焊接基礎(chǔ)知識培訓(xùn)

1、焊接基礎(chǔ)知識培訓(xùn)焊接基礎(chǔ)知識培訓(xùn)17/18焊接基礎(chǔ)知識培訓(xùn)金屬材料知識介紹0版本號版本說明編制人審核人批準人發(fā)布日期目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc362254182 1焊接基礎(chǔ)知識.3 HYPERLINK l _Toc362254183 1.1焊接方法分類.3 HYPERLINK l _Toc362254184 1.2 焊接電弧 .3 HYPERLINK l _Toc362254186 1.3焊條的組成和作用.4 HYPERLINK l _Toc362254187 1.4焊條的分類 .4 HYPERLINK l _Toc362254188 2.幾種常見的

2、焊接方法. 5 HYPERLINK l _Toc362254189 3. 金屬材料的焊接性能 .6 HYPERLINK l _Toc362254190 3.1焊接性能. .6 HYPERLINK l _Toc362254191 3.2影響焊接接頭性能的因素.7 HYPERLINK l _Toc362254192 3.3不同鋼材的焊接性能分析. 7 HYPERLINK l _Toc362254193 3.4焊接接頭的缺陷及防止措施.6 HYPERLINK l _Toc362254199 4焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計.10 HYPERLINK l _Toc362254200 4.1 焊接結(jié)構(gòu)材料選擇10 HYP

3、ERLINK l _Toc362254201 4.2 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性.10 HYPERLINK l _Toc362254202 5 焊接接口的形式和坡口12 HYPERLINK l _Toc362254203 5.1接口形式.125.2 坡口形式的選擇 .131.焊接的基本知識1.1 焊接方法分類 定義：利用原子間的擴散及結(jié)合，使分別的金屬材料堅固地連接起來，成為一個整體的過程。等離子弧焊氣體愛護焊手工電弧焊氣 焊釬 焊 原子之間的擴散及結(jié)合，通常采納加熱, 加壓或兩者并用?？梢杂锰畛洳牧希ɑ虿挥茫?將金屬加熱到熔化狀態(tài)。埋弧焊焊接方法分類：電弧焊熔化焊電渣焊電子束焊基本焊接方法壓力焊激光

4、焊1）熔焊: 將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊。 2）壓焊: 焊接過程中，必需對焊件施加壓力（加壓或加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。3）釬焊: 釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采納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，填充接頭間隙并及母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。 1.2. 焊接電弧 由焊接電源供應(yīng), 具有肯定電壓的兩極間或電極及母材間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的劇烈而長久放電現(xiàn)象稱為焊接電弧。電弧燃燒后，弧柱中充溢了高溫電離氣體， 放出大量的熱能和劇烈的光。焊接電弧由陰極區(qū), 陽極區(qū)和弧柱三部分組成。如圖1-1所示

5、。陰極區(qū)是電弧緊靠負電極的區(qū)域， 陰極區(qū)很窄，約為0.1um-0.01um，溫度約為2400K。陽極區(qū)是指電弧緊靠正電極的區(qū)域，陽極區(qū)較陰極區(qū)寬，約為10um-1um，溫度約為2600K。電弧陽極區(qū)和陰極區(qū)之間的部分稱為弧柱，弧柱區(qū)溫度最高，可達6000K-8000K。焊接電弧兩端間（指電極端頭和熔池表面間）的最短距離稱為弧長。1.3 . 焊條的組成和作用 定義：焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。 焊芯在焊接過程中既是導(dǎo)電的電極，同時本身又溶化作為填充金屬，及熔化的母材共同形成焊縫金屬； 藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層，主要作用是在焊接過程中造氣，起愛護作用，防止

6、空氣進入焊縫；同時具有冶金作用，如脫氧, 脫硫, 脫磷和滲合金等；并具有穩(wěn)弧, 脫渣等作用，以保證焊條具有良好的工藝性能，形成美觀的焊縫。1.4. 焊條的分類 (1)焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類 1）酸性焊條 ：溶渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2, TiO2, MnO等氧化 物。由于焊縫金屬中氧和氫含量較多，因而塑性, 韌性較低，酸性焊條一般可以交直流兩用。2）堿性焊條 ：熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCo3和CaF2 ，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和滲合金劑，因此藥皮具有足夠的脫氧實力。用堿性焊條焊接時，由于焊縫中氧和氫含量較少，非金屬夾雜物也較少，故具有較高的塑性和沖擊韌性。一般焊接重要結(jié)

7、構(gòu)或剛性較大的結(jié)構(gòu)，以及可焊性較差的鋼材均采納堿性焊條(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。(3) 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(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值；第三位數(shù)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(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。在第四位數(shù)

8、字后附加R表示耐吸潮焊條；附加M表示耐吸潮和力學(xué)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。 舉例：如：E4315表示焊條；熔敷金屬抗拉強度大于43kgf/mm2（420MPa);焊條適用于全位置焊接；該焊條藥皮類型為低氫鈉型，采納直流反接電源。幾種常用的焊接方法電弧焊：在電極和焊體之間造成電弧，利用電弧所產(chǎn)生的熱量將被焊金屬和焊條金屬熔化，并形成一種永久接頭的過程，稱為電弧焊。手工電弧焊電弧焊:利用電弧作為熱源的熔焊方法，簡稱弧焊。焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。焊條電弧焊具有設(shè)備簡單，操作敏捷，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

9、種條件下進行各種位置的焊接，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的焊接方法。但焊條電弧焊時有劇烈弧光和煙塵污染，勞動條件差，生產(chǎn)率低，對工人技術(shù)水平要求較高，焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定。因此，主要應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)中焊接碳素鋼, 低合金結(jié)構(gòu)鋼, 不銹鋼, 耐熱鋼和對鑄鐵的補焊等。相宜板厚為3mm-20mm。 埋弧自動焊定義：電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法稱為埋弧焊。 特點： 1）生產(chǎn)率高； 2）焊接質(zhì)量高, 穩(wěn)定； 3）節(jié)約金屬材料； 4）改善勞動條件應(yīng)用：常用來焊接厚度為6mm-60mm的長直焊縫和較大直徑（一般不小于250mm）的環(huán)形焊縫。氣體愛護電弧焊 用外加氣體作為電弧介質(zhì)并愛護電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡稱氣體愛

10、護焊。 氬弧焊 定義：氬弧焊是運用氬氣作為愛護氣體的氣體愛護焊。 特點： 1）焊件不易氧化； 2）便于操作，簡單實現(xiàn)全位置自動化； 3）焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形； 4）焊縫致密，成形美觀； 5）焊接成本高。 應(yīng)用：主要用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼，如鋁, 鎂, 鈦及其合金, 耐熱鋼, 不銹鋼等。為了防止愛護氣流破環(huán)，氬弧焊只能在室內(nèi)進行。 二氧化碳氣體愛護焊 定義：利用CO2作為愛護氣體的氣體愛護焊，簡稱CO2焊。特點：1）電流密度大，生產(chǎn)效率高；2）焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；3）焊縫氫的質(zhì)量分數(shù)低，接頭抗裂性好；4）焊接成本低。應(yīng)用：適合于各種位置的焊接，目前，CO2焊已在全國廣

11、泛普及，大有在短時間內(nèi)取代焊條電弧焊的發(fā)展勢頭。3.金屬材料的焊接性能3.1. 焊接性能金屬材料的焊接性能，又稱為可焊性。是指金屬材料在肯定的工藝條件下通過焊接形成優(yōu)質(zhì)接頭的性能。 金屬的可焊性通常分為工藝可焊性和運用可焊性兩大類： 1)工藝可焊性，主要指在肯定的焊接條件下，焊接接頭中出現(xiàn)各種裂紋及其它缺陷的可能性。 2)運用可焊性，主要指在肯定的焊接工藝條件下，肯定金屬的焊接接頭對運用要求的牢靠性。包括焊接接頭的機械性能（如強度, 塑性, 韌性, 硬度以及抗裂紋擴展的實力等）和其它特殊性能（如耐熱, 耐腐蝕, 耐低溫, 抗疲憊等）。 鋼的可焊性主要確定于它的化學(xué)成分。含碳量越高，可焊性就越差

12、，含碳量小于0.3%的碳鋼, 含碳量小于0.2%的一般低合金鋼一般都具有良好的可焊性。 3.2. 影響焊接接頭性能的主要因素 影響焊縫金屬的主要因素為焊縫金屬的化學(xué)成份和固態(tài)時的冷卻條件。 焊縫金屬的化學(xué)成份對機械性能的影響； 碳能提高焊縫金屬的強度，但也是焊縫金屬熱裂紋的敏感元素。鍋爐壓力容器用鋼含碳量應(yīng)低于0.25% 錳能提高焊縫金屬的強度，改善沖擊韌性。當含錳量低于2%時可以細化晶粒，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，并有脫硫，降低對熱裂紋的敏感型等作用。 硅能提高焊縫金屬的強度，含量不超過0.250.5%時，對沖擊韌性影響不大。它也是良好的脫氧劑。 硫為雜質(zhì)，能使焊接性能變壞，使產(chǎn)生熱裂紋的敏感元素。

13、磷為雜質(zhì)，含量高會使鋼的塑性, 韌性下降，并導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。3.3 不同鋼材的焊接性能分析低碳鋼低碳鋼的焊接性能良好，不須要采納特殊的工藝措施就可以獲得優(yōu)質(zhì)接頭，只有在母材成份不合格（碳量偏高，硫, 磷含量過高等）或施工環(huán)境惡劣，焊件剛性過大等，才有可能出現(xiàn)焊接裂紋。低合金鋼一般低合金鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，通過添加少量金屬元素（一般總量在5%以內(nèi)）以提高其強度或改變其運用性能。奧氏體不銹鋼不銹鋼具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和肯定的抗腐蝕性能。合金中鉻是提高抗腐蝕性能的主要元素，但鋼中含鉻量大于13%時才具有抗腐蝕性。奧氏體不銹鋼的韌性, 塑性都較好，焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可焊性良

14、好。但若焊接工藝不合理或焊接材料選用不當時，會降低抗晶間腐蝕實力及產(chǎn)生熱裂紋。3.4 焊接接頭的缺陷及防止措施缺陷的分類焊接接頭缺陷的類型許多，按在接頭中的位置可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。1.外部缺陷: 位于接頭的表面，用肉眼或低倍放大鏡就可看到，如咬邊, 焊瘤, 弧坑, 表面氣孔和裂紋等。2.內(nèi)部缺陷: 位于接頭內(nèi)部，必需通過各種無損檢測方法或破壞性試驗才能發(fā)覺。內(nèi)部缺陷有未焊透, 未熔合, 夾渣, 氣孔, 裂紋等。缺陷產(chǎn)生的緣由及防止措施1.未焊透焊接時接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象叫未焊透。未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點，承載后往往會引起裂

15、紋，是一種危險性缺陷。產(chǎn)生的緣由：坡口鈍邊間隙太小，焊接電流太小或焊條速度過快，坡口角度小，焊條角度不對及電弧偏吹等。防止措施：合理選用坡口形式, 裝配間隙和采納正確的焊接工藝等。2.未熔合熔焊時，焊道及母材之間或焊道及焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分，點焊時母材及母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生緣由：坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。3.夾渣, 夾雜物夾渣：是指焊后殘留在焊縫中的溶渣。夾雜物：是指由于焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的, 焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)（如氧化物, 硫化物等）。以上缺陷是焊縫常見缺

16、陷，其形態(tài)有條狀和點狀，外型不規(guī)則。產(chǎn)生的緣由：焊接電流過小，速度過快，熔渣來不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，基本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當，含硫, 磷量較多等。防止措施：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必需把坡口清理干凈。多層焊時必需層層清除焊渣；并合理選擇焊條角度和焊接速度等。4.氣孔在焊接過程中，由于焊縫內(nèi)部存在的或外界侵入的氣體，在熔池金屬凝固之前來不及逃逸出，而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴。按其分布，可分為單個氣孔, 密集氣孔和鏈狀氣孔。產(chǎn)生緣由：焊材未按規(guī)定溫度烘干，焊條藥皮變質(zhì)脫落, 焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈，手工焊時電流過大，電弧過長；埋弧焊時電壓過高或

17、網(wǎng)路電壓波動太大；氣體愛護焊時愛護氣體純度低等，均易產(chǎn)生氣孔。氣孔對危害：焊縫中存在氣孔，即破壞了金屬的致密性，又使焊縫有效截面積削減，降低了機械性能，特殊是存在鏈狀氣孔時，對彎曲和沖擊韌性會有比較明顯的降低。防止措施：不運用藥皮開裂, 剝落, 變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊條必需除銹后才能運用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及兩側(cè)應(yīng)清理干凈，并要選用合適的焊接電流, 電弧電壓和焊接速度。5.咬邊由于焊接工藝參數(shù)選擇不正確，或操作工藝不正確，在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷，稱為咬邊。產(chǎn)生的緣由：主要是電弧熱量太高，既焊接電流太大，以及運條速度不當所造成。在角焊時，常常由于焊條角度

18、或電弧長度不適當而造成。埋弧焊時，往往是由于焊接速度過高而產(chǎn)生的。防止措施：選擇正確的焊接電流和焊接速度，電弧不能拉得太長，保持運條勻稱。在角焊時，焊條要采納合適的角度和保持電弧長度。埋弧焊時，應(yīng)正確地選擇焊接工藝參數(shù)。6.燒穿焊接過程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷，稱為燒穿。產(chǎn)生緣由：焊接電流過大，焊接速度太慢，裝配間隙過大或鈍邊太薄等。防止措施：選擇合適的焊接電流和焊接速度，嚴格限制裝配間隙，單面焊可采納銅墊板，焊劑墊或自熔墊，運用脈沖電流等。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇在滿意結(jié)構(gòu)運用要求的條件下，盡量選擇焊接性能較好的材料。一般碳的質(zhì)量分數(shù)小于0.25的碳素鋼和碳

19、的質(zhì)量分數(shù)小0.20的低合金都具有良好的焊接性，應(yīng)盡量采納；碳的質(zhì)量分數(shù)大于0.50的碳素鋼和碳的質(zhì)量分數(shù)大于0.40的合金鋼焊接性不好，應(yīng)盡量避開采納。同一構(gòu)件焊接時應(yīng)盡量選用同種金屬材料。4.2 焊接結(jié)構(gòu)的工藝性 1）焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選用型材或沖壓件設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)時應(yīng)盡量采納工字鋼, 槽鋼, 角鋼和鋼管等成形材料以削減焊縫, 簡化工藝。2）合理布置焊縫焊縫布置應(yīng)盡量分散，且不宜過長。焊縫之間的距離應(yīng)大于板厚的3倍，且不小于100mm，如圖4.2.1 圖4.2.1焊縫的位置應(yīng)盡量對稱布置，否則會由于焊縫不在中心引起彎曲變形，見圖4.2.2 圖4.2.2焊縫的布置不得交叉，見圖4.2.3 圖4.2.3應(yīng)盡量削減構(gòu)件或焊接接頭部件的應(yīng)力集中，避開尖角焊縫，見圖4.2.4 圖4.2.4焊縫應(yīng)避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的部件，見圖4.2.5 圖4.2.55. 焊接接頭的形式和坡