熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅,是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程,工件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層,才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合,熱鍍鋅后的工件在常規(guī)氣候中耐腐蝕能力可達(dá)到50年。近年來隨輸配電、交通(道路交安、高速、高鐵)、市政設(shè)施、通訊、建筑、戶外鋼構(gòu)等事業(yè)迅速發(fā)展,對(duì)鋼構(gòu)件防腐能力要求越來越高,重大基建鋼構(gòu)件戶外防腐方法基本采用熱鍍鋅。熱鍍鋅技術(shù)在本公眾號(hào)前文已述,但對(duì)熱鍍鋅前道工序鋼構(gòu)件焊接制作基本上沒有專業(yè)資料,本文將詳盡闡述熱鍍鋅鋼構(gòu)件焊接制作工藝。
熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝相比普通鋼結(jié)構(gòu)焊接工藝從技術(shù)上要求更高,須嚴(yán)格控制,主要有以下幾點(diǎn)關(guān)鍵因素:
1、熱鍍鋅溫度在450℃左右,要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù),減少或消除應(yīng)力,防止鋼構(gòu)件高溫變形;
2、要求焊縫飽滿光滑、無焊渣飛濺,特別是焊渣會(huì)造成鋅顆粒包裹,鋅附著力降低;
3、要求焊縫不夾渣、無氣孔、無漏焊、全包圍,避免熱鍍鋅后噴氣漏鍍和流黃水現(xiàn)象;
4、對(duì)鋼結(jié)構(gòu)制作要求預(yù)留流鋅通道,避免積鋅或造成漏鍍。
正因?yàn)闊徨冧\鋼構(gòu)件在制作過程中的考究,使得熱鍍鋅鋼結(jié)構(gòu)焊接更加專業(yè),須嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)作業(yè),否則造成熱鍍鋅工序漏鍍、脫層、積渣等質(zhì)量問題。本文結(jié)合青冶正星十年專業(yè)熱鍍鋅鋼構(gòu)件制作經(jīng)驗(yàn),專門對(duì)熱鍍鋅鋼構(gòu)件焊接工藝進(jìn)行了歸納總結(jié),供熱鍍鋅鋼構(gòu)件愛好者學(xué)習(xí)交流,是難得收藏專業(yè)技術(shù)資料。
一、熱鍍鋅鋼構(gòu)件的焊接方式選擇
熱鍍鋅鋼構(gòu)件的焊接采用保護(hù)氣體焊接方式,并選用MAG方式。焊接保護(hù)氣體(Welding Gases),氣體工業(yè)名詞,氣體保護(hù)焊由于具有焊接質(zhì)量好,效率高,易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)而得以迅速發(fā)展。
㈠ 采用保護(hù)氣體焊接的優(yōu)勢(shì)
1、氣體保護(hù)焊比焊條電弧焊效率高。
〈1〉氣體保護(hù)焊比焊條電弧焊熔化速度和熔化系數(shù)高1-3倍;
〈2〉坡口截面比焊條減小50%,熔敷金屬量減少1/2;
〈3〉輔助時(shí)間是焊條電弧焊的50%。
三項(xiàng)合計(jì):氣體保護(hù)焊的工效與焊條電弧焊相比提高倍數(shù)2.02--3.88倍
2、氣體保護(hù)焊焊接接頭比焊條電弧焊的焊接接頭質(zhì)量。
氣體保護(hù)焊縫熱影響區(qū)小,焊接變形?。粴怏w保護(hù)焊縫含氫量低(≤1.6ML/100g),氣孔及裂紋傾向??;氣體保護(hù)焊縫成形好,表面及內(nèi)部缺陷少,探傷合格率高于焊條電弧焊。
3、氣體保護(hù)焊比焊條電弧焊的綜合成本低
〈1〉坡口截面積減少36-54%, 節(jié)省填充金屬量;
〈2〉降低耗電量65.4%;
〈3〉設(shè)備臺(tái)班費(fèi)較焊條電弧焊降低67-80%,降低成本20-40%;
〈4〉減少人工費(fèi)、工時(shí)費(fèi),降低成本10-16%;
〈5〉節(jié)省輔助工時(shí)、輔料消耗及矯正變形費(fèi)用;
綜合五項(xiàng), 氣體保護(hù)焊能使焊接總成本降低 39.6-78.7%,平均降低59%。
㈡ 氣體保護(hù)焊的分類
焊接保護(hù)氣體可以是單元?dú)怏w,也有二元,三元混合氣。采用焊接保護(hù)氣的目的在于提高焊縫質(zhì)量,減少焊縫加熱作用帶寬度,避免材質(zhì)氧化。單元?dú)怏w有氬氣,二氧化碳,二元混合氣有氬和氧,氬和二氧化碳,氬和氦,氬和氫混合氣。三元混合氣有氦,氬,二氧化碳混合氣。應(yīng)用中視焊材不同選擇不同配比的焊接混合氣。
1、CO2焊接
二氧化碳保護(hù)焊全稱二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊。用純度> 99.5% 的CO2做保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊—稱為CO2焊。
2、MAG焊接
MAG(Metal Active Gas Arc Welding)焊是熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊的英文簡稱。它是在氬氣中加入少量的氧化性氣體(氧氣,二氧化碳或其混合氣體)混合而成的一種混合氣體保護(hù)焊。用混合氣體75--95% Ar + 25--5 % CO2 ,標(biāo)準(zhǔn)配比:80%Ar +20%CO2 ,做保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊—稱為MAG焊。
3、MIG焊接
MIG焊(熔化極惰性氣體保護(hù)焊)英文:meltinert-gas welding使用熔化電極,以外加氣體作為電弧介質(zhì),并保護(hù)金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法,稱為熔化極氣體保護(hù)電弧焊。
〈1〉用高純度氬氣Ar≥ 99.99%做保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金等有色金屬;
〈2〉用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保護(hù)氣體的熔化極氣體保護(hù)焊接實(shí)心不銹鋼焊絲的工藝方法--稱為MIG焊。
〈3〉用氦+氬惰性混合氣做保護(hù)的熔化極氣體保護(hù)焊。
㈢ 氣體保護(hù)焊混合氣模式的選擇
氣體保護(hù)焊采用混合氣模式,根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域不同對(duì)混合氣進(jìn)行選擇。
1、Ar+He 氬氣的優(yōu)點(diǎn)是電弧燃燒非常穩(wěn)定、飛濺極小。氦氣的優(yōu)點(diǎn)是電弧溫度高、母材金屬熱輸入大、焊接速度快。以氬氣為基體,加入一定數(shù)量的氦氣即可獲得兩者所具有的優(yōu)點(diǎn)。焊接大厚度鋁及鋁合金時(shí),采用Ar+He混合氣體可改善焊縫熔深、減少氣孔和提高生產(chǎn)率。板厚10-20mm時(shí)入體積分?jǐn)?shù)為50%的He;板厚大于20mm后,則加入體積分?jǐn)?shù)為75%-90%的He。
焊接銅及銅合金時(shí),Ar+He混合氣體可以改善焊縫的潤濕性,提高焊縫質(zhì)量。He占的比例一般為50%-75%(體積分?jǐn)?shù))。
2、Ar+H2 在氬氣中加入H2可以提高電弧溫度,增加母材金屬的熱輸入。如用TIG電弧或等離子弧焊接不銹鋼時(shí),為了提高焊接速度常在氬氣中加入體積分?jǐn)?shù)為4%~8%H2。
利用Ar+H2混合氣體的還原性,可用來焊接鎳及其合金,以消除鎳焊縫中的CO氣孔。但加入的H2含量(體積分?jǐn)?shù))須低于6%,否則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生氫氣孔。
3、Ar+N2 在Ar中加入N2后,電弧的溫度比純氬高,主要用于焊接銅及銅合金,這種混合氣體與Ar+He混合氣體相比較,優(yōu)點(diǎn)是N2來源多,價(jià)格便宜。缺點(diǎn)是焊接時(shí)有飛濺,并且焊縫表面較粗糙,焊接過程中還伴有一定的煙霧。
4、Ar+O2 混合氣體有兩種類型:一種含O2量(體積分?jǐn)?shù))較低,為1%~5%,用于焊接不銹鋼;另一種含O2量(體積分?jǐn)?shù))較高,可達(dá)20%以上,用于焊接低碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼。
在純氬中加入體積分?jǐn)?shù)為1%的O2用來焊接不銹鋼時(shí),可以克服純氬焊接不銹鋼時(shí)電弧陰極斑點(diǎn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象(陰極飄移)。
陰極飄移:電弧本身具有跳躍性和粘著性,對(duì)于黑色金屬,因?yàn)樗麄儽砻娴难趸]有鎂鋁等合金的致密,在焊接的過程中,電弧總是尋找金屬微觀表面上的氧化物點(diǎn)聚集,由于電弧的跳躍性和粘著性,導(dǎo)致電弧不連續(xù),也就會(huì)產(chǎn)生電弧偏移,也就是陰極漂移,從而導(dǎo)致電弧的不穩(wěn)定性。加入一定的氧,焊接時(shí)會(huì)氧化金屬表面,確保焊接電弧的穩(wěn)定。
5、Ar+CO2 廣泛應(yīng)用于焊接碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼,可以提高焊縫金屬的沖擊韌度和減小飛濺。一般工廠對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接均采用這個(gè)工藝,下面詳述。
6、Ar+CO2+O2 三者混合可用來焊接低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼,對(duì)焊縫成形、接頭質(zhì)量、熔滴過渡和電弧穩(wěn)定性都有良好效果。
二、MAG焊接Ar+CO2焊接工藝
熱鍍鋅鋼構(gòu)件焊接根據(jù)實(shí)際氣源供應(yīng)和焊接綜合效率選擇MAG焊接Ar+CO2焊接方式,其焊接工藝須嚴(yán)格按照以下標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
㈠ 焊絲的選擇
常用Ar+CO2焊的焊絲直徑有(mm):0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、2.0、2.4、2.5、3.0、3.2、4.0、5.0、6.0等。不同的焊絲直徑采用不同的焊接電流、電弧電壓等參數(shù),也表現(xiàn)出不同的熔地過渡形式和電弧行為。我們通常使用的焊絲直徑被歸納為三種類型:
1、細(xì)絲
細(xì)絲是直徑小于1.2mm的焊絲,一般一短路過渡形式進(jìn)行焊接,其特點(diǎn)是電弧電壓低、電流小,適于焊接薄板以及進(jìn)行全位置焊接。焊接薄板時(shí),生產(chǎn)率高,變形小。并且操作上比較容易掌握,對(duì)焊工技術(shù)要求不高。另外,由于焊接參數(shù)小,焊接過程光輻射、熱輻射以及焊接煙塵等都比較小,因而在生產(chǎn)上得到廣泛應(yīng)用。采用短路過渡焊接的焊絲直徑最大到1.6mm,如超1.6mm的焊絲采用短路過渡焊接,則飛濺相當(dāng)嚴(yán)重,在實(shí)際生產(chǎn)上很少使用。
2、中絲
中絲是直徑為1.6~2.5mm的焊絲,一般熔滴以細(xì)顆粒過渡形式進(jìn)行焊接,其特點(diǎn)是電流較大,電弧電壓較高,熔滴以較小的尺寸自由飛落形式進(jìn)入熔池。細(xì)顆粒過渡時(shí),電弧穿透力強(qiáng),母材熔深大,適于焊接中厚板的工件。
3、粗絲
粗絲是直徑為2.5~6.0mm的焊絲,一般采用潛弧焊。其特點(diǎn)是大的電流,低的電弧電壓,焊絲端頭和電弧潛入熔池的凹坑內(nèi),熔滴以小于焊絲直徑的細(xì)顆粒高速通過電弧空間向熔池過渡。焊接過程平穩(wěn),不發(fā)生短路,飛濺也較小,是高速焊接的方法之一。
4、熱鍍鋅鋼構(gòu)件的氣體保護(hù)焊接一般為細(xì)絲,采用MAG焊接Ar+CO2焊接工藝,具體工藝參數(shù)見下表:
㈡ 焊接飛濺的控制要點(diǎn)
1、正確選擇焊接參數(shù):
焊電流和電弧電壓參數(shù)選擇見上表,在Ar+CO2氣體保護(hù)焊中,對(duì)于每種直徑的焊絲,其飛濺率與焊接電流之間都存在一定規(guī)律。在小電流的短路過渡區(qū),焊接飛濺率較小,進(jìn)入大電流的細(xì)顆粒過渡區(qū)后,焊接飛濺率也較小,而在中間區(qū)焊接飛濺率最大。以直徑1. 2mm 的焊絲為例,當(dāng)焊接電流小于150A或大于300A時(shí),焊接飛濺都較小,介于兩者之間,則焊接飛濺較大。在選擇焊接電流時(shí),應(yīng)盡可能避開焊接飛濺率高的焊接電流區(qū)域,焊接電流確定后再匹配適當(dāng)?shù)碾娀‰妷骸?/span>
2、焊絲伸出長度: 焊絲伸出長度與電流有關(guān),電流越大,焊絲伸出長度越長時(shí),焊絲的電阻熱越大,焊絲熔化速度加快,易造成成段焊絲熔斷,飛濺嚴(yán)重,焊接過程不穩(wěn)定。焊絲伸出長度太短時(shí),容易使飛濺物堵住噴嘴,有時(shí)飛濺物熔化到熔池中,造成焊縫成形差。一般經(jīng)驗(yàn)公式是,伸出長度為焊絲直徑的十倍,即Φ1.2mm焊絲選擇伸出長度為12mm左右。焊絲伸出長度(即干伸長) 對(duì)焊接飛濺也有影響,焊絲伸出長度越長,焊接飛濺越大。例如,直徑為1. 2mm的焊絲,焊接電流280A時(shí),當(dāng)焊絲伸出長度從20mm增加至30mm時(shí),焊接飛濺量增加約5% 。因而因而要求焊絲伸出長度應(yīng)盡可能地縮短。
3、改進(jìn)焊接電源:
引起CO2氣體保護(hù)焊產(chǎn)生飛濺的原因,主要是在短路過渡的最后階段,由于短路電流急劇增大,使得液橋金屬迅速加熱,造成熱量聚集,最后使液橋爆裂而產(chǎn)生飛濺。從改進(jìn)焊接電源方面考慮,主要采用了在焊接回路中串接電抗器和電阻、電流切換,電流波形控制等方法,以減小液橋爆裂電流,從而減小焊接飛濺。目前,晶閘管式波控CO2 氣體保護(hù)焊機(jī)及逆變式晶體管式波控CO2氣體保護(hù)焊機(jī)已經(jīng)得到使用,在減小CO2氣體保護(hù)焊的飛濺已取得了成功。
4、在CO2氣體中加入氬氣(Ar):
在CO2氣體中加入一定量的氬氣后,改變了CO2氣體的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),隨著氬氣比例的增加,焊接飛濺逐漸減小,對(duì)飛濺損失變化顯著的是顆粒直徑大于0. 8mm 的飛濺,但對(duì)于顆粒直徑小于0. 8mm 的飛濺影響不大。
另外采用了在CO2氣體中加入氬氣的混合氣體保護(hù)焊,也可改善焊縫成形,氬氣加入到CO2氣體中對(duì)焊縫熔深、熔寬、余高的影響,隨著CO2氣體中氬氣含量的增加,而使熔深減小,熔寬增大,焊縫余高減小?;旌蠚怏w標(biāo)準(zhǔn)配比:80%Ar + 20%CO2 。
5、采用低飛濺焊絲:
對(duì)于實(shí)芯焊絲,在保證接頭力學(xué)性能的前提下,盡量降低其含碳量,并適當(dāng)增加鈦、鋁等合金元素,都可有效地降低焊接飛濺。
另外,采用藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊可以大大降低焊接飛濺,藥芯焊絲產(chǎn)生的焊接飛濺約為實(shí)芯焊絲的1/3。
6、焊槍角度的控制:
當(dāng)焊槍垂直于焊件焊接時(shí),所產(chǎn)生的焊接飛濺量zui少,傾斜角度越大,飛濺越多。焊接時(shí),焊槍的傾斜角度不要超過20o。
再認(rèn)真的控制,生產(chǎn)中飛濺還是難以避免,熱鍍鋅前須再次質(zhì)檢,并予以打磨干凈。
總體來說,熱鍍鋅鋼構(gòu)件的焊接制作工藝有很強(qiáng)的專業(yè)性和技術(shù)性,青冶正星集鋼構(gòu)制作、熱浸鍍鋅、安裝施工為一體的一站式大型熱鍍鋅鋼構(gòu)制造企業(yè),經(jīng)歷了十年磨練,見證了許多客戶在不按照規(guī)范焊接制作后,來到熱鍍鋅工序時(shí),出現(xiàn)噴氣漏鍍、流黃水、大彎變形、飛濺長鋅麻點(diǎn)、積鋅等各種質(zhì)量問題,甚至于造成鋼構(gòu)工件報(bào)廢,出現(xiàn)不可挽回的損失。本文推出希廣大客戶了解熱鍍鋅鋼構(gòu)產(chǎn)品焊接制作過程技術(shù)控制標(biāo)準(zhǔn),供同行或興趣愛好者學(xué)習(xí)交流。