焊接基礎(chǔ)知識 (一)

焊接基礎(chǔ)知識

一、焊接方法與分類

電焊技術(shù)就是采用在金屬連接處實行局部電能加熱、

加壓或加壓的同時加熱，使被焊金屬局部達(dá)到液態(tài)或接近

液態(tài)，來促進(jìn)原子或分子間相互擴(kuò)散和進(jìn)行結(jié)合，以達(dá)到

固定的連接。近百年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種

焊接方法不斷出現(xiàn)。按照焊接過程中金屬所處的狀態(tài)和工

藝特點，可以把焊接方法簡單按族系法分為三大類，即熔

化焊、固相焊和釬焊。還可進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分。

(1)熔化焊使被連的構(gòu)件表面局部加熱熔化成液體，

添加填充金屬或不添加填充金屬，然后冷卻結(jié)晶成一體的

方法稱為熔化焊。為了實現(xiàn)熔化焊，關(guān)鍵是要有一個能量

集中、溫度足夠的局部加熱。其次，為防止局部熔化的高

溫焊縫金屬因跟空氣接觸而造成成分、性能的惡化，熔化

過程一般要采取有效的隔離空氣的保護(hù)措施。常見的電弧

焊、氣焊、氣體保護(hù)焊等，都屬于熔化焊范疇。

（2）固相焊利用加壓、摩擦、擴(kuò)散等物理作用克服

兩個連接表面的不平度，除去（擠走）氧化膜及其他污染

物，使兩個連接面原子相互結(jié)合，在固態(tài)條件下實現(xiàn)連接

稱為固相焊。固相焊通常必須加壓，所以也稱為壓焊。為

了使固相焊容易實現(xiàn)，大都在加壓同時伴隨加熱措施（但

加熱溫度遠(yuǎn)低于焊件的熔點，因此，固相焊一般無需保護(hù)

措施）。常見的鍛焊、電阻對焊、擴(kuò)散焊、激光焊、電子

束焊、爆炸焊、閃光焊等均屬于固相焊范疇。

（3）釬焊利用某些熔點低于被焊構(gòu)件材料熔點的熔

化金屬（釬料）作為連接的媒介物在連接界面上的流散浸

潤作用，然后冷卻結(jié)晶形成結(jié)合面的方法稱為釬焊。釬焊

時被焊金屬本身不熔化?；鹧驸F焊、鹽浴釬焊、感應(yīng)釬焊、

電子束釬焊等屬釬焊范疇?；竞附臃椒胺诸愐姳韑-lo

表焊接方法族系法分類

—螺柱焊

—焊條電弧焊

—埋瓠焊

—氨弧焊

—二氧化碳電弧焊

—鋁極氫弧焊

—原子氫焊

—等離子弧焊

熔化極焊一

熔化焊

基氧-氫焊

本氣焊氧-乙快焊

焊空氣-乙塊焊

接

鋁熱焊

電渣焊

方電子束焊

激光煌

法電阻點縫焊

電阻對焊

冷壓焊

超聲波焊

爆炸焊

鍛焊

擴(kuò)散焊

固相焊

火焰釬焊

感應(yīng)釬焊

爐中釬焊

鹽浴釬焊

電子束釬焊

釬焊

二、焊接電弧的基礎(chǔ)知識

電弧是一切電弧焊焊接方法的能源，電弧是一種氣體

放電現(xiàn)象。

1.電弧的物理特性

焊接電弧是由焊接電源供電的、具有一定電壓的兩電

極間或電極與焊件間氣體介質(zhì)產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電

現(xiàn)象。通常情況下，氣體的分子和原子呈中性，氣體中沒

有帶電粒子，即使在電場作用下，也不會產(chǎn)生氣體導(dǎo)電現(xiàn)

象，電弧不能自發(fā)產(chǎn)生。要使電弧引弧并穩(wěn)定地燃燒，就

必須使兩電極間的氣體電離產(chǎn)生導(dǎo)電粒子O

2.焊接電弧的結(jié)構(gòu)

(1)電弧結(jié)構(gòu)：焊接電弧在長度方向上，由于其氣體

導(dǎo)體粒子的特性變化，電弧的阻抗也發(fā)生變化。通常將電

弧分成三個區(qū)域，靠近陰、陽極分別為陰極區(qū)和陽極區(qū)，

中間的部分為弧柱區(qū)(圖1-1)。陰極區(qū)的長度非常小，只

有IO"?[0-6cm,陽極區(qū)的長度也只有10"?10-4cm,而

弧柱區(qū)則占據(jù)電弧的主要長度。在電弧電壓的分布上，陰

極區(qū)的壓降(UK)為10~20v,弧柱區(qū)的壓降(Uc)為10-30V,

而陽極區(qū)的壓降(5)為2?3V。

陰極壓降區(qū)一-----孤柱區(qū)------HH—陽極壓降區(qū)

圖1-1電弧壓降分布

（2）電弧中溫度及能量的分布：根據(jù)焊接電弧的結(jié)構(gòu)

特點，焊接電弧中各區(qū)域溫度及能量分布也不均勻。焊接

電弧的溫度結(jié)構(gòu)特點，電極材料、氣體種類、焊接電流大

小、焊接方法不同而不同。一般情況下，弧柱區(qū)的溫度較

高，兩電極溫度較低，這主要是由于電極溫度受到電極的

材料種類、焊接性能以及熔點和沸點的限制，而弧柱區(qū)則

沒有。

（3）電弧周圍的磁場：電弧實際上是一種氣態(tài)導(dǎo)體，

從宏觀上看呈中性，而在其內(nèi)部，正、負(fù)電荷分離并以一

定的方向運動形成電流，就像一根通電的導(dǎo)體。與流過電

流的導(dǎo)體一樣，電弧周圍也產(chǎn)生自身的磁場。電流與磁場

的方向由右手定則確定（圖l-2）o這種自身磁場能產(chǎn)生一

定的電磁收縮力，促使熔滴向熔池過渡，俁證熔化深度，

并使電弧具有一定剛度，即電弧抵抗外界干擾，力求保持

沿焊條（絲）軸向流動的能力。

在焊接過程中，由于種種原因，電弧自身所產(chǎn)生的磁

場均勻性的分布可能遭到破壞，使電弧偏離焊條（絲）的

軸線方向，即產(chǎn)生磁偏吹現(xiàn)象，如圖1-3所示。電流不僅

在焊條與電弧的空間產(chǎn)生磁場，而且在流過焊件的方向產(chǎn)

生磁場，結(jié)果使電弧偏離了焊條(絲)軸線。磁偏吹的產(chǎn)

生還可能由于焊件上的剩磁以及焊件周圍其他的磁場所

引起。

(a)一般導(dǎo)體(b)電瓠

圖1?2電弧周圍磁場圖1-3電弧的磁偏吹現(xiàn)象

電弧磁偏吹使焊接電弧飄移和不穩(wěn)定，甚至?xí)闺娀?/p>

熄滅。電弧的不穩(wěn)定燃燒，使加在熔池上的作用力也不穩(wěn)

定。熔滴過渡不規(guī)則，導(dǎo)致了焊縫成形不規(guī)則，從而引起

未焊透、氣孔、夾渣等缺陷。要清除磁偏吹的影響，首先

要分析磁偏吹的產(chǎn)生原因，采取調(diào)整電弧兩側(cè)空間的大

小、小電流短弧焊的措施，外加反向磁場或消磁等方法來

消除磁偏吹對焊接的影響。

（4）電弧的靜特性：在電極材料、氣體介質(zhì)和弧長一

定的情況下，電弧穩(wěn)定地燃燒時，焊接電流與電弧電壓變

化的關(guān)系稱為焊接電弧的靜特性。電弧電壓將隨弧長增大

而增高，在電弧電壓一定時，過分地增大弧長將會導(dǎo)致斷

弧。

弧長一定時，電弧靜特性都呈U形（見圖1-4）。在ab

段，電流較?。ê笚l電弧焊約100A以下，埋弧焊約400A

以下），要求電源提供較高電壓，一般要比正常電弧電壓

高0.5-1倍才能保證順利引弧；隨著電流的增大，弧柱溫

度和電離程度都增加，弧柱壓降減小，曲線呈下降形狀。

在be段，為中等電流（焊條電弧焊約100?200A,埋弧

焊約400—-800A）,由于弧柱已充分電離，隨著電流的增

加電弧電壓基本不變，曲線呈水平形狀。在cd段，電流

密度很大，由于弧柱截面受電極截面限制難以增大，電弧

電壓隨著電流的增加而增高。曲線呈上升形狀，實際生產(chǎn)

中，因ab段電流小，電弧不穩(wěn)，很少應(yīng)用；主要應(yīng)用be

段；只有在氣體保護(hù)焊、水下電弧焊、等離子（壓縮電?。?/p>

弧焊或切割時，才用上升的cd段電弧特性，

圖1-4焊接電弧靜特性曲線

LI、L2、L3一弧長

3.焊接材料的基礎(chǔ)知識

（1）焊條。

焊條的組成。焊條是焊條電弧焊使用的焊接材料，焊

條由焊芯和壓涂在焊芯表面的藥皮組成。不同用途有不同

型號的焊條，在焊條頭部有醒目的標(biāo)記，如圖1-5所示。

芯

焊

藥皮

//

圖1-5焊條的組成

(2)焊芯。焊芯是焊條中被藥皮包覆的金屬芯。焊條

電弧焊時，焊芯的作用一是傳導(dǎo)焊接電流，產(chǎn)生電弧生電

弧；二是焊芯熔化形成焊縫中的填充金屬。在焊接過程中,

焊芯在電弧高作用下熔化，與焊件金屬母材熔合形成焊

縫。焊芯作為填充金屬占整個焊縫金屬的50%?70%質(zhì)量

分?jǐn)?shù)，所以焊芯的化化學(xué)成分將會直接影響焊縫金屬的成

分和性能。做焊芯的鋼絲通常使用平爐冶煉的優(yōu)質(zhì)鋼，先

將其軋制成盤條，然后再拔制成不同直徑的焊芯。熔敷金

屬的合金成分主要是從焊芯中過渡的。

焊條的名義直徑是按焊芯直徑來確定的。常用焊芯直

徑為。1.6mm、02.0mm.、02.5mm、03.2mm、04.0mm、。

5.0mm、06mm、C8mm等幾種，焊條的長度取決于焊芯

直徑、材料和藥皮類型等。

（3）藥皮。焊芯周圍均勻包覆的涂料稱為藥皮。在焊

接過程的金屬反應(yīng)中，焊條藥皮具有以下作用。

穩(wěn)弧作用?？梢蕴岣唠娀〉姆€(wěn)定性，保證焊接過程能

正常進(jìn)行。

造氣保護(hù)作用。利用藥皮熔化后產(chǎn)生的氣體保護(hù)電弧

和熔池，防止空氣進(jìn)入熔池。

造渣保護(hù)作用。藥皮熔化后形成熔渣，覆蓋在液體金

屬和凝固后的焊縫表面，保護(hù)焊縫金屬，同時使焊縫金屬

冷卻速度減慢，有助于氣體逸出，防止氣孔的的產(chǎn)生，有

助于改善焊縫的組織和性能。

脫氧、去硫、去磷作用。藥皮熔化后，參與了熔池的

冶金反應(yīng)，可在一定程度上脫氧、還原、去硫、去磷，減

少焊縫中有害元素含量，減少金屬元素?zé)龘p，從而提高焊

縫質(zhì)量。

滲合金作用。可以通過藥皮將所需要的合金元素滲入

到焊縫中，改進(jìn)和控制焊縫金屬的化學(xué)成分，以獲得所希

望的性能。

套筒保護(hù)作用。藥皮在焊接時形成套筒，使熔滴能較

好地向熔池過渡，有利于全位置焊接，同時使電弧熱量集

中，減少飛濺，提高金屬的熔敷效率。

藥皮的類型及其特點。藥皮是由各種氧化物、碳酸鹽、

氟物、硅酸鹽、鐵合金、金屬粉及有機(jī)物等物質(zhì)組成的。

根據(jù)藥皮的組成不同，可分為以下八種類型。

氧化鈦型。藥皮中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%以上的二氧化

鈦和一定數(shù)量的硅酸鹽、鎰鐵及少量有機(jī)物。這種藥皮焊

條最容易引弧，弧極為穩(wěn)定，飛濺少，脫渣容易，焊縫表

面光滑，熔深小，可進(jìn)行全位置焊接。特別適用于焊接薄

板，可交、直流兩用，但焊縫金屬的沖擊韌度較低。

氧化鈦鈣型。藥皮中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%以上的二氧

化鈦和以下的碳酸鹽，并加入一定數(shù)量硅酸鹽、錦鐵，

般不加或加少量有機(jī)物。這種藥皮焊條工藝性能稍次于氧

化鈦型，電弧穩(wěn)定，飛濺少，脫渣容易，焊縫表面美觀，

適用于全位置焊接。

鈦鐵礦型。藥皮中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于或等于的鈦鐵礦

和一定數(shù)量的硅酸鹽、鎰鐵及少量有機(jī)物，不加或少加碳

酸鹽，這種焊條熔渣的流動性好，熔深較大，整齊，適用

于全位置焊接，交、直流兩用。

氧化鐵型。藥皮中加入大量鐵礦石和相當(dāng)數(shù)量的硅酸

鹽、鎰鐵及少量有機(jī)物。這類焊條的熔深較大，生產(chǎn)效率

高，抗銹性較強(qiáng)，飛濺較大，工藝性較差。適用于中厚板

的平焊、立焊、仰焊。熔敷金屬的抗裂性較好，可交、直

流兩用。

纖維素型。藥皮中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%以上有機(jī)物和

相當(dāng)數(shù)量的造渣物質(zhì)及錦鐵等。焊接時有機(jī)物分解出大量

氣體，電弧穿透力較強(qiáng)，熔深大，熔化速度快，脫渣容易,

適于全位置焊接，也可進(jìn)行向下立焊及深熔焊接，交、直

流兩用。

低氫型。藥皮中加入大量硫酸鹽和相當(dāng)數(shù)量螢石、鐵

合金和少硅酸鹽及二氧化鈦，該焊條飛濺較大，熔渣脫渣

性較差。施焊時要求短弧操作，直流反接。當(dāng)藥皮中加入

穩(wěn)弧劑后可使用交流。熔敷金屬含氫量低，且力學(xué)性能和

抗裂性較好。

石墨型。藥皮中加人多量石墨以保證焊縫金屬的石墨

化作用，以低碳鋼芯或鑄鐵焊芯用做鑄鐵焊條。碳鋼芯的

石墨焊條，一焊接性能較差，飛濺較多，煙霧較大，熔渣

極少，適用于水平位置焊接。石墨型藥皮引弧容易，藥皮

強(qiáng)度較差，抗裂性較差。焊條持端后部容易發(fā)紅，以小電

流為宜?？山弧⒅绷鲀捎?。

鹽基型。藥皮由氯鹽和氟鹽組成，如氯化鈉、氟化鈉、

氯化、氟化鉀、氯化鋰、冰晶石等，用于配制鋁及鋁合金

焊條。其特是熔點低，熔化速度快，焊接工藝性較差。焊

接時要求電弧很短，藥皮吸潮性強(qiáng)，焊前需按要求烘干。

熔渣有一定的腐蝕性，焊后應(yīng)仔細(xì)清除熔渣。電源為直流。

焊條的分類及其牌號、型號。

國家標(biāo)準(zhǔn)將焊條按用途分為十類：結(jié)構(gòu)鋼焊條，鋁和

銘銅耐熱鋼焊條，不銹鋼焊條，堆焊焊條，低溫鋼焊條，

鑄鐵焊條，銀銀合金焊條，銅及銅合金焊條，鋁及鋁合金

焊條，特殊用途焊條。

按熔渣的酸堿度可分為如下兩種：酸性焊條，其熔

渣含有多量酸性氧化物，呈酸性，即其堿度系數(shù)BWL5；

堿性焊條，其熔渣含有多量堿性氧化物，呈堿性，即其堿

度系數(shù)B>1.5o堿度系數(shù)近似為熔渣中所有堿性氧化物的

質(zhì)量分?jǐn)?shù)與所有酸性氧化物的量分?jǐn)?shù)的比值。

按性能特征分，焊條可分為：低塵焊條，低毒焊條，

超低氫焊條，直流用焊條，交、直流兩用焊條，立向下焊

條，底層焊條，高效鐵粉焊條，抗潮焊條，水下焊條，重

力焊條。躺焊焊條等。

按藥皮類型可分為：氧化鈦型，鈦鈣型，鈦鐵礦型,

氧化鐵型，纖維素型，低氫型，石墨型和鹽基型等。.

焊條的牌號。

焊條牌號編制的一般規(guī)定：各種類型焊條牌號前加

字母或漢字，表示焊條各大類。漢字后面的三位數(shù)字中，

前面兩個數(shù)字示各大類中的若干小類。第三位數(shù)字表示各

種焊條牌號的藥皮類型及焊接電源。

結(jié)構(gòu)鋼焊條。牌號前加“J”或（結(jié)）字，表示結(jié)構(gòu)鋼

焊條。第一、第二位數(shù)字，表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級，

見表l-2o三位數(shù)字表示各種焊條牌號的藥皮類型及焊接

電源，見表l-3o

鑰和銘鑰耐熱鋼焊條。牌號前加R字母表示鑰和銘鑰

耐熱鋼焊條。牌號第一位數(shù)字表示焊縫金屬主要化學(xué)成分

等級，見表l-4o牌號第二位數(shù)字表示同一焊縫金屬主要

化學(xué)成分組成等級中的不同牌號，對同一類型焊條，有十

個牌號，以0、1、…、9順序排列。

表L2結(jié)構(gòu)鋼焊條抗拉強(qiáng)度等級

焊條牌熔敷金熔敷金焊條牌熔敷金熔敷金

號屬抗拉屬屈服號屬抗拉屬屈服

強(qiáng)度強(qiáng)度強(qiáng)度強(qiáng)度

/MPa/MPa/MPa/MPa

J42X420300J70X700500

J50X500350J80X800

J55X550400J90X900

J60X600450J100X1000

表L3焊條藥皮類型及電源種類

焊條牌藥皮類電源種焊條牌藥皮類電源種

號型類號型類

不屬規(guī)纖維素直流或

XX0不規(guī)定XX5

定型型交流

氧化鈦直流或低氫鉀直流或

XXIXX6

型交流型交流

氧化鈦直流或低氫鈉

XX2XX7直流

鈣型交流型

鈦鐵礦直流或直流或

XX3XX8石墨型

型交流交流

氧化鐵直流或

XX4XX9鹽基型直流

型交流

表1?4鋁和銘鋁耐熱鋼焊條主要化學(xué)成分

熔敷金屬化學(xué)組

熔敷金屬化學(xué)組成類型

成類型（質(zhì)量分

牌號牌號（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

數(shù)）%

格(Cr)/(Mo)銘(Cr)鑰(Mo)

RIXX—0.5R5XX50.5

R2XX0.50.5R6XX71

R3XX10.5R7XX91

R4XX2.51R8XX111

不銹鋼焊條。包括格不銹鋼焊條和奧氏體不銹鋼焊條。

牌號前加“G”字，表示格不銹鋼焊條，牌號前加

字，表示奧氏體不銹鋼焊條，第一位數(shù)字，表示焊縫金屬

主要化學(xué)成分組成等級，見表1-5,第二位數(shù)字表示同一

焊縫金屬主要化學(xué)成分組成等級中的不同牌號。

表1?5不銹鋼焊條化學(xué)成分組成

焊條牌號焊縫金屬化學(xué)成分組成類之世（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）/%

G2XX含Cr約13—

G3XX含Cr約17—

AOXX含Cr約18（超低碳）含Ni約9

A1XX含Cr約18含Ni約9

A2XX含Cr約18含Ni約12

A3XX含Cr約25含Ni約13

A