初级焊工培训教材

-1-江苏瑞吉格泰油气工程有限公司焊工培训教材工艺科2015.04-2-第一讲焊接冶金概念第一节熔焊的特点：1、熔焊是焊接过程中，利用局部加热的方法，将被焊工件的结合处加热到熔化状态，不加压力，互相熔合，形成原子结合，凝固后连接在一起。按加热的热源不同，熔焊有电弧焊，气焊，气体保护焊等方法。2、熔焊过程共同特点是：在焊接过程中，工件的被焊处被外来的能量熔化后在工件上形成了一个椭圆形的凹坑称为熔池。根据不同的焊接方法熔池中液态金属有完全是熔化的母材形成，也有填充材料和熔化母材两部分组成的。在手工电弧焊、气保焊、埋弧自动焊等焊接方法中随着电弧沿焊接方向移动，工件和填充材料不断熔化汇成新的熔池，电弧离开的熔池迅速冷却，凝固成焊缝。3、熔池的基本特点是：体积小，液态金属处于过热状态，冷却速度快，液态金属在运动过程中结晶。4、熔池的形状对焊缝外观质量的影响：单纯从焊接操作技术而言，整个焊接过程就是在控制熔池的形状。作业中不断根据熔池变化的形状，采用不同的运动手法，使熔池保持合适的形状。也就是说焊工把熔池控制得越合理，操作水平也就越高。5、熔池的形状对焊缝内部质量的影响：熔池金属结晶，最先是在熔池和基本金属交界处，即从熔合线部位开始，向焊缝中心生长，形成柱状晶粒。焊缝中的杂质和低熔点合金元素（低熔点共晶体），也最易集中在最后结晶的部分，造成焊缝化学成分分布不均匀，通常称为偏析。偏析是焊缝产生热裂纹、夹渣、气孔的主要原因。熔池的形状、厚度对上述缺陷的形成有着必然的联系。-3-6、焊接接头的结晶过程：金属被加热熔化，从液相冷却转变为固相的过程通常称为一次结晶，而一次结晶完成以后的高温金属仍以一定的速度冷却到室温，同时伴随着复杂的相变过程称为二次结晶。7、焊接接头的组成：焊接接头是由母材、焊接热影响区、焊缝、焊接凝固过渡层（熔合区）组成。8、母材对焊接接头性能的影响：母材的化学成分决定了整个接头的组织、成分、性能，其焊接性的优劣决定了整个接头的组织工艺参数的选择，它是影响焊接接头性能的决定因素。9、母材热影响区的含义及对焊接接头性能的影响：简单点说，母材在焊接热源作用下，组织、性能发生变化的区域称为焊接热影响区。（1）热影响区的状态对焊接接头的力学性能起着决定因素。（2）在不同的母材和不同的加热温度，热影响区的组织有所不同，现以易淬火钢、不易淬火钢为例，说明热影响区的组织变化。低碳钢大多不易淬火，焊后，热影响区可分为半熔化区、过热区、正火区部分重结晶区，再结晶区，蓝脆区。中碳钢属易淬火钢，焊后热影响区主要有硬化区和软化区。10、焊接工艺参数的含义及在焊接过程中的作用：焊接工艺参数是指在焊接过程中作用于焊接冶金所有的物理量。在不同的工艺参数条件下，得到的焊接接头组织、性能都不一样，一般认为工艺参数能够影响母材在被焊过程中进入焊缝的比例，称为熔合比。从而影响焊缝金属的化学成分，工艺参数对热影响区的宽窄有着明显的作用，因此工艺参数是影响焊接接头化学成分、组织和力学性能的重要因素。-4-第二讲焊接材料一、电焊条1、焊接冶金原理焊条是由焊芯和药皮组成的。药皮在焊接过程中起着很重要的作用，能提高焊接电弧的稳定性、保护熔化金属不受外界空气的影响、脱氧精炼、渗加合金，以提高焊缝性能、改善焊接工艺性能等多种作用。为使焊条药皮达到以上目的，每种焊条都有7—9种以上原料配成。稳弧剂稳弧剂的作用是改善焊条引弧性能和提高电弧的稳定性。如J507焊条采用电离电位较低的碱金属化合物。1）造气剂造气剂的主要作用是生成保护气氛，同时也有利于熔滴过渡。如J507含大量的碳酸钙。2）造渣剂造渣剂的主要作用是形成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护和冶金处理作用，保证焊缝金属的质量和成形美观。3）脱氧剂脱氧剂的主要作用是对熔渣和焊缝脱氧。碱性焊条是利用硅、锰进行沉淀脱氧。4）合金剂合金剂的主要作用是向焊缝金属渗入必要的合金成分，以补偿已经烧损或蒸发的合金元素。5）稀渣剂碱性焊条流动性较好，主要原因其含有萤石，焊接过程中都会出现凸面形状。6）粘结剂粘结剂的主要作用是将药皮牢固地粘结在焊芯上。-5-2、碱性焊条的特点:碱性焊条分为低氢钾型、低氢钠型两种，药皮主要组成物是碳酸盐矿石和萤石，碱度较高。熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗，角焊缝略凸。焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊，焊接电源为直流反接。这类焊条可全位置焊接，焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。碱性焊条具有较高的脱氧、脱氢、脱硫、脱磷的功能，在焊接过程中弧柱区如有油、锈、油漆、水等会出现较多的气孔，焊条发粘现象。第三讲常用钢材常识钢制结构件用料主要有：低碳钢，低合金钢，低合金高强钢等，中碳调制钢，焊接接头的性质有同种金属的焊接、异种金属的焊接，焊接接头使用条件基本处于较高载荷状态，因此对焊接工艺的制定提出很高的要求。一.同种金属的焊接1.特征：被焊金属的化学成分、物理性能相近，力学性能相当，晶相组织差别不大的部件用熔焊的方法连接在一起，并实现原子结合的接头称为同种金属的焊接。2.焊接材料选择：同种金属焊接选用焊条需遵循三个原则：（1）等强度的原则,即选用的焊接材料力学性能能够满足被焊金属力学性能的最低值，一般根据材料的抗拉强度水平确定焊材。（2）低匹配的原则，即选择的焊材抗拉强度不低于被金属抗拉强度的最低值。（3）工艺再现性的原则，即选用的焊材应判断被焊金属的焊接性，结构的刚性，可焊到性，设备及焊材供货情况。3.焊接工艺：同种金属焊接的焊接工艺拟定是由被焊金属的焊接性而决定，有焊接工艺评定法，经验估计法两种。经验估计法是根据被焊材料的力学性能，组织、化学成分，板材厚度，结构刚性，采用的焊接方法，工艺参数，-6-环境温度等条件综合评估获得的焊接接头是否满足要求。最常用的是碳当量法，它可以粗略地估计材料裂纹倾向。二.异种钢（金属）的焊接1.特征：由两种或两种以上的材料，其物理性能，组织成分，合金含量相差较大，通过焊接的方法联系在一起，成为异种钢焊接。其与意同种钢焊接的不同是，异种钢焊接包括熔焊、压焊、钎焊等方法实现。异种钢焊接难度较大，工艺复杂，接头组织性能不稳定，焊接接头应力不均匀是其实质。2.焊接材料的选用：我首先指出的是异种钢焊接材料使用上过于随，有一些工艺违背了异种钢选择焊材的最基本的原则，即等化学成分的原则和等强度的原则。等强度的原则具体内容是：①异种钢选用焊材时焊材的强度应高于被焊金属中强度较低的钢种，其韧性和塑性高于被焊金属强度高，韧性和塑性较低的钢种；②异种钢选用焊材时焊材还要满足抗裂性的要求，即焊材满足母材的强度要求后，不宜选用比实际需要强度更高的焊材。而我们目前在大多数产品的此类焊缝中截然相反。异种钢选择焊材还要防止焊缝及接头产生冷裂纹和热裂纹，焊材还应具有良好的工艺性能，焊缝美观，焊缝金属组织具有稳定性，其物理性能要与两母材相适应。3.焊接工艺：异种钢焊接时最主要的问题是容易产生裂纹，为防止冷裂纹，可采用焊前预热、焊后后热、整体热处理等工艺，厚板可采用开坡口、多层焊、气保焊代替手工焊，合理选用焊条、焊丝，限制焊接线能量，防止接头脆化。-7-第四讲焊接检验焊接检验包括焊前检验、焊接过程中检验、焊后成品检验。一、焊前检验内容：1、焊工资格检查包括：（1）钢制结构件的焊接工作，必须由质保部和人力资源部技术考核并得到认可后的焊工担任。（2）焊工考试合格的内容与焊接产品类型适应方可施焊。2、材料控制（1）待焊材料上的材质标记、确认标记、工件图号、台号与图纸、工艺规定相一致。（2）重要钢制结构件所用焊材的牌号、类别、规格与焊接工艺相一致。（3）焊工使用的焊接材料应按规定摆放，如果焊条应放在保温筒内，每次取出的焊条存放在保温筒里时间不超过4小时。（4）焊前环境检查，在下雨、下雪或风速≥2米/秒时，应有有效的防护措施；当气温低于0℃时，应在始焊处100mm范围内预热到15℃左右。（5）焊接坡口的型式和尺寸应符合图纸、工艺要求。坡口表面无明显缺陷、油、锈、脏物应清除干净。焊道边缘20mm锈、氧化皮磨干净。二、焊接过程检验（1）引弧、收弧只准在熔化焊道里进行、完成。产品两端要求较高的焊缝应装上引弧板。（2）组装时应尽量避免强行拼装，在拼装、校正后的定位焊应检查定位焊缝表面有无裂纹等缺陷。（3）工艺要求预热焊接的工件，预热范围板厚的三倍，且不小于100mm，温度-8-测在焊缝外50mm处进行。（4）根据焊接工艺进行如下内容检验并按要求填写焊接检验记录卡：a.施焊时间b.焊接方法c.母材和焊材d.坡口型式e.焊接电流、焊接电压、焊速f.预热温度、层间温度j.焊接层数、层间是否打磨返修三、焊后焊缝检验1、目测交检焊缝表面质量，焊缝表面不得有未熔合、裂纹、气孔、弧坑和夹渣、飞溅物等。2、目测检查后，应侧重检测对接焊缝的余高，高度差、宽度差、角焊缝的角高是否符合设计要求，焊趾与工件是否圆滑过渡。3、构件焊后几何尺寸是否受焊接影响产品超标变形，经校正的工件应对焊缝再进行检验。4、焊缝经检查合格后需进行无损探伤的焊缝应有钢印标记，并有记录备忘。5、焊缝返修应由焊接技术人员、检验员、操作人员共同分析焊接缺陷产生的原因，并制定返修方案后在检验员的监督下作业。四、检验知识1、角焊缝角高：被焊工件从一个工件到另一个工件的焊趾垂直距离。2、咬边：焊缝与母材熔合线上产生带有棱角的槽沟。危害：①使焊接接头不连续。②产生应力集中。③削弱接头的静载强度。④易使结构产生脆断及疲劳断裂。3、未熔合：熔敷金属在堆积过程中未将母材或前道焊缝熔化的现象。危害：致命缺陷，呈直线状或椭圆形条纹，位于焊缝两侧的交界处，其产生后焊接接头功能很快失效。-9-4、裂纹：有热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等。危害：致命缺陷，裂纹在应力下扩张造成焊接接头功能失效。5、火口裂纹：多出现在收弧不当的弧坑上，为区域偏析与拉伸应力所造成。6、裂纹性质的判断：母材焊接性，结构的刚性，焊接工艺措施。7、裂纹的形态：①冷裂纹呈直线的细条状无氧化色。②热裂纹略带曲折的波浪状或锯齿状细条纹有氧化色。8、未焊透：焊缝中间部位或根部未焊到的现象，危害在焊道根部产生较大的应力集中，严重时会出现冷裂纹。9.应力集中：结构中存在着应力分布，在某一部位应力水平高于平均水平的现象称为应力集中。危害：是产生结构脆断和塑性断裂的主要因素。10.焊接线能量：单位长度焊缝接受焊接热源输入的热能源。其对焊接热影响区组织、晶粒度、接头的力学性能影响较大。