大学化工机械基础4焊接

2023/9/21第一节电弧焊利用电弧热量加热并熔化金属进行焊接一、焊接电弧一种强烈的持久的气体放电现象。在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离，带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。第1页/共62页2023/9/22引燃电弧：接触引弧和非接触引弧。手工电弧焊采用接触引弧。瞬时接触短路使接触点上电流密度相当大；氧化皮电阻大产生热，使金属熔化蒸发。焊条提起，空间内充满了金属蒸气和空气，其中某些原子可能已被电离。刚拉开瞬间，阴极发射电子。气体介质被撞击电离,电弧温度进一步升高,开始引燃。维持一定电压，连续放电，电弧连续燃烧。

第2页/共62页2023/9/23非接触引弧一般借助于高频或高压脉冲引弧装置，使阴极表面产生强场发射，电子流与气体介质撞击，使其离解导电阴极区温度2400K左右，放热量38％；阳极区温度2600K左右，热量占42％；弧柱区中心温度达5000－8000K，热量占20％左右。第3页/共62页2023/9/24二、手工电弧焊设备简单,操作灵活,对不同位置、不同接头焊缝均能方便焊接，目前仍广泛使用。第4页/共62页2023/9/25短路，随即分开（约2－4mm）引燃电弧。电弧下工件熔化构成一个半卵形熔池。药皮熔化,气体隔绝空气,免于氧、氮侵害；溶渣,喷向熔池或与焊芯熔滴喷向溶池。第5页/共62页2023/9/26在电弧及熔池中，液态金属、熔渣和电弧气体间发生某种物理化学变化，熔池内气体和渣上浮。电弧移去,温度降低，金属和渣凝固,结晶连接。渣壳脱落露出带鱼鳞纹状的金属焊缝。第6页/共62页2023/9/27交流电焊机实质上是一种特殊的变压器，将工业用电的电压降低。瞬时熄弧、重新引弧和再次稳定燃烧，交流电弧稳定性较差。但因结构简单、维修方便、造价低廉和省电等优点，所以广泛采用

第7页/共62页2023/9/28直流电焊机又分为旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机。前者成本高、噪音大、重量大、维护不方便。硅整流式直流电焊机结构简单，已逐渐替代旋转式直流电焊机。电弧持续而稳定，焊缝质量容易保证。第8页/共62页2023/9/29焊条接负极、工件接正极时为正接法；反之为反接法。一般用碱性低氢型焊条（如J507），为使电弧稳定燃烧，规定用直流反接法；用酸性焊条（如J422）焊接厚钢板时，用正接法，因为阳极部分温度高于阴极部分，用正接法可得到较大的熔深；焊接薄钢板及有色金属采用反接法。第9页/共62页2023/9/210三、埋弧自动焊引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械完成。第10页/共62页2023/9/21130－50mm厚的粒状焊剂，电弧热量使焊丝、工件和焊剂溶化，形成金属熔池，使它们与空气隔绝。低碳钢用H08A，配高锰高硅型焊剂HJ431第11页/共62页2023/9/212埋弧自动焊的主要优点是：1）生产率高用大电流，熔深大，生产率较高。对于20mm以下的对接焊可不开坡口,不留间隙，填充金属少2）焊缝质量高保护完善，杂质较少，易获得稳定高质量的焊缝。3）劳动条件好没有弧光辐射，劳动条件较好。最常用。适于批量大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。第12页/共62页2023/9/213埋弧自动焊的不足之处1)不及手工焊灵活，一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝；2)工件边缘准备和装配质量要求较高、费工时；3)由于埋弧操作，看不到熔池和焊缝形成过程，必须严格控制焊接规范。第13页/共62页2023/9/214四、氩弧焊氩气的电离势较高，引弧较困难，常借用高频振荡器产生高频高压电引弧。氩气的散热能力较低，一旦引燃后，能较稳定地燃烧。氩弧焊按所用的电极不同分为两种：非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。

第14页/共62页2023/9/2151、非熔化极氩弧焊（TIG焊）电极只发射电子、产生电弧，本身不熔化，常用熔点较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极，又叫钨极氩弧焊。可以用手工进行，也可以自动进行。第15页/共62页2023/9/216非熔化极氩弧焊（TIG焊）防止电极熔化和烧损，电流不能过大，常用于焊接4mm以下的薄板，管子对接、管子与管板的连接第16页/共62页2023/9/2172、熔化极氩弧焊（MIG焊）焊丝为电极，焊接电流可大大提高，适用于中、厚板焊接，如化工容器筒体的焊接。焊接过程可采用自动或半自动方式

第17页/共62页2023/9/218金属熔滴沿焊丝轴向高速喷射入溶池。不短路，电弧燃烧稳定，无飞溅，焊缝成形好，熔透深度增加，用于焊接厚度为3mm以上的金属。焊接成本高。焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金钢及一些特殊用途的高合金钢（不锈钢、耐热钢）。

第18页/共62页2023/9/219近三十年来，发展了钨极、熔化极脉冲氩弧焊，扩大了应用范围。用可控的脉冲电流代替连续电流，控制电弧能量，精确控制熔池体积、焊缝熔深及溶滴过渡等，可焊接薄板或超薄板构件。直流脉冲TIG焊可焊小至0.1mm的薄板。第19页/共62页2023/9/220第二节焊接接头和坡口形式对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头一、对接接头容易焊透，受力情况好，应力均匀，联接强度高，焊接接头质量容易保证。坡口的主要作用是保证焊透第20页/共62页2023/9/221X形坡口可减少焊条金属量二分之一，变形及内应力小较重要的焊接结构用U形坡口第21页/共62页2023/9/222等厚度焊接，避免焊不透或烧穿；薄板≤10mm，两板厚度差≥3mm；薄板>10mm而厚度差大于薄板30％，或超过5mm时，削薄厚度边缘。第22页/共62页2023/9/223二、T形接头和角接接头分不开坡口、单边和双边V形及K形坡口第23页/共62页2023/9/224应力不均，焊缝根部有较大应力集中，

第24页/共62页2023/9/225三、搭接接头不开坡口,均属角焊缝,分端焊缝和侧焊缝第25页/共62页2023/9/226第26页/共62页2023/9/227第三节焊接材料一、手工电弧焊用焊接材料电焊条：内部钢芯和外侧药皮1、钢芯主要作用导电，并在焊条端部形成具有一定成分的熔敷金属。要求焊芯尽量减少有害元素的含量，限制S、P，有些焊条要求焊芯控制As、Sb、Sn等元素。第27页/共62页2023/9/2282、药皮又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分和性能。采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。第28页/共62页2023/9/229药皮中各种组分作用：1）稳弧剂：凡易电离的物质均能稳弧。用碱金属及碱土金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、大理石等。2）造渣剂：形成溶渣，覆盖熔化金属表面，保护熔池及改善焊缝成形3）脱氧剂：降低含氧量，提高机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁。4）造气剂：高温下分解出气体，保护电弧及熔池，防止空气中氧和氮侵入第29页/共62页2023/9/230药皮中各种组分作用：5）合金剂：补偿合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素，以保证焊缝的化学成分及性能等。6）增塑润滑剂：增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性，以提高焊条的压涂质量，减小偏心度。7）粘接剂：使药皮粉料在压涂过程中有一定粘性，与焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有一定的强度。第30页/共62页2023/9/2313、电焊条的分类（1）按用途分第31页/共62页2023/9/232第32页/共62页2023/9/233（2）按熔渣的碱度分类酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能（冲击韧性）比较低。酸性焊条一般均可用交直流电源。典型的酸性焊条是J422。第33页/共62页2023/9/234碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。典型的碱性焊条有J507。第34页/共62页2023/9/235（3）按焊条药皮主要成分分类当药皮中含有30％以上的二氧化钛及20％以下的钙、镁的碳酸盐时，就称为钛钙型。第35页/共62页2023/9/236第36页/共62页2023/9/2374、电焊条牌号与型号(1)焊条牌号是焊条产品的具体命名。根据主要用途及性能特点命名。每种产品只有一个牌号，但多种牌号可同时对应于一种型号。焊条牌号通常以一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。第37页/共62页2023/9/238结构钢焊条牌号J422，中“J”表示结构钢焊条,按用途分第一、二位数字“42”表示焊缝金属的抗拉强度等级（用MPa值的1/10表示），末位数字“2”表示药皮类型及焊接电源的种类第38页/共62页2023/9/239第39页/共62页2023/9/240奥氏体铬镍不锈钢焊条牌号A132中“A”表示奥氏体不锈钢焊条；第一、第二位数字表示焊缝金属主要化学成分组成末位数字表示药皮类型和焊接电源种类第40页/共62页2023/9/241（2）焊条型号是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条型号根据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。第41页/共62页2023/9/242碳钢焊条型号E4315中“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa值的1/10；第三位数字表示焊条焊接位置，“0”及“1”表示用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”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。第42页/共62页2023/9/243常用焊条a.E4303、E5003焊条钛钙型。主要用于较重要的碳钢结构。b.E4315、E5015焊条低氢钠型，主要用于重要的低碳钢结构及低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢c.E4316、E5016型焊条低氢钾型，电弧稳定，主要用于重要的低碳钢结构与低合金钢结构。第43页/共62页2023/9/244低合金钢焊条型号如E5018－A1，后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号第44页/共62页2023/9/245不锈钢焊条型号E308－15，字母E表示焊条，“E”后面数字表示熔敷金属化学成分分类代号，短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类第45页/共62页2023/9/246第46页/共62页2023/9/247第47页/共62页2023/9/248二、埋弧焊用焊丝和焊剂焊丝牌号与优质碳素钢钢号的表示方法类似，前面加上“H”。强度钢用焊丝牌号如H08、H08A、H10Mn2。若牌号最后带有A字，表示为S、P含量较少的优质焊丝。第48页/共62页2023/9/249国产焊剂依据化学成分分类，在牌号前面加HJ，如HJ431。第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“４”表示含MnO>30％；第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量，如“３”表示高硅低氟型（SiO2>30%,CaF2<10%）；末位数字表示同类焊剂的不同序号。第49页/共62页2023/9/250（GB5293-85）规定焊剂型号：HJ401－H08A的焊剂，用H08A焊丝按本标准，抗拉强度为412－550MPa，屈服强度不小于330MPa，伸长率不小于22％，在0℃时冲击值不小于34.3J/cm2

。第50页/共62页2023/9/251三、焊条、焊丝及焊剂的选用焊缝机械性能与基体金属一致；其次，在化学成分方面接近基体还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。常用钢号查表2-15，不同钢号相焊接查表2-16第51页/共62页2023/9/252第四节焊接缺陷与焊接质量检验一、焊接缺陷1、焊接变形应力超过屈服极限产生焊接变形；超过强度极限会出现裂缝。第52页/共62页2023/9/2532、焊缝的外部缺陷（1）焊缝增强过高坡口的角度开得太小或焊接电流过小应力集中，为提高疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。第53页/共62页2023/9/254（2）焊缝过凹焊缝工作截面减小使接头处强度降低。（3）焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘形成凹陷。减少工作截面，并造成严重应力集中。第54页/共62页2023/9/255（4）焊瘤对静载强度无影响引起应力集中，使动载强度降低。（5）烧穿部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，使接头强度下降。第55页/共62页2023/9/2563、焊缝内部缺陷（1）未焊透应力集中严重，降低强度，开裂根源。（2）夹渣减少工作截面，造成应力集中，降低焊缝强度和冲击韧性。（3）气孔减少有效工作截面，降低机械强度。（4）裂纹热裂纹和冷裂纹第56页/共62页2023/9/257热裂纹是由液态到固态结晶中产生焊缝中存在低熔点物质（FeS），受到较大的焊接应力，容易在晶粒之间引起破裂。焊件及焊条内含S、Cu等杂质多时，容易产生热裂纹。热裂纹有沿晶界