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1、焊接概述,焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用，在制造大型结构或复杂地机器部件时，更显优越，因为它可以用化大为小，化复杂为简单地方法准备坯料，然后用逐次装配焊接地方法拼小成大，这是其他工艺方法难以做到的。,动车组制造现场,水下焊接,目录,焊接方法和工艺焊接接头性能焊接缺陷焊接结构和焊接应力与变形锅炉压力容器常用金属材料的焊接焊接质量检验的目的及检验方法,二、焊接方法的分类,（1）熔化焊将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。（2）压力焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加压或加热），以完成焊接的方法称为压力焊。（3）钎焊钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料
2、，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，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,三、熔焊过程分析,熔焊焊接接头的形成一般都要经历以下几个过程：加热熔化冶金反应结晶固态相变形成接头图6-1焊接过程示意图,第二节焊接电弧,一、电弧物理电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。并不是一般的燃烧现象。借助这种特殊的气体放电过程，电能转换为热能、机械能和光能。,二、焊接电弧的稳定性1.焊接电弧的引燃通常为：接触（短路）引弧法和非接触引弧法。2.焊接电弧的稳定性电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧，不产生断弧、漂移和磁偏吹等的
3、程度。影响稳定燃烧的因素：2.1焊接电源的特性当采用交流电源时电流呈周期性变化，电流每秒100次通过零点，这时电弧将瞬间熄灭然后重新点燃，因此影响电弧稳定性。直流电源则没有这种现象。此外供电网路电压过低会导致焊接电源空载电压过低，也使电弧稳定性下降，甚至引弧困难。,2.2焊条药皮焊条药皮含有易电离的元素，如K、Na或它们的化合物，则电弧的稳定性好。如果焊条药皮偏心、熔点过高，或潮湿、变质、药皮开裂等都会使电弧燃烧不稳定。2.3焊接区存在油漆、油脂、水分、铁锈及其他污物，环境风速较大或在气流速度较大的管道中焊接，都会降低电弧的稳定性。2.4焊接电弧的磁偏吹电弧偏吹是指电弧不能保持在焊条的轴线方向
4、，而偏向一边的现象。由于电弧周围磁场分布不均匀而引起的偏吹称为磁偏吹。它是钢及其他导磁材料焊接时特有的现象，当焊接电流在150200A以上时最容易发生。磁偏吹程度随工件形状而异，尤其在坡口较深时或角接焊等情况下较为严重。,减小或消除偏吹的措施：（1）用交流电源代替直流电源；（2）尽量采用短弧施焊；（3）对于长和大的工件，可两侧接地线；（4）工件有剩磁，焊前应加以消除；（5）避免周围铁磁物质的影响。,第三节熔焊原理及过程,一、熔焊的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。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。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状
5、晶。,二、熔化焊的三要素,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。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。填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,第四节承压设备常用的焊接方法,焊条电弧焊埋弧自动焊氩弧电弧焊CO2气体保护焊,一、焊条电弧焊,焊条电弧焊是利用焊条与焊件间的电弧热，将焊条和焊件熔化，从而形成接头的焊接方法。电弧区域热量分布：阳极区43，弧柱区21，阴极区36,焊条电弧焊的特点,焊条电弧焊具
6、有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，适于多种钢材和有色金属等是生产中应用最广的焊接方法。焊条电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，焊接质量不够稳定，焊缝短而不连续，焊缝宽度不均，劳动条件差，劳动强度大，生产率低，对工人技术水平要求较高。,焊条电弧焊设备,1.焊条电弧焊电源基本要求焊条电弧焊电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧，保证安全；当电弧稳定燃烧时，焊接电流增大，电弧电压应急剧下降；还应保证焊条与焊件短路时，短路电流不应太大；同时焊接电流应能灵活调节，以适应不同的焊件及焊条的要求。2.电源的种类常用的焊条
7、弧焊电源根据输出电流类型分为直流电焊机和交流电焊机,直流电焊机的特点是直流电弧燃烧稳定，所以用小电流焊接时常选用。在焊接合金钢、不锈钢等材质工件时，也常选用直流电源。直流电源根据接工件电极的不同，分为正接和反接两种接法。直流正接是指工件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）。直流反接是指工件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）。,正接和反接时，焊接电弧的形状不一样。显然，只有采用直流焊接电源时，才有正接和反接两种接线法，交流焊接电源由于正、负极在不断地交替，所以不存在极性问题。焊件极性的选择原则：1、焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，一律采用反接。若采用正接，则电弧燃烧不稳定电
8、弧声音很暴燥，发出强烈的嘶嘶声飞溅很大，并且极容易产生气孔。使用酸性焊条时，极性对电弧的稳定燃烧影响不大。同样道理，埋弧焊若使用直流电源施焊时，一般也采用反接。2、钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时，一律采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接电源时，钨极接负极，发热量小，不易过热，钨极寿命长，同样直径的钨极可以采用较大的焊接电流。同时正接时，焊件为阳极发热量大，因此熔深大，生产率高。,焊条的选择,正确合理地选择焊条，对于保证焊接产品质量，提高焊接效率，降低成本，改善劳动条件有着十分重要的意义。（1）按强度等级和化学成分选用焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一般选与焊件强度等级相同的
9、焊条，而不考虑化学成分相同或相近。焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。焊件碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复杂，故一般选用碱性焊条。,（2）按焊件的工况条件选用焊条,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。焊接承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸性焊条。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）
10、按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条,厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊结构件，应选用适当的酸性焊条。除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件应选用全位置焊条。,异种钢焊接时焊条选用要点：,强度级别不同的碳钢+低合金钢（或低合金钢+低合金高强钢）一般要求焊缝金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是，为了防止焊接裂纹，应按强度级别较高、焊接
11、性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。低合金钢+奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条，一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条，以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。,焊接工艺参数,焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接工艺参数的总称。焊条电弧焊时，焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊接速度、焊接层数等。其中焊接电流主要影响焊缝的熔深，电弧电压主要影响焊缝的熔化宽度。（1）焊接电流选择适当的焊接电流有利于电弧稳定燃烧和焊接过程的顺
12、利进行。增大焊接电流可提高焊接生产率，但电流过大易造成咬边、过热甚至烧穿，降低接头性能。电流过小又容易造成夹渣、气孔、未焊透或未熔合。,电流大小主要取决于焊条直径和焊缝空间，其次是工件厚度、接头形式、焊接层次等。经验公式：I=Kd（2）电弧电压电弧电压由弧长决定，弧长则电弧电压高，弧短则电压低。焊接时电弧不宜过长，否则电弧燃烧不稳定，影响电弧气氛对熔池的保护效果。,焊条电弧焊操作技术,1.引弧和运条（1）引弧引弧方法有划擦法和撞击法，划擦法动作似擦火柴，此法特别适用于碱性焊条。引弧时不得随意在基体金属上“打火”，尤其是高强度钢、低温钢、不锈钢。电弧擦伤部位容易引起淬硬或微裂，不锈钢则会降低耐蚀
13、性。（2）运条焊条运条的3个基本要点：随着焊条不断熔化，朝熔池方向逐渐送进焊条；沿焊接方向均匀移动；横向摆动。运条法：1）直线运条；2）锯齿形运条；3）月牙形；4）三角形；5）圆圈形；6）八字形。2.焊缝的起头、收尾和接头（1）起头焊缝的起头是焊缝的开始部分，一般情况下这部分焊缝余高略高、熔深较浅。应此引弧后应稍拉长电弧对工件预热，然后压低电弧进行正常焊接，平焊和碱性焊条多采用回焊法。,（2）收尾焊接结束时不能立即拉断电弧，否则会形成弧坑。应进行收尾处理，以保证连续的焊缝外形，维持正常的熔池温度逐渐填满弧坑后熄弧。收尾方法：反复段弧法、划圈收尾法、回焊收尾法。反复断弧法是焊到焊缝终端，在熄弧处
14、反复进行点弧动作填满弧坑为止。该法不适于碱性焊条。回焊发是焊到终端时在收弧处稍作停顿，然后改变焊条角度向回焊2030mm，再将焊条拉回一侧熄弧，此法适用于碱性焊条。（3）接头,a）中间接头；b）相背接头；c）相向接头；d）分段退焊接头3.定位焊定位焊的要求：起头和结尾应圆滑过渡，以免正式焊接时焊不透有缺陷时，应将其清除重新焊接以保证质量焊材与正式焊接时相同与正式焊的预热要求相同（如温度）电流比正式焊大10%15%，以保证焊透焊缝交叉部位和焊缝方向急剧变化处不应定位焊，应离开50mm以上。,二、埋弧焊,埋弧自动焊是利用专门的机械设备自动完成手工电弧焊中的引燃电弧、送进焊条以及移动电弧等焊接动作，
15、并使电弧在较厚焊剂下燃烧的熔化焊。1.焊接过程如右图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送丝；引弧；焊剂自动下料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃烧。,焊丝与焊剂,埋弧自动焊的特点,优点：焊接质量高且稳定；熔深大，节省焊接材料；无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少；自动化操作，生产效率高。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缺点：设备昂贵，工艺复杂，主要适用于水平位置、长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。不适合焊接薄板难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,三、气体保护焊,用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保
16、护焊。（一）氩弧焊氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）和熔化极氩弧焊。注：氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。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。,（二）CO2气体保护焊利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。CO2气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。,CO2气体保护焊的特点,焊接成本低；焊接热影响区小，焊件不易变形，焊接质量好；电流密度大，生产效率高；操作性能好，适于全位置焊接；焊后不用清渣，又是明弧，便于监视和控制；采用大电流时，飞溅大，烟雾多；电弧气氛具有较强的氧化性，需采取含有脱氧剂的焊丝。CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较
