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　　第二章　安裝工程施工技術(shù)

　　第一節(jié)　切割與焊接

　　一、切割

　　常用的切割方法有機械切割、火焰切割、電弧切割和激光切割等。

　　(一)機械切割

　　常用的切割機械主要有剪板機、弓鋸床、鋼筋切斷機、砂輪切割機、電動割管套絲機等。

　　(1)剪板機是借助于運動的上刀片和固定的下刀片，采用合理的刀片間隙，對各種厚度的金屬板材施加剪切力，使板材按所需要的尺寸斷裂分離。

　　(2)弓鋸床是鋸切金屬圓料、方料、管料和型材的機床。

　　(3)鋼筋切斷機。

　　(4)砂輪切割機切割金屬管、扁鋼、工字鋼、槽鋼、圓鋼等型材。

　　(5)電動割管套絲機是設有正反轉(zhuǎn)裝置，用于加工管道外螺紋的電動工具。主要用于 DN150 以下鋼管管螺紋的加工。

　　(二)火焰切割

　　火焰切割是利用可燃氣體在氧氣中劇烈燃燒及被切割金屬燃燒所產(chǎn)生的熱量而實現(xiàn)連續(xù)切割的方法。

　　火焰切割按所使用的燃氣種類，可分為氧-乙炔火焰切割(俗稱氣割)、氧-丙烷火焰切割、氧-天然氣火焰切割和氧-氫火焰切割。實際生產(chǎn)中使用最廣的是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷火焰切割。

　　1.氣割金屬需滿足條件

　　(1)金屬在氧氣中的燃燒點應低于其熔點;

　　(2)金屬燃燒生成氧化物的熔點應低于金屬的熔點，且流動性要好;

　　(3)金屬在切割氧流中的燃燒應是放熱反應，且金屬本身的導熱性要低。

　　符合上述氣割條件的金屬有純鐵、低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼以及鈦。其它常用的金屬材料如鑄鐵、不銹鋼、鋁和銅，由于不滿足這三個條件，所以不能應用氣割。這些材料常用的切割方法是等離子弧切割。

　　2.氧-乙炔火焰切割

　　氧-乙炔火焰切割是一種傳統(tǒng)的切割方法，應用相當廣泛，通常切割厚度的范圍為 3～150mm。但如果鋼材中含有鉻，鎳，鉬等抗氧化的合金元素含量過高時，如不銹鋼、工具鋼等就必須采用氧熔劑切割或等離子弧切割。

　　3.氧-丙烷火焰切割

　　氧-丙烷火焰切割與氧-乙炔火焰切割相比具有的優(yōu)點：

　　(1)丙烷的點火溫度為 580℃，大大高于乙炔氣的點火溫度(305℃)，且丙烷在氧氣或空氣中的爆炸范圍比乙炔窄得多，故氧-丙烷火焰切割的安全性大大高于氧-乙炔火焰切割。

　　(2)丙烷氣是石油煉制過程的副產(chǎn)品，制取容易，成本低廉，且易于液化和灌裝，對環(huán)境污染小。

　　(3)氧-丙烷火焰溫度適中，選用合理的切割參數(shù)切割時，切割面上緣無明顯的燒塌現(xiàn)象，下緣不掛渣。切割面的粗糙度優(yōu)于氧-乙炔火焰切割。

　　氧-丙烷火焰切割的缺點是火焰溫度比較低，切割預熱時間略長，氧氣的消耗量亦高于氧-乙炔火焰切割，但總的切割成本遠低于氧-乙炔火焰切割。

　　4.氧-氫火焰切割

　　火焰溫度可達 3000℃，火焰集中，割口表面光潔度高，無燒塌和圓角現(xiàn)象，不結(jié)渣。氧-氫火焰切割具有以下優(yōu)點：

　　(1)成本較低。

　　(2)安全性好。

　　(3)環(huán)保。

　　5.氧熔劑切割

　　煙塵少，切斷面無雜質(zhì)，可用來切割不銹鋼。

　　(三)電弧切割

　　1.等離子弧切割

　　等離子弧切割過程不是依靠氧化反應，而是靠熔化來切割材料，因而比氧-燃氣切割的適用范圍大得多，能夠切割絕大部分金屬和非金屬材料，如不銹鋼、高合金鋼、鑄鐵、鋁、銅、鎢、鉬和陶瓷、水泥、耐火材料等。

　　等離子切割機配合不同的工作氣體可以切割各種氣割難以切割的金屬，尤其是對于有色金屬(不銹鋼、碳鋼、鋁、銅、鈦、鎳)，切割效果更佳;其主要優(yōu)點在于切割厚度不大的金屬的時候，等離子切割速度快，尤其在切割普通碳素鋼薄板時，速度可達氧切割法 5～6 倍、切割面光潔、熱變形小、幾乎沒有熱影響區(qū)。

　　2.碳弧氣割

　　利用該方法可在金屬上加工溝槽。電弧切割的適用范圍及特點為：

　　(1)在清除焊縫缺陷和清理焊根時，能在電弧下清楚地觀察到缺陷的形狀和深度，生產(chǎn)效率高。

　　(2)可用來加工坡口，特別適用于開 U 形坡口。

　　(3)使用方便，操作靈活。

　　(4)可以加工多種不能用氣割加工的金屬，如鑄鐵、高合金鋼、銅和鋁及其合金等，但對有耐腐蝕要求的不銹鋼一般不采用此種方法切割。

　　(5)設備、工具簡單，操作使用安全。

　　(6)碳弧氣割可能產(chǎn)生的缺陷有夾碳、粘渣、銅斑、割槽尺寸和形狀不規(guī)則等。

　　(四)激光切割

　　激光切割與其他熱切割方法相比較，主要特點有切口寬度小(如 0.1mm 左右)、切割精度高、速度快、質(zhì)量好，并可切割多種材料(金屬、非金屬、金屬基和非金屬基復合材料、皮革、木材及纖維等)。

　　激光切割由于受激光器功率和設備體積的限制，只能切割中、小厚度的板材和管材，而且隨著工件厚度的增加，切割速度明顯下降。此外，激光切割設備費用高，一次性投資大。

　　二、焊接

　　(一)焊接的分類及特點

　　按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點，可以將焊接方法分為熔化焊(熔焊)、壓力焊(壓焊)和釬焊三大類。

　　1.熔化焊

　　(1)氣焊。優(yōu)點：

　�、僭O備簡單、費用低、移動方便、使用靈活。

　　②通用性強，對鑄鐵及某些有色金屬的焊接有較好的適應性。

　�、蹮o須電源，因而在無電源場合和野外工作時有實用價值。

　　缺點：

　�、偕a(chǎn)效率較低。氣焊火焰溫度低，加熱速度慢。

　�、诤附雍蠊ぜ冃魏蜔嵊绊憛^(qū)較大，焊接變形大。

　�、酆附舆^程中，熔化金屬受到的保護差，焊接質(zhì)量不易保證。

　　④較難實現(xiàn)自動化。

　　(2)電弧焊

　　1)手工焊條電弧焊(手弧焊)

　　優(yōu)點：

　�、俨僮黛`活，可以在任何有電源的地方進行維修及中短縫的焊接作業(yè)，特別適用于機械難以達到部位的焊接。

　�、谠O備簡單，使用方便。

　�、蹜梅秶鷱V。選擇合適的焊條可以焊接多種常用的金屬材料，如碳鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁、鎳及合金。可適用于各種厚度和各種結(jié)構(gòu)形狀的焊接。

　　缺點：

　�、俸附拥纳a(chǎn)率低;

　�、趧趧訔l件差;

　　③焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定。

　　2)埋弧焊

　　優(yōu)點：

　�、贌嵝瘦^高，熔深大，工件的坡口可較小(一般不開坡口單面一次熔深可達 20mm)，減少了填充金屬量。

　　②焊接速度高，焊接厚度為 8～10mm 的鋼板時，單絲埋弧焊速度可達 50～80cm/min。

　　③焊接質(zhì)量好。焊劑的存在不僅能隔開熔化金屬與空氣的接觸，而且使熔池金屬較慢地凝固，減少了焊縫中產(chǎn)生氣孔、裂紋等缺陷的可能性。

　�、茉谟酗L的環(huán)境中焊接時，埋弧焊的保護效果勝過其他焊接方法。

　　缺點：

　�、儆捎诓捎妙w粒狀焊劑，這種焊接方法一般只適用于水平位置焊縫連接。

　�、陔y以用來焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金。

　�、鄄荒苤苯佑^察電弧與坡口的相對位置，容易焊偏。

　�、苤贿m于長焊縫的焊接。

　�、莶贿m合焊接厚度小于 1mm 的薄板。

　　由于埋弧焊熔深大，生產(chǎn)效率高，機械化操作的程度高，因而適于焊接中厚板結(jié)構(gòu)的長焊縫和大直徑圓筒的環(huán)焊縫，尤其適用于大批量生產(chǎn)。

　　(3)氣體保護電弧焊(氣電焊)

　　氣電焊與其他熔化焊方法相比，具有以下特點：

　�、匐娀『腿鄢氐目梢娦院�。

　�、诤附舆^程操作方便，沒有熔渣或很少有熔渣。

　�、酆附铀俣容^快，熔池較小，熱影響區(qū)窄，焊件焊后變形小。

　�、芸梢院附踊瘜W活潑性強和易形成高熔點氧化膜的鎂、鋁、鈦及其合金。

　�、萦欣诤附舆^程的機械化和自動化，特別是空間位置的機械化焊接。

　�、拊谑彝庾鳂I(yè)時，需設擋風裝置，否則氣體保護效果不好，甚至很差。

　�、唠娀〉墓廨椛鋸姟�

　�、嗪附釉O備比較復雜，比焊條電弧焊設備價格高。

　　1)鎢極惰性氣體保護焊(TIG 焊 TIG-Tungsten Inert Gas)。

　　鎢極惰性氣體保護焊具有下列優(yōu)點：

　�、冁u極不熔化，只起導電和產(chǎn)生電弧作用，比較容易維持電弧的長度，焊接過程穩(wěn)定，易實現(xiàn)機械化;保護效果好，焊縫質(zhì)量高。

　�、谟捎谀芎芎玫乜刂茻彷斎�，所以它是焊接薄板金屬和打底焊的一種極好方法，幾乎可以適用于所有金屬的連接，尤其適用于焊接化學活潑性強的鋁、鎂、鈦和鋯等有色金屬和不銹鋼、耐熱鋼等各種合金。對于某些黑色和有色金屬的厚壁重要構(gòu)件(如壓力容器及管道)，為了保證高的焊接質(zhì)量，也采用鎢極惰性氣體保護焊。

　　鎢極惰性氣體保護焊的缺點：

　�、偃凵顪\，熔敷速度小，生產(chǎn)率較低。

　�、谥贿m用于薄板(6mm 以下)和超薄板的焊接。

　�、蹥怏w保護幕易受周圍氣流的干擾，不適宜野外作業(yè)。

　�、芏栊詺怏w(氬氣、氦氣)較貴，生產(chǎn)成本高。

　　這種焊接方法的焊縫質(zhì)量高，但與其他電弧焊相比，其焊接速度較慢。

　　2)熔化極氣體保護焊(MIG 焊 Metal Inert-gas Welding)。

　　MIG 焊的特點：

　�、賻缀蹩梢院附铀薪饘伲绕溥m用于焊接有色金屬、不銹鋼、耐熱鋼、碳鋼、合金鋼等材料。

　�、诤附铀俣容^快，熔敷效率較高，勞動生產(chǎn)率高。

　�、跰IG 焊可直流反接，焊接鋁、鎂合金時有良好的陰極霧化作用，可有效去除氧化膜，提高了接頭的焊接質(zhì)量。

　�、懿徊捎面u極，成本比 TIG 焊低。

　　3)CO2氣體保護焊。

　　主要優(yōu)點：

　　①焊接生產(chǎn)效率高，其生產(chǎn)率是手工焊條電弧焊的 1～4 倍。

　�、诤附幼冃涡�、焊接質(zhì)量較高。

　�、酆缚p抗裂性能高，焊縫低氫且含氮量也較少。

　�、芎附映杀镜�，只有埋弧焊、焊條電弧焊的 40%～50%。

　�、莺附訒r電弧為明弧焊，可見性好，操作簡便，可進行全位置焊接。

　　不足之處：

　　①焊接飛濺較大，焊縫表面成形較差。

　�、诓荒芎附尤菀籽趸挠猩饘佟�

　�、劭癸L能力差，給室外作業(yè)帶來一定困難。

　�、芎茈y用交流電源進行焊接，焊接設備比較復雜。

　　(4)等離子弧焊。等離子弧焊也是一種不熔化極電弧焊。廣泛應用于焊接、噴涂和堆焊。

　　等離子弧焊與鎢極惰性氣體保護焊相比，有以下特點：

　�、俚入x子弧能量集中、溫度高，焊接速度快，生產(chǎn)率高。

　　②穿透能力強，對于大多數(shù)金屬在一定厚度范圍內(nèi)都能獲得鎖孔效應，一次行程可完成 8mm 以下直邊對接接頭單面焊雙面成型的焊縫，焊縫致密，成形美觀。

　�、垭娀⊥χ倍群头较蛐院�，可焊接薄壁結(jié)構(gòu)(如 1mm 以下的金屬箔的焊接)

　　④設備比較復雜、氣體耗量大，費用較高，只宜于室內(nèi)焊接。

　　(5)電渣焊。電渣焊總是以立焊方式進行，不能平焊。

　　電渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高 2～5 倍，焊接時坡口準備簡單。焊后一般要進行熱處理(通常用正火)以改善組織和性能。電渣焊主要應用于 30mm 以上的厚件，可與鑄造及鍛壓相結(jié)合生產(chǎn)組合件，以解決鑄、鍛能力的不足，因此特別適用于重型機械制造，可進行大面積堆焊和補焊。

　　(6)激光焊。

　　激光焊的特點：

　�、偌す馐芰棵芏群芨撸杆倏�，熱影響區(qū)和焊接變形很小，尺寸精度高。在大氣中焊接，也不需外加保護，就能獲得高質(zhì)量焊縫。

　�、诳珊付喾N金屬、合金、異種金屬及某些非金厲材料，如各種碳鋼、銅、鋁、銀、鉬、鎳、鎢及異種金屬以及陶瓷、玻璃和塑料等。

　�、奂す饪赏高^透明材料對封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行無接觸焊接(如電子真空管、顯像管的內(nèi)部接線等)。

　�、芴貏e適于焊接微型、精密、排列非常密集、對熱敏感性強的工件，如厚度小于 0.5mm 的薄板、直徑小于 0.6mm 的金屬絲。

　　⑤激光焊設備投資大，養(yǎng)護成本高，焊機功率受限。

　�、迣す馐ㄩL吸收率低和含有大量低沸點元素的材料一般不宜采用。

　　2.壓力焊

　　(1)電阻焊。電阻焊有三種基本類型，即點焊、縫焊、對焊。

　　1)點焊。一種高速、經(jīng)濟的連接方法，多用于薄板的非密封性焊接。

　　2)縫焊。多用于焊接有密封性要求的薄壁結(jié)構(gòu)。

　　3)對焊。接頭性能差，多用于對接頭強度和質(zhì)量要求不是很高的直徑小于 20mm 的棒料、管材、門窗等構(gòu)件的焊接。

　　(2)電渣壓力焊。電渣壓力焊適用于現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中豎向或斜向鋼筋的連接，與電弧焊相比，它功效高、成本低，我國在一些高層建筑的柱、墻鋼筋施工中已取得了很好的效果。

　　3.釬焊

　　釬焊接頭與熔焊接頭相比，強度較低，耐熱性差。

　　釬焊可用于各種黑色金屬及有色金屬和合金以及異種金屬的連接，適宜于小而薄和精度要求高的零件。

　　(1)釬焊的分類。 按釬料熔點的不同，可分為硬釬焊和軟釬焊兩種。按照加熱的方法的不同分為火焰釬焊、電阻釬焊、感應釬焊。

　　釬焊的優(yōu)點：

　�、賹δ覆牡奈锢砘瘜W性能沒有明顯的不利影響。

　�、阝F焊時加熱溫度低，可對焊件整體加熱，引起的應力和變形比較小，容易保證焊件的尺寸精度。

　�、塾袑讣w加熱的可能性，可用于結(jié)構(gòu)復雜、開敞性差的焊件，并可一次完成多縫多零件的連接。

　�、苋菀讓崿F(xiàn)異種金屬、金屬與非金屬的連接。

　�、輰嵩匆筝^低，工藝過程簡單。

　　釬焊的缺點：

　�、兮F焊接頭的強度一般比較低，耐熱能力差。

　�、诙嗖捎么罱咏宇^形式，增加了母材消耗和結(jié)構(gòu)重量。

　　(二)常用焊接材料的選擇及焊接設備

　　1.焊接材料的選用

　　(1)焊條的組成和分類

　　(2)焊條選用的原則

　　1)考慮焊縫金屬的力學性能和化學成分。

　　對于普通結(jié)構(gòu)鋼，通常要求焊縫金屬與母材等強度，應選用熔敷金屬抗拉強度等于或稍高于母材的焊條;

　　在焊接結(jié)構(gòu)剛性大、接頭應力高、焊縫易產(chǎn)生裂紋的不利情況下，應考慮選用比母材強度低一級的焊條。

　　對于合金結(jié)構(gòu)鋼有時還要求合金成分與母材相同或接近。

　　當母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高時，焊縫中易產(chǎn)生裂紋，應選用抗裂性能好的低氫型焊條。

　　2)考慮焊接構(gòu)件的使用性能和工作條件。

　　對承受動荷載和沖擊荷載的焊件，除滿足強度要求外，主要應保證焊縫金屬具有較高的塑性和韌性，可選用塑性、韌性指標較高的低氫型焊條。

　　對接觸腐蝕介質(zhì)的焊件，應根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)及腐蝕特征選用不銹鋼類焊條或其他耐腐蝕焊條。

　　在高溫、低溫、耐磨或其他特殊條件下工作的焊件，應選用相應的耐熱鋼、低溫鋼、堆焊或其他特殊用途焊條。

　　3)考慮焊接結(jié)構(gòu)特點及受力條件。

　　對結(jié)構(gòu)形狀復雜、剛性大的厚大焊件，在焊接過程中，冷卻速度快，收縮應力大，易產(chǎn)生裂紋，應選用抗裂性好、韌性好、塑性高、氫裂紋傾向低的焊條。如低氫型焊條、超低氫型焊條和高韌性焊條。

　　4)考慮施焊條件。

　　當焊件的焊接部位不能翻轉(zhuǎn)時，應選用適用于全位置焊接的焊條。對受力不大、焊接部位難以清理的焊件，應選用對鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條。

　　5)考慮生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性。

　　對焊接工作量大的結(jié)構(gòu)，有條件時應盡量選用高效率焊條，如鐵粉焊條、重力焊條、底層焊條、立向下焊條和高效不銹鋼焊條等。

　　在酸性焊條和堿性焊條都可滿足要求時，應盡量選用酸性焊條。為了保障焊工的身體健康，在允許的情況下應盡量采用酸性焊條。

　　(3)焊絲和焊劑的選用。

　　耐熱鋼、低溫鋼、耐蝕鋼的焊接可選用中硅或低硅型焊劑配合相應的合金鋼焊絲。

　　普通結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼的焊接可選用高錳、高硅型焊劑，如 HJ431 和 HJ430 焊劑。

　　對焊接韌性要求較高的低合金鋼厚板，應選用低錳、低硅型或無錳中硅型焊劑，如 HJ172、HJ170焊劑。

　　焊接不銹鋼以及其他高合金鋼時，應選用以氟化物為主要組分的焊劑，如 HJ171 和 HJ172 焊劑或HJ107Nb 無錳中硅型焊劑，亦可采用 SJ602 燒結(jié)焊劑。

　　鐵素體、奧氏體等高合金鋼，一般選用堿度較高的熔煉焊劑或燒結(jié)陶質(zhì)焊劑，以降低合金元素的燒損及摻加較多的合金元素。

　　2.焊接參數(shù)選擇

　　電弧焊的焊接參數(shù)主要有焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電源種類及極性等。

　�、俸笚l直徑的選擇主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置及焊接層次等因素。不影響焊接質(zhì)量前提下，為了提高勞動生產(chǎn)率，一般傾向選擇大直徑焊條。

　�、诤附与娏鞯倪x擇。焊接電流的大小，對焊接質(zhì)量及生產(chǎn)率有較大影響。其中最主要的因素是焊條直徑和焊縫空間位置。

　　含合金元素較多的合金鋼焊條，一般電阻較大，熱膨脹系數(shù)大，焊接過程中電流大，焊條易發(fā)紅，造成藥皮過早脫落，影響焊接質(zhì)量，而且合金元素燒損多，因此焊接電流相應減小。

　�、垭娀‰妷旱倪x擇。電弧電壓是由電弧長來決定。電弧長，則電弧電壓高;電弧短，則電弧電壓低。

　　要求電弧長度小于或等于焊條直徑，即短弧焊。在使用酸性焊條焊接時，為了預熱待焊部位或降低熔池溫度，有時將電弧稍微拉長進行焊接，即所謂的長弧焊。

　�、芎附訉訑�(shù)的選擇。中、厚板焊條電弧焊，往往采用多層焊。層數(shù)多對提高焊縫的塑性、韌性有利。

　　⑤電源種類和極性的選擇。

　　直流電源，電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊接質(zhì)量好，一般用在重要的焊接結(jié)構(gòu)或厚板大剛度結(jié)構(gòu)的焊接上。

　　其他情況下，應首先考慮用交流焊機。因為交流焊機構(gòu)造簡單，造價低，使用維護也較直流焊機方便。

　　一般情況下，使用堿性焊條或薄板的焊接采用直流反接，而酸性焊條通常采用正接。

　　(三)焊接接頭、坡口及組對

　　1.焊接接頭的分類及基本類型

　　按焊接方法不同，焊接接頭可以分為熔焊接頭、壓焊接頭和釬焊接頭三大類。

　　焊接接頭的基本類型可歸納為 5 種，即對接接頭、T 形(十字)接頭、搭接接頭、角接接頭和端接接頭。

　　2.熔焊接頭與坡口

　　熔焊接頭的坡口根據(jù)其形狀的不同，可分為基本型、組合型和特殊型三類。

　　基本型坡口主要有：I 形坡口、V 形坡口，單邊 V 形坡口、U 形坡口、J 形坡口等。

　　組合坡口是由兩種或兩種以上的基本型坡口組合而成。

　　特殊型坡口主要有卷邊坡口，帶墊板坡口，鎖邊坡口，塞焊、槽焊坡口。

　　3.焊接接頭的選用原則

　　4.管材的坡口、組對與焊接

　　(1)管材的坡口

　　管材的坡口主要有三種：I 形坡口、V 形坡口和 U 形坡口。

　�、買 形坡口。I 形坡口適用于管壁厚度在 3.5mm 以下的管口焊接。

　　②V 形坡口。V 形坡口適用于中低壓鋼管焊接，坡口的角度為 60°～70°，坡口根部有鈍邊，厚度為 2mm 左右。

　�、踀 形坡口。U 形坡口適用于高壓鋼管焊接，管壁厚度在 20～60mm 之間，坡口根部有鈍邊，其厚度為 2mm 左右。

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