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1、山东省特种设备检验研究院,第二章 焊接基本知识,2.1 锅炉压力容器常用的焊接方法 2.1.1 焊接的定义和特点 1.定义 GB/T3375-94焊接术语：通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，是工件达到结合的一种方法。 金属焊接：通过适当手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（或分子）间的结合而连接成一体的连接方法。,山东省特种设备检验研究院,2.焊接的优点 （1）节省材料，减轻结构重量，经济性好 （2）简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高 （3）接头强度高，密封性好 （4）结构设计的灵活性大，可实现材料的优化组合 （5）利用拼焊可大大突破铸造和锻压的能
2、力 （6）焊接工艺容易实现机械化和自动化,山东省特种设备检验研究院,3. 焊接的缺点 （1）容易产生较大的焊接变形和残余应力 （2）容易产生焊接缺陷 （3）焊接接头与母材存在较大的组织不均匀，由此引起的性能不均匀。 （4）焊接环境对人体有一定的危害。 强光、高温、有毒气体等,山东省特种设备检验研究院,2.1.2 焊接方法分类,熔焊 接头处局部熔化，然后再冷却结晶成一体的方法。,山东省特种设备检验研究院,2. 压焊 利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服两个表面的不平度，除去氧化膜及污染物，使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现的连接成为固相焊接，由于固相焊接时通常加压，因此
3、称压焊。 压焊： 加热：接触部位加热到塑性状态或熔化，后加压 不加热：只加压，引起塑性变形,山东省特种设备检验研究院,3. 钎焊 采用熔点比较低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热至高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散连接焊件的方法，称为钎焊。 软钎焊 450钎料（铜、银、镍合金为主）-强度较高,锅炉压力容器主要采用熔化焊。 焊接占制造工作量的30%以上。 焊接质量影响锅炉压力容器的产品质量和安全可靠性。,山东省特种设备检验研究院,2.1.3 手工电弧焊 1. 手工电弧焊的特点 手工电弧焊是利用电弧放电时产生的热量熔化焊条和焊件，从
4、而获得牢固接头的焊接过程。,山东省特种设备检验研究院,优点：工艺灵活，适应性强，特别适于锅炉压力容器内件、接管、补强、支座等部位焊接及球罐和绕带容器焊接。 缺点：劳动强度大、生产效率低、依赖于工人的技术水平,山东省特种设备检验研究院,2. 手工电弧焊设备 交流电焊机 旋转直流电焊机： 交流电使电动机旋转，带动发电机电枢旋转发出直流电供焊接使用。 硅整流直流电焊机：将工频交流电整流为直流电的手工电焊设备。,锅炉压力容器焊接： 采用低氢型焊条，直流反接 （焊条接正极，工件接负极）,山东省特种设备检验研究院,3. 手工电弧焊焊条 （1）焊芯 作为电极产生电弧 作为熔化金属，形成焊缝 牌号： 一律用汉
5、语拼音的H开头 后面紧跟钢号 末尾-A 高级优质焊丝 硫磷含量0.030% -E 特级焊条钢 硫磷含量0.020% -C 特级焊条钢 硫磷含量0.015%,山东省特种设备检验研究院,（2）药皮 作用： 提高电弧燃烧的稳定性 防止空气对熔化金属的不良作用 保证焊缝金属的脱氧作用 加入合金元素提高焊缝金属的机械性能 提高焊接生产率,山东省特种设备检验研究院,（3）焊条的种类 按用途分：很多 按药皮熔渣： 碱性焊条（熔渣碱度1.5） 酸性焊条 （熔渣碱度1.5）,药皮成分：TiO2 、MnO2、FeO、SiO2 等酸性氧化物及少量有机物。工艺性能好，成型美观，对锈、油水敏感度小，抗排气能力强焊缝抗裂
6、性差，焊缝力学性能较低，一般用于结构焊接。,含有CaCO3 、CaF2、CaSiO3、MgCO3等碱性氧化物。渣流动性好，抗裂性能好，冲击韧性较高。广泛用于锅炉压力容器制造。对锈、油水敏感，易产生焊接缺陷。一般只用直流焊接。,山东省特种设备检验研究院,（4）焊条的编号,0或1 表示全位置焊，2用于平焊或平角焊，4用于向下立焊,山东省特种设备检验研究院,4. 手工电弧焊的焊接规范 （1）焊接电流 焊接电流取决于焊条直径和焊缝位置。电流大易出现咬边、烧穿等，焊接电流小，容易出现未焊透、夹渣。 （2）电弧电压 电弧长电压高，熔化宽度大。一般20-25伏 （3）焊条直径 一般用3-5mm 直径焊条，工
7、件厚度大于12mm，可用4-6mm直径焊条，但必须用直径小于3.2 mm的焊条打底。 （4）焊接速度 通常不超过10m/h （5）焊接层数 一般是工件厚度与焊条直径比值的整数倍。,山东省特种设备检验研究院,5. 手工电弧焊的焊接位置及特点 （1）平焊,平焊是焊接在水平面上任何方向的焊缝。平焊在生产上应用最为广泛。其优点是操作容易，劳动强度小，焊条熔滴容易过渡到熔池、熔池形状和金属容易保持，焊缝质量较高；与其它空间位置的焊接比较，生产率较高，因可使用较大的焊条直径和焊接电流。,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,（2）立焊 立焊是焊接在垂直乎面上垂直方向的焊缝。立焊时，由 于焊条
8、的熔淌和熔池内金属容易下流所以操作较困难。,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,（3）横焊 横焊是焊接在垂宣平面上水平方向的焊缝。横焊时，熔化金属由于重力作用，容易下流而产生咬口、焊瘤及未焊透等缺陷。因此，应采用短电弧，小直径的焊条以及适当的焊接电流利运条方法。,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,（4）仰焊 仰焊时，必须保持最短的电弧长度，以使熔滴在很短的时间内，从焊条末端过渡到熔池中去。 为减少焊接熔池的面况使焊缝容易成形，则焊条直径和焊接电流要比平焊时小。仰焊时所用的焊条宜径要视被口形状而定，一般为32或4毫米。若焊条直径较大则熔
9、池面积过大，容易造成熔化金属向下垂落的情况。,山东省特种设备检验研究院,2.1.4 埋弧自动焊 焊丝I末端和焊件7之间产生电弧2后，电弧的辐射热使焊丝末端周围的焊剂5熔化，有部分被蒸发，焊剂蒸气将电弧周围的熔化焊剂熔渣4排开，形成一个封闭空间使电弧与外界空气陌绝，电弧在此空间内继续燃烧焊丝便不断熔化，并以滴状落下，与焊件被熔化的液态金属混合形成焊接熔池3。随着焊接过程的进行电弧向前移动，焊接熔池也随之冷却而凝固，形成焊缝6。比重较轻的熔渣浮在熔池的表面，冷却后成为渣壳8。,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,埋弧自动焊的优点 （1）生产率高 5-10倍 （2）焊缝质量好 （3）
10、节省焊接材料和电能 （4）焊件变形小 （5）改善了劳动条件,山东省特种设备检验研究院,埋弧自动焊焊接规范 （1）焊接电流 当其他参数保持不变时，随着焊接电流的增加，熔池底部的液态金属被排出的作用加强，电弧便直接加热熔池底部的未熔化金属，使熔深成正比增加。,山东省特种设备检验研究院,（2）电弧电压 随着电弧电压的增加，焊缝的熔宽有明显地增加，而熔深和增强量则将所下降。,熔宽,熔深,增强量,山东省特种设备检验研究院,（3）焊接速度 当其他条件不变时随着焊接速度的增加，焊缝的线能量减小，熔宽明显地变窄，而增强量则稍有增加。过分地增加焊接速度后，由于电弧对焊件的加热不足会造成焊件的未焊透和焊缝边缘的未
11、熔合现象。,山东省特种设备检验研究院,（4）焊丝直径 随着焊丝直径的增加，电弧的摆动作用加强，焊缝的熔宽增加而熔深则稍有下降。当捍接电流不变时，随着焊丝直径的变细，电流密度则增加，熔深也便相应地增加。故使用同样大小的电流时，小直径焊丝可以得到较大的熔深。当焊件要求一定熔深时，使用小直 径焊丝还可以节省电能(因它使用的焊接电流较小)。,山东省特种设备检验研究院,（5）焊丝倾角 在焊丝向前倾斜一定角度焊接时，电弧对熔池底部液态金属的排出作用减弱，故熔深有所减小，但电弧对焙池前面焊件的预热作用加强，故熔宽有所增加。当焊丝向后倾斜一定角度时，电弧对熔池底部波态金属的排出作用加强故熔深和增强量皆有增加。
12、,山东省特种设备检验研究院,2.1.5 亚弧焊 电弧在氢气流中燃烧，钨极为电极之一，基本金属为电极之二。电弧区及熔他都由氩气保护，使之与空气隔开。用钨极和基本金属(工件)之间产生的电弧热来熔化基本金属和焊丝，待冷却后凝固联成一体的焊接方法。用于打底焊，避免未焊透。,山东省特种设备检验研究院,亚弧焊的优点： （1）焊接质量好 （2）便于实现全自动化焊接 （3）热影响区小，焊接变形小 （4）电弧稳定，飞溅少，焊缝美观 缺点： 氩气成本昂贵，生产率低。,山东省特种设备检验研究院,2.1.5 二氧化碳气体保护焊 C02焊是以C02作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生的电弧来熔化金属的一种熔化极电焊。,
13、山东省特种设备检验研究院,二氧化碳气体保护焊的优点： 成本低 质量好 生产率高 抗锈能力强 操作性能好,山东省特种设备检验研究院,2.1.7 电渣焊 电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源来熔化电极(焊丝或板极)和焊件而形成焊缝的一种焊接方法。电渣焊在重型机械制造工业和造船工业中应用较为广泛。,山东省特种设备检验研究院,电渣焊的特点： （1）对于大厚度的焊件可以一次焊成 （2）生产率高、焊接材料消耗少 （3）宜在垂直位置焊接 （4）渣池对被焊工件具有较好的预热作用 （5）焊后必须进行正火或回火处理 （6）焊缝成型系数调节范围大,山东省特种设备检验研究院,2.2 焊接接头 2.2.1
14、 焊接接头形式 对接接头 将两金属件置于同一平面或曲面内使其边缘相对，沿边缘直线或曲线进行焊接的接头，称对接接头。 对接接头是最常见和最合理的接头形式 如筒体接头、封头拼接接头、封头与筒体接头等。 对接接头处结构基本是连续的，应力分布也比较均匀。接头余高过高或过低都会引起应力集中。 对接接头余高一般不会超过3mm。,山东省特种设备检验研究院,山东省特种设备检验研究院,对接接头的坡口形式,用于重要锅炉和容器焊缝,用于一般锅炉和容器焊缝,山东省特种设备检验研究院,2. 搭接接头 两块板料相叠，在端部或侧面角焊的接头，称为搭接接头 属于角焊缝，结构并不连续，应力集中比较大。常用于立式金属储罐的罐壁和
15、罐底板的焊接。,山东省特种设备检验研究院,3. 角接接头 两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头，称为角接接头。 常用于锅炉压力容器接管、法兰、夹套、管板、管子、凸缘等,山东省特种设备检验研究院,4. T字接头 两构件成T字形焊在一起的接头，称为T字接头。,山东省特种设备检验研究院,2.2.2 焊接接头的组成 焊缝 焊件经焊接后形成的结合部分 熔合区 焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区域 热影响区 焊接过程中，材料受热的影响而发生金相组织和机械性能变化的区域。,焊接接头示意图,山东省特种设备检验研究院,2.2.3 焊接接头的组织和性能 焊缝金届是由熔池的液态金属凝因而成，熔池从高温冷却
16、到常温，通常要经过两次组织变化。第一次是从液态转变为固态(即奥氏体)时的结晶过程，称为一次结晶；第二次是当焊缝金属温度低于相变时发生的组织转变，称为焊缝的二次结晶。常温下焊缝组织是二次结晶。焊缝组织除与化学成分有关外在很大程度上取决于焊接熔他的一次结晶和焊缝金属的二次结晶，而焊缝金属的性能又与焊缝金属的组织有着密切的联系。 1.一次结晶的特点 熔他金属的结晶过程和一般的金属结晶一样，也是生核和晶 核长大的过程，然而焊按时镕池的结晶也有它的特殊之处。 (1)熔池冷却速度大。 (2）熔池中液体金属处于过热状态。 (3)熔池中心和边缘的温度梯度大。 (4)熔池是在运动状态下结晶，带有周期性。,山东省特种设备检验研究院,偏析：一次结晶过程中，由于冷却速度快，焊缝金属元素来不及扩散，会产生化学成分分布不均匀的现象，这种现象称为偏析。 低碳钢和低合金钢在平衡状态下的二次结晶组织是铁素体加少量珠光体。随冷却速度增加，珠光体含量增加，铁素体含量减少，焊缝强度硬度提高，塑性韧
