0401手工电弧焊

1、第第4 4章章 焊接焊接 概述概述 n1.焊接定义焊接定义 是利用加热、加压等工艺措是利用加热、加压等工艺措 施，借助于金属原子间的结合与施，借助于金属原子间的结合与 扩散作扩散作 用，使分离的金属造成永用，使分离的金属造成永 久性的连接久性的连接. . 电弧焊电弧焊 熔焊熔焊 电渣焊电渣焊 等离子弧焊等离子弧焊 电子束焊电子束焊 激光焊激光焊 手弧焊手弧焊 气体保护焊气体保护焊 埋弧焊埋弧焊 2.2.焊接分类焊接分类 电阻焊电阻焊 压力焊压力焊 摩擦焊摩擦焊 超声波焊超声波焊 爆炸焊爆炸焊 扩散焊扩散焊 高频焊高频焊 钎钎 焊焊 软钎焊软钎焊 硬钎焊硬钎焊 3.3.焊接的特点及应用焊接的特点

2、及应用 n1 1接头接头 牢固、密封性好。牢固、密封性好。 n2 2可化大为小、以小拼大。可化大为小、以小拼大。 n3 3可实现异种金属的连接。可实现异种金属的连接。 n4.4.可用来焊补某些缺陷及局部损坏的机可用来焊补某些缺陷及局部损坏的机 件件. . n缺点缺点: :焊接应力变形大，接头易产生裂纹、焊接应力变形大，接头易产生裂纹、 夹渣、气孔等缺陷夹渣、气孔等缺陷 n焊接方法的应用：焊接方法的应用： （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复）修复 第第1 1节节 手工电弧焊手工电弧焊 n它是依它是依 靠电弧靠电弧 放

3、电放电, , 产生热产生热 量量, ,使使 两块分两块分 离的金离的金 属连在属连在 一起的一起的 方法方法. . 1.1焊接电弧焊接电弧 1.1.1 1.1.1 焊接电弧的概念焊接电弧的概念 在焊条末端和工件两极之间的气体介在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象质中，产生强烈而持久的放电现象 1.1.2 1.1.2 焊接电弧的产生焊接电弧的产生 具备两个条件具备两个条件 使气体电离使气体电离 阴极发射电子阴极发射电子 电阻热：Q=I2Rt 阴极区阴极区： 阳极区阳极区： 弧柱区：弧柱区： 2400k 36% 2600k 42% 50008000k 21% 1.1.3

4、 1.1.3 电弧的构造及热量分布电弧的构造及热量分布 1.1.4 1.1.4 焊接设备焊接设备 直流弧焊机直流弧焊机 交流弧焊交流弧焊机机 直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性 焊条）；焊条）； 直流反接：直流反接：焊件接负极，焊条接正极；（薄板、碱焊件接负极，焊条接正极；（薄板、碱 性低氢焊条、低合金钢和铝合金）性低氢焊条、低合金钢和铝合金） 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异， 在使用在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流电焊机焊接时，有两种接线方法： 1.21.2焊接过程冶

5、金特点焊接过程冶金特点 n在电弧焊过程中，液态金属、熔渣和气体三者相在电弧焊过程中，液态金属、熔渣和气体三者相 互作用，是金属再冶炼的过程互作用，是金属再冶炼的过程。 n特点特点: : 1 . 1 . 熔池金属温度高于一般冶金温度熔池金属温度高于一般冶金温度2000k2000k 使金属元素强烈蒸发、烧损。使金属元素强烈蒸发、烧损。 2.2.熔池金属冷却快，处于液态的时间短熔池金属冷却快，处于液态的时间短10s10s 化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣 等缺陷等缺陷 3 .3 .空气对焊缝的影响严重空气对焊缝的影响严重 O2O Fe+ O FeO Mn+

6、 O MnOSi+ O SiO2 C+O CO 1 1） O O2 2 ： ： 氧化的结果 合金元素被烧损； 焊缝产生夹渣的缺陷； 形成CO气孔。 2 2）N N2 2 ： Fe+N Fe4N使接头的塑性、韧性下降。 3 3）H H2 2 ： 氢气孔 氢脆 NN2 H H2 为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程 中必须采取的中必须采取的工艺措施工艺措施 （1 1）机械保护）机械保护: :使熔化金属与空气隔开使熔化金属与空气隔开 保护方式有三种：气体保护、熔渣保护保护方式有三种：气体保护、熔渣保护 和气和气- -渣联合保护。渣联合保护。 （2 2）冶金处理）冶金处理:

7、 :主要通过在焊接材料（焊主要通过在焊接材料（焊 条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的 脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量 的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的合金元素，在焊接过程中排除熔池中 的的FeOFeO，同时补偿合金元素的烧损。，同时补偿合金元素的烧损。 1.31.3电焊条电焊条 电焊条电焊条 焊条芯焊条芯 药皮药皮 焊缝的填充材料焊缝的填充材料 填充焊缝 电极电极传导电流传导电流 导电 机械保护机械保护的作用的作用 冶金冶金的作用的作用 稳定电弧稳定电弧的作用的作用 1.3.1 1.3.1 电焊条的组成及作用电焊条的组

8、成及作用 焊条芯焊条芯 药皮药皮 药皮的种类药皮的种类 氧化钛型；氧化钛型；氧化钛钙型；氧化钛钙型； 钛铁矿型；钛铁矿型； 氧化钛型；氧化钛型； 纤维素型；纤维素型；低氢钾型；低氢钾型； 低氢钠型；低氢钠型；石墨型；石墨型； 1.3.2 1.3.2 焊条的种类焊条的种类 1.1.焊条的种类焊条的种类 (1)(1)按化学成分划分按化学成分划分 : : n结构钢焊条结构钢焊条JJ； 钼和铬耐热钢焊条钼和铬耐热钢焊条RR； n低温钢焊条低温钢焊条WW； 不锈钢焊条不锈钢焊条AA； n堆焊焊条堆焊焊条DD； 铸铁焊条铸铁焊条ZZ； n镍及镍合金焊条镍及镍合金焊条Ni Ni ； 铜及铜合金焊条铜及铜合金

9、焊条TT； n铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条LL； 特殊用途焊条特殊用途焊条TSTS (2)(2)根据熔渣化学性质根据熔渣化学性质: :酸性焊条酸性焊条: :和碱性焊条。和碱性焊条。 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、 Fe2O3）,接头质量一般接头质量一般, ,但酸性焊条具有良好的工艺性，但酸性焊条具有良好的工艺性， 交直流电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接。交直流电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接。 碱性焊条（又称低氢焊条）：药皮中以碱性氧化物以莹碱性焊条（又称低氢焊条）：药皮中以碱性氧化物以莹 石为主石为主（K2O、Na2O、CaO、

10、MnO） ，并含较多并含较多 铁合金铁合金 , ,焊缝力学性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较焊缝力学性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较 差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要 的钢结构或合金钢结构。的钢结构或合金钢结构。 1.3.31.3.3焊条的牌号与型号焊条的牌号与型号 n焊条牌号焊条牌号 n J 4 2 2 药皮种类（钙钛型）药皮种类（钙钛型） 抗拉强度抗拉强度 结构钢焊条结构钢焊条 交流、直流电源均可使用交流、直流电源均可使用。 表示熔敷金属的抗拉强度（表示熔敷金属的抗拉强度（ b b）不低于）不低于 420MPa420MPa（43

11、kgf/mm243kgf/mm2），）， J 5 0 7 药皮种类（低氢型） 抗拉强度 结构钢焊条 焊条型号：焊条型号：国家标准代号国家标准代号 。碳钢焊条型号见国。碳钢焊条型号见国 家标准家标准GB5117-85GB5117-85 n如如E4303 E4303 其编制方法是：其编制方法是： n“E”E”表示焊条，表示焊条， n前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度值前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度值 （kgf/mmkgf/mm2 2）； n第三位数字表示焊条使用的焊接位置：第三位数字表示焊条使用的焊接位置：“0”0”、“1”1”均均 表示适用于全位置焊接，表示适用于全位置焊接，“2”2”表

12、示适用于平焊和平角焊，表示适用于平焊和平角焊， “4”4”表示适用于向下立焊；表示适用于向下立焊； n第三、第四位数字组合表示焊接电流的种类和焊条药皮第三、第四位数字组合表示焊接电流的种类和焊条药皮 类型。类型。 1.3.4电焊条的选用电焊条的选用 1.1.等强度原则等强度原则 2.2.同成分原则同成分原则 3.3.抗裂性的要求抗裂性的要求 4.4.抗气孔的要求抗气孔的要求 5.5.低成本的要求低成本的要求 在确定了焊条牌号后，还应根据焊接在确定了焊条牌号后，还应根据焊接 件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。 一般是焊接件愈厚，焊条直径应愈大一般是焊接件愈厚

13、，焊条直径应愈大。 1.4 1.4 焊接接头金属组织与性能焊接接头金属组织与性能 1.4.1. 1.4.1. 焊接时焊件的加热和冷却特点焊接时焊件的加热和冷却特点 加热特点加热特点: :焊件各部分最高的焊件各部分最高的 加热温度不均匀加热温度不均匀. . 焊缝焊缝-熔点以上熔点以上 紧邻焊缝母材紧邻焊缝母材-接近熔点接近熔点 越远离焊缝越远离焊缝-温度越低温度越低 冷却特点冷却特点: :冷却速度快冷却速度快 焊缝焊缝-相当于金属型铸造相当于金属型铸造 邻近母材邻近母材-不同程度的不同程度的 热处理热处理( (热影响区热影响区) ) 熔合区熔合区: :焊缝和热影响区之间的焊缝和热影响区之间的 过

14、度区过度区. . 1.4.21.4.2焊接接头的组成焊接接头的组成 n焊缝区焊缝区 n熔合区熔合区 n焊接热影响区焊接热影响区( (过热区、正火区、部分相变区过热区、正火区、部分相变区) ) 1.4.3 1.4.3 焊接接头的焊接接头的组织与性能组织与性能 (1(1） 焊缝区焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织铸态组织。 性能性能:不低于母材不低于母材 (2)(2)熔合区熔合区 是焊缝和母材金属是焊缝和母材金属 的交界区。（的交界区。（0.1-0.1- 1mm1mm） 加热温度加热温度： T T液 液T T固 固 强度、塑性、韧强度、塑性、韧 性极差，是裂纹性极差，

15、是裂纹 和局部脆断的发和局部脆断的发 源地。源地。 3.3.过热区过热区 在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。 （1-3mm1-3mm） 加热温度：加热温度： T T固固1100 1100 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 4. 4. 加热温度：加热温度： 1100 AC3 在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm1.2-4mm） 力学性能优于母材。力学性能优于母材。 5. 5. 部分相变区部分相变区 在热影响区内发生部分相变的区域在热影响区内发生部分相

16、变的区域。 加热温度：加热温度：AC3AC1 力学性能较母材稍差。力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域：力学性能最差的区域： 熔合区熔合区和和过热区过热区 1.4.4 1.4.4 改善焊接接头性能的措施：改善焊接接头性能的措施： （1 1）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结 构材料。构材料。 (2)(2)使热影响区的冷却速度适当。使热影响区的冷却速度适当。 对于低碳钢，对于低碳钢，采用细焊丝、小电流、高焊速采用细焊丝、小电流、高焊速 对于易淬硬钢，对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体的前提下适当提在不出现硬脆马氏体的前提下适当提 高冷却速度，

17、可以细化晶粒，有利于改善接头性能。高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接头性能。 (3(3）采用多层焊）采用多层焊 （4 4）进行焊后热处理）进行焊后热处理 。 1.5 焊接应力焊接应力 1.5.11.5.1焊接应力产生焊接应力产生 的原因的原因 焊接热源对焊件焊接热源对焊件 的局部加热的局部加热, ,以及焊以及焊 接接头受到周围母接接头受到周围母 材或结构产生的刚材或结构产生的刚 性拘束性拘束 外因外因 金属的热胀冷缩金属的热胀冷缩 和高温时呈塑性状和高温时呈塑性状 态态 内因内因 1.5.2 1.5.2 焊接应力的防止及消除措施焊接应力的防止及消除措施 1.1.合理选择焊接顺序合理选择焊接

18、顺序。 （） （） （） 1 1 2 2 2.2.焊缝不要焊缝不要 有密集交叉有密集交叉 截面，长度截面，长度 也要尽可能也要尽可能 小小. . 1.5.2 1.5.2 消除焊接应力的消除焊接应力的 方法方法 1.1.去应力退火去应力退火 可消除应力可消除应力 80%80%左右左右 2.2.当焊缝还处在较高温度当焊缝还处在较高温度 时，锤击焊缝使金属伸时，锤击焊缝使金属伸 长，也能减少焊接残余长，也能减少焊接残余 应力。应力。 3. 3. 采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。 4. 4. 焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力焊前预热可以减少工件温差

19、，也能减少残余应力 1.6 焊接变形焊接变形 1.6.11.6.1焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式 1 . 1 . 收缩变形收缩变形 2 . 2 . 角变形角变形 3 . 3 . 弯曲变形弯曲变形 4 . 4 . 扭曲变形扭曲变形 5. 5. 波浪变形波浪变形 1.6.2 1.6.2 焊接变形的防止及矫正措施焊接变形的防止及矫正措施 (1(1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。 (2)(2)合理选择焊接顺序。合理选择焊接顺序。 对称布置焊逢 对称焊接方法对称焊接方法 1 2 3 4 5 6 1 4 2 5 36 a)退焊 b)跳焊 (3(3）反变形法）反变形法 (4(4）采用焊前刚性固定法）采用焊前刚性固定法。 采用焊前采用焊前刚刚 性固定性固定组装组装 焊接，限制焊接，限制 产生焊接变产生焊接变 形，但这样形，但这样 会产生较大会产生较大 的焊接应力。的焊接应力。 采用定位焊采用定位焊 组装也可防组装也可防 止焊接变形。止焊接变形。 (5(5）采用合理的焊接