企业内部焊工培训课件-焊接基础知识

青岛华世洁环保科技有限公司2011年第一期焊工培训第一章焊接基本知识一、焊接的概念及分类焊接就是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料使焊件达到结合的一种加工方法。按造焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊、钎焊三类。1、熔焊，熔焊是在焊接过程中将焊接接头加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方法。我们常用的焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、气焊等都属于这种焊接方法。2、压焊，压焊是在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。电阻焊、摩擦焊、爆炸焊等都属于这种焊接方法。3、钎焊，钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料将焊件和钎料加热到高于钎料的熔点，低于母材的熔化温度，利用液态钎料润湿母材填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。常见的钎焊方法有烙铁钎焊、火焰钎焊等。二、焊接电弧1、电弧的组成由焊接电源供给的，具有一定电压的两极间，在气体介质中，产生强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三个部分组成。如下图：焊接电弧的三个区域弧柱区温度最高（约为6000K）、阳极区次之（约为4200K）、阴极区温度最低（约为3500K）注：1K=1℃+273.15不同焊接方法，阳极区和阴极区温度也不尽相同，各种焊接方法阴极区与阳极区温度比较如下表：工艺方法焊条电弧焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊CO2气体保护焊埋弧焊温度比较阳极温度阴极温度阴极温度阳极温度2、焊接时的极性和应用用直流电源焊接时焊件接电源正极，工件接电源负极称为正接；焊件接电源负极，工件接电源正极称为反接。交流电源不存在正反接。焊接时极性的选用直流弧焊时，为获得较大的熔深，可采用正接，这是因为电弧的阳极区温度较高，在焊接薄板时，为防止烧穿，可采用反接。当采用低氢型（碱性）焊条时，为保证电弧稳定性必须采用反接。3、焊接电弧的偏吹在焊接过程中，因气流的干扰、磁场的作用或焊条偏心的影响，会出现电弧中心偏离电极轴线的现象。这就是所谓的电弧偏吹。电弧偏吹不仅是焊接发生困难，甚至息弧。对焊接质量也将带来较大影响。产生偏吹的主要原因如下：1）焊条偏心度过大2）电弧周围气流的干扰3）磁偏吹使用直流焊机焊接时，因受到焊接回路产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹，称为电弧的磁偏吹。造成磁偏吹的主要原因如下：（1）接地线位置不当引起的偏吹（2）铁磁物质引起的偏吹（3）焊条和焊件位置不对称引起的磁偏吹当磁偏吹存在时，焊接电流越大，磁偏吹现象就越严重。电弧的吃偏吹现象只有在使用直流焊机时才会产生，对于交流电源而言，一般不会产生明显的磁偏吹现象。减少或防止电弧偏吹的方法（1）焊接时，在条件允许的情况下尽量使用交流电源焊接。（2）露天操作时，如有大风则必须用挡板遮挡，对电弧进行保护。在管子焊接时，必须将管口堵住，防止气流对电弧的干扰。（3）在焊缝两端各加一小块附加钢板（引弧板和引出板），是电弧两侧磁力线分布均匀并减少热对流的影响，以克服电弧的偏吹。（4）采用短弧焊接（5）在操作时适当调整焊条角度，是焊条偏吹的方向转向熔池，这种方法在实际工作中应用的较广泛。（6）适当改变焊件接地线部位，尽可能使电弧周围磁力线分布均匀，如在焊件两端均接地线。（7）尽量采用小电流焊接对克服磁偏吹也有一定作用。三、焊接参数焊接参数是指为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称。焊条电弧焊的焊接参数主要是指焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度等。而电弧电压和焊接速度在焊条电弧焊中不作原则规定，可根据具体情况灵活掌握。1）焊条直径为了提高生产效率，尽可能选用较大直径的焊条，但是焊条直径过大，未焊透或焊缝成型不良，因此要正确选用焊条直径，焊条直径可根据以下情况选用（1）焊件厚度厚度较大的焊条可选用较大直径的焊条，反之焊接薄件应选用较小直径的焊条。（2）焊缝位置焊接平焊焊缝时焊条直径规格可比其他位置大一些，而立、仰、横焊所选焊条直径应小一些，这是为了造成较小的熔池，减少熔化金属的下淌。（3）焊接层数进行多层焊接时，为防止根部未焊透对多层焊的第一层焊道应采用直径较小的焊条进行焊接，以后各层可根据焊件厚度选用较大直径的焊条。2）焊接电流增大焊接电流可以提高生产效率，但焊接电流过大易造成焊缝咬边烧穿等缺陷，同事金属组织也会因过热而发生变化；而焊接电流过小也易造成夹渣、未焊透等缺陷，降低焊接接头的力学性能，所以应适当选择焊接电流，焊接时决定焊接电流的因素很多，但主要是焊条直径和焊接位置。（1）焊接电流和焊条直径的关系焊接电流和焊条直径的关系可以根据下面的公式来确定I=Kd式中I—焊接电流/Ad—焊条直径/mmK—经验系数焊条直径d与经验系数K的关系见下表根据以上公式所求得的电流只是一个大概数值，在实际生产中还要考虑其他一些因数的影响，如一般在使用碱性焊条时，焊接电流要比酸性焊条小一些。（2）焊接电流和焊缝位置的关系在焊接平焊焊缝时，由于运条和控制熔池中熔化金属都比较容易，因此可选择较大的焊接电流进行焊接，其他焊接位置时，为了避免熔化金属从熔池中流出，要使熔池尽可能小一些所以焊接电流要比平焊是小一些。在实际工作中，可根据经验从焊条熔化状况、飞溅和焊缝成形等方面来选择合适的电流。3）电弧电压电弧电压由电弧长度来决定，焊条直径d/mm1~22~44~6经验系数K25~3030~4040~50在焊接时力求是用短弧。4）在能够将保证焊缝质量前提下尽量提高焊接速度，以提高生产效率。3）电弧电压当其它条件不变时，电弧电压增长，焊缝宽度显著增加而焊缝厚度和余高将略有减少，这是因为电弧电压增加意味着电弧范围的增加，因此电弧摆动范围扩大而导致焊缝宽度增加。其次，弧长增加后，电弧的热量损失加大，所以用来熔化母材和焊丝的热量减少，相应焊缝厚度和余高就略有减小。4）焊接速度焊接速度对焊缝厚度和焊缝宽度有明显的影响。当焊接速度增加时，焊缝厚度和焊缝宽度都大为下降，这是因为焊接速度增加时，焊缝中单位时间内输入的热量减少了。从焊接生产过程中，应综合考虑生产效率、焊接质量等因素，对以上四个工艺参数进行综合考虑、选用。四、焊接接头的种类及接头型式焊接中，由于焊件的厚度、结构及使用条件的不同，其接头型式及坡口形式也不同。焊接接头型式有：对接接头、T形接头、角接接头及搭接接头。(一)对接接头两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。如图1所示。(二)角接接头两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，叫做角接接头，见下图。这种接头受力状况不太好，常用于不重要的结构中。图：角接接头(a)I形坡口；(b)带钝边单边V形坡口(三)T形接头一焊件的端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，叫做T形接头，见下图。图：T形接头（四）搭接接头两焊件部分重叠构成的接头叫搭接接头，见下图。图：搭接接头(a)I形坡口，(b)圆孔内塞焊；(c)长孔内角焊搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口、圆孔内塞焊和长孔内角焊三种形式，如上图。I形坡口的搭接接头，一般用于厚度12mm以下的钢板，其重叠部分≥2(δ1+δ2)。这种接头用于不重要的结构中。当遇到重叠部分的面积较大时，可根据板厚及强度要求，分别采用不同大小和数量的圆孔内塞焊或长孔内角焊的接头型式。（五）压力容器焊接接头种类划分及要求容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类，如下图所示。a）圆筒部分的纵向接头（多层包扎容器层板层纵向接头除外）、球形封头与圆筒连接的环向接头、各类凸形封头中的所有拼焊接头以及嵌入式接管与壳体对接连接的接头，均属A类焊接接头。b）壳体部分的环向接头、锥形封头小端与接管连接的接头、长颈法兰与接管连接的接头，均属B类焊接接头,但已规定为A、C、D类的焊接接头除外。c）平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。d）接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。A、B类焊接接头对口错边量b(见图)应符合下表的规定。锻焊容器B类焊接接头对口错边量b应不大于对口处钢材厚度S的1/8，且不大于5mm。复合钢板的对口错边量b(见下图)不大于钢板复层厚度的50%，且不大于2mm。B类焊接接头以及圆筒与球形封头相连的A类焊接接头，当两侧钢材厚度不等时，若薄板厚度不大于10mm，两板厚度差超过3mm。若薄板厚度大于10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%,或超过5mm时，均应按下图的要求单面或双面削薄厚板边缘，或按同样要求采用堆焊方法将薄板边缘焊成斜面。板材削薄示意图五、焊缝坡口的基本形式与尺寸(一)坡口形式根据坡口的形状，坡口分成I形(不开坡口)、V形、Y形、双Y形、U形、双U形、单边V形、双单边Y形、J形等各种坡口形式。V形和Y形坡口的加工和施焊方便，但焊后容易产生角变形。双Y形坡口是在V形坡口的基础上发展的。当焊件厚度增大时，采用双Y形代替V形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属量约1/2，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。U形坡口的填充金属量在焊件厚度相同的条件下比V形坡口小得多，但这种坡口的加工较复杂。(二)坡口的几何尺寸(1)坡口面待焊件上的坡口表面叫坡口面。(2)坡口面角度和坡口角度待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，两坡口面之间的夹角叫坡口角度，见下图。(3)根部间隙焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，见下图。其作用在于打底焊时能保证根部焊透。根部间隙又叫装配间隙。(4)钝边焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边，见下图。钝边的作用是防止根部烧穿。(5)根部半径在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径(见下图)。它的作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部和减小坡口角度。三、焊接位置种类焊接位置，即熔焊时，焊件接缝所处的空间位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。有平焊、横焊、立焊和仰焊位置等。焊缝倾角，即焊缝轴线与水平面之间的夹角，见下图各种焊接位置(a)平焊(b)横焊(c)立焊(d)仰焊(e)平角焊(f)仰角焊(1)平焊位置焊缝倾角0°，焊缝转角90°的焊接位置，见上图(a)。(2)横焊位置焊缝倾角0°，180°；焊缝转角0°，180°的对接位置，见上图(b)。(3)立焊位置焊缝倾角90°(立向上)，270°(立向下)的焊接位置，见上图(c)。(4)仰焊位置对接焊缝倾角0°，180°；转角270°的焊接位置，如上图(d)。此外，对于角焊位置还规定了另外两种焊接位置。(5)平角焊位置角焊缝倾角0°，180°；转角45°，135°的角焊位置，见上图(e)。(6)仰角焊位置倾角0°，180°；转角225°，315°的角焊位置，见上图(f)。在平焊位置、横焊位置、立焊位置、仰焊位置进行的焊接分别称为平焊、横焊、立焊、仰焊。T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接称为船形焊。水平固定管的焊接，由于在管子360°的焊接中，有仰焊、立焊、平焊，所以称全位置焊接。当焊件接缝置于倾斜位置(除平、横、立、仰焊位置以外)时进行的焊接称为倾斜焊。四、焊缝形式及形状尺寸（一）焊缝形式焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式：(1)按焊缝结合形式，分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种：1)对接焊缝：在焊件的坡口面间或一零件的坡口面与另一零件表面间焊接的焊缝，2)角焊缝：沿两直交或近直交零件的交线所焊接的焊缝。3)端接焊缝：构成端接接头所形成的焊缝。4)塞焊缝：两零件相叠，其中一块开圆孔，在圆孔中焊接两板所形成的焊缝，只在孔内焊角焊缝者不称塞焊。5)槽焊缝：两板相叠，其中一块开长孔，在长孔中焊接两板的焊缝，只焊角焊缝者不称槽焊。(2)按施焊时焊缝在空间所处位置分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。(3)按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。断续焊缝又分为交错式和并列式两种(如下图)，焊缝尺寸除注明焊脚K外，还注明断续焊缝中每一段焊缝的长度l和间距e，并以符号“Z”表