焊接基础知识1

1、1廊坊全兴希尔思交通器材有限公司(制 造 课)焊接基础知识文件 日 期:2013年2月焊接基础知识主讲人王江波2概述 在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时段。我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科3焊接定义焊接时被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。4焊接过程的物理本质焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过原子或

2、分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。促使原子和分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加压，或同时加热又加压。5焊接在各行各业的用途6焊接的优、缺点优点：1.节省材料，减轻重量，经济效益好2.简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高3.结构强度高，接头密封性好4.为结构设计提供较大的灵活性5.焊接工艺过程容易实现机械化和自动化7缺点：1.焊接结构容易引起较大的残余变形和焊接内应力。2.焊接接头中存在一定数量的缺陷，如气孔、加渣、未焊透、未熔合等3.焊接接头有较大的性能不均匀性4.焊接过程中产生高温，强光，及一些有毒气体，对人体有一定的损害89压焊熔焊p熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化

3、状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。10在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 11压焊压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。 主要包括固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊及冷压焊等。 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。 同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以

4、用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头。 12钎焊钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 131、焊条电弧焊14o 原理：用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法。利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。o 主要特点：设备简单、易于维护、使用灵活方便；设备简单、易于维护、使用灵活方便；可焊金属材料广；可在室内、外和高空等各种位可焊金属材料广；可在室内、外和高空等各种位置施焊；置施焊；焊接生产率低

5、；焊缝质量依赖性强。o 应用：广泛用于造船、锅炉及压力容器、机械制造、建筑结构、化工设备等制造维修行业中。对于某些特殊类型的设备，或因空间位置焊缝较多，或短焊缝多，也主要采用焊条电弧焊。 2、埋弧自动焊原理：电弧在焊剂层下燃烧。利用焊丝和焊件之间燃烧的电弧产生的热量，熔化焊丝、焊剂和母材金属而形成焊缝。在焊接过程中，颗粒状的焊剂及其熔渣保护了电弧和焊接区，光焊丝提供填充金属。焊接时，光焊丝连续地送入覆盖焊接区的焊剂层，电弧引燃后，焊接焊丝和母材立即熔化并形成熔池。熔化的熔渣覆盖住熔池及高温焊接区，产生良好的保护作用。 15主要特点：焊接生产率高；焊缝质量高而稳定；焊接成本低；劳动条件好；占地面

6、积较大；难以在空间位置施焊；不适合焊接薄板和短焊缝。 应用：广泛用于造船、桥梁、起重机械及冶金机械制造业中。凡是焊缝可以保持在水平位置或倾斜角度不大的焊件，均可采用埋弧焊。163、气体保护焊按照电极的性质，气体保护电弧焊可分为非熔化极气体保护焊与熔化极气体保护焊两大类。非熔化极气体保护焊是指钨极惰性气体保护焊。根据保护气体的种类，熔化极气体保护焊又包括熔化极惰性气体保护电弧焊、熔化极氧化性混合气体保护电弧焊和二氧化碳气体保护电弧焊等。 173.1、非熔化极气体保护焊-钨极惰性气体保护焊原理：在惰性气体保护下，以钨极与焊件间产生的电弧作为热源，熔化母材和填充焊丝，形成焊缝的焊接方法。主要特点：熔

7、池金属不发生冶金变化，只是填充金属和母材在惰性气体保护下的重熔过程；电弧稳定，不会产生飞溅；焊接生产率低，钨极承受电流能力较差，容易熔化和蒸发；生产成本较高。18应用：几乎可以焊接所有金属材料，焊接厚度一般在6mm以下的焊件，对焊缝质量要求特别的高的场合使用。193.2、熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊的热源是在可熔化的焊丝与被焊工件之间并在保护气氛中产生的电弧。它利用电弧热效应产生的热来加热和熔化焊丝和工件金属，形成焊缝，达到连接工件的目的。203.2.1熔化极惰性气体保护焊原理：采用惰性气体作为保护气，使用焊丝作为熔化电极的一种电弧焊方法。保护气体主要有氩气、氦气和氮气。惰性气体在焊接过程

8、中不与液态金属反应，使焊接区与空气隔离起保护作用。主要特点：焊接质量好，焊接生产率高，抗风能力差，焊接设备较复杂。应用：主要用于有色金属及合金、不锈钢等焊接。与钨极氩弧焊相比，大大提高生产效率，尤其适用于中厚和大厚度板材的焊接。213.2.2熔化极氧化性混合气体保护焊原理：熔化极氧化性气体保护焊是采用在惰性气体中加入一定量的氧化性气体，作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊的方法。主要特点：提高熔滴过渡的稳定性；提高电弧的稳定性；改善焊缝熔深形状及外观形状；增大电弧的热功率；减少焊接缺陷；降低焊接成本。应用：可用于平焊、立焊、横焊和仰焊以及全位置焊接，尤其适用于碳钢、合金钢和不锈钢等黑色金属材

9、料焊接。223.2.3二氧化碳气体保护焊原理：利用二氧化碳作为保护气体的熔化极电弧焊方法。 主要特点：焊接生产率高；焊接成本低；操作简单；飞溅率大；不适合焊接易氧化的有色金属。应用：主要焊接低碳钢和低合金钢，适用于各种厚度。广泛用于汽车制造、化工机械、矿山机械等部门。23244、电渣焊原理：利用电流通过液态熔渣产生的电阻热熔化焊丝与母材形成焊接熔池的一种焊接方法。 主要特点：大厚度工件可一次焊成 ；可垂直施焊；生产效率高，焊接材料消耗少 ；电渣焊热循环的线能量大 。应用：电渣焊能在垂直位置从一次行程完成全厚度焊缝的焊接，因此电渣焊在锅炉和压力容器制造中，主要用于厚板的拼接及厚壁筒体纵缝的焊接，

10、也是效率最高的焊接方法。25265、等离子弧焊原理：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。主要特点：与氩弧焊相比，能量集中、温度高，可以得到充分熔透、反面形成均匀的焊缝；电弧强度好，等离子弧基本是圆柱形，弧长变化对焊件上的加热面积和电流密度影响比较小。所以，等离子弧焊的弧长变化对焊缝成形的影响不明显；焊接速度比氩弧焊快；能够焊接更细、更薄加工件；但设备复杂，费用较高。 27焊接缺陷的产生及防止措施常见的焊接缺陷有咬边、凹陷、焊瘤、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、弧坑、焊缝外形尺寸和形状不符合要求等。通常按缺陷在焊缝中的位置不同，分为外部缺陷和内部缺陷两大类。2

11、8外部缺陷有表面裂纹、表面气孔、咬边、凹陷、满溢、焊瘤、弧坑等，这些缺陷主要与焊接工艺和操作技术水平有关。还有些是外观形状和尺寸不合要求的外部缺陷，如错边、角变形和余高过高等。29内部缺陷有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合等。30焊接缺陷的危害焊接缺陷对设备的影响，主要是在缺陷周围产生应力集中。严重时使原缺陷不断扩展，直至破裂。同时，焊接缺陷对疲劳强度，脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重大影响，由于各类缺陷的形态不同，所产生的应力集中程度也不同，因而对结构的危害程度也各不一样。31气孔气孔是指在焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而形成的空穴。 产生气孔的原因 坡口边缘不清洁，有水份、油污和锈迹

12、；焊条或焊剂未按规定进行焙烘，焊芯锈蚀或药皮变质、剥落等。此外，低氢型焊条焊接时，电弧过长，焊接速度过快；埋弧自动焊电压过高等，都易在焊接过程中产生气孔。由于气孔的存在，使焊缝的有效截面减小，过大的气孔会降低焊缝的强度，破坏焊缝金属的致密性。32防止产生气孔的措施 选择合适的焊接电流和焊接速度，认真清理坡口边缘水份、油污和锈迹。严格按规定保管、清理和焙烘焊接材料。不使用变质焊条，发现焊条药皮变质、剥落或焊芯锈蚀时，应严格控制使用范围。埋弧焊时，应选用合适的焊接工艺参数，特别是薄板自动焊，焊接速度应尽可能小些。3334气孔实例35夹渣夹渣就是残留在焊缝中的熔渣。夹渣也会降低焊缝的强度和致密性。

13、产生夹渣的原因 主要是焊缝边缘有氧化皮或碳弧气刨残留的熔渣；坡口角度或焊接电流太小，或焊接速度过快。在使用酸性焊条时，由于电流太小或运条不当形成“糊渣”；使用碱性焊条时，由于电弧过长或极性不正确也会造成夹渣。进行埋弧焊封底时，焊丝偏离焊缝中心，也易形成夹渣。 36防止产生夹渣的措施 正确选取坡口尺寸，认真清理坡口边缘，选用合适的焊接电流和焊接速度，运条摆动要适当。多层焊时，应仔细观察坡口两侧熔化情况，每一焊层都要认真清理焊渣。打底焊渣应彻底清除，埋弧焊要注意防止焊偏。 3738咬边焊缝边缘留下的凹陷，称为咬边。 产生咬边的原因 由于焊接电流过大、运条速度快、电弧拉得太长或焊条角度不当等。埋弧焊

14、的焊接速度过快或焊机轨道不平等原因，都会造成焊件被熔化去一定深度，而填充金属又未能及时填满而造成咬边。咬边减小了母材接头的工作截面，从而在咬边处造成应力集中，故在重要的结构或受动载荷结构中，都有特定的要求，超出要求范围，都是不允许的。 39防止产生咬边的措施 选择合适的焊接电流和运条手法，随时注意控制焊条角度和电弧长度；埋弧焊工艺参数要合适，特别要注意焊接速度不宜过高，焊机轨道要平整。4041SA30731背板咬边42未焊透、未熔合 焊接时，接头根部未完全熔透的现象，称为未焊透；在焊件与焊缝金属或焊缝层间有局部未熔透现象，称为未熔合。未焊透或未熔合是一种比较严重的缺陷，由于未焊透或未熔合，焊缝

15、会出现间断或突变，焊缝强度大大降低，甚至引起裂纹。因此，在重要的结构部分均不允许存在未焊透、未熔合的情况。 43产生未焊透和未熔合的原因 焊件装配间隙或坡口角度太小、钝边太厚、焊条直径太大、电流过小、速度太快及电弧过长等。焊件坡口表面氧化膜、油污等没有清除干净，或在焊接时该处流入熔渣妨碍了金属之间的熔合或运条手法不当，电弧偏在坡口一边等原因，都会造成边缘不熔合。44防止产生未焊透或未熔合的措施 正确选取坡口尺寸，合理选用焊接电流和速度，坡口表面氧化皮和油污要清除干净；打底焊清根要彻底，运条摆动要适当，密切注意坡口两侧的熔合情况。 4546未融合实例47焊接裂纹焊接裂纹是一种非常严重的缺陷。结构

16、的破坏多从裂纹处开始，在焊接过程中要采取一切必要的措施防止出现裂纹，在焊接后要采用各种方法检查有无裂纹。一经发现裂纹，应彻底清除，然后给予修补。焊接裂纹有热裂纹、冷裂纹。48焊缝金属由液态到固态的结晶过程中产生的裂纹称为热裂纹，其特征是焊后立即可见，且多发生在焊缝中心，沿焊缝长度方向分布。热裂纹的裂口多数贯穿表面，呈现氧化色彩，裂纹末端略呈圆形。 产生热裂纹的原因 焊接熔池中存有低熔点杂质(如FeS等)。由于这些杂质熔点低，结晶凝固最晚，凝固后的塑性和强度又极低。因此，在外界结构拘束应力足够大和焊缝金属的凝固收缩作用下，熔池中这些低熔点杂质在凝固过程中被拉开，或在凝固后不久被拉开，造成晶间开裂

17、。焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时，也易产生热裂纹。 49防止产生热裂纹的措施1)要严格控制焊接工艺参数，减慢冷却速度，适当提高焊缝形状系数，尽可能采用小电流多层多道焊，以避免焊缝中心产生裂纹；2)认真执行工艺规程，选取合理的焊接程序，以减小焊接应力。50焊缝金属在冷却过程或冷却以后，在母材或母材与焊缝交界的熔合线上产生的裂纹称为冷裂纹。这类裂纹有可能在焊后立即出现，也有可能在焊后几小时、几天甚至更长时间才出现。产生冷裂纹的原因1)在焊接热循环的作用下，热影响区生成了淬硬组织；2)焊缝中存在有过量的扩散氢，且具有浓集的条件；3)接头承受有较大的拘束应力。 51防止产生冷裂纹的措施1)选用低氢型焊

18、条，减少焊缝中扩散氢的含量；2)严格遵守焊接材料(焊条、焊剂)的保管、烘焙、使用制度，谨防受潮；3)仔细清理坡口边缘的油污、水份和锈迹，减少氢的来源；4)根据材料等级、碳当量、构件厚度、施焊环境等，选择合理的焊接工艺参数和线能量，如焊前预热、焊后缓冷，采取多层多道焊接，控制一定的层间温度等；5)紧急后热处理，以去氢、消除内应力和淬硬组织回火，改善接头韧性；6)采用合理的施焊程序，采用分段退焊法等，以减少焊接应力。5253焊瘤产生焊瘤的原因运条不均，造成熔池温度过高，液态金属凝固缓慢下坠，因而在焊缝表面形成金属瘤。立、仰焊时，采用过大的焊接电流和弧长，也有可能出现焊瘤。焊缝表面存在焊瘤影响美观，并易造成表面夹渣。54防止产生焊瘤的措施严格控制熔池温度，立、仰焊时，焊接电流应比平焊小10-15%，使用碱性焊条时，应采用短弧焊接，保持均匀运条。55弧坑产生弧坑的原因熄弧时间过短，或焊接突然中断，或焊接薄板时电流过大等，弧坑常伴有裂纹和气孔，严重削弱焊接强度。防止产生弧坑的措施手工焊收弧时，焊条应作短时间停留或作几次环形运条。 56焊道外观检验焊材凝固后的焊道轮廓57SIZESIZECONCAVITYCONCAVESIZESIZECONVEXITYCONVEXDESIRABLE FILLET WELD PROFILES凹的凸的凹面凸面焊脚焊脚焊脚焊脚实战图例58尺寸缺