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1、焊 接 工 艺 讲 义,第一章 电弧焊的基础知识,手工电弧焊概述： 手工电弧焊最基本的焊接方法： 熔焊 手工电弧焊的主要设备： 焊接电源 手工电弧焊的焊接回路： 选用合适的电焊软线将焊接电源的一端 接到焊钳上，而另一端与焊件相连,焊接电源的作用： 是对焊接电弧稳定燃烧提供所需要的、合适的 电流和电压 手工电弧焊的焊接过程 焊接过程：）短路：开始焊接时，在焊条 与焊件之间先接触短路。 分：划擦引弧法 直击引弧法,）引燃：短路后，立即提起焊条一定距离 （mm-4mm）将电弧引燃。 3）形成熔池： a.焊条的焊芯熔化时，是以熔滴的形式向熔池过渡的。 b焊条的药皮在熔化的过程中产生一定量的气体和液态的

2、熔渣。,气体的作用：在电弧和熔池的周围，起隔绝大气保护液体 金属的作用。 液态熔渣的作用：由于液态熔渣密度小，在熔池中不断上 浮，覆盖在液体金属表面，也起着保护 液体金属的作用。 一焊接电弧 什么是焊接电弧？由焊接电源供给的、具有一定电压的两 电极间或电极与焊件间、在气体介质中 产 生的强烈而持久的放电现象。,电弧的特性：能放出强烈的光 能放出大量的热 2焊接电弧的产生（见图） 放电现象：焊接时将焊条与焊件接触后很快拉开， 在焊条端部和焊件之间（气体介质中） 立即会产生明亮的电弧。 要使电弧产生并且稳定燃烧，必须使两极间的气体带电：,气体带电的方法：气体电离 阴极电子发射 总之：电弧是一种气体

3、的放电现象。 气体的电离；一般情况下，气体的分子和原 子都是中性的，气体中没有带 电的粒子，因此 气体是不导电的。,但是在一定的条件下： 1）气体原子中的电子从外面获得足够的能 量，克服原子核对它的引力而成为自由电子。 2）同时原子由于失去电子而成为正离子。 即：使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子 的过程为气体电离。,不同元素的电离难易程度不同，即愈活 泼的元素愈易电离，也就是说比较容易引 弧。 气体电离的三种形式：热电离： 碰撞电离 光电离,阴极电子发射：阴极的金属表面连续地 向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。 产生和维持焊接电弧的条件是什么？ 气体的电离是产生电弧的重要条件，但

4、是，如 果只有气体的电离而阴极不能发射电子，没有 电流通过，那么电弧还是不能形成，,阴极电子发射也和气体电离一样，两者都 是电弧产生的必要条件。 阴极电子发射分为三种形式：热电子发射 电场发射 撞击发射,焊接电弧的引燃过程： ）非接触电弧引燃法：也叫高频高压引弧法， 由于此法在两电极间产生很高的电压（约1000V 以上），危险性很大，不宜采用。 2）接触引弧：手工电弧焊是采用接触引弧的。 阴极电子发射和气体电离，是电弧产生的必要条 件。,为什么焊接时，首先要将焊条与焊件相接 触，然后很快拉开24mm电弧才能燃烧 呢？ 进行分析：1）使回路电流达到最大值。 2）发生电离 ： 3）阴极发射电子：,

5、即：引燃后，钢作为阴极时，则热发射、撞 击发射、电场发射都在起作用。 总之，焊接电弧的燃烧过程，实质上就是把 电能转换成热能和光能的过程。,二焊接电弧的构造及温度分布 1.焊接电弧的构造:划分三个区域:阴极区: 阳极区: 弧柱区: 电弧焊是利用电弧的热能来达到连接金属的目的. 阴极区:电弧紧靠负极电极的区域为阴极区.(见图) 阴极电压降V1 较大(为1020V).所以该 区内的电场强度很大,这就是阴极区产生 电子强电场发射的原因.,阴极斑点是电子发射的发源地,电流密度很 大,也是阴极区温度最高的地方. 阳极区:电弧紧靠正电极的区域为阳极区. 阳极区比阴极区宽 阳极区表面也有一个光亮的斑点,称阳

6、极斑点。 阳极斑点是集中接收电子的微小区域.,弧柱区:在阴极区和阳极区之间为弧柱区.其 长度占弧长的绝大部分, 2.焊接电弧的温度分布:焊接电弧中三个区域 的温度分布是不均匀的. 直流电弧:一般情况下,阳极不发射电子,不消耗发 射电子所需要的能量,所以阳极区的温度高于阴极 区.,交流电弧:由于电源的正负极每秒钟变换 100次,阴极和阳极不断的交替 变化,所以所以两极区的温度趋 于一致,取平均值. 弧柱区温度不受材料沸点的限制,取决于弧 柱区中的气体介质和电流大小.,三.焊接电弧的极性及应用 1.焊接电弧的极性:(采用直流电源见图) 正极性:将焊件接电源的正极,焊条接电源的 负极,这种接法为正接

7、.这时的电弧极 性称正极性. 反极性:焊件接电源负极,焊条接电源正极的 接法称反接.其电弧极性称反极性.,2.焊接电源极性的应用:选用极性接法时,应 根据焊条的性质和焊件所需的热量来决定. 碱性低氢钠型焊条:采用直流反接,才能使电弧稳定燃烧. 焊接薄板时,为防止烧穿,采用反接. 酸性焊条:均可采用直流或交流电焊接. 当采用直流电焊接时,厚板焊接时采用直流正接. 焊接薄板时,为了防止烧穿,采用直流反接.,四焊接电弧的静特性 什么是静特性? 在电极材料,气体介质和弧 长一定的情况下,电弧稳定燃烧时,焊接电流 和电弧电压变化的关系.也叫伏安特性. 电弧的静特性曲线:电弧静特性曲线是呈U形, 它有三个

8、不同的区域:,）当电流较小时:(ab区)电弧静特性是属下降 特性区,即随电流的增加,电压 减小. ）当电流稍大时:(bc区)电弧静特性属平特性区, 即电流的大小变化,电压几乎 不变. ）当电流较大时:(cd区)电弧静特性属上升特性区, 电压随电流的增加而升高., 影响焊接电弧静特性的因素 ）电弧长度: ）气体种类的影响: ）气体压力的影响: 五焊接电弧的稳定性 焊接电源的影响: 1)种类:交流电源 直流电源,特性: 焊接电源的空载电压: 焊接电流的影响: 焊条药皮的影响: 电弧长度的影响: 焊件接缝清洁度和气流的影响: 电弧的磁偏吹: 作业：怎样防止和减少电弧的磁偏吹?,第三节 焊接接头型式和

9、焊接符号 什么是焊接接头?用焊接方法连接的接头. 接头的组成:焊缝 熔合区 热影响区 一.焊接接头的型式 根据国标:分为四种 对接接头 角接接头 搭接接头 T形接头,1.对接接头:两焊件端面相对平行的接头(见图) 特点:能承受较大的载荷. 2.角接接头:两焊件端面间构成大于300,小 于135 0夹角的接头. 特点:多用于箱形构件,其焊缝的承载能力不高,一般用于不重要的焊接结构中. 3.搭接接头:两焊件重叠放置或两焊件表面之间的夹角不大于300构成的端部接头称为搭接接头.(见图 ),4.T型接头:一焊件端面与另一焊件表面构 成直角或近似直角的的接头(见图) 特点:应用较广,整个接头承受载荷、特

10、别是承受动载的能力较强。（见图） 二 坡口形式 坡口：在焊件待焊部位加工成一定的几何形状的沟槽称为坡口。,1.坡口的作用：是为了保证电弧能深入接头根部，使接头根部焊透，以便于清除熔渣获得较好的焊缝质量，而且能起到调节焊缝金属中母材和填充金属比例的作用。 2.坡口尺寸名称及标注 坡口角度。（见图） 坡口面角度 钝边：是为了防止烧穿，但是钝边的尺寸要保证第一层焊缝能焊透（14MM）。,根部间隙：为了保证接头根部能焊透（04MM） 3.常见坡口的形式(见表) 4.焊接坡口的选择： 选择原则：1）是否能保证焊件焊透（手工电弧焊熔深一般为24MM） 2)坡口形状是否容易加工 3)应尽可能地提高生产率，节

11、省填充金属。 4)焊件焊后变形应尽可能的小。,三焊接位置 1.按焊缝在空间的位置的不同可分为: 平焊缝 立焊缝 横焊缝 仰焊缝 四.焊缝的形式: 按焊缝的结合形式分:对接焊缝. 角焊缝 塞焊缝,按焊缝断续情况分:定位焊缝 连续焊缝 断续焊缝:分:并列断续焊缝 交错断续焊缝 四.焊缝符号 焊缝符号是:焊接生产的技术语言,是在图上标注焊接方法,焊缝形式和焊缝尺寸的符号. 焊缝符号的组成:一般是由基本符号与指引线组成. 必要时还可以加上辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号。,1.基本符号：表示焊缝截面形状的符号。见表： 2.辅助符号：是表示焊缝表面形状特征的符号。见表 3.补充符号：为了补充说明焊缝的某

12、些特征而采用的符号。见表 4.引出线：为了补充说明焊缝与焊缝代号连接在一起的线。 组成：一条实线、一条虚线。（见图）,1)基本要求： 2)箭头线与接头的关系：焊缝在箭头侧 焊缝在非箭头侧（见图） 3)箭头线的位置：一般的没有特殊要求，但标注V、Y、J形焊缝时，箭头线应指向带有坡口一侧的工件，必要时允许箭头弯折一次。（见图） 4)基准线的位置：基准线的虚线可画在基准线的实线下侧或上侧，基准线一般应与图样的底边线相平行，但在特殊情况下亦可与底边垂直。,5)基本符号与基准线的位置： A.当焊缝在接头的箭头侧，则将基本符号标在基准线的实线侧。（见图） B.当焊缝在接头的非箭头侧，则将基本符号标注在基准

13、线的虚线侧。（见图） C.标对称焊缝及双面焊缝时，可不加虚线。（见图） 5.焊缝尺寸符号及其标注方法 一般的不要求，如设计或生产需要时：,1).基本符号必要时可附带有尺寸符号及数据 焊缝尺寸符号见表： 2).焊缝尺寸符号及数据的标注原则：（见图） 6.焊缝符号的应用练习：,第四节 焊接工艺参数 工艺参数:是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量(例如:焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量)的总称。 对于手工电弧焊的焊接工艺参数通常包括：焊条的选择 焊接电流 焊接电压 焊接速度,一焊条的选择 1焊条牌号的选择：焊缝金属的性能主要由 ：焊条、焊件 之间相互溶化来决定的。 2.焊条直径的选择 为了提

14、高生产率，尽可能选用较大直径的焊条。 注意：直径过大，又会造成：末焊透 焊缝成型不良 焊条直径的选择与下列因素有关：焊件厚度 焊缝位置 焊接层数 接头形式,1.焊件厚度：厚度较大，选用较大直径的焊条 厚度较薄，选用较小直径的焊条。 见表 2.焊缝位置：在厚度相同的条件下： 平焊应选择较大直径的焊条。 立焊的焊条直径5MM. 仰焊、横焊的焊条4MM. 选择合适的焊条,可获得较小的熔池,减少熔化金属的下趟.,3)焊接层数:在进行多层多道焊时,第一层应采用直径较小的焊条进行焊接.一般第一层选直径为34MM的焊条.以后各层可以根据钢板的厚度,来选用不同直径的焊条. 注意：如果第一层选择焊条直径过大,焊

15、条不能深入坡口的根部,会造成电弧过长而不能焊透. 4).接头形式:搭接接头、T形接头因不存在 全焊透的问题， 所以应选用较大直径的焊条. 对接接头：应根据情况来定。,二焊接电流的选择 焊接电流：流经焊接回路的电流。其大小是影响焊接生产率和焊接质量的重要因素。 注意：电流过大：易造成焊缝咬边，烧穿 等缺陷，同时也增加了金属飞溅，也会使接头组织产生过热而发生变化。 电流过小：搅拌不充分，易造成夹渣、末焊透。而且引弧困难等缺陷，降低焊接接头的力学性能。,影响电流大小的因素：焊条类型* 焊条直径* 焊件厚度 接着形式 焊缝位置* 焊接层数 1.焊条直径的选择：取决于焊件的厚度和焊缝的位置 当厚度较小时

16、：焊条直径要选择小些，焊接电流也应小些。,当厚度较大时：焊条直径要选择大些。 电流大小与焊条直径的关系。一般由经验公式： I=KD（K一般取3555） I-焊接电流强度（A） K-经验系数 D-焊条直径 可根据以下几点来判断选择电流是否合适. 1).看飞溅: 2).看焊缝成型: 3).看焊条熔化状况: 2根据焊缝位置选择 相同焊条直径情况下:平焊时 立、横、仰焊时,3根据焊条类型选择：在其它条件相同时： 碱性焊条 酸性焊条 三电弧电压 手工电弧焊的电弧电压，主要是由电弧长度来决定。 电弧长，电弧电压就高。 电弧短，电弧电压就低。,四焊接速度 焊接速度：单位时间内完成的焊缝长度。 1) .当焊接

17、速度过快： 2). 当焊接速度过慢： 第四节 手工电弧焊的焊接缺陷 焊接缺陷的的种类:内部缺陷 外部缺陷,一.外部缺陷 外部缺陷:是指那些位于焊缝表面,用肉眼或低倍的放大镜就能看到的缺陷. 例如:焊缝尺寸不符合要求 咬边 焊瘤 弧坑 表面气孔 表面裂纹,焊缝隙尺寸不符合要求: 表现为:1).焊缝隙表面形状高低不平,(见剖 面图) 2).宽窄不一:见平面图 产生的原因:有五方面. 操作方法不当. 电流过大或过小. 焊件装配间隙不均匀. 坡口角度不当. 焊条质量差或焊接过程中电弧产生偏吹.,防止措施: 熟练的掌握电弧长度,保证电弧稳 定,防止偏吹.正确选择坡口角度和装配间隙. 咬边: 是指由于焊接

18、工艺参数选择不当,或操 作工艺不正确,沿焊趾的焊件母材部位产生的沟槽或凹陷,称为咬边. 表现为: 减少了焊件母材的工作截面,并且产 生很大的局部应力集中,容易引起裂纹,使焊接接头的强度降低.,产生咬边的原因: 焊接工艺参数选择不当,焊接电流太大,电弧过长,运条速度和焊条角度不适合等. 防止产生咬边的措施: 正确选择焊接工艺参数,使电流适宜或略小,适当掌握电弧长度,正确应用运条方法和控制焊接速度.,3爆瘤： 在焊接过程中熔化金属流淌到焊缝之外末熔化的母材上所形成的金属。 产生的原因： 接缝间隙过大；操作不当，运条方法不正确 有时焊接电流太大，电弧过长，焊条熔化太快，焊速太慢等也会造成焊瘤。(见图

19、) 防止产生焊瘤的措施: 1)提高操作技术水平. 2).正确选择焊接工艺参数. 3).灵活调整焊条角度,装配间隙不宜过大.,4. 凹坑: 焊后在焊缝表面或焊颖背面形成的低于母材表面的局部低洼部分,称为凹坑.(见图) 产生的原因: 操作技能不熟练;不善于控制熔池形状;焊接电流过大,焊条又末作适当摆动,或者过早的进行表面焊透的焊接;熄弧时突然停止,末填满弧坑. 防止产生的凹坑的措施: 1).熟练掌握操作技能,并注意在收弧处作短时间的停留或作划园形收弧. 2).重要的焊件,要设置引弧板和收弧板,在构件上不允许留有凹坑,5.烧穿: 熔化的金属从坡口背面流出,形成穿孔的缺陷,称为烧穿.(见图) 产生的原

20、因: 1)焊接电流过大, 2).焊接速度过慢. 3).电弧在焊缝处停留时间过长 4).焊件的间隙太大.,防止烧穿的措施: 正确选择焊接电流和焊接速度,减少熔池在每一部位停留的时间,严格控制焊件的装配间隙并保持均匀一致. 二.内部缺陷 内部缺陷:有末熔合、末焊透、内部气孔、 裂纹及夹渣。 1末熔合： 指焊道与母材之间或焊道与焊道之间末完全熔化结合的现象。,产生的后果： 降低了焊接接着的机械性能，严重时可能导致焊接结构无法承载。 产生的原因： 1）焊接电流太小； 2）焊条偏心或运条方法不当； 3）焊速太快热量不够。,防止措施： 加强坡口清理和层间清渣；正确的选择焊接电流、焊接速度；注意运条角度和焊

21、条摆动的速度；焊接操作时应注意分清熔渣和铁水，焊条偏心应调整角度使电弧处于正确方向。 2末焊透： 焊接时，接头根部末完全熔透的现象。 表现为：降低接着的机械性能，造成应力 集中，承载后往往会引起裂纹。,产生的原因： 1）焊接坡口钝边过大，坡口角度太小； 2）封底间隙太小，操作时，无法将焊条伸入根部。 3)运条角度不对，熔池偏向一侧，焊接电流太小，速度过快。 4)弧长太长，焊接时有偏吹现象 . 防止措施： 正确选择坡口形式及装配间隙，熟练掌握操作技能，焊接时防止电弧偏吹。,3夹渣： 焊后残留在焊缝隙中的熔渣 表现为： 1）降低接着的机械性能。 2）因夹渣多数是不规则的多边形，其尖角 会引起很大的

22、应力集中，易焊接结构在承载时遭到破坏。 产生的原因： 1）焊接电流太小； 2）焊速太快，使熔渣来不及浮出； 3）焊接坡口边缘或焊层之间的熔渣末清理干净； 4）运条不当，熔渣与铁水分离不清，阻碍熔渣上浮。,防止措施： 1）正确选择工艺参数 2）做好焊前及焊层间的清理工作。 3）熟练掌握操作技能； 4）尽可能的采用具有良好工艺性能的焊条。,第三章 焊条 第一节 焊条的组成及特性 焊条是涂有药皮的并供手弧焊用的熔化电极. 组成:药皮 焊芯（金属芯） （见图）,焊条的直径：（实际上是指焊芯的直径） 一般为：2. 2.5 3.2MM 或 3. 4. 5. 5.8或6MM. 常用的有: 3.2 4. 5.

23、 焊条的长度: L=250-450MM,1.焊芯 焊芯: 焊条中被药皮包覆的金属芯. 焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝. 1.焊芯的作用: 焊接时,焊芯有两个作用: 1)传导焊接电流,产生电弧.把电能转换成热能. 2)焊芯本身熔化作为填充金属与液态的母材金属熔合形成焊缝.,2.焊芯中各合金元素对焊接质量的影响 1)碳(C): 碳是钢中的主要合金元素,当含碳量增 加时,钢的强度、硬度明显提高. 而塑性降低，但过高会引起较大的飞溅和产生气孔。 一般焊芯的含碳量被限制在0.2%以下,常用碳素结构的焊芯的含碳量小于0.1%.,2)锰(MN): 锰在钢中是一种较好的合金剂,随着锰的含量增加,其强度

24、和韧性不断提高. 一般碳素结构钢焊芯锰的含量为0.3-0.55%,焊接某些特殊用途的钢丝,其锰的含量高达1.7-2.10% 3)硅(Si): 硅是一种较好的合金剂,在钢中加入适量的硅能提高钢的强度、弹性及抗酸性能。若含量过高，则降低塑性和韧性。 一般硅含量越少越好，限制在0.01%. 4)硫(S)、磷（P）： 都是有害杂质。它们能使焊缝金属的力学性能降低。,3 焊芯的分类及牌号 1）分类：焊芯是根据国标“焊接用钢丝”（GB1300-77）规定分类的。 用于焊接用的钢丝分为：碳素结构钢 合金结构钢 不锈钢 2）焊芯牌号的含义： 例如：HO8MNA E4303 国标GB1300-77规定的焊接用的

25、钢丝有44种,二药皮 药皮：压涂在焊芯表面上的涂料层 1焊条药皮的作用： 1）机械保护作用：气保护 渣保护 2）提高焊接电流的稳定性： 取决于：气体的电离 阴极电子的发射 3）提高焊缝质量：熔渣覆盖在焊缝表面，使焊缝金属缓慢冷却，有助于熔池中气体逸出，防止气孔的产生，改善焊缝的组织和性能。,2药皮的类型和特点 常用的焊条药皮有八种类型，其特点为： 1)钛型：这类药皮电弧燃烧稳定,再引弧容易,熔 深较浅,易于脱 渣,飞溅少,焊波特别美观. 适用于全位置焊接,特别适合薄板焊接. 2)钛钙型:这类药皮使电弧燃烧稳定,熔渣流 动性良好,熔深一般,脱渣容易,飞溅少,焊波美观,适用于全位置焊接,焊接电流为

26、交直流两用.,3)钛铁矿型: 这类药皮熔渣流动性良好,电弧 稍强,熔深较深,渣覆盖良好,脱渣容易,飞溅一般,焊波整齐,适用于全位置焊接.焊接电流为交直流两用. 4)氧化铁型: 5)高纤维素型: 6)低氢钠型和低氢钾型: 7)石墨型: 8)盐基型:,第二节 焊条的分类及特点 一按焊条的用途分：有九种 1）碳钢焊条 ）低合金钢焊条 ）不锈钢焊条 ）堆焊焊条 ）铸铁焊条 ）镍及镍合金焊条 ）铜及铜合金焊条 ）铝及铝合金焊条 ）特殊用途的焊条,二按焊条药皮熔化后的熔渣特性分类 ）酸性焊条：这类焊条对铁锈不敏感，焊缝很少产生由氢引起的气孔 酸性熔渣的脱氧不完全，同时不能有效的清除焊缝中的硫、磷等杂质，故

27、焊缝金属的力学性能较低。 一般用于焊接低碳钢和不太重要的钢结构中。 ）碱性焊条：这类焊条的熔渣脱氧较完全，又能有效的清除焊缝金属中的氧和氢，合金元素烧损少，所以焊缝金属的力学性能和抗裂性能均较好，可用于合金钢和重要的碳钢结构的焊接。,三酸、碱性焊条的特点 酸、碱性焊条由于药皮的组成物不同，焊条的工艺性能及焊缝金属的性能也不相同。 酸性焊条的工艺性能特点： 主要有： ）电弧燃烧稳定、脱渣性好、飞溅较 小。 ）焊缝隙成型美观、易操作、熔深适中，适合全位置焊接。 ）焊接产生有害气体少，对铁锈、油污和水分敏感性不大，抗菌素气也能力强。 ）可用交直流电源焊接。,碱性焊条的工艺特点： ）脱渣困难。 ）深坡

28、口焊第一层时表面粗糙，焊道较高，飞溅大。 ）由于药皮中有萤石故电弧的稳定性较差。 ）只能采用直流电源焊接，焊接时会产生一定的有害气体。 为什么在焊接重要结构时，用碱性焊条？ 因为碱性焊条脱氧、脱硫能力强，合金过渡容易，焊缝含氢、氧、硫低，焊缝金属的机械性能和抗裂性能均比酸性焊条好。,第三节焊条型号的编制 按国标规定碳钢焊条型号的编制方法： ）字母“”表示焊条。 ）前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgf/mm2. 3)第三位数字表示焊条的焊接位置。 如：“”及“”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、横、仰焊）。 “”表示焊条适用于平焊及平角焊。 “”表示焊条适用于向下立焊。 ）第三位和第四位数字组合时，表示焊接电流种类及药皮,例如： （结） 第四节焊条的选用 一焊条的选用原则 一）。根据母材的化学成分和力学性能选用焊条