第二章 焊接基本知識

1、 2、分類 手工電弧焊 電弧焊 埋弧焊 焊 熔化焊 氣焊 氣體保護(hù)焊 接 電渣焊 等離子弧焊 方 電子束焊 法 激光焊 點焊,爆炸焊,電阻點焊 壓力焊 摩擦焊,超聲波焊,閃光對焊 釬焊 釬焊利用熔點較焊件低的焊料（銀、銅、鋁、鋅）和焊件連接處一同加熱，焊料熔化后，滲入并填滿連接處而達(dá)到連接的目的。 壓焊將被焊金屬的接觸部位加熱到塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后加一定的壓力，使金屬原子間相互結(jié)合形成焊接接頭。 電子束焊將焊件放在高真空的容器中，內(nèi)裝發(fā)射電子的電子槍，電子打在焊件上，將焊件熔化而進(jìn)行焊接，（適用于高熔點薄板焊接）。 等離子弧焊通過加熱或、X射線照射，使氣體原子外層電子具有足夠能量從原子

2、中分離出來，變成帶負(fù)電的電子和帶正電的離子，具有極高的電能力，可以獲得很大的電流密度。一、電弧焊一、電弧焊在電極和焊體之間造成電弧，利用電弧在電極和焊體之間造成電弧，利用電弧所產(chǎn)生的熱量將被焊金屬和焊條金屬熔化，并形成一種所產(chǎn)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。永久接頭的過程。1、電弧的產(chǎn)生：、電弧的產(chǎn)生： 電弧是利用具有一定電壓的焊條與被焊工件之間瞬電弧是利用具有一定電壓的焊條與被焊工件之間瞬時接觸而造成短路。在短路時，短路電流集中在兩個電時接觸而造成短路。在短路時，短路電流集中在兩個電極（焊條與工件）的幾個接觸點上，這幾個接觸點上的極（焊條與工件）的幾個接觸點上，這

3、幾個接觸點上的電流密度特別高，瞬時即把接觸觸點加熱到熔化狀態(tài)并電流密度特別高，瞬時即把接觸觸點加熱到熔化狀態(tài)并產(chǎn)生金屬蒸汽。產(chǎn)生金屬蒸汽。 當(dāng)焊條離開焊件，而保持較小的距離時，當(dāng)焊條離開焊件，而保持較小的距離時，在電壓的作用下，兩極間氣體電離，保證了電流通過兩在電壓的作用下，兩極間氣體電離，保證了電流通過兩極的空間，陽極放出電子，這些電子正負(fù)離子分別奔向極的空間，陽極放出電子，這些電子正負(fù)離子分別奔向兩極即產(chǎn)生了焊接電弧。兩極即產(chǎn)生了焊接電弧。 1）手工電弧焊的接頭形式與坡口 i接頭形式：對接、搭接、角接、“T”型接頭 ii坡口形式：對接接頭是鍋爐壓力容器的制造中，采用最多的一種形式。根據(jù)工件

4、厚度和承載荷的情況，分開坡口、不開坡口 常用的坡口，V型、U型、X型，他們在接頭強(qiáng)度上沒有明顯差別。、采用保證能焊透的焊接坡口 當(dāng)無法從內(nèi)部焊接時，盡量采用單面焊雙面成形的手工焊操作工藝或氬弧焊打低工藝的坡口形式。、盡量減少筒體、容器內(nèi)部焊接工作量，改善勞動條件，容器內(nèi)部宜選用小坡口或加墊片。、盡量減少填充金屬量。 焊接規(guī)范通常指焊接規(guī)范通常指焊條直徑焊條直徑、焊接電流焊接電流、焊接電壓焊接電壓、焊接層數(shù)焊接層數(shù)和和焊接速度焊接速度等的總稱。等的總稱。 焊條直徑的選擇主要取決于焊件的厚度，焊縫位置以及焊接層數(shù)等因素。常用的焊條直徑為35mm 平焊對接可選用較粗焊條 立焊的焊條直徑不宜超過5mm

5、 仰橫焊的焊條直徑不宜超過4mm 對于多層焊的第一層焊道，焊條直徑不應(yīng)超過32mm 焊接電流過小，電弧不穩(wěn)定，易產(chǎn)生未焊透、夾渣等缺陷；焊接電流過大，易產(chǎn)生咬邊和焊穿等缺陷，電流大小應(yīng)適度； 電弧電壓也就是工作電壓，它的大小由電弧長度來決定的。 電弧長，則電壓高，電弧短，則電弧電壓低，易出現(xiàn)電弧燃燒不穩(wěn)定，增加飛濺，減少熔深，產(chǎn)生咬邊。而且還會由于空氣中氧、氮的侵入使焊縫產(chǎn)生氣孔。 故應(yīng)盡量使用短弧，弧長不要超過焊條直徑。 焊接層數(shù) 在中厚板手工焊接時，往往采用多層焊。 對于低碳鋼16MnR等普低鋼，焊接層數(shù)的多少對焊接接頭質(zhì)量影響不大，但多曾焊縫厚度過大時，對焊縫的塑性有不利影響。因此，對于

6、檢驗冷變的接頭，每層厚度最好不大于45mm。 焊接速度在不影響接頭的前提下，焊接速度盡可能快一些，以縮小熱影響區(qū)，減小變形，提高生產(chǎn)率。 優(yōu)點：工藝靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，對于各種位置常用鋼種，不同厚度的工件都能適用。特別對不規(guī)則的焊縫、短焊縫、仰焊縫、高空和狹窄位置的焊縫更顯得機(jī)動靈活，可以通過調(diào)整工藝，如跳焊、分段焊、對稱焊等方法來減少變形和改善應(yīng)力分布。 缺點：生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大、焊接質(zhì)量差 藥皮的作用.）焊縫的形成過程(見下圖)1-焊件 2-焊劑 3-焊劑漏斗 4-焊絲 5-焊機(jī)頭 6-導(dǎo)電嘴 7-焊縫 8-渣殼 9-引弧板）.埋弧自動焊焊接工藝： 接頭型式與坡口接頭型式 平焊的對接焊對接

7、焊的厚度在14mm以下對接焊縫時，可不開坡口，采用雙面焊對較厚焊件可開v、u、x型坡口。和手工比，只與鈍邊尺寸不同而已。.焊件規(guī)范對焊縫形狀和尺寸的影響 埋弧自動焊接參數(shù)主要有：焊接電流、電弧電壓、焊接速度和焊絲直徑。1-引出板 2-焊縫 3-焊渣 4-導(dǎo)電嘴 5-送絲輪6-焊劑軟管 7-焊劑 8-焊件 9-焊絲圖2-9 埋弧焊的焊接過程示意圖焊接方向987645321 焊接電流（In）、In熔深h、焊縫余高e、焊縫寬度b變化不大。 電弧電壓Vn 當(dāng)Vnh 造成焊縫未焊透焊劑消耗量大，焊波粗糙，脫渣困難，產(chǎn)生咬邊，故增加Vn的同時應(yīng)相應(yīng)增加In 焊接速度 b ，h，e 當(dāng)焊接速度時易產(chǎn)生未焊透

8、和邊緣未熔盡缺陷 焊絲直徑弧拄直徑電弧加熱范圍bh e 否則相反 焊接實施 自動焊接準(zhǔn)備工作很重要 清理焊絲、焊件、被焊表面。烘干劑。焊件裝配可達(dá)到要求的尺寸定位焊應(yīng)做好定位標(biāo)記，在焊縫兩端上應(yīng)有引弧板和收弧板。 ）埋弧自動焊的優(yōu)點 生產(chǎn)效率高 焊縫質(zhì)量好 減少焊接材料和電能 焊件變形小改善了焊工的勞動條件。 采用氣體將空氣和熔化金屬機(jī)械的隔開，免受空氣氧化的焊接方法。 ）.特點： 它是明弧焊電弧和熔池清晰可見，便于調(diào)整焊接參數(shù)，控制焊接質(zhì)量； 由于保護(hù)氣流對弧槍的壓縮作用，使電弧熱量集中，熔池小，結(jié)晶快利于空間位置和薄板焊接。 焊接過程沒有熔渣金屬時，具有良好的焊接質(zhì)量 在鍋爐壓力容器制造中

9、，應(yīng)用較廣泛的是氬弧焊和CO2保護(hù)焊。 原理 焊接規(guī)范 焊接電流 電弧電壓 焊接速度 鎢極直徑和形狀 氣體流量 噴嘴直徑 噴嘴直徑 Q過大 浪費氬氣 ，產(chǎn)生紊流，易將空氣摻入，降低保護(hù)效果，導(dǎo)致電弧不穩(wěn)定，焊縫產(chǎn)生氣孔和氧化現(xiàn)象 Q過小 空氣易侵入，保護(hù)不好 一般 Q（0.81.2）D D噴嘴直徑(mm) CO2保護(hù)焊是一種先進(jìn)的焊接方法,有自動（半自動）具有快、好、省的特點 生產(chǎn)效率高 成本低 抗裂性好 TIG,MIG,MAG MIG與MAG統(tǒng)稱:MSG 、焊條的分類和選用 1.焊條的構(gòu)成和要求： 構(gòu)成 焊芯、藥皮 要求 引弧容易，保證電弧穩(wěn)定 藥皮熔化應(yīng)稍后于焊芯，要均勻 熔渣比重應(yīng)小于熔

10、化金屬的比重，凝結(jié)溫度應(yīng)低于金屬 具有滲透合金和冶金處理作用 適用于各種位置的焊接 與工件產(chǎn)生電弧并熔化為焊縫的填充金屬 根據(jù)GB511788規(guī)定，焊接的主要鋼絲分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹剛3.藥皮 作用 提高焊接電弧的穩(wěn)定性 造渣、造氣防止空氣侵入熔滴、熔池 保證焊縫金屬順利脫氧、脫p和脫Si 向焊縫金屬摻入合金元素，提高機(jī)械性能。 藥皮對焊縫的影響 按藥皮的酸堿性可分為酸性焊條和堿性焊條 酸性焊條有：氧化鈦型、氧化鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型等，纖維素型等兩種。 酸性焊條 由于氧化性強(qiáng)，藥皮中合金元素?zé)龘p很嚴(yán)重，焊縫的機(jī)械性能特別是沖擊值（k）下降得很多。 由于碳的氧化造成熔池沸騰，有

11、利于氣體逸出， 鐵銹，油垢敏感性小，抗氣孔性好，穩(wěn)弧性好，交直流兩用，焊縫成形美觀脫渣好 堿性焊條 由于含有堿性氧化物及鐵合金，使焊條有足夠的脫氧能力。由于這類焊條在焊接時產(chǎn)生保護(hù)氣體中含氫量少，因此叫做低氫型焊條。 堿性焊條形成的焊縫 機(jī)械性能良好，抗裂性能強(qiáng)，但易產(chǎn)生氣孔，因此焊前要烘干焊條，清理焊接的鐵銹，油垢，水分和采用 弧焊接。另外，堿性焊條因藥皮中含氟化鈣，焊接過程中生成氟化鈣有毒氣體， 焊時要 通風(fēng)。 對于中、高壓鍋爐的受壓元件和二、三類變化的焊接，都應(yīng)采用堿性焊條1）.考慮母材的機(jī)械性能與化學(xué)成分 等強(qiáng)性 接頭強(qiáng)度應(yīng)等于或高于母材 等成分 接頭和母材的化學(xué)成分應(yīng)基本相同2）.考

12、慮工作環(huán)境和使用情況 載荷 承受動載沖擊載荷時，除強(qiáng)度外，對沖擊韌性、延伸率有較高的要求，可以采用低氫型焊條。 溫度 承受低溫或高溫時，應(yīng)選用應(yīng)采用能耐高溫或低溫性能的焊條。 介質(zhì) 承受強(qiáng)腐蝕介質(zhì)時，應(yīng)選用耐腐蝕性強(qiáng)的不銹鋼焊條。 焊條受潮后，使焊接工藝變壞而且水分中的氫容易使焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋。焊條在使用前必須烘干。特別是低氫焊條。 堿性低氫焊條，烘干溫度為380420保溫1-2小時，然后放在另外一個溫度控制在80100的烘干箱內(nèi)保溫隨用隨取。 酸性焊條，烘干溫度為150200保溫12小時。1）焊絲和焊條中的焊芯同屬于一個GB130077。H08MnA H焊接用鋼 08平均含碳量0.08%

13、Mn平均含錳量在1%左右 A高 焊絲2）焊劑作用 和焊條、藥皮的作用相同。對焊劑的要求穩(wěn)弧性能好保證焊縫金屬得到所需的化學(xué)成分和性能。有較好的抗氣孔能力，對鐵銹，油污，水分敏感性小放出有毒氣體少應(yīng)有一定的粒度和強(qiáng)度以便于多次使用使焊縫成形良好 a.分類 按制造方法分 熔煉焊劑和非熔煉焊劑 按化學(xué)性能分 酸性焊劑和堿性焊劑 按化學(xué)成分分 高錳焊劑和中錳焊劑 焊劑牌號編制 例：焊劑X X X 同一類型焊劑不同牌號 氧化錳的平均含量 二氧化碳和氟化鈣的平均含量 焊劑在使用前必須烘干，防止產(chǎn)生氣孔等缺陷。 酸性焊劑：如焊劑430和焊劑431。烘干溫度為250，保溫12小時。 堿性焊劑：如焊劑250和焊

14、劑260。烘干溫度為300，保溫2小時。 焊劑烘干后應(yīng)立即使用。一、主要材料的可焊性1、金屬材料的焊接性能：工藝可焊性：在一定的焊接條件下，焊接接頭中出現(xiàn)各種裂紋及其他缺陷的可能性。使用可焊性：在一定的焊接條件下，一定金屬的焊接頭對使用要求的可靠性。這樣焊頭的機(jī)械性能和其它特殊性能（如耐熱，耐蝕，抗疲勞，耐低溫等）。如果一種材料用最普通，最簡單的焊接工藝條件就可獲得優(yōu)質(zhì)焊頭，則說明這種材料具有良好的可焊性。反之，可焊性差。1）C當(dāng)量法 鋼的可焊性主要決定于它的化學(xué)成分，其中影響最大的是含碳量。因為 含碳量的淬硬傾向容易產(chǎn)生裂紋。含碳量越高可焊性越差，碳鋼中含碳量0.3。低合金鋼含碳量0.2%時

15、都具有良好的可焊性。其他元素也有影響，綜合用碳來表示。即C當(dāng)量C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 當(dāng)C當(dāng)量0.4%時可焊性好 當(dāng)C當(dāng)量=0.40.6%時需要采用預(yù)熱，控制焊接規(guī)范 當(dāng)C當(dāng)量0.6%時可焊性差2）自約束試驗法 Y型坡口試驗法試驗熱影響區(qū)和焊縫的冷裂傾向。 鋼性固定法。 十字接頭法。）進(jìn)行焊接工藝評定 1、焊接接頭的組織： 焊接接頭包括焊縫和熱影響區(qū)兩部分 其組織狀態(tài)如圖：（ ）焊接熱循環(huán)曲線( )鐵碳狀態(tài)圖（ ）熱影響區(qū)各部分組織示意圖部分相變區(qū) 2正火區(qū)（重結(jié)晶區(qū)）3粗晶粒區(qū)（過熱區(qū)）4熔合區(qū)焊縫金屬母材熱影響區(qū)焊縫碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/距離/302520151

16、0500.50.20最高加熱溫度溫度/ 熔合區(qū)晶粒十分粗大 塑性差 過熱區(qū)粗晶粒區(qū)12級 魏氏組織過熱組織 重結(jié)晶區(qū)細(xì)晶粒區(qū)（F+P） 正火區(qū) 不完全重結(jié)晶區(qū) F+P+粗大F 組織不均勻焊縫金屬的化學(xué)成分和固態(tài)時的冷卻條件Cb 熱裂紋較敏感 要求C0.25%Mnb 改善沖擊韌性 Mn38mm時，焊后才進(jìn)行熱處理。 普通低合金鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，通過添加少量多種合金元素一般總量在5以內(nèi)1m，提高其強(qiáng)度或改變其使用性能。 在鍋爐壓力容器制造中，目前主要使用的屈服極限為3570公斤級的鋼材。 如16 Mn R 15MnV 18MnMoNb 普通低合金鋼的可焊性隨鋼的強(qiáng)度等級提高而變差 3040公斤

17、級 可焊性良好 50公斤級 可焊性差 要預(yù)熱，熱處理 焊接特點熱影響區(qū)有較大的淬硬傾向 影響因素： a、材料的結(jié)構(gòu)形式。鋼種 板厚 b、工藝因素工藝方法 接頭形式 焊縫尺2、焊縫金屬和熱影響區(qū)的冷裂紋。一般發(fā)生在高強(qiáng)度鋼的厚板中。 影響因素：含氫量冷裂紋的傾向 淬硬程度產(chǎn)生冷裂紋的傾向 殘余應(yīng)力產(chǎn)生冷裂紋的傾向 1、特點：不銹鋼具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕性能，韌性塑性較好，可焊性好 但由于含Cr量較高，一般大于13，當(dāng)焊接工藝掌握不好時，易出現(xiàn)焊接的晶間腐蝕。 2、晶間腐蝕 晶間腐蝕產(chǎn)生的原因： 焊接時，工件被加熱，C和Cr都會從A晶粒內(nèi)部向晶界擴(kuò)散。并在晶界上生成Cr4C，致使晶界產(chǎn)生“貧

18、鉻”現(xiàn)象。當(dāng)晶界上Cr含量下降到13以下時，就失去了防腐作用。在腐蝕介質(zhì)作用下晶界全被迅速腐蝕?；瘜W(xué)成分溫度 t（850）Cr4C不穩(wěn)定，碳析出后又會重新回到A中，不會形成“貧鉻”時間 T C來不及析出 T A內(nèi)的Cr已經(jīng)充分?jǐn)U散到晶界進(jìn)行補(bǔ)充不會形成“貧鉻” 預(yù)防晶間腐蝕的措施 調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，加入穩(wěn)定化元素鈦、鈮等 減少焊縫中的含碳量 控制C0.04% 快焊快冷 （改善工藝措施）熔合區(qū)生成M組織 易產(chǎn)生裂紋 應(yīng)選多鎳合金焊頭熔合區(qū)的碳擴(kuò)散，C從PA 形成Cr4C 出現(xiàn)組織和性能不均異種鋼接頭的熱應(yīng)力，熱膨脹系數(shù)不同。 不銹鋼熱脹系數(shù)比低合金鋼熱脹系數(shù)大3055。一、焊接接頭的缺陷即防止

19、措施 外部缺陷 1）咬邊 電流過大 焊接速度不均 電流強(qiáng)度與焊速不適當(dāng) 2）燒穿 電流過大 坡口角度小 間隙大 鈍邊小 3）表面裂紋 工作溫度低 焊條質(zhì)量差 強(qiáng)制裝配應(yīng)力過大 母材含碳量不符合要求 4）弧坑 電弧過大 收弧斷弧快焊工操作疏忽 5）表面氣孔 焊條潮濕 冷卻速度太快 氣體來不及逸出 電弧太短 內(nèi)部缺陷 1）氣孔 焊件表面有污垢，油漆，鐵銹或有機(jī)物，焊條太潮或成分不當(dāng)，焊速太快，電弧太長 2）未焊透 坡口鈍邊間隙太小，電流電壓不夠，焊條直徑太大或種類不對，焊速太快，運條角度不對以及電弧偏析 3）未熔合 坡口不干凈，焊速太快，電流過小或過大，焊條角度不對，電弧偏析 4）夾渣 焊條藥皮成

20、分不當(dāng)，含S、P過高，多次焊道表面清理不干凈，電流小，焊速大 1、熱裂紋其防止措施 特征 裂紋沿晶界開裂，裂紋呈氧化色彩，有的中間充滿了熔渣 原因 熱裂紋是由于焊縫在凝結(jié)過程中，產(chǎn)生的應(yīng)力超過該溫度下金屬的斷裂強(qiáng)度而形成的裂紋，產(chǎn)生熱裂紋于焊縫的冶金因素和應(yīng)力因素有關(guān)。 防止措施 a、限制S含量， 提高M(jìn)n含量 b、提高焊條的堿度，以降低雜質(zhì)金屬，改善偏析程度 c、采用合理的焊接順序，提高焊縫收縮時的自由度 特征 通常是穿晶型裂紋，有時也有晶間型，在300以下產(chǎn)生，裂紋表面無明顯氧化色彩，屬脆性斷裂 原因 主要是焊縫中氫的富集，在焊縫的M等淬硬組織中，在應(yīng)力高處產(chǎn)生裂紋。由于氫的富集需要一段時

21、間，新的冷裂紋 淬硬組織的出現(xiàn) 熱影區(qū)產(chǎn)生M組織轉(zhuǎn)變，引起體積膨脹，塑性下降在焊接應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋的形成也要存一延長時間，故稱延遲裂紋 防止措施 焊前預(yù)熱 焊后緩冷避免淬硬組織的產(chǎn)生，減少焊接應(yīng)力 焊后及時進(jìn)行低溫退火去氫處理，消除內(nèi)應(yīng)力 選用低氫型焊條和堿性焊劑或奧氏體不銹鋼焊條，并按規(guī)定烘干，嚴(yán)格清理坡口 加強(qiáng)焊接時的保護(hù)和被焊處表面的清理 選用合理的焊接規(guī)范 特征 發(fā)生在焊縫熱影響區(qū)粗晶區(qū)內(nèi)：如焊趾，弧坑，咬邊未焊透等應(yīng)力集中處，在焊后進(jìn)行熱處理時發(fā)生，低合金高強(qiáng)度鋼 原因 在焊后熱處理時當(dāng)晶界的結(jié)合強(qiáng)度不足以承受松弛應(yīng)力過程所產(chǎn)生的，就會產(chǎn)生再熱裂紋 措施 A、改善焊接工藝 B、合理控制合金元素 C、減少殘余應(yīng)力 1）、氣孔 產(chǎn)生原因：焊材未按規(guī)定溫度烘干；焊條藥皮變質(zhì)脫落；焊芯銹蝕，焊絲清理不干凈；手工焊時電流過大，電弧過長；焊件表面有污垢、油漆、鐵銹或有機(jī)物。網(wǎng)路電壓波動太大。 底片中的影像：黑色圓點，也有呈黑線（線