《零件铣磨钳焊加工》-学习情境四零件焊接与气割

项目4.1焊割基础操作项目描述焊接是通过加热、加压，或两者并用，使两个分离的固态物体产生原子间结合的加工工艺和连接方式。焊接连接是不可拆卸的永久性连接，既可用于金属，也可用于非金属。焊接技术广泛应用于制造各种金属结构件，如厂房屋架、桥梁、船体、机车车辆、汽车、飞机、火箭、锅炉、压力容器、管道、起重机等;焊接也常用于制造机器零件(或毛坯)，如重型机械和冶金、锻压设备的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。此外，焊接还常用于修补铸件、锻件缺陷和局部受损坏的零件。焊接在机械制造工业中占有相当的份额，经济意义十分显著。下一页返回项目4.1焊割基础操作金属焊接方法很多，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类，这里只介绍熔焊。技能目标(1)会焊接前的准备工作。(2)能根据焊接材料选择焊条和调整焊接电流。(3)能按安全技术要求进行电弧焊操作。(4)能熟练使用设备完成焊接操作，焊接出符合要求的焊缝，并会检查加工质量。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作4.1.1电弧悍一、焊条电弧焊手持焊钳操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称为焊条电弧焊。焊条电弧焊的焊接过程如图4.1-1所示。焊接前，把焊钳和焊件分别接到电弧焊机电源的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接时，首先在焊条和焊件之间引燃电弧，引燃电弧后使焊条与工件保持微量距离并形成70°~80°的夹角，同时保证电弧的连续性。电弧所产生的高温将焊条和焊件局部加热至熔化状态，熔化的焊条端部迅速形成细小的金属熔滴，过渡到局部熔化的工件表面，融合在一起形成熔池，随着焊条的缓慢移动，电弧沿焊接方向向前移动，熔池液态金属逐步冷却结晶，最终形成焊缝。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作1.焊接熔池与焊缝成形1)焊接熔池熔化焊接时，在热源作用下，焊件上形成的具有一定几何形状的液态金属部分称为焊接熔池。在熔化极焊接的熔池中还包括已经熔化了的填充金属;对于非熔化极焊接，而且无填充金属时，熔池仅由局部熔化的母材金属组成。弧焊过程中，在电弧力的作用下，液态金属被排向电弧移动的后方，并且在电弧力、本身重力和表面张力等共同作用下，保持一定的液面差，形成了具有一定形状和尺寸的熔池，如图4.1-2所示。随着电弧前移，熔池也随之前移，熔池尾部液态金属的温度逐步降低，当液态金属温度降至金属的凝固温度时，便凝固结晶形成焊缝。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)焊接接头用焊接方法连接的接头称为焊接接头，熔焊的焊接接头如图4.1-3所示，它由焊缝和热影响区组成。被连接的焊件材料称为母材金属(或称为基本金属)。焊缝两侧的母材受焊接加热的影响(但末熔化)，引起金属内部组织和力学性能变化的区域，称为焊接热影响区(简称热影响区)。焊缝和热影响区的分界线称为熔合线。3)焊缝成形焊缝各部分的名称如图4.1-4所示。焊缝表面上的鱼鳞状波纹称为焊波。焊缝表面与母材的交界处称为焊趾。超出母材表面焊趾连线上面的那部分焊缝金属的高度，称为余高。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作单道焊缝横截面中，两焊趾之间的距离，称为焊缝宽度，又称为熔宽。在焊接接头横截面上母材熔化的深度称为熔深。2.焊接设备与工具1)弧焊电源弧焊电源通常采用下降外特性，主要有弧焊变压器、弧焊整流器和弧焊逆变器3种类型。弧焊变压器是将电网的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电，由主变压器及所需的调节部分和指示装置等组成。它具有结构简单、使用可靠、易造易修、成本低、效率高等优点，但其电流波形为正弦波，电弧稳定性较差。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作弧焊整流器是将电网的交流电经降压整流后获得直流电。它由主变压器、半导体整流元件(如晶闸管)以及获得所需外特性的调节装置等组成。弧焊整流器具有制造方便、价格低、空载损耗小、噪声小等优点，而且大多数可以远距离调节，能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。弧焊逆变器是将单相(或三相)交流电经整流后，转变为几百至几万赫兹的中频交流电，至降压后输出交流或直流电。2)焊条电弧焊常用辅具焊条电弧焊常用辅具有焊钳、焊接电缆、接地夹钳、防护服、面罩、敲渣锤、焊条保温筒和钢丝刷等。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3.焊条1)焊条的结构和作用有药皮，供弧焊用的熔化电极称为电焊条，简称焊条。焊条由焊芯和药皮两部分组成，如图4.1-5所示。焊芯是指焊条内的金属丝，它具有一定的直径和长度。焊芯的直径称为焊条直径，焊芯的长度即焊条长度。常用焊条的直径和长度规格见表4.1-1所列。焊芯在焊接时的作用有两个:一是作为电极;二是熔化后作为填充金属。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作按国家标准规定，用于焊芯的专用钢丝(简称焊丝)分为碳素结构钢、低合金结构钢和不锈钢三类。常用碳素结构钢焊丝牌号有H08,H08A和H08E等;牌号中“H”表示焊条用钢。“A”表示高级优质，“E”表示特级优质。药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，它由矿石粉末、铁合金粉末和钻结剂等原料按一定比例配制而成。其主要作用如下。(1)机械保护。焊条药皮熔化或分解后产生气体和熔渣，隔绝空气，对熔滴和熔池金属起保护作用。熔渣凝固后的渣壳覆盖在焊缝表面，可防止高温的焊缝金属被氧化和氮化。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(2)冶金处理。通过熔渣和铁合金进行脱氧、去硫、去磷、去氢和渗合金等处理，去除有害元素，添加有益的合金元素，改善焊缝质量。(3)改善焊接工艺性能。药皮可保证电弧易于引燃并稳定地连续燃烧，减少飞溅，改善焊缝成形。2)焊条的分类和选用焊条按熔渣的化学性质不同可分为两大类:药皮熔化后形成的熔渣以酸性氧化物为主的焊条称为酸性焊条，如E4303,E5003等;熔渣以碱性氧化物和氟化钙为主的焊条称为碱性焊条，如E4315,E5015等。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作碳钢焊条型号中“E”表示焊条;“43”和“50”分别表示熔敷金属抗拉强度最小值分别为420MPa(43kgf*/mm2)和490MPa(50kgf/mm2)。焊条型号中第3数字表示适用的焊接位置，“0”和“1”表示适用于全位置焊接。第3位和第4位数字组合时表示药皮类型和焊接电源种类，“03”表示钛钙型药皮，用交流或直流正、反接焊接电源均可；"15”表示低氢钠型药皮，采用直流反接焊接电源。焊条按用途可分为结构钢焊条、不锈钢焊条和铸铁焊条等十大类，焊接结构生产中应用最广的是结构钢焊条(包括碳钢焊条和低合金钢焊条)。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作选用焊条时应考虑以下原则。(1)根据被焊的金属材料类别选择相应的焊条种类。例如，焊接碳钢和低合金钢时，应选用结构钢焊条。如焊接Q235钢和20钢时选用E4303或E4315焊条:焊接16Mn钢时选用F5003或F5015焊条。(2)应保证焊缝性能与母材性能相同或相近。(3)焊条工艺性要能满足施焊操作需要。例如，向下立焊、底层焊接、管道焊接、重力焊、盖面焊时，可选用相应的令用焊条。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作5.焊接位置、焊接接头和坡口形式1)焊接位置熔焊时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。按焊缝空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊等位置。对接接头和角接接头的各种焊接位置如图4.1-6所示。平焊位置易于操作，生产率高，劳动条件好，焊接质量容易保证。因此，焊件应尽量放在平焊位置施焊，立焊位置和横焊位置次之，仰焊位置最差。2)焊接接头形式常用的焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头等，如图4.1-7所示。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作其中对接接头是指两焊件表面构成大于135°小于180°夹角的接头;搭接接头是指两焊件部分重叠构成的接头;角接接头是指两焊件端部构成大于30°，小于135°夹角的接头;T形接头是指一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头。3)焊接坡口焊件较薄时，在焊件接头处只要留出一定的间隙，采用单面焊或双面焊，就可以保证焊透。焊件较厚时，根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工成一定的几何形状，经装配后构成的沟槽称为坡口。利用机械(剪切、刨削或车削)和火焰等工艺加工坡口的过程称为开坡口。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作开坡口使电弧能深入坡口底层，保证底层焊透，便于清渣，获得较好的焊缝成形，还能调整焊缝金属中母材和填充金属的比例。电弧焊接的坡口形式应根据焊件结构形式、厚度和技术要求选用。对接接头常用的坡口形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口和带钝边的U形坡口等，如图4.1-8所示。施焊时，对I形坡口、Y形坡口和带钝边的U形坡口，可以根据实际情况，采用单面焊或双面焊完成(如图4.1-9所示)。一般情况下，若能双面焊时应尽量采用双面焊，因为双面焊容易保证焊透。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作加工坡口时，通常在焊件厚度方向留有直边，称为钝边，如图4.1-8所示，其作用是为了防止烧穿。焊接接头组装时，往往留有间隙，这是为了保证焊透。焊件较厚时，为了焊满坡口，要采用多层焊或多层多道焊，如图4.1-10所示。6.焊条直径与焊接电流的选择1)焊条直径的选择焊条直径应根据焊件的厚度、接头形式、焊接位置等情况进行选择，首先在保证焊接质量的前提下，考虑提高生产率，一般尽可能选用大直径焊条。通常优先按焊件厚度选择焊条直径，可参考表4.1-2进行选择。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)焊接电流的选择焊接电流的大小会影响焊接的质量和效率。选择焊接电流时，主要根据焊条直径和焊道层次选择。对一般钢件，可按以下经验公式来确定:I=Kd(4.1-1)式中I—焊接电流，A;d—焊条直径，mm;K—经验系数，可按表4.1-3选取。根据以上经验公式计算出的焊接电流，只是大概的参考数值，在实际生产中还应根据具体情况灵活选择。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作例如，焊接厚度薄的焊件，应取偏小的焊接电流;焊接厚度大，或T形接头和搭接接头时，应取偏大的电流;立焊、横焊和仰焊时，为了防止熔化金属从熔化池中流出，须选用较小的焊接电流，一般比平焊小10%~20%。通常可通过试焊来调整焊接电流大小。7.焊条电弧焊基本操作1)焊前准备焊前准备包括焊条烘干、焊前工件表面的清理、工件的组装以及预热。对于刚性不大的低碳钢和强度级别较低的低合金高强度钢结构，一般不必预热。但对刚性大的或焊接性差，且容易断裂的结构，焊前需要预热。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)引弧焊接开始时，引燃焊接电弧的过程叫引弧。引弧时，首先将焊条末端与焊件表面接触形成短路，然后迅速将焊条向上提起2~4mm,电弧即可引燃。引弧方法有敲击法和划擦法两种，如图4.1-11所示3)运条方法焊接过程中，焊条相对焊缝所做的各种动作的总称叫运条。电弧引燃后运条时，焊条末端有3个基本动作要互相配合，即焊条沿着轴线向熔池送进、焊条沿着焊接方向移动、焊条作横向摆动，这3个动作组成焊条有规则的运动。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作运条的方法有很多，焊工可以根据焊接接头形式、焊接位置、焊条规格、焊接电流和操作熟练程度等因素合理地选择各种运条方法。在平焊位置的焊件表面上堆焊焊道称为堆平焊波，这是焊条电弧焊最基本的操作。初学者练习时，关键是要掌握好焊条角度和运条基本动作，保持合适的电弧长度和均匀的焊接速度，如图4.1-12和图4.1-13所示4)对接平焊对接平焊在实际生产中最常见，其操作技术与堆平焊波基本相同。厚度4~6mm低碳钢板的对接平焊操作过程如下。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(1)坡口准备。采用I形坡口双面焊，调整钢板。保证接口处平整。(2)焊前清理。清除焊件的坡口表面和坡口两侧各20mm范围内的铁锈、油污和水分等。(3)组对。将两块钢板水平放置并对齐，如图4.1-14(a)所示。两块钢板间预留1~2mm间隙。(4)定位焊。在钢板两端先焊上一小段长10~15mm的焊缝，以固定两块钢板的相对位置，焊后把渣清除干净，如图4.1-14(b)所示。这种固定待焊焊件相对位置的焊缝称为定位焊缝。若焊件较长，则可每隔200~300mm进行一次定位焊。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(5)焊接。选择合适的工艺参数进行焊接。先焊定位焊缝的反面，焊后除渣;再翻转焊件，焊另一面，焊后除渣。(6)焊后清理。除上述清理渣壳以外，还应把焊件表面的飞溅等清理干净。(7)检查焊缝质量。检查焊缝外形和尺寸是否符合要求，有无焊接缺陷。8.焊接工艺参数对焊缝质量的影响焊接工艺参数的选择，影响焊缝形成质量，其中焊接电流和焊接速度对焊缝形成质量的影响较大。如图4.1-15所示是采用几种不同的焊接电流和焊接速度得到的焊缝形状。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作如图4.1-15(a)所示,焊接速度相同的情况下，焊接电流小时，电弧吹力小，熔池金属不易流动，焊缝与母材过渡突然，余高增大，熔宽和熔深减小;焊接电流过大时焊条熔化过快，飞溅增多，熔宽和熔深增加，焊缝出现下塌，严重时产生烧穿现象。焊接电流在160A时，焊缝形状比较完好。如图4.1-15(b)所示,焊接电流同为160A,焊接速度太慢时，熔宽、熔深和余高都增加，焊缝边缘塌陷，焊接薄焊件容易产生烧穿现象;焊接速度太快时，熔宽、熔深和余高都减小。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作9.焊条电弧焊安全技术1)防止触电焊接前检查弧焊机机壳接地是否良好;保证焊钳和焊接电缆绝缘良好;焊接操作前应穿好绝缘桂,戴好电焊手套;避免人体同时触及弧焊机输出端两极;发生触电事故时，先立即切断电源，然后及时抢救。2)防止弧光伤害穿好工作服，戴好电焊手套，以免弧光伤害皮肤;焊接时必须使用电弧焊专用面罩，保护眼睛和脸部，同时注意避免弧光伤害他人。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3)防止烫伤和烟尘中毒清渣时要注意焊渣飞出方向，防止焊渣烫伤眼睛和脸部;焊件焊后要用火钳夹持，不准直接用手拿;电弧焊工作场所的通风要良好。4)防火、防爆焊条电弧焊工作场地周围不能有易燃易爆物品，工作完毕应检查周围有无火种。5)保证设备安全线路各连接点必须接触良好，防止因松动接触不良而发热;任何时候都不能将焊钳放在工作台上，以免短路烧坏弧焊机;发现弧焊机出现异常时，要立即停止工作，切断电源;操作完毕或检查弧焊机时必须切断电源。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作二、CO2气体保护电弧焊采用纯CO2气体在焊丝熔化极电弧焊中，对电弧及熔化区的母材进行保护的焊接方法称作CO2气体保护电弧焊，又称CO2气体保护焊，简称CO2焊。它属于熔化极非惰性气体保护焊。CO2焊如图4.1-16所示，采用与母材相近材质的金属焊丝作为电极，同时焊丝熔化后作为填充材料与母材熔化金属共同形成焊缝。作为保护气体的CO2。从焊枪喷嘴中喷出，完全覆盖电弧及熔池，起到保护作用。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作1.CO2气体保护电弧焊的设备CO2气体保护电弧焊设备主要由以下几部分组成:焊接电源、焊丝系统、焊枪、行走台车、保护气体供给系统和冷却水循环系统。半自动焊接不包括行走台车，焊枪的移动由操作者完成。半自动和自动焊接装置的构成及其连接方法如图4.1-17所示。2.CO2气体和焊丝1)CO2气体CO2是一种无色无味的气体，密度为空气的1.5倍，易溶于水，在常温下很稳定，但在高温5000K左右时几乎能全部分解。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作一般焊接用CO2的纯度不应低于99.5%。焊接时对焊缝质量要求越高，对CO2气体纯度的要求也越高。2)焊丝CO2气体保护电弧焊对焊丝的化学成分有如下要求。(l)焊丝必须含有足够的Mn,Si等脱氧元素，以减少焊缝金属中的含氧量和防止产生气孔。(2)焊丝的含碳量要低，这样可以减少气孔与飞溅。(3)应保证焊缝金属具有满意的力学性能和抗裂性能。此外，当要求焊缝金属具有更高的抗气孔能力时，焊丝应含有固氮元素。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3.CO2气体保护电弧焊焊接工艺条件焊接之前应将母材和坡口周围10~20mm范围内的油污、铁锈、氧化皮及其他脏物除掉，否则将严重影响焊接质量。去除的方法主要有:气体火焰加热、喷丸、研磨、钢丝刷、有机溶剂脱脂等。CO2气体保护电弧焊的焊接工艺参数较多，主要包括:焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度、电流极性、焊接回路电感值和气体流量等。4.CO2气体保护电弧焊操作技术CO2气体保护电弧焊采用接触式引弧，在半自动焊接中，在焊枪前端与母材间保持适当距离，按下焊枪开关开始送丝上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作在焊丝前端与母材产生接触的同时引燃电弧。电弧引燃后，必须适当保持焊枪喷嘴与母材间的距离，以及焊枪角度、瞄准位置等，使其能够沿着焊接线方向以一定的速度移动。焊枪角度如图4.1-18所示，有前进角和后退角两种。在使用实心焊丝时，从观察焊缝形状、焊接线的可见性及保护效果考虑，可采用10°~15°前进角焊接。在进行水平角焊缝焊接及横向焊接时，除考虑焊枪角度外，还需要充分注意焊枪的瞄准位置。例如进行如图4.1-19所示，进行脚长在5mm以上的水平角焊缝焊接时，将焊丝的瞄准位置偏向水平板一侧1~2mm，可以得到等脚长的焊缝。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作三、钨极情性气体保护焊钨极惰性气体保护焊是以金属钨或钨的合金材料作为电极，在惰性气体保护下，利用电极与母材金属(工件)之间产生的电弧热熔化母材和填充焊丝的焊接方法，又称为TIG焊接(TungstenInertGasWelding)或GTA焊接(GasTungstenArcWelding)。它属于非熔化极惰性气体保护焊。在焊接中使用的惰性气体有氩气、氦气或氩氦混合气体，它们在常温下不与其他物质产生化学反应，其中用氩气保护的称为钨极氩弧焊。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作TIG焊接的原理如图4.1-20所示。钨电极被夹持在电极夹上，从TIG焊枪喷嘴中伸出一定长度，在钨电极端部与被焊工件母材间产生电弧对母材(焊缝)进行焊接。在钨电极的周围通过喷嘴送进保护气，保护钨电极、电弧及熔池，使其免受大气的侵害。在需要填充金属到熔池中时，如图所示，是从电弧的前面把填充金属(焊丝)以手动或自动方式按一定的速度向熔池中送进。1.TIG焊设备手工TIG焊设备由焊接电源、引弧装置、供气系统、水冷系统及焊枪等构成，系统示意图如图4.1-21上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作图4.1-21所示为手工TIG焊的基本设备构成。对于自动焊接，还应有焊件移动装置或焊枪运动机构。2.TIG焊中的电极TIG焊选择钨材料作为电极，主要是由于钨材料具有很高的熔点，能够承受很高的温度，在很广泛的电流范围内充分具备发射电子的能力。目前TIG焊所用电极材料有纯钨和钨的合金，其中最常用的是牡钨和饰钨电极，一些性能更好的新材料电极也在发展中。钨电极直径的选择与焊接电流的种类和电流大小有关。同一直径下，直流反极性及交流焊接时的允许电流小于直流正极性时的数值，这是由于钨电极作为阳极从电弧得到的热量大于作阴极时的情况。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作电极从喷嘴中的伸出长度对焊接保护效果及焊接操作性能有影响，该长度应根据接头形状确定，并对气体流量作适当的调整。电极端部的形状对焊接质量影响很大。直流TIG焊一般采用正极性(钨极接负极)，电极端部应磨削成圆锥状。当焊接电流超过250A后，电极前端会产生熔化损失，因此，可采用带有平顶的锥角。直流反极性和交流焊接时，电极前端形状磨成半球形最为合适。3.氩气焊接用氩气应符合GB4842~4843-1995《氩气及其检验方法》的规定。使用的工业纯氩，其纯度(质量分数)为99.99%上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作一般含有的杂质是氮、氧、氢、CO2及水蒸气。杂质含量过多会使钨极加速烧损，并使焊缝金属氧化和氮化。增加焊缝金属的含氢量，降低焊接接头的质量。在焊接有色金属时，尤其要注意使用高纯度的氩气。4.TIG焊操作技术根据使用的焊接电流种类和极性不同可分为直流TIG焊、交流TIG焊和脉冲TIG焊等。1)直流TIG焊除了铝、镁以外，其他金属材料的焊接均可用直流正极性进行焊接。2)交流TIG焊对TIG焊及其他合金材料的焊接推荐使用交流焊。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3)脉冲TIG焊脉冲TIG焊简称TIG-P焊，采用可控的直流和交流脉冲电流进行焊接。脉冲TIG焊一般采用低频率(0.5~10Hz)进行焊接;对于薄板精密器件，则采用脉冲频率高于10kHz的TIG焊，称为高频脉冲TIG焊。高频脉冲TIG焊具有电弧稳定、热量集中、焊缝窄、焊接质量好的特点。TIG焊对焊件材料表面有较严格的要求，焊接前必须把焊接部分的表面打磨干净，包括去除油、锈、水分等。对铝合金焊接，也必须进行氧化膜的清理。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作TIG焊采用非接触式引弧，主要有高频引弧和高压脉冲引弧。焊接时，焊枪、焊丝和工件之间必须保持正确的相对位置，焊直缝时通常采用左向焊法。焊丝与工件间的角度不宜过大，否则会扰乱电弧和气流的稳定。手工TIG焊时，送丝可以采用断续送进和连续送进两种方法。要绝对防止焊丝与高温的钨极接触，以免钨极被污染、烧损，电弧稳定性被破坏。断续送丝时要防止焊丝端部移出气体保护区而氧化。手工TIG焊的操作如图4.1-22所示。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作四、焊接质量分析1.焊接残余变形由于焊接时采用集中热源对工件局部加热，因此，在焊件上各部分温差很大，使材料不均匀膨胀，处于高温区的材料膨胀最大，因而受到周围温度较低，膨胀小的材料的限制而不能自由伸展，于是焊件中产生内应力，使高温区的材料受到挤压，产生局部塑性变形。在冷却过程中，已经受压缩塑性应变的材料，由于不能自由收缩而受到拉伸，因此焊接中又出现一个与焊接加热时方向相反的内应力场。当焊件冷却温度降至常温时，残余在焊件中的内应力称为焊接残余应力，残留于焊件中的变形称为焊接残余变形。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作焊接残余变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形等。焊接变形，降低了焊接结构的尺寸精度，严重时还会造成焊件报废。为此，采取一系列工艺措施，防止和矫正焊件变形尤为重要。2.焊接缺陷不同的焊接类别，焊接缺陷有所示同，但较多形式比较相似。以焊条电弧焊为代表，分析其焊接缺陷形式与原因。焊条电弧焊常见的焊接缺陷有焊缝形状缺陷、塌边、焊瘤、末焊透、夹渣、气孔和裂纹等。焊缝形状缺陷表现为焊缝表面高低不平、宽窄不一，尺寸过大或过小、角焊缝单边宽度不对称或尺寸不合格等。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作塌边是指沿焊趾的母材产生凹槽或塌陷。焊瘤是在焊接过程中，熔化的金属流淌到焊缝之外末熔化的母材上所形成的金属瘤。末焊透是指接头根部末完全熔透的现象。气孔是指熔池中的气体在金属凝固时末能逸出而残留下来所形成的空穴。裂纹是指焊接接头局部区域的金属原子结合力遭到破坏而形成的缝隙。焊条电弧焊常见的焊接缺陷的产生原因和预防措施见表4.1-4所列。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3.焊接质量检验焊接质量检验的作用是通过不同方法检查出焊接接头中的缺陷，并按照相应的标准对焊接接头质量做出评定;并查出可能影响焊接接头质量的工艺条件，予以监督改正。焊接检验方法分破坏性检验和非破坏性检验两种。1)破坏性检验破坏性检验是指从焊件或试件上切取试样，或以产品的整体，做破坏试验，以检验其各种力学性能、化学成分和金相组织的试验方法。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)非破坏性检验非破坏性检验是指不破坏被检验的结构与材料的检验方法，如外观检验、强度试验、渗漏试验和探伤检验等。工厂最常用的是探伤检验，如射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤等。4.1.2气焊气焊是利用气体火焰作热源的一种焊接方法，如图4.1-23所示。气体火焰是由可燃气体和助燃气体混合燃烧而形成的。当火焰产生的热量能熔化母材和填充金属时，就可以用于焊接。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作气焊最常使用的气体是乙炔和氧气。乙炔和氧气混合燃烧形成的火焰称为氧乙炔焰，其温度可达3150℃左右。与焊条电弧焊相比，火焰加热容易控制熔池温度，易于实现均匀焊透和单面焊双面成形;气焊设备简单，移动方便，施工场地不限。但气体火焰温度比电弧低，热量分散，加热较为缓慢，生产率低，焊件变形严重。另外，其保护效果较差，焊接接头质量不高。气焊应用范围越来越小，目前主要应用于建筑、安装、维修及野外施工等条件下的黑色金属焊接，如焊接厚度3mm以下的低碳钢薄板、薄壁管以及铸铁件的焊补。部分企业利用气焊在生产成本和操作灵活性等方面的独特优势，生产铜等有色金属制品。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作一、气焊设备气焊所用的设备由氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器、焊炬和橡胶管等组成，如图4.1-24所示。气焊时用于控制火焰进行焊接的工具称为焊炬，其作用是将乙炔和氧气按一定比例均匀混合，由焊嘴喷出后，点火燃烧，产生气体火焰。按可燃气体与氧气在焊炬中的混合方式分为射吸式和等压式两种，以射吸式焊炬应用最广。其外形如图4.1-25所示。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2.焊丝和气焊熔剂1)焊丝气焊的焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。焊丝的化学成分应与母材相匹配。焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08和H08A等。焊丝的直径一般为2~4mm，应根据焊件厚度来选择。为了保证焊接接头质量。焊丝直径与焊件厚度不宜相差太大。2)焊剂气焊焊剂是气焊时的助熔剂，其作用是去除焊接过程中形成的氧化物，改善母材的湿润性等。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作气焊低碳钢时，由于气体火焰能充分保护焊接区，一般不需使用气焊熔剂。但在气焊铸铁、不锈钢、耐热钢和非铁金属时，必须使用气焊熔剂。3.气焊火焰气焊火焰是由可燃气体与氧气混合燃烧而形成的。生产中乙炔和氧气混合燃烧的火焰最常用，这种火焰称为氧乙炔焰。改变乙炔和氧气的混合比例，可以获得=种不同性质的火焰，如图4.1-26所示。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作1)中性焰氧气和乙炔的混合比为1.1~1.2时，燃烧所形成的火焰称为中性焰，如图2.1-26(a)所示，由焰心、内焰和外焰三部分组成。焰心成尖锥状，色自明亮，轮廓清楚;内焰颜色发暗，轮廓不清楚，与外焰无明显界限;外焰由里向外逐渐由淡紫色变为橙黄色。中性焰在距离焰心前面2~4mm处温度最高，为3050℃~3150℃。中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈锈、纯铜等材料。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)碳化焰氧气与乙炔的混合比小于1.1时，燃烧所形成的火焰称为碳化焰，如图2.1-26(b)所示。由于乙炔过剩，火焰中有游离碳和多量的氢，碳会渗到熔池中造成焊缝增碳现象。碳化焰比中性焰长，其结构也分为焰心、内焰和外焰三部分。焰心呈亮自色，内焰呈淡自色，外焰呈橙黄色。乙炔量多时火焰还会冒黑烟。碳化焰的最高温度为2700℃~3000℃。轻微碳化焰适用于气焊高碳钢、高速钢、铸铁、硬质合金、碳化钨等材料。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作3)氧化焰氧气与乙炔的混合比大于1.2时燃烧所形成的火焰称为氧化焰，如图2.1-26(c)所示，整个火焰比中性焰短。其结构分为焰心和外焰两部分。火焰中有过量的氧，具有氧化作用，使熔池中的合金元素烧损，一般气焊时不宜采用。轻微氧化焰适用于气焊黄铜、锡青铜等，利用轻微氧化焰的氧化性，生成氧化物薄膜，覆盖在熔池上。减少锡、锌的蒸发。氧化焰的最高温度为3100℃~3300℃。4.气焊安全操作规程(1)气焊与气割的操作人员必须进行安全技术培训，考试合格并取得操作证后，方可独立工作。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(2)气焊工必须了解气焊设备的构造和性能，按要求穿好工作服、防护眼镜等，高空作业应带好安全带和安全帽。工作前或停工时间较长再工作时，必须检查所有设备，如乙炔瓶、氧气瓶及橡胶软管的接头，阀门紧固件应紧固牢靠，不准有松动、破损和泄漏。操作时不准抽烟。(3)乙炔瓶与氧气瓶应保持不少于5m的安全距离。氧气瓶、乙炔瓶与明火间的距离应在10m以上;焊接场地应备有相应的消防器材。(4)氧气瓶应放在干燥、凉爽、空气流通的地方，不可将氧气瓶放在强烈的阳光下或靠近高温的地方。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(5)氧气和乙炔皮管，为专用皮管，不可互换使用;禁止用易产生火花的工具去开启氧气或乙炔气阀门。压力容器及压力表、安全阀，应按规定定期送交校验和试验。检查、调整压力器件及安全附件。(6)点火时，先开焊枪上的乙炔气阀进行点火，然后再开氧气阀，调整火焰。(7)焊接场所示可放置汽油或其他任何易燃易爆物品。(8)在焊接过程中或焊接完毕后，焊枪不能离手放下，必须关闭气阀将火焰熄灭方可放下。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(9)焊接中，如焊枪发生爆炸声音或手感到振动时，应立即关闭乙炔阀，然后关闭氧气阀，待其冷却后方可继续操作。(10)氧气瓶中须保留0.5MPa气压，不可用完。

(11)工作完毕或离开工作现场，应将气瓶气阀关紧，并拧上安全帽。把氧气和乙炔瓶放在指定地点。下班时应立即卸压。5.气焊基本操作1)点火、调节火焰与灭火点火时，先微开氧气阀，再打开乙炔阀，随后点燃火焰。这时的火焰是碳化焰。然后，逐渐开大氧气阀，将碳化焰调整到所需的火焰。同时，按需要把火焰大小也调整合适。灭火时，应先关乙炔阀，后关氧气阀，以防止火焰倒流和产生烟灰。当发生回火时，应迅速关闭氧气阀，然后再关乙炔阀。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作2)堆平焊波气焊时，一般用左手持填充焊丝，右手持焊炬，两手的动作要协调，沿焊缝向左或向右焊接。当焊接方向由右向左时，气焊火焰指向焊件末焊部分，焊炬跟着焊丝向前移动，称为左向焊法，适宜于焊接薄焊件和熔点较低的焊件:当焊接方向从左向右时，气焊火焰指向已经焊好的焊缝，焊炬在焊丝前面向前移动，称为有向焊法。适宜于焊接厚焊件和熔点较高的焊件。操作时，应保证焊嘴轴线的投影与焊缝重合，同时要注意掌握好焊嘴与焊件的夹角α(如图4.1-27所示)。焊件越厚，夹角越大。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作在焊接开始时，为了较快地加热焊件和迅速形成熔池，夹角应大些;正常焊接时，一般保持夹角在30°~50°范围内;当焊接快结束时，夹角应适当减小，以便更好地填满熔池和避免焊穿。焊炬向前移动的速度应能保证焊件熔化并保持熔池具有一定的大小。焊件局部熔化形成熔池后，再将焊丝适量地点入熔池内熔化。4.1.3气割基础操作气割是用燃气与氧混合燃烧产生的热量(即预热火焰的热量)预热金属表面，使预热处金属达到燃烧温度，并使其呈活化状态上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作然后送进高纯度、高速度的切割氧流，使金属在氧中剧烈燃烧，生成氧化熔渣同时放出大量热量。借助这些燃烧热和熔渣不断加热切口处的金属，并使热量迅速传递，直到工件底部，同时借助高速氧流的动量把燃烧生成的氧化熔渣吹除，依靠被切工件与割炬相对移动形成割缝，达到切割金属的目的。从宏观上来说，金属火焰切割的过程实际上是金属在高纯度氧流中燃烧的化学过程和借助切割氧流动量排除熔渣的物理过程相结合的一种加工过程。其过程如图4.1-28所示。1.金属气割所需要的条件(1)金属的熔点应高于它的燃点。若熔点低于其燃点，则金属首先熔化，液态金属流动性好，成为熔割状态，使熔化边缘不整齐，难以获得平整的割口。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作低碳钢的燃点大约为1350℃，而熔点高于1500℃，满足气割条件;碳钢随着含碳量增加，熔点降低，燃点升高。碳质量分数为0.7%的碳钢，其燃点与熔点大致相同;碳质量分数大于0.7%的碳钢，由于燃点高于熔点.难以气割。铸铁的燃点比熔点高不能气割。(2)金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。若金属氧化物的熔点高，就会在切割表面形成固态氧化薄膜，阻碍氧与金属之间持续进行燃烧反应，导致气割过程不能正常进行。铝的熔点(660℃)低于A12O3的熔点(2048℃)，铬的熔点((1615℃)低于Cr2O3的熔点(2275℃)，所以铝及其铝合金、高铬钢或铬镍钢都不具备气割条件。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(3)当金属在氧流中燃烧时，所放出的热量应该足以维持切割过程持续进行。(4)金属本身的导热性要低。这样才能保证气割处的金属具有足够的预热温度，使气割过程能连续进行。铜、铝及其合金导热都很快，不能气割。(5)生成的金属氧化物应富有流动性，否则切割时形成的氧化物不能很好地被氧射流吹掉，妨碍切割过程。满足气割条件的金属材料有低碳钢、中碳钢、低合金结构钢和纯铁等。2.气割设备气割设备中，除用割炬代替焊炬以外，其他设备(氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器等)与气焊时相同。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作割炬按乙炔气体和氧气混合的方式不同可分为射吸式和等压式两种，前者主要用于手工切割，后者多用于机械切割。射吸式割炬的外形如图4.1-29所示，气割机的外形如图4.1-30所示3.手工气割技术操作(1)根据钢板厚度选用割嘴，并按照规定调节工艺规范。(2)检查气割氧流线。流线应为笔直清晰的圆柱体，若流线不规则，要关闭所有阀门修正割嘴。(3)气割工件采用氧化焰。火焰的大小应根据工件的厚度适当调整。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(4)气割是割嘴对准气割线一端加热工件至熔融状态，开快风使金属充分燃烧，工件烧穿后再开始沿气割线移动割嘴。(5)切割要在钢板中间开始，如割圆，应在钢板上先割出孔，如钢板较厚可先钻孔，再由孔开始切割。(6)气割薄板时，割嘴不能垂直于工件，需偏斜5°~10°，火焰能率要小，气割速度要快。(7)气割厚板，割嘴垂直于工件，距表面3~5mm。切割终了时，割嘴向切割方向的反向倾斜斜5°~10°，以利收尾时割缝整齐。(8)使用拖轮切割弧线，割枪不可抬太高，尤其割小弧线厚板应使割枪与工件平行。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(9)工作时应常用针疏通割嘴，割嘴过热应侵入水中冷却。(10)气割特殊钢材，按工艺要求，气割完毕要除去熔渣，并对工件进行检查。4.手工气割技术安全技术(1)将割枪装在固定的胶管接头上，检查氧气表、乙炔保险器工作是否正常及割枪射吸力是否良好。(2)使用氧气瓶时，应将瓶放稳并放气吹去接头处的灰尘等杂物，再装氧气表。当瓶内气压低于工作压力时，必须更换，且移动气瓶时应避免撞击，严禁沾油。(3)使用临时乙炔发生器应注意:上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作①乙炔发生器要离火源10m，离氧气瓶3m以上，离取暖设备1m以外，不得放在人行道上或高压线下。②发生器内要保持足够的清洁水，水封回火防止器要保持一定的水位。③发生器内加电石应按一次加入量规定，电石块度应符合要求，一般为50~80mm，使用液化石油气时，环境温度不得超过60℃，气瓶源离火源5m以上。④对照图纸检查工件。气割钢板的不平度应符合规定，一般板厚小于14mm的钢板不平度为2/1000，大于14mm的钢板不平度为1/1000上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作⑤清理场地，垫平工件，对于板材下面应留不小于100mm的间隙，并清除工件割缝两侧30~50mm范围内的铁锈、油污等。⑥备齐各种工具以及辅具。气割有色金属和特种钢材，要准备好熔剂。5.半自动气割技术操作(1)根据切割工件的厚度选择割嘴和气体压力。(2)气割前应手推小车在导轨上运行，调整割嘴位置或导轨，确保在小车运行过程上割嘴对准号料线。切割线与号料线的允许偏差为±1.5mm(3)气割前还应在非切割处进行试切割，以调整火焰、氧气压力，小车行走速度等，并检查风线是否为笔直而清晰的圆柱体。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(4)当氧气瓶的气压低于工作压力时必须停机换瓶。(5)气割时，先加热钢材边缘至赤红，再开启快风氧气，使钢材急剧燃烧穿透钢材底部后才可让小车移动。(6)气割焊接坡口，要根据坡口角度要求偏转割嘴，且割速要比下料时慢，氧气压力应稍大。(7)如用快速割嘴，应根据钢材厚度的不同，使割嘴作一定角度的后倾。(8)对于长板条工件，应先切割两侧长边，后切端头，以减少变形。(9)对于较薄的板件，割嘴不应垂直于工件，需偏斜5°~10°，且速度要快，预热火焰能率要小。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(10)切割过程发生回火，应先关乙炔阀，后关切割氧阀。(11)气割时发现割嘴堵塞，应及时停机打通。(12)切割完毕应清除熔渣，并对工件进行检查。6.半自动气割安全技术(1)熟悉图纸和工艺文件，详细了解工件的材质、规格和公差要求等。(2)检查气割工件和号料线是否符合要求，并清除割缝两侧30~50mm内的铁锈、油污。上一页下一页返回项目4.1焊割基础操作(3)气割钢板应平整。对板厚小于14mm的不平度为2/1000，对板厚大于14mm的钢板不平度1/1000(4)准备好所需的氧气、乙炔和液化石油气，并检查气路的阀门、仪表是否正常工作，连接处是否紧密。(5)根据工件的需要准备好小车导轨，以及必要的工具。(6)将半自动气割机进行空运转，检查机器运行是否正常、控制部分是否损坏失灵，以及绝缘是否良好。(7)气割前将工件垫平，工件下面要留有不小于100mm的间隙。上一页返回项目4.2货架的焊接项目描述货架是一种架式结构物(如图4.2-1所示)，它可以充分利用仓库空间，从而提高仓库容量的利用率，打大仓库的储存能力;能够让存入货架中的货物，相互之间不挤压，减少物资的损耗，可完整保证物资本身的功能，减少货物的损失;货架中的货物存取十分方便，便于清点及计量，可做到先进先出;能够保证存储货物的质量，通常采取防潮、防尘、防盗、防破坏等措施来提高物资存储的质量。货架在现代物流活动中起着举足轻重的作用，很多新型货架的结构及功能有利于实现仓库的机械化及自动化管理。从而为仓库的管理带来了非常大的帮助。下一页返回项目4.2货架的焊接本项目以焊接重型货架为训练任务，通过货架的加工实例学习，使学员掌握气割和焊接的基本方法，检测方法等。货架的结构尺寸如图4.2-2所示，根据结构完成尺寸下料到焊接工作。技能目标(1)熟悉图纸和工艺文件，详细了解工件的材质、规格和公差要求等。(2)能合理选择焊接方式和气割方式。(3)能熟练使用设备完成气割和焊接操作，按要求焊接和气割零件，并检查加工质量。上一页下一页返回项目4.2货架的焊接货架的焊接加工一、零件的工艺分析根据货架结构图可知，货架两端框架为35角钢，高度2500mm，并由多条宽度为30mm，厚度3mm的钢板斜筋和两条水平横筋构成。四层载货架两侧分别由两条宽度为50mm，厚度3mm，长度2600的钢板作大梁，中间有四条宽度为30mm，厚度3mm的钢板作横条，横条上铺上钢网。焊接加工内容有:焊接两端框架及筋条;焊接中间四层货架横条及钢网。整个货架最后由钳工钻孔，用螺栓连接成形。上一页下一