焊接工艺及焊接缺陷基础教育

1、焊接工艺及焊接缺陷基础教育1第1页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 一、焊接基本概念 焊接工艺基础知识 焊接：是通过加热或加压或两者并用，用（或不用）填充材料将同种（或异种）金属材料实现原子之间结合的加工方法。 促进原子或分子之间产生结合和扩散的方法是加热或加热，或两者并用。 两件可为同种或异种材料（金属和非金属）。 2第2页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 二、焊接方法分类 焊接工艺基础知识 根据在焊接过程中金属材料所处的状态，焊接方法分熔焊、压焊和钎焊等三大类。 熔焊：将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。 常见的有电弧焊、

2、气焊、电渣焊、埋弧焊及各种气体保护焊、激光焊等。 其中又分为熔化极和非熔化极： 熔化极有焊条电弧焊、药芯焊丝电弧焊（MAG）、氩弧焊（MIG）、气保焊； 非熔化极有钨极氩弧焊（TIG）、等离子弧焊等。3第3页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 压焊：在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法，称为压焊。 加热压焊有电阻焊、气压焊、高频焊、锻焊、接触焊、摩擦焊等； 不加热压焊有的方法有冷压焊、超声波焊、爆炸焊等。 钎焊：是硬钎焊和软钎焊的总称，是采用比母材熔点低的金属作填充材料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，

3、利用液态钎料湿润母材，并填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。 硬钎焊：采用硬钎料，钎料熔点在450以上； 软钎焊：采用软钎料，钎料熔点在450以下。 常见的钎焊方法有烙铁钎焊和火焰钎焊。 主要特点是母材不熔化。 4第4页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 热作用局部性：与热处理不同，属于不均匀加热。 瞬时间性：热源以一定速度（300mm/min左、右）移动，加热速度快，可达到1500/S，短时间内可将大量热量从加热源传递到焊接工件上，而母材迅速将热量导出而冷却降温。 焊接加热过程对焊缝质量的影响： 影响熔池金属的理化反应，造成不完全偏析，形

4、成气孔、夹杂等缺陷。 由于热传导过程，使焊缝区域金属产生淬硬、脆化、软化等。 由于不均匀加热及冷却，产生不均匀应力状态和变形，导致裂纹。 三、焊接过程特点及影响5第5页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊缝熔池的一次结晶：在焊接过程中，当焊接热源离开后金属有液体转变成固体的过程为一次结晶；特点为： 熔池体积小，冷却速度快，电弧焊时熔池体积为30cm3，质量约为200g；冷速大约为100/S，当含C量高、合金元素较多的钢材将较易产生淬硬组织（马氏体），产生结晶裂纹。 熔池液态金属处于过热状态，温度为1770100，超过金属熔点，合金元素烧损严重。 熔池

5、在运动过程状态下结晶，熔池与热源作同速移动，熔池前半部处于熔化，后半部处于结晶状态，熔池在运动下结晶。6第6页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 偏析：合金钢中各组成元素在结晶时分布不均匀的现象。 在一次结晶过程中，冷速快，已凝固金属中的化学成分来不及扩散，造成分布不均匀，从而产生偏析。 偏析分为显微偏析、区域偏析、层状偏析等三种。 二次结晶：当高温焊缝冷却到室温时，需要经过一系列的组织相变过程称为二次结晶。 焊接过程中，熔滴过渡形态有粗滴过渡、短路过渡和喷射过渡。7第7页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 目

6、的：对焊接区域进行保护的目的是防止空气侵入熔滴和熔池，以减少焊缝金属中的H、N、O等含量。保护一般分为三种： 气体保护：Ar、CO2等（目前公司主要采用富氩气体保护，成分为80%Ar+20%CO2)； 渣保护：埋弧焊（采用焊剂HJ431、HJ330 等）； 气渣联合保护：焊条电弧焊（焊接材料采用电焊条）。 四、焊接过程中的保护原理及方法：8第8页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接方法表示法 焊接方法的英文缩写： 电弧焊AW CO2气体保护焊CO2W 埋弧自动焊SAW 钨极氩弧焊GTAW 电阻焊RW（其中：电阻点焊RSW；电阻缝焊RSEW） 焊接方

7、法数字表示法：无气体保护的电弧焊11（其中：手工电弧焊111）埋弧焊12（其中：丝极埋弧自动焊121）熔化极气体保护电弧焊13（其中：CO2气体保护焊135）非熔化极气体保护焊14（其中：钨极氩弧焊141）电阻焊2（其中：电阻点焊21；电阻缝焊22；电阻对焊25）气焊3 五、几种常用焊接方法的表示法9第9页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 概念：金属材料的焊接性能是指材料对焊接加工的适应性；即指金属用一定的焊接方法和工艺要求下能否获得优良的接头的性能和该接头能否在使用条件下可靠地运行。 使用焊接性：焊接接头或整个结构满足产品技术要求条件规定的使用性能

8、和要求。 焊接性不仅与材料本身的固有性能有关，同时也与许多焊接工艺条件有关。 通过焊接试验来评定的主要标准，是产生裂纹的可能性和裂纹的多少，以及有无气孔的产生。 六、常用金属材料的焊接性能10第10页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 金属材料的焊接性能与金属材料的化学成分有很大关系，如：碳钢的焊接性能就比合金钢好；合金元素含量低的材料比合金元素含量高的焊接性能好；含碳量低的碳钢的焊接性能比含碳量高的好。 一般用碳当量的大小来衡量: 碳当量（CE）0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，可焊性优良，焊接时不必预热。 碳当量（CE）=0.4%0.6%时，钢材的

9、淬硬倾向逐渐明显，需要采取适当预热，控制线能量等工艺措施。 碳当量（CE）0.6%时，淬硬倾向强，可焊性不好。11第11页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 影响材料焊接性的主要因素： 材料因素： 物理性能：熔点、热导率、热容量等，如Cu、Al等热导率大，结晶快，易产生气孔等； 化学性能：对氢、氮的敏感程度（主要影响元素C、S、P、O、N、H）； 工艺因素：焊接方法、工艺参数、焊接顺序、预热、后热、焊后热处理等。 结构因素：焊接结构和接头的设计形式（如形状、尺寸、厚度、接头坡口形式、焊缝布置及截面形状）。 使用条件：结构的工作温度、负载情况和工作介质等

10、，如低温工作要求抗脆性断裂；交变载荷要求焊缝抗疲劳性能。12第12页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 金属材料分类： 按含碳量分：低碳钢、中碳钢、高碳钢 按品质分：普通碳素钢、优质碳素钢、高级优质碳素钢 碳素钢的焊接性： 碳素钢的焊接性随含C量的增加而变差，因为含C量较高的钢焊接时温度快速冷却下来容易被淬硬，而被淬硬的焊缝和热影响区因为塑性下降，在焊接应力作用下易产生裂纹。13第13页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 碳素钢的焊接性能及工艺要求： 中碳钢：淬硬倾向较大，热影响区产生低塑性的马氏体，焊接性能较

11、差，35、45、55、ZG270-510、ZG310-570等， 中碳钢的焊接方法及工艺要求： 预热和控制层间温度，一般在150左、右。 尽量保证焊缝浅熔深焊接：采用小电流、小直径焊条或焊丝。 焊接完成后进行热处理：消除应力处理580-650、后热150-200保温1.5-2小时。 锤击焊缝法，消除焊接应力。14第14页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 高碳钢：在焊接过程中会产生又脆又硬的高碳马氏体，容易形成裂纹，难以焊接。一般不用这类钢材制作焊接结构件。 焊接方法及工艺要求： 先退火处理后再焊接操作。 预热：预热温度及层间温度控制在350左、右。

12、采用小电流、较低的焊接速度焊接。 焊后保温缓冷。 15第15页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 概念：用焊接方法把金属材料连接起来的接头叫焊接接头。 接头形式： 对接接头：有形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口、单边U形坡口、双面U形坡口。 T形接头：有I形坡口、单边V形、K形以及双U形坡口四种形式。 角接接头：有I形坡口、单边V形坡口、V形坡口及K形坡口四种形式。 搭接接头：分为I形坡口、圆孔内塞焊及长孔内角焊三种形式。 卷边接头 七、接头设计和形式16第16页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 接头的设计

13、和选择原则： 根据产品的结构形状、尺寸、材质、技术要求等。 根据采用的焊接方法及接头的基本特性。 根据承载荷的性质、大小（如拉伸、压缩、弯曲、冲击等）。 根据工作环境要求。 根据变形与控制及施焊的难易程度。 根据接头的焊前准备和焊接费用等。 坡口的选择原则： 保证焊件的焊接质量、焊缝能焊透。 坡口容易加工（如U型坡口比V型坡口加工困难，费用高）。 尽可能减少金属填充量。 减少焊接变形。 保证焊接可达性（如不能两面焊接的可选用单面V型或U型坡口） 不同位置的焊接操作要求：（平焊、立焊、横焊、仰焊等四种操作方法）。17第17页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础

14、知识 产生原理： 在焊接过程中，加热是通过移动的高温电弧热源进行的，因此焊缝和焊缝附近的金属温度很高，其余大部分金属不受热。受热金属的膨胀。而周围金属不受热，金属不膨胀，相当于钢性固定。于是，受热金属的膨胀受到阻碍和抑制，产生了压缩塑性变形。而焊完冷却后，焊缝和焊缝附近的金属，因收缩而变短，但又受到周围未受热金属的限制，就使焊件产生了内应力，以致产生变形。 八、焊接应力与变形18第18页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 应力分为： 按产生原因分为： 热应力：由于温差引起（温差应力），产生热裂纹。 相变应力：由于局部金属发生组织相变。 塑变应力：金属局

15、部发生拉伸或压缩产生塑性变形后引起的内应力。 按产生和存在时间分： 焊接瞬时应力：和热应力无本质区别，热应力也是瞬时应力（暂时应力） 残余应力：焊接完成冷却后残留在焊缝中的应力，其对结构的强度、防腐蚀性能和尺寸稳定均有影响。 焊接变形： 在焊接过程中产生的变形叫焊接变形。 焊接变形的种类：纵向和横向的收缩变形、弯曲变形、扭曲变形、角变形和波浪变形等。19第19页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接残余应力的控制： 焊接残余应力是可以通过结构设计和焊接工艺措施等进行调节和控制的，如降低残余应力产生的峰值，避免在大面积内产生较大的拉应力等。 设计措施：

16、 尽量减少结构上的焊缝数量和尺寸：多一条焊缝就多一处内应力源，过大的焊缝尺寸，焊接时受热区域就大。 避免焊缝过分集中，焊缝中间应保持足够的空间。在压力容器设计中要求较严格。 采用刚性较小的接头形式。20第20页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 工艺措施： 采用合理的焊接顺序。 降低焊缝拘束度。 锤击焊缝：使焊缝金属延展，抵消一些焊缝区域的收缩，降低内应力，在焊缝强度高，塑性较差的材料中，一般在温度较高时锤击为好（温度区间为800-500）。 加热减应区：加热那些阻碍焊接区域自由收缩的部位，使与焊接区域同时膨胀和收缩，减少焊接应力。21第21页，共13

17、4页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 消除焊接残余应力的方法： 整体高温回火（消除应力退火）：碳钢及低合金钢为580-680，时间一般不小于30min ,也不必超过3小时。 局部高温回火：只对焊缝及附近的局部区域加热。 机械拉伸法。 温差法。 振动法。 爆炸法。22第22页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 预防和减少焊接变形的措施 设计措施： 合理选择结构的截面形状和尺寸。 合理选择焊缝尺寸和形式：在保证焊缝强度、满足焊接工艺条件下，尽可能采用较小的焊缝尺寸。对于受力较大的丁字接头和十字接头，在保证强度相同的条件下，采

18、用开坡口角焊缝可减少变形。在薄板结构中如果没有密封性等要求，则可用点焊或塞焊来代替长缝的熔化焊。 尽可能减少不必要的焊缝：尽可能采用各种型材、冲压件和锻件。 合理地安排焊缝位置：尽可能使焊缝布置对称于结构截面的中性轴，或者靠近中性轴。23第23页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 工艺措施： 反变形法：是焊接生产中常用的工艺措施。 刚性固定法：在装配时可以用夹具、专用胎具、压铁、临时工艺支撑杆等来对构件进行刚性固定。 合理地选择焊接方法和焊接规范：选用能量比较集中的焊接热源，可减少焊接塑性变形区，有效防止焊接变形。如：CO2气体保护焊，电流密度大，能量

19、集中，线能量比较小，不仅生产效率高，而且构件的焊接变形比手工电弧焊小。 选择合理的组装、焊接顺序：这是焊接结构生产中防止或减少变形十分重要的工艺措施。合理的装配焊接顺序不仅能减少构件的焊接变形，而且还能降低结构的焊接应力。在对焊接结构进行装配焊接时，有的需要整体装配后再进行焊接，而有的结构需分小总成装配焊接后再总装焊接。要根据具体的情况正确选择合理的装配焊接顺序。 24第24页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接变形的矫正： 机械矫正：对低碳钢结构，可在焊后直接用此法进行矫正；但对于一般合金钢焊接结构，焊后应先进行消除应力处理，然后才能进行机械矫正

20、，否则矫正困难，并可能因此而产生构件的断裂。对于薄板焊后的波浪变形，可采用锤击焊缝区的拉伸应力区域的方法，使该区域的纤维伸长，减少板边的压应力而得到矫正。 火焰加热矫正：对构件进行局部加热，使加热区产生压缩塑性变形，冷却后发生收缩，从而达到矫正目的。一般加热部位温度控制在600800左右。对于有淬火敏感性的钢一般不采用此法，对于低合金结构钢，应根据各种钢材的特点，严格控制加热温度和冷却速度。 加热方法：点状加热（适用于板厚小于8mm的波浪式变形矫正）； 线状加热（多用于变形较大或刚性较大的结构）； 三角形加热（适用于矫正板厚较大，刚性较强的弯曲变形）。25第25页，共134页，2022年，5月

21、20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 概述：在焊接接头中由于焊接所引起的各种裂纹统称焊接裂纹。焊接裂纹在焊缝金属和热影响区都可能产生。焊接结构所产生的破坏事故大部分都是由焊接裂纹所引起。 裂纹的危害： 减少了焊接接头的工作截面，因而降低了焊接结构的承载能力。 构成了严重的应力集中，既降低了结构的疲劳强度，又容易引发结构的脆性破坏。 造成泄漏。 表面裂纹容易造成或加速结构的腐蚀。 留下隐患，使结构变得不可靠。 九、焊接裂纹分类及产生原理26第26页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 裂纹的分类 按焊接裂纹的分布形态分： 按裂纹产生的区域焊缝裂纹

22、和热影响区裂纹； 按相对于焊道的方向纵向裂纹和横向裂纹； 按裂纹的尺寸大小宏观裂纹和微观裂纹； 按裂纹分布位置表面裂纹、内部裂纹和弧坑（火口）裂纹； 按相对于焊缝断面位置焊趾裂纹、根部裂纹、焊道下裂纹。 按裂纹产生的机理分： 热裂纹包括结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹； 冷裂纹包括延迟裂纹、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹； 再热裂纹； 层状撕裂； 应力腐蚀裂纹。27第27页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接热裂纹：在焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的焊接裂纹称为热裂纹。其断口为蓝黑色。焊接热裂纹可分为：结晶裂纹、液化裂纹

23、、多边化裂纹三类。 结晶裂纹：只产生在焊缝中，多呈纵向分布在焊缝中心，也有呈弧形分布在焊缝中心线两侧。弧坑裂纹亦属结晶裂纹。 液化裂纹：在母材近缝区或多层焊的前一焊道因受热作用而在液化的晶界上形成的焊接裂纹称液化裂纹。 多边化裂纹：焊接时在金属多边化晶界上形成的一种热裂纹称多边化裂纹。是由于在高温时塑性很低而造成的，故又称高温低塑性裂纹。这种裂纹多发生在纯金属或单相奥氏体焊缝中。目前对这种裂纹还缺乏深入研究。 焊接再热裂纹：焊后，工件在一定温度范围再次加热而产生的裂纹称再热裂纹 有些结构在焊后并未发现裂纹，而在焊后消除应力的热处理过程中才出现裂纹，这种裂纹又称消除应力处理裂纹，简称SR裂纹。

24、有些焊接结构焊后没有裂纹，而在一定温度下长期工作时才产生裂纹。28第28页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接再热裂纹特点 只发生在某些金属内，即仅在含有一定沉淀强化元素的金属焊件中产生。而一般的低碳钢和固溶强化类的低合金高强钢均无再热裂纹倾向。 只发生在某一温度区，与再热温度和再热时间有关。 只发生在热影响区粗晶区的晶界上，在母材、焊缝和热影响区的细晶部位均不产生再热裂纹。 在焊接区必须同时存在有残余应力和不同程度的应力集中，因此在大拘束焊件或应力集中部位最容易产生再热裂纹。 预防热裂纹的主要措施： 控制焊缝金属中有害物质的含量； 预热：减小焊缝

25、熔池的冷却速度，降低焊接应力； 采用碱性焊条或碱性焊剂：增强脱S能力，提高焊缝抗热裂纹性； 调整焊接工艺参数：减少电流、减少焊缝厚度，提高抗裂性能； 采用收弧板：焊缝弧坑冷却速度较快，因偏析在弧坑产生热裂纹。29第29页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度下（钢在Ms温度以下）时产生的焊接裂纹。主要特点： 钢在焊接接头冷却到室温后并在一定时间（几小时、十几小时或十几天）才才出现的焊接冷裂纹称延迟裂纹（最常见）。 焊接冷裂纹主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金钢或中合金高强钢、Ti及Ti合金钢中，多发生在接头热影响区或熔合线上，

26、个别情况下出现在焊缝中。 开始时少量出现，随时间增长逐渐增多和扩展。 冷裂纹分类： 淬硬脆化裂纹：又称淬火裂纹，一些淬硬倾向较大的钢种易出现。一般焊后立即出现，在热影响区和焊缝上都可产生。 低塑性脆化裂纹：是某些塑性较低的材料冷至低温时，由于收缩而引起的应变超过了材料本身所具有的塑性储备或材料变脆而产生裂纹。如铸铁补焊，堆焊硬质合金和焊接高铬合金时易出现，通常是焊后立即出现，无延迟现象。30第30页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 延迟裂纹：可分为三类： 焊道下裂纹：是在靠近堆焊焊道的热影响区内所形成的焊接冷裂纹，常与熔合线平行，有时也垂直。 焊趾裂

27、纹：是沿应力集中的焊趾处所形成的焊接冷裂纹，其走向常与焊缝纵向平行，并由焊趾表面开始向母材深处延伸。 焊根裂纹：是沿应力集中的焊缝根部所形成的，其走向从焊缝根部开始伸向热影响区或焊缝中。 防止冷裂纹的主要措施： 控制焊缝金属的含氢量。 预热：减慢焊接接头的冷却速度以降低淬硬倾向。 后热（消氢处理）：指焊接结束或焊完一条焊缝后，将焊件或焊接接头区立即加热到150-250并保温一段时间，消氢处理是在300-400加热温度内进行。 采用较大的焊接线能量，减慢接头的冷却速度。 采用奥氏体不锈钢焊条，由于奥氏体组织塑性好，可减少焊接应力，并能溶解较多的氢。31第31页，共134页，2022年，5月20日

28、，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接结构件设计时应注意的事项： 在设计焊接结构时，应尽可能采用最合理的结构形式和焊接工艺，以保证： 在满足设计功能要求下，焊接工作量能减至最少； 焊接件可不再需要或只需要少量的机械加工； 焊接变形和焊接应力能减至最少； 能为焊接操作者创造良好的劳动条件； 结构的生产成本低，生产效率高。 概括起来讲就是要保证产品的制造合理性、经济合理性、使用安全性。 下面就一些具体的事项说明如下： 十、焊接结构设计与要求32第32页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 制造合理性方面： 焊接件应具有好的定位保证组装的可操作性。 考

29、虑焊接时操作方便，结构特殊更应考虑焊缝的布置。 毛坯上与其他件连接的部分应离开焊缝至少3mm。 焊缝的位置应使焊接设备的调整次数和工件的翻转次数最少。 经济合理性方面： 考虑最有效的焊接位置，以最小量焊接达到最大量效果。 在不影响产品性能的前提下，长焊缝尽量采用间断焊缝。 根据产品结构特点，尽量设计为平焊、横焊，避免立焊、仰焊。 正确选用角焊缝的计算厚度。角焊缝在较小的负载下，不必计算强度，可按经验确定焊角高度尺寸k，即按连接钢板中较薄的板厚考虑。单面角焊缝k0.6；双面角焊缝k0.3。一般k不应超过12mm，根据强度计算k值需大于12mm时，应选择其他形式的焊缝。 一般情况下尽量不要把焊缝布

30、置在加工面上。 根据不同的焊接方法和板厚确定合理的坡口形式。 33第33页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 使用安全性方面： 避免将焊缝设计在应力容易集中的地方，特别是重要部件或承受反复载荷的焊接件，更应注意这一点。合理布置构件的相互位置，以保证焊接件的刚性。 焊缝的根部在避免处于受拉应力的状态。 直接传递负载的焊接件，采用整体嵌接为好，将工作焊缝转为联系焊缝。 箱形焊接结构件应设计为折弯件的拼焊。 避免焊缝过分集中，以防止裂纹、减少变形；同时，焊缝间应保持足够的距离。 焊接端部产生锐角的地方，应尽量使角度变缓；薄板筋的锐角必须去掉，因为尖角处易熔化

31、。 焊缝应交错布置，避免交叉焊缝，特别是厚截面时更应注意。 合理安排焊缝位置，焊缝应相对构件中性轴，或靠近中性轴，以减少收缩力矩或弯曲变形。如有困难，则应使较厚的焊缝布置在靠近中性轴，较薄的焊缝布置在另一边。 34第34页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 尽量减少焊缝的数量，在可能的情况下，用冲压结构代替肋板结构，特别是对薄板结构十分有效。 蒙皮采用接触点焊代替熔化焊，可减少变形。 丁字接头受集中载荷作用时，必须使集中载荷作用处有足够的刚度。 在不同厚度钢板的对接焊接件设计时，两板的厚度差（1）超过下列允许数值时，应在较厚板上作出单面或双面削薄，其削

32、薄长度L=3（1）：较薄板厚度1为25mm时，允许厚度差（1）为1mm；较薄板厚度1为59mm时，允许厚度差（1）为2mm较薄板厚度1为912mm时，允许厚度差（1）为3mm；较薄板厚度1为大于12mm时，允许厚度差（1）为4mm。35第35页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 焊接结构组焊件设计图样上应表明的焊接方面的内容： 正确完整的焊缝标注符号； 选定的焊接方法及所选用的焊接材料（焊接材料也可不标明而由工艺确定）； 焊后消除应力处理要求； 校正焊接变形要求； 焊缝质量等级要求（如：X射线、超声波探伤的等级要求）； 当同一图样上全部焊缝采用的焊接方

33、法完全相同时，焊缝符号尾部表示焊接方法的代号可省略不标注，但必须在“技术要求”中注明“全部焊缝均采用焊”等字样；当大部分焊接方法相同时，也可在“技术要求”中注明“除图样中注明的焊接方法外，其余焊缝均采用焊”等字样； 当断续焊缝、对称断续焊缝、交错断续焊缝的段数无严格要求时，允许省略焊缝段数标注； 36第36页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 同种钢材焊接时焊材选用原则： 从焊件的力学性能和化学成分方面考虑，焊材的选用原则为： 根据等强原则选择满足母材力学性能的焊材。 焊材的化学成分符合或接近母材。 母材中含C、S、P等有害成分较高时，应选择抗裂性和抗

34、气孔性能好的焊材。 从焊件的工作条件和使用性能方面考虑，焊材的选用原则为： 在承受动载荷和冲击载荷情况下，选择焊材时除保证强度外，对冲击韧性、延伸率均有较高要求。 接触腐蚀介质的，必须根据介质的种类、浓度、工作温度以及区分是一般腐蚀还是晶间腐蚀等，选择合适的焊材。 在磨损条件下，应区分是一般磨损还是受冲击磨损，是常温还是受高温磨损等，选择相应的耐磨焊材。 非常温条件下工作时，应选择相应的保证低温或高温力学性能的焊材。 十一、焊接材料的选用原则37第37页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 从焊件的结构特点和受力状态考虑，焊材的选用原则为： 形状复杂，刚

35、性大或大厚件的焊件，焊缝金属在冷却时收缩应力大，容易产生裂纹，必须选择抗裂性好的焊材。 受条件限制不能翻转的焊件，须选择能进行相应位置（或全位置）焊接的焊材。 从施焊条件和设备方面考虑，焊材的选用原则为： 某些钢材（如珠光体耐热钢）需焊后消除应力热处理，但受热处理设备条件限制（或本身结构限制）不能进行热处理时，应改用非母材金属材料焊材（如奥氏体不锈钢焊材），可不必焊后热处理。 在狭小或通风条件差的施焊场合，应选用低尘低毒焊材。 从经济合理性方面考虑，焊材的选用原则为：在使用性能相同的情况下，应尽量选择价格较低的焊材。38第38页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工

36、艺基础知识 异种钢、复合钢焊接时焊材选用原则 一般碳钢和低合金钢的焊接（如Q235A与Q345A、45与Q345A等）： 应使焊接接头的强度大于被焊钢材中最低的强度。 应使焊接接头的塑性和冲击韧性不低于被焊钢材。 为防止焊接裂纹，应根据焊接性较差的母材选取焊材。 低合金钢与不锈钢的焊接： 一般选用含Cr、Ni比母材高，塑性、抗裂性较好的奥氏体不锈钢焊材。 对于不重要的焊件，可选用与不锈钢相应的焊材。39第39页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 手工电弧焊：利用电弧热熔化焊条和局部工件，形成连接的一种焊接方法。 特点：具有灵活、机动，适用性广泛，可进行

37、全位置焊接；所用设备简单、耐用性好、维护费用低等优点。但劳动强度大，质量不够稳定，决定于操作者水平。 富氩气体保护焊：利用富氩气体（80%Ar+20%CO2）进行保护，以燃烧于工件与焊丝间的电弧做热源的一种焊接方法。 特点：成本低，为埋弧焊和手工焊的40%左右，质量较好，生产效率高，操作性能好，大电流时飞溅较大，成型不够美观，设备较复杂。 钨极氩弧焊：利用高熔点钨棒作为一个电极，以工件作为另一个电极，并利用氩气作为保护介质的一种焊接方法。简称TIG焊。 特点：热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区窄，焊接变形小，电弧稳定，飞溅小，成形美观，设备较贵。 气焊：利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产

38、生的高热（可达3000）熔化焊件和焊丝进行焊接的一种焊接方法。 十二、目前公司主要的焊接方法40第40页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 整个公司目前的焊接装备与同行竞争企业比较还相对滞后。同行企业于90年代初期就开始采用焊接机器人进行产品的焊接，90年代中期开始大规模采用这种先进的制造技术进行金属结构件的焊接自动化生产。采用焊接专机、弧焊机器人等自动化焊接方法进行生产，已成为一个企业结构件制作能力的象征。公司目前只有平地机前机梁焊接专机、滚轮焊接专机、搅拌车（站）筒体焊接操作机、起重机各节臂焊接专机、转塔台环焊专机等几台半自动焊接设备，少部分关重件

39、配置了焊接变位机，基本上还是以手工焊接为主，暂未配置弧焊机器人。 同行业状况： 广西柳工于上世纪九十年代就购置了4台igm弧焊机器人用于焊接装载机前车架中的主焊缝。 江苏常林采用一台igm弧焊机器人焊接装载机前车架主要焊缝，主要部件都配置了焊接变位机 。 陕建采用了两台igm弧焊机器人用于摊铺机熨平板架的焊接。 天工采用两台瑞典ABB公司的弧焊机器人（IRB2400型）用于平地机牵引架和前机架的焊接。 十三、目前公司焊接生产状况41第41页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四十四、世界焊接技术发展趋势 焊接工艺基础知识 随着焊接技术迅速发展，从过程的控制到焊接工艺及装备都

40、不断有新的突破，为焊接生产向优质、高效、低成本的方向发展提供了前所未有的良好条件。焊接过程的机械化、自动化是机械企业焊接生产技术改造的主要方向。 目前较先进的焊接技术： 弧焊机器人焊接系统（工作站） 激光焊接技术 变位焊接技术42第42页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 弧焊机器人焊接的特点： 焊接过程稳定：可以保证产品焊接质量的稳定和提高。 生产效率高：焊接实际生产操作时间长，最少占整个操作过程时间的70%以上，能提高生产效率一倍以上。 定位精度高（可达0.010.02mm）：采用先进的传感技术（如激光跟踪传感器、电弧传感器及喷嘴传感器等）全程跟踪

41、和控制焊接操作过程，能保证焊缝不焊偏以及焊缝的平直度，从而能够有效的保证产品的焊接质量，特别是能够大大提高焊缝的表面质量，并能降低对工人操作技术的要求。 设备柔性高：可缩短产品改型换代的准备周期，并减少相应的设备投资。 能减轻劳动强度。 可在特殊环境中进行焊接作业。43第43页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识弧焊机器人 44第44页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 激光是一束高能量密度的热能源，因此采用激光从事焊接作业，其热交换热量远比热传导和热幅射的能量高。为此它不仅可以使被焊接材料迅速熔化，同时还可以使

42、其一部分得到汽化，这样就可以使焊接生产相对能耗小，易于进行高速焊接。 目前激光焊接技术较成熟的是使用1l0kw间的中等功率激光器用于低合金钢以及特种合金钢的焊接。 对于10kw以上的大功率的激光器正处在研究应用推广阶段，功率达到20kw的二氧化碳激光器，一次可以焊接20mm的厚钢板 。 激光焊接技术 45第45页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 激光焊接的特点： 焊接速度快：激光的高能量可使焊接材料快速熔化 焊接质量高：快速熔化产生的汽化现象可改善焊接质量 应用范围广：可焊接各种难熔的金属、非金属材料 可以不用焊料，对焊缝材质不稀释、不污染 生产效率

43、高，操作控制方便 变位焊接技术 变位焊接技术指工件在焊接过程中，通过将工件位置变动（旋转或翻转），使焊缝处于平焊或船形焊状态，从而使焊接操作过程简单，降低对操作者的要求，更易保证焊接质量，特别是焊缝外观质量可得到可靠保证。 46第46页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识变位焊接 47第47页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 各种焊接方法比较分析 焊接工艺基础知识 主要焊接方法及原理比较 焊接方法手工焊变位焊接专机焊接机器人焊接激光焊接特点人工操作，焊接质量不稳定，随机性较大适应范围广，可根据焊接需要调整相应工件位置一般适应于特

44、殊工件的焊接焊接不同的工件将增加辅助设备，投资比较大可焊接20mm以下钢板，但在薄板焊接领域（如汽车行业、医药行业）适应较广生产效率较低较高较高高高焊接质量一般较好较好好好设备投资（万元）252030160280220300适应范围广广窄较广较广对工件组装要求低低较低高高生产成本低低较低较高较高48第48页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四 焊接工艺基础知识 主要机器人焊接系统厂家及性能比较 生产厂家奥地利IGM瑞典ABB神钢ARCMAN首钢莫托曼设备价格（万元）17522019024015017580120纠偏功能好好较好稍差对工件的组装、定位精度要求较高较高较高高配

45、套零件加工精度要求较高较高较高高配套设备投资及加工费用较高较高较高高49第49页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四谢 谢 !50第50页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四锅炉压力容器压力管道焊工考试规则第51页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四第一十三条：焊接操作技能考试应从焊接方法、试件材料、焊接材料及试件形式等方面进行考核。 焊接方法及代号见表1， 焊条类别代号及适用范围见表2， 试件钢号分类及代号见表3， 各种试件形式、位置及代号见表4， 焊接要素及代号见表5。52第52页，共134页，2022年，5月20日，14点

46、24分，星期四表1焊接方法及代号焊接方法代号焊条电弧焊SMAW钨极气体保护焊GTAW熔化极气体保护焊GMAW（含药芯焊丝电弧焊FCAW）埋弧焊SAW53第53页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四（一）、“2002年考规”对八种焊接方法的焊工考试作出规定，除此以外的焊接方法都按四十三条规定进行考试。药芯焊丝电弧焊考试规定与熔化极气体保护焊相同，常用半自动与自动焊方式( 实质上是手工焊与机械焊）。堆焊不能称为焊接方法，只是焊接方法的运用，各种焊接方法焊接操作技能考试规定也适用于堆焊的运用。对于焊接方法按“2002年考规”分为手工焊接和机械化焊接两种方法；54第54页，共13

47、4页，2022年，5月20日，14点24分，星期四对焊工操作技能“2002年考规”分为手工和焊机操作技能两种。 对试件对接形式分为板材对接焊缝、管材对接焊缝和管板角接头试件三种。焊接不锈钢复合钢之间焊缝及过渡焊缝的焊工，应取得耐蚀堆焊资格55第55页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四表2焊条类别、代号及范围焊条类别焊条类别代号相应型号牌号适用焊件的焊条范围钛钙型F1EXX03J422/J502F1纤维素型钛型F2EXX10J505GXF1、F2钛型、钛钙型F3EXXX(X)-16/-17G202F1、F3低氢型、碱性F3JEXX15/-16J427/J507R507/R

48、307F1、F3、F3J钛型、钛钙F4EXXX(X)-16/-17A132/A302F4碱性F4JEXXX(X)-16/-17A137/A307F4、F4J56第56页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四.二、锅炉、压力容器和压力管道使用国产焊条所执行的国家标准有三个：GB/T9831995， GB/T51171995， GB/T51181995，行业标准一个： JB/T47472002。表2焊条代号、类别及适用范围F1钛钙型EXX03F1（J422、J502) GB/ T5117 这类焊条为钛钙型，药皮中含30%以上的氧化钛和20%以下的钙或镁的碳酸盐57第57页，共1

49、34页，2022年，5月20日，14点24分，星期四矿，熔渣流动性良好，脱渣容易，电弧稳定熔池适中，飞溅少，焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接，焊接电流为交流或直流正、反接，主要焊接较重要的碳钢结构。F2纤维素型EXX10，EXX11，（GB/T5117）EXX10X，EXX11X， （GB/T5118） EXX10、 EXX10X型焊条为高纤维素钠型药皮中纤维素含量较高，电弧稳定，焊接时有机物在电弧区分解产生大量的气体，保护熔敷金属，电弧吹力大，熔深较深。58第58页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四熔化速度快，熔渣少，脱渣容易，熔渣覆盖较差，通常限制采用大电流焊接。

50、这类焊条适用于全位置焊接，特别适用于立焊、仰焊的多道焊和有较高射线检测要求的焊缝，也可用于向下立焊，焊接电流为直流反接。 如J505GX （GB/T5118） 适用焊件的焊条范围：F1、F259第59页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四F3钛型、钛钙型型号：（GB/T983)EXXX（X）16型焊条（G202),药皮可以是碱性的，也可以是钛型或钛钙型。适用于交流或直流焊接，为了在交流施焊时获得良好的电弧稳定性，这类焊条药皮中一般都含有易电离元素如钾，直径不大于4.0mm的焊条可用于全位置焊接 。适用焊件的焊条范围：F1、F3。 60第60页，共134页，2022年，5月

51、20日，14点24分，星期四F3J低氢型、碱性 GB/T5117 J426 、J506、J507 GB/T5118J427、J507、J507RH GB/T983G20761第61页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四EXX15、EXX15X型焊条，这类焊条为低氢钠型。药皮主要组成物是碳酸盐矿和萤石，碱度较高，熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸，熔深适中，脱渣性能好，焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊。这类焊条可全位置焊接，焊接电流为直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能。62第62页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星

52、期四 EXX16、EXX18X型焊条，这类焊条为低氢钾型药皮。在与EXX15、 EXX15X型焊条药皮基本相似的基础上添加了稳弧剂，如钾水玻璃等，电弧稳定，工艺性能、焊接位置与EXX15型焊条相似，焊接电流为交流或直流反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性能和力学性能。适用焊件的焊条范围：F1、F3、F3J63第63页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四F4钛型、钛钙型GB/T983EXXX（X）15EXXX（X）17（A132、A302） GB/T983F4J GB/T983EXXX（X）15EXXX（X）17（A137）（A307）64第64页，共134页，2022

53、年，5月20日，14点24分，星期四上述三个焊条国家标准都是等效采用美国国家标准，所谓等效采用则是将国外标准的技术内容全部照搬，只是计量单位从英制改为中国习惯采用的公制。当焊工考试时若采用了美国焊条，便可直接按（2002考规）表2的规定将美国焊条划入相应的类别中。GB/T9831995等效ANSI/AWSA5.41992不锈钢手工电弧焊焊条GB/T51171995等效ANSI/AWSA5.1199165第65页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四碳钢药皮电焊条规程 GB/T51181995等效ANSI/AWSA5.51981低合金钢药皮电焊条规程三、试件母材钢号及代号见表

54、3焊工焊接操作技能考试是要求焊工按照评定合格的焊接工艺施焊出没有超标缺陷的焊缝。从焊接缺陷角度出发，焊工焊接操作技能与母材钢号没有关系，对于焊条电弧焊，焊工焊接操作技能与药皮类别密切相关。但因钢材合金成分不同造成焊接性能不同，施焊时所采取的焊接工艺措施66第66页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四不一样，从焊接工艺复杂程度出发而将试件母材钢号进行分类，并制定出替代规则，手工焊焊工焊接操作技能也相应分成四个等级。67第67页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四表3试件钢号分类及代号表类别代号典型钢号示例碳素钢Q195、Q215、Q235、10、20、

55、20R、20G、20gHP245、HP265、L175、L210、S205低合金钢HP295、HP325、L245、L290、马氏体钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢、双相不锈钢68第68页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四表3中钢号都是锅炉、压力容器、压力管道和气瓶现行标准中所列钢号。GB66531994焊接气瓶用钢板中所列气瓶用钢的牌号都用“HP”打头，例如HP245、HP365。“245”表示钢材屈服点s 下限值。气瓶用钢的化学成分都有控制范围。69第69页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四SY52971991石油天然气输送管道用直缝电阻焊钢管中所

56、列的钢种等级都用“S”打头，例如S240、S480。“240表示该等级钢种的t0.5下限值， （规定总伸长应力即试样标距长度上产生0.5%的总伸长所需的拉应力）对于每个等级钢种化学成分都有控制范围。70第70页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四“GB/T97111999石油天然气输送钢管交货技术条件中所列的钢种等级都用“L”打头，例如L175、L155。155”表示该等级钢种的Rt0.5下限值，对于每个等级钢种化学成分都有控制范围。碳素钢（类）：焊接性能良好，大多数情况下焊前不要求预热，焊后不要求后热，部分钢号因为没有冲击要求，因而也不需要控制线能量。低合金钢（类）：这

57、类钢号焊前要求预热，焊后要求后热，而且有冲击71第71页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四试验要求，因而要求控制线能量上限。马氏体钢、铁素体不锈钢（类）：这类钢焊接裂纹倾向较大，焊前不要求预热，焊后要进行热处理，焊接工艺要求严格，要求控制焊接线能量范围。1Co5Mo与1Co9Mo1是代表这一类别钢号， 1Co5Mo钢供货状态的金相组织与热处理状态有关。即便退火供货时为珠光体，在焊后其焊缝与热影响区将出现马氏体组织，所以将它列入类。72第72页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四奥氏体不锈钢、双相不锈钢（类）：这类钢材用相应的焊条施焊时熔池不易摊开，

58、熔滴过渡不暢特点与碳钢、低合金钢很不同，故另列一类。表3内所列钢号只是典型钢号示例，包含了锅炉、压力容器、压力管道标准中所列钢号。对于没有列入表3的钢号（例如新钢号、国外钢号）可根据第四十四条规定由焊工考委会将其列入相应类别中。对焊机操作工来讲，焊接操作技能考试是考核焊工掌握焊机能力，焊接过程“自动”73第73页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四完成与钢号无关，焊机操作工用某一钢号经焊接操作技能考试合格后，则焊接所有钢号都可免除考试。表4试件形式、位置及代号见图： 74第74页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四表4试件形式、位置及代号试件形式试件

59、位置代号板材对接焊缝平焊1G横焊2G立焊3G仰焊4G75第75页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四管材对接焊缝试件水平转动1G垂直固定2G向上焊水平固定向下焊5G5GX向上焊45固定向下焊6G6GX76第76页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四管板角接头试件水平转动2FRG垂直固定平焊2FG垂直固定仰焊4FG水平固定5FG45固定6FG77第77页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四第十四条焊接操作技能考试合格的焊工，当试件钢号或焊材变化时，属下列情况之一的不需重新进行焊接操作技能考试：（一）手工焊焊工采用某类别钢号经焊接操

60、作技能考试合格后，焊接该类别其它钢号时；（二）手工焊焊工采用任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接该78第78页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四类别钢号与类别代号较低钢号所组成的异种钢号焊接接头时；（三）除类外，手工焊焊工采用某类别任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接较低类别钢号时；（四）焊机操作工采用某类别任一钢号，经焊接操作技能考试合格后，焊接其它类别钢号时；（五）变更焊丝钢号（或型号）、79第79页，共134页，2022年，5月20日，14点24分，星期四药芯焊丝类型、焊剂型号、保护气体种类和钨极种类时；第十五条经焊接操作技能考试合格的焊工，属下列情况之一