船舶焊接方法概論課件

第五章、船舶焊接方法教學(xué)目標(biāo):

１．主要介紹造船工業(yè)中常用的焊條電弧焊（SMAW)、埋弧焊自動(dòng)焊(SAW)及氣體保護(hù)焊(GSAW)等焊接方法.２．對(duì)其它焊接方法作簡(jiǎn)要介紹。

第五章、船舶焊接方法教學(xué)目標(biāo):1第一節(jié)焊條電弧焊

一、焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)

（一）焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊（也稱手工電弧焊）是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。它利用電弧產(chǎn)生的高溫熔化焊條和焊件，使兩塊分離的金屬熔合在一起，從而獲得牢固的接頭，其原理如圖5-1所示。

圖5-1焊條電弧焊的原理示意圖第一節(jié)焊條電弧焊一、焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)圖5-1焊2船舶焊接方法概論課件3（二）焊條電弧焊的特點(diǎn)1.設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活2.待焊接頭裝配要求低3.可焊金屬材料種類多4.焊接生產(chǎn)率低5.焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)（二）焊條電弧焊的特點(diǎn)4二、電焊條（一）電焊條分類、組成和作用分類：（1）焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類1）酸性焊條：熔渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等氧化物。2）堿性焊條：熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCO3和CaF2。（2）焊條按用途共分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、特殊用途焊條等，其中應(yīng)用最廣的是結(jié)構(gòu)鋼焊條。組成：由藥皮和焊芯兩部分組成。作用：焊芯在焊接過(guò)程中既是導(dǎo)電的電極，同時(shí)本身又熔化

填充金屬，與熔化的母材共同形成焊縫金屬。藥皮是壓涂在焊條芯表面上的涂料層，焊接時(shí)形成熔渣及氣體。藥皮的主要作用是：(1)保護(hù)作用；(2)冶金作用(3)改善焊接工藝性能二、電焊條5（二）焊條的型號(hào)主要介紹常用的低碳鋼和低合金鋼焊條型號(hào)的編制方法。1、低碳鋼焊條型號(hào)的編制(1)型號(hào)的第一字母“E”表示焊條(electrode)；(2)“E”后面的兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值，單位為MPa；(3)“E”后面的第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置；(4)“E”后面的第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接藥皮類型及電流種類;(5)“E”后面的第五位有時(shí)附加“R”表示耐吸潮焊條；附加“M”表示耐吸潮和力學(xué)性能有特殊規(guī)定的焊條；附加“-1”表示沖擊韌性有特殊規(guī)定的焊條。（二）焊條的型號(hào)6低碳鋼焊條型號(hào)舉例：

低碳鋼焊條型號(hào)舉例：72、低合金鋼焊條型號(hào)（1）“E”后面的兩位數(shù)字焊條系列有50、55、60、70、75、85六種，分別表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值490MPa（50Kgfmm2）、540MPa（55Kgfmm2）、590MPa（60Kgfmm2）、690MPa（70Kgfmm2）、740MPa（75Kgfmm2）、830MPa（85Kgfmm2）；；（2）“E”后面的第五位為后綴字母，表示熔敷金屬的化學(xué)成分分類代號(hào)。A1表示碳鉬鋼焊條；B1、B2、B3、B4、B5表示鉻鉬鋼焊條；D1、D2、D3表示錳鉬鋼焊條；G、M、M1、W表示其它合金焊條；（3）“E”后面的第六位為附加的化學(xué)元素符號(hào)，如不具有化學(xué)成分時(shí)，該項(xiàng)省略；（4）對(duì)于E50××—×、E55××—×、E60××—×型低氫焊條的熔敷金屬的化學(xué)成分分類后綴字母，或附加化學(xué)成分后面加字母“R”時(shí)，表示耐吸潮焊條。2、低合金鋼焊條型號(hào)8（三）常用焊條牌號(hào)的編制主要介紹最常用的第一大類焊條，即結(jié)構(gòu)鋼焊條。結(jié)構(gòu)鋼焊條（包括碳鋼焊條和低合金焊條）的牌號(hào)用“J”字表示，“J”后面的第一、第二位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度等級(jí)，其系列見表5-2；第三位數(shù)字表示焊條藥皮類型和焊接電源種類，見表5-3；數(shù)字后面的符號(hào)表示焊條的特殊性能見表5-4，常用焊條牌號(hào)和型號(hào)的對(duì)照見表5-5。造船行業(yè)專用結(jié)構(gòu)鋼焊條通常在其牌號(hào)前加“C”，即“造船專用”，如CJ322,CJ422,CJ506等。（三）常用焊條牌號(hào)的編制9（四）焊條的選用和保管

1、選用原則（1）考慮母材的力學(xué)性能、化學(xué)成分和物理性能（2）考慮船體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力情況（3）考慮結(jié)構(gòu)的工作條件和使用性能（4）考慮勞動(dòng)條件和勞動(dòng)生產(chǎn)率2、保管干燥、避免受潮。特別是堿性焊條，每次使用前都要經(jīng)烘干處理后才能使用。（四）焊條的選用和保管10三、焊條電弧焊工藝現(xiàn)代的鋼質(zhì)船舶都采用焊接結(jié)構(gòu)。船體的板與板、骨架與骨架、板與骨架的連接組成了各種形式的焊接接頭。

（一）焊接接頭和焊縫的形式及坡口形式的選擇

1.焊接接頭的形式焊接接頭形式有：對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、十字接頭、端接接頭、套接接頭、卷邊接頭、鎖底接頭及塞焊接頭等幾種。其中常用的焊接接頭形式有：對(duì)接接頭、角接接頭、T形接頭以及搭接接頭四種。a）對(duì)接接頭b）角接接頭c)T形接頭d)搭接接頭三、焊條電弧焊工藝a）對(duì)接接頭b）角接接頭c)112.焊縫的形式（１）按焊縫在空間位置的不同可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫等四種形式如圖5-5所示。（２）按焊縫結(jié)合形式不同可分為對(duì)接焊縫、角焊縫及塞焊縫三種形式；如圖5-6所示。

（３）按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種，斷續(xù)焊縫又可分為交錯(cuò)式焊縫和并列式焊縫兩種如圖5-7所示。2.焊縫的形式123.船體焊接坡口形式的選擇開坡口是為保讓電弧能深入焊縫根部，使根部焊透，獲得較好的焊縫成形。1）坡口形式主要根據(jù)接頭形式、鋼板厚度、焊接方法、施工方便性、經(jīng)濟(jì)性及加工坡口的設(shè)備條件等因素來(lái)選擇。按照構(gòu)件厚度和坡口準(zhǔn)備的不同，對(duì)接接頭一般有I形、V形、X形、U形、雙U形、單邊V形、單邊U形、k形坡口等幾種形式。常用的坡口形式及其適用板厚如圖5-3所示。

圖5-3對(duì)接焊縫坡口形式3.船體焊接坡口形式的選擇圖5-3對(duì)接焊縫坡口形式13

2）船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口，但對(duì)承受較大的載荷、高應(yīng)力及對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有特殊要求的角焊縫（例如主機(jī)基座及舷頂列板與強(qiáng)力甲板邊板的角焊縫）則應(yīng)根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定或設(shè)計(jì)要求開單邊V形或K形坡口。

2）船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口，但對(duì)承受143）厚度為6～30mm鋼板的對(duì)接可選用V形坡口；厚度為12～60mm鋼板的對(duì)接可選用X形坡口；U形坡口基于加工困難，必要時(shí)僅在厚度大于40mm鋼板及鑄鋼件的對(duì)接時(shí)使用。4）在胎架或船臺(tái)上裝焊的板縫，當(dāng)選用V形坡口時(shí)，開坡口的一則一般應(yīng)位于沒有骨架的一面。帶仰焊的板縫，可選用不對(duì)稱的X形坡口或預(yù)先用焊條電弧焊打底的自動(dòng)焊接頭形式，對(duì)坡口尺寸的選定應(yīng)考慮盡量減小手工仰焊的工作量，并為氣刨、焊接的操作提供方便。3）厚度為6～30mm鋼板的對(duì)接可選用V形坡口；厚度15（二）焊接規(guī)范參數(shù)焊條電弧焊的焊接規(guī)范，主要是對(duì)焊接電流的大小和焊條直徑的選擇，至于焊接速度和電弧長(zhǎng)度，通常由焊工根據(jù)焊條牌號(hào)和焊縫所在空間的位置，在施焊過(guò)程中適度調(diào)節(jié)。

1.焊條直徑的選擇焊條直徑主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊層（道）數(shù)等因素。根據(jù)焊件厚度平焊時(shí)焊條的選用原則：一般當(dāng)焊件板厚t≤4mm時(shí)，焊條直徑d=t；當(dāng)t>4mm時(shí)，常采用多層焊，焊條直徑為4mm-6mm。立焊時(shí)，焊條直徑一般不超過(guò)5mm；仰焊時(shí)則不應(yīng)超過(guò)4mm。2.焊接電流的選擇焊接電流大小根據(jù)焊條直徑來(lái)選擇。焊接電流選擇亦可用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，估算公式為：I=（30～55）d，式中I-焊接電流（A）；d-焊條直徑（mm）；總之，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量采用較粗的焊條，較大的焊接電流，并適當(dāng)提高焊接速度，以提高生產(chǎn)率。（二）焊接規(guī)范參數(shù)16（三）焊條電弧焊設(shè)備焊條電弧焊的電源設(shè)備分三類：包括交流電弧焊電源、直流弧焊電源、逆變弧焊電源。（四）高效焊條電弧焊下面介紹目前我國(guó)造船廠已推廣應(yīng)用的幾種高效焊條電弧焊的方法。1.高效焊條和專用焊條1）高效率鐵粉焊條2）立向下焊專用焊條2.高效率重力焊接法3.焊條電弧焊單面焊雙面成形（三）焊條電弧焊設(shè)備17第二節(jié)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是船舶建造中使用最廣泛的一種生產(chǎn)率較高的機(jī)械化焊接方法。本節(jié)將主要介紹埋弧自動(dòng)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；埋弧自動(dòng)焊所用的焊接材料及焊接工藝；最后簡(jiǎn)要介紹高效埋弧自動(dòng)焊方法。

一、埋弧自動(dòng)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

（一）埋弧自動(dòng)焊的焊接過(guò)程及原理電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法稱為埋弧焊。圖5－11埋弧焊縱向截面圖圖5-12埋弧焊過(guò)程示意第二節(jié)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是船舶建造中使用最廣泛的18埋弧自動(dòng)焊：是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進(jìn)焊條以及移動(dòng)電弧等焊接動(dòng)作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。焊接過(guò)程：埋弧焊的焊接過(guò)程可概括為：自動(dòng)送絲；引??；焊劑自動(dòng)下料；焊機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)；電弧在焊劑下燃燒。埋弧自動(dòng)焊：是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)完成手工電弧焊中的19（二）埋弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1．埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接生產(chǎn)率高（2）焊縫質(zhì)量好（3）焊接成本較低（4）焊件變形?。?）勞動(dòng)條件好

2．埋弧焊的主要缺點(diǎn)：（1）難以在空間位置施焊（2）由于埋弧焊所用焊劑的主要成分是SiO2、MnO等，難以用于焊接鋁、鈦等易氧化的金屬及其合金。（3）對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求高（4）不適合焊接薄板和短焊縫3．應(yīng)用范圍總之，埋弧焊適用于低碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼中厚板水平長(zhǎng)焊縫的焊接（二）埋弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍20二、埋弧自動(dòng)焊焊接材料二、埋弧自動(dòng)焊焊接材料21

三、埋弧自動(dòng)焊工藝

（一）埋弧焊的焊前準(zhǔn)備埋弧焊的焊前準(zhǔn)備包括焊件的坡口加工、焊件的清理與裝配、焊絲表面清理及焊劑烘干、焊機(jī)檢查與調(diào)整等工作。

（二）埋弧自動(dòng)焊的工藝方法

1．對(duì)接接頭的埋弧焊

（1）雙面埋弧焊1）不留間隙雙面焊；2）預(yù)留間隙雙面焊，如圖5－13所示；3）開坡口雙面焊；4）焊條電弧焊封底雙面焊。

圖5－13

焊劑墊結(jié)構(gòu)原理1－焊件；2－石棉板；3－焊劑；4－充氣橡皮管；5－熔渣。三、埋弧自動(dòng)焊工藝圖5－13焊劑墊結(jié)構(gòu)原22（2）單面埋弧焊(單面焊雙面成形自動(dòng)焊)1）在銅襯墊上焊接，如圖5－14所示；2）在焊劑墊上焊接；3）在熱固法焊劑墊上焊接。（3）對(duì)接接頭環(huán)縫埋弧焊圖5－14銅襯墊法a)銅襯b)焊劑—銅墊圖5－17環(huán)縫埋弧焊焊絲偏移位置示意圖

（2）單面埋弧焊(單面焊雙面成形自動(dòng)焊)圖5－14銅襯墊232．T形接頭和搭接接頭的埋弧焊T形接頭和搭接接頭的焊縫均是角焊縫，用埋弧焊時(shí)可采用船形焊和橫角焊兩種形式,如圖5－22所示。小焊件及焊件易翻轉(zhuǎn)時(shí)則用船形焊；大焊件及焊件不易翻轉(zhuǎn)時(shí)則用橫角焊。

圖5－18T形接頭和搭接接頭的埋弧焊a)船形焊縫埋弧焊示意圖b)橫角焊縫埋弧焊示意圖2．T形接頭和搭接接頭的埋弧焊圖24（三）埋弧自動(dòng)焊的工藝參數(shù)

1．焊接電流

當(dāng)其它條件不變時(shí)，焊接電流的增加，則焊縫熔深和余高都增加，而焊縫寬度幾乎保持不變（或略有增加）。電流是決定熔深的主要因素。焊接電流對(duì)焊縫成形的影響B(tài)-熔寬；H-熔深；a-余高（三）埋弧自動(dòng)焊的工藝參數(shù)焊接電流對(duì)焊縫成形的影響252．焊接電壓

其它工藝參數(shù)不變時(shí)，焊接電壓對(duì)焊縫成形影響是電弧電壓增大，則焊縫寬度顯著增加而焊縫熔深和余高略有減少，所以焊接電壓是決定熔寬的主要因素。

電弧電壓對(duì)焊縫成形的影響

B-熔寬；H-熔深；a-余高2．焊接電壓電弧電壓對(duì)焊縫成形的影響B(tài)26

3．焊接速度

其它參數(shù)不變時(shí)，焊接速度增加時(shí)，焊縫熔深和焊縫寬度都大為下降。

4．焊絲直徑與伸出長(zhǎng)度

焊接電流不變時(shí)，減少焊絲直徑，因電流密度增加，熔深增大，焊縫成形系數(shù)減少。焊絲伸出長(zhǎng)度增加時(shí)，熔敷速度和熔敷金屬增加。

5．焊絲傾角單絲焊時(shí)焊件放在水平位置，焊絲與工件垂直，當(dāng)采用前傾焊時(shí)，焊縫成形系數(shù)增加，熔深淺，焊縫寬，一般適用于薄板焊接，焊絲后傾時(shí)，焊縫成形不良，一般只用于多絲焊的前導(dǎo)焊絲。

6．焊件位置的影響當(dāng)進(jìn)行上坡焊時(shí)，與焊絲前傾作用相同；下坡焊的情況正好相反。3．焊接速度27四、埋弧自動(dòng)焊設(shè)備埋弧自動(dòng)焊機(jī)主要由焊接電源、控制箱、焊接小車三部分組成，適合于水平位置或水平面傾斜不大于15°的各種對(duì)接、角接和搭接接頭的焊接，也可借助滾輪轉(zhuǎn)胎焊接圓筒形焊件的內(nèi)外環(huán)逢。目前國(guó)內(nèi)使用最普通的埋弧焊機(jī)是MZ-1000型和MZ1-1000型兩種。

圖5－19MZ-1000型埋弧自動(dòng)焊小車四、埋弧自動(dòng)焊設(shè)備圖5－19MZ-1000型埋弧自動(dòng)28

第三節(jié)氣體保護(hù)焊主要介紹船廠常用的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和氬弧焊

一、CO2氣體保護(hù)焊

（一）CO2氣體保護(hù)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（也稱CO2焊）在我國(guó)造船行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的焊接方法，并已逐步取代焊條電弧焊。

1．CO2焊的基本原理CO2焊是用CO2作為保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧來(lái)熔化金屬的一種電弧焊接法。圖5－26CO2焊的基本原理示意圖第三節(jié)氣體保護(hù)焊292、CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接成本低；（2）生產(chǎn)率高；（3）抗銹能力強(qiáng)；（4）焊接變形??；（5）操作性能好；（6）適用范圍廣。不足：（1）金屬飛濺較多，焊縫表面成形差；（2）很難用交流電焊接，焊接輔助設(shè)備較多；（3）不能在有風(fēng)的位置施焊，否則容易出現(xiàn)氣孔；（4）不能焊接易氧化的金屬材料。

應(yīng)用：可用于焊接低碳鋼、低合金鋼，耐熱鋼、不銹鋼；耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的補(bǔ)焊以及異種金屬材料的焊接；短焊縫、曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接，也適于薄板的點(diǎn)焊和定位焊；長(zhǎng)直縫和環(huán)縫則宜采用CO2自動(dòng)焊。2、CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：不足：應(yīng)用：可用于焊接低碳30

(二)焊接材料CO2焊所用的焊接材料有：CO2氣體和焊絲。1．CO2氣體純凈的CO2是無(wú)色、無(wú)味和無(wú)毒的氣體，一般將其壓縮成液體貯存于鋼瓶供應(yīng)使用。要求CO2純度為>99.5%。2．焊絲CO2焊絲既是填充金屬又是電極。CO2焊絲分為實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩種。藥芯焊絲在國(guó)際上被公認(rèn)為是焊接材料中最先進(jìn)、發(fā)展最快的高科技技術(shù)之一，并將成為21世紀(jì)焊接材料的主導(dǎo)產(chǎn)品。圖5－27藥芯焊絲斷面形狀

(二)焊接材料圖5－27藥芯焊絲斷面形狀31（三）CO2焊工藝在CO2焊中，為了獲得穩(wěn)定的焊接過(guò)程，熔滴過(guò)渡通常有兩種形式，即短路過(guò)渡和細(xì)滴過(guò)渡。

1．短路過(guò)渡時(shí)工藝參數(shù)的選擇短路過(guò)渡焊接時(shí)的主要特點(diǎn)是電壓低、電流小，適合于焊接薄板及全位置焊接。短路過(guò)渡焊接主要采用細(xì)焊絲，常用焊絲直徑為0.6～1.2mm。

（1）焊接電流焊接電流的大小主要根據(jù)焊件厚度、焊絲直徑、送絲速度和焊接位置等綜合選擇。（三）CO2焊工藝32（2）電弧電壓

短路過(guò)渡要求保持短電弧，即低電壓。通常電弧電壓在17～24V范圍內(nèi)，必須與一定的焊絲直徑和焊接電流配合適當(dāng)，且允許電壓波動(dòng)只在1～3V內(nèi)波動(dòng)。（2）電弧電壓33（3）焊接速度

焊接速度對(duì)焊接成形，接頭性能都有影響。一般半自動(dòng)焊速度為15～40m/h。（4）焊絲干伸長(zhǎng)度

干伸長(zhǎng)度應(yīng)為焊絲直徑的10倍（5～15mm范圍內(nèi)）。（5）氣體流量及純度

通常焊接電流在200A以下時(shí)，氣體的流量選用10～15L/min；焊接電流大于200A時(shí)，氣體流量選用15～25L/min。

(6)電源極性

細(xì)絲CO2焊普遍采用直流反接，此時(shí)電弧穩(wěn)定性，飛濺也小，焊件熔深大。2．細(xì)滴過(guò)渡時(shí)工藝參數(shù)的選擇細(xì)滴過(guò)渡CO2焊的特點(diǎn)是電弧電壓比較高，焊接電流比較大。焊絲的熔化金屬以細(xì)滴形式進(jìn)行過(guò)渡，所以電弧穿透力強(qiáng)，焊縫熔深大，適合于中等厚度及大厚度焊件的焊接。（3）焊接速度34

（四）CO2焊設(shè)備CO2焊所用的設(shè)備有半自動(dòng)CO2焊設(shè)備和自動(dòng)CO2焊設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)中，半自動(dòng)CO2焊設(shè)備使用最為普遍，其設(shè)備主要由三部分組成。即：焊接電源及控制箱、焊槍及送絲系統(tǒng)和CO2氣體的供給裝置。自動(dòng)CO2焊設(shè)備僅多一套焊槍與焊件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，或者采用焊接小車進(jìn)行自動(dòng)操作。

（四）CO2焊設(shè)備35

二、氬弧焊隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)的類型及其所采用材料品種的多樣性，使得僅靠焊條電弧焊、埋弧焊、CO2焊已不能滿足各類產(chǎn)品的焊接生產(chǎn)要求。例如，對(duì)一些化學(xué)活潑性較強(qiáng)的鋁、鎂、鈦及其合金，上述焊接方法已不能保證焊接質(zhì)量。為此，人們通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究，創(chuàng)造了氬弧焊。

（一）氬弧焊的概述氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣體的焊接方法。氬弧焊可分為鎢極（不熔化極）氬弧焊（簡(jiǎn)稱TIG焊）和熔化極氬弧焊（簡(jiǎn)稱MIG焊）。圖5－31氬弧焊示意圖二、氬弧焊圖5－31氬弧焊示意圖36（二）氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用

1．TIG焊特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)：(1)可焊金屬多；(2)適應(yīng)能力強(qiáng)；(3)焊接生產(chǎn)率低；(4)生產(chǎn)成本高。應(yīng)用：TIG焊幾乎可用于所有的鋼材、有色金屬及合金的焊接，特別適合于化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬及其合金。常用于不銹鋼、高溫合金、鋁、鎂、鈦及其合金以及難熔的活潑金屬（如鋯、鉭、鉬、鈮等）和異種金屬的焊接。

2．MIG焊特點(diǎn)及應(yīng)用

特點(diǎn)：（1）焊接質(zhì)量好；（2）焊接生產(chǎn)率高；（3）適用范圍廣；（4）焊前清理要求高。應(yīng)用：MIG焊適合于焊接低碳鋼﹑低合金鋼﹑耐熱鋼﹑不銹鋼﹑有色金屬及其合金。目前在中等厚度﹑大厚度鋁及鋁合金板材的焊件，已廣泛地應(yīng)用了熔化極氬弧焊。所焊的最薄厚度約為1mm，大厚度基本不受限制。為了防止保護(hù)氣流破環(huán)，氬弧焊只能在室內(nèi)進(jìn)行。（二）氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用37（三）氬弧焊設(shè)備

1．TIG焊設(shè)備手工鎢極氬弧焊機(jī)由主電路系統(tǒng)﹑供氣系統(tǒng)﹑水路系統(tǒng)﹑控制系統(tǒng)和焊槍等部分所組成，如圖5-32。自動(dòng)鎢極氬弧焊機(jī)是在上述系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加送絲裝置及行走小車等機(jī)構(gòu)，這部分機(jī)構(gòu)和埋弧自動(dòng)焊機(jī)基本相同。

2．MIG焊設(shè)備熔化極氬弧焊設(shè)備主要由焊接電源﹑送絲機(jī)構(gòu)﹑焊槍﹑控制系統(tǒng)﹑供水供氣系統(tǒng)等部分組成，它與CO2氣體保護(hù)焊設(shè)備相同。（三）氬弧焊設(shè)備38歡迎進(jìn)入第四節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容歡迎進(jìn)入第四節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容39第五章、船舶焊接方法教學(xué)目標(biāo):

１．主要介紹造船工業(yè)中常用的焊條電弧焊（SMAW)、埋弧焊自動(dòng)焊(SAW)及氣體保護(hù)焊(GSAW)等焊接方法.２．對(duì)其它焊接方法作簡(jiǎn)要介紹。

第五章、船舶焊接方法教學(xué)目標(biāo):40第一節(jié)焊條電弧焊

一、焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)

（一）焊條電弧焊的基本原理焊條電弧焊（也稱手工電弧焊）是利用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。它利用電弧產(chǎn)生的高溫熔化焊條和焊件，使兩塊分離的金屬熔合在一起，從而獲得牢固的接頭，其原理如圖5-1所示。

圖5-1焊條電弧焊的原理示意圖第一節(jié)焊條電弧焊一、焊條電弧焊的原理及特點(diǎn)圖5-1焊41船舶焊接方法概論課件42（二）焊條電弧焊的特點(diǎn)1.設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活2.待焊接頭裝配要求低3.可焊金屬材料種類多4.焊接生產(chǎn)率低5.焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)（二）焊條電弧焊的特點(diǎn)43二、電焊條（一）電焊條分類、組成和作用分類：（1）焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類1）酸性焊條：熔渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等氧化物。2）堿性焊條：熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCO3和CaF2。（2）焊條按用途共分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、特殊用途焊條等，其中應(yīng)用最廣的是結(jié)構(gòu)鋼焊條。組成：由藥皮和焊芯兩部分組成。作用：焊芯在焊接過(guò)程中既是導(dǎo)電的電極，同時(shí)本身又熔化

填充金屬，與熔化的母材共同形成焊縫金屬。藥皮是壓涂在焊條芯表面上的涂料層，焊接時(shí)形成熔渣及氣體。藥皮的主要作用是：(1)保護(hù)作用；(2)冶金作用(3)改善焊接工藝性能二、電焊條44（二）焊條的型號(hào)主要介紹常用的低碳鋼和低合金鋼焊條型號(hào)的編制方法。1、低碳鋼焊條型號(hào)的編制(1)型號(hào)的第一字母“E”表示焊條(electrode)；(2)“E”后面的兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值，單位為MPa；(3)“E”后面的第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置；(4)“E”后面的第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接藥皮類型及電流種類;(5)“E”后面的第五位有時(shí)附加“R”表示耐吸潮焊條；附加“M”表示耐吸潮和力學(xué)性能有特殊規(guī)定的焊條；附加“-1”表示沖擊韌性有特殊規(guī)定的焊條。（二）焊條的型號(hào)45低碳鋼焊條型號(hào)舉例：

低碳鋼焊條型號(hào)舉例：462、低合金鋼焊條型號(hào)（1）“E”后面的兩位數(shù)字焊條系列有50、55、60、70、75、85六種，分別表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值490MPa（50Kgfmm2）、540MPa（55Kgfmm2）、590MPa（60Kgfmm2）、690MPa（70Kgfmm2）、740MPa（75Kgfmm2）、830MPa（85Kgfmm2）；；（2）“E”后面的第五位為后綴字母，表示熔敷金屬的化學(xué)成分分類代號(hào)。A1表示碳鉬鋼焊條；B1、B2、B3、B4、B5表示鉻鉬鋼焊條；D1、D2、D3表示錳鉬鋼焊條；G、M、M1、W表示其它合金焊條；（3）“E”后面的第六位為附加的化學(xué)元素符號(hào)，如不具有化學(xué)成分時(shí)，該項(xiàng)省略；（4）對(duì)于E50××—×、E55××—×、E60××—×型低氫焊條的熔敷金屬的化學(xué)成分分類后綴字母，或附加化學(xué)成分后面加字母“R”時(shí)，表示耐吸潮焊條。2、低合金鋼焊條型號(hào)47（三）常用焊條牌號(hào)的編制主要介紹最常用的第一大類焊條，即結(jié)構(gòu)鋼焊條。結(jié)構(gòu)鋼焊條（包括碳鋼焊條和低合金焊條）的牌號(hào)用“J”字表示，“J”后面的第一、第二位數(shù)字表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度等級(jí)，其系列見表5-2；第三位數(shù)字表示焊條藥皮類型和焊接電源種類，見表5-3；數(shù)字后面的符號(hào)表示焊條的特殊性能見表5-4，常用焊條牌號(hào)和型號(hào)的對(duì)照見表5-5。造船行業(yè)專用結(jié)構(gòu)鋼焊條通常在其牌號(hào)前加“C”，即“造船專用”，如CJ322,CJ422,CJ506等。（三）常用焊條牌號(hào)的編制48（四）焊條的選用和保管

1、選用原則（1）考慮母材的力學(xué)性能、化學(xué)成分和物理性能（2）考慮船體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件受力情況（3）考慮結(jié)構(gòu)的工作條件和使用性能（4）考慮勞動(dòng)條件和勞動(dòng)生產(chǎn)率2、保管干燥、避免受潮。特別是堿性焊條，每次使用前都要經(jīng)烘干處理后才能使用。（四）焊條的選用和保管49三、焊條電弧焊工藝現(xiàn)代的鋼質(zhì)船舶都采用焊接結(jié)構(gòu)。船體的板與板、骨架與骨架、板與骨架的連接組成了各種形式的焊接接頭。

（一）焊接接頭和焊縫的形式及坡口形式的選擇

1.焊接接頭的形式焊接接頭形式有：對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭、搭接接頭、十字接頭、端接接頭、套接接頭、卷邊接頭、鎖底接頭及塞焊接頭等幾種。其中常用的焊接接頭形式有：對(duì)接接頭、角接接頭、T形接頭以及搭接接頭四種。a）對(duì)接接頭b）角接接頭c)T形接頭d)搭接接頭三、焊條電弧焊工藝a）對(duì)接接頭b）角接接頭c)502.焊縫的形式（１）按焊縫在空間位置的不同可分為平焊縫、立焊縫、橫焊縫及仰焊縫等四種形式如圖5-5所示。（２）按焊縫結(jié)合形式不同可分為對(duì)接焊縫、角焊縫及塞焊縫三種形式；如圖5-6所示。

（３）按焊縫斷續(xù)情況可分為連續(xù)焊縫和斷續(xù)焊縫兩種，斷續(xù)焊縫又可分為交錯(cuò)式焊縫和并列式焊縫兩種如圖5-7所示。2.焊縫的形式513.船體焊接坡口形式的選擇開坡口是為保讓電弧能深入焊縫根部，使根部焊透，獲得較好的焊縫成形。1）坡口形式主要根據(jù)接頭形式、鋼板厚度、焊接方法、施工方便性、經(jīng)濟(jì)性及加工坡口的設(shè)備條件等因素來(lái)選擇。按照構(gòu)件厚度和坡口準(zhǔn)備的不同，對(duì)接接頭一般有I形、V形、X形、U形、雙U形、單邊V形、單邊U形、k形坡口等幾種形式。常用的坡口形式及其適用板厚如圖5-3所示。

圖5-3對(duì)接焊縫坡口形式3.船體焊接坡口形式的選擇圖5-3對(duì)接焊縫坡口形式52

2）船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口，但對(duì)承受較大的載荷、高應(yīng)力及對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有特殊要求的角焊縫（例如主機(jī)基座及舷頂列板與強(qiáng)力甲板邊板的角焊縫）則應(yīng)根據(jù)“規(guī)范”規(guī)定或設(shè)計(jì)要求開單邊V形或K形坡口。

2）船體結(jié)構(gòu)中的角焊縫一般均不開坡口，但對(duì)承受533）厚度為6～30mm鋼板的對(duì)接可選用V形坡口；厚度為12～60mm鋼板的對(duì)接可選用X形坡口；U形坡口基于加工困難，必要時(shí)僅在厚度大于40mm鋼板及鑄鋼件的對(duì)接時(shí)使用。4）在胎架或船臺(tái)上裝焊的板縫，當(dāng)選用V形坡口時(shí)，開坡口的一則一般應(yīng)位于沒有骨架的一面。帶仰焊的板縫，可選用不對(duì)稱的X形坡口或預(yù)先用焊條電弧焊打底的自動(dòng)焊接頭形式，對(duì)坡口尺寸的選定應(yīng)考慮盡量減小手工仰焊的工作量，并為氣刨、焊接的操作提供方便。3）厚度為6～30mm鋼板的對(duì)接可選用V形坡口；厚度54（二）焊接規(guī)范參數(shù)焊條電弧焊的焊接規(guī)范，主要是對(duì)焊接電流的大小和焊條直徑的選擇，至于焊接速度和電弧長(zhǎng)度，通常由焊工根據(jù)焊條牌號(hào)和焊縫所在空間的位置，在施焊過(guò)程中適度調(diào)節(jié)。

1.焊條直徑的選擇焊條直徑主要取決于焊件厚度、接頭形式、焊縫位置、焊層（道）數(shù)等因素。根據(jù)焊件厚度平焊時(shí)焊條的選用原則：一般當(dāng)焊件板厚t≤4mm時(shí)，焊條直徑d=t；當(dāng)t>4mm時(shí)，常采用多層焊，焊條直徑為4mm-6mm。立焊時(shí)，焊條直徑一般不超過(guò)5mm；仰焊時(shí)則不應(yīng)超過(guò)4mm。2.焊接電流的選擇焊接電流大小根據(jù)焊條直徑來(lái)選擇。焊接電流選擇亦可用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算，估算公式為：I=（30～55）d，式中I-焊接電流（A）；d-焊條直徑（mm）；總之，在保證焊縫質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量采用較粗的焊條，較大的焊接電流，并適當(dāng)提高焊接速度，以提高生產(chǎn)率。（二）焊接規(guī)范參數(shù)55（三）焊條電弧焊設(shè)備焊條電弧焊的電源設(shè)備分三類：包括交流電弧焊電源、直流弧焊電源、逆變弧焊電源。（四）高效焊條電弧焊下面介紹目前我國(guó)造船廠已推廣應(yīng)用的幾種高效焊條電弧焊的方法。1.高效焊條和專用焊條1）高效率鐵粉焊條2）立向下焊專用焊條2.高效率重力焊接法3.焊條電弧焊單面焊雙面成形（三）焊條電弧焊設(shè)備56第二節(jié)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是船舶建造中使用最廣泛的一種生產(chǎn)率較高的機(jī)械化焊接方法。本節(jié)將主要介紹埋弧自動(dòng)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍；埋弧自動(dòng)焊所用的焊接材料及焊接工藝；最后簡(jiǎn)要介紹高效埋弧自動(dòng)焊方法。

一、埋弧自動(dòng)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

（一）埋弧自動(dòng)焊的焊接過(guò)程及原理電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法稱為埋弧焊。圖5－11埋弧焊縱向截面圖圖5-12埋弧焊過(guò)程示意第二節(jié)埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是船舶建造中使用最廣泛的57埋弧自動(dòng)焊：是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進(jìn)焊條以及移動(dòng)電弧等焊接動(dòng)作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。焊接過(guò)程：埋弧焊的焊接過(guò)程可概括為：自動(dòng)送絲；引??；焊劑自動(dòng)下料；焊機(jī)勻速運(yùn)動(dòng)；電弧在焊劑下燃燒。埋弧自動(dòng)焊：是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動(dòng)完成手工電弧焊中的58（二）埋弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍

1．埋弧焊的主要優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接生產(chǎn)率高（2）焊縫質(zhì)量好（3）焊接成本較低（4）焊件變形小（5）勞動(dòng)條件好

2．埋弧焊的主要缺點(diǎn)：（1）難以在空間位置施焊（2）由于埋弧焊所用焊劑的主要成分是SiO2、MnO等，難以用于焊接鋁、鈦等易氧化的金屬及其合金。（3）對(duì)焊件裝配質(zhì)量要求高（4）不適合焊接薄板和短焊縫3．應(yīng)用范圍總之，埋弧焊適用于低碳鋼及合金結(jié)構(gòu)鋼中厚板水平長(zhǎng)焊縫的焊接（二）埋弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍59二、埋弧自動(dòng)焊焊接材料二、埋弧自動(dòng)焊焊接材料60

三、埋弧自動(dòng)焊工藝

（一）埋弧焊的焊前準(zhǔn)備埋弧焊的焊前準(zhǔn)備包括焊件的坡口加工、焊件的清理與裝配、焊絲表面清理及焊劑烘干、焊機(jī)檢查與調(diào)整等工作。

（二）埋弧自動(dòng)焊的工藝方法

1．對(duì)接接頭的埋弧焊

（1）雙面埋弧焊1）不留間隙雙面焊；2）預(yù)留間隙雙面焊，如圖5－13所示；3）開坡口雙面焊；4）焊條電弧焊封底雙面焊。

圖5－13

焊劑墊結(jié)構(gòu)原理1－焊件；2－石棉板；3－焊劑；4－充氣橡皮管；5－熔渣。三、埋弧自動(dòng)焊工藝圖5－13焊劑墊結(jié)構(gòu)原61（2）單面埋弧焊(單面焊雙面成形自動(dòng)焊)1）在銅襯墊上焊接，如圖5－14所示；2）在焊劑墊上焊接；3）在熱固法焊劑墊上焊接。（3）對(duì)接接頭環(huán)縫埋弧焊圖5－14銅襯墊法a)銅襯b)焊劑—銅墊圖5－17環(huán)縫埋弧焊焊絲偏移位置示意圖

（2）單面埋弧焊(單面焊雙面成形自動(dòng)焊)圖5－14銅襯墊622．T形接頭和搭接接頭的埋弧焊T形接頭和搭接接頭的焊縫均是角焊縫，用埋弧焊時(shí)可采用船形焊和橫角焊兩種形式,如圖5－22所示。小焊件及焊件易翻轉(zhuǎn)時(shí)則用船形焊；大焊件及焊件不易翻轉(zhuǎn)時(shí)則用橫角焊。

圖5－18T形接頭和搭接接頭的埋弧焊a)船形焊縫埋弧焊示意圖b)橫角焊縫埋弧焊示意圖2．T形接頭和搭接接頭的埋弧焊圖63（三）埋弧自動(dòng)焊的工藝參數(shù)

1．焊接電流

當(dāng)其它條件不變時(shí)，焊接電流的增加，則焊縫熔深和余高都增加，而焊縫寬度幾乎保持不變（或略有增加）。電流是決定熔深的主要因素。焊接電流對(duì)焊縫成形的影響B(tài)-熔寬；H-熔深；a-余高（三）埋弧自動(dòng)焊的工藝參數(shù)焊接電流對(duì)焊縫成形的影響642．焊接電壓

其它工藝參數(shù)不變時(shí)，焊接電壓對(duì)焊縫成形影響是電弧電壓增大，則焊縫寬度顯著增加而焊縫熔深和余高略有減少，所以焊接電壓是決定熔寬的主要因素。

電弧電壓對(duì)焊縫成形的影響

B-熔寬；H-熔深；a-余高2．焊接電壓電弧電壓對(duì)焊縫成形的影響B(tài)65

3．焊接速度

其它參數(shù)不變時(shí)，焊接速度增加時(shí)，焊縫熔深和焊縫寬度都大為下降。

4．焊絲直徑與伸出長(zhǎng)度

焊接電流不變時(shí)，減少焊絲直徑，因電流密度增加，熔深增大，焊縫成形系數(shù)減少。焊絲伸出長(zhǎng)度增加時(shí)，熔敷速度和熔敷金屬增加。

5．焊絲傾角單絲焊時(shí)焊件放在水平位置，焊絲與工件垂直，當(dāng)采用前傾焊時(shí)，焊縫成形系數(shù)增加，熔深淺，焊縫寬，一般適用于薄板焊接，焊絲后傾時(shí)，焊縫成形不良，一般只用于多絲焊的前導(dǎo)焊絲。

6．焊件位置的影響當(dāng)進(jìn)行上坡焊時(shí)，與焊絲前傾作用相同；下坡焊的情況正好相反。3．焊接速度66四、埋弧自動(dòng)焊設(shè)備埋弧自動(dòng)焊機(jī)主要由焊接電源、控制箱、焊接小車三部分組成，適合于水平位置或水平面傾斜不大于15°的各種對(duì)接、角接和搭接接頭的焊接，也可借助滾輪轉(zhuǎn)胎焊接圓筒形焊件的內(nèi)外環(huán)逢。目前國(guó)內(nèi)使用最普通的埋弧焊機(jī)是MZ-1000型和MZ1-1000型兩種。

圖5－19MZ-1000型埋弧自動(dòng)焊小車四、埋弧自動(dòng)焊設(shè)備圖5－19MZ-1000型埋弧自動(dòng)67

第三節(jié)氣體保護(hù)焊主要介紹船廠常用的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊和氬弧焊

一、CO2氣體保護(hù)焊

（一）CO2氣體保護(hù)焊的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（也稱CO2焊）在我國(guó)造船行業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的焊接方法，并已逐步取代焊條電弧焊。

1．CO2焊的基本原理CO2焊是用CO2作為保護(hù)氣體，依靠焊絲與焊件之間產(chǎn)生的電弧來(lái)熔化金屬的一種電弧焊接法。圖5－26CO2焊的基本原理示意圖第三節(jié)氣體保護(hù)焊682、CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：（1）焊接成本低；（2）生產(chǎn)率高；（3）抗銹能力強(qiáng)；（4）焊接變形小；（5）操作性能好；（6）適用范圍廣。不足：（1）金屬飛濺較多，焊縫表面成形差；（2）很難用交流電焊接，焊接輔助設(shè)備較多；（3）不能在有風(fēng)的位置施焊，否則容易出現(xiàn)氣孔；（4）不能焊接易氧化的金屬材料。

應(yīng)用：可用于焊接低碳鋼、低合金鋼，耐熱鋼、不銹鋼；耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的補(bǔ)焊以及異種金屬材料的焊接；短焊縫、曲線焊縫和空間位置焊縫的焊接，也適于薄板的點(diǎn)焊和定位焊；長(zhǎng)直縫和環(huán)縫則宜采用CO2自動(dòng)焊。2、CO2焊的特點(diǎn)及應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)：不足：應(yīng)用：可用于焊接低碳69

(二)焊接材料CO2焊所用的焊接材料有：CO2氣體和焊絲。1．CO2氣體純凈的CO2是無(wú)色、無(wú)味和無(wú)毒的氣體，一般將其壓縮成液體貯存于鋼瓶供應(yīng)使用。要求CO2純度為>99.5%。2．焊絲CO2焊絲既是填充金屬又是電極。CO2焊絲分為實(shí)芯焊絲和藥芯焊絲兩種。藥芯焊絲在國(guó)際上被公認(rèn)為是焊接材料中最先進(jìn)、發(fā)展最快的高科技技術(shù)之一，并將成為21世紀(jì)焊接材料的主導(dǎo)產(chǎn)品。圖5－27藥芯焊絲斷面形狀

(二)焊接材料圖5－27藥芯焊絲斷面形狀70（三）CO2焊工藝在CO2焊中，為了獲得穩(wěn)定的焊接