《金屬加工與實訓(xùn)-基礎(chǔ)常識（第3版）》 課件 第6章 焊接

金屬加工與實訓(xùn)—基礎(chǔ)常識（第3版）第6章焊接第6章焊接1.了解焊接生產(chǎn)的工藝過程、特點、應(yīng)用及焊接安全操作規(guī)程。2．了解焊條電弧焊的設(shè)備及操作、維護(hù)的一般方法、電焊條的組成及作用，熟悉焊條電弧焊的常用工藝方法。3、了解氣焊與氣割的設(shè)備及工藝過程。4.了解埋弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、氬弧焊等焊接方法及工藝，了解焊接新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備。學(xué)習(xí)目標(biāo)6.1焊接基礎(chǔ)知識1．焊接的特點及應(yīng)用

焊接是指通過加熱或加壓（或兩者并用），并且用（或不用）填充材料，使工件結(jié)合成一整體的加工方法。(1)減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，節(jié)省金屬材料。(2)能分大為小，以小拼大。(3)可制造雙金屬結(jié)構(gòu)。(4)結(jié)構(gòu)強度高，產(chǎn)品質(zhì)量好。

(5)生產(chǎn)率較高，易于實現(xiàn)機械化與自動化。6.1焊接基礎(chǔ)知識2．焊接的分類6.1焊接基礎(chǔ)知識3．焊接安全操作規(guī)程（閱讀P86-88）（1）預(yù)防觸電的安全操作規(guī)程（2）預(yù)防火災(zāi)和爆炸的安全操作規(guī)程（3）預(yù)防有害氣體和煙塵中毒的安全操作規(guī)程（4）預(yù)防弧光和輻射的安全操作規(guī)程（5）特殊環(huán)境焊接的安全操作規(guī)程6.2焊條電弧焊

焊條電弧焊(又稱手工電弧焊)是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，如下圖所示。

焊條電弧焊設(shè)備簡單，操作靈活方便，適合各種條件下的焊接。

但要求操作者技術(shù)水平較高，生產(chǎn)率低，勞動條件差。

主要用于單件小批量生產(chǎn)中接碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼的焊接和鑄鐵的補焊等。

它是利用焊條與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱，熔化焊條和焊件接頭處，再經(jīng)冷卻凝固，達(dá)到原子結(jié)合的焊接過程。相關(guān)鏈接：焊接生產(chǎn)6.2焊條電弧焊1.焊接電弧(1)焊接電弧的產(chǎn)生焊接電弧是由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強烈而持久的放電現(xiàn)象。焊接電弧的產(chǎn)生過程請看動畫。相關(guān)鏈接：焊接電弧現(xiàn)象(2)電弧的組成及熱量分布

電弧的三個區(qū)陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)焊接電弧的溫度oC和熱量分布溫度K熱量分布陽極區(qū)：260043％弧柱區(qū)：6000～800021％陰極區(qū)：240036％焊接電弧的產(chǎn)生過程6.2焊條電弧焊

(3)焊接電弧的極性及應(yīng)用焊接電弧的不同區(qū)域溫度是不同的，陽極區(qū)的溫度要高于陰極區(qū)。采用直流弧焊機焊接有正接與反接之分（見下圖）。當(dāng)把焊件接正極、焊條接負(fù)極時，稱為正接法，電弧熱量大部分集中在焊件上使焊件熔化速度加快，保證了足夠的熔深，故多用于焊接較厚的焊件。相反，如果焊件接負(fù)極、焊條接正極時，稱反接法，適合于焊接較薄的焊件或不需要較多熱量的焊件，如非鐵金屬、不銹鋼、鑄鐵。正接法反接法

使用交流電源進(jìn)行焊接時，不存在正接、反接的問題。6.2焊條電弧焊2.焊條電弧焊設(shè)備

焊條電弧焊的主要設(shè)備是弧焊機。按焊接電流的種類不同，電焊機可以分為交流弧焊機和直流弧焊機兩類。(1)交流弧焊機

交流弧焊機實際上是一種滿足焊接要求的特殊降壓變壓器。焊接時，焊接電弧的電壓基本不隨焊接電流變化。這種電焊機結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，使用可靠，成本較低，工作時噪音較小，維護(hù)、保養(yǎng)容易，是常用的手工電弧焊設(shè)備。但它的電弧穩(wěn)定性較直流焊機差。(2)直流弧焊機

直流弧焊機所供給焊接電弧的電流是直流電。直流弧焊機分為兩種：一種為焊接發(fā)電機，即由交流電動機帶動直流發(fā)電機；別一種為焊接整流器。其特點是能夠得到穩(wěn)定的直流電，因此電弧燃燒穩(wěn)定、焊接質(zhì)量較好。與交流電焊機相比，直流弧焊機構(gòu)造復(fù)雜、維修困難、噪音較大、成本高。適用于焊接較重要的焊件。6.2焊條電弧焊3．焊條（1）焊條的組成是供手工電弧焊用的熔化電極，由焊芯和藥皮兩部分組成。

1)焊芯焊芯是焊條中被藥皮包覆的金屬芯。它起導(dǎo)電和填充金屬的作用。焊芯用鋼絲通常采用焊接專用鋼絲。

常用的焊芯直徑為2．5－6．0mm，長度為350－450mm。

2）藥皮藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層。焊條相關(guān)鏈接：焊芯生產(chǎn)過程藥皮產(chǎn)生過程6.2焊條電弧焊（2）焊條的分類、型號1）焊條的分類

按用途焊條分為碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鎳和鎳合金焊條、銅和銅合金焊金、鋁和鋁合金焊條等。

按照焊條藥皮中氧化物的性質(zhì)分為酸性焊條和堿性焊條兩類。

2）焊條的型號焊條型號的編制方法按國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)GB/T5117-2012規(guī)定，非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條（碳鋼焊條）型號用字母“E”表示焊條類型，用其后的兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值(單位為MPa)，第三位和第四位數(shù)字組合表示藥皮類型、焊接位置及焊接電流。如E4303表示焊縫金屬的抗拉強度Rm≥430MPa，適用于全位置焊接，藥皮類型是鈦型，電流種類是交流或直流正、反接。6.2焊條電弧焊

（3）焊條選用原則

1）根據(jù)焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分

焊接低碳鋼或低合金鋼時，一般都要求焊縫金屬與母材等強度；焊接耐熱鋼、不銹鋼等主要考慮熔敷金屬的化學(xué)成分與母材相當(dāng)。

2）根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和剛性

對于形狀復(fù)雜、剛性較大的結(jié)構(gòu)，及焊接承受沖擊載荷、交變載荷的結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選用抗裂性好的堿性焊條。3）根據(jù)焊件的工藝條件和經(jīng)濟性

焊接難以在焊前清理的焊件時，可采用對銹、氧化物和油敏感性較小的酸性焊條，在滿足使用性能要求的前提下，盡量選用高效率，價廉的焊條。如酸性焊條。4.焊條電弧焊工藝

(1)焊接接頭基本形式和坡口基本形式1）焊接接頭基本形式

焊條電弧焊常見的接頭形式有對接接頭、角接接頭、Ｔ形接頭、搭接接頭。6.2焊條電弧焊

2)坡口基本形式

焊條電弧焊常用的坡口形式、尺寸及焊縫形式見下表。

坡口形式根據(jù)接頭形式、焊件厚度及結(jié)構(gòu)等按規(guī)定選用。

焊條電弧焊常用坡口形式、尺寸與標(biāo)注方法相關(guān)鏈接：坡口加工方法6.2焊條電弧焊(2)焊縫的空間位置

焊接時，按焊縫在空間位置的不同可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊四種(見下圖)(a)平焊

(b)橫焊(c)立焊(d)仰焊相關(guān)鏈接：各種空間位置的焊縫的焊接操作示范6.2焊條電弧焊(3)焊接工藝參數(shù)的選擇為了保證焊接質(zhì)量，焊接時選定的各物理量的總稱叫焊接工藝參數(shù)。焊接工藝參數(shù)主要包括焊接電流、焊條直徑、焊接層數(shù)、電弧長度和焊接速度等。

1）焊條直徑平焊時焊條直徑與焊件厚度的關(guān)系焊件厚度/mm≤1.5234～56～12＞12焊條直徑/mm1.61.6～2.22.5～3.23.2～4.04～54～62）焊接電流焊接電流主要根據(jù)焊條直徑選擇。焊條直徑/mm1.62.02.53.24.05.05.8焊接電流/A25～4040～7050～8090～130160～210200～270260～300各種直徑焊條推薦電流值。

3）焊接速度

焊接速度一般由焊工根據(jù)焊縫尺寸和焊條特點自行掌握，不應(yīng)過快或過慢，應(yīng)以焊縫的外觀與內(nèi)在質(zhì)量均達(dá)到要求為適宜。6.2焊條電弧焊5）焊接層數(shù)

中、厚焊件焊接時必須開坡口，進(jìn)行多層焊接。由于后焊的焊層對先焊的焊層有熱處理作用，多層焊有利于提高焊縫的質(zhì)量。4）電弧長度電弧長度一般不超過2－4mm?？傊?，焊接工藝參數(shù)的選擇，應(yīng)在保證焊接質(zhì)量的條件下，盡量采用較大直徑焊條和較大電流進(jìn)行焊接，以提高勞動生產(chǎn)率。6.2焊條電弧焊5.焊接缺陷焊接缺陷種類和產(chǎn)生原因主要如下：（1）未焊透焊接時，接頭根部未完全熔透現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：

1）焊接電流過小。

2）焊速太快。

3）未開坡口或破口過小。

4）操作技術(shù)不佳。

（2）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。產(chǎn)生原因：

1）焊接電流過大。

2）焊速過漫。

3）電弧在焊縫某處停留時過長。

4）焊件間隙大，操作不當(dāng)。6.2焊條電弧焊（3）夾渣焊后殘留在焊縫中的焊渣。產(chǎn)生原因：

1）焊接材料清理的不于凈。

2）焊接電流太小。

3）焊接速度太大。

4）運條不當(dāng)。（4）氣孔焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而殘留下來所形成的空穴。產(chǎn)生原因：

1）熔化金屬凝固太快。

2）電弧太長或太短。

3）焊接材料不干凈。

4）焊接材料化學(xué)成分不對。6.2焊條電弧焊（5）咬邊沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷。產(chǎn)生原因：

1）焊接電流過大，運條速度不合適。

2）焊條角度不對，電弧長度不適當(dāng)（6）焊瘤焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫之外未熔化的母材上所形成的金屬瘤。產(chǎn)生原因：

1）操作不熟練，運條不當(dāng)。

2）電弧過長。

3）立焊時，焊接電流過大。6.2焊條電弧焊

（7）裂紋

在焊接應(yīng)力及其他致脆因素共同作用下，焊接接頭中局部地區(qū)的金屬原子結(jié)合力遭到破壞而形成的新界面所產(chǎn)生的縫隙。產(chǎn)生原因：

1）焊接措施和順序不當(dāng)。

2）焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)。

3）熔化金屬冷卻太快。

4）焊件設(shè)計不合理。

（8）未熔合熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生原因：

1）同未焊透原因1、2、3。

2）鈍邊太厚，間隙過窄。

3）焊條直徑選擇不當(dāng)，焊條角度不對或電弧偏吹。6.3氣焊與氣割6.3.1氣焊氣焊是利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化被焊金屬和填充金屬，使其形成牢固的焊接頭的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊。

氣焊的原理見下圖6.3氣焊與氣割6.3.1氣焊氣焊是利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化被焊金屬和填充金屬，使其形成牢固的焊接頭的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊。

氣焊的原理見下圖6.3.1氣焊氣焊設(shè)備和工具的連接如下圖所示。1.氣焊的設(shè)施主要包括可燃?xì)怏w瓶、氧氣瓶、減壓器、膠管、焊炬、焊絲和焊劑等。6.3.1氣焊

（1）氧氣與氧氣瓶

（2）乙炔和溶解乙炔瓶

1)氧氣是助燃劑，與乙炔混合燃燒時，能產(chǎn)生大量的熱量。

氧氣在高壓情況下遇到油脂會有爆炸的危險。2)是儲存高壓氧氣的圓柱形容器。外表為天藍(lán)色，最高壓力為14.7MPa，容積為40L，儲氣量約為6m3，見右圖。

1）乙炔乙炔無色、室溫下極易燃的氣體。純乙炔是無臭的，但工業(yè)用乙炔由于含有硫化氫、磷化氫等雜質(zhì)，而有一股大蒜的氣味。2）溶解乙炔瓶是用于儲運乙炔的裝有填料的特制壓力容器。外形與氧氣瓶相近，表面涂以白色，并用紅油漆寫上“乙炔”字樣，最高壓力為4.7MPa，見右圖。氧氣瓶乙炔瓶6.3.1氣焊

（3）減壓器減壓器是將高壓氣體降為低壓氣體的調(diào)節(jié)裝置，其作用是將氣瓶中流出的高壓氣體降到需要的工作壓力，并保持壓力的穩(wěn)定。

氧氣減壓器乙炔減壓器6.3.1氣焊

（4）焊炬焊炬又稱焊槍，是指利用氧氣和中低壓乙炔作為熱源，焊接或預(yù)熱黑色金屬或有色金屬工件的工具。焊嘴焊炬6.3.1氣焊2.氧乙炔焰氧氣和乙炔混合燃燒的火焰為氧乙炔焰。氧乙炔焰由焰心、內(nèi)焰和外焰三部分組成。根據(jù)氧氣和乙炔的比例不同，得到三種不同性質(zhì)的氣焊火焰。氧氣和乙炔氣體的體積比為1.1~1.2氧氣和乙炔氣體的體積比大于1.2氧氣和乙炔氣體的體積比小于1.1碳化焰中性焰（正常焰）氧化焰6.3.1氣焊3.氣焊操作工藝

（1）焊前準(zhǔn)備（2）選擇焊絲（3）氣焊熔劑（4）移動方向氣焊時，根據(jù)焊炬的運作方向，可分為左焊法和右焊法兩種，見下圖。左焊法右焊法6.3.1氣焊3.氣焊操作工藝

（5）控制焊嘴傾角6.3.1氣焊4.氣焊的特點（1）焊接不需要電源（2）火焰易控制，設(shè)備簡單，操作靈活。（3）焊接變形大，焊接質(zhì)量不高。（4）生產(chǎn)率較低。相關(guān)鏈接：氣焊的定義、焊接火焰、設(shè)備、操作、特點及應(yīng)用5.氣焊的常見故障（1）開關(guān)處漏氣或焊嘴漏氣（2）焊嘴孔徑擴大或成橢圓形（3）焊矩發(fā)熱（4）火焰能率調(diào)節(jié)不大，乙炔壓力過低6.3.2氣割氣割是指利用氣體火焰將被切割的金屬預(yù)熱到燃點，使其在純氧氣流中劇烈燃燒，形成熔渣并放出大量的熱，在高壓氧的吹力作用下，將氧化熔渣吹掉，所放出的熱量又進(jìn)一步預(yù)熱下一層金屬，使其達(dá)到熔點。

金屬的氣割過程，就是預(yù)熱、燃燒、吹渣的連續(xù)過程，其實質(zhì)是金屬在純氧中燃燒的過程，而不是熔化過程。

氣割常用的可燃?xì)怏w是乙炔氣，使用的助燃?xì)馐茄鯕?，與氣焊相同。氣割過程如下圖所示。氣割操作氣割過程示意圖6.3.2氣割

1.割矩割矩是氣割的主要工具，可以安裝和更換割嘴，以及調(diào)節(jié)預(yù)熱火焰氣體流量和控制切割氧流量。常用的為射吸式割矩。氣設(shè)備和工具的連接割嘴割矩6.3.2氣割2.氣割操作工藝

（1）預(yù)熱用預(yù)熱火焰加熱開始點（此時高壓氧氣閥是關(guān)閉的），預(yù)熱時間應(yīng)視金屬溫度情況而定，一般加熱到工件表面接近熔化（表面呈橘紅色）。

（2）切割輕輕打開高壓氧氣閥門，開始?xì)飧?。氣割過程中，割炬運行速度要均勻，割炬與工件的距離要保持不變。為充分利用預(yù)熱火焰和提高效率，切割時可根據(jù)被切割鋼板的厚度將割嘴向后傾斜0°~30°，且鋼板越薄，角度應(yīng)越大，如下圖所示。6.3.2氣割

（3）終割臨近終點時，割嘴應(yīng)向氣割方向后傾一定角度，使材料下部提前被割穿。切割至終點后，關(guān)閉切割氧氣閥，同時抬起割炬，若不需繼續(xù)使用，則先關(guān)閉乙炔閥，后關(guān)閉混合氣調(diào)節(jié)閥。然后放松減壓器的調(diào)壓螺桿，關(guān)閉乙炔和氧氣瓶閥。

3.氣割的特點

氣割設(shè)備簡單，操作方便，使用范圍廣；所用氣體、設(shè)備與工具與氣焊相同，只是氣焊時使用焊矩，氣割時使用割矩。4.割矩的常見故障割矩的常見故障及排除方法與焊矩基本相同，詳見表6-5。6.4其他焊接方法及焊接新技術(shù)簡介6.4.1其他焊接方法1.埋弧焊埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。相關(guān)鏈接：埋弧焊動畫講解

埋弧自動焊的特點及應(yīng)用實例6.4.1其他焊接方法2.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是利用CO2作為保護(hù)氣體的電弧焊，二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的原理請看動畫。（2）

CO2氣體保護(hù)焊的特點：

1）電流密度大、熔深大、焊速快、焊后無需清渣。

2）產(chǎn)生變形和裂紋的傾向小。

3）焊縫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，接頭抗裂性好。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的原理相關(guān)鏈接：相關(guān)鏈接：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的特點及應(yīng)用（1）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的原理6.4.1其他焊接方法3.氬弧焊氬弧焊是使用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。按所用的電極不同，氬弧焊分為熔化極氬弧焊和不熔化極(鎢極)氬弧焊兩種。氬弧焊實例相關(guān)鏈接：（1）氬弧焊的原理熔化極氬弧焊不熔化極(鎢極)氬弧焊6.4.1其他焊接方