焊接工艺及方法

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课程主要内容：焊接电弧的基础知识焊条电弧焊接的特点及操作工艺埋弧焊接方法的特点及操作工艺CO2焊接方法的特点及操作工艺钨极氩弧焊接方法的特点及操作工艺第2页/共97页3第一章

焊接电弧的基础知识第3页/共97页4第一节焊接的本质及分类

一、焊接的概念焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体(工件)产生原子间或分子间结合力而连接成一体的连接方法。常用的方法：加热或加压,或两者并用。第4页/共97页5二、焊接方法的分类焊接方法分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。熔焊分为：焊条电弧焊、埋弧焊、氩弧焊、CO2焊等；压焊分为：电阻焊、摩擦焊等；钎焊分为：火焰钎焊、炉中钎焊等；第5页/共97页6

一、焊接电弧的产生电弧是一种气体放电现象，它是带电粒子通过两电极之间气体空间的一种导电过程。

气体导电必须具备两个条件：①两电极之间有带电粒子；②两电极之间有电场。带电粒子在电场作用下运动形成电流，从而使两电极之间的气体空间成为导体，也就形成了电弧。第二节焊接电弧第6页/共97页7第7页/共97页8焊接电弧气体放电现象条件有带电粒子电极两端有电压降(碰撞传递能量)气体电离阴极电子发射产生带电粒子的途径：电离：热电离、场致电离、光电离；阴极电子发射：热发射、场致发射、光发射和粒子碰撞发射。

第8页/共97页9二、电弧的构成

焊接电弧分为三个区：阴极区、阳极区和弧柱区。阴极区和阳极区上有斑点，即阴极斑点和阳极斑点（电流密度大，温度高，发出光亮的点），各区温度分布情况如下：1.弧柱区的温度最高，但热量大部分通过对流的形式流失了2.阴极区的热量用于对阴极加热，这部分热量可用于加热填充材料或工件

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3.阳极区的热量主要用于加热工件和焊材，阳极和阴极相比，阴极产热量相对较高

结论：

1.弧柱对整个的焊接电弧起到主要的作用。

2.当电流一定时,电弧电压大小与电弧的弧长成正比。弧长增加，电弧电压增大。第10页/共97页11三、电弧的温度分布第11页/共97页12

一、焊丝的熔化电弧时，用于加热、熔化焊丝的热源是电弧热和电阻热。

第三节焊丝的熔化与熔滴过渡第12页/共97页13二、熔滴过渡的主要形式及特点熔化极电弧焊时，熔滴的过渡形式主要有：接触过渡、自由过渡及渣壁过渡。各种形式又有划分：1．接触过渡又分为：短路过渡（主要用于碱性焊条电弧焊及细丝气体保护电弧焊）、搭桥过渡（用于非熔化极气体保护焊）；第13页/共97页142．自由过渡又分为：滴状过渡（弧压高，分为粗滴和细滴过渡，粗滴过渡飞溅大，细滴过渡适于CO2气体保护焊接和酸性焊条焊接和铝合金熔化极氩弧焊或大电流焊接或活性气体保护焊中）、喷射过渡（适于氩气或富氩气体焊接厚板）；3.渣壁过渡出现在焊条电弧焊和埋弧焊中。第14页/共97页15第二章焊条电弧焊第15页/共97页16第一节焊条电弧焊的原理及特点一、焊条电弧焊的特点操作灵活；对接头的装配要求较低；可焊材料广；生产率低、劳动强度大；焊接质量对焊工的依赖性强；第16页/共97页17二.焊条电弧焊接过程:第17页/共97页18第二节焊条电弧焊的焊接材料

一、焊条焊条是由焊芯与药皮两部分组成。焊条直径共有φ1.6mm-φ8mm八种规格；焊条长度200-600mm之间。常用的是φ3.2mm、φ4mm、φ5mm三种；长度分别为350mm、400mm、450mm。第18页/共97页19焊条结构示意图第19页/共97页20二、焊条的分类、型号及牌号1、焊条的型号及牌号（以碳钢焊条为例）型号：E

50

1

5

表示焊条药皮为低氢型，适用直流反接焊接表示焊条适用于全位置焊接(0、1全位置；

2平焊及平角焊；4立向下焊)

表示熔敷金属的抗拉强度最小值为

50kgf/mm2(490MPa)

表示焊条第20页/共97页21按主要成份划分的药皮类型：药皮类型药皮主要成份（质量分数）钛型氧化钛≥35%钛钙型氧化钛30%以上，碳酸盐20%以下钛铁矿型钛铁矿≥30%氧化铁型多量氧化铁和较多锰铁脱氧剂纤维素型有机物≥15%低氢型含钙、镁的碳酸盐和相当量的萤石石墨型多量石墨盐基型氯盐和氟盐第21页/共97页222、焊条的分类生产中常用碳钢焊条有钛钙型与低氢型两种。（1）钛钙型焊条（E4303E5003）又称为酸性焊条。特点：电弧稳定、可交直流两用；脱渣容易，飞溅少，有害气体少，适用于全位置焊。力学性能和抗裂能力较差。第22页/共97页23（2）低氢型焊条（E5015E5016）又称为碱性焊条。特点：焊缝的力学性能及抗裂能力均优于酸性焊条；但工艺性能较差，必须用直流电源；飞溅大，脱渣难。

用前300~400℃×1-2h烘干。第23页/共97页243、焊条的选用原则考虑工件的物理、力学性能和化学成分。考虑工件的工作条件和使用性能。对于承受动载荷和冲击载荷的工件，除了要保证抗拉强度、屈服强度外，对冲击韧性、塑性均有较高要求，此时应选用低氢型焊条。第24页/共97页25

考虑改善焊接工艺。在酸性焊条和碱性焊条都可以满足的地方，鉴于碱性焊条对操作技术及施工准备要求高，优先采用酸性焊条。考虑经济性。在保证使用性能的前提下，尽量选用价格低廉的焊条。根据我国的矿藏资源，大力推广使用钛铁矿型焊条。第25页/共97页26考虑效率。对焊接工作量大的结构，有条件时尽量采用高效率焊条，或选用底层焊条、立向下焊条之类的专用焊条。考虑工件的复杂程度、刚度大小、焊接坡口制备和焊接部位等。对因受条件限制而使某些焊接部位难以清理干净时，优先选用氧化性强，对铁锈、氧化皮和油污反应不敏感的酸性焊条，防止产生气孔等缺陷。第26页/共97页27第三节焊缝形式与焊缝分类一、接头形式焊条电弧焊用于结构工程的连接形式是复杂多样的。按零部件的特征分为板状连接、管状连接、管板连接三种；按施焊位置分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种；

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按接头形式分为对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头、十字接头、端接接头、卷边接头等；按坡口形式分为I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口、双U形坡口、K形坡口、Y形坡口等。按焊缝断续情况可分为连续焊缝和间断焊缝。第28页/共97页29二、坡口坡口是根据设计或工艺需要，在工件待焊部位加工成一定的几何形状并经装配后构成的沟槽。开坡口的目的：保证电弧能深入到焊缝根部使其焊透；获得良好的焊缝成形以及便于清渣；调节焊缝金属的化学成份；第29页/共97页30

坡口的形式主要有以下几种：

a---I形、b---V形、c---X形、d---U形第30页/共97页31第四节焊条电弧焊工艺参数及选择

焊条电弧焊的焊接工艺参数通常包括：焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、电源种类和极性、焊接层数等。焊接工艺参数选择的正确与否，直接影响焊缝形状、尺寸、焊接质量和生产率，因此选择合适的焊接工艺参数是焊接生产中不可忽视的一个重要问题。第31页/共97页32一、焊条直径焊条直径是指焊芯直径。它是保证焊接质量和效率的重要因素。焊条直径一般根据工件厚度选择。同时还要考虑接头形式、施焊位置和焊接层数，对于重要结构还要考虑焊接热输入的要求，在一般情况下，焊条直径与工件厚度之间关系的参考数据，如下表所示。第32页/共97页33焊条直径与工件厚度之间的关系如下:焊件厚度/mm234-56-12＞13焊条直径/mm23.23.2-44-54-6第33页/共97页34二、焊接电源种类和极性的选择用交流电焊接时，电弧稳定性差。采用直流电焊接，电弧稳定、柔顺、飞溅少。但电弧磁偏吹较交流严重。低氢型焊条稳弧性差，必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。

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低氢型焊条用直流电焊接时，一般要用反接，因为反接的电弧比正接稳定。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因此焊接薄板时，不论用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。第35页/共97页36第36页/共97页37表：焊接电流和焊条直径的关系三、焊接电流的选择选择焊接电流时，应根据焊条类型、焊条直径、工件厚度、接头型式、焊接位置和层数等因素综合考虑。焊条直径/mm1.62.02.53.2456焊接电流/A25-4040-6550-80100-130160-210200-270260-300第37页/共97页38四、焊缝层数的选择在工件厚度较大时，往往需要进行多层焊。焊接层数主要根据钢板厚度、焊条直径、坡口型式和装配间隙等来确定，可作如下近似估算：

n=δ/d

式中：n为焊接层数；

δ为工件厚度（毫米）；

d为焊条直径（毫米）。第38页/共97页39第39页/共97页40五、电弧电压与焊接速度的控制焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定：电弧长度越大，电弧电压越高，电弧长度越短，电弧电压越低。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。焊接过程中，焊接速度应该均匀适当，既要保证焊透又要保证不焊穿，同时还要使焊缝宽度和余高符合设计要求。第40页/共97页41

注意：

1.焊接电流主要影响焊缝的深度和余高

2.电弧电压主要影响的是焊缝的宽度和余高第41页/共97页42第三章埋弧焊第42页/共97页43

埋弧焊是目前广泛使用的一种生产效率较高的机械化焊接方法。它与焊条电弧焊相比，虽然灵活性差一些，但焊接质量好、效率高、成本低，劳动条件好。第一节埋弧焊的原理及特点第43页/共97页44一、埋弧焊的焊接过程

埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。第44页/共97页45埋弧焊接过程:第45页/共97页46焊接实例1:第46页/共97页47焊接实例2:第47页/共97页48二、埋弧焊的特点1、埋弧焊的主要优点

焊接生产率高焊缝质量好焊接成本较低劳动条件好第48页/共97页492、埋弧焊的主要缺点（1）难以在空间位置施焊（2）对焊件装配质量要求高（3）不适合焊接薄板和短焊缝第49页/共97页50三、埋弧焊的分类及应用范围

1、分类分类依据分类名称应用范围按送丝方式等速送丝埋弧焊细丝高电流密度变速送丝埋弧焊粗丝低电流密度按焊丝数目或形状单丝埋弧焊常规对接、角接、筒体纵缝、环缝焊双丝埋弧焊高生产率对接、角接焊多丝埋弧焊螺旋焊管等超高生产率对接焊带极埋弧焊耐磨、耐蚀合金堆焊按焊缝成形条件双面埋弧焊常规对接焊单面焊双面成形埋弧焊高生产率对接焊，难以双面焊的对接焊第50页/共97页512、应用a.焊缝类型和焊件厚度

凡是焊缝可以保持在水平位置、或倾斜度不大的工件，不管是对接、角接和搭接接头，都可以用埋弧焊焊接，如平板的拼接缝、圆筒形工件的纵缝和环缝、各种焊接结构中的角缝和搭接缝等。

第51页/共97页52埋弧焊可焊接的工件厚度范围很大。除了厚度在5mm以下的工件由于容易烧穿，埋弧焊用得不多外，较厚的工件都适于用埋弧焊焊接。b.焊接材料种类目前，埋弧焊焊接的最大厚度已达650mm。第52页/共97页53适宜焊接:

碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢以及某些有色金属。此外，埋弧焊还可在基体金属表面堆焊耐磨或耐腐蚀的合金层。第53页/共97页54

不适宜焊接：铸铁因不能承受高热输入量引起的热应力，一般不能用埋弧焊焊接。铝、镁及其合金因没有适用的焊剂，目前还不能使用埋弧焊焊接。铅、锌等低熔点金属材料也不适合用埋弧焊焊接。第54页/共97页55

总之，适宜于埋弧焊的范围是很广的。最能发挥埋弧焊快速、高效特点的生产领域，是造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等工业制造部门，是当今焊接生产中普遍使用的焊接方法之一。第55页/共97页56焊接实例3：第56页/共97页57焊接实例4：第57页/共97页58第二节埋弧焊的焊接材料一、焊丝在选择埋弧焊用焊丝时，最主要的是考虑焊丝中锰和硅的含量。常用焊丝有H08A、

H08MnA、H10Mn2；焊丝直径有2、3、4、5和6mm五种。第58页/共97页59二、焊剂作用：保护、控制焊缝金属化学成分，保证焊缝金属的力学性能，防止气孔、裂纹和夹渣等缺陷的产生。第59页/共97页60

焊剂分为三类：熔练焊剂、烧结焊剂和粘结焊剂。HJ×1×2×3HJ----熔练焊剂

×1----焊剂中氧化锰的含量

×2----焊剂中二氧化硅、氟化钙含量

×3----同一类型的不同编号例：HJ431------高锰高硅低氟型焊剂第60页/共97页61三、焊剂和焊丝的选用与配合焊剂和焊丝的正确选用及二者之间的合理配合，是获得优质焊缝的关键，也是埋弧焊工艺过程的重要环节。所以必须按工件的成分、性能和要求，正确、合理地选配焊剂和焊丝。第61页/共97页62

在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。如：用高锰高硅焊剂（如HJ430、HJ431）配合低碳钢焊丝（如H08A）或含锰焊丝（如H08MnA）；

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用无锰高硅或低锰中硅焊剂（如HJ130、HJ250）配合高锰焊丝（如H10Mn2）。焊接低合金高强度钢时，除要使焊缝与母材等强外，要特别注意提高焊缝的塑性和韧性，一般选用中锰中硅或低锰中硅焊剂（如HJ350、HJ250）配合相应钢种焊丝。第63页/共97页64

焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，选择的焊剂和焊丝首先要保证焊缝具有与母材相同或相近的耐低温或耐热、耐腐蚀性能，为此可选用中硅或低硅型焊剂与相应的合金焊丝配合。第64页/共97页65

焊接奥氏体不锈钢等高合金钢时，主要是保证焊缝与母材有相近的化学成分，同时满足力学性能和抗裂性能等方面的要求。由于在焊接过程中，铬、钼等主要合金元素会烧损，应选用合金含量比母材高的焊丝；焊剂要选用碱度高的中硅或低硅焊剂，防止焊缝增硅而使性能下降。第65页/共97页66第三节埋弧焊工艺一、埋弧焊的焊前准备埋弧焊的焊前准备包括工件的坡口加工、工件的清理与装配、焊丝表面清理及焊剂烘干、焊机检查与调整等工作。这些准备工作与焊接质量的好坏有着十分密切的关系，所以必须认真完成。

第66页/共97页67

当工件厚度为10～24mm时，多为“Y”形坡口；厚度为24～60mm时，可开“X”形坡口；对一些要求高的厚大工件的重要焊缝，如锅炉汽包等压力容器，一般多开“U”形坡口。1、坡口的选择与加工第67页/共97页682、工件的清理与装配

工件装配前，需将坡口及附近区域表面上的锈蚀、油污、氧化物、水分等清理干净。工件装配时必须保证接缝间隙均匀，高低平整不错边，特别是在单面焊双面成形的埋弧焊中更应严格控制。第68页/共97页69

1、对直缝的工件装配，须在接缝两端加装引弧板和引出板。

1---引弧板2---焊件

3---焊接试板4---引出板

二、埋弧焊的焊接工艺第69页/共97页702、焊丝表面清理与焊剂烘干一般焊剂须在250℃温度下烘干，并保温1-2h。限用直流焊接的焊剂使用前必须经350-400℃烘干，并保温2h，烘干后应立即使用。第70页/共97页71第71页/共97页723、环缝埋弧焊焊丝偏移位置示意图第72页/共97页73第四章

CO2气体保护电弧焊第73页/共97页74

定义：

CO2气体保护电弧焊属于气体保护电弧焊，利用外加气体作为电弧介质并保护电弧与焊接区的电弧焊方法。第74页/共97页75CO2焊接过程图:第75页/共97页76第一节CO2焊的特点一、主要优点：（1）焊接生产率高⑵焊接成本低⑶焊接变形小⑷焊接质量较高⑸适用范围广⑹操作简便第76页/共97页77二、缺点⑴飞溅率较大，并且焊缝表面成形较差。金属飞溅是CO2电弧焊中较为突出的问题,这是主要缺点。⑵很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。⑶抗风能力差，给室外作业带来一定困难。⑷不能焊接容易氧化的有色金属。第77页/共97页78

三、CO2电弧焊的应用

焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。对于不锈钢，由于焊缝金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能。所以只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢工件。CO2电弧焊还可用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等方面。第78页/共97页79第二节CO2焊设备第79页/共97页80一、焊接材料（1）CO2气体（2）焊丝焊接低碳钢或低合金钢时，最常用的H08Mn2SiA焊丝。焊丝直径≤1.6mm时，叫细丝CO2焊；焊丝直径≥1.6mm时，叫粗丝CO2焊。第80页/共97页81二、焊枪半自动所用焊枪分为弯管式或手枪式，弯管式应用较广。三、送丝方式有推丝式、拉丝式和推拉丝式三种方式。推丝式：主要用于直径为0.8-2.0mm的焊丝，软管一般在2-5m左右；第81页/共97页82拉丝式：主要用于直径小于或等于0.8mm的细焊丝推拉丝式：软管可加长到15m左右；四、保护气体流量在200A以下的薄板焊接时气体流量为10-15L/min；在200A以上的厚板焊接时气体流量为15-25L/min.第82页/共97页83注意：

1.当风速大于2m/s时，焊缝中的气孔明显增加。

2.国标有关工程施工规范中规定的允许环境风速为大于2m/s时，采取相应的防风措施允许施焊。第83页/共97页84第四节药芯焊丝气体保护电弧焊

利用药芯焊丝作熔化极的CO2电弧焊称药芯焊丝CO2电弧焊。在焊接过程中使用的外加保护气体,

一般是纯CO2或CO2+Ar。第84页/共97页85CO2焊接实例1：第85页/共97页86CO2焊接实例2：第86页/共97页87第五章

钨极氩弧焊第87页/共97页88TIG焊简介：

钨极氩弧焊是气体保护焊中的一种,通常又叫做TIG焊(英文缩写),它的电极是用难熔金属W或W的合金作成金属棒，导电而成电极，电极不熔化，故易于维持恒定的电弧长度，焊接过程稳定。氩弧焊是用氩气或Ar+He做保护介质的电弧焊方法，属于惰性气体保护焊。氩弧焊几乎可以焊接所有的钢、有色金属及其合金。但因成本较高，目前主要用来焊接铝、镁及其合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金，以及一些难熔金属