焊接基礎知識概述和分析課件

1、焊接基礎知識概述和分析課件一、焊接概述 焊接在現代工業(yè)生產中具有十分重要地作用，在制造大型結構或復雜地機器部件時，更顯優(yōu)越，因為它可以用化大為小，化復雜為簡單地方法準備坯料，然后用逐次裝配焊接地方法拼小成大，這是其他工藝方法難以做到的。水冷壁焊接汽車制造動車組制造現場造船行業(yè)的自動化焊接水下焊接（二）焊接利用加熱或加壓或二者并用的方法，將兩種或兩種以上的同種或異種材料，通過原子或分子之間的結合和擴散連接成一體的工藝過程。（三）焊接特點優(yōu)點：（1）節(jié)省材料，減輕質量，生產成本低；（2）簡化復雜零件和大型零件的加工工藝，縮短加工周期；（3）適應性好；可實現特殊結構的生產及不同材料間的連接成型；（4

2、）整體性好，具有良好的氣密性、水密性；（5）降低勞動強度，改善勞動條件。不足： 結構無可拆性。 焊接時局部加熱，焊接接頭的組織和性能與母材相比發(fā)生變化，產生焊接殘余應力和焊接變形。 焊接缺陷的隱蔽性，易導致焊接結構的意外破壞。（四）焊接應用概述 應用： （1）制造金屬結構件，承壓設備； （2）制造機器零件和工具； （3）修復。 焊接在承壓類特種設備制造中也占有重要的地位。焊接質量對承壓類特種設備的產品質量和使用安全可靠性有直接影響。許多承壓類特種設備事故源于焊接缺陷，因此，對承壓類特種設備無損檢測人員來說，掌握焊接知識是非常必要的。（五）焊接分類（1）熔化焊 將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊

3、接方法稱為熔焊。 （2）壓力焊 焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或加熱），以完成焊接的方法稱為壓力焊。 （3）釬焊 釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材金屬熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材溶化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。（1）按空間位置不同分按焊縫的空間位置不同可分為：、平焊：水平面的焊接。、立焊：垂直平面，垂直方向上的焊接。、橫焊：垂直平面，水平方向上的焊接。、仰焊：倒懸平面，水平方向上的焊接。1、平焊平焊：手工平焊影像明顯可見的均勻分布的焊條運行波紋，成形較規(guī)正，其波紋圖形如同水的波紋一樣 。2、立焊立焊

4、：手工立焊影像明顯可見魚鱗狀三角波紋，有時呈三角溝槽，成形較規(guī)正。3、橫焊橫焊：手工橫焊影像明顯可見焊道與焊道之間的溝槽，橫焊時，焊條不上下擺動，故無運條的波紋。 1、熔焊原理及過程 熔焊的本質及特點：熔化焊的本質是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結晶的過程。熔池存在時間短，溫度高；冶金過程進行不充分，氧化嚴重；熱影響區(qū)大。冷卻速度快，結晶后易生成粗大的柱狀晶。2、熔化焊的三要素 熱源 能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束和激光。熔池的保護 可用渣保護、氣保護和渣-氣聯合保護。以防止氧化，并進行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素

5、。填充金屬 保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達到力學性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。3、承壓類特種設備常用的焊接方法手工電弧焊埋弧自動焊氬弧焊二氧化碳氣體保護焊等離子弧焊電渣焊（1）手工電弧焊手工電弧焊是利用焊條與工件之間的電弧熱，將焊條和部分工件熔化而形成焊縫的焊接方法電弧區(qū)域熱量分布：陽極區(qū) 43，弧柱區(qū)21，陰極區(qū)36手工電弧焊的特點手工電弧焊具有設備簡單，操作靈活，成本低等優(yōu)點，且焊接性好，對焊接接頭的裝配尺寸無特殊要求，可在各種條件下進行各種位置的焊接，適于多種鋼材和有色金屬等是生產中應用最廣的焊接方法。手工電弧焊時有強烈弧光和煙塵污染，焊接質量不夠穩(wěn)定，焊縫短而不

6、連續(xù)，焊縫寬度不均，勞動條件差，勞動強度大，生產率低，對工人技術水平要求較高。手工電弧焊設備1.手工電弧焊電源基本要求 手工電弧焊電源應具有適當的空載電壓和較高的引弧電壓，以利于引弧，保證安全；當電弧穩(wěn)定燃燒時，焊接電流增大，電弧電壓應急劇下降；還應保證焊條與焊件短路時，短路電流不應太大；同時焊接電流應能靈活調節(jié)，以適應不同的焊件及焊條的要求。2.電源的種類 常用的手工弧焊電源根據輸出電流類型分為直流電焊機和交流電焊機 手工電弧焊2.電源種類 （1）交流弧焊機 它是一種特殊的降壓變壓器，具有結構簡單、噪聲小、成本低，效率高，使用和維護方便等優(yōu)點，是手工電弧焊中應用最廣泛的一種供電設備。但是需注

7、意：交流弧焊機電弧穩(wěn)定性較差。（2）直流弧焊機 1）旋轉式直流電焊機：由一臺三相感應電動機和一臺直流弧焊發(fā)電機組成。焊接電流可在較大范圍內均勻調節(jié)以滿足焊接工藝的要求。2）硅整流式直流電焊機:多采用硅整流元件，與旋轉式直流電焊機相比具有噪聲小，效率高，用料少，成本低等優(yōu)點，正逐步代替旋轉式直流電焊機手工電弧焊直流電焊機的特點是直流電弧燃燒穩(wěn)定，所以用小電流焊接時常選用。在焊接合金鋼、不銹鋼等材質工件時，也常選用直流電源。 直流電源根據接工件電極的不同，分為正接和反接兩種接法。直流正接是指工件接正極，焊條接負極（厚板、酸性焊條）。直流反接是指工件接負極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和

8、鋁合金）。 正接和反接時，焊接電弧的形狀不一樣。顯然，只有采用直流焊接電源時，才有正接和反接兩種接線法，交流焊接電源由于正、負極在不斷地交替，所以不存在極性問題。焊件極性的選擇原則： 1、焊條電弧焊使用堿性低氫焊條時，一律采用反接。若采用正接，則電弧燃燒不穩(wěn)定電弧聲音很暴燥，發(fā)出強烈的嘶嘶聲飛濺很大，并且極容易產生氣孔。使用酸性焊條時，極性對電弧的穩(wěn)定燃燒影響不大。 同樣道理，埋弧焊若使用直流電源施焊時，一般也采用反接。 2、鎢極氬弧焊焊接鋼、黃銅時，一律采用正接。因為陰極的發(fā)熱量遠小于陽極，所以用直流正接電源時，鎢極接負極，發(fā)熱量小，不易過熱，鎢極壽命長，同樣直徑的鎢極可以采用較大的焊接電流

9、。同時正接時，焊件為陽極發(fā)熱量大，因此熔深大，生產率高。三.焊條焊條的組成焊芯作為電極，傳導焊接電流，產生電弧作為填充金屬，與熔化的母材金屬共同組成焊縫金屬添加合金元素 藥皮改善焊接工藝性能易于引弧和再引弧，穩(wěn)弧性好，減少飛濺，使焊縫成形美觀；機械保護作用氣保護和渣保護冶金處理作用去除有害雜質（如等），添加有益元素 焊芯中各合金元素對焊接的影響1)碳(C) 碳是鋼中的主要合金元素，當含碳量增加時，鋼的強度、硬度明顯提高，而塑性降低。在焊接過程中，碳起到一定的脫氧作用，在電弧高溫作用下與氧發(fā)生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳氣體，將電弧區(qū)和熔池周圍空氣排除，防止空氣中的氧、氮有害氣體對熔池產生的

10、不良影響，減少焊縫金屬中氧和氮的含量。若含碳量過高，還原作用劇烈，會引起較大的飛濺和氣孔。考慮到碳對鋼的淬硬性及其對裂紋敏感性增加的影響，低碳鋼焊芯的含碳量一般0. 1。2)錳(Mn)錳在鋼中是一種較好的合金劑，隨著錳含量的增加，其強度和韌性會有所提高。在焊接過程中，錳也是一種較好的脫氧劑，能減少焊縫中氧的含量。錳與硫化合形成硫化錳浮于熔渣中，從而減少焊縫熱裂紋傾向。因此一般碳素結構鋼焊芯的含錳量為0. 300. 55，焊接某些特殊用途的鋼絲，其含錳量高達1 70一2. 10。3)硅(Si )硅也是一種較好的合金劑，在鋼中加入適量的硅能提高鋼的屈服強度、彈性及抗酸性能；若含量過高，則降低塑性和

11、韌性。在焊接過程中，硅也具有較好的脫氧能力，與氧形成二氧化硅，但它會提高渣的粘度，易促進非金屬夾雜物生成。4)鉻(Cr）鉻能夠提高鋼的硬度、耐磨性和耐腐蝕性。對于低碳鋼來說，鉻便是一種偶然的雜質。鉻的主要冶金特征是易于急劇氧化，形成難熔的氧化物三氧化二鉻(Cr203)，從而增加了焊縫金屬夾雜物的可能性。三氧化二鉻過渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流動性降低。5)鎳(NO鎳對鋼的韌性有比較顯著的效果，一般低溫沖擊值要求較高時，適當摻入一些鎳。6)硫（S）硫是一種有害雜質，隨著硫含量的增加，將增大焊縫的熱裂紋傾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0. 04。在焊接重要結構時，硫含量不得大于0. 03。7)

12、磷 (P) 磷是一種有害雜質，隨著含量的增加，將增大焊縫的冷裂紋傾向。1、焊條的分類 (1)焊條按熔渣的化學性質分為兩大類 酸性焊條 溶渣呈酸性(熔渣堿度)，藥皮中含大量SiO2、TiO2、FeO 、MnO等酸性氧化物。優(yōu)點：焊條工藝性能良好，成形美觀，特別是對銹、油、水分等的敏感度不大，抗氣孔能力強。缺點:焊縫金屬的力學性能，特別是沖擊韌性較低，抗裂性較差。 堿性焊條 熔渣呈堿性(熔渣堿度) ，藥皮的主要成分為CaCO3、CaF2、CaSiO3和MgCO3等堿性氧化物。 優(yōu)點：抗裂性能好，特別是沖擊韌度較高。承壓類特種設備制造中廣泛使用堿性焊條缺點：對銹、油、水分較敏感，容易產生氣孔缺陷，電

13、弧穩(wěn)定性差，脫渣性不好，發(fā)塵量大。2)焊條按用途可分為十一大類 碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。按照焊條藥皮的主要化學成分來分類，可以將電焊條分為：氧化鈦型焊條、氧化鈦鈣型焊條、鈦鐵礦型焊條、氧化鐵型焊條、纖維素型焊條（分為高纖維素鈉型（采用直流反接）、高纖維素鉀型兩類 ）、低氫型焊條（分為低氫鈉型、低氫鉀型和鐵粉低氫型等 ）、石墨型焊條及鹽基型焊條。 按性能分類的焊條，都是根據其特殊使用性能而制造的專用焊條，如超低氫焊條、低塵低毒焊條、立向下焊條、躺焊焊條、打底層焊條、高效鐵

14、粉焊條、防潮焊條、水下焊條、重力焊條等。 5.焊條型號 由國家標準分別規(guī)定各類焊條的型號編制方法。如標準規(guī)定碳鋼焊條型號為“E”， 其中，字母“E”表示焊條； 前二位數字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值； 第三位數字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊條適用于全位置（平焊、立焊、橫焊、仰焊）焊接，“2”為平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊； 第三位和第四位數字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。 在第四位數字后附加R表示耐吸潮焊條；附加M表示耐吸潮和力學性能有特殊規(guī)定的焊條；附加-1表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條。 6.焊條的選用 （1）按強度等級和化學成分選用 焊接異種結構鋼時，按強度等級低的

15、鋼種選用焊條。 焊接一般結構，如低碳鋼、低合金鋼結構件時，一般選與焊件強度等級相同的焊條，而不考慮化學成分相同或相近。 焊接特殊性能鋼種，如不銹鋼、耐熱鋼時，應選用與焊件化學成分相同或相近的特種焊條。 焊件碳、硫、磷質量分數較大時，應選用堿性焊條。 焊接鑄造碳鋼或合金鋼時，因為碳和合金元素的質量分數較高，而且多數鑄件厚度、剛度較大，形狀復雜，故一般選用堿性焊條。（2）按焊件的工況條件選用焊條 焊接承受動載、交變載荷及沖擊載荷的結構件時，應選用堿性焊條。 焊接承受靜載的結構件時，應選用酸性焊條。 焊接表面帶有油、銹、污等難以清理的結構件時，應選用酸性焊條。 焊接在特殊條件，如在腐蝕介質、高溫等條

16、件下工作的結構件時，應選用特殊用途焊條。（3）按焊件形狀、剛度及焊接位置選用焊條 厚度、剛度大、形狀復雜的結構件，應選用堿性焊條。 厚度、剛度不大，形狀一般，尤其是均可采用平焊結構件，應選用適當的酸性焊條。 除平焊外，立焊、橫焊、仰焊等焊接位置的結構件應選用全位置焊條。異種鋼焊接時焊條選用要點：強度級別不同的碳鋼+低合金鋼（或低合金鋼+低合金高強鋼）一般要求焊縫金屬或接頭的強度不低于兩種被焊金屬的最低強度，選用的焊條熔敷金屬的強度應能保證焊縫及接頭的強度不低于強度較低側母材的強度，同時焊縫金屬的塑性和沖擊韌性應不低于強度較高而塑性較差側母材的性能。因此，可按兩者之中強度級別較低的鋼材選用焊條。

17、但是，為了防止焊接裂紋，應按強度級別較高、焊接性較差的鋼種確定焊接工藝，包括焊接規(guī)范、預熱溫度及焊后熱處理等。低合金鋼+奧氏體不銹鋼應按照對熔敷金屬化學成分限定的數值來選用焊條，一般選用鉻和鎳含量較高的、塑性和抗裂性較好的Cr25-Ni13型奧氏體鋼焊條，以避免因產生脆性淬硬組織而導致的裂紋。但應按焊接性較差的不銹鋼確定焊接工藝及規(guī)范。不銹復合鋼板應考慮對基層、復層、過渡層的焊接要求選用三種不同性能的焊條。對基層（碳鋼或低合金鋼）的焊接，選用相應強度等級的結構鋼焊條；復層直接與腐蝕介質接觸，應選用相應成分的奧氏體不銹鋼焊條。關鍵是過渡層（即復層與基層交界面）的焊接，必須考慮基體材料的稀釋作用，

18、應選用鉻和鎳含量較高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奧氏體鋼焊條。 四、手工電弧焊焊接工藝規(guī)范 焊接規(guī)范是影響焊接質量和焊接生產率的各個焊接工藝參數的總稱。手工電弧焊時，焊接規(guī)范主要包括焊接電流、電弧電壓、焊條種類和直徑、焊機種類和極性、焊接速度、焊接層數等。 其中焊接電流主要影響焊縫的熔深，電弧電壓主要影響焊縫的熔化寬度。四、埋弧焊1.定義 埋弧自動焊是利用專門的機械設備自動完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進焊條以及移動電弧等焊接動作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。2.焊接過程 如下圖所示，埋弧焊的焊接過程可概括為：自動送絲；引??；焊劑自動下料；焊機勻速運動；電弧在焊劑下燃燒埋弧自動

19、焊接過程（焊縫剖面圖）焊絲與焊劑焊接材料焊 劑焊 絲熔 煉焊 劑陶 瓷焊 劑相當于焊 芯相當于藥 皮 熔煉焊劑：在熔煉爐中制備，成分均勻，適于大量生產； 陶瓷焊劑：利用粉末冶金工藝制備，顆粒強度低。優(yōu)點： 1、焊接質量高且穩(wěn)定； 2、熔深大，節(jié)省焊接材料； 3、無弧光，無金屬飛濺，焊接煙霧少； 4、自動化操作，生產效率高。 5、在有風的環(huán)境中焊接時，埋弧焊的保護效果勝過其它焊接方法 缺點： 1、設備昂貴，工藝復雜，主要適用于水平位置、長的直線焊縫和圓筒形工件的縱、環(huán)焊縫的批量生產。 2、不適合焊接薄板 3、難以用來焊接鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金 4、不能直接觀察電弧和坡口的對中，容易焊偏

20、埋弧自動焊的特點埋弧焊的焊前準備 板厚小于14mm時，可不開坡口； 板厚為1422mm時，應開Y型坡口； 板厚為2250mm時，可開雙Y型或U型坡口。 Y型和雙Y型坡口的角度為5060。焊縫間隙應均勻，焊直縫時，應安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進入工件焊縫之中平板對接焊 一般采用雙面焊，可不留間隙直接進行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產率，也可采用水冷銅成型底板進行單面焊雙面成型。環(huán)焊縫 焊接環(huán)焊縫時，焊絲起弧點應與環(huán)的中心線偏離一距離e，以防止熔池金屬的流淌。一般偏離距離為20 40mm，直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動焊

21、。四、氣體保護電弧焊用外加氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡稱氣體保護焊。 （一） 氬弧焊 定義：氬弧焊是使用氬氣作為保護氣體的氣體保護焊。 根據電極是否熔化分為不熔化極氬弧焊（鎢極氬弧焊）和熔化極氬弧焊注：氬氣氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學反應，因此，氬氣是一種理想的保護氣體。由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。氬弧焊一般要求氬氣純度達99.9%，我國生產的工業(yè)純氬，其純度可達99.9%，完全合乎氬弧焊的要求。氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準備工作要求嚴格，否則就會影響焊縫質量。氣體保護電弧焊鎢極氬弧焊 以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔

22、點高，發(fā)射電子能力強，陰極產熱少，鎢極壽命長的特點，形成不熔化極氬弧焊。氣體保護電弧焊特點鎢極不熔化適用于焊接厚度為6mm以下的薄板或打底焊一般不采用直流反接 焊接鋁、鎂及其合金時，則采用交流電源或直流反接 熔深淺，生產率低 氣體保護電弧焊熔化極氬弧焊以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負極），焊絲熔滴通常呈很細顆粒的“噴射過渡”進入熔池，所用電流比較大，生產率高。板厚8mm以上的鋁容器。為使電弧穩(wěn)定，熔化極氬弧焊通常采用直流反接，這對于焊鋁工件正好有“陰極破碎”作用。熔化極氬弧焊特點幾乎可焊接所有金屬，尤其適合鋁、銅及其合金以及不銹鋼等材料焊接時幾乎沒有氧化燒損，只有少量的蒸發(fā)損失，冶金

23、過程比較簡單勞動生產率高MIG焊可直流反接，焊接鋁、鎂等金屬時有良好的陰極霧化作用成本比TIG焊低有可能取代TIG焊MIG焊焊接鋁及鋁合金時，可以采取亞射流熔滴過渡方式提高接頭質量對焊絲及母材表面的油污、鐵銹等較為敏感，容易產生氣孔氣體保護電弧焊氬弧焊的特點及應用可焊接各種鋼材、有色金屬和合金，焊接質量優(yōu)良。可全位置自動焊接。焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形電弧穩(wěn)定，焊縫致密，成型美觀。氬氣貴，設備復雜，焊接成本高。 氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接,如鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼、不銹鋼等。適用于單面焊雙面成形，如打底焊和管子焊接；鎢極氬弧焊還適用于薄板焊接。(二)CO2氣體保護焊1.

24、定義：利用CO2作為保護氣體的氣體保護焊，簡稱CO2焊。 CO2氣體 CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。(二)CO2氣體保護焊CO2氣體保護焊示意圖氣體保護電弧焊CO2焊時的飛濺 CO2+Fe = FeO+CO FeO進入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應： FeO+C = Fe+CO 生成的CO在熔池和熔滴內體積急劇膨脹而爆破，導致飛濺。防止飛濺的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進行脫氧，合金化。采用短路過渡和細顆粒過渡。為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。采用藥芯焊絲氣體保護電弧焊2.二氧化碳焊特點焊接成本低；焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形，焊接質量好；電流密度大，生產效率高； 操作性能好，適于全位置焊接；焊后不用清渣，又是明弧，便于監(jiān)視和控制；采用大電流時，飛濺大，煙霧多；電弧氣氛具有較強的氧化性，需采取含有脫氧劑的 焊絲。 CO2焊成本低，生產率高，焊縫質量較好，主要用于低碳鋼和低合金結構鋼焊接，適用于各種厚度。應用CO2氣體保