工艺复习.docx
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工艺复习
焊接方法及设备总复习
焊接方法及设备这部分可以分两大部分：
基础课和主课程。
基础课部分要掌握的有：
电工学中的欧姆定律、功率的概念等基本概念；弧焊电源的分类、应用及各种焊接方法的外特性、电焊机的安全电压等；电弧中要掌握的主要是各种熔滴过渡力的作用，电弧偏吹及解决办法；火焰技术在主课程部分的重点内容为气焊及气割的基本概念和应用；基础课程和主课程焊条电弧焊、气体保护焊、埋弧焊要求掌握各种焊接方法的基本过程、焊接保护形式、缺欠形式、填充材料标准等；电阻焊、其它焊接方法、热切割及坡口准备方法、热喷涂技术、焊接机器人、钎焊、塑料焊接、其它连接方法主要掌握基本概念、应用及相关标准。
1焊接概述包括：
焊接基本术语（ISO857）、ISO4063对焊接方法的分类及表示符号、各种焊接方法的焊接过程简介及适用范围
1.1氧乙炔火焰气焊（G；311）
应用范围：
主要用于非合金、低合金钢板和管材的焊接（也可用于铸铁的焊接）
板厚：
（约从0.8mm）至6mm
用于除立向下以外所有焊接位置的管道工程、车体结构、安装和修理等焊接。
1.2焊条电弧焊（E；111）
应用范围：
适用于全位置焊接，工件厚度3㎜以上的低碳钢、低合金钢和高合金钢的连接焊接及堆焊。
1.3钨极惰性气体保护焊（WIG；141）
应用范围：
适用于工件厚度0.5～4.0㎜范围内的钢及有色金属全位置连接焊接；以及堆焊。
①电网连接
②焊接电源
③电接电缆（电极）
④电接电缆（工件）
⑤工件夹
⑥保护气瓶（含压力表和流量计）
⑦保护气胶管
⑧焊枪
⑨焊丝
⑩工件
（11）钨极
1.4熔化极气体保护焊（MSG；MIG131/MAG135）
应用范围：
适于工件厚度0.6～100mm范围内的全位置连接焊接，以及堆焊。
①电网连接
②焊接电源
③焊枪电缆（电极）
④送丝系统
⑤保护气瓶（含压力表和流量计）
⑥焊接电源电缆（含丝电极）
⑦丝电极
⑧保护气胶管
⑨焊枪
⑩工件夹
（11）工件
（12）电源电缆（工件）
1.5埋弧焊（UP；12）
应用范围：
主要用于工件厚度8㎜以上的碳钢、低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置（包括船形位置）连接焊接；以及用带极堆焊高合金钢的堆焊层。
尤其在容器制造、钢结构、造船工业和车辆制造中获得了广泛的应用。
1.6电阻点焊（RP；21）
适用于工件厚度0.5～3.0㎜范围内的钢板或铝板焊接。
尤其适用于成批生产中。
1.7激光焊（LA；52）
应用范围：
它可用于几乎所有焊接，厚度从0.01~200mm。
1.8电子束焊（EB；51）
应用范围：
电子束可用于金属的焊接（一次焊接厚度可达300mm），也可用于表面处理和打孔等。
2电工学基础、弧焊电源：
2.1欧姆定律:
2.2功率及功率因数
有功功率P被转换成热量（电弧）或者机械功（马达）的功率，从电网中取出的有功功率是不可逆转的。
视在功率S电路中总电压和电流有效值之间的乘积定义为电路的视在功率。
无功功率Q理想电感元件虽然不消耗电能，但它与电源之间不断进行能量互换。
2.3焊接电源的分类
焊接变压器：
抽头式变压器、动铁芯式变压器、磁放大器式变压器
焊接整流器：
抽头式整流器、动铁芯式整流器、磁放大器式整流器、可控硅整流器、模拟式整流器
晶体管电源：
一次脉冲电源、二次脉冲电源（逆变电源）
焊接变流器：
三相电动发电机、内燃发电机
2.4电源外特性
外特性：
电源输出端电压、电流关系曲线。
外特性分为（主要的）：
下降外特性－焊条电弧焊、
平特性（恒压外特性）－CO2气体保护焊、
垂直陡降外特性（横流外特性）－钨极氩弧焊
静特性：
焊接过程中电弧两端电压电流关系曲线。
2.5电源安全
表1事故预防条例BGVD1（VBG15）空载电压规定值
空载电压
应用条件
电压种类
最大值
峰值（V）有效值
a较高的电气危险性
直流
交流
113
68
—
48
b一般的电气危险性
直流
交流
113
113
—
80
c一般的电气危险性及限制性使用
直流
交流
113
78
—
55
d焊枪机械化驱动
直流
交流
141
141
—
100
e等离子工艺方法
直流
交流
500
—
—
—
f潜水员水下作业
直流
交流
65
不允许
—
不允许
3电弧
3.1电弧是所有电弧焊接方法的能量载体。
3.2电弧中的带电粒子主要依靠气体空间中气体的电离和电极的电子发射产生。
3.3电弧区域组成：
阳极区温度可达4000℃、阴极区温度可达3600℃、弧柱区温度可达4500～20000℃
3.4熔滴过渡力的影响
——电磁收缩力
——短路爆破力
——细熔滴冲击力
——等离子流力
——斑点压力
——表面张力
3.5磁偏吹的产生及预防措施
磁场对电弧的影响
接线位置对电弧的影响
焊接位置对电弧的影响
铁磁体对电弧影响
4火焰技术：
气焊（31、311、312）、气割、火焰校正。
4.1火焰分为三种型式：
炭化焰（氧气:
乙炔＜1:
1）、中性焰（氧气:
乙炔＝1:
1）、氧化焰（氧气:
乙炔＞1:
1）
材料
乙炔过剩焰
中性焰
氧气过剩焰
铸铁
+
0
－
铜
－
+
－
黄铜
－
－
+
铝
+
0
－
钢
－
+
－
4.2气焊：
左焊法、右焊法
左焊法：
适用于板厚小于3mm的工件，右焊法：
适用于壁厚3mm以上件
4.3填充材料
标准EN12536（焊丝的化学成分组别见教材IWE）
例：
焊丝EN12536OⅢ
4.4火焰校正
火焰矫正要求材料有较高的塑性。
校正方式见教材IWE3.1.13/5-4/5
4.5火焰的其它应用：
预热、火焰硬化、火焰加热、火焰喷涂、表面处理
4.6切割
坡口标准ISO9692
可以使用机械加工或热切割工艺加工焊接坡口
热切割工艺按能源分类：
火焰、等离子、激光
不同钢材的火焰切割性
切割面质量要求ISO9013
切割面的质量等级将采用下列参数进行分等：
——直角和斜角误差u
——平均粗糙度RZ5
以下参数以目视进行判断：
——后拖量
——边缘熔化度r
切割面质量标记举例
例1：
ISO9013-231
按ISO9013标准，u为区域2，RZ5为区域3。
工件尺寸偏差为1级
例2：
（用文字描述）
ISO9013-342
按ISO9013标准，u为区域3，RZ5为区域4，工件尺寸偏差为2级
火焰切割质量的影响因素
影响火焰切割质量的影响因素主要包括：
气体（压力、流量、混合比、纯度、类型和温度等）、割嘴（结构、寿命和切割角度等）、机械装置（机器结构、寿命和切割速度等）和被切割材料（化学成分、厚度和尺寸精度等）
等离子切割的气体：
氧气、空气、氮气和氩气等
切割气体特性及应用：
——氩气+氢气切割高合金钢、有色金属（铝合金、钛、钼等）
——氮气切割高合金钢、铝、钛、铜
——氧气切割结构钢
——压缩空气切割结构钢、铬镍钢
——氩气+氮气切割铬镍钢
——氩气+氮气+氢气切割铬镍钢
——二氧化碳切割高合金钢
激光切割
适用范围：
对于焊接和切割等材料加工，主要采用CO2激光，而激光气是由45%CO2、13.5%N2和82%He组成的混合气体。
使用激光可切割金属材料、塑料、木材和陶瓷材料。
5焊条电弧焊（E、111）
5.1工艺特点
1）焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好；
2）可焊金属广泛；
3）待焊接头装配要求较低；
4）劳动条件差，熔敷速度慢，生产率低。
5.2暂载率
例工作周期包括焊接时间加间歇时间，弧焊电源的工作周期为10分钟，而电阻焊的工作周期为1分钟。
由上述的暂载率公式，可求出许用电流值：
IS=焊接电流ID=持续电流
带有下降特性的焊条电弧焊电源，通常它的暂载率规定为35%，60%和100%ED。
5.3保护型式：
气渣联合保护（气渣来源于焊条药皮）
5.4焊条
按药皮类型分为：
酸性药皮（A）、碱性药皮（B）、金红石药皮（R）、纤维素药皮（C），再烘干温度由药皮类型确定一般酸性焊条取70～150℃范围，最高250℃，烘焙l～l.5h，碱性焊条取300～400℃范围，保温l～2h。
酸性药皮和金红石型药皮——负极性（对应国内直流正接）
碱性和所有高合金钢焊条——正极性（对应国内直流反接）
药皮作用：
提高电弧的导电性、造渣、造气、脱氧及合金化
焊条药皮化学成分及性能：
1）形成渣壳物质（石英、液态材料）
2）造渣物质（二氧化锰、二氧化硅）
3）造气物质（纤维素、CaCO3）
4）稳弧剂（钾化合物、金红石）
2）渗合金剂（CrO2,Ti，Si，Ni粉等）
3）粘接剂（钾水玻璃、钠水玻璃）
重要焊条药皮类型主要特点
A—酸性：
形成细熔滴过渡，产生平滑焊缝。
酸性药皮焊条只在定位焊接中使用，有局限性，并且比其他类型药皮焊条更易受影响，而导致硬化裂纹。
B—碱性：
焊缝金属的冲击功比较高，特别是在低温状态下；比其他类型药皮更能抵抗裂纹的产生，其焊缝金属的高金属纯度可抗凝固裂纹，同时可减少冷裂纹的发生，在烘干状态下施焊时得到的焊缝金属的扩散氢含量低于其他类型，不超过可允许的上限H=15ml/100g焊缝金属。
通常碱性药皮焊条适用于除PG焊外的全位置焊接。
如果附加特殊成分，则适于PG焊。
C—纤维素：
由于强弧特性特别适用于立向下（PG）焊。
R—金红石：
粗大熔滴过渡，适于金属薄板的焊接。
适用于除立向下（PG）焊外的全位置焊接。
5.5填充材料（ISO2560-A碳钢和细晶粒钢焊条电弧焊用药皮焊条--分类体系标记）
例ISO2560-AE4631NiB54H5（灰色为强制部分）
ISO2560-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类；
E：
药皮焊条/焊条电弧焊；
46：
强度和延伸率（见表1）；
3：
冲击属性（见表2）；
1Ni：
全焊缝金属的化学成分（见表3）；
B：
焊条药皮类型（5.2焊条）；
5：
焊条熔敷率和电流种类（见表4）；
4：
焊接位置（见表5）；
H5：
氢含量（见表6）。
5.4典型的焊接参数举例
焊条直径与焊接电流的关系
直径（d）
2.0
2.5
3.2
4.0
5.0
6.0
长度（l）
250/300
350
350/450
350/450
450
450
电流I（A）
40～80
50～100
90～150
120～200
180～270
220～360
经验公式最小
（A）最大
20×d
40×d
30×d
50×d
35×d
60×d
5.5实例（母材S235t＝12）
ISO9606-1111PBWW01Bt12PAssnb
6气体保护焊
6.1气体保护焊的分类
6.2保护气体分类标准（ISO14175/EN439）
符号1）
气体
一般应用条件
备注
组别
数字代号
氧化性
惰性
还原
CO2
O2
Ar
He
H2
N2
R
1
2
其余2）
其余2）
>0~15
>15~35
TIG等离子焊根部保护
I
1
2
3
100
其余
100
>0~95
MIG、MAG、等离子焊，根部保护
M1
1
2
3
4
>0~5
>0~5
>0~5
>0~3
>0~3
其余2）
其余2）
其余2）
其余2）
>0~5
MAG
弱氧化性
强氧化性
M2
1
2
3
4
>5~25
>0~5
>5~25
>3~10
>3~10
>3~10
其余2）
其余2）
其余2）
其余2）
M3
1
2
3
>25~50
>5~50
>10~15
>10~15
其余2）
其余2）
其余2）
C
1
2
100
其余
>0~30
F
1
2
0~50
100
其余
等离子切割
根部保护
1）没有列入表中的特殊混合气体在组别符号前用符号S表示
2）氦气替代氩气可达95%
6.3非熔化极气体保护焊－钨极氩弧焊（TIG、141）
保护形式：
气体保护（氩气Ar，氦气He，氩气和氦气以及氢气H2的混合气体）
适用范围：
钨极惰性气体保护焊可以焊接钢和有色金属，适合所有位置上的焊接，较为经济的构件厚度是0.5mm到5mm，对于较厚工件，在焊接工艺上只用于打底焊接。
脉冲TIG焊特点：
优点：
较低的能量输入、在厚板焊接时具有良好的深/宽比、稳定的电弧、均匀的打底成形、
良好定位性、工件变形小、熔池容易控制、良好的弥隙性能；缺点：
焊接设备昂贵、参数调整较复杂
电极型式及各自特点：
纯钨极、钍钨极、铈钨极
保护气体对熔深的影响：
铝的TIG焊接
1）直流反接：
铝合金表面有大量氧化膜，使用直流反接可以利用阴极破碎作用在焊接时去处氧化膜减小产生气孔的倾向。
存在问题：
钨极温度较高，易烧损。
2）交流：
焊接时正半波时对熔化表面进行清理，负半波时钨极得到冷却。
3）TIG焊铝时易产生的缺欠及防止措施
TIG焊铝时产生缺陷及原因和避免措施
缺陷
原因
避免措施
焊缝表面无光泽，边缘不光滑，流动性不好
施焊部位及焊丝清理不够（没有金属光泽）
刷、磨、酸洗、喷砂处理
气孔
焊件不干净，有油、脂、漆或潮湿
清理干净，刷子是否干净
表面氧化，无光泽，流动性不好
氩气不纯，接头密封不严有空气进入，干伸长太长，氩气流太强
检查气路，焊枪倾斜，气体软管，加大喷嘴，注意氩气流量
白色烟雾，电极尖端氧化
氩气流量不够
背面氧化，咬边
根部及背面保护不够
深色残渣、气孔、电弧不稳
焊枪内水循环系统密封不严，枪内有冷凝水
检查焊枪，焊接间隙时关闭水阀，更换电极
电弧波动，金属蒸汽冲击，熔深较小
电极尖端未清理干净
填充材料标准（ISO636焊接填充材料―非合金钢及细晶粒钢钨极惰性气体保护焊的焊棒、焊丝）
例ISO636-AW463W3Si1
ISO636-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类；
W钨极惰性气保护焊
46强度和延伸率（见表1）
3冲击性能（表3）
W3Si1焊棒/焊丝的化学成分（见表2）
按照化学成分标记的焊丝，标记方式如下：
ISO636-AW3Si1
脉冲钨极惰性气体保护焊优点：
较小的能量输入、板厚较大时，焊缝的深宽比较理想、电弧更稳定、均匀的焊缝根部、适用于受限制位置、工件变形较小、焊接熔池形状较好、较好的间隙“搭桥”性。
热丝钨极惰性气体保护焊：
焊丝在进入熔池前将焊丝进行预热，减少了电弧熔化焊丝的能量，提高了填充熔敷效率和焊接速度，同时又保持有钨极惰性气体保护焊的高质量焊接，广泛用于表面堆焊或大厚板焊接。
实例：
材质:
1Cr18Ni9Ti（W11）、试件规格（mm）：
200x200x6（t06）
ISO9606-1141PBWW11wmt06PAssnb）
焊接位置示意图
电流类型与极性：
直流/电极接负极焊丝牌号：
H0Cr20Ni10Ti
钨极型号/规格（mm）：
WCe-20/φ2.5保护气体：
氩气，其纯度大于99.99％
喷嘴直径：
8～12mm喷嘴至试件距离：
8～12mm
层间温度：
≤60℃反变形量：
2°
主要焊接参数
焊道分布
焊接层次
焊丝规格/
mm
焊接电流
/A
电弧电压
/V
气体流量/（L/min）
正面
反面
打底焊
（1）
2.5
85～90
12～14
6～10
3～4
填充焊
（2）
90～100
0
6.4熔化极气体保护焊（135、131）
熔化极气体保护焊一般使用直流焊接电源，外特性曲线为平特性。
ΔI调节
熔滴过渡形式及调节（过渡形式的适用范围）
名称
熔滴过渡形式以及它的瞬时效果
标记
适用范围
短路过渡电弧（-焊接）
熔滴只在短路时过渡，熔滴均匀细小
k
适用于薄板焊接、对接坡口封底焊、空间位置
过渡电弧（-焊接）
部份短路过渡，部份非短路过渡，熔滴细至粗大
ü
在实际应用中与所采用的保护气体形式有关，一般用于PA和PB焊接位置的中厚度板的焊接
喷射过渡电弧（-焊接）
非短路过渡，均匀细熔滴
s
用中厚板多层焊和PA及PB角焊缝焊接
长弧（-焊接）
不规则短路过渡，大熔滴
l
脉冲过渡电弧（-焊接）
非短路过渡，熔滴均匀且大小可调
P
对于熔化极脉冲惰性气体保护焊，较低的基值电流不会使熔滴过渡，仅当脉冲电流强度提高时收缩效应增大，使熔滴过渡，实现了一个脉冲过渡一个熔滴
脉冲焊的特点：
优点：
良好的引弧性能、焊接参数对所焊工件的良好适应性、热输入量可保持最小、较粗焊丝可焊较薄工件、在整个脉冲功率调节区内飞溅少、焊缝的良好抗气孔性能、与直流焊相比对空间焊缝其熔化效率约高25%、良好的抗腐蚀性能；缺点：
焊接设备较昂贵、焊接设备的调整较复杂、导电咀寿命较短
MIG焊适用范围：
适用于有色金属的焊接（铝及铝合金、铜及铜合金、镍及镍合金）
MAG焊适用范围：
各种钢材
富Ar的混合气体在高的熔化效率下，飞溅比CO2气体保护少得多，使得焊后清理工作明显减少，由于这一突出特点，富Ar气体保护焊基本上用于机械化焊接。
填充材料标准（实芯焊丝ISO14341、药芯焊丝ISO17632）、
ISO14341:
2002焊接填充材料—非合金钢和细晶粒钢气体保护焊用实芯焊丝和熔敷金属—分类
例ISO14341-AG465MG3Si1
其中ISO14341-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类
G焊丝和/或熔敷金属/金属熔化极气体保护焊
46强度和延伸率（见表4）
5冲击性能（见表5）
M保护气体（见表7）
G3Si1焊丝的化学成分（见表3）
ISO17632:
2004焊接填充材料—非合金钢及细晶粒钢气体保护和自保护金属电弧焊用药芯焊丝—分类
例ISO17632-AT4631NiBM1H5（灰色为强制部分）
其中ISO17632-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类；
T表示药芯焊丝/金属电弧焊
46表示拉伸性能（见表4）
3表示47J的冲击性能，最低值（见表11）
1Ni全焊缝金属的化学成分（见表9）
B焊芯类型（见表12）
M保护气体（见表7）
1焊接位置（见表13）
H5氢含量（见表14）
焊接参数对熔化极气体保护焊焊接过程的影响：
1）电弧电压：
电流条件不变时，电弧电压增大时焊道成型宽而平坦，电弧电压降低时，焊道变成窄而深。
2）焊接电流、送丝速度：
当其它参数稳定时，焊接电流和送丝速度成线性关系。
当其它参数恒定不变时，焊接速度增加、送丝速度加快将导致焊缝熔深和金属熔敷率的增加。
3）极性：
熔化极气体保护焊通常采用直流负极性。
这种极性时，电弧稳定，熔滴过渡平稳，飞溅较低，焊缝成型较好和焊接参数调节范围较宽。
4）焊丝干伸长度：
焊丝干伸长度是导电嘴到焊丝端头的距离。
干伸长大约等于焊丝直径的10倍左右。
5）焊接速度：
6）焊枪角度
MIG/MAG焊的缺陷
——焊缝层间缺陷：
由于坡口角度、装配精度和前一焊道焊接的不足，会产生焊缝的层间缺陷。
——气孔：
气孔产生的原因包括：
由于焊枪问题、由于焊枪操作问题、空气、电弧偏吹、电弧过长、非金属夹杂物、焊丝和保护气体配合、工件表面的油、锈等、激光切割后的氮化物、气体排出时间不够。
——几何形状：
焊接操作失误或焊接参数调节不当可能造成焊缝表面缺陷。
实例：
材质：
S235（W01）、试件规格（mm）：
12（t12）
ISO9606-1135PBWW01wmt12PAssnb
坡口型式：
装配示意图：
坡口型式：
V型坡口60°±5°电流类型与极性：
直流反接法
反变形：
3～4°填充材料型号（牌号）：
H08Mn2SiA
错边量：
≤1mm保护气体：
CO2气体，其体积分数大于99.5％
主要焊接参数
焊道分布
焊层
焊丝直径/mm
焊接电流/A
电弧电压/V
气体流量/（L/min）
干伸长度/mm
打底焊
（1）
Φ1.0
90～95
18～20
10～12
10
Φ1.2
90～110
18～20
12～15
10
填充焊
（2）
Φ1.0
110～120
20～22
10～15
10～15
Φ1.2
220～240
24～26
15～20
10～15
盖面焊
（3）
Φ1.0
110～120
20～22
12～15
10～15
1Φ.2
230～250
25
15～20
10～15
7埋弧焊（UP、12）
7.1保护方式：
渣保护（渣来源于焊剂）
7.2埋弧焊特点：
1）熔敷速度高，焊接速度高，生产效率高；
2）焊接质量好，焊缝金属的性能容易通过焊剂和焊丝的选配调整，焊缝表面光洁，焊后无需修磨焊缝表面；
3）容易实现机械化自动化，
4）无辐射和噪音，是一种安全、绿色的焊接方法；
5）受焊接位置限制，常用于平焊和平角焊位置的焊接，不适合焊小、薄件；
6）不便观察，需要焊缝自动跟踪装置，对装配精度要求高，每层焊道焊接后必须清除焊渣；
7）设备一次性投资大，需采用辅助装置。
7.3埋弧焊分类和特点
1）按电源种类：
直流和交流
2）按电极数目：
单丝和多丝（并列双丝埋弧焊特点：
双丝，一个电源，一套控制系统；优点：
高的熔化效率，好的间隙搭接性，高的焊接速度。
纵列双丝埋弧焊特点：
二个焊丝，二个电源，两套控制系统；优点：
熔化效率高，焊接速度快，焊缝成形好，机械性能好。
带极埋弧焊特点：
带状电极，一个电源，一套控制系统；优点：
熔深小，较高的堆焊能力，稀释率低，堆焊表面光滑。
窄间隙埋弧焊特征：
单焊丝、单电源、一个控制系统；优点：
减少相同材料厚度改善应力状态；缺点：
对设备可靠性要求高、返修性差）
3）按电极形状：
丝极和带极
7.4埋弧焊参数对焊缝形状的影响
1）焊接电流对焊缝成形的影响
2）电弧电压对焊缝成形的影响
3）焊接速度对焊缝成形的影响
4）其它工艺参数对焊缝的影响：
在较低电弧电压下，增加焊丝伸出长度，焊道变窄，熔深减小，余高增加。
7.5埋弧焊的缺陷及防止措施
内部缺陷：
1）氢致冷裂纹
2）层状撕裂
3）热裂纹
4）气孔
5）夹渣
6）未焊透及未熔合
外部缺陷：
余高过大，表面凹陷，弧坑，咬边，根部凸起/根部凹陷
7.6埋弧焊焊剂的作用
1）改善电弧的导电性，使起弧容易，稳定电弧；
2）形成熔渣，保护过渡的熔滴，保护形成的熔池，覆盖在焊道上表面，避免焊缝的过快冷却；
3）对溶池产生冶金影响，在金属与渣之间，通过锰铁和硅铁反应脱氧；
4）掺
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