過程設(shè)備焊接1-1

過程裝備焊接性質(zhì)—專業(yè)課—承壓過程設(shè)備的安全可靠性要求—承壓過程設(shè)備的制造工藝過程重點掌握焊接的理論知識方法—了解共性、掌握特點；課前預(yù)習(xí)課后復(fù)習(xí)；廣泛閱讀，勤于思考2022/12/111參考書目《焊接方法及設(shè)備》（第一分冊電弧焊）

上海交通大學(xué)姜煥中主編，機械工業(yè)出版社，北京.1981年《焊接工程基礎(chǔ)》熊臘森主編，機械工業(yè)出版社，北京.2002年《電弧焊基礎(chǔ)》楊春利、林三保主編，哈爾濱大學(xué)出版社，哈爾濱.2003年

2022/12/112

１過程設(shè)備常用焊接方法重點：主要焊接方法的特點與應(yīng)用1.1焊接方法概述

壓力焊熔化焊母材不熔母材熔化電弧焊氣焊等離子弧焊電渣焊金屬焊接方法過程設(shè)備常用熔化焊2022/12/1131.2手工電弧焊利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件和焊條加熱熔化而進行的一種焊接．應(yīng)用廣泛、設(shè)備簡單、易于維護.渣保護焊氣體保護焊手工電弧焊*埋弧焊熔化極非熔化極氬弧電弧焊CO2混合氣體鎢極氬弧焊N2弧焊2022/12/114

使用靈活方便—可以在室內(nèi)、室外和高空等各種位置施焊。對材料的適用性強—碳鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫用鋼、不銹鋼等都可以采用手工電弧焊。主要用于

■設(shè)備內(nèi)部附件的焊接和支座、接管與開孔補強等部位的焊接。

■單件生產(chǎn)的設(shè)備的其他焊縫

■某些特殊類型的設(shè)備，如繞帶容器，或因空間位置焊縫較多，或短焊縫多，也予采用

■有些壓力容器的打底焊2022/12/1151.2.1手工電弧焊焊接工藝廣義的焊接工藝指焊接產(chǎn)品所有有關(guān)加工方法和實施要求。包括：

■焊前準備

■焊接材料選擇

■焊接方法■焊接規(guī)范參數(shù)和操作要求等。手工電弧焊的焊接工藝是指具體的焊接規(guī)范參數(shù)和焊接技術(shù)。

（1）焊接規(guī)范參數(shù)

影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率的各個工藝參數(shù)的總稱。2022/12/116

■焊條牌號及直徑

■電源種類和接法

■焊接電流大小*

■焊接層數(shù)和焊接速度*

a.焊條牌號及直徑焊條牌號由母材決定（見第2章）焊條直徑與焊件厚度、焊縫位置和焊縫層數(shù)等因素有關(guān)。主要根據(jù)被焊工件的厚度和位置來選擇，直徑3～5mm的焊條應(yīng)用最廣。

b.焊接電流增大電流，增加熔深，提高生產(chǎn)效率，流過大易咬邊、燒穿和飛濺2022/12/117

電流過小，電弧不穩(wěn)，焊條易粘住焊件或不易焊透。平焊時焊接電流可根據(jù)焊條直徑由下式?jīng)Q定

c.電弧電壓電弧電壓決定于弧長?；￠L指熔化的焊條端部到熔池表面的距離

■

電弧長時，電壓高

■

電弧短時，電壓低適宜的弧長對焊接質(zhì)量很重要?？s短電弧的長度，可提高焊接電流，增加熔敷速度；拉長電弧易加劇熔化金屬的飛濺，降低熔敷速度且引起2022/12/118邊，末焊透等缺陷。應(yīng)在保證不短路的情況下，力求采用短弧。實際中可根據(jù)焊條藥皮取：

■低氫堿性焊條電弧電壓20～22V

■酸性焊條電弧電壓25～28V

d.電源極性

92022/12/119采用直流焊機時，有正接和反接兩種接法正接—工件接正極，此時母材熔池溫度較高，熔深大，有利于厚板焊接。反接—工件接負極,此時焊條端溫度較高，其熔化速度較快，有利于提高焊接速度.

■

低氫型焊條均采用直流反接，此時焊接電弧穩(wěn)定，飛濺較少，且有利于焊縫脫氫

■

酸性焊條厚板用正接,薄板用反接

■

焊薄件時酸性、堿性焊條都必須用直流反接2022/12/1110

e.焊接層數(shù)過多過少均不好，可按下式確定層數(shù)：

n=S/d

式中，d為焊條直徑，mm；S為工件厚度，mm。f.焊接速度焊條相對于焊件的直線運動速度焊接速度對焊縫的外觀有直接的影響，同時對焊縫和熱影響區(qū)的組織與性能造成一定的影響.在實際手工電弧焊中，焊接速度不作具體規(guī)定，焊工可視情況自行掌握。（表1-4為部分手工電弧焊典型規(guī)范參數(shù)）

（2）焊接技術(shù)2022/12/1111

內(nèi)容包括引弧、收弧、運條方式、焊條傾角和焊道接頭方法等引弧、收弧處均易產(chǎn)生焊接缺陷，不能任意在容器殼體非焊接部位引弧，必須在坡口內(nèi)壁或前層焊道上引弧，引弧點必須被電弧完全重熔。

（3）焊接空間位置

■平焊在水平位置或傾斜角在60°以下的斜面上的焊接。熔化焊條易入熔池，液體金屬也不易流出，易于操作。可用較粗的焊條和較大的2022/12/1112電流施焊，生產(chǎn)率高，焊接質(zhì)量容易保證。

■

仰焊在傾斜角小于60°以下的平面下面位置的焊接。焊縫位于焊工頭部之上，勞動條件差。熔化金屬受重力作用易下墜滴落，熔渣難于浮出，質(zhì)量不易保證。應(yīng)盡量避免采用仰焊。

■

立焊在60°～100°傾角面而焊縫在垂直方向的焊接。

■

橫焊在60°～100°傾角面而焊縫在水平方向的焊縫。以上兩種焊接，熔化金屬熔滴因自重容易向下墜流，常造成焊瘤、末熔合和夾渣，所以應(yīng)用直徑小于4mm的焊條，比平焊小10％～15％的焊接電流,2022/12/1113采用短弧施焊。1.2.2手工電弧焊單面、雙面焊形成工藝

■

焊接質(zhì)量要求

成形良好完全焊透

■

雙面焊、單面焊

■

單面焊雙面成形由于受結(jié)構(gòu)尺寸或形狀等的限制，無法在兩面進行焊接，只能在一面進行焊接，且要求焊后正反兩面都得到均勻整齊、成形良好和質(zhì)量符合要求的焊縫。

■技術(shù)關(guān)鍵第一層焊縫必須熔透和無夾渣等缺陷。

■工藝技術(shù)要求

a.坡口加工2022/12/1114

■

板厚大于4mm時應(yīng)開坡口

■

坡口的功用使焊條深入焊縫根部，保證根部焊透,便于清除熔渣和獲得較好的焊縫成形,并調(diào)節(jié)母材與填充金屬的熔合比。

■

坡口參數(shù)及作用張角α—方便焊條伸入與運動鈍邊

p—防燒穿1.5～2mm間隙

c—利于焊透

2～3mm

b.焊條直徑選擇與烘干

■

焊條過粗會造成未焊透和成形不良；過細會降低生產(chǎn)效率。

■

打底焊的第一道焊縫用焊條板厚δ4～6mm時,φ2.5mm2022/12/1115

板厚δ8～20mm時,φ3.2mm板厚δ>20mm時,φ4mm

■

焊條必須按要求烘干后方能使用

c.裝配組合與坡口清理

■

保證間隙均一

■

防止錯邊超標

■

坡口及其兩側(cè)應(yīng)清理干凈,防止產(chǎn)生氣孔、夾渣或裂紋等缺陷。1.2.3手工電弧焊的常見缺陷

(1)外部缺陷

a.咬邊焊縫邊2022/12/1116沿低于母材表面的凹槽。主要是焊接電流太大和運條不當造成。

b.焊瘤是根部焊縫背面局部突出的焊肉。主要是因電流過大，運條慢或鈍邊小，間隙大等造成。

c.內(nèi)凹焊縫背面低于母材表面.由于熔化金屬在重力作用下產(chǎn)生下墜造成.

d.溢流在焊縫兩側(cè)母材表面上附著2022/12/1117的多余熔化金屬。主要是由于坡口邊緣的污物末清理干凈或電流過大而形成。

e.弧坑焊縫收尾處產(chǎn)生的下陷現(xiàn)象。主要是熄弧時焊條未在熔池處作短時間停留或在薄板焊接時使用的電流過大而形成。(2)焊縫內(nèi)部缺陷

a.氣孔由于熔池吸入過多氣體(H2、CO等），冷卻時未能逸出而形成。主要由于焊條受潮或末烘干，焊件未很好清理，焊縫區(qū)有水、油、銹、油漆或氣割殘渣等而形成

b.夾渣焊縫中夾有的焊渣或其2022/12/1118他雜質(zhì)。熔化金屬冷卻過快，熔渣來不及浮出，焊速太快等而形成。

c.未焊透坡口間隙或邊緣末被電弧熔化而留下的空隙。由于焊接電流太小，焊接速度過快，坡口角度過小，鈍邊太大或偏吹而產(chǎn)生。

d.未熔合填充金屬和母材之間或金屬層間沒有熔合在一起（即虛焊）。主要是由于電流過小或焊速太快而產(chǎn)生。1.2.3

手工電弧焊機

（1）電弧靜特性與電源外特性

■電弧靜特性—焊接電流與電弧電壓的變化關(guān)系2022/12/1119焊接方法不同時，電弧靜特性不同。

■手工電弧焊、鎢極氬弧焊和埋弧焊相當于圖中的abc段。其中bc段是正常焊接段，電弧電壓與焊接電流的大小無關(guān)

■熔化極Ar弧焊和CO2氣體保護焊的電弧特性2022/12/1120相當于cd段，屬上升靜特性。

■電源外特性為電弧提供電能的裝置稱為弧焊電源（或稱為電焊機）交流電源*

直流電源*

脈沖電源電源外特性—在穩(wěn)定狀態(tài)下，電源輸出電壓和電流之間的關(guān)系。焊接過程中電流變動越小越好，因此要求焊接電源有合適的下降外特性。

（2）手工電焊機的種類與型號

■交流焊機交流焊接變壓器，構(gòu)造簡單、2022/12/1121成本低、效率高、價格便宜、節(jié)能和維護方便。型號：BXl—300、BX3—400等B—表示焊接變壓器

X—表示下降外特性數(shù)字1—表示焊機系列號數(shù)字300—表示額定電流（A）

■旋轉(zhuǎn)式直流電焊機由一個發(fā)電機和電動機組成。焊接電流調(diào)節(jié)范圍大且均勻，電弧燃燒穩(wěn)定性能可靠應(yīng)用廣泛但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。型號：AXl—300、AX3—400等2022/12/1122

A—旋轉(zhuǎn)式直流電焊機其余同交流焊機

■硅整流式直流電焊機將工頻交流電整流變?yōu)橹绷麟姷氖只『冈O(shè)備（即弧焊整流器）。噪音小(無旋轉(zhuǎn)部分)、效率高、用料少、成本低等特點，但電流的波動較大，電弧穩(wěn)定性較差.已部分被旋轉(zhuǎn)式直流電焊機代替.型號：ZXG—300、ZXG—500等Z—表示整流器焊機G—表示整流器2022/12/1123

（3）電焊機的主要技術(shù)參數(shù)

■額定暫載率和額定電流—在選定的工作時間周期內(nèi)，允許焊機連續(xù)負載的時間。

目的：控制焊機溫升過高。（機溫不得超過60～80℃

在規(guī)定時間內(nèi)負載時間規(guī)定的工作周期

連續(xù)焊接，電流↓；斷續(xù)焊接，電流↑任何一臺焊接電源，暫載率↑，則允許焊接電流越↓。

■實際暫載率與允許工作電流暫載率=×100%2022/12/1124焊接電源可有不同的用途而工作性質(zhì)不同，電源的實際暫載率也不同。當實際工作暫載率與額定暫載率不同時，允許的焊接電流按下式換算

（4）手工電弧焊機選擇注意要點

■適當?shù)目蛰d電壓空載電壓↓難引弧，過高，容量↑直流焊機55—90V交流焊機60一80V2022/12/1125■焊機類別的選擇根據(jù)焊條藥皮性質(zhì)確定堿性焊條必須采用直流焊機酸性焊條可采用直流焊機或交流焊機，但優(yōu)先考慮交流焊機，經(jīng)濟↑重要受壓設(shè)備旋轉(zhuǎn)直流焊機大電流連續(xù)焊旋轉(zhuǎn)直流焊機合金鋼、不銹鋼時直流焊機1.3埋弧自動焊1.3.1工作原理與特點（1）原理2022/12/1126埋弧焊半自動埋弧焊—焊頭手工并控制焊接速度埋弧焊自動焊—全部自動完成埋弧焊自動焊過程原理2022/12/1127

（2）特點與應(yīng)用

a.生產(chǎn)率高比手工電弧焊能提高生產(chǎn)率5～10倍

b.焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定焊接規(guī)范可自動控制調(diào)整，故焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定c.節(jié)省金屬及電能焊絲金屬沒有飛濺損失，沒有焊條頭。較薄工件可以不開坡口，能節(jié)省大量焊接金屬材料和熔化金屬的電能。d.改善勞動條件e.設(shè)備費用高、靈活性差適用于厚度20mm以上受壓殼體縱、環(huán)縫的焊接。既可焊接碳鋼，也可焊接低合金鋼、耐熱鋼和不銹鋼。不適宜焊接薄板。2022/12/11281.3.2焊接規(guī)范參數(shù)焊接規(guī)范參數(shù)—影響焊接質(zhì)量的參數(shù)包括：■

焊接電流

■電弧電壓

■焊接速度

■焊絲直徑和焊絲伸出長度■焊接電源的種類和接法■坡口形式與裝配間隙■焊接層數(shù)■工件預(yù)熱溫度這些規(guī)范參數(shù)對焊接質(zhì)量的影響是通過焊縫形狀系數(shù)和熔合比來反映的。2022/12/1129

(1)焊縫形狀系數(shù)與焊縫熔合比

a.

焊縫熔化寬度B與熔化深度H之比稱為焊縫形狀系數(shù)，即

Ψ=B/HΨ↑焊縫寬而淺，Ψ↓焊縫窄而深。一般控制在1.3～2之間，以利于熔池中的氣體和雜質(zhì)浮出，防止氣孔、夾渣與熱裂縫。2022/12/1130b.焊縫中母材金屬熔化的橫截面積Fm與焊縫金屬橫截面積(Fm十Fn)之比，稱為焊縫金屬的熔合比，即γ=Fm/

(Fm十Fn)熔合比γ主要影響焊縫的化學(xué)成分、金相組織和機械性能。

γ↑，母材比例↑，填充金屬↓，而焊絲中C、S、P↓，故γ↑對焊接質(zhì)量不利。一般γ≤60～70%為宜。（2）主要規(guī)范參數(shù)對焊縫形狀與質(zhì)量的影響

a.電弧電壓電弧電壓↑，焊縫寬度B↑2022/12/1131形成淺而寬的焊道，從而導(dǎo)致未焊透和咬邊等缺陷。但是電弧電壓↓，會形成高而窄的焊縫，使邊緣熔合不良。

b.焊接電流與焊絲直徑焊接電流主要影響焊絲的熔化速度及熔深。在保證焊縫金屬性能和質(zhì)量的前提下，總是選用盡可能高的焊接電流，以獲得最高的焊接效率。實際使用中焊接電流可按焊絲直徑確定（表1-5）焊絲直徑主要根據(jù)所使用的焊接設(shè)備和所焊工件的形狀和尺寸予以確定。

c.焊接速度

2022/12/1132

焊接速度對焊縫的熔深和寬度有一定的影響焊接速度↑，熱輸入量、填充金屬量↓易造成末焊透或邊緣末熔合等缺陷。

(3)焊接線能量與焊接規(guī)范指單位長度焊縫上所得到的電弧熱能量。其值由下式計算：U為電弧電壓，V；I為焊接電流，A；V為焊接速度，m／h；2022/12/1133η為熱效率系數(shù)，埋弧自動焊可取0.85，手工電弧焊可取0.75。由上式可以看出，焊接規(guī)范參數(shù)的大小決定了焊接電弧所產(chǎn)生能量的大小。當焊速一定時，電流或電壓↑可使焊接線能量↑。焊接線能量決定著焊接區(qū)的加熱速度，對焊縫截面的大小和形狀起決定性作用。焊接線能量過大或過小，都可能產(chǎn)生缺陷。實際中，根據(jù)鋼材的化學(xué)成分、剛性等因素，用合適的線能量進行焊接，才能保證焊接接頭具有良好的性能。2022/12/11341.3.3埋弧自動焊的焊接技術(shù)要點主要包括

■接頭形式和坡口尺寸設(shè)計

■坡口加工方法

■裝配質(zhì)量的要求

■焊接襯墊的使用

■引弧和收弧

■焊絲端的對中和電弧長度的控制等。(1)焊前準備對焊絲表面進行清理，焊劑烘干。工件待焊表面進行清理。保證坡口加工的精度.接縫的長度方向鈍邊和坡口角度誤差不得超過公差范圍。坡口邊緣2022/12/1135和坡口表面應(yīng)打磨修整。嚴格控制接頭的裝配質(zhì)量，應(yīng)保證接縫錯邊不大于3mm和間隙均勻。為避免引弧與熄弧處的缺陷，一般在焊縫的兩端焊上引弧板與收弧板,焊后切除。(2)焊接襯墊與手工封底焊埋弧焊時熔池體積較大，保持液態(tài)的時間較長，因此應(yīng)加焊接襯墊常用的焊接襯墊有鋼襯墊、手工封底焊縫、銅襯墊、焊劑襯墊和柔性襯墊等。(3)焊絲的對中與環(huán)縫焊絲提前量薄板和厚板對接焊絲的中心線對準接頭的中心線2022/12/1136

不等厚對接焊絲適當?shù)叵蜉^厚側(cè)偏移V形和U形坡口填充層焊接焊絲離側(cè)壁的距離大致等于焊絲的直徑

環(huán)縫焊接時，此應(yīng)將焊絲逆焊件轉(zhuǎn)動方向后移適當距離，以使焊接熔池在焊件轉(zhuǎn)到中心位線置時凝固，避免液態(tài)金屬溢流和焊道外形畸形。2022/12/1137

a值一般取25—50mm，焊件直徑↑，取值↓1.3.4埋弧自動焊機通常包括：

■自動焊小車—機頭、控制盤、焊絲盤、焊劑斗和臺車組成

■控制箱—發(fā)電機組、中間繼電器、接觸器、變壓器、整流器和開關(guān)組成

■焊接電源—與手弧焊電源相似，只是焊接電源的容量比手弧焊電源大得多2022/12/11381.4氣體保護焊1.4.1原理與特點及常用方法

■

以電弧為熱源，以氣體作保護

■

電弧與熔池可見，便于觀察；無熔渣，便于自動化

■

電弧熱量集中，熔池小，結(jié)晶快便于薄板及空間位置焊接

■

采用惰性氣體保護，可焊活潑性強的難焊金屬常用方法有

■非熔化極氣體保護焊—鎢極氬弧焊，W棒為電極，不熔化，維持電弧

■熔化極氣體保護焊—熔化極氬弧焊、二氧化碳氣體保護焊和熔化極氧化性混合氣體保護焊2022/12/11391.4.2鎢極氬弧焊（TIG，Tungsteninertgaswelding）(1)原理與特點以W棒作電極引燃和維持電弧，以電弧熱熔化金屬，以焊絲作為填充材料，W棒不熔化。

■以惰性氣體為保護，保護效果好，焊縫質(zhì)量↑

■在低電流（20～30A）下仍可保持電弧性能，利于焊薄件

■熱量集中，熔透能力強，利于打底焊

■

W極承載電流能力↓，電流過大易使引起鎢極的熔化和蒸發(fā)→焊縫夾W，韌性↓2022/12/1140

■鎢極的價格較貴，成本較高。只有在對焊縫質(zhì)量要求高的場合采用。2022/12/1141（2）在過程設(shè)備中的應(yīng)用

■薄壁件的焊接

■換熱器管子與管板的焊接

■適用材料：不銹鋼、有色金屬；碳鋼、低合金鋼打底焊（3）電源與極性要求

■直流正接—焊件接正極，鎢極接負極。電子從鎢極→焊件，使70％的熱量集中在焊件上，使焊件溫度↑，而鎢極的溫度↓。結(jié)果熔深↑鎢極承受電流值↑。

■直流反接—熔池較淺，W極易燒損，一般不用。2022/12/1142

■交流—電弧特性介于直流正接和反接兩者之間。交流電源結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資大。主要用于表面易氧化的鋁、鎂及其合金的焊接。

1.4.3熔化極惰性氣體保護焊（MIG，Metalinertgaswelding）（1）保護氣體

Ar、He、N2，其中Ar應(yīng)用最為廣泛

（2）主要特點惰性氣體保護性好；電弧燃燒穩(wěn)定，熔深大于W極焊；焊絲熔化速度快，生產(chǎn)率大于W極焊。（3）適用場合

■厚度：中厚板及大厚板，高可焊性材料的薄板

■材料：碳鋼、不銹鋼，鋁、鈦等活潑性強2022/12/1143的有色金屬(3)焊接電源與極性與W極焊不同，必須采用直流反,即焊絲接電源正極接，提高焊絲熔化溫度和焊接速度，使生產(chǎn)率↑。若采用正接，即焊絲接電源負極時，使熔滴過渡不穩(wěn)定。1.4.4熔化極氧化性（活性）氣體保護焊

（MAG，Metalactivegaswelding）

在惰性氣體中加入一定量的氧化性氣體(活性氣體)如(Ar十C02)，(Ar十02)，(Ar十02十C02)等作為保護氣體的電弧焊方法。2022/12/1144(1)熔化極氧化性氣體保護焊特點

■熔滴過渡的穩(wěn)定性

■電弧燃燒穩(wěn)定

■焊縫熔深形狀及外觀成形好

■電弧熱功率大

■焊縫的冶金質(zhì)量高，焊縫缺陷少

■焊接成本低。(2)常用方法及適用材料

a.氬氣加二氧化碳氣體(Ar十C02)既具有氬弧的特點又具有氧化性，克服了Ar焊接時表面張力過大，液體金屬粘稠，斑點易漂移等問題適用于：低碳鋼與低合金鋼。2022/12/1145

b.氬氣加氧氣(Ar十02)可以克服純Ar保護焊接不銹鋼時存在的液體金屬粘度大、表面張力大，易產(chǎn)生氣孔、易引起咬邊、電弧不穩(wěn)等問題。適用于碳鋼、不銹鋼等高合金鋼和高強鋼的焊接。

c.氬氣加二氧化碳氣體和氧氣(Ar十C02十02)焊接低碳鋼、低合金鋼比采用上述兩種氣體作為保護氣體焊接的焊縫成形、接頭質(zhì)量、金屬熔滴過渡和電弧穩(wěn)定性好。1.4.5二氧化碳氣體保護電弧焊(1)二氧化碳氣體保護電弧焊的特點

■焊接成本低（僅相當于埋弧焊的40％）,抗氫能力強2022/12/1146■具有飛濺與合金元素的氧化燒損,不適用有色金屬與高合金鋼的焊接。■既可焊厚板也可焊薄板

(2)二氧化碳氣體保護電弧焊接工藝要點a.焊絲直徑主要采用φ0.6～φ1.2mm的細焊絲。實際應(yīng)用中