焊接基础知识

焊接工艺主讲人：2LOGO目录第一节焊接概述第二节焊接电弧第三节焊接接头、坡口、焊缝和焊接位置第四节焊缝符号和焊接方法代号第一章焊接基础知识3LOGO第一节焊接概述•焊接是制造金属结构和机器零件的重要手段之一，它被广泛地应用于现代工业的各个领域。焊接是目前应用极为广泛的永久性联结方法之一。第一章4LOGO第一节焊接概述第一章5LOGO一、焊接的定义焊接就是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使焊件达到结合的一种加工工艺方法。焊接最本质的特点就是通过焊接使焊件达到结合，从而将原来分开的物体形成永久性连接的整体。第一章焊接概述6LOGO二、焊接的分类焊接的的分类方法很多，按其过程特点不同，可分为熔焊、压焊和钎焊三类。如图1-1.第一章7LOGO1.熔焊熔焊是在焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，在不加压力的情况下，完成焊接的方法。如:焊条电弧焊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。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，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。第一章电阻焊1钎焊电阻焊28LOGO在三类焊接方法中，应用最多的是熔焊。压焊中的电阻焊，在汽车制造业中应用十分广泛。钎焊在电子器件生产领域的应用最广泛。第一章9LOGO三、焊接的特点焊接作为一种永久性的连接方法，具有铆接等工艺达到不可比拟的优点。第一章焊接结构铆接结构10LOGO1.连接性能好可将板材、型材或铸锻件等进行组合焊接，还可以将不同形状及尺寸甚至不同材质的材料（异种材料）连接起来。2.焊缝质量好可以达到甚至超过母材的性能质量。同时，焊接结构刚度大、整体性好，具有很好的气密性及水密性，如压力容器、管道、锅炉等。3.焊接方法多样随着焊接技术的飞速发展，焊接的工艺方法已达到50余种。4.容易实现自动化如计算机、微电子、数字控制、信息处理、工业机器人、激光技术等，已经被广泛地应用于焊接领域。又如，汽车制造业中广泛使用了点焊机械手等。在我国大型骨干企业，焊接机械化、自动化程度已达到60%～65%。第一章11LOGO不足之处：例如，焊接时易产生焊接应力，而削弱焊接结构的承载能力；易产生焊接变形，影响焊接结构的尺寸和精度；因工艺或操作不当，还会产生多种焊接缺陷，降低焊接结构的安全性能，产生有毒有害的物质等。但是，在生产中通过优化焊接接头设计、合理选材和施工以及严格管理等，可以克服这些不足之处，使焊缝质量达到很高的水平。第一章12LOGO四、焊接技术的发展及趋势最早出现的焊接是锻焊，就是将两块熟铁（钢）加热到红热状态，用锻打的方法将其连接在一起。焊接技术发展到今天，已有焊条电弧焊、钎焊、埋弧焊、气体保护焊等50多种焊接工艺方法在生产中被广泛使用，焊接技术已经从一种传统的热加工工艺发展到了集材料、冶金、结构、力学、电子多门类科学为一体的工程工艺学科。如：鸟巢没有一处使用螺钉。第一章13LOGO第二节焊接电弧第一章14LOGO电弧焊：利用电弧作为热源的熔焊方法。电弧焊是在生产中应用最广泛的一种焊接方法。焊接电弧是所有电弧焊的焊接热源，它能连续持久地产生强烈的光和大量的热，能有效而简便地把电能转换为焊接过程中所需要的热能和机械能。第一章15LOGO由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。焊条电弧焊电弧示意图第一章16LOGO一、焊接电弧的本质与一般的燃烧现象不同，焊接电弧是一种强烈而持久的气体放电现象，在气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光。焊接电弧的实质是气体导电，把电能转化成热能，用来加热被焊接金属及填充金属，从而形成焊接接头。第一章17LOGO以焊条电弧焊直流正接法为例：正常状态下，两个电极之间不导电。在电弧电压的作用下，两电极之间的气体被电离，连续不断地产生足够的带电粒子（电子和正离子），这样气体就呈现导电性。第一章18LOGO焊接电弧的产生包括两个过程：一个过程是两电极间的气体被电离实现导电的过程；另一个过程是阴极发射电子、阳极吸收电子的过程。这两个过程是焊接电弧产生和维持的两个必要条件。第一章19LOGO二、焊接电弧的结构电弧不是一个均匀的导体，它分为阴极区、弧柱区和阳极区，如图1-5所示。第一章20LOGO（1）阴极区阴极区在靠近阴极的地方，与焊接电源负极相连。在阴极的表面有一个明亮的斑点，称为阴极斑点，它是发射电子的区域。阴极区温：2400K(T=t+273.15K，式中t为摄氏温度，T为热力学温度。)第一章21LOGO（2）阳极区阳极区在靠近阳极的地方，与焊接电源的正极相连。阳极表面也有一个明亮的斑点，称为阳极斑点，它是吸收阴极区流向阳极区的电子流的区域。阳极区温度约为2600K。第一章22LOGO（3）弧柱区弧柱区在电弧的中部。电弧长度就是指弧柱区的长度。弧柱中心区的温度最高，可达6000～30000K。当焊接电流为交流电时，电流在1S内改变方向数十次，焊条和被焊金属上的电极交错为阴极和阳极。第一章23LOGO三、引弧一般情况下，焊接电弧的引燃采用两种方式：接触引弧和非接触引弧。1.接触引弧（亦称为短路引弧）弧焊电源接通后，将电极（焊条或焊丝）和工件直接短路接触。弧焊电源接通后，将电极（焊条或焊丝）和工件直接短路接触。2.非接触式引弧引弧时，电极与焊件之间存在一定间隙，通过引弧器在两者之间施加脉冲高压或高频电压，击穿间隙使电弧引燃的法。第一章引弧—接触引弧引弧—非接触24LOGO（1）接触引弧划擦法引弧直击法引弧25LOGO四、焊接电弧的性质1.焊接电弧的基本特点1）焊接电弧的引弧电压（空载电压）较高，一般大于60V，电弧一旦引燃后，维持电弧的电压一般为10～50V。2）流过电弧的电流变化范围很大，可从几安至几百安。3）电弧具有很高的温度。4）电弧能发出很强的光。第一章26LOGO由于焊接电压超过人体的安全电压（36V），强电流、强高温，强光辐射，焊接电弧的这些特点，决定了在焊接操作时必须采用安全与防护措施。焊工在焊接时要穿绝缘鞋，戴电焊手套、电焊面罩和滤光眼镜等，以免触电、防止弧光辐射和有毒气体与烟尘对人体的伤害。第一章27LOGO2.焊接电弧的静特性焊接电弧的静特性也称伏安特性，是指在电极材料、气体介质、弧长不变及电弧稳定燃烧的情况下，焊接电流与电弧电压之间的关系。第一章28LOGO普通电阻静特性与电弧的静特性的区别：1.普通金属电阻的静特性：当把金属电阻R接入电路时，电阻是一个常数，电阻两端的电压U与电流I的关系服从欧姆定律，即U=IR。特性曲线为一条直线。2.焊接电弧的静特性：是非线性负载，它不是一个常数，即电弧两端的电压与电流之间不成正比例关系。为U型曲线关系。图1-7电弧的静特性曲线1—普通电阻静特性；2—电弧的静特性29LOGO第一章30LOGO第三节焊接接头、坡口、焊缝和焊接位置第一章31LOGO一、焊接接头的类型用焊接方法连接的接头称为焊接接头，它主要起连接和传递力的作用，焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。焊接接头组成示意图1—焊缝2—熔合区3—热影响区4—母材第一章接头形式32LOGO焊接接头类型：对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头10种。其中，对接接头和T形接头在焊接生产中应用最为普遍。第一章33LOGO二、焊接坡口的类型和尺寸根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽叫坡口，加工坡口的过程叫开坡口。开坡口的目的是为了保证电弧能深入接头根部，使根部焊透。便于清渣，获得良好的焊缝成形。第一章坡口34LOGO1.坡口的基本形式（1）对接接头常用的坡口形式有：Ⅰ形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口。第一章对接接头坡口形式35LOGO（2）T形接头常用的坡口形式有：Ⅰ形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双边V形坡口、带钝边双J形坡口。第一章36LOGO2、坡口的尺寸及符号坡口的尺寸一般包括坡口角度α、坡口面角度β、根部间隙b、钝边p。当坡口形式为U型或J形坡口时，坡口尺寸还包括根部半径R。第一章37LOGO（1）坡口面角度和坡口角度两坡口面之间的夹角叫坡口角度，用α表示；待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度，用β表示。坡口面指待焊件上的坡口表面。坡口角度α坡口面角度β第一章38LOGO（2）根部间隙焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙，用b表示。其作用在于打底焊时保证根部焊透，根部间隙又叫装配间隙。根部间隙b第一章39LOGO（3）钝边焊件开坡口时，沿焊件接头坡口根部端面的直边部分叫钝边，钝边的长度叫钝边高度，用p表示。钝边的作用是防止根部烧穿。钝边高度p第一章40LOGO（4）根部半径在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径，用R表示，其作用是增大坡口根部的空间，以便焊透根部。根部半径R第一章41LOGO（5）坡口深度焊件上开坡口部分的高度叫坡口深度，用H表示。坡口深度Ｈ第一章42LOGO在选择坡口尺寸时，坡口角度、钝边与根部间隙之间应配合选用。坡口角度减小时，根部间隙必须加大；同时，根部间隙较小时，钝边高度不能过大，坡口角度不能太小。这是为了使焊条能达到根部附近，运条方便，保证焊透。第一章43LOGO3、坡口的选用原则（1）保证焊接质量（2）便于焊接施工（3）坡口加工简单（4）坡口的断面面积应尽可能小（5）便于控制焊接变形第一章44LOGO三、焊缝（一）焊缝的定义及焊缝的形式和种类焊件经焊接后所形成的结合部分，叫做焊缝。按结合方式不同，焊缝可分为：对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种。由对接焊缝和角焊缝组成的焊缝，叫做组合焊缝。组合焊缝是指同一接头存在两种焊缝的情形。坡口内的焊缝为对接焊缝，坡口外的焊缝为角焊缝。第一章45LOGO（二）焊缝与接头对接焊缝由对接接头组成，也可以由T形接头、十字街头组成；角接焊缝由T形接头、十字接头和角接接头组成；组合焊缝可以由对接接头或T形接头组成。第一章46LOGO(三）焊缝的形状尺寸焊缝的形状尺寸包括焊缝的宽度、余高、熔深、焊缝的厚度、焊脚、焊缝成形系数等。焊后检查时，要保证焊缝的宽度、余高、焊脚三个形状尺寸符合工艺要求。第一章47LOGO（1）焊缝宽度焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度。（2）余高超出母材金属表面连线上的那部分焊缝金属的最大高度叫余高。（3）焊脚角焊缝的横截面中，从一个直角面上的焊趾到另一个直角面表面的最小距离，叫做焊脚。第一章48LOGO四、焊接位置熔焊时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置，主要有平焊、立焊、横焊和仰焊位置等。第一章49LOGO焊接中尽量采用平焊位置。立焊和横焊的焊接操作难度较大，仰焊更难操作。管道安装与维修，大多采用立焊、横焊和仰焊位置焊接。第一章平焊立焊横焊仰焊平角焊50LOGO第四节焊缝符号和焊接方法代号第一章51LOGO一、焊缝符号焊缝在图样上一般采用焊缝符号来表示，焊缝符号可以表示出焊接位置、焊缝横截面形状（坡口形状）及坡口尺寸、焊缝表面形状特征、焊缝尺寸或其他要求。焊缝符号一般有基本符号、辅助符号和补充符号组成。第一章52LOGO1.基本符号是表示焊缝横截面形状的符号，见表1-2.第一章53LOGO第一章54LOGO第一章55LOGO2．辅助符号辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表1-3.第一章56LOGO不需要确切说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。见表1-4.第一章57LOGO3.补充符号补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号。第一章58LOGO第一章59LOGO补充符号的应用示例见表1-6.第一章60LOGO二、符号在图样上的位置完整的焊缝表示方法除了上述基本符号、辅助符号、补充符号以外，还包括指引线、一些尺寸符号及数据。第一章61LOGO1.指引线一般由箭头线和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）组成。如图1-16所示。第一章62LOGO2.箭头线和接头的关系按箭头线在接头中的位置不同，