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镀锌钢的焊接工艺
镀锌钢可采用手工电弧焊、熔化极气体保护焊、氩弧焊、电阻焊等措施进行焊接。
(1)手工电弧焊
1)焊前准备
为了减少焊接烟尘,避免焊接裂纹及气孔的产生,焊前除了开合适的坡口外,还应将坡口附近的锌层清除。清除措施可采用火焰烘烤或喷砂。~2mm内,工件厚度较大时,~3mm。
2)焊条的选择
焊条的选择原则是焊缝金属的力学性能尽量与母材相近,%如下。
采用钛铁矿型焊条、氧化钛型焊条、纤维素型焊条、钛钙型焊条和低氢型焊条焊接时所得到的接头强度均可达到满意的指标,见表1。但用低氢型焊条和纤维素型焊条焊接的焊缝中易产生夹渣和气孔,因此一般不用。
锌层的存在给镀锌钢的焊接带来了一定困难,重要的问题有:焊接裂纹及气孔的敏感性增大、锌的蒸发及烟尘、氧化物夹渣及镀锌层熔化及破坏。其中焊接裂纹、气孔和夹渣是最重要的问题。
(1)裂纹
在焊接过程中,熔化的锌浮在熔池的表面或位于焊缝根部。由于锌的熔点远远低于铁,熔池中的铁一方面结晶,液态锌会沿着钢的晶界渗入其中,导致晶间结合变弱。并且锌与铁之间易形成金属间脆性化合物Fe3Zn10和FeZn10,进一步减少了焊缝金属的塑性。因此在焊接残存应力的作用下易沿晶界裂开,形成裂纹。
1)影响裂纹敏感性的因素
①锌层的厚度镀锌钢的锌层较薄,裂纹敏感性小,而热镀锌钢的锌层较厚,裂纹敏感性较大。
②工件厚度厚度越大,焊接拘束应力越大,裂纹敏感性越大。
③坡口间隙间隙越大,裂纹敏感性越大。
④焊接措施用手工电弧焊焊接时裂纹敏感性小,而用CO2气体保护焊焊接时裂纹敏感性大某些。
2)避免裂纹的措施
①焊前在镀锌板焊接处开坡口V、Y形或X型坡口,用氧乙炔或喷砂等措施清除坡口附近的镀锌层,同步控制间隙不适宜过大,。
②选用含Si量低的焊接材料。气体保护焊时应采用含Si量低的焊丝,手工焊时采用钛型、钛钙型焊条。
(2)气孔
坡口附近的锌层在电弧热的作用下产生氧化(形成ZnO)及蒸发,并挥发出白色烟尘和蒸气,因此极易在焊缝中引起气孔。焊接电流越大,锌的蒸发越严重,气孔敏感性越大。用钛型、钛钙型焊条焊接时,在中档电流范畴内不易产气愤孔。而用纤维素型和低氢型焊条焊接时,小电流和大电流下均易产气愤孔。此外焊条角度应尽量控制在30°~70°范畴内。
(3)锌的蒸发及烟尘
用电弧焊焊接镀锌钢板时,熔池附近的锌层在电弧热的作用下氧化成ZnO并蒸发,形成很大的烟尘。这种烟尘中重要成分为ZnO,对工人的呼吸器官具有很大的刺激作用,因此,焊接时必须采用良好的通风措施。在同样焊接规范下,用氧化钛型焊条焊接时所产生的烟尘量较低,而低氢型焊条焊接时产生的烟尘量较大。
(4)氧化物夹渣
焊接电流较小时,加热过程中形成的ZnO不易逸出,易导致ZnO夹渣。ZnO比较稳定,其熔点为1800℃。大块状的ZnO夹渣对焊缝塑性具有非常不利的影响。运用氧化钛型焊条时,ZnO呈细小均匀分布,对塑性及抗拉强度影响都不大。而用纤维素型或氢型焊条时,焊缝内的ZnO较大、较多,焊缝性能差。
镀锌钢可采用手工电弧焊、熔化极气体保护焊、氩弧焊、电阻焊等措施进行焊接。
(1)手工电弧焊
1)焊前准备
为了减少焊接烟尘,避免焊接裂纹及气孔的产生,焊前除了开合适的坡口外,还应将坡口附近的锌层清除。清除措施可采用火焰烘烤或喷砂。~2mm内,工件厚度较大时,~3mm。
2)焊条的选择
焊条的选择原则是焊缝金属的力学性能尽量与母材相近,%如下。
采用钛铁矿型焊条、氧化钛型焊条、纤维素型焊条、钛钙型焊条和低氢型焊条焊接时所得到的接头强度均可达到满意的指标,见表1。但用低氢型焊条和纤维素型焊条焊接的焊缝中易产生夹渣和气孔,因此一般不用。
对于低碳钢镀锌钢板,应优先选用J421/J422或J423焊条。对于强度级别在500MPa以上的镀锌钢板,可选用E5001、E5003等型号的焊条。对于强度在600MPa以上的镀锌钢板,应选用E6013、E5503及E5513等型号的焊条。
焊接时,尽量采用短弧,不要使电弧摆,以避免镀锌层熔化区域的扩大,保证工件的抗腐蚀性并减少烟尘量。
(2)熔化极气体保护焊
可采用CO2气体保护焊或者Ar+CO2、Ar+O2等混合气体保护焊进行焊接。保护气体对焊缝中Zn的含量有明显的影响,采用纯CO2或CO2+O2时,焊缝中Zn的含量较高,而采用Ar+CO2或Ar+O2时,焊缝中Zn的含量较低。电流对焊缝中Zn含量影响不大,随着焊接电流的增大,焊缝中的Zn含量稍有减少。
采用气体保护焊焊接镀锌钢时,焊接烟尘要比手工电弧焊大得多,因此应特别注意排风。影响烟尘量大小及成分的因素重要是电流和保护气体。电流越大,或保护气体中CO2或O2含量越大,焊接烟尘越大,并且烟尘中ZnO含量也增大,最大时ZnO的含量可达到70%左右。
在同样的焊接规范下,镀锌钢的熔深要比不镀锌的钢板大。T形接头、搭接接头及向下立焊的焊接气孔敏感性较大,焊接速度越大越易产气愤孔;对于镀锌合金钢,焊接速度的影响特别明显。多道焊时,后续焊道的气孔敏感性不小于前一道。
采用不同保护气体焊接的镀锌钢接头的力学性能见表2。可见,保护气体成分对接头力学性能并没有很大的影响,一般采用纯CO2进行焊接。
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表3~表5分别给出了镀锌钢板I形对接接头、搭接接头及T形接头的短路过渡CO2焊的焊接工艺参数。
表3镀锌钢板I形对接接头CO2焊接规范参数
板厚/mm间隙/mm焊接位置送丝速度
/mm·s-1电弧电压
/V焊接电流
/A焊接速度
/mm·s-1备注
向下立焊
横焊
~~5517~1818~1970~~~
-焊丝ER705-3
~
立焊
横焊
表4镀锌钢板搭接接头CO2焊接规范参数
板厚/mm焊接位置送丝速度
/mm·s-1电弧电压
/V焊接电流
/A焊接速度
/mm·s-1备注
横焊
仰焊
~~110100~110100~~~~~-3
横焊
向下立焊
..8~~~
表5镀锌钢板T形接头(角接)CO2焊接规范参数
板厚/mm焊接位置送丝速度
/mm·s-1电弧电压
/V焊接电流
/A焊接速度
/mm·s-1备注
立焊
仰焊
~5555~~200~110110~10120-
-
-3
立焊
横焊
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锌的蒸发及烟尘
用电弧焊焊接镀锌钢板时,熔池附近的锌层在电弧热的作用下氧化成ZnO并蒸发,形成很大的烟尘。这种烟尘中重要成分为ZnO,对工人的呼吸器官具有很大的刺激作用,因此,焊接时必须采用良好的通风措施。在同样焊接规范下,用氧化钛型焊条焊接时所产生的烟尘量较低,而低氢型焊条焊接时产生的烟尘量较大。
(4)氧化物夹渣
焊接电流较小时,加热过程中形成的ZnO不易逸出,易导致ZnO夹渣。ZnO比较稳定,其熔点为1800℃。大块状的ZnO夹渣对焊缝塑性具有非常不利的影响。运用氧化钛型焊条时,ZnO呈细小均匀分布,对塑性及抗拉强度影响都不大。而用纤维素型或氢型焊条时,焊缝内的ZnO较大、较多,焊缝性能差。