焊接技术与材料作业指导书

焊接技术与材料作业指导书TOC\o"1-2"\h\u19776第1章焊接基础理论 423631.1焊接过程及其物理化学现象 448511.1.1焦耳热效应 4237491.1.2熔池形成与维持 4108951.1.3气体保护 4242851.1.4焊接冶金反应 4191021.2焊接接头的形成与功能 421261.2.1焊接方法 5152551.2.2焊接材料 5202541.2.3焊接参数 5299711.2.4焊接接头设计 5265061.3焊接应力与变形控制 544331.3.1焊接顺序和工艺 5178891.3.2预热和后处理 5128541.3.3焊接接头设计优化 5123151.3.4焊接材料选择 52796第2章焊接材料 6259642.1焊材的分类与选用 671082.2电焊条 6212782.3焊丝与焊剂 6230682.4焊接用气体 618799第3章气体保护焊技术 631383.1气体保护焊原理及特点 6308033.1.1原理 686283.1.2特点 6315543.2TIG焊接 7210433.2.1原理 7134383.2.2特点 7252073.3MIG/MAG焊接 7315993.3.1原理 791023.3.2特点 732525第4章焊接方法及其应用 7107954.1硬钎焊与软钎焊 811364.1.1硬钎焊 8259674.1.2软钎焊 8110024.2气焊与电弧焊 8145764.2.1气焊 8273224.2.2电弧焊 871814.3高能束焊接 8263554.3.1激光焊接 843044.3.2电子束焊接 8158664.4其他焊接方法 858684.4.1压力焊 822334.4.2爆炸焊 891114.4.3超声波焊接 939984.4.4焊接方法的选择 911604第5章常用金属材料的焊接 9101825.1钢铁材料的焊接 948375.1.1碳钢的焊接 96635.1.2低合金钢的焊接 979375.1.3不锈钢的焊接 9192505.2铸铁的焊接 9139535.2.1灰铸铁的焊接 921415.2.2球墨铸铁的焊接 9279325.2.3蠕墨铸铁的焊接 10119915.3非铁金属的焊接 10237925.3.1铝及铝合金的焊接 10284685.3.2铜及铜合金的焊接 10162345.3.3钛及钛合金的焊接 1025524第6章焊接缺陷与检测 10313036.1焊接缺陷的产生与分类 1096476.1.1缺陷的产生 10106926.1.2缺陷的分类 10203676.2焊接缺陷的检测方法 11146536.2.1目视检测 11223866.2.2渗透检测 11260556.2.3磁粉检测 11204466.2.4涡流检测 1188366.2.5超声波检测 11182356.2.6射线检测 11217086.3焊接质量控制与评定 1110006.3.1焊接过程控制 11200586.3.2焊接质量评定 1125966.3.3焊接缺陷处理 11240906.3.4焊接质量记录 11552第7章焊接结构设计 11215957.1焊接结构设计原则 1220827.1.1结构合理性原则 12320917.1.2材料匹配原则 12319867.1.3焊接工艺适应性原则 12280577.1.4经济性原则 12260667.2焊接接头设计 1254537.2.1接头形式 1267457.2.2接头尺寸 12319827.2.3接头间隙 12152217.2.4减少应力集中 12232267.3焊接工艺参数选择 128477.3.1焊接方法选择 12290737.3.2焊接材料选择 12156727.3.3焊接电流、电压和焊接速度 13275627.3.4焊接顺序和方向 13281747.3.5焊接预热和后热处理 13143127.3.6焊接保护措施 1314522第8章焊接安全与防护 13263278.1焊接作业安全措施 13101678.1.1作业前准备 13114218.1.2现场安全管理 1330168.1.3焊接设备与工具安全 1359858.2焊接环境保护 13248898.2.1焊接烟尘与有害气体 13179088.2.2焊接噪声与振动 14308278.2.3焊接废弃物处理 1422438.3焊工个人防护 14172698.3.1防护装备 14264608.3.2防护措施 14312688.3.3应急处理 145894第9章焊接自动化与智能化 1437449.1焊接自动化技术 1449329.1.1自动化焊接概述 141189.1.2自动化焊接设备 14202779.1.3自动化焊接工艺 15186649.2焊接 15284639.2.1焊接概述 15129659.2.2焊接的类型及结构 15133289.2.3焊接的应用 15164749.3焊接智能化技术 15199799.3.1焊接智能化概述 1583829.3.2焊接智能化技术组成 15151089.3.3焊接智能化技术的应用 16256039.3.4焊接智能化技术的展望 1613502第10章焊接工艺规程与作业指导 16149510.1焊接工艺规程的编写 16546710.1.1焊接工艺规程概述 161442110.1.2编写焊接工艺规程的依据 16333110.1.3焊接工艺规程的内容 163266410.2焊接作业指导书 17657710.2.1焊接作业指导书概述 172734110.2.2焊接作业指导书的内容 173134810.3焊接工艺卡的制定与应用 172431410.3.1焊接工艺卡概述 172499910.3.2焊接工艺卡的制定 171864310.3.3焊接工艺卡的应用 17151110.4焊接工艺改进与优化 173028710.4.1焊接工艺改进与优化的目的 172863510.4.2焊接工艺改进与优化的方法 18765010.4.3焊接工艺改进与优化的实施 18第1章焊接基础理论1.1焊接过程及其物理化学现象焊接是一种常用的金属连接技术，其基本过程是利用局部加热的方法使金属材料熔化，并在一定压力或无压力的条件下，使熔化的金属与填充材料（如有需要）结合，冷却凝固后形成具有一定强度的焊接接头。焊接过程中涉及一系列物理化学现象，主要包括以下几个方面：1.1.1焦耳热效应焊接过程中，电流通过焊接电极与工件产生电阻加热，这种现象称为焦耳热效应。焦耳热效应是焊接过程中的主要热源，其大小与电流、电压、焊接速度及工件材料等因素有关。1.1.2熔池形成与维持在焊接过程中，高温使工件局部熔化形成熔池。熔池的形成与维持是焊接过程的关键，它直接影响焊接接头的质量。熔池的形态、大小和稳定性与焊接参数、工件材料及焊接方法有关。1.1.3气体保护气体保护焊接过程中，保护气体对熔池和焊接区域起到保护作用，防止氧化和其他有害气体侵入，从而保证焊接质量。选择合适的保护气体及控制气体流量是保证焊接质量的关键。1.1.4焊接冶金反应焊接过程中，熔池中的金属与填充材料、保护气体及空气中的气体发生一系列冶金反应。这些反应对焊接接头的功能有重要影响，如合金元素的烧损、气孔、夹杂等缺陷的产生。1.2焊接接头的形成与功能焊接接头是焊接过程中形成的金属连接部分，其功能直接影响着焊接结构的可靠性和使用寿命。焊接接头的形成与功能主要受到以下因素的影响：1.2.1焊接方法不同焊接方法具有不同的热输入和熔池形态，从而影响焊接接头的形成过程和功能。例如，熔化极气体保护焊、激光焊、电子束焊等高能量密度焊接方法可以获得较小热影响区和较高功能的焊接接头。1.2.2焊接材料焊接材料的选择对焊接接头的功能具有重要影响。填充材料应具有与基体金属相匹配的化学成分、力学功能和焊接功能，以保证焊接接头的质量。1.2.3焊接参数焊接参数包括焊接电流、电压、焊接速度、保护气体流量等，它们决定了焊接过程的热输入和熔池形态，进而影响焊接接头的形成与功能。1.2.4焊接接头设计合理的焊接接头设计可以降低焊接应力与变形，提高焊接接头的功能。接头设计应考虑焊缝位置、形状、尺寸等因素，以满足结构的使用要求和力学功能。1.3焊接应力与变形控制焊接过程中产生的焊接应力和变形对焊接结构的质量和使用功能有重要影响。为控制焊接应力和变形，可以采取以下措施：1.3.1焊接顺序和工艺合理安排焊接顺序和采用合适的焊接工艺，可以有效地减小焊接应力和变形。例如，对称焊接、分段焊接、跳焊等方法可以降低焊接应力与变形。1.3.2预热和后处理预热可以降低焊接过程中的温度梯度，减少焊接应力与变形。后处理如热处理、机械加工等可以消除残余应力和变形。1.3.3焊接接头设计优化合理的焊接接头设计可以降低焊接应力与变形。通过优化接头形状、尺寸和焊缝布局，可以有效地控制焊接应力和变形。1.3.4焊接材料选择选择具有较低热输入和较高焊接功能的焊接材料，可以减小焊接应力和变形。通过以上措施，可以有效地控制焊接应力和变形，保证焊接结构的质量和使用功能。第2章焊接材料2.1焊材的分类与选用焊接材料依据其物理形态、化学成分、焊接工艺及用途等特点，可分为多种类型。合理选用焊接材料是保证焊接质量的关键。焊材的选用应考虑以下因素：母材类型、焊接方法、接头设计、使用功能要求及施工条件等。2.2电焊条电焊条是手工电弧焊接中常用的焊接材料，由焊条芯和焊条药皮组成。焊条芯负责提供填充金属，而焊条药皮具有保护焊接区、稳定电弧及改善焊接功能的作用。根据不同的焊接需求，电焊条可分为碳钢电焊条、不锈钢电焊条、铝合金电焊条等。2.3焊丝与焊剂焊丝与焊剂是气体保护焊接中常用的焊接材料。焊丝分为实心焊丝和药芯焊丝，用于提供填充金属。焊剂则用于保护焊接区、稳定电弧及调整化学成分。焊丝与焊剂的选用需根据母材类型、焊接工艺及功能要求进行。2.4焊接用气体焊接用气体在焊接过程中起保护作用，防止熔池金属与空气中的氧气、氮气等发生反应，从而提高焊接质量。常用的焊接气体有二氧化碳、氩气、氧气、氮气等。根据焊接方法及工艺要求，可选择单一气体或混合气体作为焊接用气体。在选择焊接气体时，应考虑气体纯度、流量及配比等因素。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，保护气体能够隔绝空气中的氧、氮等有害气体，防止其对熔池金属的侵蚀，从而保证焊缝质量。3.1.2特点（1）焊接质量好：气体保护焊焊缝成型美观，熔深适中，焊缝力学功能好，焊接变形小。（2）操作简便：气体保护焊设备简单，操作方便，易于实现自动化。（3）适用范围广：气体保护焊可适用于多种材料的焊接，如碳钢、不锈钢、铝合金等。（4）生产效率较高：气体保护焊具有较高的焊接速度，适用于中厚板焊接。3.2TIG焊接3.2.1原理TIG焊接（钨极氩弧焊）是利用钨极产生的电弧加热工件，同时用惰性气体氩气进行保护的一种焊接方法。3.2.2特点（1）焊接质量高：TIG焊接焊缝成型美观，焊缝质量高，力学功能好。（2）适用材料广泛：TIG焊接可适用于各种金属和合金的焊接。（3）焊接速度适中：TIG焊接速度相对较慢，但可以通过多道焊提高生产效率。3.3MIG/MAG焊接3.3.1原理MIG焊接（金属极惰性气体保护焊）和MAG焊接（金属极活性气体保护焊）是利用金属电极产生的电弧加热工件，同时用保护气体进行保护的一种焊接方法。两者的区别在于所使用的保护气体不同，MIG焊接使用惰性气体，而MAG焊接使用活性气体。3.3.2特点（1）焊接质量好：MIG/MAG焊接焊缝成型美观，熔深适中，焊缝力学功能好。（2）生产效率高：MIG/MAG焊接具有较高的焊接速度，适用于中厚板和大直径管材的焊接。（3）适用材料广泛：MIG/MAG焊接可适用于多种材料的焊接，如碳钢、不锈钢、铝合金等。（4）操作简便：MIG/MAG焊接设备简单，操作方便，易于实现自动化。第4章焊接方法及其应用4.1硬钎焊与软钎焊4.1.1硬钎焊硬钎焊是指采用熔点较高的钎料（填充金属）进行的焊接方法。其钎焊温度通常高于钎料的液相线温度，但低于基体金属的熔点。硬钎焊适用于各种金属和合金的焊接，具有强度高、气密性好、耐腐蚀性强等特点。4.1.2软钎焊软钎焊是采用熔点较低的钎料进行的焊接方法，钎焊温度通常低于钎料的液相线温度。软钎焊适用于电子、电器、汽车等行业，其优点是操作简便、焊接速度快、对基体金属的热影响小。4.2气焊与电弧焊4.2.1气焊气焊是利用氧乙炔火焰为热源的焊接方法，适用于低碳钢、中低合金钢、不锈钢等材料的焊接。气焊具有设备简单、操作方便、适应性强等特点。4.2.2电弧焊电弧焊是利用电弧为热源的焊接方法，包括手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等。电弧焊具有焊接质量好、效率高、适用范围广等优点。4.3高能束焊接4.3.1激光焊接激光焊接是利用激光束作为热源的焊接方法，具有能量密度高、热影响区小、焊接速度快、可控性好等特点，适用于高精度、高要求的焊接场合。4.3.2电子束焊接电子束焊接是利用高速运动的电子束撞击工件产生热量的焊接方法，具有能量密度高、焊接速度快、焊缝深宽比大等优点，适用于难熔金属、异种金属的焊接。4.4其他焊接方法4.4.1压力焊压力焊是利用外部压力使焊接接头达到紧密接触并产生塑性变形，从而使接头形成焊接的方法。包括摩擦焊、电阻焊、扩散焊等。4.4.2爆炸焊爆炸焊是利用爆炸产生的瞬间高压和高速冲击波，使金属之间产生高速碰撞并形成焊接的方法。适用于特殊金属、异种金属的焊接。4.4.3超声波焊接超声波焊接是利用超声波振动使金属接触面产生高频振动，使接触面氧化膜破裂，达到原子间结合的焊接方法。适用于塑料、金属等材料的焊接。4.4.4焊接方法的选择根据工件的材料、结构、功能要求及生产条件等因素，合理选择焊接方法，以保证焊接质量、提高生产效率、降低成本。第5章常用金属材料的焊接5.1钢铁材料的焊接5.1.1碳钢的焊接碳钢是工业应用最广泛的钢铁材料，其焊接功能较好。焊接碳钢时，应根据碳钢的碳含量、合金元素及使用要求选择合适的焊接方法和填充材料。常用的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、激光焊等。5.1.2低合金钢的焊接低合金钢具有良好的力学功能和耐腐蚀功能，焊接时应注意控制热输入和焊缝成形。常用的焊接方法有手工电弧焊、气体保护焊、埋弧焊等。根据低合金钢的成分和功能要求，选择合适的焊接材料和工艺参数。5.1.3不锈钢的焊接不锈钢具有较好的耐腐蚀功能，焊接时应注意防止晶间腐蚀和应力腐蚀。常用的焊接方法有氩弧焊、电弧焊、激光焊等。根据不锈钢的牌号和功能要求，选择合适的焊接材料和保护气体。5.2铸铁的焊接5.2.1灰铸铁的焊接灰铸铁具有较高的强度和良好的铸造功能，但焊接功能较差。焊接灰铸铁时，应选择抗裂功能良好的焊接材料，如镍基焊丝、钴基焊丝等，并采用预热、控制焊接速度和热输入等工艺措施。5.2.2球墨铸铁的焊接球墨铸铁具有高强度、高韧性和良好的耐磨性，焊接功能较灰铸铁有所改善。焊接球墨铸铁时，应选择专用焊丝，如镍基焊丝、铜基焊丝等，并采取预热、控制热输入等工艺措施。5.2.3蠕墨铸铁的焊接蠕墨铸铁具有高强度、高塑性和良好的焊接功能。焊接蠕墨铸铁时，可选择与母材成分相近的焊丝，如镍基焊丝、铁素体焊丝等，并注意控制焊接速度和热输入。5.3非铁金属的焊接5.3.1铝及铝合金的焊接铝及铝合金具有轻质、高强度、良好的导热功能等特点，焊接时应注意防止氧化和热裂纹。常用的焊接方法有氩弧焊、激光焊、电阻焊等。根据铝及铝合金的牌号和功能要求，选择合适的焊接材料、保护气体和工艺参数。5.3.2铜及铜合金的焊接铜及铜合金具有优良的导电导热功能和良好的焊接功能。焊接铜及铜合金时，可选择手工电弧焊、气体保护焊、激光焊等方法。根据铜及铜合金的成分和功能要求，选择合适的焊接材料和工艺参数。5.3.3钛及钛合金的焊接钛及钛合金具有高强度、低密度、良好的耐腐蚀功能等特点，焊接时应注意防止氧化和氮化。常用的焊接方法有氩弧焊、激光焊、电子束焊等。根据钛及钛合金的牌号和功能要求，选择合适的焊接材料、保护气体和工艺参数。第6章焊接缺陷与检测6.1焊接缺陷的产生与分类6.1.1缺陷的产生焊接过程中，由于多种因素的影响，可能导致焊接接头中出现不连续、不完整或功能降低的区域，即焊接缺陷。这些缺陷可能源于焊接材料、焊接方法、焊接参数、工件准备状态以及环境条件等。6.1.2缺陷的分类焊接缺陷主要包括以下几种类型：（1）体积缺陷：如气孔、夹杂物、裂纹等；（2）表面缺陷：如咬边、焊瘤、凹陷等；（3）形状缺陷：如未焊透、未熔合、焊缝形状不良等；（4）组织缺陷：如晶粒粗大、偏析等；（5）功能缺陷：如硬度偏低、强度不足等。6.2焊接缺陷的检测方法6.2.1目视检测通过肉眼或低倍放大镜对焊接接头表面进行观察，以发觉表面缺陷。6.2.2渗透检测利用渗透剂在缺陷处的渗透和染色，通过显影剂显示缺陷的方法。6.2.3磁粉检测利用磁性粉末在磁场作用下聚集于缺陷处，从而显示缺陷的方法。6.2.4涡流检测通过涡流传感器检测焊接接头表面及近表面的缺陷。6.2.5超声波检测利用超声波在材料中的传播特性，检测焊接接头内部的缺陷。6.2.6射线检测利用射线穿过材料时受到的衰减，检测焊接接头内部的缺陷。6.3焊接质量控制与评定6.3.1焊接过程控制在焊接过程中，严格控制焊接材料、焊接方法、焊接参数等，以减少焊接缺陷的产生。6.3.2焊接质量评定依据相关标准和规范，对焊接接头进行外观检查、无损检测、力学功能测试等，以评定焊接质量。6.3.3焊接缺陷处理针对检测出的焊接缺陷，采取相应的处理措施，如补焊、修整、更换等，以保证焊接质量。6.3.4焊接质量记录对焊接过程、检测及评定结果进行记录，为焊接质量的追溯和分析提供依据。第7章焊接结构设计7.1焊接结构设计原则7.1.1结构合理性原则焊接结构设计应遵循合理性原则，保证焊接构件在使用过程中具有良好的力学功能和耐久性。结构布局应简洁、合理，避免应力集中现象。7.1.2材料匹配原则焊接结构设计时应充分考虑材料的焊接功能，选择与母材相匹配的焊接材料，保证焊接接头具有良好的力学功能和焊接质量。7.1.3焊接工艺适应性原则根据焊接结构的特点和施工条件，选择合适的焊接方法、工艺参数和设备，以保证焊接质量。7.1.4经济性原则在满足结构功能和使用要求的前提下，力求降低成本，提高生产效率。7.2焊接接头设计7.2.1接头形式根据焊接结构的使用条件和受力特点，选择合适的接头形式，如对接接头、角接接头、搭接接头等。7.2.2接头尺寸根据焊接方法和焊接工艺要求，确定接头的尺寸，保证焊接过程中熔池稳定，焊缝成型良好。7.2.3接头间隙合理设置接头间隙，以利于焊接过程中的熔池形成和焊缝成型。7.2.4减少应力集中在接头设计时，应尽量减少应力集中现象，如采用圆滑过渡、增大圆角半径等。7.3焊接工艺参数选择7.3.1焊接方法选择根据焊接结构的特点、材料功能、施工条件等因素，选择合适的焊接方法，如手工电弧焊、气体保护焊、激光焊等。7.3.2焊接材料选择根据母材功能和焊接方法，选择相应的焊接材料，保证焊接接头功能。7.3.3焊接电流、电压和焊接速度合理选择焊接电流、电压和焊接速度，以保证焊缝成型良好、焊接质量稳定。7.3.4焊接顺序和方向根据焊接结构的特点和应力分布，制定合理的焊接顺序和方向，降低焊接残余应力。7.3.5焊接预热和后热处理根据材料功能和焊接要求，确定是否需要预热和后热处理，以及相应的温度和时间。7.3.6焊接保护措施在焊接过程中采取有效的保护措施，防止焊接区域受到氧化、污染等影响，保证焊接质量。第8章焊接安全与防护8.1焊接作业安全措施8.1.1作业前准备在进行焊接作业前，应充分了解和掌握焊接工艺要求，熟悉作业现场环境。保证所有设备、工具及安全设施完好，并按照相关规定进行检查。8.1.2现场安全管理（1）焊接作业现场应设立明显的安全警示标志，禁止非作业人员进入。（2）严格执行焊接作业许可制度，保证作业人员具备相应的焊接作业资质。（3）作业现场应保持通风良好，避免可燃气体、蒸汽和粉尘积聚。8.1.3焊接设备与工具安全（1）焊接设备应定期检查、维护，保证设备功能良好。（2）焊接电缆应无破损、短路等现象，避免因电缆故障引发安全。（3）焊接工具应满足焊接工艺要求，防止因工具问题导致焊接质量下降或安全发生。8.2焊接环境保护8.2.1焊接烟尘与有害气体（1）采取有效措施，如使用通风设备、排烟系统等，降低焊接烟尘和有害气体对作业人员的危害。（2）选用低烟尘、低有害气体的焊接材料，减少对环境的影响。8.2.2焊接噪声与振动（1）选用低噪声、低振动的焊接设备，降低作业现场噪声和振动对作业人员的危害。（2）对焊接设备进行定期检查和维护，保证设备运行平稳，降低噪声和振动。8.2.3焊接废弃物处理（1）严格按照国家相关规定，对焊接废弃物进行分类、收集、运输和处理。（2）避免焊接废弃物对环境造成污染，保证废弃物处理达到环保要求。8.3焊工个人防护8.3.1防护装备（1）焊工应穿戴符合国家标准的防护服、防护鞋、防护手套等。（2）根据焊接作业类型，选择合适的防护眼镜、面罩、耳塞等防护用品。8.3.2防护措施（1）焊工在作业过程中应保持注意力集中，遵守焊接作业规程。（2）严禁在焊接作业现场吸烟、饮食，避免接触有害物质。（3）定期进行职业健康检查，保证焊工身体健康。8.3.3应急处理（1）焊工应掌握基本的急救知识和技能，以便在发生意外时进行自救和互救。（2）熟悉作业现场的安全逃生路线和紧急撤离程序，提高应对突发的能力。第9章焊接自动化与智能化9.1焊接自动化技术9.1.1自动化焊接概述自动化焊接技术是指采用自动化设备、仪器和程序控制系统，完成焊接过程中的各项任务。它包括焊接参数的自动控制、焊接路径的自动规划、焊接设备的自动调节等功能。9.1.2自动化焊接设备（1）自动化焊接电源（2）自动化焊接机械装置（3）自动化焊接控制系统9.1.3自动化焊接工艺（1）气体保护焊自动化（2）激光焊自动化（3）电子束焊自动化（4）电阻焊自动化9.2焊接9.2.1焊接概述焊接是一种具有焊接功能的工业，能够在焊接过程中实现高精度、高效率和高质量焊接。9.2.2焊接的类型及结构（1）直角坐标型焊接（2）圆柱坐标型焊接（3）球坐标型焊接（4）关节坐标型焊接9.2.3焊接的应用（1）汽车制造业（2）船舶制造业（3）航空航天领域（4）其他领域9.3焊接智能化技术9.3.1焊接智能化概述焊接智能化技术是指将人工智能、传感器技术、信息处理技术等应用于焊接过程，实现对焊接过程的实时监测、智能控制和优化。9.3.2焊接智能化技术组成（1）智能传感器技术（2）智能控制技术（3）数据处理与分析技术（4）焊接过程模拟与优化技术9.3.3焊接智能化技术的应用（1）焊接缺陷检测与识别