焊接(中级)培训资料(1)

焊接（中级）培训资料一、焊接的定义及分类1、焊接定义：通过加热、加压或加热与加压同时进行的方法，加或不加填充材料，消除金属材料表面不平和氧化膜，使两金属原子间达到晶格距离，形成的永久性连接的加工方法就是焊接。2、焊接分类：按焊接方法分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。①熔化焊：这一类焊接的特点是利用局部加热的方法，将焊件的接合处加热到熔化状态，互相融合，冷凝后彼此结合在一起。常见的电弧焊、气焊就属于这一类。②压力焊：这一类焊接方法的共同特点是，在焊接时不论对焊件加热与否都施加一定的压力，使两个接合面紧密接触，促进原子间的结合作用，以获得两个焊件间的牢固连接。电阻焊、摩擦焊就属于这一类。③钎焊：这一类焊接的特点是采用比母材熔点低的材料做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔化的温度（使母材仍保持为固态），利用液态钎料的润湿作用填充间隙，与母材相互扩散实现与被焊工件连接的一种方法。常见的焊接方法分类如下表所示：焊接熔焊压焊气焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊电阻焊摩擦焊高频焊真空扩散焊爆炸焊超声波焊冷压焊手工电弧焊埋弧焊氩弧焊二氧化碳气体保护焊对焊点焊缝焊凸焊3、常见熔化焊有气焊、手工电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊；常见压力焊有电阻焊、摩擦焊。二、电弧焊的基础知识1、电弧的产生焊接电弧是由焊接电源供给的，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。它是电弧焊的热源。2、电弧的实质、电弧与电压的关系、影响电弧稳定的主要因素a)电弧的实质：局部气体的导电现象。电弧由阳极区、阴极区和弧柱区组成。b)电弧与电压的关系：电弧的长短与电压有密切关系，电弧越长，电压越高，在焊接过程中，一般使电弧长度约为焊条直径的（0.5―1）倍，此时电压约为16V―25V。c)影响电弧稳定的主要因素：除了操作因素外，影响电弧稳定的主要因素大致可分为以下几种：电源影响、焊条药皮影响、焊区清洁度和气流影响、磁偏吹的影响。3、电弧静特性在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为电弧静特性，一般也称伏—安特性。其弧长不同，静特性曲线的位置也不同。4、焊接电源的外特性在规定范围内，弧焊电源稳态输出电流和输出电压的关系称为焊接电源外特性。电源外特性有三种形式：即下降特性（陡降、缓降）、平特性和上升特性。5、电弧动特性对于一定弧长的电弧，当电弧电流发生连续地快速变化时，电弧电压与焊接电流瞬时值之间的关系称为电弧动特性。6、焊接极性电弧焊时，直流弧焊机正极部分放出的热量较负极部分高，所以，如果焊件需要的热量高，就选用正接法，反之，就选用反接法。所谓直流正接法，是将焊件接电源正极，电极（焊条、焊丝等）接电源负极的接线法；反接法是将焊件接电源负极，电极（焊条、焊丝等）接电源正极的接法。当然，对交流电而言，没有正、反接之说。三、焊条基础知识1、焊条的分类焊条是由焊芯和药皮组成的。在手工电弧焊过程中，焊条一方面起传导电流和引燃电弧的作用；另一方面又作为填充金属，与熔化的母材形成焊缝。焊条按用途可以分为以下几类：碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条（如：A102焊条）、堆焊焊条（如D212焊条）、低温钢焊条、铸铁焊条（如Z308焊条）、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等。2、碳钢焊条型号表示法E××××焊条药皮类型及采用的焊接电流种类0、1：全位置适用的焊接位置2：平焊、平角焊4：向下立焊熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa表示焊条3、焊条的选用原则选用焊条是焊接准备工作中很重要的一个环节。选用焊条时应遵循以下基本原则：1）焊缝金属的使用性能要求对于钢结构焊件，在同种钢焊接时，按与钢材抗拉强度等强的原则选用焊条；异种钢焊接时，按强度较低一侧的钢材选用；不锈钢焊接时，要保证焊缝成分与母材成分相适应，进而保证焊接接头的特殊性能；对于承受动载荷的焊缝，则要选用熔敷金属具有较高冲击韧度的焊条；对于承受静载荷的焊缝，只要选用抗接强度与母材相当的焊条就可以了。2）焊件的形状、刚度和焊接位置等因素选用焊条结构复杂、刚度大的焊件，由于焊缝金属收缩时，产生的应力大，则应选用塑性较好的焊条，在选用时不仅要考虑力学性能，还要考虑焊接接头形状的影响，因为，当焊接对接焊缝时，强度和塑性适中的话，焊接角焊缝时，强度就会偏高而塑性就会降低；对于焊接部位难于清理干净的部件，选用氧化性强的，对铁锈、油污等不敏感的酸性焊条，更能保证焊缝的质量。3）焊缝金属的抗裂性焊件刚度大，母材中碳、硫、磷含量偏高或外界温度偏低时，焊件易出现裂纹，焊接时最好采用抗裂性能较好的碱性焊条。4）操作工艺性焊接过程中，电弧应当稳定，飞溅少，焊缝成形美观，脱渣容易，而且适用于全位置焊接。为此，尽量选用酸性焊条，但是应首先保证焊缝的使用性能和抗裂性的要求。5）设备和施工条件在没在直流电焊机的情况下，不能选用没有特殊加稳弧剂的低氢型焊条；当焊件不能翻转必须进行全位置焊接时，则应选用能适应各种条件下空间位置焊接的焊条；在密闭的容器内进行焊接时，除考虑加强通风外，还要尽可能地避免使用低氢型焊条，因为这种焊条在焊接过程中会产生大量的有害气体和粉末。6）经济合理性要同样能保证焊缝性能的条件下，应当选用成体较低的焊条。如钛铁矿型的焊条成本比钛钙型焊条低得多，在保证使用性能的条件下，当然应选用钛铁矿型焊条。四、电阻点焊基础知识1、电阻焊的物理本质：电阻焊是靠强电流通过两个被焊工件的接触处产生的电阻热及大量的塑性变形能并在压力下形成接头的焊接方法。2、熔核：在焊件贴合面上熔化金属凝固后形成的金属核。熔核大小以熔核直径来度量，即垂直于焊点中心的横截面上熔核的宽度。当焊件厚度增加时，熔核直径也应相应增加。3、压痕：由于通电加压，在焊件表面上所产生的与电极端部形状相似的凹痕。焊件表面至凹痕底部的距离，叫压痕深度。4、电阻点焊质量要求：1）一个好的焊点，在外观上要求压痕深度浅、平滑呈均匀过渡，无明显凸肩或局部挤压的表面皱起。2）不允许外表有环状或经向裂纹，表面不得有熔化或粘附的铜合金。3）从内部看，熔核形成应规则、均匀，熔核直径应满足结构和强度的要求，核心内部无贯穿性或超越规定值的裂纹，核心周围无严重过热组织及不允许的缺陷。5、电极头端面尺寸：尺寸增大，接触面增大，电流密度减小，散热效果增强，熔核尺寸减小，焊点强度降低。6、电极压力的选择：。1）电极压力：电阻点焊时通过电极施加在焊件上的压力。2）选择原则：随着电极压力的增大，接触电阻和电流密度减少，导致发亮、加热不足，焊点的熔核直径减小，焊点强度下降，当电极压力相当大时，甚至不能形成焊点熔核。因此，在一定焊接电流和通电时间下，应有一个适当的电极压力值，才能保证焊点质量。3）应根据焊件的材质和焊接参数来选定电极压力。材料的高温强度越高，所需的电极压力越大，焊接规范越硬，电极压力越大。7、焊接电流和通电时间的选择：1）硬规范：在较短时间内通以较大的焊接电流。2）软规范：在较长时间内通以较小的焊接电流。3）选择原则：①采用硬规范具有生产率高、焊点压痕深度浅、电极寿命长、焊件变形小以及能焊接导电性和导热性好的金属等优点。缺点是对通点时间必须精确控制，否则时间的微小变化都有可能引起加热不足或过烧等缺陷，其次，网络电压的瞬时变化对硬规范影响较大。在一般情况下，适用于铝合金、奥氏体不锈钢、低碳钢不等厚度的焊接。②采用软规范具有加热平稳、焊接质量对规范参数波动的敏感性低、焊点强度稳定、温度场分布平缓、塑性区宽、在压力的作用下易变形，可减少熔核内喷溅、缩孔和裂纹倾向等优点。缺点是易造成焊点压痕深、接头变形大、表面质量差；电极磨损快、生产效率低、能耗大。适用于低合金钢、可淬硬钢、耐热合金及钛合金的焊接。8、焊接电流与电极压力的匹配：以不产生喷溅为征。当规范选在临界喷溅时，可获得最大熔核和最高拉伸载荷，同时，由于降低焊机的机械功率，提高了经济效率。9、电阻焊的优、缺点是：接头质量高、辅助工序少、无需填加焊材及文明生产等特点。但其接头质量的无损检测较困难、设备复杂、维修困难和一次性投资大。五、常用碳钢的分类及其焊接1、碳钢的分类：1）碳素钢按含碳量的多少可分为：低碳钢（ωC≤0.25%）、中碳钢（ωC=0.25%—0.6%）、高碳钢（ωC0.6%）三类。ωC表示碳的质量分数。2）按照钢中有害元素硫和磷的含量，可将碳素钢分为：普通碳素钢（硫含量ωS≤0.055%，磷含量ωP≤0.045%）、优质碳素钢（硫含量ωS≤0.045%，磷含量ωP≤0.04%）、高级优质碳素钢含硫、磷及夹杂物最少（硫、磷质量分数均≤0.035%）。2、焊接性的概念：材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力，叫焊接性。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。随着含碳量的增加，碳钢的焊接性逐渐变差。⑴、低碳钢的焊接工艺1)对有烘干要求的焊条，焊前要按规定进行烘干。为防止产生气孔、裂纹等缺陷，焊前要清除待焊处的油、污、锈、垢。2)避免采用深而窄的坡口形式，以免出现夹渣、未焊透等缺陷。3)控制热影响区的温度，不能太高，其在高温停留的时间不能太长，阴止造成晶粒粗大。4)尽量采用短弧施焊。短弧通常是指电弧长度为焊芯直径的0.5—1倍。5)多层焊时，每层焊缝金属的厚度不应大于5mm，最后一层盖面焊缝要连续焊完。6)应针对不同的焊接位置采用不同的焊接电流。⑵、中碳钢的焊接工艺1)选用直径较小的焊条，通常为Φ3.2—Φ4mm。2)焊接坡口尽量开成U型，以减少母材的熔入量。3)焊后尽可能缓冷。4)焊接过程中，宜采用锤击焊缝的方法减少焊接残余应力。5)采用局部预热，坡口两侧加热范围为150—200mm。6)焊接过程中，宜采取逐步退焊和短段多层焊法。7)采用直流反接电源。8)在焊条直径相同时，焊接电流比焊接低碳钢时小10%—15%。⑶、高碳钢的焊接1)仔细清除焊件待焊处油、污、垢。2)采用小电流施焊，焊缝的熔深要浅。3)焊接过程中要采用引弧板和引出板。4)为防止产生裂纹，可采用隔离焊缝焊法。即先在焊接坡口上用低碳钢焊条堆焊一层，然后再在堆焊层上进行焊接。5）减少焊接应力，在焊接过程中，可采用锤击焊缝金属的方法减少焊件的残余应力。3、碳当量概念：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，叫碳当量。它是衡量钢材焊接性的一种参考指标。钢中的元素除C外，主要是锰（Mn）和硅（Si），其作用不及C强烈。低合金结构钢碳当量的计算公式目前以国际焊接学会（IIW）所推荐的CE和日本的国家标准（JIS）所规定的Ceq应用最为广泛。CE（IIW）=C+Mn/6+(Cu+Ni)/6+(Cr+Mo+V)/5(国际焊接学会推荐)Ceq(JIS)=C+Mn/6+Si/24+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14(日本国标规定)CE主要适用于低碳调质钢和低合金结构钢。随着CE值的增加，钢材的焊接性变差，当CE值大于0.4％—0.6％时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热等一系列工艺措施。CE、Ceq均适用于含碳量偏高（C≥0.18％）的低合金高强度钢。六、低合金结构钢的焊接性及其主要焊接工艺1、低合金结构钢的焊接性主要取决于钢中合金元素的含量，及钢种强度级别。强度级别较低的，如300-400Mpa级，由于钢中合金元素含量较少，其焊接性良好，接近于低碳钢。随着钢中合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性逐渐变差。主要表现在：热影响区淬硬倾向增大、冷裂纹（延迟裂纹）增加、热裂纹增加、粗晶区脆化。2、主要工艺措施1）预热是防止产生裂纹的主要措施，且有助于改善接头性能。但会恶化劳动条件，使生产工艺复杂化，过高的预热温度会降低接头韧性。2）焊接热输入的选择含C低的热轧钢，由于冷裂及淬硬、脆化等倾向，焊接热输入可以对焊接热输入无严格限制；含碳量偏高的钢种，为降低淬硬倾向，焊接热输入可以选择稍大一点；对于含V、Ni、Ti的钢种，为降低热影响区粗晶脆化所造成的不利影响，应选择较小的焊接热输入。3