常见的焊接缺陷及其产生原因课件

1、第十一章焊接第一节手工电弧焊 第二节气焊与气割 第三节其他焊接方法 第四节焊接应力与变形 第五节常用金属材料的焊接第六节焊接结构设计 第七节常见的焊接缺陷及其产生原因返回第1页，共47页。第一节手工电弧焊利用电弧作为焊接热源的熔焊方法. 称为电弧焊. 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法. 称为手工电弧焊. 简称手弧焊. 其焊接过程如图 和图 所示.焊接前将电焊机的两个输出端分别用电缆线与焊钳和焊件相连接. 用焊钳夹牢焊条后.使焊条和焊件瞬时接触(短路). 随即提起一定的距离( ). 即可引燃电弧. 利用电熔池. 随着母材和焊条的熔化. 焊条应向下和向焊接方向同时前移. 保证电弧的连续燃烧并同时

2、形成焊缝. 焊条上的药皮形成熔渣覆盖熔池表面. 对熔池和焊缝起保护作用.手弧焊设备简单便宜. 操作灵活方便. 适应性强. 下一页返回第2页，共47页。第一节手工电弧焊但生产效率低. 焊接质量不够稳定.对焊工操作技术要求较高. 劳动条件较差. 手弧焊多用于单件小批生产和修复. 一般适用于 以上各种常用金属的各种焊接位置的、短的、不规则的焊缝.一、手工电弧焊设备手弧焊机是供给焊接电弧燃烧电源的设备. 根据焊接电流性质的不同. 分为交流弧焊机和直流弧焊机两大类.(一) 交流弧焊机交流弧焊机是一种电弧焊专用的降压变压器. 亦称弧焊变压器. 弧焊机的输出电压随输出电流的变化而变化. 下一页返回第3页，共

3、47页。第一节手工电弧焊空载时. 弧焊机的输出电压为 . 既能满足顺利起弧的需要.对操作者也较安全. 起弧时. 焊条与焊件接触形成瞬时短路. 弧焊机的输出电压会自动降低至趋近于零. 使短路电流不致过大而烧毁电路或焊机. 起弧后. 弧焊机的输出电压会自动维持在电弧正常燃烧所需的范围内( ). 弧焊机能供给焊接时所需的电流. 一般为几十安至几百安. 并可根据焊件的厚度和焊条直径的大小调节所需电流值. 电流调节一般分为两级. 一级是粗调. 常用改变输出线头的接法实现电流的大范围调节. 另一级是细调. 通过摇动调节手柄改变焊机内可动铁芯或可动线圈的位置实现焊接电流的小范围调节.上一页下一页返回第4页，

4、共47页。第一节手工电弧焊(二) 直流弧焊机直流弧焊机. 一般分为发电机式和整流式两类.发电机式直流弧焊机由一台交流电动机和一台直流弧焊发电机组成. 发电机由电动机带动. 如常用的 型旋转式直流弧焊机. 焊接电流的粗调是通过改变发电机电刷的位置实现的. 细调则是通过旋转调节手柄改变变阻器的电阻实现的. 型号 中. “”表示弧焊发电机. “” 表示下降外特性. “” 表示系列产品序号. “” 表示其额定焊接电流为 . 旋转式直流弧焊机的电弧稳定性好. 焊接质量较好. 但其结构复杂. 制造成本较高. 维修较困难. 且使用时噪声大.上一页下一页返回第5页，共47页。第一节手工电弧焊(三) 焊条. 焊

5、条的组成和作用电焊条是手弧焊用的焊接材料. 简称焊条. 焊条由金属焊芯和药皮两部分组成.焊条的分类和型(牌) 号国产焊条按其用途分为结构钢焊条(常用. 箱体类零件焊接用)、耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、镍及镍合金焊条、铸铁焊条、低温钢焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条十类. 其中. 结构钢焊条应用最广泛.上一页下一页返回第6页，共47页。第一节手工电弧焊按熔渣化学性质的不同. 焊条又分为酸性焊条(常用. 箱体类零件焊接用) 和碱性焊条两大类. 熔渣以酸性氧化物为主的焊条. 称为酸性焊条. 熔渣以碱性氧化物为主的焊条.称为碱性焊条. 酸性焊条的氧化性强. 焊接时合金元素烧损较

6、大. 焊缝的力学性能较差. 但焊接工艺性好. 对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质敏感性较低. 碱性焊条有较强的脱氧、去氢、除硫和抗裂纹的能力. 焊缝的力学性能好. 但焊接工艺性不如酸性焊条.如引弧较困难、电弧稳定性较差等. 一般要求采用直流电源上一页下一页返回第7页，共47页。第一节手工电弧焊. 焊条的选用原则焊条的种类很多. 选用是否得当. 会直接影响焊接质量、生产率和生产成本. 生产中选用焊条的基本原则是保证焊缝金属与母材具有同等水平的性能. 具体选用时. 应遵循以下原则:() 根据母材的化学成分和力学性能选用. 焊接低碳钢和低合金高强度钢时. 一般根据母材的抗拉强度按“等强度原则

7、” 选择与母材有相同强度等级. 且成分相近的焊条. 异种钢焊接时. 应按其中强度较低的钢材选用焊条. 焊接耐热钢和不锈钢时. 一般根据母材的化学成分类型按“等成分原则” 选用与母材成分类型相同的焊条. 若母材中碳、硫、磷含量较高.则应选用抗裂性能好的碱性焊条.上一页下一页返回第8页，共47页。第一节手工电弧焊() 根据焊件的工作条件与结构特点选用. 对于承受交变载荷、冲击载荷的焊接结构.或者形状复杂、厚度大、刚性大的焊件. 应选用碱性焊条.() 按焊接设备、施工条件和焊接工艺性选用. 如果焊接现场没有直流弧焊机时. 应选用交、直流两用的焊条. 当焊件接头附近污物、锈皮过多时. 应选用酸性焊条.

8、 在保证缝质量的前提下. 应尽量艺性好的酸性焊条.上一页下一页返回第9页，共47页。第一节手工电弧焊二、手弧焊基本操作要领(一) 引弧引弧就是使焊条与焊件间引燃并保持稳定的电弧. 引弧方法有两种. 即敲击法和摩擦法. 如图 所示. 这两种方法都是使焊条末端与工件表面接触形成短路. 然后迅速将焊条向上提起一段距离( ). 即可引燃并保持稳定的电弧. 应当注意. 焊条不能提得太高. 否则电弧易熄灭. 焊条末端与工件接触时间不能太长. 以免焊条粘连在焊件上. 当发生粘连时. 应迅速左右摆动焊条. 以使焊条脱离工件.上一页下一页返回第10页，共47页。第一节手工电弧焊(二) 运条手弧焊时. 焊条除了沿

9、其轴向向熔池送进和沿焊缝方向前移外. 为了获得一定宽度的焊缝. 焊条还应沿垂直于焊缝的方向横向摆动. 如图 所示. 焊条沿其轴向均匀向下送进时. 其速度应与焊条的熔化速度相同. 否则会引起电弧长度发生变化. 电弧长度过大. 会导致电弧飘浮不定. 熔滴飞溅. 电弧长度过小. 则容易发生粘连. 运条时还应注意控制焊条与焊件间的角度. 平焊时焊条的基本角度如图 所示.上一页下一页返回第11页，共47页。第一节手工电弧焊(三) 熄弧熄弧是指焊缝结束或一根焊条用完准备连接后一根焊条时的收尾动作. 焊缝结束时的熄弧.应在熄弧前让焊条在熔池处作短暂停顿或作几次环形运条. 使熔池填满. 然后将焊条逐渐向焊缝前

10、方斜拉. 同时抬高焊条. 使电弧自动熄灭. 连续熄弧. 应在熄弧前减小焊条与焊件间的夹角.将熔池中的金属和上面的熔渣向后赶. 形成弧坑后再熄弧. 连接时的引弧应在弧坑前面. 然后拉回弧坑. 再进行正常焊接.上一页返回第12页，共47页。第二节气焊与气割一、气焊气焊是利用氧气和可燃性气体混合燃烧所产生的热量. 将焊件和焊丝熔化而进行焊接的一种方法.气焊的优点是设备简单. 操作灵活方便. 能焊接多种金属材料. 气焊的缺点是火焰温度低. 加热缓慢. 生产率低. 热量不够集中. 焊体受热范围大. 因而热影响区较宽. 焊件容易变形. 火焰对熔池的保护性差. 焊缝质量不高. 难于实现机械化生产.工业生产中

11、. 一般采用氧 乙炔焰来焊接薄钢板、有色金属及其合金、钎焊刀具和铸铁的补焊等.下一页返回第13页，共47页。第二节气焊与气割二、气割气割是利用氧 乙炔焰将割缝金属加热到能够在氧气流中燃烧的温度(燃点). 然后开放切割氧. 使割缝金属燃烧. 氧化成熔渣. 并从切口中吹掉. 从而将金属分离的过程. 如图 所示.(一) 对氧气切割材料的要求() 金属材料的燃点必须低于其熔点. 否则切割前金属先熔化. 会导致切口凹凸不平.() 燃烧时生成的金属氧化物熔点应低于金属材料本身的熔点. 而且金属氧化物的流动性要好. 以便易于被氧气流从切口中吹掉.上一页下一页返回第14页，共47页。第二节气焊与气割() 被割

12、金属燃烧时能放出大量的热能. 而且导热性要低. 以保证下层金属有足够的预热温度. 使切割过程能连续进行.低碳钢、中碳钢和普通低合金钢能满足上述条件. 所以能顺利地进行气割. 高碳钢、高合金钢、铸铁、铜、铝等有色金属及其合金. 均难于进行气割.(二) 气割的特点和应用气割设备简单. 操作灵活方便. 适应性强. 生产率高. 气割适用于切割厚件、外形复杂以及各种位置和不同形状的零件. 因此气割被广泛地用于钢板下料和铸钢件浇冒口的切除.上一页返回第15页，共47页。第三节其他焊接方法一、氩弧焊氩弧焊是以氩气为保护气体的一种电弧焊方法. 按照电极的不同. 氩弧焊可分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种.熔

13、化极氩弧焊也称直接电弧法. 其焊丝直接作为电极. 并在焊接过程中熔化为填充金属. 非熔化极氩弧焊也称间接电弧法. 其电极为不熔化的钨极. 填充金属由另外的焊丝提供. 故又称钨极氩弧焊.二、埋弧焊埋弧焊是使电弧在较厚的焊剂层(或称熔剂层) 下燃烧. 利用机械(埋弧焊机) 自动控制引弧、焊丝送进、电弧移动和焊缝收尾的一种电弧焊方法.下一页返回第16页，共47页。第三节其他焊接方法三、电阻焊电阻焊是利用电流通过焊件的接触面时产生的电阻热对焊件局部迅速加热. 使之达到塑性状态或局部熔化状态. 并加压而实现连接的一种压焊方法.四、钎焊钎焊是采用熔点比母材低的金属材料作钎料. 将焊件和钎料加热至高于钎料熔

14、点、低于焊件熔点的温度. 利用钎料润湿母材. 填充接头间间隙并与母材相互扩散而实现连接的焊接方法. 根据钎料的熔点不同. 钎焊分为硬钎焊与软钎焊两种.上一页返回第17页，共47页。第四节焊接应力与变形一、焊接应力与变形产生的原因焊接过程中. 焊件受到的是不均匀的局部加热和冷却. 加热时的局部膨胀受到未膨胀部分的约束. 冷却时的局部收缩受到周围不收缩部分的约束.因此. 加热时局部膨胀的金属被未膨胀的金属所阻碍而受到压应力. 未膨胀的金属则受到拉应力. 冷却时局部收缩的金属被不收缩的金属所阻碍而受到拉应力. 不收缩的金属则受到压应力. 结果产生了焊接应力. 当应力大于焊件材料的屈服极限时. 焊件就

15、发生变形.二、焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式. 下一页返回第18页，共47页。第四节焊接应力与变形收缩变形是由焊缝的纵向和横向收缩所引起的变形. 角变形是由焊缝截面形状不对称或焊接次序不合理所引起的变形. 弯曲变形是在焊接丁字梁时. 由于焊缝布置得不对称. 焊缝纵向收缩引起的变形. 波浪式变形是焊接薄板时. 由于薄板在焊接应力的作用下丧失了稳定性而引起的波浪式变形. 扭曲变形是由焊缝在构件横截面上布置不对称或焊接工艺不合理所引起的变形.三、防止和减少焊接变形的措施为防止和减少焊接变形. 应进行合理的焊接结构设计和采取必要的工艺措施.上一页下一页返回第19页，共47页。第四节焊接应力与变形

16、(一) 合理的焊接结构设计() 在保证结构承载能力的条件下. 尽量减少焊缝数量、长度和截面积. 厚件要采用两面坡口进行焊接.() 结构中的焊缝应尽量对称分布. 避免密集和交叉.() 尽量选用型材、冲压件代替板材拼焊. 以减少焊缝数量和变形。(二) 工艺措施() 反变形法. 焊前把焊件安装成与焊接变形相反的位置. 以抵消焊后所发生的变形.如图 所示.上一页下一页返回第20页，共47页。第四节焊接应力与变形() 刚性固定法. 焊前把焊件固定在坚固的夹具内. 用强制手段来减少焊接变形. 但这种方法会增加焊接应力. 所以只适用于塑性较好的低碳结构钢.() 选择合理的焊接次序. 合理的焊接次序如图 所示

17、.四、焊接变形的矫正矫正过程的实质是使结构产生新的变形来抵消已发生的变形. 常用矫正方法有机械矫正法和火焰矫正法.上一页下一页返回第21页，共47页。第四节焊接应力与变形五、减少和消除焊接应力的方法焊接应力对于塑性好的低碳钢构件危害不大. 但对中碳钢、合金结构钢、高合金钢和铸铁焊件. 则可能导致焊缝和热影响区的开裂. 所以要采取措施减少和消除焊接应力.() 对焊件要进行合理的结构设计及采取必要的工艺措施.() 将焊件预热到 . 然后再进行焊接. 这是最有效的减少焊接应力的办法. 预热可使焊缝区金属和周围金属的温度差减小. 又可使焊后比较均匀地同时缓慢冷却.减少焊接应力和变形.上一页下一页返回第

18、22页，共47页。第四节焊接应力与变形() 焊后退火处理也是常用和最有效的消除焊接应力的一种方法. 即将焊件加热到 . 保温一定时间. 然后缓慢冷却. 经过退火处理的焊件一般可消除 以上的焊接应力.上一页返回第23页，共47页。第24页，共47页。第五节常用金属材料的焊接一、金属的焊接性金属材料的焊接性. 是指被焊金属在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构型式的条件下. 获得优质焊接接头的难易程度.同一种金属材料. 采用不同的焊接方法或焊接材料. 其焊接性可能会有很大的差别.焊接性一般包括两个方面: 一是工艺可焊性. 主要是指焊接接头出现各种裂纹的可能性. 二是使用可焊性. 主要是

19、指焊接接头在使用过程中的可靠性. 包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能(如耐热、耐蚀性等). 金属材料这两方面的焊接性可通过估算和试验方法来确定.下一页返回第25页，共47页。第五节常用金属材料的焊接钢的焊接性主要取决于钢中的化学成分. 尤其是碳的含量. 因此常用碳当量来估算钢的焊接性. 国际焊接协会推荐的估算碳钢和低合金钢的碳当量公式如下:式中、 为钢中该元素的含量百分数.根据经验: . 时. 钢材塑性较低. 淬硬倾向很强. 可焊性不好. 焊接时必须预热到较高温度和采取严格的工艺措施.二、碳钢和低合金钢的焊接低碳钢的碳当量低. 塑性好. 焊接性能也好. 焊接时一般不需要预热. 焊后也不需要热

20、处理. 低碳钢适合于各种焊接方法来进行焊接. 中碳钢的碳当量较高. 焊接时在近缝区容易产生淬硬组织和冷裂缝. 因此焊接时应尽量选用低氢型焊条. 并对焊件进行预热. 高碳钢的碳当量更高. 可焊性更差. 一般不用做焊接结构件. 而只用于焊补一些损坏的机件.普通低合金钢的焊接性能与一般低碳钢很相似. 上一页下一页返回第27页，共47页。第五节常用金属材料的焊接焊接性能良好. 但随着普通低合金钢的强度级别提高. 焊接性能随着变差. 焊接时需采用工艺措施. 一般是焊前预热. 焊后及时热处理以消除焊接应力.三、铸铁的焊补铸铁一般不用做焊接构件. 但铸件在生产和使用过程中. 会出现各种铸造缺陷和裂缝.此时可

21、采用焊补的方法修复使其继续使用. 铸铁的焊补方法有热焊法和冷焊法.上一页下一页返回第28页，共47页。第五节常用金属材料的焊接四、有色金属及其合金的焊接(一) 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接特点是: 铝易氧化成氧化铝( ). 氧化铝组织致密. 熔点高.焊接时易形成氧化物夹渣. 液态铝能大量吸收氢. 而固态铝几乎不溶解氢. 因此熔池在凝固时易形成气孔. 铝的导热系数大. 所以要求使用大功率或能量集中的热源. 厚度较大时应预热. 铝的线膨胀系数较大. 易产生焊接应力与变形. 甚至裂缝. 铝在高温时的强度、塑性很低. 焊接时会引起焊缝的塌陷和焊穿. 因此常需采用垫板.上一页下一页返回第29页，共4

22、7页。第五节常用金属材料的焊接目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、电阻焊和钎焊. 氩弧焊时. 氩气能可靠地保护熔池. 焊接质量较高. 气焊时必须采用气焊熔剂(气剂) 以去除表面氧化物和杂质. 不论用哪种焊接方法. 焊前都必须严格清除焊接处表面的氧化物和杂质.(二) 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接特点是: 铜的导热性很高. 所以焊接时必须采用较大的热量. 一般还需预热. 铜的线膨胀系数大. 易产生焊接应力与变形. 铜在液态时能吸收大量氢. 凝固时溶解度下降. 易形成气孔. 铜合金中的合金元素(如锌、锡、铅、铝等) 易氧化和蒸发. 使焊接接头处的力学性能下降.上一页下一页返回第30页，共

23、47页。第五节常用金属材料的焊接铜及铜合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、手弧焊和钎焊. 氩弧焊时. 氩气能可靠地保护熔池. 接头质量较好. 气焊时必须用气焊熔剂(气剂) 以去除表面氧化物和杂质.手弧焊时应选用相应的铜及铜合金焊条.上一页返回第31页，共47页。第六节焊接结构设计设计焊接结构时. 既要考虑结构强度和工作条件等使用性能要求. 还要考虑焊接工艺过程的特点. 才能获得优质的产品和降低产品的成本.一、焊接结构材料的选择焊接结构材料除应满足使用性能要求外. 还应具有良好的焊接性. 以保证焊接结构的安全可靠.低碳钢和强度级别不高的低合金钢具有良好的焊接性. 应优先选用. 含碳量大于.的碳钢和

24、含碳量大于. 的合金钢焊接性能差. 一般不宜采用. 镇静钢的组织致密. 钢材质量较高. 可以作重要的焊接结构用材.下一页返回第32页，共47页。第六节焊接结构设计 沸腾钢焊接时易产生裂缝. 厚板焊接时还有层状撕裂倾向. 不宜作承受动载荷和严寒条件下工作的重要焊接结构. 焊接构件要尽量应用各种型材. 这样可减少焊缝数量和焊接工作量. 同时还提高了结构的强度和刚性.二、焊接方法的选择设计焊接结构时. 确定了结构材料后. 就应考虑用什么焊接方法生产. 以保证获得优良的焊接接头. 并有较高的生产率. 选择焊接方法时. 要注意焊接方法的适用范围、焊件的厚度及现场设备等因素. 例如. 低碳钢可用各种方法进行焊接. 如果焊件是薄板轻型结构. 无密封要求的可用点焊.上一页下一页返回第33页，共47页。第六节焊接结构设计三、接头设计选择接头形式时. 要考虑结构形状、使用要求和焊接工艺等因素. 焊接接头的基本形式有对接、搭接、角接和 形接等.对接接头应力分布均匀. 接头质量容易得到保