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1、焊工培训(工艺).pptStillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望动车组制造现场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焊接方法与工艺焊接方法与工艺GB/T3375焊接术语将焊接概括为：“通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法”。第一节焊接的实质与分类一、物理实质一、物理实质为克服阻碍金属紧密接触的各种因素，在焊接工艺中采取两种措施：1）对被
2、焊金属施加压力，目的是破坏连接表面上的氧化膜，使连接处发生局部塑性变形，增加有效接触面积，从而达到紧密的接触。2）加热被焊金属的连接处，达到塑性状态或熔化状态，目的是加速接触面上氧化膜的破坏，降低金属变形的阻力，增加原子的振动能，促使再结晶、扩散、化学反应。二、焊接方法的分类二、焊接方法的分类（1）熔化焊熔化焊 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 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，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
3、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、漂移和磁偏吹等的程度。影响稳定燃烧的
4、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，而偏向一边的现象。由
5、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晶。二、熔化焊的三要素热源能
6、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有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性
7、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弧焊电源根据输出电流类型分为直流电焊机和交流电
8、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：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弧声音很暴燥，发出强烈的嘶嘶
9、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焊条，而不考虑化学成分相同或相近
10、。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）按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条厚度
11、、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、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热
12、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利进行。增大焊接电流可提高焊接生产率，但电流过大
13、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。焊条直径122446经验系数253030404060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性
14、。（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，在熄弧处反复
15、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，并使电弧在
16、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。焊丝与焊剂焊接材料焊接材料焊焊 剂剂焊焊 丝丝熔熔 炼炼焊焊 剂剂陶陶 瓷瓷焊焊 剂剂相当于相当于焊焊 芯芯相当于相当于药药 皮皮埋弧自动焊的特点埋弧自动焊的特点埋弧自动焊的特点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
17、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
18、。（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，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢焊接，适用于各种厚度。应用CO2气体保护
19、焊需要克服：氧化碳问题、气孔问题、飞溅问题与手弧焊、埋弧焊相比，气体保护电弧焊有以下特点：u不采用药皮焊条，容易实现自动化、半自动化提高生产率。u热量集中，热影响区小，焊接变形小。u明弧焊，电弧和熔池的加热熔化情况清晰可见，便于操作和控制。u焊缝表面没有渣，厚件多层焊时可节省大量的层间清渣工作，生产率高、产生夹渣等焊缝缺陷的可能性少。u容易实现全位置焊接。u焊接质量高。u适用范围广。CO2焊时的飞溅焊时的飞溅CO2+Fe=FeO+COFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。防止飞溅的措施防止飞溅的措施CO2焊常用
20、H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。采用短路过渡和细颗粒过渡。为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用药芯焊丝。CO2气体保护焊的熔滴过渡形式CO2气体保护焊的熔滴过渡形式主要有滴状过渡、短路过渡和细颗粒过渡3种。（一）滴状过渡在焊接电流较小，电弧长度较长时出现。焊丝端头缓慢熔化并长大悬垂在焊丝端部，当熔滴的尺寸达到足够大时，主要依靠重力将熔滴缩颈拉断，落入熔池。（二）短路过渡焊接电弧较短，电弧电压低，电流小。焊丝端部的熔滴长大到一定程度时与熔池接触发生短路，此时电弧熄灭，形成焊丝与熔池之间的液态金属过桥，焊丝熔化金属在重力、表面张力和电
21、磁收缩力等力的作用下过渡于熔池，之后电弧重新引燃，重复上述过程。短路过渡短路过渡是CO2气体保护焊主要采用的过渡形式，尤其是薄板和全位置焊接。短路过渡焊接的特点：电弧电弧低，电流小，引起的变形小，操作上容易掌握；焊接过程中光辐射、热辐射及焊接烟尘都较小，劳动条件较好。短路过渡的应用：主要适用于细焊丝，一般0.61.2mm。随着焊丝直径增大，飞溅颗粒和数量都相应增大。细颗粒过渡的电流下限值及电弧电压随着焊接电流增大，电弧电压必须相应提高，否则电弧对熔池金属有冲刷作用，使焊缝成形恶化，但是电弧电压太高将显著增大飞溅，使喷嘴堵塞情况比短路过渡时严重。焊丝直径/mm电流下限值/A电弧电压/V1.640
22、034452.0500（三）细颗粒过渡直径一定的焊丝，当电流增大到一定数值并配以适当的电弧电压后，焊丝金属熔滴将以较小的尺寸自由飞落进入熔池，这种过渡称为细颗粒过渡。细颗粒过渡时，形成的熔滴尺寸与焊丝直径相近，焊接过程较稳定，母材熔深较大。适合于中、厚工件的焊接。细颗粒过渡大都采用较粗的焊丝。以1.6和2.0用的最多。CO2气体保护焊工艺参数工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接回路电感、气体流量及焊丝伸出长度等。1.电弧电压和焊接电流电弧电压是决定电弧长短和熔滴过渡形式，对焊缝成形、飞溅、焊接缺陷及焊缝性能有很大影响。电弧电压：短路过渡时必须保持较短的电弧长度，即低电弧电压。在一定的焊
23、丝直径及焊接电流下，电弧电压若过低，电弧引燃困难。焊接过程不稳定，金属过桥不易断开，易发生固态焊丝插入熔池；电弧电压过高，则由短路过渡转变为大颗粒非轴向过渡，焊接过程不稳定，飞溅也大。只有电弧电压与电流匹配适当时，才能获得稳定的短路过渡过程。焊接电流：决定焊缝熔池深度的参数，随着焊接电流增加，焊缝熔池深度和余高增加，而熔宽几乎保存不变；在给定的焊丝直径下，增大焊接电流，焊丝熔化速度增加，因此就需要相应地增加送丝速度。焊丝直径一定时，焊接电流（送丝速度）的选择与熔滴过渡形式有关。电流较小时，熔滴为滴状过渡（若电弧电压较低，则为短路过渡）；当电流达到临界电流值时，熔滴为细颗粒过渡。不同直径焊丝短路
24、过渡焊接参数在实际生产中选择焊接参数时，除了考虑飞溅大小外，还要考虑生产率等其他因素。5.气体流量在焊接电流较大、焊接速度较快，焊丝伸出长度较长及室外作业等情况下，气体流量要增大，以使保护气体有足够的挺度，提高抗干扰能力，细丝、小电流焊接时气体流量，200A以下的薄板焊接时气体流量为10-15Lmin在200A以上的厚板焊接时气体流量为15-25Lmin6.电源极性一般采用直流反极性。因为反极性时飞溅小，电弧稳定，成形好，焊缝含氢量低，且熔深大。以上介绍的是CO2电弧焊焊接参数及选择原则，在实际工作中，焊接电流、电弧电压、焊接速度等的具体数值，应通过试焊来确定。（三）CO2气体保护焊的基本操作
25、CO2气体保护焊分为自动和半自动焊，半自动焊时，引弧和熄弧比较频繁，如果操作不当容易引起焊缝缺陷产生。1.引弧多采用送丝引弧法，即启动焊枪上的按钮，电源及电磁阀接通，提前输送保护气体12S，焊丝缓慢送进，当与工件接触时电弧引燃。并可保持在稳定燃烧状态。2.熄弧熄弧时焊枪在弧坑部分停留，在熔池未凝固前，间断短路23次使熔滴填满弧坑，然后松开焊枪上的按钮，切断电源，电弧熄灭，送丝停止。保护气体滞后23S关闭。2.焊接速度焊接速度过慢，将引起过热，焊缝组织粗大，甚至烧穿；焊接速度过快，会引起焊缝两侧咬边或产生气孔，焊缝成形不良。3.焊接回路电感进行短路过渡焊接时，焊接回路中一般要串联附加电感。串联电
26、感的作用是：（1）调节短路电流增长速度短路电流增长速度过小，发生大颗粒飞溅，甚至焊丝成大段爆断电弧熄灭；过大，则产生大量小颗粒飞溅。细焊丝熔化快，熔滴过渡的周期短，需要较大的短路电流增长速度。粗焊丝，与之相反。（2）调节电弧燃烧时间控制母材熔深，在短路过渡的周期中，短路期间短路电流的能量大部分传输到焊丝中去（焊丝伸出部分）。只有电弧燃烧期间，电弧的部分热量才输入工件，并形成一定的熔深。一般说来，短路频率高的电弧，其燃烧时间很短，因此熔深小。适当增大电感，虽然短路频率降低，但电弧燃烧时间增加，从而增大了母材熔深。4.焊丝伸出长度和焊丝直径在其他参数不变时，随着焊丝伸出长度增加，焊接电流下降，熔深
27、减小。直径越细、电阻率越大的焊丝的焊丝影响越大。焊丝伸出应为焊丝直径的1012倍，一般在1020之间。焊接接头的性能一、焊接接头的组成熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区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。热影响区热影响区-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。焊接接头二、焊接热源特点：加热温度高（热处理加热温度以上100-200）加热速度快(是热处理加热速度的几十倍甚至几百倍)高
28、温停留时间短(手工焊停留时间最大20秒,埋弧自动焊时30-100秒)自然冷却（热处理可根据要求控制冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行保温)局部加热(随热源的移动,局部加热地区的范围也移动)问题：1.何谓焊接？焊接的实质是如何？2.常见的熔焊方法有哪些？3.熔焊接头的形成一般要经历哪些过程？4.影响焊接电弧稳定性的因素有哪些？具体是如何影响的？5.减小或消除磁偏吹的措施有哪些？6.焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊各自有何特点？它们之间有何异同？7.何谓直流正接法？何谓直流反接法？各自有何特点？8.定位焊有何要求？9.CO2气体保护焊常见的问题？10.防止飞溅的措施有哪些？11.焊接接头的组成？Thanks谢谢！
