焊接工艺基础知识(培训教材)剖析

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1、焊接工艺基础 阳泉明达工贸有限公司 焊接工艺焊接工艺(Welding)(Welding) v各种连接方法的比较 螺纹连接：采用螺栓和螺母将两个零件连接 为一体的工艺。可拆卸，接头应力小；但工艺繁 杂，材料消耗大，接头笨重 。 焊接工艺焊接工艺(Welding)(Welding) v各种连接方法的比较 铆接：用铆钉将两个零件连接为一体的工艺 。紧固力较大，可拆卸，接头应力小，重量较轻 ；但工艺繁杂，材料消耗大 。 焊接工艺焊接工艺(Welding)(Welding) v各种连接方法的比较 焊接：采用化学和力学冶金的方法，将 两个零件连接为一个整体的工艺。接头强度高 ，不可拆卸，工艺简单，材料消耗

2、少，接头重 量轻；但应力大，接头组织与性能变化大 。 焊接定义： 指用加热或加压等工艺措施，使两 分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而 形成不可折卸接头的材料成形方法 焊接工艺焊接工艺(Welding)(Welding) 焊接成形特点(Characteristics of welding) ： （1）结构分解：可将大而复杂的结构分 解为小而简单的坯料拼焊。如汽车车身生产 过程，先分别制造出车门、驾驶室、前围和 侧围，再将各部件组装拼焊。简化了工艺， 降低了成本 。 （2）异材连接：可实现不同材料间的连 接成形。 （3）可实现特殊结构的生产。例如， 126104kW核电站锅炉，外径6400m

3、m，壁 厚200mm，高13000mm，工作参数为 17.5MPa，350，要求无泄漏（有放射性核 燃料），这只有采用焊接方法才能制造出来 。 （4）重量：与铆接相比，焊接结构重量轻 ，可以减轻机器自重，提高运载能力和行驶 性能。但不可拆卸，易引起残余应力，焊缝 易产生裂纹、气孔等缺陷，因此，应特别注 意焊缝品质的检验，否则易造成恶性事故。 v焊接工艺的分类： 根据焊接过程的工艺特点，可将焊接分为 ： 熔化焊 压力焊 钎焊 利用局部加热 ，使焊件接头 处熔化并加入 填充金属，待 其冷却凝固后 连接成整体的 焊接方法。 利用加热或其它 方法使金属接头 处于半熔化或高 塑性状态，在足 够的压力下产

4、生 塑性变形，通过 原子间的结合连 结金属的方法。 利用低熔点钎 料被加热熔化 ，在焊件接头 处与母材相互 扩散而形成焊 接接头的方法 。 熔焊 压焊 钎焊 电弧焊(手弧焊、气体保护焊、埋弧焊) 电渣焊、电子束焊、激光焊 等离子弧焊 电阻焊、摩擦焊、超声波焊 爆炸焊、扩散焊、高频焊 软钎焊、硬钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将 焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母 材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填 充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊 件的方法。 v焊接在工业中的应用： （1）金属结构的焊接。如锅炉、压力容器、 管道、桥梁、海洋平台和起重机等，船舶、 车辆、飞机、火箭的梁架和外壳。

5、 v焊接在工业中的应用： （1）建筑与桥梁：高楼建筑和大桥结构中的 钢筋骨架一般采用焊接方法连接 。 （2）造船：大型船舶的船体一般采用焊接结 构 。 （3）锅炉：锅炉压力容器结构体积大，一般 采用焊接结构 。 （4）车辆：汽车和火车车身结构大而复杂， 一般采用焊接结构 （5）机械零件的焊接。如轴、齿轮、锻模 和刀具等。 水轮机转轮15焊接的蜗壳 水轮机转轮13 北京国家大剧院 芜湖长江大桥 大型30万吨原油船 液化汽船千吨级热壁加氢反应器 600MW电站锅炉汽包 大型空间环境模拟舱 “神舟”飞船 铝合金T型底板焊接生产线 汽车消音器焊接专机 手动变位机（平衡式 ） 奥运会主体育场 国家体育场

6、是目前中国投资规模最大、科技含量最高 的体育场所，被誉为“第四代体育场馆”。它是世界最大的钢 结构建筑体育馆，而且在世界建筑发展史上也将具有开创性 的意义钢结构工程是整个国家体育场工程中技术含量最高、 施工难度最大、安全风险最大的关键项目。 国家体育场造型呈双曲面马鞍形，东西向结构高度为 米，南北向结构高度为米，钢结构最大跨度长轴 米，短轴米，由榀门式桁架围绕体育场内部 碗状看台旋转而成，结构组件相互支撑，形成网格状构架， 组成体育场整个的“鸟巢”造型。 在国家体育场钢结构吊装过程中，面临构件运输距离 长、组拼安装难度大、高空焊接工作量大、吊装单元吨位 重、起重位高、构件造型复杂且节点数量多、

7、超大型吊装 机械多等诸多前所未遇的困难。 该“鸟巢”钢结构施工部分由绍兴一民企浙江精 工钢结构有限公司承担。 该工程主要分两部分操作，一部分为场内制作，主 要在绍兴制作好后运到北京安装；另一部分是具体的安 装工作。为解决这一难题，精工钢构应用了日本医学上 头颅骨再造的科学技术原理，发挥自己公司加工制造数 控机械的优势，再与吉林大学共同研发出用于大吨位、 大厚板异形件加工的无模成形技术软件。 在“鸟巢”焊接过程中，精工使用了焊接机器人。 2.1 熔焊原理及过程 1、熔焊本质及 特点： 熔化焊的本质 是小熔池熔炼与 铸造，是金属熔 化与结晶的过程 。通过熔化使表 面消失，通过结 晶形成金属键和 共

8、同晶粒使分离 的两件成为一个 共同的整体 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进 行不充分，氧化严重；热影响区大。 结晶：冷却速度快，结晶后易生成粗大 的柱状晶。 2、熔化焊的三要素： 1) 热源：能量要集中，温度要高。以保证 金属快速熔化，减小热影响区。满足要求 的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子 束和激光。 2.1 熔焊原理及过程 2) 熔池的保护： 可用渣保护、气保护和渣-气联合保护 。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷 ，给熔池过渡合金元素。 3) 填充金属： 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元 素，并达到机械性能和其它性能的要求， 主要有焊芯和焊丝。 2.1 熔焊原理及过程 v 热源

9、： v电弧：是指两电极之间强烈而持久的气体放电 现象。电弧三个区：阴极区、阳极区和弧柱区。 阴极区-电子发射区。 阳极区-接收电子。 弧柱区-气体电离区。 v电弧的温度： 弧柱区60008000K, 阳极区2600K, 阴极区2400K。 2、熔池的保护渣保护： 1渣保护： v使熔池与空气隔离 ，防止金属氧化和吸 气； v向熔池过渡合金元 素，提高焊缝性能； v同时，还可以减少 散热，提高生产率， 防止强光辐射。 （1）焊剂： 焊剂牌号、分类和用途： v焊剂有熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非熔炼焊剂又 有烧结焊剂和粘结焊剂两种。熔炼焊剂主要起保护 作用，非熔炼焊剂除了起保护作用外还可以起渗合 金，

10、脱氧、去硫等冶金作用。 v焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐， 根据其中硅、锰、氟的含量不同，可分为无锰、低 锰、中锰和高锰型。 v焊剂也可用“焊剂”的汉语拼音首写字母“HJ”来 表示。 2、熔池的保护渣保护： 焊剂保护的效果： v形成熔融的液态焊剂薄膜； v通过冶金反应合金化及去氢； 合金化：增加及调整焊缝中的Si、Mn含量 ； 去氢：焊剂中加入CaF2。 2、熔池的保护渣保护： (2)电渣： 除应有焊剂的基本性能外，电渣还应有合适的电导率， 高的蒸发温度。 一般SiO2含量愈高，电导率愈低，粘度愈高；钙和其他 元素的氟化物和钛的氧化物使渣的电导率增大，粘度减小 。 电渣

11、的种类有高电导率的焊剂170，中等电导率的焊剂 252和低电导率的焊剂360。 2、熔池的保护渣保护： （2）气保护： 用于保护熔池和溶滴的 气体应是惰性气体，并 在高温下不分解，或是 低氧化性的不溶于金属 液体的双原子气体(如Ar 或CO2)。 喷嘴结构应尽可能使气 体以层流流出。 2、熔池的保护气保护： （1） 氩气： v氩气为惰性气体，比空气重25%；高温下 不溶入液态金属，也不与金属发生化学反 应，是一种理想的保护气体。 v由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧 就很稳定。 v氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%。氩弧 焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作 要求严格，否则就会影响焊缝质量。

12、2、熔池的保护气保护： （2） CO2气体： vCO2为无色无味气体，密度是空气的1.5 倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解 。 vCO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所 以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面， 效果良好。 v但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分 解为CO和O2：所以二氧化碳在高温时有强 烈的氧化性。 2、熔池的保护气保护： 高温下同时有CO2、O2、CO存在。合金元素 的氧化烧损主要产生于高温分解出来的原 子氧的氧化作用。 进入熔池中的FeO与C作用，在液态金属中 产生CO气体； 进入熔滴中的FeO与C作用，易产生飞溅。 合金元素烧损、CO气孔和飞溅是CO2焊接的 三个主要

13、问题，通过加药芯来改善。 2、熔池的保护气保护： 药皮 气体 渣壳 焊缝 工件 焊芯 熔滴 熔渣 熔池 2、熔池的保护渣气联合保护 ： （3）渣气联合保护： 利用渣的良好的冶金反应和焊缝成形特 点，以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用 ，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药 皮及CO2+药芯。 2、熔池的保护渣气联合保护 ： 药皮： 药皮成分：稳弧剂、合金化剂、脱氧剂、去氢 剂、粘结剂等。 药皮类型：酸性药皮与碱性药皮。 酸性药皮工艺性好，因为无反电离物质CaF2,因而电弧易引 燃批，引燃后燃烧稳定，脱渣性好，焊缝成形美观，碱性药皮 则相反，工艺性差； 碱性药皮焊缝含氢量低，焊接质量好。 CO2

14、+药芯： 3、填充金属： 当焊缝较宽时，靠母材的熔化不能填满焊缝 ，这时，必须用焊丝填满。 另外，为了提高焊缝性能，使焊缝与母材等强 度，必须用焊丝过渡合金元素。 常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈 钢丝。如H08、H08A、H08MnA。 焊丝有H10Mn2、H08MnA、H08MnMoA H08Mn2MoA 、Cr19Ni9、H08MnSi等，其碳含量较低，硅含量也 较低，P和S0.03%。以保证焊缝有较高的强度和韧 性。H代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表含碳 量的万分之几；A为高级优质钢；E代表特级优质钢 。 第二节 焊接接头的组织与性能 焊接热循环： 焊接热循环-焊缝 及其附近

15、的母材经 受的加热和冷却作 用。 焊接接头由焊缝区 、熔合区和热影响 区组成。 焊缝区：产生熔化和凝固的区域称为焊缝区 热影响区：受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材 因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。 熔合线：熔焊焊缝和母材的交界线 熔合区，熔合线两侧 有一个很窄的焊缝与 热影响区的过渡区， 也称半熔化区。 1 1）焊剂与焊丝：直接影响焊缝的化学成分。）焊剂与焊丝：直接影响焊缝的化学成分。 2 2）焊接方法：不同的热源，温度高低和热量集中）焊接方法：不同的热源，温度高低和热量集中 程度不同。程度不同。 3 3）焊接工艺参数：电流、电压、焊接速度和线能）焊接工艺参数：电流、电压、焊接速度和线

16、能 量（单位长度焊缝上的能量量（单位长度焊缝上的能量E=E= IU/IU/ ),),直接影响输直接影响输 入焊接接头的热量大小。入焊接接头的热量大小。 影响焊接接头性能的因素： 4 4）熔合比）熔合比( (S Sm/m/(Sm+S(Sm+St t) ) )：是指母：是指母 材在焊缝中所占的百分数，将影材在焊缝中所占的百分数，将影 响焊缝的化学成分。响焊缝的化学成分。 5 5）焊后热处理：）焊后热处理： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束， 不能自由膨胀和收缩，当拘束很大时（如大平板 对接），则会产生残余应力，无残余变形。当拘 束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力， 又产生残余变形。 焊件焊后的变形形式主要有尺寸收缩、角变形、 弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。 焊接变形和焊接应力 焊接变形和焊接应力的危害：产生焊接变形， 可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小 不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应