焊接技术的优缺点范文

导语：如何才能写好一篇焊接技术的优缺点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：CRC P600自动焊接技术；大口径管道；施工应用

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1、前言

随着我国对能源的需求量越来越大，特别是我国与俄罗斯以及中压达成了一系列的协议，我国长输管道引来了它的建设高峰。长输管道大多数都是大口径管道，因此自动焊机得到了广泛的应用。在西气东输的二线工程中CRC P600自动焊接技术得到了成功的应用，因此我国的CRC P600自动焊接技术得到了全面的推广，下面我们就CRC P600自动焊接技术得相关构造以及相关的应用方法。

2、自动焊机的优缺点

2.1、工作效率高

自动焊接技术的特点是，焊丝可以连续送进，焊丝熔敷速度快, 减少了焊工换条或变换姿势的时间，层间易清理，与手工焊接相比, 焊接效率可以提高3一4倍。

2.2、质量好

采用药芯焊丝和气体保护，可以获得优良的焊接质量，焊接几乎不受焊工技术水平的影响。焊道成型好，缺陷少，在大口径、大壁厚的管道上尤其显著。

2.3、劳动强度低

自动焊接技术可以明显降低焊工的劳动强度。同时，焊接过程稳定，飞溅小，烟尘少。大大改善了焊接工作环境。

3、CRC P600自动焊机的构造介绍

CRC P600管道全自动焊接设备主要由CRC坡口加工机，CRC内焊机，P260热焊机,和P600填充盖面所用的外焊机组成。内焊机集管口组对和根部焊接于一体，从管子内部利用8个焊枪进行根部焊接，很大程度上克服了管口错边量对根部焊接质量的不利影响。P260，P600焊接系统具备自动跟踪功能，焊接过程中可以通过显示面板（人机界面）实现过程监控。P260 热焊系统由焊接小车和电源接线盒组成，除电弧电压外，所有重要参数均由控制箱完成。P600型焊接系统进行填充和盖面焊接时采用双焊枪、脉冲控制，盖面焊时双焊枪进行排焊，且采用窄间隙坡口，成形美观。

4、焊接工艺

4.1、接头形式设计

应用该种方法时采用复合坡口，其坡口形式及尺寸如下图所示。

4.2、坡口加工

采用相应的坡口加工机，在吊管机后面自制一个平台用于放置坡口加工机，这样在施工中便于操作，同时有利于保护设备。

4.3、根焊方法

根焊为8焊头气动内焊机。内焊机在进行焊接时，其中4个焊头沿顺时针方向焊接完成1/2圈管口后，另4个焊头沿逆时针方向同时引弧，完成剩余1/2圈管口的焊接。

4.4、热焊方法

热焊采用的是P260外焊机，其系统可以提供恒定的焊接工艺参数和质量控制，焊机有导电嘴至熔池的垂直跟踪功能，以保证导电嘴与熔池之间有恒定的工作距离。

5、工程实例

CRCP600自动焊技术在西气东输二线管道工程（西段）第2B标段得到了应用。该工程采用X80管线钢管，管径1219mm，壁厚18.4mm。根据工程EPC的要求，机组首先进行2000m试验段的焊接，之后再进行百口考核，合格后方可进行主线路的正常焊接。

5.1、试验段的焊接

5.1.1、存在问题及原因分析

在应用初期，全自动焊机组累计焊接73道焊口，经RT和AUT检测， 合格焊口48道，焊接一次合格率仅为65.8％。不合格焊口25道，其中有气孔11道，占不合格焊口总数的44％；夹层未熔合14道，占不合格焊口总数的56％。

经分析，认为产生缺陷的主要原因有以下几个方面。

（1）由于焊工培训、考试及强化训练都是在厂房内进行的，施焊条件、施焊环境等均与现场有所不同，加上电焊工对CRC 自动焊技术的掌握尚不是很熟练，因此，开始焊接时的合格率非常低。

（2）钢管的圆度未达标较大、钝边过大，造成夹层未熔合缺陷的产生。

（3）现场施焊环境风大，防护措施不到位，造成气孔缺陷的产生。

5.1.2、整改措施

（1）调整坡口加工机的车刀，将钝边值取其下限值1.0mm左右，而与钝边相邻的2个坡口角度则尽量选取上限值46．5°和39°，这样就能够保证在进行根部焊接时，很容易将钝边焊透，并充分熔合，减小了未熔合缺陷产生的几率。

（2）安排质量检查员携万能角度尺，对坡口加工质量进行专向检验，确保坡口各项尺寸均符合焊接工艺规程的规定。

（3）自制的焊接防风棚，有时只注重了四周的密封，而忽视了防风棚底部的密封性，因此防风效果不是很理想。经过改进，在防风棚的底部用帆布制作了“围裙”，在防风棚扣到焊口之上后，将防风棚的底部用帆布进行进一步的密封，保证了施焊空间的风速完全满足焊接要求。

（4）要求所购置的保护气体纯度必需满足工艺要求；另外，CO2气体在使用前，应严格按照要求将气瓶倒置24h以上并间断地进行排水，且在最终使用之前再次将气体中的水排放干净。

（5）每天进行焊接之前，要求焊工在第1次起焊时先按住放气按钮将电磁阀到枪头管路的杂质气体排出；同时，焊接过程中必须及时清理焊道中的灰尘和飞溅物。

经过采取上述一系列的改进措施及不断地总结经验，焊接质量得到了一定的提高，在后续试验段的焊接中，共焊接完成96道焊口，合格89道焊口，焊接一次合格率达到了92.7％。

5.2、焊接过程中的注意事项

（1）坡口加工及组对间隙应严格执行焊接工艺规程，坡口清洁无毛刺。现场焊接应在防风棚内进行，并在焊接管段两端加装盲板，以避免因有穿堂风而产生气孔等焊接缺陷；同时对于风速较大或雨、雪天气应禁止进行施工作业。

（2）每天焊接前应检查焊接工艺参数，并根据焊接工艺规程先焊3个焊口进行100％ RT检测，待合格后方可按该工艺进行焊接施工。同时，在施工过程中也应当对焊接工艺参数进行过程跟踪。内焊机进行

根部焊道焊接时，应保证坡口两侧熔合良好，避免出现未熔合缺陷。热焊时，应避免在热焊与坡口面之间的夹角产生未熔合缺陷。在焊接过程中，焊工应随时进行焊枪摆幅、摆速等焊接工艺参数的调节，以保证焊接质量。焊接材料应保存在干燥恒温的环境下，防止受潮。焊丝一旦开启包装，尽量在一个工作日内使用完。未使用完的焊丝应拆下并包装好，妥善保管。内焊机需在完成热焊之后方可撤离。对于地形有起伏，焊道可能存在受力的情况下，需进行完填充层1、填充层2 的焊接后再将内焊机撤离。

（3）为了确保仰焊部位焊缝余高达到规范要求，在进行仰焊时，焊枪的摆动速度不能过快，相应地，要加大摆幅和送丝速度，这样能更好地控制仰焊焊缝成形，保证焊接质量。加强对自动焊设备的维护与保养。由于自动焊设备精密度非常高，粉尘太多会引起设备运转不正常，及时对设备进行清理、保养，彻底清理焊机内的粉尘铁屑等杂物，使焊接设备运转达到最佳状态，确保焊接质量。

6、结论

经过探讨，我们发现了CRC P600管道自动焊技术的优缺点，优点是不止能提高劳动效率、降低生产成本，还能够提高焊接质量；缺点是设备复杂，维修和养护成本比较高，施工受地形、地貌等条件影响。根据焊接技术特点，我们特别要注意一些相关问题，对施工进行严格控制，丰富CRC P600管道自动焊技术在施工中的使用经验，推进其得到迅速的推广应用。

参考文献:

[1] 李.长输管线高效焊接技术及焊机特点[J].焊接技术（2000）,29.

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【关键词】长输管线 焊接质量 措施探讨

1 长输管线的常用焊接技术

随着科学技术的进步，长输管线的焊接技术也在不断发展与提高，目前主要的焊接技术有自保护药芯焊丝半自动焊，全自动焊，以及焊条电弧向下焊3种。3种焊接工艺各具优势，也各有缺陷，自保护药芯焊丝半自动焊抗风能力强，但不能进行根焊；全自动焊作业效率高，但对设备要求较高；条电弧向下焊灵活性好，使用方便快捷，但抗风能力差。如何根据实际焊接作业要求进行焊接工艺的选择，是影响长输管线焊接质量的重要因素。

2 影响长输管线焊接质量的主要因素

影响长输管线焊接质量的因素众多，主要表现在环境影响、工艺影响与作业影响等方面。

2.1 所处环境对焊接质量的影响

油气长输管线所处环境往往较为复杂，地形条件与气候条件是影响长输管线焊接质量的主要因素。长输管线的焊接工艺受地形条件限制较大，焊接质量则受气候条件影响较大，特别是温度与降水条件。西北地区低温少雨，对长输管线焊接质量的最大破环因素往往是低温严寒的环境条件。

2.2 焊接工艺对焊接质量的影响

不同类型的焊接工艺各具优势，适用条件往往也差别较大，焊接工艺的选择不合理会对长输管线焊接质量造成重大影响。以药芯半自动焊为例，这种焊接工艺最突出的优点便是能在风力较大的环境中使用，且不会对焊接质量造成影响，这恰好满足了西北地区常常伴有大风的恶劣工作环境；而一旦使用其他焊接工艺难免会因为工作环境所限而不能有效保证焊接质量。

2.3 人员素质对焊接质量的影响

长输管线焊接工人的业务能力会直接影响到焊接工作的完成质量。熟悉常用焊接工艺的适用条件、主要特点、操作流程及要点是对焊接工人的基本要求。一旦焊接工人对于焊接工艺的认知出现偏差，焊接工艺选择错误、焊接操作出现失误、焊接主要技术指标不合格等问题在工作过程中的发生必然在所难免。

2.4 管理效果对焊接质量的影响

长输管线焊接工作具有工作环境复杂，工作量大，工作时间长等特点，这也给焊接工作的管理带来了巨大困难。长输管线焊接工作管理不佳常常会导致焊接工作的标准不一，连贯性差，以及焊接作业不严谨等问题的发生，势必会给焊接质量带来负面影响。

3 提高油气长输管线焊接质量的主要途径

针对影响长输管线焊接质量的主要因素，结合相关焊接作业经验，可通过以下4条途径提高焊接质量。

3.1 充分考虑作业环境，选择合适焊接工艺

基于不同焊接工艺适用条件及工艺优缺点的不同，要保证长输管线焊接质量就必须要充分考虑作业环境。焊接作业开工前，首先应对作业环境进行调查，然后根据环境特点设计焊接作业工艺及流程，尤其要注重考虑地形条件对焊接作业的限制，以及气候条件对焊接质量的影响和破坏。

以“西气东输”工程中长输管线的焊接作业为例。西气东输长输管线西起新疆塔里木，东至上海，管线全长达4000公里，焊接作业难度极大。尤其是在环境恶劣的西北地区，焊接质量更是难以控制，焊条电弧向下焊的使用便有效解决了此项难题。焊条电弧向下焊可在环境恶劣的西北地区顺利使用，能通过流水作业提高作业效率并保证作业质量。此外，焊条电弧向下焊还具有适用灵活方便，对设备要求不高的优点；抗风能力的欠缺则是焊条电弧向下焊工艺的显著缺点，作业中需要重点注意。

焊接工艺的选择需要全面综合考虑各种因素的影响，既要考虑工艺技术的优势，又要重视其技术缺陷。只有牢牢把握重点因素，充分发挥焊接工艺优势，采取适当手段减小不利影响，才能切实提高长输管线的焊接质量。

3.2 参照焊接作业要求，采用适当设备材料

不同焊接工艺有着不同的技术指标及要求，只有使用恰当的作业设备及材料，才能保证焊接作业的质量要求。目前，长输管线焊接作业常用焊条电弧焊和自保护药芯焊丝半自动焊焊接设备，自动焊焊接设备以及根焊设备等3种主要焊接设备。以林肯公司的STT-Ⅰ，Ⅱ型表面张力过渡焊机为例，作为半自动焊接设备，常被作为电弧向下焊设备进行使用，使用中移动方便灵活，能够稳定保证焊接质量。长输管线焊接工作的常用焊材则有纤维素型及低氢型立向下焊条，自保护药芯焊丝，实心焊丝等3种。选择焊丝种类及型号是要着重考虑焊接工艺的要求与管道的强度级别。

3.3 针对焊接作业特点，完善作业管理制度

长输管线焊接工作管理难度较大，要完善作业管理制度以保证作业质量，就必须充分考虑焊接作业特点。流动性较强是焊接作业的主要特点，这也是造成焊接质量控制管理困难的主要原因。由于长输管线焊接作业量大，作业人员的作业地点与作业对象也在不断变化，这样常常会造成责任不明确问题的出现。为了提高长输管线的焊接质量，就必须明确作业人员的责任，将作业人员细致分组，分别下达相应焊接任务，作业人员需对自己负责焊接的管线质量负责，各作业小组的负责人需全面管理小组作业情况。此外，数量充足，技术水平精湛的焊接作业技术管理人员也是长输管线焊接质量的重要保证。长输管线焊接作业人员往往素质不一，操作中难免出现不合理，甚至违规操作，技术管理人员对其实施有效监督管理，就能及时发现作业过程中的不足，加以指导并解决，从而保证长输管线的焊接质量。

3.4 重视作业人员素质，精选焊接作业人员

合理的焊接工艺也必须有高素质的作业人员进行落实才能发挥优势。由于长输管线焊接工作量大，所需作业人员众多，这也往往是造成对作业人员资质审核不严格的主要原因。长输管线焊接作业开始前，应该审核作业人员的相关资质，并根据焊接作业的实际要求及特点编制相应的作业指导手册，组织作业人员进行培训学习，以增加其对具体焊接作业的了解及认识，避免焊接作业中违规操作及技术指标不合格等问题的发生，切实提高长输管线焊接质量。

4 结语

（1）长输管线焊接质量的好坏严重影响了管线质量及使用寿命，尤其长输管线质量不佳还有可能造成重大安全事故。因此，铺设长输管线时应该加大对于焊接作业的重视力度。

（2）影响长输管线焊接质量的因素众多，既有焊接工艺因素，也有焊接设备材料、作业人员、作业管理等因素。焊接作业中应根据实际情况进行设计与调整，调动各种有利因素切实提高长输管线焊接质量。

参考文献

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引言

随着控制技术的发展，集成化程度的提高，各类电子设备也趋于功能强大、体积小、重量轻的方向发展。贴片器件的迅速发展及推广，成为广大电气设计者的首选。近年来航空、航天用各类电子设备也广泛采用贴片器件，尤其是大部分的核心器件类似于DSP、FPGA等。由于军用电子设备必须通过比民用设备更为严酷的环境试验考核和更高的可靠性要求。所以贴片器件的焊接质量至关重要，成了高可靠性的重要工艺控制环节；加上部分电路板器件安装的特殊要求，高焊接质量的贴片机无法使用，只能采用手工焊接方式。虽然手工焊接是最为传统的焊接方式，但是受到焊接者的焊接经验、焊接温度、焊接时间、焊接方法等方面的主观的限制，所以焊接质量也层次不齐。本文主要针对贴片器件的手工焊接技术进行了探讨，对于贴片器件焊接质量的检验方法提出了更高的要求，即需要制定一套详细的检验方法或采用一些先进的方法和仪器设备用来检测贴片器件焊接质量，减少由于虚焊带来的故障和报废。

一、手工焊接

（一）手工焊接的一般步骤

手工焊接是一种技术成熟的、操作方便、灵活的一种焊接方式，目前大部分军用电子产品还是采用这种焊接方式，焊接过程一般都采用以下步骤。

1、焊接准备

贴片器件焊接一般需要的工具有：恒温电烙铁、松香、焊锡、热枪、特细橡胶棒、高放大倍数放大镜或显微镜系统。

2、贴片的固定

有两种方法：一是用少许普通胶水涂在集成电路和塑封部分，把集成电路正对焊盘固定在电路板上，待胶水变干将集成电路固定好，防止施焊时集成电路移动。二是集成电路正放在电路板焊盘上，用烙铁固定好IC四个角的引脚。

3、焊接引脚

在引脚上涂上松香水，起助焊的作用，而且焊接时松香还可以防止集成电路过热。用电烙铁给一排的引脚同时加热，然后加焊锡丝，使焊锡熔化并完全浸润焊点和引脚。一排引脚同时焊好，移去焊锡丝和电烙铁，一般情况下焊锡会把引脚同时焊在一起。

4、吸锡整理

用金属编制带或多芯导线把一排引脚上的多余焊锡吸干净，引脚间不需连接的地方焊锡被吸走，只有焊盘和引脚处才留下焊锡，这样被焊接在一起的引脚就会正常分开。最后，再用酒精棉球或毛刷沾酒精清洗松香清除引脚间的多余物。

（二）手工焊接的不足

手工焊接方式虽然操作方便、灵活，不受环境、地域和特殊焊接工艺的限制，但也有其自身的不足，主要体现在以下几个方面。

1、焊接过程和吸锡过程时间控制没有直观的时间量来控制，主要靠焊接者的直觉和经验。整个焊接过程和吸锡过程的时间不要太太长，控制在几秒钟时间为宜，否则过热容易损坏集成电路，焊接时时间不够又极易出现虚焊。

2、焊接温度控制不能保证真正的“恒温”，因为焊接时间的长短、焊锡量的多少都将直接影响焊接温度。如果焊锡较多温度就会升高，焊锡过少松香就很容易烧焦，可能会造成芯片或印制电路板的损伤。

3、不能保证焊接质量，手工焊接很容易出现不同程度的连焊和虚焊，因为焊接时焊锡的多少，只能凭借焊接者的个人主观判断，所以焊接时焊锡过多容易出现连焊的现象，这样可能会造成不同程度的短路现象，焊锡过少就会出现不能程度的虚焊，比如个别引脚的脱焊、和虚焊，这些情况可能在测试初期不一定能发现，但是在经历环境试验的任何一个阶段都可能出现故障。

二、贴片器件的拆除及返修

对于需要手工焊接的大型贴片器件在失效后的拆除一般情况也只适合手工拆除的方法。手工拆除的方法也很多，本文主要介绍比较常用的几种。

拉线法：取一根长度和粗细合适的漆包线，将其一端刮干净上锡后，从集成块引脚的底部穿过，并将这一端焊在电路板的某一焊点上，用手拿着漆包线的另一端，用电烙铁加热1引脚，同时用手轻轻向外拉漆包线（向外拉线时，略向上用力），当1脚焊锡熔化后，该脚即被拉起离开电路板。采用同样的方法焊开其他引脚，直到集成块的每个脚都与电路板分开后，即可取下集成块。这种方法比较慢，但比较可靠。需要注意的是必须等所有焊锡完全熔化后，才能用力拉漆包线，否则会造成焊盘起皮、断落。

堆锡法，首先用烙铁在集成块四周引脚上加满焊锡。然后用电烙铁头在集成块四周焊锡中快速移动，使四周的焊锡全部熔化，这时用镊子轻轻将集成块取下，或者同时用两把烙铁对集成块加热，这样提高了拆卸速度，这种方法简便快捷，但是必须掌握好“度”，也就是是说，既要是焊锡全部熔化，也不能加热太久，否则就有可能造成电路板的严重损坏。

分离法，分离法也简称破坏法，这种方法就是用合适的工具（类似平口的斜口钳等）沿集成电路引脚的根部将引脚剪断，用镊子拆下集成块除引脚的部分，然后再用镊子和尖头烙铁将引脚一根根的拆下，这种分离拆除法适合贴器件较长的情况，可以很好的保护印制板不受到损坏，但是拆卸下来的芯片受到破坏，可能无法进行正常器件测试和失效分析，除非特殊情况，一般不建议采用此方法。

整体加热法，这种方法是指先将该大型集成帖片器件周围的电子元器件等保护一起来，最为简单而常用的方法就是将多层纸胶带贴在需要拆卸器件的周围（还可以采用硅橡胶等在需要拆卸器件的周围形成保护层），然后用热抢档位为380-400度均匀加热需要拆卸器件所有的焊接引脚，待焊锡熔化时轻轻用镊子取走该帖片器件，之后再用吸锡带或多股镀银线等清除焊盘上多余的焊锡，并用酒精清洗焊盘，这种方法适合该大型集成帖片器件周围空间较大，而且帖片器件引脚较短的情况。

三、贴片器件焊接质量的检验方法

目前手工焊接主要的检测方法有目视检测法、性能测试法和直接检查引脚法。

目视检测法是主要是指借助高放大倍数的放大镜灯或显微镜显示系统进行目视检查，检查过程就是将焊接并清洗之后的电路板放在高放大倍数的放大镜灯或显微镜系统下面，通过放大的方法很容易观测出芯片引脚直接是否有连焊或者脱焊的情况。缺点是不能发现虚焊的情况。

性能测试法是指根据所焊接芯片的性能指标参数、以及在该电路板中的功能用途加电测试的方法，如果该芯片在电路中功能得以实现，初步判断焊接合格，比如DSP、FPGA就可以通过软件的加载、烧写和系统电性能测试的方法来确定焊接质量的好坏，缺点是不能发现更为深层次的虚焊。深层次的虚焊只能同各种环境试验同步考核。

直接检查引脚法一般是指借助于细的橡胶棒等（注意头部应圆润光滑不锋利）工具轻轻的拨动芯片的引脚，来检查焊接质量的方法。通常情况下对于焊接质量好的引脚是无法拨动的，但是对于脱焊和焊锡很少造成的虚焊的引脚就很容易发现，当橡胶棒接触到该类引脚时就会观察到引脚偏向侧边或出现弹性的运动，这种情况多为引脚脱焊或虚焊。缺点是如果拨动时用力不当，会造成引脚的损伤。

以上三种方法是检查这种大型贴片芯片焊接质量的常用方法，通常情况下将方法一和方法二结合起来使用，就可以检查出焊接质量的好坏。第三种方法主要用于排故时（已经发现该芯片无法实现预期功能出现故障了）使用，正常情况下不推荐使用。

四、发展前景与展望

目前手工焊接质量的检验方法，不管是目视检测法还是性能测试法都无法直观的判断出深层次的虚焊情况，而借用细橡胶棒等直接检查引脚焊接情况的方法不仅效率低，而且容易造成贴片器件引脚的损伤，并且大多这种损伤都是不可逆、不可直接发现的，所以除非排故需要，并不推荐使用。

据不完全统计，目前很大一部分电路板的报废都是由于大型集成贴片器件的虚焊造成的。所以迫切需要一种类似于金属件的“探伤技术”的设备出现，这样在集成帖片器件手工焊接结束后，先通过检验设备对器件的每一个引脚进行“探伤”，只有“探伤”合格的产品才进行下步工序的调试及后续的环境试验。这样由于深层次的虚焊造成的故障就可以得到很好的控制。

五、结束语

本文通过对大型集成贴片器件的手工焊接、维修及拆除、检测技术的探讨以及各种方法的优缺点比较，在一定程度上对于手工焊接起到了技术指导作用。同时对于目前贴片器件的检验方法方面提出了更高的要求与未来发展方向的展望。

参考文献：

[1]葛瑞．表面组装焊接技术新发展．电子工艺技术，1999．20．

[2]Bob Willis．正确选择波峰焊接工艺参数．电子工程专辑，1997，2：118－119．

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关键词：铝合金 搅拌摩擦焊 搅拌头 变极性 TIG/PAW

随着科学技术的发展，低密度、高强度金属材料越来越多地得到应用，铝合金以其低温特性、质量轻、强度高的优点，已经被广泛应用在航空航天、机车和民用工业中，成为一种重要的加工材料。

在铝合金的加工过程中，铝合金的焊接是其中一个重要的加工环节。铝合金导热快在空气中容易被氧化，其表面形成一层致密、难熔、体积质量大的氧化膜，阻碍基体金属的熔合。所以对于铝合金焊接必须可靠清理其表面致密氧化膜，才能保证正常的焊接。

目前铝合金的焊接方法有交流TIG、直流氩弧TIG、熔化极气体保护焊MIG、穿孔变极性等离子焊接、真空电子束和激光以及搅拌摩擦焊等，但应用较多的仍然是交流TIG和MIG两种方法，其余的不是工艺或设备不成熟，就是设备价格昂贵、应用场合受限制等因素而没有得到广泛应用。在此通过对铝及其合金焊接特点及常用焊接方法的分析，对目前比较先进的铝合金焊接技术一搅拌摩擦焊和变极性焊接进行简要介绍。

1.铝及其合金的焊接特点

1.1.采用热量集中的焊接特点

从物理性能上看，铝及其合金具有导热性强而热量大，线膨胀系数大，熔点低和高温强度小等特点。焊接时，首先必须采用能量集中的热源，以保证熔合良好；其次，要采用垫板和夹具，以保证装配质量和防止焊接变形。例如，纯铝在370～C左右时强度不超过9.8N/mm2，因此焊接时不能采用悬空方式，否则会因支持不住溶池液态金属的重量而破坏焊缝成形。

1.2.有氧化膜，焊接时需要阴极清理

从化学性质上看，铝及其合金表面极易形成难熔的氧化膜（三氧化二铝的熔点2050°C），而铝只有660°C，所以焊接时必须先除氧化膜，否则会造成焊缝金属夹渣及未熔合。

1.3.溶池不易观察

铝及其合金由固态转变为液态时，并无颜色的变化，因此也不易确定接缝的坡口是否熔化，造成焊接操作上的困难。

1.4.焊缝气孔倾向大

首先，液态铝对氧的溶解速度比固态下大20倍左右，加上铝导热快，气体来不及逸出而造成气孔；其次，三氧化二铝易吸附水分而使焊缝产生气孔；母材及焊丝未清理干净（油和水）、保护气体不纯也是造成气孔的一个方面。

1.5.焊接接头的等强性

铝合金焊接后接头软化，表现在强度或塑性有所下降，这种接头的性能上的薄弱环节，可以存在于焊缝、熔合区或热影响区三个区域中的一个区域之中。

总之，由于铝合金焊接的敏感性，往往存在着检验工序多、气孔率高、焊接变形大以及接头强度系数低（只达母材的60%-80%）等缺点。

2.常用焊接方法的特点

铝及其合金常用的电弧焊接方法主要有交流钨极氩弧焊（TIC）和熔化极气体保护焊（MIG）。

2.1.铝合金的交流TIG焊接

2.1.1.对于交流TIG焊接，最常用的是交流方波。即用电源输出的交流负半波对铝合金氧化膜进行破碎处理（也称为“阴极破碎”），正半波对铝合金进行熔化焊接。

2.1.2.交流TIG焊接的优、缺点

优点：交流TIG一般适用于焊接薄板（3mm以下）；具有电弧稳定、成形美观、焊件变形小、操作灵活等优点；最适合于焊接尺寸较精密的小零件。

缺点：由于受钨极允许电流密度的限制，它的熔透能力小，对于厚板需要开坡口，采用多层焊，由此导致热输入量大，焊接变形大，接头性能下降，尤其是塑性性能；对工件及焊丝的清理要求高。

2.2.熔化极气体保护焊（MIG）接的优、缺点

优点：适用于焊接厚度8mm以上的铝或铝合金的板材；生产效率是TIG的3-5倍。

缺点：气孔倾向比TIG焊大；焊接线能量大，焊接变形大；同样对工件及焊丝的清要求高。

总之，以上两种焊接方法具有工艺要求高，对焊接材料的要求高，容易产生气孔，接头性能下降等问题。

3.铝及其合金的搅拌摩擦焊接

搅拌摩擦焊是英国焊接研究所发明的一种新兴的固态连接方法。通过搅拌针和轴肩与工件之间的摩擦热，在搅拌针的附近形成塑性软化层，软化层在搅拌头高速旋转的作用下填充人搅拌针后所形成的空腔内，从而实现可靠的连接。它不仅具有传统摩擦焊接的优点，而且突破了传统摩擦焊接只能焊接轴类零件的限制，可以焊接板类零件，实现多种接头形式，不同位置的焊接。

与传统焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有以下特点：

3.1.焊接过程无熔化，因此无气孔、裂纹、夹渣等缺陷；

3.2.无需保护气体和填丝；

3.3.残余变形小、应力低；

3.4.接头组织性能优于熔焊；

3.5.全机械化操作，效率高。

由于搅拌摩擦焊的焊接温度低于合金元素的熔点，从而避免了合金内易挥发元素和低熔点元素的损失，接头内不易形成气孔和热裂纹等焊接缺陷，因此适用于熔化温度较低、塑性较好的有色金属铝、铜的焊接。对于焊接材料而言，搅拌磨擦焊可以焊接所有牌号的铝合金，包括可以熔焊的5000、6000系列铝合金和熔焊难以焊接的2000、7000、铝锂合金材料；同时搅拌磨擦焊还可以实现不同种材料的连接。正常情况下，搅拌磨擦焊不需要焊丝和保护气，焊接过程消耗较少，焊接接头强度可以达到母材金属的80%以上。

搅拌头是搅拌摩擦焊的关键，最优搅拌头是搅拌摩擦焊获得高质量接头的前提。搅拌头主要由轴肩和搅拌针两部分构成。搅拌头的几何外形和尺寸不仅决定着焊接过程的热输入方式，还影响焊接过程中搅拌头附近塑性软化材料的流动形式，对于给定板厚的材料来说，焊接质量和效率主要取决于搅拌头的外形和几何设计。因而设计合理的搅拌头是提高焊接质量、获得高性能接头的前提和关键。

4.铝及其合金的变极性焊接

变极性焊接能够在保证最佳焊接质量的同时，提高焊接效率、降低焊接变形，同时使弧焊方式按照实际需要的阴极清理强度和密度进行铝合金焊接。铝及其合金的变极性焊接有变极性TIG焊接、变极性等离子焊接。

4.1.铝合金的变极性TIG焊接

变极性电源可以分别设置正向焊接电流、反向清理电流和清理密度。变极性区别于交流的最大特点是：变极性的电源是直流，而不是交流。变极性控制部分只是在程序设定的时段内将焊接电流迅速反向，并同时定义其输出的大小，使之具备反向阴极清理的功能。在反极性阶段，电源可以采用更高的电

流迅速破碎铝合金表面的氧化膜。

在焊接过程中由于钨极的烧损情况与钨极正向电流的时间和大小有关，变极性电源通过短时间和大电流来满足阴极清理，使得钨极端头能保持锥状，有利于电弧能量的集中。为了保证钨极承受大电流的能力，交流TIG焊时钨极则需要被预制成滴球状，降低了电弧能量的集中程度。由于电源良好的输出特性，采用变极性焊接电源进行铝合金焊接，可以获得焊接熔深大、热影响区窄、接头的强度和塑性指标高等焊接效果。

采用变极性TIG焊接工艺，可以一次焊透至少6mm厚度的铝合金。

4.2.铝合金的变极性等离子焊接

铝合金的变极性等离子焊接是在变极性TIG焊接的基础上发展起来的。产生于美国20世纪80年代，主要用于航天产品的焊接。目前国内也逐渐在航天及民用产品中应用此工艺。

变极性等离子焊接具有很高的能量密度和电弧射流速度，射流速度可达到300-2000m/s（普通电弧射流速度为80-150 m/s）；具有压缩电弧特性，使其在焊接过程中具有穿孔焊接的特点；等离子弧柱挺度好，热量集中，因而可以得到很好的熔深；等离子焊缝窄，热影响区小，铝合金接头强度高；正面焊接和阴极雾化的时间可以以0.1ms设置，加大清理和焊接的密度，容易保证焊接的质量和效率；更好地延长钨极的使用寿命，降低焊缝夹钨的风险。

采用变极性等离子焊接工艺，可以一次焊透至少16mm的铝合金（对某些铝合金，如采用He或He+Ar气体，一次可焊透25mm），并能实现双面成形，具有焊缝气孔少、焊接变形小和接头强度高（达到母材的0.8-1.0）等优点。

变极性TIG焊接需要控制的焊接参数较少，而对变极性等离子焊接系统相对变极性TIG需要控制的焊接参数较多，并且控制精度和响应速度要求更加严格。能够实现变极性等离子焊接的变极性电源与控制系统，可以轻松实现变极性TIG焊接。由于等离子焊枪较重，焊接过程要求平稳，所以变极性等离子焊接只适合于自动焊接。其设备主要包括等离子焊接电源、等离子焊枪、自动送丝系统、控制系统、智能温控水箱、焊接工装等。

5.结论

5.1.搅拌摩擦焊技术能够实现铝及其合金等难以熔焊金属的优质高效连接，目前已经广泛应用于航空航天、高速列车、船舶、电力、建筑、汽车和装饰行业所用铝、镁、铜及其合金的连接。

5.2.在国外，变极性TIG/PAW焊接已经是非常成熟的工艺，被广泛应用于对焊接质量有严格要求的厚大铝合金件的精密焊接。

5.3.目前，随着工厂电控产品和城市轨道车辆市场份额的加大，对铝合金箱体和铝合金车体的焊接制造技术及焊接质量要求会越来越高，常用的焊接方法已经不能满足效率及质量的要求。搅拌磨擦焊和变极性焊接方法会随着铝合金材料的大量使用而得到越来越广泛的应用。

参考文献：

[1]张宏光.铝合金变极性TIC/PAW焊接技术及其应用，2006

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关键词：焊接夹具；焊接自动化；应用

0.引言

近年来，由于机器人技术的进步成熟，在焊接加工领域，越来越多的企业使用工业机器人代替人工进行焊接。在焊接生产过程中，由于真正用于焊接的时间比较少，而超过2/3的时间主要用于备料、装配等工作，进而在一定程度上影响了焊接的生产速度，进而难以适应焊接机器人的生产节奏。为此，需要对机械化、自动化程度较高的焊接夹具装备等加大推广使用的力度。焊接夹具是保证焊接质量的主要因素之一，是焊接工艺的重要组成部分，它可以确保焊接零件形状、尺寸、精度符合产品图样技术要求。

1.自动焊接的优点

在实际的生产中，通过一定的技术手段对整个焊接过程不断进行机械化以及自动化的工作过程就是焊接工作中的自动焊接。对于自动化的焊接工作来说，其主要是在实际工作中应用电子技术在以上的动作中，对其工作完成进一步的机械化。主要表现在在实际工作中由相关的气动尾顶滑台机构、转动的转台和机构以及导轨床体来完成相关动作的前后左右转动，同时再由工件夹紧以及托料机构来完成在实际工作中对相关加工工件的固定工作，用相关的焊枪夹持以及焊枪气动调节等机构来完成实际工作中的焊接装置，最后再由工作中相关的气动尾顶以及专机电控系统来实现动作指令的发送输出。其有很多的优点，主要表现在以下几个方面。

1.1生产效率高

由于自动焊接设备是由整个机械组组成，而执行程序由数字电子系统控制，因此自动焊接设备可以使用较大的电流，大电流所产生的电弧的穿透能力也很强，热量也很集中，焊接的速度就加快了许多。自动焊接设备的生产效率要比普通的手动焊接的加工效率提高10倍左右。

1.2质量高且相对质量水准稳定

由于自动焊接设备的焊接指令统一由数字中心发出，焊接的速度，焊接的范围都可以进行控制，因此可以保持相对的一直，使得所加工的工件的焊接质量水平可以恒定，加工过程中如果出现问题产生了变化也可以进行自动调节，保持相对的稳定。自动焊接设备的焊剂保护效果都很好，熔池金属很少受到空气的污染腐蚀，加上较大的电流，这样的条件会使熔池金属充分的与渣进行反应，生成的焊液成分均匀，加工的焊缝金属质量较高，性能也稳定，外表也相对美观。

1.3能源消耗低并节省原材料

有些自动焊接设备所产生的电弧是在焊剂层下面燃烧，这样所产生的热量就不容易散失掉，所消耗的电能也相对少很多，在这样的自动焊接中，进行薄板焊接加工时可以不用开坡口，加工时就没有金属飞溅，也没有焊头，这样就会节省了焊条或焊丝金属的消耗，进而节约了加工原材料。

2.焊接夹具原理及结构

2.1夹具设计原理

由于焊接的材料为0.1mm以下的金属材料，如不锈钢、铝合金、铜合金及镍合金等，本身具有一定的硬度。因此焊接夹具设计思路为采用刚性固定方法，即采用两个厚铜板将薄板材料夹住，并且用螺钉加以固定，抵抗焊接后产生的应力，从而限制焊接过程及焊接之后产生的变形。

2.2设计结构及实物夹具结构原理

是由承接板（起到承接作用）、压块盖板（将焊接样件与承接板夹紧）、固定螺栓（将上层压块盖板和下层承接板固定夹紧，防止焊接样件受热而产生形变）三部分组成。承接板、压块盖板、固定螺栓，夹具结构原理：承接板，对工件起到固定压紧的作用，采用黄铜材质，可以在焊接过程中快速导热，避免焊接热对夹具的损坏；压块盖板，共计2块，在对接方向开50度的坡口，以免阻挡激光，而且两个压块的间距为4mm，保证对工件的焊缝处压紧，此压块由4个螺钉拧紧。待焊工件至于承接板上，承接板由一整块板材经过铣、打磨后形成平整的平面，铣的作用是为了留出气槽，气槽是为了对焊缝背面进行气体保护，气槽直径为8mm。拧紧螺钉，防止工件在焊接过程中向两边移动，防止工件中间部分在焊接过程中翘起。

3.焊接气动工装夹具设计及结构特点

3.1工装夹具整体设计思想

根据地板横梁总成图纸焊接要求，通过对结构的合理性、工艺性、经济性、标准化，以及夹具的优缺点等进行综合考虑，在焊接过程中需要翻转零件以便焊接各连接零件，这就要求夹具能够旋转，同时对定位的精确度进行考虑，在装配时，要求定位器与夹紧器的销孔相互配合。

3.2夹具的设计

对夹具进行整体设计时，一方面需要把夹具的各种元件、机构、装置等连接成整体，另一方面考虑工件装卸的方便性。因此，夹具各组成件的分布位置、工件的外形轮廓尺寸以及焊接焊枪有没有关涉的条件等，在一定程度上决定着夹具体的形状和尺寸。根据上述要求，该零件的工装设计分析如下：在装配过程中把待装零件、部件的相互位置确定下来的过程叫做定位。定位器是保证焊件在夹具中获得正确装配位置的零件和部件。地板横梁是直径为φ42×2.5的钢管，根据其形状定位可以用双U形块定位。在夹具上被定好位置的工件，必须进行夹紧，否则无法维持它的即定位置，即始终使工件的定位基准与定位元件紧密接触。这样就必须有夹紧装置来完成这份工作，在夹紧时要使夹紧所需要的力应能克服操作过程中产生的各种力，如工件的重力、惯性、因控制焊接变形而产生的拘束力等，考虑到减轻劳动强度，采用气缸自动夹紧。

离合拉索支架需与地板横梁相焊接起来，中间有孔，其定位可以用销进行定位。离合拉索支架形状为U，可以利用地板横梁夹紧，不需要额外加夹紧装置。组合通管支架焊合件和水管安装支架焊合件中有孔，可以利用此孔进行定位夹紧。由于水管安装支架焊合件不用利用地板横梁夹紧，需加夹紧气缸。地板横梁支架焊合件壁厚1.8mm，为薄壁件，焊接时容易变形，在焊接的时候进行多点夹紧防止变形。位置的定位可以利用地板横梁支架焊合件上的孔来定位。工件有焊缝在底部，焊接时候焊枪不方便伸进去，且熔焊金属流动造成焊缝不均匀，因此采用一个旋转工作台，把焊缝调整到水平面上。

3.3完成夹具设计

根据前面的分析，编制设计方案书，根据设计方案书的要求对夹具进行各个零部件的设计，在设计中尽可能的使用标准件（国家标准及公司标准），这样能加快设计速度及制造速度，节约开发成本和制造成本。

4.结语

经过生产实践可看出，采用焊接夹具与合理焊接工艺相结合，对于提高装配精度、减少焊接变形量、提高生产效率、改善劳动条件、降低成本都有显著的效果。所以，在产品的生产过程中应扩大焊接夹具的应用，并提高其水平。特别是组合焊接夹具，对批量生产和缩短新产品开发周期有重要的意义。

参考文献：

[1]杨旭东.信息技术在焊接自动化中的应用[J].电焊机，2013，05：37-41.

[2]余建军，任治军，王辉.先进焊接工装夹具及其在机械装备制造业中的应用[J].机床与液压，2011，12：115-121.

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【关键词】铸铁；焊条电弧焊；工艺；应用

中职焊接专业的学生在学习焊接专业课“焊工工艺学”时，必然会学到 “铸铁的焊补”这一章的内容。而在中职学校教学的实训课上，几乎都没有安排铸铁焊补的实操练习，学生对这部分内容的理解和掌握，都是依赖教师的讲解。这就给教师“如何讲授铸铁的焊补”提出了更高的要求。在多年的教学过程中，通过总结得出：在讲授“铸铁的焊补”一章内容时，一要降低理论的难度，以适度够用的概念和原则的理解为辅， 二要重点突出实用性，以实际应用的经验和策略为主，通过铸铁焊补实例的讲解，让学生身临其境的感受整个焊补的过程，提高学生对铸铁焊补知识的理解水平和应用能力。

具体从以下四个方面进行讲授：

1．从讲授“铸铁焊接的应用及产生的经济效益”入手，提高学生对本节内容的认识

铸铁是含碳量在2.11％--6.69%的铁碳合金。是工业生产中最重要的工程材料之一。广泛地用于制造：底座、齿轮箱、工作台、汽缸体、齿轮、阀体、活塞、联轴器、轴承座、液压缸等等。因此，铸铁的焊接主要是对各种铸造缺陷或者损坏的铸铁件进行的焊补修复及利用焊接技术生产新的零件。具体表现在以下三个方面：

1．1 铸造缺陷的焊接修复。我国各种铸铁的年产量现约为800万吨，有各种铸造缺陷的铸件约占铸铁年产量的10%-15%，即通常所说的废品率为10%-15%，若这些铸造工件报废，其损失每年高达10亿元以上。采用焊接方法修复这些有缺陷的铸铁件，由于焊接成本低，不仅可获得巨大的经济效益，而且有利于及时完成生产任务。

1．2 已损坏的铸铁成品件的焊接修复。由于各种原因，铸铁成品件在使用过程中会受到损坏，出现裂纹等缺陷，使其报废。若要更换新的，价格往往较贵。特别是一些重型铸铁成品件，如锻造设备的铸铁机座一旦使用不当而出现裂纹，就得停止生产，若要更换新的锻造设备，不仅价格昂贵，而且从订货、运货到安装调试往往需要很长时间，所以会造成企业长时间处于停产状态。这方面的损失是巨大的。如新疆建材总厂发泡剂分厂九一年元月三台真空泵全部冻裂，使全厂停产。如到内地去订货，要花几万元资金不说，全厂起码还得停产半年，经用冷焊的方法进行修复，只用了几天便使该厂恢复了生产，节约了大量资金的同时，更为该企业赢得了宝贵的时间。

1．3 零部件的生产。这是指用焊接的方法将铸铁（主要是球墨铸铁）件与铸铁件、各种钢件或有色金属焊接起来而生产出零件。我国目前在这方面比较落后，处于刚起步阶段。如我国山东某厂已用高效离心铸造的大直径球墨铸铁管与一般铸造方法生产的变直径球墨铸铁法兰用焊接方法连接而制成产品。制造中铸铁焊接已成为我国下一步发展铸铁焊接技术的方向。它往往具有巨大的经济效益。

2．从生产中应用最广的铸铁――灰铸铁的可焊性分析入手，探寻灰铸铁焊补中存在的主要困难

2．1 铸铁的性能及分类：铸铁按照碳在组织中存在的形式不同，主要分为：白口铸铁、灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。

2．1．1 灰铸铁。灰铸铁中的碳，主要以片状石墨的形式分布于铸铁基体中，断面呈暗灰色，故又称灰口铸铁。灰铸铁的强度低，塑性很差，但具有良好的耐磨性、吸振性和切削加工性，并且成本低，故是工业上运用最为广泛的一种铸铁。

2．1．2 白口铸铁：白口铸铁的碳以渗碳体（同学们在“金属材料与热处理”课程中学习了渗碳体的相关内容）形式存在于金属中，断面呈银白色，故称白口铸铁。其性质硬而脆，冷加工、热加工和切削加工都很困难，工业上应用极少。

2．1．3 可锻铸铁：碳以团絮状分布的铸铁称为可锻铸铁。可锻铸铁具有较高的强度和良好的塑性，并有一定的塑性变形的能力，因而得名可锻铸铁，但实际上并不能够锻造。

2．1．4 球墨铸铁：碳以球状分布的铸铁称为球墨铸铁。球墨铸铁的强度接近于碳钢，具有良好的耐磨性，并能通过热处理提高性能，因此，被广泛用于机械制造业中。

2．2 灰铸铁的焊接性：灰口铸铁目前常以铸件的形式运用于生产，由于铸造工艺的特点，铸件往往存在着各种不同程度的缺陷，在生产现场中也有各种原因而损坏的铸件。灰铸铁的焊接实际上就是对存有缺陷或者损坏的铸件进行补焊。灰铸铁由于含碳量高、杂质多、强度低、塑性差，所以，焊接性差，在焊接中易产生白口组织和裂纹等缺陷。

白口组织：灰铸铁中的碳以渗碳体的形式析出，是一种硬而脆，塑性几乎为零的组织。焊缝中及焊缝周围的热影响区一旦产生白口组织，在焊接不均匀的加热和冷却过程中，极易造成裂纹，从而导致焊接工件的报废。

裂纹：是一种危害最大的焊接缺陷。裂纹不仅降低接头的强度，而且还会引起严重的应力集中，使结构断裂破坏。

另外，由于被焊工件的多样性、化学成分及金相组织的差异，铸件厚度及形状的不同，产生缺陷的位置不同、工作介质的腐蚀状况不同等等因素的影响，均给焊补工作带来很大的困难。

那么，如何进行灰铸铁的焊补？

3．以最常用的焊条电弧焊的方法来讲解灰铸铁焊补的具体方法和工艺措施

灰铸铁焊补方法主要应根据铸件大小、焊补处情况、刚度大小及焊后的要求（如：加工要求、致密性、颜色等）来选择。常用的是焊条电弧焊和气焊，有时也采用CO2气体保护焊、钎焊或电渣焊。主要给同学们介绍：焊条电弧焊补焊灰铸铁的方法和工艺措施。

根据焊件在焊接前是否预热，焊条电弧焊可分为冷焊、半热焊（预热温度在300―400℃）和热焊（预热温度在600―700℃）三种方法。

焊条电弧焊焊补铸铁时，一般采用铸铁焊条，如：EZC型号（Z208、Z408）等。但焊补要求不高，刚度不大的非加工面也可用碳钢焊条，如：E4303、E5015等。

3．1 热焊法：热焊法是焊接前将焊件全部或局部加热到600―700℃，并在焊接过程中保持一定的温度，焊后在炉中缓冷的焊接方法。用热焊法时，焊件冷却缓慢，温度分布均匀，有利于消除白口组织，减少应力，防止产生裂纹。但热焊法成本高、工艺复杂、生产周期长、焊接时劳动条件差，因此应尽量少用。只有当缺陷被四周刚度大的部位所包围，在焊接时不能自由热胀冷缩，用冷焊易造成裂纹的焊件才采用热焊。热焊时常用的铸铁焊条型号是EZC(Z208、Z408)。热焊的工艺特点是采用大电流（焊接电流值可达焊条直径的50倍），连续焊，焊后保温缓冷。

3．2 冷焊法：冷焊法是指焊件在焊前不预热，焊接过程中也不辅助加热的一种方法，因此可以大大提高焊补生产率，降低焊补成本，改善劳动条件，减少焊件因预热时受热不均匀而产生的变形和焊件已加工面的氧化。因此，在可能的条件下应尽量采用冷焊法。目前冷焊法正在我国推广使用，并获得了迅速的发展。

但是冷焊法在焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度很大，极易形成白口组织。此外，因焊件受热不均匀，常形成较大的内应力，会造成裂纹。目前铸铁冷焊常采用异质焊接材料，如：纯镍铸铁焊条EZNi(Z308)、镍铁铸铁焊条EZNiFe（Z408）、普通低碳钢焊条等来获得非铸铁焊缝组织（如钢焊缝、有色金属焊缝等）。

异质焊接材料电弧冷焊工艺要点是：

3．2．1 采用细焊条、小电流、快速焊接，以减少铸铁母材在焊缝中的融合比，降低焊缝中碳、硫的含量。同时减少了焊接热输入，减少焊接应力，防止裂纹。由于电流小，热影响区窄，使半熔化区的白口铸铁组织层变薄，有利于加工。

3．2．2 采用短段焊、断续焊、分散焊、分段退焊等，并在每焊10―15mm左右长度后，立即用小锤迅速锤击焊缝，待焊缝冷却到不烫手（大约50―60℃）时，再焊下一道，以减少焊接应力，防止裂纹。

3．2．3 坡口较大时，应采用多层焊，后层焊缝对前层焊缝和热影响有热处理的作用，可使接头平均硬度降低。但多层焊时焊缝收缩应力较大，易产生剥离性裂纹，因此应注意合理安排焊接顺序。

3．3 半热焊法。半热焊法是焊接前将焊件预热到300―400℃时进行焊补的一种方法。该法介于冷焊法与热焊法之间，常用于刚度不大的小结构件的焊补。

4．列举焊条电弧焊冷焊法、热焊法在典型工件焊补过程的应用，提高学生对所学知识的实际应用能力

例举实例：液压缸补焊

4．1 液压缸补焊存在的困难：

4．1．1 可焊性差：材料为HT250，其碳当量均为0.6%以上。同时，液压缸体积大，冷却速度快，焊接过程很容易出现淬硬组织，导致裂纹，，所以必须采取预热和焊后高温回火措施。但实际上，液压缸变形受到限制，实现理想的工艺措施是很困难的。

（复习内容：碳当量――是根据钢材的化学成分，粗略判断焊接时产生裂纹倾向的一种方法。一般认为：当碳当量＜时，钢材淬硬倾向不明显，可焊性良好，焊接时不必预热。当碳当量＝0.4%―0.6%时，钢材的淬硬倾向逐渐明显，可焊性有限，需按工件的冷却条件适当的预热，进行控制线能量等工艺措施。当碳当量＞0.6%时，淬硬倾向严重，属于较难焊的材料，需采取较高的预热温度和严格的工艺措施。

4．1．2 要求变形小：液压缸精加工后变形总挠度不得超过0.5mm，由于液压缸几何尺寸复杂，刚度大，在焊接热循环作用下，引起的残余应力也大，加工冷却速度快，容易形成淬硬组织，这就是液压缸补焊的主要困难。

4．1．3 焊缝金属性能要求高：液压缸是在高应力下工作的，并经常受到频繁启动和停机的交变应力作用，因此，要求焊缝金属必须具备一定的耐疲劳性能，抗氧化性能和组织的稳定性。所以，一定要选择相应的优质焊条。

4．2 液压缸补焊的工艺方法及各自的优缺点：

4．2．1 热焊法：同种材料的焊接，常选用型号是EZC(Z208、Z408)焊条。按灰铸铁焊接工艺要求进行预热和焊后缓冷。

热焊法工艺复杂，变形量大，但焊接材料和液压缸相同，焊后组织稳定，运行可靠。

4．2．2 冷焊法：异种材料的焊接，常选用纯镍铸铁焊条EZNi(Z308)、镍铁铸铁焊条EZNiFe（Z408），进行低温预热。

冷焊法工艺简单，考虑到液压缸材料可进行低温预热，采用塑性好的纯镍铸铁焊条EZNi(Z308)、镍铁铸铁焊条EZNiFe（Z408）。

4．3 液压缸的热焊：

4．3．1 焊前准备：

①查清裂纹的起端和尾端，对裂缝及周围进行除油清洗。除油的方法可用丙酮清洗，钢丝刷等刷净，也可用气焊火焰分段加热，烧尽油污至不冒烟为止，加热温度不宜过高，一般不超过400℃，否则会引起裂纹。

②坡口的准备：开坡口前先在裂纹两端钻止裂孔，然后用扁铲，角向砂轮将坡口加工成单边V型或U型，U型坡口可减少焊缝处的熔合比，应尽量采用U型坡口。坡口表面应平整光滑，坡口的大小可根据被焊工件的厚度决定，在能满足强度要求和操作方便的前提下，坡口选择越窄越好。坡口形状要保证便于焊补及减少焊件的熔化量.

③进行预热：对液压缸进行整体预热，采用工频感应加热法可做到升温缓慢，加热均匀，不至因预热引起附加热应力和变形。根据计算和经验，预热温度在250―350℃之间为宜，过高则会引起液压缸的变形，过低如低于250℃会产生淬硬组织，可能要引起裂纹。对于液压缸的边缘部位，如感应加热温度偏低时，可用火焰和电炉进行局部的辅助加热。

4．3．2 焊接过程及工艺：

①选用Z208或Z408，φ=3.2焊条，I=150―160A电流，第一层做单道焊，直线运条。

②从第二层开始，每焊完一道要及时锤击。用圆头半径为1―1.5mm，宽10mm左右锤头的风铲（风压：2―3公斤/cm2)从中间向两侧各击一次，其方法见下图。

锤击后要立即用G01-150焊炬的中性焰跟踪回火，焰心与焊道保持3mmm左右，沿焊道宽度来回摆动，加热时间为焊接时间的三倍，直至焊道表面呈亮红色为止（约900―1000℃左右）。通过跟踪回火，可以达到缓冷和改善接头组织的目的。接着继续进行施焊，形成施焊―锤击―回火―焊下一道的工序，要求衔接紧凑直至填满坡口为止。

③为了防止焊缝收缩应力引起变形，每层应先焊坡口两侧，后焊中间焊道，见下图。

全部焊完后用石棉灰覆盖进行300℃三小时的保温，防止裂纹，最后拆除保温层空冷。

4．4 液压缸的冷焊：

4．4．1 焊前准备：①、②同热焊。

4．4．2 焊接过程及工艺：

①选用塑性好的纯镍铸铁焊条EZNi(Z308)、镍铁铸铁焊条EZNiFe（Z408）。φ=3.2焊条，小电流I=90―100A、快速焊接。从坡口根部开始单道施焊，也可以敷焊两层，待敷焊层焊完后，需用低倍放大镜仔细检查，认为满意后，再用焊条进行堆焊。

②堆焊工艺要求：采用小直径，小电流进行堆焊，焊道要窄，不做横向摆动，焊接速度要快，间隔时间要长，一定要待焊道冷却后（不烫手）再焊下一道。引弧点和收弧点要错开，要填满熔池，防止裂纹。

4．5 液压缸补焊中防止变形的措施：

4．5．1 为了减少液压缸的变形，补焊时应尽量减少坡口和控制焊接热规范。

4．5．2 缺陷距液压缸截面重心较远或集中于重心同一侧时，可不焊的应尽量不焊，对于缺陷位于液压缸重心两侧或接近于重心轴时，可以适当地多焊或对称焊，以利于控制变形。

4．5．3 补焊量较大时，必须事先估计出变形趋势加以预防，如:进行残余变形概算，进行加固等。

4．5．4 为了减少变形，对同时有很多裂纹的液压缸，则应先焊最大的裂纹，使其有伸缩的可能，再对称的补焊相应的裂纹。对于小裂纹，深度一般不超过壁厚10―15%的可以不焊，要磨掉，但需磨成圆滑状以防应力集中。

4．5．5 为防止变形，在有条件时，尽量开双面坡口，即减少填充金属量，又容易控制变形。

4．5．6 在确保强度的情况下，为减少变形，可以酌情不焊满坡口。

4．5．7 尽量提倡冷焊工艺方法。

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关键词: 液化天然气储罐; 液化天然气; 安全技术;

中图分类号：F407.22 文献标识码：A 文章编号：

液化天然气(简称LN G)的比重小，体积小，而且还不溶于水，所以具有运输速度快、储存性能好和经济可靠等优点 ,也使得该技术被广泛地应用在城市汽输网络上面。液化天然气是以甲烷为主要组分的烃类混合物 ,它的汽化热量非常高，在天然气储罐液化的过程中也会产生很多的冷能，可以用来发电、保鲜食品等等。不过在天然气管道运输建设工程上面，虽然耗资巨大，但有关其技术安全问题仍然有待考究。

1 LNG储罐的特性及其分类

1.1 LNG储罐的特性

( 1) 耐低温。LNG是在低温常压下被储存的, 将储存的温度降到- 160 ℃的常压沸点以下, 同时增加储罐的压力, 可以大大提高LNG储罐的安全性能。所以,LNG储罐具有非常好的耐低温的优点。【1】

( 2) 具有很好的韧性和塑性。因为罐内储存的是低温的液体, 所以相关的工作人员必须注意安全运输，因为 LNG 在贮存的过程中，尤其是在绝热储罐中, 任何热量渗漏到罐中, 都会导致一定量的液体气化为气体,这时储罐一旦被破坏, 逃逸出来的天然气会形成一个易暴气团，很可能会对周围的人造成危险。因此, LNG储罐要求具有很好的韧性和塑性，还有要使用双层壁的储存结构, 以防天然气泄漏, 提高安全性。

( 3) 材料具有良好的加工性和稳定的金相结构。罐内使用泡沫玻璃等的绝热材料，避免脆性的破坏，还有必须具备稳定的性能，以防安全阀被打开使得LNG 处于沸腾状态造成更大的危险。

( 4) 抗压性能好。为确保天然气储罐在意外的压力作用下天然气不发生泄漏等的意外事故, 储罐必须要求具有良好的抗压力性能。即使在很大的压力作用下，例如地震等也不会发生爆裂的现象。因次, 在制作储罐的时候，一定要对其材料进行详细的选择, 在施工后还要对储罐进行抗压力的试验，尤其是低温储罐施工的检验制度一定要规范, 主要包括焊缝的检验、内罐水压试验和外罐气密试验，在这之后还有分析压力条件下的性能指数, 只有这样才可以进一步地确保其安全性。

( 5)LNG 储罐耐腐蚀。世界各国均在开展 LNG 储罐耐腐蚀领域的相关的项目研究。也通过了不断开发新型低导热、高强度的保冷材料、 开展抗腐蚀技术的研究, 使得储罐的安全性能更高，也进一步地为LNG储罐的设计、施工建造和安全管理提供指导。

1.2 LNG储罐的分类

LNG储罐的选择通常是按照液化能力的高低来考虑的，所以在储罐形式的设计上面，容量还有建设条件等成为主要考虑的因素。随着时代的发展，天然气储罐的容量也在不断地扩大，目前以大容量的储气罐为主。根据其罐形的不同，主要将LNG储罐分成了单容罐、双容罐及全容罐这三种主要的类型。单容罐内容器的安全性以其他两者相比较低，其外壁为碳钢制成的，可以用于防止基本的LNG泄漏事故的发生。在这里面，全容罐的安全性是最高的，内壁为含镍9%合金钢，外壁被混凝土覆盖，不仅可防止LNG泄漏，甚至还可挡住子弹的冲击。不过，这几种不同规格的天然气储罐的优缺点各不一样，在选择时，我们必须先考虑场合还有经济等等方面的需要。

2 国内外LNG储罐安全技术的现状

2.1 国外大型常压LNG储罐现状

LNG 从60 年代开始被逐步地在世界各地推广，不断地商业化发展，成为天然气产业发展的一个不可或缺的环节，到目前为止，LNG已经是当今世界上最受推广的能源供应技术之一了。其中知名度最高的是印度尼西亚等天然气输出国，而英国等大国也都建有很多世界性的大型天然气储罐工厂。

但是在国外的常压LNG储罐的安全管理上面，主要是存在LNG液化工厂建设不规范和储罐设计不合理等等的一些不良现象，从而提升了很多不安全的事故发生的比例。【2】

因此，世界上很多国家都开始重视起LNG储罐安全技术的改进与实施，尽量减少一些不必要的危险发生。

2.2 我国常压LNG储罐现状

我国一直都是作为世界天然气的大国之一，其具有相当丰富的天然气资源，使得我国也成为世界上重要的天然气输出国之一，但我国在液化天然气的储罐技术方面却一直处于发展阶段，造成了一定的经济损失。【3】

其天然气资源主要存在于西部地区，我国天然气资源较为缺乏。而且目前我国在天然气储罐的安全技术方面所做的探讨确实很少，由于天然气储罐技术相当复杂, 我国在该领域经验少, 也没有规定出合适的天然气储罐标准，很多的技术设计和关键设备都需要引进，所以还存在着很大的进步改进空间。

随着中国对天然气能源逐步需求, LNG运输安全建设也在不断改进。其中由中国海洋石油总公司建造的广东大鹏湾液化天然气接收站已经投入生产，而且均获得了很好的产业效益。除此之外，国外一些好的天然气储罐技术也在迅速发展, 如低温储罐的自动焊接技术、超声波探伤技术等等也在我国的很多地方开始推广开来。

不过，随着安全技术的不断被重视，我国也开始由国外引进先进的管理技术，陆陆续续地发展处更多的天然气供应渠道，同时引进圆筒的双层壁天然气储罐技术，使得很多的LNG项目得到了一定的安全保证。在很多的研究报告里面也指出了，未来我国的LNG储罐技术奖进一步地得到提高，随着储罐容量的增大，相应的投资成本也将不断增大。

3 LNG储罐发展趋势

液化天然气储罐技术工程是集液化、储存、气化、输配天然气等功能为一体的流程，能否建设好LNG储罐技术，关系到了天然气产业的正常运转。在综合考虑各方面因素以后，可以得出，LNG储罐未来的发展趋势将是进一步加强对液化天然气低温储罐的安全管理和推广，这对于解决日益恶化的环境问题和能源危机也具有非常重大的意义。在储罐安全方面，目前大型储罐主要以低温钢内筒体，碳钢外层，膨胀珍珠岩中间层的形式出现，而中小型LN G储罐多采用柱腿支撑,在储罐设计时需要考虑支撑的隔热措施 ,一般用玻璃钢或其它具有较小导热系数又具有强度的材料做中间材料,切断内罐和外界的冷热传递。【4】由此可见，在未来的很长一段时间里面，各国在发展天然气产业的同时，也将进一步扩大储罐安全技术的投资。

4建议

纵观LNG储罐技术的发展我们可以看出，天然气储罐大型化是一个很大的趋势，其本身具有的投资少，占地小等优点也被进一步地挖掘。为了更好地操作和管理LNG储罐技术，在安全性的考量上面必须做到非常细致，这些都是促进天然气产业发展的动力。

首先，LNG储罐的大型化要选择一个合适的幅度，在这个改进范围里面，可以做到使得效益最大化，这样一来，不仅仅可以提升天然气储罐运输的安全管理，还可以使得LNG的利用最大化，从而进一步地节省更多的人力、物力，创造出更多的产业价值。

另外一方面，根据LN G的特性及低温绝热储罐的特殊要求 ,在天然气储罐的设计上面，必须做到把安全设计放在首位 ,然后确定合理的材料以及结构，这样才能有很大地提高LN G储罐的安全性。

天然气是一种环保的高效能源 ,其未来的市场优势将越来越明显，其发展的空间也将越来越大 ,所以有关天然气储罐的安全技术问题一定要全面地综合性分析 ,以期得到一个最好的方案。

参考文献：

[1] 熊光德，毛云龙. LNG的储存和运输[J]. 天然气与石油，2005 (1)：17~20

[2] 先智伟，谢箴. 世界LNG装置现状及发展[J]. 天然气与石油，2005 (6)：6~9