埋弧焊及焊接工艺基础

埋弧焊,埋弧焊的工作原理及特点,埋弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法。埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧不外露，埋弧焊由此得名。所用的金属电极是不间断送进的光焊丝。 一、工作原理 右图是埋弧焊焊缝形成过程示意图。焊接电弧在焊丝与工件之间燃烧，电弧热将焊丝端部及电弧附近的母材和焊剂熔化。熔化的金属形成熔池，熔融的焊剂成为溶渣。熔池受熔渣和焊剂蒸汽的保护，不与空气接触。电弧向前移动时，电弧力将熔池中的液体金属推向熔池后方。在随后的冷却过程中，这部分液体金属凝固成焊缝。熔渣则凝固成渣壳，覆盖于焊缝表面。熔渣除了对熔池和焊缝金属起机械保护作用外，焊接过程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分。,1焊剂 2焊丝(电极) 3电弧 4熔池 5熔渣 6焊缝 7母材 8渣壳埋弧焊焊缝形成过程示意图,埋弧焊的工作原理及特点,埋弧焊的工作原理及特点,埋弧焊时，被焊工件与焊丝分别接在焊接电源的两极。焊丝通过与导电嘴的滑动接触与电源联接。焊接回路包括焊接电源、联接电缆、导电嘴、焊丝、电弧、熔池、工件等环节，焊丝端部在电弧热作用下不断熔化，因而焊丝应连续不断地送进，以保持焊接过程的稳定进行。焊丝的送进速度应与焊丝的熔化速度相平衡。焊丝一般由电动机驱动的送丝滚轮送进。随应用的不同，焊丝数目可以有单丝、双丝或多丝。有的应用中采用药芯焊丝代替实心焊丝，或是用钢带代替焊丝。 埋弧焊有自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。前者的焊丝送进和电弧移动都由专门的机头自动完成，后者的焊丝送进由机械完成，电弧移动则由人工进行。焊接时，焊剂由漏斗铺撒在电弧的前方。焊接后，未被熔化的焊剂可用焊剂回收装置自动回收，或由人工清理回收。,SAW过程图片,埋弧焊的优点和缺点,1埋弧焊的主要优点 (1)所用的焊接电流大，相应输入功率较大。加上焊剂和熔渣的隔热作用，热效率较高，熔深大。工件的坡口可较小，减少了填充金属量。单丝埋弧焊在工件不开坡口的情况下，一次可熔透20mm。 (2)焊接速度高，以厚度810mm的钢板对接焊为例，单丝埋弧焊速度可达5080cmmin，手工电弧焊则不超过1013cm/min。 (3)焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢凝固。液体金属与熔化的焊剂间有较多时间进行冶金反应，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。焊剂还可以向焊缝金属补充一些合金元素，提高焊缝金属的力学性能。 (4)在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其他电弧焊方法好。,(5)自动焊接时，焊接参数可通过自动调节保持稳定。与手工电弧焊相比，焊接质量对焊工技艺水平的依赖程度可大大降低。 (6)没有电弧光辐射，劳动条件较好。 2埋弧焊的主要缺点 (1)由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法一般只适用于平焊位置。其他位置焊接需采用特殊措施以保证焊剂能覆盖焊接区。 (2)不能直接观察电弧与坡口的相对位置，如果没有采用焊缝自动跟踪装置，则容易焊偏。 (3)埋弧焊电弧的电场强度较大，电流小于100A时电弧不稳，因而不适于焊接厚度小于1mm的薄板。,埋弧焊的适用范围,由于埋弧焊熔深大，生产率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。在造船、锅炉与压力容器、桥梁、起重机械、铁路车辆、工程机械、重型机械和冶金机械、核电站结构、海洋结构等制造部门有着广泛的应用，是当今焊接生产中最普遍使用的焊接方法之一。 埋弧焊除了用于金属结构中构件的连接外，还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。 随着焊接冶金技术与焊接材料生产技术的发展，埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金、铜合金等。,埋弧焊工艺,焊前准备：埋弧焊在焊接前必须做好准备工作，包括焊件的坡口加工、待焊部位的表面清理、焊件的装配以及焊丝表面的清理、焊剂的烘干等。 坡口加工坡口加工要求按JGJ81或者参考GB 986执行，以保证焊缝根部不出现未焊透或夹渣，并减少填充金属量。坡口的加工可使用刨边机、机械化或半机械化气割机、碳弧气刨等。 待焊部位的清理焊件清理主要是去除锈蚀、油污及水分，防止气孔的产生。一般用喷砂、喷丸方法或手工清除，必要时用火焰烘烤待焊部位。在焊前应将坡口及坡口两侧各20mm区域内及待焊部位的表面铁锈、氧化皮、油污等清理干净。,焊件的装配装配焊件时要保证间隙均匀，高低平整，错边量小，定位焊缝长度一般大于30mm，并且定位焊缝质量与主焊缝质量要求一致。必要时采用专用工装、卡具。 对直缝焊件的装配，在焊缝两端要加装引弧板和引出板，待焊后再割掉，其目的是使焊接接头的始端和末端获得正常尺寸的焊缝截面，而且还可除去引弧和收尾容易出现的缺陷。 焊接材料的清理埋弧焊用的焊丝和焊剂对焊缝金属的成分、组织和性能影响极大。因此焊接前必须清除焊丝表面的氧化皮、铁锈及油污等。焊剂保存时要注意防潮，使用前必须按规定的温度烘干待用。,埋弧焊的工艺参数,一般焊接条件下，焊缝熔深与焊接电流成正比。 随着焊接电流的增加，熔深和焊缝余高都有显著增加，而焊缝的宽度变化不大。同时，焊丝的熔化量也相应增加，这就使焊缝的余高增加。随着焊接电流的减小，熔深和余高都减小。焊接电流当其他参数不变时，焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响如下图所示。电弧电压电弧电压的增加，焊接宽度明显增加，而熔深和焊缝余高则有所下降。但是电弧电压太大时，不仅使熔深变小，产生未焊透，而且会导致焊缝成形差、脱渣困难，甚至产生咬边等缺陷。所以在增加电弧电压的同时，还应适当增加焊接电流。,焊接速度当其他焊接参数不变而焊接速度增加时，焊接热输入量相应减小，从而使焊缝的熔深也减小。焊接速度太大会造成未焊透等缺陷。为保证焊接质量必须保证一定的焊接热输入量，即为了提高生产率而提高焊接速度的同时，应相应提高焊接电流和电弧电压。 焊丝直径与伸出长度当其他焊接参数不变而焊丝直径增加时，弧柱直径随之增加，即电流密度减小，会造成焊缝宽度增加，熔深减小。反之，则熔深增加及焊缝宽度减小。 当其他焊接参数不变而焊丝长度增加时，电阻也随之增大，伸出部分焊丝所受到的预热作用增加，焊丝熔化速度加快，结果使熔深变浅，焊缝余高增加，因此须控制焊丝伸出长度，不宜过长。,埋弧焊的焊接参数主要有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝直径和伸出长度等。,埋弧焊的工艺参数,焊丝倾角焊丝的倾斜方向分为前倾和后倾。倾角的方向和大小不同，电弧对熔池的力和热作用也不同，从而影响焊缝成形。当焊丝后倾一定角度时，由于电弧指向焊接方向，使熔池前面的焊件受到了预热作用，电弧对熔池的液态金属排出作用减弱，而导致焊缝宽而熔深变浅。反之，焊缝宽度较小而熔深较大，但易使焊缝边缘产生未熔合和咬边，并且使焊缝成形变差。 其他 坡口形状 b.根部间隙 c.焊件厚度和焊件散热条件。,焊接电流对焊缝形状和尺寸的影响,埋弧焊的安全操作技术,(1)埋弧自动焊机的小车轮子要有良好绝缘，导线应绝缘良好，工作过程中应理顺导线，防止扭转及被熔渣烧坏。 (2)控制箱和焊机外壳应可靠的接地（零）和防止漏电。接线板罩壳必须盖好。 (3)焊接过程中应注意防止焊剂突然停止供给而发生强烈弧光裸露灼伤眼睛。所以，焊工作业时应戴普通防护眼镜。 (4)半自动埋弧焊的焊把应有固定放置处，以防短路。 (5)埋弧自动焊熔剂的成分里含有氧化锰等对人体有害的物质。焊接时虽不像手弧焊那样产生可见烟雾，但将产生一定量的有害气体和蒸气。所以，在工作地点最好有局部的抽气通风设备。,影响焊接接头性能的因素,影响焊接接头性能的主要因素，可归纳为力学和材质两个方面，见下图,影响焊接接头性能的因素,力学方法影响焊接接头性能的因素为接头形状的改变、焊接缺陷（如未焊透和焊接裂纹 ）、残余应力和残余变形。接头形状的改变，如焊缝的余高和施焊过程中可能千百万的接头错位等。,焊接接头是组成焊接结构的关键部位，其性能与整个焊接结构的性能和安全有直接的关系。因此，不断地提高焊接接头的质量，是保证焊接结构安全、可靠工作的重要方面。,材质方面影响焊接接头性能的因素为焊接热循环所引起的组织变化、焊后热处理和焊接残余变形的矫正等。,影响焊缝金属力学性能的因素,当焊缝金属的化学成分一定时，焊缝金属的力学性能取决于焊接层数和焊接线能量。单层焊时，焊缝金属的组织是典型的柱状晶见下图a。多层焊时，第一层焊道的柱状晶受后焊层的热作用而转化为较细的晶粒见图b。所以，多层焊焊缝金属的力学性能，尤其是塑性比单层焊的来得好。,影响焊缝金属力学性能的因素,焊缝金属的力学性能与焊接线能量的关系是增大焊接线能量，接头的冷却速度减慢，使强度、硬度均减少，这一点在焊接高强钢时更为明显，手弧焊焊接800MPa级高强钢时，焊缝金属的强度和焊接线能量的关系见右图。,焊接接头热影响区力学性能的变化情况,强度和塑性的变化 低碳钢和调质钢热影响区强度和塑性的变化见图a。在1200左右的粗晶区，强度增高，塑性降低。,韧性的变化 低碳钢和调质钢热影响区韧性的变化见图21b。在1200以上至熔合区出现韧性低值，最低位置在熔合线上。焊接线能量越大，高温停留时间越长，越容易因晶粒粗大而使韧性降低。含氮的低碳钢、低合金高强钢在势影响区400200（蓝脆温度）内会因塑性变形而引起韧性下降，这现象称为热应变脆化。,焊接接头和坡口的选择原则,接头强度 对接接头具有最好的受力条件，是各种接头中优先考虑应用的接头形式。 焊接工艺性 这是指焊接接头的可焊到性、可探伤性和减少接头的腐蚀程度。 焊接材料的消耗量 同样厚度的接头，用双V形的坡口代替Y形坡口能节省较多的焊接材料、电能和工时，焊件越厚节省的越多。坡口加工 Y形和双V形坡口可用氧气切割或等离子弧切割，亦可用机械切削加工。形、双形坡口只能用刨边机加工， 在圆筒体上应尽量少开形坡口，因加工困难。焊接变形 采用不适当的坡口形状容易产生较大的焊接变形。如平板对接的Y形坡口，其角变形就大于Y形坡口。,焊接接头以及分类,用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称为接头）。它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。在焊接结构中焊接接头起两方面的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷。,根据GB/T3375焊接名词术语中的规定，焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，如下图。其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。,坡口及常用坡口形式,根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。坡口的形式由 GB985气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸、GB986埋弧焊焊缝坡口的基本形式及尺寸标准制定的：常用的坡口形式有I形坡口、Y型坡口、带钝边U形坡口、双Y形坡口、带钝边单边V形坡口等，见下图。,表示坡口几何尺寸的参数及其作用, 坡口面 焊件上所开坡口的表面称为坡口面，见下图。,（） 坡口面角度和坡口角度 焊件表面的垂直面与坡口面之间的夹角称为坡口面角度，两坡口面之间的夹角称为坡口角度，见下图 。,开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度；开双面对称坡口时，坡口角度等于两倍的坡口面角度。 坡口角度（或坡口面角度）应保证填充金属能自由伸入坡口内部，不和两侧坡口面相碰，但角度太大将会消耗太多的填充材料，并降低劳动生产率。,表示坡口几何尺寸的参数及其作用,根部间隙 焊前，在接头根部之间预留的空隙称为根部间隙。亦称装配间隙。根部间隙的作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透。因此，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大的根部间隙，又会使根部烧穿，形成焊瘤。,钝边 焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分称为钝边。钝边的作用是防止根部烧穿，但钝边值太大，又会使根部焊不透。,根部半径 U形坡口底部的半径称为根部半径。根部半径的作用是增大坡口根部的横向空间，使焊条能够伸入根部，促使根部焊透。,Y形、带钝边U形、双Y形三种坡口各自的优缺点,当焊件厚度相同时，三种坡口的几何形状见图,Y形坡口 1）坡口面加工简单。 2）可单面焊接，焊件不用翻身。 3）焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低。 4）焊接变形大。,带钝边U形坡口 1）可单面焊接，焊件不用翻身。 2）焊接坡口空间面积大，填充材料少，焊件厚度较大时，生产率比Y形坡口高。 3）焊接变形较大。 4）坡口面根部半径处加工困难，因而限制了此种坡口的大量推广应用。 双Y形坡口 1）双面焊接，因此焊接过程中焊件需翻身，但焊接变形小。 2）坡口面加工虽比Y形坡口略复杂，但比带钝边U形坡口的简单。 3）坡口面积介于Y形坡口和带钝边U形坡口之间，因此生产率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少。,常用的垫板接头形式,在坡口背面放置一块与母材成分相同的垫板，以便焊接时能得到全焊透的焊缝，根部又不致被烧穿，这种接头称为垫板接头。 常用的垫板接头形式有：I形带垫板坡口、V形带垫板坡口、Y形带垫板坡口、单边V形带垫板坡口等见图 。,垫板接头的操作技能比单面焊双面成形简单，容易掌握，常用于背面无法施焊（如小直径圆筒环缝）的场合，缺点是当垫板和筒体的椭圆度不一致时，两者之间装配在一起时局部会留有缝隙，焊接时，熔渣流入此缝隙时无法上浮，因此易形成夹渣。关于焊接工艺评定以及试验要求按照JGJ81建筑钢结构焊接技术规程中的相关规定。,焊件对接时的技术要求,焊件对接时的要求如下： 1）不同厚度钢板对接时 ，如果两侧钢板厚度相差太大，则连接后由于连接处的截面变化较大，将会引起严重的应力集中。所以对于重要的焊接结构，应对厚板进行削薄。根据有关技术标准规定：当薄板厚度10mm，两板厚度差超过3mm或当薄板厚度10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%或超过5m时，对厚板边缘应进行削薄，削薄的长度应大于或等于板厚差的3倍，见下图。,2）直线形焊件和曲线形焊件对接时，焊缝正好处于交界处，产生较大的焊接应力，成为整个结构的薄弱面。为此，对接处的曲线形焊件应有一直段部分，便于焊缝处于平对接位置见下图。,焊缝的种类,对接焊缝 构成对接接头的焊缝称为对接焊缝。对接焊缝可以由对接接头形成，也可以由T形接头（十字接头）形成，后者是指开坡口后进行全焊透焊接而焊脚为零的焊缝，见下图 。,角焊缝 两焊件接合面构成直交或接近直交所焊接的焊缝，见下图。,焊接后焊件中所形成的结合部分称为焊缝。按结合形式，焊缝可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和端接焊缝四种。,焊缝的种类,同时由对接焊缝和角焊缝组成的焊缝称为组合焊缝，T形接头（十字接头）开坡口后进行全焊透焊接并且具有一定焊脚的焊缝，即为组合焊缝，坡口内的焊缝为对接焊缝，坡口外连接两焊件的焊缝为角焊缝，见下图 。,塞焊缝 是指两焊件相叠，其中一块开有圆孔，然后在圆孔中焊接所形成的填满圆孔的焊缝。 端接焊缝 构成端接接头的焊缝，见下图 。,对接焊缝几何形状的参数,表示对接焊缝几何形状的参数有焊缝宽度、余高、熔深，见下图 。,焊缝宽度 指焊缝表面与母材的交界处称为焊趾。而单道焊缝横截面中，两焊趾之间的距离称为焊缝宽度。 余高 指超出焊缝表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度称为余高。焊缝的余高使焊缝的横截面增加，承载能力提高，并且能增加射线摄片的灵敏度，但却使焊趾处会产生应力集中。通常要求余高不能低于母材，其高度随母材厚度增加而加大，但最大不得超过3mm。,熔深 在焊接接头横截面上，母材熔化的深度称为熔深。一定的熔深值保证了焊缝和母材的结合强度。当填充金属材料（焊条或焊丝）一定时，熔深的大小决定了焊缝的化学万分。不同的焊接方法要求不同的熔深值，例如堆焊时，为了保持堆焊层的硬度，减少母材对焊缝的稀释作用，在保证熔透的前提下，应要求较小的熔深。,角焊缝几何形状的参数,根据角焊缝的外表形状，可将角焊缝分成两类：焊缝表面凸起带有余高的角焊缝称为凸角焊缝；焊缝表面下凹的角焊缝称为凹角焊缝，见下图。表示角焊缝几何形状的参数有焊脚、角焊缝凸度和角焊缝凹度。,焊脚 角焊缝的横截面中，从一个焊 件上的焊趾到另一个焊件表面的最小距离称为焊脚。焊脚值决定了两焊件的结合强度，它是最主要的一个参数。 凸度 凸角焊缝截面中，焊趾连连线与焊缝表面之间的最大距离。 凹度 凹角焊缝横截面中，焊趾连线与焊缝表面之间的最大距离。,焊缝成形系数,熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（c）与焊缝计算厚度（s）的比值称为焊缝成形系数。 焊缝宽度和焊缝计算厚度在各种接头中的表示见右图。焊缝成形系数小时形成窄而深的焊缝，在焊缝中心由于区域偏析会聚集较多的杂质，抗热裂纹性能差，所以形成系数值不能太小，如自动埋弧焊时焊缝的成形系数要大于 1.3，即焊缝的宽度至少为焊缝计算厚度的1.3倍。,焊接工艺参数对焊缝形状的影响,焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（例如，焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称为焊接工艺参数。工艺参数对焊缝形状的影响如下：,（1）焊接电流 当其它条件不 变时，增加焊接电流，焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎保持不变（或略有增加），见图a。 电弧电压 当其它条件不变时，电弧电压增大，焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高略有减少，见图b。 焊接速度 当其它条件不变时，焊接速度增加，焊缝宽度、焊缝厚度和余高都减少，见图 c。焊接电流、电弧电压和焊接速度是焊接时的三大焊接工艺参数，选用时，应当考虑到这三者之间的相互适当配合，才能得到形状良好，符合要求的焊缝。,a）焊接电流对焊缝形状的影响；b）电弧电压对焊缝形状的影响；c）焊接速度对焊缝形状的影响。,焊接方法在图样上的表示,根据金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号中的规定，焊接方法用特定的数字表示。几种主要焊接方法的数字表示，见表1。表中同时列出了旧标准GB324焊接方法的字母表示，以作对照。另外，根据不同行业其标注方法也不同，能够表达清楚则可。,在图样上焊接方法代号标注在焊缝符号指引线的尾部。,焊缝符号及其组成及基本符号的表示方法,在图样上标注焊接方法、焊缝形式和焊缝尺寸的代号称为焊缝符号。 根据GB324焊缝符号表示法的规定，焊缝符号一般由基本符号与指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。,基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。几种常用的基本符号表示法，见下表。,焊缝符号中辅助符号的表示方法,辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表3。不需要确切地说明焊缝表面的形状时，可以不用辅助符号。,焊缝符号中补充符号的表示方法,补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表4。,焊缝符号中指引线的表示方法及应用,指引线一般由带有箭头的指引线（简称箭头线）和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）两部分组成，见图17。,指引线使用时应与基本符号相配合：,1）如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧，见图18a。2）如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线铡，见图18b。3）标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线，见图18c、图18d。,焊缝尺寸符号及其标注位置,焊缝尺寸符号的表示，见表5。,焊缝尺寸符号标注位置，见图19。标注原则是：1）焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧。2）焊缝长度方向上的尺寸标在基本符号的右侧。3）坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧。4）相同焊缝数量符号、焊接方法代号等标在尾部。,举例：说明图20中焊缝符号的意义,图20a表示为双面角焊缝，周围焊，焊脚尺寸6mm，手弧焊。图20b表示为单面Y形坡口，坡口角度60装配间隙2mm，钝边2mm，焊后焊缝表面须加工成与母材平齐，相同焊缝有四条。图20c表示为带垫板的对接接头，单面焊，I形坡口，装配间隙2mm。图20d表示为交错断续角焊缝，焊脚尺寸8mm，焊缝长100mm，共20条，焊缝之间距离50mm，在工地焊接。,焊接位置及焊接位置的表示,熔焊时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。 焊缝轴线与水平之间的夹角称为焊缝倾角，见图21a。,通过焊缝轴线的垂直面与坡口的等分平面之间的夹角称为焊缝转角，见图21b。根据焊缝倾角和焊缝转角大小的不同数值，可将焊接位置分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。,平焊、立焊、横焊、仰焊和全位置焊,平焊 焊缝倾角05、焊缝转角010的焊接位置称为平焊位置，见图22a。在平焊位置进行的焊接就称为平焊。,立焊 焊缝倾角8090、焊缝转角0180的焊接位置称为立焊位置，见图22b。在立焊位置进行的焊接就称为立焊。 横焊 焊缝倾角05，焊缝转角7090的焊接位置称为横焊位置，见图22c。在横焊位置进行的焊接就称为横焊。 仰焊 焊缝倾角015，焊缝转角165180的焊接位置称为仰焊位置，见图22d。 全位置焊 管子水平固定对接焊时，因同时包含仰、立、平三种焊接位置，所以称为全位置焊，也称管子的水平固定焊，见图22e。,船形焊及其优点,T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接称为船形焊，亦称平位置角焊，见图23。,船形焊相当于开90角Y形坡口内的水平对接焊，焊后焊缝成形光滑美观，一次焊成的焊脚尺寸范围较宽，对焊工的操作技能要求也较低，但一次焊成的焊缝凹度较大。调节角即可调节底板和腹板内熔合面积的分配比例。当1=2时，取=1=2=45，当12时，取45使熔合区偏于厚板一侧。,正接、反接及其选用,采用直流电源施焊时，焊件与电源输出端正、负极的接法称为极性。极性有正接和反接两种： 正接焊件接电源正极，焊条接电源负极的接线法，也称正极性。见图24a。,反接焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线法，也称反极性，见图24b。选用原则：1）碱性焊条手弧焊采用反接。因为碱性焊条手弧焊采用正接时，电弧燃烧不稳定，飞溅很大，电弧声音暴躁，并且容易产生气孔。使用反接时，电弧燃烧稳定，飞溅很小，而且声音较平静均匀。 同理，埋弧焊使用直流电源施焊时，也采用反接。 2）钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接焊接时，钨极因发热量小，不易过热，同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，钨极寿命长；焊件发热量大，熔深大，生产率高。而且，由于钨极为阴极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中。,焊接电弧的偏吹、磁偏吹及其克服方法,焊接过程中，因气流的干扰、焊条偏心的影响和磁场的作用，使电弧中心偏离焊条轴线的现象称为焊接电弧的偏吹。偏吹不仅使电弧燃烧不稳定，飞溅加大，熔滴下落时失去保护，还会严重影响焊缝的成形。 直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。因为用直流电施焊时，除了在电弧周围产生自身磁场外，还有通过焊件的电流也会在空间产生磁场。如果导线位置在焊件左侧，则在电弧左侧的空间为两个磁场相迭加，而在电弧右侧为单一磁场，电弧两侧的磁场分布失去均衡，因此磁力线密度大的左侧将对电弧产生推力，使电弧偏离轴线向右侧倾斜，产生磁偏吹见图25a。反之，将导线接在焊件右侧，则电弧将向左侧偏吹，见图25c。同理，如果导线在电弧中心线下面将不会产生磁偏吹，见图25b。如果在电弧附近有铁磁性物质存在，如焊接T形接头的角焊缝时，则电弧也将偏向铁磁性物质引起偏吹。,目前，克服电弧的磁偏吹还没有较完善的办法，通常是适当降低焊接电流值（因为磁偏吹的力量几乎与焊接电流的平方值成正比）、随时变换地线位置，使其更靠近焊条轴线和操作时将焊条朝偏吹的方向倾斜一个角度。采用交流电源施焊时，焊接电弧的磁偏吹现象很弱，通常可不予考虑。,熔合比,熔焊时，被熔化的母材部分在焊道金属中所占的比例称为熔合比。熔合比可以以焊道金属中母材金属熔化的横截面积SB与焊道横截面积SA+SB之比来计算，即熔合比=SB/（SA+SB）S0 式中 SA焊道金属中焊材金属熔化的横截面积； SB焊道金属中母材金属熔合的横截面积； SA+SB整个焊道金属横截面积。熔合比的表示，见图26。,熔合比的大小会影响焊道金属的化学成分和力学性能。焊接接头开坡口与I形坡口相比较，会显著地降低熔合比，见图27。因此，生产中可以用开坡口和合理选择坡口形式来调节熔合比的大小。,熔滴和熔滴过渡以及熔滴的自由过渡,弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。,熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池的过渡形式称为自由过渡。因条件不同，熔滴的自由过渡又可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式。（1）滴状过渡 焊接电流较小时，熔滴的直径大于焊丝直径，当熔滴的尺寸足够大时，主要依靠重力将熔滴缩颈拉断，熔滴落入熔池，熔滴的这种过渡形式称为滴状过渡。滴状过渡有两种形式：1）轴向滴状过渡 手弧焊、富氩混合气体保护焊时，熔滴在脱离焊条（丝）前处于轴向（下垂）位置（平焊时），脱离焊条（丝）后也沿焊条（丝）轴向落入熔池的过渡形式称为滴状过渡，见图28a。,2）射流过渡 在某些条件下，因电弧热和电弧力的作用，焊丝端头熔化的金属被压成铅笔尖状，以细小的熔滴从液柱尖端高速轴向射入熔池的过渡形式称为射流过渡。这些直径远小于焊丝直径的熔滴过渡频率很高，看上去好像在焊丝端部存在一条流向熔池的金属液流，见图29b。,熔滴过渡方式,焊接过程中，消耗电极（焊丝，焊条）熔滴过渡方式1、短路过渡 使受电弧热熔化的消耗电极（焊条）前端与母材熔池短路，边重复进行燃弧，短路熔滴边过渡的形态叫短路过渡式，这种形式在CO2焊接与MIG 焊接的小电流，低电压区焊接时尤为显著，被应用于熔深较浅的薄板焊接。 电极前端的熔融部分逐渐变成球状并增大形成熔滴，与母材熔池里的熔融金属相接触，借助于表面张力向母材过渡。 短路过渡在采用低电流装置和较小焊丝直径的条件下产生，短路过渡易形成一个较小的、迅速冷却的熔池，适合于焊接留较大根部间隙的横梁结构，适合于全位置焊接。焊丝通过电弧间隙时没有熔滴过渡发生，当接触到焊接熔池时才会发生熔滴过渡。以下对一个完整的焊接工艺过程进行分析，短路过渡工艺过程的示意见下图 。 （1）当电弧正常工作时，母材和焊丝都处于高温状态，送丝机构稳定的送进焊丝。当焊丝接触到熔池时，同时伴随着如下3个过程发生。 较大的焊接电流通过焊丝进入焊缝和母材，使焊丝末端开始熔化。 在图中短弧区，焊接电流迅速提高。 当初始焊接电弧较短时，电弧电压值降低，电弧熄灭。 （2）采用平特性焊接电源可以使电流持续增加，主要是为了保持焊接电压稳定并提高电弧电压。此时电弧保持稳定，熔化的焊丝继续向焊接熔池熔敷金属。 （3）当焊接电流与电压继续增加时，焊丝在焊缝上形成一个圆锥形区域，通过持续的送丝过程，将更多的焊丝送进该圆锥形区域中。（4）随着焊接电压和电流继续增加，更多焊丝的送进，锥形区域不断扩大，接着焊丝在锥形顶部开始产生缩颈，为下一步的剪切作准备。电磁剪切力主要是焊接电流通过焊丝与焊缝熔敷金属之间的短路过渡产生的，电磁剪切力沿着焊丝的方向向内辐射。 （5）从D开始，焊丝与焊缝上部形成的锥形区域分离，电弧再引燃，电流开始降低，电压从短路过渡电压升高到电弧电压，熔滴停止向焊缝中过渡。 （6）电弧对焊丝和焊缝进行加热。 （7）在电弧区，利用电弧热清除锥形区域，使之熔入焊缝中，增加焊缝和焊丝的热量，为下一个焊接周期作准备。 （8）当电压降低到电弧电压以下时，短路过渡过程结束，焊丝接触到焊缝并熄灭。 短路过渡工艺过程中的注意事项如下。 焊丝熔滴只在短路过渡时才能熔入焊缝金属中，并且没有金属离子通过电弧。 短路过渡的熔滴过渡周期为20250次s。 在短路过渡过程中，电流产生的磁力场是主要影响因素，而重力不是主要因素，因此所有的焊接位置均可以采用。 焊丝周围的电流磁力场在短路过渡过程中会引起电磁收缩效应，焊丝顶部熔化的金属熔滴在电磁收缩力的作用下转变成球形熔滴并附着在顶部，形成一个自由熔滴并进人焊接熔池。 短路过渡适合于直径为1.2mm焊丝的焊接。 厚板材料采用大直径焊丝，并且采用喷射过渡来提高金属熔敷效率。 短路过渡对于母材的焊接热量输入较低，因此比较适合焊接薄板，焊接过程中不会产生烧穿现象，常用于焊接板厚小于5mm的碳钢和低合金钢。 （9）下一个过程循环往复。 2、球状体过渡 前端熔化金属变大形成球状，继而发展为比表面张力还重的大粒熔滴，向母材侧落下过渡的形态叫球状体过渡。这种形式在CO2焊接的电流区更明显。因熔滴过渡时不是直落而下，所以焊缝略显不规则，飞溅也多。 3、喷射过渡B+N 前端熔化金属在收缩效应作用下变成小粒熔滴，被高速吹向母材，这种突入熔池的过渡形态叫喷射过渡。在MIG 焊接的较大电流区较显著，熔深大，过渡稳定。 收缩效应：有热收缩、电磁收缩两种，前者是为减少热损失，使弧柱直径变小，中心温度变高；后者是靠由弧柱电流构成的磁场产生相互吸引力，使弧柱变小。这种电弧现象叫收缩效应，其作用就是象捏碎饼似的将前端熔融金属的中间变细，并从前端部切离开。,熔滴的短路过渡及熔滴的混合过渡,焊条（或焊丝）端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，直接向熔池过渡的形式称为短路过渡，见图30。熔滴的短路过渡频率可达20200次/s。,在一定条件下，熔滴过渡不是单一形式，而是自由过渡与短路过渡的混合形式，这就称为熔滴的混合过渡。例如，管状焊丝气体保护电弧焊及大电流CO2气体保护电弧焊时，焊丝金属有时就是以混合过渡的形式向熔池过渡。,熔滴过渡时产生飞溅的原因,熔焊时，在熔滴过渡过程中，一部分熔滴溅落到熔池以外的现象称为飞溅。产生飞溅的原因有以下几个方面：,（1）气体爆炸引起的飞溅 用涂料焊条焊接及活性气体保护焊时，由于冶金反应在液体内部将产生大量CO气体，气体的析出十分猛烈，尤如爆炸，使液体金属发生粉碎形的熔滴，溅落在焊缝两侧的母材上，成为飞溅。,（2）斑点压力引起的飞溅 电弧中的带电质点电子和阳离子，在电场的作用下向两极运动，撞击在两极的斑点上产生机械压力，称为斑点压力。斑点压力是阻碍熔滴过渡的力，焊条端部的熔滴在斑点压力的作用下，十分不稳定，不断地跳动，有时被顶到焊丝的侧面，甚至使熔滴上挠，最终在重力和斑点压力的共同作用下，脱离焊丝成为飞溅。手弧焊和CO2气体保护焊采用直流正接时经常会发生这种类型的飞溅。,（3）短路过渡引起的飞溅 CO2气体保护焊采用短路过渡时，在短路的最后阶段，如果还继续增大焊接电流，这时的电磁收缩力使熔滴往上飞起，引起强烈飞溅。,焊接接头的可焊到性,焊接接头焊接时，为保证获得理想的接头质量，必须让焊条、焊丝或电极能方便地达到欲焊部位，这就是对接头可焊到性的要求，见下图。图中用角焊缝连接的接头共五组，左边是不合理的设计，因为箭头所指部位形成尖角，难以焊到。右边为合理设计，避免了尖角。图中对接接头中上图为不合理设计，因其坡口角度和根部间隙过小，使箭头所指部位难以焊到。下图为合理设计，加大了坡口角度和根部间隙，避免了焊不到的可能性。,焊接接头的可探伤性,焊接接头的可探伤性是指接头检测面的可接近性。射线探伤的可接近性是指胶片的位置能使使整个焊缝处于探伤范围内并使可能出现的缺陷成像，见下图。图中左侧所示接头无法射线探伤或者探出的结果不准确，改进后的右侧接头才能较好地完成射线探伤。,超声探伤对接头检测面的可接近性要求较低，但所有存在间隙的T形接头和未熔透的对接接头，都不能或者只能有条件地进行超声检测。,重要的检测因素,如何提高焊接接头的耐腐蚀性,腐蚀介质与金属表面直接接触时，在缝隙内和其它尖角处常常发生强烈的局部腐蚀，这是由于该处积存有少量静止溶液和沉积物。防止和减小这种腐蚀的方法是：第一，力求采用对接接头，焊缝焊透，不采用单面焊根部有未焊透的接头；第二，要避免接头缝隙及其形成的尖角和结构死区，要使液体介质能完全排放、便于清