建筑鋼結構焊接技術及案例1

建筑鋼結構焊接技術及案例（1）

前言：

闡明一個觀點；還原一個真象！問題的提出？在以下8個行業(yè)里，哪個行業(yè)焊接技術最復雜？在以下8個行業(yè)里，哪個行業(yè)最不重視焊接技術？1、鍋爐壓力容器（含火電站）；2、長輸送管道；3、機械制造（含工程機械）；4、海洋石油平臺；5、造船行業(yè)（不含軍工）；6、化工行業(yè)；7、建筑鋼結構；8、鐵路鋼橋。建筑鋼結構是一個獨立的受力體系！

建筑鋼結構形成的過程是受力體系力的轉換過程。對建筑鋼結構設計而言，鋼結構系統(tǒng)的初始應力是十分重要技術指標；為了保證建筑鋼結構體系的安全運營，這也是設計、制作、施工單位必須在統(tǒng)一技術規(guī)程的前提到下，共同完成的系統(tǒng)工程的重要指標。鋼結構體系逐漸形成，其力系也逐漸變化：

具體地講：是以零件逐漸形成部件，再過渡到局部穩(wěn)定結構（工程中稱：吊裝單元），再由多個局部穩(wěn)定結構，通過合龍工序、過渡成帶有臨時支撐的封閉穩(wěn)定系統(tǒng)，在此基礎上通過對支撐塔架卸載形成自承重鋼結構體系，實現(xiàn)鋼結構體系全部力系轉換，形成最終的建筑鋼結構體系的初始應力狀態(tài)；建筑鋼結構焊接技術是最復雜的技術體系！設計、制作、施工追求的鋼結構系統(tǒng)理想的初始應力狀態(tài)最終目標就是：安裝和焊接所產生的應力應變完全符合設計的技術要求、并且最大程度的均勻化；因為鋼結構系統(tǒng)的初始應力是直接涉及結構安全與否的重要指標；這一觀念逐漸被工程界認識和接受，并開始系統(tǒng)研究。結構和焊接專業(yè)應充分結合，相輔相成！

結構剛度是隨著結構的建造過程逐步形成的，荷載也是分步作用在剛度逐步形成的結構上，如果內力分布與將全部荷載一次性施加在最終成形結構上，與逐步加載的方法相比較：系統(tǒng)受力結果有一定的差異，對于超高層鋼結構，這一差異會比較顯著；對于大跨度和復雜空間鋼結構，特別是非線性效應明顯的索結構和預應力鋼結構，不同的結構安裝方式（特別是不同的焊接工藝）會導致結構剛度形成的條件和程度的不同，進而影響結構最終成形時的內力和變形。因此、要求在建筑鋼結構的設計階段結構分析中，應充分考慮這些因素，必要時進行施工（焊接）模擬分析，因此、，單打獨斗，不可能達到和實現(xiàn)建筑鋼結構體系初始應力的理想景界。然而，這是一件十分艱難的工作；因為，鋼結構體系的初始應力目前暫時不能大面積的定量分析；并且、系統(tǒng)初始應力的形成和大小，在設計完成的前提下，100％取決于施工方法；這就是建筑鋼結構與其他結構的區(qū)別和特點，這是一個涉及面很大的動態(tài)過程，控制系統(tǒng)應力應變有很大的難度；因此、應根據(jù)設計的技術指標，在工程中按照建筑鋼結構系統(tǒng)形成的路經(jīng)來控制鋼結構焊接工程的初始應力；不同的施工路徑，所獲得的應力應變結果不同！一般說來：不同的類別（不同截面；不同型號、類別鋼材）的鋼結構有不同的施工方法；就是在相同類別的系統(tǒng)中，也存在不同的施工方法，實踐證實：在相同的鋼結構類別中，不同的施工方法會使系統(tǒng)從零件到部件，從部件轉換成局部穩(wěn)定系統(tǒng)并通過合龍、卸載形成封閉穩(wěn)定自承重鋼結構體系的路徑不同，因此、所獲得的應力應變結果也不一致，甚至有很大的差異；為什么建筑鋼結構焊接技術最復雜？1、隨著我國鋼產量的增加，建筑鋼結構發(fā)展速度很快、規(guī)模最大，人數(shù)最多、影響最大；2、建筑鋼結構采用的焊接技術最全：（SMAW、GMAW、FCAW-G、SAW、ESE、SA、單絲氣電立焊EGW-S

…）；3、建筑鋼結構節(jié)點最復雜；4、建筑鋼結構母材最復雜（已經(jīng)進入高強鋼領域）；5、建筑鋼結構對象千變萬化，很難實現(xiàn)機器人自動焊；6、建筑鋼結構對節(jié)點強韌性要求很高；7、建筑鋼結構焊接缺陷、斷裂形式很特殊；8、建筑鋼結構對新技術的要求很迫切！國內鋼結構常用鋼材按其標稱屈服強度分類怎么辦？要想贏得社會尊重；首先自己尊重自己！焊接是建筑鋼結構的靈魂和生命！第一章

焊接技術基本認識

焊接技術起源于中國；發(fā)跡于國外！古代焊接工藝的發(fā)展

焊接技術是隨著銅鐵等金屬的冶煉生產、各種熱源的應用而出現(xiàn)的。焊接技術發(fā)

展歷史

什么是焊接焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使工件達到原子結合且不可拆卸的永久連接的一種加工方法。通常包括熔焊、壓焊和釬焊等。焊接連接的兩個物體：金屬：同種或異種，狹義上的焊接，冶金結合。非金屬：金屬+陶瓷，塑料焊接，物理、化學結合；廣義上的焊接。古代焊接技術特點古代焊接技術長期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具、生活器具和武器。古代焊接方法鉚焊鍛焊釬焊鑄焊古代焊接工藝的發(fā)展焊接技術發(fā)展歷史焊接的啟迪

在科學技術飛速發(fā)展的當今時代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。很少有人注意到這個過程何時開始，何時結束。但它確確實實地發(fā)生在過去的某個時段。

我們今天面對著這樣一個事實：焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結構、力學、電子等多門類科學為一體的工程工藝學科。而且，隨著相關學科技術的發(fā)展和進步，不斷有新的知識融合在焊接之中。必要條件：熔化、相互熔合必要條件：加熱或不加熱，但必須加壓必要條件：靠第三種低熔點的金屬加熱熔化填充接縫形成接頭現(xiàn)代焊接方法分類一：焊接技術的優(yōu)越性1：焊接結構生產容易實現(xiàn)“高效益、低成本”的要求。2：焊接結構的安全性得到信賴。二：焊接結構破壞事故的啟示

焊接結構固然有其優(yōu)越性，但也曾經(jīng)出現(xiàn)過不少破壞事故，說明在焊接結構下；設計施工及選材方面還存在某些缺欠，因而導致出現(xiàn)結構的失效事故！1、歷史資料：

日本機械工程學會在60年代統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在當時的技術水平下，事故的原因中由于施工不當?shù)恼?2％；設計不良的原因占32％；材料不良的原因占26％。

在事故中，疲癆破壞占61％（腐蝕疲癆占32％）；脆性斷裂占15％；因焊接裂紋引起的事故占24％；而IIW第XIII委員會調查表明，疲癆破壞由于設計不良引起的占54％。顯然對于正確設計的結構，在當今焊接技術的水平下，不致于發(fā)生不應有的各種破壞事故。

但是，偶然失誤以致造成不良后果還是不能絕對避免的。

依據(jù)資料報道：美國在第二次世界大戰(zhàn)期間建造的船舶失效事故調查結果表明；1、50％的斷裂源于結構不連續(xù)處，包括結構斷面的突然變化，焊縫轉折及拐彎處。2、破斷多數(shù)從焊接接頭的裂紋、咬邊、熔合不良、未焊透等缺陷處以及HAZ的缺陷和火焰切割鋼板時冶金缺陷處發(fā)生。3、斷裂均發(fā)源于嚴重的應力集中區(qū)。4、不少的缺裂部位處于焊縫的引弧點，包括非重要受力焊縫的引弧點。

調查結果還表明，材料的無延性轉變溫度（零塑性上轉變溫度即：鋼材的脆性轉變溫度），其數(shù)值高于運營環(huán)境溫度，引發(fā)脆性斷裂。此外，焊接殘余應力的有害作用亦不可忽視。2、建筑鋼結構進入“問題期”例證⑴、內蒙古鄂爾多斯那達木賽馬場主體鋼結構“坍塌”

2010年12月15日凌晨1時30分左右，那達慕主會場”實際就是伊金霍洛旗賽馬場，西側看臺鋼結構罩棚主結構發(fā)生“坍塌”。7日在現(xiàn)場看到，賽馬場西側看臺七八十米長的主體鋼結構罩棚塌落，看臺座椅被砸得七零八落，無人員傷亡。事故發(fā)生后，鄂爾多斯市立即成立事故調查組，調查組委托中國鋼結構協(xié)會專家委員會進行現(xiàn)場勘查鑒定。原因已查明：11月中旬用于罩棚鋼結構焊接的24個支撐柱開始卸載，12月5日完成后現(xiàn)場全面停工進入冬歇期，但由于西側（西區(qū)）看臺鋼結構罩棚部分焊縫存在嚴重質量缺陷，遇到近期驟冷的天氣，鋼結構罩棚出現(xiàn)較大伸縮而發(fā)生塌落。專家組認定，這是一起施工質量事故。

焊縫質量嚴重缺陷是造成這次事故的直接原因之一；在“坍塌”現(xiàn)場，有的斷開的受力焊縫顯示出內埋的鋼筋和砼塊；暴露出參加施工的焊工職業(yè)素質極差；除此之外，據(jù)查、幾乎全部焊工只有國家安監(jiān)部門頒發(fā)的、焊工特種工種安全操作證而無上崗操作證；同樣顯示出焊工技術水平差的嚴峻現(xiàn)狀，這是“坍塌”事故的深刻教訓；⑵、某鋼鐵廠橋式吊車梁爆炸事故在進行箱體的檢修平臺焊接和防護欄桿組裝時，發(fā)生了爆炸。箱體被爆開，一側的箱體板完全掀開，巨大的沖擊波把周圍正在工作的有關人員掀倒，造成了9死6傷事故發(fā)生。爆炸事故原因

5·14行車爆炸事故原因查明，認定事故的直接原因為：起重機箱型梁內涂料與稀釋劑的揮發(fā)物與空氣混合后形成爆炸性氣體，遇焊接引起的高溫、在吊裝翻滾的工序中，沒有清理完而殘存在箱體焊條頭、鐵塊撞擊箱體發(fā)生火花點燃氣體發(fā)生爆炸。⑶、上海膠州路高層火災2010年11月15日，上海被一場突如其來的大火打破了平靜.特大火災事故已導致53人死亡，另有71人受傷?。』馂氖鹿试颍?/p>

國務院調查組認定火災五大原因之一就是：違規(guī)施焊，焊工無證上崗；教訓極其慘痛?、?、工程中的熱裂紋⑸、工程中的“層狀撕裂⑹、輕鋼結構“坍塌”事故⑺、圍護結構事故4、低級錯誤的疊加是造成焊接事故的直接原因?、?、低級錯誤概念及種類定義：

在焊接工程中：思維偏頗，所作的決策不符合客觀規(guī)律，表面上技術含量低而對質量造成損失的錯誤。特點：具有一定的市場和迷惑性！（2）、典型低級錯誤

①、管理型低級錯誤：包括：鋼材、焊材不按規(guī)定匹配，不復檢；不作焊接工藝評定；不培訓焊工、焊工不持證上崗；②、技術型低級錯誤：包含：固定焊不規(guī)范；電弧擦傷嚴重；焊前不清理坡口、不按規(guī)定烘烤焊條；C02氣保焊（GMAW、FCAW-G）不設防風裝置；焊前不按規(guī)定預熱、焊中不控制層間溫度、焊后不按規(guī)定進行后熱；③、其他低級錯誤：

包含：焊接過程中盲目追求進度，用大電流慢焊速施焊；不注意坡口尺寸盲目施焊；不注意外觀尺寸（余高；寬窄差；高低差；咬肉；表面氣孔、夾渣；裂紋；焊瘤）等。（3）、典型低級錯誤產生危害的機理

由于鋼結構焊接工程對象的不確定性，現(xiàn)代鋼結構工程復雜性，市場競爭的殘酷性、施工環(huán)境條件的多樣性，使焊接工作始終處于施工準備、人員培訓、機具組合、焊接工藝評定、焊接方案編寫等諸多工作交叉進行的局面；稍有不慎，將會犯“低級錯誤”；①、焊條不烘干產生氫至裂紋及氣孔隱患

因為焊條（低氫型堿性焊條）藥皮中粘結劑水玻璃（R2O.nSiO2.mH2O）（R表示堿性金屬，R不同水玻璃不同）；結晶水350度左右可化為水蒸汽逸出，400度左右電離成H、O；不烘干焊條，焊接過程中H、O就殘留在焊縫金屬中。②、熔池冷卻過快容易形成脆斷和裂紋等焊接缺陷

GMAW、FCAW-G現(xiàn)場焊接，如果不設置防風裝置是很危險的，在冬天施工危險性進一步加大，相比之下：FCAW-G更加危險！

在低溫焊接鋼結構時，最顯著的特點是焊接接頭具有很大的冷卻速度，因而提高了焊縫的結晶速度，同時也提高了彈、塑性變形速度，即提高了焊縫結晶期間的應變增長率，這必然促使增大熱裂紋傾向。冷卻時間tC冷卻速度是某一瞬時的值，計算及測量都很困難，一般用tC

(t8/5.t8/3.

t100)800500300100t/sT/℃t8/5t8/3t100t8/5、t100參數(shù)

低溫焊接條件下，焊縫的冷卻速度較常溫焊縫要快的多，直接后果是影響二次結晶的重要參數(shù)t8/5下降，隨之出現(xiàn)淬硬組織，硬度增加，因此冷裂紋的敏感性也相應增加。

t8/5在焊接工程實踐中是一個非常重要的技術參數(shù)，t8/5的大小決定HAZ及焊接接頭的綜合性能；是一個理論和實踐都很強的技術指標，應當引起高度重視；t8/5有多種確定方法，將在有關章節(jié)中闡述。在研究高強鋼焊接冷裂紋時發(fā)現(xiàn)，從峰值溫度冷卻到100℃的冷卻時間對冷裂紋有十分重要的影響，故常用t100作為冷裂紋傾向的重要參數(shù)之一。目前尚未建立t100可靠的計算公式，主要通過試驗的方法測得。GMAW、FCAW-G現(xiàn)場施工特別注意：流量適量大（小于50L/min）；防風不可少?、邸⒐潭ê福娀〔羵斐珊附恿鸭y隱患A、固定焊俗稱：點焊，是人們普遍不重視的十分重要的焊接技術；B、極端的“點焊”（電弧擦傷）是最惡劣的焊接熱循環(huán)形式，立體熱傳導，“熱得快、冷得快”，理論上100％存在熱裂紋（結晶裂紋）。

C、固定焊的最高境界是：“取消固定焊”?、?、余高是多余的高度Kt＝σMax/σn⑤、母材、焊材不復檢是最危險的“低級錯誤”！★○★焊接材料的復驗對屬于下列情況之一的重要鋼結構采用的焊接材料應進行抽樣復驗，復驗結果應符合現(xiàn)行國家產品標準和設計要求。該復驗應為見證取樣、送樣檢驗項目。

建筑結構安全等級為一級的一、二級焊縫；

建筑結構安全等級為二級的一級焊縫；

大跨度（60m以上）結構中的一級焊縫

吊車工作制A6級以上的吊車梁結構中的一級焊縫；

設計要求的焊縫；

對質量有疑義的焊接材料檢驗應按批量驗收。⑥、關于焊接從業(yè)人員-焊工

目前、焊工證就有5種之多：1、國家安監(jiān)部門頒發(fā)的、焊工特種工種安全操作證；2、國家人社局頒發(fā)的、焊工技能等級證；3、國家質量監(jiān)督總局頒發(fā)的、壓力容器、壓力管道焊工操作合格證；4、國家各部、委焊工考試委員會頒發(fā)的、各大系統(tǒng)所屬業(yè)務的焊工操作合格證，比如：冶金、電力、化工、造船等（各大國家直屬系統(tǒng)焊工合格證逐漸由中國工程建設焊接協(xié)會統(tǒng)一）；5、涉外工程的各種焊工操作合格證、比如：AWS、JIS焊工操作合格證；后三類證件可證明焊工在某領域內的某項（或多項）焊接技藝水平，而前兩類不完全代表焊工的實際操作水平，不能單獨在工程中應用。有的管理者沒有上述經(jīng)驗和認識，見證就收，使焊工持證者有機可乘、有空子可鉆，這也許是造成焊工證管理混亂的重要原因之一。

可能是出于對政府部門的信任，全國大多數(shù)鋼結構企業(yè)和焊接工程，在部分業(yè)主、監(jiān)理的督促下，單獨采用了國家安監(jiān)部門頒發(fā)的焊工“特種工種安全操作證”；

于是、

在很短的時間內，數(shù)以萬計的農民兄弟姐妹“放下鋤頭、立即拿起焊槍”，他們經(jīng)過短期的安全知識培訓，向老鄉(xiāng)和師傅學習一些落后的甚至是淘汰的操作技術后，馬上就成為了掌握工程質量命運的焊工；這樣的焊工有體力，有熱情、有干勁，唯獨沒有專業(yè)理論和正規(guī)的操作技術；他們干的活愈多，質量隱患愈多，愈加今人提心吊膽，如果再加上指揮、監(jiān)督失誤；可以設想：工程質量肯定不容樂觀；三、鋼結構行業(yè)的主要工作流程：1、鋼結構設計；2、鋼結構深化設計；3、鋼結構使用鋼材的復檢；4、鋼結構使用焊材的復檢；5、焊接工藝評定（PQR）Weldingprocedurequalification；6、《焊接專項方案》編制（WPS）Specialweldingplan；7、鋼結構號料放樣；8、鋼結構下料；9、鋼結構組裝；10、鋼結構焊接（在焊接階段之后進行NDT）；11、鋼結構的一次涂裝；12、鋼結構拼裝；13、鋼結構安裝；14、鋼結構安裝階段的焊接（在焊接階段之后進行NDT）；15、鋼結構二次涂裝。從鋼結構設計開始，焊接應用技術貫穿上述13個階段（鋼結構的涂裝可以除外），顯而易見，焊接應用技術對整個業(yè)務流程起到?jīng)Q定性的作用。其重要性可謂：“成也焊接、敗也焊接”?。?！多學，方得立身本；多思，方得謀事之策；多辨，方得為人之法；多做，方得濟世之績！第二章焊接技術及工藝一、焊條電弧焊（SMAW）焊條電弧焊就是人們通常使用的手工電弧焊（SMAW）是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。

㈠、（SMAW）定義與原理

焊條電弧焊（SMAW）是利用焊條與工件之間燃燒的電弧熔化焊條端部和工件，在焊條端部迅速熔化的金屬以細小熔滴經(jīng)弧柱過渡到工件局部熔化的金屬中，并與之融合一起形成熔池，隨著電弧向前移動，熔池的液態(tài)金屬逐步冷卻結晶而形成焊縫。焊接過程中，焊條芯是焊縫組成部分；焊條的藥皮經(jīng)高溫分解和熔化而生成氣體和熔渣，對金屬熔滴和熔池起防止大氣污染的保護作用和冶金反應作用；電弧中心溫度在5000℃以上，電弧電壓在16~40V范圍，焊接電流在20~500A之間。

1、SMAW工作原理2、SMAW設備㈡、可焊金屬范圍1、碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、銅、鋁及其合金；2、能焊但可能需要預熱、后熱或兩者兼有的金屬有：鑄鐵、高強度鋼、淬火鋼等；3、不能焊的金屬有：低熔點金屬（如鋅、鉛、錫及其合金），難熔金屬（如鎢、鉬、鉭），活性金屬（如鈦、鈮、鋯）等。㈢、最合適的產品結構和生產性質

結構復雜的產品，在結構上具有很多短的或不規(guī)則的、具有各種空間位置及其不易實現(xiàn)機械化或自動化焊接的焊縫，最宜用焊條電弧焊；單件或小批量的焊接產品多采用焊條電弧焊；在安裝或修理部門因焊接位置不定，焊接工作量較小，宜采用焊條電弧焊。㈣、焊條1、SMAW對焊條的基本要求：⑴、滿足焊接接頭的使用性能要求：

是焊縫金屬具有滿足使用條件下的力學性能和其它物理性能與化學性能。對于結構鋼用焊條，必須使焊縫具有足夠的強度和韌性；對于不銹鋼和耐熱鋼的焊條，除了要求焊縫金屬能有必要的強度和韌性外，還必須具有足夠的耐蝕性和耐熱性，確保焊縫金屬在工作期內安全可靠。⑵、滿足焊縫工藝性能要求：

焊條應具有良好的抗氣孔性和抗裂紋的能力；焊接過程步容易發(fā)生夾渣或焊縫成型不良等工藝缺陷；飛濺小，電弧穩(wěn)定；能適應各種位置焊接的需要；脫渣性好，生產效率高；低煙塵和低毒等。⑶、自身具有好的內外質量：

藥粉混合均勻，藥皮粘結牢靠，表面光潔、無裂紋、脫落和起泡等缺陷；磨頭磨尾圓整干凈，尺寸符合要求，焊芯無銹蝕；具有一定的耐濕性，有識別焊條的標志等。⑷、低的制造成本。2、焊條的分類：⑴、按用途分類按用途分類可以分為一下幾種：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、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、特殊用途焊條等。⑵、按熔渣性質分類主要是按熔渣的堿度，即熔渣中堿性氧化物與酸性氧化物進行劃分，焊條有堿性和酸性兩大類。①、酸性焊條

藥皮中含有大量SiO2、TiO2等酸性氧化物及一定數(shù)量的碳酸鹽，其熔渣堿度小于1，酸性焊條的工藝性能好，可以采用交流或直流電源進行焊接，熔渣流動性好，易于脫渣、焊縫外表面美觀；因藥皮中含有較多硅酸鹽，氧化鐵和氧化鈦等，氧化性較強，焊接時合金元素燒損較多，因而熔敷金屬的塑性和韌性較低，有利于熔池中氣體逸出，所以不容易產生鐵銹、油脂及水造成的氣孔，鈦型焊條、鈦鈣型焊條、鈦鐵型焊條、氧化鐵型焊條，均屬于酸性焊條。

②、堿性焊條

A、低氫：藥皮中含有大量的如大理石、螢石等的堿性造渣物，并含有一定數(shù)量的脫氧劑和合成劑。焊條主要靠碳酸鹽（如大理石中的碳酸鈣等）分解出的CO2作為保護氣體，在弧柱氣氛中氫的分壓較低，而且螢石中氟化鈣在高溫時與氫結合氟化氫，從而降低了焊縫中的含氫量，故堿性焊條又稱為低氫焊條。

B、堿性，抗裂性能好：堿性渣中氧化鈣數(shù)量多，熔渣脫硫能力強，熔敷金屬抗熱裂性能較好；由于焊縫金屬中氧和氫含量低，非金屬夾雜物較少，故具有較高的塑性和韌性，以及較好的抗冷裂性能；但是由于藥皮中含有較多的氟化鈣，影響氣體電離，所以堿性焊條一般要求采用直流電源，用反接法焊接，只有當藥皮中加有穩(wěn)弧劑后才可以采用交流電源焊接。

C、可用于重要焊接結構：

堿性焊條一般用于重要焊接結構，如承受動載或剛性較大的結構，這是因為焊縫金屬的力學性能好，尤其沖擊韌性高。缺點是焊接時產生氣孔的傾向較大，對油、水、銹等很敏感，用前高溫（300~500℃）烘干；脫渣性能差。3、焊條的主要性能、用途及其選用⑴、結構鋼焊條

結構鋼焊條包括碳鋼焊條和部分低合金鋼焊條，主要是用于焊接碳素鋼和低合金鋼、對這類焊條的主要技術要求是力學性能，如抗拉強度、屈服點、伸長率、沖擊吸收功等。碳鋼焊條國家標準只有 E43系列和E50系列兩種型號，即熔敷金屬抗拉強度只有420MPa和490MPa兩個強度級別；焊接低碳鋼（C<0.25%）大多使用E43XX（J42X）系列焊條：低合金鋼焊條國家標準中有E50、E55、E60、E70、E75、E80、E85、E90、E100九個系列，除了用于焊接普通低合金高強度鋼外，還用于鉬和鉻鉬耐熱鋼和低溫鋼的焊接。⑵、其它類型焊條在此不提。（3）、焊條的選用⑷、焊條的使用和管理⑸、單面焊雙面成形技術

單面焊雙面成形技術，是鍋爐、壓力容器焊工應熟練掌握的操作技能。也是在某些重要焊接結構制造過程中，既要求焊透而又無法在背面進行清根和重新焊接所必須采用的焊接技術。在單面焊雙面成形操作過程中，不需要采取任何輔助措施，只是坡口根部在進行組裝定位焊時，應按焊接時不同操作手法留出不同的間隙，當在坡口的正面用普通焊條進行焊接時，就會在坡口的正、背兩面都能得到均勻整齊、成形良好，符合質量要求的焊縫，這種特殊的焊接操作被稱為單面焊雙面成形。二、氣體保護焊（MIG/MAG/TIG）㈠、氣體保護焊方法分類

熔化極惰性氣體保護電弧焊簡稱MIG焊（MetalInertGasArcWelding）、熔化極活性氣體保護電弧焊簡稱為MAG焊（MetalActiveGasArcWelding）。

鎢極氬弧焊和鎢極氦弧焊屬于非熔化極（鎢極）惰性氣體保護電弧焊，簡稱TIG焊（TungstenInertGasWelding）。在熔化氣體保護焊方面，還可以根據(jù)其電弧特性，特別是是熔滴過渡形式分為短路電弧焊、潛弧焊、射流電弧焊、脈沖電弧焊以及大電流電弧焊等方法熔化極氣體保護焊（MAG/MIG）示意圖

熔化極氣體保護焊示意圖1-焊接電源 2-焊絲盤3-送絲輪4-送絲電機5-導電嘴6-噴嘴7-電弧8-母材9-熔池10-焊縫金屬11-焊絲12-保護氣圖5-1

非熔化極氣體保護焊（TIG）示意圖1-填絲2-保護氣體3-噴嘴4-鎢極5-鎢極夾頭6-焊接電源7-焊縫金屬8-電弧9-熔池10-母材TIG焊、MIG焊工藝的發(fā)展TIG焊：鎢極惰性氣體保護電弧焊

1930年發(fā)明，1940獲得應用。MIG焊：熔化極惰性氣體保護電弧焊

發(fā)明于TIG之后㈡、CO2氣體保護焊（GMAW、FCAW-G）CO2氣體保護焊是以活性氣體CO2作為保護氣體的熔化極氣體保護焊方法、（MAG），應用實心焊絲的稱：GMAW；應用藥芯焊絲的稱：FCAW-G，又稱渣氣聯(lián)合保護焊。1、CO2氣體保護焊的特點

⑴、生產效率高。采用較粗的焊絲（焊絲直徑≥Φ1.6mm）焊接時，可以使用較大的電流，實現(xiàn)射滴過渡。電流密度可達（100~300）A/mm*。焊絲的熔化系數(shù)大，母材的熔透深度大。另外，這種方法基本上沒有熔渣，一般不需要清渣，從而節(jié)省了許多輔助時間，因此可以較大地提高焊接生產效率。⑵、焊接變形小。電流密度高，熱量集中，受熱面積小，故此工件焊后變形小，特別是焊接薄板時，往往不需要焊后校形工序。⑶、是一種低氫型焊接方法，焊縫含氫量很低，所以在焊接低合金鋼時不易產生冷裂紋。⑷、采用短路過渡方式焊接時，有利于全位置及其他位置的焊接。⑸、此種方法屬于明弧焊，電弧可見性好，采用半自動焊接法進行曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接十分方便。⑹、操作簡單，容易掌握。⑺、能進行脈沖焊接，以減少熱輸入。⑻、焊接飛濺較大是其不足之處。⑼、防風性能較差。保護氣流的抗風能力有限。在施工現(xiàn)場時，如因通風干擾較大，需采取相應的防風措施。⑽、電弧的光幅射很強。在窄小空間部位及可達性差的地方焊接時，不如手弧焊靈便。2、GMAW工作原理3、FCAW-G工作原理4、GMAW（FCAW-G）設備GMAW（FCAW-G）設備GMAW（FCAW-G）設備GMAW（FCAW-G）電源平特性5、CO2氣體保護焊的應用范圍：

CO2氣體保護焊是目前廣泛的一種弧焊方法，可以用于汽車、船舶、管道、機車車輛、集裝箱、礦山及工程機械、電站設備、建筑等金屬結構的焊接生產。從被焊件材質上看，CO2氣體保護焊可以焊接碳鋼和低合金鋼。從工件厚度上看，從薄板到厚板都可以焊接，采用細絲、短路過渡的方法，可以焊接薄板；采用粗絲、射滴過渡的方法，可以焊接中、厚板。從焊接位置上看，可以進行全位置、平焊、橫角焊及其他空間位置的焊接。6、焊絲

表5-3列出了常用CO2焊絲的牌號、化學成分及用途。其中在焊絲牌號最后標有字母“A”的，表示該焊絲對化學成分中的雜質元素要求更嚴格，即S、P含量更要低。H08Mn2SiA焊絲目前應用最廣。在實際生產中，有些要求更高的產品，則甚至不允許焊縫有微氣孔存在，針對這種要求，國內研制出了H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA二種焊絲。這兩種焊絲抗氣孔能力較強，焊接時的飛濺也小。常用鋼種的焊絲選擇㈢、建筑鋼結構

GMAW、FCAW-G工藝本工藝適用于建筑鋼結構焊接工程中桁架或網(wǎng)格結構、單層多層和高（超高）層梁-柱框架結構等工業(yè)與民用建筑和一般構筑物，鋼材厚度大于或等于3mm的碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼采用氣體保護焊的施工。

1、常用鋼種的焊絲選擇

例如：10、20、16Mn、15MnV鋼等。對于通常使用的低碳鋼和低合金鋼，可選用H08Mn2SiA、H08MnSiA等。如要求不高時，也可選用不帶“A”的焊絲?？傊?，此類焊絲適用于焊接低碳鋼σs≤490Mpa的低合金鋼。如果鋼材的強度等級要求較高，可采用含Mo的焊絲，如H10MnSiMo等。如果是低溫條件下使用的焊接結構，可選用HS-50T、HS-60、HS-70C等焊絲。低合金鋼氣體保護焊實心焊絲熔敷金屬沖擊性能要求

（GB/T8110-1995）焊絲類型溫度/℃AKV/JER49-1室溫≥47ER50-2-29≥27ER50-3-18≥27ER50-4，ER50-5不要求ER50-6，ER50-7，ER55-D2-Ti，ER55-D2-29≥27ER55-C1-46≥27ER55-C2-62ER55-C3-73ER69-1，ER69-2-51≥68ER69-3-20≥35ER76-1-51≥68ER83-1低合金鋼氣體保護焊實心焊絲熔敷金屬拉伸性能要求（GB/T8110-1995）焊絲類型保護氣體拉伸強度/MPa屈服強度/MPa延伸率（%）ER49-1CO2≥490≥372≥20ER50-2，ER50-3，ER50-4，ER50-5，ER50-6，ER50-7≥500≥420≥22ER55-D2-Ti，ER55-D2≥550≥470≥17ER55-C1，ER55-C2，ER55-C3Ar+1~5%O2≥24ER69-1，ER69-2Ar+2%O2≥690610~700≥16ER69-3CO2ER76-1Ar+2%O2≥760660~740≥15ER83-1≥830730~840≥142、焊接工藝及焊接技術（1）熔滴過渡形式的種類及特點①、短路電弧焊法：通常采用細絲，焊接電流較小，因其熔滴過渡形態(tài)為短路過渡而得名，特別適合薄板和空間位置的焊接。t1-燃弧時間t2-短路時間t3-電壓恢復時間T-焊接循環(huán)周期Imax-短路峰值電流Imin-最小電流Ia-焊接電流（平均值）Ua-電弧電壓（平均值）短路過渡具有如下焊接特點：A、焊接過程中伴隨有少量飛濺；B、焊道熔深較小而余高較大；C、焊接變形較??；D、適合于采用細絲（≤Φ1.2mm）進行薄板及空間位置焊接。⑵、射流電弧焊法：半短路過渡

其熔滴特別細小，是沿焊絲軸向射向熔池。熔滴過渡過程極為穩(wěn)定。采用氬氣，或是CO2含量不超過25%的富氬混合氣體，或是O2含量不超過5%的富氬混合氣體，都可以實現(xiàn)射流電弧焊。射滴過渡具有如下特點：①、熔滴較細；②、過渡頻率較高，為非軸向過渡；③、焊道熔深較大；④、飛濺較小，成形較好；⑤、焊絲溶化效率較高，適于采用粗絲（Φ1.6mm以上）進行中厚板的焊接。半短路過渡即是短路過渡的基礎上，再增加焊接電流和電弧電壓，這時焊絲端頭的熔滴隨之長大，短路次數(shù)減少，短路時間縮短，非短路過渡的比例增加，熔滴呈大滴排斥特點。這是一種短路過渡與非短路過渡相混合的過渡形式，焊接過程不穩(wěn)，飛濺也較大。這種過渡形式國內習慣上稱為大顆粒過渡，生產中一般不被采用。⑶、脈沖電弧焊法：是通過特殊的焊接電源提供脈沖電流而進行焊接的，這種方法也特別適于薄板和空間位置的焊接。⑷、潛弧焊法：是CO2焊中在大電流范圍內采用的一種方法，由于電弧盡量潛入熔池，有利于防止產生飛濺。⑸、大電流電弧焊法：通常稱為大電流MIG焊，此種方法適合于厚板的高效率焊接。今年來得到了迅速的發(fā)展。特別是鋁及鋁合金的焊接施工中，大電流MIG焊方法的高效率的特點更為突出。（3）主要焊接參數(shù)的影響及其合理選擇①、焊絲直徑②、焊接電流焊接電流是影響焊接質量的重要工藝參數(shù)，它的大小主要取決于送絲速度，隨著送絲速度的增加，焊接電流也增加（圖5-5）。另外焊接電流的大小還與焊絲伸長、焊絲直徑、氣體成分等有關，當噴嘴與母材間距增加時，焊絲伸長增加，焊接電流減少（圖5-6）.③、電弧電壓

電弧電壓時電弧兩端之間的電壓降，在CO2氣體保護焊中可認為導電嘴到工件之間的電壓。這一參數(shù)對焊接過程穩(wěn)定性，熔滴過渡、焊縫成形、焊接飛濺等均有重要影響。④、焊接速度焊接速度與電弧電壓和焊接電流之間，也有一個相應的關系，在一定的電弧電壓和焊接電流下，焊接速度與焊縫成形的關系如圖5-12和圖5-13所示。由圖可見，焊接速度增加時，焊縫的熔深、熔寬和余高均較小，即稱為凸起焊道。焊接速度若過快，易出現(xiàn)咬邊缺陷。為防止這種情況，應適當增加焊接電流、減小弧長，并使焊槍帶有前傾角進行施焊。⑤、氣體流量氣體流量是氣體保護焊的重要參數(shù)之一。保護效果不好時，將出現(xiàn)氣孔，以至使焊縫成形變壞。甚至使焊接過程無法進行。通常情況下，保護氣體流量與焊接電流有關。當采用小電流焊接薄板時，氣體流量可小些；采用大電流焊接厚板時，氣體流量要適當加大。氣體流量與焊接電流的關系，可以表5-9為參考。⑥、電流極性CO2氣體保護焊主要是采用直流反極性，即焊絲接正極，工件接負極。這時焊接過程穩(wěn)定，飛濺也小。相反，當采用正極性時（焊絲接負極，工件接正極）。在相同的焊接電流下，焊絲溶化速度大為提高，約為反極性的1.6倍，且熔深較淺，余高增加，飛濺也大。利用上述特點，正極性主要用于堆焊、鑄鐵補焊和大電流高速CO2氣體保護焊。⑦、焊絲伸長焊絲伸長是指從導電嘴到焊絲端頭的這段焊絲的長度，這個伸出長度對焊接電流、焊縫熔深、焊接飛濺等均有影響，因此保持這個長度穩(wěn)定不變，是獲得穩(wěn)定的焊接過程的重要因素之一。適宜的焊絲伸長L可按下式計算出：L=10d式中d——焊絲直徑（mm）三、埋弧焊（SAW）

埋弧焊（SAW）是在一定大小顆粒的焊劑層下，由焊絲和工件之間放電而產生的電弧熱，使焊絲的端部及工件的局部熔化，形成熔池，熔池金屬凝固后即形成焊縫。埋弧焊接裝置示意圖1—焊劑漏斗2—送絲機構3—焊絲4—焊絲盤5—導電嘴6—控制箱7—弧焊電源8—焊劑9—焊件一、埋弧焊的優(yōu)、缺點㈠、埋弧焊的優(yōu)點1、埋弧焊可以相當高的焊接速度和高的熔敷率完成厚度實際上不受限制的對接、角接和搭接接頭，多絲埋弧焊特別適用于厚板接頭和表明堆焊；2、單絲或多絲埋弧焊可以單面焊雙面成形工藝完成厚度20mm以下直邊對接接頭、或以雙面焊完成40mm以上的直邊對接和單V形坡口對接接頭，可以取得相當高的經(jīng)濟效益；3、利用焊劑對焊縫金屬脫氧還原反應以及滲合金作用，可以獲得力學性能優(yōu)良、致密性高的優(yōu)質焊縫金屬。焊縫金屬的性能容易通過焊劑和焊絲的選配任意調整。4、埋弧焊過程中的焊絲的熔化不產生任何飛濺，焊縫表面光潔，焊后無需修磨焊縫表面，省略輔助工序；5、埋弧焊過程無弧光刺激，焊工可集中注意力操作，焊接質量易于保證；同時勞動條件得到改善；6、埋弧焊易于實現(xiàn)機械化和自動化操作，焊接過程穩(wěn)定，焊接參數(shù)調整范圍廣，可以適應各種形狀工件的焊接。7、埋弧焊可在風力較大的露天場地施焊。㈡、埋弧焊的缺點1、焊接設備占地面積較大，一次投資費用較高；并需采用處理焊絲、焊劑的輔助設備裝置；2、每層焊道焊接后必須清除焊渣，增加了輔助時間。如清渣不仔細，容易使焊縫產生夾渣之類的缺陷。3、埋弧焊只能在平焊或橫焊位置下進行，對工件的傾斜度亦有嚴格的限制，否則焊劑和焊接熔池難以保持。㈢、埋弧焊（SAW）特點：1、生產效率高：

焊接時采用的粗焊絲，大電流密度，熔深大，減少了坡口尺寸和填充金屬量。

2、焊接質量高：埋弧焊時，焊劑和熔渣能有效地防止空氣侵入熔池而免受污染，還可以降低焊縫冷卻速度，從而提高接頭力學性能；由于焊接工藝參數(shù)可以通過自動調節(jié)保持穩(wěn)定，焊縫表面光潔平直，焊縫金屬地化學和力學性能均勻而穩(wěn)定。3、節(jié)省焊接材料和能源：較厚地焊件不開坡口也能熔透，焊絲量顯著減少，省去開坡口和填充坡口所需的能源和時間。4、勞動條件好：焊接過程地機械化和自動化，焊工勞動強度大大降低；沒有弧光對焊工地有害作用焊接時放出的煙塵和有害氣體少，改善了焊工勞動條件。㈣、埋弧焊的適用范圍所有牌號的低碳鋼，Wc〈0.6%〉的中碳鋼，各種低合金高強度鋼、耐熱鋼、耐侯鋼、低溫用鋼、各種鉻鋼和鉻鎳不銹鋼、高合金耐熱鋼和鎳基合金等。淬硬性較高的高碳鋼、馬氏體時效鋼；銅及其合金也可采用埋弧焊焊接，但必須采取特殊的焊接工藝才能保證接頭的質量。埋弧焊還可用于不銹耐蝕、硬質耐磨金屬的表面堆焊。

鑄鐵、奧氏體錳鋼、高碳工具鋼、鋁和鎂及其合金尚不能采用埋弧焊進行焊接。埋弧焊是各工業(yè)部門應用最廣泛的機械焊接方法之一，特別是在建筑鋼結構、船舶制造、發(fā)電設備、鍋爐壓力容器、大型管道、機車車輛、重型機械、橋梁及煉油化工裝備生產中已成為主導焊接工藝。對上列焊接結構制造行業(yè)的發(fā)展起到了積極的推動作用。二、埋弧焊工藝方法及分類（一）單絲焊接法

單絲焊接法是埋弧焊中最通用的焊接方法，由于焊接設備簡單，操作方便在工業(yè)各部門已普遍應用。單絲焊可分細絲焊和粗絲焊。焊絲直徑2.5mm以下為細絲，直徑2.5mm以上為粗絲。圖4-4單絲埋弧焊接法原理粗絲埋弧焊通常用于自動焊或機械化焊接。多半配用緩降外特性電源和弧壓控制送絲系統(tǒng)。當焊接電流大于600A時，配用恒壓電源和等速送絲系統(tǒng)，同樣可獲得穩(wěn)定的焊接過程。粗絲埋弧焊可使用高達1000A的大電流，獲得高達20kg/h以上的高熔敷率。因此主要用于20mm以上的鋼板焊接。另外，利用粗絲大電流深熔的特點，可以一次焊透20mm以上的I形坡口對接縫，從而進一步提高了焊接效率。細絲埋弧焊通常配用恒壓電源和等速送絲系統(tǒng)，電弧長度的控制靠恒壓電源弧長變化時電流快速升降產生的自調節(jié)作用。細絲埋弧焊主要用于薄板的焊接，可以獲得高的焊接速度和光滑平整的焊縫外形，最高焊接速度可達200m/h，在這種情況下，對焊接設備和接頭跟蹤的精度提出了嚴格的要求。細絲埋弧焊也經(jīng)常用于手工埋弧焊，焊劑通過軟管由壓縮空氣送至焊接區(qū)，焊炬或由焊工手動操作或夾持在機架上或小車上完成焊接過程。焊接角焊縫時一般在焊炬前裝上導向輪，以使焊絲對準焊縫，形成兩側熔合良好的角焊縫。（二）加大焊絲伸出長度焊接法埋弧焊時的焊絲伸出長度較短（25mm-35mm），可以使用較大的焊接電流，而不致使焊絲受電阻熱發(fā)紅，影響焊接質量。但如果控制恰當，也可利用加大焊絲伸出長度而產生的電阻熱加速焊絲的熔化速度，即提高了熔敷率。圖4-6示出不同焊絲伸出長度的熔敷率。當焊接電流通過從焊嘴伸出的一段焊絲時產生的電阻熱，可按下式計算：

H=I×l×L×ρ/D式中I——電流；

L——焊絲伸出長度；

ρ——焊絲的電阻率；

D——焊絲直徑?？梢?，焊絲的電阻熱與電流的平方和焊絲的伸出長度成正比，與焊絲直徑成反比。

采用加大焊絲伸出長度的一個很大缺點是焊絲端部在焊接過程中會產生扭曲變形，或受電弧磁力的作用產生偏移，這樣就嚴重地影響焊絲對接觸的準確對中。為克服上述缺點，可采用圖4-7所示的組合式焊嘴，即在導電嘴前加設絕緣導絲嘴，以使電弧以上的一段焊絲長度縮短至25mm-30mm。便于焊絲準確對中。

在實際焊接生產中可以使用的最大焊絲伸出長度按不同的焊絲直徑列于表4-1。

（三）、多絲埋弧焊接法1、并聯(lián)焊絲焊接法圖4-9并聯(lián)焊絲焊接法并聯(lián)焊絲焊接法是將兩根或多跟焊絲并聯(lián)于同一臺電源進行焊接，以提高熔敷率和焊接速度，電源與焊絲的連接方法如。采用直流電源時，二根焊絲的電弧會相互吸引集中于一個焊接熔池上。直流反接法可獲得最大的熔深。二根焊絲可按橫向于焊接方向或縱向于焊接方向排列。焊絲橫向與焊接方向，亦稱并列焊絲，可獲得淺的熔深和低的稀釋率。焊絲縱向排列，亦稱串列焊絲，可獲得較高的焊接速度，其焊道具有與單絲焊相似的形狀。并列焊絲法主要用于表面堆焊，焊絲也可作橫向擺動，以進一步降低稀釋率和熱輸入。對于堆焊，為達到較高的熔敷率，通常采用直流正接法。串列焊絲法用于連接焊，焊接速度約比單絲焊高1.5倍。2、串聯(lián)電弧焊接法（四）多絲埋弧焊接法圖4-11串聯(lián)電弧焊接法原理圖4-12分流焊絲焊接法1、多絲多電源埋弧焊與單絲埋弧焊相比

其主要優(yōu)點是焊接速度可成倍地提高，顯著地提高厚板的焊接效率。此外，三絲焊時，每根焊絲可有不同的作用，例如，前置焊絲選用大電流和低電壓，以達到深熔的目的，中間焊絲選用比前置焊絲小的電流，使熔深略有增加并改善焊道的成形，而最后一根后置焊絲選用更低的電流和較高的電壓，以形成平整光滑的焊道外形圖4-15三絲埋弧焊時焊道的成形

圖4-16雙絲和三絲焊時焊絲的間距及夾角例、SAW雙絲單?。毥z）

（優(yōu)點：熔敷效率高）

例、SAW雙絲雙弧（粗絲、細絲）

（優(yōu)點：抗氣孔能力強）

例、國外的多絲多頭SAW焊機

理論和實踐均證實：在SAW雙絲雙?。▎位。┘毥z焊機的基礎上，開發(fā)研究多絲、多弧高效低線能量焊機是完全可能的；國外在這方面有很大進展，三、埋弧焊用焊接材料㈠、埋弧焊的冶金特點埋弧焊的冶金過程是指液態(tài)熔渣與液態(tài)金屬以及電弧氣氛之間的相互作用，其中主要包括氧化、還原反應、脫硫、脫磷反應以及去氣等過程。㈡、埋弧焊時的主要冶金反應埋弧焊時的冶金反應主要有：硅錳還原反應，脫硫、脫磷、碳的氧化反應和去氣反應。㈢、埋弧焊用焊劑

埋弧焊接時，電弧在一層較厚的焊劑層下燃燒，部分焊劑的電弧熱作用下立即熔化，形成液態(tài)熔渣，包圍了整個焊接區(qū)和液態(tài)熔池，隔絕了周圍的空氣，產生了良好的保護作用，焊縫金屬的WN僅為0.002%，（用優(yōu)質藥皮焊條焊接的焊縫金屬WN為0.02%～0.03%），故埋弧焊焊縫具有較高的致密性和純度。1、埋弧焊劑的分類⑴、按用途分類

焊劑按焊接的鋼種可分為：碳鋼埋弧焊焊劑、合金鋼焊劑、不銹鋼埋焊劑，銅及銅合金埋弧焊焊劑和不銹鋼及鎳基合金埋弧堆焊用焊劑；焊劑按適用的焊絲直徑分細焊絲（φ1.6～φ2.5mm）埋弧焊焊劑和粗焊絲埋弧焊焊劑；按焊接位置可分平焊位置埋弧焊焊劑和強迫成形焊劑；按特殊的用途可分高速埋弧焊焊劑，窄間隙埋弧焊焊劑，多絲埋弧焊焊劑和帶級堆焊埋弧焊焊劑等。⑵、按化學組分分類

埋弧焊焊劑按其組分中酸性氧化物和堿性氧化物的比例可分為酸性焊劑和堿性焊劑（K堿性系數(shù)）即：K＞1為酸性焊劑，K＜1則為堿性焊劑。焊劑的堿度愈高，合金元素的滲合率愈高，焊縫金屬的純度亦愈高，缺口沖擊韌度也隨之提高。按焊劑中的SiO2含量可將其分成低硅焊劑和高硅焊劑。WSiO2在35%以下者稱低硅焊劑；WSiO2大于40%者稱高硅焊劑。按焊劑中的錳含量可分無錳焊劑和有錳焊劑。焊劑中WMn小于1%者為無錳焊劑，含錳量超過此值者為有錳焊劑。⑶、按焊劑的制造方法分類

按制造方法焊劑可分為熔煉焊劑和燒結焊劑二種。

熔煉焊劑是將爐料組成物按一定的配比在電爐或火焰爐內熔煉后制成的。而燒結焊劑是配料粉碎成粉末再用粘結劑粘合成顆粒焙燒制成。這二種焊劑在工業(yè)生產中已普遍采用。⑷、按焊劑的物理特性分類

焊劑在熔化狀態(tài)熔渣的粘度隨溫度的降低而急劇增加的熔渣稱為短渣，粘度隨溫度降低緩慢變化的熔渣稱為長渣。短渣焊劑焊接工藝性能好，利于脫渣和焊縫成形。長渣焊劑則相反。

⑸、按焊劑顆粒構造分類按焊劑顆粒構造可分為玻璃狀焊劑和浮石狀焊劑。玻璃狀焊劑顆粒呈透明的彩色，而浮石狀焊劑為不透明的多孔體。玻璃狀焊劑的堆散重量高于1.4g/cm*，而浮石狀焊劑則不到1g/cm*，因此，玻璃狀焊劑能更好地隔離焊接區(qū)不受空氣的侵入。2、對焊劑性能的基本要求⑴、保證焊縫金屬具有符合要求的化學成分和力學性能；⑵、保證電弧穩(wěn)定燃燒，焊接冶金反應充分；⑶、保證焊縫金屬內不產生裂紋和氣孔；⑷、保證焊縫成形良好；⑸、保證熔渣的脫渣性良好；⑹、保證焊接過程有害氣體析出最少。（四）碳鋼埋弧焊焊劑的選擇原則

⒈采用沸騰鋼焊絲，如H08A和H08MnA等焊絲焊接時，必須采用高錳高硅焊劑，如HJ43X系列的焊劑，以保證焊縫金屬通過冶金反應得到必要的硅錳滲合金，形成致密的具有足夠強度和韌性的焊縫金屬。⒉焊接對接接頭韌性要求較高的厚板時，應選用中錳中硅焊接（如HJ350、SJ301等）和H10Mn2高錳焊絲。直接由焊絲向焊縫金屬滲錳，并通過焊劑中SiO2的還原反應，使焊縫金屬適量滲硅，可以獲得沖擊韌度較高的焊縫金屬。⒊對于中板對接大電流不開坡口單面焊工藝，應選擇氧化性較高的高錳高硅焊劑配H08A或H08MnA低碳焊絲，以便盡量降低焊縫金屬的碳含量，提高抗裂性。⒋對于工件表面銹蝕較多的焊接接頭，應選擇抗銹能力較強的SJ501焊劑并按強度要求選擇相應牌號的焊絲。⒌薄板高速埋弧焊應選用SJ501燒結焊接配相應強度等級的焊絲。在這種情況下，對接頭的強度和韌性一般無特殊要求，主要考慮在高的焊接速度下保證焊縫良好的成型和熔合。（五）、低合金鋼埋弧焊焊劑的選擇原則

由于鋼材的強度較高，對淬硬較敏感，接頭熱影響區(qū)和焊縫金屬對冷裂紋或氫致延遲裂紋的傾向較高。雖然埋弧焊的熱循環(huán)有利于防止冷裂紋的產生，但在厚板的焊接中由于焊縫殘余應力高，加上氫在焊縫中逐層積累，仍容易產生氫致延遲裂紋。因此在低合金鋼埋弧焊時首先應選擇堿度較高的低氫型HJ25X系列焊劑。因這些焊劑均為低錳中硅焊劑，在焊接冶金反應中，Si和Mn還原滲合金的作用不強，這樣必須采用硅含量適中的合金焊絲，如H08MnMo、H08Mn2Mo、H08CrMoA等。

其次為保證接頭的強度和韌性不低于母材的相應指標，亦選用硅錳還原反應較弱的高堿度焊接，如HJ250和SJ101焊劑，在這種焊劑下焊接的焊縫金屬純度較高，非金屬夾雜物較少，接頭的韌性易于保證。在低合金鋼厚板多層多道焊時，應選用脫渣性良好的焊劑，由于高堿度熔煉焊劑的脫渣性不良，而高堿度的燒結焊劑卻具有良好的脫渣性，因此，在這種應用場合多半選用燒結焊劑。㈥、焊劑的儲存與烘干

埋弧焊焊劑在大氣中存放時，會吸收水分。焊劑中的水分是焊縫產生氣孔和冷裂紋的主要原因，故應控制在0.1%以下。熔煉焊劑與燒結焊劑的吸潮性不同，燒結焊劑的吸潮性比熔煉焊劑高得多，如圖所示。因此，燒結焊接在使用前應按產品說明書的規(guī)定溫度進行烘干。熔煉焊劑也有一定的吸潮性，如在大氣中長時間存放時，水分含量亦會超過標準規(guī)定。因此，熔煉焊劑同樣應注意焊前的烘干。

熔煉焊劑和燒結焊劑的吸潮性

例1：F4A2十H08A（HJ431配H08A）1、焊劑顏色呈棕紅色的玻璃狀顆粒，2、焊劑顆粒度要求：8－40目3、焊劑含水量不大于0.10%。4、焊劑中機械夾雜物的質量百分含量不大于0.30%。5、焊劑中的硫含量≤0.060%，磷含量≤0.080%。6、熔敷金屬力學性能：

1）、熔敷金屬拉伸試驗標準a、抗拉強度σb（Mpa）：≥415。b、屈服強度σs（Mpa）：≥330。c、伸長率δs（%）：≥22。2）、熔敷金屬沖擊試驗標準a、試驗溫度（℃）：—20。b、沖擊吸收功（J）：≥27。7、焊接工藝性能應達到：電弧非常穩(wěn)定，焊接過程中無雜質，電弧柔和；脫渣容易會自動整塊脫落；無氣孔、壓坑出現(xiàn)；焊道與焊道之間、焊道與母材之間過渡平滑，焊縫金屬與母材金屬很好的融合在一起，無凹陷；焊道表面應非常平整光滑，無麻點，成型美觀。例2：焊劑質量標準例3：

F5A2＋H10Mn2

（SJ101配H10Mn2）具體標準數(shù)據(jù)如下：1、焊劑顏色呈淺灰色的球形顆粒，2、焊劑顆粒度要求：10－60目。3、焊劑含水量不大于0.10%。4、焊劑中機械夾雜物的質量百分含量不大于0.30%。5、焊劑中的硫含量不大于0.060%，磷含量不大于0.080%。6、焊劑中的堿度值≥1.87、熔敷金屬力學性能：

1）、熔敷金屬拉伸試驗標準抗拉強度σb（Mpa）：≥480。屈服強度σs（Mpa）：≥400。伸長率δs（%）：≥22。2）、熔敷金屬沖擊試驗標準a、試驗溫度（℃：—20。b、沖擊吸收功（J）：≥27。8、焊接工藝性能應達到：電弧非常穩(wěn)定，焊接過程中無雜質，電弧柔和；脫渣容易會自動整塊脫落；焊接時沒有氣孔、壓坑出現(xiàn)；焊道與焊道之間、焊道與母材之間過渡平滑，焊縫金屬與母材金屬很好的融合在一起，無凹陷；焊道表面應非常平整光滑，無麻點、毛刺整齊，成型美觀。㈦、埋弧焊用焊絲國產埋弧焊用焊絲已列入國家標準GB/T14957-94，其中可分為低碳結構鋼焊絲、合金結構鋼焊絲和不銹鋼焊絲。這些焊絲的牌號、代號及標準化學成分棕列于表414。低碳結構鋼焊絲分低硅低錳和低硅中錳二種。因此必須配用高硅高錳或中錳高硅焊劑。合金鋼焊絲除H10Mn2焊絲之外，其余均為中硅高錳和中硅中錳焊絲。故應與中錳中硅焊劑或低錳中硅焊劑相配用。不銹鋼焊絲都是中硅中錳或中硅高錳焊絲，故可采用低錳中硅中氟或無錳低硅高氟焊劑焊接。埋弧焊焊絲的規(guī)格有Φ2、Φ3、Φ4、Φ5mm，焊絲表面可分光焊絲和鍍銅焊絲。對于光焊絲應采用不影響焊縫質量的涂料防銹。㈧、埋弧焊焊劑與焊絲的選配四、埋弧焊工藝及技術一、埋弧焊工藝基礎（一）焊縫形成和結晶過程的一般規(guī)律Q＝ηIU/Vw式中Q——單位焊縫長度上的焊接線能量（J/cm）；

η——熱效率（%）；

I——焊接電流（A）；

U——電弧電壓（V）；

Vw——焊接速度（mm/s）、由上式可知，熔池尺寸的大小與電流電壓的乘積成正比，與焊接速度成反比。如圖4.25所示，大量的實驗結果和生產經(jīng)驗證明，焊縫的熔深H與熔寬B及余高a應成適當?shù)谋壤?。通常焊縫的形狀以形狀系數(shù)φ=B/H和增厚系數(shù)B/a來表征。小的形狀系數(shù)表示焊縫橫截面形狀深而窄，易出現(xiàn)熱裂紋和氣孔；大的形狀系數(shù)表示焊縫橫截面淺而寬，易形成未焊透或夾渣。因此，形狀系數(shù)應有一個合適的范圍。對于埋弧自動焊焊縫，通常應將形狀系數(shù)控制在1.3~1.5。增厚系數(shù)應控制在4~8。

如圖4.26a）所示，因面可抑制裂紋和氣孔的產生，從焊縫的縱向截面看，熔池底部愈細長，兩側生長的晶粒在焊縫中心的夾角愈大，焊縫中心的雜質底部如呈橢圓形，就不易出現(xiàn)縱向熱裂紋。因此，控制焊縫形成是防止焊縫缺陷形成的先決條件，富有經(jīng)驗的焊工，可從焊縫的外形判斷焊縫內部是否存在缺陷，并通過規(guī)范參數(shù)的調整，使焊縫達到最佳的成形。二、焊接工藝參數(shù)對焊縫成形的影響影響焊縫成形的主要因素是：1、焊接電流；2、電弧電壓；3、焊接速度；4、電源種類及其極性。

1、焊接電流焊接電流與熔透深度幾乎是直線正比關系。圖4-27示出I形對接焊和Y形坡口對接焊時，焊接電流和熔透深度的關系曲線。如以數(shù)學式表示：

H=kmI式中H——熔透深度

Km——熔透系數(shù)

I——焊接電流（A）。

熔深系數(shù)km取決于焊絲直徑和電流種類。對于Φ2mm直徑的焊絲。Km=1.0-1.7，對于Φ5mm焊絲，km=0.7-3，采用交流電埋弧焊時，km一般在1.1-1.3范圍之內。2、電弧電壓

電弧電壓與電弧長度成正比關系。在其他參數(shù)不變的條件下，隨著電弧電壓的提高，焊縫的寬度明顯增大，而熔深和余高則略有減小。電弧電壓過高時，會形成淺而寬的焊道，從而導致未焊透和咬邊等缺陷的產生。此外焊劑的熔化量增多，使焊波表面粗糙，脫渣困難。降低電弧電壓，能提高電弧的挺度，增大熔深。但電弧電壓過低，會形成高而窄的焊道，使邊緣熔合不良。

為獲得成形良好的焊道，電弧電壓與焊接電流應相互匹配。當焊接電流加大時，電弧電壓應相應提高。圖4-29電弧電壓對焊縫形狀的影響a）不同電弧電壓時焊縫橫截面形狀b）電弧電壓對焊縫尺寸的影響B(tài)—熔寬H—熔深a—余高3、焊接速度

焊接速度決定了每單位焊縫長度上的熱輸入能量，在其他參數(shù)不變的條件下，提高焊接速度，單位長度焊縫上的熱輸入能量和填充金屬量減少。因而使熔深、熔寬及余高都相應地減小。焊接速度對焊縫形狀的影響B(tài)—熔寬H—熔深a）余高橫截面為蘑菇形焊縫及裂紋分布部位圖4-30

圖4-31

焊接速度太快，會產生咬邊和氣孔等缺陷，焊道外形惡化。如焊接速度太慢，可能引起燒穿。如電弧電壓同時較高，則可能導致橫截面呈蘑菇形焊縫。而這種形狀的焊縫對人字形裂紋或液化裂紋敏感。圖4-31示出這種焊縫中產生的典型凝固裂紋。此外，還會因熔池尺寸過大而形成表面粗糙的焊縫。為此，焊接速度應與所選定的焊接電流，電弧電壓適當匹配。右圖橫截面為蘑菇形焊縫及裂紋分布部位4、焊接電流及其極性采用直流電源進行埋弧焊，與交流電源相比，能更好地控制焊道形狀、熔深，且引弧容易，以直直流反接（焊絲接正極）焊接時，可獲得最大的熔深和最佳的焊縫表面。以直流正接（焊絲接負極）焊接時，焊絲熔化速度要比反接高35%，使焊縫余高，熔深變淺。因為在正接時，電弧最大的熱量集中于焊絲的頂端。直流正接法埋弧焊可用于要求淺熔深的材料焊接以及表面堆焊。為獲得成形良好的焊道，直流正接焊接時，應適當提高電弧電壓。5、其他工藝參數(shù)對焊縫成形的影響其他工藝參數(shù)對焊縫成形也有一定的影響。這些參數(shù)有：1、焊絲伸出長度；2、焊劑粒度和堆散高度；3、焊絲傾角和偏移量。4、其它2、焊劑粒度和堆散高度焊劑粒度和堆散高度對焊道的成形也有一定的影響，焊劑粒度通常以過篩的目數(shù)表示。例如8×48表示90%-95%的顆粒能通過每英寸8孔的篩，2%-5%的顆粒能通過每英寸48孔的篩。焊劑粒度應根據(jù)所使用的焊接電流來選擇，細顆粒焊劑適用于大的焊接電流，能獲得較大的熔深和寬而平坦的焊縫表面。如在低電流下使用細顆粒焊劑。因焊劑層密封性較好，氣體不易逸出，而在焊縫表面留下斑點。相反，如在大電流下使用粗顆粒焊劑，則因焊劑層保護不良而在焊縫表面形成凹坑或出現(xiàn)粗糙的波紋。

焊劑堆密度太薄或太厚都會在焊縫表面引起斑點、凹坑、氣孔并改變焊道的形狀。焊劑堆密度太薄，電弧不能完全埋入焊劑中，電弧燃燒不穩(wěn)定且出現(xiàn)閃光、熱量不集中，降低焊縫熔透深度。如焊劑堆散層太厚、電弧受到熔渣殼的物理約束，而形成外形凹凸不平的焊縫，但熔透深度增加。因此焊劑層的厚度應加以控制，使電弧不再閃光，同時又能使氣體從焊絲周圍均勻逸出為準。按照焊絲直徑所使用的焊接電流，焊劑層的堆散高度通常在25mm~40mm范圍內，焊絲直接愈大、電流愈高，堆散高度應相應加大。3、焊絲傾角和偏移量焊絲的傾角對焊道的成形有明顯的影響，焊絲相對于焊接方向可作向前傾斜和向后傾斜。順著焊接方向傾斜稱為前傾。背著焊接方向傾斜稱為后傾。焊絲前傾時，電弧大部分熱量集中于焊接熔池，電弧吹力使熔池向后推移，因而形成熔透深、余高大、熔寬窄的焊道，而焊絲后傾時，電弧熱量大部分集中于未熔化的母材，從而形成熔深淺、余高小、熔寬大的焊道。環(huán)縫焊時焊絲的位置對焊道成形的影響（1、2、3為焊絲位置）1—焊道明顯下凹，熔深最淺2—焊道平整、美觀易脫渣

3—明顯凸鼓，熔深最大圖4-34

6、埋弧焊接頭的設計埋弧焊接頭和坡口形式的設計原則埋弧焊接頭和坡口形式的設計應允許利用埋弧焊接熔深、高熔敷率的特點。焊接接頭設計應首先保證結構的強度要求，即焊縫應具有足夠的熔深和厚度；其次是考慮經(jīng)濟性，即在保證熔透的前提下，盡量減少焊接坡口的填充金屬量，縮短焊接時間。從經(jīng)濟觀點出發(fā)，埋弧焊接頭應盡量不開坡口，或少開坡口。因埋弧焊可使用高達2000A的焊接電流，單面焊熔深可達18mm~20mm，因此，在40mm以下的鋼板，可采用I形直邊對接形式進行埋弧自動焊而獲得全熔透的對接縫。但這種高效焊接法在實際生產中受到各種限制。首先，普通結構鋼厚板不可避免存在雜質的偏析，提高了深熔焊縫熱裂紋的敏感性。其次，采用大電流焊接時，焊接線能量大大超過各種鋼材所容許的極限，不僅使焊縫金屬結晶粗大，而且熱影響區(qū)晶粒急劇長大，這兩個區(qū)域金屬沖擊韌性明顯下降。因此，這種工藝只能用于對接頭質量要求不高，或無沖擊韌性要求的焊接結構中。（五）引弧板和引出板的設置（六）、建筑鋼結構

埋弧焊施工工藝1、施工準備（1）材料；（2）機具設備；（3）作業(yè)條件；（4）技術準備；3、焊材選配與準備：

埋

弧

焊

工

藝

參

數(shù)

四、電渣焊（ESW）

電渣焊是一種50年代開始應用于工業(yè)生產的熔焊化方法，它可以“以小拼大”，將較小的鑄件、鍛件、鋼板拼焊成大型機械產品零部件。在大厚度焊接結構的焊接中，具有生產率高、自動化程度高、工人勞動強度低等優(yōu)點，最近，廣泛用于BOX結構的筋板的焊接；電渣焊優(yōu)點和缺點一樣突出，由于焊縫和HAZ晶粒粗大，沖擊韌性低的缺點，在建筑鋼結構領域內逐漸受到限制。㈠、電渣焊過程及特點

利用電流通過液體熔渣所產生的電阻熱進行焊接的方法稱電渣焊。圖6.1為電渣焊過程示意圖，焊前先把工件垂直放置，在兩工件之間留有約20～40mm的間隙，在工件下端裝有起焊槽，上端裝引出板，并在工件兩側表面裝有強迫焊縫成形的水冷成形裝置（滑塊）。開始焊接時，使焊絲與起焊槽短路起弧，不斷加入少量固體焊劑，利用電弧的熱量使之熔化，形成液態(tài)熔渣，待渣池達到一定深度時，增加焊絲送進速度，并降低焊接電壓，使焊絲插入渣池，電弧熄滅，轉入電渣焊接過程。圖6.1

電渣焊過程示意圖1－焊件2－金屬熔池3－渣池4－導電嘴5－焊絲6－水冷強迫成形裝置7－引出板8－熔滴9－焊縫10－起焊槽㈡、電渣焊特點

電渣焊再工藝上具有如下特點，它是一種機械焊接方法，在焊接接頭多用I形坡口，處于立焊位置，即焊縫軸線處在垂直或接近垂直的位置下施焊，除環(huán)縫外，焊接時，焊件是固定的。焊接開始以后就連續(xù)焊到結束，中間不能停頓。焊縫的凝固過程是從底部向上進行，在凝固的焊縫金屬上面總有熔化金屬，而熔化金屬始終有高溫熔渣覆蓋。沒有電弧，焊接過程平穩(wěn)且無飛濺。具有高的熔敷率，從而可以單道焊非常厚的截面。與其他熔焊方法比較，電渣焊具有下列優(yōu)點：1、可以一次焊接很厚的工件，從而可以提高焊接生產率。理論上能焊接的板厚無限的，但實際上要受到設備、電源容量和操作技術等方面限制，常焊的板厚約在13～500mm。2、厚的工件也不需開坡口，只要兩工件之間有一定裝配間隙即可，因而可以節(jié)約大量填充金屬和加工時間。3、由于處在立焊位置，金屬熔池上始終存在著一定體積的高溫熔池，使熔池中的氣體和雜質較易析出，故一般不易產生氣孔和夾渣等缺陷。又由于焊接速度緩慢，其熱源的熱量集中程度遠比電弧焊為弱，所以使近縫區(qū)加熱和冷卻速度緩慢，這對于焊接易淬火的鋼種，減少了近縫區(qū)產生淬火裂縫的可能性。焊接中碳鋼和低合金鋼時均可不預熱。4、由于母材熔深較易調整和控制，所以使焊縫金屬中的填充金屬和母材金屬的比例可在很大范圍內調整，這對于調整焊縫金屬的化學成分及降低有害雜質具有特殊意義。由于電渣焊熱源的特點和焊接速度緩慢，也存在著一個很大的缺點，即焊縫金屬和近縫區(qū)在高溫（1000℃以上）停留時間長，易引起晶粒粗大，產生過熱組織，造成焊接接頭沖擊韌度降低，所以對某些鋼種焊后一般都要求進行正火或回火熱處理，這對于大型工件來說是比較困難的。如何提高電渣焊在焊態(tài)時的接頭沖擊韌度是當前電渣焊技術發(fā)展中的一個重要課題。（二）、電渣焊種類、適用范圍

按電極的形狀，電渣焊方法有：1、絲極電渣焊ESW-W；2、熔嘴電渣焊（含管極電渣焊）ESW-N

；3、板極電渣焊ESW-P三種。1、絲極電渣焊（ESW-WE）圖6.2

1－導軌2－焊機機頭3－工件4－導電嘴5－渣池6－金屬熔池7－