焊接基礎(chǔ)知識(shí)1

1、1廊坊全興希爾思交通器材有限公司(制 造 課)焊接基礎(chǔ)知識(shí)文件 日 期:2013年2月焊接基礎(chǔ)知識(shí)主講人王江波2概述 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)今時(shí)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(gè)過程何時(shí)開始，何時(shí)結(jié)束。但它確確實(shí)實(shí)地發(fā)生在過去的某個(gè)時(shí)段。我們今天面對著這樣一個(gè)事實(shí)：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(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科3焊接定義焊接時(shí)被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達(dá)到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。4焊接過程的物理本質(zhì)焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或

2、分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散連接成一體的工藝過程。促使原子和分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴(kuò)散的方法是加熱或加壓，或同時(shí)加熱又加壓。5焊接在各行各業(yè)的用途6焊接的優(yōu)、缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.節(jié)省材料，減輕重量，經(jīng)濟(jì)效益好2.簡化加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高3.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，接頭密封性好4.為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供較大的靈活性5.焊接工藝過程容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化7缺點(diǎn)：1.焊接結(jié)構(gòu)容易引起較大的殘余變形和焊接內(nèi)應(yīng)力。2.焊接接頭中存在一定數(shù)量的缺陷，如氣孔、加渣、未焊透、未熔合等3.焊接接頭有較大的性能不均勻性4.焊接過程中產(chǎn)生高溫，強(qiáng)光，及一些有毒氣體，對人體有一定的損害89壓焊熔焊p熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化

3、狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時(shí)，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動(dòng)，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。10在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會(huì)氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進(jìn)入熔池，還會(huì)在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。 11壓焊壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。 主要包括固態(tài)焊、熱壓焊、鍛焊、擴(kuò)散焊、氣壓焊及冷壓焊等。 各種壓焊方法的共同特點(diǎn)是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。 同時(shí)由于加熱溫度比熔焊低、加熱時(shí)間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以

4、用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強(qiáng)度的優(yōu)質(zhì)接頭。 12釬焊釬焊是使用比工件熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于工件熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實(shí)現(xiàn)原子間的相互擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)焊接的方法。 131、焊條電弧焊14o 原理：用手工操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。o 主要特點(diǎn)：設(shè)備簡單、易于維護(hù)、使用靈活方便；設(shè)備簡單、易于維護(hù)、使用靈活方便；可焊金屬材料廣；可在室內(nèi)、外和高空等各種位可焊金屬材料廣；可在室內(nèi)、外和高空等各種位置施焊；置施焊；焊接生產(chǎn)率低

5、；焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)。o 應(yīng)用：廣泛用于造船、鍋爐及壓力容器、機(jī)械制造、建筑結(jié)構(gòu)、化工設(shè)備等制造維修行業(yè)中。對于某些特殊類型的設(shè)備，或因空間位置焊縫較多，或短焊縫多，也主要采用焊條電弧焊。 2、埋弧自動(dòng)焊原理：電弧在焊劑層下燃燒。利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生的熱量，熔化焊絲、焊劑和母材金屬而形成焊縫。在焊接過程中，顆粒狀的焊劑及其熔渣保護(hù)了電弧和焊接區(qū)，光焊絲提供填充金屬。焊接時(shí)，光焊絲連續(xù)地送入覆蓋焊接區(qū)的焊劑層，電弧引燃后，焊接焊絲和母材立即熔化并形成熔池。熔化的熔渣覆蓋住熔池及高溫焊接區(qū)，產(chǎn)生良好的保護(hù)作用。 15主要特點(diǎn)：焊接生產(chǎn)率高；焊縫質(zhì)量高而穩(wěn)定；焊接成本低；勞動(dòng)條件好；占地面

6、積較大；難以在空間位置施焊；不適合焊接薄板和短焊縫。 應(yīng)用：廣泛用于造船、橋梁、起重機(jī)械及冶金機(jī)械制造業(yè)中。凡是焊縫可以保持在水平位置或傾斜角度不大的焊件，均可采用埋弧焊。163、氣體保護(hù)焊按照電極的性質(zhì)，氣體保護(hù)電弧焊可分為非熔化極氣體保護(hù)焊與熔化極氣體保護(hù)焊兩大類。非熔化極氣體保護(hù)焊是指鎢極惰性氣體保護(hù)焊。根據(jù)保護(hù)氣體的種類，熔化極氣體保護(hù)焊又包括熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊、熔化極氧化性混合氣體保護(hù)電弧焊和二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊等。 173.1、非熔化極氣體保護(hù)焊-鎢極惰性氣體保護(hù)焊原理：在惰性氣體保護(hù)下，以鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧作為熱源，熔化母材和填充焊絲，形成焊縫的焊接方法。主要特點(diǎn)：熔

7、池金屬不發(fā)生冶金變化，只是填充金屬和母材在惰性氣體保護(hù)下的重熔過程；電弧穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生飛濺；焊接生產(chǎn)率低，鎢極承受電流能力較差，容易熔化和蒸發(fā)；生產(chǎn)成本較高。18應(yīng)用：幾乎可以焊接所有金屬材料，焊接厚度一般在6mm以下的焊件，對焊縫質(zhì)量要求特別的高的場合使用。193.2、熔化極氣體保護(hù)焊熔化極氣體保護(hù)焊的熱源是在可熔化的焊絲與被焊工件之間并在保護(hù)氣氛中產(chǎn)生的電弧。它利用電弧熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱來加熱和熔化焊絲和工件金屬，形成焊縫，達(dá)到連接工件的目的。203.2.1熔化極惰性氣體保護(hù)焊原理：采用惰性氣體作為保護(hù)氣，使用焊絲作為熔化電極的一種電弧焊方法。保護(hù)氣體主要有氬氣、氦氣和氮?dú)?。惰性氣體在焊接過程

8、中不與液態(tài)金屬反應(yīng)，使焊接區(qū)與空氣隔離起保護(hù)作用。主要特點(diǎn)：焊接質(zhì)量好，焊接生產(chǎn)率高，抗風(fēng)能力差，焊接設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用：主要用于有色金屬及合金、不銹鋼等焊接。與鎢極氬弧焊相比，大大提高生產(chǎn)效率，尤其適用于中厚和大厚度板材的焊接。213.2.2熔化極氧化性混合氣體保護(hù)焊原理：熔化極氧化性氣體保護(hù)焊是采用在惰性氣體中加入一定量的氧化性氣體，作為保護(hù)氣體的一種熔化極氣體保護(hù)電弧焊的方法。主要特點(diǎn)：提高熔滴過渡的穩(wěn)定性；提高電弧的穩(wěn)定性；改善焊縫熔深形狀及外觀形狀；增大電弧的熱功率；減少焊接缺陷；降低焊接成本。應(yīng)用：可用于平焊、立焊、橫焊和仰焊以及全位置焊接，尤其適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬材

9、料焊接。223.2.3二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊原理：利用二氧化碳作為保護(hù)氣體的熔化極電弧焊方法。 主要特點(diǎn)：焊接生產(chǎn)率高；焊接成本低；操作簡單；飛濺率大；不適合焊接易氧化的有色金屬。應(yīng)用：主要焊接低碳鋼和低合金鋼，適用于各種厚度。廣泛用于汽車制造、化工機(jī)械、礦山機(jī)械等部門。23244、電渣焊原理：利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱熔化焊絲與母材形成焊接熔池的一種焊接方法。 主要特點(diǎn)：大厚度工件可一次焊成 ；可垂直施焊；生產(chǎn)效率高，焊接材料消耗少 ；電渣焊熱循環(huán)的線能量大 。應(yīng)用：電渣焊能在垂直位置從一次行程完成全厚度焊縫的焊接，因此電渣焊在鍋爐和壓力容器制造中，主要用于厚板的拼接及厚壁筒體縱縫的焊接，

10、也是效率最高的焊接方法。25265、等離子弧焊原理：借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。主要特點(diǎn)：與氬弧焊相比，能量集中、溫度高，可以得到充分熔透、反面形成均勻的焊縫；電弧強(qiáng)度好，等離子弧基本是圓柱形，弧長變化對焊件上的加熱面積和電流密度影響比較小。所以，等離子弧焊的弧長變化對焊縫成形的影響不明顯；焊接速度比氬弧焊快；能夠焊接更細(xì)、更薄加工件；但設(shè)備復(fù)雜，費(fèi)用較高。 27焊接缺陷的產(chǎn)生及防止措施常見的焊接缺陷有咬邊、凹陷、焊瘤、氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合、弧坑、焊縫外形尺寸和形狀不符合要求等。通常按缺陷在焊縫中的位置不同，分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。2

11、8外部缺陷有表面裂紋、表面氣孔、咬邊、凹陷、滿溢、焊瘤、弧坑等，這些缺陷主要與焊接工藝和操作技術(shù)水平有關(guān)。還有些是外觀形狀和尺寸不合要求的外部缺陷，如錯(cuò)邊、角變形和余高過高等。29內(nèi)部缺陷有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等。30焊接缺陷的危害焊接缺陷對設(shè)備的影響，主要是在缺陷周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。嚴(yán)重時(shí)使原缺陷不斷擴(kuò)展，直至破裂。同時(shí)，焊接缺陷對疲勞強(qiáng)度，脆性斷裂以及抗應(yīng)力腐蝕開裂都有重大影響，由于各類缺陷的形態(tài)不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度也不同，因而對結(jié)構(gòu)的危害程度也各不一樣。31氣孔氣孔是指在焊接時(shí)，熔池中的氣泡在凝固時(shí)未能逸出而形成的空穴。 產(chǎn)生氣孔的原因 坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡

12、；焊條或焊劑未按規(guī)定進(jìn)行焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時(shí)，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動(dòng)焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度，破壞焊縫金屬的致密性。32防止產(chǎn)生氣孔的措施 選擇合適的焊接電流和焊接速度，認(rèn)真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。嚴(yán)格按規(guī)定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用變質(zhì)焊條，發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制使用范圍。埋弧焊時(shí)，應(yīng)選用合適的焊接工藝參數(shù)，特別是薄板自動(dòng)焊，焊接速度應(yīng)盡可能小些。3334氣孔實(shí)例35夾渣夾渣就是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣也會(huì)降低焊縫的強(qiáng)度和致密性。

13、產(chǎn)生夾渣的原因 主要是焊縫邊緣有氧化皮或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時(shí)，由于電流太小或運(yùn)條不當(dāng)形成“糊渣”；使用堿性焊條時(shí)，由于電弧過長或極性不正確也會(huì)造成夾渣。進(jìn)行埋弧焊封底時(shí)，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。 36防止產(chǎn)生夾渣的措施 正確選取坡口尺寸，認(rèn)真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)。多層焊時(shí)，應(yīng)仔細(xì)觀察坡口兩側(cè)熔化情況，每一焊層都要認(rèn)真清理焊渣。打底焊渣應(yīng)徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。 3738咬邊焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。 產(chǎn)生咬邊的原因 由于焊接電流過大、運(yùn)條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當(dāng)?shù)取Ｂ窕『?/p>

14、的焊接速度過快或焊機(jī)軌道不平等原因，都會(huì)造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時(shí)填滿而造成咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，故在重要的結(jié)構(gòu)或受動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)中，都有特定的要求，超出要求范圍，都是不允許的。 39防止產(chǎn)生咬邊的措施 選擇合適的焊接電流和運(yùn)條手法，隨時(shí)注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機(jī)軌道要平整。4041SA30731背板咬邊42未焊透、未熔合 焊接時(shí)，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱為未焊透；在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象，稱為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴(yán)重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫

15、會(huì)出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強(qiáng)度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在重要的結(jié)構(gòu)部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況。 43產(chǎn)生未焊透和未熔合的原因 焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過小、速度太快及電弧過長等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒有清除干凈，或在焊接時(shí)該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運(yùn)條手法不當(dāng)，電弧偏在坡口一邊等原因，都會(huì)造成邊緣不熔合。44防止產(chǎn)生未焊透或未熔合的措施 正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；打底焊清根要徹底，運(yùn)條擺動(dòng)要適當(dāng)，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。 4546未融合實(shí)例47焊接裂紋焊接裂紋是一種非常嚴(yán)重的缺陷。結(jié)構(gòu)

16、的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補(bǔ)。焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。48焊縫金屬由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。 產(chǎn)生熱裂紋的原因 焊接熔池中存有低熔點(diǎn)雜質(zhì)(如FeS等)。由于這些雜質(zhì)熔點(diǎn)低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強(qiáng)度又極低。因此，在外界結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點(diǎn)雜質(zhì)在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂

17、。焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時(shí)，也易產(chǎn)生熱裂紋。 49防止產(chǎn)生熱裂紋的措施1)要嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，適當(dāng)提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋；2)認(rèn)真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)力。50焊縫金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線上產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時(shí)、幾天甚至更長時(shí)間才出現(xiàn)。產(chǎn)生冷裂紋的原因1)在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過量的擴(kuò)散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。 51防止產(chǎn)生冷裂紋的措施1)選用低氫型焊

18、條，減少焊縫中擴(kuò)散氫的含量；2)嚴(yán)格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，謹(jǐn)防受潮；3)仔細(xì)清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；4)根據(jù)材料等級(jí)、碳當(dāng)量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和線能量，如焊前預(yù)熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；5)緊急后熱處理，以去氫、消除內(nèi)應(yīng)力和淬硬組織回火，改善接頭韌性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應(yīng)力。5253焊瘤產(chǎn)生焊瘤的原因運(yùn)條不均，造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時(shí)，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現(xiàn)焊瘤。焊縫表面存在焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣。54防止產(chǎn)生焊瘤的措施嚴(yán)格控制熔池溫度，立、仰焊時(shí)，焊接電流應(yīng)比平焊小10-15%，使用堿性焊條時(shí)，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運(yùn)條。55弧坑產(chǎn)生弧坑的原因熄弧時(shí)間過短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時(shí)電流過大等，弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴(yán)重削弱焊接強(qiáng)度。防止產(chǎn)生弧坑的措施手工焊收弧時(shí)，焊條應(yīng)作短時(shí)間停留或作幾次環(huán)形運(yùn)條。 56焊道外觀檢驗(yàn)焊材凝固后的焊道輪廓57SIZESIZECONCAVITYCONCAVESIZESIZECONVEXITYCONVEXDESIRABLE FILLET WELD PROFILES凹的凸的凹面凸面焊腳焊腳焊腳焊腳實(shí)戰(zhàn)圖例58尺寸缺