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1、第一节 焊接基本知识,一、 一般概念,1、 定义 将分离的金属通过局部加热至熔化状态，或者在塑性状态下施加一定的压力等方法，使它们联结成一个整体的工艺方法称为焊接。 2 、一般焊接方法 焊接的方法很多，大体上可以分成三类：,一般焊接方法,1.熔化焊：采取局部加热的方法，把两块金属要联结的部位加热至熔化状态，从而相互熔合成为一个整体； 2.压力焊：在两块金属联结处施加压力，使两块金属相互接触部分的原子或分子之间产生扩散结合，从而达到联结的目的。如气压焊 、接触焊、摩擦焊、高频感应焊 、冷压焊、爆炸焊等； 3.钎焊：被焊接的金属本身既不熔化也不受压，而是利用某些低熔点的金属（如锡、铜及其合金等）在

2、熔化状态下充填于两个被焊接金属之间的结合缝隙中，这种低熔点金属冷却凝固后，因原子的扩散而把两个金属联结起来 。,二、承压类特种设备,常用的焊接方法,承压类特种设备常用的焊接方法,2.1 手工电弧焊 （1） 手工电弧焊特点 手工电弧焊是利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。,承压类特种设备常用的焊接方法（手工电弧焊）,焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气体和熔渣的共同保护下，有效地扣除了周围空气对熔化金属的有害影响。通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应，还原并净化焊缝金属，从而得到优质的焊缝。 手工电弧焊设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可

3、以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料，在承压类特种设备制造中应用十分广泛。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,（2） 手工电弧焊设备 常用的手工电弧焊电源有交流电焊机、旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机三种。 交流电焊机也叫交流电焊变压器，是手工电弧焊中应用最广泛的一种供电设备。交流电焊机具有结构简单，成本低，效率高，节省电能和使用维护方便等特点。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,旋转式直流电焊机由一个发电机和一个拖动它的电动机机组组成。由交流网路供电使电动机旋转，带动发电机电枢旋转发出直流电供焊接之用。焊接电流可在较大范围内均匀调节以满足焊接工艺的要求，

4、电弧燃烧稳定。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,硅整流式直流电焊机也称手弧整流器，是一种将工频交流电整流变为直流电的手工电弧焊设备。 直流电焊机的特点是直流电弧燃烧很稳定，所以在合金钢、不锈钢和小电流焊接时常常选用直流电源。 直流电源又分正接、反接两种接法。正接是指工件接正极、焊条接负极；否则，就是反接。, 手工电弧焊焊条 涂有药皮供手弧焊用的熔化电极称为焊条。它由焊芯和药皮两部分组成。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,1 )焊芯的作用： 作为电极产生电弧； 在电弧的作用下熔化后，作为填充金属与熔化了的母材混合形成焊缝。,2) 药皮的作用： 稳弧作用 焊条药皮中含有

5、稳弧物质，可保证电弧容易引燃和燃烧稳定； 保护作用 焊条药皮熔化后产生大量的气体笼罩着电弧区和熔池，基本上能把熔化金属与空气隔绝开，保护熔融金属。熔渣冷却后，在高温焊缝表面上形成渣壳，或防止焊缝表面金属不被氧化并减缓焊缝的冷却速度，改善焊缝成形；,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,冶金作用 药皮中加有脱氧剂和合金剂，通过熔渣与熔化金属的化学反应，可减少氧、硫等有害物质对焊缝金属的危害，使焊缝金属获得符合要求的力学性能； 掺合金 由于电弧的高温作用，焊缝金属中所含的某些合金元素被烧损（氧化或氮化），通过在焊条药皮中加入铁合金或纯金属元素，使之随药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合

6、金元素的烧损，提高焊缝金属的力学性能；,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,改善焊接的工艺性能 通过调整药皮成分，可改变药皮的熔点和凝固温度，使焊条末端形成套筒，产生定向气流，有利于熔滴过渡，可适应各种焊接位置的需要。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,焊条的种类 按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同可分为：碱性焊条（熔渣碱度1.5 ）和酸性焊条（熔渣碱度1.5 ）两大类。 酸性焊条药皮中主要含有TiO2 、MnO2、FeO、SiO2等氧化物及少量有机物，氧化性较强，施焊时药皮中合金元素烧损较大，焊缝金属的氧氮含量较高故焊缝

7、金属的力学性能（特别是冲击韧性）较低；酸性渣难于脱硫脱磷，因而焊条的抗裂性较差；酸性渣较黏，在冷却过程中渣的黏度增加缓慢，称为“长渣”。但其工艺性能良好，成形美观，特别是对锈、油、水分等的敏感度不大，抗气孔能力强。酸性焊条广泛用于一般结构的焊接。,承压类特种设备常用的焊接方法 （手工电弧焊）,碱性焊条药皮中主要含有CaCO3、CaF2、CaSiO2、MgCO2等碱性造渣物，并含有较多的铁合金，如锰铁、钛铁、钼铁、钒铁、硅铁等作为脱氧剂和渗合金剂，使焊条有足够的脱氧能力。碱性渣流动性好，在冷却过程中渣的黏度增加很快，称为“短渣”。碱性焊条的最大特点是焊缝金属中含氢量低，所以也叫“低氢焊条”。碱性

8、焊条药皮中的某些成分能有效地脱硫脱磷，故其抗裂性能良好，焊缝金属的力学性能，特别是冲击韧性较高。碱性焊条多用于焊接重要结构，高压锅炉和压力容器、压力管道制造中广泛地使用碱性焊条。碱性焊条的缺点是对锈、油、水分较敏感，容易在焊缝中产生气孔缺陷；电弧稳定性差，一般只用于直流电源施焊。,承压类特种设备常用的焊接方法 （埋弧自动焊）,2.2 埋弧自动焊 自动电弧焊中，电弧被掩埋在焊剂层下面燃烧并实施焊接的，叫埋弧自动焊，或者叫熔剂层下自动焊，通常简称埋弧焊。,承压类特种设备常用的焊接方法 （埋弧自动焊）,以上特点都有利于焊接接头获得良好的组织与性能。同时，自动操作使焊接规范参数稳定，焊缝成分均匀，外形

9、光滑美观，因而焊接质量良好、稳定。,图1 埋弧焊时焊缝的形成 1-焊丝；2-焊件；3-焊剂；4-液态金属；5-液态焊剂；6-焊缝；7-焊渣,埋弧自动焊的特点： 由于焊剂和熔渣严密包围着焊接区，空气难于侵入； 高的焊速减小了热影响区的尺寸； 焊剂和熔渣的覆盖减慢了焊缝的冷却速度。,承压类特种设备常用的焊接方法 （埋弧自动焊）,图3 埋弧焊机机头,图2 埋弧自动焊的焊接过程 1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝7-送丝轮； 8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；,承压类特种设备常用的焊接方法 （埋弧自动焊）, 埋弧自动焊能采用大的

10、焊接电流，电弧热量集中，熔深大， 因此生产效率比手工电弧焊高5-10倍； 由于间接时热量集中，焊接金属没有飞溅损失，且没有废弃的焊条头，从而可节省金属材料； 设备比较复杂昂贵，焊接位置受一定限制，一般是平焊位置焊接。,图4 埋弧焊接设备,承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊）,2.3 氩弧焊 氩弧焊是以惰性气体作为保护气体的一种电弧焊接方法。电弧发生在电极与焊件之间，在电弧周围通以氩气，形成连续封闭气流，保护电弧和熔池不受空气的侵害。而氩气是惰性气体，即使在高温之下，氩气也不与金属发生化学反应，且不溶解于液态金属，因此焊接质量较高。 氩弧焊根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊及熔化极氩弧焊。,

11、承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊）,图5 手提氩弧焊机,图6 方波脉冲氩弧焊机,承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊）, 不熔化极氩弧焊。通常叫钨极氩弧焊，它是以钨棒作为电极，在氩气保护下，靠钨极与工件之间产生的电弧热，熔化基本金属或另加填充焊丝而进行焊接。在焊接过程中钨极不发生明显的熔化和消耗，只起发射电子引燃电弧及传导电流的作用。钨极氩弧焊电弧稳定，可使用小电流焊接薄工件，并可单面焊成形，近年在承压类特种设备制造和安装中得到广泛应用。最常用是采用钨极氩弧焊打底，然后用手工电弧焊或其他焊接方法形成焊缝，这样可避免根部未焊透等缺陷，提高焊接质量。,承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊

12、）,图8 空冷钨极氩弧焊焊炬剖视图,图7 水冷钨极氩弧焊焊炬剖视图,承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊）, 熔化极氩弧焊。它是采用连续送进的焊丝作为电极，在氩气保护下，依靠焊丝与工件之间产生的电弧热，深化基本金属与焊丝形成焊缝。在承压类特种设备制造中，熔化极氩弧焊多用于焊接有色金属及合金钢。,承压类特种设备常用的焊接方法 （氩弧焊）, 氩弧焊特点： 适用于焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接质量优良； 电弧和熔池用气体保护，清晰可见，便于实现全位置自动化焊接； 电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度较快，热影响区较小，工件焊接变形较小； 电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成形美观。

13、,图11 不锈钢氩弧焊焊件,承压类特种设备常用的焊接方法 （二氧化碳气体保护焊）,2.4 二氧化碳气体保护焊 以二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊接方法，叫二氧化碳气体保护焊。它以焊丝作一个电极，靠焊丝与工件之间产生的电弧热熔化焊丝和工件，形成焊接接头。 二氧化碳气体保护焊在承压类特种设备制造中可用于焊接低碳钢和低合金钢结构。,承压类特种设备常用的焊接方法 （二氧化碳气体保护焊）,二氧化碳气体保护焊的特点： 成本低。用二氧化碳气体保护电弧和熔池，不仅比氩气便宜，也比采用焊剂及焊条药皮保护焊接区便宜。二氧化碳气体保护焊接中电能消耗少，间接成本仅为手工电弧焊或埋弧自动焊的40%； 质量好。电弧和熔池

14、都在二氧化碳气体保护之下，不易受空气侵害。焊接时电弧加热集中，焊接速度快，焊接热影响区小。,承压类特种设备常用的焊接方法 （二氧化碳气体保护焊）,生产效率高。由于焊丝送进自动化，电流密度大，热量集中，所以焊接速度快，又不需要清理焊渣等辅助工作，所以生产效率较高。比起手工电弧焊来，工效可提高2-3倍； 操作性好。明弧焊接，便于发现和处理问题。具有手工焊接的灵活性，适宜于进行全位置焊接； 采用较大电流焊接时，飞溅较大，烟雾较多，弧光强，焊缝表面成形不够光滑美观； 控制或操作不当时，容易产生气孔。,第二节 各种特殊焊接工艺介绍,1、CO2焊推广应用 2、不锈钢与紫铜焊接工艺 3、铸铁焊接工艺 4、锅

15、炉管焊接工艺,为了中国焊接行业界的现代化,发展方向,中国的现状,手工焊占80% 交流弧焊机 直流弧焊机 占压倒性多数,采用 CO2焊接 MAG/MIG焊接 TIG焊接 促进产业现代化 的实现,欧、美、日本等国CO2焊占熔敷金属总量的60-80%，我国仅为20%左右。近几年，焊条电弧焊占熔敷金属总量的比例逐年下降，原因是焊条电弧焊被CO2焊逐步替代，CO2焊比例逐年上升。,国外CO2/MAG焊接保护气体的应用,对CO2焊认识的误区,CO2焊飞溅较大，焊接接头质量比焊条电弧焊要低。 CO2焊生产效率比焊条电弧焊也高不了多少，成本也不一定低。 CO2焊抗风性能差，不适合现场施工焊接。,CO2焊的高效

16、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,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%,母材表面状态和气体种类对产生气孔缺陷的影响,角焊缝焊接也能增加焊接强度,CO2焊接,手弧焊,CO2焊接溶深大，因而焊脚厚度大，结合部强度高 溶着金属的强度高，所以更为有利,实际焊脚 厚度a大,实际焊脚 厚度a小,a,a,减少焊缝连接点和夹渣缺陷,焊

17、渣多，焊渣覆盖 焊缝 焊条短，焊缝接头 多，弧坑缺陷多 溶深浅,CO2焊接,手工 电弧焊,焊渣少 焊丝长，可连续 焊接 溶深大,容易发生 融合不良及 夹渣等缺陷,不易发生 焊接缺陷,熔深大、可节约焊接材料,手弧焊熔深浅，所以需要开大坡口（60）,CO2焊接熔深大， 可减小坡口角度（45-50）,CO2焊接时可大幅度地降低熔着金属量 即焊丝使用量减少、可降低成本。,溶深大 减少必要熔着金属量,CO2焊接在双面焊接时能更加显著地节省材料 从成本上更有利,CO2焊接,手弧焊,溶深大 可减少开坡口加工量,溶深浅 需要开大坡口,不需要开坡口的I形对接焊接时一层焊接范围更广,最大板厚,最小板厚,板厚0.8

18、mm, 焊丝0.8mm, 65A,板厚12mm, 焊丝1.6mm, 450A,通过开坡口和多层多道焊能进行厚板的焊接,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。,推广普及CO2焊接,CO2焊适用范围广,可焊厚度0.5mm-100mm 容易实现自动焊和全位置焊 有关资料介绍：在某行业CO2焊接熔敷

19、金属量占焊接总熔敷量由8%提高到15%,可获得经济效益5.65亿元,按照碳在铸铁组织中存在的形式不同分为 【灰口铸铁】 碳主要以片状石墨形式存在，断口呈灰色。如：HT200 【白口铸铁】 碳主要以渗碳体（Fe3C）形式存在，断口呈银白色。 【可锻铸铁】石墨以团絮状的形式存在，有较高的抗拉强度和良好的塑性。 如：KTH370-12 【球墨铸铁】 铁液经过球化处理而不是在凝固后经过热处理，使石墨大部分 或全部呈球状，有时少量为团絮状的铸铁。如：QT400-18 【蠕墨铸铁】 金相组织中石墨形态主要为蠕虫状的铸铁。,三、铸铁的类型,四、铸铁的焊接性, c= 2.73.5 ； Si = 1.02.7

20、； Mn= 0.51.2 ； S 0.15 ；p 0.3 ,1.灰铸铁的化学成分,2.焊接接头中的白口和淬硬组织,在补焊灰铸铁时，往往会在半熔化区生成一层白口组织，由于白口组织硬 而脆，极难进行机械加工，这对于焊后需要进行机械加工的焊接接头将带 来很大的困难。 预防措施： 减慢焊缝的冷却速度（焊前预热、焊后缓冷，避免产生） 改变焊缝化学成分（增加焊缝中石墨化元素的含量，可以防止产生）,3.焊接接头中的裂纹,冷裂纹 启裂温度：一般在400以下。 原因：一方面是铸铁在400以上时有一定塑性；另一方面焊缝所承受的拉应力是 随其温度下降而增大。在400以上时焊缝所承受的拉应力较小。产生原因：焊接过程中

21、由于工件局部不均匀受热，焊缝在冷却过程中会产生很大的 拉应力，这种拉应力随焊缝温度的下降而增大。当焊缝全为灰铸铁时，石墨呈片状 存在。当片状石墨方向与外加应力方向基本垂直，且两个片状石墨的尖端又靠得很 近，在外加应力增加时，石墨尖端形成较大的应力集中。铸铁强度低，400以下基 本无塑性。当应力超过此时铸铁的强度极限时，即发生焊缝裂纹。 热裂纹 采用镍基焊接材料焊接铸铁时，铸铁中S、P杂质高，镍与硫反应生成化合物 Ni3S而Ni-Ni3S2共晶温度很低（644oC），镍与磷生成Ni3P，而Ni-Ni3P共晶温度 也较低（880oC）。均易形成低熔点共晶体，同时单相奥氏体焊缝晶粒粗大，晶界易于 富

22、集较多的低熔点共晶物，易产生热裂纹。,4.防止裂纹的方法,焊前预热和焊后缓冷 采用电弧冷焊，较小焊接应力 调整焊缝的化学成分。,灰铸铁的焊接,一、灰铸铁的焊接方法选择,1.选择灰铸铁焊接时，必须考虑下列因素： 被焊铸件的状况 被焊铸件的缺陷情况 焊后的质量要求 简便的方法、普通的设备、低成本、大经济效益。 2.焊接方法：焊条电弧热焊法、焊条电弧冷焊法、气焊和钎焊。,二、铸铁的焊条电弧热焊,在焊接前将焊件加热到600-700oC，并在焊接过程中保持此温度，焊后在炉中 缓冷的焊接方法称为电弧热焊法。预热温度在300-400oC左右称为半热焊。,1.电弧热焊的特点： 采用铸铁焊条 切削加工性好 焊接接头的致密性好，一般不会产生渗漏现象 色泽好 成本低 劳动条件恶化 控制变形困难 只能平焊 2.电弧热焊的焊接材料： 铸铁芯石墨化焊条(Z248) 直径6-12mm 交流直流两用 钢芯石墨化焊条（Z208） 直径5mm以下,3.焊接工艺要点 焊前准备 对缺陷位置进行清理； 裂纹终端钻孔；