发表时间：2019-7-1 14:41:21 编辑：luopiaopiao
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第二章 安装工程施工技术
第一节 切割和焊接
一、切割
一般可以把切割方法分为机械切割、火焰切割、电弧切割和冷切割四大类。
(一)机械切割
机械切割方法是利用机械方法将工件切断。常用的切割机械主要有剪板机、弓锯床、螺纹钢筋切断机、砂轮切割机等。
(二)火焰切割
火焰切割可分为：氧-乙炔火焰切割(俗称气割)、氧-丙烷火焰切割、氧-天然气火焰切割和氧-氢火焰切割。实际生产中应用最广的是氧-乙炔火焰切割和氧-丙烷火焰切割。
1. 气割金属
火焰切割过程包括预热 燃烧 吹渣三个阶段，但并不是所有金属都能满足这个过程的要求，只有符合下列条件的金属才能进行氧气切割：
(1)金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点;
(2)金属燃烧生成氧化物的熔点应低于金属熔点，且流动性要好;
(3)金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应，且金属本身的导热性要低。
符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢、钛。
2. 氧-丙烷火焰切割
氧-丙烷火焰切割与氧-乙炔焰切割相比具有以下优点：
(1)丙烷的点火温度为580℃，大大高于乙炔气的点火温度(305℃)，且丙烷在空气中或在氧气中的爆炸范围比乙炔窄得多，故氧-丙烷切割的安全性高于氧-乙炔焰切割。
(2)丙烷气是石油炼制过程的副产品，制取容易，成本低廉，且易于液化和灌装，对环境污染小。
(3)氧-丙烷火焰温度适中，选用合理的切割参数切割时，切割面上缘无明显的烧塌现象，下缘不挂渣。切割面的粗糙度优于氧-乙炔焰切割。
氧-丙烷切割的缺点是火焰温度比较低，切割预热时间略长于氧-乙炔焰切割。氧气的消耗量高于氧-乙炔焰切割，但总的切割成本远低于氧-乙炔焰切割。
3.氧-氢火焰切割
(1)成本较低。
(2)安全性好。
(3)环保。
(三)电弧切割
电弧切割按生成电弧的不同可分为等离子弧切割和碳弧气割。
1.等离子弧切割
等离子弧切割是一种常用的金属和非金属材料切割的工艺方法。比氧-燃气切割的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料，如不锈钢、高合金钢、铸铁、铝、铜、钨、钼、和陶瓷、水泥、耐火材料等。最大切割厚度可达300mm。
2. 碳弧气割
电弧切割的适用范围及特点为：
(1)在清除焊缝缺陷和清理焊根时，能在电弧下清楚地观察到缺陷的形状和深度，生产效率高，同时可对缺陷进行修复。
(2)可用来加工焊缝坡口，特别适用于开U型坡口。
(3)使用方便，操作灵活。
(4)可进行全位置操作。可以清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷。
(5)加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，但对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。
(6)设备、工具简单，操作使用安全。
(7)碳弧气割可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。
(四)冷切割
二、焊接
焊接是通过加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程，可以连接金属材料和非金属材料。
(一)焊接的分类及特点
按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊(熔焊)、压力焊(压焊)和钎焊三大类。
1.熔化焊。
利用局部加热的方法将连接处的金属加热至熔化状态，后冷却结晶成一体的焊接方法
(1)电弧焊。
1)手工焊条电弧焊(简称手弧焊)。
手弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。
手弧焊的主要优点：
①操作灵活，可以在任何有电源的地方进行维修及安装中短缝的焊接作业。特别适用于难以达到部位的焊接。
②设备简单，使用方便，投资少。
③应用范围广。
手弧焊的主要缺点有：
①焊接生产效率低。这是焊条电弧焊最根本的缺点。②劳动条件差。③焊接质量不够稳定。
2)埋弧焊。埋弧焊有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。
埋弧焊的主要优点是：
①热效率较高，熔深大，工件的坡口可较小，减少了填充金属量。
②焊接速度高，当焊接厚度为8～10mm的钢板时，单丝埋弧焊速度可达 50～80cm/min。
③焊接质量好，焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。
④在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法。
埋弧焊的缺点有：
①只适用于水平位置焊缝焊接。
②难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金。
③由于不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。
④只适于长焊缝的焊接。
⑤不适合焊接厚度小于1mm的薄板。
(2)气体保护电弧焊(气电焊)。
气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体的不同，分为不熔化极(钨极惰性气体保护焊)和熔化极气体保护焊，氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。
1)钨极惰性气体保护焊(TIG焊接法)。
采用非熔化钨极和惰性气体保护，使这种焊接方法具有下特点：
①钨极不熔化，只起导电和产生电弧作用，比较容易维持电弧的长度，焊接过程稳定，易实现机械化;保护效果好，焊缝质量高。
②可焊接化学活泼性强的有色金属、不锈钢、耐热钢等和各种合金;对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件(如压力容器及管道)，为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。
③一般不采用直流反接。焊接铝、镁及其合金时，则采用交流电源或直流反接。
钨极惰性气体保护焊的缺点有：
①熔深浅，熔敷速度小，生产率较低。
②只适用于薄板(6mm以下)及超薄板材料焊接。
③气体保护幕易受周围气流的干扰，不适宜野外作业。
④惰性气体(氩气、氦气)较贵，生产成本较高。
2)熔化极气体保护焊(MIG或MAG焊)。
MIG(MAG)焊的特点：
①和TIG焊一样，它几乎可以焊接所有的金属，尤其适合于焊接有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢等材料。
②焊接速度较快，熔敷效率较高，劳动生产率高。
③MIG焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用，可有效去除氧化膜，提高了接头的焊接质量。
④不采用钨极，成本比TIG焊低。
⑤由于氩为惰性气体，不与任何物质发生化学反应，所以对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔，焊前必须仔细清理焊丝和工件。
3)CO2 气体保护焊。
(3)等离子弧焊。
等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊，是钨极氩弧焊的进一步发展。等离子弧是自由电弧压缩而成的，其功率密度比自由电弧相比可提高100倍以上。
1)等离子弧能量集中、温度高，焊接速度快，生产率高。
2)穿透能力强。
3)电弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁结构(如1mm以下金属箔的焊接)。
(4)电渣焊。
电渣焊总是以立焊方式进行，不能平焊。
电渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2～5倍，焊接时坡口准备简单，焊接熔池体积较大，焊接区在高温停留时间较长，冷却速度缓慢，使热影响区比电弧焊宽得多，且晶粒粗大，机械性能下降，故焊后一般要进行热处理以改善组织和性能。
可以焊接各种碳结钢、低合金钢、耐热钢和中合金钢。主要应用于30mm以上的厚件，特别适用于重型机械制造业
(二)常用焊接材料的选择
1.焊接材料的选择
(1)焊条的选用方法
1)按强度等级和化学成分选用。
① 焊接一般结构，一般选与焊件强度等级相同的焊条。
② 焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。
③ 焊接特殊性能钢种，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。
④焊件碳、硫、磷质量分数较大或焊接铸造碳钢或合金钢时应选用碱性焊条。
2)按焊件的工况条件选用焊条。
① 焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，应选用碱性焊条。
② 焊接承受静载的结构件，焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件，应选用酸性焊条。
③焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。
3)按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条。
(三)焊接接头、坡口及组对
1.焊接接头的分类及基本类型
按焊接方法不同，焊接接头可以分为熔焊接头、压焊接头和钎焊接头三大类。
根据接头构造形式不同，焊接接头的基本类型分为：对接接头、T形(十字)接头、搭接接头、角接接头和端接接头。
上述五类接头基本类型都适用于熔焊;一般压焊(高频电阻焊除外)，都采用搭接接头，个别情况才采用对接接头;高频电阻焊一般采用对接接头，个别情况才采用搭接接头。钎焊连接的接头也有多种形式，即搭接接头，T形接头，套接接头，舌形与槽形接头。
2.熔焊接头与坡口
熔焊接头的坡口形状。熔焊接头的坡口根据其形状的不同，可分为基本型、组合型和特殊型三类。
(1)基本型坡口。是一种形状简单、加工容易、应用普遍的坡口。主要有：Ⅰ型坡口;Ⅴ型坡口;单边Ⅴ型坡口;U型坡口;J型坡口等。
(2)组合型坡口。由两种或两种以上的基本型坡口组合而成。
(3)特殊形坡口。主要有：卷边坡口;带垫板坡口;锁边坡口;塞、槽焊坡口等。
3.管材的坡口、组对与焊接
(1)管材的坡口。管材的坡口主要有3种：I型坡口、V型坡口和U型坡口。
三、焊接质量检验
四、焊接热处理
热处理是通过加热和冷却固态金属的操作方法来改变其内部组织结构，并获得所需金属的物理、化学和力学性能的一种工艺。
热处理工艺就是通过确定加热温度、保温时间和冷却介质等参数，来达到改善材料性能的目的。
(一)常用热处理方法
1.焊前预热
2.焊后热处理
安装工程施工中，常用的焊后热处理过程主要有退火、回火、正火及淬火工艺。
(1)钢的退火工艺
根据钢材的加热温度、保持时间及冷却状况可分为完全退火、不完全退火、去应力退火三种。
(2)钢的正火工艺
正火是将钢件加热到临界点Ac3或Acm以上适当温度，保持一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。其目的是消除应力、细化组织、改善切削加工性能及淬火前的预热处理，也是某些结构件的最终热处理。
正火较退火的冷却速度快，过冷度较大，其得到的组织结构不同于退火，性能也不同，如经正火处理的工件其强度、硬度、韧性比退火高，而且生产周期短，能量耗费少，在可能情况下，应优先考虑正火处理。
(3)钢的淬火工艺
淬火是将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定范围内发生马氏体不稳定组织结构转变的热处理工艺。其目的是为了提高钢件的硬度、强度、和耐磨性，多用于各种工模具、轴承、零件等。
(4)钢的回火工艺
回火是将经过淬火的工件加热到临界点Ac1以下适当温度，保持一定时间，随后用符合要求方式冷却，以获得所需的组织结构和性能。其目的是调整工件的强度、硬度、韧性等力学性能，降低或消除应力，避免变形、开裂，并保持使用过程中的尺寸稳定。
3.热处理方法的选择
(1)焊后热处理一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理。
(2)对于气焊焊口采用正火加高温回火处理。
(3)单一的中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器的组装焊缝。
(4)绝大多数场合是选用单一的高温回火。
五、无损检测
目前应用最广泛的无损检测方法主要是射线检测法、超声检测法、液体渗透法、磁粉检验法和涡流检测法。
1.射线探伤(RT)
(1)X射线、γ射线探伤。X射线或γ射线就本质而言与可见光相同，都属于电磁波，只是波长不同，故性质也有差异。γ射线的波长较X射线短，故其射线更硬，穿透力也越强。
1)X射线探伤的优点是显示缺陷的灵敏度高，特别是当焊缝厚度小于30mm时，较γ射线灵敏度高，其次是照射时间短、速度快。缺点是设备复杂、笨重，成本高，操作麻烦，穿透力较γ射线小。
2)γ射线是由放射性同位素和放射性元素产生的。施工探伤都采用放射性同位素作为射线源。常用的同位素有钴60和铯137，探伤厚度分别为200mm和120mm。γ射线的特点是设备轻便灵活，特别是施工现场更为方便，而且投资少，成本低。但其曝光时间长，灵敏度较低，用超微粒软片铅箱增感进行透照时，灵敏度才达到2%。另外γ射线对人体有危害作用，石油化工行业现场施工时常用。
(2)中子射线检测。
中子射线检测的独特优点是能够使检验封闭在高密度金属材料中的低密度材料如非金属材料成为可能。
中子射线检测的缺点是中子源和屏蔽材料大而重，便携源是高价，所需曝光时间相当长，较之X射线法检测曝光程序较复杂，需要解决工作人员的安全防护问题。
2.超声波探伤(UT)
超声波是频率超过20kHz的机械振动波，具有能透入金属材料深处的特性，而且由一种介质进入另一种介质时，在界面发生反射和折射，同时在传播中被介质部分吸收，使能量发生衰减。超声波探伤就利用了超声波的上述特性。
超声波探伤的优点是：可用于金属、非金属和复合材料制件的无损评价;对于平面形缺陷，UT比RT有较高的灵敏度，而且UT探伤周期短，对探伤人员无危害，设备轻便、费用较低，可作现场检测;对确定内部缺陷的大小、位置、取向、埋深和性质等参量较之其他无损方法有综合优势;仅需从一侧接近试件;所用参数设置及有关波形均可存储供以后调用。主要局限性是：不能直接记录缺陷的形状，对材料及制件缺陷作精确的定性、定量表征仍须作深入研究;对试件形状的复杂性有一定限制。
3.涡流检测
涡流检测法只能检查金属材料和构件的表面和近表面缺陷。在检测时并不要求探头与工件接触，所以这为实现高速自动化检测提供了条件。涡流检测法可以一次测量多种参数。
涡流检测的主要优点是检测速度快，探头与试件可不直接接触，无需耦合剂。主要缺点是只适用于导体，对形状复杂试件难作检查，只能检查薄试件或厚试件的表面、近表面缺陷。
4.磁粉检测(MT)
磁粉检测是利用导磁金属在磁场中(或将其通以电流以产生磁场)被磁化，并通过显示介质来检测缺陷特性的一种探伤方法。
磁粉检测法可以检测材料和构件的表面和近表面缺陷，对裂纹、发纹、折叠、夹层和未焊透等缺陷极为灵敏。可检出的缺陷最小宽度可为约为1μm;几乎不受试件大小和形状的限制;局限性是只能用于铁磁性材料;只能发现表面和近表面缺陷，可探测的深度一般在l～2mm;宽而浅的缺陷也难以检测;检测后常需退磁和清洗;试件表面不得有油脂或其他能粘附磁粉的物质。
5.液体渗透检测(PT)
渗透检测可用于检验各种类型的裂纹、气孔、分层、缩孔、疏松、冷隔、折叠及其他开口于表面的缺陷;广泛用于检验有色金属和黑色金属的铸件、锻件、粉末冶金件、焊接件以及各种陶瓷、塑料及玻璃制品等。
液体渗透检验的优点是不受被检试件几何形状、尺寸大小、化学成分和内部组织结构的限制，也不受缺陷方位的限制，一次操作可同时检验开口于表面中所有缺陷;不需要特别昂贵和复杂的电子设备和器械;检验的速度快，操作比较简便，大量的零件可以同时进行批量检验，因此，大批量的零件可实现100%的检验;缺陷显示直观，检验灵敏度高。最主要的限制是只能检出试件开口于表面的缺陷，不能显示缺陷的深度及缺陷内部的形状和大小。
