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工艺总复习 Practice for Pressure Vessel,1、焊接概述包括：,1）焊接基本术语（ISO857） 2）ISO4063对焊接方法的分类及表示符号 3）各种焊接方法的焊接过程简介及适用范围,1）焊接基本术语（ISO857）,熔化焊：使局部地区熔化，在无压力的作用 下，带或不带焊接填充材料的焊接。 熔化焊焊缝通常在以下方面有较高的要求： 强度和韧性 具有较强耐高温和低温能力 耐腐蚀和磨损能力 对气体、蒸汽、压力或真空等条件下的密封性能 压力焊：在力的作用下，带或不带焊接填充材料，实施局部性加热（至熔化状态）的焊接。,连接（焊接）：两个或更多的工件通过焊接而形成永久性的连接。 堆焊：为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。 单道焊：只熔敷一条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中只熔敷一条焊道的焊接。,双道焊：熔敷两条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中熔敷两条焊道进行的焊接。 单面焊：仅在焊件的一面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。 双面焊：在焊件的两面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。 焊接操作：通过焊接完成工件的连接的过程。,焊接条件： 1）包括环境因素（例如天气） 2）应力和环境因素（例如噪音、热度、拘束状态） 3）工件因素（例如母材材质、坡口形状、工作位置） 焊接工艺参数：焊接时为保证焊接质量而需要的数据。 熔化速度：填充材料熔化的速度。指填充材料在单位时间内熔化的长度 焊接速度：单位时间内完成焊缝的长度,焊接时间：完成焊接接头所需要的时间（不包括准备和完成操作），包括焊接生产时间和辅助时间。 熔敷效率：熔敷在坡口或者工件上的焊缝金属量与熔化的填充金属量的比率，或者与药芯电弧焊中熔化焊丝的比率，常用百分比表示。 焊接填充材料：焊接时被熔化用尽，并有利于焊缝形成的材料。例如填充金属、气体、焊剂。,2）焊接方法的分类及表示符号 （ISO4063）,2、电工学基础、弧焊电源,电流的实质 在自然界的固体、液体和气体中原子是构成每一种物质的最小微粒。原子由带正电荷（+）的原子核和带负电荷（-）的电子壳层所组成；原子核本身由质子和中子所构成；在电子壳层上，电子沿着椭圆形轨道围绕着原子核旋转，电子的数量与具体材料有关。,热效应 电流在导体内的流动产生热量。所产生的热量大小与通过导体的电流强度、导体横截面积大小以及导体的材料种类有关。如果在一根通电导体的某一段内，用高熔点材料如钨制成的细丝替代，那么就会在该部位产生很高的热量。它可能达到白炽状态。,电流效应,电流热效应也出现在，当引燃电弧以后出现的自由电子及正离子与其它微粒碰撞时，可将它们的运动能量（动能）转换成热能。,磁效应 一个通电导体周围密布着磁场。如果沿着电流方向观察磁力线，则磁力线是以逆时针方向围绕着导体旋转。,化学效应 电镀时，电流在正极（铜）和负极（工件）之间流动。电解液硫酸铜（CuSO4）分解成带电质点，这些带电质点完成电流的输送任务。铜作为涂层析出在工件上。,蓄电池充电时，在一块极板上，硫酸铅转变成二氧化铅，在另一块极板上，硫酸铅转变成铅。蓄电池放电时，通过化学反应储存的电能被重新释放出来。,直流电 对于公共供电网路，不使用直流。特定的电弧焊接方法只能用直流进行焊接，直流对焊接而言是很重要的 交流电 公共供电网络，几乎用交流电。生活用电，通常交流电压有效值为220V。 三相交流电 是由一组频率相同、振幅相等、相位互差120的三个电动势组成的供电系统。 应用： 主要应用于电流消耗较大的电器设备的网路供电。所有的公共电网都是三相网路电流，它的电压通常为380V（在较大的企业中，三相网路电压也可达500V）,电流种类,弧焊电源的安全,焊接电源的空载电压 对人而言，很小的电流（ 0.050.1A）就已经可能使心脏停止跳动而引起死亡。通常交流电比直流电更危险。假如人体的内阻为2000欧姆，根据欧姆定律，当电压为100伏时，人体就可能流过0.05安培。,1) 正常运行情况下指的是手工焊和半自动焊 2) W-交流含量或谐波现象 3) 存在较高触电危险的环境： 由导电墙组成的狭窄空间，例如锅炉，在导电部件之间或附近的狭窄的范围里，在导电部件上活动受限制的情况下，以及在潮湿和炎热的空间里。,功率及功率因数,视在功率S 电路中总电压和电流有效值之间的乘积定义为电路的视在功率。 有功功率P 是 S 的一部分，它被转换成“非电”功率，被转换成热量（电弧）或者机械功（马达）的功率，从电网中取出的有功功率是不可逆转的。 无功功率Q 理想电感元件虽然不消耗电能，但它与电源之间不断进行能量互换;无功功率Q是建立电场或磁场用的电功率，当电场或磁场的能量衰减时，又把它提供回网路。 功率因数cos：有功功率与视在功率的比值。,3、电弧,电弧 既是一种气体导电现象，又是一种自持放电现象。电弧中的带电粒子主要是依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程而产生的。,焊接电弧的主要作用：,把电能转化为热能，同时产生光辐射和响声 ）电弧的高热可以用于焊接，切割和炼钢等。 ）电弧的强光可用于照明。 ）电弧声可以用于焊接过程的监控。,气体间隙电离的过程和 电弧的形成过程如下：,当弧焊电源输出端的两个极即电极和焊件短路时，表面局部突出部位首先接触，在接触区域有电流通过，金属熔化并形成小桥，拉开电极则小桥爆断，使金属受热气化。当电极与工件分离后，在极小的间隙中，在电源电压的作用下，形成较大的电场强度，电子在电场的作用下，自“阴极逸出”，形成“电子发射”。由阴极发射出的电子，在电场的作用下快速向阳极运动，与中性气体粒子相撞并使其电离，分离成电子和正离子。电子被阳极吸收，而正离子向阴极运动，形成电弧放电过程。,电弧的带电粒子的产生,电离与热解离：电弧是由两电极和其间的气体空间组成，电弧中的带电粒子主要依靠气体空间中气体的电离和电极的电子发射产生。 a、电离 在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。 使中性气体粒子失去第一个电子所需要的最低外加能量称为第一电离能,用符号V表示则为电离电压。,常用元素及化合物电离电压,电离电压与气体物质的结构有关，电离电压高表示这种气体难于电离，导电困难。为了提高交流电弧燃烧的稳定性，在焊条药皮或焊剂中加入稳弧剂。稳弧剂主要是由容易电离的钾、钠等碱金属组成。,热解离,在热作用下，气体质点具有很高的动能，在无规则的相互碰撞中产生电离。 N2N+N H2H+H CO2CO+O 加入低电离物质（K），,电子发射,当电极（阴极或阳极）表面受到外加能量作用时，电极中的电子可能冲破电极表面的约束而飞到电弧空间，这种现象称为电子发射。 电子发射的三种形式： 1）粒子碰撞发射 2）热发射 3）电场发射,几种金属电子逸功： Fe Fe+ e-+4.8eV Al Al+ e-+4.0eV Cu Cu+ e-+4.8eV 为提高电子发射能力和改善焊接工艺性能，TIG焊时在钨极中常加入Th、Cs等成份，可以提高钨极的电流容量和改善引弧性能。,电弧区域组成,阴极区 靠近阴极表面的部分电压降叫做阴极电压降 阳极区 靠近阳极表面的部分电压降叫阳极电压降 弧柱区 阴、阳极区之间电压降叫做弧柱电压降。,A:阳极温度可达4000 K:阴极温度可达3600 L:弧柱区温度可达450020000 L:电弧,不同保护气体下电弧的性能,氩气与二氧化碳气体的工艺性能存在差异，如密度、热传导性和电弧特性。,CO2焊时电弧总是在熔滴下半部产生的原因：,CO2气体在2000K左右开始分解，伴随吸热反应，电弧发生冷却、收缩作用（CO2弧根面积小，电弧集中，是由于气体的物理性能所造成的）。 由于CO2焊时电弧的电场强度较大，必然造成电弧集中在熔滴的下部。 二氧化碳焊时电弧的电场强度为17.7V/cm，而氩弧焊大约为6V/cm。,溶滴过渡的影响力,1)电磁收缩力 有利 2)短路爆破力 有利 3)细熔滴冲击力 有利 4)等离子流力 有利 5)斑点压力 阻碍 6)表面张力 阻碍,接线位置、焊接位置及铁磁体对电弧的影响,接线位置,焊接位置,铁磁体对电弧影响,火焰技术 4、氧-乙炔火焰,氧乙炔火焰大多用作气焊热源。 焊接部位所需要的热量与工件厚度和材料种类有关 所需各种不同的热量与焊炬种类和焊炬尺寸有关 焊接火焰的作用:具有熔化连接面和焊接填充材料;能够保护焊接熔池。,火焰的分类及用途(DIN8522),气焊（G；311）,应用范围： 所能焊接的材料为:非合金钢、低合金钢、有色金属，铸铁 工件厚度一般为6mm以下。 各种位置的连接焊，特别是管道安装、车体结构、安装和维修、堆焊等。,常用于焊接和切割的燃气主要有：,乙炔（C2H2）、丙烷（C3H8即液化石油气）、甲烷（CH4即天然气）、氢气（H2）、煤气（CO+H2）和汽油（CnH2n即烯烃+芳香烃）等。,火焰的温度分布,混合器体的爆炸容限,气焊的分类（ISO4063）,31氧燃气焊 311氧乙炔焊 312氧丙烷焊 313氢氧焊 32空气燃气焊 321空气乙炔焊 322空气丙烷焊 33氧乙炔喷焊（堆焊）,氧气瓶及氧气瓶阀,氧气瓶是贮存和运输气态氧气的一种高压容器。在制氧机中制取的氧以15Mpa的压力灌入氧气瓶内。 我国的氧气瓶应符合国家气瓶安全监察规程的要求。氧气的压力气瓶、管道和软管都以兰色作为标志。,氧气是以气体状态和液体状态进行储存的。通常，氧气以气态储存在压力气瓶中。 如果持续地需要大量的氧气，则氧气一般就以液态形式盛装在绝热的容器中进行运输和储存。在“低温气化器”的蒸发装置中，液态氧气转化成气态氧气。 1升液态氧大约可获得850升气态氧。,乙炔气瓶及乙炔气瓶阀,乙炔气瓶是存储和运输乙炔用的压力容器，是采用优质碳素钢或低合金钢板焊接而成。乙炔是不稳定的化合物，受压时会爆炸。因此不能以高压压入普通钢瓶内，而必须利用乙炔能溶解于丙酮（CH3COCH3）的特性，采用装有多孔填料的特殊钢瓶，才能将乙炔压入钢瓶内。 乙炔气瓶、管道 是按照EN1089的规定 都是黄色，我国为白色。,使用乙炔气瓶时不能放倒，避免丙酮流出。瓶体温度不能超过3040，温度升高会降低丙酮对乙炔的溶解度，而使瓶内乙炔压力急剧升高，乙炔瓶使用时需全部打开，以避免漏气，瓶内气体严禁用完，必须留有剩余压力。,焊接材料,焊剂是氧乙炔焊时的助熔剂。 它的主要作用是：消除坡口、焊丝表面的油污和脏物的有害作用；与金属中的氧、硫化合，使金属还原，补充合金元素，起到合金化的作用等。 焊剂主要用于：铸铁、合金钢及各种有色金属的气焊，低碳钢气焊不使用焊剂。,气焊工艺,左焊法：适用于厚度小于3mm的工件；焊丝可间断送进；焊枪摆动。 右焊法：适用于厚度大于3mm的工件；焊丝搅动；焊枪不摆动。 优点： 容易观察熔池 容易易焊透 能够实现对熔池大范围的保护 焊道较窄 用气量少,焊接各种材料用的氧乙炔焰,铜与铜焊接时，可选用气焊、钨极氩弧焊、熔化极惰性气体保护焊,填充材料标准,EN12536-2000非合金钢和热强钢气焊焊丝标记 例：,焊丝化学成分,气焊焊丝焊接性能：,各种焊丝对气体熔化焊的适应程度反映在他们的性能上，即：流动性及渗透性（在焊接过程中）和在熔池中的气孔倾向。,气焊焊丝的适应性,相对应所采用的焊丝焊接的焊接接头，对于所有焊接位置都可达到所焊材料的最低屈服强度和抗拉强度，焊丝等级O至O，用于单道焊接，O至O用于多道焊接；,氧乙炔火焰应用,火焰校正 利用局部加热后再冷却的收缩变形校正原来变形的工艺方法； 要求材料有较高的塑性； 校正效果取决于火焰加热位置和火焰能率。 氧乙炔火焰切割 属于火焰切割，切割过程中，金属材料处于燃烧状态，火焰切割的材料其燃点都应低于熔点。 钢材表面预处理 氧化皮、铁锈等。 预热 火焰喷涂,板厚在3300mm范围内的碳钢和低合金钢，切割质量最好的热切割方法是火焰切割 所要求的能量消耗最小,较大部分热量是通过氧与所切割钢的放热反应产生的,1.17 热切割方法分类,按物理物理过程分类:火焰燃烧切割、熔化切割和升华切割。 按机械化程度分类:手工、半机械化、全机械化和自动化切割。 按能源的分类:,火焰切割质量技术要求,a)直角或斜角误差u 切割面最高点与最低点的切线的理论垂直距离 b)平均粗糙度Ry5 指割纹深度,进行目视判断参数,c)后拖量n 切割方向上两个切槽点之间的间距 d)边缘熔化度r 切面上棱边一定形状的尺寸 e)垂直度 实际切断面与被切割表面的垂线之间最大偏差,说明:按ISO 9013标准，直角或斜角误差u为区域2，表面粗糙度RZ5为区域3,工件尺寸偏差为1级 例2:（用文字描述） 说明:按ISO 9013标准，直角或斜角误差u为区域3，表面粗糙度Rz5区域4 ，工件尺寸偏差为2级。,例1 : ISO9013-231,1.20 切割面质量标记举例,ISO9013 342,影响火焰切割质量的因素,气体（压力、流量、混合比、纯度、类型和温度等） 割嘴（结构、寿命和切割角度等） 机械装置（机器结构、寿命和切割速度等） 被切割材料（化学成分、厚度和尺寸精度等）,等离子切割分类,根据原理不同分： 非转移弧等离子切割 转移弧等离子切割 二次气体等离子切割 水流束等离子弧切割 根据使用气体不同分： 空气等离子弧切割 氧气等离子弧切割 氮气等离子弧切割 氩气-氢气等离子弧切割 水射流等离子弧切割,等离子是一种熔化切割方法。 使用气体 氧气、空气、氮气和氩气 应用： 氩气+氢气 高合金钢、有色金属（铝、钛、钼等） 氮气 高合金钢、铝、钛、铜 氧气 结构钢 压缩空气 结构钢、铬镍钢 氩气+氮气 铬镍钢 氩气+氮气+氢气 铬镍钢 二氧化碳 高合金钢,等离子切割,切割气体特性,激光切割方法及原理,1）激光火焰切割原理 利用激光热能将工件加热至其燃点，再用活性气体(如氧气、空气)使其燃烧，并排除燃烧物，形成割缝。其原理类似氧气切割，只是利用激光作预热热源。 主要用于切割钢、钛、铝等金属材料 2）激光熔化切割原理 利用激光加热工件使之熔化，然后喷吹非氧化性气体，排除熔融物质，形成割缝。大多数金属材料的切割都属于这类切割。 3）激光升华切割原理 当高功率密度的激光照射到材料表面时，材料在极短时间内被加热到气化点，并以气体或者为气体冲击以液态、固态微粒形式逸出，形成割缝。 材料的气化热很大，多用于非金属材料切割,激光切割的特点:,1）切割质量高： 激光是理想的光源，具有单色相关性的特点。 对于材料加工，优先采用CO2激光。激光束是通过气体的电激发产生的。这里气体是指二氧化碳、氮气和氦气的混合气体。激光通过凸透镜，使激光束聚焦到工件的表面。 CO2激光的激光束的斑点直径为0.10.2mm。,2)切割效率高 107W/cm2的能量密度能够使: 激光火焰切割的材料迅速达到燃烧温度， 激光熔化切割的材料迅速达到熔化温度， 激光升华切割的材料迅速达到蒸发温度。 根据切割材料不同可使用：O2、N2、Ar、He或压缩空气切割，使用气体能加快切割过程。,激光焊接和切割适用范围,对于焊接和切割等材料加工，主要采用CO2激光，而激光气是由45%CO2、13.5% N2和82% He组成的混合气体。 激光可切割：金属材料/塑料/木材和陶瓷材料,5、焊条电弧焊（E；111）,2.1 工艺特点 1）设备简单，操作灵活方便，适应性强，可达性好； 2) 可焊金属广泛； 3) 待焊接头装配要求较低； 4) 劳动条件差，熔敷速度慢，生产率低。,2.2 焊条电弧焊应用范围,焊条电弧焊时，电弧温度约在6000左右， （熔化极气体保护焊接时，电弧温度约10000左右） 焊条药皮受热作用产生气体与熔渣，保护焊条末端、过渡的熔滴；母材上的液态金属， 凝固的熔渣覆盖着焊缝金属，同样起保护作用。 应用范围： 适于全位置焊接，工件厚度大于3mm 能焊的金属有：碳钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐热钢的连接焊接及堆焊 ; 可能须预热、后热或两者兼用的金属有：铸铁、高强度钢、淬火钢等,焊接钢材时，阴极温度约为2400 ，阳极温度约为2600 ，正极（阳极）上 产生的温度要比负极（阴极）温度高200500。 其原因是： 在负极上射出的电子当它们脱离电极材料时，要消耗能量，电子以很高的速度射到正极上，将它的动能传递给正极。,电弧的特点,1)电弧是一种气态物质； 2)电弧的四周集中了磁场，受到磁作用的影响；还受到化学作用的影响；电弧在焊接电路中具有阻值高、且不断变化的电阻； 3）电弧具有良好的导热性能； 4）电弧能发射出红外线、可见光线和紫外线。 5）当磁场单侧作用到电弧上时，会出现“磁偏吹”现象； 6）电弧能在焊接熔池上施加压力。,常用焊条电弧焊电源：,按输出电流种类不同分（ ISO 60974 ） 弧焊变流器 弧焊整流器 直流 弧焊逆变器 弧焊变压器 交流,负极性 交流 正极性,电流大小相同而极性不同时获得的焊缝熔深,酸性药皮和金红石型药皮负极性（国内直流正接） 碱性和所有高合金钢焊条正极性（国内直流反接）,对弧焊电源外特性要求,焊条电弧焊时,焊工很难保持弧长恒定。因此，应选用陡降外特性的弧焊电源， 当焊接非平焊位置的焊接或装配间隙大小不均的接头根部焊道时，宜采用具有较为缓降外特性的弧焊电源。 如果为了提高引弧性能和电弧熔透能力，而须增加焊接短路电流时，可以选用恒流加外拖的外特性的弧焊电源。 每一种电弧焊接方法均要求一种带特定的静特性曲线的电源， 例：1）熔化极气体保护焊（MSG）恒压特性曲线 2）埋弧焊（UP） 下降和恒压特性曲线 3）钨极惰性气体（WIG）下降特性曲线,具有陡降外特性电源优点,容易控制熔池的尺寸，限制电弧电流的最大值。 确保了电弧的稳定性。 电弧短路时不会产生过大电流。,对电源的要求, 足够高的空载电压保证引弧 良好的调节特性稳定的电弧 良好的动态特性保证再引弧 足够的功率保证操作。,ISO60974-1电弧焊设备,对弧焊电源调节特性的要求,焊接时须按焊件材质、厚度、坡口形式、焊接位置等选用不同的焊接工艺参数,电源的主要技术参数,弧焊电源的暂载率 额定暂载率 额定暂载率是表示焊接电源工作状态的参数。额定暂载率是额定焊接电流工作状态下允许的最大暂载率。,接通时间=10min( ISO标准 ),带有下降特性的焊条电弧焊电源，通常它的暂载率规定为35%，60%和100%ED。,暂载率100%和60%时焊接电流与温度上升曲线的关系,根据ISO60974标准规定，具有陡降特性的焊条电弧焊设备， 其额定暂载率为60%。,暂载率（ED）,暂载率 =负载时间/负载时间+空载时间 x 100% =负载时间/工作周期 x 100% ts = 电弧燃烧时间 tp = 电弧熄灭时间 ； ts+tp = 工作时间（标准值：10min）,额定焊接电流:按额定工作条件焊接时，能符合标准规定而输出的电流。 IS = ID 注:IS 额定焊接电流 ID持续电流 ED1额定暂载率 ED2暂载率,焊钳的作用及对焊钳的要求,焊钳作用： 夹持焊条、传导焊接电流。 对焊钳的要求： 导电性能好、外壳应绝缘、重量轻、 装换焊条方便、夹持牢固和安全耐用等,焊条药皮的作用,提高电弧的导电性 a） 电弧引弧变易。 b） 提高焊接性能。 造渣 a） 影响熔滴的大小 b） 可阻止有害气体的侵入（ N 2和O2） c） 决定焊缝的成型 d） 防止焊缝快速冷却 造气 a） 通过有机物 b） 通过碳酸盐（比如：CaCO3） 脱氧及合金化,焊条药皮化学成分及性能：,焊条的焊接性能和焊缝的机械性能主要是通过药皮成分来获得的。 形成渣壳物质（石英、液态材料） 造渣物质（二氧化锰、二氧化硅） 造气物质（纤维素、CaCO3） 稳弧剂（钾化合物、金红石） 渗合金剂（CrO3,Ti，Si，Ni粉等） 粘接剂（钾水玻璃、钠水玻璃）,对电焊条基本要求：,1)引弧容易，电弧稳定，金属飞溅少。 2)焊条熔化速度应均匀，并稍慢于焊条芯的熔化速度。 3)熔渣的黏度及流动性应适当,凝固后脱渣性好。 4)焊条在焊接过程中应具有渗入合金和冶金的作用，以保证焊缝金属和焊接接头的力学性能及物理性能，并保证焊缝不产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷。 5)焊条应适合全位置焊接，药皮强度要高，不易脱落、受潮，同心度好，焊接时放出的有害气体应尽量少。,选用焊条应考虑的基本原则：,1)焊接材料的力学性能和化学成分； 2)焊件的使用性能和工作条件； 3)焊件的结构特点和受力状态； 4)施工条件及设备； 5)改善操作工艺性能； 6)合理的经济效益 。,焊条加工工艺过程简要：,焊芯的加工； 药皮材料粉碎制粉； 涂料的混合与制备； 压涂； 干燥； 焊条质量检验等,按照EN499标准焊条比例系数： 薄药皮 105125% 中厚药皮 125 160% 厚药皮 160%,按药皮类型分为：酸性药皮（A）、碱性药皮（B）、金红石药皮（R）、纤维素药皮（C） 再烘干温度由药皮类型确定 1）酸性焊条取70150范围，最高250，烘焙ll.5h； 2）碱性焊条取300400范围，保温l2h。,重要焊条药皮类型主要特点,A酸性 焊条药皮中含有大量的铁氧化物，引起氧势偏高，和脱氧剂（含铁-锰）。对于厚药皮，酸性熔渣形成细熔滴过渡，产生平滑焊缝。酸性药皮焊条只在定位焊接中使用，有局限性，并且比其他类型药皮焊条更易受影响，而导致硬化裂纹。 B碱性 主要由大量碱土金属的碳酸盐组成，例如，碳酸钙（石灰）和氟石。为了改善焊接性能，特殊情况下使用AC进行焊接，需要附加非碱性成分（如，金红石和/或石英）。 碱性药皮有两大性能： a)焊缝金属的冲击功比较高，特别是在低温状态下； b)比其他类型药皮更能抵抗裂纹的产生，其焊缝金属的高金属纯度可抗凝固裂纹，同时可减少冷裂纹的发生，在烘干状态下施焊时得到的焊缝金属的扩散氢含量低于其他类型，不超过可允许的上限H=15ml/100g焊缝金属。 对焊缝质量及韧性有较高要求时采用碱性焊条药皮焊接最合适。,C纤维素 药皮内含有大量的可燃物质，尤其是纤维素，特别适用于立向下（PG）焊。 R金红石 粗大熔滴过渡，适于金属薄板的焊接。用于除立向下（PG）焊外的全位置焊接。 RR厚药皮金红石 焊条药皮与药芯的直径比率大于或等于1：6。特点是再引弧性能良好，焊缝波纹整齐。 RC金红石纤维素 焊条的药皮组成与金红石焊条相似。含大量的纤维素。因此适用于立向下（PG）焊 RA金红石酸性 药皮中铁氧化物的比例由金红石取代。基本上为厚药皮，适用于除立向下（PG）焊外的全位置焊接。 RB金红石碱性 特点：含大量的金红石和碱性成分。,1、重要药皮类型分析（%） 1.1焊条药皮类型主要成分,提高电弧的导电性 造渣 造气 脱氧及合金化,几种重要药皮的特点,焊条药皮成分的作用,焊接时的保护气体可由药皮中的下列哪些元素产生？ 有机物、碳酸钙（例如CaCO3）、造渣剂、合金、石墨,金红石型药皮的导电性,金红石型药皮导电性能良好，主要原因是:在焊条药皮外套角上形成含有 TiO2 的渣壳。,焊芯,药皮,在焊口药皮套处的渣,CaF2对焊接性能的作用: 会使电离作用变坏，影响气体电离，使得电弧不能稳定燃烧，CaF2在高温时与氢结合成氟化氢（HF），从而降低了焊缝中的含氢量。 铁粉或金属粉焊条的作用： 提高金属的熔敷率和溶化率,焊接填充材料（ISO2560）,碳钢和细晶粒钢焊条电弧焊用药皮焊条 ISO2560规定了当最低屈服强度不超过500 N/mm2或者最低抗拉强度不超过570 N/mm2时，碳钢和细晶粒钢焊条电弧焊在焊态条件和焊后热处理条件下药皮焊条和熔敷金属的分类要求。,焊接填充材料所涉及标准,EN499（ISO2560） 焊接填充材料碳钢和细晶粒结构钢焊条电弧焊焊条。 EN757(ISO18275) 焊接填充材料高强钢焊条电弧焊焊条部分 EN1599 (ISO3580)焊接填充材料热强钢焊条电弧焊条 EN1600（ISO3581） 焊接填充材料不锈钢，耐热钢焊条电弧焊焊条,ISO标准同时说明了两个分类体系：,1) ISO 2560-A/EN499 ISO 2560-A对非合金钢和细晶粒钢用药皮焊条的分类系统，以屈服强度和47焦耳最低冲击功为基础。 2) ISO 2560-B ISO 2560-B对非合金钢和细晶粒钢用药皮焊条的分类系统，以抗拉强度和27焦耳最低冲击功为基础。,A体系标记,按照屈服强度和47焦耳冲击功进行分类 1)第一部分给出产品/工艺的标记 2)第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记 3)第三部分给出全焊缝金属的冲击性能的标记 4)第四部分给出全焊缝金属的化学成分的标记 5)第五部分给出焊条药皮类型的标记 6)第六部分给出名义上的焊条熔敷率和电流种类的标记 7)第七部分给出焊接位置的标记 8)第八部分给出熔敷金属氢含量的标记,A体系焊接填充材料标准标记 （ ISO2560-A/EN499),(ISO2560-A),非强制性标记部分,根据ISO2560-A标准 药皮焊条E 42 2 MnMo RR 7 3 H5具有的性能,最小屈服强度为420N/mm2 在-20时的最小冲击值为47J 厚药皮焊条 熔敷率160%,且可使用交流或直流电源进行焊接 适用于在PA和PB焊接位置进行焊接 每100g熔敷焊缝金属扩散氢含量最大值为5ml,电弧长度的正确选择,金红石药皮焊条（R、RR）的弧长为焊条直径。 酸性药皮焊条（A） 的弧长为焊条直径。 纤维素药皮焊条（C）的弧长为焊条直径。 碱性药皮焊条（B）的弧长为焊条直径的一半,焊条直径与焊接电流的关系,实例（母材S235 t12） ISO 9606-1 111 P BW 1.1 B t12 PA ss nb,设计或选用接头形式须考虑因素,1）根据产品结构特点和焊接工艺要求 2）综合考虑承载条件 3）焊接的可达性 4）焊接应力与变形 5）经济成本,生产中常采用的克服磁偏吹的方法,1）焊接时采用交流电源，而不适合采用直流电源 2）改变焊件接地线位置，使焊接电弧远离接地位置，地线对称接在工件上 3）采用短弧焊接 4）沿焊缝对焊件定位或焊接，以便改变返回电流的流向和磁场区域的形状。 5）在远离焊缝的末端（末焊端）放置一块钢块 6）焊缝远离母材边缘，或朝向已焊的焊缝一侧 7）采用分段退焊法 8）利用电弧挺度（通过改变焊枪角度）,焊缝产生的缺陷及防止,气孔；咬边；夹渣 ； 未熔合；未焊透； 弧坑裂纹；,6、钨极惰性气体保护焊（141） （德文缩写为WSG，WIG，英文缩写为TIG）,保护气体及钨极氩弧焊的应用 惰性气体为：氩气（Ar），氦气（He），氩气和氦气以及氢气（H2）的混合气体 可焊接钢和有色金属，在0.55厚度适合全位置焊 空间技术、精密机械、化工设备及压力容器,对于奥氏体不锈钢的焊接方法 背面加氩气保护以利于焊缝成型及抗氧化,脉冲TIG焊与直流TIG焊相比较：,优点： 较低的能量输入 具有良好的深/宽比 稳定的电弧 均匀的打底成形 良好定位性 工件变形小 熔池容易控制 良好的弥隙性能 缺点： 焊接设备昂贵 参数调整较复杂,TIG焊枪,TIG焊焊枪可分为气冷和水冷式 TIG焊气冷式焊枪用于额定电流250A以下 TIG焊水冷焊枪用于高电流和持续焊接时,钨电极,Tth：焊接时钍电极的温度 Tr ：焊接时纯钨极的温度,纯钨极与钍钨极的温度和电流密度关系,电极端部形式,在直流TIG焊时，电极形状 对熔深的影响,保护气体对熔深的影响,不同保护气体其热传导性能亦不同,保护气体使用He时比使用Ar时熔深大 用氢氩混合气体保护时，随氢气量的加大熔深加大,铝的TIG焊工艺,铝的交流TIG焊 TIG焊交流焊接过程，正半波时对熔化表面进行清理，负半波时钨极得到冷却 铝的直流TIG焊 采用直流负极性接法,氧化膜得不到破坏。,电极为负极和熔深形式,电极为正极和熔深形式,AlMg3材料TIG焊（双V型坡口，16板厚）,焊前预热对熔深的影响,TIG焊铝时产生缺陷及原因和避免措施,TIG 焊填充材料（棒、丝）分类,EN1668/ISO636非合金钢及细晶粒钢 按照A系列分类方法可分为四项： 1）第一部分给出产品/工艺的标记 ； 2）第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记； 3）第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记； 4）第四部分给出所用焊棒或者焊丝化学成分的标记。,按照A系列分类方法的焊丝标记方式： ISO 636-A W 46 3 W3Si1 按照化学成分标记的焊丝标记方式如下： ISO 636-A W3Si1 其中： ISO 636-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类； W 钨极惰性气保护焊 46 强度和延伸率（见表1） 3 冲击性能（表3） W3Si1 焊棒/焊丝的化学成分（见表2）,7、熔化极气体保护焊,MSG与WSG在电极种类和形式上有所不同 钢和非铁金属的使用范围由焊丝和保护气体的组合形式确定： 金属极一活性气体 MAG (135) 1） 混合气体（MAGM） 2 ）CO2气体（MAGC） 金属极一惰性气体 MlG (131),工作原理：电弧在一个熔化的电极和工件之间燃烧，这个熔化的电极同时又作为填充金属，保护气体是惰性的或活性的。 电弧温度约高达10000； 焊丝具有较高的电流承载能力（直径1mm的焊丝；可承载40200安培的焊接电流）。,应用范围,适于工件厚度0.6100mm范围内的全位置连接焊接，以及堆焊。 MIG焊使用惰性气体，既可以焊接黑色金属又可以焊接有色金属，主要用于铝、铜、钛及其合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接。 MAG焊主要用于焊接碳钢、低合金高强度钢。,焊接电源,熔化极气体保护焊一般使用直流焊接电源，外特性曲线为平特性。,软管式焊枪,熔化极气体保护焊焊枪的作用： 1）将保护气体输送到焊接位置 2）输送焊丝 3）将焊接电流导通到焊丝上,焊枪,额定电流为200A的气冷式焊枪，在较高焊接电流时必须采用水冷却的焊枪。,熔化极气体保护焊电弧长度的调节,在各种焊接方法中，焊接参数（如电流，电压）在焊接过程中应保持不变，而其体现形式则是保持电弧长度不变，对此主要有二种调节方法，即U调节和I调节。 I调节主要用于熔化极气体保护焊设备中,在经过不同台阶时，电弧长度的变化,“I”调节,“I”调节方式适用于平特性或缓降特性的焊接电源，即当电流有很大改变时，电压没有变化或变化很小。在实际中主要以略带倾斜的特性曲线为主.,在I 调节方式中，送丝速度在焊接过程中保持在预先调定的位置不变，当电弧长度发生变化时，电弧电压将发生变化，这一较小的变化将导致焊接电流的大幅度变化（I），由于送丝速度保持恒定，则焊丝的熔化速度将发生变化，电流增加，熔化速度加快，电流减小，熔化速度减慢，这样即可使电弧长度恢复到原始长度，这种调节是依靠不同电弧长度的电流差值来调节的。,“I” 调节速度较快，适于细焊丝焊接时的调节 “U” 调节速度较慢，适于粗焊丝焊接时的调节,电弧种类和熔滴过渡形式,不同的电弧过渡形式对焊接参数的影响,熔化极气体保护焊的电弧功率调节范围不同，决定它的实际应用范围, 短路过渡电弧（kLb） 适用于薄板焊接 对接坡口封底焊 空间位置 过渡电弧（Lb） 由于它的不规则的电弧过渡形式，在实际应用中与所采用的保护气体形式有关，一般用于PA和PB焊接位置的中厚度板的焊接。 喷射过渡电弧（sLb）或长电弧（lLb） 用中厚板多层焊和PA及PB角焊缝焊接。,脉冲过渡电弧（p-Lb） 在熔化极气体保护焊中，电磁作用力（收缩力）对熔滴的过渡影响最大，收缩力使焊丝液态端部收缩，提高了收缩位置的电流密度，这也增强了收缩力，最终迫使熔滴过渡，收缩效应是以电流强度的平方增大。,每个脉冲的通电时间也可随意调整，经组合可调出实际脉冲电流值，按母材、板厚、焊缝型式、焊接位置、焊丝种类、焊丝直径和保护气体进行调整和改变脉冲电流值。,不同电流时间的脉冲电流,MIG/MAG脉冲电弧焊与直流焊相比较,优点： 良好的引弧性能 焊接参数对所焊工件的良好适应性 热输入量可保持最小 较粗焊丝可焊较薄工件 在整个脉冲功率调节区内飞溅少 焊缝的良好抗气孔性能 与直流焊相比对空间焊缝其熔化效率约高25% 良好的抗腐蚀性能 没有短路 良好的焊接熔深,缺点： 焊接设备较昂贵 焊接设备的调整较复杂 导电咀寿命较短,MIG-MAG焊保护气体的选择,不同保护气体的U-I特性曲线,MIG焊保护气体的选择,通常：Ar 气 (I1) Ar+He的优点: 铝Al: Ar+30-70(50)%He He会使熔深增加，防气孔能力增加，予热温度降低或 不予热。但纯 He会使电弧不稳(不平静)，熔滴粗 大，短路过渡。 铜Cu:铜导热系数Al,故 Ar+70%He. 镍 Ni/Ni-:Ar+5%H2 or Ar+30%He. Ar+He+CO2 or Ar+H2+CO2 (CO2=2%)(MAG), 铝 采用Ar气保护时，可使熔滴过渡非常稳定，但采用氩气和氦气混合气体时可改善熔深和抗氢气孔性能， 氦气（I 2）由于使熔滴过渡变得不稳定，氦气所占比例在30%和70%之间，常用混合气体比例为50%Ar和50%He（I 3），采用氦气混合气可降低预热所需费用或者甚至不预热。, 铜及铜合金 由于这些材料与铝相比具有较高的导热性能，所以氦气混合量在70%是适合的，板厚在5以下，可不用进行预热。 镍及镍合金 为获得稳定的、飞溅少的电弧过渡型式，采用MIG-脉冲焊是必要的，纯Ar气保护时焊缝易产生过大的余高，改进措施是用Ar和5%H2（R 1）或30%He（I3） 在实际应用中，也采用Ar-He-CO2或者Ar-H2-CO2，一般CO2比例为2%。,MAG焊保护气体的选择,通常：CO2、Ar Ar为主的气体优点:高熔化效率时飞溅减少. 低合金钢:Ar+18%CO2 (薄板,中板) Ar+18%CO2+8%O2 (中板,厚板) 高合金钢:Ar+1%,3%O2 or Ar+0-5%CO2 如:(Ar+5%CO2)+低C焊材:化工设备 奥氏体:8%O2 -热裂纹 堆焊:+1%O2 -稀释小 铁素体+奥氏体钢:Ar+15%He+2%CO2,高质量的活性气体 用途：用于10mm的细晶粒结构钢 成份：EN439 M14 93%Ar,5%CO2,2%O2 特点： 增加焊接速度、改善焊缝成形、 减小焊接飞溅、增大熔化截面、得到高强度的焊缝。 高含量的Ar使起弧更容易，电弧更稳定。虽然加入CO2，但在焊接中能得到喷射过渡，所以飞溅很小，附加的CO2增加热输入和熔深；附加的O2增加电弧稳定性和溶池润湿性。,三种过渡方式的应用范围,说明： 1）长弧是在CO2气体保护焊接条件下或在CO2含量较高的混合气体保护条件下形成的，主要应用在厚度大于2构件焊接。焊接位置主要是PA；PB 2）短弧是在电流大约200安培以下范围产生。主要应用于薄板及根部打底层的焊接，焊接位置可应用于受限位置的焊接如：PE，PF，PG ，PC。,焊丝干伸长对焊接电流的影响,当送丝速度不变时，干伸长越大，则电流越小。将使熔滴与熔池温度降低，造成热量不足，而引起未焊透。 干伸长太大，电弧不稳，难以操作，同时飞溅也较大和焊缝成形恶化，甚至破坏保护而产生气孔。相反，焊丝干伸长减小时，焊接电流增加，弧长略变短，熔深变大，焊接飞溅金属大量粘附到喷嘴内壁。 当干伸长过小时，易使导电嘴过热而夹住焊丝，甚至烧毁导电嘴。 焊丝干伸长与焊丝直径经验公式： l=10d（）,焊接填充材料,实芯焊丝 EN440/ISO14341:2002非合金钢和细晶粒钢金属极气体保护焊用实芯焊丝 按照A系列分类方法可分为五项： 1）第一部分给出产品/工艺的标记； 2）第二部分给出全焊缝金属的强度和延伸率标记； 3）第三部分给出全焊缝金属冲击性能的标记； 4）第四部分给出所用保护气体的标记； 5）第五部分给出所用焊丝化学成分的标记。,例1： ISO 14341-A G 46 5 M G3Si1,按照化学成分标记的焊丝，标记方式如下： ISO 14341-A G3Si1 其中： ISO 14341-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类 G 焊丝和/或 熔敷金属/金属熔化极气体保护焊 46 强度和延伸率（见表4） 5 冲击性能（见表5） M 保护气体（见表7） G3Si1焊丝的化学成分（见表3）,用于电弧焊和切割的保护气体的分类 ( EN439/ISO 14175 ),药芯焊丝,EN758/ISO17632:2004非合金钢及细晶粒(114;136)焊丝分类 按照A系列分类方法可分为八项： 1）第一部分给出药芯焊丝的标记； 2）第二部分给出多道焊技术中全焊缝金属的强度和延伸率标记或者单道焊技术中母材的强度； 3）第三部分给出全焊缝金属或者焊接接头的冲击性能的标记； 4）第四部分给出全焊缝金属化学成分的标记； 5）第五部分给出焊丝类型的标记； 6）第六部分给出保护气体的标记； 7）第七部分给出焊接位置的标记； 8）第八部分给出熔敷金属氢含量的标记。,例：ISO 17632-A T 46 3 1Ni B M 1 H5 强制部分： EN758/ISO 17632-A T 46 3 1Ni B M 其中：ISO 17632-A国际标准编号，按照屈服强度和47焦耳冲击功分类； T表示药芯焊丝/金属电弧焊 46表示拉伸性能（见表4） 3表示47J的冲击性能，最低值（见表11） 1Ni全焊缝金属的化学成分（见表9） B焊芯类型（见表12） M保护气体（见表7） 1焊接位置（见表13） H5 氢含量（见表14）,焊接参数对焊接质量的影响,主要焊接参数有： 电弧电压 送丝速度 焊丝干伸长 焊接速度,极性的影响,熔化极气体保护焊 ( 131、135 )通常采用DCEP（直流负极性） 优点：电弧稳定，熔滴过渡平稳，飞溅较低，焊缝成型较好和焊接参数调节范围较宽。,焊丝干伸长度的影响 焊接速度的影响 焊枪角度的变化影响 焊接位置的影响,MIG/MAG焊的缺陷,焊缝层间未熔合 气孔产生的原因 焊缝中的气体来源,8、埋弧焊 数字代号为12（德文UP，英文SAW）,埋弧焊过程 连续送进的焊丝在可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧，电弧热使焊丝、焊剂、母材熔化以致部分蒸发，在电弧区形成蒸气空腔，电弧在空腔内稳定燃烧，底部是金属熔池，顶部是熔渣，随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。 应用范围： 主要用于焊接工件厚度8mm50mm以上的碳钢、低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置（包括船形位置）连接；用于带极堆焊高合金钢的堆焊层。在容器制造、钢结构、造船工业和车辆制造中。 制造大批量长焊缝的工件,如工字梁最合适的焊接方法如埋弧焊或MAG焊,埋弧焊电特性和调节,细丝埋弧自动焊电弧长度调节： 电弧静特性为上升特性，电源为平特性,采用内调节方式（MIG/MAG焊）。 粗丝埋弧自动焊电弧长度调节： 电弧静特性为平特性，电源为下降特性, 采用电弧电压反馈变速送丝系统调节。,埋弧焊参数对焊缝形状的影响,1）焊接电流对焊缝成形的影响,不同焊接电流时焊缝横截面形状,（H熔深 B焊缝宽度 a余高）,2）电弧电压对焊缝成形的影响,焊接电压对焊缝横截面形状和熔深的影响 （H熔深 B焊缝宽度 a余高）,3)焊接速度对焊缝成形的影响,焊接速度对焊缝形状的影响 （H熔深 B焊缝宽度 a余高）,4) 其它工艺参数对焊缝的影响,影响因素：焊丝伸出长度、焊丝倾角、焊丝偏移量、焊剂粒度和堆散高度。 a）焊丝伸出长度对焊缝的影响： 焊丝熔化速度与伸出长度的电阻热成正比，因此伸出长度越长，熔化速度越快。在较低电弧电压下，增加焊丝伸出长度，焊道变窄，熔深减小，余高增加。 2.0、2.5、3.0焊丝推荐30-50mm，最大75mm; 4.0、5.0、6.0焊丝推荐50-80mm，最大125mm。,b）焊丝倾角对焊缝形状的影响,C）焊丝偏移量对焊缝形状的影响,环缝焊接 a:焊丝偏移合适 b：焊丝偏移量过大 c：焊丝偏移量过小,d）焊剂粒度和堆散高度：,细颗粒，大电流情况下，能得到较大熔深和宽而平坦的焊缝表面；细颗粒，低电流情况下，获得焊缝成形不好。一般在大电流适用细颗粒焊剂，小电流运用大颗粒焊剂。 堆散层高度一般在25-40mm范围，随电流、焊丝直径增加而增加。,埋弧焊的缺陷及防止措施,常见缺陷及防止措施,内部缺陷： 1）氢致冷裂纹 焊剂在250300烘干大约2小时 预热、后热、消氢、焊后热处理 合理焊接参数，适当增加焊接热输入 选择合适接头和坡口，减小拘束度和内应力 清理焊接区域水分、油污、铁锈,2）层状撕裂 选用合理的结构设计，减小厚度方向的拘束度和残余应力 选用合理的焊接顺序，变形能力良好的焊接材料 改善母材的性能（Z向） 选用薄板,3）热裂纹 减少钢中C、S、P含量，提高焊丝纯净度 控制焊缝形状（宽、深比B/T1） 合理的焊接参数，适当减少焊接热输入 改善坡口形式，减少拘束度和应力,4）气孔 烘干焊剂 清理工件焊接区域 调整焊剂化学成分改变熔渣粘度 焊剂覆盖充分 5）夹渣 调整焊接次序 选择脱渣性好的焊剂 调整焊接参数 6）未焊透及未熔合 适当的参数（增加焊接电流，减小焊接速度） 选择合适坡口，调整焊接位置，有较好的对中性,外部缺陷：,埋弧焊填充材料,焊丝的作用：填充金属 焊剂的作用： 1) 改善电弧的导电性，使起弧容易，稳定电弧； 2) 形成熔渣，形成一个坚固的渣腔，保护过渡的熔滴，保护形成的熔池，覆盖在焊道上表面，避免焊缝的过快冷却； 3) 对溶池产生冶金影响，在金属与渣之间，通过锰铁和硅铁反应脱氧； 4) 掺合金作用，加入Si和Mn，Cr，Ni，Mo等元素。,焊剂分类,1）按生产工艺分： 熔炼焊剂（价格低，不易吸潮，但消耗量大） 烧结焊剂（参与冶金反应，消耗量少，但价格高 ）,焊剂的酸碱度及合金元素的添加和烧损,2）按酸碱度分： B1 碱性（MgO和CaO含量高） B3 强碱性,不同酸碱性焊剂对焊缝缺口冲击功的影响,几种常用焊剂的性能,埋弧焊焊剂类型的特点及应用,MS 锰硅型： 适合与低锰低硅的焊丝配合（较多的锰过渡），电流承载能力强，适合高速焊接，可使用交流电，一般不用于双丝、多丝焊，脱渣性不太好，不适于厚板的多层焊，焊缝成型不错，韧性较差。适于薄板、角焊缝的快速焊。 AB 氧化铝碱性（铝酸盐碱型）： 主要由Al2O3、MgO、CaO组成，中锰过渡，较好的焊缝性能，工艺性较好。应用于非合金或低合金的结构钢，可交直流两用，适于多层焊及双面焊。,AR 铝钛型（铝酸盐金红石型） 焊剂粘度高，在工艺