焊接基础与焊接方法

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,N,2,和,O,2,的影响：,Fe+OFeO,，,C+OCO,，,Mn+OMnO,，,Si+2OSiO,2,空气中水汽的影响：,H,2,O2H+O,3,、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，,b,、,、,k,很差，,是裂纹和局部脆断的发源地。,（,2,）过热区,加热温度：,T,固,A,c3,+(100 200,），,晶粒粗大，属过热组织，,、,k,差，,（,3,）正火区,加热温度：,A,c3,-A,c3,+(100 200,），,正火组织，力性好,（,4,）部分相变区：,A,c1,-A,c3,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,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,SiO,2,、,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,、,k,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,CaCO,3,、,CaF,2,（萤石），,熔渣呈碱性，,并含有较多的,Fe,合金作脱氧剂及合金剂，,CO,2,气保护，,CaO,去,S,，,CaF,2,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。,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：,42 2,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,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,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,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。,焊缝的空间位置：,平焊、立焊、横焊、仰焊,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=,kd,k-,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：,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：,温度高，热量集中，速度快，生产率高，热影响区小，焊接变形小；,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：,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。,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：,焊接电流比较大，生产率高，适宜焊接,25mm,以下的中厚板。,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。,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,保护效果好，焊接质量优良，焊缝成形美观，无渣壳。,电弧稳定，热影响区小，焊后变形小。,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。,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,）,CO,2,气体保护焊,利用,CO,2,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,CO,2,气体,包围焊丝端部及熔池（引燃电弧）。,2,）特点,成本低。,（仅手弧焊的,40%,左右）,生产率高。,（比手弧焊提高,1-4,倍，没有渣壳，自动送丝）,操作性能好。,（明弧焊接，方便操作，适合于各种位置的焊接）,质量较好。,（热影响区小，含,H,低，抗裂性好）,缺点：,氧化严