焊接基础知识培训

焊接基础知识

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焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用，在制造大型结构或复杂地机器部件时，更显优越，因为它可以用化大为小，化复杂为简单地方法准备坯料，然后用逐次装配焊接地方法拼小成大，这是其他工艺方法难以做到的。焊接概述第二页，共六十七页。第三页，共六十七页。自动化焊接第四页，共六十七页。利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。焊接第五页，共六十七页。焊接分类第六页，共六十七页。按焊缝的空间位置不同可分为：

１、平焊：水平面的焊接。

２、立焊：垂直平面，垂直方向上的焊接。

３、横焊：垂直平面，水平方向上的焊接。

４、仰焊：倒悬平面，水平方向上的焊接。第七页，共六十七页。第八页，共六十七页。第九页，共六十七页。Ⅰ.平焊：手工平焊影像明显可见的均匀分布的焊条运行波纹，成形较规正，其波纹图形如同水的波纹一样。第十页，共六十七页。Ⅱ.立焊：手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹，有时呈三角沟槽，成形较规正。

第十一页，共六十七页。手工电弧焊埋弧自动焊二氧化碳气体保护焊第十二页，共六十七页。手工电弧焊手工电弧焊是利用焊条与工件之间的电弧热，将焊条和部分工件熔化而形成焊缝的焊接方法电弧区域热量分布：阳极区43％，弧柱区21％，阴极区36％第十三页，共六十七页。

手工电弧焊具有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，适于多种钢材和有色金属等是生产中应用最广的焊接方法。手工电弧焊的特点

手工电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，劳动条件差，劳动强度大，生产率低，对工人技术水平要求较高。第十四页，共六十七页。三.焊条；焊条焊条的组成焊芯作为电极，传导焊接电流，产生电弧作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属添加合金元素药皮改善焊接工艺性能—易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观；机械保护作用──气保护和渣保护冶金处理作用──去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素

第十五页，共六十七页。焊芯中各合金元素对焊接的影响

1)碳(C)碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。

2)锰(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。3)硅(Si)硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。4)铬(Cr）铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化.第十六页，共六十七页。

5)硫（S）硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，

7)磷(P)磷是一种有害杂质，随着含量的增加，将增大焊缝的冷裂纹倾向。第十七页，共六十七页。焊条的分类(1)焊条按熔渣的化学性质分为两大类酸性焊条溶渣呈酸性(熔渣碱度<1.5)，药皮中含大量酸性氧化物。优点：焊条工艺性能良好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感度不大，抗气孔能力强。缺点:焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较低，抗裂性较差。碱性焊条熔渣呈碱性，药皮含大量碱性氧化物。优点：抗裂性能好，特别是冲击韧度较高。缺点：对锈、油、水分较敏感，容易产生气孔缺陷，电弧稳定性差，脱渣性不好，发尘量大。手工电弧焊第十八页，共六十七页。(2)焊条按用途可分为十一大类碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。手工电弧焊第十九页，共六十七页。5.焊条型号由国家标准分别规定各类焊条的型号编制方法。如标准规定碳钢焊条型号为“E××××”，其中，字母“E”表示焊条；前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置（平焊、立焊、横焊、仰焊）焊接，“2”为平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。在第四位数字后附加"R"表示耐吸潮焊条；附加"M"表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加"-1"表示冲击性能有特殊规定的焊条。

手工电弧焊第二十页，共六十七页。6.焊条的选用（1）按强度等级和化学成分选用焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一般选与焊件强度等级（抗拉强度）相同的焊条，而不考虑化学成分相同或相近。焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。焊件碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复杂，故一般选用碱性焊条。手工电弧焊第二十一页，共六十七页。（2）按焊件的工况条件选用焊条焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，应选用碱性焊条。焊接承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸性焊条。焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。手工电弧焊第二十二页，共六十七页。埋弧焊二、埋弧焊1.定义埋弧自动焊是利用专门的机械设备自动完成手工电弧焊中的引燃电弧、送进焊丝以及移动电弧等焊接动作，并使电弧在较厚焊剂下燃烧的熔化焊。2.焊接过程如下图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送丝；引弧；焊剂自动下料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃烧。埋弧焊第二十三页，共六十七页。焊丝与焊剂焊接材料焊剂焊丝熔炼焊剂陶瓷焊剂相当于焊芯相当于药皮

熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适于大量生产；

陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强度低。第二十四页，共六十七页。优点：1、焊接质量高且稳定；

2、熔深大，节省焊接材料；

3、无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少；

4、自动化操作，生产效率高。5、在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法缺点：1、设备昂贵，工艺复杂，主要适用于水平位置、长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。2、不适合焊接薄板

埋弧自动焊的特点第二十五页，共六十七页。板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为14～22mm时，应开Y型坡口；板厚为22～50mm时，可开双Y型或U型坡口。

Y型和双Y型坡口的角度为50°～60°。埋弧焊第二十六页，共六十七页。

焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中埋弧焊第二十七页，共六十七页。三、气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。（一）氩弧焊定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）和熔化极氩弧焊第二十八页，共六十七页。1.定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。

CO2气体

CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2有氧化性，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。(二)CO2气体保护焊第二十九页，共六十七页。2.二氧化碳焊特点焊接成本低；电流密度大，生产效率高；操作性能好，适于全位置焊接；焊后不用清渣，又是明弧，便于监视和控制；采用大电流时，飞溅大，烟雾多；电弧气氛具有较强的氧化性，需采取含有脱氧剂的焊丝。CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢焊接，适用于各种厚度。应用CO2气体保护焊需要克服：氧化碳问题、气孔问题、飞溅问题。气体保护电弧焊第三十页，共六十七页。气体保护电弧焊与手弧焊、埋弧焊相比，气体保护电弧焊有以下特点：不采用药皮焊条，容易实现自动化、半自动化提高生产率热量集中明弧焊，电弧和熔池的加热熔化情况清晰可见，便于操作和控制焊缝表面没有渣，厚件多层焊时可节省大量的层间清渣工作，生产率高，容易实现全位置焊接适用范围广第三十一页，共六十七页。焊接接头第三十二页，共六十七页。焊接接头一、焊接接头形式

焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为对接接头、搭接接头、角接接头等。这四种接头形式中，在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头，主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择；另外还应考虑坡口加工难易程度，焊接方法的种类等其它因素的要求。第三十三页，共六十七页。

每种接头形式下又有不同的坡口形式。各种坡口形式形式见GB／T3375－94《焊接术语》。坡口形式的选择主要考虑以下因素：保证焊透填充于焊缝部位的金属尽量少便于施焊，改善劳动条件，如圆筒件，筒内焊接量应尽量少减少焊接变形量

焊接接头第三十四页，共六十七页。1.对接接头

将两金属件放置于同一平面（或曲面内），使其边缘相对，沿边缘直线（或曲线）进行焊接的接头叫对接接头。

对接接头是最常见，最合理接头形式。承压类特种设备多采用对接接头。I形，一般用于薄板V形，加工方便，耗焊材，角，单面施焊，变形大，X形，加工复杂，双面施焊，角变形小，焊材损耗少U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形较大双U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形小第三十五页，共六十七页。单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊，有时受构件结构限制，不易实施。埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同，但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以在板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。焊接接头第三十六页，共六十七页。两块板料相叠，而在端部或侧面角焊的接头称搭接接头。搭接接头不需开坡口，装配要求较松，受力情况复杂，接头应力集中严重。2.搭接接头第三十七页，共六十七页。3.角接接头及T字接头两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头称角接接头。两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T字接头。第三十八页，共六十七页。二.焊接接头的组成熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊缝区——在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区——熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区---受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。第三十九页，共六十七页。

一般，低碳钢焊件的热影响区较窄，危害性较小，焊后可直接使用；对于碳素钢和低合金钢焊件，正确选择焊接方法和工艺条件，来减小热影响区的范围。焊接接头第四十页，共六十七页。焊接缺陷焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢的时间短得多，有它自己的一些特点。一、温度高以手工电弧焊为例，其电弧温度高，外界的气体(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下降。二、温差大焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，熔池的温度可达1700℃以上，其周围又是冷态金属，两者温度差巨大，从而使构件产生较大的内应力和变形，严重者可能产生裂纹，以至断裂。第四十一页，共六十七页。三、熔池小，冷却快由于熔池休积小，，焊缝金属从熔化到凝固只有几秒钟，冶金反应不完善。因而，焊缝金属的成份分布不均匀，偏析较大。四、组织差别大焊接时，温度高，液体金属蒸发，化学元素的烧损，有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互扩散，近缝区段所处的温度又不同，冷却后焊接接头的显微组织差别极大，明显的影响焊接接头性能。焊接过程的特点第四十二页，共六十七页。焊接缺陷的危害性正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接缺陷的产生。焊接缺陷对锅炉压力容器安全运行的危害是巨大的，主要表现在以下三个方面：1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了拉伸强度。2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现像，容易产生裂绞并扩展。3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。第四十三页，共六十七页。焊接缺陷的分类焊接缺陷从宏观上看，可分为：裂纹未熔合未焊透夹渣气孔形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。）第四十四页，共六十七页。焊接缺陷的危害性丶分类及辨认3.未焊透焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。

4．夹渣夹渣是指焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷，以及焊后残留在焊缝中的金属颗粒。

5.气孔气孔是指焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出，而残留下来所形成的空穴。第四十五页，共六十七页。焊接缺陷的危害性丶分类及辨认①咬边：沿焊趾的母材部位被电弧熔化时所成的沟槽或凹陷，称咬边，它有连续和断续之分。在底片的焊缝边缘（焊趾处），靠母材侧呈现出粗短的黑色条状影像。黑度不均匀，轮廓不明显，形状不规则，两端无尖角。咬边可为焊趾咬边和根部（包部带垫板的焊根内咬边）咬边，如图32所示。②凹坑（内凹）：焊后焊缝表面或背面（根部）所形成低于母材的局部低洼部分，称为凹坑（根部称内凹），在底片上的焊缝影像中多呈现为不规则的圆形黑化区域，黑度是由边缘向中心逐渐增大，轮廓不清晰，如图33所示。第四十六页，共六十七页。焊接接头质量检验第四十七页，共六十七页。焊接接头质量检验的内容和方法焊接质量检验的方法第四十八页，共六十七页。焊接接头的非破坏性试验方法外观检查焊缝的外形尺寸是否合格有无焊缝外气孔、咬边、满溢及焊接裂纹等表面缺陷表面及近表面缺陷的检查磁粉探伤内部缺陷的检查射线探伤超声波探伤第四十九页，共六十七页。焊接接头的破坏性试验方法力学性能试验拉伸试验弯曲试验冲击试验硬度试验金相检验宏观分析第五十页，共六十七页。

焊接时，焊件各部分冷热不均，受热部位产生拉应力，未受热部位则产生压应力。当应力达到一定程度，焊件出现变形。焊接应力与变形产生的原因：焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。焊接变形和焊接应力第五十一页，共六十七页。焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。焊接变形和焊接应力第五十二页，共六十七页。焊接应力及变形的防止采取合理的装配和焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。热处理法：焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。机械法：当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。第五十三页，共六十七页。热处理法：焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。机械法：当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。振动法：低频振动消应力焊接应力的消除第五十四页，共六十七页。严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料焊接变形的防止及消除第五十五页，共六十七页。一、钢材的焊接性二、碳素钢的焊接三、低合金钢的焊接第五十六页，共六十七页。焊接性：采用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即其对焊接加工的适应性。焊接性一般包括两个方面：工艺焊接性：主要指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性，也称抗裂性；使用焊接性：在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等）。焊接性是金属的工艺性能在焊接过程中的反映，了解及评价金属材料的焊接性，是焊接结构设计、确定焊接方法、制定焊接工艺的重要依据。钢材的焊接性第五十七页，共六十七页。（二）钢的焊接性评定方法钢是焊接结构中最常用的金属材料，因而评定钢的焊接性显得尤为重要。由于钢的裂纹倾向与其化学成分有密切关系，因此，可以根据钢的化学成分评定其焊接性的好坏。通常将影响最大的碳作为基础元素，把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量，它是评定钢的焊接性的一个参考指标。钢材的焊接性碳当量公式仅用于对材料焊接性的粗略估算，在实际生产中，应通过直接试验（焊接性试验），模拟实际情况下的结构、应力状况和施焊条件，在试件上焊接，观察试件的开裂情况，并配合必要的接头使用性能试验进行评定(焊接工艺评定)。第五十八页，共六十七页。二、碳素钢的焊接

Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。但由于施焊条件、结构形式不同，焊接时还需注意以下问题：（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊。第五十九页，共六十七页。含碳量在0.25%～0.60%之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。中碳钢的焊接结构多为锻件和铸钢件，或进行补焊。焊接方法：手工电弧焊。焊条选用：抗裂性好的低氢型焊条（如J426、J427、J506、J507等），焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的焊条。对于补焊或不要求等强度的接头，可选择强度级别低、塑性好的焊条，以防止裂纹的产生。焊接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向，减小焊接应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条小电流，可以减少母材金属的熔入量,降低裂纹倾向。中碳钢的焊接第六十页，共六十七页。高碳钢的含碳量大于0.60%，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。

高碳钢的焊接

第六十一页，共六十七页。低合金结构钢按其屈服强度可以分为九级：300、350、400、450、500、550、600、700、800MPa。强度级别≤400MPa的低合金结构钢，Ceq<0.4%，焊接性良好，其焊接工艺和焊接材料的选择与低碳钢基本相同，一般不需采取特殊的工艺措施。只有焊件较厚、结构刚度较大和环境温度较低时，才进行焊前预热，以免产生裂纹。强度级别≥450MPa的低合金结构钢，Ceq>