焊接基础知识

1、焊接基础知识一、焊接方法与分类电焊技术就是采用在金属连接处实行局部电能加热、加压或加压的同时加热，使被焊金属局部达到液态或接近液态，来促进原子或分子间相互扩散和进行结合，以达到固定的连接。近百年来，随着科学技术的不断发展，各种焊接方法不断出现。按照焊接过程中金属所处的状态和工艺特点，可以把焊接方法简单按族系法分为三大类，即熔化焊、固相焊和钎焊。还可进一步进行细分。(1) 熔化焊 使被连的构件表面局部加热熔化成液体，添加填充金属或不添加填充金属，然后冷却结晶成一体的方法称为熔化焊。为了实现熔化焊，关键是要有一个能量集中、温度足够的局部加热。其次，为防止局部熔化的高温焊缝金属因跟空气接触而造成成分

2、、性能的恶化，熔化过程一般要采取有效的隔离空气的保护措施。常见的电弧焊、气焊、气体保护焊等，都属于熔化焊范畴。（2) 固相焊 利用加压、摩擦、扩散等物理作用克服两个连接表面的不平度，除去（挤走）氧化膜及其他污染物，使两个连接面原子相互结合，在固态条件下实现连接称为固相焊。固相焊通常必须加压，所以也称为压焊。为了使固相焊容易实现，大都在加压同时伴随加热措施（但加热温度远低于焊件的熔点，因此，固相焊一般无需保护措施）。常见的锻焊、电阻对焊、扩散焊、激光焊、电子束焊、爆炸焊、闪光焊等均属于固相焊范畴。(3) 钎焊 利用某些熔点低于被焊构件材料熔点的熔化金属（钎料）作为连接的媒介物在连接界面上的流散浸

3、润作用，然后冷却结晶形成结合面的方法称为钎焊。钎焊时被焊金属本身不熔化。火焰钎焊、盐浴钎焊、感应钎焊、电子束钎焊等属钎焊范畴。基本焊接方法及分类见表1-1。表1-1 焊接方法族系法分类螺柱焊焊条电弧焊埋弧焊氩弧焊二氧化碳电弧焊钨极氩弧焊原子氢焊等离子弧焊熔化极焊 熔化焊氧-氢焊基氧-乙炔焊气焊本空气-乙炔焊焊铝热焊电渣焊电子束焊激光焊电阻点缝焊电阻对焊冷压焊超声波焊爆炸焊锻焊扩散焊接方法 固相焊火焰钎焊感应钎焊炉中钎焊盐浴钎焊电子束钎焊钎焊二、焊接电弧的基础知识电弧是一切电弧焊焊接方法的能源，电弧是一种气体放电现象。1. 电弧的物理特性焊接电弧是由焊接电源供电的、具有一定电压的两电极间或电极与

4、焊件间气体介质产生的强烈而持久的放电现象。通常情况下，气体的分子和原子呈中性，气体中没有带电粒子，即使在电场作用下，也不会产生气体导电现象，电弧不能自发产生。要使电弧引弧并稳定地燃烧，就必须使两电极间的气体电离产生导电粒子。2. 焊接电弧的结构（1）电弧结构：焊接电弧在长度方向上，由于其气体导体粒子的特性变化，电弧的阻抗也发生变化。通常将电弧分成三个区域，靠近阴、阳极分别为阴极区和阳极区，中间的部分为弧柱区（图1-1）。阴极区的长度非常小，只有10-510-6 cm，阳极区的长度也只有10-310-4 cm，而弧柱区则占据电弧的主要长度。在电弧电压的分布上，阴极区的压降(UK)为1020v，弧

5、柱区的压降(UC)为10-30V，而阳极区的压降(UA)为23V。图1-1 电弧压降分布（2）电弧中温度及能量的分布：根据焊接电弧的结构特点，焊接电弧中各区域温度及能量分布也不均匀。焊接电弧的溫度结构特点，电极材料、气体种类、焊接电流大小、焊接方法不同而不同。般情况下，弧柱区的温度较高，两电极温度较低，这主要是由于电极温度受到电极的材料种类、焊接性能以及熔点和沸点的限制，而弧柱区则没有。（3）电弧周围的磁场：电弧实际上是一种气态导体，从宏观上看呈中性，而在其内部，正、负电荷分离并以一定的方向运动形成电流，就像一根通电的导体。与流过电流的导体一样，电弧周围也产生自身的磁场。电流与磁场的方向由右手

6、定则确定（图1-2）。这种自身磁场能产生一定的电磁收缩力，促使熔滴向熔池过渡，保证熔化深度，并使电弧具有一定刚度，即电弧抵抗外界干扰，力求保持沿焊条（丝）轴向流动的能力。在焊接过程中，由于种种原因，电弧自身所产生的磁场均匀性的分布可能遭到破坏，使电弧偏离焊条（丝）的轴线方向，即产生磁偏吹现象，如图1-3所示。电流不仅在焊条与电弧的空间产生磁场，而且在流过焊件的方向产生磁场，结果使电弧偏离了焊条（丝）轴线。磁偏吹的产生还可能由于焊件上的剩磁以及焊件周围其他的磁场所引起。图1-2 电弧周围磁场 图1-3 电弧的磁偏吹现象电弧磁偏吹使焊接电弧飘移和不稳定，甚至会使电弧熄灭。电弧的不稳定燃烧，使加在熔

7、池上的作用力也不稳定。熔滴过渡不规则，导致了焊缝成形不规则，从而引起未焊透、气孔、夹渣等缺陷。要清除磁偏吹的影响，首先要分析磁偏吹的产生原因，采取调整电弧两侧空间的大小、小电流短弧焊的措施，外加反向磁场或消磁等方法来消除磁偏吹对焊接的影响。（4）电弧的静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定地燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为焊接电弧的静特性。电弧电压将随弧长增大而增高，在电弧电压一定时，过分地增大弧长将会导致断弧。弧长一定时，电弧静特性都呈U形（见图1-4）。在ab段，电流较小（焊条电弧焊约100A以下，埋弧焊约400A以下），要求电源提供较高电压，一般要比正常电弧电压

8、高0.5-1倍才能保证顺利引弧；随着电流的增大，弧柱温度和电离程度都增加，弧柱压降减小，曲线呈下降形状。在bc段，为中等电流（焊条电弧焊约100200A，埋弧焊约400 -800A），由于弧柱已充分电离，随着电流的增加电弧电压基本不变，曲线呈水平形状。在cd段，电流密度很大，由于弧柱截面受电极截面限制难以增大，电弧电压随着电流的增加而增高。曲线呈上升形状，实际生产中，因ab段电流小，电弧不稳，很少应用；主要应用bc段；只有在气体保护焊、水下电弧焊、等离子（压缩电弧）弧焊或切割时，才用上升的cd段电弧特性。图1-4 焊接电弧静特性曲线L1、L2、L3弧长3焊接材料的基础知识（1）焊条。焊条的组成

9、。焊条是焊条电弧焊使用的焊接材料，焊条由焊芯和压涂在焊芯表面的药皮组成。不同用途有不同型号的焊条，在焊条头部有醒目的标记，如图1-5所示。图 1-5 焊条的组成（2）焊芯。焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。焊条电弧焊时，焊芯的作用一是传导焊接电流，产生电弧生电弧；二是焊芯熔化形成焊缝中的填充金属。在焊接过程中，焊芯在电弧高作用下熔化，与焊件金属母材熔合形成焊缝。焊芯作为填充金属占整个焊缝金属的50%70%质量分数，所以焊芯的化化学成分将会直接影响焊缝金属的成分和性能。做焊芯的钢丝通常使用平炉冶炼的优质钢，先将其轧制成盘条，然后再拔制成不同直径的焊芯。熔敷金属的合金成分主要是从焊芯中过渡的。焊条的

10、名义直径是按焊芯直径来确定的。常用焊芯直径为1.6mm、2.0mm.、2.5mm、3.2mm、4.0mm、5.0mm、6mm、8mm等几种，焊条的长度取决于焊芯直径、材料和药皮类型等。（3）药皮。焊芯周围均匀包覆的涂料称为药皮。在焊接过程的金属反应中，焊条药皮具有以下作用。稳弧作用。可以提高电弧的稳定性，保证焊接过程能正常进行。造气保护作用。利用药皮熔化后产生的气体保护电弧和熔池，防止空气进入熔池。造渣保护作用。药皮熔化后形成熔渣，覆盖在液体金属和凝固后的焊缝表面，保护焊缝金属，同时使焊缝金属冷却速度减慢，有助于气体逸出，防止气孔的的产生，有助于改善焊缝的组织和性能。脱氧、去硫、去磷作用。药皮

11、熔化后，参与了熔池的冶金反应，可在一定程度上脱氧、还原、去硫、去磷，减少焊缝中有害元素含量，减少金属元素烧损，从而提高焊缝质量。渗合金作用。可以通过药皮将所需要的合金元素渗入到焊缝中，改进和控制焊缝金属的化学成分，以获得所希望的性能。套筒保护作用。药皮在焊接时形成套筒，使熔滴能较好地向熔池过渡，有利于全位置焊接，同时使电弧热量集中，减少飞溅，提高金属的熔敷效率。药皮的类型及其特点。药皮是由各种氧化物、碳酸盐、氟物、硅酸盐、铁合金、金属粉及有机物等物质组成的。根据药皮的组成不同，可分为以下八种类型。氧化钛型。药皮中加入质量分数为35%以上的二氧化钛和一定数量的硅酸盐、锰铁及少量有机物。这种药皮焊

12、条最容易引弧，弧极为稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝表面光滑，熔深小，可进行全位置焊接。特别适用于焊接薄板，可交、直流两用，但焊缝金属的冲击韧度较低。氧化钛钙型。药皮中加入质量分数为30%以上的二氧化钛和以下的碳酸盐，并加入一定数量硅酸盐、锰铁，一般不加或加少量有机物。这种药皮焊条工艺性能稍次于氧化钛型，电弧稳定，飞溅少，脱渣容易，焊缝表面美观，适用于全位置焊接。钛铁矿型。药皮中加入质量分数大于或等于的钛铁矿和一定数量的硅酸盐、锰铁及少量有机物，不加或少加碳酸盐，这种焊条熔渣的流动性好，熔深较大，整齐，适用于全位置焊接，交、直流两用。氧化铁型。药皮中加入大量铁矿石和相当数量的硅酸盐、锰铁及少量有机

13、物。这类焊条的熔深较大，生产效率高，抗锈性较强，飞溅较大，工艺性较差。适用于中厚板的平焊、立焊、仰焊。熔敷金属的抗裂性较好，可交、直流两用。纤维素型。药皮中加入质量分数为15%以上有机物和相当数量的造渣物质及锰铁等。焊接时有机物分解出大量气体，电弧穿透力较强，熔深大，熔化速度快，脱渣容易，适于全位置焊接，也可进行向下立焊及深熔焊接，交、直流两用。低氢型。药皮中加入大量硫酸盐和相当数量萤石、铁合金和少硅酸盐及二氧化钛，该焊条飞溅较大，熔渣脱渣性较差。施焊时要求短弧操作，直流反接。当药皮中加入稳弧剂后可使用交流。熔敷金属含氢量低，且力学性能和抗裂性较好。石墨型。药皮中加人多量石墨以保证焊缝金属的石

14、墨化作用，以低碳钢芯或铸铁焊芯用做铸铁焊条。碳钢芯的石墨焊条，一焊接性能较差，飞溅较多，烟雾较大，熔渣极少，适用于水平位置焊接。石墨型药皮引弧容易，药皮强度较差，抗裂性较差。焊条持端后部容易发红，以小电流为宜。可交、直流两用。盐基型。药皮由氯盐和氟盐组成，如氯化钠、氟化钠、氯化、氟化钾、氯化锂、冰晶石等，用于配制铝及铝合金焊条。其特是熔点低，熔化速度快，焊接工艺性较差。焊接时要求电弧很短，药皮吸潮性强，焊前需按要求烘干。熔渣有一定的腐蚀性，焊后应仔细清除熔渣。电源为直流。焊条的分类及其牌号、型号。国家标准将焊条按用途分为十类：结构钢焊条，钼和铬钼耐热钢焊条，不锈钢焊条，堆焊焊条，低温钢焊条，铸

15、铁焊条，镍镍合金焊条，铜及铜合金焊条，铝及铝合金焊条，特殊用途焊条。按熔渣的酸碱度可分为如下两种：酸性焊条，其熔渣含有多量酸性氧化物，呈酸性，即其碱度系数B1.5；碱性焊条，其熔渣含有多量碱性氧化物，呈碱性，即其碱度系数B1.5。碱度系数近似为熔渣中所有碱性氧化物的质量分数与所有酸性氧化物的量分数的比值。按性能特征分，焊条可分为：低尘焊条，低毒焊条，超低氢焊条，直流用焊条，交、直流两用焊条，立向下焊条，底层焊条，高效铁粉焊条，抗潮焊条，水下焊条，重力焊条。躺焊焊条等。按药皮类型可分为：氧化钛型，钛钙型，钛铁矿型，氧化铁型，纤维素型，低氢型，石墨型和盐基型等。焊条的牌号。焊条牌号编制的一般规定：

16、各种类型焊条牌号前加字母或汉字，表示焊条各大类。汉字后面的三位数字中，前面两个数字示各大类中的若干小类。第三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源。结构钢焊条。牌号前加“J”或（结）字，表示结构钢焊条。第一、第二位数字，表示焊缝金属抗拉强度等级，见表1-2。三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源，见表1-3。 钼和铬钼耐热钢焊条。牌号前加R字母表示钼和铬钼耐热钢焊条。牌号第一位数字表示焊缝金属主要化学成分等级，见表1-4。牌号第二位数字表示同一焊缝金属主要化学成分组成等级中的不同牌号，对同一类型焊条，有十个牌号，以0、1、9顺序排列。表1-2 结构钢焊条抗拉强度等级焊条牌号熔敷金属抗

17、拉强度/MPa熔敷金属屈服强度/MPa焊条牌号熔敷金属抗拉强度/MPa熔敷金属屈服强度/MPaJ42420300J70700500J50500350J80800J55550400J90900J60600450J1001000表1-3 焊条药皮类型及电源种类焊条牌号药皮类型电源种类焊条牌号药皮类型电源种类0不属规定型不规定5纤维素型直流或交流1氧化钛型直流或交流6低氢钾型直流或交流2氧化钛钙型直流或交流7低氢钠型直流3钛铁矿型直流或交流8石墨型直流或交流4氧化铁型直流或交流9盐基型直流表1-4 钼和铬钼耐热钢焊条主要化学成分牌号熔敷金属化学组成类型（质量分数）%牌号熔敷金属化学组成类型（质量分数

18、）%铬（Cr）钼(Mo)铬（Cr）钼(Mo)R10.5R550.5R20.50.5R671R310.5R791R42.51R8111不锈钢焊条。包括铬不锈钢焊条和奥氏体不锈钢焊条。牌号前加“G”字，表示铬不锈钢焊条，牌号前加“A”字，表示奥氏体不锈钢焊条，第一位数字，表示焊缝金属主要化学成分组成等级，见表1-5，第二位数字表示同一焊缝金属主要化学成分组成等级中的不同牌号。表1-5 不锈钢焊条化学成分组成焊条牌号焊缝金属化学成分组成类型（质量分数）%G2含Cr约13G3含Cr约17AO含Cr约18(超低碳)含Ni约9A1含Cr约18含Ni约9A2含Cr约18含Ni约12A3含Cr约25含Ni约13A4含Cr约25含Ni约20A5含Cr约16含Ni约25A6含Cr约15含Ni约35A7CrMnN不锈钢A8含Cr约18含Ni约18A9待发展低温钢焊条的焊条牌号前加“W”，表示低温钢焊条。第一、二位数字表示低温钢焊条工作等级，见表1-6。表1-6 低温钢焊条工作温度等级焊条牌号低温温度等级 焊条牌号低温温度等级 W70-70W19-196W90-90W25-253W11-110其他类型焊条中，如牌号前加“堆”字，表示堆焊焊条；牌号前加“镍