焊工工艺第一节课件

第1章焊接基础知识4.1

焊接成形基础

4.2焊接方法4.3焊接结构工艺设计4.4焊接技术新发展返回2焊工VS“裁缝”实物—才是我们需要的(或者说有价值的)；天然实物是不少见,但直接实用的并我多见；大多数我们使用的实体都是经过我们加工，组合过的．组合加工包括：定位、夹紧、连接；四大类连接：螺栓连接、铆接、粘接、焊接；焊工就是特定物质(金属等)的“裁缝”如何做好一件衣服呢？

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怎样开展一次焊接工作呢？4焊接：通过加压、加热或两者并用；用或不用填充材料；使金属间达到原子结合的一种加工方法。实现方法辅助手段物理本质

焊接是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接的特点：优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短；4）易于实现机械化和自动化。缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便；2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形；

4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。

焊接方法可分为：

1）熔焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。

2）压焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。

7焊接电弧在夏天，我们常看到天空中的闪电，这是一种气体放电现象。在两电极之间的气体介质中，强烈而持久的放电现象称为电弧。电弧放电时产生高温(温度可达6000℃)和强光。人类认识了这种现象，并将其应用于工业生产中。电弧高热可用以进行电弧切割、碳弧气刨以及电弧炼钢等；电弧的强光能照明(如探照灯)或用弧光灯放映电影等。焊接电弧也是一种气体放电现象，不过它发生在电极与焊件之间而已。电弧焊就是利用焊接中电弧放电时产生的热量来加热，熔化焊条(焊丝)和母材，使之形成焊接接头。电弧是电弧焊接的热源。10电弧:两电极间强烈而持久的放电现象；一种空气导电现象；电弧有两个特征：放出强烈的光和大量的热焊接电弧：是由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧是所有电弧焊接方法的能源

不同的气体或元素，由于原子构造不同，其电离能也不同，电离能大小递增次序：

K.Na.Ba.Ca.Cr.Ti.Mn.Fe.Si.H.O.N.Ar.F.He.

氢氟焊接电弧的产生气体原子的激出、电离和电子发射中性气体原来是不能导电的，为了在气体中产生电弧而通过电流，就必须使气体分子(或原子)电离成为正离子和电子。而且，为了使电弧维持燃烧，要求电弧的阴极不断发射电子，这就必须不断地输送电能给电弧，以补充能量的消耗。气体电离和电子发射是电弧中最基本的物理现象。.气体原子的激发与电离如果气体原子得到了外加的能量，电子就可能从一个较低的能级跳跃到另一个较高能级，这时原子处于“激发”状态。使原子跃为“激发”状态所需的能量称为激发能。气体原子的电离就是使电子完全脱离原子核的束缚，形成离子和自由电子的过程。由原子形成正离子所需的能量称为电离能。在焊接电弧中，根据引起电离的能量来源，有以下3种形式：

(1)撞击电离。是指在电场中，被加速的带电粒子(电子、离子)与中性点(原子)碰撞后发生的电离。

(2)热电离。是指在高温下，具有高动能的气体原子(或分子)互相碰撞而引起的电离。

(3)光电离。是指气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产生的电离。气体原子在产生电离的同时，带异性电荷的质点也会发生碰撞，使正离子和电子复合成中性质点，即产生中和现象。当电离速度和复合速度相等时，电离就趋于相对稳定的动平衡状态。一般地，电弧空间的带电粒子数量越多，电弧越稳定，而带电粒子的中和现象则会减少带电粒子的数量，从而降低电弧的稳定性。

2．电子发射在阴极表面的原子或分子，接受外界的能量而释放出自由电子的现象称为电子发射。电子发射是引弧和维持电弧稳定燃烧的一个很重要的因素。按其能量来源不同，可分为热发射、光电发射、重粒子碰撞发射和强电场作用下的自发射等。

(1)热发射。物体的固体或液体表面受热后，其中某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面外的空间中去的现象称为热发射。热发射在焊接电弧中起着重要作用，它随着温度上升而增强。

(2)光电发射。物质的固体或液体表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象称为光电发射。对于各种金属和氧化物，只有当光射线波长小于能使它们发射电子的极限波长时，才能产生光电发射。

(3)重粒子撞击发射。能量大的重粒子(如正离子)撞到阴极上，引起电子的逸出，称为重粒子撞击发射。重粒子能量越大，电子发射越强烈。(4)强电场作用下的自发射。物质的固体或液体表面，虽然温度不高，但当存在强电场并在表面附近形成较大的电位差时，使阴极有较多的电子发射出来，这就称为强电场作用下的自发射，简称自发射。电场越强，发射出的电子形成的电流密度就越大。自发射在焊接电弧中也起着重要作用，特别是在非接触式引弧时，其作用更加明显。综上所述，焊接电弧是气体放电的一种形式，焊接电弧的形成和维持是在电场、热、光和质点动能的作用下，气体原子不断地被激发、电离以及电子发射的结果。同时，也存在负离子的产生、正离子和电子的复合。显而易见，引燃焊接电弧的能量来源主要靠电场及由其产生的热、光和动能，而这个电场就是由弧焊电源提供的空载电压所产生的。焊接电弧的引燃焊条与焊件之间是有电压的，当它们相互接触时，相当于电弧焊电源短接。由于接触点很大，短路电流很大，则产生了大量电阻热，使金属熔化，甚至蒸发、汽化，引起强烈的电子发射和气体电离。这时，再把焊丝与焊件之间拉开一点距离,这样，由于电源电压的作用，在这段距离内，形成很强的电场，又促使产生电子发射。同时，加速气体的电离，使带电粒子在电场作用下，向两极定向运动。弧焊电源不断的供给电能，新的带电粒子不断得到补充，形成连续燃烧的电弧。

焊接电弧的稳定性概念：焊接电弧的稳定性是指电弧保持稳定燃烧的程度。电弧的稳定性除了和操作人员的熟练程度有关之外，还与其他因素有关。

1、焊接电源（电源的空载电压；电源的极性；电源的接法）

2、焊条药皮或焊剂

3、焊接电流

4、磁偏吹

5、电弧长度

6、焊前清理

7、其他18直流电弧的结构和温度阴极斑点阳极斑点产热占43%产热占36%产热占21%2、正接和反接温度：阳极：2600K阴极：2400K电弧中心：6000K－8000K直流焊接正接法：工件温度高反接法交流焊接：两极温度均为2500K引弧电压：50－90V电弧电压：16－35V20在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系,呈U形，故称为U形曲线电弧电阻与电弧的温度有关，ab段电弧的温度较低，空气电离的程度低，电阻较大；焊接电流增大时，电弧温度增高，结果空气的电离程度增高，则电阻就下降；bc段电离度一定，随着焊接电流的增大，相应的弧柱截面增大，电流密度不变，则为水平段；cd段:电流密度较大,电弧来不及增大截面,呈较大电阻抗状态,为上升段。焊接电弧的静特性曲线:21各种焊接方法的电弧静特性曲线cd段，大电流密度:细丝熔化极气体保护焊;大电流埋弧焊ab段,小电流密度:小电流氩弧焊;小电流焊条电弧焊bc段，中等电流密度:氩弧焊;焊条电弧焊;小电流埋弧焊一、接头的基本形式焊接接头(简称接头)：用焊接方法连接的接头。常用的焊接接头：

对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头、锁底对接接头等。列如：十字接头可视为两个T形接头组合；盖板接头、套管接头和塞焊接头都是通过角焊缝连接。因此焊接接头可归纳为对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头和端接接头5种基本类型。1、对接接头将同一平面上的两个被焊工件的边缘相对焊接起来而形成的接头称为对接接头。两焊件表面构成大于或等于135°、小于或等于180°夹角的接头它是各冲焊接结构中采用最多、也是最完善的一种接头形式，具有受力好、强度大和节省金属材料的特点。但是，由于是两焊件对接连接，被连接件边缘加工及装配要求则较高。在焊接生产中，通常使对接接头的焊缝略高于母材板面。由于余高的存在造成构件表面的不光滑，在焊缝与母材的过渡处会引起应力集中。。焊接接头的基本类型对接接头的几种形式2、T形接头将相互垂直的被连接件用角焊缝连接起来的接头称为T形(十字)接头。T形(十字)接头能承受各种方向的力和力矩。T形接头是各种箱型结构中最常见的接头形式，在压力容器制造中，插入式管子与筒体的连接、人孔加强圈与筒体的连接等也都属于这一类。由于T形(十字)接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成应力分布极不均匀、且比较复杂，在角焊缝根部和趾部都有很大的应力集中。保证焊透是降低T形接头应力集中的重要措施之一。

T形接头3、搭接接头两块板料相叠，而在端部或侧面进行角焊，或加上塞焊缝、槽焊缝连接的接头称为搭接接头。由于搭接接头中两钢板中心线不一致，受力时产生附加弯矩，会影响焊缝强度，因此，一般锅炉、压力容器的主要受压元件的焊缝都不用搭接形式。由于搭接接头使构件形状发生较大的变化，所以应力集中要比对接接头的情况复杂得多，而且接头的应力分布极不均匀。在搭接接头中，根据搭接角焊缝受力方向的不同，可以将搭接角焊缝分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。搭接接头

搭接接头除两钢板叠在端面或侧面焊接外，还有开槽焊和塞焊(圆孔和长孔)等。

开槽焊搭接接头的构造如图所示。先将被连接件冲切成槽，然后用焊缝金属填满该槽，槽焊焊缝断面为矩形，其宽为被连接件厚度的两倍，开槽长度应比搭接长度稍短一些。

塞焊是在被连接的钢板上钻孔来代替槽焊的槽，用焊缝金属将孔填满使两板连接起来，塞焊可分为圆孔内塞焊和长孔内塞焊两种，如图所示。

4、角接接头两钢板成一定角度，在钢板边缘焊接的接头称为角接接头。角接头多用于箱形构件，骑座式管接头和筒体的连接，小型锅炉中火筒和封头连接也属于这种形式。与T形接头类似，单面焊的角接接头承受反向弯矩的能力极低，除了钢板很薄或不重要的结构外，一般都应开坡口两面焊，否则不能保证质量。

角接接头

选择接头形式时，主要根据产品的结构，并综合考虑受力条件、加工成本等因素。例如：

对接接头具有受力均匀、节省金属等优点，故应用最多。但是，对接接头对下料尺寸和组装的要求比较严格。

T形接头焊缝大多数情况下只承受较小的切应力或仅作为联系焊缝。

搭接接头对装配要求不高，也易于装配，但接头承载能力低，一般用在不重要的结构中。焊接接头的设计中对焊缝质量的要求、焊缝尺寸大小、焊缝位置、工件厚度、几何尺寸、施工条件等不同，决定了在选择焊接方法和制定工艺时的多样性。合理的焊接接头设计与选择不仅能保证钢结构的焊缝和整体的强度，还可以简化生产工艺，节省制造成本。

设计和选择焊接接头的主要因素：（1）保证焊接接头满足使用要求；（2）接头形式能保证选择的焊接方法正常施焊；（3）接头形式应尽量简单，尽量采用平焊和自动焊焊接方法，少采用仰焊和立焊，且最大应力尽量不设在焊缝上；（4）焊接工艺能保证焊接接头在设计温度和腐蚀介质中正常工作；（5）焊接变形和应力小，能满足施工要求所需的技术、人员和设备的条件；（6）尽量使焊缝设计成联系焊缝；（7）焊接接头便于检验；（8）焊接前的准备和焊接所需费用低；（9）对角焊缝不宜选择和设计过大的焊角尺寸，试验证明，大尺寸角焊缝的单位面积承载能力较低等。碳弧气刨碳弧气刨是指使用石墨棒或碳棒与工件间产生的电弧将金属熔化，并用压缩空气将其吹掉，实现在金属表面上加工沟槽的方法。碳弧气刨是使用碳棒或石墨棒作电极，与工件间产生电弧，将金属熔化，并用压缩空气将熔化金属吹除的一种表面加工沟槽的方法。在焊接生产中，主要用来刨槽、消除焊缝缺陷和背面清根。碳弧气刨有下列特点：1）手工碳弧气刨时，灵活性很大，可进行全位置操作。可达性好，非常简便。（2）清除焊缝的缺陷时，在电弧下可清楚地观察到缺陷的形状和深度。（3）噪声小，效率高。用自动碳弧气刨时，具有较高的精度，减轻劳动强度。碳弧气刨的缺点是：碳弧有烟雾、粉尘污染和弧光辐射，此外，操作不当容易引起槽道增碳焊缝尺寸符号：是表示坡口和焊缝各特征尺寸的符号。

设计人员为使自己设计的结构或产品由制造人员准确无误地加工制造出来，就必须把结构和产品的施工技术条件在设计图样和设计说明书等设计文件上详尽地表述出来。对于焊接接头，设计人员一般采用有关标准规定的焊缝符号和焊接方法代号来表示。也可以采用机械制图方法来表示，但用图形或文字详细地说明焊接接头的焊接加工要求和注意事项是非常繁琐和复杂的。采用标准规定的各种符号和代号简单明了地指出焊接接头的类型、形状、尺寸、位置、表面状况、焊接方法以及与焊接有关的各项条件是非常必要的。一、焊缝符号与焊接方法代号焊缝符号：在图纸上标注出焊缝形式、焊缝尺寸和焊接方法的符号。由GB/T324－1998《焊缝符号表示法》(适用于金属熔焊和电阻焊)和GB/T5185－1999《金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号》进行了规定。焊缝的符号组成：基本符号、辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号和指引线。

基本符号：是表示焊缝横截面形状的符号，它采用近似于焊缝横截面形状的符号表示。

辅助符号：是表示对焊缝表面形状特征辅助要求的符号。辅助符号一般与焊缝基本符号配合使用，当对焊缝表面形状有特殊要求时使用。焊缝补充符号：是为了补充说明焊缝某些特征的符号。

焊缝尺寸符号：是表示坡口和焊缝各特征尺寸的符号。指引线：由带箭头的指引线、两条基准线(横线)(一条为实线，另一条为虚线)和尾部组成。

为了简化焊接方法的标注和文字说明，可采用国家标准GB/T5185－1999规定的用阿拉伯数字表示的金属焊接及钎焊等各种焊接方法的代号。焊接方法标注在指引线的尾部。

二、焊接接头在图样上的表示方法（一）焊缝的图示法国家标准GB/Tl2212－1990《技术制图焊接符号的尺寸、比例及简化表示法》规定，需要在图样中简易地绘制焊缝时，可用视图、剖视图或剖面图表示，也可以用轴测图示意地表示。在同一图样中，通常只允许采用一种画法。