焊接工程學(xué)(第二章)

1、第二章第二章 常見(jiàn)的焊接方法常見(jiàn)的焊接方法第一節(jié)第一節(jié) 氣氣 焊焊 一、氣焊概述 氣焊是利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合后燃燒產(chǎn)生的火焰作為熱源，將接頭部位母材金屬和焊絲熔化，使被熔化的金屬形成熔池，冷卻后形成一個(gè)牢固的接頭，從而使兩焊件連接成一個(gè)整體的焊接方法。圖1 氣焊（氧乙炔焊）示意圖1-混合氣管 2-焊件 3-焊縫 4-焊絲 5-火焰 6-焊嘴 氣焊的優(yōu)缺點(diǎn)： 1、優(yōu)點(diǎn)： a、設(shè)備簡(jiǎn)單，移動(dòng)方便，在無(wú)電力供應(yīng)地區(qū)可以 方便進(jìn)行焊接； b、可以焊接很薄的工件； c、焊接鑄鐵和部分有色金屬時(shí)焊縫質(zhì)量好。 2、缺點(diǎn)： a、熱量較分散，熱影響區(qū)及變形大； b、生產(chǎn)率較低，不易焊較厚的金屬； c、由于

2、氣焊火焰中氧、氫易與熔化金屬發(fā)生作 用，使某些金屬降低焊縫性能； d、難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 氣焊用氣體： 氣焊用氣體由助燃?xì)怏w（氧氣）和可燃?xì)怏w（乙炔、液化石油氣等）兩部分組成。氣 體發(fā)熱量/JL-1火焰溫度/乙 炔527533200氫100482160丙烷、丁烷88762000煤 氣209342100沼 氣330762000表1 可燃?xì)怏w的發(fā)熱量及火焰溫度 氧氣是氣焊時(shí)必須使用的氣體，且必須使用高純度的氧氣才能獲得所需的導(dǎo)熱強(qiáng)度。常用工業(yè)氧的純度分兩級(jí)：一級(jí)氧的純度質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于99.5%，用于質(zhì)量要求較高的氣焊；二級(jí)氧的純度大于98.5%，用于沒(méi)有嚴(yán)格要求的氣焊。 乙炔的分子式為C2H2，是未飽

3、和的碳?xì)浠衔?，常有刺鼻的特殊氣味，密度?.17kg/m3，沸點(diǎn)為-82.4，凝固點(diǎn)為-85，是一種危險(xiǎn)、易爆的氣體，在摩擦、沖擊條件下易爆炸。圖2 射吸式焊炬示意圖1-乙炔閥 2-乙炔導(dǎo)管 3-氧氣導(dǎo)管 4-氧氣閥 5-噴 嘴 6-射吸管 7-混合氣管 8-焊 嘴 二、氣焊用焊接材料 1、氣焊絲 A、焊絲選用原則 力學(xué)性能考慮：應(yīng)根據(jù)焊件的成分和受力情況選用焊絲。對(duì)焊接接頭強(qiáng)度要求高的焊件，應(yīng)選用比母材金屬?gòu)?qiáng)度高的或等強(qiáng)度的焊絲；若焊件承受沖擊力，應(yīng)選用韌性好的焊絲；若要求焊件耐磨，則應(yīng)選用耐磨材料焊絲。 焊接性考慮：應(yīng)考慮焊縫金屬和母材金屬的熔合及其組織的均勻性。要求焊絲的熔點(diǎn)應(yīng)等于或略

4、低于母材金屬的熔點(diǎn)，否則容易形成燒穿、咬邊或夾渣等缺陷。 B、常見(jiàn)氣焊絲的型號(hào)和用途 碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲：一般低碳鋼焊件采用H08A焊絲；重要低碳鋼焊件采用H08Mn、H08MnA焊絲；中強(qiáng)度焊件采用H15A焊絲；高強(qiáng)度焊件采用H15Mn焊絲。 焊接普通碳素鋼時(shí)采用H08A、H08Mn、H08MnA焊絲；焊接優(yōu)質(zhì)碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)采用H08Mn、H08MnA、H10Mn2、H10Mn2MoA焊絲。 鑄鐵用焊絲：分灰鑄鐵焊絲和合金鑄鐵焊絲兩種。 2、氣焊熔劑 A、氣焊熔劑的作用 氣焊過(guò)程中，被加熱的熔化金屬極易與周圍空氣中的氧或火焰中的氧化合生成氧化物，使焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。為防止金屬的

5、氧化及消除已經(jīng)形成的氧化物，在焊接有色金屬、鑄鐵和不銹鋼等材料時(shí)，必須采用氣焊熔劑。 氣焊熔劑可以在焊前涂在焊件的待焊位置上或焊絲上。在高溫下熔劑熔化與熔池內(nèi)的金屬氧化物或非金屬夾雜物相互作用形成熔渣，浮在熔池表面從而防止熔池金屬氧化以改善焊縫金屬性能。 B、氣焊熔劑的種類 化學(xué)熔劑：由一種或幾種酸性氧化物或堿性氧化物組成，也稱酸性熔劑或堿性熔劑。酸性熔劑如硼砂、硼酸、二氧化硅，主要用于焊接銅及其合金、合金鋼等。焊接時(shí)形成的氧化亞銅、氧化鋅和氧化鐵屬于堿性氧化物，故應(yīng)采用酸性熔劑；堿性熔劑如碳酸鉀、碳酸鈉主要用于補(bǔ)焊鑄鐵，因?yàn)殍T鐵焊接時(shí)熔池內(nèi)易形成高熔點(diǎn)的二氧化硅，故應(yīng)采用堿性熔劑中和。 物理

6、熔劑：在氣焊鋁及其合金時(shí)，熔池表面會(huì)形成一層Al2O3薄膜，該薄膜不能被酸性或堿性熔劑中和，會(huì)阻礙焊接過(guò)程的進(jìn)行。此時(shí)，可用有物理作用的熔劑將Al2O3溶解，從而獲得高質(zhì)量焊縫。 物理熔劑有氯化鉀、氯化鈉、氯化鋰、氟化鉀、氟化鈉、硫酸氫鈉等。 氣焊熔劑的選擇：應(yīng)根據(jù)母材金屬在氣焊過(guò)程中所產(chǎn)生的氧化物的種類進(jìn)行選擇，所選用熔劑應(yīng)能中和或溶解這些氧化物。熔劑型號(hào)代號(hào)應(yīng)用范圍基本性能熔劑101CJ101不銹鋼、耐熱鋼熔點(diǎn)約為900，有良好的濕潤(rùn)作用，能防止熔化金屬被氧化，焊后熔渣易清除。熔劑201CJ201鑄 鐵熔點(diǎn)約為650，呈堿性反應(yīng)，能有效去除硅酸鹽和氧化物，可加速金屬熔化。熔劑301CJ30

7、1銅及銅合金為硼基鹽類，熔點(diǎn)約為650，呈酸性反應(yīng)，能有效消除氧化銅和氧化亞銅。熔劑401CJ401鋁及鋁合金熔點(diǎn)約為560，呈堿性反應(yīng)，能有效破壞氧化鋁膜。 三、氣焊工藝 1、氣焊火焰 乙炔和氧混合燃燒時(shí)，不同的混合比會(huì)產(chǎn)生三種不同火焰： 碳化焰：氧乙炔混合比（體積比）小于1.1時(shí)形成的火焰。內(nèi)焰有多余的游離碳，故為淡白色，有較強(qiáng)的還原和滲碳作用。 中性焰：氧與乙炔混合比為1.1-1.2時(shí)形成的火焰。在亮白色的焰心端部有淡白色火焰閃動(dòng)，內(nèi)焰區(qū)氣體為CO和H2，無(wú)過(guò)量氧和游離碳。焰心外2-4mm處溫度最高，達(dá)3150。 氧化焰：氧乙炔混合比大于1.2時(shí)形成的火焰?；鹧嬗羞^(guò)量的氧，呈氧化性。焰心

8、端部無(wú)淡白色火焰閃動(dòng)，內(nèi)、外焰分不清。圖3 氧乙炔焰示意圖 a-中性焰 b-碳化焰 c-氧化焰1-焰心 2-內(nèi)焰（暗紅色） 3-內(nèi)焰（淡白色） 4-外焰焊件材料應(yīng)用火焰焊件材料應(yīng)用火焰低碳鋼中性焰鉻不銹鋼中性焰或輕微碳化焰中碳鋼中性焰或輕微碳化焰鉻鎳不銹鋼中性焰或輕微碳化焰低合金鋼中性焰純 銅中性焰高碳鋼輕微碳化焰錫青銅輕微氧化焰灰鑄鐵碳化焰或輕微碳化焰黃 銅氧化焰高速鋼碳化焰鋁及其合金中性焰或輕微碳化焰各種金屬材料氣焊火焰的選擇各種金屬材料氣焊火焰的選擇2、氣焊焊接參數(shù)A、焊絲直徑的選擇：工件厚度/mm焊絲直徑/mm1-21-22-323-52-35-103-410-154-6156-8 B

9、、火焰性質(zhì)的選擇： 對(duì)于需要盡量減少元素?zé)龘p和減少增碳的材料，應(yīng)選用中性焰；對(duì)于允許和需要增碳及還原氣氛的材料，可選用碳化焰；對(duì)于母材金屬含有低沸點(diǎn)元素（Sn、Zn等）的材料，因需要生成氧化薄膜覆蓋在熔池表面以保護(hù)這些元素不再蒸發(fā)，應(yīng)選用氧化焰。 C、焊炬傾角的選擇： 焊炬傾角是指焊炬中心線與焊件平面之間的夾角。焊炬傾角大，熱量散失少，焊件得到的熱量多，升溫快；焊炬傾角小，熱量散失多，焊件受熱少，升溫慢。因此，在焊接厚度大、熔點(diǎn)較高或?qū)嵝暂^好的焊件時(shí)，或焊接開(kāi)始時(shí)，為了較快地加熱焊件和迅速形成熔池，焊炬的傾角要大些；反之，可小些。圖4 焊炬傾角與焊件厚度的關(guān)系 D、焊接方向的選擇： 氣焊方向

10、有兩種：左向焊適用于焊接薄板；右向焊適用于焊接厚度較大的工件。圖5 左向焊與右向焊a-左向焊 b-右向焊 E、焊接速度的選擇： 對(duì)于厚度大、熔點(diǎn)高的焊件，焊接速度要慢些，以免發(fā)生未熔合的缺陷；對(duì)于厚度小、熔點(diǎn)低的焊件，焊接速度要快些，以免燒穿或使焊件過(guò)熱，降低焊縫質(zhì)量。第二節(jié)第二節(jié) 焊條電弧焊焊條電弧焊 一、焊條電弧焊的工作原理 焊條電弧焊是利用焊條與工件之間燃燒的電弧熱熔化焊條端部和工件的局部，在焊條端部迅速熔化的金屬以細(xì)小熔滴經(jīng)弧柱過(guò)渡到工件已經(jīng)局部熔化的金屬中，并與之融合形成熔池。隨著電弧向前移動(dòng)，熔池的液態(tài)金屬逐步冷卻結(jié)晶而形成焊縫。 在焊條電弧焊的焊接過(guò)程中，焊條是焊接電弧的一個(gè)極，

11、并作為填充金屬熔化后成為焊縫的組成部分。焊條的藥皮經(jīng)電弧高溫分解和熔化而生成氣體和熔渣，對(duì)金屬熔滴和熔池起防止大氣污染的保護(hù)作用和冶金反應(yīng)作用。某些藥皮中加入金屬粉末，為焊縫提供附加的填充金屬。電弧中心的溫度在5000以上，電弧電壓一般為1640V，焊接電流為20500A。 二、焊條電弧焊的工藝特點(diǎn) 1、設(shè)備簡(jiǎn)單其操作靈活、方便，適應(yīng)性強(qiáng)，不受場(chǎng)地和焊接位置的限制，在焊條能達(dá)到的地方一般都能施焊。 2、應(yīng)用范圍廣除難熔或極易氧化的金屬外，大部分工業(yè)用金屬均能采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接。 3、操作技術(shù)要求高焊接質(zhì)量在一定程度上取決于焊工的操作水平。 4、生產(chǎn)率較低每焊完一根焊條，需更新焊條，并殘留一

12、部分，焊條未充分利用。 三、焊條電弧焊的使用范圍 焊條電弧焊適用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、銅、鋁及其合金的焊接；可焊但需預(yù)熱、后熱處理的金屬有鑄鐵、高強(qiáng)度鋼和淬火鋼。 一般而言，1mm以下的薄板不宜采用焊條電弧焊，焊條電弧焊一般用于340mm厚度工件的焊接。 四、焊條電弧焊的輔助工具 1、電焊鉗夾緊焊條并傳導(dǎo)焊接電流的操作器具。其要求為：在任何斜度都能夾緊焊條，具有可靠的絕緣和良好的隔熱性能。 2、焊條保溫筒用于裝載已烘干的焊條，并能保持一定的溫度，以防焊條受潮的容器。有立式和臥式兩種，溫度一般為100450之間。 3、防護(hù)面罩用于保護(hù)電焊工的眼睛和面部不受電弧光的輻射和灼傷。有手持式

13、和頭盔式兩種。面罩的護(hù)眼玻璃有減弱電弧光并過(guò)濾紅外線、紫外線的作用。五、電焊條的分類1、按焊條用途分結(jié)構(gòu)鋼焊條焊接碳鋼和低合金高強(qiáng)鋼；鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條焊接珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼；低溫鋼焊條焊接低溫工作的結(jié)構(gòu)鋼；鑄鐵焊條用于補(bǔ)焊鑄鐵構(gòu)件；鎳及鎳合金焊條焊接鎳及高鎳合金；銅及銅合金焊條焊接銅及銅合金；鋁及鋁合金焊條焊接鋁及鋁合金；特殊用途焊條用于水下焊接等特殊工作需要的焊條。 2、按焊接熔渣的酸堿度分 酸性焊條藥皮中含有大量酸性氧化物的焊條。該類焊條的工藝性能好，焊縫外表美觀，波紋細(xì)密，但熔渣的氧化性強(qiáng)。典型的酸性焊條型號(hào)為E4303。 堿性焊條藥皮中含有大量堿性氧化物的焊條。由于焊條中含有

14、大理石和螢石等成分，在焊接冶金反應(yīng)中生成了HF，降低了焊縫中的含氫量，故又稱低氫焊條。堿性焊條的焊縫具有較高的塑性和沖擊韌性，尤其適合于有動(dòng)載構(gòu)件的焊接。典型的堿性焊條型號(hào)為E5015。 六、電焊條的選用原則 1、從焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分考慮： 低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼可按其強(qiáng)度的等級(jí)選用相應(yīng)強(qiáng)度的焊條，如焊接結(jié)構(gòu)剛性大、受力情況復(fù)雜時(shí)，應(yīng)選用比鋼材強(qiáng)度低一級(jí)的焊條，以保證有良好強(qiáng)度與塑性的綜合性能。 對(duì)于塑性、沖擊韌性和抗裂性能要求較高，低溫條件下工作的焊縫應(yīng)選用堿性焊條；當(dāng)焊接坡口處有不易清除的鐵銹、油污和氧化皮等臟物時(shí)，應(yīng)選用對(duì)其敏感性小、抗氣孔性能強(qiáng)的酸性焊條。 不同強(qiáng)度級(jí)別鋼材的焊

15、接，一般選用與較低強(qiáng)度等級(jí)鋼材相匹配的焊條。 2、從提高生產(chǎn)率和降低成本考慮： 在滿足焊件使用性能和焊條操作性能的前提下，應(yīng)選用規(guī)格大、效率高的焊條； 在使用性能基本相同時(shí)，應(yīng)盡量選用價(jià)格低的焊條，以降低焊接生產(chǎn)的成本； 薄板焊接盡量采用酸性焊條，以便更易引弧。 七、焊接位置的種類 焊接位置，即熔焊時(shí)焊件接縫所處的空間位置，可用焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角來(lái)表示。 焊縫傾角，即焊縫軸線與水平面Y軸之間的夾角。 圖6 焊縫傾角 焊縫轉(zhuǎn)角，即焊縫中心線和水平參照面的夾角。圖7 焊縫轉(zhuǎn)角 根據(jù)焊縫傾角和焊縫轉(zhuǎn)角的不同，焊縫可分為：a、平焊；b、橫焊；c、立焊；d、仰焊；e、平角焊；f、仰角焊。圖8 各種焊接位

16、置 八、焊接工藝參數(shù) 1、焊條直徑 在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡可能選用大直徑焊條以提高效率。 帶坡口需多層焊的接頭，第一層焊縫應(yīng)選用小直徑焊條，以便在接頭根部容易操作，有利于熔透；在橫焊、立焊和仰焊時(shí)，由于重力作用熔化金屬易從液態(tài)熔池中流出，故應(yīng)選用小直徑焊條，以便于控制焊接熔池。 2、焊接電流 在保證焊接質(zhì)量的前提下，盡可能選用較大的焊接電流以提高效率。 應(yīng)避免： 焊接電流過(guò)大，焊條后部發(fā)紅，藥皮失效或崩落，保護(hù)效果變差，易造成氣孔、飛濺、燒穿等缺陷，并導(dǎo)致熱影響區(qū)晶粒粗大、韌性差。 焊接電流過(guò)小，則電弧不穩(wěn)，易造成未焊透、未熔合、氣孔和夾渣等缺陷。 3、電弧電壓 電弧電壓由電弧長(zhǎng)度決定。電

17、弧長(zhǎng)度是焊條芯的熔化端到焊接熔池表面的距離。電弧長(zhǎng)則電弧電壓高，反之則低。 若電弧太長(zhǎng)，電弧漂擺，燃燒不穩(wěn)，熔深減少，熔寬加大，外部空氣易侵入，降低焊縫質(zhì)量；若弧長(zhǎng)太短，熔滴過(guò)渡易發(fā)生短路，操作困難。 4、焊接速度 焊接速度越大，熱輸入就越大，易使焊縫及熱影響區(qū)的顯微組織粗化，降低焊接接頭的力學(xué)性能； 若焊接速度太小，造成效率低。 5、焊前預(yù)熱 焊前預(yù)熱可延長(zhǎng)焊縫金屬?gòu)姆逯禍囟冉档绞覝氐睦鋮s時(shí)間，使焊縫中的氫有充分的時(shí)間逸出，避免冷裂紋的產(chǎn)生，并延長(zhǎng)焊接接頭從800到500的冷卻時(shí)間，改善焊縫金屬及熱影響區(qū)的顯微組織，降低熱影響區(qū)的最高硬度，減少內(nèi)應(yīng)力，提高抗裂性。 6、后熱及焊后保溫 后熱是

18、在焊后立即加熱焊件或焊接區(qū)，并保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻。 焊后保溫則是焊后把焊件或焊接區(qū)用保溫材料覆蓋起來(lái)，使焊件緩慢冷卻。 后熱及焊后保溫是為了使氫的逸出更加充分，防止產(chǎn)生冷裂紋。并可降低預(yù)熱溫度，避免預(yù)熱溫度過(guò)高造成熱裂紋。 7、焊后熱處理 焊后熱處理是為改善焊接接頭的組織和性能或消除殘余應(yīng)力而進(jìn)行的熱處理。對(duì)于易產(chǎn)生脆性破壞和延遲裂紋的重要結(jié)構(gòu)、尺寸穩(wěn)定性要求很高的結(jié)構(gòu)、有應(yīng)力腐蝕的結(jié)構(gòu)等都應(yīng)考慮焊后進(jìn)行消除應(yīng)力的熱處理。 焊后熱處理常有正火或正火加回火與消除應(yīng)力處理兩種。第三節(jié)第三節(jié) 埋埋 弧弧 焊焊 一、概一、概 述述 埋弧焊以顆粒狀焊劑作為保護(hù)介質(zhì)，電弧掩埋在焊劑層下的一種熔化極

19、電弧焊接方法。圖9 埋弧自動(dòng)焊焊接裝置示意圖1-焊劑漏斗 2-送絲機(jī)構(gòu) 3-焊絲 4-焊絲盤 5-導(dǎo)電嘴 6-控制箱 7-電源 8-焊劑 9-焊件圖10 埋弧焊施焊過(guò)程1-焊件 2-焊劑漏斗口 3-送絲系統(tǒng) 4-焊絲 5-導(dǎo)電嘴 6-焊劑 7-渣殼 8-焊縫圖11 埋弧焊縱向剖面圖1-焊劑 2-焊絲 3-電弧 4-金屬熔池 5-熔渣 6-焊縫 7-工件 8-渣殼 埋弧焊的施焊過(guò)程由三個(gè)環(huán)節(jié)組成： 1、在焊件待焊接縫處均勻堆敷足夠的顆粒狀焊劑； 2、導(dǎo)電嘴和焊件分別接通焊接電源兩極以產(chǎn)生焊接電?。?3、自動(dòng)送進(jìn)焊絲并移動(dòng)電弧實(shí)施焊接。 埋弧焊焊接時(shí)，電源的兩極分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上，焊絲通過(guò)導(dǎo)電

20、嘴與焊件接觸。啟動(dòng)電源，電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)電嘴、焊絲與焊件構(gòu)成焊接回路。焊絲與焊件之間引燃電弧產(chǎn)生的熱量使周圍的焊絲熔化形成熔渣。連續(xù)送入電弧的焊絲在電弧高溫作用下加熱熔化，與熔化的母材混合形成金屬熔池。金屬熔池上液態(tài)熔渣層及熔渣外層未熔化的焊劑共同保護(hù)金屬熔池，使其與周圍空氣隔絕，并遮蔽有礙操作的電弧光的輻射。 埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)： 1、焊縫質(zhì)量高：熔渣膜隔絕空氣，保護(hù)效果好； 2、操作條件好：熔渣隔離弧光，且機(jī)械化行走，便于操作； 3、設(shè)備調(diào)節(jié)性好：由于電場(chǎng)強(qiáng)度較高，故有較高的調(diào)節(jié)靈敏度，操作過(guò)程的穩(wěn)定性好； 4、生產(chǎn)效率高：焊劑和熔渣的隔熱保護(hù)作用使電弧熱輻射散失極小，飛濺損失受到有效制約，電弧熱

21、效率大大提高。且電流密度大導(dǎo)致電弧的熔透能力提高，焊接速度可達(dá)60150m/h。 埋弧焊的主要缺點(diǎn)： 1、難以在空間位置施焊：由于埋弧焊采用顆粒狀焊劑，為保證焊劑、熔池金屬和熔渣不流失，故埋弧焊通常只適用于平焊位置的焊接； 2、難以焊接易氧化的金屬材料：由于焊劑的主要成分為MnO、SiO2等金屬和非金屬氧化物，具有一定的氧化性，故難以焊接鋁、鎂、鈦等對(duì)氧化性敏感的金屬及其合金； 3、對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求高：由于埋弧焊在焊劑層下，不能直接觀察電弧與坡口的相對(duì)位置，當(dāng)焊件裝配質(zhì)量不好時(shí)易焊偏而影響焊接質(zhì)量； 4、不適合焊接薄板和短焊縫：電流小于100A時(shí)電弧穩(wěn)定性不好，故必須采用大電流、高電壓，較高

22、的焊接電流不適合焊接太薄的焊件；由于受焊車的限制，其機(jī)動(dòng)靈活性差，只適合焊接長(zhǎng)直焊縫和大圓焊縫。 埋弧焊應(yīng)用十分廣泛，可用于碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼等的焊接； 除厚度為5mm以下的焊件容易燒穿而用得較少外，較厚的焊件均可采用埋弧焊焊接，最大的焊接厚度可達(dá)650mm。 由于埋弧焊電弧功率大，產(chǎn)生的熱收縮應(yīng)力大，故不適合易產(chǎn)生裂紋的鑄鐵的焊接；鋁、鈦及其合金目前還沒(méi)有適當(dāng)?shù)暮竸?，不能使用埋弧焊；鉛、鋅等低熔點(diǎn)金屬也不適合埋弧焊焊接； 造船、鍋爐、化工容器、大型金屬結(jié)構(gòu)和工程機(jī)械等領(lǐng)域最能發(fā)揮埋弧焊快速、高效的特點(diǎn)，應(yīng)用較廣。 二、埋弧焊的冶金特點(diǎn)及焊接材料二、埋弧焊的冶金特點(diǎn)及焊接

23、材料 埋弧焊的冶金特點(diǎn)： 1、滲錳滲硅：當(dāng)焊劑中MnO、SiO2含量足夠高時(shí)，由于冶金反應(yīng)：2Fe + SiO2 2FeO + Si；Fe + MnO FeO + Mn，使焊縫中Mn、Si含量提高，因而可提高焊縫的抗裂性能和力學(xué)性能。 2、脫碳：由于焊劑中不含碳，高溫下碳與氧的親和力界于錳與硅之間，故焊接過(guò)程中會(huì)有一定量的碳燒損，且隨焊絲中含碳量的增大而加劇，過(guò)量時(shí)還會(huì)產(chǎn)生CO氣孔，因此焊絲中的含碳量必須嚴(yán)格控制。 3、脫氫：母材、焊絲表面的油污及焊劑的吸潮水分是埋弧焊產(chǎn)生氫氣的主要原因。為防止氫氣孔，應(yīng)杜絕氫的來(lái)源，還可用高溫冶金反應(yīng)時(shí)所生成的不熔于熔池的HF和OH來(lái)達(dá)到去氫的目的。 4、控

24、制P、S量：當(dāng)焊劑中P、S含量較高時(shí)，會(huì)造成焊縫中P、S含量的增加而導(dǎo)致冷裂、熱裂傾向增強(qiáng)，故焊劑中P、S量應(yīng)嚴(yán)格控制在0.1%以下。 埋弧焊對(duì)焊劑的基本要求： 1、應(yīng)具有良好的保護(hù)性能和冶金性能：焊劑在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔絕空氣對(duì)熔池金屬的污染。焊劑熔化產(chǎn)生的氣、渣能有效地保護(hù)電弧和熔池，防止焊縫金屬氧化、氮化以及合金元素的蒸發(fā)和燒損；具有脫氧和滲合金作用，焊縫可獲得需要的化學(xué)成分、力學(xué)性能及抗裂性能； 2、具有良好的工藝性能：有良好的穩(wěn)弧、造渣、成型、脫渣性能；析出有害氣體少；吸潮性小，粒度適當(dāng)，強(qiáng)度足夠。 焊劑的分類： 1、按用途分：鋼用焊劑、有色金屬焊劑； 2、按制造方法分：

25、熔煉焊劑、燒結(jié)焊劑、 粘接焊劑； 3、按熔渣堿度分：堿性焊劑、酸性焊劑、 中性焊劑； 4、按主要成分分：錳焊劑（MnO）、硅焊 劑(SiO2)、氟焊劑(CaF2)。 焊劑的牌號(hào)： 1、熔煉焊劑：用漢語(yǔ)拼音字母“HJ”表示埋弧焊熔煉焊劑。“HJ”后第一位數(shù)字表示焊劑類型，以焊劑中氧化錳含量編序；第二位數(shù)字也表示焊劑類型，以焊劑中二氧化硅與氟化鈣含量編序；第三位數(shù)字為同一類型的不同編號(hào)，按0、1、9順序排列。如：HJ431表示高錳高硅低氟型埋弧焊用熔煉焊劑。 2、燒結(jié)焊劑：用漢語(yǔ)拼音字母“SJ”表示埋弧焊燒結(jié)焊劑。“SJ”后第一位數(shù)字表示焊劑熔渣渣系；第二、三位數(shù)字表示相同渣系焊劑中的不同牌號(hào)，按

26、01、02、09順序排列。如：SJ101表示氟堿型埋弧焊焊劑。 埋弧焊焊絲： 焊絲在埋弧焊中是作為填充金屬而成為焊縫金屬的組成部分，故對(duì)焊縫質(zhì)量有直接影響。根據(jù)成分和用途，焊絲通常分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼焊絲三類。 鋼焊絲的牌號(hào)： 1、凡在焊絲牌號(hào)前加“H”，均表示鋼焊絲?！癏”后的第一或第二位數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； 2、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)后面的化學(xué)元素符號(hào)及其數(shù)字表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。當(dāng)主要合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于或等于1%時(shí)，可省略數(shù)字而只記該元素的符號(hào)； 3、在牌號(hào)尾部標(biāo)有“A”或“E”分別表示“高級(jí)優(yōu)質(zhì)”和“特高級(jí)優(yōu)質(zhì)”，后者的P、S含量更低。 如：H08Mn2SiA中，H表示焊接用實(shí)

27、心焊絲；08表示含碳量約為0.08%；Mn2表示含錳量約為2%；Si表示Si含量小于等于1%；A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)，P、S含量均不大于0.03%。 焊接低碳鋼時(shí)，常用的焊絲牌號(hào)有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的應(yīng)用最為普遍。當(dāng)焊件厚度較大或?qū)αW(xué)性能要求較高時(shí)，可選用Mn含量較高的焊絲。 焊接合金結(jié)構(gòu)鋼或不銹鋼時(shí)，應(yīng)根據(jù)材料的化學(xué)成分和性能要求選用相應(yīng)的焊絲。 埋弧焊普遍采用實(shí)芯焊絲，直徑通常有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五種。使用時(shí)，應(yīng)將焊絲表面的油、銹等清理干凈，以免影響焊接質(zhì)量。除不銹鋼和有色金屬外，為防銹及改善導(dǎo)電性能，低碳鋼和低合金鋼焊絲的表面最好鍍銅。 焊絲、焊

28、劑的選用與配合： 焊絲與焊劑的正確選用及二者之間的合理配合，是獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的關(guān)鍵，故必須按工件的成分、性能和要求正確、合理地選配焊絲和焊劑。 焊劑類別焊劑型號(hào)成分類型 用 途 配 用 焊 絲使用前烘烤（h）燒結(jié)型SJ101堿性（氟鈣型）重要普低鋼H08MnA、H08MnMoA、 H08Mn2MoA、H10Mn2 2350SJ301中性（硅鈣型）低碳鋼、鍋爐鋼H08MnA、H08MnMoA、H10Mn2 2350SJ401酸性（錳硅型）低碳鋼、普低鋼H08A 2250SJ501酸性（鋁鈦型）低碳鋼、普低鋼H08A、H08MnA 2350SJ502酸性（鋁鈦型）低碳鋼、普低鋼H08A 1300常見(jiàn)

29、埋弧焊焊劑用途及配用焊絲焊劑類別焊劑型號(hào) 成分類型 用 途 配用焊絲使用前烘烤（h） 熔 煉 型HJ130無(wú)Mn高Si低F 低碳鋼、普低鋼H10Mn2 2250HJ151無(wú)Mn中Si低F 奧氏體不銹鋼相應(yīng)鋼種焊絲 2300HJ230低Mn高Si低F 低碳鋼、普低鋼H08MnA、 H10Mn2 2250HJ250低Mn中Si中F 低合金高強(qiáng)度鋼相應(yīng)鋼種焊絲 2350HJ330中Mn高Si低F 重要低碳鋼、普低鋼H08MnA、 H10MnSi 2250HJ350中Mn中Si中F 重要低合金高強(qiáng)度鋼MnMo、MnSi焊絲 2400HJ430高M(jìn)n高Si低F 重要低碳鋼、普低鋼H08MnA、 H08A

30、 2250HJ431高M(jìn)n高Si低F 重要低碳鋼、普低鋼H08MnA、 H08A 2250 三、埋弧焊工藝三、埋弧焊工藝 1、焊前準(zhǔn)備： 坡口選擇：由于埋弧焊可使用較大的焊接電流，電弧具有較強(qiáng)的穿透力，故當(dāng)焊件厚度不大時(shí)可不開(kāi)坡口。板厚小于14mm的構(gòu)件一般不開(kāi)坡口。 隨著焊件厚度的增加，為保證焊件焊透，應(yīng)在焊件上開(kāi)坡口。板厚為1422mm的焊件，一般開(kāi)單面的“V”形坡口；對(duì)于板厚為2250mm的焊件，應(yīng)開(kāi)雙面“Y”形坡口；對(duì)于壓力容器，還常采用“U”形或雙面“U”形的坡口，以利于根部焊透并消除夾渣等缺陷。 焊件清理與裝配：焊件裝配前，需將坡口及附近區(qū)域表面上的油污、銹蝕、氧化物、水分等用噴丸

31、處理、鋼絲刷手工清理、氧乙炔火焰烘烤、揮發(fā)性溶劑清洗等方法清理干凈。 焊件裝配時(shí)必須保證接縫間隙均勻，高低平整不錯(cuò)邊，并用夾具或定位焊縫可靠固定。定位焊使用的焊條應(yīng)與焊件材料性能相符，其位置一般應(yīng)在第一道焊縫的背面，長(zhǎng)度一般不大于30mm，且不應(yīng)有夾渣、裂紋等缺陷。 焊絲清理及焊劑烘干：焊絲表面的油污、銹蝕等必須清理干凈，以免污染焊縫造成氣孔。 焊劑在運(yùn)輸及儲(chǔ)存過(guò)程中容易吸潮，故使用前應(yīng)烘干去除水分。一般焊劑須在250烘烤1-2小時(shí)；限用直流的焊劑使用前須在350-400溫度下烘烤2小時(shí)，烘干后立即使用。 2、工藝參數(shù)對(duì)焊縫成形及質(zhì)量的影響： 焊接電流：增大焊接電流，電弧的熱功率和電弧力都增大

32、，焊縫熔深增大，焊絲熔化量增加，生產(chǎn)率提高。圖12 焊接電流對(duì)焊縫形狀的影響 如果焊接電流太大，焊縫會(huì)因熔深過(guò)大而熔寬變化不大造成成形系數(shù)偏小，不利于熔池中氣體及雜物的上浮和逸出，容易產(chǎn)生氣孔、夾渣及裂紋等缺陷，嚴(yán)重時(shí)可能燒穿焊件。太大的焊接電流也使焊絲消耗增加，焊縫余高過(guò)大，焊縫熱影響區(qū)增大，焊接變形增大。 如果焊接電流過(guò)小，電弧不穩(wěn)定，焊縫熔深減小，生產(chǎn)率降低，還可導(dǎo)致未焊透。 電弧電壓：電弧電壓與電弧長(zhǎng)度成正比。電弧電壓主要決定焊縫熔寬，對(duì)焊縫橫截面形狀和表面成形有很大影響。 提高電弧電壓時(shí)弧長(zhǎng)增加，電弧斑點(diǎn)的移動(dòng)范圍增大，使焊劑熔化量增多，熔寬增加。同時(shí)，焊縫余高和熔深略有減小，焊縫變

33、得平坦。圖13 電弧電壓對(duì)焊縫形狀的影響 如果電弧電壓太大，電弧會(huì)突破焊劑的覆蓋，使熔化的液態(tài)金屬失去保護(hù)而與空氣接觸，造成密集型氣孔； 如果電弧電壓過(guò)低，會(huì)形成高而窄的焊縫，影響焊縫成形并使脫渣困難。 因此，埋弧焊時(shí)電弧電壓與焊接電流應(yīng)相互匹配。焊接電流/A520-600600-700700-850850-10001000-1200電弧電壓/V34-3636-3838-4040-4242-44埋弧焊焊接電流與電弧電壓的配合關(guān)系 焊接速度：在其它參數(shù)不變時(shí)，焊接速度增加，電弧對(duì)母材和焊絲的加熱減少。當(dāng)焊接速度增大到40m/h時(shí)，由于焊縫的線能量明顯減少，熔深隨焊接速度增大而減小。圖14 焊接速

34、度對(duì)焊縫形狀的影響 焊接速度過(guò)快，電弧對(duì)焊件的加熱不足，使熔合比減小，還會(huì)造成咬邊、未焊透等缺陷； 焊接速度過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致熔化金屬流動(dòng)不暢，易造成焊縫波紋粗糙和夾渣，甚至燒穿焊件。 焊絲直徑：焊絲直徑主要影響熔深。在相同的焊接電流時(shí)，直徑較細(xì)的焊絲電流密度較大，形成的電弧吹力大，熔深大；焊絲越粗，允許使用的焊接電流越大，生產(chǎn)率越高。 焊絲直徑應(yīng)與焊接電流相匹配。若粗焊絲用小電流焊接，會(huì)造成電弧不穩(wěn)；若細(xì)焊絲用大電流焊接，容易形成“蘑菇形”焊縫，且熔池不穩(wěn)定，焊縫成形差。不同直徑焊絲適用的焊接電流焊接電流/A200-400350-600500-800700-1000800-1200焊絲直徑/mm2

35、3456 焊絲伸出長(zhǎng)度：在焊絲伸出長(zhǎng)度上存在一定的電阻。由于埋弧焊的焊接電流很大，在伸出焊絲上產(chǎn)生的電阻熱較大。焊絲受電阻熱的預(yù)熱，熔化速度增加。焊絲直徑越細(xì)、電阻率越大、伸出長(zhǎng)度越長(zhǎng)，預(yù)熱作用的影響就越大。因此，焊絲直徑小于3mm時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制伸出長(zhǎng)度；焊絲直徑較粗時(shí)，伸出長(zhǎng)度的影響較小，但應(yīng)控制在合適的范圍，伸出長(zhǎng)度應(yīng)為焊絲直徑的6-10倍。3、埋弧焊的常見(jiàn)缺陷及產(chǎn)生原因：缺陷名稱產(chǎn)生原因焊縫表面形成不良寬度不均勻1、焊接速度不均勻2、焊絲給送速度不均勻3、焊絲導(dǎo)電不良堆積高度過(guò)大電流太大、電壓過(guò)低焊縫金屬滿溢1、焊接速度過(guò)慢2、電壓過(guò)大氣 孔1、接頭未清理干凈2、焊劑潮濕3、焊劑中混有垃

36、圾4、焊劑覆蓋層厚度不當(dāng)或焊劑斗阻塞5、焊絲表面清理不夠6、電壓過(guò)高圖15 焊接時(shí)產(chǎn)生的流溢與咬邊缺陷名稱產(chǎn) 生 原 因 裂 縫1、焊件、焊絲、焊劑等材料配合不當(dāng)2、焊絲中碳、硫量較高3、焊接區(qū)冷卻速度過(guò)快而致熱影響區(qū)硬化4、焊接順序不合理5、焊件剛度大 燒 穿焊接參數(shù)及其它工藝因素配合不當(dāng) 咬 邊1、焊絲位置或角度不正確2、焊接參數(shù)不當(dāng) 未熔合1、焊絲未對(duì)準(zhǔn)2、焊縫局部彎曲過(guò)甚 未焊透1、焊接參數(shù)不當(dāng)（如電流過(guò)小、電壓過(guò)高）2、坡口不合適3、焊絲未對(duì)準(zhǔn)內(nèi)部夾渣多層焊時(shí)，層間清理不干凈第四節(jié)第四節(jié) 熔化極氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)電弧焊 一、概述一、概述 熔化極氣體保護(hù)電弧焊是焊區(qū)在保護(hù)氣體

37、的作用下，熔化的焊絲金屬與母材金屬混合而成的熔池在電弧熱源移走后結(jié)晶形成焊縫，從而把分離的母材通過(guò)冶金方式連接起來(lái)的方法。圖16 熔化極氣體保護(hù)焊示意圖 1焊絲盤 2送絲滾輪 3焊絲 4導(dǎo)電嘴 5保護(hù)氣體噴嘴 6保護(hù)氣體 7熔池 8焊縫金屬 9母材 10-電弧 熔化極氣體保護(hù)電弧焊的優(yōu)缺點(diǎn)： 與焊條電弧焊相比，其優(yōu)點(diǎn)有： 1、焊接效率高。由于是連續(xù)送絲，沒(méi)有更換焊條工序，焊道之間不需清渣，節(jié)省時(shí)間。 2、可以獲得含氫量更低的焊縫金屬。 3、在相同電流下，熔深比焊條電弧焊的大。 4、焊接厚板時(shí)，可以用較短的焊接電弧和較快的焊接速度，其焊接變形小。 5、煙霧少，可以減輕對(duì)通風(fēng)的要求。 與埋弧焊相比

38、，其優(yōu)點(diǎn)有： 1、明弧焊接，焊工可以觀察到電弧和熔池的狀態(tài)和行為。 2、可以進(jìn)行各種位置焊接，不像埋弧焊只能進(jìn)行平焊。 3、無(wú)需清渣，可以用更窄的坡口間隙，實(shí)現(xiàn)窄間隙焊接，節(jié)省填充金屬和提高生產(chǎn)率。 與焊條電弧焊相比，其缺點(diǎn)有： 1、受環(huán)境制約。為了確保焊接區(qū)獲得良好的氣體保護(hù)，在室外操作需要有防風(fēng)裝置。 2、半自動(dòng)焊槍比焊條電弧焊鉗操作性差，不輕便，操作靈活性差。 3、焊槍較復(fù)雜，對(duì)于狹小空間的接頭，焊槍不易接近。 熔化極氣體保護(hù)焊可用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鋁、銅及其合金的焊接，并具有效率高、應(yīng)用廣泛、操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 熔化極氣體保護(hù)焊方法的分類： 根據(jù)焊絲結(jié)構(gòu)，熔化極

39、氣體保護(hù)焊可分為實(shí)芯焊絲氣體保護(hù)焊和藥芯焊絲氣體保護(hù)焊； 根據(jù)保護(hù)氣體類型，熔化極氣體保護(hù)焊可分為CO2氣體保護(hù)焊、惰性氣體保護(hù)焊和混合氣體保護(hù)焊。 二、二、 COCO2 2氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 1、CO2氣體保護(hù)焊的冶金特點(diǎn)： 合金元素的氧化與脫氧：CO2氣體在電弧高溫下會(huì)發(fā)生分解，分解時(shí)放出的原子態(tài)氧活潑性強(qiáng)，易與合金元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，造成被焊工件的合金元素在焊接過(guò)程中燒損。 由于氧化作用而生成的FeO能大量熔于熔池金屬中，會(huì)使焊縫金屬產(chǎn)生夾渣等缺陷； 錳、硅等元素氧化生成SiO2、MnO，減少了焊縫中錳、硅等元素的含量，使焊縫金屬的力學(xué)性能降低； 碳同氧化合生成CO氣體會(huì)增大金屬飛濺，且

40、可能在焊縫金屬中產(chǎn)生氣孔，并導(dǎo)致碳的燒損，降低力學(xué)性能。 為此，要在焊絲中加入足夠數(shù)量的脫氧元素；脫氧元素和氧的親和力比鐵強(qiáng)；常用的脫氧元素有Al、Ti、Si、Mn等。 實(shí)踐證明，Si、Mn聯(lián)合脫氧時(shí)其效果最好。目前常用的H08Mn2SiA焊絲,就是采用Si、Mn聯(lián)合脫氧的焊絲。 焊縫金屬中的氣孔： a、焊絲中脫氧元素含量不足：當(dāng)焊絲中脫氧元素含量不足時(shí)，焊接過(guò)程中就會(huì)有較多的FeO熔于熔池金屬中，冷凝時(shí)就會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)： FeO + C Fe + CO，從而成為CO氣孔。 為了防止生成CO氣孔，對(duì)于焊絲的化學(xué)成分應(yīng)要求含碳量低和有足夠數(shù)量的脫氧元素，以避免焊接過(guò)程中Fe被大量氧化，以及FeO

41、和C在熔池中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。 b、氣體保護(hù)作用不良：在CO2氣體保護(hù)焊過(guò)程中，如果因工藝參數(shù)選擇不當(dāng)或CO2氣體純度不高，在電弧高溫作用下，空氣中的氮會(huì)溶到熔池金屬中。若液態(tài)金屬中的氮來(lái)不及逸出，常會(huì)在焊縫表面出現(xiàn)蜂窩狀氣孔，或以彌散形式的微氣孔分布于焊縫金屬中。 要避免氮?dú)饪椎漠a(chǎn)生，應(yīng)增強(qiáng)氣體的保護(hù)效果，且選用純度高的CO2氣體；此外，選用含有固氮元素（如Al、Ti）的焊絲，也有助于防止產(chǎn)生氮?dú)饪住?c、焊縫金屬溶解了過(guò)量的氫：如果焊絲及焊件表面有鐵銹、油污與水分，或CO2氣體中有水分，在電弧高溫作用下這些物質(zhì)會(huì)分解并產(chǎn)生氫，氫在高溫下易溶于熔池金屬中。若氫來(lái)不及從熔池中逸出，就會(huì)在焊縫中產(chǎn)生

42、氫氣孔。 為防止氫氣孔，在焊前應(yīng)對(duì)焊件及焊絲進(jìn)行清理，去除其表面上的鐵銹、油污與水分；此外，還可對(duì)CO2氣體進(jìn)行提純與干燥。 2、CO2氣體保護(hù)焊的飛濺： 與一般熔化極氣體保護(hù)焊相比，CO2焊一個(gè)非常重要的特點(diǎn)就是存在飛濺。金屬飛濺損失約占焊絲熔化金屬的10%左右，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)30-40%。在最佳情況下，飛濺損失可控制在2-4%范圍內(nèi)。 CO2氣體保護(hù)焊引起金屬飛濺的因素很多，如：冶金反應(yīng)中生成了CO氣體；作用在焊絲電極斑點(diǎn)上的壓力過(guò)大；不正常的熔滴過(guò)渡及焊接參數(shù)的選擇不當(dāng)?shù)?，均可引起飛濺。 減少飛濺的措施： 1、盡可能選用含碳量低的鋼焊絲，以減少焊接過(guò)程中生成CO氣體。當(dāng)焊絲中含碳量降低到0.

43、04%以下時(shí)，可大大減少飛濺； 2、采用管狀焊絲進(jìn)行焊接。管狀焊絲的藥芯中含有脫氧劑、穩(wěn)弧劑及造渣劑等，造成氣渣聯(lián)合保護(hù)，使焊接過(guò)程非常穩(wěn)定，飛濺可顯著減少； 3、在長(zhǎng)弧焊時(shí)采用CO2+Ar的混合氣體作保護(hù)氣。當(dāng)Ar的體積百分比在60%以上時(shí)，可明顯使過(guò)渡熔滴的尺寸變細(xì)，減少金屬飛濺； 4、選用直流反極性進(jìn)行焊接可減少飛濺。 CO2氣體對(duì)焊接區(qū)產(chǎn)生保護(hù)的原因： CO2氣體的密度較大，且受熱分解后體積將擴(kuò)大一半，故CO2氣體能有效排除焊接區(qū)的空氣，并把焊接區(qū)與空氣氛圍有效隔離起來(lái)，從而起到良好的保護(hù)作用。 CO2焊具有成本低、抗氫氣孔能力強(qiáng)、適合薄板焊接、可全位置焊等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛適用于低碳鋼和

44、低合金鋼等黑色金屬的焊接。對(duì)于焊接不銹鋼，因焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，影響抗晶間腐蝕性能，故使用較少；對(duì)于容易氧化的有色金屬如Cu、Al、Ti等，則不能應(yīng)用CO2焊。 3、CO2焊焊絲： CO2焊對(duì)焊絲的化學(xué)成分有特殊要求，如：焊絲必須含有足夠數(shù)量的脫氧元素；焊絲的含碳量應(yīng)低，一般應(yīng)在0.15%以下；應(yīng)保證焊縫金屬具有較好的力學(xué)性能和抗裂性能，等。 目前H08Mn2SiA焊絲是CO2焊中應(yīng)用最廣泛的一種焊絲，它具有較好的工藝性能、力學(xué)性能及抗熱裂紋能力。 4、 CO2焊焊接工藝舉例： 右圖的滑輪是由壁厚為3.4mm熱軋鋼制成的兩個(gè)相互匹配的構(gòu)件焊接而成，焊接接頭的基本要求是：在十分苛刻的條件下，給皮

45、帶輪一個(gè)堅(jiān)固的支撐。圖17 滑輪結(jié)構(gòu)示意圖 該滑輪以前是由16個(gè)各沿滑輪周向分布的直徑為9.5mm的點(diǎn)焊焊點(diǎn)連接而成（圖中的1、2）。但滑輪在焊前須經(jīng)酸洗等準(zhǔn)備工作，每個(gè)滑輪的焊接時(shí)間為1min。 采用CO2焊后，可降低對(duì)焊前清理的要求。焊接時(shí)沿兩個(gè)構(gòu)件之間的端接接頭周邊連續(xù)施焊，每個(gè)滑輪的焊接時(shí)間降為40s，生產(chǎn)率提高了50%（圖中的3）。接頭形式端接接頭坡口形式單面喇叭V形坡口焊絲1.1mm，H08Mn2SiA電流350-390A、直流反接電壓31-33V保護(hù)氣體CO2，流量9.4L/min送絲速度1524cm/min焊件回轉(zhuǎn)速度1.5轉(zhuǎn)/min滑輪CO2焊焊接工藝參數(shù) 三、惰性氣體保護(hù)焊

46、三、惰性氣體保護(hù)焊 熔化極惰性氣體保護(hù)焊是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為熔化電極，采用惰性氣體作為保護(hù)氣的電弧焊方法，簡(jiǎn)稱MIG焊。其特點(diǎn)為： 1、采用Ar、He或Ar+He作為保護(hù)氣體，幾乎可焊接所有金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金等有色金屬。對(duì)于低碳鋼和低合金鋼，使用惰性氣體作保護(hù)成本較高，一般不采用。 2、由于用焊絲做電極，可采用高密度電流，因而母材熔深大，填充金屬速度快，效率高。 3、可采用直流反接，焊接鋁及鋁合金時(shí)有良好的“陰極清理”氧化膜作用。 1、惰性保護(hù)氣體： Ar：密度為空氣的1.4倍，在平焊時(shí)能有效排除焊接區(qū)域的空氣。由于氬氣是惰性氣體，焊接過(guò)程中不與液態(tài)和固態(tài)金屬發(fā)生化學(xué)

47、冶金反應(yīng)，因此特別適合于活潑金屬的焊接。但氬氣不像還原性氣體或氧化性氣體那樣有脫氧或去氧的作用，所以對(duì)焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則會(huì)影響焊縫質(zhì)量。 氬氣的另一特點(diǎn)是熱導(dǎo)率小，又為單原子氣體，不消耗分解熱，故燃燒中的電弧熱損失小，電弧一旦引燃，燃燒就很穩(wěn)定，即使低電壓時(shí)亦如此。一般電弧電壓僅為8-15V。 He：密度約為空氣的1/7，仰焊時(shí)氦氣上浮有良好的保護(hù)效果。但平焊時(shí)，為維持適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)效果必須采用較大的氣體流量，氣體流量一般是純氬氣的2-3倍。由于純氦價(jià)格昂貴，單獨(dú)采用氦氣保護(hù)成本較高，故純氦保護(hù)應(yīng)用較少。 Ar+He：Ar和He按一定比例混合使用時(shí)，可獲得兼有兩者優(yōu)點(diǎn)的

48、混合氣體：電弧燃燒穩(wěn)定，溫度高，焊絲金屬熔化速度快，熔池金屬的流動(dòng)性好，焊縫成形好，致密度高。對(duì)于焊接鋁及其合金、銅及其合金等熱敏感性的高導(dǎo)熱材料尤為重要。 混合氣體保護(hù)焊可改善純氬保護(hù)焊時(shí)易出現(xiàn)的“指狀”熔深。圖18 Ar、He、Ar+He三種保護(hù)氣體的焊縫剖面形狀（直流反接） 2、焊絲：焊絲成分應(yīng)與母材相近，并應(yīng)具有良好的焊接工藝性和接頭性能。焊絲直徑一般為0.8-2.5mm，焊絲直徑越小，其表面積與體積的比值越大，焊絲加工過(guò)程中進(jìn)入焊絲表面上的拔絲劑、油或其它雜質(zhì)相對(duì)較多，容易導(dǎo)致氣孔、裂紋等缺陷，故焊絲使用前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的清理。 3、熔化極惰性氣體保護(hù)焊工藝： a、焊前準(zhǔn)備：與其它焊接

49、方法相比，熔化極惰性氣體保護(hù)焊對(duì)焊件和焊絲表面的污染物非常敏感，故焊前表面清理工作是焊前準(zhǔn)備中的重點(diǎn)。 常見(jiàn)的焊前清理方法有化學(xué)清理和機(jī)械清理。 化學(xué)清理：因材質(zhì)不同而異。 鋁及其合金表面的清理：先進(jìn)行脫脂處理去除表面的油污，然后用NaOH溶液進(jìn)行堿洗，再用 HNO3溶液進(jìn)行酸洗，以清除氧化膜，并使表面光滑。 機(jī)械清理：有打磨、刮削和噴砂等方法，用以清理焊件表面的氧化膜。 對(duì)于不銹鋼和高溫合金焊件，常用砂紙磨或拋光法將焊件接頭兩側(cè)30-50mm寬度內(nèi)的氧化膜清除掉。 對(duì)于鋁合金，由于材質(zhì)較軟，可用細(xì)鋼絲輪、鋼絲刷或刮刀將焊件接頭兩側(cè)一定范圍內(nèi)的氧化物除去。 b、工藝參數(shù)的選擇： 焊接電流：通常

50、是先根據(jù)工件的厚度選擇焊絲直徑，然后再確定焊接電流。若其它參數(shù)不變，焊接電流與送絲速度（或熔化速度）有如下關(guān)系：圖19 碳鋼焊絲的焊接電流與送絲速度的關(guān)系材 料焊絲直徑/mm臨界電流/A低碳鋼0.800.901.201.60150165220275不銹鋼0.901.201.60170225285鋁0.801.201.6095135180不同材料和不同直徑焊絲的臨界電流參考值 焊接速度：焊速較小時(shí)，單位長(zhǎng)度上填充金屬的熔敷量增加，熔池體積增大；隨著焊速的提高，熔深和熔寬均減??；焊接速度過(guò)高，單位長(zhǎng)度上電弧傳給母材的熱量顯著降低，母材的熔化速度減慢。 焊絲伸出長(zhǎng)度：焊絲的伸出長(zhǎng)度越長(zhǎng)，焊絲的電阻熱

51、越大，熔化速度越快；焊絲的伸出長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成熔敷過(guò)多的焊縫金屬，使焊縫成形不良，電弧不穩(wěn)定；焊絲伸出長(zhǎng)度過(guò)短，電弧易燒導(dǎo)電嘴，且金屬飛濺易堵塞噴嘴。焊絲的伸出長(zhǎng)度一般為13mm左右。 焊絲位置：焊絲軸線相對(duì)于焊縫中心線的角度和位置會(huì)影響焊道的形狀和熔深。焊絲軸線與基準(zhǔn)線垂線的夾角稱為行走角。圖20 焊絲的行走角 當(dāng)其它條件不變，焊絲由垂直位置變?yōu)楹髢A焊法時(shí)，熔深增加，而焊道變窄且余高增大，電弧穩(wěn)定，飛濺小。行走角為25的后傾焊法?？色@得最大的熔深。圖21 焊絲方位對(duì)焊縫形狀的影響a、后傾焊 b、焊絲垂直 c、前傾焊 氣體流量：氣體流量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成紊流。若惰性氣體對(duì)熔池保護(hù)不良，焊縫表面

52、易起皺紋。通常噴嘴孔徑為20mm左右，氣體流量為30-60L/min。 四、混合氣體保護(hù)焊四、混合氣體保護(hù)焊 熔化極混合氣體保護(hù)焊是在惰性氣體Ar中加入一定量的活性氣體（如O2、CO2等）作為保護(hù)氣體的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊方法，簡(jiǎn)稱MAG焊。 MAG焊可用于各種位置的焊接，尤其適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬材料的焊接。 采用活性混合氣體作為保護(hù)氣體具有以下作用： 1、提高熔滴過(guò)渡的穩(wěn)定性； 2、穩(wěn)定陰極斑點(diǎn)，提高電弧燃燒的穩(wěn)定性； 3、改善焊縫熔深形狀及外觀形狀； 4、增大電弧的熱功率； 5、控制焊縫的冶金質(zhì)量，減少焊接缺陷； 6、降低焊接成本。 Ar+O2: Ar中加入O2的活性氣

53、體可用于焊接碳鋼、不銹鋼等高合金和高強(qiáng)鋼的焊接。其優(yōu)點(diǎn)是克服了純Ar保護(hù)焊接不銹鋼時(shí)存在的液體金屬粘度大、表面張力大而易產(chǎn)生氣孔，焊縫金屬潤(rùn)濕性差而易引起咬邊，陰極斑點(diǎn)漂移而產(chǎn)生電弧不穩(wěn)等問(wèn)題。 焊接不銹鋼等高合金鋼及強(qiáng)度級(jí)別較高的高強(qiáng)鋼時(shí)，O2的體積百分比應(yīng)在1-5%；用于焊接碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼時(shí)，Ar中加入O2的含量可達(dá)25%。 Ar+CO2:常用于焊接低碳鋼和低合金鋼。常用的體積混合比為80%Ar+20%CO2。它既具有Ar弧電弧穩(wěn)定、飛濺小、容易獲得軸向噴射過(guò)渡的優(yōu)點(diǎn)，又具有氧化性；它克服了Ar焊接時(shí)表面張力大、液態(tài)金屬粘稠、陰極斑點(diǎn)易漂移等問(wèn)題，同時(shí)對(duì)焊縫蘑菇形熔深有所改善?；旌蠚怏w

54、中隨著CO2含量的增大，氧化性也增大，為獲得較高韌性的焊縫金屬，應(yīng)配用含脫氧元素成分較高的焊絲。 Ar+CO2+O2:用80%Ar+15%CO2+5%O2混合氣體（體積比）焊接低碳鋼、低合金鋼時(shí)，無(wú)論焊縫成形、接頭質(zhì)量及金屬熔滴過(guò)渡和電弧穩(wěn)定性方面都比上述兩種混合氣體要好。圖22 用三種不同氣體焊接時(shí)焊縫剖面形狀 五、藥芯焊絲五、藥芯焊絲COCO2 2氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊的基本原理與普通CO2焊一樣，是以可熔化的藥芯焊絲作為電極（通常接正極），焊件作為另一極。采用CO2或Ar+CO2混合氣體作保護(hù)氣體。區(qū)別：焊絲內(nèi)部有焊劑混合物，焊接時(shí)熔化狀態(tài)的焊劑材料、焊絲金屬、焊

55、件金屬和保護(hù)氣體相互之間發(fā)生冶金作用，同時(shí)形成一層較薄的液態(tài)熔渣包覆熔滴并覆蓋熔池，對(duì)熔化金屬形成保護(hù)。 由于藥芯焊絲在熔化后將形成熔渣保護(hù)，故藥芯焊絲電弧焊是一種氣渣聯(lián)合保護(hù)形式。圖23 藥芯焊絲氣體保護(hù)焊示意圖1、導(dǎo)電嘴 2、噴嘴 3、藥芯焊絲 4、CO2氣體 5、電弧 6、熔渣 7、焊縫 8、熔池 藥芯焊絲CO2氣體保護(hù)焊綜合了焊條電弧焊和普通熔化極氣體保護(hù)焊的主要優(yōu)點(diǎn)： 1、采用氣渣聯(lián)合保護(hù)，電弧穩(wěn)定，飛濺少且顆粒細(xì)，容易清理；熔池表面覆有熔渣，焊縫成形美觀； 2、焊絲熔敷速度快，熔敷效率為85-90%，生產(chǎn)率為焊條電弧焊的3-5倍； 3、焊接各種鋼材的適應(yīng)性強(qiáng)，通過(guò)調(diào)整焊劑的成分與比

56、例，可提供所要求的焊縫金屬化學(xué)成分。 O形 梅花形 T形 E形 中間填絲形圖24 藥芯焊絲的橫截面形狀藥芯焊絲按生產(chǎn)工藝分為有縫和無(wú)縫兩種。有縫藥芯焊絲由低碳冷扎薄鋼帶（需光亮退火）經(jīng)縱向折疊、加粉（即藥芯）、拉拔而成。有縫藥芯焊絲又分為O形、梅花形、T形 、E形和中間填絲形等。 直徑較小的焊絲（d2.4mm）由于制造較困難，大多采用O形截面。O形斷面的焊絲，由于中部的藥芯不導(dǎo)電，電弧易沿四周的鋼皮旋轉(zhuǎn)，電弧穩(wěn)定性較差。 直徑d2.4mm的焊絲，多采用O形以外的復(fù)雜斷面。復(fù)雜截面的焊絲由于芯部也能導(dǎo)電，電弧燃燒相對(duì)穩(wěn)定，藥芯滯后于鋼皮熔化的程度減少，冶金反應(yīng)更充分。 無(wú)縫藥芯焊絲一般用延展性好

57、的鋼管作為外周的導(dǎo)電材料，多為O形截面結(jié)構(gòu)。其制造工藝為：焊劑燒結(jié)焊劑充填粗拔減徑退火精拔渡銅。 焊絲表面渡銅的目的是提高焊絲的導(dǎo)電可靠性和表面防銹能力。第五節(jié)第五節(jié) 鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊 一、概述一、概述 鎢極氬弧焊是以難熔金屬鎢或其合金作為電源一極，采用惰性氣體氬作為保護(hù)氣體，利用鎢極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱作為熱源，加熱并熔化工件和填充金屬的一種電弧焊方法。圖25 鎢極氬弧焊示意圖1-電纜 2-保護(hù)氣導(dǎo)管 3-鎢極 4-保護(hù)氣體 5-熔池 6-焊縫 7-工件 8-填充焊絲 9-噴嘴 鎢極氬弧焊的特點(diǎn)： 優(yōu) 點(diǎn)： 1、能焊接除熔點(diǎn)非常低的鉛、錫以外的絕大多數(shù)金屬和合金； 2、能焊接化學(xué)活潑性

58、強(qiáng)和形成高熔點(diǎn)氧化膜的鋁、鎂及其合金； 3、焊接時(shí)無(wú)飛濺，且免去了焊后去渣工序； 4、某些場(chǎng)合可不加填充金屬； 5、能全位置焊接和薄板焊接； 6、能脈沖焊接，減少熱輸入； 7、明弧，能觀察到電弧及熔池。缺 點(diǎn)：1、焊接速度低；2、熔敷率?。?、需要采用防風(fēng)措施；4、焊縫金屬易受鎢的污染；5、消耗氬氣，成本較高。 電弧穩(wěn)定性較好氬的熱導(dǎo)率較低，電弧引燃后熱損失較小，容易保持弧柱溫度，可在較低的電弧電壓下維持燃燒。 引弧特性較差由于氬的電離電勢(shì)較高，引燃電弧需要更多的能量。 鎢極氬弧焊由于具有良好的電弧穩(wěn)定性和保護(hù)性能，可廣泛應(yīng)用于有色金屬及其合金、不銹鋼、高溫合金和難熔活性金屬的焊接。特別適合于

59、不開(kāi)坡口、不加填充金屬的薄板及全位置焊接。 對(duì)于低熔點(diǎn)和易揮發(fā)金屬（如鉛、錫、鋅），由于其熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于電弧溫度，難以控制焊接過(guò)程，故常不用鎢極氬弧焊進(jìn)行焊接。 從鎢極氬弧焊所焊板材的厚度看，由于承載能力的限制，其能夠焊接的最大板厚為6mm左右的工件，一般只適宜于焊接薄板，其可以焊接的最小板厚為0.1mm；或用于工件的打底焊。 一般地，手工鎢極氬弧焊適合于焊接形狀復(fù)雜的焊件、難以接近的部位或間斷短焊縫；自動(dòng)鎢極氬弧焊適宜于焊接有規(guī)則的長(zhǎng)焊縫如縱縫、環(huán)縫或曲線焊縫。 鎢極氬弧焊的焊槍分兩類： 空氣自冷式焊槍主要用于小電流焊接（100A）； 水冷式焊槍主要用于大電流焊接 （100A），結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

60、由于純鎢在發(fā)射電子時(shí)，其逸出功較高，同時(shí)，當(dāng)長(zhǎng)期使用大電流焊接時(shí)，純鎢的電流承載能力和抗損耗能力不夠，燒損明顯。因此，在純鎢中常加入一些可以降低逸出功的元素（如釷、鈰、鋯、鑭或其氧化物），可明顯提高電極發(fā)射電子的能力，改善電極的使用性能。 目前鎢極氬弧焊廣泛使用的是含有1%3%氧化釷（ThO2）的釷鎢棒和2%左右氧化鈰（CeO）的鈰鎢棒。 釷是放射性元素，有害健康，故目前多用鈰鎢棒。 二、鎢極氬弧焊的電流種類和極性二、鎢極氬弧焊的電流種類和極性 鎢極氬弧焊有三種焊接電源直流、交流和脈沖電流。直流電源分正極性和反極性兩種。鋁、鎂及其合金的焊接常采用交流電源，其它金屬常采用直流正極性。 1、直流正