专业知识培训讲义(焊接).ppt

1、专业知识培训讲义,焊接与无损检测 李会英,金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。在焊接过程中，焊接工艺和焊工技能占有举足轻重的地位。 一、焊接基本方法有：熔焊、压焊、钎焊。熔焊包括：焊条电弧焊、气焊、钨极气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、电炸焊等；压焊包括：爆炸焊、气压焊等；钎焊包括：烙铁钎焊、电弧钎焊等。 1、焊条电弧焊（SMAW）在焊条末端和工件之间燃烧的电弧所产生的高温，使药皮、焊芯及工件熔化，药皮熔化过程中产生的气体和熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，使熔池金属冷却结

2、晶后形成符合要求的焊缝。,优点：设备简单维护方便；操作灵活；应用范围广；（如我们各个专业都涉及到） 缺点：对焊工操作技术要求高，培训费用大（靠操作技术、经验保证）；劳动条件差（靠焊工的手、眼、处于高温烘烤、有毒烟尘环境）；生产效率低； 2、钨极气体保护焊（GTAW）是利用惰性气体氩气保护的一种电弧焊焊接方法。即从喷嘴中喷出的氩气在焊接区造成一个厚而密的气体保护层隔绝空气，在氩气层流的包围之中，电弧在钨极和工件之间燃烧利用电弧产生的热量熔化被焊处，并填充焊丝把两块分离的金属连接在一起，从而获得牢固的焊接接头。,优点：氩气是惰性气体，高温下不分解，与焊缝金属不发生化学反应，不溶解于液态金属，故保护

3、效果最佳，能有效地保护熔池金属是一种高质量的焊接方法；喷嘴总喷出的氩气有冷却作用，焊缝热影响区窄，焊件的变形小；用氩气保护无熔渣，提高了工作效率且焊缝成形美观，质量好，适合各种位置的焊接，容易实现机械化； 缺点：成本高；氩气电离势高，引弧困难；安全防护问题，产生紫外线的强度是手工焊的5-30倍。,3、熔化极气体保护焊（GMAW），CO2气体保护焊是利用从喷嘴中喷出的CO2气体隔绝空气，保护熔池的一种先进的熔焊方法。 优点：生产效率高，电流大、焊丝的熔敷速度快、母材的熔深大、对10mm以下的钢板可以开I性坡口一次焊透，厚板可加大钝边、减小坡口以减少填充金属提高效率，焊接过程中产生的熔渣极少，多层

4、多道焊时层间不必清渣，用整盘焊丝不必更换焊丝，节省时间和填充金属，减少引弧次数降低缺陷产生的几率；对油锈不敏感即焊接过程中CO2,气体分解，氧化性强，对油、锈脏物敏感性小故对焊前清理的要求不高；焊接变形小即CO2气体保护焊电流大、电弧热量集中、CO2气体有冷却作用，受热面积小，所以焊后工件变形小省去矫正变形的工作量；冷裂纹倾向小即CO2气体保护焊焊缝中由于扩散氢含量少，在焊接低合金高强钢时，出现冷裂纹的倾向较小；操作简单即自动送丝焊工易掌握；成本低，为手工电弧焊的40-50%。 缺点：飞溅较大即焊后清理飞溅较麻烦；弧光强；抗风力弱。,4、埋弧焊（SAW）是高效机械化焊接方法。焊剂由漏斗流出后，

5、均匀地堆撒在装配好的焊件上，焊丝由送丝机构经送丝滚轮和导电嘴送入焊接电弧区。焊接电源的输出端分别接在导电嘴和焊件上。送丝机构、焊剂漏斗和控制盘通常装在一台小车上，使焊接电弧匀速移动。通过操作控制盘上的开关，自动控制焊接过程。埋弧焊的电弧被掩埋在颗粒状焊剂下面，当焊丝与焊件间引燃电弧时，电弧热使焊件、焊丝和焊剂熔化并部分被蒸发，金属和焊剂的蒸气将熔融的焊剂吹开、形成一个气泡，电弧在这个气泡内燃烧，气泡的上部被熔化了的焊剂及渣壳构成的外膜包围着。不仅能很好的将熔池与空气隔开，而且可隔绝弧光的辐射，因此焊缝质量高，劳动条件好。,优点：生产效率高即焊丝的熔化系数大、母材熔化快、提高了焊接速度；焊缝质量

6、好即埋弧焊时焊接区受到焊剂和渣壳的可靠保护，大大减少了有害气体侵入的机会，焊接工艺参数自动调节焊接过程比较稳定，焊缝的化学成分、性能及尺寸比较均匀，焊波光滑平整；节省焊接材料和电能，即熔深大减少焊缝中焊丝的填充量，飞溅极少，又没有焊条头的损失，故节省焊接材料。埋弧焊的热量集中且利用率高，在单位长度焊缝上耗电较少；劳动条件好即焊接过程机械化、操作简单、没有弧光的有害影响、减轻焊工的劳动强度； 缺点：只能在水平或斜度不大的位置施焊，焊接设备较复杂、机动灵活性差、仅适用于长焊缝的焊接；焊接电流大，熔池较深易产生气孔。,二、焊接缺陷：焊接过程中在焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷。它分为：

7、焊缝尺寸不符要求、飞溅、烧穿、焊瘤、弧坑、咬边、气孔、未焊透、未熔合、夹渣、裂纹等。,10、裂纹：施焊接结构中最危险的缺陷；分为冷裂纹、热裂纹、再热裂纹、层状撕裂、应力腐蚀开裂。 冷裂纹：焊后焊接接头冷却到较低温度是产生的裂纹。它是因母材的淬硬组织、焊缝金属中的氢含量以及拘束应力等因素的综合作用产生的。冷裂纹可在焊后立即出现，也可能需经过一段时间(几小时，几天，甚至更长的时间)才出现，这些不是在焊后立即出现的裂纹叫做冷裂纹，也称延迟裂纹，它是冷裂纹中比较普遍的一种形态，具有更大的危险性。钢材的淬硬倾向越大，焊件越厚、冷却速度越大，刚性拘束越大，扩散氢含量越高，产生冷裂纹的倾向越大。有延迟裂纹、

8、淬硬脆化裂纹、低塑性脆化裂纹。,预防冷裂纹的主要措施：彻底清除待焊件坡口及两侧的油、锈、污物、水分等，以减少氢和杂质的来源；采取预热和后热以降低焊接接头的冷却速度，减缓淬硬倾向，同时有利于焊缝金属氢的逸出；采用低氢或超低氢的焊材，对重要的、特别是高强钢或合金元素较多的钢材，已采用碱性低氢或超低氢的焊材，并严格烘干；采取焊后热处理可有效地消除残余应力，改善焊接接头的韧性。,热裂纹：在焊接过程中焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹叫做热裂纹。它是一种不允许存在的危险焊接缺陷。分为：结晶裂纹、液化裂纹和多边化裂纹。结晶裂纹又称凝固裂纹，是焊缝凝固后期形成的焊接裂纹。这种裂纹主要产

9、生在含杂质较多的碳钢焊缝中，尤其是硫、磷、硅、碳较多的钢材中。 产生原因：聚集在晶粒边界或焊缝中心的液态低熔点共晶，在焊缝冷却过程中产生的拉应力作用下开裂。,预防措施：限制钢材及焊接材料中易偏析元素和有害杂质的含量，特别应当尽量减少硫、磷等杂质含量及降低含碳量。调节焊缝金属的化学成分，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，控制焊接工艺参数，适当提高焊缝成形系数，采用多层多道焊法，避免中心线偏析，防止中心线裂纹。提高焊条或焊剂的碱度，以降低焊缝中的杂质含量，改善偏析程度，采取各种降低焊接应力的工艺措施。断弧时采用引出板，或逐渐灭弧，并填满弧坑，可以减少弧坑裂纹的产生。,三、焊接专业监理工程师的操作程序：根

10、据设计图纸确定材质，掌握所用焊材焊接施工方案报验（A2）、焊工资质报验（A4）、焊接工艺评定报验（A4）、焊接设备报验（A4）、焊接材料报验（A9表）焊条烘干室随机抽查-焊条烘烤记录、焊条发放（回收）记录、焊条的摆放、烘干室的干湿度现场随机抽查焊接质量情况、焊工行为质量、焊接技术安全交底记录。,四、钢的分类：钢是以铁为主要元素，含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的金属材料。钢可按化学成分、用途、质量分类。,1、按化学成分分为碳素钢、合金钢。 1）碳素钢：是以铁为基本成分的铁碳合金，碳素钢中除以碳为主要合金元素外，还含有少量的有益元素锰和硅。锰含量一般小于1%，硅含量都在5%以下。此外碳素钢还

11、含有少量杂质元素硫和磷，并限制其含量。碳素钢按含量分低碳钢（含碳量小于0.30%）、中碳钢（含碳量0.30%-0.60%）、高碳钢（含碳量大于0.60%）。,2）合金钢：在碳素钢的基础上人为的加入铬、锰、钛、钼、钨、钒等合金元素，以提高钢的性能。合金钢中合金元素总量小于5%的称为低合金钢；合金元素总量在5%-10%的称为中合金钢；合金元素大于10%的称为高合金钢。 2、按用途分类分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。 1）结构钢：用于制造工程结构（桥梁、船舶、高压容器、网架结构等）和机械零件（轴、齿轮等）。工程结构用钢的含碳量一般都在低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，工程结构钢适

12、用于焊接。机械零件用钢大多数需进行热处理。,2）特殊性能钢：指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等，一般均具有较高含量的合金元素。 3、按质量优劣分为普通质量钢、优质钢、特殊质量钢。 1）普通质量钢中磷含量不大于0.045%，硫含量不大于0.055%。 2）优质钢中磷含量不大于0.040%，硫含量不大于0.040%。 3）特殊质量钢中磷含量不大于0.035%，硫含量不大于0.030%。,4、钢的牌号： 1）碳素结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”，屈服点数值（单位为MPa）和规定的质量等级、脱氧方法的符号表示，按顺序组成牌号。如：Q235AF、Q235BZ,碳素结构钢中表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静

13、钢的符号“TZ”可省略，如质量等级分别为C级、D级的Q235钢，其牌号为Q235CZ和Q235DTZ可省略为Q235C和Q235D. 2）合金结构钢用阿拉伯数字和合金元素符号表示。用二位阿拉伯数字表示平均含碳量，放在牌号头部。合金元素的表示方法：平均含量小于1.50%时，牌号中仅标明元素，一般不标明含量；平均合金含量为1.50%-2.49%、2.50%-3.49%、3.50%-4.49%、4.50%-5.49% 时，在合金元素后相应写成2、3、4、5如：碳、铬、锰、硅的平均含量分别为0.30%、0.95%、0.85%、1.05%的合金结构钢，其牌号表示为“30CrMnSi”；碳、铬、镍的平均含

14、量分别为0.20%、0.75%、2.95%的合金结构钢，其牌号表示为“20CrNi3”。高级优质合金结构钢在牌号尾部加符号“A”，特级优质合金结构钢在牌号尾部加符号“E”。如30CrMnSiA,3)不锈钢的牌号： （1）当含碳量的上限小于0.1% ，以“0”表示含碳量。如：含碳量上限为0.08%，平均含铬量为18%，含镍量为9%的铬镍不锈钢，其牌号表示为“0Cr18Ni9”； （2）当含碳量的上限不大于0.03% ，大于0.01%时（超低碳）以“03”表示含碳量。如：含碳量上限为0.03%，平均含铬量为19%，含镍量为10%的超低碳不锈钢，其牌号表示为“03Cr19Ni10”； （3）当含碳量

15、的上限不大于0.01% 时（极低碳），以“01”表示含碳量。如：含碳量上限为0.01%，平均含铬量为19%，含镍量为11%的极低碳不锈钢，其牌号表示为“01Cr19Ni11”；,（4）含碳量没有规定下限时，用阿拉伯数字表示含碳量的上限数字。如：平均含碳量为1.10%，含铬量为17%的高碳铬不锈钢，其牌号表示为“11Cr17”。 5、合金元素在钢中的作用: 1)碳（C）是钢的主要强化元素之一。随着钢的含碳量的增加，钢的强度、硬度、淬硬倾向、低温脆化倾向增加，塑性、韧性、抗腐蚀性能降低。含碳量对钢的焊接性影响极大。随着含碳量的增加，焊缝金属和焊接热影响区产生焊接裂纹的倾向增加，焊接性变差。当含碳量

16、高于0.25%时，焊接性及开始变差。,2）锰（Mn）是强化元素之一，能溶于铁素体中，起固溶强化作用，提高钢的强度和硬度。锰又是一种良好的脱氧和脱硫剂。焊接是经常利用锰来进行脱氧和脱硫。锰在钢中的含量小于2%时，可使钢的强度明显提高，并能提高钢在低温下的冲击韧性。 3）硅（Si）当硅含量小于1%时，对钢有强化作用。硅是强脱氧剂，可提高钢在高温下的抗氧化性。焊接时硅易形成高熔点夹杂物残留在焊缝中。 4）钼（Mo）能提高钢的强度、硬度， 能细化晶粒，防止回火脆化的现象产生。含钼量小于0.6%时，可提高钢的塑性减少产生焊接裂纹的可能性。 5）铬（Cr）可提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，含铬的钢具有回火脆性

17、，在焊接时易产生裂纹，因此含铬量高的钢可焊性变差。,6）钛（Ti）是强烈的脱氧剂。在含钛的低合金钢中，含钛量为0.08%-0.15%。钛可提高钢的强度，细化晶粒、提高韧性，改善硫的偏析程度。含钛量小于0.2%时，可降低产生焊接裂纹和过热倾向，有利于改善钢的焊接性。 6、钢中的有害杂质、有害气体： 1）硫（S）使钢中主要的有害杂质之一。对于焊接钢中的硫是非常有害的。当焊接材料本身含硫量高或母材含硫量高时，都会使焊缝金属含硫量偏高，是焊缝金属在凝固时容易产生焊接热裂纹。含硫量高的钢材在焊接时，除焊缝金属产生热裂纹外，因硫化物受热熔化，在焊接热影响区也容易产生裂纹。,2）磷（P）使钢中的另一种有害杂

18、质。使钢的焊接性恶化，使焊缝金属和焊接热影响区易出现裂纹。 3）氧（O）钢中超出溶解度的氧以夹杂物的形式存在，降低钢的强度、塑性、韧性，使钢的脆性转变温度明显提高，降低钢材的疲劳强度。 4）氢（H）使钢产生白点，引起氢脆现象，严重降低钢的韧性。焊接时焊缝金属所吸收的氢当含量较高时易产生冷裂纹。,常用钢号化学成分,常用钢号对照表,表二、,五、焊接工艺评定：是指导性和验证性的实验，用拟定的焊接工艺（焊接方法、焊材、母材、厚度、接头形式、各种焊接参数等）按有关标准对所焊试件进行试验，测定焊接接头能否达到设计要求和满足使用，其目的验证拟用焊接工艺的正确性（或可用性），证明施焊单位是否掌握该项焊接工艺，

19、具有制造安装的能力。1、焊评过程：拟定焊接工艺指导书、施焊试件、制取试样、检验试件和试样、测定焊接接头是否具有所要求的使用性能、提出焊评报告对拟定的焊接工艺指导书进行评定。,2、焊接工艺评定规则：评定对接焊缝焊接工艺时，采用对接焊缝试件。评定合格的焊接工艺亦适用于角焊缝；评定非受压角焊缝焊接工艺时，可仅采用角焊缝试件；板材对接焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于管材的对接焊缝，反之亦可；管与板角焊缝试件评定合格的焊接工艺适用于板材的角焊缝，反之亦可；,3、评定规则：改变焊接方法，需重新评定；（重要因素、补加因素、次要因素）当变更任何一个重要因素时需重新评定焊接工艺；当增加或变更任何一个补加因素时，

20、则可按增加或变更的补加因素增焊冲击韧性试件进行试验；当变更次要因素时不需重新评定焊接工艺，但需重新编制焊接工艺指导书；,4、母材：根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能对其进行分类分组。当重要因素、补加因素不变时，某一钢号母材评定合格的焊接工艺可用于同组别号的其他钢号母材；组别号-2母材的评定适用于组别号-1的母材（16MnD、16MnDR、15MnNiDR=16Mn、16MnR）；在同类别号中，高组别号母材的评定适用于该组别号母材与低组别号母材所组成的焊接接头。母材组别号改变时，需重新评定；当不同类别号的母材组成焊接接头时，即母材各自以评定合格，其焊接接头仍需重新评定。但类别号为（或组别号为

21、-1、-2）的同钢号母材的评定适用于该类别号（或该组别号）母材与类别号为的母材所组成的焊接接头。,钢号分类分组表：,5、厚度：评定合格的对接焊缝试件的焊接工艺适用于焊件厚度有效范围，若母材为-2组和标准抗拉强度下限大于540Mpa的强度型低合金钢按下表，其它按后表二：,表二：,6、预热：根据母材的化学成分、焊接性能、厚度、焊接接头的拘束成都、焊接方法、焊接环境等综合考虑是否预热。预热的作用降低焊接接头的冷却速度，减少钢材的淬硬倾向，有利于焊缝扩散氢的逸出，可调整或减轻焊接残余应力，作为防止低合金高强度钢、Cr-Mo钢、大厚度构件焊接裂纹的重要措施；采取局部预热应防止局部应力过大，预热的范围为焊

22、缝两侧各不小于焊件厚度的3倍，且不小于100mm；预热的焊件在整个焊接过程中应不低于预热温度。,7、热处理：是为了消除焊接接头中的残余应力、降低硬度、改善组织、恢复或提高韧性而进行的高温退火，即将焊件或焊接区段均匀加热到钢材的相变点以下的某温度区域并保持一定时间，然后均匀冷却的全过程。焊件升温至400（300）后，升温速度不得超过5000/PWHT/h，且不得超过200/h，最小可为50/h；升温期间加热区任意长度为5000mm内的温差不得大于120/h；保温期间加热区最高与最低温差不宜大于65/h；焊件温度高于400（300）时，降温速度不得超过6500/PWHT/h，且不得超过260/h，

23、最小可为50/h。,8、试件检验：无损检测（有正式报告），力学性能即拉伸试验（2个试样）、冲击试验（当规定时），弯曲性能试验（当试件焊缝两侧的母材之间或焊缝金属和母材之间的弯曲性能有显著差别时，可改用纵向弯曲试验代替横向弯曲试验，纵向弯曲时只取面弯和背弯试样各2个；也可用4个横向侧弯试样代替2个面弯和2个背弯试样；弯心直径为试件厚度的4倍、弯曲角度为180）,六、焊材：包括焊条、焊丝、钢带、焊剂、气体、电极、衬垫等。焊材的选用原则应根据母材的化学成分、力学性能、焊接性能，并结合施焊件的结构特点、使用条件、焊接方法综合考虑，必要时通过实验确定。 1、焊缝外观检查：错边量为壁厚的10%,且不大于0

24、.5mm,（壁厚的10%,且不大于1mm）；咬边深度不应大于0.5mm，连续咬边长度不应大于100mm，且焊缝两侧咬边总长不大于该焊缝全长的10%；焊缝余高100%射线检测焊接接头1+0.1b，且不大于2mm；其他的焊接接头1+0.2b，且不大于3mm（b为焊接接头组对后坡口的最大宽度）；焊缝的宽度比坡口每侧增宽0.5-2.5为宜，最好2mm。,2、焊接环境：出现下列情况，须采取有效保护措施否则禁止施焊。 1）、风速的限制：手工焊时风速大于10m/s（8m/s）；气体保护焊时风速大于2m/s； 2）、相对湿度不得大于90%（有色金属焊接场地不得大于80%），不得有雨雪影响。 3）、气温不得过低

25、：焊件温度低于0（-20）时，（当焊件温度为0-20时应在始焊处100mm范围内预热到15以上）；焊接环境温度低于以下要求时，非合金钢焊接不低于-20、低合金钢不低于-10、奥氏体不锈钢焊接不低于-5、其他合金钢焊接不低于0。,3、焊条： 1）、焊条必须在靠近夹持端的药皮上印有焊条型号或标记。每包焊条的包装外面应具有下列标记，焊条型号、牌号、直径、长度、生产批号、检验号、日期、容许的最大及最小焊接电流、焊条规范、制造厂名。 2）、焊条说明书和质量保证书有焊条型号、牌号、规格、包装数量、焊条焊前烘干的必要性、烘干规范、熔敷金属化学分析检验结果、性能检验结果。,3）、焊条必须在干燥通风良好的室内库

26、中存放，不允许与有害气体和腐蚀性介质同放一起，市内应保持整洁；焊条应放在架子上，架子和地面的距离不小于300mm，离墙壁距离不小于300mm，架子下放置干燥剂严防焊条受潮；焊条堆放整齐，按种类、牌号、批次、规格、入库时间分类堆放，标注明确避免混乱；对于受潮、药皮变色、焊芯有锈迹的焊条须经烘干后进行质量评定，若各项性能指标符合要求方可使用；存放一年以上的焊条，在发放前应重新做各种性能试验，符合要求方可使用；焊条库内应有温度计、湿度计，低氢型焊条室内温度不低于5，相对空气湿度低于90%；,4）、焊条在使用前，如焊条说明书无特殊规定时应进行烘干，酸性焊条视受潮情况在75-150烘干1-2h，碱性低氢型结构钢焊条应在350-400烘干1-2h，烘干的焊条应放在保温箱（筒）内，随用随取使用时注意保持干燥；低氢型