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1、焊接基础知识,焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用，在制造大型结构或复杂地机器部件时，更显优越，因为它可以用化大为小，化复杂为简单地方法准备坯料，然后用逐次装配焊接地方法拼小成大，这是其他工艺方法难以做到的。,焊接概述,水冷壁焊接,汽车制造,动车组制造现场,造船行业的自动化焊接,水下焊接,利用加热或加压或二者并用的方法，将两种或两种以上的同种或异种材料，通过原子或分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。,焊接,优点： （1）节省材料，减轻质量，生产成本低； （2）简化复杂零件和大型零件的加工工艺，缩短加工周期； （3）适应性好；可实现特殊结构的生产及不同材料间的连接成型； （4）整体性好，
2、具有良好的气密性、水密性； （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 不足： 结构无可拆性。 焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比发生变化，产生焊接残余应力和焊接变形。 焊接缺陷的隐蔽性，易导致焊接结构的意外破坏。,焊接特点,应用： （1）制造金属结构件，承压设备； （2）制造机器零件和工具； （3）修复。 焊接在承压类特种设备制造中也占有重要的地位。焊接质量对承压类特种设备的产品质量和使用安全可靠性有直接影响。许多承压类特种设备事故源于焊接缺陷，因此，对承压类特种设备无损检测人员来说，掌握焊接知识是非常必要的。,焊接应用概述,承压类特种设备常用焊接方法 焊接接头 焊接缺陷 焊接应力与变形
3、 承压类特种设备常用钢材的焊接,（1）熔化焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。 （2）压力焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或加热），以完成焊接的方法称为压力焊。 （3）钎焊 钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。,1. 焊接分类,焊接分类,按焊缝的空间位置不同可分为：、平焊：水平面的焊接。、立焊：垂直平面，垂直方向上的焊接。、横焊：垂直平面，水平方向上的焊接。、仰焊：倒悬平面，水平方向上的焊接。,.平焊：手工平焊影像明显可
4、见的均匀分布的焊条运行波纹，成形较规正，其波纹图形如同水的波纹一样 。,.立焊：手工立焊影像明显可见鱼鳞状三角波纹，有时呈三角沟槽，成形较规正。,.横焊：手工横焊影像明显可见焊道与焊道之间的沟槽，横焊时，焊条不上下摆动，故无运条的波纹。,.仰焊：手工仰焊，由于焊条摆动方式与平、立、横均不相同，其影像无平、立、横的运条波纹，如同许多个圆饼形纹组成的焊缝影像，黑度不均匀，若其背面为平焊缝，则还可见不太明显的平焊波纹。,2. 熔焊原理及过程,熔焊的本质及特点 熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。 冷却速度快，结晶
5、后易生成粗大的柱状晶。,热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。 熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,熔化焊的三要素,承压类特种设备常用的焊接方法,手工电弧焊 埋弧自动焊 氩弧焊 二氧化碳气体保护焊 等离子弧焊 电渣焊,手工电弧焊,手工电弧焊是利用焊条与工件之间的电弧热，将焊条和部分工件熔化而形成焊缝的焊接方法,电弧区域热量分布：阳极区 43，弧柱区
6、21，阴极区36,手工电弧焊具有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，适于多种钢材和有色金属等是生产中应用最广的焊接方法。,手工电弧焊的特点,手工电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，焊接质量不够稳定，焊缝短而不连续，焊缝宽度不均，劳动条件差，劳动强度大，生产率低，对工人技术水平要求较高。,一、 焊条电弧焊电源,1.手工电弧焊电源基本要求 手工电弧焊电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧，保证安全；当电弧稳定燃烧时，焊接电流增大，电弧电压应急剧下降；还应保证焊条与焊件短路时，短路电流不应太大；同时焊接电流应能灵活调
7、节，以适应不同的焊件及焊条的要求。 2.电源的种类 常用的手工电弧焊电源根据输出电流类型分为直流电焊机和交流电焊机,手工电弧焊设备,2.电源种类 （1）交流弧焊机 它是一种特殊的降压变压器，具有结构简单、噪声小、成本低，效率高，使用和维护方便等优点，是手工电弧焊中应用最广泛的一种供电设备。但是需注意：交流弧焊机电弧稳定性较差。,手工电弧焊,手工电弧焊,（2）直流弧焊机 1）旋转式直流电焊机：由一台三相感应电动机和一台直流弧焊发电机组成。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。 2）硅整流式直流电焊机:多采用硅整流元件，与旋转式直流电焊机相比具有噪声小，效率高，用料少，成本低等优点，
8、正逐步代替旋转式直流电焊机,直流电焊机的特点是直流电弧燃烧稳定，所以用小电流焊接时常选用。在焊接合金钢、不锈钢等材质工件时，也常选用直流电源。 直流电源根据接工件电极的不同，分为正接和反接两种接法。直流正接是指工件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）。直流反接是指工件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）。,手工电弧焊,正接和反接时，焊接电弧的形状不一样。显然，只有采用直流焊接电源时，才有正接和反接两种接线法，交流焊接电源由于正、负极在不断地交替，所以不存在极性问题。 焊件极性的选择原则： 1、焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，一律采用反接。若采用正接，则电弧燃烧不稳定电弧声音
9、很暴燥，发出强烈的嘶嘶声飞溅很大，并且极容易产生气孔。使用酸性焊条时，极性对电弧的稳定燃烧影响不大。 同样道理，埋弧焊若使用直流电源施焊时，一般也采用反接。 2、钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时，一律采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接电源时，钨极接负极，发热量小，不易过热，钨极寿命长，同样直径的钨极可以采用较大的焊接电流。同时正接时，焊件为阳极发热量大，因此熔深大，生产率高。,三.焊条,；,焊条 焊条的组成 焊芯 作为电极，传导焊接电流，产生电弧 作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属 添加合金元素 药皮 改善焊接工艺性能易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观；
10、 机械保护作用气保护和渣保护 冶金处理作用去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素,焊芯中各合金元素对焊接的影响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。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般0. 1。 2)锰(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的
11、增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0. 300. 55，焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达1 70一2. 10。,3)硅(Si )硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。4)铬(Cr）铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧
12、氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr203)，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低。5)镍(NO镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍。6)硫（S）硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0. 04。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0. 03。7)磷 (P) 磷是一种有害杂质，随着含量的增加，将增大焊缝的冷裂纹倾向。,4. 焊条的分类 (1)焊条按熔渣的化学性质分为两大类 酸性焊条 溶渣呈酸性(熔渣碱度1.5) ，药皮的主要成分为CaCO3、CaF2、CaSiO3和
13、MgCO3等碱性氧化物。 优点：抗裂性能好，特别是冲击韧度较高。承压类特种设备制造中广泛使用碱性焊条 缺点：对锈、油、水分较敏感，容易产生气孔缺陷，电弧稳定性差，脱渣性不好，发尘量大。,手工电弧焊,(2)焊条按用途可分为十一大类 碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、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、特殊用途焊条。,手工电弧焊,按照焊条药皮的主要化学成分来分类，可以将电焊条分为：氧化钛型焊条、氧化钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条（分为高纤维素钠型（采用直流反接）、高纤维素钾型两类 ）、低氢型焊条（分为低氢钠型、
14、低氢钾型和铁粉低氢型等 ）、石墨型焊条及盐基型焊条。 按性能分类的焊条，都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条，如超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。,5.焊条型号 由国家标准分别规定各类焊条的型号编制方法。如标准规定碳钢焊条型号为“E”， 其中，字母“E”表示焊条； 前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值； 第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置（平焊、立焊、横焊、仰焊）焊接，“2”为平焊及平角焊，“4”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类型。 在第四位数字后附加R
15、表示耐吸潮焊条；附加M表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加-1表示冲击性能有特殊规定的焊条。,手工电弧焊,6.焊条的选用 （1）按强度等级和化学成分选用 焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一般选与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成分相同或相近。 焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。 焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。 焊件碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。 焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复杂，故一般选用碱性焊条。,手工电弧焊,（2）按焊件的工况条件选用焊条
16、 焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，应选用碱性焊条。 焊接承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。 焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸性焊条。 焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。,手工电弧焊,（3）按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条 厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。 厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊结构件，应选用适当的酸性焊条。 除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件应选用全位置焊条。,手工电弧焊,异种钢焊接时焊条选用要点： 强度级别不同的碳钢+低合金钢（或低合金钢+低合金高强钢）一般要求焊缝
17、金属或接头的强度不低于两种被焊金属的最低强度，选用的焊条熔敷金属的强度应能保证焊缝及接头的强度不低于强度较低侧母材的强度，同时焊缝金属的塑性和冲击韧性应不低于强度较高而塑性较差侧母材的性能。因此，可按两者之中强度级别较低的钢材选用焊条。但是，为了防止焊接裂纹，应按强度级别较高、焊接性较差的钢种确定焊接工艺，包括焊接规范、预热温度及焊后热处理等。,低合金钢+奥氏体不锈钢应按照对熔敷金属化学成分限定的数值来选用焊条，一般选用铬和镍含量较高的、塑性和抗裂性较好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条，以避免因产生脆性淬硬组织而导致的裂纹。但应按焊接性较差的不锈钢确定焊接工艺及规范。不锈复合钢板应考虑对基层
18、、复层、过渡层的焊接要求选用三种不同性能的焊条。对基层（碳钢或低合金钢）的焊接，选用相应强度等级的结构钢焊条；复层直接与腐蚀介质接触，应选用相应成分的奥氏体不锈钢焊条。关键是过渡层（即复层与基层交界面）的焊接，必须考虑基体材料的稀释作用，应选用铬和镍含量较高、塑性和抗裂性好的Cr25-Ni13型奥氏体钢焊条。,四、手工电弧焊焊接工艺规范,焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接工艺参数的总称。手工电弧焊时，焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊接速度、焊接层数等。 其中焊接电流主要影响焊缝的熔深，电弧电压主要影响焊缝的熔化宽度。,手工电弧焊,埋弧焊,1.定义
19、 埋弧自动焊是利用专门的机械设备自动完成手工电弧焊中的引燃电弧、送进焊条以及移动电弧等焊接动作，并使电弧在较厚焊剂下燃烧的熔化焊。 2.焊接过程 如下图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送丝；引弧；焊剂自动下料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃烧。,埋弧自动焊接过程（焊缝剖面图）,埋弧焊,焊丝与焊剂,熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适于大量生产； 陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强度低。,优点： 1、焊接质量高且稳定； 2、熔深大，节省焊接材料； 3、无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少； 4、自动化操作，生产效率高。 5、在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其它焊接方法 缺点： 1、设
20、备昂贵，工艺复杂，主要适用于水平位置、长的直线焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝的批量生产。 2、不适合焊接薄板 3、难以用来焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金 4、不能直接观察电弧和坡口的对中，容易焊偏,埋弧自动焊的特点,埋弧焊的焊前准备 板厚小于14mm时，可不开坡口； 板厚为1422mm时，应开Y型坡口； 板厚为2250mm时，可开双Y型或U型坡口。 Y型和双Y型坡口的角度为5060。,埋弧焊,焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中,埋弧焊,平板对接焊 一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂
21、垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。,环焊缝 焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距离e，以防止熔池金属的流淌。一般偏离距离为20 40mm，直径小于250mm的环缝一般不采用埋弧自动焊。,多丝埋弧焊 同时有两个以上焊丝一起焊接，焊接速度高，焊缝成型好。前一电弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。,埋弧焊,埋弧焊的应用 埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。,埋弧焊,三、气体保护电弧焊,用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称
22、气体保护焊。 （一） 氩弧焊 定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。 根据电极是否熔化分为不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）和熔化极氩弧焊,注：氩气 氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。 由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。,钨极氩弧焊 以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊。,气
23、体保护电弧焊,气体保护电弧焊,特点 钨极不熔化 适用于焊接厚度为6mm以下的薄板或打底焊 一般不采用直流反接 焊接铝、镁及其合金时，则采用交流电源或直流反接 熔深浅，生产率低,气体保护电弧焊,熔化极氩弧焊 以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡”进入熔池，所用电流比较大，生产率高。 板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用直流反接，这对于焊铝工件正好有“阴极破碎”作用。,气体保护电弧焊,熔化极氩弧焊,特点 几乎可焊接所有金属，尤其适合铝、铜及其合金以及不锈钢等材料 焊接时几乎没有氧化烧损，只有少量的蒸发损失，冶金过程比较简单 劳动生
24、产率高 MIG焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用 成本比TIG焊低 有可能取代TIG焊 MIG焊焊接铝及铝合金时，可以采取亚射流熔滴过渡方式提高接头质量 对焊丝及母材表面的油污、铁锈等较为敏感，容易产生气孔,气体保护电弧焊,氩弧焊的特点及应用 可焊接各种钢材、有色金属和合金，焊接质量优良。 可全位置自动焊接。 焊接热影响区小，焊件不易变形 电弧稳定，焊缝致密，成型美观。 氩气贵，设备复杂，焊接成本高。 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接,如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。适用于单面焊双面成形，如打底焊和管子焊接；钨极氩弧焊还适用于薄板焊接。,气体保护电弧焊,1
25、.定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。 CO2气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。,(二)CO2气体保护焊,(二)CO2气体保护焊,CO2气体保护焊示意图,CO2焊时的飞溅 CO2+Fe = FeO+CO FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应： FeO+C = Fe+CO 生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。 防止飞溅的措施,CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。 采用短路过渡和细颗粒过渡。 为使电弧稳定
26、，飞溅少，CO2焊采用直流反接。 采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。 采用药芯焊丝。,气体保护电弧焊,2.二氧化碳焊特点 焊接成本低； 焊接热影响区小，焊件不易变形，焊接质量好； 电流密度大，生产效率高； 操作性能好，适于全位置焊接； 焊后不用清渣，又是明弧，便于监视和控制； 采用大电流时，飞溅大，烟雾多； 电弧气氛具有较强的氧化性，需采取含有脱氧剂的 焊丝。 CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢焊接，适用于各种厚度。应用CO2气体保护焊需要克服：氧化碳问题、气孔问题、飞溅问题。,气体保护电弧焊,气体保护电弧焊,与手弧焊 、埋弧焊相比，气体保护电弧焊有以
27、下特点： 不采用药皮焊条，容易实现自动化、半自动化提高生产率 热量集中，热影响区小，焊接变形小 明弧焊，电弧和熔池的加热熔化情况清晰可见，便于操作和控制 焊缝表面没有渣，厚件多层焊时可节省大量的层间清渣工作，生产率高、产生夹渣等焊缝缺陷的可能性少 容易实现全位置焊接 焊接质量高 适用范围广,四、等离子弧焊,1. 定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离子体，获得较高
28、能量密度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊。,等离子弧能量密度大（105106W/cm2），弧柱温度高（24000K以上），穿透能力强。10 12mm厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快，生产率高，应力变形小。 电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。 等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可用等离子弧焊接。 但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。,等离子弧特点和应
29、用,等离子弧焊,五 、电渣焊,1.定义：利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。,2.电渣焊特点 宜在垂直位置焊接 适于大厚度件焊接，生产率高，焊接材料消耗少 渣池对被焊件有较好预热作用，不易出现淬硬组织 高温停留时间长，组织粗大，焊后必须进行正火和回火热处理 焊缝成形系数调节范围大，有利于防止热裂纹的产生,五 、电渣焊,3.应用 电渣焊适用于板厚40mm以上结构的焊接。一般用于直焊缝焊接。目前电渣焊已在我国水轮机、水压机、轧钢机、重型机械、锅炉制造、石油化工等大型设备制造中得到广泛使用。 电渣焊除焊接碳钢、低合金、中合金
30、钢和高合金钢以及铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金和铜。,五 、电渣焊,承压类特种设备常用焊接方法 焊接接头 焊接缺陷 焊接应力与变形 承压类特种设备常用钢材的焊接,焊接接头,一、焊接接头形式 焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为对接接头、搭接接头、角接接头及T字接头等。这四种接头形式中，对接接头节省材料，容易保证质量，应力分布均匀，应用最为广泛，但焊前准备及装配质量要求较高；搭接接头两焊件不在同一平面上，浪费金属且受力时将产生附加应力，适于薄板焊件焊件；角接接头在构成直角连接时采用，一般只起连接作用而不承受工作载荷；T形接头是结构非直线连接中应用最广
31、泛的连接形式。 在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头，主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择；另外还应考虑坡口加工难易程度，焊接方法的种类等其它因素的要求。,每种接头形式下又有不同的坡口形式。根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。各种沟槽的形式参见GBT337594焊接术语。 坡口形式的选择主要考虑以下因素： 保证焊透 填充于焊缝部位的金属尽量少 便于施焊，改善劳动条件，如圆筒件，筒内焊接量应尽量少 减少焊接变形量,焊接接头,1.对接接头,将两金属件放置于同一平面（或曲面内），使其边缘相对，沿边缘直线（或曲线）进行焊接的接头叫对接接头。 对接接头
32、是最常见，最合理接头形式。承压类特种设备多采用对接接头。,I形，一般用于薄板 V形，加工方便，耗焊材，角 变形大，单面施焊 X形，加工复杂，双面施焊，角变形小，焊材损耗少 U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形较大 双U形，加工复杂，焊材损耗少，角变形小,用焊条电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，一般可用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于3mm的构件时，需开坡口；板厚在6mm26mm时，常开单面坡口；板厚在12mm60mm时，常开双面坡口。单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊，有时受构件结构限制，不易实施。 埋弧焊
33、的接头形式与焊条电弧焊基本相同，但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以在板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。,焊接接头,两块板料相叠，而在端部或侧面角焊的接头称搭接接头。 搭接接头不需开坡口，装配要求较松，受力情况复杂，接头应力集中严重，承压类特种设备一般不允许用搭接结构。,2.搭接接头,大型立式储罐的罐底板等一般采用搭接结构,3.角接接头及T字接头,两构件成直角或一定角度，而在其连接边缘焊接的接头称角接接头。 两构件成T字形焊接在一起的接头，叫T字接头。,角接接头和T字接头，常用于特种设备接管、法兰、夹套、管板、管
34、子和凸缘等焊接。,二.焊接接头的组成,熔焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。 焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。 熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。 热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。,二.特点,焊接热源特点： 加热温度高（热处理加热温度以上100-200） 加热速度快(是热处理加热速度的几十倍甚至几百倍) 高温停留时间短(手工焊停留时间最大20秒,埋弧自动焊时30-100秒) 自然冷却（热处理可根据要求控制冷却速度或在冷却过程中不同阶段进行保温) 局
35、部加热(随热源的移动,局部加热地区的范围也移动),焊接结构钢根据热处理特性不同分为两类:淬火钢,不易淬火钢,分别讲述淬火钢和不易淬火钢的组织分布。 1.不易淬火钢:如低碳钢,某些不易淬硬的低合金钢,如16Mn.15MoV.15MnTi等,焊接接头,1.不易淬火钢热影响区,焊缝区：结晶从熔池壁向中心推进，形成柱状的铸态组织。与基体金属性能接近，但熔池中心易出现杂质、疏松等。 熔合区(不完全熔化区)：未熔化的过热组织和部分熔化的结晶铸态组织。虽然此区只有0.1mm-0.4mm，但它是焊接接头的危险区域之一。 过热区（粗晶粒区）：高温影响，晶粒粗大。塑性和韧性下降，显著影响焊件接头性能。 正火区（重
36、结晶区）：最高加热温度比Ac3稍高，晶粒重结晶细化，获得正火组织。机械性能改善。 部分相变区：最高加热温度比Ac1Ac3稍高，珠光体和部分铁素体重结晶细化。晶粒大小不均，机械性能稍差。,1.不易淬火钢热影响区,2.易淬火钢热影响区,易淬火钢，如高强钢，耐热钢，此类钢热影响区的组织分布与母材焊前热处理有关。焊前热处理：退火,正火,调质(淬火+高回火) 熔合区：同不易淬火钢 （完全）淬火区：加热温度AC3至熔点间，相当于不易淬火钢过热区加正火区，组织从粗大马氏体过渡到细小马氏体 不完全淬火区：AC1-AC3，马氏体+铁素体组织 回火区：焊前退火，不发生组织变化；焊前调质处理，获得回火组织,16Mn
37、钢焊接接头机械性能曲线 1一熔化区 2一过热区 3-完全重结晶区 4一不完全重结晶区 5一再结晶区 6一蓝脆区,一般，低碳钢焊件的热影响区较窄，危害性较小，焊后可直接使用；对于碳素钢和低合金钢焊件，焊后可进行正火处理，细化晶粒，改善机械性能；对于无法进行热处理的焊件，则需正确选择焊接方法和工艺条件，来减小热影响区的范围。,焊接接头,承压类特种设备常用焊接方法 焊接接头 焊接缺陷 焊接应力与变形 承压类特种设备常用钢材的焊接,焊接过程的特点,焊接与炼钢相似，是一个冶炼过程。但这个过程比炼钢的时间短得多，有它自己的一些特点。 一、温度高 以手工电弧焊为例，其电弧温度高达60008000，使焊件与电
38、焊条之间发生强烈熔化和蒸发(熔滴的平均温度达18002400)，外界的气体(如：N2、02、H2等)大量的分解溶入熔池，其数量比炼钢要大很多倍，那么凝固后的金属，有可能产生气孔，使机械性能下降。 二、温差大 焊接是局部加热，从冷态开始至加热熔化，熔池的温度可达1700以上，其周围又是冷态金属，两者温度差巨大，从而使构件产生较大的内应力和变形，严重者可能产生裂纹，以至断裂。,三、熔池小，冷却快 由于熔池休积小，手工电弧焊只有8l 0mm3，自动焊大一些，也不过930mm3，焊缝金属从熔化到凝固只有几秒钟，平均冷却速度约在4100/秒，比铸锭冷却速高1000倍，在这样短的时间内，冶金反应是不平衡，
39、也就是说是不完善的。因而，焊缝金属的成份分布不均匀，偏析较大。 四、组织差别大 焊接时，温度高，液体金属蒸发，化学元素的烧损，有些元素在焊缝金属和基本金属之间相互扩散，近缝区段所处的温度又不同，冷却后焊接接头的显微组织差别极大，明显的影响焊接接头性能。,焊接过程的特点,焊接缺陷的危害性,正是由于焊接过程的上述特点，导致该区域焊接缺陷的产生。焊接缺陷对锅炉压力容器安全运行的危害是巨大的，主要表现在以下三个方面： 1）由于缺陷的存在，减少了焊缝的承载截面积，削弱了拉伸强度。 2）由于缺陷形成缺口，缺口尖端会发生应力集中和脆化现像，容易产生裂绞并扩展。 3）缺陷可能穿透筒壁，发生泄漏，影响致密性。,
40、焊接缺陷的分类,焊接缺陷从宏观上看，可分为： 裂纹 未熔合 未焊透 夹渣 气孔 形状缺陷（又称焊缝金属表面缺陷或叫接头的几何尺寸缺陷，如咬边，焊瘤等。）,焊接缺陷的分类,1.裂纹（焊接裂纹）： 在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面而产生缝隙，称为焊接裂纹。它具有尖锐的缺口和大的长宽比特征。 裂纹是焊接缺陷中危害性最大的一种，焊接结构的破坏大部分是由于裂纹造成。 。裂纹是一种面积型缺陷，具有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷，具有二维尺寸（第三维尺寸极小）的缺陷称为面积型缺陷，它的出现将显著减少承载截面积，更严重的是裂纹端部形成尖锐缺口，应力高度
41、集中，很容易扩展导致破坏。,焊接缺陷的分类,产生机理： 冶金因素 指的是由于焊缝产生不同程度的物理与化学状态的不均匀，如低熔共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集导致的热裂纹。此外，在热影响区金属中，快速加热和冷却使金属中的空位浓度增加，同时由于材料的淬硬倾向，降低材料的抗裂性能，在一定的力学因素下，这些都是生成裂纹的冶金因素。 力学因素 由于快热快冷产生了不均匀的组织区域，由于热应变不均匀而导至不同区域产生不同的应力，造成焊接接头金属处于复杂的应力应变状态。内在的热应力、组织应力和外加的拘束应力，以及应力集中相叠加构成了导致接头金属开裂的力学条件。,按其方向可分为纵向裂纹、横向裂纹，辐射状
42、（星状）裂纹。 按发生的部位可分为根部裂纹、弧坑裂纹，熔合区裂纹、焊趾裂纹及热响裂纹。 按产生的温度可分为热裂纹（如结晶裂纹、液化裂纹等）、冷裂纹（如氢致裂纹、层状撕裂等）以及再热裂纹。,焊接缺陷的分类,冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时(对于钢来说在MS温度，即奥氏体开始转变为马氏体的温度以下)产生的焊接裂纹。最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹-因为氢是最活跃的诱发因素，而氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。 冷裂纹主要产生在热影响区和焊缝的根部，基本上与焊缝轴线垂直。 冷裂纹是无分叉的纯裂纹，电子显微镜断口检查发现，它是一种穿晶型裂纹或穿晶与沿晶混
43、合型裂纹，在淬硬性较大钢中，一般是沿晶裂纹，而在淬硬性低的钢中，则是穿晶裂纹。,冷裂纹产生原因： 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化； 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力； 存在较大的焊接拉应力。 冷裂纹的预防措施： 用碱性焊条，减少焊缝金属中氢含量、提高焊缝金属塑性； 减少氢来源，焊材要烘干，接头要清洁（无油、锈、水）； 避免产生淬硬组织，焊前预热、焊后缓冷； 降低焊接应力，采用合理的工艺规范，焊后热处理等； 焊后立即进行消氢处理（即加热到250左右，保温，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面）。,焊接缺陷的分类,热裂纹：焊接过程中，焊缝和热影响区
44、金属冷却到固相线附近的高温区产生的裂纹。 按裂纹产生的机理、形态和温度区间不同，焊接热裂纹可分为:凝固裂纹，液化裂纹，多边化裂纹和失塑裂纹4种 热裂纹产生的部位：焊接热裂纹通常产生于焊缝金属内，也可能在焊接熔合线邻近的热影响区组织内(母材金属)，发生在弧坑中的热裂纹往往是星状的。,热裂纹产生的原因：焊缝中低熔点共晶组成元素S、P、Si等发生偏析、富集，导致大量低熔点的共晶物聚集于晶界上,在冷却结晶过程中,焊缝收缩而产生拉力,使焊缝在高温时沿晶界开裂，从而产生热裂纹。 热裂纹的预防措施 冶金方面：控制焊缝化学成分，严格控制会形成低熔点共晶的杂质元素含量；改变焊缝组织状态，细化晶粒。 工艺方面：控
45、制焊缝形状，从焊接构件设计和焊接工艺上设法尽量减少在脆性温度区间的拉伸应变；合理选用焊接材料（一般选用具有较强脱硫能力的碱性焊条和焊剂）；制定合理的焊接工艺规范，选择合理的焊接方向和焊接顺序；使用引弧板，尽量减少焊接热作用。,再热裂纹：焊后焊件在一定温度范围内再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹。 再热裂纹产生的部位：通常在熔合线附近的粗晶区中，从焊趾部位开始，延向细晶区停止。 再热裂纹产生的原因：钢中碳化物形成元素Cr、Mo、V等的沉淀强化造成的晶内二次强化作用。 再热裂纹机理：焊接时，熔合线附近的热影响区金属被加热到1300以上的高温，此时碳化物相继分解，碳化物形成元素Cr
46、、Mo、V等溶于奥氏体中。在快冷过程中，上述元素来不及析出而以过饱和的形式保留在奥氏体中。焊后再次加热时，在温度作用下碳化物从固溶体中析出，在原奥氏体晶粒内呈弥散分布，使晶粒明显强化，即晶粒强度升高，变形困难。由于应力松驰而产生的塑性变形就会集中在强度较低的晶界，使之产生滑移，晶界移滑往往显示出很低的抗变形能力，从而导致晶界开裂。,防止产生再热裂纹的方法： 母材及焊接材料的选用。 预热 预热温度为200450。若焊后能及时后热，可适当降低预热温度。例如，18MnMoNb钢焊后在180热处理2h，预热温度可降低至180。 焊接线能量的控制。一般来说，增大线能量可以降低拘束力，能使再热裂纹倾向有所
47、减小；若线能量大得使奥氏体晶粒粗化严重，则促使再热裂纹倾向增大。 应用低强度焊缝, 使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。 减少焊接应力, 合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,2. 未 熔 合 是指熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未完全熔化结合的部分。 点焊时母材与母材之间未完全熔化结合的部分。 未熔合可分为坡口未熔合、焊道之间未熔合（包括层间未熔合）、焊缝根部未熔合。按其间成分不同，可分为白色未熔合（纯气隙、不含夹渣）、黑色未熔合（含夹渣的）。,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,产生机理： a.电流太小或焊速过快（线能
48、量不够）； b.电流太大，使焊条大半根发红而熔化太快，母材还未到熔化温度便覆盖上去。 c.坡口有油污、锈蚀； d.焊件散热速度太快，或起焊处温度低； e.操作不当或磁偏吹，焊条偏弧等。 未熔合：是一种类似于裂纹的极其危险的缺陷。未熔合本身就是一种虚焊， 在交变载荷工作状态下， 应力集中，极易开裂，是最危险缺陷之一。,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,3. 未 焊 透 焊接时接头根部未完全熔透的现象，也就是焊件的间隙或钝边未被熔化而留下的间隙，或是母材金属之间没有熔化，焊缝熔敷金属没有进入接头的根部造成的缺陷。 未焊透可分为双面焊未焊透和单面焊未焊透两种 1. 单V坡口未焊透 2X坡口未焊透 3无坡
49、口未焊透,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,产生未焊透缺陷的主要原因 焊接电流过小，焊接速度过快；坡口角度太小；根部钝边太厚；间隙太小；焊条角度不当；电弧太长或偏吹（偏弧）等。 未焊透的危害性 未焊透也是一种比较危险的缺陷，其危害性取决于缺陷的形状、深度和长度。它除降低焊缝的强度外，也容易在未焊透区域延伸成裂纹，导致材料断裂，尤其连续未焊透更是一种危险缺陷。,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,4夹 渣 夹渣是指焊缝金属中残留有外来固体物质所形成的缺陷，以及焊后残留在焊缝中的金属颗粒。 夹渣是焊接过程中比较容易产生的缺陷，通常尤以残留在焊缝金属中的熔剂形成的夹渣最为常见。 熔剂夹渣：是指焊条药皮或焊剂不溶物而产生 的夹渣物。 金属夹渣：是指焊缝金属中残留的金属颗粒。 如：钨金属。 夹渣在焊缝中的形状有：单个点状夹渣、条状夹渣、链状夹渣和密集夹渣等 。,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,按形态：夹渣可分为点状夹渣、块状夹渣、条状夹渣等。 单个点状夹渣 条状夹渣,焊接缺陷的危害性丶分类及辨认,产生非金属夹渣的主要原因： 焊接电流太小，焊接速度太快：熔池金属凝固过快；运条