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焊接基础知识 BASIC KNOWLEDGE OF WELDING一、基本知识Basic knowledge1.什么叫焊接? What is welding? 答：用加热或加压等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的方法。Welding is one way to join separated metals strongly together through the combination and diffusion of atoms by means of heating and/or pressuring. 金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。There are more than 40 processes of metallic material welding which could be classified into three main kinds: fusion weld, pressure welding and brazing. 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。Fusion welding is to fuse the welding interface with heat in welding and without pressure. In fusion welding, the welding interfaces of two materials should be fused in a very short period to form a molten pool. As the heat moves forward, new molten pool forms and the old ones will cool down and form a continuous welding seam which is able to connect two parts firmly together. 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊缝中形成气孔、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。However, if the air contacts the heated molten pool in fusion welding, oxygen existing in the air will make metal and other alloy elements oxidized and if nitrogen or steam get into the pool, they will cause porosity, crack and other defects in seam during cooling process and thus cause poor seam quality and property. 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的熔池；又如钢材焊接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。In order to improve welding quality, people have worked out many protection methods. For example, gas metal arc welding (GMAW) is to use gases such as argon and carbon oxygen to isolate the molten pool from the air in welding. Adding into the coating of welding wire ferrotitanium powder which could have reaction with oxygen easily will protect elements such as Mn and Si from being oxidized and getting into the pool and promise a high quality seam after it gets cooling down. 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在压力作用下连接成为一体。Pressure welding is to make two parts combined at atom level with pressure and without fusing the parts. Therefore it is also called solid-state welding. The most common pressure welding procedure is upset welding. When current flows through the connecting interfaces of two parts which have very high resistance, the temperature here will rise. The two parts will combine as one under pressure if the interfaces are heated into plastic state. 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接头钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。In brazing, metallic materials that have lower fusion points than that of the base parts are used as filler metal. When the base material and the filler material are heated to certain temperature that is higher than the fusion point of the filler metal and lower than that of the base material, the liquid filler fill the space between two parts and realize the atomic mutual diffusion between base materials and filler metal and thus join two parts together. 2.什么叫电弧？ What is electric arc?答：由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象叫电弧。 Electric arc is an intense and lasting electric discharge phenomenon of a gas between two electrodes resulting from the current of welding. Electric arc could be further divided into different subtypes: 1 按电流种类可分为：交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。 According to the type of current: AC arc, DC arc and pulsed arc2 按电弧的状态可分为：自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。 According to the status of arc: free arc and compressed arc (such as plasma arc)3按电极材料可分为：熔化极电弧和不熔化极电弧。 According to the material of electrodes: consumable and non-consumable electrode arcs 3.什么叫母材？ What is base material?答：被焊接的金属-叫做母材。 The materials to weld. 4.什么叫熔滴？ What is molten drop?答： 焊丝前端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴-叫做熔滴。 When heated to certain degree, the front of welding wire will get molten into liquid drops which later will form a weld pool. These liquid metal drops are called molten drops. 5.什么叫熔池？ What is weld pool?答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分-叫做熔池。 The localized volume of molten metal in a fusion weld. 6.什么叫焊缝金属？ What is weld metal?答：由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。 Metal in a fusion weld consisting of that portion of the base metal and filler metal melted during welding. 7.什么叫保护气体？ What is shielding gas?答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的气体-保护气体。 A protective gas used during welding to protect molten drop and weld pool from such harmful gases as hydrogen, oxygen and nitrogen. 8.什么叫CO2焊接？ What is CO2 welding?答：用纯度 99.8% 的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊称为CO2焊。 A kind of GMAW (gas metal arc welding) using CO2 whose purity is higher than 99.8% as the shielding gas. 9.什么叫MAG焊接？What is MAG? 答：用混合气体75-95% Ar + 25-5 % CO2 ，（标准配比：80%Ar + 20%CO2 ）做保护气体的熔化极气体保护焊称为MAG焊。 A kind of GMAW (gas metal arc welding) using mixed gas of 7595%Ar and 255% CO2 as the shielding gas. The standard ratio between Ar and CO2 is 80:20.10.什么叫MIG焊接？What is MIG?1用高纯度氩气Ar 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属； A kind of GMAW using Ar ( 99.99% in purity) as the shielding gas to weld nonferrous metal such as aluminum, copper and their alloys. 2用98% Ar + 2%O2 或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不锈钢焊丝的工艺方法-称为MIG焊。 A kind of GMAW using the mixed gas of Ar and CO2 (98:2 or 95:5) as the shielding gas and the solid welding wire as the wire. 3用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。 A kind of GMAW using the mixed gas of He and Ar as the shielding gas. 11.什么叫TIG（钨极氩弧焊）焊接？ What is TIG?答：用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。 12.为什么CO2焊接有飞溅？ 答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。 13.为什么MIG/MAG大电流焊接才能实现射流过渡，无飞溅？ 答：MIG/MAG焊接时，各种金属均具有短路过渡转变为射流过渡的临界电流值（如：1.2碳钢、不锈钢焊丝，电流I260280A），此时电弧呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。 14.为什么MIG/MAG小电流焊接要用带脉冲的电源才能实现射流过渡，无飞溅？ 答：MIG/MAG焊接，焊接电流低于临界电流值时，采用带脉冲的电源，其脉冲电流大于临界电流值，电弧也能呈射流过渡状态，实现无飞溅焊接。 15.什么叫焊丝？ 答：焊接时作为填充金属，同时用来导电的金属丝叫焊丝。分实芯焊丝和药芯焊丝两种。 16.为什么对CO2气体纯度有技术要求？ 答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分，会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度99.8%的气体，焊缝气孔少，含氢量低，抗裂性好。 17.为什么对氩气纯度有较高技术要求？ 答：目前市场上有三种氩气：普氩（纯度99.6%左右）、纯氩（纯度99.9%左右）、高纯氩（纯度99.99%），前两种可焊接碳钢和不锈钢；焊接铝及铝合金、钛及钛合金等有色金属一定要选用高纯氩；避免焊缝及热影响区被氧化无法进行焊接。 18.为什么焊前焊条要严格烘干？ 答：焊条往往会因吸潮而使工艺性能变坏，造成电弧不稳、飞溅增大，并容易产生气孔、裂纹等缺陷。因此，焊条使用前必须严格烘干。一般酸性焊条的烘干温度150-200，时间1小时；碱性焊条的烘干温度350-400，时间1-2小时，烘干后放在100-150的保温箱内，随用随取。 19焊接变形的基本形式有哪些？ 焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。 20、焊接应力与变形产生的原因是什么？减少焊接应力与变形的工艺措施主要有哪些？ 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。 减少焊接应力与变形的工艺措施主要有： 1）预留收缩变形量 根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。 2）反变形法 根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。 3）刚性固定法 焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。 4）选择合理的焊接顺序 尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝*/较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。 5）锤击焊缝法 在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形 。 6）加热“减应区”法 焊接前，在焊接部位附近区域(称为减应区)进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可有效减小焊接应力和变形。 7）焊前预热和焊后缓冷 预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力与变形。21焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。发展联合加工工艺，使焊接与锻造、铸造相结合，可以制成大型、经济合理的铸焊结构和锻焊结构，经济效益很高。采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法。在近代的金属加工中，焊接比铸造、锻压工艺发展较晚，但发展速度很快。焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。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，示于图1。其中以对接接头和T形接头应用最为普遍。22 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。23 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。24 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。25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5mm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。26 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