16Mn鋼焊接研究——畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

1、16mn 鋼焊接研究鋼焊接研究 摘摘 要要 16mn 鋼是具有高強(qiáng)度、高韌性和耐腐蝕等優(yōu)良特性的低合金高強(qiáng)鋼，是我國(guó)低合 金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種，廣泛用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高 壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。鑒于 16mn 鋼在我國(guó)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中 的重要性，而 16mn 鋼的焊接又是 16mn 鋼應(yīng)用中必不可少的一道工藝技術(shù),因此 16mn 鋼的焊接進(jìn)行研究對(duì)實(shí)踐應(yīng)用意義重大。本課題采用焊條電弧焊對(duì) 16mn 鋼進(jìn)行焊接， 分析焊接接頭的組織和性能的變化；并對(duì)得到的焊接接頭進(jìn)行正火處理，分析熱處理 前后焊接接頭組織和性能的變化。 結(jié)果表明，焊接接頭焊縫區(qū)組織為柱

2、狀晶；熔合區(qū)為粗大晶粒；過熱區(qū)為魏氏組 織；完全結(jié)晶區(qū)為細(xì)小的鐵素體和珠光體；不完全結(jié)晶區(qū)一部分為細(xì)小的鐵素體和珠 光體，一部分為粗大的鐵素體。由于熔合區(qū)粗大晶粒和過熱區(qū)魏氏組織的存在使得 16mn 鋼焊接接頭可能存在冷裂紋和熱影響區(qū)脆化等缺陷。所以對(duì)其進(jìn)行焊后正火處理， 熱處理后的焊接接頭晶粒明顯比未熱處理過的要細(xì)小，組織結(jié)構(gòu)更加均勻。硬度也相 應(yīng)的有所升高。因此，熱處理可以改善焊接接頭的組織，并提高其性能。 本課題研究的 16mn 鋼焊條電弧焊工藝、焊接接頭組織和性能以及焊后熱處理工 藝可為實(shí)踐生產(chǎn)中 16mn 鋼的焊接提供參考。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：16mn 鋼；焊條電弧焊；焊接接頭；組織和

3、性能；熱處理 welding research of 16mn steel abstract 16mn steel is a low alloy high strength steel which has high strength, high toughness and corrosion resistance and other excellent characteristics. it has the largest amount and the largest steel production among the low alloy high strength steel in chi

4、na. it is widely used in manufacture of bridges, ships, vehicles, boilers, pressure vessels, pipelines, large steel structure. in view of the importance of 16mn steel in ours industry and national economy, also 16mn steel welding is an essential technology, so the welding of steel 16mn study is sign

5、ificant for practical application. in this issue 16mn steel was welded by smaw, the changes welded joint were analyzed in the organization and performance; welded joints were obtained by normalizing processing, and analyzed the changes of the organization and performance between before and after hea

6、t treatment. the results show that the weld zone is the columnar crystal; fusion zone is coarse crystal; hot area is the widmanstatten structure; completely crystalline region is the ferrite and pearlite; one part of incomplete crystalline region is the small ferrite and pearlite, another is the coa

7、rse ferrite. the coarse crystal of the 16mn steel welded joint fusion zone and the widmanstatten structure of the 16mn steel welded joint hot area as the result of cold cracking and haz. so it was processed by normalizing after welding, welded joints after heat treatment were significantly higher th

8、an the grain is not heat treated to small and more uniform structure. hardness was increased accordingly. therefore, heat treatment of welded joints can improve the organization and improve its performance. research of 16mn steels smaw, microstructure and properties of welded joints, heat treatment

9、after welding can be used as a reference of the welding of 16mn steel in practice. keywords: 16mn steel; electrode arc welding; welded joint; microstructure and properties; heat treatment 目目 錄錄 引引 言言.1 第第 1 章章 緒緒 論論.2 1.1 背景與意義.2 1.2 發(fā)展概況.2 1.3 來源與內(nèi)容.3 第第 2 章章 焊接理論知識(shí)焊接理論知識(shí).4 2.1 焊接性及其實(shí)驗(yàn)評(píng)定.4 2.1.1 焊接

10、性及影響因素.4 2.1.2 焊接性評(píng)定原則及方法.5 2.2 焊接接頭及組織和性能.7 2.2.1 焊接接頭的概念.7 2.2.2 焊接接頭的基本形式.8 2.2.3 焊接接頭的設(shè)計(jì)要求.10 2.2.4 坡口的基本形式.10 2.2.5 焊接接頭特性.11 2.3 焊條電弧焊.13 2.3.1 焊條電弧焊概述.13 2.3.2 焊接設(shè)備及輔助工具.13 2.3.3 焊條電弧焊基礎(chǔ).16 2.3.4 焊條電弧焊工藝參數(shù).18 2.3.5 焊條電弧焊的基本操作技術(shù).19 2.3.6 常見的焊條電弧焊缺陷及防治措施.21 第第 3 章章 實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)過程.22 3.1 16mn 的焊接.22 3

11、.1.1 16mn 鋼簡(jiǎn)介.22 3.1.2 16mn 鋼的焊接性.23 3.1.3 16mn 鋼的焊接工藝參數(shù).23 3.2 金相試樣的制備、觀察及其硬度測(cè)試.25 3.2.1 金相試樣的制備.25 3.2.2 金相試樣的觀察.26 3.2.3 試樣的硬度測(cè)試.26 第第 4 章章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析.28 4.1 焊接接頭金相組織分析.28 4.1.1 焊縫區(qū).28 4.1.2 熔合區(qū).28 4.1.3 過熱區(qū).29 4.1.4 完全結(jié)晶區(qū).29 4.1.5 不完全結(jié)晶區(qū).30 4.1.6 母材.31 4.2 焊接接頭硬度分析.31 結(jié)論與展望結(jié)論與展望.34 結(jié)論.34 展望.35

12、 致致 謝謝.36 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).37 附錄附錄 a 引用的英文資料及翻譯引用的英文資料及翻譯.38 附錄附錄 b 主要參考文獻(xiàn)及摘要主要參考文獻(xiàn)及摘要.47 插圖清單插圖清單 圖 2-1 焊接接頭示意圖.7 圖 2-2 焊接接頭的基本類型.8 圖 2-3 對(duì)接接頭的幾種形式.8 圖 2-4 t 型接頭.9 圖 2-5 搭接接頭.9 圖 2-6 角接接頭.10 圖 2-7 對(duì)接焊縫坡口形式.11 圖 2-8 角接和 t 形接頭的坡口.11 圖 2-9 焊條電弧焊的過程.13 圖 2-10 動(dòng)鐵式交流弧焊機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖.14 圖 2-11 同體式焊接結(jié)構(gòu)圖.14 圖 2-12 動(dòng)圈式焊機(jī)結(jié)構(gòu).

13、14 圖 2-13 電捍鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù).16 圖 2-14 電捍鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù).16 圖 2-15 焊條的組成.17 圖 2-16 幾種常見的運(yùn)條方式.20 圖 3-1 維氏硬度試驗(yàn)原理圖.27 圖 4-1 16mn 鋼焊接接頭焊縫區(qū)200.28 圖 4-2 16mn 鋼焊接接頭熔合區(qū)200.29 圖 4-3 16mn 鋼焊接接頭過熱區(qū)200.29 圖 4-4 16mn 鋼焊接接頭完全結(jié)晶區(qū)200.30 圖 4-5 16mn 鋼焊接接頭不完全重結(jié)晶區(qū)200.30 圖 4-6 16mn 鋼焊接接頭母材200.31 圖 4-7 16mn 鋼焊接接頭硬度變化曲線.32 表格清單表格清

14、單 表 2-1 焊條電弧焊機(jī).14 表 2-2 電捍鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù).15 表 3-1 16mn 鋼化學(xué)成分.22 表 3-2 不同環(huán)境溫度下焊接 16mn 鋼的預(yù)熱溫度.23 表 3-3 16mn 鋼焊條電弧焊的工藝參數(shù).24 表 4-1 16mn 鋼焊接接頭熱處理前后維氏硬度值.32 引引 言言 本課題研究是本科教學(xué)工作中實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題，是對(duì)所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)的一次總結(jié) 概括和實(shí)踐應(yīng)用。焊接工藝是金屬應(yīng)用中最重要的連接技術(shù)之一，通過對(duì) 16mn 鋼焊 接的研究，對(duì)焊接工藝有個(gè)基本的了解。 主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括 16mn 鋼焊接工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，焊后熱處理工藝的設(shè)計(jì) 及實(shí)驗(yàn)，焊接接頭金相試

15、樣的制備，顯微組織的觀察，焊接接頭的硬度測(cè)量實(shí)驗(yàn)，最 后是組織和性能的測(cè)定與分析。通過這些工作，不僅加深對(duì)所學(xué)焊接理論知識(shí)的理解 和掌握，了解當(dāng)代焊接的前沿技術(shù)，同時(shí)提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力，鍛煉 和培養(yǎng)動(dòng)手和操作能力，為今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)。 隨著全球科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步以及新材料、新能源、新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)， 傳統(tǒng)的焊接方法和工藝（如焊條電弧焊、co2氣體保護(hù)焊、氬弧焊等）已經(jīng)無法滿足 新時(shí)代工業(yè)對(duì)焊接性能的要求。激光焊、超聲波焊、等離子弧焊、摩擦焊、爆炸焊等 一些高新技術(shù)不斷成熟完善。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

16、工程工藝學(xué)科。焊接成形精確化、焊接 生產(chǎn)自動(dòng)化和過程控制智能化、優(yōu)質(zhì)高效的焊接工藝將不斷涌現(xiàn)，特殊材料及特殊環(huán) 境下焊接技術(shù)，焊接過程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)焊接技術(shù)也將 不斷向材料科學(xué)和工程的新興領(lǐng)域滲透和拓展1。 本試驗(yàn)是在前人的研究基礎(chǔ)上對(duì) 16mn 鋼進(jìn)行焊條電弧焊，分析其焊接接頭組織 和性能。試驗(yàn)的結(jié)果為 16mn 鋼焊條電弧焊后，焊接接頭焊縫區(qū)組織為柱狀晶；熔合 區(qū)為粗大晶粒；過熱區(qū)為魏氏組織；完全結(jié)晶區(qū)為細(xì)小的鐵素體和珠光體；不完全結(jié) 晶區(qū)一部分為細(xì)小的鐵素體和珠光體，一部分為粗大的鐵素體。除去由于熔合區(qū)粗大 晶粒和過熱區(qū)魏氏組織的存在，使得 16mn 鋼焊接接頭

17、可能存在冷裂紋和熱影響區(qū)脆 化等缺陷外，具有良好的焊接性能。經(jīng)正火處理后，焊接接頭晶粒明顯比未熱處理過 的要細(xì)小，組織結(jié)構(gòu)更加均勻，硬度也相應(yīng)的有所升高，接頭的組織和性能有明顯的 提升。實(shí)驗(yàn)研究中的焊接工藝和設(shè)備比較傳統(tǒng)，但在實(shí)驗(yàn)中我們要學(xué)會(huì)基本的實(shí)驗(yàn)方 案設(shè)計(jì)和思路分析，及一般的實(shí)驗(yàn)操作，為以后工作中相關(guān)的焊接工藝和組織、性能 的處理分析打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 第第 1 章章 緒緒 論論 1.1 背景與意義背景與意義 16mn 是舊國(guó)標(biāo) gb/t15911988 中的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)，新國(guó)標(biāo) gb/t15911994 中的牌號(hào)為 q345。由于 16mn 鋼具有良好的 綜合性能、低溫性 能

18、、冷沖壓性能、焊接性能和可切削性能 ，使用狀態(tài)的組織為細(xì)晶粒的鐵素體 珠光體，強(qiáng)度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 q235 高約 20%30%，耐大氣腐蝕性能高 20%38%。16mn 鋼是我國(guó)低合金高強(qiáng)鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種，主要用于制 造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。 焊接是指同種或異種材料通過加熱或加壓或兩者并用，并且用或不用填充材料， 使被焊工件間原子或分子相互結(jié)合和擴(kuò)散形成永久性連接的加工工藝過程。 焊接是一門古老的加工技術(shù)，是隨著人類對(duì)金屬的應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生。我國(guó)早在 3000 多年前的商朝就有了使用鑄焊工藝制造的鐵刃銅鉞兵器。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在他的科 學(xué)著作天

19、工開物中也有關(guān)于鍛焊工藝的詳細(xì)文字記載。中世紀(jì)，在敘利亞大馬士 革也曾用鍛焊制造兵器。當(dāng)然古代焊接技術(shù)長(zhǎng)期停留在鑄焊、鍛焊和釬焊的水平上， 使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長(zhǎng)焊縫工件的焊接， 只能用以制作裝飾品、簡(jiǎn)單的工具和武器3。 鑒于 16mn 鋼在我國(guó)工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性，而 16mn 鋼的焊接又是 16mn 鋼應(yīng)用中必不可少的一道工藝技術(shù)，因而開設(shè)本課題，通過對(duì) 16mn 鋼的焊接進(jìn) 行研究，以及對(duì)其焊接接頭組織和性能的分析，不僅加深對(duì)所學(xué)焊接理論知識(shí)的理解 和掌握，了解當(dāng)代焊接的前沿技術(shù)，同時(shí)提高分析和解決實(shí)際問題的能力，鍛煉和培 養(yǎng)動(dòng)手和操作能力，為

20、今后從事相關(guān)工作奠定基礎(chǔ)，同時(shí)，該課題得到的結(jié)論也可以 為實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)提供參考。 1.2 發(fā)展概況發(fā)展概況 現(xiàn)代焊接工藝是19世紀(jì)末和20世紀(jì)初現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，特別是冶金學(xué)、 金屬學(xué)、力學(xué)、電工、電子學(xué)等迅速發(fā)展的結(jié)果。1885年發(fā)現(xiàn)了氣體放電的現(xiàn)象， 1930年發(fā)明了涂藥焊條電弧焊方法，并在此基礎(chǔ)上發(fā)明了埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化 極氬弧焊以及二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等自動(dòng)或半自動(dòng)的焊接方法。電阻焊則是1886年發(fā) 明的，此后逐漸完善為電阻點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊方法，它幾乎與電弧焊同時(shí)推向工業(yè)應(yīng) 用，逐步取代鉚接，成為工業(yè)中廣泛應(yīng)用的兩種主要焊接方法。到目前為止，又相繼 發(fā)明了電子束焊、激光焊等2

21、0余種基本方法和成百種派生方法，并且仍處于繼續(xù)發(fā)展 之中。在現(xiàn)代工業(yè)中，金屬是不可缺少的重要材料。在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的制造過程中， 需要把各種各樣加工好的零件按設(shè)計(jì)要求連接起來制成產(chǎn)品，由于焊接不但易于保證 焊接結(jié)構(gòu)等強(qiáng)度的要求，而且相對(duì)來說工藝比較簡(jiǎn)單，加工成本也比較低廉，所以焊 接技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用和飛速發(fā)展，也是將這些零件連接起來的一種最理想的加工方 法。 焊接技術(shù)發(fā)展到今天，幾乎所有部門（如機(jī)械制造、船舶行業(yè)、海洋開發(fā)、汽車 行業(yè)、機(jī)車車輛、石油化工、航空航天、原子能、電力能源、電子技術(shù)、建筑及家用 電器等）都離不開焊接技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界年產(chǎn)量45的鋼和大量有色 金屬，都是通過

22、焊接加工形成產(chǎn)品的。因此可以這樣說，焊接技術(shù)的發(fā)展水平是衡量 一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)程度的重要標(biāo)志之一，沒有現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展，就不會(huì)有現(xiàn) 代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的今天。 在人類社會(huì)步入 21 世紀(jì)的今天，隨著全球科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步以及新材料、 新能源、新結(jié)構(gòu)的不斷涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的焊接方法和工藝已經(jīng)無法滿足新時(shí)代工業(yè)對(duì)焊接 性能的要求。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。未來焊接技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是：焊接成形精 確化、焊接生產(chǎn)自動(dòng)化和過程控制智能化、優(yōu)質(zhì)高效的焊接工藝將不斷涌現(xiàn)，特殊材 料及特殊環(huán)境下焊接技術(shù)，焊接過程計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)將得

23、到不斷發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)焊 接技術(shù)也將不斷向材料科學(xué)和工程的新興領(lǐng)域滲透和拓展2。 1.3 來源與內(nèi)容來源與內(nèi)容 本課題來源于實(shí)踐教學(xué)工作中實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題。主要實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括 16mn 鋼焊接工 藝參數(shù)的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，焊后熱處理工藝的設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)，焊接接頭金相試樣的制備，顯 微組織的觀察，焊接接頭的硬度測(cè)量實(shí)驗(yàn)，最后是組織和性能的測(cè)定與分析。 第第 2 章章 焊接理論知識(shí)焊接理論知識(shí) 2.1 焊接性及其實(shí)驗(yàn)評(píng)定焊接性及其實(shí)驗(yàn)評(píng)定 2.1.1 焊接性及影響因素焊接性及影響因素 1、焊接性概念 焊接性是指同質(zhì)材料或異質(zhì)材料在制造工藝條件下，能夠焊接形成完整接頭并滿 足預(yù)期使用要求的能力。換句話說，焊接性是材

24、料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，指材料在一 定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式等），獲得優(yōu) 質(zhì)焊接接頭的難易程度和該焊接接頭能否在使用條件下可靠運(yùn)行。 2、影響焊接性的因素 焊接性與材料、設(shè)計(jì)、工藝和服役環(huán)境等因素有密切關(guān)系，人們不可能脫離這些 因素而簡(jiǎn)單地認(rèn)為某種材料的焊接性好或不好，也不能只用某一種指標(biāo)來概括某種材 料的焊接性。 （1）材料因素 材料因素包括母材本身和使用的焊接材料。母材和焊材在焊接過程中直接參與熔 池或熔合區(qū)的冶金反應(yīng)，對(duì)焊接性和焊接質(zhì)量有重要影響。母材或焊接材料選用不當(dāng) 時(shí)，會(huì)造成焊縫成分不合格、力學(xué)性能和其他使用性能降低，甚至導(dǎo)致裂紋、氣孔、 夾渣等

25、焊接缺陷，也就是使工藝焊接性變差。因此，正確的選用母材和焊接材料是保 證焊接性良好的重要因素。 （2）設(shè)計(jì)因素 焊接接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)影響應(yīng)力狀態(tài)，從而對(duì)焊接性產(chǎn)生影響。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)使 接頭處的應(yīng)力處于較小的狀態(tài)，能夠自由收縮，這樣有利于減小應(yīng)力集中和防止焊接 裂紋。接頭處的缺口、截面突變、堆高過大、交叉焊縫等都容易引起應(yīng)力集中，要盡 量避免。不必要的怎大母材厚度或焊縫體積，會(huì)產(chǎn)生多向應(yīng)力，也要避免。 （3）工藝因素 對(duì)于同一種母材，采用不同的焊接方法和工藝措施，所表現(xiàn)出來的焊接性有很大 的差異。發(fā)展新的焊接方法和新的工藝措施是改善工藝焊接性的重要途徑。 焊接方法對(duì)焊接性的影響首先表現(xiàn)在焊接熱源

26、能量密度、溫度以及熱量輸人上， 其次表現(xiàn)在保護(hù)熔池及接頭附近區(qū)域的方式上。工藝措施對(duì)防止焊接缺陷，提高接頭 使用性能有重要的作用。最常見的工藝措施是焊前預(yù)熱、緩冷和焊后熱處理，這些工 藝措施對(duì)防止熱影響區(qū)淬硬變脆、減小焊接應(yīng)力、避免氫致冷裂紋等是較有效的措施。 合理安排焊接順序也能減小應(yīng)力和變形，原則上應(yīng)使被焊工件在整個(gè)焊接過程中盡量 處于無拘束而自由膨脹和收縮的狀態(tài)。焊后熱處理可以消除殘余應(yīng)力，也可以使氫逸 出而防止延遲裂紋。 （4）服役因素 焊接結(jié)構(gòu)的服役環(huán)境多種多樣，如工作溫度高低、工作介質(zhì)種類、載荷性質(zhì)等都 屬于使用條件。工作溫度高時(shí)，可能產(chǎn)生蠕變；工作溫度低或載荷為沖擊載荷時(shí)，容 易

27、發(fā)生脆性破壞；工作介質(zhì)有腐蝕性時(shí)，接頭要求具有耐腐蝕性。使用條件越不利， 焊接性就越不易保證5。 2.1.2 焊接性評(píng)定原則及方法焊接性評(píng)定原則及方法 1、焊接性試驗(yàn)的內(nèi)容 針對(duì)材料的不同性能特點(diǎn)和不同使用要求，焊接性試驗(yàn)有以下幾種。 （1）焊縫金屬抗熱裂紋能力 熔池金屬結(jié)晶時(shí)，由于存在一些有害的元素并受熱 應(yīng)力的作用，就可能在結(jié)晶末期發(fā)生熱裂紋。熱裂紋是一種較常發(fā)生且危害嚴(yán)重的缺 陷，所以焊縫抵抗產(chǎn)生熱裂紋的能力是焊接性的一項(xiàng)重要內(nèi)容，通常是通過熱裂紋試 驗(yàn)來進(jìn)行的。熱裂紋試驗(yàn)與焊接材料關(guān)系密切，母材也有一定影響。 （2）焊縫及熱影響區(qū)金屬抗冷裂紋能力 焊縫及熱影響區(qū)金屬在焊接熱循環(huán)作用 下

28、，由于組織及性能變化，加之受焊接應(yīng)力和擴(kuò)散氫的影響，可能發(fā)生冷裂紋。冷裂 紋在低合金高強(qiáng)鋼焊接中是較為常見的缺陷，而且也是一種嚴(yán)重的缺陷，是焊接性試 驗(yàn)中很重要又最常用到的一項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。冷裂紋試驗(yàn)是針對(duì)母材進(jìn)行的試驗(yàn)。 （3）焊接接頭抗脆性轉(zhuǎn)變能力 經(jīng)過焊接冶金反應(yīng)、熱循環(huán)、結(jié)晶、固態(tài)相變等 一系列過程，焊接接頭由于受脆性組織、硬脆的非金屬夾雜物、時(shí)效脆化、冷作硬化 等作用的結(jié)果，可能使韌性嚴(yán)重下降，即發(fā)生所謂焊接接頭的脆性轉(zhuǎn)變。對(duì)于在低溫 下工作的焊接結(jié)構(gòu)和承受沖擊載荷的焊接結(jié)構(gòu)，韌性下降是個(gè)嚴(yán)重的問題。焊接接頭 抗脆性轉(zhuǎn)變能力也是焊接性試驗(yàn)常常涉及的一項(xiàng)內(nèi)容。 （4）焊接接頭的使用性能 由

29、于使用性能對(duì)焊接性提出許多不同的要求，所以又 很多焊接性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是從使用性能角度出發(fā)制定的，即根據(jù)特定的使用條件定制專門 的焊接性試驗(yàn)方法。屬于這方面的試驗(yàn)內(nèi)容如：焊接接頭耐放射性輻照的能力、蠕變 的強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、抗晶間腐蝕能力等。此外，還有一些針對(duì)具體特定結(jié)構(gòu)的專門試 驗(yàn)方法。 2、評(píng)定焊接性的原則 評(píng)定焊接性的原則主要包括：一是評(píng)定焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，為制定合 理的焊接工藝提供依據(jù);二是評(píng)定焊接接頭能否滿足結(jié)構(gòu)使用性能的要求。 焊接性試驗(yàn)方法應(yīng)符合下述原則: （1）可比性 焊接性試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能接近實(shí)際焊接時(shí)的條件，只有在這樣有可比性的情況下， 才有可能使試驗(yàn)結(jié)果比較確切地反映實(shí)

30、際焊接結(jié)構(gòu)的焊接性本質(zhì)。試驗(yàn)條件相同時(shí)， 試驗(yàn)結(jié)果才有可比性。 （2）針對(duì)性 所選擇或自行設(shè)計(jì)的試驗(yàn)方法，應(yīng)針對(duì)具體的焊接結(jié)構(gòu)制定試驗(yàn)方案，其中包括 母材、焊接材料、接頭形式、接頭應(yīng)力狀態(tài)、焊接參數(shù)等。同時(shí)，試驗(yàn)條件還應(yīng)考慮 到產(chǎn)品的使用條件。嚴(yán)格按國(guó)內(nèi)外建立的標(biāo)準(zhǔn)的、通用的或公認(rèn)的試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)。 這樣才能使焊接性試驗(yàn)具有良好的針對(duì)性，試驗(yàn)結(jié)果才能比較確切地反映出實(shí)際生產(chǎn) 中可能出現(xiàn)的問題。 （3）再現(xiàn)性 焊接性試驗(yàn)的結(jié)果要穩(wěn)定可靠，具有較好的再現(xiàn)性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)不可過于分散，否 則難以找出變化規(guī)律和導(dǎo)出正確的結(jié)論。應(yīng)盡量減少或避免人為因家對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影 響，多采用自動(dòng)化及機(jī)械化的操作方法。如

31、果試驗(yàn)結(jié)果很不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)很分散，就很 難找到規(guī)律性，更不可能用于指導(dǎo)生產(chǎn)。應(yīng)嚴(yán)格試驗(yàn)程序，防止隨意性。 （4）經(jīng)濟(jì)性 在符合上述原則并可獲得可靠的試驗(yàn)結(jié)果的前提下，應(yīng)力求做到消耗材料少、加 上容易、試驗(yàn)周期短，以節(jié)省試驗(yàn)費(fèi)用。此外，在考慮試驗(yàn)成本的同時(shí)，還應(yīng)考慮材 料加工、焊接難易程度不同對(duì)產(chǎn)品整體制造費(fèi)用的影響4。 3、評(píng)定焊接性的實(shí)驗(yàn)方法 評(píng)定焊接性的方法分為間接法和直接試驗(yàn)法兩類。間接法是以化學(xué)成分、熱模擬 組織和性能、焊接連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖(cct 圖)以及焊接熱影響區(qū)的最高硬度等來判斷焊 接性，各種碳當(dāng)量公式和裂紋敏感指數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式等也都屬于焊接性的間接評(píng)定方法。 直接試驗(yàn)法主要是指各種抗

32、裂性試驗(yàn)以及對(duì)實(shí)際焊接結(jié)構(gòu)焊縫和接頭的各種性能試驗(yàn) 等。 評(píng)價(jià)材料焊接性的試驗(yàn)方法很多，但每一種試驗(yàn)方法都是從某一特定的角度來考 核或闡明焊接性的某一方面，往往需要進(jìn)行一系列的試驗(yàn)才可能較全面地闡明焊接性， 從而為確定焊接方法、焊接材料、焊接工藝等提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。 （1）焊接性的間接評(píng)定 碳當(dāng)量法 由于焊接熱影響區(qū)的淬硬及冷裂紋傾向與鋼種的化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此可以 用化學(xué)成分間接地評(píng)估鋼材冷裂紋的敏感性。各種元素中，碳對(duì)冷裂紋敏感性的影響 最顯著?？杉?jí)把鋼中合金元素的含最按相當(dāng)于若干碳含量折算并疊加起來，作為粗略 評(píng)定鋼材冷裂紋傾向的參數(shù)指標(biāo)，即所謂碳當(dāng)量(ce 或 ceq)。 由于世

33、界各國(guó)和各研究單位所采用的試驗(yàn)方法和鋼材的合金體系不同，各自建立 一定適用范圍的碳當(dāng)量計(jì)算公式。國(guó)際焊接學(xué)會(huì)（iiw）推薦的公式： % 1556 iiw cunivmocrmn cce 公式中，碳當(dāng)量的數(shù)值越大，被焊鋼材的淬硬傾向越大，焊接區(qū)越容易產(chǎn)生冷裂 紋。因此可以用碳當(dāng)量的大小來評(píng)定鋼材焊接性的優(yōu)劣，并按焊接性的優(yōu)劣提出防止 產(chǎn)生焊接裂紋的工藝措施。應(yīng)指出，用碳當(dāng)量法估計(jì)焊接性是比較粗路的，因?yàn)楣?中只包括了幾種元素，實(shí)際鋼材中還有其他元素，而且元素之間的相互作用也不能用 簡(jiǎn)單的公式反映，特別是碳當(dāng)量法中沒有考慮板厚和焊接條件的影響，所以，碳當(dāng)量 法只能用于對(duì)鋼材焊接性的初步分析。 焊

34、接冷裂紋敏感指數(shù)法 合金結(jié)構(gòu)鋼焊接時(shí)產(chǎn)生冷裂紋的原因除化學(xué)成分外，還與焊縫金屬組織、擴(kuò)散氫 含量、接頭拘束度等密切相關(guān)。日本學(xué)者采用 y 形坡口“鐵研試驗(yàn)對(duì) 200 多種不同 成分的鋼材、不同厚度及不同含氫量的焊縫進(jìn)行試驗(yàn)，提出了與化學(xué)成分、擴(kuò)散蔥和 拘束（或板厚）相聯(lián)系的冷裂紋敏感性指數(shù)等公式，并可用冷裂紋敏感性指數(shù)確定防 止冷裂紋所需的焊前預(yù)熱溫度。冷裂紋敏感性公式、應(yīng)用條件及確定焊前預(yù)熱溫度的 計(jì)算公式： %5 1015602030 b vmonicrcumnsi cpcm （2）焊接性的直接評(píng)定 焊接性的直接試驗(yàn)方法大多是針對(duì)鋼材在焊接過程中出現(xiàn)的裂紋而設(shè)計(jì)的，因?yàn)?裂紋是焊接中最常見

35、且危害性最大的缺陷。采用焊接性的直接試驗(yàn)方法，可以通過在 焊接過程中觀察是否發(fā)生某種焊接缺陷或發(fā)生缺陷的程度，直觀地評(píng)價(jià)焊接性的優(yōu)劣。 例如可以定性或定量地評(píng)定被焊金屬產(chǎn)生某種裂紋的傾向，揭示產(chǎn)生裂紋的原因和影 響因素。由此確定防止裂紋等焊接缺陷必要的焊接工藝措施，包括焊接方法、焊接材 料、工藝參數(shù)、預(yù)熱和焊后熱處理等。 2.2 焊接接頭及組織和性能焊接接頭及組織和性能 2.2.1 焊接接頭的概念焊接接頭的概念 在焊件需連接的部位，用焊接方法制造而成的接頭稱為焊接接頭，簡(jiǎn)稱接頭。熔 焊焊接接頭是在高溫移動(dòng)熱源局部加熱、快速冷卻條件下形成的。根據(jù)化學(xué)成分、金 相組織、力學(xué)性能的不同特征，接頭一般

36、可分為焊縫金屬、熔合區(qū)、熱影響區(qū)和母材 四個(gè)部分，如圖 2-1 所示。 a) 對(duì)接接頭斷面圖 b) 搭接接頭斷面圖 圖 2-1 焊接接頭示意圖 1焊縫區(qū) 2熔合區(qū) 3熱影響區(qū) 4母材 1、焊縫區(qū) 接頭金屬及填充金屬熔化后，又以較快的速度冷卻凝固后形成。焊縫組織是從液 體金屬結(jié)晶的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但是，由于焊接熔池小， 冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、硫、磷都較低，還通過滲合金調(diào)整焊縫化學(xué)成分， 使其含有一定的合金元素，因此，焊縫金屬的性能問題不大，可以滿足性能要求，特 別是強(qiáng)度容易達(dá)到。 2、熔合區(qū) 熔化區(qū)和非熔化區(qū)之間的過渡部分。熔合區(qū)化學(xué)成分不均勻，組織粗大，往往

37、是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織。其性能常常是焊接接頭中最差的。熔合區(qū)和 熱影響區(qū)中的過熱區(qū) (或淬火區(qū))是焊接接頭中機(jī)械性能最差的薄弱部位， 會(huì)嚴(yán)重 影響焊接接頭的質(zhì)量。 3、熱影響區(qū) 被焊縫區(qū)的高溫加熱造成組織和性能改變的區(qū)域。低碳鋼的熱影響區(qū)可分為過 熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。 （1）過熱區(qū) 最高加熱溫度 1100以上的區(qū)域，晶粒粗大，甚至產(chǎn)生過熱組 織，叫過熱區(qū)。過熱區(qū)的塑性和韌性明顯下降，是熱影響區(qū)中機(jī)械性能最差的部位。 （2）正火區(qū) 最高加熱溫度從 ac3 至 1100的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細(xì) 小的正火組織，叫正火區(qū)。正火區(qū)的機(jī)械性能較好。 （3）部分相變區(qū) 最高加熱溫度從 a

38、c1 至 ac3 的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相 變， 叫部分相變區(qū)。焊接接頭是高溫?zé)嵩磳?duì)基體金屬進(jìn)行局部加熱同時(shí)與熔融的 填充金屬熔化凝固而形成的不均勻體 6。 2.2.2 焊接接頭的基本形式焊接接頭的基本形式 如圖 2-2 所示，常見的焊接接頭有：對(duì)接接頭 a、t 形接頭 b、十字接頭 c、搭接 接頭 d、角接接頭 e、端接接頭 f、套管接頭 g、斜對(duì)接接頭 h、卷邊接頭 i、鎖底對(duì)接 接頭 j 等。 圖 2-2 焊接接頭的基本類型 1、對(duì)接接頭 將同一平面上的兩個(gè)被焊工件的邊緣相對(duì)焊接起來而形成的接頭稱為對(duì)接接頭。 對(duì)接接頭是各沖焊接結(jié)構(gòu)中采用最多、也是最完善的一種接頭形式，具有受力好、強(qiáng)

39、度大和節(jié)省金屬材料的特點(diǎn)。具有受力均勻、節(jié)省金屬等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用最多。但是， 由于是兩焊件對(duì)接連接，對(duì)接接頭對(duì)下料尺寸和組裝的要求比較嚴(yán)格，被連接件邊緣 加工及裝配要求則較高。在焊接生產(chǎn)中，通常使對(duì)接接頭的焊縫略高于母材板面。由 于余高的存在造成構(gòu)件表面的不光滑，在焊縫與母材的過渡處會(huì)引起應(yīng)力集中。 圖 2-3 對(duì)接接頭的幾種形式 2、t 型接頭 將相互垂直的被連接件用角焊縫連接起來的接頭稱為 t 形(十字)接頭。t 形(十字) 接頭能承受各種方向的力和力矩。t 形接頭是各種箱型結(jié)構(gòu)中最常見的接頭形式。 由于 t 形(十字)接頭焊縫向母材過渡較急劇，接頭在外力作用下力線扭曲很大，造 成應(yīng)力分布極

40、不均勻、且比較復(fù)雜，在角焊縫根部和趾部都有很大的應(yīng)力集中。保證 焊透是降低 t 形接頭應(yīng)力集中的重要措施之一。所以 t 形接頭焊縫大多數(shù)情況下只承 受較小的切應(yīng)力或僅作為聯(lián)系焊縫。 圖 2-4 t 型接頭 3、搭接接頭 兩塊板料相疊，而在端部或側(cè)面進(jìn)行角焊，或加上塞焊縫、槽焊縫連接的接頭稱 為搭接接頭。由于搭接接頭中兩鋼板中心線不一致，受力時(shí)產(chǎn)生附加彎矩，會(huì)影響焊 縫強(qiáng)度，因此，一般鍋爐、壓力容器的主要受壓元件的焊縫都不用搭接形式。由于搭 接接頭使構(gòu)件形狀發(fā)生較大的變化，所以應(yīng)力集中要比對(duì)接接頭的情況復(fù)雜得多，而 且接頭的應(yīng)力分布極不均勻。搭接接頭對(duì)裝配要求不高，也易于裝配，但接頭承載能 力低

41、，一般用在不重要的結(jié)構(gòu)中。在搭接接頭中，根據(jù)搭接角焊縫受力方向的不同， 可以將搭接角焊縫分為正面角焊縫、側(cè)面角焊縫和斜向角焊縫。 圖 2-5 搭接接頭 4、角接接頭 兩鋼板成一定角度，在鋼板邊緣焊接的接頭稱為角接接頭。角接頭多用于箱形構(gòu) 件，騎座式管接頭和筒體的連接，小型鍋爐中火筒和封頭連接也屬于這種形式。 與 t 形接頭類似，單面焊的角接接頭承受反向彎矩的能力極低，除了鋼板很薄或 不重要的結(jié)構(gòu)外，一般都應(yīng)開坡口兩面焊，否則不能保證質(zhì)量。 圖 2-6 角接接頭 2.2.3 焊接接頭的設(shè)計(jì)要求焊接接頭的設(shè)計(jì)要求 焊接接頭的設(shè)計(jì)中對(duì)焊縫質(zhì)量的要求、焊縫尺寸大小、焊縫位置、工件厚度、幾 何尺寸、施工

42、條件等不同，決定了在選擇焊接方法和制定工藝時(shí)的多樣性。合理的焊 接接頭設(shè)計(jì)與選擇不僅能保證鋼結(jié)構(gòu)的焊縫和整體的強(qiáng)度，還可以簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，節(jié) 省制造成本。 設(shè)計(jì)和選擇焊接接頭的主要因素： （1）保證焊接接頭滿足使用要求； （2）接頭形式能保證選擇的焊接方法正常施焊； （3）接頭形式應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，盡量采用平焊和自動(dòng)焊焊接方法，少采用仰焊和立焊， 且最大應(yīng)力盡量不設(shè)在焊縫上； （4）焊接工藝能保證焊接接頭在設(shè)計(jì)溫度和腐蝕介質(zhì)中正常工作; （5）焊接變形和應(yīng)力小，能滿足施工要求所需的技術(shù)、人員和設(shè)備的條件； （6）盡量使焊縫設(shè)計(jì)成聯(lián)系焊縫； （7）焊接接頭便于檢驗(yàn)； （8）焊接前的準(zhǔn)備和焊接所需費(fèi)用低；

43、 （9）對(duì)角焊縫不宜選擇和設(shè)計(jì)過大的焊角尺寸，試驗(yàn)證明，大尺寸角焊縫的單位 面積承載能力較低等。 2.2.4 坡口的基本形式坡口的基本形式 1坡口類型 坡口：根據(jù)設(shè)計(jì)或工藝需要，在焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀并經(jīng)裝配后 構(gòu)成的溝槽。 開坡口：用機(jī)械、火焰或電弧等加工坡口的過程。 （1）根據(jù)板厚不同，對(duì)接焊縫的焊接邊緣可分為卷邊、平對(duì)或加工成為 v 形、x 形、k 形和 u 形等坡口。 圖 2-7 對(duì)接焊縫坡口形式 （2）根據(jù)焊件厚度、結(jié)構(gòu)形式及承載情況不同，角接接頭和 t 形接頭的坡口形式 可分為 i 形、帶鈍邊的單邊 v 形坡口和 k 形坡口等。 圖 2-8 角接和 t 形接頭的坡口 a

44、)i 形 b)單邊 v 形 c) k 形 2、開坡口的目的： 為保證電弧能深入到焊縫根部使其焊透，并獲得良好的焊縫成形以及便于清渣。 對(duì)于合金鋼來說，坡口還能起到調(diào)節(jié)母材金屬和填充金屬比例(即熔合比)的作用。 3坡口的設(shè)計(jì)原則 坡口的形式和尺寸主要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的板厚、選用的焊接方法、焊接位置和焊接工 藝等來選擇和設(shè)計(jì)。坡口設(shè)計(jì)的原則是焊縫中填充的材料少；具有好的可焊性；坡口 的形狀應(yīng)容易加工；便于調(diào)整焊接變形。一般情況下，焊條電弧焊焊接 6mm 厚度的焊 件和自動(dòng)焊焊接 14mm 以下厚度的焊件時(shí)，可以不開坡口就可以得到合格的焊縫，但 板間要留有一定的間隙，以保證熔敷金屬填滿熔池，確保焊透。鋼板

45、超過上述厚度時(shí)， 電弧不能熔透鋼板，應(yīng)考慮開坡口6。 2.2.5 焊接接頭特性焊接接頭特性 1、焊接接頭組織性能特點(diǎn) （1）焊接接頭力學(xué)性能不均勻 由于焊接接頭各區(qū)在焊接過程中進(jìn)行著不同的焊接冶金過程，并經(jīng)受不同的熱循 環(huán)和應(yīng)變循環(huán)的作用，各區(qū)的組織和性能存在較大的差異，焊接接頭組織的不均勻， 造成了整個(gè)接頭力學(xué)性能的不均勻。 （2）焊接接頭工作應(yīng)力分布不均勻，存在應(yīng)力集中 由于焊接接頭存在幾何不連續(xù)性，致使其工作應(yīng)力是不均勻的，存在應(yīng)力集中。 當(dāng)焊縫中存在工藝缺陷，焊縫外形不合理或接頭形式不合理時(shí)，將加劇應(yīng)力集中程度， 影響接頭強(qiáng)度，特別是疲勞強(qiáng)度。 （3）由于焊接的不均勻加熱，引起焊接殘余

46、應(yīng)力及變形 焊接是局部加熱的過程，電弧焊時(shí)，焊縫處最高溫度可達(dá)材料沸點(diǎn)，而離開焊縫 處溫度急劇下降，直至室溫。這種不均勻溫度場(chǎng)將在焊件中產(chǎn)生殘余應(yīng)力及變形。 （4）焊接接頭具有較大的剛性 通過焊接，焊縫與構(gòu)件組成整體，所以與鉚接或脹接相比，焊接接頭具有較大的 剛性16。 2、影響焊接接頭 組織性能的因素 焊接接頭的機(jī)械性能決定于它的化學(xué)成分和組織。因此，影響焊縫化學(xué)成分和焊 接接頭組織的因素，都影響焊接接頭的性能。 （1）焊接材料 手工電弧焊的焊條，埋弧自動(dòng)焊和氣體保護(hù)焊等用的焊絲，熔化后成為焊縫金屬 的組成部分，直接影響焊縫金屬化學(xué)成分。焊劑也罷影響焊繞的化學(xué)成分。 （2）焊接方法 不同焊接

47、方法的熱源，其溫度高低和熱量集中程度不同。因此，熱影響區(qū)的大小 和焊接接頭組織粗細(xì)都不相同，接頭的性能也就不同。此外，不同焊接方法，機(jī)械保 護(hù)效果也不同。因此，焊縫金屬純凈程度，即有害雜質(zhì)含量不同，焊縫的性能也會(huì)不 同。 （3）焊接工藝 焊接時(shí)，為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量 (例如焊接電流、電弧電壓、焊接 速度、線能量等 )的總稱，叫焊接工藝參數(shù)。 3、改善焊接接頭組織性能的措施 由于按等強(qiáng)度原則選擇焊條，所以焊縫金屬的強(qiáng)度一般不低于母材，其韌度也接 近母材，只有塑性略又降低，而焊接接頭上塑性和韌性最低的區(qū)域在熔合區(qū)和過熱區(qū)， 這主要是由于粗大的過熱組織所造成的；又由于在這兩個(gè)區(qū)域，拉應(yīng)力最

48、大，所以它 們是焊接接頭中最薄弱的部位，往往成為裂紋的發(fā)源地。 改善接頭組織性能的主要措施： （1）盡量選擇低碳且硫、磷含量低的鋼材作為焊接結(jié)構(gòu)材料。 （2）使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。對(duì)于低碳鋼，采用細(xì)焊絲、小電流、高焊速， 可提高接頭的韌度，減輕接頭脆化；對(duì)于易淬硬鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的前提下適 當(dāng)提高冷卻速度，可以細(xì)化晶粒，有利于改善接頭性能。 （3）采用多層焊 （4）進(jìn)行焊后熱處理。焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的 力學(xué)性能14。 2.3 焊條電弧焊焊條電弧焊 2.3.1 焊條電弧焊概述焊條電弧焊概述 1、焊條電弧焊工作原理 焊條電弧焊是手工操作焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方

49、法，焊條電弧焊時(shí)，在焊條末端 和工件之間燃燒的電弧所產(chǎn)生的高溫使焊條藥皮與焊芯及工件熔化，熔化的焊芯端部 迅速形成細(xì)小的金屬熔滴，通過弧柱過渡到局部熔化的工件表面，融合一起形成熔池。 藥皮熔化過程中產(chǎn)生的氣體和熔渣，不僅使熔池和電弧周圍的空氣隔絕，而且和熔化 了的焊芯、母材發(fā)生一系列冶金反應(yīng)，保證所形成的焊縫的性能，隨著電弧以一定的 速度和弧長(zhǎng)在工件上不斷的移動(dòng)，熔池液態(tài)金屬不斷的冷卻結(jié)晶，形成焊縫。焊條電 弧焊的過程如圖 2-9 所示。 圖 2-9 焊條電弧焊的過程 1藥皮 2焊芯 3保護(hù)氣 4電弧 5熔池 6母材 7焊縫 8渣殼 9熔渣 10熔滴 2、焊條電弧焊的特點(diǎn) （1）焊條電弧焊設(shè)備

50、簡(jiǎn)單，操作靈活方便，適應(yīng)性強(qiáng)，地和焊接位置的限制，在 焊條能達(dá)到的地方一般都能施焊，不受場(chǎng)這些都是其廣泛應(yīng)用的重要原因。 （2）可焊金屬材料廣，不需要輔助保護(hù)氣體，除難熔或極易氧化的金屬外，大部 分工業(yè)用金屬均能采用焊條電弧焊進(jìn)行焊接。 （3）焊接接頭裝配要求較低，但對(duì)焊工操作技術(shù)要求高。焊接質(zhì)量在一定程度上 取決于焊工的操作水平。 （4）勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低，每焊完一根焊條，必須更新焊條，并殘留下一部分， 而使焊條未被充分利用，焊后還須清渣，故生產(chǎn)率低。 2.3.2 焊接設(shè)備及輔助工具焊接設(shè)備及輔助工具 焊條電弧焊設(shè)備和輔助工具包括焊條電弧焊焊機(jī)、電焊鉗、焊接電纜、面罩等。 1、焊條電弧焊焊

51、機(jī) 焊條電弧焊所用焊機(jī)按電源的種類，可分為交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)兩大類。兩 種類型的電焊機(jī)由于電源種類的不同各具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。交流弧焊機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是 成本低、制造維護(hù)簡(jiǎn)單、噪聲較小;缺點(diǎn)是不能適應(yīng)堿性焊條，且焊接電壓、電流容易 受到電網(wǎng)波動(dòng)的干擾。直流弧焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是電弧穩(wěn)定、焊條適應(yīng)性強(qiáng);缺點(diǎn)是成本較高、 制造維修較復(fù)雜。每一類型的弧焊機(jī)根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又可分為多種形式，具體見 表 2-1。 表 2-1 焊條電弧焊機(jī) 動(dòng)鐵式弧焊整流器 同體式逆變弧焊機(jī)交流弧焊機(jī) 動(dòng)圈式 直流弧焊機(jī) 旋轉(zhuǎn)式直流弧焊發(fā)電機(jī) （1）交流弧焊機(jī) 交流弧焊機(jī)的三個(gè)類別的結(jié)構(gòu)分別如圖 2-10、圖 2-11、圖 2-

52、12 所示。 圖 2-10 動(dòng)鐵式交流弧焊機(jī)機(jī)構(gòu)示意圖 1初級(jí)繞組 2、3次級(jí)繞組 4動(dòng)鐵芯 5靜鐵芯 6接線板 7焊條 8工件 圖 2-11 同體式焊接結(jié)構(gòu)圖 圖 2-12 動(dòng)圈式焊機(jī)結(jié)構(gòu) 1固定鐵芯 2初級(jí)繞組 3次級(jí)繞組 1鐵芯 2、3線圈 4手柄 4電抗線圈 5活動(dòng)鐵芯 6焊條 7工件 以目前應(yīng)用最廣泛的“動(dòng)鐵式”交流焊機(jī)為例，它是一個(gè)結(jié)構(gòu)特殊的降壓變壓器， 屬于動(dòng)鐵芯漏磁式類型。焊機(jī)的空載電壓為 6070v 工作電壓為 30v 左右，電流調(diào)節(jié) 范圍為 50450a。鐵芯由四周的靜鐵芯 5 和中間的動(dòng)鐵芯 4 組成。變壓器的初級(jí)繞組 分成兩部分，一部分緊繞在初級(jí)繞組 1 的外部，另一部

53、分相當(dāng)于電感線圈。焊接時(shí)， 電感線圈的感抗電壓降使電焊機(jī)獲得較低的工作電壓，這是電焊機(jī)具有陡降外特性的 原因。引弧時(shí)，電焊機(jī)能供給較高的電壓和較小的電流，當(dāng)電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，電流增 大，而電壓急劇降低;當(dāng)焊條與工件短路時(shí)，也限制了短路電流。 焊接電流調(diào)節(jié)分為粗調(diào)、細(xì)調(diào)兩檔。電流的細(xì)調(diào)靠移動(dòng)鐵芯 4 改變變壓器的漏磁 來實(shí)現(xiàn)。向外移動(dòng)鐵芯，磁阻增大，漏磁減小，則電流增大，反之，則電流減少。電 流的粗調(diào)靠改變次級(jí)繞組的匝數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 該類電弧焊機(jī)的工作條件應(yīng)在海拔不超過 1000m、周圍空氣溫度不超過 40、空 氣相對(duì)濕度不超過 85%等條件下使用，不應(yīng)在有害工業(yè)氣體、水蒸氣、易燃、多灰塵 的場(chǎng)合下工

54、作。 （2）直流弧焊機(jī) 在直流弧焊機(jī)的三種類型中，旋轉(zhuǎn)式直流弧焊機(jī)由于浪費(fèi)能源、材料和效率低下 等缺點(diǎn)已逐漸被整流式弧焊機(jī)和逆變式弧焊機(jī)所替代。整流式弧焊機(jī)是隨著大容量高 性能整流元件和控制元件的發(fā)展而發(fā)展的，它具有易于制造、節(jié)省能源和材料、成本 低和效率高等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前直流弧焊機(jī)的主流，常用的整流式直流弧焊機(jī)型號(hào)有 zxg-300、zxg-400,等。逆變式弧焊機(jī)由于具有體積小、高效節(jié)能和良好的工藝性能 等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，近年來發(fā)展很快，預(yù)計(jì)在未來的焊接電源中將占主導(dǎo)地位。 2、電焊鉗 電焊鉗是夾持焊條并傳導(dǎo)焊接電流的操作器具。對(duì)電焊鉗的要求是:在任何斜度都 能夾緊焊條，具有可靠的絕緣和良好的

55、隔熱性能，焊接電纜的橡膠包皮應(yīng)伸入到鉗柄 內(nèi)部，使導(dǎo)體不外露，起到屏護(hù)作用，保證焊接時(shí)安全方便、操作靈活。電焊鉗的規(guī) 格和主要技術(shù)數(shù)據(jù)見表 2-2。 表 2-2 電捍鉗的規(guī)格和主要技術(shù)數(shù)據(jù) 額定值 規(guī)格 （a） 負(fù)載持續(xù)率 /% 工作電壓 /v 工作電流 /a 使用焊 條直徑 /mm 耐電壓 性能 /(v/mm) 能連接的 最大電纜 截面/mm2 50060405004.08.0100095 30060323002.55.9100050 10060261602.04.0100035 3、焊接電纜 焊接電纜應(yīng)采用橡皮絕緣多股軟電纜，根據(jù)焊機(jī)的容量，選取適當(dāng)?shù)碾娎|截面， 選取時(shí)可參考焊接手冊(cè)。如果

56、焊機(jī)距焊接工作點(diǎn)較遠(yuǎn)，需要較長(zhǎng)電纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)加大電 纜截面積，使在焊接電纜上的電壓降不超過 4v，以保證引弧容易及電弧燃燒穩(wěn)定。不 允許用扁鐵搭接或真他辦法來代替焊接電纜，以免因接觸不良而使回路上的壓降過大， 造成引弧困難和焊接電弧的不穩(wěn)定。 4、面罩及其他防護(hù)用具 面罩是防止焊接飛濺、弧光及高溫對(duì)焊工面部及頸部灼傷的一種工具。一般分為 手持式和頭盔式兩種。要求選用耐燃或不燃的絕緣材料制成，罩體應(yīng)遮住焊工的整個(gè) 面部，結(jié)構(gòu)牢固，不漏光。面罩上的護(hù)目玻璃起到減弱電弧光并過濾紅外線、紫外線 的作用。根據(jù)護(hù)目鏡按亮度的深淺不同分為 6 個(gè)型號(hào)(712 號(hào))，號(hào)數(shù)越大，顏色越深。 其他防護(hù)用品有電焊工在

57、工作時(shí)需佩戴的專用電焊手套和護(hù)腳，以及清渣時(shí)應(yīng)戴 的平光眼鏡。 2.3.3 焊條電弧焊基礎(chǔ)焊條電弧焊基礎(chǔ) 1、基本焊接電路 圖 2-13 焊條電弧焊基本電路 圖 2-13 是焊條電弧焊的基本電路。它是由交流或直流弧電源、焊鉗、電纜、焊條、 電弧、工件及地線等組成。 用直流電源焊接時(shí)，工件和焊條與電源輸出端正、負(fù)極的接法稱極性。工件接直 流電源正極，焊條接負(fù)極時(shí)，稱正接或正極性，大部分焊接作業(yè)均采用正接法；工件 接負(fù)極，焊條接正極時(shí)，稱之為反接或反極性，一般焊接薄板時(shí)，為了防止燒穿，采 用反接法進(jìn)行焊接作業(yè)。無論采用正接還是反接，主要從電弧穩(wěn)定燃燒的條件來考慮。 而而大量使用的是交流電弧焊設(shè)備，

58、電極的極性頻繁交變，不存在極性問題。 圖 2-14 焊條電弧焊電路的正接和反接 2、電源的選擇 焊條電弧焊要求電源具有陡降的外特性、良好的動(dòng)特性和合適的電流調(diào)節(jié)范圍。 選擇焊條電弧焊電源應(yīng)主要考慮一下因素：所要求的焊接電流的種類；所要求的電流 范圍；電弧電源的功率；工作條件和調(diào)節(jié)要求等。 電流種類有交流、直流或交直兩用，主要是根據(jù)所使用的焊條類型和所要焊接的 焊縫形式進(jìn)行選擇。低氫鈉型焊條必須選用直流弧焊電源，以保證電弧穩(wěn)定燃燒。酸 性焊條雖然直、交流均可使用，但一般選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且價(jià)格較低的交流弧焊電源。 3、焊條的選擇 （1）焊條的組成及其作用 涂有藥皮的供弧焊用的融化電極稱為電焊條，簡(jiǎn)稱焊

59、條。焊條由焊芯和藥皮組成。 圖 2-15 焊條的組成 1焊芯 2藥皮 3夾持端 4引弧端 焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。焊接時(shí)焊芯既起到一個(gè)電極起傳導(dǎo)電流和 引燃電弧的作用；熔化后又作為填充金屬與熔化后的母材一起形成焊縫。為了保證焊 縫質(zhì)量，對(duì)焊縫金屬的化學(xué)成分有較嚴(yán)格的要求。因此，焊芯都是專門冶煉的，碳、 硅含量較低，硫、磷含量極少。焊條的直徑用焊芯的直徑表示，焊條直徑的規(guī)格有 1.6、2.5、3.2、4、5、6 毫米幾種，長(zhǎng)度 200550 毫米不等。 焊條藥皮是指由具有不同物理和化學(xué)性質(zhì)的細(xì)粒狀物質(zhì)經(jīng)粘結(jié)均勻包覆在焊芯表 面的涂料層。 焊條藥皮的作用：是在焊接過程中形成具有合適的熔點(diǎn)

60、、粘度、密度、堿度等物 理化學(xué)性能的熔渣，保證電弧穩(wěn)定燃燒、使熔滴金屬容易過渡、在電弧區(qū)和熔池周圍 造成一種氣氛保護(hù)焊接區(qū)域，獲得良好的焊縫成形與性能等。還可通過向藥皮中加入 脫氧劑、滲合金元素或一定含量的鐵粉，滿足焊縫金屬使用性能或提高熔敷效率的要 求。 （2）焊條的選用原則 在選用焊條時(shí)應(yīng)注意下列原則?？紤]焊件的力學(xué)性能和化學(xué)成分 低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼可按其強(qiáng)度等級(jí)來選用相應(yīng)強(qiáng)度的焊條，如在焊接 結(jié)構(gòu)剛性大、受力情況復(fù)雜時(shí)，應(yīng)選用比鋼材強(qiáng)度低一級(jí)的焊條。這樣，焊后可保證 焊縫既有一定的強(qiáng)度，又能得到較好的塑性，以避免因結(jié)構(gòu)剛性過大而使焊縫開裂。 在焊條的強(qiáng)度確定后再確定選用酸性還是堿性