大學(xué)化工機(jī)械基礎(chǔ)4焊接

2023/9/21第一節(jié)電弧焊利用電弧熱量加熱并熔化金屬進(jìn)行焊接一、焊接電弧一種強(qiáng)烈的持久的氣體放電現(xiàn)象。在一定的電場作用下，將電弧空間的氣體介質(zhì)電離，帶電質(zhì)點(diǎn)分別向著電場的兩極方向運(yùn)動(dòng)，使局部氣體空間導(dǎo)電，而形成電弧。第1頁/共62頁2023/9/22引燃電弧：接觸引弧和非接觸引弧。手工電弧焊采用接觸引弧。瞬時(shí)接觸短路使接觸點(diǎn)上電流密度相當(dāng)大；氧化皮電阻大產(chǎn)生熱，使金屬熔化蒸發(fā)。焊條提起，空間內(nèi)充滿了金屬蒸氣和空氣，其中某些原子可能已被電離。剛拉開瞬間，陰極發(fā)射電子。氣體介質(zhì)被撞擊電離,電弧溫度進(jìn)一步升高,開始引燃。維持一定電壓，連續(xù)放電，電弧連續(xù)燃燒。

第2頁/共62頁2023/9/23非接觸引弧一般借助于高頻或高壓脈沖引弧裝置，使陰極表面產(chǎn)生強(qiáng)場發(fā)射，電子流與氣體介質(zhì)撞擊，使其離解導(dǎo)電陰極區(qū)溫度2400K左右，放熱量38％；陽極區(qū)溫度2600K左右，熱量占42％；弧柱區(qū)中心溫度達(dá)5000－8000K，熱量占20％左右。第3頁/共62頁2023/9/24二、手工電弧焊設(shè)備簡單,操作靈活,對(duì)不同位置、不同接頭焊縫均能方便焊接，目前仍廣泛使用。第4頁/共62頁2023/9/25短路，隨即分開（約2－4mm）引燃電弧。電弧下工件熔化構(gòu)成一個(gè)半卵形熔池。藥皮熔化,氣體隔絕空氣,免于氧、氮侵害；溶渣,噴向熔池或與焊芯熔滴噴向溶池。第5頁/共62頁2023/9/26在電弧及熔池中，液態(tài)金屬、熔渣和電弧氣體間發(fā)生某種物理化學(xué)變化，熔池內(nèi)氣體和渣上浮。電弧移去,溫度降低，金屬和渣凝固,結(jié)晶連接。渣殼脫落露出帶魚鱗紋狀的金屬焊縫。第6頁/共62頁2023/9/27交流電焊機(jī)實(shí)質(zhì)上是一種特殊的變壓器，將工業(yè)用電的電壓降低。瞬時(shí)熄弧、重新引弧和再次穩(wěn)定燃燒，交流電弧穩(wěn)定性較差。但因結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、造價(jià)低廉和省電等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛采用

第7頁/共62頁2023/9/28直流電焊機(jī)又分為旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)和硅整流式直流電焊機(jī)。前者成本高、噪音大、重量大、維護(hù)不方便。硅整流式直流電焊機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，已逐漸替代旋轉(zhuǎn)式直流電焊機(jī)。電弧持續(xù)而穩(wěn)定，焊縫質(zhì)量容易保證。第8頁/共62頁2023/9/29焊條接負(fù)極、工件接正極時(shí)為正接法；反之為反接法。一般用堿性低氫型焊條（如J507），為使電弧穩(wěn)定燃燒，規(guī)定用直流反接法；用酸性焊條（如J422）焊接厚鋼板時(shí)，用正接法，因?yàn)殛枠O部分溫度高于陰極部分，用正接法可得到較大的熔深；焊接薄鋼板及有色金屬采用反接法。第9頁/共62頁2023/9/210三、埋弧自動(dòng)焊引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動(dòng)及焊接收尾等過程完全由機(jī)械完成。第10頁/共62頁2023/9/21130－50mm厚的粒狀焊劑，電弧熱量使焊絲、工件和焊劑溶化，形成金屬熔池，使它們與空氣隔絕。低碳鋼用H08A，配高錳高硅型焊劑HJ431第11頁/共62頁2023/9/212埋弧自動(dòng)焊的主要優(yōu)點(diǎn)是：1）生產(chǎn)率高用大電流，熔深大，生產(chǎn)率較高。對(duì)于20mm以下的對(duì)接焊可不開坡口,不留間隙，填充金屬少2）焊縫質(zhì)量高保護(hù)完善，雜質(zhì)較少，易獲得穩(wěn)定高質(zhì)量的焊縫。3）勞動(dòng)條件好沒有弧光輻射，勞動(dòng)條件較好。最常用。適于批量大，較厚較長的直線及較大直徑的環(huán)形焊縫的焊接。第12頁/共62頁2023/9/213埋弧自動(dòng)焊的不足之處1)不及手工焊靈活，一般只適合于水平位置或傾斜度不大的焊縫；2)工件邊緣準(zhǔn)備和裝配質(zhì)量要求較高、費(fèi)工時(shí)；3)由于埋弧操作，看不到熔池和焊縫形成過程，必須嚴(yán)格控制焊接規(guī)范。第13頁/共62頁2023/9/214四、氬弧焊氬氣的電離勢較高，引弧較困難，常借用高頻振蕩器產(chǎn)生高頻高壓電引弧。氬氣的散熱能力較低，一旦引燃后，能較穩(wěn)定地燃燒。氬弧焊按所用的電極不同分為兩種：非熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊。

第14頁/共62頁2023/9/2151、非熔化極氬弧焊（TIG焊）電極只發(fā)射電子、產(chǎn)生電弧，本身不熔化，常用熔點(diǎn)較高的釷鎢棒或鈰鎢棒作為電極，又叫鎢極氬弧焊?？梢杂檬止みM(jìn)行，也可以自動(dòng)進(jìn)行。第15頁/共62頁2023/9/216非熔化極氬弧焊（TIG焊）防止電極熔化和燒損，電流不能過大，常用于焊接4mm以下的薄板，管子對(duì)接、管子與管板的連接第16頁/共62頁2023/9/2172、熔化極氬弧焊（MIG焊）焊絲為電極，焊接電流可大大提高，適用于中、厚板焊接，如化工容器筒體的焊接。焊接過程可采用自動(dòng)或半自動(dòng)方式

第17頁/共62頁2023/9/218金屬熔滴沿焊絲軸向高速噴射入溶池。不短路，電弧燃燒穩(wěn)定，無飛濺，焊縫成形好，熔透深度增加，用于焊接厚度為3mm以上的金屬。焊接成本高。焊接易氧化的有色金屬、稀有金屬、高強(qiáng)度合金鋼及一些特殊用途的高合金鋼（不銹鋼、耐熱鋼）。

第18頁/共62頁2023/9/219近三十年來，發(fā)展了鎢極、熔化極脈沖氬弧焊，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。用可控的脈沖電流代替連續(xù)電流，控制電弧能量，精確控制熔池體積、焊縫熔深及溶滴過渡等，可焊接薄板或超薄板構(gòu)件。直流脈沖TIG焊可焊小至0.1mm的薄板。第19頁/共62頁2023/9/220第二節(jié)焊接接頭和坡口形式對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭和搭接接頭一、對(duì)接接頭容易焊透，受力情況好，應(yīng)力均勻，聯(lián)接強(qiáng)度高，焊接接頭質(zhì)量容易保證。坡口的主要作用是保證焊透第20頁/共62頁2023/9/221X形坡口可減少焊條金屬量二分之一，變形及內(nèi)應(yīng)力小較重要的焊接結(jié)構(gòu)用U形坡口第21頁/共62頁2023/9/222等厚度焊接，避免焊不透或燒穿；薄板≤10mm，兩板厚度差≥3mm；薄板>10mm而厚度差大于薄板30％，或超過5mm時(shí)，削薄厚度邊緣。第22頁/共62頁2023/9/223二、T形接頭和角接接頭分不開坡口、單邊和雙邊V形及K形坡口第23頁/共62頁2023/9/224應(yīng)力不均，焊縫根部有較大應(yīng)力集中，

第24頁/共62頁2023/9/225三、搭接接頭不開坡口,均屬角焊縫,分端焊縫和側(cè)焊縫第25頁/共62頁2023/9/226第26頁/共62頁2023/9/227第三節(jié)焊接材料一、手工電弧焊用焊接材料電焊條：內(nèi)部鋼芯和外側(cè)藥皮1、鋼芯主要作用導(dǎo)電，并在焊條端部形成具有一定成分的熔敷金屬。要求焊芯盡量減少有害元素的含量，限制S、P，有些焊條要求焊芯控制As、Sb、Sn等元素。第27頁/共62頁2023/9/2282、藥皮又稱為涂料，保證熔敷金屬具有一定的成分和性能。采用氧化物、碳酸鹽、硅酸鹽、有機(jī)物、氟化物、鐵合金及化工產(chǎn)品等上百種原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。第28頁/共62頁2023/9/229藥皮中各種組分作用：1）穩(wěn)弧劑：凡易電離的物質(zhì)均能穩(wěn)弧。用堿金屬及堿土金屬化合物，碳酸鉀、碳酸鈉、大理石等。2）造渣劑：形成溶渣，覆蓋熔化金屬表面，保護(hù)熔池及改善焊縫成形3）脫氧劑：降低含氧量，提高機(jī)械性能。主要脫氧劑有錳鐵、硅鐵、鈦鐵。4）造氣劑：高溫下分解出氣體，保護(hù)電弧及熔池，防止空氣中氧和氮侵入第29頁/共62頁2023/9/230藥皮中各種組分作用：5）合金劑：補(bǔ)償合金元素的燒損及向焊縫過渡合金元素，以保證焊縫的化學(xué)成分及性能等。6）增塑潤滑劑：增加藥皮粉料在焊條壓涂過程的塑性、滑性及流動(dòng)性，以提高焊條的壓涂質(zhì)量，減小偏心度。7）粘接劑：使藥皮粉料在壓涂過程中有一定粘性，與焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有一定的強(qiáng)度。第30頁/共62頁2023/9/2313、電焊條的分類（1）按用途分第31頁/共62頁2023/9/232第32頁/共62頁2023/9/233（2）按熔渣的堿度分類酸性焊條和堿性焊條。酸性焊條焊接工藝性好，成形整潔,去渣容易，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣。但藥皮氧化性強(qiáng)使合金元素?zé)龘p大,機(jī)械性能（沖擊韌性）比較低。酸性焊條一般均可用交直流電源。典型的酸性焊條是J422。第33頁/共62頁2023/9/234堿性焊條焊接的焊縫機(jī)械性能良好，特別是沖擊韌性比較高，主要用于重要結(jié)構(gòu)的焊接。氟化物粉塵有害，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場的通風(fēng)排氣，以改善勞動(dòng)條件。典型的堿性焊條有J507。第34頁/共62頁2023/9/235（3）按焊條藥皮主要成分分類當(dāng)藥皮中含有30％以上的二氧化鈦及20％以下的鈣、鎂的碳酸鹽時(shí)，就稱為鈦鈣型。第35頁/共62頁2023/9/236第36頁/共62頁2023/9/2374、電焊條牌號(hào)與型號(hào)(1)焊條牌號(hào)是焊條產(chǎn)品的具體命名。根據(jù)主要用途及性能特點(diǎn)命名。每種產(chǎn)品只有一個(gè)牌號(hào)，但多種牌號(hào)可同時(shí)對(duì)應(yīng)于一種型號(hào)。焊條牌號(hào)通常以一個(gè)漢語拼音字母（或漢字）與三位數(shù)字表示。第37頁/共62頁2023/9/238結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號(hào)J422，中“J”表示結(jié)構(gòu)鋼焊條,按用途分第一、二位數(shù)字“42”表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度等級(jí)（用MPa值的1/10表示），末位數(shù)字“2”表示藥皮類型及焊接電源的種類第38頁/共62頁2023/9/239第39頁/共62頁2023/9/240奧氏體鉻鎳不銹鋼焊條牌號(hào)A132中“A”表示奧氏體不銹鋼焊條；第一、第二位數(shù)字表示焊縫金屬主要化學(xué)成分組成末位數(shù)字表示藥皮類型和焊接電源種類第40頁/共62頁2023/9/241（2）焊條型號(hào)是以焊條國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)、反映焊條主要特性的一種表示方法。焊條型號(hào)根據(jù)焊縫金屬的力學(xué)性能、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類劃分。第41頁/共62頁2023/9/242碳鋼焊條型號(hào)E4315中“E”表示焊條；前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值，單位為MPa值的1/10；第三位數(shù)字表示焊條焊接位置，“0”及“1”表示用于全位置焊接（平、立、仰、橫），“2”表示適用于平焊及平角焊，“4”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。第42頁/共62頁2023/9/243常用焊條a.E4303、E5003焊條鈦鈣型。主要用于較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)。b.E4315、E5015焊條低氫鈉型，主要用于重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)及低合金鋼結(jié)構(gòu)，也被用于焊接高硫鋼和涂漆鋼c.E4316、E5016型焊條低氫鉀型，電弧穩(wěn)定，主要用于重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)與低合金鋼結(jié)構(gòu)。第43頁/共62頁2023/9/244低合金鋼焊條型號(hào)如E5018－A1，后綴字母為熔敷金屬的化學(xué)成分分類代號(hào)第44頁/共62頁2023/9/245不銹鋼焊條型號(hào)E308－15，字母E表示焊條，“E”后面數(shù)字表示熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào)，短劃“-”后面的兩位數(shù)字表示焊條藥皮類型、焊接位置及焊接電流種類第45頁/共62頁2023/9/246第46頁/共62頁2023/9/247第47頁/共62頁2023/9/248二、埋弧焊用焊絲和焊劑焊絲牌號(hào)與優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼號(hào)的表示方法類似，前面加上“H”。強(qiáng)度鋼用焊絲牌號(hào)如H08、H08A、H10Mn2。若牌號(hào)最后帶有A字，表示為S、P含量較少的優(yōu)質(zhì)焊絲。第48頁/共62頁2023/9/249國產(chǎn)焊劑依據(jù)化學(xué)成分分類，在牌號(hào)前面加HJ，如HJ431。第一位數(shù)字表示氧化錳的平均含量，如“４”表示含MnO>30％；第二位數(shù)字表示二氧化硅、氟化鈣的平均含量，如“３”表示高硅低氟型（SiO2>30%,CaF2<10%）；末位數(shù)字表示同類焊劑的不同序號(hào)。第49頁/共62頁2023/9/250（GB5293-85）規(guī)定焊劑型號(hào)：HJ401－H08A的焊劑，用H08A焊絲按本標(biāo)準(zhǔn)，抗拉強(qiáng)度為412－550MPa，屈服強(qiáng)度不小于330MPa，伸長率不小于22％，在0℃時(shí)沖擊值不小于34.3J/cm2

。第50頁/共62頁2023/9/251三、焊條、焊絲及焊劑的選用焊縫機(jī)械性能與基體金屬一致；其次，在化學(xué)成分方面接近基體還應(yīng)根據(jù)焊接位置及板厚確定藥皮類型。常用鋼號(hào)查表2-15，不同鋼號(hào)相焊接查表2-16第51頁/共62頁2023/9/252第四節(jié)焊接缺陷與焊接質(zhì)量檢驗(yàn)一、焊接缺陷1、焊接變形應(yīng)力超過屈服極限產(chǎn)生焊接變形；超過強(qiáng)度極限會(huì)出現(xiàn)裂縫。第52頁/共62頁2023/9/2532、焊縫的外部缺陷（1）焊縫增強(qiáng)過高坡口的角度開得太小或焊接電流過小應(yīng)力集中，為提高疲勞壽命，要求將焊縫的增強(qiáng)高鏟平。第53頁/共62頁2023/9/254（2）焊縫過凹焊縫工作截面減小使接頭處強(qiáng)度降低。（3）焊縫咬邊在工件上沿焊縫邊緣形成凹陷。減少工作截面，并造成嚴(yán)重應(yīng)力集中。第54頁/共62頁2023/9/255（4）焊瘤對(duì)靜載強(qiáng)度無影響引起應(yīng)力集中，使動(dòng)載強(qiáng)度降低。（5）燒穿部分熔化金屬從焊縫反面漏出，甚至燒穿成洞，使接頭強(qiáng)度下降。第55頁/共62頁2023/9/2563、焊縫內(nèi)部缺陷（1）未焊透應(yīng)力集中嚴(yán)重，降低強(qiáng)度，開裂根源。（2）夾渣減少工作截面，造成應(yīng)力集中，降低焊縫強(qiáng)度和沖擊韌性。（3）氣孔減少有效工作截面，降低機(jī)械強(qiáng)度。（4）裂紋熱裂紋和冷裂紋第56頁/共62頁2023/9/257熱裂紋是由液態(tài)到固態(tài)結(jié)晶中產(chǎn)生焊縫中存在低熔點(diǎn)物質(zhì)（FeS），受到較大的焊接應(yīng)力，容易在晶粒之間引起破裂。焊件及焊條內(nèi)含S、Cu等雜質(zhì)多時(shí)，容易產(chǎn)生熱裂紋。熱裂紋有沿晶界