第一章 第二节 焊前的质量控制.docx

第二节 焊前的质量控制
课时：2 课型：新授课
教学目标：
1、 使学生养成良好的习惯，在施工前就考虑施工质量
2、 掌握焊前质量控制的内容
教学方法：讲授
教学重、难点：
1、 原材料的质量控制
2、 焊接工艺评定
导入新课：
焊前的各项质量检验是从什么地方考试的呢？
焊前的各项质量检验是焊接质量控制的开始，它主要包括焊接原材料质量控制、焊接焊接前个工序质量控制、焊接工艺评定。“良好的开始是成功的一半”。
1、原材料质量控制
（1）金属原材料的质量检验
焊接结构使用的金属材料种类很多，即使同种类的金属材料也有不同的型号。使用时应根据金属材料的型号，出厂质量检验证明书(合格证)加以鉴定。同时，还须作外部检查和抽样复核，以检查发现在运输过程中产生的外部缺陷和防止型号错乱。对于有严重外部缺陷的应挑出不用，对于没有出厂合格证或新使用的材料必须进行化学成分分析、机械性能试验及可焊性试验后才能投产使用。
（2）焊丝质量的检验
焊接碳钢和合金钢所用的焊丝其化学成分、机械性能、焊接性能等应符合国家标准。在使用前，每捆焊丝必要时应进行化学成分复核、外部检查及直径测量。焊丝表面不应有氧化皮、锈蚀、油污等。若采用化学酸洗法清除焊丝上的氧化皮、锈蚀时，应注意控制酸洗的时间，若酸洗时间过长，而又立即使用时，会影响焊接质量，甚至出现裂纹。
（3）焊条质量的检验
焊条质量检验应首先检查其外表质量，然后核实其化学成分、机械性能、焊接性能等是否符合国家标准或出厂的要求。对焊条的化学成分及机械性能进行检查时，首先用这种焊条焊成焊缝，然后对其焊缝进行化学成分和机械性能测定，合格的焊条其焊缝金属的化学成分及机械性能应符合其说明书所规定的要求。
所谓焊接性能良好的焊条，是指在说明书中所推荐的规范下焊接时，焊条容易起弧、电弧稳定、飞溅少、药皮熔化均匀、熔渣不影响连续焊接、熔渣流动性好、覆盖均匀、脱渣容易；并且在一般情况下，焊缝中不应有裂纹、气孔，夹渣等工艺缺陷。
焊条的药皮应是紧密的，没有气孔、裂纹、肿胀和未调匀的药团，同时要牢固地紧贴在焊芯上并且有一定的强度，直径小于4mm的焊条，从0．5米处平放自由落在钢台上，药皮不损坏。药皮在焊芯上应同心。药皮偏心的焊条，除发生偏弧外，还破坏其焊接性能。
使用焊条时，还需注意运输过程和保管时是否受到损伤和受潮变质。变质和损伤的焊条不能使用。焊条施焊前需经烘干，以去除水分。
（4）焊剂的检验
检验焊剂时应根据国家标准的规定进行。焊剂检验主要是检查其颗粒度、成分、焊接性能及湿度。焊剂应与焊丝配合使用方能保证焊缝金属的化学成分及机械性能满足要求，焊接不同种类的钢材，则要求不同类型的焊剂配合。具有良好性能的焊剂，其电弧燃烧稳定，焊缝金属成型良好，脱渣容易，焊缝中没有气孔、裂纹等缺陷。
焊剂颗粒度随焊剂的类型不同而不同，如低硅中氟型和中硅中氟型其颗粒的大小为0.4～3mm，高硅中氟型或低硅高氟型的为0.25～2mm。焊剂的单位体积重量(假比重)即lOOcm3的干燥焊剂其重量与体积之比，如玻璃状焊剂应在1.4～1.6g／cm3，浮石状焊剂为0.7～0.9g／cm3。焊剂的湿度要求取100克焊剂在经300～400℃烘烤2小时后，所含水分不得超过1%。焊剂在使用前，必须按规定的要求烘干，没有注明要求的均须经250℃烘1～2小时。
2、焊接前各工序质量控制
（1）生产图纸和工艺
焊接前必须首先熟悉焊接结构生产工艺图纸和工艺，这是保证焊接产品顺利生产的重要环节。主要内容包括如下及方面：
1) 产品的结构形式、采用的材料种类及技术要求；
2) 产品焊接部位的尺寸、焊接接头及坡口的结构形式；
3) 采用的焊接方法、焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接顺序等，焊接过程中预热及层间温度的控制；
4) 焊后热处理工艺、焊件检验方法及焊接产品的质量要求。
（2）母材预处理和下料
1）母材预处理
5) 金属结构材料的预处理主要是指钢材在使用前进行矫正和表面处理。钢材在吊装运输和存放过程中如果不严格遵守有关的操作规程，往往会产生各种变形。例如：整体弯曲、局部弯曲、波浪形变形等，不可直接用于生产而必须加以矫正。
6) 薄板矫正多用多辊轴矫平机，卷筒钢板开卷也可采用矫平机矫平。厚板应采用大型水
7) 压机在平台矫正，型钢的弯曲变形可采用专用的型钢矫正机进行矫正。
8) 钢板和型钢发生局部弯曲可用火焰矫正法矫正。加热温度一般不超过钢材回火温度，加热后可在空气中冷却或喷水冷却。
9) 钢材表面的氧化物、铁锈及油污对焊缝的质量会产生不利的影响，焊接前必须将其清除。清理方法有机械法和化学法两种。机械清理法包括喷砂、喷丸、砂轮修磨和钢丝轮打磨等、其中喷丸效果较好，在钢板预处理连续生产线中大多采用喷丸清理工艺。化学清理法通常采用酸溶液清理，即将钢材浸入2%~4%的硫酸溶液槽内，保持一定时间后取出后放入1%~2%的石灰石液槽内中和，取出烘干。钢材表面残留的石灰膜可防止金属表面再次氧化，切割或焊接前将其从切口或坡口面上清除即可。
10) 2）下料
11) 焊件毛坯的切割下料是保证结构尺寸精度的重要工作，应严格控制。采用机械剪切、手工热切割和机械热切割法下料，应在待下料的金属毛坯上按图样和1:1的比例进行划线。对于批量生产的工件，可采用按图样的图形和实际尺寸制作的样板划线。每块都应注明产品、图号、规格、图形符号和孔径等，并经检查合格后才能使用。手工划线和样板的尺寸公差应符合标准规定，并考虑焊接的收缩量后和加工余量。
12) 钢材可以采用剪床剪切下料或采用热切割方法下料。常用热切割方法有火焰切割、等离子弧切割和激光切割。激光切割多用于薄板的精密切割。等离子弧切割主要用于不锈钢及有色金属的切割。
13) 不锈钢钢板切割下料时应注意切口附近的硬化现象。因为硬化带对钢板性能有不利
14) 影响，所以应采用机械加工方法去除掉。合金元素含量超过3%的高强度钢和耐热钢厚板切割时，表面会产生淬硬现象，严重时会导致形成切割裂纹。因此，低合金高强度钢和耐热钢厚板切割前，应将切口的起始端预热100~150℃，当钢板厚度超过70mm时，应在切割前将钢板进行退火处理。
15) 3）坡口加工
16) 为使焊缝的厚度达到规定的尺寸不出现焊接缺陷和获得全焊透的焊接接头，焊缝的边缘应按板厚和焊接工艺要求加工成各种形式的坡口。
17) 常用焊接接头坡口形式有V形、X形、U形及双U形。设计和选择坡口焊缝时，应考虑坡口角度、根部间隙、钝边和根部半径。
18) 焊条电弧焊时，为保证焊条能够接近焊接接头根部以及多层焊时侧边熔合良好，坡口角度与根部间隙之间应保持一定的比例关系。当坡口角度减小时，根部间隙必须适当增大。因为根部间隙过小，根部难以熔透，必须采用较小规格的焊条，降低焊接速度；反之如果根部间隙过大，则需要较多的填充金属，提高了焊接成本和增大了焊接变形。
19) 熔化极气体保护焊由于采用的焊丝较细，且使用特殊导电嘴，可以实现厚板（大于200mm）I形坡口的窄间隙对接焊。
20) 开有坡口的焊接接头，一般需要留有钝边来确保焊缝质量。钝边高度以既保证熔透又不致烧穿为佳。焊条电弧焊V形或双面U形坡口取0~3mm，双面V形或双面U形坡口取0~2mm。埋弧焊的熔深比焊条电弧焊大，因此钝边可适当增加，以减少填充金属。
21) 带有钝边的接头，根部间隙主要取决于焊接位置和焊接工艺参数，在保证焊透的前提下，间隙尽可能减小。
22) 坡口加工可以采用机械加工或热切割法。V形坡口和X形坡口可以在机械气割下料时，采用双割据或三割据同时完成坡口的加工。
23) 坡口加工的尺寸公差对于焊件的组装和焊接质量有很大的影响，应严格检查和控制。坡口的尺寸公差一般不超过±0.5mm。
24) 4）成形加工
25) 大多数焊接结构，如压力容器。船舶、桥梁和重型机械等，许多部件为达到产品设计图纸的要求，焊接之前都需要经过成形加工。成形工艺包括冲压、卷制、弯曲和旋压等。
26) 圆筒形和圆锥形焊件，如压力容器的筒体和过渡段、锅炉锅筒、大直径管道等都是采用不同厚度的钢板卷制而成的。卷制通常在=三辊筒或四辊筒卷板机上进行，厚壁筒体亦可采用特制的模具在水压机上冲压成形。筒体的卷制实质上是一种弯曲工艺。在常温下弯曲，既所谓冷弯时，工件的弯曲半径不应小于该种材料特定的最小值，对于普通碳素结构钢，弯曲半径不应小于25δ（δ为板厚），否则材料的力学性能会大大下降。冷卷的筒体，当其外层纤维的伸长率超过15%时，应在冷卷后做回火处理，以消除冷作硬化引起的不良后果，通常板厚小于50mm的钢板应采用热卷或热压成形。
27) 正常的热卷或热冲压温度应选择在材料的正火温度，以保证热成形后材料仍保持标准规定的力学性能。当卷制某些对高温作用较敏感的合金钢板时，应制备母材金属试板，且随炉加热并随随工件同时出炉，以检验母材金属成形后的力学性能是否符合标准的规定。
28) 压力容器、锅筒、储罐等球形封头、顶盖、球罐通常采用水压机或油压机在特制的模具上冷冲压或热冲压而成。当冲压后的工件冷变形程度超过容许极限或冲压温度超过材料正常的正火温度时，冲压后工件应作相应热处理。以恢复材料的力学性能。奥氏体不锈钢冷冲压件，冲压后应作固溶处理。
29) 在许多焊接结构中大量采用管件和型材，一般也要求按设计图纸弯曲成形，管材弯曲可按管子直径、壁厚和成形精度要求分别采用手动、电动、液压传动以及数控液压弯管机。型材的弯曲可采用三辊或四辊型材弯曲机。
30) 5）装配
31) 焊接结构在生产中为保证产品质量，常需要转配和焊接机械装备。焊接机械装备种类繁多，有简单的夹具，也有复杂的焊接变位机械。装配与焊接机械装备的特点与适用场合见表1-4。
表1-4 装配与焊接机械装备的特点与适用场合
机械装备
特点与适用场合

夹具
功能单一，主要起定位和夹紧作用；结构较简单，多由定位元件、夹紧元件和夹具组成，一般没有连续动作的传动机构；手动的夹具可携带和挪动，适于现场安装或大型金属结构的装配和焊接场合下使用

焊件变位机
焊件被夹持在可变位的台或架上，该变位台或架由机械传动机构使之在空间变换位置，以适应装配和焊接需要，适于结构比较紧凑、焊缝短而分布不规则的焊件装配和焊接时使用

焊机变位机
焊机或焊接机头通过该机械实现平移、升降等运动，使之达到施焊位置并完成焊接。多用于焊件变位有困难的大型金属结构的焊接，可以和焊件变位机配合只用

焊工变位机
由机械传动机构实现升降，将焊工送至施焊部位，适用于高大焊接产品的装配、焊接和检验等
6）焊前预热
焊前预热是防止厚板焊接结构、低合金和中合金钢接头焊接裂纹的有效措施之一。焊前预热有利于改善焊接过程的热循环，降低焊接接头区域的冷却速度，防止焊缝与热影响区产生裂纹，减少焊接变形，提高焊缝金属与热影响区的塑性与冲击韧性。
焊件的预热温度应根据母材的含碳量和合金含量、焊件的结构形式和接头的拘束度、所选用焊接材料的扩散氢含量、施焊条件等因素来确定。母材含碳量和合金含量越高，厚度越大，焊前要求的预热温度也越高。钢制压力容器焊前预热100℃以上的钢种厚度参见表1-5。
表1-5 钢制压力容器预热100℃以上钢种厚度
钢种
碳钢
16MnR
15MnVR
厚度
>38
>34
>32

对于焊接工程结构，可以采用碳当量（CE）和冷裂纹指数法确定预热温度。碳当量和低合金钢焊接根据碳当量范围确定预热温度，见表1-6。
表1-6 典型钢种根据碳当量范围确定预热温度
碳当量CE/%
预热温度/℃
CE<0.45
无需预热
0.45≤CE<0.6
100~200
CE≥0.6
200~370

3、焊接工艺评定
（1）焊接工艺评定的目的
焊接工艺评定是通过焊接接头的力学性能或其它性能的试验证实焊接工艺规程的正确性和合理性的一种程序。生产厂家应按国家有关标准、监督规程或国际通用的法规，自行组织并完成焊接工艺评定工作。
焊接工艺评定试验不同于以科学研究和技术开发为目的而进行的试验，其目的主要有两个：一是为了验证焊接产品制造之前所拟定的焊接工艺是否正确；二是评定在所拟定的焊接工艺是合格的情况下，焊接结构生产单位能否制造出符合技术条件要求的焊接接头。所以焊接工艺评定的目的在于检验、评定拟定焊接工艺的正确性、是否合理、是否能满足产品设计和标准规定，评定制造单位是否有能力焊接出符合要求的焊接接头，为制定焊接工艺提供可靠依据。
（2）焊接工艺评定的一般程序
各生产单位因产品质量管理机构不尽相同，工艺评定程序会有一定差别。以下为焊接工艺评定的一般程序。
1) 焊接工艺评定立项；
2) 下达焊接工艺评定任务书；
3) 编制焊接工艺指导书；
4) 编制焊接工艺评定试验执行计划；
5) 试件的准备和焊接；
6) 焊接试件的检验；
7) 编写焊接工艺评定报告。
对于评定中不合格的项目，应找出原因并纠正后正确进行评定。
如焊接工艺评定任务书、焊接工艺评定报告、施焊记录、各项检验试验报告等存档保存，以备调用。
总之，焊前的质量控制是要检查被焊产品焊接接头坡口的形状、尺寸、装配间隙、错边量是否符合图纸要求，坡口及其附近的油漆、氧化皮是否按工艺要求清楚干净，选用的焊材是否按规定的时间、温度烘干，焊丝表面的油锈是否除尽，焊接设备是否完好，电流、电压显示装置是否灵敏，需预热的材料是否按规定预热，焊工是否具有相应资格证书或技术水平等。只有以上各个环节全部符合工艺要求，方可进行焊接。
课堂小结：
1、 原材料的质量控制
2、 焊接前各工序质量控制
3、 焊接工艺评定
布置作业：课本第21页，第3题
板书设计：

上课时间： 上课班级：

教后记：