焊接過程基本理論及分類

第一章焊接過程基本理論及分類

1、焊接概述

2、焊接方法分類

3、常用熔焊方法

4、焊接電弧

5、接頭形式及表示方法

6、焊接缺陷

機械連接可拆卸連接/不可拆卸連接物理化學(xué)方法釬焊/粘接冶金方式：焊接連接定義：通過機械、物理和化學(xué)方法，以及冶金方式，將多個零件連接成一個整體，并保持相互位置的工藝方法。1.1、焊接概述-連接定義a)機械連接：可拆卸連接/不可拆卸連接b)物理化學(xué)方法：釬焊/粘接c)冶金方式：焊接③釬焊②鉚接④粘接①螺栓連接⑤焊接焊接定義：通過加熱或加壓，或二者并用，并且用或不用填充材料，將兩種或兩種以上的同種或異種材料，通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散連接成一體的工藝過程。

焊接是一種生產(chǎn)不可拆卸的結(jié)構(gòu)的工藝方法。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接已發(fā)展成為一門獨立的科學(xué)，焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦等特種金屬材料的連接，因而已廣泛用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，如機械制造、造船、海洋開發(fā)、汽車制造、石油化工、航天技術(shù)、原子能、電力、電子技術(shù)及建筑等部門。據(jù)統(tǒng)計，每年僅需要進行焊接加工之后、使用的鋼材就占鋼材總產(chǎn)量的55%左右?？梢姾附蛹夹g(shù)應(yīng)用的前景是很廣闊的。

1.2、焊接概述-焊接定義根據(jù)焊接時的工藝特點和母材金屬所處的狀態(tài)，可以把焊接方法分成熔焊、壓焊和釬焊三類，金屬焊接的分類如下：2.1、焊接分類依據(jù)1.熔焊

焊接焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力的焊接方法稱為熔焊.

熔焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法。最常用的有手工電弧焊，埋弧焊，CO2氣體保護焊及手工鎢極氬弧焊弧焊等。2.壓焊

焊接過程中，必須對焊件施加壓力，加熱或不加熱的焊接方法，稱為壓焊。壓焊有兩種形式：（1）被焊金屬的接觸部位加熱至塑性狀態(tài)，或局部熔化狀態(tài)，然后加一定的壓力，使金屬原子間相互結(jié)合形成焊接接頭，如電阻焊、摩擦焊等。（2）不進行加熱，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的壓擠接頭，這種壓力焊的方法有冷壓焊、爆炸焊等。2.2、焊接分類介紹（1）3、釬焊

采用熔點比母材低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，但低于母材熔點的溫度，利用毛細作用使液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散，連接焊件的方法，稱為釬焊。釬焊分為如下兩種：（1）軟釬焊：用熔點低于4500C的釬料（鉛、錫合金為主）進行焊接，接頭強度較低。（焊接強度低，主要用于焊接不承受載荷但要求密封性好的焊件，如容器、儀表元件等）（2）硬釬焊：用熔點高于4500C的釬焊（銅、銀、鎳合金為主）進行焊接，接頭強度較高。（具有較高的強度，可以連接承受載荷的零件。如硬質(zhì)合金刀具、自行車車架）2.3、焊接分類介紹（2）1.焊條電弧焊a)原理:利用焊條與工件之間的電弧熱,將焊條和部分工件熔化而形成焊縫的焊接方法。3.1、常用的熔焊方法b)特點：手工電弧焊具有設(shè)備簡單,操作靈活,成本低焊接性好,可在各種條件下進行各種位置的焊接,適于多種鋼材和有色金屬的焊接。手工電弧焊時有強烈弧光和煙塵污染焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定,焊縫短而不連續(xù),焊縫寬度不均;勞動條件差,勞動強度大,

生產(chǎn)率低,對工人技術(shù)水平要求較高.2.埋弧焊a)原理：利用專門的機械設(shè)備自動完成手工電弧焊中的引燃電弧、送進焊條以及移動電弧等焊接動作,并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。藥皮焊芯埋弧焊示意圖3.2、常用的熔焊方法b)特點：焊接穩(wěn)定，質(zhì)量高、

自動化操作，生產(chǎn)效率高無弧光、無金屬飛濺、焊接煙霧少；在有風(fēng)的環(huán)境中焊接時，埋弧焊的保護效果勝過其它焊接方法設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，焊接位置受限；不適合薄板、鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金焊接不能直接觀察電弧和坡口的對中，容易焊偏3.CO2氣體保護焊

a)原理：利用CO2氣體作為電弧介質(zhì)，并保護電弧、金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。CO2氣體保護焊示意圖3.3、常用的熔焊方法b)特點：不采用藥皮焊條，容易實現(xiàn)自動化，半自動化提高生產(chǎn)率；熱量集中，熱影響區(qū)小，焊接變形小；明弧焊，電弧和熔池的加熱熔化情況清晰可見，便于操作和控制；焊縫表面沒有渣，厚件多層焊時可節(jié)省大量的層間清渣工作，生產(chǎn)率高、產(chǎn)生夾渣等焊縫缺陷的可能性少；容易實現(xiàn)全位置焊接采用大電流時，飛濺大、煙霧多；不適合薄板、鋁、鈦等氧化性強的金屬及其合金焊接；電弧氣氛具有較強的氧化性，需采取含有脫氧劑的焊絲。電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，3.氬弧焊定義：利用氬氣作為電弧介質(zhì)，并保護電弧、金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的電弧焊方法。分為非熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊；非熔化極氬弧焊（TIG）原理：以鎢或鎢合金作為電極材料，在氬氣保護下，利用電極與工件之間產(chǎn)生的電弧熱熔化母材和填充焊絲的焊接過程。3.4、常用的熔焊方法（1）特點：1.鎢極不熔化2.適用于焊接厚度為6mm以下的薄板或打底焊3.焊接鋁、鎂及其合金時，則采用交流電源或直流反接4.熔深淺，生產(chǎn)率低注：氬氣氬氣為惰性氣體,高溫下不溶入液態(tài)金屬,也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng),因此氬氣是一種理想的保護氣體。由于氬弧溫度高,因此一旦引燃,電弧就很穩(wěn)定。氬弧焊一般要求氬氣純度達99.9%,我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬,其純度可達99.9%,完全合乎氬弧焊的要求。氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格,否則就會影響焊縫質(zhì)量。3.4、常用的熔焊方法（2）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，熔化極氬弧焊（MIG）

a)以焊絲作為電極，與母材之間產(chǎn)生電弧，使焊絲和母材熔化，并用氬氣作為保護氣體，保護電弧、金屬熔滴。b)板厚8mm以上的鋁容器時，為使電弧穩(wěn)定，熔化極氬弧焊通常采用直流反接，這對于焊鋁工件正好有“陰極破碎”作用。特點：1.生產(chǎn)率高，成本比TIG焊低2.幾乎可焊接所有金屬，其適合鋁、銅及其合金以及不銹鋼等材料3.4、常用的熔焊方法（3）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，1.焊接電弧產(chǎn)生

電弧是由弧焊電源的空載電壓形成的電場，促使氣體電離和電子發(fā)射，形成強烈而持久的放電現(xiàn)象。引弧方式主要有兩種：接觸短路引弧法和高頻高壓引弧法接觸短路引弧法

焊條或焊絲與焊件接觸短路，產(chǎn)生高溫；短路后訊速地將焊條或焊絲拉開，使的焊條或焊絲端部與焊件表面之間立即產(chǎn)生一個電壓，而產(chǎn)生焊接電弧。在熔化極電弧焊中，手工電弧焊、埋弧自動焊和熔化極氣體保護焊都采用接觸短路引弧法。高頻高壓引弧法

主要用于鎢極氬弧焊中，在鎢極和焊件之間留有2-5mm的間隙，然后加2000-3000V的空載電壓，利用高電壓直接將空氣擊穿，引燃電弧。由于高壓電對人身有危險，通常將其頻率提高到150-260KHz，利用高頻電強烈的集膚效應(yīng)，對人身不會造成危害。4.1、焊接電弧產(chǎn)生電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，1.焊接電弧的極性

當(dāng)采用直流弧焊電源時，焊接電弧極性有正接和反接兩種；

a)正接-焊件接電源輸出端的正極，電極接電源輸出端負(fù)極的接線法，稱為直流正接法。b)反接-焊件接電源輸出端的負(fù)極，電極接電源輸出端正極的接線法，稱為直流反接法。4.1、焊接電弧極性及應(yīng)用（1）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，2.焊接電弧極性的應(yīng)用

4.2、焊接電弧極性及應(yīng)用（2）手工電弧焊

a)酸性焊條，可采用交流也可采用直流；

b)堿性焊條（低氫鈉型焊條）采用直流反接，電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺少，而且焊接時聲音較平靜均勻；

c)焊接厚板一般采用正接。因為陽極區(qū)溫度比陰極區(qū)高，可以獲得較大的熔深；焊接薄板時，采用直流反接，對防止燒穿有利。鎢極氬弧焊一般都采用直流正接和交流，電弧比較穩(wěn)定，鎢極壽命長；采用反接時，鎢極因過熱而損失嚴(yán)重，使用壽命短。熔化極氣體保護焊直流反接，電弧穩(wěn)定，焊絲熔化速度快熔敷效率高。

電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，1.接頭形式焊接接頭的基本形式有四種：對接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭，接頭形式如下圖。

a）對接接頭b）角接接頭c）搭接接頭d）T形接頭5.1、接頭形式和焊接位置（1）

電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，a)平焊:水平面的焊接。b)立焊:垂直平面,垂直方向上的焊接。c)橫焊:垂直平面,水平方向上的焊接。d)仰焊:倒懸平面,水平方向上的焊接。2、焊接位置a)平焊b)立焊c)橫焊d)仰焊5.1、接頭形式和焊接位置（2）

電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，1.焊縫基本術(shù)語:以V型坡口對接焊縫為例123457891126母材焊縫金屬熱影響區(qū)焊縫區(qū)熔合區(qū)寬度焊縫根部焊縫寬度余高根部余高熔合區(qū)5.2、焊縫標(biāo)注（1）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，焊接接頭的完整標(biāo)記5.2、焊縫標(biāo)注（2）2.焊接接頭標(biāo)記：電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，ISO4063中規(guī)定的特征數(shù)字焊接方法DIN1912中規(guī)定的特征符號111手工電弧焊E12埋弧焊UP131熔化極惰性氣體保護焊MIG135熔化極活性氣體保護焊MAG21電阻焊RP311氣焊（氧乙炔焰）G141鎢極氬弧焊TIG3.焊接方法符號5.2、焊縫標(biāo)注（3）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，有封底焊縫Ⅴ型坡口全焊透焊縫焊縫厚，長質(zhì)量評定組別C焊條電弧焊立向上焊接管子環(huán)縫壁厚I型坡口焊縫氣焊質(zhì)量評定組別C橫焊位置4.接頭標(biāo)記實例5.2、焊縫標(biāo)注（4）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，例：角焊縫尺寸標(biāo)記注：對于深熔深焊縫，如尺寸標(biāo)記為s8a65.2、焊縫標(biāo)注（5）5.焊縫尺寸標(biāo)記（ISO2553）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，5.2、焊縫標(biāo)注（6）6.接頭標(biāo)記符號電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，7.表面形狀的輔助符號5.2、焊縫標(biāo)注（7）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，8.符號在基線的位置a)單面焊縫表示b)雙面焊縫表示c)其它表示符號表示環(huán)形分布角焊縫現(xiàn)場安裝焊縫5.2、焊縫標(biāo)注（8）電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，6.1、焊接缺陷（1）定義：在沿著焊趾的母材部位燒熔形成的溝槽或凹陷。產(chǎn)生的原因：主要是電弧熱量太高，既焊接電流太大，以及運條速度不當(dāng)所造成。在角焊時，經(jīng)常由于焊條角度或電弧長度不適當(dāng)而造成。埋弧焊時，往往是由于焊接速度過高而產(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，保持運條均勻。在角焊時，焊條要采用合適的角度和保持電弧長度。埋弧焊時，應(yīng)正確地選擇焊接工藝參數(shù)。1.咬邊定義：焊接時，熔池中的氣體在凝固時未能逸出而殘留在焊縫中所形成的空穴，稱為氣孔。2.氣孔電弧在非熔化極(通常是鎢極)和工件之間燃燒，定義：焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：坡口角度過小、間隙過小或鈍邊過大；焊接電流太小；焊接速度過快；電弧電壓偏低；焊（或焊絲）可焊性不好；清根不徹底。預(yù)防措施：正確選用加工坡口尺寸，保證必須的裝配間隙，正確選用焊接電流和焊接速度，認(rèn)真操作，仔細清理層間或母材邊緣的氧化物和熔渣等。3.未焊透4.未熔合定義：熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未完全熔化結(jié)合的部分。產(chǎn)生原因：主要是焊接線能量太低，電弧偏吹，坡口側(cè)壁有銹垢及污物，層間清渣不徹底等。防止措施：正確地選用焊接線能量，（焊接電流）認(rèn)真操作，加強層間清理等。