焊工概述课件

焊工我国焊接行业发展概况焊接是一种低成本、高科技连接材料的可靠工艺方法。到目前为止，还没有另外一种工艺比焊接更为广泛地应用于材料间的连接，并对所焊产品产生更大的附加值。因此无论现在和将来，焊接都是成功地将各种材料加工成可投入市场产品的首选工艺。焊接技术已发展成为融材料学、力学、热处理学、冶金学、自动控制学、电子学、检验学等学科为一体的综合性学科。焊接作为一种现代的先进主导制造工艺技术，正逐步集成到产品的主寿命过程，即从设计开发、工艺制定、制造生产，到运行服役、失效分析、维护、再循环等产品的各个阶段。2、焊接分类焊接技术从单一的加工工艺发展成新兴的综合性工程技术，已涉及到原材料、结构设计、焊接工艺方法、焊接设备及工艺装备、焊接材料、焊接预热处理、切割下料、坡口加工、焊接工艺制定及相关标准、焊接生产、焊接过程监控和管理、焊后处理和涂装、检验、焊接环境保护、焊接接头运行等众多技术过程。焊接作为一种广泛的系统工程，其应用范围不仅应用于重型机械、电力设备、石油化工、交通运输、建筑工程、航天航空等行业，还扩大到电子器件、家用电器、医疗器械、通讯工程等领域。1．我国焊接行业与发达国家的差距焊接材料生产的发展趋势应为：焊条产量逐年减少，气体保护焊丝产量逐年增加。世界工业发达国家焊条产量下降到20-30%，气体保护焊丝产量上升到60-70%。而我国焊接材料产品结构不合理，2000年焊条产量约占77%，气体保护焊丝约占10%。说明我国使用手工电弧焊的比重仍然很大。1．2焊接装备⑴焊接设备结构不合理⑵焊接设备的自动、半自动化程度不高⑶数控切割机的制造已形成一定的规模，但配套的等离子切割电源还要大量进口，专用的数控切割设备品种不多。⑷焊接机器人制造能力、制造水平和推广应用有待进一步提高。(5)焊接装备水平相对落后(6)焊接设备、TIG、CO2焊枪和配件制造的自动化程度不高，手工作业较多，产品性能稳定性和一次合格率有待提高。1．3焊接技术应用方面⑴焊接技术应用不广、数量不多⑵焊接生产机械化、自动化水平低⑶特种工程条件下的特种材料焊接应用较少⑷信息技术在焊接生产管理和技术管理的应用上滞后1．4我国焊接行业的发展趋势⑴扩大焊接结构的应用，大力推广优质高效节能的焊接技术⑵提高焊接机械化、自动化水平，实现焊接工艺及装备的现代化⑶提高焊接质量，降低成本第二部分手工电弧焊技术第一章手工电弧焊的安全特点一、手工电弧焊的特点:(一)优点:1、设备简单,维修方便。(交直流电焊机结构简单,价格不昂贵,小厂个人都能承担）2、操作灵活。(空间任意位置――平立仰卧)3、应用范围广。(可焊接低碳钢合金钢有色金属不同金属和航天焊接）（二）缺点:1、对焊工要求高2、劳动条件差(焊接过程中,有引弧运条收弧等动作,还要观察熔池,不断调整焊条角度摆动方式幅度电弧长度等,而且受到高温烘烤,有毒气体及烟尘侵害,射线辐射等)3、生产效率低(受焊工体能影响)二.安全特点:1.发生触电的危险:2．烟尘和有毒气体的伤害：3．电弧光的直接伤害（皮炎、光电性眼炎）4．存在着引起火灾及爆炸的危险手工电弧焊的基本原理1、电弧原理：电弧是两电极之间的气体介质中持久放电现象。2、焊接：利用加热、加压或两者并用，促使被焊金属原子间的相互扩散，减小待焊金属原子间的距离，以实现原子结合的一种加工工艺。3、手工电弧焊缝的形成：焊条前端和工件局部熔化，形成焊缝。一、

焊接的实质

1.焊接电弧电弧燃烧后，弧柱中充满了高温电离气体，放出大量的热能和强烈的光。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。阴极区是电弧紧靠负电极的区域，阴极区很窄，约为0.1um-0.01um，温度约为2400K。阳极区是指电弧紧靠正电极的区域，阳极区较阴极区宽，约为10um-1um，温度约为2600K。电弧阳极区和阴极区之间的部分称为弧柱，弧柱区温度最高，可达6000K-8000K。图11-1焊接电弧示意图焊接电弧两端间（指电极端头和熔池表面间）的最短距离称为弧长。3、手工电弧焊组成部分：电焊机、焊接电缆、电焊钳、电焊条，工件、面罩。4、电弧特点：电流200~1000A电压50~90V，电弧温度4000~8000℃，发出强烈的可见光及紫外线和红外线。5、电弧的静特性（见图）（1）、电弧燃烧的条件（2）、手工电弧焊的平特性6、电弧的产生:（1）高频引弧。（2）手工电弧焊采用接触引弧a划擦式b直击式第13章焊接焊接的安全特点：一、发生触电的危险：二、烟尘和有毒气体的危害：三、电弧光的直接危害：四、存在着引起火灾及爆炸的危险。电焊机：1、操作要求2、常用电焊机型号：BX1BX3AXZX5ZX7-额定电流

X-下降P-平特性

3、安全要求直流电焊机第13章焊接直流电焊机第13章焊接交流电焊机第13章焊接交流电焊机第13章焊接交流电焊机第13章焊接交流电焊机第13章焊接电焊机的设计要求：电焊机的使用要求：电缆的安全要求：（包括电源电缆和焊接电缆）电焊钳的安全要求：电源种类:1、交流：稳定性差，无偏吹，焊接质量略差。2、直流：电弧燃烧稳定，焊接质量比交流略好，但易产生偏吹。a正接：工件接正极。酸性焊条b反接：工件接负极。碱性焊条、薄板c检验正反接的方法（三种）第13章焊接焊条：是焊接材料，直接影响到焊接电弧的稳定性、焊缝金属的化学成分和力学性能。焊条的组成及作用：焊条由焊芯和药皮两部分组成。1）焊芯：是焊条中被药皮包覆金属芯。H08表示C%为0.08%的钢芯,H08A表示S%和P%为<0.03%的钢芯,(优)H08E表示S%和P%为<0.025%的钢芯(特)焊芯作用：①传导电流，产生电弧,②作为填充金属与焊件熔化后的液态金属熔合形成焊缝。2）药皮：起着复杂的冶金反应和物理、化学变化。作用：①稳定电弧；②造气保护；③造渣保护;④脱氧、去硫、磷作用⑤渗合金作用⑥套筒保护作用药皮类型及特点：①钛铁矿型：J423，J503②钛钙型：J422，J502③铁粉钛钙型：J422Fe④高纤维素钾（钠）型：J425，J505⑤高钛钠（钾）型：J421⑥铁粉钛型：J421Fe、J502Fe、J501Fe⑦氧化铁型：J424⑧铁粉氧化铁型：J424Fe、J504Fe⑨低氢钠型：J427、J507⑩低氢钾型：J426、J506（11）铁粉低氢型：J506Fe、J507Fe焊条的酸碱性：酸性焊条：机械性能差，抗裂性能差。工艺性好，可用交直流。碱性焊条：机械性能好，抗裂性能好。工艺性差，用直流。牌号尾数15、16的为碱性分类：碳钢，低合金钢，不锈钢，堆焊，镍、铜、铝合金3、焊条型号

焊条的种类很多，应针对具体要求从手册中选取。常用的焊条型号为：E4301、E4303、

E5001、E5003等。

型号中前二位数字表示熔敷金属的最低抗拉强度极限，如“43”表示:σB≈430MPa；第三位“0”或“1”表示适用于各种位置的焊接，第四位表示焊条药皮类型及焊接电源，第三、四位组合时，01表示钛铁矿型，03表示钛钙型，二者的电源为交流或直流正反接。3.焊条的选用（1）按强度等级和化学成分选用

1）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相同的焊条，而不考虑化学成分相同或相近。焊材选择原则是:焊缝金属的性能应高于或等于母材性能。焊材化学成分是保证焊缝性能的重要因素,确定焊材化学成分还应考虑材料的焊接性2）焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。3）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。4）焊件碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。5）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。（2）按焊件的工况条件选用焊条

1）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。2）焊接承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。3）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。4）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。（3）按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条1）厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。2）厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊结构件，应选用适当的酸性焊条。3）除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件应选用全位置焊条。1.焊条直径的选择焊条直径主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置、焊层（道）数等因素。根据焊件厚度平焊时焊条的选用原则：一般当焊件板厚t≤4mm时，焊条直径d=t；当t>4mm时，常采用多层焊，焊条直径为4mm-6mm。2.焊接电流的选择焊接电流大小根据焊条直径来选择。焊接电流选择亦可用经验公式进行估算，估算公式为：I=Kd，式中I-焊接电流（A）；d-焊条直径（mm）；K-经验系数，常取30-40（A/mm）。⒈焊条保管原则⑴焊条的保管，要特别注意环境湿度。

空气中相对湿度和温度越高，水蒸汽分压也就越高，则药皮越容易吸湿。当空气中水蒸汽分压≤5㎜Hg时，药皮吸湿量很小，但一般建议空气中的相对湿度低于60%，并离开地面和墙壁一定的距离（约30厘米）。⑵分清焊条型号、规格、不能混错。

⑶运输焊条，堆放过程应注意不要损伤药皮，对药皮强度较差的焊条；如高强钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条等等，更要当心。焊条堆放不能太高。⒉焊条受潮的影响焊条受潮，药皮的颜色就发黑，焊条相碰没有清脆的金属声，另外，焊条表面长期受潮将会出现“白花”，有些焊条表面看上去虽然没有特殊的变化，但焊接时电弧强，飞溅增多。受潮焊条对工艺性能的影响：⑴电弧强烈，燃烧不稳定。⑵飞溅多，颗粒大。⑶熔深大，容易产生咬边。⑷熔渣的覆盖不均匀，焊波形状粗糙，造成弧坑。⑸溶渣清除困难，低氢型的熔渣表面气孔多。受潮焊条对可焊性的影响：焊条受潮吸收的水份，在焊接电弧热的作用下，变成气体，分解出氢，致使形成焊接裂纹和气孔。焊条的吸湿与焊条的放置状态有关，如焊条敞口存放与捆在一起存放，或放在焊条筒中，吸湿量都不一样，为了限制焊条的吸湿量，一般焊条都在成品包装时用聚乙烯塑料袋封口低氢型焊条的含水量与焊缝的扩散氢含量成线性关系，根据资料介绍，药皮含0.2%水时，用水银法测得扩散氢为5ml/100g(E7018)，因此，可以根据焊缝扩散氢含量来确定必须的烘培温度。⒊焊条的重新烘干焊条从制造到使用因放置相当长的时间而吸潮，如果焊芯不生锈和药皮不变质，焊条重新烘干后，可确保原来的性能。烘干温度均按焊条说明书规定，温度低了达不到除去水份的目的，过高了容易引起粘结剂的分解造成药皮开裂，焊接时熔化到裂纹处很近时，产生脱落现象，而且随着烘焙温度提高，药皮内的合金元素将氧化，影响合金的过渡。焊条烘干，一般采用专用的带自动控制温度的烘箱，宜采取用多少烘多少，随烘随用的原则，烘干后在室外露放时间不超过四小时，焊条在烘箱中叠起层数φ4㎜为不超过3层，φ3.2㎜不超过五层，否则叠起太厚造成温度不均匀，局部过热而使药皮脱落。烘干箱必须带有排潮装置。重新烘干次数，一般可以重复2次。超过2次必须征求焊条制造厂的意见⒋焊条的报废结构钢焊条，尤其是低氢焊条及耐热钢、低温钢焊条，焊芯锈迹严重（用弯曲焊条的方法显露药皮内焊芯），药皮严重受潮，表面“白花”严重，发生药皮粘连结饼、或药皮粉化脱落（如铸铁焊条），靠药皮过渡合金元素的焊条发现药皮剥落，可认为这类焊条已不能使用，若焊芯贵重，如不锈钢焊芯、镍基焊芯、尚可去掉药皮，重新压涂后使用。碳素结构钢焊接概述

一、低碳钢的焊接1．低碳钢的焊接特点（1）低碳钢的含碳量，含其它合金元素较少，因而焊接性好。几乎适于用各种焊接方法进行焊接，一般不需采用特殊工艺措施即可得到优质的焊接接头。（2）选用填充金属时应考虑母材金属的稀释，应保证接头与母材等强度。（3）当母材含碳量偏高，或母材、焊接材料成分（如S、P）不合格时，焊接时有可能产生热裂纹，应调整焊缝成型系数或采用碱性低氢焊条加以防止。

（4）一般不需要预热，但如板厚及构件刚度较大或焊接环境温度较低，仍需考虑预热。例如焊接母材板厚大于30mm，焊接温度低于－10℃，需要预热100－150℃，如试验时发现焊道下裂纹，还应采用后热处理去除接头中的氢。（5）有的低碳钢，以回火或调质状态供货，应采用碱性低氢焊接材料或低氢焊接工艺焊接这类钢，以使焊缝和热影响区的韧性大致与母材相同，焊接线能量不要太大，预热与层间温度不应过高，以免晶粒过于粗大影响韧性。有时还用后热处理来恢复塑性、超导韧性。

二、中碳钢的焊接1．中碳钢的焊接特点

中碳钢由于含碳量较高，有较大的淬硬倾向，焊接性比低低碳钢差。其主要焊接特点是：（1）热影响区易产生低塑性、高硬度的淬硬组织含碳量越高，板厚越大，淬硬倾向越大。当焊接工件的刚性大，或所选择的焊接材料与工艺规范不当，则易在淬硬区产生冷裂纹。

（2）易产生热裂纹

由于母材含碳量较高，焊接时有一部分母材会溶化到焊缝中去，使焊缝增碳，加之硫等杂质的影响，易在焊缝中引起热裂纹，在弧坑处更为敏感。（3）气孔

由于含碳量高，会增加对气孔的敏感性，因此对焊接材料要求脱氧性好，烘干和坡口清理要求严格。此外，接头的塑性韧性及疲劳强度不高。2．中碳钢的焊接工艺（1）焊条选用抗冷裂纹和热裂纹能力较强的碱性低氢焊条，如E5015（结507），E6015－D1（结607）等。如不要求焊缝与母材等强，则可选强度较低的碱性低氢焊条。如E4316（结426），E4315－D1（结427）等。这类焊条的塑性好，抗热裂纹和冷裂纹能力更强。对于一些不重要的结构件，也可选用非碱性低氢焊条。如采用钛铁矿型或钛钙型焊条，但需要控制好预热温度,尽量降低母材的稀释率减少焊缝中的含碳量，也有可能得到合格的焊接接头。

在工件不允许预热的特殊情况下，可选用铬、镍奥氏体不锈钢，如E0－19－10－16（奥102），E0－19－10－15（奥107），E1－23－13－16（奥302），E1－23－13－15（奥307）或奥707（Cr17Mn13MoN不锈钢），焊条等。此类焊条塑性好，焊前不预热也不易产生冷裂纹，但应采用小电流，多层焊。由于这类焊条成本高，一般不宜采用。

（2）预热

大多数中碳钢焊前应预热以降低冷却速度，控制近缝区马氏体的形成，降低淬硬倾向，以有效地防止冷裂纹的产生。此外，预热还可以改善接头的塑性，减少焊接残余应力。预热温度根据碳当量、接头厚度、结构刚性和焊条类型及焊接规范而定。例如碳当量达到0.45-0.60%时，则建议预热温度在100－200℃之间。（3）为减少热裂纹和消除气孔，采用U型坡口，也可用V型坡口，以降低母材熔化比。坡口附近的油、锈应去除干净。（4）用小直径焊条，小电流慢速度焊接第一层焊缝以防止出现裂纹，焊条进行400℃，2h烘干。

（5）锤击焊缝减少残余应力。

（6）采用直流反接，焊接电流较低碳钢小10%－15％。

（7）焊后要注意保温缓冷，条件允许时应进行整件消除应力回火处理。如不可能,则可在焊后将接头温度维持在比规定预热温度稍高一些的温度下保温后热（2－3h/25mm），使氢从接头区扩散出去，以防止出现冷裂纹。三、高碳钢的焊接

由于含碳量高，焊接性差，淬硬性强，因此焊缝与热影响区的裂纹敏感性大。应采用低氢焊接工艺，要求100℃或更高些的预热温度与层间温度，以防止在焊缝与热影响区中出现脆性的高碳马氏体。对于高碳钢焊件（特别对于板厚较大的构件）建议均采用焊后消除应力处理。在许多应用场合，可选用低合金钢焊接材料，此时应防止母材的增碳。

高碳钢一般用于制作高硬度与耐磨的零部件。应在退火条件下焊接这类钢，然后热处理。例如修复断裂的高碳钢零、部件前，如条件许可，建议先将修复进行退火。焊接裂纹与焊接变形的形式焊接时，在任何情况下焊接应力总是存在的。当焊接应力超过该材料相应温度的屈服应力时，焊件将产生变形；超过材料的断裂应力时，焊件将会产生裂纹甚至断裂。焊接裂纹包括纵向裂纹、横向裂纹、内部裂纹、根部裂纹等；焊接变形的基本形式有角变形、弯曲变形、波浪变形、收缩变形、扭曲变形、错边变形等，

图11-4焊接变形形式(d)预防和减小焊接应力及焊接变形的措施1.合理设计焊接结构尽量减少焊缝及焊缝的长度和截面积，并尽量使结构中的所有焊缝对称，避免交叉焊缝等，详见焊接结构工艺性一节。2.焊前预热焊前对焊件预热，可减少焊件各部分的温差，对减小焊接应力与变形较为有效。重要焊件可整体预热，还有局部预热即焊前选择焊件的合理部位局部加热使其伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝同时收缩。3.反变形法根据实验或计算，确定工件焊后产生变形的方向和大小，焊前将工件预先斜置或弯曲成等值反向角度，以期达到焊后与所要求的工件角度正好吻合。4.刚性固定法采用工装夹具或定位焊固定，此法可显著减小但不能完全消除焊后残余变形。5.选择合理的焊接顺序应尽量使焊缝的纵向和横向都能自由收缩，避免交叉焊缝处应力过大产生裂纹；采用对称焊接顺序以减小变形；长焊缝可采用分段退焊法或跳焊法。6.锤击焊缝法用圆头小锤对焊后红热的焊缝金属进行均匀适度锤击，以延伸变形，补偿其收缩，同时释放出部分能量，减小焊接应力和变形。7.强迫冷却法将焊缝区的热量迅速散掉，使焊接时金属受热面积减小，此法又称散热法。8.焊后热处理采取去应力退火的方法将焊件整体或局部加热到600℃-650℃，保温一定时间后（不小于1h）缓慢冷却，这样可消除焊接余应力80％-90％。焊接变形的矫正1.机械矫正法即用机械的方法将变形矫正过来，生产中常用的设备有辊床、压力机、矫直机等；薄板焊接最常见的变形为波浪变形，其矫正较难，一般用锤击法进行矫正2.火焰矫正法采用局部加热焊件的某些部位，使其受热时膨胀，受周围冷金属制约引起长度方向被压缩，冷却时收缩而矫正变形。运条方法:一、沿焊缝方向二、沿焊条方向三、横向摆动：1、直线型2、直线往复型3、正环型4、斜环型5、正三角型6、斜三角型7、锯齿型8、月牙型9、8字型焊接缺陷:1、焊缝成形及尺寸不符合要求：①焊缝成形不符合要求②焊缝尺寸不符合要求③焊缝变形不符合要求2、咬边：3、焊瘤4、烧穿：5、凹坑：6、塌陷：7、气孔：①表面气孔②内部气孔8、裂纹：①表面裂纹②内部裂纹9、夹渣：10、未焊透：11、未熔合：一、

埋弧焊二、

气体保护电弧焊三、

电渣焊四、

等离子弧焊五、

电子束焊六、

激光焊第三节

其它焊接方法一、

埋弧焊1.定义：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称为埋弧焊。2.特点：1）生产率高；2）焊接质量高、稳定；3）节约金属材料；4）改善劳动条件。3.应用：常用来焊接厚度为6mm-60mm的长直焊缝和较大直径（一般不小于250mm）的环形焊缝。二、

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1.定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。2.特点：1）焊件不易氧化；2）便于操作，容易实现全位置自动化；3）焊接热影响区小，焊件不易变形；4）焊缝致密，成形美观；5）焊接成本高。3.应用：主要用于焊接易氧化的有色金属和合金钢，如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。为了防止保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。（二）二氧化碳气体保护焊1.定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。2.特点：1）电流密度大，生产效率高；2）焊接热影响区小，焊件不易变形；3）焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好；4）焊接成本低。3.应用：适合于各种位置的焊接，目前，CO2焊已在全国广泛普及，大有在短时间内取代焊条电弧焊的发展势头。三、

电渣焊1.