电弧焊接工艺详细讲解

电弧焊接工艺详细讲解第1页，共66页，2023年，2月20日，星期一电弧焊接的主要内容弧焊电源（焊机）建立稳定的电弧特性焊丝熔化及稳定的熔滴过渡母材的熔化及熔池的建立形成焊缝及焊接接头焊缝及热影响区的组织与性能的变化符合各项技术标准的焊接结构第2页，共66页，2023年，2月20日，星期一电弧物理特性（简要一）电弧的三个区域弧柱区阴极区阳极区弧柱区总的电流=电子流+离子流电子流99·9%离子流0·1%

温度高：5000~50000°K阴极区给弧柱提供电子流，接受从弧柱来的离子流。阳极区的导电机构与阴极区相反。第3页，共66页，2023年，2月20日，星期一电弧物理特性（简要二）电弧的稳定燃烧过程事实上是带电粒子产生、运动和消失的平衡过程。

产生（电离、电子发射）运动（极区压降加速、电场加速）消失（扩散、复合）阴极斑点自动跳向温度高，逸出功低的氧化膜处（铝的TIG、MIG电弧焊接工艺）。直流正接、反接的意义第4页，共66页，2023年，2月20日，星期一电弧物理特性（简要三）

电弧偏吹现象

（直流磁偏吹、药皮偏心、其他干扰）电弧自身磁场的作用

（电磁力、等离子流力、斑点压力）交流电弧的正确使用

第5页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊丝的熔化及熔滴过渡焊丝熔化热源电弧热电阻热焊丝熔化特性熔化速度Vm与电流I之间的关系影响熔化特性的因素焊丝成分焊丝直径干伸长度极性熔滴过渡的形态（颗粒>射流）保护气体介质（MAG>CO2）第6页，共66页，2023年，2月20日，星期一熔滴过渡的几种形式：短路过渡焊丝与熔池的短路频率20~200次/S

短路缩颈“小桥”爆断有飞溅。颗粒过渡大滴过渡较大飞溅,难于生产应用.喷射过渡射滴过渡射流过渡（无飞溅焊接）第7页，共66页，2023年，2月20日，星期一熔滴喷射过渡的必要条件纯氩或富氩混合气体保护焊（MIG或MAG焊接）（CO2焊接无法实现喷射过渡）焊接电流超过喷射过渡的临界电流（如ø1.2实心焊丝MAG焊时电流I>280A）低于临界电流时采用脉冲熔化极电源第8页，共66页，2023年，2月20日，星期一各种焊丝大滴-喷射过渡转变的临界电流值

焊丝种类焊丝直径/mm保护气体临界电流最小值/A

低碳钢0.898%Ar+2%O2150

低碳钢1.298%Ar+2%O2220

低碳钢1.280%Ar+20%CO2320

不锈钢0.999%Ar+1%O2170

不锈钢1.2：：225

铝1.2Ar135

脱氧铜1.2Ar210

硅青铜0.9Ar165

钛1.6Ar225第9页，共66页，2023年，2月20日，星期一熔化极脉冲电弧焊的工艺特点把间断的.高幅值（大于临界电流）的脉冲电流叠加在低值的稳定电流上，平均电流便可大为降低，但却能在脉冲期产生金属喷射过渡。必须用富氩（或纯氩）气体。采用专用电源（如松下AG1脉冲MIG/MAG焊机）。能够用较大直径的焊丝在各种位置上焊接薄板和厚板。（如焊接钢不绣钢铝铜等材料时采用ø1.2焊丝，使用80~100A焊接电流也能获得喷射过渡）第10页，共66页，2023年，2月20日，星期一母材熔化与焊缝成形焊缝熔池的特点体积小温差大冷速快

温度高过热状态（钢熔池平均温度：1770±100°C）在运动下结晶

（熔池中的气泡、杂质在运动中上浮）熔池的形状熔深熔宽余高第11页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接化学冶金反应的特点及作用分阶段连续进行药皮反应区熔滴反应区熔池反应区气渣气+渣联合保护脱氧脱氢脱氮脱硫磷渗合金与焊接方法及焊接规范有密切的关系

第12页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接接头的三个组成部分焊缝区柱状组织晶粒粗大组织偏析

熔合区与母材联生结晶热影响区（非淬火钢）

1、过热区（粗晶区）

2、正火区（细晶区、也称“完全重结晶区”）

3、部分相变区（不完全重结晶区）

4、再结晶区第13页，共66页，2023年，2月20日，星期一GMAW---熔化极气体保护焊CO2 (>99.98%CO2) MAG（75~95%Ar+25~5%CO2) 标准（80%Ar+20%CO2)MIG(99.99%Ar)(98.00%Ar+2.00%O2)(95.00%Ar+<5.00%CO2)第14页，共66页，2023年，2月20日，星期一GTAW---非熔化极惰性气体保护焊

TIG---（钨极氩弧焊）自熔焊手工填丝、自动填丝、热填丝

A---TIG（予涂熔剂增加熔深）

TIG点焊

PAW（等离子弧焊）第15页，共66页，2023年，2月20日，星期一其它弧焊方法:

FCAW----药芯焊丝自保护焊

SAW----埋弧自动焊

SMAW----焊条电弧焊

EGW----气电立焊电渣焊

第16页，共66页，2023年，2月20日，星期一制定焊接工艺的三原则：依据母材焊接性和工艺可行性

■正确的选择焊接方法

■

正确的选择焊接材料

■

正确的制定焊接工艺规范

第17页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接材料:焊丝实芯药芯药芯自保护保护气体(CO2ArHeN2O2)电焊条（酸性.碱性.纤维素）钨极(纯钨钍钨铈钨镧钨锆钨）焊剂（熔炼焊剂烧结焊剂）衬垫（陶瓷衬垫焊剂衬垫衬环）第18页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接材料选用原则：考虑原则：焊接性、工艺性、经济性、注意因素：

1母材的化学活性

2不应追求焊缝成分与母材成分相同

3焊缝成分不等于焊接材料成分

4正确遵循技术标准.

5等强性、等韧性、熔合比、

第19页，共66页，2023年，2月20日，星期一保护气体对焊缝性能的影响σs/MPaσb/MPaδ/%AKV/J

CO2558697.529

55.4

Ar542.571329

135Ar+15%CO2+5O2511.568225

86.4第20页，共66页，2023年，2月20日，星期一气体保护焊实芯焊丝焊丝型号CMnSiYGW11(日）≤0.151.4~1.90.55~1.0YGW15（日）≤0.151.0~1.60.4~1.0ER49-1≤0.111.8~2.10.65~0.95ER50-30.06~0.150.9~1.40.45~0.75ER50-60.06~0.151.4~1.850.8~1.15ISO（国际标准）1.0~1.31.3~1.61.6~1.90.4~0.70.7~1.00.9~1.2第21页，共66页，2023年，2月20日，星期一保护气体与焊丝组合对焊缝韧性的影响气体组成（AKV/J）韧性第22页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊丝对CO2焊接接头的影响CO2焊接接头韧性值偏低,是由于选用焊丝中Mn/Si比值较高带来的影响纯CO2气保焊选用ER50-6焊丝,熔敷金属〔Mn〕≈1.0%,〔Si〕≈0.4%,强韧比性能良好混合气保焊(MAG)选用ER50-3,〔Mn〕偏低的焊丝☆两者不能相互替代第23页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊缝金属≠熔敷金属≠焊丝成分分析对象CMnSiNiMoVNSP母材0.151.540.510.530.030.0170.0150.019焊丝0.061.500.502.000.430.0140.007熔敷金属0.061.020.281.500.380.0080.003焊缝金属0.091.310.441.110.490.030.0170.0150.016第24页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2焊缝表面生成的熔渣

焊丝

焊缝成分表面熔渣成分焊缝氧化物夹杂物CMnSiMnOSiO2FeO10MnSi0.130.820.4738.748.210.60.01408Mn2Si0.140.850.3147.641.98.50.009第25页，共66页，2023年，2月20日，星期一国外气体保护种类与焊丝组合的工艺特点钢种焊丝类型欧美日本结构钢实芯富氩混合气体，如：Ar+20CO2CO2药芯富氩混合气体，如：Ar+20CO2CO2不锈钢实芯Ar+1~3O2Ar+He+（O2）Ar+2O2药芯Ar+20CO2CO2第26页，共66页，2023年，2月20日，星期一保护气体种类和气流量的影响电弧特性熔滴过渡形式熔深与焊道形状焊接速度咬边倾向焊缝金属的力学性能第27页，共66页，2023年，2月20日，星期一喷射及短路过渡混合气体种类射流及脉冲射滴过渡

1、98%Ar+2%O2

（最小的咬边和良好的韧性）

2、Ar+（3~5）%O2

（电弧稳定和焊道成形好及咬边小）

3、Ar+（10~20）%O2

（成形良好、可高速焊接）

4、80%Ar+15%CO2+5%O2

（成形良好、熔深较大）（低碳钢、低合金高强钢）短路过渡不锈钢：Ar+5%CO2+2%O2低合金钢：

Ar+25%CO2低碳钢：

Ar+20%CO2Ar+25%CO280%CO2+20%O2第28页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接工艺三原则：优质的焊接接头质量焊缝无超标缺陷各项性能符合技术标准 高效的焊接效率最大限度降低焊接成本第29页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2焊的质量CO2焊缝热影响区小，焊接变形小CO2焊缝成形好，表面及内部缺陷少，探伤合格率高于焊条电弧焊球罐全位置药芯焊丝CO2焊，合格率99.04%第30页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2焊的高效率熔化速度和熔化系数高，比焊条大1~3倍坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2辅助时间是焊条电弧焊的50%三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02~3.88倍第31页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2焊的低成本焊缝截面积减少36~54%,节省填充金属量降低耗电量65.4%设备台班费较焊条电弧焊降低67~80%,可降低成本20~40%减少人工费、工时费,降低成本10~16%节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低39.6~78.7%,平均降低59%第32页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2焊的优点众多优秀的焊接品质溶深大溶着速度快电弧时间率高适用范围广提高贵公司产品的品质、可靠性节约焊接材料、降低成本减少材料浪费、降低成本缩短交货期、信誉度增加降低人工费降低成本削减焊接材料库存.减少资金占用溶着效率高CO2焊是优质、高效、低成本的焊接方法。CO2焊的缺点可通过提高技术水平和改进焊接设备加以解决。第33页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接质量保证五环节：

人---高超的焊工技能机---高品质的焊机性能料---高质量的焊接材料法---严格的工艺规范.技术标准。环---良好的焊接环境第34页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接工艺评定：验证焊接工艺的正确性，合理性。为焊接工程施工提供真实.可靠的焊接工艺，并对焊接施工工艺进行确定与指导。焊接工艺评定方法：抗裂性试验工艺评定任务委托技术书（材质，工艺，数量，周期）模拟试件焊接试件物理.化学性能试验工艺评定报告（PQR）焊接工艺规范（WPS）焊接工艺指导书［介绍焊接工艺卡（一）（二）］第35页，共66页，2023年，2月20日，星期一其它重要焊接工艺内容：母材组织与性能焊前工件予热控制层间温度控制焊接线能量[Q=Ⅰ×U/V(J/CM)]后热处理---消氢处理焊后热处理(改善组织、消除应力)焊接检验(外观检验、无损检测)第36页，共66页，2023年，2月20日，星期一其它工艺要素:母材规格

（板厚S、管Φ×S）坡口形式

（IVYXUXK等）接头类别：板状、管状、管板状、接头形式：对接、角接、T字接、搭接、焊接位置：平焊、立焊、横焊、仰焊、 垂直固定水平固定 第37页，共66页，2023年，2月20日，星期一焊接工艺规范参数：焊接层次焊材直径（焊条焊丝钨极）电流种类极性干伸长度保护气体成分和流量喷嘴直径钨极伸出长度焊枪倾角（行走角工作角）清根要求清洁宽度焊接电流电弧电压焊接速度送丝速度脉冲电流基本电流脉冲频率脉冲宽度起弧电流收弧电流上升时间下降时间点焊时间第38页，共66页，2023年，2月20日，星期一GMAW法的焊接工艺参数：影响GMAW法焊缝熔深，焊道几何形状和焊接质量的工艺参数：

1.焊接电流（送丝速度）2.电弧电压（弧长）

3.焊接速度4.焊丝伸出长度

5.极性6.焊丝倾角

7.焊接接头位置8.焊丝直径

9.保护气体成分和流量第39页，共66页，2023年，2月20日，星期一各种金属材料的焊接工艺要点（仅供参考）第40页，共66页，2023年，2月20日，星期一黑色金属与有色金属的区分黑色金属碳钢合金结构钢耐热钢不锈钢铸铁等有色金属铝及铝合金铜及铜合金钛及钛合金镍及镍合金镁及镁合金等第41页，共66页，2023年，2月20日，星期一碳钢.低合金钢的焊接：低碳钢（C

≤0.30%）（0.15~0.30%称“软钢”）中碳钢（0.30~0.60%）高碳钢（C≥0.60%）低碳低合金调质钢中碳调质钢低合金高强度钢低合金低温用钢低合金耐热钢耐候钢及耐海水腐蚀用钢低合金镀层钢（镀锌、镀锡、镀铅、渗铝钢等）第42页，共66页，2023年，2月20日，星期一碳钢.低合金钢的焊接性：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。低熔点的硫.磷化合物容易产生热裂纹。氢.

氧.

氮有害气体增加气孔等缺陷。再热裂纹层状撕裂第43页，共66页，2023年，2月20日，星期一产生冷裂纹的三要素：

焊接接头中产生淬硬的马氏体组织焊接接头中扩散氢〔H〕D含量高焊接接头中有较高的残余应力

冷裂纹评定方法：碳当量估算法斜Y抗裂性试验法等冷裂纹敏感指数估算法（PC）第44页，共66页，2023年，2月20日，星期一低合金钢焊接防止冷裂纹的工艺措施建立低氢的焊接环境制定合理的焊接工艺和焊接顺序

焊接方法的选择焊接热输入量的选定焊接顺序的制定焊前进行预热和控制层间温度焊后作低温后热处理焊后立即进行消氢处理

第45页，共66页，2023年，2月20日，星期一CO2/MAG焊接工艺实例厚度1.0~4.0薄板的对接角接搭接4.0~16.0中板的开坡口对接角接16.0~50.0厚板的坡口对接角接直径Φ≥159×4管道的焊接锅炉膜式壁的专机自动焊工艺锅炉集箱三通的药芯焊丝CO2焊集装箱高速焊接（1.0—1.6M/min)第46页，共66页，2023年，2月20日，星期一立焊、全位置焊操作技术

咬边正月牙形锯齿形反月牙形三种运枪轨迹图及焊缝成形截面图示第47页，共66页，2023年，2月20日，星期一TIG焊接工艺实例厚度0.25~2.0薄板的自熔对接端接管道TIG打底焊+焊条电弧焊飞机高压管道的TIG焊工艺直径Φ≥10×1.5管道的TIG焊接工艺自行车支架脉冲TIG焊接工艺厚度3.0—12.0开坡口对接焊（打底焊）第48页，共66页，2023年，2月20日，星期一耐热钢的焊接：耐热钢焊接接头性能的基本要求

1.接头的等强度和等塑性

2.接头的抗氢性和抗氧化性

3.接头的组织稳定性

4.接头的抗脆断性

5.接头的物理均一性第49页，共66页，2023年，2月20日，星期一常用的低合金耐热钢材料：珠光体耐热钢：

0.3Mo(15MO)0.5Mo

(

20MO)

1Cr-0.5Mo(12CrMo15CrMo)1Cr-Mo-V(12Cr1MoV)Mn-Mo-Nb(18MnMoNb)马氏体耐热钢

T91P91第50页，共66页，2023年，2月20日，星期一耐热钢的焊接特点：严格选用焊接填充材料（等强性.等韧性.高温塑性优于母材）适当的预热温度和层间温度采用低热输入焊接方法和工艺选择合理的焊后热处理规范降低焊接接头的拘束度和焊接应力第51页，共66页，2023年，2月20日，星期一不锈钢的焊接：马氏体不锈钢[1Cr13(410)2Cr133Cr16]

铁素体不锈钢

[1Cr17(430)1Cr17Mo00Cr18Mo2]奥氏体不锈钢[0Cr19Ni9(304)0Cr18Ni8（308）00Cr18Ni12Mo2Ti(316L)0Cr25Ni13（309）

0Cr25Ni20]奥氏体+铁素体双相不锈钢[0Cr26Ni5Mo2.

2203]奥氏体不锈钢+低合金钢复合材料的焊接奥氏体不锈钢与其它材料的异种钢焊接第52页，共66页，2023年，2月20日，星期一不锈钢焊接性分析：热敏感性较强，在450~850℃温度区内停留时间稍长，焊缝及热影响区耐腐蚀性能严重下降。晶间腐蚀点蚀及缝隙腐蚀应力腐蚀断裂（SCC）容易发生热裂纹。保护不良，高温氧化严重。线膨胀系数大，产生较大的焊接变形。依据母材的化学成分，严格选择焊接材料。第53页，共66页，2023年，2月20日，星期一不锈钢的焊接工艺方法：CO2焊---药芯不锈钢焊丝脉冲MIG焊----实心不锈钢焊丝保护气体（98%Ar+2%O2

）脉冲电流≥临界电流.实现熔滴射流（射滴）过渡脉冲TIG焊埋弧自动焊焊条电弧焊带极堆焊第54页，共66页，2023年，2月20日，星期一奥氏体不锈钢焊接的工艺措施：小电流.快速焊接。小线能量.减少热输入。细直径焊丝.焊条，不摆动，多层多道焊。焊缝及热影响区强制冷却，减少450~850℃停留时间。铜垫板水冷却TIG焊缝背面氩气保护。与腐蚀介质接触的焊缝最后焊接。焊缝及热影响区钝化处理。第55页，共66页，2023年，2月20日，星期一奥氏体不锈钢MIG焊接实例保护气体：98%氩气+2%氧气厚度>2.0mm板对接角接直径Ø>219mm管道对接马鞍型角接厚度>4.0mm的板状开坡口对接焊缝及热影响区表面氧化发黑，需经过酸洗钝化处理。（药芯不锈钢焊丝+CO2气保护焊接的焊缝表面无氧化黑色成型美观）第56页，共66页，2023年，2月20日，星期一奥氏体不锈钢TIG焊接实例保护气体：纯度>99.99%氩气厚度>0.5mm板对接端接接头直径Ø>8mm管子对接马鞍型角接厚度>3.0mm的板状开坡口对接焊缝立式储罐双人双面保护共熔池立焊横焊管道TIG打底焊（管内充氩）后，管内通水，再填充焊۰

盖面焊。第57页，共66页，2023年，2月20日，星期一铝及铝合金的焊接：常用铝及铝合金材料：纯铝（L1~L5106010351200）铝铜合金（LY1922192024）铝锰合金（LF2130033105）铝硅合金（LT140434047）铝镁合金（LF2~LF16505253565A03）铝镁硅合金（LD2LD3160636070）铝铜镁锌合金（700570507475）铝铜镁锂合金（8090）第58页，共66页，2023年，2月20日，星期一铝及铝合金的焊接性：铝及铝合金的熔点低（纯铝660℃），表面生成高熔点氧化膜（AL2O32050℃），容易造成