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    防爆知識

    幾種防爆電氣設備用金屬材料的焊接

    發布時間:2019/9/12
              幾種防爆電氣設備用金屬材料的焊接
      1.碳鋼的焊接
      按照含碳量,碳鋼分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼;它們韻焊接性能差別很大。大家知道,碳鋼中碳元素的含量比其他化學元素的都大,決定著碳鋼的焊接性能。隨著含碳量(碳當量)的增加,它的焊接性能越來越差。
      碳鋼的焊接,不管是低碳鋼還是中碳鋼、高碳鋼,不管采用什么焊接方法,都必須使用相應的碳鋼焊條或焊絲。
      (1)低碳鋼
      含碳量(碳當量)低于0.4%(質量分數)的碳鋼被稱為低碳鋼。這類碳鋼,由于含碳量小,塑性好,所以在焊接時一般沒有焊接淬硬傾向,焊接熱過程敏感性小,焊接性好;由于在通常情況下焊接時不需要特殊工藝措施(只是在0℃以下的低溫環境下焊接較厚的工件時需要預熱;當工件厚度大于50mm時焊后應該進行熱處理),所以焊接的工藝性好。
      低碳鋼防爆電氣工件適于采用焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氬弧焊、二氧化氣體保護焊、電阻焊和氣焊等焊接方法進行焊接。按照焊接方法,焊接時一般使用的焊條、焊絲和焊劑為:例如,焊條電弧焊時為J422或J427;埋弧焊時為H08A或H08MnA,焊劑HJ431等。
      (2)中碳鋼
      含碳量(碳當量)介于0.4%-0.6%(質量分數)之間的碳鋼被稱為中碳鋼。由于含碳量的增加,這類碳鋼的焊接性能比低碳鋼的要差不少,焊縫容易產生熱裂,熱影響區容易產生淬硬組織甚至導致冷裂。在實際焊接中,常采用細焊條、小電流進行作業,以減小工件在焊縫中的填充金屬量,降低焊縫中的含碳量;還可以對厚大的工件進行預熱焊接,而且焊后應該緩慢冷卻。預熱溫度一般控制在:對于含碳量小于0.45%(質量分數)的工件,150-250℃;對于含碳量大于0.45%(質量分數)和較厚大的工件,250-400℃。
      防爆電氣中碳鋼的焊接主要是焊接各種中碳鋼的鑄鋼件和鍛件,常采用焊條電弧焊和氣焊等焊接方法。當采用焊條電弧焊時最好使用低氫型焊條。
      (3)高碳鋼
      含碳量(碳當量)大于0.6%(質量分數)的碳鋼被稱為高碳鋼。由于碳含量更高,所以它的焊接性能更差。這類碳鋼一般不適宜焊接成結構件,可以在工件有缺陷時進行補焊。補焊時常采用焊條電弧焊和氣焊;焊接時應該對工件預熱,預熱溫度比中碳鋼的還要高一些;焊條通常使用J857或J857Cr等。
      此外,這里應該指出的是,在評價碳鋼的含碳量時常常使用“碳當量”這一概念。所謂“碳當量”,是指碳鋼中包括碳在內及其他主要化學元素對焊接性能的影響程度的折合量。在碳鋼中除碳外影響焊接性能的還有錳(Mn)、鉻(Cr)、鉬(M。)、釩(V)、鎳(Ni)、銅(cu)等。將這些元素按下列經驗公式折合計算便得到碳當量:
      除碳、錳、鉻、鉬、釩、镲、銅對焊接性能的影響外,硫(S)和磷(P)的影響也是很大的,但是由于碳鋼標準對它做出了極其嚴格的限制,因而式(3.3)沒有考慮。
      這里有一種碳鋼,它包含的碳和其他化學元素含量(質量分數)為:碳為0.21%,錳為0.9%,鉻為0.25%,鉬為0.05%,釩為0.04%,鎳為0.25%,銅為0.1%。試判斷這種碳鋼是低碳鋼還是中碳鋼、高碳鋼。
      將這種碳鋼中碳及其他化學元素的含量代入式(3.3)中計算得到它的碳當量為
         Cd-0.45%
      由于碳當量cd介于0.4%-0.6%之間,因此,這種碳鋼應該屬于中碳鋼。
      又如,在防爆電氣設備中常用的Q235A。它的含碳量(質量分數)為0.14%。0.22%。含錳量(質量分數)為0.3%-0.65%,按照式(3.3)計算可知,碳當量為:Cd一0.33%小于0.4%。因此,Q235A屬于低碳鋼。
      2.不銹鋼的焊接
      毫無疑問,不銹鋼的焊接依然應該按照它的金相組織選用不同的不銹鋼焊條和焊絲(參見表3.2)進行焊接;否則,就不能夠保證不銹鍋結梅件具有較好的焊接性能。
      不銹鋼,按照金相組織,分為奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼和鐵索體不銹鋼;它們的焊接性能差別很大。
      (1)奧氏體不銹鋼
      奧氏體不銹鋼,例如鉻鎳奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti等,其焊接性能良好,是實際應用中使用最廣的一種不銹鋼。
      這類不銹鋼適宜采用氬弧焊進行焊接。在這種焊接中,一是焊條選用要得當,二是防止焊縫過熱。如果焊條選擇不當和(或)焊接操作不當,例如含碳量偏大或者焊接時在溫度500-800度范圍內焊接速度長時間過慢,由于焊縫處的鉻會被碳化,焊縫會喪失防腐蝕能力;如果焊接電流太大,焊接速度過慢,由于過熱,焊縫會出理脆化翱熱裂。因而,在這種焊接中,人們應該采用含碳量小的細焊條,使用小電流快速進行。
      當使用焊條電弧焊進行這種不銹鋼焊接時,人們同樣應該采用含碳量小的焊條。同樣應該使用細焊條、小電流快速作業。
      (2)馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼
      至于馬氏體不銹鋼(例如12Crl3)和鐵素體不銹鋼(側如10Cfl7),焊接性能較差,焊縫容易出現脆化和冷裂;同樣可以使用氬弧焊和焊條電弧焊進行焊接。
      在實際工程現場,常??吹讲讳P鋼結構件的焊接焊縫出現“不銹鋼生銹”的異?,F象,就是因為焊條(或焊絲)選用有誤或(和)焊接工藝不當所致,當以引起人們的注意。
      3.鋁合金防爆正壓柜的焊接
      鋁合金防爆正壓柜的焊接一按照鋁合金的種類,同樣需要使用相應的鋁合金焊條或焊絲(參見表3.2)+進行焊接。
      鋁合金按照焊接后可否進行熱處理,分為不可進行熱處理強化鋁合金和可進行熱處理強化鋁合金。鋁錳合金和鋁鎂合金屬于不可進行熱處理強必豹,鋁鋼合金和鋁鋅合金屬于可進行熱處理強化的。鋁合金的焊接性能,總體來講是比較整的,而可進行熱處理強化的鋁合金則更差。
      鋁合金焊接性能差的主要原因是:
     ?、黉X和氧的親和力很大,極易起氧化反應生成三氧化二鋁(A1203)。三氧化二鋁是一種熔點較高(2050℃)、組織致密、密度較大、不易從熔池中浮出的氧化物,因而嚴重阻礙工件(熔點較低,純鋁為658)
     ?、阡X的溫度膨脹系數和熱導率較大,在焊接時產生的應力較大,焊后工件極易出現變形,甚至開裂。
     ?、垡簯B鋁液極易吸收氫,固態鋁幾乎不溶解氫。在熔池液態鋁液中所含氫的大部分可以從液態鋁液中析出,而少量的氫依然殘留在熔池液態鋁液中。在焊縫凝固后殘留的少量氫便在焊縫內形成氣孔。
     ?、茕X在高溫時的強度和塑性都很差,在焊接時熔池難以承受液態鋁液而造成凝固后焊縫“塌陷”,甚至“燒穿”。
      根據鋁合金的這些焊接性能,在工程實踐中,人們常常采用氬弧焊進行這種材料的焊接。這是由于氬氣具有很好的保護作用,隔離空氣中的氧和鋁接觸,,減輕鋁-氧的氧化反應。通常情況下,厚度在8mm以下的工件采用不熔化極氬弧焊;厚度在8mm以上者采用熔化極氬弧焊。在這種焊接中,焊絲的成分應該和工件的成分相同或相近。
      除此之外,人們還可以采用釬焊和氣焊等。在釬焊時,焊接溫度要控制在300-400℃范圍之外,因為這個范圍內的溫度容易造成工件退火軟化。
      不管采用何種焊接方法,在焊接前都必須認真清理工件和焊絲,除去它們表面的氧化膜和污物,因為鋁是一種極易氧化的材料。
      4.鑄鐵的焊接
      防爆電氣鑄鐵是一種焊接性能很差的金屬材料,這是由于它的含碳量大、組織不均勻、塑性很低所造成的。因而,鑄鐵鑄件不能夠做成焊接結構件。這里所說的鑄鐵鑄件的焊接,實質上是指對鑄件已有缺陷的“補焊”。
      鑄鐵焊接性能差的主要原因是:
     ?、僭谘a焊時,局部加熱的補焊區的冷卻速度比鑄造時快得多,因此焊縫容易產生白口組織和淬火組織。
     ?、谟捎阼T鐵的強度低,塑性差,所以當焊接應力大時焊縫和熱影響區會產生裂紋。此外,當補焊時使用焊條不當,例如使用非鑄鐵組織的焊條和焊絲,容易造成焊縫熱裂。
     ?、塾捎阼T鐵含碳量大,在焊接時容易產生一氧化碳(Co)和二氧化碳(C02)氣體。這些氣體在很短時間的液態變固態的凝固過程中來不及從熔池逸出,于是便殘留在焊縫中形成氣孔。
      鑄鐵的這種補焊作業,通常大多采用氣焊和焊條電弧焊,使用相應的鑄鐵焊條或焊絲。使用這些焊接方法,根據焊接前工件是否預熱,又分為熱焊法和冷焊法。
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      所謂“熱焊法”,是指在補焊前將鑄件局部預熱到600—700℃,在施焊過程中溫度保持在400℃以上,焊后逐漸緩慢地降溫至室溫的一種預熱焊接方法。
      當采用熱焊法進行氣焊時,應該使用含硅量大的鑄鐵焊絲,焊劑通常使用CJ201或硼砂。氣焊適于補焊中小型薄壁鑄件。
      當采用熱焊法進行焊條電弧焊時,焊條應該使用鑄鐵焊條,例如Z248或Z208。這種電弧焊適于補焊厚度大于10mm的較大鑄件。
     ?、诶浜阜?br />   所謂“冷焊法”(并非“冷”),是指鑄件在室溫或預熱溫度不大于400℃的條件下進行焊接的一種“非”預熱焊接方法。
      當采用冷焊法進行電弧焊時,應該使用的焊條有鋼芯鑄鐵焊條、鎳基鑄鐵焊條、銅基鑄鐵焊條和鑄鐵芯鑄鐵焊條。在這種補焊作業時應該盡量采用小電流、短電弧進行。
      在這種鑄鐵鑄件補焊焊接中,焊條可以調節焊縫的化學成分,防止產生白口組織和裂紋;焊后立即用錘敲擊焊縫,可以緩解焊接應力,減小變形。
      不管是采用熱焊法或是使用冷焊法,只要選用焊條和焊接工藝得當,就可以防止焊縫出現組織和裂紋,補焊后的工件可以進行機械加工,尤其是冷焊法在實際工程中獲得了廣泛的應用。
      隔爆型電氣設備的隔爆型防爆正壓柜外殼常使用鑄鐵制造,當出現缺陷時,就適宜采用冷焊法補焊。
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