焊工工艺与技能训练电子课件第一单元焊接基础知识

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1、第一单元 焊接基础知识,课题 1 焊接电弧 课题 2 焊接接头的组织和性能 课题 3 焊缝符号 课题 4 焊接检验,课题1 焊接电弧,焊条电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。,一、 焊接电弧的概念 焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间立即会产生明亮的电弧。电弧是一种气体放电现象。,电弧示意图 a) 电弧的产生 b) 原理,由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中所产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。,1 . 气体电离 使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。 使气体电离所需要的能量称为电离电位 ( 或电离功) 。

2、不同的气体或元素由于原子结构不同，其电离电位也不同。,在焊接时，使气体介质电离的方式主要有热电离、电场作用下的电离、 光电离。 (1) 热电离 气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。 温度越高，热电离作用越大。 (2) 电场作用下的电离 带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，并不断与中性粒子相碰撞，不断地产生电离，两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。 (3) 光电离 中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。,2. 阴极电子发射 阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。 要使电子发射，必须施加一定的能量，使电子克服金属内部正电荷

3、对它的静电引力。所加的能量越大，阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出功，单位是电子伏特 (eV)。电子逸出功的大小与阴极的成分有关。 表列出了常见元素的电子逸出功。,焊接时，根据阴极吸收能量的方式不同，所产生的电子发射有以下几类： (1) 热发射 焊接时，阴极表面的温度很高，使阴极内部的电子热运动速度增加，当电子的动能大于其逸出功时，电子即冲出阴极表面而产生热电子发射。(2) 电场发射 当阴极表面外部空间存在强电场时，电子可获得足够的动能克服正电荷对它的静电引力，从阴极表面发射出来 两极间电压越高，则电场发射作用越大。 (3) 撞击发射 高速运动的正离子

4、撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生电子发射的现象，称为撞击发射。电场强度越大，在电场中正离子运动速度越快，产生撞击发射的作用也越强烈。,二、焊接电弧的构造、电压及静特性 1 . 焊接电弧的构造 焊接电弧的构造可分为3个区域： (1) 阴极区 (2) 阳极区 (3) 弧柱,焊接电弧的构造,2. 焊接电弧的电压 通常测出的焊接电弧电压就是阴极区、阳极区和弧柱区电压降之和。当弧长一定时，电弧电压的分布如图所示。 电弧电压可用公式表示：,焊接电弧各区域 的电压分布,3. 焊接电弧的静特性 在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性。 表示它们

5、关系的曲线叫作电弧的静特性曲线。,(1) 当电流较小(曲线ab段时的电流)时，电压随着电流的增加而降低，这是电弧的下降特性区。 (2) 在正常焊接状态时，电压不随电流变化，基本保持不变，这是电弧的平特性区。 (3) 当电流更大(曲线cd段的电流) 时，电压随电流的增加而升高，这是电弧的上升特性区。,焊接电弧的静特性,在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化。当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升。,不同电弧长度的电弧静特性曲线,学以致用,三、 电弧焊的熔滴过渡,电弧焊时，焊条(或焊丝)端部在电弧高温作用下熔化成的液态金属滴，通过电弧空间不断地向熔池中过渡的过程称为

6、熔滴过渡。,1. 熔滴过渡的作用力,a. 通过同方向电流的2根平行导线的相互作用力电流 电磁力,b. 磁力线在熔滴上的压缩作用电磁压缩力,(4) 斑点压力 (5) 气体的吹力,(1) 熔滴的重力 (2) 表面张力 (3) 电磁力,a.,b.,2. 熔滴过渡的形式,(1) 滴状过渡,滴状过渡分为粗滴过渡和细滴过渡。粗滴过渡是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式。,(2) 短路过渡,由于强烈过热和磁收缩的作用使焊条或焊丝端部的熔滴爆断，直接向熔池过渡的形式，称为短路过渡。,(3) 喷射过渡,熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式，称为喷射过渡。,熔滴过渡的形式 a) 粗滴过渡

7、 b) 短路过渡 c) 喷射过渡,课题2 焊接接头的组织和性能,一、焊接结构及其分类 焊接结构是指用各种焊接方法连接而成的金属结构，焊接结构的种类有梁、柱、桁架、容器和薄板结构等。,焊接结构的种类,二、 焊接接头形式和焊缝形式,1. 焊接接头形式,焊接结构均是由若干个焊接接头组成，所谓焊接接头即是用焊接方法连接的接头。 由于焊件的结构形状、厚度及技术要求不同，往往需要把焊件装配成不同形式的焊接接头，以及将焊件边缘加工成各种形式的坡口。焊接接头的基本形式可分为4种。,焊接接头的形式 a) 对接接头 b) 形接头 c) 角接接头 d) 搭接接头,常用的坡口形式有 I 形坡口、 V 形坡口、 X 形

8、坡口和 U 形坡口等。,对接接头 a) I 形坡口 b) V 形坡口 c) X 形坡口 c) U 形坡口,(1) 对接接头 2个焊件端面相对平行的接头称为对接接头。 1 ) 钢板厚度在 6mm 以下的焊件，一般不开坡口。 2 ) 一般钢板厚度为 6mm 及以上时，可分别采用V形坡口、X形坡口和U形坡口。,在焊接结构生产中，不同厚度对接的钢板，如果板厚差较大，应单面或双面削薄再进行装配焊接。,削薄板厚 a) 单面削薄 b) 双面削薄,(2) T形接头 一个焊件的端面与另一个焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为形接头。, 形接头的坡口形式 a) I 形坡口 b) 单边 V 形坡口 c) 带钝边双

9、单边 V 形坡口 d) 带钝边双 J 形坡口,(3)角接接头 两焊件端面间构成大于30、小于 135夹角的接头，称为角接接头。角接接头承载能力较差，一般用于不重要的结构中。,角接接头 a) I 形坡口 b) 单边 V 形坡口 c) 带钝边 V 形坡口 d) 带钝边双单边 V 形坡口,(4) 搭接接头 2个焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。,搭接接头形式 a) 不开坡口 b) 圆孔塞焊缝 c) 长孔槽焊缝,(5) 坡口的选择原则 上述各种接头形式在选择坡口形式时，应尽量减少焊缝金属的填充量，便于装配和保证焊接接头的质量，因此应考虑下列几条原则：,1) 保证焊件焊透； 2) 坡口的形状容易加工；

10、 3) 尽可能节省焊接材料，提高生产率； 4) 焊接后焊件变形尽可能小。,2. 焊缝形式 焊缝是构成焊接接头的主体部分，焊缝分类方法有以下几种： (1) 按焊缝在空间位置分类，焊缝有 4 种形式：平焊缝、 立焊缝、横焊缝及仰焊缝。 (2) 按焊缝的结构形式分类，有对接焊缝、角焊缝及塞焊缝 3 种形式。 (3) 按焊缝断续情况分类，有定位焊缝、连续焊缝及断续焊缝 3 种形式。,三、焊接接头的组成、组织和性能,1. 焊接接头的组成 焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。,(1) 焊缝 焊件经焊接后所形成的结合部分。 (2) 热影响区 它是焊接或热切割过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生组织和力

11、学性能变化的区域。 (3) 熔合区 它是焊缝与母材(焊接热影响区)交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。所谓半熔化区是焊缝边界的固液两相交错共存而又凝固的区域。,焊接接头的组成,2. 焊缝的组织和性能,焊缝金属从高温的液态冷却至常温的固态，中间经过2次结晶过程，第一次是从液相转变为固相的结晶过程，第二次是在固相中出现同素异构转变的结晶过程。,(1) 焊缝金属的一次结晶,1) 一次结晶的过程,焊接熔池的结晶过程 a) 开始结晶 b) 晶体长大 c) 柱状晶体 d) 结晶结束,2) 焊缝一次结晶的组织特征 焊接熔池一次结晶时，通常是从熔合线上还未熔化的晶粒开始结晶，沿着与散热相反的方向长

12、大，形成柱状晶。,柱状晶粒生长的过程,3) 焊缝中的偏析与夹杂 由于熔池金属冷却速度很快，因此焊缝金属的化学成分是不均匀的，这种现象称为偏析。 由于化学成分的偏析，因此凝固温度高的金属先结晶，凝固温度低的组分后结晶。在后结晶处存在低熔点共晶等杂质，这是产生热裂纹、夹杂、气孔的主要原因之一。 焊缝中夹杂物主要有硫化物和氧化物 2 种。,(2) 焊缝金属的二次结晶 一次结晶结束后，熔池金属就转变为固态的焊缝。高温的焊缝金属冷却到室温时，要经过一系列的相变过程，这种相变过程就称为焊缝金属的二次结晶。,3. 热影响区的组织和性能 热影响区就是指在焊接过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生金相组织和

13、力学性能变化的区域。焊接热影响区的组织和性能，基本上反映了焊接接头的性能和质量。,焊接热影响区的组织分布特征 熔合区 过热区 正火区 不完全重结晶区 母材,由于热影响区宽度的大小取决于焊件的最高温度分布情况，因此焊接方法对热影响区宽度的影响很大。 不同焊接方法的热影响区宽度见表。,4. 熔合区的组织和性能 熔合区的温度处于液相线和固相线之间，熔合区很狭窄，此区金属处于部分熔化状态(半熔化区)，晶粒非常粗大，冷却后组织为粗大的过热组织。 当焊缝化学成分与母材化学成分差别很大或异种钢焊接时，在熔合区附近还会发生碳和合金元素的相互扩散，成分和组织极不均匀，还可能产生新的不利的组织带。 因此，熔合区的

14、塑性和韧性很差，是焊接接头中性能最差的区域。,四、焊缝金属中的气体及其影响 在焊接过程中，熔池周围充满着各种气体，它们不断地与熔池金属发生作用，影响焊缝金属的成分和性能。其主要成分为CO、CO2、H2、O2、N2、H2O(水蒸气)，以及少量的金属与熔渣的蒸气，气体中以O2、N2、 H2对焊缝的质量影响最大。,1. 氧对焊缝金属的作用,焊缝金属中含氧量的增加，会使其强度、屈服点、塑性和冲击韧性降低，还会增加焊缝金属的热脆、冷脆倾向，以及降低抗腐性能，减少焊缝含氧量有效的措施包括： (1) 冶金处理 从焊条药皮或焊丝中加入铁合金(锰、硅、钛等)对焊缝金属进行脱氧，这是行之有效的措施之一。 (2)

15、加强保护 如选用合适的气体流量、短弧焊等，防止空气进入。焊前，清理坡口及两侧的锈和水，烘干焊条、焊剂。,2 . 氢对焊缝金属的影响 氢主要来源于焊条药皮和焊剂中的水分、焊条药皮中的有机物、焊件和焊丝表面上的污物(铁锈、油污等)，以及空气中的水分等。 (1) 氢对焊缝的危害 1) 氢致裂纹 2) 气孔 3) 白点 (2) 预防措施 焊接时应严格控制焊缝中的含氢量。首先，限制氢及水分的来源；其次，应该尽量防止氢溶入金属中，如果氢含量过高，可进行脱氢处理(后热处理)，即在焊后立即将焊件加热到 250350温度范围，保温 26h后空冷。,3. 氮对焊缝金属的影响 焊接区中的氮主要来自空气。它在高温时溶

16、入熔池中，并能最终留存在焊缝金属中，随着温度下降溶解度降低，析出的氮与铁形成化合物，以针状夹杂物形式存在于焊缝金属中。氮的含量较高会使焊缝金属强度提高，塑性和韧性降低。 氮是焊缝中产生气孔的主要元素之一。为了消除氮的有害作用，应加强对焊接区的保护，隔离空气与液态金属的接触。此外，采用短弧焊也能控制焊缝中的含氮量。,五、 焊缝中有害元素的影响 硫和磷： 硫以FeS和MnS夹杂物形式存在于焊缝金属中， 会导致高温脆性(称热脆)，产生热裂纹。 磷会导致低温脆性(称冷脆)，产生冷裂纹。磷在奥氏体不锈钢中也会产生低熔点杂质，引起热裂纹。 焊缝中硫、磷的主要来源是焊条药皮和焊剂，此外还有母材中的硫和磷。为了减少硫、磷的来源，应限制药皮、 焊剂和母材中硫、磷的质量分数，这是降低焊缝硫、磷质量分数的关键措施。另外，还可以进行冶金处理，即脱硫、 脱磷。,