焊接基础与焊接方法

第二十讲焊接基础与焊接方法主讲：曹光明焊接基础与焊接方法一、焊接概述1、焊接定义2、焊接分类二、电弧焊接基础知识3、焊接特点及应用1、焊接电弧2、焊接冶金过程特点3、焊接接头的组织与性能4、焊接材料三、常用焊接方法1、手弧焊2、气体保护焊3、埋弧焊5、其它焊接方法4、气焊与气割一、焊接概述1、焊接定义是永久性连接金属材料的方法。焊接基础与焊接方法是通过加热、加压，或加热同时加压的方法，使分离的金属借助原子间的结合与扩散作用连接起来的工艺方法。2、焊接分类3、焊接特点（1）节省材料，减轻重量。焊接基础与焊接方法（2）可化大为小、以小拼大。简化复杂和大型零件的制造过程。（3）适应性强。可焊范围广，连接性能好。（4）能满足特殊性能要求，可实现异种金属和密封件的连接。（5）生产效率高，便于实现机械化和自动化。优点缺点：焊接应力、变形，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。4、焊接应用（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件和工具；（3）修复。二、电弧焊基础知识电弧焊是利用焊件与焊条（焊丝）间产生的电弧热量，焊接基础与焊接方法待冷却凝固后形成牢固接头的工艺方法。将焊件与焊条（焊丝）熔化，主要有：手弧焊、埋弧焊、气体保护焊1、焊接电弧（1）引弧：瞬时接触，瞬间短路，产生低压大电流产生大量电子发射，两极间气体介质电离形成电弧迅速分离2-4mm。具备两个条件：电子发射、气体电离。（2）电弧本质：是在电极与工件之间强烈而持久的气体放电现象。焊接基础与焊接方法电极可以是金属丝、钨丝、碳棒或焊条。电弧特点：低电压、大电流、能量密度大、温度高、移动性好。（3）电弧构造阴极区：2400K，约占总热量的36-38%阳极区：2600K，约占总热量的42-44%。弧柱区：6000-8000K，约占总热量的20%。（4）电弧极性及应用使用直流电焊机时，有正、反接法。正接法：焊件接阳极，焊厚件。反接法：焊件接阴极，焊薄件。2、焊接冶金过程特点焊接基础与焊接方法是指焊接时在电弧高温下焊接区内各种物质间的相互作用过程。和普通冶金相比，具有如下特点：（1）熔池温度高（2）熔池小，冷速快。→元素（C、Si、Mn）烧损厉害，降低力学性能。冶金反应不充分，难以达到平衡态。（3）在大气中进行→产生氧化物、氮化物、氢脆→力学性能下降。（4）熔渣、保护气体将熔池与空气分开→有利于提高力学性能。空气中N2和O2的影响：Fe+O→FeO，C+O→CO，Mn+O→MnO，Si+2O→SiO2空气中水汽的影响：H2O→2H+O3、焊接接头的组织与性能焊接基础与焊接方法接头焊缝热影响区熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。性能不低于基体金属。焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，组织和性能变化的区域。（1）熔合区是焊缝和基体金属的交界区。窄：0.1-1mm，加热温度：T液~T固过热组织，σb、ψ、αk很差，是裂纹和局部脆断的发源地。（2）过热区加热温度：T固~Ac3+(100~200）℃，晶粒粗大，属过热组织，ψ、αk差，（3）正火区加热温度：Ac3-Ac3+(100~200）℃，正火组织，力性好（4）部分相变区：Ac1-Ac3之间，组织不均，力性稍差。4、焊接材料焊接基础与焊接方法焊条、焊丝、焊剂、保护气体。主要介绍焊条（1）组成及作用焊芯：传导电流及填充焊缝的金属，其化学成分及非金属夹杂物的多少直接影响焊缝的质量焊芯是采用焊接专用纲丝制成，是经过特殊冶炼而成。焊丝的牌号：H×元素符号×元素符号如：H08Mn2SiA芯丝直径：min：0.4mm；max:9mm，一般：3.2-5mm。药皮：稳弧、去杂质、渗合金，保护熔化金属及焊缝。（2）分类①按药皮熔渣性质分：酸性焊条和碱性焊条酸性焊条：焊接基础与焊接方法药皮中含SiO2、FeO等较多，熔渣呈酸性，氧化性较强，焊接时合金元素烧损多，焊缝中O、N较多，焊缝ψ、αk差，但工艺性好，用于一般钢结构焊接。碱性焊条：药皮中含较多的CaCO3、CaF2（萤石），熔渣呈碱性，并含有较多的Fe合金作脱氧剂及合金剂，CO2气保护，CaO去S，CaF2去H，焊缝力性高，但对水、油、锈等较敏感，易产生气孔，需焊前清理，电弧稳定性差，一般采用直流反接，用于重要结构焊接，如锅炉、压力容器、合金结构钢等。②按用途分：根据牌号编制方法分十大类：结构钢焊条（J）、钼及铬钼耐热钢焊条（R）、不锈钢焊条（B）、堆焊焊条（D）、铸铁焊条（Z）、镍及镍合金焊条（N）、铝及铝合金焊条（L）、铜及铜合金焊条（T）、特殊用途焊条（TS）低温钢焊条（W）焊接基础与焊接方法国标部标型号（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称代号字母汉字GB/T5117-95碳钢焊条E一结构钢焊条J结GB/T5118-95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GB/T983-95不锈钢焊条E四不锈钢焊条G铬A奥GB/T984-85堆焊焊条ED五堆焊焊条D堆GB/T10044-88铸铁焊条EZ六铸铁焊条Z铸GB/T13814-92镍及镍合金焊条ENi七镍及镍合金焊条Ni镍GB/T3670-93铜及铜合金焊条条TCu八铜及铜合金焊条T铜GB/T3669-83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特焊接基础与焊接方法焊条型号：“E××××”，表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为10MPa，表示焊接电流种类及药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表示适于向下立焊焊接基础与焊接方法焊条牌号：以结构钢焊条为例：Ｊ422结构钢焊条焊缝金属抗拉强度大于等于420MPa药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）最后一位数字的意义：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-石墨型，直流或交流；9-盐基型，直流。焊接基础与焊接方法（3）焊条选用原则（1）等强度原则：（2）同成分原则：即选用与母材同强度等级的焊条。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：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。焊接基础与焊接方法三、常用焊接方法1、手弧焊（1）设备：弧焊机①对弧焊机的要求：a具有一定的空载电压以满足引弧的需要,一般为50～80V。b限制适当的短路电流，以免引起过载损坏,一般不超过工作电流的1.25-2倍。c应有保证电弧稳定的电弧电压,一般情况下，电弧电压在16～35V范围内。d焊接电流应具有可调节性。焊接基础与焊接方法三、常用焊接方法1、手弧焊（1）设备：弧焊机②类型：直流、交流电焊机直流电焊机：普通直流弧焊机：整流弧焊机：电动机＋发电机，电弧稳定，焊接薄板、铸铁、合金钢、有色金属。但结构复杂，噪声大、成本高、维修困难。弧焊整流器。电弧稳定，结构简单，重量轻，无噪声，制造维修方便。交流弧焊机：有特殊要求的降压变压器。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。焊接基础与焊接方法三、常用焊接方法1、手弧焊（1）设备：弧焊机普通直流弧焊机整流弧焊机：交流弧焊机焊接基础与焊接方法（2）手弧焊工艺①焊前准备：下料、整形、表面清理。焊接接头型式：对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头。为什么开坡口？工件厚度＞6mm即开，保证焊透为防止烧穿，坡口的根部，留有的2～3mm直边，称为“钝边”。坡口基本形式：I形坡口、Y形坡口、V形坡口、K型坡口。②焊缝的空间位置：平焊、立焊、横焊、仰焊③焊接规范：焊接时的各种参数，手弧焊主要有：焊条直径：主要根据厚度。焊接电流：据焊条直径和焊缝位置大：咬边、烧穿、飞溅、过热小：焊不透、夹渣等经验公式：I=k·dk-经验系数，一般为30-50。平焊时，K取较大值，其他位置焊时，K取较小值。焊接速度：电弧长度：④操作过程：引弧、运条、焊缝的连接与收尾焊接基础与焊接方法（3）手弧焊的特点与应用与气焊相比有如下特点：①温度高，热量集中，速度快，生产率高，热影响区小，焊接变形小；②产生气体和熔渣保护，去除有害元素，渗合金元素，化学成分较好。总之，焊条电弧焊焊接质量好，生产率高，焊接变形小。与埋弧自动焊相比有如下特点：②但对焊工技术要求高，焊接质量不稳定，厚件、长焊缝焊接时生产率较低。①设备简单，操作灵活，适应性强，各种位置、焊接结构中焊机不能到达的部位以及各种不规则的焊缝都能施焊；应用范围：适用于单件小批生产，用于厚度2mm以上，各种焊接位置，短的、不规则的焊缝，以及焊机不能到达的部位的焊接。钛等易氧化的金属不能用手弧焊。焊接基础与焊接方法2、气体保护焊（1）氩弧焊氩弧焊分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。1）不熔化极氩弧焊采用高熔点的纯钨或钨的合金棒作电极的惰性气体保护焊，又称钨极氩弧焊适于焊接厚度为4-6mm以下的薄板。一般采用直流正接法，以减少钨极烧损。但焊接Al、Mg及其合金时，宜用反接法（阴极破碎作用有利于焊接熔合和保证质量）。2）熔化极氩弧焊以连续送进的金属焊丝作电极的氩气保护焊。特点：①焊接电流比较大，生产率高，适宜焊接25mm以下的中厚板。②常采用直流反接，可使电弧稳定，对有些金属件有“阴极破碎”作用。③需有送丝机构。焊接基础与焊接方法2、气体保护焊（1）氩弧焊4）特点和应用①保护效果好，焊接质量优良，焊缝成形美观，无渣壳。②电弧稳定，热影响区小，焊后变形小。③气体保护，明弧可见，便于操作，易实现全位置焊接，易于自动控制。④氩气昂贵，设备造价高。适用所有金属材料的焊接。尤其易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。焊接基础与焊接方法2、气体保护焊（2）CO2气体保护焊利用CO2作为保护气体的熔化极电弧焊。1）原理：焊丝经软导管、导电嘴送出→从喷嘴中喷出CO2气体→包围焊丝端部及熔池（引燃电弧）。2）特点①成本低。（仅手弧焊的40%左右）②生产率高。（比手弧焊提高1-4倍，没有渣壳，自动送丝）③操作性能好。（明弧焊接，方便操作，适合于各种位置的焊接）④质量较好。（热影响区小，含H低，抗裂性好）⑤缺点：氧化严重，熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑；易产生气孔。主要用于焊接30mm以下的低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢焊接。也可用于耐磨件的堆焊、铸钢件的焊补。焊接基础与焊接方法3、埋弧焊（1）定义：是利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动进行焊接的方法。在焊缝处撒放焊剂→焊丝送入电弧区→选定弧长→引弧燃烧→焊机带动焊丝匀速前移工件焊丝熔化→较大体积熔池→焊缝焊剂熔化→熔渣→保护焊缝焊剂蒸发→熔渣泡→隔绝空气，防止熔滴外溅减少电弧热能损失，阻止弧光四射焊接基础与焊接方法（2）埋弧焊特点：1）生产率高（手弧焊的5~10倍）。①允许采取大电流焊接（可高达1000A以上）；②焊剂和熔渣有隔热作用，热能利用率高，可以不开或少开坡口；③省工、省料，焊丝利用率高；④焊剂用量少，且便宜。2）焊接质量高且稳定。3）节省焊接材料。4）劳动条件好。5）适应性差，只能平焊中厚板、长直焊缝、大直径（φ500mm）环焊缝。焊接基础与焊接方法4、气焊与气割（1）气焊用可燃性气体燃烧的高温火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。①火焰（O2-C2H2焰）中性焰：碳化焰：氧化焰：O2：C2H2=1-1.2，3000-3200℃，一般用O2：C2H2=＜1，2700-3000℃，高碳钢和铸铁O2：C2H2=＞1.2，3100-3300℃，一般不用②设备及工具：③特点及应用a气焊火焰温度较电弧低，热量分散，加热缓慢，生产率低。b受热范围大，热影响区较宽。c火焰对熔池保护性差，焊缝质量不高。适于焊接在3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸铁以及铜、铝等有色金属及其合金。不需电源的地方。焊接基础与焊接方法4、气焊与气割（2）