焊接技术与金属材料作业指导书

焊接技术与金属材料作业指导书TOC\o"1-2"\h\u19812第1章焊接技术基础 3222911.1焊接方法概述 347491.1.1熔焊 3263021.1.2压焊 4260521.1.3钎焊 419431.2焊接工艺参数的选择 4205711.3焊接接头设计 52694第2章金属材料及焊接性 52752.1常用金属材料的分类及特性 5181612.1.1黑色金属材料 5283442.1.2有色金属材料 5269912.1.3特种金属材料 5185852.2金属材料的焊接性分析 632902.2.1焊接性定义 6275922.2.2影响焊接性的因素 664262.2.3焊接性评估方法 628822.3焊接材料的选择与匹配 6320342.3.1焊接材料的选择原则 6272462.3.2焊接材料的类型 6179062.3.3焊接材料与金属材料的匹配 6175662.3.4焊接材料的应用实例 625250第3章气体保护焊技术 644613.1气体保护焊原理及特点 696603.1.1原理 654213.1.2特点 7221293.2气体保护焊设备与工艺参数 7260613.2.1设备 7308303.2.2工艺参数 740583.3气体保护焊常见缺陷及防止措施 7264593.3.1常见缺陷 793453.3.2防止措施 72885第4章氩弧焊技术 81974.1氩弧焊原理及特点 8219024.1.1原理 8243904.1.2特点 8292024.2氩弧焊设备与工艺参数 844214.2.1设备 8139754.2.2工艺参数 8247824.3氩弧焊操作技巧及注意事项 9273494.3.1操作技巧 9279504.3.2注意事项 95517第5章碳弧焊技术 971985.1碳弧焊原理及特点 980765.1.1原理 9197915.1.2特点 9254845.2碳弧焊设备与工艺参数 9110615.2.1设备 9149255.2.2工艺参数 1028795.3碳弧焊操作技巧及注意事项 10195575.3.1操作技巧 1084305.3.2注意事项 1032659第6章埋弧焊技术 1087946.1埋弧焊原理及特点 10173006.1.1原理 10128396.1.2特点 11253026.2埋弧焊设备与工艺参数 11169026.2.1设备 11239236.2.2工艺参数 11312676.3埋弧焊操作技巧及注意事项 11187826.3.1操作技巧 11218196.3.2注意事项 1218605第7章激光焊与电子束焊技术 12241097.1激光焊原理及特点 12285047.1.1原理 1290267.1.2特点 12317327.2激光焊设备与工艺参数 12216307.2.1设备 1290027.2.2工艺参数 12280927.3电子束焊原理及特点 12276397.3.1原理 1247057.3.2特点 13192047.4电子束焊设备与工艺参数 13122637.4.1设备 13239507.4.2工艺参数 1326005第8章焊接应力与变形控制 13268078.1焊接应力与变形的产生原因 13253738.1.1热应力 13102968.1.2相变应力 13156038.1.3焊接顺序和拘束条件 1340438.2焊接应力与变形的控制方法 13278058.2.1优化焊接工艺参数 14319448.2.2采用预加热和层间温度控制 1492968.2.3优化焊接顺序和拘束条件 144598.2.4选择合适的焊接材料和方法 1462868.3焊后处理及矫正措施 1411158.3.1焊后热处理 14142458.3.2机械矫正 14258288.3.3焊接收缩补偿 14179858.3.4焊后冷却 1427533第9章焊接质量控制与检验 14208469.1焊接质量标准与要求 14186079.1.1焊接质量标准 15106799.1.2焊接质量要求 15117579.2焊接缺陷的成因及分类 15307999.2.1焊接缺陷成因 15279789.2.2焊接缺陷分类 15180199.3焊接检验方法及程序 15137429.3.1焊接检验方法 16204779.3.2焊接检验程序 16173第10章焊接安全与防护 16184010.1焊接过程中的安全风险 16911910.1.1火灾和爆炸 16444410.1.2热伤害 161797910.1.3烟尘和有害气体 16608610.1.4光线伤害 162134110.1.5噪音和振动 161994110.2焊接安全防护措施 162370410.2.1环境检查 162535310.2.2防火措施 172861410.2.3个人防护 1758710.2.4安全操作规程 17556310.2.5通风和净化 172326710.3焊接环境保护与职业健康 171118610.3.1环境保护 171545410.3.2职业健康 17544410.3.3培训与教育 172797210.3.4应急预案 17第1章焊接技术基础1.1焊接方法概述焊接作为一种常用的金属连接技术，广泛应用于制造业各个领域。本章主要介绍常见的焊接方法，包括熔焊、压焊和钎焊等。各种焊接方法具有不同的特点和应用范围，了解这些方法有助于在实际工程中合理选择和应用。1.1.1熔焊熔焊是利用局部加热的方法，使焊接接头处金属熔化，在冷却过程中形成焊缝的焊接方法。常见的熔焊方法有：（1）手工电弧焊：适用于碳钢、低合金钢等材料的焊接，具有设备简单、操作方便等优点。（2）气体保护焊：适用于不锈钢、铝、钛等材料的焊接，具有焊接速度快、焊缝成型好等优点。（3）激光焊：适用于高精度、高要求的焊接任务，具有焊接速度快、热影响区小等优点。1.1.2压焊压焊是在焊接过程中，通过对焊接接头施加压力，使金属原子间距离减小，形成金属键合的焊接方法。常见的压焊方法有：（1）电阻焊：适用于批量生产，具有生产效率高、焊缝质量好等优点。（2）摩擦焊：适用于旋转对称零件的焊接，具有焊接质量稳定、热影响区小等优点。1.1.3钎焊钎焊是利用钎料在焊接过程中熔化，填充焊接接头间隙，并与母材金属形成牢固结合的焊接方法。常见的钎焊方法有：（1）火焰钎焊：适用于铜、铜合金等材料的焊接，具有操作简便、成本较低等优点。（2）真空钎焊：适用于航空航天、电子等领域，具有焊接质量高、焊缝纯净等优点。1.2焊接工艺参数的选择焊接工艺参数对焊接质量具有重要影响。合理的焊接工艺参数可以提高焊接质量，降低生产成本。以下为焊接工艺参数的选择原则：（1）焊接方法：根据焊接接头的类型、材料功能及焊接要求选择合适的焊接方法。（2）焊接电流：根据焊接材料的类型、厚度及焊接速度选择适当的焊接电流。（3）焊接电压：根据焊接材料的类型、焊接电流及焊接速度选择合适的焊接电压。（4）焊接速度：根据焊接材料的类型、厚度及焊接质量要求确定焊接速度。（5）保护气体：根据焊接材料的类型及焊接方法选择合适的保护气体。1.3焊接接头设计焊接接头设计是保证焊接质量的关键环节。合理的焊接接头设计应考虑以下因素：（1）焊接接头的类型：根据焊接结构的使用功能、受力状况及加工工艺选择合适的焊接接头类型。（2）焊接接头尺寸：根据焊接材料的厚度、强度及焊接工艺要求确定焊接接头尺寸。（3）焊接接头形状：优化焊接接头形状，减少焊接应力集中，提高焊接接头强度。（4）焊接接头加工：考虑焊接接头的加工工艺，降低生产成本，提高生产效率。通过以上内容，本章对焊接技术基础进行了概述，为后续章节深入探讨焊接技术及其在金属材料中的应用奠定了基础。第2章金属材料及焊接性2.1常用金属材料的分类及特性2.1.1黑色金属材料黑色金属材料主要包括碳钢、合金钢、铸铁等。其中，碳钢具有良好的焊接性、机械功能和耐蚀性；合金钢具有优良的耐磨性、耐热性和耐蚀性；铸铁具有较高的强度和良好的耐磨性。2.1.2有色金属材料有色金属材料主要包括铝及铝合金、铜及铜合金、钛及钛合金等。铝及铝合金具有较低的密度、良好的导电导热性和耐腐蚀性；铜及铜合金具有优良的导电导热性、耐磨性和耐蚀性；钛及钛合金具有高强度、低密度、良好的耐蚀性和耐高温功能。2.1.3特种金属材料特种金属材料包括不锈钢、耐热钢、工具钢等。不锈钢具有优良的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温功能；耐热钢具有较高的高温强度和良好的抗氧化性；工具钢具有高硬度和耐磨性，适用于制造各种工具和模具。2.2金属材料的焊接性分析2.2.1焊接性定义焊接性是指金属材料在焊接过程中所表现出的功能特点，包括焊接裂纹、气孔、夹杂物等缺陷的产生及焊接接头的功能。2.2.2影响焊接性的因素影响焊接性的因素包括材料成分、组织结构、焊接方法、焊接工艺参数、焊接环境等。2.2.3焊接性评估方法焊接性评估方法主要有焊接试验、热裂纹试验、冷裂纹试验、力学功能试验等。2.3焊接材料的选择与匹配2.3.1焊接材料的选择原则选择焊接材料时，应考虑焊缝金属的化学成分、力学功能、焊接方法、焊接工艺参数等因素。2.3.2焊接材料的类型常用的焊接材料有焊条、焊丝、焊剂、气体等。2.3.3焊接材料与金属材料的匹配焊接材料与金属材料的匹配应考虑焊缝金属与母材的化学成分、力学功能、耐腐蚀功能等因素，保证焊接接头具有良好的功能。2.3.4焊接材料的应用实例根据不同金属材料的焊接特点，选择合适的焊接材料，如碳钢焊接时可选用J422焊条，铝及铝合金焊接时可选用4043铝焊丝等。在实际应用中，应根据具体需求进行选择和匹配。第3章气体保护焊技术3.1气体保护焊原理及特点3.1.1原理气体保护焊是利用惰性气体或活性气体作为保护介质，在焊接过程中对熔池、熔渣和热影响区进行保护的一种焊接方法。在焊接过程中，电弧在保护气体的保护下加热并熔化焊丝和工件，从而实现金属材料的连接。3.1.2特点（1）焊接速度快，生产效率高；（2）焊缝成型美观，焊接质量好；（3）熔池受保护，焊接过程稳定，焊缝中不易产生气孔、夹杂物等缺陷；（4）适用于多种金属材料焊接，尤其是薄板和不锈钢材料的焊接；（5）焊接过程中热量集中，热影响区小，减小了工件变形和应力。3.2气体保护焊设备与工艺参数3.2.1设备（1）焊接电源：直流、交流、脉冲电源；（2）焊接机头：送丝机构、导电嘴、喷嘴等；（3）保护气体：氩气、氦气、二氧化碳、混合气体等；（4）焊接控制器：调节焊接电流、电压、送丝速度等参数；（5）辅助设备：焊接小车、焊枪支架、气体净化装置等。3.2.2工艺参数（1）焊接电流：根据焊丝直径、焊接速度和工件厚度选择合适的电流；（2）焊接电压：根据焊接电流和焊接速度进行调整；（3）送丝速度：与焊接电流和焊接速度相匹配；（4）保护气体流量：保证气体有效地保护熔池；（5）焊接速度：根据工件材质、厚度和焊接要求确定。3.3气体保护焊常见缺陷及防止措施3.3.1常见缺陷（1）气孔：由于保护气体不纯、流量不足或焊接参数不当导致；（2）夹杂物：焊接过程中杂质进入熔池未及时浮出；（3）裂纹：焊接应力过大、冷却速度过快或焊接材料不匹配；（4）焊接变形：焊接热量分布不均匀；（5）焊缝成型不良：焊接参数设置不当或操作不规范。3.3.2防止措施（1）保证保护气体纯度，适当增加气体流量；（2）选用合适的焊接参数，提高焊接操作技能；（3）合理预热和后热处理，减小焊接应力；（4）选用合适的焊接材料和焊接工艺；（5）加强焊接过程监控，及时调整焊接参数。第4章氩弧焊技术4.1氩弧焊原理及特点4.1.1原理氩弧焊是一种以氩气为保护气的焊接方法，属于熔极惰性气体保护焊。焊接过程中，氩气在电弧周围形成稳定的保护层，防止熔池金属与空气中的氮、氧等气体发生反应，从而避免气孔和夹杂等缺陷的产生。氩弧焊采用直流或交流电源，利用钨极与工件之间产生的电弧加热熔化工件和填充材料，实现金属的连接。4.1.2特点（1）氩弧焊可获得高质量的焊接接头，焊缝成型美观，机械功能好；（2）氩弧焊适用于多种金属材料的焊接，如不锈钢、铝、铜等；（3）氩弧焊的热影响区较小，对工件的热损伤较小；（4）氩弧焊操作方便，易于实现自动化；（5）氩弧焊的焊接速度较快，生产效率较高。4.2氩弧焊设备与工艺参数4.2.1设备（1）焊接电源：直流或交流电源；（2）焊接机头：包括焊枪、水冷系统、送丝机构等；（3）氩气瓶：提供稳定的氩气；（4）焊接附件：如电缆、气管、冷却水管等。4.2.2工艺参数（1）焊接电流：根据工件材料、厚度和焊接速度选择合适的焊接电流；（2）焊接电压：根据焊接电流和氩气流量调整焊接电压；（3）氩气流量：保证氩气在电弧周围形成稳定的保护层，防止氧化；（4）焊接速度：根据工件材料、厚度和焊接电流选择合适的焊接速度；（5）填充材料：根据工件材料选择相应的填充材料。4.3氩弧焊操作技巧及注意事项4.3.1操作技巧（1）掌握正确的焊接姿势，保证焊枪稳定，避免焊接过程中的抖动；（2）保持氩气流量稳定，避免焊接过程中的氧化和气孔产生；（3）控制焊接速度，保证焊缝成型美观，避免未焊透和过烧等缺陷；（4）合理选择焊接电流和电压，保证焊接过程的稳定性；（5）掌握填充材料的添加技巧，避免焊缝中出现夹渣和气孔。4.3.2注意事项（1）严格遵守氩弧焊操作规程，保证操作安全；（2）操作过程中，注意保护皮肤和眼睛，避免氩弧光和高温对身体的伤害；（3）定期检查氩弧焊设备，保证设备正常运行；（4）保持工作环境整洁，避免氩气泄漏和火灾等的发生；（5）在焊接过程中，密切注意焊接质量，发觉缺陷及时采取措施予以消除。第5章碳弧焊技术5.1碳弧焊原理及特点5.1.1原理碳弧焊是利用碳极电弧的高温作用，使金属材料熔化并连接的一种焊接方法。焊接过程中，碳棒作为电极，在焊接电流的作用下产生电弧，电弧燃烧时产生的热量使母材和填充材料熔化，随后熔池冷却凝固形成焊缝。5.1.2特点（1）焊接设备简单，操作方便；（2）适用范围广，可焊接多种金属材料；（3）焊接过程中熔深可控，熔池容易控制；（4）焊接速度较快，生产效率较高；（5）碳弧焊对焊缝质量要求较高，需要操作者具有一定的焊接技巧。5.2碳弧焊设备与工艺参数5.2.1设备（1）焊接电源：采用直流弧焊机；（2）碳棒：作为电极，直径一般为26mm；（3）焊钳：用于夹持碳棒；（4）辅助设备：如焊枪、电流表、电压表等。5.2.2工艺参数（1）焊接电流：根据焊件材料、厚度和焊接速度选择合适的焊接电流；（2）焊接电压：一般为2030V；（3）焊接速度：根据焊件材料和厚度调整焊接速度；（4）碳棒直径：根据焊接电流和焊缝要求选择合适的碳棒直径；（5）弧长：控制弧长在26mm范围内。5.3碳弧焊操作技巧及注意事项5.3.1操作技巧（1）掌握正确的焊接姿势和手法，保持稳定；（2）引弧时，碳棒与工件接触后迅速提起，形成电弧；（3）焊接过程中，保持碳棒与工件垂直，并沿焊缝方向移动；（4）控制焊接速度，使熔池稳定；（5）收弧时，应逐渐减小电流，避免产生弧坑。5.3.2注意事项（1）焊接前应清除工件表面的油污、锈蚀等杂质；（2）根据工件材料选择合适的焊接电流和碳棒直径；（3）保持焊接现场通风良好，避免有害气体和烟尘；（4）操作者应穿戴好劳动防护用品，保证安全；（5）定期检查焊接设备，保证设备功能良好。第6章埋弧焊技术6.1埋弧焊原理及特点6.1.1原理埋弧焊（SubmergedArcWelding，简称SAW）是一种常见的熔化极焊接方法。焊接过程中，电弧在焊接材料下方的熔池中燃烧，弧光被熔化的金属和焊接材料所遮盖，故称为“埋弧焊”。埋弧焊利用连续送进的焊丝与工件之间的电弧加热焊接区域，使金属熔化并形成焊缝。6.1.2特点埋弧焊具有以下特点：（1）焊接质量好，焊缝成型美观，焊接缺陷少；（2）焊接速度较快，生产效率高；（3）焊接过程稳定，受风速、湿度等环境影响较小；（4）焊接参数易于控制，焊接质量稳定；（5）适用于厚板焊接，特别是大厚度材料的焊接。6.2埋弧焊设备与工艺参数6.2.1设备埋弧焊设备主要包括以下部分：（1）焊机：直流电源、交流电源或逆变电源；（2）焊枪：带有导电嘴，用于送进焊丝；（3）焊丝盘：用于存放焊丝；（4）焊剂：用于保护熔池和改善焊缝功能；（5）输送装置：用于输送焊丝和焊剂。6.2.2工艺参数埋弧焊的主要工艺参数包括：（1）焊接电流：根据工件厚度、焊接速度和焊接材料选择；（2）焊接电压：影响焊缝成型和熔池深度；（3）焊接速度：影响焊缝成型和焊接生产率；（4）焊丝直径：根据焊接电流和焊接速度选择；（5）焊剂类型：根据焊接材料和焊接要求选择。6.3埋弧焊操作技巧及注意事项6.3.1操作技巧（1）焊前准备：清洁工件表面的油污、氧化皮等杂质，保持工件干燥；（2）焊接过程：保持焊枪稳定，匀速移动，避免过快或过慢；（3）焊接结束：及时清除焊缝周围的焊渣，检查焊缝质量；（4）焊接顺序：先焊接短焊缝，再焊接长焊缝，避免焊接应力集中；（5）多层多道焊：分层焊接，层间温度控制在一定范围内。6.3.2注意事项（1）遵守焊接操作规程，保证操作安全；（2）选用合适的焊接材料和设备，保证焊接质量；（3）焊接过程中，注意观察焊缝成型，及时调整焊接参数；（4）避免在强风、潮湿环境下进行焊接作业；（5）定期检查设备，保持设备功能稳定。第7章激光焊与电子束焊技术7.1激光焊原理及特点7.1.1原理激光焊是利用高能量密度的激光束作为热源，将工件局部加热至熔化状态，在施加适当压力或不用压力的情况下，使两工件熔化并结合成一体的焊接方法。7.1.2特点（1）激光焊接具有能量密度高、热影响区小、焊缝深宽比大、焊接速度高、焊接变形小等特点；（2）激光焊接可以实现自动化、精密化和高效化生产；（3）激光焊接对材料的适用范围广，尤其适用于难焊材料和异种材料的焊接；（4）激光焊接过程中无需使用电极，减少了焊缝污染的可能性。7.2激光焊设备与工艺参数7.2.1设备激光焊接设备主要包括激光发生器、光学系统、焊接头、控制系统、冷却系统等部分。7.2.2工艺参数激光焊接的主要工艺参数包括激光功率、焊接速度、离焦量、气体种类及流量等。合理选择和调整这些参数，对焊接质量具有重要影响。7.3电子束焊原理及特点7.3.1原理电子束焊是利用高速运动的电子束撞击工件，将电子的动能转化为热能，使工件局部加热至熔化状态，并在适当压力或不用压力的情况下，实现工件间的焊接。7.3.2特点（1）电子束焊具有能量密度高、热影响区小、焊缝深宽比大、焊接速度快等特点；（2）电子束焊适用于各种金属材料，尤其是难焊材料和异种材料的焊接；（3）电子束焊可以实现深熔焊和精密焊接，焊接变形小；（4）电子束焊过程中真空度高，焊缝质量好，污染小。7.4电子束焊设备与工艺参数7.4.1设备电子束焊设备主要包括电子枪、加速电源、聚焦系统、真空系统、控制系统等部分。7.4.2工艺参数电子束焊的主要工艺参数包括电子束电流、加速电压、聚焦电流、焊接速度、真空度等。合理选择和调整这些参数，对焊接质量具有重要影响。第8章焊接应力与变形控制8.1焊接应力与变形的产生原因焊接过程中，由于局部高温加热和快速冷却，导致焊接部位及其周边产生应力和变形。以下是焊接应力和变形产生的主要原因：8.1.1热应力焊接过程中，由于高温加热，材料发生膨胀，冷却后产生收缩，导致焊接件内部产生热应力。热应力的大小与焊接速度、热输入量、材料的热膨胀系数和导热功能有关。8.1.2相变应力部分金属在焊接过程中，由于温度变化，会发生相变，导致体积发生变化，从而产生相变应力。8.1.3焊接顺序和拘束条件焊接顺序和拘束条件会影响焊接应力和变形的分布。不合理的焊接顺序和拘束条件可能导致焊接应力集中和过大变形。8.2焊接应力与变形的控制方法为降低焊接应力和变形，可以采取以下控制方法：8.2.1优化焊接工艺参数合理选择焊接电流、电压、焊接速度和热输入量等工艺参数，以降低焊接过程中的热应力。8.2.2采用预加热和层间温度控制预加热可以减小焊接过程中的温差，降低热应力；控制层间温度，避免过快的冷却和加热，有利于减小焊接应力。8.2.3优化焊接顺序和拘束条件合理安排焊接顺序，避免焊接应力集中；合理设置拘束条件，减小焊接变形。8.2.4选择合适的焊接材料和方法选择热膨胀系数小、导热功能好的焊接材料，采用低应力、低变形的焊接方法。8.3焊后处理及矫正措施焊后处理和矫正措施对于减小焊接应力和变形具有重要意义。以下是一些建议的措施：8.3.1焊后热处理通过焊后热处理，可以消除部分残余应力，改善焊接接头的组织和功能。8.3.2机械矫正采用机械方法对焊接变形进行矫正，如敲击、拉伸、压缩等，使焊接件形状和尺寸达到要求。8.3.3焊接收缩补偿在焊接设计时，考虑焊接收缩，预留一定的收缩量，以减小焊接变形。8.3.4焊后冷却控制焊后冷却速度，减小热应力，避免产生新的焊接变形。通过以上措施，可以有效控制焊接应力和变形，提高焊接件的质量和功能。第9章焊接质量控制与检验9.1焊接质量标准与要求本节主要阐述焊接过程中所应遵循的质量标准与要求。焊接质量直接影响着焊接结构的可靠性、安全性和使用寿命，因此必须严格控制。9.1.1焊接质量标准(1)国家和行业标准：如GB、JB、HB等标准；(2)企业标准：根据企业实际情况制定；(3)设计文件：根据产品设计要求制定；(4)质量管理体系文件：如ISO9001等。9.1.2焊接质量要求(1)焊缝外观质量要求：焊缝表面应光滑、整齐，无裂纹、夹渣、气孔等缺陷；(2)焊缝内部质量要求：焊缝内部应无裂纹、未熔合、夹渣、气孔等缺陷；(3)焊接尺寸要求：焊缝尺寸应符合设计文件和标准规定；(4)焊接力学功能要求：焊接接头力学功能应满足设计要求；(5)焊接残余应力要求：焊接残余应力应控制在一定范围内，防止结构变形和应力腐蚀。9.2焊接缺陷的成因及分类本节主要介绍焊接过程中可能出现的缺陷及其成因，为焊接质量控制提供依据。9.2.1焊接缺陷成因(1)焊接材料因素：焊接材料质量不良、选用不当等；(2)焊接工艺因素：焊接电流、电压、速度等参数设置不当；(3)焊工操作因素：操作技能不足、操作不规范等；(4)环境因素：温度、湿度、风力等影响焊接质量；(5)金属材料因素：材料功能不良、热处理不当等。9.2.2焊接缺陷分类(1)外观缺陷：如咬边、焊瘤、飞溅等；(2)内部缺陷：如裂纹、未熔合、夹渣、气孔等；(3)尺寸缺陷：如焊缝超高、不足等；(4)力学功能缺陷：如强度不足、塑性