常用焊接方法.docx

1、常用焊接方法第二节：常用熔焊方法3 焊条：指涂有药皮的供焊条电弧焊用的熔化电极3.1 焊条的组成及作用组成：焊条由焊芯（金属芯）和药皮组成，如图6-2-5。图6-2-5 焊条3.1.1 焊芯作用：（1）作为电极，传导焊接电流，产生电弧；（2）作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属，占整个焊缝金属的5070%。（3）添加合金元素焊芯是采用焊接专用纲丝制成，是经过特殊冶炼而成，该焊接专用钢丝称为焊丝。焊丝的牌号，：“H元素符号符号”，其中H表示焊接用钢丝，表示钢丝中平均含碳量的万分之几，元素符号表钢丝中的合金元素，表示合金元素的百分含量，小于1%不标出，最后符号表示其质量，A表示优质，E表

2、示高级优质。如：H08Mn2SiA表示含C为0.08%，含Mn为2%，含Si为1%的优质焊丝常用焊芯直径（即为焊条直径），最小为0.4mm，最大为9mm（如：1.6、2.0、2.5、3.2、4、5mm等），以直径为3.25mm的应用最广，长度常在200450mm之间；根据被焊金属，可选用相应的焊丝作为焊芯。3.1.2 药皮作用：（1）改善焊接工艺性棗易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观。（2）机械保护作用气保护和渣保护。（3）冶金处理作用去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素。常有焊条药皮原料的种类、名称和作用如下表：原料种类原料名称作 用稳弧剂K2CO2，Na2CO

3、3，长石，大理石，钛白粉，钠水玻璃，钾水玻璃改善引弧性能，提高电弧稳定性造气剂菱苦土、白云石、纤维素、大理石造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴和熔池造渣剂大理石、萤石、菱苦土、长石、锰矿、钛铁矿、钛白粉、金红石造成具有一定物理-化学性能的熔渣保护焊缝，并与液态金属发生冶金反应。合金剂锰铁、硅铁、铬铁、钼铁使焊缝金属获得必要的合金成分脱氧剂锰铁、硅铁、钛铁、铝粉、石墨降低电弧气氛和熔渣的氧化性，去除金属中的氧成型剂白泥、云母、钛白粉、纤维素使药皮具有一定塑性，弹性和流动性，便于挤压在焊条芯上。，粘结剂钾水玻璃、钠水玻璃将药皮牢固的粘在焊条芯上。3.2 焊条的分类、牌号及型号3.2.1 焊条

4、的分类：（1）按用途分可分为：碳钢焊条，低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条，特殊用途焊条等。（2）按熔渣性质分可分为：酸性焊条和碱性焊条酸性焊条：指熔渣以酸性氧化物（如SiO2、TiO2等）为主的焊条。碱性焊条：指熔渣以碱性氧化物（如CaO、FeO、MgO等）和萤石（CaF2）为主的焊条。酸性焊条和碱性焊条相比，碱性焊条具有以下特点：1）机械性能好碱性焊条的焊缝金属中，有益元素（如Mn）比酸性焊条多，有害元素（如S.H.O.P.N等）比酸性焊条少。2）工艺性能差含有较多的反电离物质萤石，稳弧性差，飞溅大，脱渣性和成形较差。碱性焊条使用时

5、一般用直流电源，焊前严格烘干，工件要严格清洁，焊接时用小电流，不摆动，短弧焊。3）焊缝金属抗裂性好焊缝金属中含H量低，塑性好。4）对锈、油、水的敏感性大，易出气孔FeO+CFe+Co5）有毒烟尘多焊条中有萤石，烟尘中含有毒物质多。碱性焊条适用于裂纹倾向大的，塑性韧性要求高的重要结构，如锅炉压力容器和桥梁船舶等。酸性焊条常用于一般钢结构件的结构。3.2.2 焊条的牌号及型号焊条牌号是焊条行业统一的代号，焊条型号是国家标准规定的代号。焊条牌号与焊条型号的对应关系如下表（表5-1）表5-1 焊条国家标准型号统一牌号的对应关系国 标部 标型号（按化学成分分类）牌号（按用途分类）国家标准号名称代号类别名

6、 称代号字母汉字GB5117-1985碳钢焊条E一结构钢焊条J结GB5118-1985低合金钢焊条E一结构钢焊条J结二钼和铬钼耐热钢焊条R热三低温钢焊条W温GB983-1985不锈钢焊条E四不锈钢焊条G铬A奥GB984-1985堆焊焊条ED五堆焊焊条D堆GB10044-1988铸铁焊条EZ六铸铁焊条Z铸七镍及镍合金焊条Ni镍GB3670-1983铜及铜合金焊条条Tcu八铜及铜合金焊条T铜GB3669-1983铝及铝合金焊条TAL九铝及铝合金焊条L铝十特殊用途焊条TS特碳钢焊条型号：“E”， 其中E表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为10MPa，后两位数字表示焊接电流种类及药

7、皮类型，第三位数字表示焊接位置（0和1表示焊条适于全位置焊接，2表示适于平焊及平角焊，4表示适于向下立焊。）如：E5015表示焊缝金属抗拉强度不低于500MPa，适于全位置焊接，药皮类型为低氢钠型，电流种类为直流反接。焊条牌号：“符号（或汉字）”，其中符号表示焊条的类型（详见上表），前两位数字表示各大类中的若干小类（结构钢焊条表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位为10MPa），最后一位数字表示药皮类型及焊接电源。1-氧化钛型，直流或交流；2-氧化钛钙型，直流或交流；3-钛铁矿型，直流或交流；4-氧化铁型，直流或交流；5-纤维素型，直流或交流；6-低氢钾型，直流或交流；7-低氢钠型，直流；8-石墨

8、型，直流或交流；9-盐基型，直流。如：J422表示焊缝金属抗拉强度不低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型，电源为直流或交流电源。3.3 焊条的选用原则（1）等强度原则：即选用与母材同强度等级的焊条。（2）同成分原则：即按母材化学成分选用相应成分的焊条。（3）抗裂纹原则：焊接刚度大，形状复杂，使用中承受动载荷的结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条。（4）抗气孔原则：焊接受焊接工艺条件的限制时，应选用抗气孔能力强的酸性焊条。（5）低成本原则：在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、低成本、高效率的焊条。4 焊接质量及其控制焊接质量首先应保证焊接接头的质量4.1 焊接接头的金属组织与性能焊接接头是

9、由相互联系，而在组织和性能上又有区别的两部分所组成，即焊缝区和焊接热影响区。4.1.1 焊缝金属：由熔池冷却凝固后形成4.1.1.1 组织和性能：熔池冷凝后为铸态组织，在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。结晶示意图如图5-2-6：5-2-6 焊缝金属结晶示意图（a）正在结晶 （b）结晶结束焊缝金属的性能一般不低于母材的性能（因其化学成分控制严格，且可通过渗合金调整焊缝化学成分），但易产生裂纹。4.1.2 焊接热影响区：指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域。低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区（如图6-2-7）图6-2-7 低碳钢焊接接

10、头组织变化示意图4.1.2.1 熔合区，又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区。加热温度：14901530（固、液相线之间）组织：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分新结晶的）铸态组织。特点：该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。4.1.2.2过热区：紧靠熔合区加热温度：11001490（1100固相线）组织：粗大的过热组织。特点：宽度为13mm，塑性和韧性下降。焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。4.1.2.3 正火区：紧靠着过热区加热温度：8501100（AC3至1100）组织：均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）特点：宽度约1.24.0mm，

11、力学性能优于母材。4.1.2.4 部分相变区：加热温度：AC1AC3之间组织：F+P（F粗、细不均）-相变的F，变细小未相变的F，变粗大特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能差。在热影响区中，熔合区和过热区的性能最差，产生裂纹和局部破坏的倾向也最大，是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，热影响区宽度愈窄愈好因宽度焊缝V冷晶粒粗大，变形4.1.3 影响焊接接头性能的因素主要为影响热影响区的因素（1） 焊接材料温度高低热量是否集中保护措施如何（2）焊接方法棗（3） 焊接工艺（4） 焊后热处理（5） 接头形式、工件厚度、施工环境等4.1.4 提高焊接接头质量的措施：（1） 合理的选用焊接方法和焊

12、接规范棗减少热影响区的影响焊接方法：优先采用手工电弧焊、气保焊、埋弧焊等，少用气焊和电渣焊等焊接规范：小直径焊条（或焊丝）、小电流、快速焊、多层焊等。（2） 焊前预热、焊后热处理棗细化晶粒，清除硬化组织（3） 加强对焊缝金属的保护。4.2 焊接应力与变形：4.2.1 焊接变形和残余应力的不利影响：焊接变形1.影响工件形状、尺寸精度2.影响组装质量3.增大制造成本矫正变形费工、费时4.降低承载能力变形产生了附加应力焊接应力1.降低承载能力2.引起焊接裂纹，甚至脆断3.在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹4.引起变形4.2.2 焊接变形和应力的产生原因：根本原因：对焊件进行的不均匀加热和冷却，如图6-2

13、-8焊接应力焊接加热时，焊缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表示） 远离焊缝区手拉应力（用符号“+”表示）焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力焊接变形：当焊接应力超过金属s时，焊件将产生变形焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，结构刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。4.2.3 焊接变形的控制和矫正：4.2.3.1 焊接变形的基本形式，如图6-2-9如图6-2-9 常见的焊接残余变形的类型1、2-纵向收缩量 3-横向收缩量 4、5-角变形量 f-挠度（1）收缩变形：即焊件沿焊缝的纵向和横向尺寸减少，是由于焊缝区的纵

14、向和横向收缩引起的。如图5-2-9 a（2）角变形：即相连接的构件间的角度发生改变，一般是由于焊缝区的横向收缩在焊件厚度上分布不均匀引起的。如图5-2-9b（3）弯曲变形：即焊件产生弯曲。通常是由焊缝区的纵向或横向收缩引起的。如图5-2-9c（4）扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转，与角焊缝引起的角度形沿焊接方向逐渐增大有关。如图5-2-9d（5）失稳变形（波浪变形）：一般是由沿板面方向的压应力作用引起的。如图5-2-9e4.2.3.2 控制焊接变形的措施（1）设计措施（详见焊接结构设计）尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状，合理安排焊缝位置尽量使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴（

15、以减少弯曲变形）。如图6-2-10图6-2-10 焊缝位置安排（2）工艺措施 反变形法：即焊前使构件产生与焊接残余变形方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。如图6-2-11图6-2-11 反变形法示例a)预置反变形 b）塑性预弯反变形c）强制预弯反变形 1棗螺旋夹头刚度大的梁若难于采用预弯反变形，下料时可将其腹板预制出一定的挠度，以抵消焊接时的弯曲变形。 加余量法：工件下料时，给工件尺寸加大一定的收缩余量，以补偿焊后的收缩。 刚性固定法：即焊前将焊件刚性固定，对防止角变形和失稳变形较有效，如图6-2-12，该法会增大焊接应力，为防止产生裂纹，一般只用于塑性好的材料。图6-2-12 刚性固定法防止

16、角度变形示例a）用夹具夹紧凸缘 b）用压铁压紧薄板1棗固定夹 2棗压铁 3棗焊件4棗平台 5棗定位焊点 合理选用焊接方法和焊接规范尽量选用能量较集中的焊接方法，如以CO2焊、等离子弧焊等代替气焊和焊条电弧焊。 选用合理的装配焊接顺序焊接结构分成若干件，分别装配焊接，最后再拼焊成一体，对称布置的焊缝对称施焊或同时施焊。长焊缝，可采用逆向分段焊，厚板焊接采用多层焊。4.2.3.3 焊接变形的矫正（1）机械矫正法：即利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消，如图6-2-13图5-2-13 机械矫正示例a）用压力机矫正弯曲变形 b）用辊轮矫正失稳变形（2）火焰矫正法：即利用火焰局

17、部加热焊件的适当部位，使其产生压缩塑性变形，以抵消焊接变形，如图5-2-14。图5-2-14 梁变形的火焰矫正示例a）矫正角变形 b）矫正弯曲变形1、3棗加热区域 2棗焰炬 f棗挠度火焰矫正一般采用一般的气焊炬。4.2.4 焊接应力的调节和消除4.2.4.1 调节焊接应力的措施（1）调节焊接应力的措施： 尽量减少焊缝数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉。棗多采用型材、冲压件或铸件，薄板结构采用电阻焊代替熔焊 采用刚性较小的接头棗变形大，应力小（2）工艺措施： 采用合理的焊接顺序，使焊缝收缩较为自由。如图5-2-15图5-2-15 拼板焊缝的焊接顺序1、2、4、6短焊缝3、5直通的长焊缝宜先焊错开的短

18、焊缝，再焊直通的长焊缝。 降低焊接接头的刚度 加热减应区棗以便焊后收缩时，加热区与焊缝一起收缩，减少焊缝的约束。 锤击焊缝棗使之产生塑性变形（伸长），以抵消受热时的压缩塑变。 预热和后热棗即焊前或焊后对焊件全部（或局部）进行适当加热棗减少温差，只适用于塑性差，易产生裂纹的材料。4.2.4.2 焊接应力的消除方法：（1）去应力退火：又称高温回火，焊后钢件加热温度为500650，可进行整体去应力退火，也可以局部退火。（2）机械拉伸法：即对焊件施加载荷，使焊缝区产生塑性拉伸，以减少其原有的压缩塑变，从而降低或消除应力。如：压力容器的水压试验。（3）温差拉伸法：利用温差使焊缝两侧金属受热膨胀以对焊缝区

19、进行拉伸，使其产生拉伸塑变以抵消原有的压缩塑变，从而减少或消除应力，如图6-2-16。图6-2-16 温度拉伸法示意图1棗喷水排管；2棗焊件；3、4棗氧乙炔焰炬该法适用于焊缝较规则，厚度在40以下的板壳结构。（4）振动法：通过激振器使焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力。该法设备简单、成本低，处理时间短且无加热缺陷，值得推广。4.3 焊接缺陷及检验方法4.3.1 焊接缺陷的危害焊接缺陷是指焊接过程中在焊接接头中产生的不符合设计或工艺条件要求的缺陷，主要有焊接裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边和焊瘤等。焊接缺陷的危害：（1）产生应力集中，降低承载能力；（2）引起裂纹，缩短使用寿命；

20、（3）造成脆断。4.3.2 焊接裂纹常见的焊接裂纹热裂纹：指在固相线附近的高温阶段产生的裂纹冷裂纹：指在马氏体开始转变温度以下产生的裂纹4.3.2.1 热裂纹：（1）热裂纹的特征热裂纹常发生在焊缝区，在焊缝结晶过程中产生的叫结晶裂纹，也有发生在热影响区中，在加热到过热温度时，晶间低熔点杂质发生熔化，产生裂纹，叫液化裂纹。特征：沿晶界开裂（故又称晶间裂纹），断口表面有氧化色。（2）热裂纹产生原因： 晶间存在液态间层 焊缝：存在低熔点杂质偏析形成液态间层 热影响区：过热区晶界存在低熔点杂质 存在焊接拉应力（3）热裂纹的防止措施： 冶金因素热裂纹 拉应力 限制钢材和焊材的低熔点杂质，如S、P含量。

21、控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数（即焊道的宽度与计算厚度之比）棗焊缝成形系数太小，易形成中心线偏析，易产生热裂纹。 调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物；缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析。 减少焊接拉应力 操作上填满弧坑4.3.2.2 冷裂纹（1）冷裂纹的形态和特征焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹，常见冷裂纹形态有三种，如图6-2-17冷裂纹形态焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常平行于熔合线发展焊指裂纹：沿应力集中的焊址处形成的冷裂纹，在热影响内扩展焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的冷裂纹，向焊缝或热影响发展图5-2-17 焊接冷裂纹a-焊

22、道下裂纹； b-焊趾裂纹；c-焊根裂纹特征：无分支、穿晶开裂、断口表面无氧化色。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。（2）延迟裂纹的产生原因 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化。 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力。（氢是诱发延迟裂纹的最活跃因素，故有人将延迟裂纹又称氢致裂纹） 存在较大的焊接拉应力（3）防止延迟裂纹的措施 选用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性 减少氢来源棗焊材要烘干，接头要清洁（无油、无锈、无水） 避免产生

23、淬硬组织棗焊前预热、焊后缓冷（可以降低焊后冷却速度） 降低焊接应力棗采用合理的工艺规范，焊后热处理等 焊后立即进行消氢处理（即加热到250，保温26左右，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。4.3.3 气孔：（1）产生原因：在熔池液态金属冷却结晶时，产生了气体，而且冷却速度较快，气体来不及逸出而导致（2）气孔的类型 氢气孔：焊接时，电弧气氛中氢比较多，在高温时，大量的氢溶入熔池液态金属中，在熔池冷却结晶时，由于氢的溶解度急剧下降，析出氢气，造成氢气孔。 一氧化碳气孔：FeO+CFe+CO熔池中FeO越多，产生CO气孔的倾向就越大，同理，液态金属中含碳量越多，也越易产生CO气孔。 氮气孔：保护效

24、果不好，空气中的氮气进入熔池而导致。（3）防止措施： 烘干焊条、焊剂。 焊丝、坡口及两侧母材要除锈、油、水。 采用短弧焊，控制焊接速度，以防空气进入熔池和以便已产生的气体有时间逸出熔池。4.3.4 焊接质量检验：焊接检验包括焊前检验，焊接过程检验和成品检验。焊前检验包括检查技术文件（图样、工艺规程等）是否齐全，焊材和原材料质量，构件装配和焊接边缘的质量，焊接设备是否完善，焊工操作水平等。焊接过程检验包括检验焊接规范是否正确，装配质量，设备运行情况等。成品检验是焊后对焊接产品进行质量检查，以发现焊接缺陷，常用检验方法如下：5 材料的焊接性：5.1 焊接性的概念材料的焊接性是指材料在限定的施工条件

25、下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。材料的焊接性包括两个方面的内容：（1）接合性能：即在一定焊接工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性。（2）使用性能：即在一定焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。5.2 材料焊接性的影响因素：（1）材料的化学成分：Wc焊接性（2）焊接方法：同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊接性差别很大，如：铝合金，采用焊条电弧焊和气焊时焊接性差，而采用氩弧焊和电子束焊时焊接性良好。难熔金属、异种材料等的焊接，若采用普通焊接方法非常困难，而采用等离子弧焊、激光焊、电子束焊、钎焊等焊接方法则易于获得满意的接头。（3）焊接材料：即焊接时消耗的材料，包

26、括焊条、焊丝、焊剂和气体等。如：碱性焊条比酸性焊条好；采用惰性气体保护好。（4）焊件结构：结构越复杂或板厚越大，结构刚度就越大，焊接时越易产生较大的内应力和裂纹，故材料的焊接性就越差。（5）服役要求：要求焊接接头的满意度5.3 焊接性的评价：5.3.1 间接判断法棗用碳当量评价钢的焊接性碳当量指把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量。碳钢及低合金结构钢常用的碳当量公式有：国际焊接学会（IIW）推荐的公式：式中：CE棗碳当量（%）W（C）、W（Mn）等棗碳、锰等相应成分的质量分数（%）当CE0.6%时，钢的淬硬倾向大，焊接性更差。需采取较高的预热温度等严格的工艺措施。5.3.2

27、 直接试验法，即：评定母材焊接性的试验常用的试验方法有焊接裂纹试验、接头力学性能试验、接头耐腐蚀性能试验等。右图6-2-18所示为常用的小型焊件抗裂试验中的刚性固定对接试验的试件。图6-2-18 刚性固定对接试验的试件在焊完试件四周的固定焊缝后，再按一定的焊接规范焊完对接焊缝。通过低倍放大的裂纹检验，以裂与不裂或测定裂纹率评定材料的焊接性。此法主要用于测定焊缝的热裂纹敏感性，但是也可以测热影响区的冷裂纹敏感性。6 焊条电弧焊的焊件生产6.1 生产目的（1）了解焊条电弧焊所有设备和工具的结构、工作原理及使用方法；（2）了解焊条电弧焊的工艺过程、特点和应用；（3）了解常用的焊接接头型式、坡口及焊缝

28、空间位置，初步掌握焊条电弧焊的操作方法。6.2 焊条电弧焊的设备和工具6.2.1 焊条电弧焊设备主要设备为弧焊机6.2.1.1 对弧焊机的基本要求（1）具有一定的空载电压以满足引弧的需要棗一般为5080V。（2）限制适当的短路电流，以免引起过载损坏棗一般不超过工作电流的1.252倍。（3）应有保证电弧稳定的电弧电压（电弧稳定燃烧时的电压降）棗一般情况下，电弧电压在1635V范围内。（4）焊接电流应具有可调节性6.2.1.2 弧焊机的类型弧焊机主要有交流弧焊机、直流弧焊机(1) 交流弧焊机实质上是一台降压变压器，如图6-2-19 图6-2-19 交流弧焊机其可将工业用电压（220V或380V）降到空载电压及工作电压（2035V），同时能提供较大的焊接电流，并且可调节。电流调节一般分为两级，一级为粗调，通过改变线圈抽头的接法来实现电流的大范围调节；另一级为细调，通过旋转调节手柄改变电焊机内可动铁芯或可动线圈的位置，将电流调至所需数值。特点：结构简单，制造方便，价格便宜，使用可靠，维修容易，工作噪声小，但电弧稳定性差。（2）直流弧焊机： 发电机式直流弧焊机：如图6-2-20图6-2-20 发电机式直流弧焊机特点：电弧稳定性好，焊接质量好，但结构复杂，制造成本高，维修较困难，噪声大。 弧焊整流器，用大功率硅整流元件组成整流器，将交流电转变为直流电。如图5-2