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铸铁件焊缝设计

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铸铁件焊缝设计

毕业设计(论文)(说明书)题目姓名编号平顶山工业职业技术学院年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)任务书姓名专业任务下达日期年月日设计(论文)开始日期年月日设计(论文)完成日期年月日设计(论文)题目A.编制设计B.设计专题(毕业论文)指导教师系部主任年月日平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)答辩委员会记录系专业,学生于年月日进行了毕业设计(论文)答辩。设计题目专题(论文)题目指导老师答辩委员会根据学生提交的毕业设计(论文)材料,根据学生答辩情况,经答辩委员会讨论评定,给予学生毕业设计(论文)成绩为。答辩委员会人,出席人答辩委员会主任(签字)答辩委员会副主任(签字)答辩委员会委员,,,,,,平顶山工业职业技术学院毕业设计(论文)评语第页共页学生姓名专业年级毕业设计(论文)题目评阅人指导教师(签字)年月日成绩系(科)主任(签字)年月日毕业设计(论文)及答辩评语铸铁件焊缝设计摘要近年来,随着国民经济的飞速发展,我国重型机械金属结构制造业取得了令人瞩目的成就。我国不仅是世界钢材消耗大国,也是世界机械制造业大国。据国际钢铁协会(IISI)统计,2004年世界钢产量首次达到10.3亿t,用钢量为9.35亿t。我国2004年钢产量为2.72亿t,约占全球钢产量的26,全年用钢量为3.12亿t,占全球钢产量的33,其中1.6亿t应用于焊接结构,约占用钢量的51左右。根据有关调查,在1.6亿t焊接结构用钢中,机械制造业金属结构用钢量约占用钢量的45,钢铁工业的快速发展,给我国焊接行业,尤其是重型机械金属结构行业焊接技术的可持续发展创造了很大的发展空间。进入21世纪,我国重型机械行业面临新的挑战和机遇,应彻底改善耗能大、耗材高、效率低、工作环境差和自动化程度低的传统焊接产业,促进焊接技术与产业向着优质、高效、节能、低成本、环境友好方面和自动化方向发展,努力将相对人力资源优势转化为科技竞争优势,促进企业进步和产业升级。灰口铸铁是第一阶段石墨化过程充分进行而得到的铸铁,全部或大部分碳以片状石墨形态存在,断口呈灰暗色,因此得名,它包括一般灰口铸铁简称灰铸铁、孕育铸铁、稀土灰口铸铁等。灰铸铁有一定的强度,但塑性和韧性很低,这种性能特点与石墨本身的性能及其在铸铁组织中的存在形态有关。在焊接过程中,由于焊件厚度,结构形状以及对质量要求的不同,其接头型式,焊接检验方法也不同。接头形式应根据结构形状,强度要求,工件厚度,焊后变形大小,焊条消耗量,坡口加工难易程度,焊接方法等因素综合考虑决定。灰口铸铁在化学成分上的特点是含碳量高和含硫、磷杂质高,增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性。在30~100℃/s快速冷却的条件下,熔于铁中的碳来不及以石墨形式析出,而呈渗碳体出现,致使熔合区、甚至焊缝上的碳常以化合物状态存在,形成白口组织及淬硬组织。此外,灰口铸铁在力学性能上的特点是强度低,塑性极低,加上焊接过程冷却速度快,焊件受热不均而形成较大的焊接应力,使灰口铸铁焊接时对冷裂纹和热裂纹的敏感性增大。故灰口铸铁焊接时主要问题有两个一是焊接接头易出现白口及淬硬组织,二是焊接接头易出现裂纹[1]。鉴于上述焊接性分析,灰口铸铁的焊接必须采取行之有效的焊接工艺措施,合理选择焊接材料,焊前须预热,保持一定的层间温度及焊后热处理,焊接工艺参数宜采用小线能量施焊,施焊过程中,用小锤的圆头部轻轻敲击焊缝区的焊道关键词灰口铸铁,焊缝设计,焊接工艺,焊接检验Inrecentyears,alongwiththenationaleconomyrapiddevelopment,ourcountryheavydutymachinerymetalstructuremanufacturingindustryhasobtainedtheamazingachievement.Notonlyourcountryistheworldsteelproductsconsumesthegreatnation,alsoistheworldmechanicalmanufacturingindustrygreatnation.AccordingtotheinternationalsteelandironassociationIISIstatistics,in2004theworldsteeloutputachievedforthefirsttime1,030,000,000t,withthesteelquantityis935,000,000t.Ourcountryin2004thesteeloutputis272,000,000t,approximatelycomposestheglobalsteeloutput26,wholeyearwiththesteelquantityis312,000,000t,accountsfortheglobalsteeloutput33,160,000,000tappliesintheweldingstructure,thecompositionusesthesteelquantityabout51.Accordingtotherelatedinvestigation,in160,000,000tweldingstructurewiththesteelin,themechanicalmanufacturingindustrymetalstructurewiththesteelquantitycompositionwiththesteelquantity45,theironandsteelindustryfastdevelopment,weldstheprofessionforourcountry,theheavydutymachinerymetalstructureprofessionweldingtechnologysustainabledevelopmenthasinparticularcreatedtheverybigdevelopmentspace.Entersforthe21stcentury,ourcountryheavydutymachineryprofessionfacedwiththenewchallengeandtheopportunity,shouldimprovethoroughlyconsumesenergybig,consumesthematerialhigh,theefficiencylow,theworkingconditionsdifferenceandtheautomaticitylowtraditionweldingindustry,thepromotionweldingtechnologyandtheindustryturnstowardshighquality,highlyeffective,theenergyconservation,thelowcost,theenvironmentfriendlyaspectandtheautomateddirectiondevelops,transsdiligentlytherelativehumanresourcessuperiorityasthescienceandtechnologycompetitiveadvantage,thepromotionenterpriseprogressandtheindustrialpromotion.Thegraycastironisthecastironwhichthefirststagegraphitizationprocesscarriesonfullyobtains,completelyorthemajorityofcarbonbytheflakygraphiteshapeexistence,thefractureassumetheashdarkcolor,thereforeacquiresfame,itincludingcommongraycastironi.e.grayiron,inoculatedcastiron,rareearthgraycastironandsoon.Thegrayironhascertainintensity,buttheplasticityandtoughnessareverylow,thisperancecharacteristicandthegraphiteitselfperanceandconcernsinthecastironorganizationsexistenceshape.Intheweldingprocess,asaresultoftheweldmentthickness,thestructureshapeaswellastothequalityrequirementdifference,itsattachmentpattern,theweldinginspectionprocedureisalsodifferent.Theattachmentshouldactaccordingtothestructureshape,theintensityrequest,workpiecethickness,afterweldsdistortsthesize,theweldingrodconsumption,thebevelprocessingdifficultydegree,factoroveralluationdecisionsandsoonwelding.ThegraycastirononchemicalcompositioncharacteristicwascarbonamountGaoHehanthesulfur,thephosphorusimpurityishigh,hasincreasedtheweldjointtothecoolingratechangesensitivity.In30100℃/sunderthefastcoolingcondition,meltsintheironthecarbonwithoutenoughtimebythegraphiteseparation,butassumestheironcarbideappearance,thecausefusionarea,evenontheweldedjointcarbonoftenbythecompoundconditionexistence,sthegradeofbessemersteelorganizationandthehardorganization.Inaddition,thegraycastironistheintensityislowinmechanicsperancecharacteristic,theplasticityisextremelylow,inadditionweldstheprocesscoolingratetobequick,weldmentbeingheatedunevensthebigweldingstress,causeswhenthegraycastironweldingincreasestothecoldcrackandtheheatcracksensitivity.WhengraycastironweldingthemainquestionhastwoOne,theweldjointeasytoappearthegradeofbessemersteelandthehardorganization,twoistheweldjointeasytoappearcrack[1].Inviewofthefactthattheaboveweldabilityanalysis,thegraycastironweldingmusttaketheeffectiveweldingcraftmeasure,choosestheweldingmaterialreasonablyfront,weldsmustpreheating,aftermaintainsduringcertainlevelthetemperatureandweldstheheattreatment,theweldingcraftparameterusesthestringcableenergytocutesuitablywelds,cutesweldsintheprocess,rapstheweldedjointareagentlywiththelittlehammerroundforeheadtheweldbeadKeywordsGreycastiron,Welddesign,weldingprocedure,Weldinginspection第一章焊接的发展史1.1焊接的发展史焊接技术是随着金属的应用而出现的,古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜钺,就是铁与铜的铸焊件,其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折,接合良好。春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙,是分段钎焊连接而成的。经分析,所用的与现代软钎料成分相近.战国时期制造的刀剑,刀刃为钢,刀背为熟铁,一般是经过加热锻焊而成的。据明朝宋应星所著天工开物一书记载中国古代将铜和铁一起入炉加热,经锻打制造刀、斧;用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上,分段煅焊大型船锚。中世纪,在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上,使用的热源都是炉火,温度低、能量不集中,无法用于大截面、长焊缝工件的焊接,只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。19世纪初,英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源;1885~1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳;1900年又出现了铝热焊。20世纪初,碳极电弧焊和气焊得到应用,同时还出现了薄药皮焊条电弧焊,电弧比较稳定,焊接熔池受到熔渣保护,焊接质量得到提高,使手工电弧焊进入实用阶段,电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间,美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度,制成自动电弧焊机,从而成为焊接机械化、自动化的开端。1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊,焊接机械化得到进一步发展。40年代,为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要,钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊,成为大厚度工件的高效焊接法。1953年,苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊,促进了气体保护电弧焊的应用和发展,如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊;40年代德国和法国发明的电子束焊,也在50年代得到实用和进一步发展;60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现,标志着高能量密度熔焊的新发展,大大改善了材料的焊接性,使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。其他的焊接技术还有1887年,美国的汤普森发明电阻焊,并用于薄板的点焊和缝焊;缝焊是压焊中最早的半机械化焊接方法,随着缝焊过程的进行,工件被两滚轮推送前进;二十世纪世纪20年代开始使用闪光对焊方法焊接棒材和链条。至此电阻焊进入实用阶段。1956年,美国的琼斯发明超声波焊;苏联的丘季科夫发明摩擦焊;1959年,美国斯坦福研究所研究成功爆炸焊;50年代末苏联又制成真空扩散焊设备。来源中国金属加工在线1.2焊接前景据有关资料介绍,全世界钢铁产量中约有50左右是通过焊接加工由原材料变成成品的。目前,很多焊接作业已采用机械化、自动化、数控、人工智能等很多高新技术。据有关资料不完全统计,在一些工业发达国家焊接机械化的平均水平已达70~80,而我国只有20~30,绝大部分焊接作业离不开人工操作。随着生产的发展和科学技术的进步,焊接已成为门独立的学科,并广泛应用于宇航、航空、核工业、造船、建筑及机械制造等工业部门,在我国的国民经济发展中,尤其是制造业发展中,焊接技术是一种不可缺少的加工手段。以西气东输工程项目为例,全长约4300公里的输气管道,焊接接头的数量竟达35万个以上,整个管道上焊缝的长度至少1万5千公里。国家大剧院一共用了6700吨钢材,焊缝长达100公里,如果不算已经焊好的预制件,就现场焊缝加起来也有35公里长,需要100多名优秀的焊工,耗用87吨焊条。北京奥运会鸟巢用的钢材11万吨,焊缝长达320公里,所用的焊条20100吨,可以足足绕地球赤道三圈。离开焊接,简直无法想象如何完成这样的工程。1.2.1国内外焊接技术的发展趋势随着世界制造业的快速发展,焊接技术应用越来越广泛,焊接技术水平也越来越高。新的焊接工艺方法不断涌现,专业焊接设备日新月异。与此同时,国内外焊接设备生产企业也纷纷通过各种方式展示自身的实力,特别是借以展会展出品种繁多的产品和先进的技术。纵观2009年的三大焊接展,即2009年6月在上海举办的第14届北京.埃森焊接与切割展览会、2009年9月在德国埃森举办的第17届德国埃森焊接与切割展览、2009年10月在天津举办的第23届中国焊接博览会,我们对国内外焊接技术的发展趋势以及焊接生产发展的新需求和新动向印象较深的是核心技术的作用得以显现,数控和电源方面有发展,激光焊接技术成为一大亮点,机器人应用普及化。可以认为,世界焊接技术又跨上了一个新台阶,在高效、自动化、环境友好方面有了新的进步;焊接材料的种类更加丰富,焊接自动化、高效化、清洁化更加突出;焊接技术的综合成本更低,焊接对工业的服务更加广泛。同时,焊接中存在的手工、粗糙、脏乱、低速已基本消除,取而代之的是自动、精密、清洁、高效。1.2.2产品情况重型机械金属结构行业主要为国家大型骨干企业和国家重点工程项目提供重型机械装备。行业制造骨干企业如第一重型机械集团有限公司、第二重型机械集团有限公司、太原重型机械集团有限公司、大连重工起重机集团有限公司、中信重型机械有限公司、郑州煤机厂、北京煤机厂、上海振华港口机械公司、齐齐哈尔第二机床厂等,主要制造大型桥式和门式起重机、435m3机械式挖掘机、16m3液压挖掘机、大型加压气化炉、加氢反应器、大型舞台设备、航天发射塔架、焦炉机械设备、螺旋焊管设备以及大型减速机、提升机、堆取料机、轧钢锻压设备、氧气瓶压机、水泥设备、粉磨、破碎机械、水利、工程机械、液压支柱、港口机械及环保设备等大型设备。第二章灰口铸铁焊缝设计2.1铸铁焊件存在的问题2.1.1焊后产生白口组织在焊接灰口铸铁时,经常会在熔合区生成一层白口组织。产生白口组织的原因是由于母材近缝区在焊接时受到高温加热,当受热温度860℃以上时,原来灰口铸铁中得游离状态的石墨开始部分也熔于铁中,温度越高,熔于铁中的石墨也越多。当冷却时,一般认为在30100℃/s的急速冷却条件下,熔于铁中的碳来不及以石墨形式析出,而呈渗碳体出现,即所谓白口。另外。在焊接熔池中的石墨化元素碳,硅等不足也是产生白口的主要原因。一般在窄小的高温度熔合区内,焊后很容易产生白口组织。白口组织硬而脆,使得焊缝在焊后难以机械加工,甚至会导致开裂。防止白口产生主要措施是适当调整填充金属的化学成分和冷却速度。改善焊缝技术的化学成分,增加石墨化元素的含量,可以在一定条件下防止焊缝金属产生白口。例如气焊用铸铁焊丝的碳,硅含量要比母材高(C3.0%3.8%,Si3.64.8)特别是冷焊灰口铸铁时,焊丝中的含硅量可高达4.5%焊后缓冷和延长熔合区处于红热状态的时间,使石墨充分析出,这是避免熔合区产生白口的主要工艺途径。采取的具体措施是焊前预热和焊后保温。由于气焊时冷却速度较慢。因此。对于防止白口极为有力2.1.2焊接接头出现裂纹裂纹是焊接灰口铸铁的要问题,灰口铸铁焊接接头上的裂纹可能出现在焊缝金属中,也可能在基本金属即母材上。母材的裂纹一般出现近缝区,可能是纵向,横向或斜向的。由于灰口铸铁塑性极差,几乎不能发生任何塑性变形,而且强度又低,所以在焊接应力及铸件本身应力(组织应力)的共同作用下,当局部应力大于强度极限时,就产生裂纹。严重时,会使焊缝金属和母材分离,即焊缝从基本金属上脱离下来,即所谓剥离。如果焊缝强度较高而母材强度较低,或结合处产生白口时,由于白口铸铁收缩率(1.6%2.%)比灰口铸铁收缩率(0.9%1.8%)大,且塑性也差,故均产生剥离。焊缝金属内的裂纹,一般常见的是横向裂缝,有时也有纵向及斜向裂纹,在焊缝断口处没有高温氧化时常见的蓝颜色。裂纹生成时常发出清脆的金属开裂声。通常裂纹发生在热态焊缝金属的暗红色消失后,即600℃以下,直到焊缝与焊件整体温度均匀化之前。最容易发生裂纹的温度在400℃以下,通常这种在热应力和组织应力的共同作用下发生的裂纹称为热应力裂纹。2.2灰口铸铁的化学成分及力学性能灰口铸铁(HT)中的碳全部或大部分以片状石墨形态存在,分布于不同的基础上,断口呈暗灰色。这类铸铁的生产工艺简单,价格低廉,具有优良耐磨性和切削加工性等,在工业上得到了广泛应用。由于基体中的石墨呈片状分布,与基体结合力弱。因此灰口铸铁的抗拉强度低、硬度低,塑性几乎为零。灰口铸铁的化学成分、性能特点见表2-1、2-2。2.2.1灰口铸铁的化学成分表2-1灰口铸铁的化学成分牌号基体组织化学成分CSiMnpSHT1OO珠光体3070粗片状,铁素体7030,二元磷共晶体少于73.43.92.12.60.50.60.30.15HT150珠光体4090粗片状,铁素体1060,二元磷共晶体少于73.23.52.02.41.92.31.82.20.50.80.50.80.60.90.030.15HT200珠光体90中片状,铁素体少于5,二元磷共晶体少于43.23.53.13.43.03.31.62.01.51.81.41.60.70.90.70.90.81.00.30.12HT250珠光体98粗片状,二元磷共晶体少于23.03.32.93.22.83.11.51.81.41.71.31.60.81.00.91.11.01.20.20.12HT300珠光体多于98中细片状,二元磷共晶体少于23.03.32.93.22.83.11.51.81.41.71.21.50.80.90.91.11.01.20.150.12HT350珠光体95粗片状,二2.83.11.31.61.01.30.150.102.2.2灰口铸铁的力学性能表2-2灰口铸铁的力学性能牌号金相组织/Mpa抗拉强度/Mpa弯曲强度/MPa硬度/HBSHT100铁素体≥100≥260≤150HT150铁素体珠光体≥150≥330150200HT200珠光体≥200≥400170220HT250珠光体≥250≥470190240HT300孕育铸铁≥300≥540210260HT350孕育铸铁≥350≥610230280HT400孕育铸铁≥400≥680207269(字母“HT”数字(最小抗拉强度))2.3常用铸铁件的焊接方法由于铸铁的一些优点,在汽车制造材料中占有很大的比重。铸铁零件大多是加工精度高、价格昂贵的基础零件,如气缸体、气缸盖、变速器壳体等。铸铁零件在制造及使用过程中,经常会出现裂纹、气孔、损坏等情况。据统计,汽车在正常使用情况下,这类零件达到磨损极限时,其尺寸变化只有0.08%~0.40%,质量损失只有0.1%~1.8%,此时将零件报废,无疑是非常浪费的。因此,研究和利用先进的修理经验,合理地修复铸铁零件是十分必要地。焊接就是一种非常有效地修复铸铁零件的方法。铸铁含碳量高、杂质多,并具有塑性低、焊接性差、对冷却速度敏感等特性,焊补后容易出现白口组织和产生裂纹。为改善铸铁零件的焊补质量,常用的方法有以下几种。2.3.1冷焊法电弧焊冷焊法就是焊件在焊前不预热,焊接过程中也不辅助加热,因此可以加速焊补生产率,降低成本,改善劳动条件,减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化。目前冷焊法正在推广,并迅速发展。但是冷焊法在焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度很大,极易形成白口组织。此外因焊件受热不均匀。常形成极大的内应力,会造成裂纹,在冷焊时应注意以下几点元磷共晶体少于12.83.12.83.01.21.51.11.41.01.31.11.4①焊前应彻底清理油污,裂纹两端要打上裂孔,加工的坡口形状要保证便于焊补及减少焊件的熔化量。②采用钢芯或铸铁芯的以外的焊条,小直径焊条应尽量用小的焊接电流,以减少内应力和热影响区的宽度。③采用短焊道焊接法。一般每次焊1040mm,待其充分冷却后再焊。④采用分段倒退焊.这样可以降低拉应力,对防裂有好处。⑤每项焊一短焊道后,用圆头锤沿焊逢向外锤击。冷焊焊条按焊后焊缝的可加工性分为两大类一类用于焊后不需要机械加工的铸件,如钢芯铸铁焊条EZCQ,只适用小型薄壁铸件刚度不大部位的缺陷焊补;另一类用于焊后需要机械加工的铸件,如纯镍焊条(EZNi-1)镍铁铸铁焊条(EZNiFe-1)镍铜铸铁焊条(ENiCu-1)等。2.3.2热焊法热焊法是在焊接前将焊件全部或局部加热到600-700℃,并在焊接过程中保持一定温度,焊后在炉中缓冷的焊接方法。用热焊法时,焊件冷却缓慢,温度分布均匀,有利于消除白口组织,减少应力,防止产生裂纹。但热焊法成本高,工艺复杂,生产周期长,焊接时劳动条件差,因此应尽量少用。气焊灰口铸铁的焊接工艺气焊火焰温度比电弧温度低得多,因而焊件的加热和冷却比较缓慢,这对防止灰口铸铁在焊接时产生的白口组织和裂纹都很有利。所以用气焊焊补的铸件质量一般比较好,因气焊成为补焊铸铁的常用方法。但气焊与焊条电弧焊相比,焊工的劳动强度高,焊件变形较大,焊补大型铸件时难以焊透。但由于气焊铸件的质量较好,易切削加工,使许多工厂中的中小型灰口铸件,还是较多用气焊焊补。焊前准备①在焊件清除完毕后,检查缺陷。.焊件上的缺陷可起码接观察,也可用10-20倍的放大镜查找。②裂纹找出后,在裂纹的两端钻直径φ46mm的裂孔,以防止裂纹扩展。焊接灰口铸铁时可选用铸铁焊丝,丝401A或丝401B。焊接时气焊熔剂选用气剂201,铸铁气焊熔剂熔点为650℃成碱性,能将铸铁气焊时产生的二氧化硅熔点为1350℃变为易熔的盐类。铸铁用气焊熔剂进行灰口铸铁补焊时,应选择较大号的焊炬,以提高焊接头焰效率,有利于气孔夹渣等缺陷。焊嘴孔径可根据焊补处的壁厚确定。操作技术在气焊过程中,必须选用中性焰或弱碳化焰;在焊接结束时可用碳化焰使焊缝缓冷,这样可以减少碳和硅的烧损,消除过厚的氧化膜,防止白口冷硬现象;当消除缺陷的底部或开坡口时可用氧化焰.焊接时,在要基本金属熔化后再加入焊丝,以防止熔合不良;发现熔池中有小气孔和白亮点夹杂物时,可以往熔池中加入少量气焊熔剂,有助于消除平渣,但气焊熔剂不宜加入过多,否则反而容易产生夹渣,气孔;适当加大火焰的功率,提高熔池铁水温度,有利于气体及杂质浮起,因而能减少气孔,夹渣;操作时应注意火焰始终盖住熔池;加入焊丝时,经常用焊丝轻轻搅动熔池,促使气体,熔渣浮出;焊补将完毕时应使焊缝稍高于焊件表面,并用焊丝刮去杂质较多的表层面。由于表层内含杂质较多,冷却后硬度较高,所以,刮去表面层可提高焊缝的切削性能。当补焊被焊区刚性较大或补焊面积较大,以及材质较差,组织疏松的铸件时,可采用热焊。焊后用石棉或炭灰将铸件盖好,使焊缝缓慢冷却,以防止产生裂纹和白口组织。2.3.3加热减应焊法此方法是不事先加热焊件,而在施焊前和施焊中加热焊件的“加热减应区”,使其不阻碍焊缝的收缩,从而减少内应力,避免产生裂纹。加热减应区可选取一处或多处,其选取原则为1、应是阻碍焊缝膨胀的部位。当该部位加热冷却时,使焊缝有获得自由热膨胀和冷收缩的可能。2、应是与其它部位联系不多且强度较大的部位。3、自身的变形对其它部位应无很大影响,不至于因它的变形而损坏其它部位。在选择焊接方法时应注意以下原则①针对不同的切削加工性、颜色、强度等选择不同的焊接方法。焊条电弧焊热焊法对于要求质量高、切削加工性好的铸件最适合,焊条电弧焊冷焊法则适宜于机加工的表面及不便于预热的大型铸件。②针对不同的焊件体积、形状、厚度及使用条件等选择不同的焊接方法。对于中小型薄壁零件如气缸采用气焊、冷焊、热焊均可,对于较大的零件应采用气焊热焊法。2.4接头形式的选择及坡口的选择2.4.1焊缝的布置工艺设计原则①焊缝布置应尽量分散两条焊缝的间距大于三倍板厚,且不小于100mm。如图2-2图2-2焊缝分散布置的设计②焊缝的位置应尽可能对称布置。如图2-3图2-3焊缝对称布置的设计③焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置。对于受力较大、结构较复杂的焊接构件,在最大应力断面和应力集中位置不应该布置焊缝。如图2-4图2-4焊缝避开最大应力断面与应力集中位置的设计④焊缝应尽量避开机械加工表面。有些焊接结构是一些零件,需要进行机械加工,其焊缝位置的设计应尽可能距离已加工表面远一些。如图2-5图2-5焊缝远离机械加工表面的设计⑤焊缝位置应便于焊接操作布置焊缝时,要考虑到有足够的操作空间。如图2-6图2-6焊缝位置便于电弧焊的设计2.4.2接头形式的选择在手工电弧焊中,由于焊件厚度,结构形状以及对质量要求的不同、其接头型式也不同。根据国家标准GB985-80规定,焊接接头的型式主要可分为四种,即对接接头、角接接头、搭接接头、T型接头。如图2-1图2-1接头形式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度、焊接方法等因素综合考虑决定。对接接头受力比较均匀,是最常用的接头形式,重要的受力焊缝应尽量选用。如图a(a)对接接头角接接头与T形接头受力情况都较对接接头复杂,但接头成直角或一定角度连接时,必须采用这种接头形式。如图b、cbT型接头c角接接头搭接接头因两工件不在同一平面,受力时将产生附加弯矩,而且金属消耗量也大,一般应避免采用。但搭接接头不需开坡口,装配时尺寸要求不高,对某些受力不大的平面联接与空间构架,采用搭接接头可节省工时。如图dd搭接接头2.4.3坡口形式的选择焊条电弧焊对板厚为1~6mm对接接头施焊时,一般可不开坡口即I形坡口直接焊成。当板厚增大时,为了保证焊透,接头处应根据工件厚度预先加工出各种形式的坡口。坡口角度和装配尺寸按标准选用。两个焊接件的厚度相同时,可选用常用的坡口形式及角度。Y形坡口和带钝边U形坡口用于单面焊,其焊接性较好。但焊后角变形较大,焊条消耗量也大些。双Y形坡口双面施焊,受热均匀,变形较小,焊条消耗量较少。但有时受结构形状限制。带钝边U形坡口根部较宽,允许焊条深入,容易焊透。而且坡口角度小,焊条消耗量较小。但因坡口形状复杂,一般只在重要的受动载的厚板结构中采用。带钝边双单边V形坡口主要用于T形接头和角接接头的焊接结构中。3.接头过渡形式设计焊接构件最好采用相等厚度的金属材料,以便获得优质的焊接接头。当两块厚度相差较大的金属材料进行焊接时,接头处会造成应力集中。接头两边受热不匀易产生焊不透等缺陷。不同厚度金属材料对接时,允许的厚度差如表2-3所示。如果δ1-δ超过表中规定值,或者双面超过2δ1-δ时,应在较厚板料上加工出单面或双面斜边的过渡形式。如图2-3表2-3不同厚度金属材料对接时允许的厚度差较薄板的厚度/mm2568911≥12允许厚度差(δ1-δ)mm1234图2-3不同厚度金属材料对接的过渡形式钢板厚度不同的角接与T形接头受力焊缝,可考虑采取过渡形式。如图2-4图2-4不同厚度的角度与T形接头的过渡形式第三章焊后检验3.1焊缝外观及尺寸的检验检查焊缝缺陷时,可用超声探伤仪或射线探测仪检测。在对焊缝的内部缺陷进行探伤前应先进行外观质量检查。焊缝表面质量的检验可目测或用10倍放大镜,当存在疑义时,采用磁粉或渗透擦伤。如果焊缝外观质量不满足规定要求,需进行修补。焊缝的外形尺寸一般用焊缝检验尺测量。焊缝检验尺由主尺、多用尺和高度标尺构成,可用于测量焊接母材的坡口角度、间隙、错位、焊缝高度、焊缝宽度和角焊缝高度3.2致密性检验①气密性试验检验小容积的压力容器,容器置于水槽中充气,焊缝金属致密性不良时,水中呈现气泡,检验大容积的压力容器,容器充气后,在焊缝处涂肥皂水检验渗漏。②氨气试验对检验的压力容器充以氨气,在焊缝上贴一条比焊缝略宽的浸过硝酸汞溶液的试纸,若焊缝区有泄漏,试纸的相应部件上将呈现黑色斑纹。③煤油试验用于检验不承受压力的焊缝。在焊缝及热影响区涂刷石灰水溶液,在另一而涂刷煤油,如有穿透性缺陷时,则煤油会渗透过缝隙使涂有白色底基的粉面上呈现黑色斑痕。3.3无损探伤①着色渗透探伤有关探伤规定应按渗透探伤方法标准进行。②磁粉探伤有关探伤规定可参考钢制压力容器磁粉探伤标准进行。③超声波探伤有关焊缝的探伤应按钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果的分级标准规定进行。④射线探伤有关焊缝的射线探伤应按钢焊接接头射线照相及底片等级分类法标准规定进行。3.3.1磁粉探伤的基本原理外加磁场对工件只能是铁磁性材料进行磁化,被磁化后的工件上若不存在缺陷,则它各部位的磁特性基本一致,而存在裂纹、气孔或非金属物夹渣等缺陷时,由于它们会在工件上造成气隙或不导磁的间隙,使缺陷部位的磁阻大大增加,工件内磁力线的正常传播遭到阻隔,根据磁连续性原理,这时磁化场的磁力线就被迫改变路径而逸出工件,并在工件表面形成漏磁场。3.3.2漏磁场的强度主要取决磁化场的强度和缺陷对于磁化场垂直截面的影响程度利用磁粉就可以将漏磁场给予显示或测量出来,从而分析判断出缺陷的存在与否及其位置和大小。将铁磁性材料的粉未撒在工件上,在有漏磁场的位置磁粉就被吸附,从而形成显示缺陷形状的磁痕,能比较直观地检出缺陷。这种方法是应用最早、最广的一种无损检测方法。3.3.3磁粉探伤的一般程序磁粉一般用工业纯铁或氧化铁制作,通常用四氧化三铁Fe3O4制成细微颗粒的粉末作为磁粉。磁粉可分为荧光磁粉和非荧光磁粉两大类,荧光磁粉是在普通磁粉的颗粒外表面涂上了一层荧光物质,使它在紫外线的照射下能发出荧光,主要的作用是提高了对比度,便于观察。磁粉检测又分干法和湿法两种(1)干法将磁粉直接撒在被测工件表面。为便于磁粉颗粒向漏磁场滚动,通常干法检测所用的磁粉颗粒较大,所以检测灵敏度较低。但是在被测工件不允许采用湿法与水或油接触时,如温度较高的试件,则只能采用干湿法。(2)湿法将磁粉悬浮于载液水或煤油等之中形成磁悬液喷撒于被测工件表面,这时磁粉借助液体流动性较好的特点,能够比较容易地向微弱的漏磁场移动,同时由于湿法流动性好就可以采用比干法更加细的磁粉,使磁粉更易于被微小的漏磁场所吸附,因此湿法比干法的检测灵敏度高。构件表面缺陷的检测磁粉探伤预处理将构件表面的油脂、涂料以及铁锈等去掉,以免影响磁粉附着缺陷上。(1)磁化选用适当的磁化方法和磁化电流,接通电源,对构件进行磁化。(2)施加磁粉按所选的干法或湿法施加干粉或磁悬液。(3)观察记录用非荧光磁粉擦伤时,在光线明亮的地方,用自然光或灯光进行观察;用荧光磁粉擦伤时,则在暗室等暗处用紫外灯进行观察3.3.4磁愤探伤的验收标准当磁痕确定是由缺陷造成的之后,应对缺陷进行只两平定。根据JB/T4730-2005验收标准验收。(1)任何裂纹。(2)任何横向缺陷显示。(3)焊缝及紧固件长度大于1.5mm的线性缺陷显示。(4)锻件上任何长度大于2mm的线性缺陷显示。(5)单个尺寸大于或等于4mm的圆形缺陷显示。结论在焊补灰铸铁时,往往会在熔合线处生成一层白口组织

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