焊接基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)

金屬材料知識(shí)介紹0版本號(hào)版本說(shuō)明編制人審核人批準(zhǔn)人發(fā)布日期目錄1．焊接基礎(chǔ)知識(shí)………………………….31.1焊接方法分類………………….31.2焊接電弧……………………….31.3焊條的組成和作用……………………….…41.4焊條的分類…………………….42.幾種常見(jiàn)的焊接方法……………..53.金屬材料的焊接性能…………….63.1焊接性能………………………..63.2影響焊接接頭性能的因素……………….73.3不同鋼材的焊接性能分析……………..73.4焊接接頭的缺陷及防止措施…………..64．焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………….104.1焊接結(jié)構(gòu)材料選擇…………………………104.2焊接結(jié)構(gòu)的工藝性………………………..105．焊接接口的形式和坡口…………………………125.1接口形式………………………….125.2坡口形式的選擇………………...131.焊接的基本知識(shí)1.1焊接方法分類定義：利用原子間的擴(kuò)散及結(jié)合，使分別的金屬材料堅(jiān)固地連接起來(lái)，成為一個(gè)整體的過(guò)程。原子之間的擴(kuò)散及結(jié)合，通常采納加熱,加壓或兩者并用?？梢杂锰畛洳牧希ɑ虿挥茫瑢⒔饘偌訜岬饺刍癄顟B(tài)。焊接方法分類：1）熔焊:將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊。2）壓焊:焊接過(guò)程中，必需對(duì)焊件施加壓力（加壓或加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。3）釬焊:釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采納比母材金屬熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn),低于母材溶化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并及母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。1.2.焊接電弧由焊接電源供應(yīng),具有一定電壓的兩極間或電極及母材間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的劇烈而長(zhǎng)久放電現(xiàn)象稱為焊接電弧。電弧燃燒后，弧柱中充溢了高溫電離氣體，放出大量的熱能和劇烈的光。焊接電弧由陰極區(qū),陽(yáng)極區(qū)和弧柱三部分組成。如圖1-1所示。陰極區(qū)是電弧緊靠負(fù)電極的區(qū)域，陰極區(qū)很窄，約為0.1um-0.01um，溫度約為2400K。陽(yáng)極區(qū)是指電弧緊靠正電極的區(qū)域，陽(yáng)極區(qū)較陰極區(qū)寬，約為10um-1um，溫度約為2600K。電弧陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)之間的部分稱為弧柱，弧柱區(qū)溫度最高，可達(dá)6000K-8000K。焊接電弧兩端間（指電極端頭和熔池表面間）的最短距離稱為弧長(zhǎng)。1.3.焊條的組成和作用定義：焊條是涂有藥皮的供焊條電弧焊用的熔化電極，由藥皮和焊芯兩部分組成。焊芯在焊接過(guò)程中既是導(dǎo)電的電極，同時(shí)本身又溶化作為填充金屬，及熔化的母材共同形成焊縫金屬；藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層，主要作用是在焊接過(guò)程中造氣，起愛(ài)護(hù)作用，防止空氣進(jìn)入焊縫；同時(shí)具有冶金作用，如脫氧,脫硫,脫磷和滲合金等；并具有穩(wěn)弧,脫渣等作用，以保證焊條具有良好的工藝性能，形成美觀的焊縫。1.4.焊條的分類(1)焊條按熔渣的化學(xué)性質(zhì)分為兩大類1）酸性焊條：溶渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2,TiO2,MnO等氧化物。由于焊縫金屬中氧和氫含量較多，因而塑性,韌性較低，酸性焊條一般可以交直流兩用。2）堿性焊條：熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCo3和CaF2，并有較多的鐵合金作為脫氧劑和滲合金劑，因此藥皮具有足夠的脫氧實(shí)力。用堿性焊條焊接時(shí)，由于焊縫中氧和氫含量較少，非金屬夾雜物也較少，故具有較高的塑性和沖擊韌性。一般焊接重要結(jié)構(gòu)或剛性較大的結(jié)構(gòu)，以及可焊性較差的鋼材均采納堿性焊條(2)焊條按用途可分為十一大類碳鋼焊條,低合金鋼焊條,鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條,低溫鋼焊條,不銹鋼焊條,堆焊焊條,鑄鐵焊條,鎳及鎳合金焊條,銅及銅合金焊條,鋁及鋁合金焊條,特殊用途焊條。(3)焊條型號(hào)由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分別規(guī)定各類焊條的型號(hào)編制方法。如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定碳鋼焊條型號(hào)為"E××××"，其中，字母"E"表示焊條；前二位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值；第三位數(shù)字表示焊接位置，"0"及"1"表示焊條適用于全位置（平焊,立焊,橫焊,仰焊）焊接，"2"為平焊及平角焊，"4"表示焊條適用于向下立焊；第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)表示焊接電流種類及藥皮類型。在第四位數(shù)字后附加"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"表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條。舉例：如：E4315——表示焊條；熔敷金屬抗拉強(qiáng)度大于43kgf/mm2（420MPa);焊條適用于全位置焊接；該焊條藥皮類型為低氫鈉型，采納直流反接電源。幾種常用的焊接方法電弧焊：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，并形成一種永久接頭的過(guò)程，稱為電弧焊。手工電弧焊電弧焊:利用電弧作為熱源的熔焊方法，簡(jiǎn)稱弧焊。焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。焊條電弧焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單，操作敏捷，成本低等優(yōu)點(diǎn)，且焊接性好，對(duì)焊接接頭的裝配尺寸無(wú)特殊要求，可在各種條件下進(jìn)行各種位置的焊接，是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的焊接方法。但焊條電弧焊時(shí)有劇烈弧光和煙塵污染，勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低，對(duì)工人技術(shù)水平要求較高，焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定。因此，主要應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)中焊接碳素鋼,低合金結(jié)構(gòu)鋼,不銹鋼,耐熱鋼和對(duì)鑄鐵的補(bǔ)焊等。相宜板厚為3mm-20mm。埋弧自動(dòng)焊定義：電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法稱為埋弧焊。特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）焊接質(zhì)量高,穩(wěn)定；3）節(jié)約金屬材料；4）改善勞動(dòng)條件應(yīng)用：常用來(lái)焊接厚度為6mm-60mm的長(zhǎng)直焊縫和較大直徑（一般不小于250mm）的環(huán)形焊縫。氣體愛(ài)護(hù)電弧焊用外加氣體作為電弧介質(zhì)并愛(ài)護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡(jiǎn)稱氣體愛(ài)護(hù)焊。氬弧焊定義：氬弧焊是運(yùn)用氬氣作為愛(ài)護(hù)氣體的氣體愛(ài)護(hù)焊。特點(diǎn)：1）焊件不易氧化；2）便于操作，簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)化；3）焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；4）焊縫致密，成形美觀；5）焊接成本高。應(yīng)用：主要用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼，如鋁,鎂,鈦及其合金,耐熱鋼,不銹鋼等。為了防止愛(ài)護(hù)氣流破環(huán)，氬弧焊只能在室內(nèi)進(jìn)行。二氧化碳?xì)怏w愛(ài)護(hù)焊定義：利用CO2作為愛(ài)護(hù)氣體的氣體愛(ài)護(hù)焊，簡(jiǎn)稱CO2焊。特點(diǎn)：1）電流密度大，生產(chǎn)效率高；2）焊接熱影響區(qū)小，焊件不易變形；3）焊縫氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，接頭抗裂性好；4）焊接成本低。應(yīng)用：適合于各種位置的焊接，目前，CO2焊已在全國(guó)廣泛普及，大有在短時(shí)間內(nèi)取代焊條電弧焊的發(fā)展勢(shì)頭。3.金屬材料的焊接性能3.1.焊接性能金屬材料的焊接性能，又稱為可焊性。是指金屬材料在一定的工藝條件下通過(guò)焊接形成優(yōu)質(zhì)接頭的性能。金屬的可焊性通常分為工藝可焊性和運(yùn)用可焊性兩大類：1)工藝可焊性，主要指在一定的焊接條件下，焊接接頭中出現(xiàn)各種裂紋及其它缺陷的可能性。2)運(yùn)用可焊性，主要指在一定的焊接工藝條件下，一定金屬的焊接接頭對(duì)運(yùn)用要求的牢靠性。包括焊接接頭的機(jī)械性能（如強(qiáng)度,塑性,韌性,硬度以及抗裂紋擴(kuò)展的實(shí)力等）和其它特殊性能（如耐熱,耐腐蝕,耐低溫,抗疲憊等）。鋼的可焊性主要確定于它的化學(xué)成分。含碳量越高，可焊性就越差，含碳量小于0.3%的碳鋼,含碳量小于0.2%的一般低合金鋼一般都具有良好的可焊性。3.2.影響焊接接頭性能的主要因素影響焊縫金屬的主要因素為焊縫金屬的化學(xué)成份和固態(tài)時(shí)的冷卻條件。焊縫金屬的化學(xué)成份對(duì)機(jī)械性能的影響；碳----能提高焊縫金屬的強(qiáng)度，但也是焊縫金屬熱裂紋的敏感元素。鍋爐壓力容器用鋼含碳量應(yīng)低于0.25%錳----能提高焊縫金屬的強(qiáng)度，改善沖擊韌性。當(dāng)含錳量低于2%時(shí)可以細(xì)化晶粒，降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，并有脫硫，降低對(duì)熱裂紋的敏感型等作用。硅----能提高焊縫金屬的強(qiáng)度，含量不超過(guò)0.25～0.5%時(shí)，對(duì)沖擊韌性影響不大。它也是良好的脫氧劑。硫----為雜質(zhì)，能使焊接性能變壞，使產(chǎn)生熱裂紋的敏感元素。磷----為雜質(zhì)，含量高會(huì)使鋼的塑性,韌性下降，并導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。3.3不同鋼材的焊接性能分析低碳鋼低碳鋼的焊接性能良好，不須要采納特殊的工藝措施就可以獲得優(yōu)質(zhì)接頭，只有在母材成份不合格（碳量偏高，硫,磷含量過(guò)高等）或施工環(huán)境惡劣，焊件剛性過(guò)大等，才有可能出現(xiàn)焊接裂紋。低合金鋼一般低合金鋼是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加少量金屬元素（一般總量在5%以內(nèi)）以提高其強(qiáng)度或改變其運(yùn)用性能。奧氏體不銹鋼不銹鋼具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和一定的抗腐蝕性能。合金中鉻是提高抗腐蝕性能的主要元素，但鋼中含鉻量大于13%時(shí)才具有抗腐蝕性。奧氏體不銹鋼的韌性,塑性都較好，焊前不需預(yù)熱，焊后不需熱處理，可焊性良好。但若焊接工藝不合理或焊接材料選用不當(dāng)時(shí)，會(huì)降低抗晶間腐蝕實(shí)力及產(chǎn)生熱裂紋。3.4焊接接頭的缺陷及防止措施缺陷的分類焊接接頭缺陷的類型許多，按在接頭中的位置可分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。1.外部缺陷:位于接頭的表面，用肉眼或低倍放大鏡就可看到，如咬邊,焊瘤,弧坑,表面氣孔和裂紋等。2.內(nèi)部缺陷:位于接頭內(nèi)部，必需通過(guò)各種無(wú)損檢測(cè)方法或破壞性試驗(yàn)才能發(fā)覺(jué)。內(nèi)部缺陷有未焊透,未熔合,夾渣,氣孔,裂紋等。缺陷產(chǎn)生的緣由及防止措施1.未焊透焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象叫未焊透。未焊透缺陷不僅降低了焊接接頭的機(jī)械性能，而且在未焊透處的缺口和端部形成應(yīng)力集中點(diǎn)，承載后往往會(huì)引起裂紋，是一種危險(xiǎn)性缺陷。產(chǎn)生的緣由：坡口鈍邊間隙太小，焊接電流太小或焊條速度過(guò)快，坡口角度小，焊條角度不對(duì)及電弧偏吹等。防止措施：合理選用坡口形式,裝配間隙和采納正確的焊接工藝等。2.未熔合熔焊時(shí)，焊道及母材之間或焊道及焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分，點(diǎn)焊時(shí)母材及母材之間未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生緣由：坡口不干凈，焊速太快，電流過(guò)小或過(guò)大，焊條角度不對(duì)，電弧偏吹等。防止措施：正確選用坡口和電流，坡口清理干凈，正確操作防止焊偏等。3.夾渣,夾雜物夾渣：是指焊后殘留在焊縫中的溶渣。夾雜物：是指由于焊接冶金反應(yīng)產(chǎn)生的,焊后殘留在焊縫金屬中的非金屬雜質(zhì)（如氧化物,硫化物等）。以上缺陷是焊縫常見(jiàn)缺陷，其形態(tài)有條狀和點(diǎn)狀，外型不規(guī)則。產(chǎn)生的緣由：焊接電流過(guò)小，速度過(guò)快，熔渣來(lái)不及浮起，被焊邊緣和各層焊縫清理不干凈，基本金屬和焊接材料化學(xué)成分不當(dāng)，含硫,磷量較多等。防止措施：正確選用焊接電流，焊接件的坡口角度不要太小，焊前必需把坡口清理干凈。多層焊時(shí)必需層層清除焊渣；并合理選擇焊條角度和焊接速度等。4.氣孔在焊接過(guò)程中，由于焊縫內(nèi)部存在的或外界侵入的氣體，在熔池金屬凝固之前來(lái)不及逃逸出，而殘留在焊縫金屬內(nèi)所形成的空穴。按其分布，可分為單個(gè)氣孔,密集氣孔和鏈狀氣孔。產(chǎn)生緣由：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(shí)電流過(guò)大，電弧過(guò)長(zhǎng)；埋弧焊時(shí)電壓過(guò)高或網(wǎng)路電壓波動(dòng)太大；氣體愛(ài)護(hù)焊時(shí)愛(ài)護(hù)氣體純度低等，均易產(chǎn)生氣孔。氣孔對(duì)危害：焊縫中存在氣孔，即破壞了金屬的致密性，又使焊縫有效截面積削減，降低了機(jī)械性能，特殊是存在鏈狀氣孔時(shí)，對(duì)彎曲和沖擊韌性會(huì)有比較明顯的降低。防止措施：不運(yùn)用藥皮開(kāi)裂,剝落,變質(zhì)及焊芯銹蝕的焊條，生銹的焊條必需除銹后才能運(yùn)用。所用焊接材料應(yīng)按規(guī)定溫度烘干，坡口及兩側(cè)應(yīng)清理干凈，并要選用合適的焊接電流,電弧電壓和焊接速度。5.咬邊由于焊接工藝參數(shù)選擇不正確，或操作工藝不正確，在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷，稱為咬邊。產(chǎn)生的緣由：主要是電弧熱量太高，既焊接電流太大，以及運(yùn)條速度不當(dāng)所造成。在角焊時(shí)，常常由于焊條角度或電弧長(zhǎng)度不適當(dāng)而造成。埋弧焊時(shí)，往往是由于焊接速度過(guò)高而產(chǎn)生的。防止措施：選擇正確的焊接電流和焊接速度，電弧不能拉得太長(zhǎng)，保持運(yùn)條勻稱。在角焊時(shí)，焊條要采納合適的角度和保持電弧長(zhǎng)度。埋弧焊時(shí)，應(yīng)正確地選擇焊接工藝參數(shù)。6.燒穿焊接過(guò)程中，熔化金屬自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷，稱為燒穿。產(chǎn)生緣由：焊接電流過(guò)大，焊接速度太慢，裝配間隙過(guò)大或鈍邊太薄等。防止措施：選擇合適的焊接電流和焊接速度，嚴(yán)格限制裝配間隙，單面焊可采納銅墊板，焊劑墊或自熔墊，運(yùn)用脈沖電流等。焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇在滿意結(jié)構(gòu)運(yùn)用要求的條件下，盡量選擇焊接性能較好的材料。一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.25％的碳素鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小0.20％的低合金都具有良好的焊接性，應(yīng)盡量采納；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.50％的碳素鋼和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.40％的合金鋼焊接性不好，應(yīng)盡量避開(kāi)采納。同一構(gòu)件焊接時(shí)應(yīng)盡量選用同種金屬材料。4.2焊接結(jié)構(gòu)的工藝性1）焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量選用型材或沖壓件設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡量采納工字鋼,槽鋼,角鋼和鋼管等成形材料以削減焊縫,簡(jiǎn)化工藝。2）合理布置焊縫焊縫布置應(yīng)盡量分散，且不宜過(guò)長(zhǎng)。焊縫之間的距離應(yīng)大于板厚的3倍，且不小于100mm，如圖4.2.1圖4.2.1焊縫的位置應(yīng)盡量對(duì)稱布置，否則會(huì)由于焊縫不在中心引起彎曲變形，見(jiàn)圖4.2.2圖4.2.2焊縫的布置不得交叉，見(jiàn)圖4.2.3圖4.2.3應(yīng)盡量削減構(gòu)件或焊接接頭部件的應(yīng)力集中，避開(kāi)尖角焊縫，見(jiàn)圖4.2.4圖4.2.4焊縫應(yīng)避開(kāi)最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的部件，見(jiàn)圖4.2.5圖4.2.55.焊接接頭的形式和坡口5.1接頭形式焊接接頭的基本形式有四種：對(duì)