船舶与海洋工程系毕业论文-焊接工艺.doc

江苏科技大学船舶与海洋工程系毕 业 论 文焊接工艺目 录1.焊接的基础知11.1焊接方法11.2焊接工艺基础知识21.3焊接缺陷及质量检查32.电弧焊62.1电弧焊的优点62.2电弧焊的缺点62.3焊接工艺参数63.气体保护焊73.1气体保护焊的特点73.2气体保护焊的安全使用83.3二氧化碳气体保护焊84埋弧焊94.1埋弧焊的主要优点94.2埋弧焊的主要缺点95焊接的安全卫生105.1 焊接作业的威险有害因素105.2焊接的安全管理10结束语10参考文献11致谢词11焊接工艺曹红江摘要：焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接是现代工业生产中最重要的加工工艺之一，广泛用于制造和修理各种结构和设备。焊接作为一种降低成本，提高生产效率手段，可以得到优质可靠的工件。与铆接相比，焊接具有节省金属材料，接头密封性好，生产效率高，应用广泛等一系列优点。在许多工业部门中应用的金属结构，如建筑钢结构，船体，机动车辆，管道等，几乎全部采用了焊接结构。焊接还常用于受损坏零件的修复。 abstract：welding is heated by compression or pressurization, or both with and with or not the filling materials, it may reach the atoms of a process. welding is a modern industrial production of the most important processing technology, manufacture and widely used to repair the structure and welding equipment. as a means of reducing our costs, enhance efficiency as a means to achieve quality and reliable the workpiece. and riveting has given way to save a metal materials, welding joints are watertight well, and high efficiency, widely applied for a number of points. in many industries use metal in the building structure, such as steel, a ship, motor vehicles, pipeline, almost all of a soldering structure. welding is often used to repair the damaged parts.关键词：基础知识 电弧焊 二氧化碳气体保护焊 焊接的安全卫生1.焊接的基础知识1.1焊接方法近百年来，随着科学技术的不断发展，各种焊接方法相继出现。根据焊接过程中金属所处的状态和焊接工艺特点，可以按族系法将焊接方法简单分为三大类，即熔化焊，固相焊和钎焊，各类方法还可进一步进行细分。 1.1.1熔化焊接使被连接的构件表面局部加热熔化成液体，添加填充金属或不添加填充金属，然后冷却结晶成一体的方法称为熔化焊接。实现熔化焊接的关键是要具备能量集中，温度足够的局部加热热源。其次，为防止局部熔化的高温焊缝金属跟空气接触而造成成分，性能恶化，在熔化过程中一般要采取有效的隔离空气的保护措施。常见的电弧焊，气焊，气体保护焊，激光焊都属于熔化焊范畴。 1.1.2固相焊接利用加压，摩擦，扩散等物理作用克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其他污染物，使两个连接面原子间相互结合，在固态条件下实现连接称为固相焊。固相焊通常必须加压，所以也成为压焊。为了使固相焊容易实现，固相焊接大都在加压同时伴随加热措施（但加热温度远低于焊件的熔点，因此，固相焊一般无需保护措施）。常见的锻接，电阻对焊，扩散焊，电子束焊，爆炸焊，闪光焊等均属于固相焊范畴。 1.1.3钎焊利用某些熔点低于被焊构件材料熔点的熔化金属（钎料）作连接的媒介物在连接界面上的流散浸润作用，然后冷却结晶结合面的方法成钎焊。钎焊是被焊金属本身不熔化。如火焰钎焊，感应钎焊，电子束钎焊等属于钎焊范畴。1.2焊接工艺基础知识 1.2.1焊接接头形式 焊接中，由于焊件的厚度，结构及使用条件的不同，其接头型式也不同。焊接接头型式有对接接头，t形接头，角接接头及搭接接头等。 1.2.1.1对接接头两焊件表面构成大于或等于135度，小于或等于180度夹角的接头，叫做对接接头。在各种焊接结构中它是采用最多的一种接头型式。钢板厚度在6mm以下，除重要结构外，一般不开坡口。 1.2.1.2角接接头两焊件端面间坡口构成小于30度，小于135度夹角的接头叫做对接接头 1.2.1.3t形接头一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，叫做t形接头。 1.2.1.4搭接接头两焊件部分重叠的接头叫做搭接接头。搭接接头根据其结构形式和对强度的要求，分为不开坡口，圆孔内塞焊和长孔内角焊3中形式 1.2.2焊缝坡口根据坡口的形状，坡口分成i形（不开口），v形，y形，双y性，u形，双u性，单边v形，双单边y形，j形等各种坡口形式。 v形与y形坡口的加工和施焊方便，不必翻转焊件，单焊后容易产生角变形。双y性坡口是在v形坡口的基础上发展而来的。当焊件厚度增大时，采用双y形代替v形坡口，在同样厚度下，可减少焊缝金属一半，并且可对称施焊，焊后的残余变形较小。缺点是焊接过程中药翻转焊件，在筒形焊件内部施焊，劳动条件差。1.3焊接缺陷及质量检查焊接构件在焊接过程中，受到不均匀的加热，冷却便会产生应力状态及形状中尺寸的变化。一般影响焊接构件应力与变形的因素有以下几种：（1）焊接方法。包括焊接参数及具体的焊接方法。（2）焊接构件物理性能。包括焊接构件的形状尺寸，焊缝位置尺寸及数量，装配焊接顺序等。若焊接构件的约束大的条件下焊接，则焊接变形小的而应力大；反之，则焊接变形大而应力小。 1.3.1焊接应力 1.3.1.1内应力（1）内应力指物体在无外力作用时其内部所存在的应力，内应力在物体内部相平衡。常见内应力有热应力，相变应力，装配应力，残余应力等。（2）若构件受到局部载荷或不均匀加热，则在局部区域产生塑性变形；当局部载荷或不均匀不再作用后，构件则恢复到自由状态，其内部产生的不能恢复的变形称为塑性变形。（3）构件中残留下来的变形称为残余变形；构件产生不能恢复的塑性变形而形成的内应力，称为残余应力。 1.3.1.2改善或消除内应力的方法 调节焊接残余应力，可采取相应的焊接设计及焊接工艺措施来降低残余应力的峰值，调整内应力分布，以控制焊接裂纹的缺陷。 1.3.2焊接变形 1.3.2.1焊接变形的类别常见的焊接变形大致可分为纵向收缩变形，横向收缩变形，弯曲变形，扭曲变形，角变形和波浪变形等。 1.3.2.2防止焊接变形的措施（1）采用反变形。在焊接前预先将构件装配成与焊接变形相反方向的变形。（2）进行刚性固定。采用胎卡具或临时支撑等措施，将构件固定，提高焊接构件在焊接时的刚度，减少焊接变形量，同时又增加焊接应力。 （3）焊接方法与焊接参数要选用合理。如选用能量密度较高的焊接方法以减少焊接变形，也可采用跳焊，逐步退焊等方法减少焊接变形。（4）装配焊接顺序要合理。焊接构件在装配时，截面的中心位置在不断变化，即使构件相同，装配焊接顺序不同，其变形不同。因此装配焊接顺序一定要合理。（5）采用预拉伸法。为防止薄板的波浪变形，可采用机械预拉伸，加热预拉伸，机械及加热同时进行预拉伸，使薄板预先受到拉伸与伸长，然后再在薄板上装配焊接骨架。 1.3.2.3焊接变形的矫正（1）机械矫正法。人们常常采用手工锤击，压力机等机械方法使构件产生新的塑性变形，矫正焊接变形；对于薄板焊件，一般采用多辊平板机进行矫正。手工锤击时，噪声及劳动强度大。（2）火焰矫正法。这是用火焰局部加热焊接构件引起新的变形以抵消焊接时产生的变形。使用这种方法时，应控制加热温度及位置。 1.3.3焊接缺陷在焊接过程中，由于材料，工艺及结构等方面的因素会产生焊接缺陷。 1.3.3.1熔化焊常见缺陷及其特征（1）咬边。焊件表面上焊缝金属与母材交界处形成凹下的沟槽。（2）焊瘤。焊缝边缘或焊件背面焊缝根部存在未与母材熔合的金属堆积物。（3）弧坑。焊缝末端收弧处的熔池未填充满，在凝固处收缩后形成凹坑。（4）气孔。存在于焊缝金属内部或表面的孔穴。（5）夹渣。残存在焊缝中的宏观非金属夹杂物。（6）未焊透。焊缝金属与母材之间或焊缝金属之间的局部未熔合。焊缝根部未完全熔透的现象称为未焊透。焊道与母材之间与焊道之间未完全熔化结合的部分称为未熔合。（7）裂纹。存在于焊缝或热影响区内部表面的缝隙。 1.3.3.2产生焊接缺陷的主要因素（1）咬边：焊接电流过大或焊接速度太慢；在立焊，横焊，和角焊时，电弧太长；焊条角度和摆动不正确或运条不当；立焊，仰焊时易产生咬边。（2）焊瘤：焊接参数不当电压过低，焊速不合适；焊条角度不对或电极未对准焊缝；运条不正确。（3）气孔：当电弧功率不变，焊接速度增加时，增加了产生气孔的倾向；电弧电压太高（即电弧过长）；焊条，焊剂在使用前未进行烘干；使用交流电源易产生气孔；气体保护焊时气体流量不合适。（4）夹杂：电流大小不合适，熔池搅动不足；焊条药皮成块脱落；多层焊时层间清渣不够。电渣焊时焊接条件突然改变，母材熔深突然减少；操作不当。（5）未焊透：焊条偏心；焊接电流小或焊接速度太快；焊条角度不对或运条方法不当；电弧太长或电弧偏吹；坡口角度太小，钝边太厚，间隙太小。（6）裂纹：焊接线能量过大，使焊缝区的过热倾向增加，晶粒长大，引起结晶裂纹；熔深与熔宽比过大；焊接顺序不合理，焊缝不能自由收缩；焊缝附近的刚度较大，如大厚度，高拘束度的构件。 1.3.4焊接质量的检验为了防止因焊接缺陷造成事故，许多焊接构件或其成品必须进行焊接质量检验。焊接检验的方法分为破坏性检验和非破坏性检验2大类。2.电弧焊电弧焊是利用电弧放电时所产生的热量作为热源，加热，熔化焊条和焊件并使之相互熔合，形成牢固接头的焊接过程。因此，电弧焊是一种熔化焊接方法。2.1电弧焊的优点（1）使用的设备比较简单，价格相对便宜且轻便。（2）不需辅助气体保护，焊条既能填充金属，又能在焊接时产生保护熔池和避免氧化的保护气体。（3）操作灵活适应性强，能在空间任意位置焊接。（4）应用范围广，适用于大多数金属，合金的焊接。2.2电弧焊的缺点（1）对焊工操作技术要求高。（2）焊工劳动强度大，劳动条件差，有时处于高温烘烤和有毒有害的环境。（3）焊接工艺参数选择范围小，要经常更换焊条和清理焊渣。2.3焊接工艺参数焊接时，为保证焊接质量而选定的有关物理量，称之为焊接工艺参数。电弧焊的焊接工艺参数主要有焊条类型，焊接电流，电弧电压，焊接速度等。2.3.1焊条选用原则焊条的种类很多，应用范围不同，正确选用焊条，对劳动生产，焊接质量和产品成本都有影响，焊条选用原则如下：（1） 等强度原则。对于承受静载或一般载荷的弓箭或结构，通常在各种钢焊接时选用抗拉强度与母材相等的焊条，这就是等强度原则。在异种钢焊接时，则按强度低的一侧刚才选用。（2） 等同性原则。焊接在特殊环境下工作的工件或结构，如要求耐磨，耐腐蚀，在高温或低温下具有较高的力学性能，则应选用能保证熔敷金属的性能与母材相近的焊条，这就是等同性原则。如焊接不锈钢时，应选用不锈钢焊条。（3） 根据工件或焊件结构的工作条件和特点选择焊条。例如焊接需承受动载货冲击载荷的工作，应选用熔敷金属冲击韧度较高的低氧型碱性焊条。反之，焊一般结构时，应选用酸性。2.3.2电弧电压电弧电压的高低取决于电弧长度。弧长增大，电弧电压增高。过高的电弧电压使熔宽增加，熔深减少，熔池保护不好，易产生未焊透，咬边和气孔等缺陷。因此，手工电弧焊应尽可能采用短弧，特别是碱性焊条的弧长不应超过所用焊条的直径。2.3.3焊接速度单位时间内所完成焊缝的长度称为焊接速度。焊接速度过慢，易使接头过热而降低其力学性能，同时增大应力或变形。焊接速度过快，易造成未焊透，未熔合，气孔夹渣及焊缝成形不良等缺陷。为提高生产效率，应保证焊接质量的前提下，适当提高焊接速度。2.3.4焊接层数焊接层数直接影响到焊接接头的性能及变形。焊接层数应根据焊件的厚度确定。厚件焊接时，应采用多层焊，否则，焊接层数越少，每层焊缝厚度越厚，也就是焊接速度过慢，从而造成接头过热，韧性降低，同时应力或变形增大。因此电弧焊时，以每层焊缝厚度不超过所用焊条直径为宜。3.气体保护焊气体保护焊是利用外加气体作为保护介质的一种电弧焊方法，其优点是电弧和熔池可见性好，操作方便，无需焊后清渣。3.1气体保护焊的特点气体保护焊与其他焊接方法相比，具有以下特点：（1） 电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调整焊接参数。（2） 焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣。（3） 电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，焊件焊后变形少。（4） 有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。（5） 可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁，钛及其合金。（6） 可以焊接薄板。（7） 在室外工作时，需挡风设备，否则气体保护效果不好。（8） 电弧的光辐射很强。（9） 焊接设备比较复杂，比电弧焊设备价格高。3.2气体保护焊的安全使用（1）气体保护焊电流密度大，弧光强，温度高，且在高温电弧和强烈的紫外线作用下产生高浓度有害气体，所以要特别注意通风。（2）引弧所用的高频振荡器会产生一定强度的电磁辐射，接触较多的焊工会引起头昏，疲乏无力分等症状。（3）氩弧焊使用的钨极材料中的稀有金属带有放射性，尤其在修磨电板时形成放射性粉尘，接触较多，容易造成神经系统疾病。3.3二氧化碳气体保护焊3.3.1二氧化碳气体保护焊的特点二氧化碳气体保护焊是熔化极气体保护焊的一种，广泛应用于低碳钢和低合金钢等黑色金属的焊接。其具有以下特点：（1） 二氧化碳气体保护焊穿透力强，焊丝熔化率高，生产效率高。（2） 二氧化碳气体保护焊成本低（3） 焊缝含氧量低，抗锈蚀能力强。二氧化碳气体保护焊主要缺点是金属飞溅较大。它是因液态金属内部的一氧化碳气体膨胀爆炸造成的。3.3.2二氧化碳气体保护焊的材料由于二氧化碳气体保护焊得电弧氧气氧化性较强，因此对焊丝的化学成分有以下特殊要求：(1)焊丝必须含有足够数量的脱氧元素（如si，mn，al等），以减小焊缝金属中的含氧量，防止产生气孔。（2）焊丝的含碳量要低，这样可以减少气孔与飞溅。（3）保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。3.3.3二氧化碳气体保护焊安全防护二氧化碳气体保护焊焊接过程中金属飞溅较大，与其他焊接方法相比，更容易引起火灾和人身烫伤事故。因此，在进行二氧化碳气体保护焊时，除应防止点击外，还须特别注意焊接场所的防火措施和人员的防烫伤保护。应做到如下几点：（1） 焊接作业点附近不得有易燃，易爆物品。（2） 为防止触电和强烈弧光，作业人员应戴齐全完好干燥阻燃的手套，穿工作服及绝缘鞋。（3） 焊丝送入导电嘴后，不得将手指放在焊枪喷嘴口来检查焊丝是否伸出。（4） 二氧化碳预热器应采用安全电压，否则必须加装防触电保护装置。4埋弧焊埋弧焊时利用电弧作为热源的一种焊接方法。由于在焊接时其电弧被一层可熔化的颗粒状剂所覆盖，弧光不外露，肉眼看不到，因此成为埋弧焊。4.1埋弧焊的主要优点由于埋弧焊熔深大，生产率剂机械化程度高，因此适用于焊接中厚板结构的长焊缝。埋弧焊的主要优点：（1） 焊接电流大，加上焊剂和熔渣的隔热效果，故热效率高，熔深大。（2） 焊接速度快。（3） 焊剂的存在不仅能是熔池与空气隔绝，而且降低了熔池的冷却速度，使液体金属与熔化的焊剂间有较多的时间进行冶金反应，提高了焊缝金属的力学性能，减少了产生气孔，裂纹的缺陷的可能。（4） 在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果比其他电弧焊相比，焊接质量对人的依赖程度大为降低。（5） 没有弧光辐射，飞溅也受到有效制约，劳动条件好。4.2埋弧焊的主要缺点（1）为使颗粒状焊剂能覆盖焊接区，它只适用于平焊位置。（2）不能直接观察到熔池与焊道的相对位置，因此，一旦焊偏时不易及时发现和纠正。（3）电流小于100a时电弧不稳定，因此不适用于焊接厚度小于1mm的薄板。5焊接的安全卫生5.1 焊接作业的威险有害因素5.1.1高温作业焊接时，焊接电弧时高温热源，手工电弧焊中心部分的温度可达4200k（绝对温度）以上；二氧化碳气体保护焊的电弧温度高达6000-10000k5.1.2接触带点体在电弧焊时，如更换焊条，移动调节焊接设备等，大多数情况下作业人员要接触带电体。5.1.3产生有毒有害气体在焊接的高温下作用下会