建筑钢结构焊接技术及案例1

建筑钢结构焊接技术及案例（1）

前言：

阐明一个观点；还原一个真象！问题的提出？在以下8个行业里，哪个行业焊接技术最复杂？在以下8个行业里，哪个行业最不重视焊接技术？1、锅炉压力容器（含火电站）；2、长输送管道；3、机械制造（含工程机械）；4、海洋石油平台；5、造船行业（不含军工）；6、化工行业；7、建筑钢结构；8、铁路钢桥。建筑钢结构是一个独立的受力体系！

建筑钢结构形成的过程是受力体系力的转换过程。对建筑钢结构设计而言，钢结构系统的初始应力是十分重要技术指标；为了保证建筑钢结构体系的安全运营，这也是设计、制作、施工单位必须在统一技术规程的前提到下，共同完成的系统工程的重要指标。钢结构体系逐渐形成，其力系也逐渐变化：

具体地讲：是以零件逐渐形成部件，再过渡到局部稳定结构（工程中称：吊装单元），再由多个局部稳定结构，通过合龙工序、过渡成带有临时支撑的封闭稳定系统，在此基础上通过对支撑塔架卸载形成自承重钢结构体系，实现钢结构体系全部力系转换，形成最终的建筑钢结构体系的初始应力状态；建筑钢结构焊接技术是最复杂的技术体系！设计、制作、施工追求的钢结构系统理想的初始应力状态最终目标就是：安装和焊接所产生的应力应变完全符合设计的技术要求、并且最大程度的均匀化；因为钢结构系统的初始应力是直接涉及结构安全与否的重要指标；这一观念逐渐被工程界认识和接受，并开始系统研究。结构和焊接专业应充分结合，相辅相成！

结构刚度是随着结构的建造过程逐步形成的，荷载也是分步作用在刚度逐步形成的结构上，如果内力分布与将全部荷载一次性施加在最终成形结构上，与逐步加载的方法相比较：系统受力结果有一定的差异，对于超高层钢结构，这一差异会比较显著；对于大跨度和复杂空间钢结构，特别是非线性效应明显的索结构和预应力钢结构，不同的结构安装方式（特别是不同的焊接工艺）会导致结构刚度形成的条件和程度的不同，进而影响结构最终成形时的内力和变形。因此、要求在建筑钢结构的设计阶段结构分析中，应充分考虑这些因素，必要时进行施工（焊接）模拟分析，因此、，单打独斗，不可能达到和实现建筑钢结构体系初始应力的理想景界。然而，这是一件十分艰难的工作；因为，钢结构体系的初始应力目前暂时不能大面积的定量分析；并且、系统初始应力的形成和大小，在设计完成的前提下，100％取决于施工方法；这就是建筑钢结构与其他结构的区别和特点，这是一个涉及面很大的动态过程，控制系统应力应变有很大的难度；因此、应根据设计的技术指标，在工程中按照建筑钢结构系统形成的路经来控制钢结构焊接工程的初始应力；不同的施工路径，所获得的应力应变结果不同！一般说来：不同的类别（不同截面；不同型号、类别钢材）的钢结构有不同的施工方法；就是在相同类别的系统中，也存在不同的施工方法，实践证实：在相同的钢结构类别中，不同的施工方法会使系统从零件到部件，从部件转换成局部稳定系统并通过合龙、卸载形成封闭稳定自承重钢结构体系的路径不同，因此、所获得的应力应变结果也不一致，甚至有很大的差异；为什么建筑钢结构焊接技术最复杂？1、随着我国钢产量的增加，建筑钢结构发展速度很快、规模最大，人数最多、影响最大；2、建筑钢结构采用的焊接技术最全：（SMAW、GMAW、FCAW-G、SAW、ESE、SA、单丝气电立焊EGW-S

…）；3、建筑钢结构节点最复杂；4、建筑钢结构母材最复杂（已经进入高强钢领域）；5、建筑钢结构对象千变万化，很难实现机器人自动焊；6、建筑钢结构对节点强韧性要求很高；7、建筑钢结构焊接缺陷、断裂形式很特殊；8、建筑钢结构对新技术的要求很迫切！国内钢结构常用钢材按其标称屈服强度分类怎么办？要想赢得社会尊重；首先自己尊重自己！焊接是建筑钢结构的灵魂和生命！第一章

焊接技术基本认识

焊接技术起源于中国；发迹于国外！古代焊接工艺的发展

焊接技术是随着铜铁等金属的冶炼生产、各种热源的应用而出现的。焊接技术发

展历史

什么是焊接焊接是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使工件达到原子结合且不可拆卸的永久连接的一种加工方法。通常包括熔焊、压焊和钎焊等。焊接连接的两个物体：金属：同种或异种，狭义上的焊接，冶金结合。非金属：金属+陶瓷，塑料焊接，物理、化学结合；广义上的焊接。古代焊接技术特点古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊、钎焊和铆焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具、生活器具和武器。古代焊接方法铆焊锻焊钎焊铸焊古代焊接工艺的发展焊接技术发展历史焊接的启迪

在科学技术飞速发展的当今时代，焊接已经成功地完成了自身的蜕变。很少有人注意到这个过程何时开始，何时结束。但它确确实实地发生在过去的某个时段。

我们今天面对着这样一个事实：焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。而且，随着相关学科技术的发展和进步，不断有新的知识融合在焊接之中。必要条件：熔化、相互熔合必要条件：加热或不加热，但必须加压必要条件：靠第三种低熔点的金属加热熔化填充接缝形成接头现代焊接方法分类一：焊接技术的优越性1：焊接结构生产容易实现“高效益、低成本”的要求。2：焊接结构的安全性得到信赖。二：焊接结构破坏事故的启示

焊接结构固然有其优越性，但也曾经出现过不少破坏事故，说明在焊接结构下；设计施工及选材方面还存在某些缺欠，因而导致出现结构的失效事故！1、历史资料：

日本机械工程学会在60年代统计数据表明，在当时的技术水平下，事故的原因中由于施工不当的占42％；设计不良的原因占32％；材料不良的原因占26％。

在事故中，疲痨破坏占61％（腐蚀疲痨占32％）；脆性断裂占15％；因焊接裂纹引起的事故占24％；而IIW第XIII委员会调查表明，疲痨破坏由于设计不良引起的占54％。显然对于正确设计的结构，在当今焊接技术的水平下，不致于发生不应有的各种破坏事故。

但是，偶然失误以致造成不良后果还是不能绝对避免的。

依据资料报道：美国在第二次世界大战期间建造的船舶失效事故调查结果表明；1、50％的断裂源于结构不连续处，包括结构断面的突然变化，焊缝转折及拐弯处。2、破断多数从焊接接头的裂纹、咬边、熔合不良、未焊透等缺陷处以及HAZ的缺陷和火焰切割钢板时冶金缺陷处发生。3、断裂均发源于严重的应力集中区。4、不少的缺裂部位处于焊缝的引弧点，包括非重要受力焊缝的引弧点。

调查结果还表明，材料的无延性转变温度（零塑性上转变温度即：钢材的脆性转变温度），其数值高于运营环境温度，引发脆性断裂。此外，焊接残余应力的有害作用亦不可忽视。2、建筑钢结构进入“问题期”例证⑴、内蒙古鄂尔多斯那达木赛马场主体钢结构“坍塌”

2010年12月15日凌晨1时30分左右，那达慕主会场”实际就是伊金霍洛旗赛马场，西侧看台钢结构罩棚主结构发生“坍塌”。7日在现场看到，赛马场西侧看台七八十米长的主体钢结构罩棚塌落，看台座椅被砸得七零八落，无人员伤亡。事故发生后，鄂尔多斯市立即成立事故调查组，调查组委托中国钢结构协会专家委员会进行现场勘查鉴定。原因已查明：11月中旬用于罩棚钢结构焊接的24个支撑柱开始卸载，12月5日完成后现场全面停工进入冬歇期，但由于西侧（西区）看台钢结构罩棚部分焊缝存在严重质量缺陷，遇到近期骤冷的天气，钢结构罩棚出现较大伸缩而发生塌落。专家组认定，这是一起施工质量事故。

焊缝质量严重缺陷是造成这次事故的直接原因之一；在“坍塌”现场，有的断开的受力焊缝显示出内埋的钢筋和砼块；暴露出参加施工的焊工职业素质极差；除此之外，据查、几乎全部焊工只有国家安监部门颁发的、焊工特种工种安全操作证而无上岗操作证；同样显示出焊工技术水平差的严峻现状，这是“坍塌”事故的深刻教训；⑵、某钢铁厂桥式吊车梁爆炸事故在进行箱体的检修平台焊接和防护栏杆组装时，发生了爆炸。箱体被爆开，一侧的箱体板完全掀开，巨大的冲击波把周围正在工作的有关人员掀倒，造成了9死6伤事故发生。爆炸事故原因

5·14行车爆炸事故原因查明，认定事故的直接原因为：起重机箱型梁内涂料与稀释剂的挥发物与空气混合后形成爆炸性气体，遇焊接引起的高温、在吊装翻滚的工序中，没有清理完而残存在箱体焊条头、铁块撞击箱体发生火花点燃气体发生爆炸。⑶、上海胶州路高层火灾2010年11月15日，上海被一场突如其来的大火打破了平静.特大火灾事故已导致53人死亡，另有71人受伤！！火灾事故原因：

国务院调查组认定火灾五大原因之一就是：违规施焊，焊工无证上岗；教训极其惨痛！⑷、工程中的热裂纹⑸、工程中的“层状撕裂⑹、轻钢结构“坍塌”事故⑺、围护结构事故4、低级错误的叠加是造成焊接事故的直接原因！⑴、低级错误概念及种类定义：

在焊接工程中：思维偏颇，所作的决策不符合客观规律，表面上技术含量低而对质量造成损失的错误。特点：具有一定的市场和迷惑性！（2）、典型低级错误

①、管理型低级错误：包括：钢材、焊材不按规定匹配，不复检；不作焊接工艺评定；不培训焊工、焊工不持证上岗；②、技术型低级错误：包含：固定焊不规范；电弧擦伤严重；焊前不清理坡口、不按规定烘烤焊条；C02气保焊（GMAW、FCAW-G）不设防风装置；焊前不按规定预热、焊中不控制层间温度、焊后不按规定进行后热；③、其他低级错误：

包含：焊接过程中盲目追求进度，用大电流慢焊速施焊；不注意坡口尺寸盲目施焊；不注意外观尺寸（余高；宽窄差；高低差；咬肉；表面气孔、夹渣；裂纹；焊瘤）等。（3）、典型低级错误产生危害的机理

由于钢结构焊接工程对象的不确定性，现代钢结构工程复杂性，市场竞争的残酷性、施工环境条件的多样性，使焊接工作始终处于施工准备、人员培训、机具组合、焊接工艺评定、焊接方案编写等诸多工作交叉进行的局面；稍有不慎，将会犯“低级错误”；①、焊条不烘干产生氢至裂纹及气孔隐患

因为焊条（低氢型碱性焊条）药皮中粘结剂水玻璃（R2O.nSiO2.mH2O）（R表示碱性金属，R不同水玻璃不同）；结晶水350度左右可化为水蒸汽逸出，400度左右电离成H、O；不烘干焊条，焊接过程中H、O就残留在焊缝金属中。②、熔池冷却过快容易形成脆断和裂纹等焊接缺陷

GMAW、FCAW-G现场焊接，如果不设置防风装置是很危险的，在冬天施工危险性进一步加大，相比之下：FCAW-G更加危险！

在低温焊接钢结构时，最显著的特点是焊接接头具有很大的冷却速度，因而提高了焊缝的结晶速度，同时也提高了弹、塑性变形速度，即提高了焊缝结晶期间的应变增长率，这必然促使增大热裂纹倾向。冷却时间tC冷却速度是某一瞬时的值，计算及测量都很困难，一般用tC

(t8/5.t8/3.

t100)800500300100t/sT/℃t8/5t8/3t100t8/5、t100参数

低温焊接条件下，焊缝的冷却速度较常温焊缝要快的多，直接后果是影响二次结晶的重要参数t8/5下降，随之出现淬硬组织，硬度增加，因此冷裂纹的敏感性也相应增加。

t8/5在焊接工程实践中是一个非常重要的技术参数，t8/5的大小决定HAZ及焊接接头的综合性能；是一个理论和实践都很强的技术指标，应当引起高度重视；t8/5有多种确定方法，将在有关章节中阐述。在研究高强钢焊接冷裂纹时发现，从峰值温度冷却到100℃的冷却时间对冷裂纹有十分重要的影响，故常用t100作为冷裂纹倾向的重要参数之一。目前尚未建立t100可靠的计算公式，主要通过试验的方法测得。GMAW、FCAW-G现场施工特别注意：流量适量大（小于50L/min）；防风不可少！③、固定焊（电弧擦伤）会造成焊接裂纹隐患A、固定焊俗称：点焊，是人们普遍不重视的十分重要的焊接技术；B、极端的“点焊”（电弧擦伤）是最恶劣的焊接热循环形式，立体热传导，“热得快、冷得快”，理论上100％存在热裂纹（结晶裂纹）。

C、固定焊的最高境界是：“取消固定焊”！④、余高是多余的高度Kt＝σMax/σn⑤、母材、焊材不复检是最危险的“低级错误”！★○★焊接材料的复验对属于下列情况之一的重要钢结构采用的焊接材料应进行抽样复验，复验结果应符合现行国家产品标准和设计要求。该复验应为见证取样、送样检验项目。

建筑结构安全等级为一级的一、二级焊缝；

建筑结构安全等级为二级的一级焊缝；

大跨度（60m以上）结构中的一级焊缝

吊车工作制A6级以上的吊车梁结构中的一级焊缝；

设计要求的焊缝；

对质量有疑义的焊接材料检验应按批量验收。⑥、关于焊接从业人员-焊工

目前、焊工证就有5种之多：1、国家安监部门颁发的、焊工特种工种安全操作证；2、国家人社局颁发的、焊工技能等级证；3、国家质量监督总局颁发的、压力容器、压力管道焊工操作合格证；4、国家各部、委焊工考试委员会颁发的、各大系统所属业务的焊工操作合格证，比如：冶金、电力、化工、造船等（各大国家直属系统焊工合格证逐渐由中国工程建设焊接协会统一）；5、涉外工程的各种焊工操作合格证、比如：AWS、JIS焊工操作合格证；后三类证件可证明焊工在某领域内的某项（或多项）焊接技艺水平，而前两类不完全代表焊工的实际操作水平，不能单独在工程中应用。有的管理者没有上述经验和认识，见证就收，使焊工持证者有机可乘、有空子可钻，这也许是造成焊工证管理混乱的重要原因之一。

可能是出于对政府部门的信任，全国大多数钢结构企业和焊接工程，在部分业主、监理的督促下，单独采用了国家安监部门颁发的焊工“特种工种安全操作证”；

于是、

在很短的时间内，数以万计的农民兄弟姐妹“放下锄头、立即拿起焊枪”，他们经过短期的安全知识培训，向老乡和师傅学习一些落后的甚至是淘汰的操作技术后，马上就成为了掌握工程质量命运的焊工；这样的焊工有体力，有热情、有干劲，唯独没有专业理论和正规的操作技术；他们干的活愈多，质量隐患愈多，愈加今人提心吊胆，如果再加上指挥、监督失误；可以设想：工程质量肯定不容乐观；三、钢结构行业的主要工作流程：1、钢结构设计；2、钢结构深化设计；3、钢结构使用钢材的复检；4、钢结构使用焊材的复检；5、焊接工艺评定（PQR）Weldingprocedurequalification；6、《焊接专项方案》编制（WPS）Specialweldingplan；7、钢结构号料放样；8、钢结构下料；9、钢结构组装；10、钢结构焊接（在焊接阶段之后进行NDT）；11、钢结构的一次涂装；12、钢结构拼装；13、钢结构安装；14、钢结构安装阶段的焊接（在焊接阶段之后进行NDT）；15、钢结构二次涂装。从钢结构设计开始，焊接应用技术贯穿上述13个阶段（钢结构的涂装可以除外），显而易见，焊接应用技术对整个业务流程起到决定性的作用。其重要性可谓：“成也焊接、败也焊接”！！！多学，方得立身本；多思，方得谋事之策；多辨，方得为人之法；多做，方得济世之绩！第二章焊接技术及工艺一、焊条电弧焊（SMAW）焊条电弧焊就是人们通常使用的手工电弧焊（SMAW）是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。

㈠、（SMAW）定义与原理

焊条电弧焊（SMAW）是利用焊条与工件之间燃烧的电弧熔化焊条端部和工件，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件局部熔化的金属中，并与之融合一起形成熔池，随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。焊接过程中，焊条芯是焊缝组成部分；焊条的药皮经高温分解和熔化而生成气体和熔渣，对金属熔滴和熔池起防止大气污染的保护作用和冶金反应作用；电弧中心温度在5000℃以上，电弧电压在16~40V范围，焊接电流在20~500A之间。

1、SMAW工作原理2、SMAW设备㈡、可焊金属范围1、碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金；2、能焊但可能需要预热、后热或两者兼有的金属有：铸铁、高强度钢、淬火钢等；3、不能焊的金属有：低熔点金属（如锌、铅、锡及其合金），难熔金属（如钨、钼、钽），活性金属（如钛、铌、锆）等。㈢、最合适的产品结构和生产性质

结构复杂的产品，在结构上具有很多短的或不规则的、具有各种空间位置及其不易实现机械化或自动化焊接的焊缝，最宜用焊条电弧焊；单件或小批量的焊接产品多采用焊条电弧焊；在安装或修理部门因焊接位置不定，焊接工作量较小，宜采用焊条电弧焊。㈣、焊条1、SMAW对焊条的基本要求：⑴、满足焊接接头的使用性能要求：

是焊缝金属具有满足使用条件下的力学性能和其它物理性能与化学性能。对于结构钢用焊条，必须使焊缝具有足够的强度和韧性；对于不锈钢和耐热钢的焊条，除了要求焊缝金属能有必要的强度和韧性外，还必须具有足够的耐蚀性和耐热性，确保焊缝金属在工作期内安全可靠。⑵、满足焊缝工艺性能要求：

焊条应具有良好的抗气孔性和抗裂纹的能力；焊接过程步容易发生夹渣或焊缝成型不良等工艺缺陷；飞溅小，电弧稳定；能适应各种位置焊接的需要；脱渣性好，生产效率高；低烟尘和低毒等。⑶、自身具有好的内外质量：

药粉混合均匀，药皮粘结牢靠，表面光洁、无裂纹、脱落和起泡等缺陷；磨头磨尾圆整干净，尺寸符合要求，焊芯无锈蚀；具有一定的耐湿性，有识别焊条的标志等。⑷、低的制造成本。2、焊条的分类：⑴、按用途分类按用途分类可以分为一下几种：碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、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、特殊用途焊条等。⑵、按熔渣性质分类主要是按熔渣的碱度，即熔渣中碱性氧化物与酸性氧化物进行划分，焊条有碱性和酸性两大类。①、酸性焊条

药皮中含有大量SiO2、TiO2等酸性氧化物及一定数量的碳酸盐，其熔渣碱度小于1，酸性焊条的工艺性能好，可以采用交流或直流电源进行焊接，熔渣流动性好，易于脱渣、焊缝外表面美观；因药皮中含有较多硅酸盐，氧化铁和氧化钛等，氧化性较强，焊接时合金元素烧损较多，因而熔敷金属的塑性和韧性较低，有利于熔池中气体逸出，所以不容易产生铁锈、油脂及水造成的气孔，钛型焊条、钛钙型焊条、钛铁型焊条、氧化铁型焊条，均属于酸性焊条。

②、碱性焊条

A、低氢：药皮中含有大量的如大理石、萤石等的碱性造渣物，并含有一定数量的脱氧剂和合成剂。焊条主要靠碳酸盐（如大理石中的碳酸钙等）分解出的CO2作为保护气体，在弧柱气氛中氢的分压较低，而且萤石中氟化钙在高温时与氢结合氟化氢，从而降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢焊条。

B、碱性，抗裂性能好：碱性渣中氧化钙数量多，熔渣脱硫能力强，熔敷金属抗热裂性能较好；由于焊缝金属中氧和氢含量低，非金属夹杂物较少，故具有较高的塑性和韧性，以及较好的抗冷裂性能；但是由于药皮中含有较多的氟化钙，影响气体电离，所以碱性焊条一般要求采用直流电源，用反接法焊接，只有当药皮中加有稳弧剂后才可以采用交流电源焊接。

C、可用于重要焊接结构：

碱性焊条一般用于重要焊接结构，如承受动载或刚性较大的结构，这是因为焊缝金属的力学性能好，尤其冲击韧性高。缺点是焊接时产生气孔的倾向较大，对油、水、锈等很敏感，用前高温（300~500℃）烘干；脱渣性能差。3、焊条的主要性能、用途及其选用⑴、结构钢焊条

结构钢焊条包括碳钢焊条和部分低合金钢焊条，主要是用于焊接碳素钢和低合金钢、对这类焊条的主要技术要求是力学性能，如抗拉强度、屈服点、伸长率、冲击吸收功等。碳钢焊条国家标准只有 E43系列和E50系列两种型号，即熔敷金属抗拉强度只有420MPa和490MPa两个强度级别；焊接低碳钢（C<0.25%）大多使用E43XX（J42X）系列焊条：低合金钢焊条国家标准中有E50、E55、E60、E70、E75、E80、E85、E90、E100九个系列，除了用于焊接普通低合金高强度钢外，还用于钼和铬钼耐热钢和低温钢的焊接。⑵、其它类型焊条在此不提。（3）、焊条的选用⑷、焊条的使用和管理⑸、单面焊双面成形技术

单面焊双面成形技术，是锅炉、压力容器焊工应熟练掌握的操作技能。也是在某些重要焊接结构制造过程中，既要求焊透而又无法在背面进行清根和重新焊接所必须采用的焊接技术。在单面焊双面成形操作过程中，不需要采取任何辅助措施，只是坡口根部在进行组装定位焊时，应按焊接时不同操作手法留出不同的间隙，当在坡口的正面用普通焊条进行焊接时，就会在坡口的正、背两面都能得到均匀整齐、成形良好，符合质量要求的焊缝，这种特殊的焊接操作被称为单面焊双面成形。二、气体保护焊（MIG/MAG/TIG）㈠、气体保护焊方法分类

熔化极惰性气体保护电弧焊简称MIG焊（MetalInertGasArcWelding）、熔化极活性气体保护电弧焊简称为MAG焊（MetalActiveGasArcWelding）。

钨极氩弧焊和钨极氦弧焊属于非熔化极（钨极）惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊（TungstenInertGasWelding）。在熔化气体保护焊方面，还可以根据其电弧特性，特别是是熔滴过渡形式分为短路电弧焊、潜弧焊、射流电弧焊、脉冲电弧焊以及大电流电弧焊等方法熔化极气体保护焊（MAG/MIG）示意图

熔化极气体保护焊示意图1-焊接电源 2-焊丝盘3-送丝轮4-送丝电机5-导电嘴6-喷嘴7-电弧8-母材9-熔池10-焊缝金属11-焊丝12-保护气图5-1

非熔化极气体保护焊（TIG）示意图1-填丝2-保护气体3-喷嘴4-钨极5-钨极夹头6-焊接电源7-焊缝金属8-电弧9-熔池10-母材TIG焊、MIG焊工艺的发展TIG焊：钨极惰性气体保护电弧焊

1930年发明，1940获得应用。MIG焊：熔化极惰性气体保护电弧焊

发明于TIG之后㈡、CO2气体保护焊（GMAW、FCAW-G）CO2气体保护焊是以活性气体CO2作为保护气体的熔化极气体保护焊方法、（MAG），应用实心焊丝的称：GMAW；应用药芯焊丝的称：FCAW-G，又称渣气联合保护焊。1、CO2气体保护焊的特点

⑴、生产效率高。采用较粗的焊丝（焊丝直径≥Φ1.6mm）焊接时，可以使用较大的电流，实现射滴过渡。电流密度可达（100~300）A/mm*。焊丝的熔化系数大，母材的熔透深度大。另外，这种方法基本上没有熔渣，一般不需要清渣，从而节省了许多辅助时间，因此可以较大地提高焊接生产效率。⑵、焊接变形小。电流密度高，热量集中，受热面积小，故此工件焊后变形小，特别是焊接薄板时，往往不需要焊后校形工序。⑶、是一种低氢型焊接方法，焊缝含氢量很低，所以在焊接低合金钢时不易产生冷裂纹。⑷、采用短路过渡方式焊接时，有利于全位置及其他位置的焊接。⑸、此种方法属于明弧焊，电弧可见性好，采用半自动焊接法进行曲线焊缝和空间位置焊缝的焊接十分方便。⑹、操作简单，容易掌握。⑺、能进行脉冲焊接，以减少热输入。⑻、焊接飞溅较大是其不足之处。⑼、防风性能较差。保护气流的抗风能力有限。在施工现场时，如因通风干扰较大，需采取相应的防风措施。⑽、电弧的光幅射很强。在窄小空间部位及可达性差的地方焊接时，不如手弧焊灵便。2、GMAW工作原理3、FCAW-G工作原理4、GMAW（FCAW-G）设备GMAW（FCAW-G）设备GMAW（FCAW-G）设备GMAW（FCAW-G）电源平特性5、CO2气体保护焊的应用范围：

CO2气体保护焊是目前广泛的一种弧焊方法，可以用于汽车、船舶、管道、机车车辆、集装箱、矿山及工程机械、电站设备、建筑等金属结构的焊接生产。从被焊件材质上看，CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢。从工件厚度上看，从薄板到厚板都可以焊接，采用细丝、短路过渡的方法，可以焊接薄板；采用粗丝、射滴过渡的方法，可以焊接中、厚板。从焊接位置上看，可以进行全位置、平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。6、焊丝

表5-3列出了常用CO2焊丝的牌号、化学成分及用途。其中在焊丝牌号最后标有字母“A”的，表示该焊丝对化学成分中的杂质元素要求更严格，即S、P含量更要低。H08Mn2SiA焊丝目前应用最广。在实际生产中，有些要求更高的产品，则甚至不允许焊缝有微气孔存在，针对这种要求，国内研制出了H04Mn2SiTiA和H04MnSiAlTiA二种焊丝。这两种焊丝抗气孔能力较强，焊接时的飞溅也小。常用钢种的焊丝选择㈢、建筑钢结构

GMAW、FCAW-G工艺本工艺适用于建筑钢结构焊接工程中桁架或网格结构、单层多层和高（超高）层梁-柱框架结构等工业与民用建筑和一般构筑物，钢材厚度大于或等于3mm的碳素结构钢和低合金高强度结构钢采用气体保护焊的施工。

1、常用钢种的焊丝选择

例如：10、20、16Mn、15MnV钢等。对于通常使用的低碳钢和低合金钢，可选用H08Mn2SiA、H08MnSiA等。如要求不高时，也可选用不带“A”的焊丝。总之，此类焊丝适用于焊接低碳钢σs≤490Mpa的低合金钢。如果钢材的强度等级要求较高，可采用含Mo的焊丝，如H10MnSiMo等。如果是低温条件下使用的焊接结构，可选用HS-50T、HS-60、HS-70C等焊丝。低合金钢气体保护焊实心焊丝熔敷金属冲击性能要求

（GB/T8110-1995）焊丝类型温度/℃AKV/JER49-1室温≥47ER50-2-29≥27ER50-3-18≥27ER50-4，ER50-5不要求ER50-6，ER50-7，ER55-D2-Ti，ER55-D2-29≥27ER55-C1-46≥27ER55-C2-62ER55-C3-73ER69-1，ER69-2-51≥68ER69-3-20≥35ER76-1-51≥68ER83-1低合金钢气体保护焊实心焊丝熔敷金属拉伸性能要求（GB/T8110-1995）焊丝类型保护气体拉伸强度/MPa屈服强度/MPa延伸率（%）ER49-1CO2≥490≥372≥20ER50-2，ER50-3，ER50-4，ER50-5，ER50-6，ER50-7≥500≥420≥22ER55-D2-Ti，ER55-D2≥550≥470≥17ER55-C1，ER55-C2，ER55-C3Ar+1~5%O2≥24ER69-1，ER69-2Ar+2%O2≥690610~700≥16ER69-3CO2ER76-1Ar+2%O2≥760660~740≥15ER83-1≥830730~840≥142、焊接工艺及焊接技术（1）熔滴过渡形式的种类及特点①、短路电弧焊法：通常采用细丝，焊接电流较小，因其熔滴过渡形态为短路过渡而得名，特别适合薄板和空间位置的焊接。t1-燃弧时间t2-短路时间t3-电压恢复时间T-焊接循环周期Imax-短路峰值电流Imin-最小电流Ia-焊接电流（平均值）Ua-电弧电压（平均值）短路过渡具有如下焊接特点：A、焊接过程中伴随有少量飞溅；B、焊道熔深较小而余高较大；C、焊接变形较小；D、适合于采用细丝（≤Φ1.2mm）进行薄板及空间位置焊接。⑵、射流电弧焊法：半短路过渡

其熔滴特别细小，是沿焊丝轴向射向熔池。熔滴过渡过程极为稳定。采用氩气，或是CO2含量不超过25%的富氩混合气体，或是O2含量不超过5%的富氩混合气体，都可以实现射流电弧焊。射滴过渡具有如下特点：①、熔滴较细；②、过渡频率较高，为非轴向过渡；③、焊道熔深较大；④、飞溅较小，成形较好；⑤、焊丝溶化效率较高，适于采用粗丝（Φ1.6mm以上）进行中厚板的焊接。半短路过渡即是短路过渡的基础上，再增加焊接电流和电弧电压，这时焊丝端头的熔滴随之长大，短路次数减少，短路时间缩短，非短路过渡的比例增加，熔滴呈大滴排斥特点。这是一种短路过渡与非短路过渡相混合的过渡形式，焊接过程不稳，飞溅也较大。这种过渡形式国内习惯上称为大颗粒过渡，生产中一般不被采用。⑶、脉冲电弧焊法：是通过特殊的焊接电源提供脉冲电流而进行焊接的，这种方法也特别适于薄板和空间位置的焊接。⑷、潜弧焊法：是CO2焊中在大电流范围内采用的一种方法，由于电弧尽量潜入熔池，有利于防止产生飞溅。⑸、大电流电弧焊法：通常称为大电流MIG焊，此种方法适合于厚板的高效率焊接。今年来得到了迅速的发展。特别是铝及铝合金的焊接施工中，大电流MIG焊方法的高效率的特点更为突出。（3）主要焊接参数的影响及其合理选择①、焊丝直径②、焊接电流焊接电流是影响焊接质量的重要工艺参数，它的大小主要取决于送丝速度，随着送丝速度的增加，焊接电流也增加（图5-5）。另外焊接电流的大小还与焊丝伸长、焊丝直径、气体成分等有关，当喷嘴与母材间距增加时，焊丝伸长增加，焊接电流减少（图5-6）.③、电弧电压

电弧电压时电弧两端之间的电压降，在CO2气体保护焊中可认为导电嘴到工件之间的电压。这一参数对焊接过程稳定性，熔滴过渡、焊缝成形、焊接飞溅等均有重要影响。④、焊接速度焊接速度与电弧电压和焊接电流之间，也有一个相应的关系，在一定的电弧电压和焊接电流下，焊接速度与焊缝成形的关系如图5-12和图5-13所示。由图可见，焊接速度增加时，焊缝的熔深、熔宽和余高均较小，即称为凸起焊道。焊接速度若过快，易出现咬边缺陷。为防止这种情况，应适当增加焊接电流、减小弧长，并使焊枪带有前倾角进行施焊。⑤、气体流量气体流量是气体保护焊的重要参数之一。保护效果不好时，将出现气孔，以至使焊缝成形变坏。甚至使焊接过程无法进行。通常情况下，保护气体流量与焊接电流有关。当采用小电流焊接薄板时，气体流量可小些；采用大电流焊接厚板时，气体流量要适当加大。气体流量与焊接电流的关系，可以表5-9为参考。⑥、电流极性CO2气体保护焊主要是采用直流反极性，即焊丝接正极，工件接负极。这时焊接过程稳定，飞溅也小。相反，当采用正极性时（焊丝接负极，工件接正极）。在相同的焊接电流下，焊丝溶化速度大为提高，约为反极性的1.6倍，且熔深较浅，余高增加，飞溅也大。利用上述特点，正极性主要用于堆焊、铸铁补焊和大电流高速CO2气体保护焊。⑦、焊丝伸长焊丝伸长是指从导电嘴到焊丝端头的这段焊丝的长度，这个伸出长度对焊接电流、焊缝熔深、焊接飞溅等均有影响，因此保持这个长度稳定不变，是获得稳定的焊接过程的重要因素之一。适宜的焊丝伸长L可按下式计算出：L=10d式中d——焊丝直径（mm）三、埋弧焊（SAW）

埋弧焊（SAW）是在一定大小颗粒的焊剂层下，由焊丝和工件之间放电而产生的电弧热，使焊丝的端部及工件的局部熔化，形成熔池，熔池金属凝固后即形成焊缝。埋弧焊接装置示意图1—焊剂漏斗2—送丝机构3—焊丝4—焊丝盘5—导电嘴6—控制箱7—弧焊电源8—焊剂9—焊件一、埋弧焊的优、缺点㈠、埋弧焊的优点1、埋弧焊可以相当高的焊接速度和高的熔敷率完成厚度实际上不受限制的对接、角接和搭接接头，多丝埋弧焊特别适用于厚板接头和表明堆焊；2、单丝或多丝埋弧焊可以单面焊双面成形工艺完成厚度20mm以下直边对接接头、或以双面焊完成40mm以上的直边对接和单V形坡口对接接头，可以取得相当高的经济效益；3、利用焊剂对焊缝金属脱氧还原反应以及渗合金作用，可以获得力学性能优良、致密性高的优质焊缝金属。焊缝金属的性能容易通过焊剂和焊丝的选配任意调整。4、埋弧焊过程中的焊丝的熔化不产生任何飞溅，焊缝表面光洁，焊后无需修磨焊缝表面，省略辅助工序；5、埋弧焊过程无弧光刺激，焊工可集中注意力操作，焊接质量易于保证；同时劳动条件得到改善；6、埋弧焊易于实现机械化和自动化操作，焊接过程稳定，焊接参数调整范围广，可以适应各种形状工件的焊接。7、埋弧焊可在风力较大的露天场地施焊。㈡、埋弧焊的缺点1、焊接设备占地面积较大，一次投资费用较高；并需采用处理焊丝、焊剂的辅助设备装置；2、每层焊道焊接后必须清除焊渣，增加了辅助时间。如清渣不仔细，容易使焊缝产生夹渣之类的缺陷。3、埋弧焊只能在平焊或横焊位置下进行，对工件的倾斜度亦有严格的限制，否则焊剂和焊接熔池难以保持。㈢、埋弧焊（SAW）特点：1、生产效率高：

焊接时采用的粗焊丝，大电流密度，熔深大，减少了坡口尺寸和填充金属量。

2、焊接质量高：埋弧焊时，焊剂和熔渣能有效地防止空气侵入熔池而免受污染，还可以降低焊缝冷却速度，从而提高接头力学性能；由于焊接工艺参数可以通过自动调节保持稳定，焊缝表面光洁平直，焊缝金属地化学和力学性能均匀而稳定。3、节省焊接材料和能源：较厚地焊件不开坡口也能熔透，焊丝量显著减少，省去开坡口和填充坡口所需的能源和时间。4、劳动条件好：焊接过程地机械化和自动化，焊工劳动强度大大降低；没有弧光对焊工地有害作用焊接时放出的烟尘和有害气体少，改善了焊工劳动条件。㈣、埋弧焊的适用范围所有牌号的低碳钢，Wc〈0.6%〉的中碳钢，各种低合金高强度钢、耐热钢、耐侯钢、低温用钢、各种铬钢和铬镍不锈钢、高合金耐热钢和镍基合金等。淬硬性较高的高碳钢、马氏体时效钢；铜及其合金也可采用埋弧焊焊接，但必须采取特殊的焊接工艺才能保证接头的质量。埋弧焊还可用于不锈耐蚀、硬质耐磨金属的表面堆焊。

铸铁、奥氏体锰钢、高碳工具钢、铝和镁及其合金尚不能采用埋弧焊进行焊接。埋弧焊是各工业部门应用最广泛的机械焊接方法之一，特别是在建筑钢结构、船舶制造、发电设备、锅炉压力容器、大型管道、机车车辆、重型机械、桥梁及炼油化工装备生产中已成为主导焊接工艺。对上列焊接结构制造行业的发展起到了积极的推动作用。二、埋弧焊工艺方法及分类（一）单丝焊接法

单丝焊接法是埋弧焊中最通用的焊接方法，由于焊接设备简单，操作方便在工业各部门已普遍应用。单丝焊可分细丝焊和粗丝焊。焊丝直径2.5mm以下为细丝，直径2.5mm以上为粗丝。图4-4单丝埋弧焊接法原理粗丝埋弧焊通常用于自动焊或机械化焊接。多半配用缓降外特性电源和弧压控制送丝系统。当焊接电流大于600A时，配用恒压电源和等速送丝系统，同样可获得稳定的焊接过程。粗丝埋弧焊可使用高达1000A的大电流，获得高达20kg/h以上的高熔敷率。因此主要用于20mm以上的钢板焊接。另外，利用粗丝大电流深熔的特点，可以一次焊透20mm以上的I形坡口对接缝，从而进一步提高了焊接效率。细丝埋弧焊通常配用恒压电源和等速送丝系统，电弧长度的控制靠恒压电源弧长变化时电流快速升降产生的自调节作用。细丝埋弧焊主要用于薄板的焊接，可以获得高的焊接速度和光滑平整的焊缝外形，最高焊接速度可达200m/h，在这种情况下，对焊接设备和接头跟踪的精度提出了严格的要求。细丝埋弧焊也经常用于手工埋弧焊，焊剂通过软管由压缩空气送至焊接区，焊炬或由焊工手动操作或夹持在机架上或小车上完成焊接过程。焊接角焊缝时一般在焊炬前装上导向轮，以使焊丝对准焊缝，形成两侧熔合良好的角焊缝。（二）加大焊丝伸出长度焊接法埋弧焊时的焊丝伸出长度较短（25mm-35mm），可以使用较大的焊接电流，而不致使焊丝受电阻热发红，影响焊接质量。但如果控制恰当，也可利用加大焊丝伸出长度而产生的电阻热加速焊丝的熔化速度，即提高了熔敷率。图4-6示出不同焊丝伸出长度的熔敷率。当焊接电流通过从焊嘴伸出的一段焊丝时产生的电阻热，可按下式计算：

H=I×l×L×ρ/D式中I——电流；

L——焊丝伸出长度；

ρ——焊丝的电阻率；

D——焊丝直径。可见，焊丝的电阻热与电流的平方和焊丝的伸出长度成正比，与焊丝直径成反比。

采用加大焊丝伸出长度的一个很大缺点是焊丝端部在焊接过程中会产生扭曲变形，或受电弧磁力的作用产生偏移，这样就严重地影响焊丝对接触的准确对中。为克服上述缺点，可采用图4-7所示的组合式焊嘴，即在导电嘴前加设绝缘导丝嘴，以使电弧以上的一段焊丝长度缩短至25mm-30mm。便于焊丝准确对中。

在实际焊接生产中可以使用的最大焊丝伸出长度按不同的焊丝直径列于表4-1。

（三）、多丝埋弧焊接法1、并联焊丝焊接法图4-9并联焊丝焊接法并联焊丝焊接法是将两根或多跟焊丝并联于同一台电源进行焊接，以提高熔敷率和焊接速度，电源与焊丝的连接方法如。采用直流电源时，二根焊丝的电弧会相互吸引集中于一个焊接熔池上。直流反接法可获得最大的熔深。二根焊丝可按横向于焊接方向或纵向于焊接方向排列。焊丝横向与焊接方向，亦称并列焊丝，可获得浅的熔深和低的稀释率。焊丝纵向排列，亦称串列焊丝，可获得较高的焊接速度，其焊道具有与单丝焊相似的形状。并列焊丝法主要用于表面堆焊，焊丝也可作横向摆动，以进一步降低稀释率和热输入。对于堆焊，为达到较高的熔敷率，通常采用直流正接法。串列焊丝法用于连接焊，焊接速度约比单丝焊高1.5倍。2、串联电弧焊接法（四）多丝埋弧焊接法图4-11串联电弧焊接法原理图4-12分流焊丝焊接法1、多丝多电源埋弧焊与单丝埋弧焊相比

其主要优点是焊接速度可成倍地提高，显著地提高厚板的焊接效率。此外，三丝焊时，每根焊丝可有不同的作用，例如，前置焊丝选用大电流和低电压，以达到深熔的目的，中间焊丝选用比前置焊丝小的电流，使熔深略有增加并改善焊道的成形，而最后一根后置焊丝选用更低的电流和较高的电压，以形成平整光滑的焊道外形图4-15三丝埋弧焊时焊道的成形

图4-16双丝和三丝焊时焊丝的间距及夹角例、SAW双丝单弧（细丝）

（优点：熔敷效率高）

例、SAW双丝双弧（粗丝、细丝）

（优点：抗气孔能力强）

例、国外的多丝多头SAW焊机

理论和实践均证实：在SAW双丝双弧（单弧）细丝焊机的基础上，开发研究多丝、多弧高效低线能量焊机是完全可能的；国外在这方面有很大进展，三、埋弧焊用焊接材料㈠、埋弧焊的冶金特点埋弧焊的冶金过程是指液态熔渣与液态金属以及电弧气氛之间的相互作用，其中主要包括氧化、还原反应、脱硫、脱磷反应以及去气等过程。㈡、埋弧焊时的主要冶金反应埋弧焊时的冶金反应主要有：硅锰还原反应，脱硫、脱磷、碳的氧化反应和去气反应。㈢、埋弧焊用焊剂

埋弧焊接时，电弧在一层较厚的焊剂层下燃烧，部分焊剂的电弧热作用下立即熔化，形成液态熔渣，包围了整个焊接区和液态熔池，隔绝了周围的空气，产生了良好的保护作用，焊缝金属的WN仅为0.002%，（用优质药皮焊条焊接的焊缝金属WN为0.02%～0.03%），故埋弧焊焊缝具有较高的致密性和纯度。1、埋弧焊剂的分类⑴、按用途分类

焊剂按焊接的钢种可分为：碳钢埋弧焊焊剂、合金钢焊剂、不锈钢埋焊剂，铜及铜合金埋弧焊焊剂和不锈钢及镍基合金埋弧堆焊用焊剂；焊剂按适用的焊丝直径分细焊丝（φ1.6～φ2.5mm）埋弧焊焊剂和粗焊丝埋弧焊焊剂；按焊接位置可分平焊位置埋弧焊焊剂和强迫成形焊剂；按特殊的用途可分高速埋弧焊焊剂，窄间隙埋弧焊焊剂，多丝埋弧焊焊剂和带级堆焊埋弧焊焊剂等。⑵、按化学组分分类

埋弧焊焊剂按其组分中酸性氧化物和碱性氧化物的比例可分为酸性焊剂和碱性焊剂（K碱性系数）即：K＞1为酸性焊剂，K＜1则为碱性焊剂。焊剂的碱度愈高，合金元素的渗合率愈高，焊缝金属的纯度亦愈高，缺口冲击韧度也随之提高。按焊剂中的SiO2含量可将其分成低硅焊剂和高硅焊剂。WSiO2在35%以下者称低硅焊剂；WSiO2大于40%者称高硅焊剂。按焊剂中的锰含量可分无锰焊剂和有锰焊剂。焊剂中WMn小于1%者为无锰焊剂，含锰量超过此值者为有锰焊剂。⑶、按焊剂的制造方法分类

按制造方法焊剂可分为熔炼焊剂和烧结焊剂二种。

熔炼焊剂是将炉料组成物按一定的配比在电炉或火焰炉内熔炼后制成的。而烧结焊剂是配料粉碎成粉末再用粘结剂粘合成颗粒焙烧制成。这二种焊剂在工业生产中已普遍采用。⑷、按焊剂的物理特性分类

焊剂在熔化状态熔渣的粘度随温度的降低而急剧增加的熔渣称为短渣，粘度随温度降低缓慢变化的熔渣称为长渣。短渣焊剂焊接工艺性能好，利于脱渣和焊缝成形。长渣焊剂则相反。

⑸、按焊剂颗粒构造分类按焊剂颗粒构造可分为玻璃状焊剂和浮石状焊剂。玻璃状焊剂颗粒呈透明的彩色，而浮石状焊剂为不透明的多孔体。玻璃状焊剂的堆散重量高于1.4g/cm*，而浮石状焊剂则不到1g/cm*，因此，玻璃状焊剂能更好地隔离焊接区不受空气的侵入。2、对焊剂性能的基本要求⑴、保证焊缝金属具有符合要求的化学成分和力学性能；⑵、保证电弧稳定燃烧，焊接冶金反应充分；⑶、保证焊缝金属内不产生裂纹和气孔；⑷、保证焊缝成形良好；⑸、保证熔渣的脱渣性良好；⑹、保证焊接过程有害气体析出最少。（四）碳钢埋弧焊焊剂的选择原则

⒈采用沸腾钢焊丝，如H08A和H08MnA等焊丝焊接时，必须采用高锰高硅焊剂，如HJ43X系列的焊剂，以保证焊缝金属通过冶金反应得到必要的硅锰渗合金，形成致密的具有足够强度和韧性的焊缝金属。⒉焊接对接接头韧性要求较高的厚板时，应选用中锰中硅焊接（如HJ350、SJ301等）和H10Mn2高锰焊丝。直接由焊丝向焊缝金属渗锰，并通过焊剂中SiO2的还原反应，使焊缝金属适量渗硅，可以获得冲击韧度较高的焊缝金属。⒊对于中板对接大电流不开坡口单面焊工艺，应选择氧化性较高的高锰高硅焊剂配H08A或H08MnA低碳焊丝，以便尽量降低焊缝金属的碳含量，提高抗裂性。⒋对于工件表面锈蚀较多的焊接接头，应选择抗锈能力较强的SJ501焊剂并按强度要求选择相应牌号的焊丝。⒌薄板高速埋弧焊应选用SJ501烧结焊接配相应强度等级的焊丝。在这种情况下，对接头的强度和韧性一般无特殊要求，主要考虑在高的焊接速度下保证焊缝良好的成型和熔合。（五）、低合金钢埋弧焊焊剂的选择原则

由于钢材的强度较高，对淬硬较敏感，接头热影响区和焊缝金属对冷裂纹或氢致延迟裂纹的倾向较高。虽然埋弧焊的热循环有利于防止冷裂纹的产生，但在厚板的焊接中由于焊缝残余应力高，加上氢在焊缝中逐层积累，仍容易产生氢致延迟裂纹。因此在低合金钢埋弧焊时首先应选择碱度较高的低氢型HJ25X系列焊剂。因这些焊剂均为低锰中硅焊剂，在焊接冶金反应中，Si和Mn还原渗合金的作用不强，这样必须采用硅含量适中的合金焊丝，如H08MnMo、H08Mn2Mo、H08CrMoA等。

其次为保证接头的强度和韧性不低于母材的相应指标，亦选用硅锰还原反应较弱的高碱度焊接，如HJ250和SJ101焊剂，在这种焊剂下焊接的焊缝金属纯度较高，非金属夹杂物较少，接头的韧性易于保证。在低合金钢厚板多层多道焊时，应选用脱渣性良好的焊剂，由于高碱度熔炼焊剂的脱渣性不良，而高碱度的烧结焊剂却具有良好的脱渣性，因此，在这种应用场合多半选用烧结焊剂。㈥、焊剂的储存与烘干

埋弧焊焊剂在大气中存放时，会吸收水分。焊剂中的水分是焊缝产生气孔和冷裂纹的主要原因，故应控制在0.1%以下。熔炼焊剂与烧结焊剂的吸潮性不同，烧结焊剂的吸潮性比熔炼焊剂高得多，如图所示。因此，烧结焊接在使用前应按产品说明书的规定温度进行烘干。熔炼焊剂也有一定的吸潮性，如在大气中长时间存放时，水分含量亦会超过标准规定。因此，熔炼焊剂同样应注意焊前的烘干。

熔炼焊剂和烧结焊剂的吸潮性

例1：F4A2十H08A（HJ431配H08A）1、焊剂颜色呈棕红色的玻璃状颗粒，2、焊剂颗粒度要求：8－40目3、焊剂含水量不大于0.10%。4、焊剂中机械夹杂物的质量百分含量不大于0.30%。5、焊剂中的硫含量≤0.060%，磷含量≤0.080%。6、熔敷金属力学性能：

1）、熔敷金属拉伸试验标准a、抗拉强度σb（Mpa）：≥415。b、屈服强度σs（Mpa）：≥330。c、伸长率δs（%）：≥22。2）、熔敷金属冲击试验标准a、试验温度（℃）：—20。b、冲击吸收功（J）：≥27。7、焊接工艺性能应达到：电弧非常稳定，焊接过程中无杂质，电弧柔和；脱渣容易会自动整块脱落；无气孔、压坑出现；焊道与焊道之间、焊道与母材之间过渡平滑，焊缝金属与母材金属很好的融合在一起，无凹陷；焊道表面应非常平整光滑，无麻点，成型美观。例2：焊剂质量标准例3：

F5A2＋H10Mn2

（SJ101配H10Mn2）具体标准数据如下：1、焊剂颜色呈浅灰色的球形颗粒，2、焊剂颗粒度要求：10－60目。3、焊剂含水量不大于0.10%。4、焊剂中机械夹杂物的质量百分含量不大于0.30%。5、焊剂中的硫含量不大于0.060%，磷含量不大于0.080%。6、焊剂中的碱度值≥1.87、熔敷金属力学性能：

1）、熔敷金属拉伸试验标准抗拉强度σb（Mpa）：≥480。屈服强度σs（Mpa）：≥400。伸长率δs（%）：≥22。2）、熔敷金属冲击试验标准a、试验温度（℃：—20。b、冲击吸收功（J）：≥27。8、焊接工艺性能应达到：电弧非常稳定，焊接过程中无杂质，电弧柔和；脱渣容易会自动整块脱落；焊接时没有气孔、压坑出现；焊道与焊道之间、焊道与母材之间过渡平滑，焊缝金属与母材金属很好的融合在一起，无凹陷；焊道表面应非常平整光滑，无麻点、毛刺整齐，成型美观。㈦、埋弧焊用焊丝国产埋弧焊用焊丝已列入国家标准GB/T14957-94，其中可分为低碳结构钢焊丝、合金结构钢焊丝和不锈钢焊丝。这些焊丝的牌号、代号及标准化学成分棕列于表414。低碳结构钢焊丝分低硅低锰和低硅中锰二种。因此必须配用高硅高锰或中锰高硅焊剂。合金钢焊丝除H10Mn2焊丝之外，其余均为中硅高锰和中硅中锰焊丝。故应与中锰中硅焊剂或低锰中硅焊剂相配用。不锈钢焊丝都是中硅中锰或中硅高锰焊丝，故可采用低锰中硅中氟或无锰低硅高氟焊剂焊接。埋弧焊焊丝的规格有Φ2、Φ3、Φ4、Φ5mm，焊丝表面可分光焊丝和镀铜焊丝。对于光焊丝应采用不影响焊缝质量的涂料防锈。㈧、埋弧焊焊剂与焊丝的选配四、埋弧焊工艺及技术一、埋弧焊工艺基础（一）焊缝形成和结晶过程的一般规律Q＝ηIU/Vw式中Q——单位焊缝长度上的焊接线能量（J/cm）；

η——热效率（%）；

I——焊接电流（A）；

U——电弧电压（V）；

Vw——焊接速度（mm/s）、由上式可知，熔池尺寸的大小与电流电压的乘积成正比，与焊接速度成反比。如图4.25所示，大量的实验结果和生产经验证明，焊缝的熔深H与熔宽B及余高a应成适当的比例。通常焊缝的形状以形状系数φ=B/H和增厚系数B/a来表征。小的形状系数表示焊缝横截面形状深而窄，易出现热裂纹和气孔；大的形状系数表示焊缝横截面浅而宽，易形成未焊透或夹渣。因此，形状系数应有一个合适的范围。对于埋弧自动焊焊缝，通常应将形状系数控制在1.3~1.5。增厚系数应控制在4~8。

如图4.26a）所示，因面可抑制裂纹和气孔的产生，从焊缝的纵向截面看，熔池底部愈细长，两侧生长的晶粒在焊缝中心的夹角愈大，焊缝中心的杂质底部如呈椭圆形，就不易出现纵向热裂纹。因此，控制焊缝形成是防止焊缝缺陷形成的先决条件，富有经验的焊工，可从焊缝的外形判断焊缝内部是否存在缺陷，并通过规范参数的调整，使焊缝达到最佳的成形。二、焊接工艺参数对焊缝成形的影响影响焊缝成形的主要因素是：1、焊接电流；2、电弧电压；3、焊接速度；4、电源种类及其极性。

1、焊接电流焊接电流与熔透深度几乎是直线正比关系。图4-27示出I形对接焊和Y形坡口对接焊时，焊接电流和熔透深度的关系曲线。如以数学式表示：

H=kmI式中H——熔透深度

Km——熔透系数

I——焊接电流（A）。

熔深系数km取决于焊丝直径和电流种类。对于Φ2mm直径的焊丝。Km=1.0-1.7，对于Φ5mm焊丝，km=0.7-3，采用交流电埋弧焊时，km一般在1.1-1.3范围之内。2、电弧电压

电弧电压与电弧长度成正比关系。在其他参数不变的条件下，随着电弧电压的提高，焊缝的宽度明显增大，而熔深和余高则略有减小。电弧电压过高时，会形成浅而宽的焊道，从而导致未焊透和咬边等缺陷的产生。此外焊剂的熔化量增多，使焊波表面粗糙，脱渣困难。降低电弧电压，能提高电弧的挺度，增大熔深。但电弧电压过低，会形成高而窄的焊道，使边缘熔合不良。

为获得成形良好的焊道，电弧电压与焊接电流应相互匹配。当焊接电流加大时，电弧电压应相应提高。图4-29电弧电压对焊缝形状的影响a）不同电弧电压时焊缝横截面形状b）电弧电压对焊缝尺寸的影响B—熔宽H—熔深a—余高3、焊接速度

焊接速度决定了每单位焊缝长度上的热输入能量，在其他参数不变的条件下，提高焊接速度，单位长度焊缝上的热输入能量和填充金属量减少。因而使熔深、熔宽及余高都相应地减小。焊接速度对焊缝形状的影响B—熔宽H—熔深a）余高横截面为蘑菇形焊缝及裂纹分布部位图4-30

图4-31

焊接速度太快，会产生咬边和气孔等缺陷，焊道外形恶化。如焊接速度太慢，可能引起烧穿。如电弧电压同时较高，则可能导致横截面呈蘑菇形焊缝。而这种形状的焊缝对人字形裂纹或液化裂纹敏感。图4-31示出这种焊缝中产生的典型凝固裂纹。此外，还会因熔池尺寸过大而形成表面粗糙的焊缝。为此，焊接速度应与所选定的焊接电流，电弧电压适当匹配。右图横截面为蘑菇形焊缝及裂纹分布部位4、焊接电流及其极性采用直流电源进行埋弧焊，与交流电源相比，能更好地控制焊道形状、熔深，且引弧容易，以直直流反接（焊丝接正极）焊接时，可获得最大的熔深和最佳的焊缝表面。以直流正接（焊丝接负极）焊接时，焊丝熔化速度要比反接高35%，使焊缝余高，熔深变浅。因为在正接时，电弧最大的热量集中于焊丝的顶端。直流正接法埋弧焊可用于要求浅熔深的材料焊接以及表面堆焊。为获得成形良好的焊道，直流正接焊接时，应适当提高电弧电压。5、其他工艺参数对焊缝成形的影响其他工艺参数对焊缝成形也有一定的影响。这些参数有：1、焊丝伸出长度；2、焊剂粒度和堆散高度；3、焊丝倾角和偏移量。4、其它2、焊剂粒度和堆散高度焊剂粒度和堆散高度对焊道的成形也有一定的影响，焊剂粒度通常以过筛的目数表示。例如8×48表示90%-95%的颗粒能通过每英寸8孔的筛，2%-5%的颗粒能通过每英寸48孔的筛。焊剂粒度应根据所使用的焊接电流来选择，细颗粒焊剂适用于大的焊接电流，能获得较大的熔深和宽而平坦的焊缝表面。如在低电流下使用细颗粒焊剂。因焊剂层密封性较好，气体不易逸出，而在焊缝表面留下斑点。相反，如在大电流下使用粗颗粒焊剂，则因焊剂层保护不良而在焊缝表面形成凹坑或出现粗糙的波纹。

焊剂堆密度太薄或太厚都会在焊缝表面引起斑点、凹坑、气孔并改变焊道的形状。焊剂堆密度太薄，电弧不能完全埋入焊剂中，电弧燃烧不稳定且出现闪光、热量不集中，降低焊缝熔透深度。如焊剂堆散层太厚、电弧受到熔渣壳的物理约束，而形成外形凹凸不平的焊缝，但熔透深度增加。因此焊剂层的厚度应加以控制，使电弧不再闪光，同时又能使气体从焊丝周围均匀逸出为准。按照焊丝直径所使用的焊接电流，焊剂层的堆散高度通常在25mm~40mm范围内，焊丝直接愈大、电流愈高，堆散高度应相应加大。3、焊丝倾角和偏移量焊丝的倾角对焊道的成形有明显的影响，焊丝相对于焊接方向可作向前倾斜和向后倾斜。顺着焊接方向倾斜称为前倾。背着焊接方向倾斜称为后倾。焊丝前倾时，电弧大部分热量集中于焊接熔池，电弧吹力使熔池向后推移，因而形成熔透深、余高大、熔宽窄的焊道，而焊丝后倾时，电弧热量大部分集中于未熔化的母材，从而形成熔深浅、余高小、熔宽大的焊道。环缝焊时焊丝的位置对焊道成形的影响（1、2、3为焊丝位置）1—焊道明显下凹，熔深最浅2—焊道平整、美观易脱渣

3—明显凸鼓，熔深最大图4-34

6、埋弧焊接头的设计埋弧焊接头和坡口形式的设计原则埋弧焊接头和坡口形式的设计应允许利用埋弧焊接熔深、高熔敷率的特点。焊接接头设计应首先保证结构的强度要求，即焊缝应具有足够的熔深和厚度；其次是考虑经济性，即在保证熔透的前提下，尽量减少焊接坡口的填充金属量，缩短焊接时间。从经济观点出发，埋弧焊接头应尽量不开坡口，或少开坡口。因埋弧焊可使用高达2000A的焊接电流，单面焊熔深可达18mm~20mm，因此，在40mm以下的钢板，可采用I形直边对接形式进行埋弧自动焊而获得全熔透的对接缝。但这种高效焊接法在实际生产中受到各种限制。首先，普通结构钢厚板不可避免存在杂质的偏析，提高了深熔焊缝热裂纹的敏感性。其次，采用大电流焊接时，焊接线能量大大超过各种钢材所容许的极限，不仅使焊缝金属结晶粗大，而且热影响区晶粒急剧长大，这两个区域金属冲击韧性明显下降。因此，这种工艺只能用于对接头质量要求不高，或无冲击韧性要求的焊接结构中。（五）引弧板和引出板的设置（六）、建筑钢结构

埋弧焊施工工艺1、施工准备（1）材料；（2）机具设备；（3）作业条件；（4）技术准备；3、焊材选配与准备：

埋

弧

焊

工

艺

参

数

四、电渣焊（ESW）

电渣焊是一种50年代开始应用于工业生产的熔焊化方法，它可以“以小拼大”，将较小的铸件、锻件、钢板拼焊成大型机械产品零部件。在大厚度焊接结构的焊接中，具有生产率高、自动化程度高、工人劳动强度低等优点，最近，广泛用于BOX结构的筋板的焊接；电渣焊优点和缺点一样突出，由于焊缝和HAZ晶粒粗大，冲击韧性低的缺点，在建筑钢结构领域内逐渐受到限制。㈠、电渣焊过程及特点

利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法称电渣焊。图6.1为电渣焊过程示意图，焊前先把工件垂直放置，在两工件之间留有约20～40mm的间隙，在工件下端装有起焊槽，上端装引出板，并在工件两侧表面装有强迫焊缝成形的水冷成形装置（滑块）。开始焊接时，使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待渣池达到一定深度时，增加焊丝送进速度，并降低焊接电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，转入电渣焊接过程。图6.1

电渣焊过程示意图1－焊件2－金属熔池3－渣池4－导电嘴5－焊丝6－水冷强迫成形装置7－引出板8－熔滴9－焊缝10－起焊槽㈡、电渣焊特点

电渣焊再工艺上具有如下特点，它是一种机械焊接方法，在焊接接头多用I形坡口，处于立焊位置，即焊缝轴线处在垂直或接近垂直的位置下施焊，除环缝外，焊接时，焊件是固定的。焊接开始以后就连续焊到结束，中间不能停顿。焊缝的凝固过程是从底部向上进行，在凝固的焊缝金属上面总有熔化金属，而熔化金属始终有高温熔渣覆盖。没有电弧，焊接过程平稳且无飞溅。具有高的熔敷率，从而可以单道焊非常厚的截面。与其他熔焊方法比较，电渣焊具有下列优点：1、可以一次焊接很厚的工件，从而可以提高焊接生产率。理论上能焊接的板厚无限的，但实际上要受到设备、电源容量和操作技术等方面限制，常焊的板厚约在13～500mm。2、厚的工件也不需开坡口，只要两工件之间有一定装配间隙即可，因而可以节约大量填充金属和加工时间。3、由于处在立焊位置，金属熔池上始终存在着一定体积的高温熔池，使熔池中的气体和杂质较易析出，故一般不易产生气孔和夹渣等缺陷。又由于焊接速度缓慢，其热源的热量集中程度远比电弧焊为弱，所以使近缝区加热和冷却速度缓慢，这对于焊接易淬火的钢种，减少了近缝区产生淬火裂缝的可能性。焊接中碳钢和低合金钢时均可不预热。4、由于母材熔深较易调整和控制，所以使焊缝金属中的填充金属和母材金属的比例可在很大范围内调整，这对于调整焊缝金属的化学成分及降低有害杂质具有特殊意义。由于电渣焊热源的特点和焊接速度缓慢，也存在着一个很大的缺点，即焊缝金属和近缝区在高温（1000℃以上）停留时间长，易引起晶粒粗大，产生过热组织，造成焊接接头冲击韧度降低，所以对某些钢种焊后一般都要求进行正火或回火热处理，这对于大型工件来说是比较困难的。如何提高电渣焊在焊态时的接头冲击韧度是当前电渣焊技术发展中的一个重要课题。（二）、电渣焊种类、适用范围

按电极的形状，电渣焊方法有：1、丝极电渣焊ESW-W；2、熔嘴电渣焊（含管极电渣焊）ESW-N

；3、板极电渣焊ESW-P三种。1、丝极电渣焊（ESW-WE）图6.2

1－导轨2－焊机机头3－工件4－导电嘴5－渣池6－金属熔池7－