切割与焊接常用知识讲义.docx
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切割与焊接常用知识讲义
建设工程技术与计量（安装）-切割与焊接常用知识讲义
一.内容提要
这节课主要介绍第二章第一节切割与焊接、第二节焊接接头、坡口及组对和第三节常用焊接设备及材料。
二.重点.难点
熟悉安装工程常用的焊接施工工艺及相关规范的基本内容；常用切割方法的特点及应用范围；焊接方法的分类、特征及选择。
三.内容讲解
大纲要求：
熟悉安装工程常用的焊接施工工艺及相关规范的基本内容。
第二章施工技术基础知识
第一节切割与焊接
一、切割
按照金属切割过程中加热方法的不同大致可以把切割方法分为火焰切割、电弧切割和冷切割三类。
（一）火焰切割
按加热气源的不同，分为以下几种：
1、气割
2、液化石油气切割
气割所用的可燃气体主要是乙炔、液化石油气和氢气。
气割过程是预热—燃烧—吹渣过程，但并不是所有金属都能满足这个过程的要求，只有符合下列条件的金属才能进行气割：
（1）金属在氧气中的燃烧点应低于其熔点；
（2）气割时金属氧化物的熔点应低于金属的熔点；
（3）金属在切割氧流中的燃烧应是放热反应；
（4）金属的导热性不应太高；
（5）金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要少。
符合上述条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢以及钛等。
3、氢氧源切割
4、氧熔剂切割
例：
氧—燃气切割金属时，金属氧化物熔点（）。
A．要高于金属熔点 B．要低于金属熔点
C．要等于金属熔点 D．没有具体要求
答案：
B
例：
03考题：
可以用气割方法切割的金属材料包括（ ）。
A．低碳钢 B．中碳钢 C.钛 D．铝
答案：
ABC
（二）电弧切割
电弧切割接生成电弧的不同可分为：
等离子弧切割、碳弧气割。
1、等离子弧切割
等离子弧切割过程不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料，因而比氧化切割方法的适用范围大得多，能够切割绝大部分金属和非金属材料。
等离子弧切割方法除一般型外，派生的型式有水再压缩等离子弧切割、空气等离子弧切割或水再压缩空气等离子弧切割方法。
一般型等离子弧切割可采用转移型电弧或非转移型电弧。
非转移型电弧适宜于切割非金属材料，切割金属材料通常采用转移型电弧。
2、碳弧气割
电弧切割的适用范围及特点为：
（1）对焊缝进行清根，生产效率高，尤其对在仰焊和立焊位置进行焊缝清根。
（2）用来加工焊缝坡口，特别适用于开U形坡口。
（3）使用方便，操作灵活。
（4）清除不合格焊缝中的缺陷，然后进行修复。
也可以清理铸件的毛边、飞刺、浇铸冒口及铸件中的缺陷。
（5）加工多种不能用气割加工的金属，如铸铁、高合金钢、铜和铝及其合金等，对有耐腐蚀要求的不锈钢一般不采用此种方法切割。
（6）设备、工具简单，操作使用安全。
（7）利用碳弧气割切割方法可能产生的缺陷有夹碳、粘渣、铜斑、割槽尺寸和形状不规则等。
例：
利用碳弧气割切割方法可能产生的缺陷有（）。
A、夹碳
B、裂纹
C、粘渣
D、铜斑
E、割槽尺寸和形状不规则
答案：
ACDE
（三）冷切割
切割后工件相对变形小的切割方法有：
1、激光切割
2、水射流切割
二、焊接
按照焊接过程中金属所处的状态及工艺的特点，可以将焊接方法分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。
例：
在焊接过程中，按照接头的形式可采用（）。
A、错接 B、对接 C、搭接 D、角接
答案：
BCD
（一）熔化焊
1、气焊
气焊主要应用于薄钢板、低熔点材料（有色金属及其合金）、铸铁件和硬质合金刀具等材料的焊接，以及磨损、报废车件的补焊、构件变形的火焰矫正等。
2、电弧焊
手工电弧焊可以进行平焊、立焊、横焊和仰焊等多位置焊接。
另外由于电弧焊设备轻便，搬运灵活，可以在任何有电源的地方进行焊接作业。
适用于各种金属材料、各种厚度和各种结构形状的焊接。
埋弧焊一般只适用于平焊位置，不适于焊接厚度小于1mm的薄板。
由于埋弧焊熔深大，生产率高，机械化操作的程度高，因而适于焊接中厚板结构的长焊缝。
埋弧焊能焊的材料已从碳素结构钢发展到低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等以及某些有色金属，如镍基合金、钛合金和铜合金等。
例：
03考题：
在电弧焊中，具有熔深大、生产率高、机械化程度高，适宜于焊接中厚板结构的长焊缝，此种焊接方法为（ ）。
A．等离子弧焊 B．压力焊 C．钎焊 D．埋弧焊
答案：
D
3、气电焊
用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊称为气体保护电弧焊，简称气电焊。
气电焊通常按照电极是否熔化和保护气体不同，分为不熔化极（钨极）惰性气体保护焊和熔化极气体保护焊，氧化混合气体保护焊、CO2气体保护焊和管状焊丝气体保护焊。
从被焊件材质上看，CO2气体保护焊可以焊接碳钢和低合金钢；从焊接位置上看，可以进行全位置焊接，也可以进行平焊、横角焊及其他空间位置的焊接。
钨极惰性气体保护焊可用于几乎所有金属和合金的焊接，但由于其成本较高，通常多用于焊接铝、镁、钛和铜等有色金属，以及不锈钢和耐热钢等。
钨极惰性气体保护焊所焊接的板材厚度范围，从生产率考虑以3mm以下为宜。
对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件（如压力容器及管道），为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。
熔化极气体保护除具备不熔化极气体保护焊的主要优点（可进行各种位置的焊接；适用于有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢绝大多数金属的焊接）外，同时也具有焊接速度较快，熔敷效率较高等优点。
4、等离子弧焊
等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和堆焊。
能够焊接更细、更薄（如1mm以下极薄金属的焊接）的工件。
5、电渣焊
电渣焊可以焊接各种碳素结构钢、低合金高强度钢、耐热钢和中合金钢，现已广泛应用于锅炉、压力容器、重型机械、冶金设备和船舶等的制造中。
另外，用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。
6、激光焊
激光焊可以焊接各种金属材料和非金属材料如碳钢、硅钢、铝和钛等金属及其合金、钨、钼等难熔金属及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。
特别适于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件，适于焊接厚度小于0.5mm的薄板、直径小于0.6mm的金属丝。
7、电子束焊
电子束焊设备复杂，价格贵，使用维护要求高；焊件装配要求高，尺寸受真空室大小限制；需防护X射线。
电子束焊可以用来焊接绝大多数金属及合金以及要求变形小、质量高的工件等。
目前电子束焊已广泛应用于精密仪器、仪表和电子工业等。
例：
1、在电弧焊中，能够较容易焊接1mm以下极薄金属板的焊接方法有（）。
A、手弧焊
B、埋弧焊
C、熔化极气体保护焊
D、等离子弧焊
答案：
D
2、等离子弧切割过程的完成是依靠（）。
A、熔化
B、燃烧
C、氧化反应
D、气化
答案：
A
（二）压力焊
1、电阻焊
电阻焊方法主要有四种，即点焊、缝焊、凸焊和对焊。
点焊适用于可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。
缝焊广泛应用于油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。
凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。
板件凸焊最适宜的厚度为0．5－4mm。
2、超声波焊
超声波焊接原则上适于焊接大多数热塑性塑料。
例：
属于电阻焊的有（）。
A、点焊
B、缝焊
C、压力焊
D、凸焊
E、对焊
答案：
ABDE
（三）钎焊
1、火焰钎焊
火焰钎焊适于碳素钢、铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。
氧乙炔焰是常用的火焰。
2、电阻钎焊
电阻钎焊分为直接加热及间接加热两种方式。
间接加热电阻钎焊适宜于热物理性能差别较大和厚度差别较大焊件的钎焊。
3、感应钎焊
感应钎悍的特点是加热快、效率高、可进行局部加热，且容易实现自动化。
按照保护方式可以分为空气中感应钎焊、保护气体中感应钎焊和真空中感应钎焊。
例：
对于短缝焊接，特别是对一些难以达到部位的焊接可选用（）。
A．手弧焊B．等离子弧焊C．电渣焊D．埋弧焊
答案：
A
第二节焊接接头、坡口及组对
一、焊接接头的分类方法及基本类型
（一）焊接接头的分类方法
焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区及其相邻的母材组成。
焊接接头主要起两方面作用，一是连接作用，二是传力作用。
（二）焊接接头的基本类型
按焊接方法不同，焊接接头可以分为熔焊接头、压焊接头和钎焊接头三大类。
焊接接头的基本类型可归纳为5种，即对接接头、T形（十字）接头、搭接接头、角接接头和端接接头。
上述五类接头基本类型都适用于熔焊，一般压焊（高频电阻焊除外），都采用搭接接头，个别情况才采用对接接头；高频电阻焊一般采用对接接头，个别情况才采用搭接接头。
钎焊连接的接头也有多种形式，一种分类方法将其分为四种，即搭接接头，T形接头，套接接头，舌形与槽形接头。
例：
03考题：
在下述焊接接头构造形式中，属于基本类型的有（ ）。
A．T形接头 B．盖板接头 C．搭接接头 D．套管接头
答案：
AC
二、熔焊接头与坡口
对接接头是熔焊中受力比较理想的接头形式，为保证焊接质量、减少焊接变形和焊接材料消耗，需把被焊工件的边缘加工成各种形式的坡口，进行坡口对焊。
熔焊接头的坡口根据其形状的不同，可分为基本型、混合型和特殊型三类。
基本型坡口主要有以下几种：
I形坡口；V形坡口；单边V形坡口；U形坡口；J形坡口等。
特殊型坡口主要有卷边坡口；带垫板坡口；锁边坡口；塞、槽焊坡口等。
三、焊接接头的选择原则
为正确合理的选择焊接接头的类型、坡口形状和尺寸，主要应综合考虑以下几个方面：
（1）设计要求：
保证接头满足使用要求；
（2）焊接的难易与焊接变形：
焊接容易实现，变形能够控制；
（3）焊接成本：
接头准备和实际焊接所需费用低；
（4）施工条件：
制造施工单位具备完成施工要求所需的技术、人员和设备条件。
四、管材的坡口与组对
（一）管材的坡口
1、管材的坡口
管材的坡口有以下几种形式：
I形坡口、V形坡口和U形坡口。
（1）I形坡口。
I形坡口适用于管壁厚度在3.5mm以下的管口焊接。
（2）V形坡口。
V形坡口适用于中低压钢管焊接，坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右。
（3）U形坡口。
U形坡口适用于高压钢管焊接。
2、坡口的加工方法
坡口的加工方法一般有以下几种：
（1）低压碳素钢管公称直径等于或小于50mm的，采用手提砂轮磨坡口；直径大于50mm的，用氧乙炔切割坡口，然后用手提砂轮机打掉氧化层并打磨平整；
（2）中压碳素钢管、中低压不锈耐酸钢管和低合金钢管以及各种高压钢管，用车床加工坡口；
（3）有色金属管，用手工挫坡口。
（二）接头组对
焊接前手工清理坡口毛刺，管件坡口用砂布打光。
不锈钢管焊缝两侧分别涂100mm长白垩粉，并用丙酮洗净油污。
铬钼钢管管壁厚≥6mm时，焊前应当预热。
铜、铝管用砂布打去坡口内外氧化膜，用丙酮清洗，氧乙炔预热。
（三）焊接方式
焊接方式，无论是气焊或电弧焊接，按其操作位置不同，焊接的结构形式可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种情况。
钢管焊接的结构形式为对接焊及角接焊，即在一个焊口中往往平、立、横、仰四种方式都用到。
第三节常用焊接设备及材料
一、焊接材料
（一）手工电弧焊焊接材料
1、焊条的组成
焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极。
它是由药皮和焊芯两部分组成。
（l）焊芯。
焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。
焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝。
焊接时，焊芯有两个作用：
一是传导焊接电流，产生电弧把电能转换成热能；二是焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝。
用于焊接的专用钢丝可分为碳素结构钢钢丝、合金结构钢钢丝和不锈钢钢丝三类。
（2）药皮。
压涂在焊芯表面的涂层称为药皮。
在光焊条外面涂一层由各种矿物等组成的药皮，能使电弧燃烧稳定，焊缝质量得到提高。
药皮中要加入一些还原剂，使氧化物还原，以保证焊缝质量。
由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损（氧化或氮化），这样会使焊缝的机械性能降低。
通过在焊条药皮中加人铁合金或纯合金元素，使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能。
改善焊接工艺性能使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。
总之，药皮的作用是保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能，并使焊条具有良好的焊接工艺性能。
例：
03考题：
为防止焊接过程中合金元素的烧损，应在电焊条的药皮中加入的成分为（ ）。
A．氧化剂 B．还原剂 C．酸性氧化物 D．碱性氧化物
答案：
B
2、焊条的分类
（l）按焊条的用途分：
l）低碳钢和低合金高强度钢焊条（简称结构钢焊条）。
2）不锈钢焊条。
3）堆焊焊条。
4）低温钢焊条。
5）铸铁焊条。
6）镍及镍合金焊条。
7）铜及铜合金焊条。
8）铝及铝合金焊条。
（2）按焊条药皮熔化后的熔渣特性分：
l）酸性焊条。
一般用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构。
2）碱性焊条。
碱性熔渣的脱氧较完全，又能有效地消除焊缝金属中的硫，合金元素烧损少，所以焊缝金属的机械性能和抗裂性均较好，可用于合金钢和重要碳钢结构的焊接。
3、焊条的选用
通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、机械性能。
焊接性和工作环境（有无腐蚀介质、高温或是低温）等要求，以及焊接结构的形状。
受力情况和焊接设备（是否有直流电焊机）等方面进行综合考虑，以决定选用哪种焊条。
在选用焊条时应注意下列原则：
（l）焊件的机械性能、化学成分。
低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度等级来选用相应强度的焊条。
在焊条的强度确定后再决定选用酸性还是碱性焊条时，主要决定于焊接结构具体形状的复杂性，钢材厚度的大小，焊件载荷的情况（静载还是动载）和钢材的抗裂性以及得到直流电源的难易等。
一般来说，对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝都应选用碱性焊条；当受某种条件限制而无法清理低碳钢焊件坡口处的铁锈。
油污和氧化皮等脏物时，应选用对铁锈、油污和氧化皮敏感性小和抗气孔性能较强的酸性焊条。
异种钢的焊接如低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条。
（2）焊件的工作条件及使用性能。
珠光体耐热钢一般选用与钢材化学成分相似的焊条，或根据焊件的工作温度来选取。
（3）简化工艺、提高生产率和降低成本。
例：
03考题：
焊接低、中碳钢和低合金钢构件时，当其受力情况复杂时，宜选用焊条是（ ）。
A．与钢材强度相等的焊条 B．比钢材强度高一级的焊条
C．比钢材强度低一级的焊条 D．与钢材化学成分相同的焊条
答案：
C
4、焊接参数的选择方法
电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等。
（1）焊条直径的选择。
焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素。
在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择大直径的焊条。
（2）焊接电流的选择。
主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。
（3）电弧电压的选择。
电弧电压是由电弧长来决定。
电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。
（4）焊接层数的选择。
在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊。
（5）电源种类和极性的选择。
直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上。
其他情况下，应首先考虑用交流焊机。
一般情况下，使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊条，通常选用正接。
（二）碳弧刨割条
工作时只需交、直流弧焊机，不用空气压缩机。
（三）埋弧焊焊接材料
1、焊丝
根据所焊金属材料的不同，埋弧焊用焊丝有碳素结构钢焊丝、合金结构钢焊丝。
高合金钢焊丝、各种有色金属焊丝和堆焊焊丝。
按焊接工艺的需要，除不锈钢焊丝和有色金属焊丝外，焊丝表面均镀铜，以利于防锈并改善导电性能。
同一电流使用较小直径的焊丝时，可获得加大焊缝熔深、减小熔宽的效果。
当工件装配不良时，宜选用较粗的焊丝。
2．焊剂
埋弧焊焊剂按用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂，按制造方法分为熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂。
（1）焊剂应满足下列基本要求：
l）具有良好的冶金性能。
2）具有良好的工艺性能。
（2）焊剂的分类。
埋弧焊焊剂除按其用途分为钢用焊剂和有色金属用焊剂外，通常还按制造方法、化学成分、化学性质和颗粒结构等分类。
l）按制造方法分为：
熔炼焊剂、烧结焊剂和陶质焊剂。
2）按化学成分分为：
碱性焊剂、酸性焊剂和中性焊剂。
（3）焊剂和焊丝的选配。
低碳钢的焊接可选用高锰高硅型焊剂，配合H08MnA焊丝，或选用低锰、无锰型焊剂配H08MnA和H10MnZ焊丝。
低合金高强度钢的焊接可选用中锰中硅或低锰中硅型焊剂配合与钢材强度相匹配的焊丝。
耐热钢、低温钢、耐蚀钢的焊接可选用中硅或低硅型焊剂配合相应的合金钢焊丝。
铁素体、奥氏体等高合金钢，一般选用碱度较高的熔炼焊剂或烧结、陶质焊剂，以降低合金元素的烧损及掺加较多的合金元素。
二、焊接设备
（一）气焊设备
气焊设备包括氧气瓶、乙炔发生器（或溶解乙炔瓶）以及回火保险器等；气焊工具包括焊炬、减压器以及胶管等。
焊炬按气体的混合方式分为射吸式焊炬和等压式焊炬两类；按火焰的数目分为单焰和多焰两类；按可燃气体的种类分为乙炔用、氢用和汽油用等；按使用方法分为手工和机械两类。
射吸式焊炬也称为低压焊炬，它适用于低压及中压乙炔气（0.001－0.1MPa），目前国内应用较多。
等压式焊炬仅适用于中压乙炔气。
（二）埋弧焊设备
埋弧焊设备由焊接电源、埋弧焊机和辅助设备构成。
埋弧焊电源可以用交流、直流或交直流并用。
埋弧焊机按其自动化程度可分为半机械化（半自动）焊机和机械化（自动）焊机；按用途可分为通用和专用焊机；按电弧自动调节方式可分为等速送丝和均匀调节式焊机；按焊丝数目可分为单丝、双丝和多丝焊机；按行走机构形式可分为小车式、门架式和伸缩臂式等。
常用的机械化埋弧焊机有等速进丝和变速进丝两种，一般由机头、控制箱、导轨（或支架）组成。
（三）CO2气体保护焊设备
半自动CO2气体保护焊设备主要由焊接电源、供气系统、送丝机构和焊枪等组成。
供气系统主要由CO2气瓶及预热器、干燥器以及气体流量计、减压器和气阀等部件组成。
干燥器分为高压（气体未减压前进行干燥）和低压（气体经减压后进行于燥）两种，其主要作用是吸收CO2气体中的水分和杂质。
通常，气路中只接高压干燥器。
半自动焊的送丝方式有推进式、拉丝式、推拉式和加长推丝式四种，目前应用最多的是推进式送丝系统。
CO2气体保护焊设备还应有控制系统。
（四）惰性气体保护焊设备
手工惰性气体保护焊设备包括焊枪、焊接电源与控制装置、供气和供水系统四大部分。
（五）等离子弧焊设备
等离子弧焊设备主要包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统和水路系统。
（六）电阻焊设备
电阻焊设备是指采用电阻加热原理进行焊接操作的一种设备，由机械装置、供电装置和控制装置等组成。
一.单选题：
1.对不锈钢材料的切割应采用（）。
A．电弧切割
B．等离子弧切割
C．碳弧气刨
D．氧—燃气切割
标准答案：
b
解析：
在切割方法中不存在答案A。
碳弧气刨的电极由碳制成，当切割不锈钢时将产生渗碳，故不能用来切割不锈钢。
不锈钢不符合氧—燃气切割的适用范围，所以答案已D不正确。
而等离子切割方法几乎用于所有的金属和非金属材料，故答案B正确
2.常用的切割方法中，必须做好安全防护的切割方法为（）。
A碳弧气刨
B．氧—燃气切割
C．等离子切割
D．激光切割
标准答案：
d
解析：
由于激光切割所用的激光器的输出功率和能量都是非常高的，因此一定要注意对激光的安全防护，特别是要注意对眼睛和皮肤的防护。
其他的各种切割方法则没有此要求，答案D正确。
3.埋弧焊一般只适用于平焊位置，不适于焊接厚度小于（）mm的薄板。
A、1
B、2
C、3
D、5
标准答案：
a
解析：
埋弧焊一般只适用于平焊位置，不适于焊接厚度小于1mm的薄板
4.激光焊属于（）。
A、钎焊
B、压力焊
C、熔化焊
D、对焊
标准答案：
c
解析：
激光焊属于熔化焊。
5.一般型等离子弧切割可采用转移型电弧或非转移型电弧，转移型电弧用来切割（）。
A、高分子材料
B、金属材料
C、无机非金属材料
D、复合材料
标准答案：
b
解析：
一般型等离子弧切割可采用转移型电弧或非转移型电弧。
非转移型电弧适宜于切割非金属材料，切割金属材料通常采用转移型电弧。
二.多选题：
1.用氧—燃气切割金属应符合的条件有（）。
A、金属熔点应低于金属氧化物的熔点；
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