焊接基本知識-2010

1、焊接基本知識2目 錄n承壓類特種設備常用的焊接方法n焊接接頭n焊接應力與變形n承壓類特種設備常用鋼材的焊接3第一節(jié)第一節(jié) 承壓類特種設備常用的焊接方法承壓類特種設備常用的焊接方法一、焊接的定義與特點一、焊接的定義與特點1 1、定義：、定義：焊接是利用原子之間的焊接是利用原子之間的擴散與結合擴散與結合，使分離的金屬材料牢固地，使分離的金屬材料牢固地連接起來，成為一個連接起來，成為一個整體整體的過程。的過程。GB/T 3375-94GB/T 3375-94焊接術語焊接術語：通過：通過加熱或加壓加熱或加壓，或兩者并用，或兩者并用，并且用或不用并且用或不用填充材料填充材料，使工件達到結合的一種方法。，

2、使工件達到結合的一種方法。焊接的實質是一個條件非常惡劣的熱處理過程。焊接的實質是一個條件非常惡劣的熱處理過程。焊接的應用非常廣泛，天上、地下、水里都有。焊接的應用非常廣泛，天上、地下、水里都有。焊接工作量占整個壓力容器制造工作的焊接工作量占整個壓力容器制造工作的30%30%。42 2、焊接的優(yōu)點（、焊接的優(yōu)點（6 6點）點）節(jié)省節(jié)省金屬材料、金屬材料、減輕減輕結構重量，且結構重量，且經濟效益好經濟效益好。焊接結構比鉚接結構重量可減輕焊接結構比鉚接結構重量可減輕15%-20%15%-20%，比鑄件輕，比鑄件輕30%-40%30%-40%，比鍛件輕比鍛件輕30%30%。簡化加工與裝配工序，生產周期

3、短，簡化加工與裝配工序，生產周期短，生產效率高生產效率高。結構強度高，接頭密封性好結構強度高，接頭密封性好。為結構設計提供較大的為結構設計提供較大的靈活性靈活性。用拼焊的方法可以大大突破鑄鍛能力的用拼焊的方法可以大大突破鑄鍛能力的限制限制。焊接工藝過程易實現(xiàn)焊接工藝過程易實現(xiàn)機械化和自動化機械化和自動化。53 3、焊接的局限性、焊接的局限性用焊接方法加工的結構易產生較大的用焊接方法加工的結構易產生較大的焊接變形和焊接殘余應焊接變形和焊接殘余應力力，從而影響結構的承載能力、加工精度和尺寸穩(wěn)定性，同，從而影響結構的承載能力、加工精度和尺寸穩(wěn)定性，同時在焊縫與焊件交界處還會產生應力集中，對結構的疲勞

4、斷時在焊縫與焊件交界處還會產生應力集中，對結構的疲勞斷裂有較大的影響。裂有較大的影響。焊接接頭中存在著一定數(shù)量的焊接接頭中存在著一定數(shù)量的缺陷缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣、，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等。這些缺陷的存在會降低強度，引起應力未焊透、未熔合等。這些缺陷的存在會降低強度，引起應力集中，損壞焊縫致密性，這是造成焊接結構破壞的主要原因集中，損壞焊縫致密性，這是造成焊接結構破壞的主要原因之一。之一。焊接接頭具有較大的焊接接頭具有較大的性能不均勻性性能不均勻性。由于焊縫的成分及金相。由于焊縫的成分及金相組織與母材不同，接頭各部位經歷的熱循環(huán)不同，使接頭不組織與母材不同，接頭各部位經歷的熱

5、循環(huán)不同，使接頭不同區(qū)域的性能不同。同區(qū)域的性能不同。焊接生產過程中產生焊接生產過程中產生高溫、強光及一些有毒氣體高溫、強光及一些有毒氣體，對人身體，對人身體有一定有一定損害損害，因此要加強焊接操作人員的勞動保護。，因此要加強焊接操作人員的勞動保護。6二、焊接方法的分類二、焊接方法的分類按工藝特點對焊接進行分類，分為三大類：熔焊、壓焊、釬焊。按工藝特點對焊接進行分類，分為三大類：熔焊、壓焊、釬焊。序 焊接方法特征備注1熔焊使被連接的構件接頭處局部加熱熔化成液體，然后再冷卻結晶成一體的方法。2壓焊利用摩擦、擴散和加壓等物理作用，克服兩個連接表面的不平度，除去（擠走）氧化膜及其它污染物，使兩個連接

6、表面上的原子相互接近到晶格距離（原子引力作用范圍），從而在固態(tài)條件下實現(xiàn)的連接統(tǒng)稱固相焊接。固相焊接時通常都必須加壓，因此稱壓焊。壓焊有兩種形式：1、將被焊金屬的接觸部位加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后加一定的壓力，使金屬原子間互相結合形成焊接接頭，如電阻焊、摩擦焊等。2、不加熱焊，僅在金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助壓力引起的塑性變形使原子互相接近，從而獲得牢固的壓擠接頭。如冷壓焊，超聲波焊、爆炸焊。7序焊接方法特征備注3釬焊采用熔點比母材低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱至高于釬料熔點，但低于母材熔點的溫度，利用毛細作用使液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散連接焊件的方法

7、稱為釬焊。（1）軟釬焊 用熔點低于450的釬料（鉛、錫合金為主）進行焊接，接頭強度較低。（2）硬釬焊 用熔點高于450的釬料（銅、銀、鎳合金為主）進行焊接，接頭強度較高。對于鍋爐壓力容器行業(yè)，目前主要采用熔化焊。對于鍋爐壓力容器行業(yè)，目前主要采用熔化焊。因為它具有因為它具有強度高、氣密、水密性好，材質和板厚選擇強度高、氣密、水密性好，材質和板厚選擇范圍大，工藝成熟，可靠性好范圍大，工藝成熟，可靠性好等優(yōu)點。等優(yōu)點。89三、集中常用的焊接方法三、集中常用的焊接方法 手工電弧焊、埋弧自動焊、氬弧焊、二氧化碳氣體保護焊。手工電弧焊、埋弧自動焊、氬弧焊、二氧化碳氣體保護焊。u電弧焊即在電極和焊體之間造

8、成電弧，利用電弧產生的熱量，電弧焊即在電極和焊體之間造成電弧，利用電弧產生的熱量，將被焊金屬和焊條金屬熔化，并形成一種永久接頭的過程。將被焊金屬和焊條金屬熔化，并形成一種永久接頭的過程。u電弧的產生：電弧的產生： 是利用具有一定電壓的焊條和被焊工件之間是利用具有一定電壓的焊條和被焊工件之間瞬間接觸瞬間接觸而造而造成成短路短路，在短路時，短路電流集中在兩個電極（焊條和工件），在短路時，短路電流集中在兩個電極（焊條和工件）的的幾個接觸點幾個接觸點上，這幾個接觸點上的上，這幾個接觸點上的電流密度特別高電流密度特別高，瞬時即，瞬時即把接觸點加熱到把接觸點加熱到熔化狀態(tài)熔化狀態(tài)并產生并產生金屬蒸汽金屬蒸

9、汽。 當焊條離開金屬焊件，而保持當焊條離開金屬焊件，而保持較小的距離較小的距離時，在電壓的作時，在電壓的作用下，兩極間用下，兩極間氣體電離氣體電離，保證了電流通過兩極的空間，陰極放，保證了電流通過兩極的空間，陰極放出電子，這些電子、正負離子分別奔向兩極，即產生出電子，這些電子、正負離子分別奔向兩極，即產生焊接電弧。焊接電弧。10（一）幾種焊接方法的對比（一）幾種焊接方法的對比序 焊接方法定義優(yōu)點缺點備注1手工電弧焊是利用焊條與焊件之間的電弧熱，將焊條及部分焊件熔化而形成焊縫的焊接方法。設備簡單，便于操作，工藝靈活，使用性強，適用室內外各種位置的焊接，可以焊接碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等各種

10、材料。生產效率低，勞動強度大，對焊工的技術水平及操作要求較高。焊接過程中焊條藥皮熔化分解生成氣體和熔渣，在氣體和熔渣的共同保護下，有效地排除了周圍空氣對熔化金屬的有害影響。通過高溫下熔化金屬與熔渣間的冶金反應，還原并凈化焊縫金屬，從而得到優(yōu)質的焊縫。2氬弧焊氬弧焊是以惰性氣體氬氣作為保護氣體作為保護氣體的一種電弧焊接方法。1 適于焊接各種鋼材、有色金屬及合金，焊接質量優(yōu)良；2 電弧和熔池用氣體保護，清晰可見，便于實現(xiàn)全位置自動化焊接；3 電弧在保護氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度較快，熱影響區(qū)小，工件焊接變形較小。4 電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，成型美觀。氬氣成本較昂貴，氬弧焊的設

11、備和控制系統(tǒng)比較復雜，鎢極氬弧焊生產效率較低，且只能焊薄壁構件。電弧發(fā)生在電極與焊件之間，在電弧周圍通以氬氣，形成封閉氣流，保護電弧和熔池不受空氣的侵害。而氬氣是惰性氣體，即使在高溫之下，氬氣也不與金屬發(fā)生化學作用，且不溶解于液態(tài)金屬，因此焊接質量較高。11序焊接方法定義優(yōu)點缺點備注3埋弧自動焊焊接過程中，主要的焊接操作如引燃及熄滅電弧、送進焊條（焊絲）、移動焊條（焊絲）或工件等都由機械自動完成的，叫自動電弧焊。自動電弧中，電弧被掩埋在焊劑層下面燃燒并實施焊接的，叫埋弧自動焊，或者叫熔劑層下自動焊，通常簡稱埋弧焊。與手工電弧焊相比 1 埋弧自動焊能采用大的焊接電流，電弧熱量集中，熔深大，焊絲可

12、連續(xù)送進而不象焊條那樣頻頻更換，因此其生產率比手工電弧焊高510倍。2 由于焊劑和熔渣嚴密包圍著焊接區(qū)，空氣難于侵入；高的焊接速度減小了熱影響區(qū)的尺寸；焊劑和熔渣的覆蓋減慢了焊縫的冷卻速度，這些都有利于使焊接接頭獲得良好的組織和性能。同時，自動操作使焊接規(guī)范參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成分均勻，外型光滑美觀，因此焊接質量良好、穩(wěn)定。3 埋弧自動焊熱量集中，焊接金屬沒有飛濺損失，沒有廢棄的焊條頭，工件厚度小時還可以不開坡口，從而可以節(jié)省金屬材料和電能。4 埋弧自動焊施焊中看不到弧光，焊接煙霧也很少，又是機械自動操作，因而勞動條件得到很大改善。設備比較復雜昂貴；由于電弧不可見，因而對接接頭加工與裝配要求嚴格；焊

13、接位置受到一定限制，一般總是在平焊位置焊接。埋弧自動焊用焊絲作為電極和焊接填充金屬。焊接時，顆粒狀焊劑覆蓋著部分焊絲和焊接熔池，電弧基本上是在密封的空穴里燃燒，熔化的焊劑膜可靠地保護著電弧和熔池，使之免受大氣的作用，并防止飛濺。埋弧自動焊常用于焊接長的直線焊縫及大直徑圓筒容器的環(huán)焊縫12序 焊接方法定義優(yōu)點缺點備注4二氧化碳氣體保護焊以二氧化碳氣體作為保護氣體的電弧焊接方法，叫二氧化碳氣體保護焊，簡稱CO2保護焊。1 成本低。用二氧化碳保護電弧和熔池，不僅比氬氣便宜，也比采用焊劑及焊條藥皮保護焊接區(qū)便宜。二氧化碳氣體保護焊接中電能消耗小，焊接成本僅為手工電弧焊或埋弧自動焊的40%。2 質量好。

14、電弧和熔池都在二氧化碳氣體保護下，不易受空氣侵害。焊接時電弧加熱集中，焊接速度快，焊接熱影響區(qū)小，采用細焊絲小規(guī)范來焊接薄壁結構，特別適宜。3 生產率高。由于焊絲送進自動化，電流密度大，熱量集中，所以焊接速度快，又不需要清理焊渣等輔助工作，所以生產率較高。二氧化碳氣體保護焊比起手工電弧焊來，工效可提高2-5倍。4 操作性能好。明弧焊接，便于發(fā)現(xiàn)和處理問題。具有手工焊接的靈活性，適宜于進行全位置焊接。采用較大電流焊接時，飛濺較大，煙霧較多，弧光強，焊縫表面成型不夠光滑美觀。操作或控制不當時，容易產生氣孔。焊接設備比較復雜。以焊絲作為一個電極，靠焊絲與工件之間產生的電弧熱熔化焊絲和工件，形成焊接接

15、頭。二氧化碳氣體保護焊在壓力容器制造中可用于焊接低碳鋼、低合金鋼結構。13（二）關于氬弧焊需要注意的問題：（二）關于氬弧焊需要注意的問題：氬弧焊根據電極是否熔化分為不熔化極氬弧焊及熔化極氬弧焊。氬弧焊根據電極是否熔化分為不熔化極氬弧焊及熔化極氬弧焊。不熔化極氬弧焊通常叫鎢極氬弧焊，它以鎢棒作電極，在氬氣保護下，靠不熔化極氬弧焊通常叫鎢極氬弧焊，它以鎢棒作電極，在氬氣保護下，靠鎢極與工件間產生的電弧熱，熔化基本金屬進行焊接。必要時，也可另外填鎢極與工件間產生的電弧熱，熔化基本金屬進行焊接。必要時，也可另外填充焊絲。在焊接過程中，鎢極不發(fā)生明顯的熔化和消耗，只起發(fā)射電子引燃充焊絲。在焊接過程中，鎢

16、極不發(fā)生明顯的熔化和消耗，只起發(fā)射電子引燃電弧及傳導電流的作用。鎢極氬弧焊電弧穩(wěn)定，可使用小電流焊接薄工件，電弧及傳導電流的作用。鎢極氬弧焊電弧穩(wěn)定，可使用小電流焊接薄工件，并可單面焊雙面成型，近年在壓力容器制造和安裝中得到廣泛應用。特別是并可單面焊雙面成型，近年在壓力容器制造和安裝中得到廣泛應用。特別是采用鎢極氬弧焊打底，然后用手工電弧焊或其它焊接方法形成焊縫，可以避采用鎢極氬弧焊打底，然后用手工電弧焊或其它焊接方法形成焊縫，可以避免根部未焊透等缺陷，提高焊接質量。免根部未焊透等缺陷，提高焊接質量。氬弧焊可用于各種焊接接頭形式，但不同的接頭形式下氬氣的保護效果不氬弧焊可用于各種焊接接頭形式，

17、但不同的接頭形式下氬氣的保護效果不同。對于對接接頭和同。對于對接接頭和T T字接頭，氬氣流具有良好的保護效果。但對于對角接接字接頭，氬氣流具有良好的保護效果。但對于對角接接頭的保護作用較差，空氣容易侵入焊縫區(qū)，所以應預加檔板以提高氬氣流的頭的保護作用較差，空氣容易侵入焊縫區(qū)，所以應預加檔板以提高氬氣流的保護效果。保護效果。氬弧焊的焊接規(guī)范參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、氬弧焊的焊接規(guī)范參數(shù)主要有焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊絲直徑、氬氣流量、噴嘴直徑等，這些規(guī)范參數(shù)的大小又因焊接形式的不同而不同。氬氣流量、噴嘴直徑等，這些規(guī)范參數(shù)的大小又因焊接形式的不同而不同。其中氬氣流量

18、是影響焊接質量的重要因素，氬氣流量增大，可以增大氣流的其中氬氣流量是影響焊接質量的重要因素，氬氣流量增大，可以增大氣流的剛度，提高抗外界干擾的能力，增強保護效果。但是氬氣流量過大時，會產剛度，提高抗外界干擾的能力，增強保護效果。但是氬氣流量過大時，會產生不規(guī)則的紊流，影響電弧穩(wěn)定，并將空氣卷入電弧區(qū)，反而降低焊接質量。生不規(guī)則的紊流，影響電弧穩(wěn)定，并將空氣卷入電弧區(qū)，反而降低焊接質量。14（三）關于手工電弧焊的幾個問題（設備、焊條、焊接位置及特點）（三）關于手工電弧焊的幾個問題（設備、焊條、焊接位置及特點）1、設備、設備序設備名稱工作原理特點備注1交流電焊機1、（特制的降壓變壓器）將初級電壓3

19、80V或220V降到焊接空載電壓60-80V。2、內部加一個比較大的感抗。（保證電弧穩(wěn)定燃燒，并在一定范圍內調節(jié)焊接電流的大?。┙Y構簡單，成本低，效率高，節(jié)省電能，使用維護方便。2直流電焊機旋轉式直流電焊機一個發(fā)電機+拖動它的電動機。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，焊接電弧穩(wěn)定直流電焊機的特點：直流電弧燃燒很穩(wěn)定，所以有小電流焊接時常常選用，在焊接合金鋼、不銹鋼時，也常選用直流電源。硅整流式直流電焊機（多采用硅整流元件）將工頻交流電整流變?yōu)橹绷麟姷氖止る娀『冈O備。噪聲小、效率高、用料少、成本低。近年來逐步代替旋轉式直流電焊機。正接：工件接正極、焊條接負極；反接：工件接負極

20、、焊條接正極；在焊接重要結構時，采用低氫型焊條以保證質量，這種焊條一般都要求用直流反接電源。 152 2、焊條、焊條涂有藥皮的供手工電弧焊用的熔化電極稱為焊條。焊芯涂有藥皮的供手工電弧焊用的熔化電極稱為焊條。焊芯+ +藥皮藥皮（1 1）焊芯和藥皮）焊芯和藥皮名稱定義作用分類和牌號備焊芯焊條中被藥皮包覆的金屬芯。A、作為電極產生電?。籅、焊芯在電弧的作用下熔化后，作為填充金屬與熔化了的母材混合形成焊縫。A、分類：碳素結構鋼和合金結構鋼B、牌號：鋼號前加H，后帶字母A為高級優(yōu)質焊絲，S、P 小于0.030%，E、C 為特級焊條鋼，E：S、P 小于0.020%，C：S、P 小于0.015%藥皮涂敷在

21、焊芯表面的有效成分1、穩(wěn)弧作用 焊條藥皮中含有穩(wěn)弧物質，可保證電弧容易引燃和燃燒穩(wěn)定。2、保護作用 焊條藥皮熔化后產生大量的氣體籠罩著電弧區(qū)和溶池，基本上能把熔化金屬與空氣隔絕開，保護熔融金屬，熔渣冷卻后，在高溫焊縫表面形成渣殼，可防止焊縫表面金屬不被氧化并減緩焊縫的冷卻速度，改善焊縫成型。3、冶金作用 藥皮中加有脫氧劑和合金劑，通過熔渣與熔化金屬的化學反應，可減少O、S等有害物質對焊縫金屬的危害，使焊縫金屬獲得符合要求的力學性能。4、摻合金 由于電弧的高溫作用，焊縫金屬中所含的某些合金元素被燒損（氧化或氮化），這樣會使焊縫的力學性能降低。通過在焊條藥皮中加入鐵合金或純合金元素，使之隨藥皮的熔

22、化而過渡到焊縫金屬中去，以彌補合金元素燒損，提高焊縫金屬的力學性能。5、改善焊接的工藝性能 通過調整藥皮成分，可改變藥皮的熔點和凝固溫度，使焊條末端形成套筒，產生定向氣流，有利于溶滴過渡，可適應各種焊接位置的需要組成物質按作用分為：穩(wěn)弧劑、造渣劑、造氣劑、脫氧劑、合金劑、稀渣劑、粘結劑和增塑劑。16（2 2）焊條的種類）焊條的種類 根據用途分：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鉻和鉻鉬耐熱鋼焊條、根據用途分：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鉻和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、低溫鋼焊條、堆焊焊條、鋁及鋁合金焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅

23、合金焊條、鑄鐵焊條和特殊用途焊條。鑄鐵焊條和特殊用途焊條。 按焊條藥皮熔化后所形成的熔渣的酸堿性不同可分為：酸性焊條和堿性焊條按焊條藥皮熔化后所形成的熔渣的酸堿性不同可分為：酸性焊條和堿性焊條（熔渣堿度小于（熔渣堿度小于1.51.5） 酸性焊條和堿性焊條的對比酸性焊條和堿性焊條的對比名稱成分優(yōu)點缺點備注酸性焊條藥皮中主要含有TiO2、MnO2、FeO、SiO2等酸性氧化物及少量有機物，氧化性較強；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，抗氣孔性能強。施焊時藥皮中合金元素燒損較大，焊縫金屬的氧氮含量較高，故焊縫金屬的力學性能（特別是沖擊韌性）較低；酸性渣難于脫硫脫磷，因而

24、焊條的抗裂性較差；酸性渣較粘，在冷卻過程中渣的粘度增加緩慢，稱為“長渣”；廣泛用于一般結構的焊接。堿性焊條藥皮中主要含有CaCO3、CaF2、CaSiO3、MgCO3等堿性氧化物，并含有較多的鐵合金，如錳鐵、鈦鐵、鉬鐵、釩鐵、硅鐵等作為脫氧劑和滲合金劑，使焊條有足夠的脫氧能力。堿性焊條藥皮中的某些成分能有效地脫硫脫磷，其抗裂性能很好，焊縫金屬的力學性能，特別是沖擊韌性較高；堿性渣流動性好，在冷卻過程中渣的粘度增加很快，稱為“短渣”，堿性焊條的最大特點是焊縫金屬中含氫量低，所以也稱為“低氫焊條”；焊條對銹、油、水分較敏感，容易在焊縫中產生氣孔缺陷；電弧穩(wěn)定性差，一般只用于直流電源施焊，但藥皮中加

25、入穩(wěn)弧組成物時可用于交流；在深坡口中施焊時，脫渣性不好；發(fā)塵量較大，焊接中需要加強通風，注意保健。多用于焊接重要結構，高壓鍋爐和壓力容器制造中廣泛地使用堿性焊條。17（3 3）手工電弧焊的焊接位置及特點）手工電弧焊的焊接位置及特點熔焊時，焊接接頭所處的空間位置稱為焊接位置。熔焊時，焊接接頭所處的空間位置稱為焊接位置。四種基本的焊接位置：平焊位置、立焊位置、橫焊位置、仰焊四種基本的焊接位置：平焊位置、立焊位置、橫焊位置、仰焊位置。位置。七種焊接位置：平焊位置、立焊位置、橫焊位置、仰焊位置、七種焊接位置：平焊位置、立焊位置、橫焊位置、仰焊位置、平角焊位置、立角焊位置、仰角焊位置。平角焊位置、立角焊

26、位置、仰角焊位置。管子環(huán)焊縫的焊接位置也有四種基本形式：水平轉動、垂直固管子環(huán)焊縫的焊接位置也有四種基本形式：水平轉動、垂直固定、水平固定、定、水平固定、45450 0位置。位置。對于不同的焊接位置，采用的焊接方法，選擇的焊接規(guī)范以及對于不同的焊接位置，采用的焊接方法，選擇的焊接規(guī)范以及焊工的操作手法都有所不同，焊縫外觀成型與內部缺陷的發(fā)生焊工的操作手法都有所不同，焊縫外觀成型與內部缺陷的發(fā)生也有各自的規(guī)律。也有各自的規(guī)律。1819序焊接位置工藝選擇特點備注1平焊可以采用較大直徑焊條和較大的焊接電流（焊縫處于水平位置，熔滴主要靠自重過渡，所以操作技術比較容易掌握）1、生產效率高。2、產生的缺陷

27、：A、根部形成未焊透或焊瘤（焊接參數(shù)選擇或操作不當）B、夾渣（運條及焊接角度不正確熔渣與熔化金屬混雜不清 熔渣超前）2立焊選用小直徑焊條和較小的焊接電流焊接（V型坡口的立焊，根部焊接是一個關鍵，要求熔深均勻，保證焊透并沒有其它缺陷。）1、焊接時，要注意焊條角度和運條方式，施焊過程中，要嚴格保持短弧，運條速度要均勻，焊條在坡口兩側要稍有停頓，以保持熔合良好，運條間距不易過大，焊縫表面要求平整，避免呈凸形，否則在焊第二層焊縫時，易產生夾渣和熔合不良等缺陷。2、在焊后面幾層時，依次應將前一層焊縫的焊渣清除干凈，并檢查焊接質量，如有焊瘤應鏟平。3、施焊過程中，運條要穩(wěn)，在焊道中間運條速度要稍快，而在坡

28、口邊緣處要稍作停留，注意觀察熔池形狀，保持熔池呈橢圓形，如果焊道中間運條速度過慢，易造成液態(tài)金屬下淌，形成凸形不良焊道，會導致焊接下一層焊道時產生未熔合和夾渣等缺陷，焊接蓋面焊層時，要注意運條擺動幅度要一致，電弧在坡口邊緣要稍有壓低和停頓，防止產生咬邊等缺陷。焊接位置及特點 20序 焊接位置工藝選擇特點備注3 橫焊采用短弧焊接，并選用較小直徑焊條和較小的焊接電流以及適當?shù)倪\條方法。（橫焊時，由于熔化金屬受重力作用，容易下淌而產生咬邊、焊瘤及未焊透等缺陷）1、V型坡口對接橫焊根部焊縫時要嚴格采用短弧，運條速度要均勻，并在坡口上側停留時間稍長些，注意使坡口兩側熔合良好，防止焊縫產生未焊透、焊縫內凹

29、、焊縫下墜或焊瘤等缺陷。2、對板厚超過8mm的板對接橫焊時，應采用多層多道焊，這樣能更好地防止由于熔化金屬下淌而造成焊瘤，保證焊縫成形。焊接過程中應采用短弧焊，運條角度要正確，速度應均勻，并使坡口邊緣熔合良好，防止產生咬邊、未熔合和焊瘤等缺陷，上、下焊道重疊覆蓋2/3以上，以獲得較平整美觀的焊縫。21序 焊接位置工藝選擇特點備注4 仰焊仰焊時焊縫位于燃燒電弧上方。焊工在仰視位置進行焊接，是最難焊的一種焊接位置。由于仰焊時熔化金屬在重力的作用下，較易下淌，熔池大小和形狀不易控制，易產生夾渣、未焊透、凹陷等缺陷，運條困難，焊縫表面不易焊得平整，因此，焊接時必須正確地選擇焊接直徑和焊接電流，盡量使用

30、厚藥皮焊條和維持最短的電弧，這樣有利于熔滴過渡，促使焊縫成形。1、在焊第一層焊縫時，采用直徑3.2mm焊條，用直線形或直線往返形運條法。開始焊接時，應用長弧預熱起焊處，然后迅速壓低電弧于坡口根部，稍停片刻，使根部焊透，再將電弧前移進行正常焊接。在施焊過程中，焊接速度在保證焊透的前提下盡可能快些。以防止熔化金屬下淌。第一層焊縫要求平直，避免向下凹出，否則給下一焊層的焊接帶來困難。2、在焊后一層焊層時，應將前焊層的焊渣及飛濺清除干凈，如有焊瘤需鏟平才能進行施焊。第二焊層以后的運條法為仰角。運條時兩側應稍停頓一下，防止咬邊，中間快一些，形成較薄焊道，有利于焊縫成形。22第二節(jié)第二節(jié) 焊接接頭焊接接頭

31、一、焊接接頭形式1、分類焊接接頭形式一般由被焊接兩金屬件的相互結構位置來決定，通常分為：對接接頭搭接接頭角接接頭T字接頭232、焊接坡口形式：是指被焊兩金屬件相連處預先被加工成的結構形式，一般由焊接工藝本身來決定。坡口形式的選擇原則：a.保證焊透。b.填充于焊縫部位的金屬盡量少。c.便于施焊，改善勞動條件。對圓筒形構件，筒內焊接量應盡量少。d.減少焊接變形量，對較厚元件焊接應盡量選用沿壁厚對稱的坡口形式。243、四種焊接接頭形式對比序 接頭形式定義特點備注1 對接接頭將兩金屬件位置于同一平面（或曲面內）使其邊緣相對，沿邊緣直線（或曲線）進行焊接的接頭。對接接頭是最常見、最合理的接頭形式。圓筒形

32、鍋爐壓力容器筒身的縱縫、環(huán)縫，封頭鋼板的拼接焊縫，凸形封頭與筒身的連接焊縫，接管與管子的對接焊縫等，都是對接接頭。對接接頭處結構基本上是連續(xù)的，承載后應力分布比較均勻。在焊接接頭設計中，應盡量采用對接接頭。但對接接頭也有一定程度的應力集中，著主要是接頭處截面改變造成的，即焊縫兩面的余高或低陷在基本金屬與焊縫過渡處造成應力集中。在鍋爐壓力容器制造中，不允許焊縫表面低陷，對焊縫余高也有限制，一般應小于3mm。當焊縫根部未焊透或焊縫中存在缺陷時，對接接頭中的應力集中將會增大。25 對接接頭的坡口形式可分為不開坡口、V形坡口、X形坡口、單U形坡口及雙U形坡口等種類。 對手工焊來說，當構件厚度在3mm以

33、下，對埋弧自動焊來說，構件厚度在14mm以下時，都可以不開坡口，直接施焊。 V形坡口加工方便，但對同樣厚度的焊件，采用V形坡口比采用X形坡口多耗費近1倍的焊條或焊絲。另外，由于沿厚度焊縫不對稱，焊后常造成較大角變形。管子對接一般用V形坡口。 X 形坡口加工較V形坡口復雜，需從雙面施焊。由于焊縫對稱，焊后的角變形很小，焊條和焊絲消耗量也少。 U形坡口焊條或焊絲消耗量較V形為少，但在焊后同樣會產生較大角變形；雙U形坡口焊條或焊絲消耗量最少，焊后變形也小。與V形及X形坡口比較，U形及雙U形坡口加工比較復雜，一般在比較重要構件及厚度較大構件中采用。在高壓、超高壓鍋爐和壓力容器環(huán)縫焊接中常用雙U形坡口；

34、低壓鍋爐和容器焊接中，多用V形及X形坡口。26序接頭形式定義特點備注2搭接接頭兩塊板料相疊，而在端部或側面角焊的接頭稱搭接接頭。搭接接頭的焊縫屬于角焊縫，在接頭處結構明顯不連續(xù)，承載后接頭部位受力情況比較復雜，有附加的剪力及彎矩，應力集中比對接接頭嚴重，因而在鍋爐壓力容器焊接中采用較少，僅在特殊情況下偶爾采用。搭接接頭不需要開坡口即可施焊，對裝配要求也相對松些。3角接接頭兩構件成直角或一定的角度，而在其連接邊緣焊接的接頭稱角接接頭。角接和T字接頭都形成角焊縫，形式相近，常用于鍋爐壓力容器接管、法蘭、夾套、管板、管子、凸緣等的焊接。角接接頭及T字接頭，在接頭處的構件結構是不連續(xù)的，承載后應力分布

35、比較復雜，應力集中比較嚴重。因而在管板、平封頭與筒身連接時，常在管板、平封頭邊緣加工出板邊圓弧，把角接接頭轉化為對接接頭。單面焊的角接接頭及T字接頭承受反向彎矩的能力極低，應當避免采用。一般壓力容器用角接接頭及T字接頭都應開坡口雙面施焊，或者開坡口單面施焊保證焊透。根據板厚及工件重要性，角接接頭及T字接頭有V形、單邊V形、U形、K形等坡口形式。4T字接頭兩構件成T字形焊接在一起的接頭稱T字接頭。27二、焊接接頭的組成焊接接頭包括：焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)三部分。1）焊縫是焊件經焊接后形成的結合部分。通常由熔化的母材和焊材組成，有時全部由熔化的母材組成。2）熔合區(qū)是焊接接頭中焊縫與母材交接的過渡的

36、區(qū)域。它是剛好加熱到熔點與凝固溫度區(qū)間的部分。3）焊接熱影響區(qū)是焊接過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和機械性能變化的區(qū)域。熱影響區(qū)的寬度與焊接方法、線能量、板厚及焊接工藝有關。28三、焊接接頭的組織和性能 焊接接頭中，焊縫金屬是高溫液態(tài)冷卻至常溫固態(tài)的。這期間經歷了兩次結晶過程，即從液相轉變?yōu)楣滔嗟囊淮谓Y晶過程和固相狀態(tài)下發(fā)生組織轉變的二次結晶過程。 焊縫金屬的一次結晶過程如下：結晶最先發(fā)生在熔池溫度最低的熔合線部位，隨著熔池溫度的降低，晶體逐漸長大，在長大過程中，由于相鄰晶體的阻礙，晶體只能向熔池中心生長，從而形成柱狀晶，當柱狀晶長大至相互接觸時，一次結晶過程即結束。 一次

37、結晶過程中，由于冷卻速度快，焊縫金屬元素來不及擴散，會產生化學成分分布不均勻現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫偏析，偏析有可能使焊縫力學性能和耐腐蝕性能不均勻，還有可能產生缺陷，例如熱裂紋的產生與偏析有關。 焊縫金屬的二次結晶的組織和性能與焊縫的化學成份、冷卻速度及焊后熱處理有關。29 低碳鋼和低合金鋼在平衡狀態(tài)下的二次結晶組織是鐵素體加少量珠光體，隨著冷卻速度的加快，珠光體含量增多、鐵素體減少、焊縫的強度和硬度有所提高，而塑性、韌性則下降。 含合金元素較少（Cr小于5%）的耐熱鋼，在焊前預熱、焊后緩冷條件下得到珠光體和部分淬硬組織；高溫回火后可得到完全的珠光體組織。 含合金元素較多（Cr5%9%）的耐熱鋼，當

38、焊接材料與母材相近時，在焊前預熱、焊后緩冷條件下，焊縫通常為貝氏體組織，也可能出現(xiàn)馬氏體組織。高溫回火后可得到回火索氏體組織。當采用奧氏體不銹鋼焊接材料的，則焊縫組織主要是奧氏體。 奧氏體不銹鋼的焊縫組織一般為奧氏體加少量鐵素體。 由于焊縫金屬的化學成分較合理，二次結晶的晶粒較細，所以焊縫部位的金屬具有較好的力學性能，加上焊縫余高使焊縫部位的受力截面增大，所以，焊接接頭的薄弱部位不在焊縫，而在熔合區(qū)和熱影響區(qū)。 焊縫余高并不能增加整個焊接接頭的強度，因為余高僅僅使焊縫截面增大而未使熔合區(qū)和熱影響區(qū)截面增大，相反，由于余高的存在恰好在熔合區(qū)和熱影響區(qū)粗晶區(qū)部位造成結構的不連續(xù)，從而導致應力集中，

39、使焊接接頭的疲勞強度下降。302、有關熔合區(qū)和熱影響區(qū)的組織和性能的詳細介紹如下： 焊接過程中，熱影響區(qū)沿寬度各點被加熱的溫度不同，因而焊后組織、性能也不相同。熱影響區(qū)某點被加熱達到的最高溫度，在最高溫度下停留的時間及隨后的冷卻速度，則決定了該點的組織情況。 從熱處理特性看，用于焊接的結構鋼，可分為兩類，一類是在一般焊接條件下淬火傾向較小，如低碳鋼和含合金元素很少的低合金鋼，稱為“不易淬火鋼”。另一類含碳量較高或含合金元素較多，在一般焊接條件下淬火傾向較大，稱為“易淬火鋼”。 不易淬火鋼熱影響區(qū)的組織和性能：1.熔合區(qū)（不完全熔化區(qū)）此區(qū)為熔合線附近焊縫金屬到基本金屬的過渡部分，溫度處于固相線

40、和液相線之間，金屬處于局部熔化狀態(tài)，因此晶粒十分粗大，化學成分及組織都極不均勻，冷卻后的組織屬于過熱組織。對于低碳鋼，固相線和液相線之間溫度區(qū)間很小，而電弧焊時此處溫度梯度很大，所以這段區(qū)域很窄，但對于焊接接頭的強度、塑性都有很大的影響。在很多情況下，熔合區(qū)附近是產生裂紋和局部脆性破壞的發(fā)源地。2.過熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）此區(qū)段處于1100度以上，晶粒十分粗大，冷卻后可能出現(xiàn)粗大的魏氏組織，使鋼的塑性和韌性都大大降低。晶粒粗大的程度與在高溫下停留的時間有關，停留時間越長，晶粒越粗大。不同的焊接方法與焊接規(guī)范，焊后過熱區(qū)的寬窄也不同。焊接速度越快，過熱區(qū)越小。過熱區(qū)的力學性能還隨焊后冷卻速度而變化，冷

41、卻速度提高，過熱區(qū)強度、硬度增高，塑性及韌性降低。313.正火區(qū)（重結晶區(qū)）此區(qū)加熱溫度在AC3以上至1100度，低碳鋼加熱至這個溫度區(qū)間，鐵素體和珠光體全部轉變?yōu)閵W氏體，由于溫度不太高，晶粒未長大，冷卻后得到均勻細小的鐵素體加珠光體組織，既有較高強度，又有較好塑性韌性，是焊接接頭中綜合性能最好的部位。此區(qū)相當于熱處理中的正火組織，所以叫正火區(qū)，或叫細晶粒區(qū)。4.部分相變區(qū)此區(qū)加熱溫度范圍在AC1至AC3之間。對20鋼來說，溫度在750900度之間。在此溫度下，珠光體和部分鐵素體轉變?yōu)榫Я＜毿〉膴W氏體，另一部分未轉變的鐵素體，在升溫中晶粒長大，形成比較粗大的鐵素體。冷卻后，既有經過重結晶的細晶

42、粒鐵素體加珠光體，又有未發(fā)生相變的粗大晶粒鐵素體，晶粒大小極不均勻，所以力學性能也較差。由以上分析可看到，熱影響區(qū)中組織性能差的是熔合區(qū)和過熱區(qū)，該部位在結構上是不連續(xù)的，容易形成應力集中，因而最易出問題。 323334第三節(jié)第三節(jié) 焊接變形與應力焊接變形與應力消除焊接應力的方法消除焊接應力的方法1 1、熱處理法、熱處理法 （整體熱處理和局部熱處理）一般是將被焊工件加熱到（整體熱處理和局部熱處理）一般是將被焊工件加熱到A1A1線線以下，保溫均溫，再緩慢冷卻，以達到消除殘余應力的消除以下，保溫均溫，再緩慢冷卻，以達到消除殘余應力的消除2 2、機械法、機械法 用機械的方法施加外力使冷卻后的焊縫金屬

43、產生延展，以達到用機械的方法施加外力使冷卻后的焊縫金屬產生延展，以達到消除應力的目的消除應力的目的3 3、振動法、振動法 以低頻振動整個構件以達到消除應力的目的以低頻振動整個構件以達到消除應力的目的35第四節(jié)第四節(jié) 承壓類特種設備常用鋼材的焊接承壓類特種設備常用鋼材的焊接一、鋼材的焊接性一、鋼材的焊接性焊接性含義：鋼材的焊接性，是指被焊鋼材在采用一定的焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范參數(shù)及焊接結構形式的條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。工藝焊接性 主要指焊接接頭出現(xiàn)各種裂紋的可能性，也稱抗裂性。優(yōu)質焊接接頭1.從制造上說，所形成的焊接接頭是完整的，沒有裂紋等缺陷；2.從使用上說，焊接接頭的力學性

44、能符合設計要求，能夠滿足使用需要。不同的鋼材焊接性不同；同一種鋼材采用不同焊接方法、焊接材料和焊接規(guī)范施焊，其焊接性也可能有很大差別。所以鋼材的焊接性是在一定條件下相對的概念。當采用新的金屬材料焊制構件時，了解及評價新材料的焊接性，是構件設計、施工準備及正確擬定焊接工藝，保證焊接質量的重要依據。使用焊接性 主要指焊接接頭在使用中的可靠性，包括焊接接頭的力學性能（強度、塑性、韌性、硬度以及抗裂紋擴展的能力等）和其他特殊性能（如耐熱、耐腐蝕、耐低溫、抗疲勞、抗失效等）。36二控制焊接質量的工藝措施低合金高強度鋼的焊接最重要的原則是：避免淬硬組織和控制冷裂紋采取的措施：合理選用焊接材料，控制焊接工藝

45、控制焊接線能量對防止奧氏體晶粒粗化有重要作用焊接線能量和預熱溫度以及多道焊工藝措施可減少焊接接頭的冷裂傾向，避免硬化組織產生，有利于氫的逸出焊后消氫處理和焊后消除應力熱處理是改善接頭性能的常用方法焊條的烘烤和坡口的清潔可減少氣孔缺陷預熱焊接冷卻速度焊接能量參數(shù)（焊接電流，電弧電壓，焊接速度）焊接工藝評定多層焊多道焊緊急后熱焊條烘烤和坡口清潔37三、 低碳鋼的焊接（一）用于鍋爐壓力容器制造的低碳鋼的種類：1、普通碳素鋼中的Q235AF、Q235A、Q235B、Q235C，用于制造低壓鍋爐和容器，使用條件分別有明確和嚴格的限制。2、優(yōu)質碳素鋼中的10鋼、20鋼，常用的是無縫鋼管。3、專用碳素鋼中的

46、20g和20R廣泛地用于制造中低壓鍋爐和容器。（二）低碳鋼的焊接性低碳鋼含碳量低，除冶煉時脫氧加入的硅、錳外，不含其他合金元素，所以工藝焊接性好，又有一定的強度、塑性及韌性，可以滿足中低壓容器的使用要求。（1）低碳鋼一般塑性較好，沒有淬硬傾向，對焊接加熱及冷卻不敏感，焊縫和熱影響區(qū)不易產生裂紋。（2）一般焊前不需預熱，但對大厚度結構或在低溫環(huán)境施焊的焊件，可適當預熱。（3）平爐鎮(zhèn)靜鋼雜質很少，偏析很小，不易形成低熔點共晶，所以對裂紋不敏感。沸騰鋼中雜質較多，產生裂紋的可能性大，因而Q235AF的使用受到嚴格限制，只能用于低壓（p0.6MPa）， 小型及普通介質容器。（4）如果工藝選擇不當，可能

47、會出現(xiàn)熱影響區(qū)晶粒長大現(xiàn)象，溫度越高，熱影響區(qū)在高溫停留時間越長，晶粒長大越嚴重。（5）可采用交、直流電源，全位置焊接，工藝簡單。38四、低合金鋼的焊接鍋爐壓力容器制造中使用的低合金鋼，是低碳低合金鋼，其含碳量在低碳鋼的范圍之內。低合金鋼具有較高的強度，較好的塑性與韌性，工藝性能也較好，特別是強度比低碳鋼高很多，因而在鍋爐和壓力容器制造中得到廣泛的應用。低合金鋼一般以常溫屈服強度的大小分級，常用低合金鋼及其碳當量如表2-2所示。表中所列的碳當量，是取鋼材化學成分的高限，用國際焊接學會推薦的碳當量計算公式算出。不難看出，鋼材的強度等級越高，碳當量越大，可焊性越差。低合金鋼的焊接特點序特點解釋影響因素防止措施備注1熱影響區(qū)的淬硬傾向熱影響區(qū)有比較大的淬硬傾向，這是低合金鋼焊接的重要特定之一。即在這類鋼焊接時，熱影響區(qū)易出現(xiàn)脆性馬氏體組織，硬度明顯增高，塑性及韌性降低。一是原材料及焊接結構因素，包括鋼材的化學成分、鋼板厚度、接頭形式及焊縫尺寸等，其中鋼材化學成分的影響最為顯著，鋼中含碳及其他合金元素越多，強度越高，焊接時熱影響區(qū)的淬硬傾向就越大；從工藝規(guī)范來說，就是在保證焊接質量的前提下，盡量采用大電流和較大直徑焊條以及較慢的焊