焊接工艺及方法课件

1焊接工藝及方法

2第一章

焊接電弧的基礎知識3第一節焊接的本質及分類

一、焊接的概念焊接是指通過適當的物理化學過程使兩個分離的固態物體(工件)產生原子間或分子間結合力而連接成一體的連接方法。常用的方法：加熱或加壓,或兩者並用。4二、焊接方法的分類焊接方法分為三大類：熔焊、壓焊和釺焊。熔焊分為：焊條電弧焊、埋弧焊、氬弧焊、CO2焊等；壓焊分為：電阻焊、摩擦焊等；釺焊分為：火焰釺焊、爐中釺焊等；5

一、焊接電弧的產生電弧是一種氣體放電現象，它是帶電粒子通過兩電極之間氣體空間的一種導電過程。

氣體導電必須具備兩個條件：①兩電極之間有帶電粒子；②兩電極之間有電場。帶電粒子在電場作用下運動形成電流，從而使兩電極之間的氣體空間成為導體，也就形成了電弧。第二節焊接電弧67焊接電弧氣體放電現象條件有帶電粒子電極兩端有電壓降(碰撞傳遞能量)氣體電離陰極電子發射產生帶電粒子的途徑：電離：熱電離、場致電離、光電離；陰極電子發射：熱發射、場致發射、光發射和粒子碰撞發射。

8二、電弧的構成

焊接電弧分為三個區：陰極區、陽極區和弧柱區。陰極區和陽極區上有斑點，即陰極斑點和陽極斑點（電流密度大，溫度高，發出光亮的點），各區溫度分佈情況如下：1.弧柱區的溫度最高，但熱量大部分通過對流的形式流失了2.陰極區的熱量用於對陰極加熱，這部分熱量可用於加熱填充材料或工件

9

3.陽極區的熱量主要用於加熱工件和焊材，陽極和陰極相比，陰極產熱量相對較高

結論：

1.弧柱對整個的焊接電弧起到主要的作用。

2.當電流一定時,電弧電壓大小與電弧的弧長成正比。弧長增加，電弧電壓增大。10三、電弧的溫度分佈11

一、焊絲的熔化電弧時，用於加熱、熔化焊絲的熱源是電弧熱和電阻熱。

第三節焊絲的熔化與熔滴過渡12二、熔滴過渡的主要形式及特點熔化極電弧焊時，熔滴的過渡形式主要有：接觸過渡、自由過渡及渣壁過渡。各種形式又有劃分：1．接觸過渡又分為：短路過渡（主要用於鹼性焊條電弧焊及細絲氣體保護電弧焊）、搭橋過渡（用於非熔化極氣體保護焊）；132．自由過渡又分為：滴狀過渡（弧壓高，分為粗滴和細滴過渡，粗滴過渡飛濺大，細滴過渡適於CO2氣體保護焊接和酸性焊條焊接和鋁合金熔化極氬弧焊或大電流焊接或活性氣體保護焊中）、噴射過渡（適於氬氣或富氬氣體焊接厚板）；3.渣壁過渡出現在焊條電弧焊和埋弧焊中。14第二章焊條電弧焊15第一節焊條電弧焊的原理及特點一、焊條電弧焊的特點操作靈活；對接頭的裝配要求較低；可焊材料廣；生產率低、勞動強度大；焊接品質對焊工的依賴性強；16二.焊條電弧焊接過程:17第二節焊條電弧焊的焊接材料

一、焊條焊條是由焊芯與藥皮兩部分組成。焊條直徑共有φ1.6mm-φ8mm八種規格；焊條長度200-600mm之間。常用的是φ3.2mm、φ4mm、φ5mm三種；長度分別為350mm、400mm、450mm。18焊條結構示意圖19二、焊條的分類、型號及牌號1、焊條的型號及牌號（以碳鋼焊條為例）型號：E

50

1

5

表示焊條藥皮為低氫型，適用直流反接焊接表示焊條適用於全位置焊接(0、1全位置；

2平焊及平角焊；4立向下焊)

表示熔敷金屬的抗拉強度最小值為

50kgf/mm2(490MPa)

表示焊條20按主要成份劃分的藥皮類型：藥皮類型藥皮主要成份（品質分數）鈦型氧化鈦≥35%鈦鈣型氧化鈦30%以上，碳酸鹽20%以下鈦鐵礦型鈦鐵礦≥30%氧化鐵型多量氧化鐵和較多錳鐵去氧劑纖維素型有機物≥15%低氫型含鈣、鎂的碳酸鹽和相當量的螢石石墨型多量石墨鹽基型氯鹽和氟鹽212、焊條的分類生產中常用碳鋼焊條有鈦鈣型與低氫型兩種。（1）鈦鈣型焊條（E4303E5003）又稱為酸性焊條。特點：電弧穩定、可交直流兩用；脫渣容易，飛濺少，有害氣體少，適用於全位置焊。力學性能和抗裂能力較差。22（2）低氫型焊條（E5015E5016）又稱為鹼性焊條。特點：焊縫的力學性能及抗裂能力均優於酸性焊條；但工藝性能較差，必須用直流電源；飛濺大，脫渣難。

用前300~400℃×1-2h烘乾。233、焊條的選用原則考慮工件的物理、力學性能和化學成分。考慮工件的工作條件和使用性能。對於承受動載荷和衝擊載荷的工件，除了要保證抗拉強度、屈服強度外，對衝擊韌性、塑性均有較高要求，此時應選用低氫型焊條。24

考慮改善焊接工藝。在酸性焊條和鹼性焊條都可以滿足的地方，鑒於鹼性焊條對操作技術及施工準備要求高，優先採用酸性焊條。考慮經濟性。在保證使用性能的前提下，儘量選用價格低廉的焊條。根據我國的礦藏資源，大力推廣使用鈦鐵礦型焊條。25考慮效率。對焊接工作量大的結構，有條件時儘量採用高效率焊條，或選用底層焊條、立向下焊條之類的專用焊條。考慮工件的複雜程度、剛度大小、焊接坡口製備和焊接部位等。對因受條件限制而使某些焊接部位難以清理乾淨時，優先選用氧化性強，對鐵銹、氧化皮和油污反應不敏感的酸性焊條，防止產生氣孔等缺陷。26第三節焊縫形式與焊縫分類一、接頭形式焊條電弧焊用於結構工程的連接形式是複雜多樣的。按零部件的特徵分為板狀連接、管狀連接、管板連接三種；按施焊位置分為平焊、立焊、橫焊和仰焊四種；

27

按接頭形式分為對接接頭、角接接頭、T形接頭、搭接接頭、十字接頭、端接接頭、卷邊接頭等；按坡口形式分為I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口、雙U形坡口、K形坡口、Y形坡口等。按焊縫斷續情況可分為連續焊縫和間斷焊縫。28二、坡口坡口是根據設計或工藝需要，在工件待焊部位加工成一定的幾何形狀並經裝配後構成的溝槽。開坡口的目的：保證電弧能深入到焊縫根部使其焊透；獲得良好的焊縫成形以及便於清渣；調節焊縫金屬的化學成份；29

坡口的形式主要有以下幾種：

a---I形、b---V形、c---X形、d---U形30第四節焊條電弧焊工藝參數及選擇

焊條電弧焊的焊接工藝參數通常包括：焊條直徑、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源種類和極性、焊接層數等。焊接工藝參數選擇的正確與否，直接影響焊縫形狀、尺寸、焊接品質和生產率，因此選擇合適的焊接工藝參數是焊接生產中不可忽視的一個重要問題。31一、焊條直徑焊條直徑是指焊芯直徑。它是保證焊接品質和效率的重要因素。焊條直徑一般根據工件厚度選擇。同時還要考慮接頭形式、施焊位置和焊接層數，對於重要結構還要考慮焊接熱輸入的要求，在一般情況下，焊條直徑與工件厚度之間關係的參考數據，如下表所示。32焊條直徑與工件厚度之間的關係如下:焊件厚度/mm234-56-12＞13焊條直徑/mm23.23.2-44-54-633二、焊接電源種類和極性的選擇用交流電焊接時，電弧穩定性差。采用直流電焊接，電弧穩定、柔順、飛濺少。但電弧磁偏吹較交流嚴重。低氫型焊條穩弧性差，必須採用直流弧焊電源。用小電流焊接薄板時，也常用直流弧焊電源，因為引弧比較容易，電弧比較穩定。

34

低氫型焊條用直流電焊接時，一般要用反接，因為反接的電弧比正接穩定。焊接薄板時，焊接電流小，電弧不穩，因此焊接薄板時，不論用鹼性焊條還是用酸性焊條，都選用直流反接。3536表：焊接電流和焊條直徑的關係三、焊接電流的選擇選擇焊接電流時，應根據焊條類型、焊條直徑、工件厚度、接頭型式、焊接位置和層數等因素綜合考慮。焊條直徑/mm1.62.02.53.2456焊接電流/A25-4040-6550-80100-130160-210200-270260-30037四、焊縫層數的選擇在工件厚度較大時，往往需要進行多層焊。焊接層數主要根據鋼板厚度、焊條直徑、坡口型式和裝配間隙等來確定，可作如下近似估算：

n=δ/d

式中：n為焊接層數；

δ為工件厚度（毫米）；

d為焊條直徑（毫米）。3839五、電弧電壓與焊接速度的控制焊條電弧焊的電弧電壓主要由電弧長度來決定：電弧長度越大，電弧電壓越高，電弧長度越短，電弧電壓越低。在焊接過程中，應儘量使用短弧焊接。焊接過程中，焊接速度應該均勻適當，既要保證焊透又要保證不焊穿，同時還要使焊縫寬度和餘高符合設計要求。40

注意：

1.焊接電流主要影響焊縫的深度和餘高

2.電弧電壓主要影響的是焊縫的寬度和餘高41第三章埋弧焊42

埋弧焊是目前廣泛使用的一種生產效率較高的機械化焊接方法。它與焊條電弧焊相比，雖然靈活性差一些，但焊接品質好、效率高、成本低，勞動條件好。第一節埋弧焊的原理及特點43一、埋弧焊的焊接過程

埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。44埋弧焊接過程:45焊接實例1:46焊接實例2:47二、埋弧焊的特點1、埋弧焊的主要優點

焊接生產率高焊縫品質好焊接成本較低勞動條件好482、埋弧焊的主要缺點（1）難以在空間位置施焊（2）對焊件裝配品質要求高（3）不適合焊接薄板和短焊縫49三、埋弧焊的分類及應用範圍

1、分類分類依據分類名稱應用範圍按送絲方式等速送絲埋弧焊細絲高電流密度變速送絲埋弧焊粗絲低電流密度按焊絲數目或形狀單絲埋弧焊常規對接、角接、筒體縱縫、環縫焊雙絲埋弧焊高生產率對接、角接焊多絲埋弧焊螺旋焊管等超高生產率對接焊帶極埋弧焊耐磨、耐蝕合金堆焊按焊縫成形條件雙面埋弧焊常規對接焊單面焊雙面成形埋弧焊高生產率對接焊，難以雙面焊的對接焊502、應用a.焊縫類型和焊件厚度

凡是焊縫可以保持在水準位置、或傾斜度不大的工件，不管是對接、角接和搭接接頭，都可以用埋弧焊焊接，如平板的拼接縫、圓筒形工件的縱縫和環縫、各種焊接結構中的角縫和搭接縫等。

51埋弧焊可焊接的工件厚度範圍很大。除了厚度在5mm以下的工件由於容易燒穿，埋弧焊用得不多外，較厚的工件都適於用埋弧焊焊接。b.焊接材料種類目前，埋弧焊焊接的最大厚度已達650mm。52適宜焊接:

碳素結構鋼、低合金結構鋼、不鏽鋼、耐熱鋼以及某些有色金屬。此外，埋弧焊還可在基體金屬表面堆焊耐磨或耐腐蝕的合金層。53

不適宜焊接：鑄鐵因不能承受高熱輸入量引起的熱應力，一般不能用埋弧焊焊接。鋁、鎂及其合金因沒有適用的焊劑，目前還不能使用埋弧焊焊接。鉛、鋅等低熔點金屬材料也不適合用埋弧焊焊接。54

總之，適宜於埋弧焊的範圍是很廣的。最能發揮埋弧焊快速、高效特點的生產領域，是造船、鍋爐、化工容器、大型金屬結構和工程機械等工業製造部門，是當今焊接生產中普遍使用的焊接方法之一。55焊接實例3：56焊接實例4：57第二節埋弧焊的焊接材料一、焊絲在選擇埋弧焊用焊絲時，最主要的是考慮焊絲中錳和矽的含量。常用焊絲有H08A、

H08MnA、H10Mn2；焊絲直徑有2、3、4、5和6mm五種。58二、焊劑作用：保護、控制焊縫金屬化學成分，保證焊縫金屬的力學性能，防止氣孔、裂紋和夾渣等缺陷的產生。59

焊劑分為三類：熔練焊劑、燒結焊劑和粘結焊劑。HJ×1×2×3HJ----熔練焊劑

×1----焊劑中氧化錳的含量

×2----焊劑中二氧化矽、氟化鈣含量

×3----同一類型的不同編號例：HJ431------高錳高矽低氟型焊劑60三、焊劑和焊絲的選用與配合焊劑和焊絲的正確選用及二者之間的合理配合，是獲得優質焊縫的關鍵，也是埋弧焊工藝過程的重要環節。所以必須按工件的成分、性能和要求，正確、合理地選配焊劑和焊絲。61

在焊接低碳鋼和強度等級較低的合金鋼時，選配焊劑和焊絲通常以滿足力學性能要求為主，使焊縫強度達到與母材等強度，同時要滿足其它力學性能指標要求。如：用高錳高矽焊劑（如HJ430、HJ431）配合低碳鋼焊絲（如H08A）或含錳焊絲（如H08MnA）；

62

用無錳高矽或低錳中矽焊劑（如HJ130、HJ250）配合高錳焊絲（如H10Mn2）。焊接低合金高強度鋼時，除要使焊縫與母材等強外，要特別注意提高焊縫的塑性和韌性，一般選用中錳中矽或低錳中矽焊劑（如HJ350、HJ250）配合相應鋼種焊絲。63

焊接低溫鋼、耐熱鋼和耐蝕鋼時，選擇的焊劑和焊絲首先要保證焊縫具有與母材相同或相近的耐低溫或耐熱、耐腐蝕性能，為此可選用中矽或低矽型焊劑與相應的合金焊絲配合。64

焊接奧氏體不銹鋼等高合金鋼時，主要是保證焊縫與母材有相近的化學成分，同時滿足力學性能和抗裂性能等方面的要求。由於在焊接過程中，鉻、鉬等主要合金元素會燒損，應選用合金含量比母材高的焊絲；焊劑要選用鹼度高的中矽或低矽焊劑，防止焊縫增矽而使性能下降。65第三節埋弧焊工藝一、埋弧焊的焊前準備埋弧焊的焊前準備包括工件的坡口加工、工件的清理與裝配、焊絲表面清理及焊劑烘乾、焊機檢查與調整等工作。這些準備工作與焊接品質的好壞有著十分密切的關係，所以必須認真完成。

66

當工件厚度為10～24mm時，多為“Y”形坡口；厚度為24～60mm時，可開“X”形坡口；對一些要求高的厚大工件的重要焊縫，如鍋爐汽包等壓力容器，一般多開“U”形坡口。1、坡口的選擇與加工672、工件的清理與裝配

工件裝配前，需將坡口及附近區域表面上的銹蝕、油污、氧化物、水分等清理乾淨。工件裝配時必須保證接縫間隙均勻，高低平整不錯邊，特別是在單面焊雙面成形的埋弧焊中更應嚴格控制。68

1、對直縫的工件裝配，須在接縫兩端加裝引弧板和引出板。

1---引弧板2---焊件

3---焊接試板4---引出板

二、埋弧焊的焊接工藝692、焊絲表面清理與焊劑烘乾一般焊劑須在250℃溫度下烘乾，並保溫1-2h。限用直流焊接的焊劑使用前必須經350-400℃烘乾，並保溫2h，烘乾後應立即使用。70713、環縫埋弧焊焊絲偏移位置示意圖72第四章

CO2氣體保護電弧焊73

定義：

CO2氣體保護電弧焊屬於氣體保護電弧焊，利用外加氣體作為電弧介質並保護電弧與焊接區的電弧焊方法。74CO2焊接過程圖:75第一節CO2焊的特點一、主要優點：（1）焊接生產率高⑵焊接成本低⑶焊接變形小⑷焊接品質較高⑸適用範圍廣⑹操作簡便76二、缺點⑴飛濺率較大，並且焊縫表面成形較差。金屬飛濺是CO2電弧焊中較為突出的問題,這是主要缺點。⑵很難用交流電源進行焊接，焊接設備比較複雜。⑶抗風能力差，給室外作業帶來一定困難。⑷不能焊接容易氧化的有色金屬。77

三、CO2電弧焊的應用

焊接低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬。對於不銹鋼，由於焊縫金屬有增碳現象，影響抗晶間腐蝕性能。所以只能用於對焊縫性能要求不高的不銹鋼工件。CO2電弧焊還可用於耐磨零件的堆焊、鑄鋼件的焊補以及電鉚焊等方面。78第二節CO2焊設備79一、焊接材料（1）CO2氣體（2）焊絲焊接低碳鋼或低合金鋼時，最常用的H08Mn2SiA焊絲。焊絲直徑≤1.6mm時，叫細絲CO2焊；焊絲直徑≥1.6mm時，叫粗絲CO2焊。80二、焊槍半自動所用焊槍分為彎管式或手槍式，彎管式應用較廣。三、送絲方式有推絲式、拉絲式和推拉絲式三種方式。推絲式：主要用於直徑為0.8-2.0mm的焊絲，軟管一般在2-5m左右；81拉絲式：主要用於直徑小於或等於0.8mm的細焊絲推拉絲式：軟管可加長到15m左右；四、保護氣體流量在200A以下的薄板焊接時氣體流量為10-15L/min；在200A以上的厚板焊接時氣體流量為15-25L/min.82注意：

1.當風速大於2m/s時，焊縫中的氣孔明顯增加。

2.國標有關工程施工規範中規定的允許環境風速為大於2m/s時，採取相應的防風措施允許施焊。83第四節藥芯焊絲氣體保護電弧焊

利用藥芯焊絲作熔化極的CO2電弧焊稱藥芯焊絲CO2電弧焊。在焊接過程中使用的外加保護氣體,

一般是純CO2或CO2+Ar。84CO2焊接實例1：85CO2焊接實例2：86第五章

鎢極氬弧焊87TIG焊簡介：

鎢極氬弧焊是氣體保護焊中的一種,通常又叫做TIG焊(英文縮寫),它的電極是用難熔金屬W或W的合金作成金屬棒，導電而成電極，電極不熔化，故易於維持恒定的電弧長度，焊接過程穩定。氬弧焊是用氬氣或Ar+He做保護介質的電弧焊方法，屬於惰性氣體保護焊。氬弧焊幾乎可以焊接所有的鋼、有色金屬及其合金。但因成本較高，目前主要用來焊接鋁、鎂及其合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及鈦合金，以及一些