焊接基礎(chǔ)知識1

1、1廊坊全興希爾思交通器材有限公司(制 造 課)焊接基礎(chǔ)知識文件 日 期:2013年2月焊接基礎(chǔ)知識主講人王江波2概述 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的當今時代，焊接已經(jīng)成功地完成了自身的蛻變。很少有人注意到這個過程何時開始，何時結(jié)束。但它確確實實地發(fā)生在過去的某個時段。我們今天面對著這樣一個事實：焊接已經(jīng)從一種傳統(tǒng)的熱加工技藝發(fā)展到了集材料、冶金、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、電子等多門類科學(xué)為一體的工程工藝學(xué)科3焊接定義焊接時被焊工件的材質(zhì)（同種或異種），通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材質(zhì)達到原子間的建和而形成永久性連接的工藝過程。4焊接過程的物理本質(zhì)焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或

2、分子之間的結(jié)合和擴散連接成一體的工藝過程。促使原子和分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴散的方法是加熱或加壓，或同時加熱又加壓。5焊接在各行各業(yè)的用途6焊接的優(yōu)、缺點優(yōu)點：1.節(jié)省材料，減輕重量，經(jīng)濟效益好2.簡化加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高3.結(jié)構(gòu)強度高，接頭密封性好4.為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供較大的靈活性5.焊接工藝過程容易實現(xiàn)機械化和自動化7缺點：1.焊接結(jié)構(gòu)容易引起較大的殘余變形和焊接內(nèi)應(yīng)力。2.焊接接頭中存在一定數(shù)量的缺陷，如氣孔、加渣、未焊透、未熔合等3.焊接接頭有較大的性能不均勻性4.焊接過程中產(chǎn)生高溫，強光，及一些有毒氣體，對人體有一定的損害89壓焊熔焊p熔焊是在焊接過程中將工件接口加熱至熔化

3、狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。熔焊時，熱源將待焊兩工件接口處迅速加熱熔化，形成熔池。熔池隨熱源向前移動，冷卻后形成連續(xù)焊縫而將兩工件連接成為一體。10在熔焊過程中，如果大氣與高溫的熔池直接接觸，大氣中的氧就會氧化金屬和各種合金元素。大氣中的氮、水蒸汽等進入熔池，還會在隨后冷卻過程中在焊縫中形成氣孔、夾渣、裂紋等缺陷，惡化焊縫的質(zhì)量和性能。 11壓焊壓焊是在加壓條件下，使兩工件在固態(tài)下實現(xiàn)原子間結(jié)合，又稱固態(tài)焊接。 主要包括固態(tài)焊、熱壓焊、鍛焊、擴散焊、氣壓焊及冷壓焊等。 各種壓焊方法的共同特點是在焊接過程中施加壓力而不加填充材料。 同時由于加熱溫度比熔焊低、加熱時間短，因而熱影響區(qū)小。許多難以

4、用熔化焊焊接的材料，往往可以用壓焊焊成與母材同等強度的優(yōu)質(zhì)接頭。 12釬焊釬焊是使用比工件熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于工件熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕工件，填充接口間隙并與工件實現(xiàn)原子間的相互擴散，從而實現(xiàn)焊接的方法。 131、焊條電弧焊14o 原理：用手工操作焊條進行焊接的電弧焊方法。利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。o 主要特點：設(shè)備簡單、易于維護、使用靈活方便；設(shè)備簡單、易于維護、使用靈活方便；可焊金屬材料廣；可在室內(nèi)、外和高空等各種位可焊金屬材料廣；可在室內(nèi)、外和高空等各種位置施焊；置施焊；焊接生產(chǎn)率低

5、；焊縫質(zhì)量依賴性強。o 應(yīng)用：廣泛用于造船、鍋爐及壓力容器、機械制造、建筑結(jié)構(gòu)、化工設(shè)備等制造維修行業(yè)中。對于某些特殊類型的設(shè)備，或因空間位置焊縫較多，或短焊縫多，也主要采用焊條電弧焊。 2、埋弧自動焊原理：電弧在焊劑層下燃燒。利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生的熱量，熔化焊絲、焊劑和母材金屬而形成焊縫。在焊接過程中，顆粒狀的焊劑及其熔渣保護了電弧和焊接區(qū)，光焊絲提供填充金屬。焊接時，光焊絲連續(xù)地送入覆蓋焊接區(qū)的焊劑層，電弧引燃后，焊接焊絲和母材立即熔化并形成熔池。熔化的熔渣覆蓋住熔池及高溫焊接區(qū)，產(chǎn)生良好的保護作用。 15主要特點：焊接生產(chǎn)率高；焊縫質(zhì)量高而穩(wěn)定；焊接成本低；勞動條件好；占地面

6、積較大；難以在空間位置施焊；不適合焊接薄板和短焊縫。 應(yīng)用：廣泛用于造船、橋梁、起重機械及冶金機械制造業(yè)中。凡是焊縫可以保持在水平位置或傾斜角度不大的焊件，均可采用埋弧焊。163、氣體保護焊按照電極的性質(zhì)，氣體保護電弧焊可分為非熔化極氣體保護焊與熔化極氣體保護焊兩大類。非熔化極氣體保護焊是指鎢極惰性氣體保護焊。根據(jù)保護氣體的種類，熔化極氣體保護焊又包括熔化極惰性氣體保護電弧焊、熔化極氧化性混合氣體保護電弧焊和二氧化碳氣體保護電弧焊等。 173.1、非熔化極氣體保護焊-鎢極惰性氣體保護焊原理：在惰性氣體保護下，以鎢極與焊件間產(chǎn)生的電弧作為熱源，熔化母材和填充焊絲，形成焊縫的焊接方法。主要特點：熔

7、池金屬不發(fā)生冶金變化，只是填充金屬和母材在惰性氣體保護下的重熔過程；電弧穩(wěn)定，不會產(chǎn)生飛濺；焊接生產(chǎn)率低，鎢極承受電流能力較差，容易熔化和蒸發(fā)；生產(chǎn)成本較高。18應(yīng)用：幾乎可以焊接所有金屬材料，焊接厚度一般在6mm以下的焊件，對焊縫質(zhì)量要求特別的高的場合使用。193.2、熔化極氣體保護焊熔化極氣體保護焊的熱源是在可熔化的焊絲與被焊工件之間并在保護氣氛中產(chǎn)生的電弧。它利用電弧熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱來加熱和熔化焊絲和工件金屬，形成焊縫，達到連接工件的目的。203.2.1熔化極惰性氣體保護焊原理：采用惰性氣體作為保護氣，使用焊絲作為熔化電極的一種電弧焊方法。保護氣體主要有氬氣、氦氣和氮氣。惰性氣體在焊接過程

8、中不與液態(tài)金屬反應(yīng)，使焊接區(qū)與空氣隔離起保護作用。主要特點：焊接質(zhì)量好，焊接生產(chǎn)率高，抗風(fēng)能力差，焊接設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用：主要用于有色金屬及合金、不銹鋼等焊接。與鎢極氬弧焊相比，大大提高生產(chǎn)效率，尤其適用于中厚和大厚度板材的焊接。213.2.2熔化極氧化性混合氣體保護焊原理：熔化極氧化性氣體保護焊是采用在惰性氣體中加入一定量的氧化性氣體，作為保護氣體的一種熔化極氣體保護電弧焊的方法。主要特點：提高熔滴過渡的穩(wěn)定性；提高電弧的穩(wěn)定性；改善焊縫熔深形狀及外觀形狀；增大電弧的熱功率；減少焊接缺陷；降低焊接成本。應(yīng)用：可用于平焊、立焊、橫焊和仰焊以及全位置焊接，尤其適用于碳鋼、合金鋼和不銹鋼等黑色金屬材

9、料焊接。223.2.3二氧化碳氣體保護焊原理：利用二氧化碳作為保護氣體的熔化極電弧焊方法。 主要特點：焊接生產(chǎn)率高；焊接成本低；操作簡單；飛濺率大；不適合焊接易氧化的有色金屬。應(yīng)用：主要焊接低碳鋼和低合金鋼，適用于各種厚度。廣泛用于汽車制造、化工機械、礦山機械等部門。23244、電渣焊原理：利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱熔化焊絲與母材形成焊接熔池的一種焊接方法。 主要特點：大厚度工件可一次焊成 ；可垂直施焊；生產(chǎn)效率高，焊接材料消耗少 ；電渣焊熱循環(huán)的線能量大 。應(yīng)用：電渣焊能在垂直位置從一次行程完成全厚度焊縫的焊接，因此電渣焊在鍋爐和壓力容器制造中，主要用于厚板的拼接及厚壁筒體縱縫的焊接，

10、也是效率最高的焊接方法。25265、等離子弧焊原理：借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得高能量密度的等離子弧進行焊接的方法。主要特點：與氬弧焊相比，能量集中、溫度高，可以得到充分熔透、反面形成均勻的焊縫；電弧強度好，等離子弧基本是圓柱形，弧長變化對焊件上的加熱面積和電流密度影響比較小。所以，等離子弧焊的弧長變化對焊縫成形的影響不明顯；焊接速度比氬弧焊快；能夠焊接更細、更薄加工件；但設(shè)備復(fù)雜，費用較高。 27焊接缺陷的產(chǎn)生及防止措施常見的焊接缺陷有咬邊、凹陷、焊瘤、氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合、弧坑、焊縫外形尺寸和形狀不符合要求等。通常按缺陷在焊縫中的位置不同，分為外部缺陷和內(nèi)部缺陷兩大類。2

11、8外部缺陷有表面裂紋、表面氣孔、咬邊、凹陷、滿溢、焊瘤、弧坑等，這些缺陷主要與焊接工藝和操作技術(shù)水平有關(guān)。還有些是外觀形狀和尺寸不合要求的外部缺陷，如錯邊、角變形和余高過高等。29內(nèi)部缺陷有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合等。30焊接缺陷的危害焊接缺陷對設(shè)備的影響，主要是在缺陷周圍產(chǎn)生應(yīng)力集中。嚴重時使原缺陷不斷擴展，直至破裂。同時，焊接缺陷對疲勞強度，脆性斷裂以及抗應(yīng)力腐蝕開裂都有重大影響，由于各類缺陷的形態(tài)不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度也不同，因而對結(jié)構(gòu)的危害程度也各不一樣。31氣孔氣孔是指在焊接時，熔池中的氣泡在凝固時未能逸出而形成的空穴。 產(chǎn)生氣孔的原因 坡口邊緣不清潔，有水份、油污和銹跡

12、；焊條或焊劑未按規(guī)定進行焙烘，焊芯銹蝕或藥皮變質(zhì)、剝落等。此外，低氫型焊條焊接時，電弧過長，焊接速度過快；埋弧自動焊電壓過高等，都易在焊接過程中產(chǎn)生氣孔。由于氣孔的存在，使焊縫的有效截面減小，過大的氣孔會降低焊縫的強度，破壞焊縫金屬的致密性。32防止產(chǎn)生氣孔的措施 選擇合適的焊接電流和焊接速度，認真清理坡口邊緣水份、油污和銹跡。嚴格按規(guī)定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用變質(zhì)焊條，發(fā)現(xiàn)焊條藥皮變質(zhì)、剝落或焊芯銹蝕時，應(yīng)嚴格控制使用范圍。埋弧焊時，應(yīng)選用合適的焊接工藝參數(shù)，特別是薄板自動焊，焊接速度應(yīng)盡可能小些。3334氣孔實例35夾渣夾渣就是殘留在焊縫中的熔渣。夾渣也會降低焊縫的強度和致密性。

13、產(chǎn)生夾渣的原因 主要是焊縫邊緣有氧化皮或碳弧氣刨殘留的熔渣；坡口角度或焊接電流太小，或焊接速度過快。在使用酸性焊條時，由于電流太小或運條不當形成“糊渣”；使用堿性焊條時，由于電弧過長或極性不正確也會造成夾渣。進行埋弧焊封底時，焊絲偏離焊縫中心，也易形成夾渣。 36防止產(chǎn)生夾渣的措施 正確選取坡口尺寸，認真清理坡口邊緣，選用合適的焊接電流和焊接速度，運條擺動要適當。多層焊時，應(yīng)仔細觀察坡口兩側(cè)熔化情況，每一焊層都要認真清理焊渣。打底焊渣應(yīng)徹底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。 3738咬邊焊縫邊緣留下的凹陷，稱為咬邊。 產(chǎn)生咬邊的原因 由于焊接電流過大、運條速度快、電弧拉得太長或焊條角度不當?shù)?。埋弧?/p>

14、的焊接速度過快或焊機軌道不平等原因，都會造成焊件被熔化去一定深度，而填充金屬又未能及時填滿而造成咬邊。咬邊減小了母材接頭的工作截面，從而在咬邊處造成應(yīng)力集中，故在重要的結(jié)構(gòu)或受動載荷結(jié)構(gòu)中，都有特定的要求，超出要求范圍，都是不允許的。 39防止產(chǎn)生咬邊的措施 選擇合適的焊接電流和運條手法，隨時注意控制焊條角度和電弧長度；埋弧焊工藝參數(shù)要合適，特別要注意焊接速度不宜過高，焊機軌道要平整。4041SA30731背板咬邊42未焊透、未熔合 焊接時，接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象，稱為未焊透；在焊件與焊縫金屬或焊縫層間有局部未熔透現(xiàn)象，稱為未熔合。未焊透或未熔合是一種比較嚴重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊縫

15、會出現(xiàn)間斷或突變，焊縫強度大大降低，甚至引起裂紋。因此，在重要的結(jié)構(gòu)部分均不允許存在未焊透、未熔合的情況。 43產(chǎn)生未焊透和未熔合的原因 焊件裝配間隙或坡口角度太小、鈍邊太厚、焊條直徑太大、電流過小、速度太快及電弧過長等。焊件坡口表面氧化膜、油污等沒有清除干凈，或在焊接時該處流入熔渣妨礙了金屬之間的熔合或運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等原因，都會造成邊緣不熔合。44防止產(chǎn)生未焊透或未熔合的措施 正確選取坡口尺寸，合理選用焊接電流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干凈；打底焊清根要徹底，運條擺動要適當，密切注意坡口兩側(cè)的熔合情況。 4546未融合實例47焊接裂紋焊接裂紋是一種非常嚴重的缺陷。結(jié)構(gòu)

16、的破壞多從裂紋處開始，在焊接過程中要采取一切必要的措施防止出現(xiàn)裂紋，在焊接后要采用各種方法檢查有無裂紋。一經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)徹底清除，然后給予修補。焊接裂紋有熱裂紋、冷裂紋。48焊縫金屬由液態(tài)到固態(tài)的結(jié)晶過程中產(chǎn)生的裂紋稱為熱裂紋，其特征是焊后立即可見，且多發(fā)生在焊縫中心，沿焊縫長度方向分布。熱裂紋的裂口多數(shù)貫穿表面，呈現(xiàn)氧化色彩，裂紋末端略呈圓形。 產(chǎn)生熱裂紋的原因 焊接熔池中存有低熔點雜質(zhì)(如FeS等)。由于這些雜質(zhì)熔點低，結(jié)晶凝固最晚，凝固后的塑性和強度又極低。因此，在外界結(jié)構(gòu)拘束應(yīng)力足夠大和焊縫金屬的凝固收縮作用下，熔池中這些低熔點雜質(zhì)在凝固過程中被拉開，或在凝固后不久被拉開，造成晶間開裂

17、。焊件及焊條內(nèi)含硫、銅等雜質(zhì)多時，也易產(chǎn)生熱裂紋。 49防止產(chǎn)生熱裂紋的措施1)要嚴格控制焊接工藝參數(shù)，減慢冷卻速度，適當提高焊縫形狀系數(shù)，盡可能采用小電流多層多道焊，以避免焊縫中心產(chǎn)生裂紋；2)認真執(zhí)行工藝規(guī)程，選取合理的焊接程序，以減小焊接應(yīng)力。50焊縫金屬在冷卻過程或冷卻以后，在母材或母材與焊縫交界的熔合線上產(chǎn)生的裂紋稱為冷裂紋。這類裂紋有可能在焊后立即出現(xiàn)，也有可能在焊后幾小時、幾天甚至更長時間才出現(xiàn)。產(chǎn)生冷裂紋的原因1)在焊接熱循環(huán)的作用下，熱影響區(qū)生成了淬硬組織；2)焊縫中存在有過量的擴散氫，且具有濃集的條件；3)接頭承受有較大的拘束應(yīng)力。 51防止產(chǎn)生冷裂紋的措施1)選用低氫型焊

18、條，減少焊縫中擴散氫的含量；2)嚴格遵守焊接材料(焊條、焊劑)的保管、烘焙、使用制度，謹防受潮；3)仔細清理坡口邊緣的油污、水份和銹跡，減少氫的來源；4)根據(jù)材料等級、碳當量、構(gòu)件厚度、施焊環(huán)境等，選擇合理的焊接工藝參數(shù)和線能量，如焊前預(yù)熱、焊后緩冷，采取多層多道焊接，控制一定的層間溫度等；5)緊急后熱處理，以去氫、消除內(nèi)應(yīng)力和淬硬組織回火，改善接頭韌性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以減少焊接應(yīng)力。5253焊瘤產(chǎn)生焊瘤的原因運條不均，造成熔池溫度過高，液態(tài)金屬凝固緩慢下墜，因而在焊縫表面形成金屬瘤。立、仰焊時，采用過大的焊接電流和弧長，也有可能出現(xiàn)焊瘤。焊縫表面存在焊瘤影響美觀，并易造成表面夾渣。54防止產(chǎn)生焊瘤的措施嚴格控制熔池溫度，立、仰焊時，焊接電流應(yīng)比平焊小10-15%，使用堿性焊條時，應(yīng)采用短弧焊接，保持均勻運條。55弧坑產(chǎn)生弧坑的原因熄弧時間過短，或焊接突然中斷，或焊接薄板時電流過大等，弧坑常伴有裂紋和氣孔，嚴重削弱焊接強度。防止產(chǎn)生弧坑的措施手工焊收弧時，焊條應(yīng)作短時間停留或作幾次環(huán)形運條。 56焊道外觀檢驗焊材凝固后的焊道輪廓57SIZESIZECONCAVITYCONCAVESIZESIZECONVEXITYCONVEXDESIRABLE FILLET WELD PROFILES凹的凸的凹面凸面焊腳焊腳焊腳焊腳實戰(zhàn)圖例58尺寸缺