低碳钢与低合金钢的焊接工艺

XXXX大学本科生毕业论文中文题目：低碳钢与低合金钢的焊接工艺英文题目：LowCarbonSteelandLowAlloySteelWeldingTechnologyResearch学院：XXXXXXXXXXXX工程学院姓名：XXXXXX学号：XXXXXXXXXXX专业：材料成型及控制工程班级：XXXXXXXX指导教师：XXXXXX职称：助教完成日期：2013年06月07日摘要通过了解低碳钢与低合金钢的性能及用途，研究低碳钢与低合金钢的焊接性，以及异种钢焊接的注意事项；针对焊接结构件在不同工作条件不同用途的不同要求以及避免低碳钢与低合金钢在焊接过程中可能出现的焊接应力及焊缝接头区组织不均匀的问题，合理地选择焊接材料，焊接方法，采取相应的质量检测以及控制措施，从而制定合理的焊接工艺。以便于实现焊接构件质量，焊件生产效率及生产成本的最佳优化度。关键字：低碳钢；低合金钢；异种材料焊接；焊接工艺

ABSTRACTByunderstandingthepropertiesandusageoflowcarbonsteelandlowalloysteel,theweldabilityoflowcarbonsteelandlowalloysteel,andthemattersneedingattentionofdissimilarsteelwelding.AccordingtodifferentrequirementsofdifferentUSESindifferentworkingconditionsofweldingstructure,thereasonablechoiceofweldingmaterial,weldingmethod,thecorrespondingqualityinspectionandcontrolmeasures,soastomakereasonableweldingprocess.Inordertoachievequalityofweldingstructure,thebestoptimizationdegreeofworkpieceproductionefficiencyandproductioncost.Keywords:Lowcarbonsteel；Lowalloysteel；weldingofdissimilarmaterials；Weldingprocess

目录TOC\o"1-3"\h\u30931绪论 159341.1异种金属材料焊接的概述 1115451.1.1异种金属材料焊接的提出 16248异种金属材料焊接的特点 15942异种金属材料焊接的应用 1165841.2焊接工艺与焊接方法及金属材料的焊接性 2229291.2.1焊接工艺概述 230827焊接方法及分类 290071.2.3金属材料的焊接性 310481.3论文选题及研究内容 361931.3.1论文研究意义 3266471.3.2论文研究的主要工作 44452低碳钢与低合金钢的焊接性 5202122.1金属材料的焊接性及其试验方法 513893金属材料的焊接性 5315202.1.2焊接性试验方法 5176882.2低碳钢的焊接性 6170972.2.1概述 61881低碳钢的焊接特点 6203342.2.3低碳钢焊接的注意事项 725152.3低合金钢的焊接性 7263462.3.1概述 777452.3.2低合金钢的焊接性 7292052.3.3低合金钢的焊接性分析 861472.4低碳钢与低合金钢的焊接性总结 8218003低碳钢与低合金钢焊接材料的选择 959803.1概述 942313.2低碳钢与低合金钢焊接材料选用 980993.2.1选择焊接材料遵循的原则。 952833.2.2影响焊接材料选择的因素 1022553焊接材料的注意事项 12189533.3焊接材料选择的总结 1351754低碳钢与低合金钢焊接的实施要求 1458564.1概述 14265534.2焊接工艺 14136674.2.1焊前准备 1427568焊接参数的选择 1528434.2.3焊后热处理 16177514.2.4焊后检验 17283804.3实施要求总结 17175525低碳钢与低合金钢常用焊接方法的焊接工艺 19317105.1焊条电弧焊 19243585.1.1焊条电弧焊概述 19169975.1.2焊条电弧焊的特点 20141585.1.3焊条的型号和牌号 21273465.1.4弧焊电源的分类及型号 2238355.1.5焊接安全与防护技术 24179415.1.6焊条电弧焊基本工艺参数及基本焊接技术 24222685.1.7焊条电弧焊焊接缺陷以及防止 27242785.2埋弧焊 27163955.2.1埋弧焊的原理 27309335.2.2埋弧焊的焊接过程 2795115.2.3埋弧焊的特点 2862225.2.4埋弧焊焊接材料及匹配 2986935.2.5埋弧焊焊接工艺 30146855.2.6埋弧焊的焊接缺陷及防止 31319995.3CO2气体保护焊 3224509CO2气体保护焊的基本原理 323331CO2气体保护焊的特点 3210591CO2气体保护焊的工艺参数 3314775CO2气体保护焊焊接缺陷及防止 3388555.4电渣焊 34316605.4.1概述 34207375.4.2电渣焊的焊接过程 3472155.4.3电渣焊的特点 35210725.5低碳钢与低合金钢焊接方法总结 35157106低碳钢与低合金钢焊接实例 3757776.1低碳钢与低合金钢的焊条电弧焊 37132656.1.1焊前准备 37147776.1.2焊接工艺参数 37180436.1.3操作要领 38241806.2低碳钢与低合金钢的埋弧自动焊 38201536.2.1焊前准备 38155006.2.2埋弧自动焊机的使用 39168026.2.3操作要领 40264647焊接工艺总结 42135927.1低碳钢与低合金钢焊接工艺总结 4213637参考文献 4317967致谢 441绪论1.1异种金属材料焊接的概述1.1.1异种金属材料焊接的提出焊接是一门古老而又年轻的加工方法，我国古代就出现了钎焊和锻焊的实例，如在著称世界的秦始皇陵中出土的铜车马就发现了钎焊的焊缝！明代的科学著作《天工开物》也有关于锻焊的相关记载：“凡铁性逐节粘合，涂以黄泥于接口之上，入火挥槌，泥滓成枵(xiao)而去，取其神气为媒合，胶合之后，非灼红斧永不可断也。”随着现代工业的发展，对焊接件的要求也越来越高；随着科学技术的发展，人们对焊接技术的掌握越来越娴熟。鉴此，实现异种材料焊接以迫在眉睫，熟练地掌握异种材料焊接这一技术也越来越重要。异种金属材料焊接的特点异种金属材料焊接不仅能满足焊接的高强度，设计灵活性大，接头密封性好，易于结构的变更和改型，其结构产品率高（可修复）。此外，还具有以下特有的优点：（1）可以满足特殊工作条件下对焊接工件特殊性能的要求；（2）可以节省部分贵重材料，降低生产制造成本，经济合理；（3）简化生产制造工艺，最大限度地发挥出不同种合金材料间的性能优势。异种金属材料焊接的应用由于异种金属材料焊接可以减少其生产成本，同时也可以尽最大限度的发挥出性能良好但价格较昂贵钢材的性能优势。近几年，工业工程一直追求产品质量，生产效率及生产成本的最大优化度。这一理念更加促进了异种金属材料焊接的发展，也促进了异种金属材料焊接在生产生活的应用。现在，异种金属材料制成的焊接结构广泛应用在汽车、机械工程、船舶、航天航空、石油化工、矿山等领域。1.2焊接工艺与焊接方法及金属材料的焊接性1.2.1焊接工艺概述焊接工艺是指与制造焊件有关的加工方法和实施要求包括焊前准备，材料选用，焊接方法选定，焊接参数，操作要求以及焊后质量检测与控制等。显然，了解各种焊接方法和常见金属材料的焊接性能是制定焊接工艺的关键。焊接方法及分类焊接方法是指某种特定的焊接方法，如手工电弧焊，气体保护焊，埋弧焊等。其内涵包括冶金，物理，化学，电及力学性能等内容。图1.1焊接的基本分类焊接方法分类法种类较多，通常情况下，按其焊接过程特点将其分为熔焊，压焊和钎焊三大类。每小类又分若干小类，如图1.1焊接的基本分类所示。焊接方法直接决定了焊接质量与焊接效率。如大厚件的焊接方法一般采用埋弧自动焊，需要开坡口，浪费材料，且焊接效率低；但如果采用滑盖电渣焊，则可以解决以上问题，大幅度提高了生产效率，由于上部有熔池覆盖，焊缝质量优良。从一定程度讲：科学技术及创新便是最好的生产力。1.2.3金属材料的焊接性金属材料的焊接性是指材料在限定施工条件下焊接成预想中的构件，并满足假定服役要求的能力。也就是说，焊接性是指焊接材料在焊接加工中形成完整接头的能力，以及已焊接接头在使用条件下安全运行的能力。金属材料的焊接性属于金属材料的工艺性能，不同焊接材料因其成分与状态不同，焊后将对其组织和性能产生不同影响。因此，了解和掌握金属材料的焊接性，是能否合理制定焊接工艺的先决条件。1.3论文选题及研究内容1.3.1论文研究意义低碳钢（又称“软钢”），含碳量从0.10%至0.30%的碳钢，其易于进行各种加工。低碳钢属于珠光体钢，退火组织为铁素体和少量珠光体；其强度和硬度较低，塑性和韧性较好；具有良好的焊接性。包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，在生产生活中有广泛用途。低碳钢一般轧成槽钢、角钢、钢管、钢带以及工字钢。广泛应用于箱体、容器、农机具及各种建筑构件；优质碳素钢还可被轧成薄板，用于制造电机罩、汽车驾驶室等深冲制品。低合金钢是指在碳素钢的基础上添加一定量的合金化元素而成，合金元素的质量分数为1.5%~3%，以便于提高钢的强度并保证其具有一定的塑性和韧性，或具有某些特有性能。低合金钢也属于珠光体钢，低合金钢在很大程度上是以使用性能作为交货验收指标的，在保证所需的使用性能且不损害其他可能需要的性能的基础上，允许钢厂在生产低合金钢时某种元素或某几种元素超过界限值。目前世界钢产量70%为工程用钢，而工程用钢60%以上属于低合金钢，可见低合金钢在生产生活中不可替代的地位。普通质量一般用于结构用钢，优质级锅炉，压力容器，造船，桥梁、工程机械等。低碳钢与低合金钢在生产生活中应用广泛，但是在焊接过程中，存在较大的焊接应力和变形（焊接热过程），对应力集中敏感（整体性，刚度大），焊接接头性能不均匀（焊接热过程）。这些缺陷及问题严重影响了焊接构件的使用。同时，随着科技发展，可以实现并掌握的焊接技术以及日常生产生活中对焊接件要求也越来越高。所以了解和掌握低碳钢和低合金钢的焊接工艺十分有必要。该工艺有广泛的应用前景。1.3.2论文研究的主要工作本论文借鉴前人已有的焊接经验，对低碳钢与低合金钢的焊接工艺进行简评，针对生产生活中各种焊件的质量要求及成本规格进行总结，主要研究内容分为以下几点：第一章从异种材料的焊接入题，了解异种材料焊接的必要性，以及探讨低碳钢和低合金钢在生产生活的应用。说明本次设计的主要研究内容。第二章材料的焊接性直接影响到焊件的性能及用途，研究材料中各种成分对焊接性的影响；研究材料的焊接性，总结出低碳钢与低合金钢的焊接性及影响银色，方便以后制定合理的焊接工艺。第三章焊接材料的选择直接影响到焊缝接头的性能，针对焊件工作条件及质量要求，同时，遵循焊接材料的选材原则，参照生产效率及生产成本，从而正确的选择焊接材料。第四章针对焊接工艺实施要求的各因素进行研究，总结焊接过程的各种因素对焊接工艺的影响。第五章对生产生活中最常见的三种焊接方法（手工电弧焊、埋弧焊以及CO2气体保护焊）以及个人认为最具特点的电渣焊进行系统总结，以便条理对比，分析各类焊接的优缺点，分析最适宜的焊接方法第六章以生产最常见的Q235与16Mn的焊接为例，从下料到焊接成形，选择合适的焊接参数，由于没有合适的实物及实验，故难以焊接质量的检测与质量控制。第七章对以上各章节的总结，以便于针对事例选择焊接方法。2低碳钢与低合金钢的焊接性2.1金属材料的焊接性及其试验方法金属材料的焊接性不同的材料由于物理化学性质不同，在焊接过程中产生缺陷的种类和概率不同，即焊接难易程度不同，需要采取工艺措施也有所不同，因而提出焊接性这一概念。金属材料的焊接性是指金属能否适应焊接加工而形成完整的、具有一定使用功能的焊接接头特性。也就是说，金属材料焊接性有两方面内容：一是金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是焊好的接头在一定的运行条件下是否具有可靠的工作能力。总之，焊接性不仅包括焊材的结合能力，也包括结合后的使用性能。理论上说，只要在熔化状态下能相互形成溶液或共晶的任何两种金属或合金即可以经过熔焊形成接头。只是其工艺过程难易不一，形成的焊缝质量不等，即焊接性不一。2.1.2焊接性试验方法1）焊接性的试验内容针对材料的不同性能特点和不同使用要求，焊接性试验的内容可以有以下几种：焊接及热影响区金属抵抗产生热裂纹的能力；焊缝及热影响区金属抵抗产生冷裂纹的能力；焊接接头抗脆性断裂的能力；焊接接头的使用性能。2）焊接试验方法的分类评定焊接性的方法有很多种，按照其操作过程可大致分为两类：（1）直接模拟试验法这类焊接性评定方法一般是仿照实际焊接的条件，通过对焊接过程的观察，判定是否反生焊接缺陷或缺陷的程度，直观的评定焊接性的优劣，也可以分析出焊接的必要条件。（2）间接推算类这类焊接评定方法一般不需要焊出焊缝，而是根据材料的化学成分、金相组织、力学性能之间的关系，联系焊接热循环过程进行推测或评估，从而确定焊接性的优劣以及所需要的焊接条件。属于这一类的判定方法有：碳当量法、焊接裂纹敏感指数法、连续冷却组织转变曲线法、焊接热应力模拟法、焊接热影响区最高硬度法以及焊接区断口金相分析等。3)选择或制定焊接性试验方法的原则焊接性试验条件要尽量与实际焊接时条件一致；焊接性试验结果要稳定可靠，具有较好的再现性；注意试验方法的经济性。2.2低碳钢的焊接性2.2.1概述低碳钢的含碳量较低，可焊性良好，焊接时一般不需要采取特殊工艺措施，可采用各种焊接方法；有很宽的焊接规范，一般情况下都能得到性能良好的接头，热影响区的性能也不会发生明显的变化，低碳钢的焊接特点低碳钢的碳含量较低，除Mn、Si、S、P等常规元素外，很少有其他合金元素，因而焊接性良好。焊接时有以下特点：可装配成各种不同的接头，适应各种不同位置施焊，且焊接工艺和技术比较简单，容易掌握和操作。焊前一般不需要预热，只有在环境温度较低或结构刚性过大时，才考虑预热措施。塑性较好，焊接接头产生裂纹倾向小，适合制造各类大型结构件或受压容器。不需要使用特殊和复杂设备，对焊接电源没有特殊要求，交直流弧焊电机都可以使用。2.2.3低碳钢焊接的注意事项低碳钢焊接时，如果焊条直径或工艺参数不当，可能出现热影响区晶粒长大或时效硬化倾向。焊接温度过高，热影响区在高温停留时间越长，晶粒长大越严重。当工件厚度大、低温条件下施焊及钢中含碳及硫偏高可能出现裂纹时，选用碱性焊条。适当预热，并且焊后热处理和避免用窄而深的坡口形式。工件厚度大，低温条件下焊接时，由于冷却速度太快可能出现裂纹。为了避免裂纹，应选用碱性焊条，适当增大定位焊缝的长度及横街面积，减慢焊速，连续焊完整根焊条，并且尽量避免中断，防止咬边、未焊透、夹杂等缺陷。2.3低合金钢的焊接性2.3.1概述低合金钢是在碳素钢的基础上添加一定量的合金化元素而成，合金元素的质量分数为1.5%~3%，用以提高钢的强度并保证其具有一定的韧性和塑性，或使钢具有某些特殊性能，如耐低温、耐高温或耐腐蚀等。低合金钢中常用的合金元素是锰、硅、镍、钼，或一些微合金化元素，如钒、铌、钛等。实际上，由于低合金钢在很大程度上是以使用性能作为主要交货验收指标，在保证所需要使用性能且不损害其他可能需要的性能的基础上，允许钢厂在生产低合金钢时其化学成分中某种或几种元素的含量适当超标。2.3.2低合金钢的焊接性钢材焊接性受许多因素的影响，如碳含量、淬火倾向、抗回火等，这些性能取决于钢材的化学成分。这就需要了解合金钢中常用元素对焊接性的影响。碳碳是保证钢材强度的必不可少的元素，但也是降低钢材焊接性的元素。硅硅的固溶强化作用很强，可以有效地提高钢的强度，但含量超过一定值也会使韧性恶化。锰锰可以提高钢强度和淬透性。铬铬能提高淬透性、耐热性和耐蚀性。钼钼是提高热强性的元素，能提高热影响区的淬硬倾向，使裂纹敏感性增大。镍对一般非热处理的强化的低合金钢，加入镍可以提高强度又不降低塑性韧性。钒钒能细化焊缝金属的铸态组织，防止热影响区晶粒过分长大。2.3.3低合金钢的焊接性分析以热轧和正火状态下使用的低合金钢，由于含碳量及合金元素均比较低，因此其焊接性总体比较好，其中热轧钢的焊接性更好，但由于这类钢中含有一定量的合金元素及微合金化元素，焊接过程中如果工艺不当，也存在着焊接热影响区脆化、热应变脆化及产生焊接裂纹的危险。只有在掌握其焊接性特点和规律的基础上，才能制定出合理的焊接工艺，保证焊接质量。2.4低碳钢与低合金钢的焊接性总结低碳钢与低合金钢的残当量较低，两种钢均属于珠光体钢，其焊接性能良好。一般不需要预热，只有出现以下情况需要预热：焊件结构刚性很大，为防止裂纹需要预热；焊接温度较低，为降低焊后焊缝冷却速度，需要预热；（3）焊件厚度过大，为防止应力过大，需预热。

3低碳钢与低合金钢焊接材料的选择3.1概述选择焊接材料最重要的原则是确保焊缝金属的力学性能，使之满足产品的技术要求，从而保证产品在使用中正常运行。当强度不同的低碳钢与低合金钢焊接时，要求异种合金焊接接头其强度、塑性、韧性不能低于被焊材料的最低值。3.2低碳钢与低合金钢焊接材料选用为得到高质量的焊接接头，首先要合理选择焊接材料。由于焊接部件在运行中的工况有很大差异，母材的材质性能、成分千差万别，部件的制造工艺错综复杂，因此需要从各方面综合考虑确定对应的焊接材料。3.2.1选择焊接材料遵循的原则。（1）满足焊接接头使用性能的要求。包括常温、高温短时强度、弯曲性能、冲击韧性、硬度、化学成分等，以及一些技术标准和设计图纸中对接头性能的特殊要求，如持久强度、入编极限、高温抗氧化强度、抗腐蚀性能等。（2）满足焊接接头制造工艺性能和焊接工艺性能的要求。焊接接头组成的构件，在制造过程中不可避免要进行各种成形和切削加工，例如冲压、车、刨等，要求焊接接头具有一定的塑性变形能力、切削性能和高温综合性能等。（3）合理的经济性。在满足上述性能外，应选择价格便宜的焊接材料，降低制造成本。必须要在保证焊接质量是前提下，尽可能的选择经济的焊接材料。例如重要部件的低碳钢手工电弧焊时，应优先选择碱性药皮焊条，因为碱性焊条脱硫、脱氧充分，且氢含量低，焊缝金属抗裂性及冲击韧性好。而对于一些非重要部件，可选用酸性焊条，因为酸性焊条能满足非重要部件的性能要求，而且工艺性能良好，价格便宜，可降低制造成本。3.2.2影响焊接材料选择的因素（1）等强性，承压承载的部件，通常根据材料的拉伸应力进行强度计算，必须保证构件的安全，即其材料所焊成的焊缝强度、韧性不得低于被焊工件的最小值，被拉伸需用应力与材料的标准抗拉强度下限值及安全系数有关。即式（3.1）。即许用应力：σ=σb/nb（3.1）式中σ——材料的拉伸许用应力；σb——材料的标准抗拉强度下限值；nb——安全系数（各种标准nb的取值不同）。所以焊接接头作为部件的一部分，其焊缝抗拉强度应不小于母材标准抗拉强度规定的下限。同时应注意焊接材料熔敷金属的抗拉强度不能大大高于母材的抗拉强度，因为这样会导致焊缝塑性性能降低，硬度增大，不利于随后的制造成形。尽管强度计算仅考虑材料的抗拉强度，各种工艺评定标准对焊缝的屈服强度均无要求，但选择材料时也应考虑焊接材料熔敷金属的屈服强度不应低于母材的屈服强度，并注意保证一定的屈强比。当接头在高温运行时通常用工作温度（或设计温度）下材料的高温短时间抗拉强度规定下限进行时需用应力计算，即式（3.2）：σt=σbt/nb（3.2）式中σt——材料t温度下，短时抗拉强度规定值下计算的高温许用应力；σbt——材料t温度下，短时抗拉强度规定值下限或工作温度下材料的持久强度蠕变极限进行许用应力计算。因此，选择高温运行焊接接头的焊接材料时，应考虑其高温短时抗拉强度或持久强度不得低于母材的对应值。一般低碳钢和普通低合金钢选择焊接材料只要考虑焊接材料的抗拉强度，可不考虑熔敷熔敷金属的化学成分与母材匹配。（2）等韧性，在特殊情况下，部件按材料的屈服强度计算许用应力进行设计时，就必须以屈服强度的等强性为重要考虑因素。由于运行工况不同，部件在运行中常常会由于韧性不足而产生脆性破坏，尤其是低温工作的部件或高强度部件更容易发生脆性破坏。所以有关标准对焊接接头的冲击韧性指标提出明确要求。选择焊接材料时应保证焊缝的冲击韧性满足有关标准的要求，但标准不同对接头冲击韧性的要求也不相同。《蒸汽锅炉安全监察规程》中规定焊接接头的冲击韧性不得低于母材冲击韧性规定的下限，当母材没有冲击韧性指数时则不得低于27J。《钢制压力容器标准GB150》中规定接头冲击韧性值要按钢最低抗拉强度确定。对于低碳钢和低合金钢，其最低冲击韧性为：钢材最低强度抗拉强度≤450MPa时，冲击韧性指数为18J；当钢材最低强度抗拉强度450~515MPa时，冲击韧性指数为20J；当钢材最低强度抗拉强度515~655MPa时，冲击韧性指数为27J。低温容器的冲击韧性值不低于母材的规定值下限。ASME法规Ⅷ-1则根据材料的强度级别、厚度、工作温度、设计应力与许用应力之比值来确定接头是否要保证冲击韧性性能。如果接头有冲击韧性要求，则根据材料的强度级别和厚度规定冲击韧性的最低保证值。综上所述，我们选择焊接材料时，应按照产品的设计、制造、检验标准，确定对接头冲击韧性的要求后，选择合适的焊接材料满足标准要求，也就是使用性能的要求。在考虑冲击韧性要求时，应注意结构的设计温度和使用温度。当使用温度等于或者大于常温时，只要保证接头的常温冲击韧性；如低于常温时，则应保证标准或图纸所规定温度下的冲击韧性值。焊接接头的性能不仅与焊接材料有关，而且与具体的焊接工艺也有关，所以选择接头的焊接材料是比较复杂的问题。考虑制造工艺的要求和影响。在部件焊接以后，往往还要经过各种成形加工工序，比如卷、压、弯等，因此要求焊接接头和母材要有一定的加工变形能力，最主要的是冷变形能力，衡量办法为接头的弯曲试验。很多标准对各种材料焊接接头的弯曲试验要求做了明确规定。《蒸汽锅炉安全技术监察规程》规定：弯曲试验时直径D=3a（a为试件厚度），低碳钢弯曲角度1800合格，低合金钢1000合格。特别应注意的是，当焊接接头焊后要经过热冲压、热卷制等加工时，其加热温度达到材料的AC3温度以上，保留一段时间后在静止空气中冷却，正火过程的冷却速度比焊接过程的冷却速度慢得多正火过程焊缝金属在800~500℃停留时间比焊接过程长得多。钢材正火加热在AC3以上全部奥氏体化，冷却过程重结晶，破坏了原来焊缝金属的过冷组织，使焊缝的强度大大降地，最严重时，可降低100MPa以上。因此，凡经过热加工成形的焊接接头，选择的焊接材料应比焊态或消除应力处理下焊接材料的强度级别高50~100MPa以上。例如16Mn6正常情况下埋弧焊丝为H08MnMo，而接头如正火处理应选H08Mn2Mo。30万千瓦汽包吊杆材料SA675，其抗拉强度规定值下限为485MPa，正常情况下，手工电弧焊应选J607焊条为宜。正火处理的焊接接头选择材料时，不仅要考虑强度比通常情况提高50~100MPa以上，还应考虑焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相当。因为材料的合金组成和含量决定了该材料的AC3温度高低，如果焊缝金属和母材化学成分相差比较大，AC3温度也相差比较大，母材和焊缝一同正火处理，无法确定合适的正火温度。另外，焊接接头如果经过淬火+回火的调质处理，也应考虑调质处理对接接头性能的影响。调质处理接头的焊接材料其强度可比正火处理接头的焊接材料低一些，例如BHW35电渣焊后正火处理选用H10Mn2NiMo，而调质处理时，选用H10Mn2Mo即可。焊接材料的注意事项低碳钢与低合金钢接头必须保证良好的物理化学性能，必须参考母材的冶金因素、可焊性、接头形式、焊件厚度、焊缝长度、施工条件、操作介质以及焊件的工作环境等合理选择填充材料。同时要注意以下几个问题：（1）在操作过程中，过渡区稀释成分可能出现马氏体量，是否能满足其理化性能；即：强度，塑性，韧性以及耐腐蚀性等；（2）焊缝填充金属与母材金属应存在较小的热差应力；（3）为获得综合力学性能优良的焊缝与接头，应根据坡口形式和接头形式而改变的熔合比和冷却速度的变化来选择相应的焊接材料；（4）便于施工，经济合理；在保证质量的基础上，追求经济与质量的优化点。3.3焊接材料选择的总结焊接材料与焊接质量密切相关，所以焊接材料在选择方面需考虑其强度与韧性，同时应考虑到在任何情况下的性能。主要分为一下两方面：等强度焊缝强度不能低于母材强度，选择材料时应考虑：（1）一般低碳钢和普通低合金钢选择焊接材料只要考虑焊接材料的抗拉强度，可不考虑熔敷熔敷金属的化学成分与母材匹配；（2）当焊件需要进行热处理时，应考虑热处理对焊缝强度的影响，所以在选择焊条时，焊条的抗拉强度应大于母材的抗拉强度。等韧性焊缝的韧性不能低于母材的韧性，选择材料是应考虑：应保证焊缝良好的韧性，尤其是在低温工作的部件或高强度部件中，避免韧性不足产生脆性破坏；部分焊接件，在焊接之后还要经过各种加工工序，比如卷、压、弯等，则要求焊缝具有足够的韧性以便于加工变形。

4低碳钢与低合金钢焊接的实施要求4.1概述低碳钢与低合金钢焊接时，其焊前准备、焊材选用、焊接方法选定、焊接参数、操作要求、焊前预热及焊接热处理等工艺措施，应根据其中焊接性较差的焊材来制定，即根据低合金钢来制定焊接工艺。4.2焊接工艺4.2.1焊前准备（1）接头形式接头形式和坡口的几何形状、尺寸、制备方法，会直接影响到合金结构钢接头的质量和生产成本。在设计坡口时，首先应避免采用易产生未焊透的坡口形式，因为焊缝根部缺口往往是各种裂纹的起源区。其次是尽量减少焊缝的横截面积，以降低接头的残余应力，同时也可以减少焊接材料的消耗量，提高生产效率。由于角焊缝的冷却速度比对接时要大，所以采用同样焊接材料进行焊接时，角焊缝的强度比对接焊缝高，而塑性低于对接焊缝。应根据坡口形式和接头形式而改变的熔合比和冷却速度的变化来选择相应的焊接材料，才能获得综合力学性能优良的焊缝与接头。（2）坡口制备低碳钢及低合金钢开坡口时，可以利用气割、等离子弧切割和机械加工等方法。下面着重讨论下低碳刚与低合金钢的气割（低合金钢焊接性较差，以低合金钢来制定）。随着钢种强度等级的增高，C含量也随之增加，淬硬性也变大，气割性能相对下降。300~400MPa的普通低合金钢，例如09Mn2Si，16Mn等钢，其强度不高，C含量也较低，气割性能良好。气割时，淬硬区很小（仅有1mm左右），焊接过程中，可将淬硬区熔入焊缝，气割后不需要进行机械加工就可施焊。450MPa的普通低合金钢，例如15MnVN钢，在周围环境温度不太低时可以不预热，直接采用氧乙炔进行气割，切割后可不对割口进行加工（焊缝金属不会因为坡口是气割而产生裂纹），可以直接进行施焊。500MPa以上的高强度钢种，例如18MnMoNb，14MnMoVB等钢种，由于含C量比较高，气割边缘的淬硬性较大，气割前如不经过退火，气割有时会产生裂纹，必须用砂轮打磨后方可施焊。但是，这类钢在低温退火状态下，不预热也是可以切割的，也不会产生微裂纹。对于强度等级较高、厚度较大的刚材，焊接坡口若是气割而成，需要采用与焊接时相同的的预热规范，以防止产生裂纹；若采用碳弧气刨时，必须仔细清理残余的碳屑粒，以免进入焊接熔池。（3）焊接区的清理低合金结构钢接头焊接区的清理是建立低氢环境的主要环节之一，钢材的淬硬性越大，对焊接区的要求亦越高。焊缝边缘和坡口表面不应有氧化皮、锈斑、油脂及其他污染物。焊接前还必须清除焊接区钢板表面的吸附水分，特别是在相对湿度较高的环境下焊接时，更应注意这一点。如果焊件表面未经喷丸、喷砂等预处理，则在焊缝两侧的内外表面必须用砂轮打磨至露出金属光泽。焊条电弧焊接头的打磨区要求每侧为20mm，埋弧焊为30mm，电渣焊为40mm。（4）焊接材料的焊前处理在低合金钢的焊接过程中，为防止产生焊接冷裂纹，保证接头性能，通常选用低氢型碱性焊条。但碱性焊条、熔炼型焊条和烧结型焊条，均容易吸潮，所以焊条和焊剂在实用之前，应按技术条件的规定或生产厂推荐的规范进行烘干。对于强度级别高的焊条应使用焊条保温筒，随用随取。4.2.2焊接参数的选择焊接参数包括能量参数、温度参数和操作参数三部分。在操作，三部分参数对焊件的焊接工艺影响错综复杂，互有影响。需考虑周全，不可片面。能量参数是指焊接电流、电弧电压和焊接速度。温度参数则包括预热温度、层间温度和后热温度。操作参数主要由焊接位置、焊接顺序、焊接方向和焊道层次等参数组成。正确地选择焊接参数可使焊缝金属和热影响区的性能最佳化。当接头的板厚特别大或施工温度较低时，应适当提高预热温度；结构比较复杂，接头拘束度比较大时，亦应提高预热温度。而采用大热输入的焊接方法时，预热温度应降低，如电渣焊时，由于热输入特别大，焊接不需要预热。4.2.3焊后热处理低合金钢接头在焊完一部分，或在整个焊接结构的所有接头焊接完后为保证其力学性能，要按技术要求作焊后热处理。一般情况下焊后热处理的形式有下列几种：（1）消除应力退火处理焊后是否需要热处理，要根据钢板的化学成分、板厚、结构刚性、焊接方法及使用条件等因素进行考虑。对于冷裂纹及倾向较大的低合金高强钢、后壁高压容器等，要求焊后应作消除应力的热处理。消除应力热处理是指将焊件均匀地以一定的速度加热到AC3点以下足够高的温度，保温一段时间后随炉均匀地冷却到300~400℃，最后将焊件移到炉外空冷。（2）正火+回火处理低合金结构钢厚板，在电渣焊之后，或者热校、热成形之后，需作正火热处理，以细化电渣焊接头的晶粒，调整高温热成形的母材和焊缝金属的性能。钢材的正火温度应选在该钢种的AC3点以上30~50℃，正火处理的保温时间通常按1~2min/mm计算，保温结束后将焊件放在平静的空气中冷却。对于大型厚壁构件，为保证焊件的强度，亦可将焊件放在强迫流动的气流中冷却，但必须注意冷却的均匀性。厚壁构件在高温空冷正火处理时，由于焊件表面和内部的冷却速度不同，会产生较高的应力，对于形状复杂的构件，正火引起的内应力更为严重，正火后应应紧接着要作回火处理。合金成分较高的合金钢正火处理后，只有再经过回火处理后才能达到符合要求的综合性能。回火处理的目的是改善钢材和接头的组织和性能。（3）淬火+回火热处理当钢材的屈服强度达到或超过500MPa时，在正火状态下钢材的韧性会出现不稳定，采用淬火+回火热处理方法，可以提高钢材的强度，同时改善韧性。4.2.4焊后检验低合金结构钢焊接接头的焊后检验比普通碳钢接头要严格。常用的无损检验法有射线检测、渗透检测、超声检测和磁粉检测等。在低合金结构钢接头焊接检验时，应考虑这种钢的焊接特点，制定合理的检查规程。由于表面裂纹对结构的安全造成极大的威胁，故在低合金结构钢焊缝及热影响区表面都应作表面磁粉检测。低合金结构钢接头的强度越高，裂纹敏感性越大，无损检测包括磁粉检测的检查几率也相应提高。射线照相法（RT）——定性更准确，有可供长期保存的直观图像，总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢。超声波检测（UT）——可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等；可用于板材、棒材、管材；厚度可小至1mm，也可大至几米；既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。但只能定性，不能定量；缺陷位置、形状对检测有一定影响。磁粉检测（MT）——.磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄；磁粉检测可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测；可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷；磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。渗透检测（PT）——可检测各种材料，较高的灵敏度，显示直观、操作方便、检测费用低。但它只能检出表面开口的缺陷；不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件；渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。4.3实施要求总结焊接工艺即制造焊件的有关加工方法以及实施要求，由此可以看出，实施要求对于焊接工艺的重要性：接头选择不合适，可能加大应力，降低焊缝的力学性能，也容易产生未焊头或焊瘤；坡口制备不合理，可能会导致未焊头，未焊牢，或者产生焊瘤；焊接区清理不干净或焊接材料焊前处理不得当，会导致气孔，夹杂等缺陷；焊接参数选择不合理，焊接参数选择过小，电弧不稳定，焊接效率较低；焊接参数选择偏大，则可能烧穿母材或烧损母材中的合金成分。总之，低碳钢与低合金钢的实施要求，必须要认真对待，简单但却关系重大。

5低碳钢与低合金钢常用焊接方法的焊接工艺低碳钢与低合金钢焊接几乎可以采用所有焊接方法，并且只要焊接工艺合理都能获得良好的接头质量。对于焊接方法，压焊适于焊接强度硬度低塑形较好，钨极氩弧焊焊接效率太低，钎焊难以满足性能要求等。综合考虑选用用焊条电弧焊（手工电弧焊），埋弧焊，CO2气体保护焊以及电渣焊等进行阐述。5.1焊条电弧焊图5.1焊条电弧焊示意图5.1.1焊条电弧焊概述焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的—种方法，如图5.1所示，焊接电弧是一种气体放电现象。焊条电弧焊引弧时、焊条与焊件接触后很快拉开。接触时焊接回路短路，很快拉起焊条以后，焊条与焊件之间的空气在引弧电压的作用下电离，发光发热，产午强烈而持久的气体放电现象，形成焊条电弧焊的电弧。焊件为一个电极．焊条为另一个电极。电弧在焊条和焊件之间形成，通过外加电压燃烧。在电弧热的作用下。焊件和焊条的焊芯熔化共同形成熔池。在电弧热的作用下，涂敷于焊芯外面的焊条药皮会分解产生CO、H2，CO2等保护气体，阻止空气与熔池的接触。药皮在电弧热的作用下、生成熔渣，浮于熔池表面，对其起保护作用，凝固后在焊缝表面结成渣壳。也就是说，焊条电弧焊时，焊接熔池的保护是气体和熔渣的联合保护。液态金属与液态熔渣之间还进行脱氧冶金反应，从而使焊缝金属具有合话的化学成分。5.1.2焊条电弧焊的特点1）焊条电弧焊的优点（1）焊条电弧焊时．焊条的药皮在电弧热的作用下产牛保护气体和保护熔渣，对熔池进行气渣联合保护，保护效果好；（2）焊条电弧焊配用相应的焊条，能够焊接碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铜、铝及其合金等绝大多数材质的焊件、应用范闹广；（3)焊条电弧焊采用手工操作、灵活方便．能够焊接各种厚度、各种结构形状的工件，可以进行平，横、仰、立各种位置的焊接．特别是在维修、返修、装配、及点固焊时．有其他焊接方法所不可替代的优势；（4)焊条电弧焊时，遇到焊接接头装配不规则的地方，焊工可有意识地控制电弧的长度、焊条的角度、焊接的速度等工艺参数，以弥补装配的缺陷，所以焊条电弧焊对焊接接头装配的要求较低；（5)焊条电弧焊设备结构简单，价格便宜，使用维护都很方便。2）焊条电弧焊的缺点（1）与埋弧自动焊、CO2气体保护焊、氩弧焊等焊接方法相比，焊条电弧焊出于用手工操纵焊条．要不断更换焊条、清渣，所以焊接生产效率低，焊工劳动强度大。（2）焊条电弧悍的焊接质量主要依赖于焊工手工操作的熟练程度，对于焊工的操作技术水平要求较高，因此焊接质量不稳定。（3）焊条电弧焊时，劳动条件较差，焊工要承受弧光辐射、有害气体、烟尘和焊接高温等的危害．所以必须采取必要的防护措施。5.1.3焊条的型号和牌号1）碳钢焊条的型号GB/T5117—1995《碳钢焊条》规定，碳钢焊条的型号是根据熔敷金属的力学性能、药皮的类型、焊接位置和电流种类来划分。字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉度的最小值，大小为的两位数×10MPa，第三位数字表示焊条的焊接位置。“0”和“1”表示焊条适合于全位置焊接，“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”为焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数组合时，表示焊接电流种类及药皮类型。2）低合金钢焊条的型号GB/T5118—1995《低合金钢钢条》规定，低合金钢焊条型号的编制方法为：后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，并以短画“-”与前面数字连接。低碳钢焊条型号举例如下：3）焊条的型号和牌号焊条的型号是国家标准规定的焊条的代号。焊条的牌号则是焊条制造厂家以及焊接人员多年习惯使用的、由原行业标准规定的焊条代号，共有十大类的牌号代号。焊条牌号的编制方法为：用每类焊条的汉语拼音首位字母表乐该焊条的类别，用大写字母表示，称为特征字母。例如，J代表结构钢(包折碳钢和低合金钢)焊条；A代表奥氏体铬镍不锈钢焊条。特征字母后面有三位数字位数字。其中．前两位数字在不同类别焊条中的含义是不同的。对于结构钢焊条，此两位数字表示焊条熔敷金属的最低抗拉强度，单价是MPa(Kgf／mm2)。第三位数字表示焊条药皮类型和对焊接电源的要求。例如，“J422”(相当于焊条型号E4303)所表示的焊条如下：4）焊条的选原则等强度原则即选用与母材同强度等级的焊条，一般用于焊接低碳钢和低合金结构钢。（2）同成分原则即选用与母材化学成分相同或相近的焊条。—般用于焊接耐热钢、不锈钢等（3）抗裂纹原则选用杭裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。—般用于焊接刚度大、形状复杂、使用中承受动载荷的焊接结构。（4）抗气孔原则如果受焊接工艺条件的限制，对焊件接头部位的油污、铁锈等不便情理应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气扎。（5）低成本原则在满足实用要求的前提下，尽量选择性能好，成本低，效率高的焊条。5.1.4弧焊电源的分类及型号弧焊电源的分类焊条电弧焊的主要设备是电弧焊机。实际上就是一种弧焊电源。可分为交流弧焊电源(弧焊变压器)和直流弧焊电源(弧焊整流器)两种。1）交流弧焊电源弧焊变压器实际上是一种特殊的降压变压器，它将220V或380V的电源电压降到60~80V(即焊机的空载电压)，以满足引弧的需要。焊接时，电压能自动下降到电弧止常工作所需的电压(20—40V)。输出电流从几十安到几安，可根据需要调节电流的大小。弧焊变压器结构简单，价格便宜，工作噪声小，使用可靠，维修方便，因此应用很广。但缺点是焊接时电弧的稳定性不如直流弧焊电源。2）直流弧焊电源弧焊整流器把交流电转变为直流电。它弥补了采用碱性焊条时交流弧焊机电弧稳定性不好的缺点，但结构要比交流焊机的复杂，焊接时有磁偏吹现象出现。表5.1交流、直流弧焊电源的优缺点比较名称交流弧焊电源（弧焊变压器）直流弧焊电源（弧焊整流器）电弧特性使用碱性焊条时电弧稳定性差不易发生磁偏吹电弧稳定性好，容易发生磁偏吹适用性酸性焊条，一般焊接结构碱性焊条，重要焊接结构供电特点绝对大部分焊机是单相，功率因素较低，空载损耗较小绝大部分焊机是三相，功率因素较高，空载损耗较小弧焊电源型号图5.2电弧机编制方法焊机型号按GB10249—1988《电弧机型号编制方法》的规定编制，用汉语拼音字母和阿拉伯字母表示。如图5.2所示：BX1—200型焊机是具有陡降外特性的交流弧焊电机，额定焊接电流为200A。ZX6—250型焊机是具有陡降外特性的硅整流直流弧焊机，额定焊接电流250A。图5-3交流焊机图5-3交流焊机另外，焊条电弧焊的辅助工具也必须使用部分辅助工具。图5-3交流焊机图5-3交流焊机焊条电弧焊必须使用的辅助工具有：焊钳，点焊面罩，滤光眼镜等。焊钳焊钳又称焊把，起夹持焊条和传导电流的作用。焊钳上夹持焊条的导电部分用紫铜制作，绝缘外壳用胶木粉压制而成。2）电焊面罩和滤光眼镜滤光眼镜俗称黑玻璃，装在电焊面罩上．以保护焊工的面部及眼睛免受强烈弧光的辐射和金属飞溅物的灼伤，分为头戴式和手持式。5.1.5焊接安全与防护技术预防触电；预防弧光辐射；预防火灾和爆炸；预防有毒气体和烟尘中毒。5.1.6焊条电弧焊基本工艺参数及基本焊接技术（一）焊条电弧焊的工艺焊条电弧焊焊接工艺内容包括焊条型号（牌号）、焊条的直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数、电流种类和焊接极性等。1）焊条直径焊条直径的选择与下列因素有关。(1)焊件的厚度厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条，而厚度较小焊件应选用直径较小的焊条。直径与焊件厚度的关系下表5.2所示。表5.2焊件厚度与焊条直径的匹配关系焊件厚度/mm≤1.5234~56~12≥12焊条直径/mm1.62.53.23.2~44~54~6(2)焊接位量与横、立、仰焊三种焊接位置相比，由于平焊不存在熔池金属下流的倾角，所以焊条直径可选择大—些。横焊和仰焊时，焊条的直径不超过4mm，立焊时，焊条的直径不超过5Mm，尽量形成较小的熔池以减少熔化金属下流。(3)焊道层数多层多道焊时，第一层焊道要采用直径较小的焊条，以保证根部焊透，双面焊时，背面碳弧气刨清焊根以后，焊道窄而深，也应采用直径较小的焊条。其他焊道可采用直径较大的焊条。焊接电流合适的焊接电流是取得良好的焊缝成形和保证焊接质量的关键，焊接电流过小，不仅引弧困难，电弧不稳，还会造成未焊透和夹渣，焊缝成形也不好。焊接电流过大，容易产生烧穿和咬边等缺陷，使熔池合金元素烧损严重，影响焊缝的力学性能。焊接电流的大小与焊条的类型、直径、焊件的厚度、焊接接头的形式、焊接位置以及焊道层次等因素有关。其中，焊条的直径和焊接位置是决定性因素。3）电弧电压焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长，焊接电压高；电弧短，电弧电压低，所以电弧电压可由焊工在焊接时灵活掌握。焊条电弧焊的弧长通常控制在焊条直径的0.5~1.0倍，电压一般为16~25V。例如，直径为4mm的J507焊条，焊接电流一般为160~170A，电弧电压为22—24V。在焊接过程中，如果出现电弧不稳、易摆动的现象或产生咬边、末焊透等缺陷时，主要是由于焊接电弧过长，电弧电压过大的原因，应及时调整弧长，保持适中的焊接电压。4）焊接速度单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊条电弧焊的焊接速度即指焊工操纵焊条前移的速度。所以．焊接速度主要由焊工根据实际情况灵活掌握，随时调整，以保证焊缝的高低宽窄一致，成形良好。焊接工艺卡中的焊接速度，是根据焊接工艺评定时采用的焊接速度所确定的一个速度范围。焊接生产时，要依工艺卡的规定速度进行焊接。例如，直径为4mm的J507焊条，电弧电流一般为160~170A，焊接电流为22—24V，焊接速度应为10~15cm／min。即每分钟完成10~15cm长的焊缝。5）焊接极性采用直流电源施焊时。焊件与电源输出端正、负极的接法称为极性。极性有正接和反接两种。正接即焊件接电源正极。焊条接电源负极的接线法．也称正极性。反接即焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线法，也称反极性。一般情况下，碱性焊条焊接时，采用直流反接：因为反接时，电弧燃烧稳定．飞溅较小，而且声音比较平静均勾。而直流正接，情况相反，并且容易产生气孔。在焊接厚板时，—般采用直流正接法，这时电弧上的热量较多地集中在焊件上，有利于加快焊件熔化，以保证足够的熔深；焊接薄板板时，为防止烧穿，常采用反接。（二）焊条电弧焊基本操作技术1）引弧焊条电弧焊的引弧方法对分为划擦法和敲击法两种，划擦法的引孤动作类似划火柴，初学者易于掌握，但容易损坏焊件表面，—般适用于碱性焊条。敲击法是将焊条对准引弧处，手腕下弯，用焊条垂直地轻轻敲击工件，然后提起2~4mm的高度引燃电弧2）运条在焊接过程中，为了稳定弧长、保持熔池形状、控制焊缝成形，焊条必须要做一定的运动。在焊接过程中．焊条相对于焊件所做的各种运功的总称称为运条。运条包括三个基本动作：(a)焊条沿自身中心线向熔池的送进运动，用以维持一定的弧长。焊条的送进速度应与焊条熔化的速度相同，否则会产生断弧或焊条与焊件黏连的现象；(b）焊条沿焊接方向逐渐前移．以形成一定的焊接速度；(c)焊条的横向摆功．以获得一定的焊缝宽度。较薄的工件或厚板底层焊道焊接时，焊条一般不做横向摆动。3）熄弧焊接结束熄弧时，如果简单地提起焊条熄灭电弧，在收弧处往往会形成弧坑。凹陷的弧坑，不仅降低收尾处焊接接头的承载能力、产生应力集中，而且容易产生弧坑裂纹和气孔等缺陷。5.1.7焊条电弧焊焊接缺陷以及防止焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的一种力法，手工操纵焊条的进给、焊条的摆动、焊条的倾斜角以及焊接的速度等．所以焊接质量对焊工操作技术水平有较大的依赖性、焊接时难免会出现各种焊接缺陷。焊工焊接任务完成后，焊接检验人员首先要对焊缝宽度、余高、角高、表面气孔、咬边等的外观缺陷进行检验；然后佃道X射线和超声波等焊接探伤方法对焊缝的气孔、夹渣、裂纹、末焊透等内部缺陷进行检验。焊接缺陷的存在会缩短焊接产品的使用寿命，甚至导致灾难事故发生。5.2埋弧焊5.2.1埋弧焊的原理埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧的一种电弧焊方法。在焊剂层下，电弧在焊丝末端与焊件之间燃烧，使焊剂部分熔化形成熔渣、部分蒸发成气体。气体排开熔渣在电弧周围形成一个封闭的空腔，称为弧腔；电弧在这个弧腔中稳定燃烧，焊丝不断送入，熔化了的悍丝与熔化的母材金属混合形成熔池，并与熔化的焊剂发生一系列冶金反应。随着焊接过程的进行，电弧继续向前移动，熔池冷却凝固后形成焊缝，密度较轻的熔渣浮在熔池的表面，有效地保护熔池金属，冷却后形成渣壳。5.2.2埋弧焊的焊接过程理弧焊的焊接过程如图5.3所示，焊接电源的两输出端分别接在埋弧焊焊机机头的导电嘴和焊件上；焊接时，当焊丝端部与焊件接触后，颗粒状焊剂从焊剂漏斗流出，并均匀地堆敷在装配好的焊接接头上．堆敷高度一般是40mm左右。焊处由送丝电功机驱动，经送丝滚轮、导电嘴以一定速度送入焊接电弧区。送丝机构、焊剂漏斗和操作控制盘等安装在一台焊接小车上。通过操作控制盘上的控制按钮，使焊接过程按规定的程序运行。合闸通电后，焊丝首先上提，使电弧引燃，然后向下送进。同时，焊接小车起动，使电弧沿焊件接缝前移。在焊前及焊接过程中，焊接参数均可通过操作控制盘上的开关按钮或旋钮进行选择和调整。焊接过程的稳定性由焊机的自动调节系统给予保证。焊丝的送进速度应与焊丝的熔化速度保持一致，以维持电弧电压的稳定。焊丝通常为单丝，特殊情况下也有采用双丝的。也可采用药芯焊丝代替实心焊丝，或是用钢丝带代替焊丝。5.3埋弧焊焊接过程5.2.3埋弧焊的特点埋弧焊的优点（1）熔深大，生产率高相同的焊条和焊丝直径，埋弧焊的焊接电流比焊条电弧焊增大了3~5倍，大电流不仅增大了单位时间内焊丝的熔化量。而且大大加大了焊件的熔深，因此显著地提高了生产效率。(2)焊接质量稳定，表面美观焊缝的质量不受焊工的操作技艺及疲劳程度影响，只要选择匹配的焊丝和焊剂的焊接参数，就可以获得化学成分合适、表面光滑、平直的优质焊缝。(3)节省焊接材料和电能埋弧焊电弧熔透力强，单丝埋弧焊不开坡口，一次可焊透14mm的焊件，焊接时没有飞溅，因而节省了焊接材料和电能。改善了工人劳动条件机械化的焊接改善了工人的劳动强度，电弧在焊剂层下燃烧，消除了弧光及烟尘对焊工的伤害。埋弧焊的缺点（1）由于采用颗粒状焊剂，这种焊接方法—般只适用于平焊位置。其他位置焊接需采用特殊措施，以保证焊剂能覆盖焊接区。（2）不能直接观察电弧与坡口的相对位置，如果没有采用焊缝自动跟踪装置，则容易焊偏。（3）埋弧焊电流小于100A时，电弧不稳，因而不适于焊接厚度小于1mm的薄板。（4）焊件装配精度要求高。由于是机械化焊接，对坡口精度、组对间隙等的要求就比较严格。5.2.4埋弧焊焊接材料及匹配埋弧焊时，电弧的高温使焊丝熔化并与熔化的母材熔合结晶后形成焊缝，所以焊丝的成分对焊缝的成分和性能有着直接的影响，焊丝与母材的匹配非常重要。1）焊丝实心焊丝是最常用的焊丝，为了防止焊丝锈蚀和增强导电性，一般在焊丝的表面镀铜，即镀铜焊丝。埋弧焊的药芯焊丝主要用于堆焊中，因为一些硬质合金材料不能制成焊丝，而通过药芯焊丝，可方便地将合金元素过渡到堆焊层中。根据国家标准规定：实心钢焊丝的牌号都以字母“H”开头；紧接着的数字是表示碳的平均质量分数。再后面以元案符号及其平均质量分数的数字表示各合金元素的含量。以H10Mn2MoA为例，其中“H”表示焊接用钢，“10”表示平均碳含量为0.10%，“Mn2”表示平均锰含量为2%，“Mo”表示平均含钼量为0.60%~0.80%，“A”表示高级优质钢。2）焊剂在埋弧焊中，焊剂的主要作别是保护和选渣。电弧埋在焊剂下燃烧，既隔绝了空气，保护了高热的熔池，也减少了电弧热能散失，避免了弧光对焊工的辐射、另外．焊剂还起着稳弧和冶金的作用。焊剂牌号表示为：“HJXXX”,HJ后面三位数字，以HJ431X为例：“HJ”表示熔炼焊剂，“4”表示高锰型，“3”表示高硅低氟型，“X”表示颗粒度（细）。焊丝与焊剂的匹配焊接材料的选用要充分考虑焊材的成分，性能以及接头的功用，合理的选择焊接材料十分关键，直接影响到焊接质量，焊接效率。5.2.5埋弧焊焊接工艺埋弧焊焊接工艺包括焊前准备和选择焊接工艺参数两部分。1）焊前准备焊前准备包括坡口的加工、焊件的清理和装配、焊丝清理和焊剂的烘干、焊机检查和调试。（1）坡口的加工在埋弧焊时，应根据焊件的材质、厚度、结构、工艺条件等综合考虑确定焊缝坡口形式和尺寸。坡口的加工可以采用气割、刨边机、各种被口机等进行加工。（2）焊件的清理和装配焊件原材料在运输、储存过程中很容易生锈；在坡口加工的过程中，焊接接头区域会有气割留下的渣瘤，剪切、刨边加工时的油污，定位焊缝的熔渣等，这些都是产生气孔、裂纹等焊接缺陷的重要原因。所以，施焊之前必须将坡口及坡口两侧20mm的区域进行彻底的清理。可以采用钢丝刷、手提砂轮、角向磨光机等清理．也可以采用喷砂、氧—乙炔火焰烘烤等方法清理。（3）清理焊丝和烘干焊剂焊工在施焊之前，要按照焊接工艺要求到焊材二级库领取焊丝和焊剂。在焊材二级库，焊丝要进行去污除锈，焊剂要按温度和时间要求证行烘干和保温。回收使用的焊剂要过筛，清除渣壳后重复使用。（4）焊机的检查和调试焊工在焊前应检查焊机和辅助装置的开关、旋钮、仪表、插头、电缆线等是否正常，导电嘴是否需要更换等。通过焊前的空车调试，可以调整焊丝伸出长度，调整焊丝是否对正焊缝；还可以调整好焊接工艺要求的焊接速度等焊接工艺参数。所以，焊前空车调试很有必要。焊接工艺参数影响埋弧焊焊接质量的焊接工艺参数主要有焊丝直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度。除此之外，焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊件的位置、焊接电源的极性等，都对焊缝成形有一定的影响。焊丝直径、焊接电流、焊接电压及焊接速度为比较重要的四个主要焊接工艺参数。焊接时．若其他因素不变，焊丝直径增大．电流密度减小，电弧穿透力减弱，所以熔深减弱，熔宽增大。其他因素不变，焊接电流增加．电弧的穿透力强，焊丝的熔化速率增大．所以焊缝的熔深增大，余高增高，但焊接电流对焊缝的熔宽影响不大。其他因素不变的情况下，电弧屯电压增加，电弧弧长增大，弧腔体积增大，使电弧向宽度方向发展，所以焊缝熔宽增大．余高减小。焊接速度增大，焊缝中单位时间内输入的热量减少，所以焊缝的熔深和熔宽都减小，焊缝变浅变窄，余高变化较小。5.2.6埋弧焊的焊接缺陷及防止埋弧焊在焊接生产中应用广泛、成熟高效的焊接方法，但这并不表示对这种方法的焊接缺陷可以掉以轻心。在施焊的过程中，由于焊接接头设计不合理，焊接材料及施工规范不正确，焊前接头渭理、预热和焊后热处理不当，工人技术水平低或责任心不强等原因，都会导致裂纹、气孔、夹渣、末熔台、未焊透等焊接缺陷的产生。这些缺陷对接头的静载强度、疲劳强度、任何工序，无论是焊前的清理、装配、预热、焊剂烘干，施焊过程个的保证层间温度、夹渣、碳弧气刨清根，还是焊后焊道的修磨、检告检验、返修及焊后热处理等．都应该严格按照焊接工艺的规定操作。任何一点小的疏忽都可能会留下隐患，造成巨大的损失。应力腐蚀、脆性断裂等都会有不同程度的影响。5.3CO2气体保护焊CO2气体保护焊的基本原理CO2气体保护焊是利用CO2作为保护气的一种熔化极气体保护焊方法。CO2从供气系统出来经管路到达焊枪，从喷嘴喷出，形成一个连续而稳定的CO2气体保护罩，从而隔绝空气，达到对焊缝的保护作用。CO2气体保护焊的特点1）CO2气体保护焊的优点生产效率高；焊接质量好；焊接成本低；适用范围广；操作性能好；易于实现自动化和机械化。CO2气体保护焊的缺点金属飞溅大；对坏境要求苛刻，不能在有风处施焊；不能焊接易氧化的有色金属；焊工劳动条件差。CO2气体保护焊的工艺参数CO2气体保护焊的焊丝细，电流密度大，电弧穿透力强，一般对于12mm以下的工件不需要开破口。焊接接头的装配、焊前的清理等，与焊条电弧焊、埋弧焊相似。针对焊丝直径，焊接电流，电弧电压，焊接速度阐述下CO2焊的工艺参数确定。1）焊丝直径焊丝直径的确定以焊件的厚度、焊接的位置及质量要求为依据。一般焊接薄板时，采用细焊丝，随板厚增大，焊丝直径也增大。焊丝直径大于1.2mm时，称为粗丝，粗处焊接生产效率高，但焊接飞溅大，焊缝成形不好，适宜水平位置的焊接。2）焊接电流焊接电流的确定，应根据焊件的厚度、焊丝的直径、坡口的形式、焊接位量及熔滴过渡形式等。焊接电流增大，焊缝的熔深相应加深，焊丝的熔化速度加快，生产率提高。但焊接电流不能过大，否则会加重飞溅，产生气孔、烧穿等焊接缺陷。3）电弧电压电弧电压与焊接电流要优化配合，以保证良好的焊缝成形和焊接过程的稳定。通常，细丝焊接时，电弧电压为16~24V，粗丝焊接时，电弧电压为25~36V。4）焊接速度在—定的焊条直径、焊接电流、电弧电压条件下，焊接速度的选择还要考虑焊件接头的形式和焊接位置等。焊接速度一般为20~60cm/min，焊接时视具体情况确定，以确保焊缝成形良好。不出现气孔、咬边、末熔合等缺陷为原则。半自动焊时，焊接速度由焊工自行掌握。CO2气体保护焊焊接缺陷及防止与其他焊接方法一样CO2气体保护焊也会由于焊接材料、焊接工艺参数选择不合理、焊工操作技术不佳等原因，造成焊接缺陷。目前，CO2气体保护焊是在压力容器、桥梁、船舶、建筑等钢结构制造中，应用最多的焊接力法之一。但一旦出现问题则会造成重大伤亡事故。所以，发现焊接缺陷时要高度重视．应查找原因，彻底返修、并避免类似缺陷的产生。5.4电渣焊图5.4电渣焊1图5.4电渣焊1—焊丝；2—渣池；3—熔池；4—焊缝；5—焊件；6—冷却滑块5.4.1概述20世纪50年代初，乌克兰的巴顿电焊研究所发明了电渣焊，并用它代替大电流埋弧焊，以焊接厚壁压力容器上的纵向焊缝。与其他的大电流电弧焊不同，电渣焊中，熔化焊丝所需的热量是电流通过液体熔渣所产生的电阻热。电渣焊是一种在垂直位置或接近垂直位置进行的高效单道焊。电渣焊主要用于焊接厚度大于40mm，材料为碳钢、低合金钢、不锈钢等的焊接。5.4.2电渣焊的焊接过程完成一道电渣焊焊缝（参照图5.4）需要3个阶段：（1）引弧造渣阶段电渣焊开始时，在电极和起焊槽之间引出电弧，利用电弧的热量，使之逐渐形成液体渣池，当渣池达到一定深度后，增大焊丝的送进速度，将不断加入的固体焊剂熔化，使焊丝插入熔池，电弧熄灭，转入电渣过程。在引弧造渣阶段，电渣过程不够稳定，渣池温度不高，填充金属和母材熔合不好，因此焊后应将起焊部分割除。（2）正常焊接阶段当电渣过程稳定后，焊接电流通过渣池产生的电阻热使渣池温度达到1600~2000℃。渣池将焊丝和被焊工件熔化，熔化的金属沉积到渣池下部形成金属熔池。随着焊丝不断向渣池送进，金属熔池和其上渣池逐渐上升．金属熔池的下部远离热源的液体金属，逐渐凝固形成焊缝。（3）引出阶段在被焊工件上部装有引出板，以便将渣池以及在停止焊接时产生缩孔和裂纹的那部分焊缝金属引出工件。5.4.3电渣焊的特点电渣焊的优点在垂直位置焊接，十分方便立焊；厚件能一次成型，不需要坡口，节省材料，提高效率；渣池对被焊工件有较好的预热作用和缓和作用。电渣焊的缺点焊缝和热影响区晶粒粗大；只能以立焊方式进行，不能平焊。5.5低碳钢与低合金钢焊接方法总结当采用CO2气体保护焊时，其飞溅较大，电弧穿透力强且极易氧化低合金钢中的合金成分，所以生产中一般不采用CO2气体保护焊。当采用电渣焊时，电渣焊适用于40mm以上的厚板，而且也只能进行立焊，其用途大大受到限制，再加之其焊缝组织为晶粒粗大的铸态组织，其力学性不良，所以在生产生活中不常用。手工电弧焊其灵活性强，可以进行多方位焊接，特殊的气渣保护，在生产中常用于单件生产焊接。埋弧焊其生产效率高，不需要依赖技工的技术水平，焊接质量稳定，节省了焊接材料电流，改善了工人的劳动条件。其在生产中广泛应用于大量生产中。

6低碳钢与低合金钢焊接实例低碳钢与低合金钢焊接在生产生活中广泛应用，本章以Q235与16Mn的焊条电弧焊和埋弧焊为例，综合以上章节知识，简述其焊接工艺。Q235大量应用于建筑及工程结构。用以高压输电铁塔、桥梁、车辆、锅炉、容器、船舶等，也大量用作对性能要求不太高的机械零件。C、D级钢还可作某些专业用钢使用。其碳含量为0.17%~0.22%；可装配成不同接头，适合各种位置的焊接，焊前一般不需要预热，塑性较好，具有良好的焊接性。16Mn钢属于碳锰钢，碳的含量在0.16%左右，屈服点等于343MPa。16Mn钢的合金含量较少，焊接性良好，焊前一般不必预热。但由于16Mn钢的淬硬倾向比低碳钢稍大，所以在低温下或在大刚性、大厚度结构上焊接时，为防止出现冷裂纹，需采取预热措施。6.1低碳钢与低合金钢的焊条电弧焊6.1.1焊前准备材料取Q235钢板与16Mn钢版，其规格均为300mm×150mm×12mm；V形坡口60o±5o；钝边0~0.5mm。焊条采用E4315，焊前350~400℃烘干，保温2h，随用随取。焊前将焊接坡口两侧20~30mm范围内清理干净，露出金属光泽。焊件在正面两端20mm内点固定位，采用与正式焊接用相同的材料。组队间隙为始焊端3.2mm，末焊端3.5~4.0mm，预留3o~4o反变形。6.1.2焊接工艺参数焊接电流：打底焊80~90A（焊条直径为3.2mm）；填充焊160~170A（焊条直径4.0mm）；盖面焊155~165A（焊条直径4.0mm）。焊条角度：焊条与焊件表面垂直，与焊接方向成60o~80o夹角。焊接层次：三层三道。焊接位置：平焊。运条：锯齿形。6.1.3操作要领（1）打底焊：采用短弧连续焊接，锯齿形运条，坡口两侧停顿，保证熔池及熔孔大小均匀一致；应根据熔孔的大小适当改变焊接速度、摆动频率和焊接角度。当焊条还有30~40mm时，采用会拉法进行收弧。接头时，先将收弧处表面熔渣清理干净，并将胡坑处打磨成斜坡状，在已焊完的焊道（距胡坑20mm）处引燃电弧，采用直线运条方式到弧坑顶端，并适当停留下压，待完全熔透后采用正常焊接。（2）填充焊：焊前先将焊道表面熔渣和飞溅清理干净，并将接头处打磨平整。焊条摆动幅度比打底焊稍微大一些，在坡口两侧停留时间稍微长一下，应保证焊道平整略向下凹，第二道填充层焊缝厚度应比木材表面略低0.5~1.5mm。在弧坑前10mm处引弧，回焊至弧坑处，沿弧坑形状将弧坑填满，不需要下压电弧，再正常施焊。（3）盖面焊：焊条角度、运条和接头方法与填充层相同。焊条摆动幅度和运条速度均匀一致，熔合好坡口两侧棱边，每侧增宽1.5~1.5mm。6.2低碳钢与低合金钢的埋弧自动焊6.2.1焊前准备（1）焊接接头区域清理焊前，必须清除焊接接头区域的氧化皮、油污等，避免由于氧化物和氢的影响，产生焊接气孔和裂纹等缺陷。需要注意的有以下几方面：1.火焰切割的氧化熔渣。2.机械加工后的油脂。3.热轧钢板的氧化皮。4.T形接头的水平板。5.弯曲成形工件内的杂质。6.定位焊缝的熔渣。（2）焊接接头的定位焊在焊接前，要根据图样要求，将各个构件固定下来，为定位焊。定位焊一般采用焊条电弧焊或半自动二氧化碳焊来完成。定位焊的焊缝短，焊缝的冷却速度大，对于厚板和高强度钢，极易产生冷