输电线路钢管电杆角钢塔焊接技术.docx
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输电线路钢管电杆角钢塔焊接技术
钢管电杆、角钢塔焊接技术
1、焊接与钎接的分类图………………………………………1
2、手工电弧焊接………………………………………………2
3、埋弧焊接……………………………………………………8
4、气体保护电弧焊……………………………………………12
手工电弧焊
1、电弧
手工电弧焊是利用电弧放电时产生的热量，熔化焊条和焊件，从而获得牢固接头的焊接过程。
在两板之间的介质中，强烈而持久的放电现象称为电弧。
电弧放电时，一方面产生高热，同时产生强光，二者在工业上都得到应用。
2、焊接电弧的产生
产生焊接电弧一般先进行引弧。
引弧时先将焊条与焊接件相互接触而形成短路（图1-1a）。
由于接触部份的电阻和通过电流密度很大，使两板间的接触点产生大量电阻热，焊条末端和焊接件迅速加热到白热化状态（图1-1b）。
然后将焊条提起，在这瞬间大量的电流由熔化的焊条金属细颈通过（图1-1c）。
此时，因大电流密度而产生的电阻热突然增大，使细颈部份金属液体温度猛烈升高，随着焊条与焊件迅速分开，两电极间的空气间隙，强烈地受热而发生热电离，使中性原子变成带电离子和电子。
同时，被加热的阴极上有高速的电子飞出。
撞击空气中的分子和原子，使空气发生碰撞电离，产生阳离子，阳离子和自由电子。
这时在电场的作用下，带电微粒按一定的方向移动。
阳离子移向阴极并与阴极碰撞；阳离子和自由电子移向阳极并与阳极碰撞，碰撞结果更加速了电子的发射，最终使两电极间的空气剧烈电离而产生电弧（图1-1d）。
手工电弧焊时，为了使电弧容易引燃和保持稳定燃烧，在焊条药皮中多含有易于电离的成份。
如钾、纳、钙及钛等化合物。
3、焊接电弧的组成：
焊接电弧由三部份组成（见图1-2）
3.1、阴极
阴极是电弧的重要部份。
电子就是从阴极发射出来的。
3.2、弧柱
弧柱中主要是阳离子和自由电子的混合物，也有一些阴离子和中性微粒。
由于阴极和阳极部份很薄，所以弧柱长度几乎等于电弧长度。
3.3阳极
由于阳极表面受高速电子的撞击，传给较大的能量，因此，阳极获得的能量较阴极高。
在和阴极材料相同情况下，阳极表面的温度略高于阴极表面。
4、电弧焊过程
电弧焊过程如图1-3所示。
它是以焊条与焊件作为二个电极，利用两电极之间产生的电弧热量熔化金属，使两块金属熔合成正体。
图1-3中被焊的金属制件称为焊件，焊件本身金属称为基本金属。
焊条熔化所形成的熔滴过渡到熔池上的金属称为焊着金属。
焊接时，可以清楚看到，因电弧的吹力作用，使焊件的熔化金属的底部形成一个陷槽，这陷槽称为熔池（冷却后形成弧坑）。
由于电弧的热作用。
焊条和焊件继续熔化，焊着金属和基本金属不断熔合而构成熔化状态的焊缝金属，待冷却凝固后即形焊缝。
焊接后，焊缝表面覆盖着一层渣壳称为焊渣。
焊条熔化的末端至熔池表面距离称为弧长（电弧长度）。
从基本金属表面至熔池底部的距离称为熔深（溶透深度）
5、电弧的稳定性
电弧的稳定性是指电弧燃烧过程中，电弧能维持一定的长度，不偏吹，不摇摆，不熄灭。
电弧燃烧稳定与否，对焊接质量影响很大，不稳定的电弧造成焊缝质量低劣，电弧不稳定的原因除技术不熟练外，还有以下几种原因：
1）焊接电源的影响
2）焊条药皮的影响
3）气流的影响
4）焊接处不清洁
5）磁吹偏
6、结构钢焊接焊条的选择
焊缝金属抗拉强度等级
牌号
焊缝金属kg/（mm2）
抗拉强度等级
屈服强度等级
结42X
42
30
结50X
50
35
7、焊条的合理选用和保存
焊条的种类很多，各有其应用范围，使用是否恰当对焊接质量，劳动生产率及产品成本都有很大影响。
通常应根据焊件的化学成份，机械性能，抗裂性，耐腐蚀性以及高温，低温性能等要求。
同时，必须根据焊件结构形状，工作条件，受力情况以及焊接设备等方面进行综合考虑选用。
对于异种钢如低碳钢与普通低合金钢，或都不同牌号的普通低合金钢焊接时，一般选用与强度较低的焊件相应的焊条。
焊接低碳钢或普通低合金钢时，为了提高生产率，可选用结503铁重高效率焊条。
对于如耐蚀钢，低温钢等有特殊性能要求钢种焊接，则应选用专用焊条。
焊条的保存也很重要，焊条应保存在干燥的通风良好的仓库内。
要防止焊条受潮变质，并应设专用焊条储藏发放间和专用烘箱，以便随时烘干发放。
如焊条钢芯发现生锈，焊条药皮变质，这样的焊条应降级使用，严重都应予以报废。
8、手工电弧焊焊机分类：
旋转式焊机（焊接发电机）
8.1、按焊接电流种类分
整流式焊机（硅焊接整流器）
1）直流电焊机
2）交流电焊机
8.2、按供给焊头数分
1）单头电焊机
2）多头电焊机
8.3、按电焊机结构不同可分：
1）旋转式直流电焊机
2）交流电焊机
3）硅整流式直流电焊机
9、手工电弧焊用工具
9.1、电焊钳
9.2、面罩和护目玻璃
9.3、焊接电缆
焊接电缆的作用是传导焊接电流。
对焊接电缆有下列要求：
9.3.1、一般要求使用紫钢软线，并具有一定的截面积和足够的导电能力；
9.3.2、要容易弯曲和柔软性好，便于电工操作，降低劳动强度；
9.3.3、绝缘性良好，以免产生短路而损坏电流机。
电焊机有二根电缆，一根接到焊钳上，一根接到焊件上。
连接焊件电缆也可用金属板代替，但与焊机接线柱的连接必须采用一根较短的电缆，然后再与具有足够导电截面的金属板连接，以保证良好导电。
焊接电缆的长度应根据工作时的具体情况选定，但不要过长。
电缆的截面积大小应根据焊接电流大小决定，见下表：
焊接电缆截面积选择
最大焊接电流（A）
200
300
450
600
焊接电缆截面积（mm2）
25
50
70
95
9.3.4、焊接辅助工具
1、焊条箱（桶）
2、钢丝刷
3、尖头锒头
4、相应的劳保品等
10、焊接接头形式及坡口准备
10.1、对接接头坡口形式
10.2、丁字接头坡口形式：
10.3、焊缝形式及表示法：
手工电弧焊适用的焊接规范
焊缝空间位置
焊缝横断面形式
焊件厚度或焊脚尺寸（mm）
每一层焊缝
其他层次焊缝
封底焊缝
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
焊条直径（mm）
焊接电流（A）
平对接焊缝
4-5
4
160-200
160-210
5
200-260
220-250
5-6
4
160-210
4
160-210
3.2
100-130
4
180-210
≥6
4
160-210
5
220-280
4
180-210
5
220-260
≥12
4
160-210
4
160-210
5
220-280
平角接焊缝
4
3.2
100-120
5-6
4
160-200
5
160-200
≥8
4
160-200
5
220-280
5
220-230
4
160-200
4
160-200
5
220-280
埋弧焊概述
埋弧焊又称焊剂层下电弧焊，它可分为自动和半自动两种，埋弧焊的焊缝形成过程如图1所示。
焊丝1末端和焊件7产生电弧2后，电弧的幅射热使焊丝末端周围的焊剂5熔化，局部被蒸发，焊剂蒸气将电弧周围熔化的焊剂—熔渣4排出，形成一个封闭空间，使电弧与外界空气隔绝，电弧在此空间内继续燃烧，焊丝便不断熔化，并以滴状落下，与焊件被熔化的液态金属混合形成焊接熔池3。
随着焊接过程的进行，电弧向前移动，焊接熔池也随之冷却而凝固，形成焊缝6。
比重较轻的熔渣浮在熔池的表面，冷却后成为渣壳8。
图1、埋弧焊时焊缝形成过程
1—焊丝2—电弧3—熔池金属4—熔渣
5—焊剂6—焊缝7—焊件8—渣壳
1、埋弧焊接与手工电弧焊接的比较
1.1、生产效率高14-18g/A时（8-12g/A时）
1.2、焊缝质量好
1.3、节省焊接材料和电能
1.4、焊件变形小
1.5、改善劳动条件
2、埋弧焊机种类
2.1、按电焊机电流容量有300、500、2*500、1000、1500。
2.2、按焊丝给送方式有：
均匀调节式、等速给送式两种
3、焊剂与焊丝配合选择
3.1、焊接低碳钢（Q235）选用焊剂431和焊丝H08A
3.2、焊接低合金钢（Q345）选用焊剂431和焊丝H08MnA、H10Mn2。
4、焊件坡口及焊件清理
4.1、焊件坡口
在自动焊件对接焊缝中，由于使用较大电流，电弧具有较强的穿透能力，焊接厚度不大的焊接容易穿透。
当焊件厚度水于14mm时，可按手工电弧焊坡口形式予以开坡口。
4.2、焊件清理
4.2.1、焊件焊缝边缘清除氧化铁。
4.2.2、清除焊缝边缘污物，油污，水份等。
4.2.3、清除焊缝边缘锈层等。
5、自动埋弧焊主要参数有：
5.1、焊接电流
5.2、电弧电压
5.3、焊接速度
5.1.1、当焊接电流增大时，由于熔深较深，而熔宽不大，所得到的焊缝形状系数便较小。
这样的焊缝，对熔池中气体和杂物的上浮和溢出都是十分不利的，对焊缝结晶方向也是不利的，容易促使气孔、夹渣和裂缝的生成。
为了改善这一情况，在增加焊接电流的同时，必须相应的提高电弧电压，以保证得到合理的焊缝形状。
5.2.1、适当的增加电弧电压，对提高焊缝质量是有利的，但应与增加焊接电流相配合。
单纯的过份增加电弧电压，会使熔深变小，造成焊件的未焊透。
而且焊剂熔化量大，耗费多，焊缝表面焊波粗糙，所得到的焊缝形状见下图：
5.3.1、焊接速度的变化，将直接影响电弧热量的分配情况，也就是影响线能量数值的大小，并影响电弧柱的倾斜程度，这时焊缝形状的影响是非常显著的，当其他条件不变时，随着焊接速度的增加，焊缝的线能量减少，熔宽明显的变窄，而增强量则稍有增加。
过份的增加焊接速度后，由于电弧对焊件的加热不足，会造成焊接的未焊透和焊缝边缘的未熔合现象。
5.3.2、焊丝直径对焊缝形装的影响：
随着焊丝直径的增加，电弧的摆动作用加强，焊缝的熔宽增加，而熔深则稍有下降。
当焊接电流不变时，随着焊丝直径的变细，电流密度则增加，熔深也便相应地增加。
故使用同样大小的电流时，小直径焊丝可以得到较大的熔深。
当焊接件要求一定的熔深时，使用小直径焊丝，还可以节省电能。
5.3.3、焊丝的倾斜和焊件摆放不平，均产生焊缝形状影响，请注意。
5.3.4、其他因素对焊缝形状的影响。
5.3.4.1、焊丝伸出长度的影响。
5.3.4.2、电流种类和极性的影响。
5.3.4.3、焊剂的影响。
5.3.4.4、装配间隙和坡口的影响。
5.4、船形焊接规范：
船形焊的焊接规范
焊角高度
（mm）
焊丝直径
（mm）
焊接电流
（A）
电弧电压
（V）
焊接速度
m/h
6
2
450-475
34-36
40
8
3
550-600
34-36
30
8
4
575-625
34-36
30
10
3
600-650
34-36
23
10
4
650-700
34-36
23
12
3
600-650
34-36
15
12
4
725-775
36-38
20
12
5
775-825
36-38
18
气体保护焊电弧焊
1、气体保护电弧焊的基本原理。
气体保护电弧焊简称气电焊。
气电焊是利用气体作为保护介质的一种电弧熔焊方法。
焊接过程中，它直接依靠氢、氮或二氧化碳等气体，在电弧周围造成局部保护层，防止有害于熔滴和熔池的气体侵入，保证了焊接过程的隐定性，从而获得了高质量的焊缝。
气体保护电弧焊见图1，目前主要采用三种不同的方式进行：
一是采用二根不熔化电极（钨极）的间接电弧焊，如氢原子焊；二是采用一根不熔化电极（钨极）的直接电弧焊如钨极氩弧焊；三是采用一根或多根熔化电极（金属极）的直接电弧焊，如熔化极氩弧焊，氮弧焊，二氧化碳气体保护焊以及多丝熔化极气体保护焊等。
气体保护电弧焊示意图
a—不熔化电极的间接电弧焊；b—不熔化电极的直接电弧焊；
c—熔化电极的直接电弧焊
各图中的：
1—电弧，2—保护气体，3—电极，4—喷咀，5—透丝滚轮
2、气体保护电弧焊的优点
2.1、采用明弧焊，不仅熔池可见性好，操作方便，而且适宜进行全位置焊接。
因此，容易实现焊接过程自动化和半自动化，从而提高生产效率。
2.2、由于电弧在气体压力下热量集中，焊接熔池热影响力较小，变形及裂纹倾向不大，特别适用薄板焊接。
2.3、采用氩气等惰性保护气体焊接化学性能较活泼的金属和合金时，具有很高的焊接质量。
但是，气体保护目前存在的最大困难是，不宜在有风的地方焊接，这是应用气体电焊更广泛应用的最大障碍。
3、常用保护气体的种类及其性质
焊接中常用的保护气体有以下几种：
惰性气体，如氩气和氦气。
原性气体，如氢气和氮气。
氧化性气体，如二氧化碳和水蒸气。
混合气体，如氩气和氦气，氩气与二氧化碳气，二氧化碳与氧气等。
气体电弧焊所使用的保护气体必须有良好的保护性能，保证电弧的稳定性，制取要方便，并保证气体有较高的纯度。
气体还必须无毒，使用的安全可靠，目前，气电焊常用的几种保护气体纯度技术指标列于下表
常用保护气体纯度技术参数
气体名称
分子式
指标名称
指标含量（体积%）
纯氧
He
氦
≮99.99
氖
≯0.1
氮
≯0.01
氧
≯0.001
二氧化碳
≯0.0001
甲烷
≯0.0001
纯氩
Ar
氩
≮99.99
氮
≯0.01
氧
≯0.0015
氢
≯0.0005
总碳量
≯0.001
水份
≯30mg/m3
氮
N2
氮
≥99.99
氧
≤0.001
二氧化碳
CO2
二氧化碳
＞99.00
氧
＜0.1
水分
＜1-2g/m3
氢
H2
氢
≥99.00
氧
≤0.15
水分
≤1.5g/m3
4、气体保护电弧焊设备的基本要求
气体保护电弧焊使用的设备主要有：
手工、自动及半自动焊三种。
手工气电弧焊设备主要由焊接电源，焊轮，供气系统，冷却系统等部分组成。
而自动及半自动气电焊设备是在手工电气焊设备基础上，增加焊接小车（或转动设备）和焊丝送给机构等。
4.1、焊接电源
4.1.1、气电焊可能以采用直流，交流或脉冲电源。
其中不熔化电极气电焊一般选用陡降外特性的交流或直流电源，而熔化电极气电焊一般选用平硬或上升外特性直流电源。
当采用钨极氩弧焊焊接薄板，或者在熔化电板气电焊时，为了控制熔滴过渡，还可以选用脉冲电源。
4.2、焊轮
4.2.1、在气电焊设备中，焊轮是主要组成部件，它是传导电流，输送保护气体以及夹住钨极（或导送焊丝）的重要装置。
为此，对焊轮提出如下要求：
4.2.1.1、焊轮结构要简单轻巧，使用灵活及维修方便。
4.2.1.2、能获得隐定的气层流，防止焊接区和熔池氧化。
4.2.1.3、焊轮必须装有绝缘手柄，并要求喷嘴不带电。
4.2.1.4、在大电流焊接中，焊花应通水冷却。
4.3、对熔化电极气电焊控制系统的要求
4.3.1、提前送气和滞后停气。
4.3.2、空载时可以调正焊丝伸出长度
4.3.3、采用等速或变速的方式给送焊丝。
4.3.4、焊接电源应和焊丝同时或提前接通。
4.3.5、为了避免焊丝伸出过长或粘住熔池，焊接电流必须在停送焊丝后，维持一定时间才能切断（焊丝返烧）。
5、气体保护电弧焊的分类
5.1、按气体种类分为：
氮弧焊、氩弧焊、氢原子焊、氮弧焊、二氧化碳气体保护焊、混合气体保护电弧焊等。
5.2、按电极形式分为：
不熔化电极（钨极）和熔化电极（金属极）的气体保护电弧焊。
5.3、按操作方法分为：
手工、自动和半自动气体保护电弧焊。
二氧化碳气体保护焊
1、概述
1.1、CO2焊的基本原理
CO2焊是以CO2作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种熔化极气电焊
CO2焊的焊接过程见图5-59。
焊丝由送丝机构通过软管径导电嘴送出，而CO2气体从喷嘴内以一定的流量喷出，这样当焊丝与焊件接触引燃电弧时，连续给送的焊丝末端和熔池被CO2气体层流所保护，防止空气对熔池金属的有害作用，从而保证获得高质量的焊缝。
2、CO2焊的种类
2.1、CO2焊分类见图5-60。
3、CO2焊的优点
CO2焊所以能获得迅速地堆积和应用，主要有下列优点。
3.1、成本低
采用廉价的CO2气体和焊丝代替焊剂和焊条，而且电能消耗小，所以成本比自动埋弧焊和手工电弧焊都低，CO2焊所需要的成本为自动埋弧焊的40%。
为手工电弧焊的37-42%。
3.2、质量好
由于加弧热量集中，焊接速度快，所以焊缝的热影响区和焊件变形小，同时产生的裂缝的倾向也较小，因此特别适用于薄板焊接。
3.3、生产效率高
由于焊丝给送自动化，焊接时电流密度大，而且熔敷系数高，因此，提高生产率。
另外，焊后没有焊渣，特别进行多层焊时，节省了清渣时间。
3.4、抗锈能力强
CO2焊时，采用高锰高硅型焊丝，由于焊丝含有较多的硅、锰脱氧元素，它具有较强的还原和抗锈能力，因此，焊缝不易产生气孔，所以，适用于低碳钢，低合金高强度钢以及其他合金钢的焊接。
3.5、操作性能好
因为是明弧焊，所以，能清楚地看到焊接过程情况，可以，随时发现问题，同时，它具有手工电弧焊的灵活性，适宜进行全位置焊接。
因此，提高了焊接自动化程度。
4、CO2焊应用范围
CO2焊不仅用于低碳钢，低合金高强钢，耐热钢以及不锈钢等材料的焊接，而且，还用于磨损零件，如曲轴，锻模的堆焊，铸钢件以及其他焊件缺焊的补焊。
由于CO2焊具有许多优越性，所以，近几拾年来在国内获得了广泛地重视，特别是细丝（φ0.6-1.2mm）CO2焊，已普遍用于汽车、机车、造船以及航空等工业部门。
近几年来又进一步研究了粗丝（φ1.6mm以上）CO2焊，CO2电磁振动堆焊，CO2气与氩气混合气体保护焊和管状焊丝CO2焊等方法，并在生产中得到初步应用。
5、CO2气体保护焊接过程冶金特性
CO2焊是利用CO2气体保护焊接熔池，从而防止空气的有害作用。
CO2气体氧化性的气体，焊接时，在电弧高温下，方被分解成一氧化碳及氧等气体。
6、CO2焊接电源特性
为了保证电弧的稳定燃烧，CO2焊目前都采用直流焊接电源。
CO2焊时，由于电流密度大（电流密度≥75A/mm2）和保护气体对弧柱的冷却作用强，所以CO2焊电弧静特性是上升的，为了使电弧能稳定的燃烧，并保证电弧具有较强的自动调节作用，一般要求采用平硬或上升外特性的焊接电源。
7、CO2焊用气体和焊丝
7.1、CO2气体
焊接用的CO2气体是由钢瓶的液态CO2气化而来，其容量为40升的钢瓶，每瓶可装25kg液态CO2，满瓶压力约为50-70kg/cm2，瓶内压力随着室温升高而增大。
为了在外表上加以区别，同时防止钢瓶腐蚀，CO2气瓶应涂成黑色，并写上黄色“二氧化碳”字样。
焊接用的CO2气体须具较高的强度，只允许有少量的氧、氮以及水份等杂质。
CO2气体中杂质的增加，会降低焊缝的机械性能和产生气孔，因此，焊接用CO2气体纯度，一般要求不低于99.5%（见上表）当发现CO2气体纯度较低时，必须采取提高气体纯度措施，如倒立钢瓶排水和吸收水份措施。
在使用CO2气体时，不能将钢瓶内的气体全部用完，由于CO2气体水气含量与气体压力有关，气体压力越低，其气体内水气含量越大。
当瓶内气体压力从50kg/cm2降至5kg/cm2时，CO2气体内水气含量增加三倍。
当使用压力低的CO2气体焊接时，焊缝容易产生气孔。
因此要求瓶内压力剩留不小于10kg/cm2，这样，还可以提高再装灌气的气体纯度。
7.2、焊丝
从CO2焊冶金特点中可以看出，为了保证焊缝具有较高的机械性能和消除气孔的产生，必须采用含有足够脱氧无素的高硅、高锰合金焊丝。
目前使用的部分焊丝列于表5-13
7.2.1、主要使用的焊丝有：
H08MnsiA、H08MnZsiA、H04MnZsiTiA、H08Cr3MnZMoA
H10MnsiMO和H14CrMOVA等种，其中H08MnsiA焊丝一般用于低碳钢的焊接。
H08MnZsiA和H04MnZsiA焊丝较多的脱氧无素和一定含量的合金元素，一般用于低合金钢和低合金高强度钢的焊接，尤其焊丝H04MnZsiTiA比H08MnZsiA性能优越，飞溅少，焊缝机械性能高以及抗气孔性能好。
H08Cr3MnZMoA焊丝，一般用于贝氏体钢的焊接。
H14CrMoVA焊丝，它不仅有很强的还原能力，而且含有大量的合金元素，所以被用来焊接机械性能要求很高的焊缝。
对各种金属材料，应根据焊件的设计强度和节约的原则，选择不同化学成份的焊丝，以满足焊接工艺和焊缝机械性能的要求。
焊丝表面的清理及挺直强度，对焊接过程的稳定性和焊接质量有很大的影响。
若采用未清理的焊丝焊接，会使焊缝产生气孔和降低机械性能，所以，焊丝表面必须预先进行清理，不准有油污及铁锈。
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