焊条电弧焊和气焊;焊接时应该对工件预热,预热温度比中碳钢的还要高一些;焊条通常使用J857或J857Cr等。
  此外,这里应该指出的是,在评价碳钢的含碳量时常常使用“碳当量”这一概念。所谓“碳当量”,是指碳钢中包括碳在内及其他主要化学元素对焊接性能的影响程度的折合量。在碳钢中除碳外影响焊接性能的还有锰(Mn)、铬(Cr)、钼(M。)、钒(V)、镍(Ni)、铜(cu)等。将这些元素按下列经验公式折合计算便得到碳当量:
  除碳、锰、铬、钼、钒、镲、铜对焊接性能的影响外,硫(S)和磷(P)的影响也是很大的,但是由于碳钢标准对它做出了极其严格的限制,因而式(3.3)没有考虑。
  这里有一种碳钢,它包含的碳和其他化学元素含量(质量分数)为:碳为0.21%,锰为0.9%,铬为0.25%,钼为0.05%,钒为0.04%,镍为0.25%,铜为0.1%。试判断这种碳钢是低碳钢还是中碳钢、高碳钢。
  将这种碳钢中碳及其他化学元素的含量代入式(3.3)中计算得到它的碳当量为
     Cd-0.45%
  由于碳当量cd介于0.4%-0.6%之间,因此,这种碳钢应该属于中碳钢。
  又如,在防爆电气设备中常用的Q235A。它的含碳量(质量分数)为0.14%。0.22%。含锰量(质量分数)为0.3%-0.65%,按照式(3.3)计算可知,碳当量为:Cd一0.33%小于0.4%。因此,Q235A属于低碳钢。
  2.不锈钢的焊接
  毫无疑问,不锈钢的焊接依然应该按照它的金相组织选用不同的不锈钢焊条和焊丝(参见表3.2)进行焊接;否则,就不能够保证不锈锅结梅件具有较好的焊接性能。
  不锈钢,按照金相组织,分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁索体不锈钢;它们的焊接性能差别很大。
  (1)奥氏体不锈钢
  奥氏体不锈钢,例如铬镍奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti等,其焊接性能良好,是实际应用中使用最广的一种不锈钢。
  这类不锈钢适宜采用氩弧焊进行焊接。在这种焊接中,一是焊条选用要得当,二是防止焊缝过热。如果焊条选择不当和(或)焊接操作不当,例如含碳量偏大或者焊接时在温度500-800度范围内焊接速度长时间过慢,由于焊缝处的铬会被碳化,焊缝会丧失防腐蚀能力;如果焊接电流太大,焊接速度过慢,由于过热,焊缝会出理脆化翱热裂。因而,在这种焊接中,人们应该采用含碳量小的细焊条,使用小电流快速进行。
  当使用焊条电弧焊进行这种不锈钢焊接时,人们同样应该采用含碳量小的焊条。同样应该使用细焊条、小电流快速作业。
  (2)马氏体不锈钢和铁素体不锈钢
  至于马氏体不锈钢(例如12Crl3)和铁素体不锈钢(侧如10Cfl7),焊接性能较差,焊缝容易出现脆化和冷裂;同样可以使用氩弧焊和焊条电弧焊进行焊接。
  在实际工程现场,常常看到不锈钢结构件的焊接焊缝出现“不锈钢生锈”的异常现象,就是因为焊条(或焊丝)选用有误或(和)焊接工艺不当所致,当以引起人们的注意。
  3.铝合金防爆正压柜的焊接
  铝合金防爆正压柜的焊接一按照铝合金的种类,同样需要使用相应的铝合金焊条或焊丝(参见表3.2)+进行焊接。
  铝合金按照焊接后可否进行热处理,分为不可进行热处理强化铝合金和可进行热处理强化铝合金。铝锰合金和铝镁合金属于不可进行热处理强必豹,铝钢合金和铝锌合金属于可进行热处理强化的。铝合金的焊接性能,总体来讲是比较整的,而可进行热处理强化的铝合金则更差。
  铝合金焊接性能差的主要原因是:
  ①铝和氧的亲和力很大,极易起氧化反应生成三氧化二铝(A1203)。三氧化二铝是一种熔点较高(2050℃)、组织致密、密度较大、不易从熔池中浮出的氧化物,因而严重阻碍工件(熔点较低,纯铝为658)
  ②铝的温度膨胀系数和热导率较大,在焊接时产生的应力较大,焊后工件极易出现变形,甚至开裂。
  ③液态铝液极易吸收氢,固态铝几乎不溶解氢。在熔池液态铝液中所含氢的大部分可以从液态铝液中析出,而少量的氢依然残留在熔池液态铝液中。在焊缝凝固后残留的少量氢便在焊缝内形成气孔。
  ④铝在高温时的强度和塑性都很差,在焊接时熔池难以承受液态铝液而造成凝固后焊缝“塌陷”,甚至“烧穿”。
  根据铝合金的这些焊接性能,在工程实践中,人们常常采用氩弧焊进行这种材料的焊接。这是由于氩气具有很好的保护作用,隔离空气中的氧和铝接触,,减轻铝-氧的氧化反应。通常情况下,厚度在8mm以下的工件采用不熔化极氩弧焊;厚度在8mm以上者采用熔化极氩弧焊。在这种焊接中,焊丝的成分应该和工件的成分相同或相近。
  除此之外,人们还可以采用钎焊和气焊等。在钎焊时,焊接温度要控制在300-400℃范围之外,因为这个范围内的温度容易造成工件退火软化。
  不管采用何种焊接方法,在焊接前都必须认真清理工件和焊丝,除去它们表面的氧化膜和污物,因为铝是一种极易氧化的材料。
  4.铸铁的焊接
  防爆电气铸铁是一种焊接性能很差的金属材料,这是由于它的含碳量大、组织不均匀、塑性很低所造成的。因而,铸铁铸件不能够做成焊接结构件。这里所说的铸铁铸件的焊接,实质上是指对铸件已有缺陷的“补焊”。
  铸铁焊接性能差的主要原因是:
  ①在补焊时,局部加热的补焊区的冷却速度比铸造时快得多,因此焊缝容易产生白口组织和淬火组织。
  ②由于铸铁的强度低,塑性差,所以当焊接应力大时焊缝和热影响区会产生裂纹。此外,当补焊时使用焊条不当,例如使用非铸铁组织的焊条和焊丝,容易造成焊缝热裂。
  ③由于铸铁含碳量大,在焊接时容易产生一氧化碳(Co)和二氧化碳(C02)气体。这些气体在很短时间的液态变固态的凝固过程中来不及从熔池逸出,于是便残留在焊缝中形成气孔。
  铸铁的这种补焊作业,通常大多采用气焊和焊条电弧焊,使用相应的铸铁焊条或焊丝。使用这些焊接方法,根据焊接前工件是否预热,又分为热焊法和冷焊法。
  ①热焊法
  所谓“热焊法”,是指在补焊前将铸件局部预热到600—700℃,在施焊过程中温度保持在400℃以上,焊后逐渐缓慢地降温至室温的一种预热焊接方法。
  当采用热焊法进行气焊时,应该使用含硅量大的铸铁焊丝,焊剂通常使用CJ201或硼砂。气焊适于补焊中小型薄壁铸件。
  当采用热焊法进行焊条电弧焊时,焊条应该使用铸铁焊条,例如Z248或Z208。这种电弧焊适于补焊厚度大于10mm的较大铸件。
  ②冷焊法
  所谓“冷焊法”(并非“冷”),是指铸件在室温或预热温度不大于400℃的条件下进行焊接的一种“非”预热焊接方法。
  当采用冷焊法进行电弧焊时,应该使用的焊条有钢芯铸铁焊条、镍基铸铁焊条、铜基铸铁焊条和铸铁芯铸铁焊条。在这种补焊作业时应该尽量采用小电流、短电弧进行。
  在这种铸铁铸件补焊焊接中,焊条可以调节焊缝的化学成分,防止产生白口组织和裂纹;焊后立即用锤敲击焊缝,可以缓解焊接应力,减小变形。
  不管是采用热焊法或是使用冷焊法,只要选用焊条和焊接工艺得当,就可以防止焊缝出现组织和裂纹,补焊后的工件可以进行机械加工,尤其是冷焊法在实际工程中获得了广泛的应用。
  隔爆型电气设备的隔爆型防爆正压柜外壳常使用铸铁制造,当出现缺陷时,就适宜采用冷焊法补焊。
 
 
 
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