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焊接工艺问答焊接工艺 1 什么是焊接接头？它有哪几种类型？ 用焊接方法连接的接头称为焊接接头（简称为接头）。它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。在焊接结构中焊接接头起两方面的作用，第一是连接作用，即把两焊件连接成一个整体；第二是传力作用，即传递焊件所承受的载荷。 根据GB/T337594焊接名词术语中的规定，焊接接头可分为10种类型，即对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底接头，如图1。其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。2 什么是坡口？常用坡口有哪些形式？ 根据设计或工艺需要，将焊件的待焊部位加工成一定几何形状的沟槽称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。 坡口的形式由 GB98588气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸、GB98688埋弧焊焊缝坡口的基本形式及尺寸标准制定的：常用的坡口形式有I形坡口、Y型坡口、带钝边U形坡口、双Y形坡口、带钝边单边V形坡口等，见图2。3 表示坡口几何尺寸的参数有哪些？它们各起什么作用？ 坡口面 焊件上所开坡口的表面称为坡口面，见图3。 坡口面角度和坡口角度 焊件表面的垂直面与坡口面之间的夹角称为坡口面角度，两坡口面之间的夹角称为坡口角度，见图4。 开单面坡口时，坡口角度等于坡口面角度；开双面对称坡口时，坡口角度等于两倍的坡口面角度。坡口角度（或坡口面角度）应保证焊条能自由伸入坡口内部，不和两侧坡口面相碰，但角度太大将会消耗太多的填充材料，并降低劳动生产率。 根部间隙 焊前，在接头根部之间预留的空隙称为根部间隙。亦称装配间隙。根部间隙的作用在于焊接底层焊道时，能保证根部可以焊透。因此，根部间隙太小时，将在根部产生焊不透现象；但太大的根部间隙，又会使根部烧穿，形成焊瘤。 钝边 焊件开坡口时，沿焊件厚度方向未开坡口的端面部分称为钝边。钝边的作用是防止根部烧穿，但钝边值太大，又会使根部焊不透。 根部半径 U形坡口底部的半径称为根部半径。根部半径的作用是增大坡口根部的横向空间，使焊条能够伸入根部，促使根部焊透。4 试比较Y形、带钝边U形、双Y形三种坡口各自的优缺点？ 当焊件厚度相同时，三种坡口的几何形状见图5。Y形坡口1）坡口面加工简单。2）可单面焊接，焊件不用翻身。3）焊接坡口空间面积大，填充材料多，焊件厚度较大时，生产率低。4）焊接变形大。带钝边U形坡口1）可单面焊接，焊件不用翻身。2）焊接坡口空间面积大，填充材料少，焊件厚度较大时，生产率比Y形坡口高。3）焊接变形较大。4）坡口面根部半径处加工困难，因而限制了此种坡口的大量推广应用。双Y形坡口1）双面焊接，因此焊接过程中焊件需翻身，但焊接变形小。2）坡口面加工虽比Y形坡口略复杂，但比带钝边U形坡口的简单。3）坡口面积介于Y形坡口和带钝边U形坡口之间，因此生产率高于Y形坡口，填充材料也比Y形坡口少。5 常用的垫板接头有哪几种形式？它有什么优缺点？在坡口背面放置一块与母材成分相同的垫板，以便焊接时能得到全焊透的焊缝，根部又不致被烧穿，这种接头称为垫板接头。常用的垫板接头形式有：I形带垫板坡口、V形带垫板坡口、Y形带垫板坡口、单边V形带垫板坡口等见图6。垫板接头的操作技能比单面焊双面成形简单，容易掌握，常用于背面无法施焊（如小直径圆筒环缝、夹套容器环缝）的场合，缺点是当垫板和筒体的椭圆度不一致时，两者之间装配在一起时局部会留有缝隙，焊接时，熔渣流入此缝隙时无法上浮，因此易形成夹渣。JB470892钢制压力容器焊接工艺评定中规定，有衬垫的单面焊的弯曲角度可按双面焊的弯曲角度标准。6 焊件对接时有什么技术要求？焊件对接时的要求如下：1）不同厚度钢板对接时 ，如果两侧钢板厚度相差太大，则连接后由于连接处的截面变化较大，将会引起严重的应力集中。所以对于重要的焊接结构，如压力容器，应对厚板进行削薄。根据有关技术标准规定：当薄板厚度10mm，两板厚度差超过3mm或当薄板厚度10mm，两板厚度差大于薄板厚度的30%或超过5m时，对厚板边缘应进行削薄，削薄的长度应大于或等于板厚差的3倍，见图7。2）直线形焊件和曲线形焊件对接时，焊缝正好处于交界处，产生较大的焊接应力，成为整个结构的薄弱面。为此，对接处的曲线形焊件应有一直段部分，便于焊缝处于平对接位置见图8。7 试述焊缝的种类。焊接后焊件中所形成的结合部分称为焊缝。按结合形式，焊缝可分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝和端接焊缝四种。对接焊缝 构成对接接头的焊缝称为对接焊缝。对接焊缝可以由对接接头形成，也可以由T形接头（十字接头）形成，后者是指开坡口后进行全焊透焊接而焊脚为零的焊缝，见图9。角焊缝 两焊件接合面构成直交或接近直交所焊接的焊缝，见图10。同时由对接焊缝和角焊缝组成的焊缝称为组合焊缝，T形接头（十字接头）开坡口后进行全焊透焊接并且具有一定焊脚的焊缝，即为组合焊缝，坡口内的焊缝为对接焊缝，坡口外连接两焊件的焊缝为角焊缝，见图11。塞焊缝 是指两焊件相叠，其中一块开有圆孔，然后在圆孔中焊接所形成的填满圆孔的焊缝，见图12a。端接焊缝 构成端接接头的焊缝，见图12b。8 表示对接焊缝几何形状的参数有哪些？表示对接焊缝几何形状的参数有焊缝宽度、余高、熔深，见图13。焊缝宽度 指焊缝表面与母材的交界处称为焊趾。而单道焊缝横截面中，两焊趾之间的距离称为焊缝宽度。 余高 指超出焊缝表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度称为余高。焊缝的余高使焊缝的横截面增加，承载能力提高，并且能增加射线摄片的灵敏度，但却使焊趾处会产生应力集中。通常要求余高不能低于母材，其高度随母材厚度增加而加大，但最大不得超过3mm。熔深 在焊接接头横截面上，母材熔化的深度称为熔深。一定的熔深值保证了焊缝和母材的结合强度。当填充金属材料（焊条或焊丝）一定时，熔深的大小决定了焊缝的化学万分。不同的焊接方法要求不同的熔深值，例如堆焊时，为了保持堆焊层的硬度，减少母材对焊缝的稀释作用，在保证熔透的前提下，应要求较小的熔深。9 表示角焊缝几何形状的参数有哪些？根据角焊缝的外表形状，可将角焊缝分成两类：焊缝表面凸起带有余高的角焊缝称为凸角焊缝；焊缝表面下凹的角焊缝称为凹角焊缝，见图14。表示角焊缝几何形状的参数有焊脚、角焊缝凸度和角焊缝凹度。焊脚 角焊缝的横截面中，从一个焊件上的焊趾到另一个焊件表面的最小距离称为焊脚。焊脚值决定了两焊件的结合强度，它是最主要的一个参数。凸度 凸角焊缝截面中，焊趾连连线与焊缝表面之间的最大距离。凹度 凹角焊缝横截面中，焊趾连线与焊缝表面之间的最大距离。10 什么是焊缝成形系数？熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度（c）与焊缝计算厚度（s）的比值称为焊缝成形系数，即 c 焊缝成形系数= s焊缝宽度和焊缝计算厚度在各种接头中的表示见图15。焊缝成形系数小时形成窄而深的焊缝，在焊缝中心由于区域偏析会聚集较多的杂质，抗热裂纹性能差，所以形成系数值不能太小，如自动埋弧焊时焊缝的成形系数要大于 1.3，即焊缝的宽度至少为焊缝计算厚度的1.3倍。11 试述焊接工艺参数对焊缝形状的影响。焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（例如，焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称为焊接工艺参数。工艺参数对焊缝形状的影响如下：焊接电流 当其它条件不变时，增加焊接电流，焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎保持不变（或略有增加），见图16a。电弧电压 当其它条件不变时，电弧电压增大，焊缝宽度显著增加，而焊缝厚度和余高略有减少，见图16b。焊接速度 当其它条件不变时，焊接速度增加，焊缝宽度、焊缝厚度和余高都减少，见图 16c。焊接电流、电弧电压和焊接速度是焊接时的三大焊接工艺参数，选用时，应当考虑到这三者之间的相互适当配合，才能得到形状良好，符合要求的焊缝。12 焊接方法在图样上如何表示？根据金属焊接及钎焊方法在图样上的表示代号中的规定，焊接方法用特定的数字表示。几种主要焊接方法的数字表示，见表1。表中同时列出了旧标准GB32464焊接方法的字母表示，以作对照。表1 焊接方法新旧代号的表示。 标准名称 焊接方法GB518585GB32464手弧焊埋弧焊熔化极气保焊（MIG）非熔化极气保焊（TIG）气焊磨擦焊冷压焊电渣焊电阻对焊硬钎焊1111211311413114248722591SZCAQMLDJH在图样上焊接方法代号标注在焊缝符号指引线的尾部。13 什么是焊缝符号？焊缝符号由几部分组成？在图样上标注焊接方法、焊缝形式和焊缝尺寸的代号称为焊缝符号。根据GB32488焊缝符号表示法的规定，焊缝符号一般由基本符号与指引线组成。必要时还可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸符号。14 试述焊缝符号中基本符号的表示方法。基本符号是表示焊缝横截面形状的符号。几种常用的基本符号表示法，见表2。15 试述焊缝符号中辅助符号的表示方法。辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号，见表3。不需要确切地说明焊缝表面的形状时，可以不用辅助符号。16 试述焊缝符号中补充符号的表示方法。补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，见表4。17 试述焊缝符号中指引线的表示方法及应用。指引线一般由带有箭头的指引线（简称箭头线）和两条基准线（一条为实线，另一条为虚线）两部分组成，见图17。指引线使用时应与基本符号相配合：1）如果焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧，见图18a。2）如果焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标在基准线的虚线铡，见图18b。3）标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线，见图18c、图18d。18 试述焊缝尺寸符号及其标注位置。焊缝尺寸符号的表示，见表5。表5 焊缝尺寸符号名 称符 号名 称符 号焊件厚度坡口角度根部间隙钝边焊缝宽度根部半径焊缝长度焊缝段数pcRLn焊缝间距焊脚熔核直径焊缝计算厚度相同焊缝数量符号坡口深度余高坡口面角度EKDSNHH焊缝尺寸符号标注位置，见图19。标注原则是：1）焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧。2）焊缝长度方向上的尺寸标在基本符号的右侧。3）坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧或下侧。4）相同焊缝数量符号、焊接方法代号等标在尾部。19 试说明图20中焊缝符号的意义。图20a表示为双面角焊缝，周围焊，焊脚尺寸6mm，手弧焊。图20b表示为单面Y形坡口，坡口角度60装配间隙2mm，钝边2mm，焊后焊缝表面须加工成与母材平齐，相同焊缝有四条。图20c表示为带垫板的对接接头，单面焊，I形坡口，装配间隙2mm。图20d表示为交错断续角焊缝，焊脚尺寸8mm，焊缝长100mm，共20条，焊缝之间距离50mm，在工地焊接。20 什么是焊接位置？焊接位置又如何表示？熔焊时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。焊缝轴线与水平之间的夹角称为焊缝倾角，见图21a。通过焊缝轴线的垂直面与坡口的等分平面之间的夹角称为焊缝转角，见图21b。根据焊缝倾角和焊缝转角大小的不同数值，可将焊接位置分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。21 什么是平焊、立焊、横焊、仰焊和全位置焊？平焊 焊缝倾角05、焊缝转角010的焊接位置称为平焊位置，见图22a。在平焊位置进行的焊接就称为平焊。立焊 焊缝倾角8090、焊缝转角0180的焊接位置称为立焊位置，见图22b。在立焊位置进行的焊接就称为立焊。横焊 焊缝倾角05，焊缝转角7090的焊接位置称为横焊位置，见图22c。在横焊位置进行的焊接就称为横焊。仰焊 焊缝倾角015，焊缝转角165180的焊接位置称为仰焊位置，见图22d。全位置焊 管子水平固定对接焊时，因同时包含仰、立、平三种焊接位置，所以称为全位置焊，也称管子的水平固定焊，见图22e。22 什么是船形焊？它有什么优点？T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接称为船形焊，亦称平位置角焊，见图23。船形焊相当于开90角Y形坡口内的水平对接焊，焊后焊缝成形光滑美观，一次焊成的焊脚尺寸范围较宽，对焊工的操作技能要求也较低，但一次焊成的焊缝凹度较大。调节角即可调节底板和腹板内熔合面积的分配比例。当1=2时，取=1=2=45，当12时，取45使熔合区偏于厚板一侧。23 什么是正接、反接？如何选用？采用直流电源施焊时，焊件与电源输出端正、负极的接法称为极性。极性有正接和反接两种：正接焊件接电源正极，焊条接电源负极的接线法，也称正极性。见图24a。反接焊件接电源负极，焊条接电源正极的接线法，也称反极性，见图24b。选用原则：1）碱性焊条手弧焊采用反接。因为碱性焊条手弧焊采用正接时，电弧燃烧不稳定，飞溅很大，电弧声音暴躁，并且容易产生气孔。使用反接时，电弧燃烧稳定，飞溅很小，而且声音较平静均匀。同理，埋弧焊使用直流电源施焊时，也采用反接。2）钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接焊接时，钨极因发热量小，不易过热，同样大小直径的钨极可以采用较大的电流，钨极寿命长；焊件发热量大，熔深大，生产率高。而且，由于钨极为阴极，热电子发射能力强，电弧稳定而集中。24 什么是焊接电弧的偏吹？磁偏吹？又如何克服？焊接过程中，因气流的干扰、焊条偏心的影响和磁场的作用，使电弧中心偏离焊条轴线的现象称为焊接电弧的偏吹。偏吹不仅使电弧燃烧不稳定，飞溅加大，熔滴下落时失去保护，还会严重影响焊缝的成形。直流电弧焊时，因受到焊接回路所产生的电磁力的作用而产生的电弧偏吹称为磁偏吹。因为用直流电施焊时，除了在电弧周围产生自身磁场外，还有通过焊件的电流也会在空间产生磁场。如果导线位置在焊件左侧，则在电弧左侧的空间为两个磁场相迭加，而在电弧右侧为单一磁场，电弧两侧的磁场分布失去均衡，因此磁力线密度大的左侧将对电弧产生推力，使电弧偏离轴线向右侧倾斜，产生磁偏吹见图25a。反之，将导线接在焊件右侧，则电弧将向左侧偏吹，见图25c。同理，如果导线在电弧中心线下面将不会产生磁偏吹，见图25b。如果在电弧附近有铁磁性物质存在，如焊接T形接头的角焊缝时，则电弧也将偏向铁磁性物质引起偏吹。 目前，克服电弧的磁偏吹还没有较完善的办法，通常是适当降低焊接电流值（因为磁偏吹的力量几乎与焊接电流的平方值成正比）、随时变换地线位置，使其更靠近焊条轴线和操作时将焊条朝偏吹的方向倾斜一个角度。采用交流电源施焊时，焊接电弧的磁偏吹现象很弱，通常可不予考虑。25 什么是熔合比？ 熔焊时，被熔化的母材部分在焊道金属中所占的比例称为熔合比。 熔合比可以以焊道金属中母材金属熔化的横截面积SB与焊道横截面积SA+SB之比来计算，即 熔合比=SB/（SA+SB） 式中 SA焊道金属中焊材金属熔化的横截面积； SB焊道金属中母材金属熔合的横截面积； SA+SB整个焊道金属横截面积。熔合比的表示，见图26。 熔合比的大小会影响焊道金属的化学成分和力学性能。焊接接头开坡口与I形坡口相比较，会显著地降低熔合比，见图27。因此，生产中可以用开坡口和合理选择坡口形式来调节熔合比的大小。26 什么是熔滴和熔滴过渡？ 弧焊时，在焊条（或焊丝）端部形成的和向熔池过渡的液态金属滴称为熔滴。熔滴通过电弧空间向熔池转移的过程称为熔滴过渡。 根据国际焊接学会（IIW）的分类，熔滴过渡主要有自由过渡、短路过渡和混合过渡三大类。27 什么是熔滴的自由过渡？ 熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池的过渡形式称为自由过渡。因条件不同，熔滴的自由过渡又可分为滴状过渡和喷射过渡两种形式。 （1）滴状过渡 焊接电流较小时，熔滴的直径大于焊丝直径，当熔滴的尺寸足够大时，主要依靠重力将熔滴缩颈拉断，熔滴落入熔池，熔滴的这种过渡形式称为滴状过渡。滴状过渡有两种形式： 1）轴向滴状过渡 手弧焊、富氩混合气体保护焊时，熔滴在脱离焊条（丝）前处于轴向（下垂）位置（平焊时），脱离焊条（丝）后也沿焊条（丝）轴向落入熔池的过渡形式称为滴状过渡，见图28a。 2）非轴向滴状过渡 在多原子气氛中（CO2、N2、H2），阻碍熔滴过渡的力大于熔滴的重力，熔滴在脱离焊丝之前就偏离焊丝轴线，甚至上翘，在脱离焊丝之后，熔滴一般不能沿焊丝轴向过渡，形成飞溅称为熔滴非轴向滴状过渡。 （2）喷射过渡 熔滴呈细小颗粒并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式称为喷射过渡。喷射过渡还可分为射滴过渡和射流过渡两种形式： 1）射滴过渡 在某些条件下，形成的熔滴尺寸与焊丝直径相近，焊丝金属以较明显的分离熔滴形式和较高的加速度沿焊丝轴向射向熔池的过渡形式称为射滴过渡，见图29a。 2）射流过渡 在某些条件下，因电弧热和电弧力的作用，焊丝端头熔化的金属被压成铅笔尖状，以细小的熔滴从液柱尖端高速轴向射入熔池的过渡形式称为射流过渡。这些直径远小于焊丝直径的熔滴过渡频率很高，看上去好像在焊丝端部存在一条流向熔池的金属液流，见图29b。28 什么是熔滴的短路过渡？ 焊条（或焊丝）端部的熔滴与熔池短路接触，由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，直接向熔池过渡的形式称为短路过渡，见图30。熔滴的短路过渡频率可达20200次/s。29 什么是熔滴的混合过渡？ 在一定条件下，熔滴过渡不是单一形式，而是自由过渡与短路过渡的混合形式，这就称为熔滴的混合过渡。例如，管状焊丝气体保护电弧焊及大电流CO2气体保护电弧焊时，焊丝金属有时就是以混合过渡的形式向熔池过渡。30 试述熔滴过渡时产生飞溅的原因。 熔焊时，在熔滴过渡过程中，一部分熔滴溅落到熔池以外的现象称为飞溅。 产生飞溅的原因有以下几个方面： （1）气体爆炸引起的飞溅 用涂料焊条焊接及活性气体保护焊时，由于冶金反应在液体内部将产生大量CO气体，气体的析出十分猛烈，尤如爆炸，使液体金属发生粉碎形的熔滴，溅落在焊缝两侧的母材上，成为飞溅。 （2）斑点压力引起的飞溅 电弧中的带电质点电子和阳离子，在电场的作用下向两极运动，撞击在两极的斑点上产生机械压力，称为斑点压力。斑点压力是阻碍熔滴过渡的力，焊条端部的熔滴在斑点压力的作用下，十分不稳定，不断地跳动，有时被顶到焊丝的侧面，甚至使熔滴上挠，最终在重力和斑点压力的共同作用下，脱离焊丝成为飞溅。手弧焊和CO2气体保护焊采用直流正接时经常会发生这种类型的飞溅。 （3）短路过渡引起的飞溅 CO2气体保护焊采用短路过渡时，在短路的最后阶段，如果还继续增大焊接电流，这时的电磁收缩力使熔滴往上飞起，引起强烈飞溅。常用金属的焊补特点及工艺金属种类焊补特点工艺低碳钢碳的质量分数0.25,焊接性良好,但厚度较大的低碳钢,在低温下焊补时,焊接接头冷却速度快,零件钢度大,开裂倾向增大.1.焊前预热2.采用低氢焊接材料3.加大焊接电流,降低焊速,连续焊接,避免中断4.焊接长度不应过短5.焊后适当注意缓冷中碳钢1.碳的质量分数为0.25-0.6,随着含碳量的增加,其焊接性逐渐变差.2.在焊接热影响区易产生冷裂纹3.在焊接金属中易产生热裂纹.4.气孔敏感性增大1.应选用强度相当的低氢碱性焊条,以提高焊缝塑性2.焊补前进行预热,一般情况下35钢和45钢的预热温度约为150-2503.焊补前应将焊处的裂纹、夹渣等缺陷切除，清除周围的油污、氧化物及杂质4.焊时应减少熔深，降低母材溶入焊缝的比例，采用较小的电流5.焊后最好立即进行清除应力热处理，若不能立即进行热处理，可缓慢冷却或进行去氧处理高碳钢高碳钢碳含量大于0.6，与中碳钢相比淬硬倾向和裂纹敏感性更大，焊接性更差1.先退火后方可焊补2.焊前必须预热，预热温度应在350以上3.焊后工件应保温，并立即进入炉中进行清除应力的高温回火低合金钢由于其合金元素的种类和合金含量的不同，焊接性能的差别比较显著。一般情况下碳的质量分数在0.4以下，焊接性能仍很好，而屈服强度高于400MPa的合金钢，碳的质量分数在0.4以上，淬 硬性大，易冷裂纹1.一般情况下，焊前需预热，预热温度为100-1502.严格控制冷却速度，可通过适当加大焊接电流和减慢焊接速度，以求缓冷3.应尽量使用抗裂性强的低氢型焊条4.焊后热处理，防止冷裂纹不锈钢焊接接头在焊补后的工作中出现应力腐蚀开裂和晶间腐蚀奥氏体不锈钢焊补时：1.使用符合母体材化学成份的焊接材料2.采用小电流、快速焊，以减少热量，减少热变形。手式电弧焊时应尽量使用短弧，以防止稳定化学元素Ti等被破坏3.在焊后应进行去应力退火，也可采用喷丸，锤击的机械方法或爆炸处理，以降低焊件的拉应力，或使表面处于压应力状态4. 为防止晶间腐蚀，在焊后重新进行固溶处理铸铁件1.焊缝区及部分热影响区极易产生白口组织2.易产生裂纹3.易产生气孔1.热焊：热焊是把工件整体或局部预热到600-700，再进行焊接，焊接时保持焊接温度不低于400，在焊后将焊件加热至600-700保温缓冷，可有效地防止出现白口组织及裂纹，热焊常用的方法为气焊2.冷焊：冷焊是在铸件不预热或只进行较低温度预热（小于400）的情况下进行的焊补。多采用手工电弧焊，焊接时一般采用小电流、细焊条、短弧、分段焊等工艺，而且焊完每段应立即用小锤从弧坑开始锤击焊缝，直至温度降至60左右再焊下道焊缝，以避免裂纹铝及铝合金1.铝和铝合金热导率系数大，焊接时消耗热量较多2.热胀系数大，焊接易变形，易裂纹3.极易形成焊缝夹渣4.焊缝容易生成气孔5.铝的高温强度低，焊接易塌陷，操作不便多采用手工钨极氩弧焊和气焊：1.焊前彻底清除工件和焊丝的油污和氧化膜2.焊前预热，预热温度一般为200-3003.气焊时必须用焊剂4.气焊应采用中性焰或弱碳化焰，以防止铝氧化5.手工钨氩弧焊，可以不用焊剂6.焊后采取去应力退火，退火温度一般为300-350焊接材料使用禁忌 1、焊条不宜直接放入已升温的箱内烘烤 焊条使用之前进行必要的烘烤，并使经烘干的碱性焊条放在温度控制在100的保温筒内，随用随取。一些未用完的碱性焊条若在空气中放置时间较长，容易吸潮，次日还要重新烘烤。通过去除焊条内部的水分和结晶水，以保证焊接过程电弧燃烧稳定及焊缝金属的质量。 但是值得注意的是烘焙焊条时，应将焊条放入电热恒温干燥箱内逐渐升温，不宜直接放入已经升温的箱内烘烤，特别是因保管不善而严重受潮的焊条，会因骤然受高温，水分来不及蒸发而突然膨胀，使焊条药皮破裂。 2、烘干的焊条不宜暴露在空气中时间太长 经过烘干的焊条应放在烘干箱中或存放在焊条保温筒内随用随取。如果烘干的焊条暴露在空气中存放时间太长，焊条药皮会迅速返潮，使焊条药皮内扩散氢含量显著增加，尤其暴露在空气中头12小时吸潮最快，将这种吸潮的焊条用于重要结构的焊接，将对焊接质量产生不良影响。所以，在焊接施工中，将烘干 的焊条从烘干箱中取出后，应当在2小时内用完，对于高强钢焊条，应当在1小时内用完，否则需要重新烘培；或者焊条从焊条箱中取出后，立即放入150的焊条保温筒中保温贮存，随用随取，不宜存放在露天时间过长。 3、受某种条件限制而无法清理的低碳钢焊件，不宜选用碱性焊条 碱性焊条的焊接工艺性较差，对铁锈、油污、水分的敏感性强，对坡口表面清理要求也较高，如果焊件清理不彻底，很容易在焊接过程中产生气孔等缺陷。因此，受某种条件限制而无法清理的低碳钢焊件表面存有氧化皮、油污等脏物时，不宜使用碱性焊条。而应该选用焊接工艺性较好的酸性焊条，酸性焊条抗气孔性能好，对铁锈、油污和水分敏感性不强。 4、对于冲击韧性和抗裂性要求较高的重要结构焊接时，不宜选用酸性焊条 酸性焊条药皮中含有较多的氧化物，氧化性较强，焊缝金属含氧量较多，同时使合金元素烧 损较大。并且在药皮中有大量的二氧化一部分硅以氧化硅夹杂物的形式存在于焊缝中，因此，焊缝的力学性能较差，特别是塑性和冲击韧性较碱性焊条低。另外，酸性焊条药皮中不含萤石（CaF2），去氢能力低；焊缝金属含氢量较高，抗冷裂性差；并且焊缝中脱硫的元素锰含量低，脱硫效果差。因此，抗热裂性也差。所以，焊接重要的结构不宜选用酸性焊条，而应选用焊缝金属含氧量较低、合金过渡系数大、含硫量和含氢量也低的碱性焊条。其焊缝金属力学性能和抗裂性均比酸性焊条好。 5、不宜用碳钢焊条焊接不锈钢焊件 奥氏体不锈钢的焊接性良好，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施。但是，如果焊条选择不当，会产生一些焊接缺陷。例如，选用碳钢焊条焊接不锈钢，会使不锈钢产生晶间腐蚀，受到晶间腐蚀的不锈钢会失去抗腐蚀的能力，而且会在应力作用下沿晶界断裂，强度几乎完全丧失，是奥氏体不锈钢最危险的一种破坏形式。 由于碳是造成晶间腐蚀的主要元素，因此要，不锈钢的焊接应该选用低碳或超低碳的不锈钢焊条，如奥102、奥132、奥002等焊条 焊条的仓储保管及使用 焊条的保管 焊条保管的好坏对焊接质量有直接影响，尤其在野外工作时要特别注意。每个焊工，保管员和技术人员都应该知道焊条存储、保管规则。焊条和其它涂料在很多情况下会遭到破坏：1）运输、搬运、使用时受到损伤；2）被水浸泡或吸潮；3）受油或其它腐蚀介质污染。 1）损伤：虽然焊条在一般情况下具有抗外界破坏能力，但不能忽视由于保管不好很容易遭受损坏。焊条是一种陶质产品，他不能象钢芯那样耐冲击，所以装货和卸货时不能摔他。用纸盒包装的焊条不能用不能用挂钩搬运。某些型号焊条如特殊烘干要求的碱性焊条涂料比正常焊条更要小心轻放。 2）吸潮：在焊条涂料中含有太高的水分时很危险的，由于很多工人不了解焊条是湿的，焊完时焊缝表面用肉眼不一定看得见气孔,但是经X射线检查就显示出气孔来。当焊条出厂时，所有的焊条有某一含水量，它根据焊条的型号而变，这个含水量是正常的，即对形成气孔有一个含水量的安全系数，对焊缝质量没有影响。所有得焊条在空气中都能吸收水分，在相对湿度为90%时，焊条涂料吸收水分很快，普通碱性焊条露在外面一天受潮旧很严重，甚至相对湿度为70%时涂料水分增加也较快，只在相对湿度为40%或更低时，焊条长期储存才不首影响。 由于昼夜湿度之间的差别很大，空气水分在早上很容易凝结成露水，很容易潮湿焊条包装。焊条存放时间较长时就很容易受潮，所以最好作到先入库的焊条先使用。 在一般情况下焊条由塑料袋和纸盒包装，为了防止吸潮，在焊条使用前，不能随意拆开，尽量作到现用现拆，有可能的话，焊完后剩余的焊条再密封起来。 简单识别受潮的方法： （1）从不同位置取出几跟焊条用两个手的拇指和食指之间将焊条支撑轻轻摇动，如果焊条是干燥的就产生硬而脆的金属声，如果焊条受潮，声音发钝。在使用焊条时常作各种试验，干燥过的和受潮焊条之间声音是不同的，这样可以防止误用受潮焊条。 （2）如果用某种型号受潮焊条焊接时发现有裂纹声音和气孔，这时一定要考虑焊条是否烘干，然后再考虑其它原因。 （3）用受潮焊条焊接时如果焊条含水量非常高，甚至可以看到焊条表面有水蒸气发出来，或者当焊条烧焊一多半时，发现焊条尾部有裂纹现象存在。 焊条的存储 （1）各类焊条必须分类、分牌号堆放，避免混乱。 （2）焊条必须存放在较干燥的仓库内，建议室温在10C以下，相对湿度小于60%。 （3）各类焊条存储时，必须离地面高300mm，离墙壁300mm以上存放，以免受潮。 （4）一般焊条一次出库量不能超过两天的用量，已经出库的焊条，必须要保管好。 焊条使用前的烘干与保管 （1）酸性焊条对水分不敏感，而有机物金红石型焊条能容许有更高的含水量。所以要根据受潮的具体情况，在70-150烘干一小时，存储时间短且包装良好，一般使用前可不烘干。 （2）碱性低氢型焊条在使用前必须烘干，以降低焊条的含氢量，防止气孔、裂纹等缺陷产生，一般烘干温度为350C、一小时。不可将焊条在高温炉中突然放入或突然冷却，以免要皮干裂。对含氢量有特殊要求的，烘干温度应提高到400-500C，一至量个小时。经烘干的碱性焊条最好放入另一个温度控制在50-100C低温烘干箱中存放，并随用随取。 （3）烘干焊条时，每层焊条不能堆放太厚（一般1-3层）以免焊条烘干时受热不均和潮气不易排除。 （4）露天操作时，隔夜必须将焊条妥善保管、不允许露天存放，应该在低温箱中恒温存放，否则次日使用前必须重新烘干。 过期焊条的处理 所谓“过期”并不是指存放时间超过某一时间界限，而是指质量发生了程度不同的变化（变质）。各种类型的焊条存放时间较长，有时在焊条表面发现有白色结晶（发毛）这通常是由水玻璃引起的，这些结晶不是有害的，它意味着焊条存放时间很长而受潮的表现。 （1）对存放多年的焊条应进行工艺性试验，焊条按规定温度进行烘干。烧焊时没有发现焊条工艺性能有异常变化，如药皮有成块脱落现象，以及气孔、裂纹等缺陷，则焊条机械性能一般是可以保证的。 （2）焊条由于受潮焊芯有轻微锈迹，基本上不会影响性能，但如果要求焊接质量高，就不宜使用。 （3）焊条受潮锈迹严重，可酌情降级使用或用于一般构件焊接。最好按国家标准试验其力学性能，然后决定其使用范围。 （4）如果焊接涂料中含有大量铁粉，在相对湿度很高而存放时间较长，焊条受潮严重，甚至涂料中有锈蚀现象，这样的焊条虽经烘干，焊接时仍产生气孔或扩散氢含量很高，因而也要报废。所要求进行改进包装防止焊条吸潮，在存储中必须妥善保管。 （5）各类焊条严重变质，药皮已有严重脱落现象，此批焊条应报废。焊条焊芯 焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯。焊接钢用的焊芯材料有碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三类，其中主要的常存元素和杂质是C、Mn、Si、S和P；对于不锈钢还胡Cr、Ni、Ti、Nb等。 焊芯的牌号用“焊”表示，代号为“H”，后面的数字表示含碳量，其它合金元素的表示方法与钢号大致相同。质量不同的焊芯在最后标以一定符号以示区别：A表示高级优质钢，其S、P的质量分数不超过0.03%；E表示特级优质钢，其S、P的质量分数不超过0.025%。 常用碳钢焊条和低合金钢焊条的焊芯牌号及化学成分见表2。目前最常用的焊芯代号是H08A。表1 碳钢和低合金钢焊条常用焊芯牌号代号化学成分（质量分数）CMnSiCrNiSP焊08高焊08特H08AH08E0.100.100.300.550.300.550.030.030.200.200.030.030.030.0250.030.025 结构钢用焊条的焊芯直径有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等几种，对应的焊芯长度见表2。表2 结构钢用焊条焊芯的直径和长度焊芯直径焊芯长度1.62.02.53.24.05.06.08.0200 250250 300250 300350 400350 400400 450400 450500 650 不锈钢用焊条的焊芯直径有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0mm等几种，对应的焊芯长度见表3。由表2、表3可知：1）焊芯直径越粗，焊芯长度越长。这是因为电流通过焊芯产生的电阻热与焊芯直径成反比，即焊芯直径越粗，电阻热越小，因此可以适当增加焊芯的长度，因为焊芯的长度主要受电阻热的约束。2）同一直径的焊芯，不锈钢焊芯长度比结构钢焊芯来得短，这是因为不锈钢的电阻率约为结构钢的5倍，如通过相同的电流，则不锈钢焊芯上产生的电阻热比结构钢焊芯大得多，所以只能限制不锈钢焊芯的长度。表3 不锈钢用焊条焊芯的直径和长度焊芯直径焊芯长度1.6，2.02.53.24.0，5.0，6.0200240220240或290310300320或340360340360或380400焊接应力焊接应力产生的主要原因，有以下三个方面： （1）热应力。焊接过程对被焊工件来说，是局部的不均匀加热过程和不均匀冷却过程。这种不均匀冷热过程，会使工件中产生热应力。（2）拘束应力。由于构件本身或外加的刚性拘束作用，使焊接时热膨胀不畅，引起构件产生拘束应力。（3）相变应力：焊接时，接头区域产生不均匀组织转变而引起的应力。由厂焊接应力的存在，使接头区产生不均匀的塑性变形，称为焊接变形。残留在焊接构件中的焊接应力（又称为焊接残余应力）会降低接头区实际承受载荷的能力。特别是当构件承受动载疲劳载荷时，有可能发生低应力破坏。对于厚壁结构的焊接接头、立体交叉焊缝的焊接区或存在焊接缺陷的区域，由于焊接残余应力，使材料的塑性变形能力下降，会造成构件发生脆性破裂。焊接残余应力在一定条件下会引起裂纹，有时导致产品返修或报废。如果在工作温度下材料的塑性较差，由于焊接拉伸应力的存在，会降低结构的强度，缩短使用寿命。通常，焊件的焊接残余变形和残余应力是同时存在的，有时焊接残余变形的危害比残余应力的危害还要大。焊接残余变形使焊件或部件的尺寸改变，降低装配质量，甚至使产品直接报废。矫正变形是一件费时的事，会增加制造成本，降低焊接接头的性能。另外，由于角变形、弯曲变形和扭曲变形使构件承受载荷时产生附加应力，因而会降低构件的实际承载能力，导致发生断事故。第二章 焊接应力与变形 本章主要讨论焊接应力与变形的基本概念及其产生原因；焊接应力的分布规律；焊接过程中如何降低焊接应力和焊后如何消除焊接残余应力；焊接变形的种类，焊接过程中如何控制焊接变形和焊后的矫正措施。 第一节 焊接应力与变形的产生 一、应力与变形的基本知识 1应力 物体在单位截面上表现的内力称为应力。根据引起内力的原因不同，应力可分为：工作应力：物体由于外力作用在其单位截面上出现的内力。 内应力：物体在无外力作用下而存在于内部的应力。内应力按其产生的原因不同分为热应力、装配应力、相变应力和残余应力。 2变形 物体在外力或温度等因素的作用下，其内部原子的相对位置发生改变，其宏观表现为形状和尺寸的变化，这种变化称为物体的变形。 按变形性质可分为：弹性变形和塑性变形； 按变形的拘束条件可分为：自由变形和非自由变形。 二、研究焊接应力与变形的基本假定 （1）平截面假定 （2）金属性能不变的假定 （3）金属屈服点的假定 三、焊接应力与变形的产生原因 影响焊接应力与变形的因素很多，如焊件受热不均匀、焊缝金属的收缩、金相组织的变化及焊件刚性与拘束的影响等，其最根本的原因是焊件受热不均匀。 为便于了解焊接应力与变形产生的基本原因，首先对均匀加热时产生的应力与变形进行讨论。 1均匀加热时引起应力与变形的原因 （1）不受约束的杆件，均匀加热 属于自由变形，无残余应力，无残余变形。 （2）受约束的杆件在均匀加热时的应力与变形 如果加热温度较低，材料的变形在弹性范围内，根据虎克定律，应力与应变符合线性关系，当温度恢复到原始温度时，杆件自由收缩到原来的长度，压应力全部消失，即不存在残余应力与残余变形。 如果加热温度比较高，达到或超过材料屈服点温度时，杆件的压缩变形量增大，产生塑性变形，此时的内部变形率由弹性变形率和塑性变形率两部分组成。当温度恢复到原始温度时，弹性变形部分恢复，塑性变形部分不能恢复。 若杆件能自由收缩，则由于压缩塑性变形的出现，杆件将比原来长度缩短，出现缩短的残余变形，但无残余应力存在。 如果杆件不能自由收缩，则不存在外观的残余变形，但杆件中会产生残余拉应力。 2不均匀加热时引起的应力与变形 （1）长板条中心加热引起的应力与变形 （2）长板条一侧加热引起的应力与变形 综上所述： 金属不均匀受热时，只要加热温度高于屈服点温度，加热时产生压缩塑性变形，焊后就会产生残余应力与残余变形； 焊接过程中的变形与焊接残余变形方向相反； 焊接加热时，焊缝附近产生压缩塑性变形，冷却后收缩，如果收缩充分，则变形大，应力小；否则变形小，应力大。 焊接瞬时及残余应力分布不均匀，焊缝及其附近区域通常为残余拉应力。 第二节 焊接应力 一、焊接残余应力的分类 1根据应力性质划分：拉应力、压应力 2根据引起应力的原因划分：热应力、组织应力、拘束应力 3根据应力作用方向划分：纵向应力、横向应力、厚度方向应力 4根据应力在焊接结构中的存在情况划分：单向应力、两向应力、三向应力 5根据内应力的发生和分布范围划分：第一类应力、第二类应力、第三类应力 二、焊接残余应力的分布规律 1纵向应力x的分布 x在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。 x在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，x=0，越靠近纵截面的中间，x越大，逐渐趋近于s。如图2-9所示。 图2-11为板边堆焊时，x在焊缝横截面上的分布。 T形接头的x分布与立板和水平板尺寸有很大关系，/h越小，接近于板边堆焊的情况；/h越大，接近于等宽板对接的情况。 2横向应力y的分布 y =y+y y：焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力； y：焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。 3特殊情况下的焊接残余应力 厚板中的焊接残余应力 拘束状态下焊接残余应力 封闭焊缝中的残余应力 焊接梁柱中的残余应力 焊接管道中的残余应力 三、焊接残余应力对焊接结构的影响 1对结构强度的影响 只要材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。 对脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。当应力峰值达到材料的强度极限时，局部发生破坏，而最后导致构件整体破坏。所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。 2对构件加工尺寸精度的影响 3对梁柱结构稳定性的影响四、减小焊接残余应力的措施 一般来说，可以从设计和工艺两方面着手： 1设计措施 尽可能减少焊缝数量； 合理布置焊缝； 采用刚性较小的接头形式。 2工艺措施 （1）采用合理的装配和焊接顺序及方向 钢板拼接焊缝的焊接； 同时存在收缩量大和收缩量小的焊缝时，应先焊收缩量大的焊缝； 对工作时受力较大的焊缝应先焊； 平面交叉焊缝的焊接。 （2）缩小焊接区与结构整体之间的温差 （预热法、冷焊法） （3）加热“减应区”法 （4）降低接头局部的拘束度 （5）锤击焊缝 五、消除焊接残余应力的方法 1热处理法 热处理法是利用材料在高温下屈服点下降和蠕变现象来达到松驰焊接残余应力的目的，同时热处理还可以改善接头的性能。 （1）整体热处理 整体炉内热处理、整体腔内热处理 整体加热热处理消除残余应力的效果取决于热处理温度、保温时间、加热和冷却速度、加热方法和加热范围。保温时间根据板厚确定，一般按每毫米板厚12 min计算，但最短不小于30 min，最长不超过3h。 碳钢及中、低合金钢：加热温度为580680； 铸铁：加热温度为600650。 （2）局部热处理 局部热处理只能降低残余应力峰值，不能完全消除残余应力。加热方法有电阻炉加热、火焰加热、感应加热、远红外加热等，消除应力效果与加热区的范围、温度分布有关。 2加载法 加载法就是通过不同方式在构件上施加一定的拉伸应力，使焊缝及其附近产生拉伸塑性变形，与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩塑性变形相互抵消一部分，达到松驰应力的目的。 （1）机械拉伸法 （2）温差拉伸法 （3）振动法 六、焊接残余应力的测定 目前，测定焊接残余应力的方法主要可归结为两类，即机械方法和物理方法。 1机械方法 利用机械加工将试件切开或切去一部分，测定由此而释放的弹性应变来推算构件中原有的残余应力。包括切条法、钻孔法和套孔法。 2物理方法 是非破坏性测定焊接残余应力的方法，常用的有磁性法、超声波法和X射线衍射法。 （1）磁性法是利用铁磁材料在磁场中磁化后的磁致伸缩效应来测量残余应力的。 （2）X射线衍射法是根据测定金属晶体晶格常数在应