1-1.-焊接電弧和焊條電弧焊接解析

參考章節(jié)：《材料成形工藝》第12章參考書目：《焊接與連接工程學(xué)導(dǎo)論》第一篇、焊接方法焊接分類熔化焊接壓力連接釬焊熔化焊接壓力焊分類釬焊分類第一節(jié)

熔焊熔化焊接1、焊條電弧焊（手工電弧焊）SMAW內(nèi)容提要焊接電弧的物理基礎(chǔ)焊條電弧焊特點(diǎn)、設(shè)備與材料焊條電弧焊工藝、接頭設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制第一部分

1.1焊接電弧的物理基礎(chǔ)電弧：在電極與工件之間的氣體介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間的放電現(xiàn)象，即在局部氣體介質(zhì)中有大量電子流通過的導(dǎo)電現(xiàn)象。電弧示意圖1.1.1氣體導(dǎo)（放）電機(jī)理?xiàng)l件：必須產(chǎn)生帶電粒子過程：采用某種措施產(chǎn)生帶電粒子外加電壓產(chǎn)生電流1.1.2電弧的構(gòu)造及電特性1電弧的構(gòu)造①陰極區(qū)和陰極斑點(diǎn)②弧柱區(qū)③陽(yáng)極區(qū)和陽(yáng)極斑點(diǎn)

電弧構(gòu)造及電壓分布1.1.2電弧的構(gòu)造及電特性2電弧中的電壓分布電弧電壓：1.1.2電弧的構(gòu)造及電特性3電弧的伏安特性（電弧靜特性）①小電流：下降特性②中等電流：平特性③大電流：上升特性電弧靜特性曲線1.1.3電弧的熱源特征1電弧的總功率電弧的有效熱量1.1.3電弧的熱源特征2電弧的溫度和溫度分布陰極溫度和陽(yáng)極溫度受到電極材料性質(zhì)限制（熔點(diǎn)、沸點(diǎn)）①一般陽(yáng)極溫度高于陰極溫度，且低于電極材料的沸點(diǎn)，一般在2200-4200K之間；②弧柱溫度受電極材料、氣體介質(zhì)、電流大小等因素的影響，溫度5000-30000K之間。第一部分小結(jié)電弧的構(gòu)成電弧的伏安特性電弧的熱源特點(diǎn)

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）定義：利用焊條與工件間產(chǎn)生電弧熱，將工件和焊條熔化進(jìn)行焊接的方法。手工電弧焊（electrodewelding）焊條電弧焊(SMAW)—shieldedmetalarcwelding

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）特點(diǎn)：適于室內(nèi)、室外、高空和各種位置焊接，設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，焊鉗小，使用靈便，可焊接高強(qiáng)鋼、鑄鋼、鑄鐵和非鐵金屬，應(yīng)用廣泛。

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）焊接原理：電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件和焊芯同時(shí)熔化，形成熔池，同時(shí)焊條藥皮熔化和分解。

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）藥皮熔化后與液態(tài)金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，形成的熔渣不斷從熔池中浮起；藥皮受熱分解產(chǎn)生大量的CO2、CO等保護(hù)氣體，圍繞在電弧周圍，熔渣和氣體能防止空氣中氧和氮的侵入，起保護(hù)熔化金屬的作用

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）電弧向前移動(dòng)時(shí)，工件和焊條不斷熔化匯成新的熔池。原來的熔池則不斷冷卻凝固，構(gòu)成連續(xù)的焊縫。熔渣逐漸凝固成固態(tài)渣殼，對(duì)焊縫成形和減緩焊縫冷卻速度有利。

第二部分

1.2焊條電弧焊（手工電弧焊）1.2.1設(shè)備①電源：下降特性交流or直流電源焊鉗：夾持、導(dǎo)電（絕緣隔熱）焊條：電極、填充金屬焊條電弧焊(SMAW)1.2.1焊條電弧焊電源電源外特性在穩(wěn)定狀態(tài)下，弧焊電源輸出的電壓與輸出電流的關(guān)系1.2.2電焊條*焊條功能①焊芯作為電極導(dǎo)電；作為熔敷金屬填充焊縫。1.2.2電焊條②藥皮a:穩(wěn)?。旱碗娢辉?；b:保護(hù)：氣相＋渣相聯(lián)合保護(hù)；c:脫氧作用：降低藥皮或熔渣的

氧化性，脫除金屬中的氧。脫氧劑：與氧的親和力大于鐵的金屬及合金，如：Si、Ti、Mn、Al焊條功能d:合金化：補(bǔ)償焊縫金屬中燒損的有益元素和獲得必要的合金成分；e:改善焊縫成形：減少飛濺，增加流動(dòng)性。*焊條分類1）按藥皮成分分類氧化鈦型，氧化鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫鉀型、低氫鈉塑、石墨型和鹽基型等。2）按熔渣酸堿性分類酸性焊條和堿性焊條焊條分類3）按焊條用途分類結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳和鎳合金焊條，銅和銅合金焊條、鋁和鋁合金焊條、特殊用途焊條等共十大類

焊條分類4）按焊條性能分類超低氫焊條、低塵低毒焊條、立向下焊條、底層焊條、鐵粉高效焊條、抗潮焊條、水下焊條、重力焊條、躺焊焊條等。*焊條選用基本原則（1）考慮母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分①對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼（碳鋼、低合金鋼），通常要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，故應(yīng)選用抗拉強(qiáng)度等于母材抗拉強(qiáng)度的焊條。②對(duì)于合金鋼（耐熱鋼、不銹鋼），通常要求焊縫金屬的主要合金成分與母材金屬相同或相近。焊條選用基本原則③在磨損條件下工作的焊件，要根據(jù)磨損的性質(zhì)、工作溫度，以及是否在腐蝕介質(zhì)中工作，以選擇合適的堆焊焊條。④在高溫或低溫條件下工作的焊件，應(yīng)選用相應(yīng)的耐熱鋼或低溫鋼焊條。焊條選用基本原則（2）要考慮焊件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力狀態(tài)①對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、剛性大及大厚度焊件，由于焊接過程中產(chǎn)生很大應(yīng)力，容易產(chǎn)生裂紋，因此應(yīng)選用抗裂性能好的低氫型焊條與高韌性焊條；焊條選用基本原則②對(duì)于焊接部位難以清理干凈的焊件，應(yīng)選用氧化性強(qiáng)，對(duì)鐵銹、氧化皮、油污不敏感的酸性焊條，以免產(chǎn)生氣孔；③對(duì)于受條件限制不能翻轉(zhuǎn)的焊件，有些焊縫處于非平焊位置，應(yīng)選用全位置焊條。焊條選用基本原則(3)要考慮施工條件及電源①在沒有直流弧焊電源，而焊接結(jié)構(gòu)又要求必須使用低氫型焊條的場(chǎng)合，應(yīng)選用交/直流兩用的低氫鉀型焊條．②在狹小、密閉容器內(nèi)或通風(fēng)條件不良的場(chǎng)所焊接時(shí)，要盡量選用酸性或低塵無毒焊條

焊條選用基本原則

(4)考慮焊條的操作工藝性能；在滿足焊件性能要求的條件下，盡量選用焊接工藝性能好的酸性焊條。

(5)考慮經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率。在滿足使用性能和操作工藝性的條件下，盡量選用成本低、效率高的焊條。*適用范圍應(yīng)用領(lǐng)域廣泛：船舶、汽車、航空航天、化工等行業(yè)，全位置焊接、分散的短小焊縫、小批量焊件、點(diǎn)固焊、維修、鑄鐵補(bǔ)焊?？珊附饘俜N類多：碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、耐熱鋼、有色金屬等。適合于中等厚度的焊接工件：一般大于1mm，小于40mm。第二部分小結(jié)焊條電弧焊電焊條的功能、分類及選用原則焊條電弧焊的適用范圍第三部分焊條電弧焊工藝1.3.1焊條電弧焊工藝1焊條烘干2焊前清理3焊接電流I=kdk=25~454電弧電壓（電弧長(zhǎng)度）5電流種類：交流或直流6焊條直徑第三部分焊條電弧焊工藝7焊條電弧焊的接頭設(shè)計(jì)常見的接頭形式：對(duì)接、T形、角接、搭接第三部分焊條電弧焊的接頭設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制①非承載連續(xù)焊縫：I坡口②承載對(duì)接：<6mmI坡口，其他采用V、U、X、雙U坡口③單面VorU比Xor雙U坡口焊接變形大④U、X或雙U坡口比V、U、X坡口節(jié)省焊條和焊接工時(shí)。坡口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)見GB985-88接頭坡口設(shè)計(jì)

1.3.2焊條電弧焊的焊接變形

與應(yīng)力及其防止1焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因a)桿件整體均勻受熱b)一端作剛性固定另一端可自由收縮c)兩端都處于剛性固定1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止2

焊接殘余變形與應(yīng)力的分類和影響因素①焊接殘余變形2.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止②焊接殘余應(yīng)力1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止

③影響殘余變形和應(yīng)力大小的因素a材料的熱物理性能及金屬微觀組織特征；b焊接熱輸入大小。一般熱輸入越大，收縮就越大；C焊縫的對(duì)稱性。焊縫所處的位置對(duì)稱，彎曲、扭曲及角變形小；1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止

③影響殘余變形和應(yīng)力大小的因素d結(jié)構(gòu)條件及焊縫的焊接次序。結(jié)構(gòu)剛性越小、焊接次序不對(duì)稱，變形就越大。同樣條件下先焊的焊縫比后焊的焊縫所產(chǎn)生的殘余變形大；e焊接時(shí)夾緊狀態(tài)。1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止3焊接應(yīng)力與變形對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響①塑性良好的結(jié)構(gòu)材料：焊接應(yīng)力不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度有任何影響，在承載過程中焊接應(yīng)力會(huì)逐漸降低；②低溫下工作的構(gòu)件及常溫下工作，但韌性差的脆性材料：焊接應(yīng)力會(huì)隨工件載荷的增加造成工件壞損。1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止③在動(dòng)載情況下，殘余拉應(yīng)力會(huì)加速疲勞裂紋的形成及擴(kuò)展；④腐蝕介質(zhì)狀態(tài)工作的結(jié)構(gòu)，殘余拉應(yīng)力也會(huì)加速應(yīng)力腐蝕裂紋的擴(kuò)展；⑤對(duì)薄板受壓件，殘余壓應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加會(huì)導(dǎo)致其失穩(wěn)。1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止４焊接變形與應(yīng)力的消除和控制

1)焊接應(yīng)力的消除a整體高溫回火。屬材料在高溫生蠕變現(xiàn)象，使應(yīng)力松弛；b局部高溫回火。降低應(yīng)力峰值；1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止c機(jī)械拉伸法。加載使焊縫塑性變形，產(chǎn)生伸展，降低內(nèi)應(yīng)力；d溫差拉伸法。低溫局部加熱焊縫兩側(cè)，焊縫區(qū)產(chǎn)生拉伸塑性變形，消除應(yīng)力；e振動(dòng)法。共振降低構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力or使應(yīng)力重新分布。1.3.2焊接變形與應(yīng)力及其防止2)焊接殘余變形的控制①合理的結(jié)構(gòu)及接頭設(shè)計(jì)。減少焊縫數(shù)量、對(duì)稱布置焊縫、選擇x或雙U形坡口等；②合理的焊接工藝設(shè)計(jì)。剛性支承、夾具固定、反變形、正確選擇焊接次序等；③焊接變形矯正。機(jī)械矯正法、火焰矯正法。1.3.3焊接缺陷及預(yù)防措施1

焊縫缺陷的類型

1)外觀缺陷。尺寸偏差，咬邊、燒穿，焊瘤及弧坑

2)氣孔。

3)夾渣。

4)未焊透、未熔合。

5)裂紋。熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋和層狀撕裂等1.3.3焊接缺陷及預(yù)防措施2焊接缺陷產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施

1)未焊透：由坡口沒計(jì)不當(dāng)、鈍邊過大、焊接電流過小、速度太快

2)夾渣：焊渣未及時(shí)清除，運(yùn)條不當(dāng)，脫渣性能差

3)氣孔:焊縫坡口區(qū)域水、油、油漆、藥皮水分、鐵銹和電弧保護(hù)不良引起。應(yīng)焊前烘干、清理、降低焊速、短弧1.3.3焊接缺