焊接基础知识(全).doc

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焊接基础知识
第一章 焊接过程基本理论及分类
焊接是通过加热或加压,或两者兼用,并且用或不用填充材料,使焊件达到原子结合的一种加工方法。通常有熔焊、压焊和钎焊三种
焊接是一种生产不可拆卸的结构的工艺方法。随着近代科学技术的发展,焊接已发展成为一门独立的科学,焊接不仅可以解决各种钢材的连接,还可以解决铝、铜等有色金属及钛等特种金属材料的连接,因而已广泛用于国民经济的各个领域,如机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
一、焊接分类
焊接时的工艺特点和母材金属所处的状态,可以把焊接方法分成熔焊、压焊和钎焊三类,金属焊接的分类如下:
:焊接过程中,将焊件接头加热至熔化状态,不加压力的焊接方法,称为熔焊。
熔焊是目前应用最广泛的焊接方法。最常用的有手工电弧焊,埋弧焊,CO2气体保护焊及手工钨极氩弧焊等。
:焊接过程中,必须对焊件施加压力,加热或不加热的焊接方法,称为压焊。压焊两种形式:
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(1)被焊金属的接触部位加热至塑性状态,或局部熔化状态,然后加一定的压力,使金属原子间相互结合形成焊接接头,如电阻焊、摩擦焊等。
(2)加热,仅在被焊金属接触面上施加足够大的压力,借助于压力引起的塑性变形,原子相互接近,从而获得牢固的压挤接头,如冷压焊、超声波焊、爆炸焊等。
:采用熔点比母材低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,但低于母材熔点的温度,利用毛细作用使液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散,连接焊件的方法,称为钎焊。钎焊分为如下两种:
(1)软钎焊用熔点低于4500C的钎料(铅、锡合金为主)进行焊接,接头强度较低。
(2)硬钎焊用熔点高于4500C的钎焊(铜、银、镍合金为主)进行焊接,接头强度较高。
二、常用熔焊方法
,称为手工焊条电弧焊,简称手弧焊。
,利用电气和机械装置控制送丝和移动电弧的焊接方法,
称为埋弧焊。
,并保护电弧、金属熔滴、焊接熔池和焊接区高温金属的电弧焊方法。在生产中常用的外加气体有氩气、氦气、二氧化碳气、氩加二氧化碳和氧的混合气体,氩和二氧化碳的混合气体等,分为熔化极和非熔化极两种。
三、焊接电弧
,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。不同的焊接方法其引燃电弧的方法不同,引弧方法主要如下两点:
(1)接触短路引弧法这种引弧方法包括两个过程:首先是将焊条或焊丝与焊件接触短路,利用短路产生高温;其次,是在短路以后讯速地将焊条或焊丝拉开,这时在焊条或焊丝端部与焊件表面之间立即产生一个电压,而产生焊接电弧。在熔化极电弧焊中,手工电弧焊、埋弧自动焊和熔化极气体保护焊都采用接触短路引弧法。
(2)高频高压引弧法这种方法用于钨极氩弧焊中,在钨极和焊件之间留有2~5mm的间隙,然后加上2000—3000V的空载电压,利用高电压直接将空气击穿,引燃电弧。由于高压电对人身有危险,通常将其频率提高到150-260KHZ,利用高频电强烈的集肤效应,对人身不会造成危害。

(1)焊接电弧的极性
当采用直流电弧焊电源时,焊接电弧极性有正接和反接两种。
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正接—直流电弧焊时,焊件接电源输出端的正极,电极接电源输出端负极的接线法,称为直流正接法。
反接—直流电弧焊时,焊件接电源输出端的负极,电极接电源输出端正极的接线法,称为直流反接法。
注:直流电弧的极性是以焊件为基准的,焊件接正极为正接,焊件接负极为反接。
(2)焊接电源极性的应用
手工电弧焊中,对于酸性焊条来说,可采用交流也可采用直流。采用直流电源时,焊接厚板一般采用正接。因为阳极区温度比阴极区高,可以获得较大的熔深;焊接薄板时,采用直流反接,对防止烧穿有利;堆焊时,采用反接其目的是增加焊条的熔化速度,减少母材的熔深,有利于降低母材对堆焊层的稀释。对于碱性焊条(低氢钠型焊条)采用直流反接,电弧燃烧稳定,飞溅少,而且焊接时声音较平静均匀。
钨极氩弧焊,一般都采用直流正接,电弧比较稳定,钨极寿命长;采用反接时,钨极因过热而损失严重,使用寿命短。
熔化极气体保护焊均采用直流反接,电弧稳定,焊丝熔化速度快熔敷效率高。
埋弧焊均采用直流反接,熔深大。
四、接头形式和焊接位置
:对接接头、搭接接头、T形接头和角接接头,接头形式如下图。
   
  a)b)c)d)
对接接头 角接接头搭接接头T形接头
,焊件接缝所处的空间位置,叫焊接位置。焊接位置有,平焊、立焊、横焊、仰焊、船形焊、向上立焊、向下立焊、倾斜焊、上坡焊、下坡焊、全位置焊接。
五、焊接缺陷
,或操作工艺不正确,在沿着焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷,称为咬边。
产生的原因主要是电弧热量太高,既焊接电流太大,以及运条速度不当所造成。在角焊时,经常由于焊条角度或电弧长度不适当而造成。埋弧焊时,往往是由于焊接速度过高而产生的。注意:焊接时电弧应偏向厚板。
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防止措施选择正确的焊接电流和焊接速度,电弧不能拉得太长,保持运条均匀。在角焊时,焊条要采用合适的角度和保持电弧长度。埋弧焊时,应正确地选择焊接工艺参数。
,熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留在焊缝中所形成的空穴,称为气孔。
产生的原因有:①气体保护不全:气体保护焊的干伸长过长;②母材或焊材污染:有油、锈;③气不纯:水含量过高;④焊接手法不当:a、运条过快,气体来不及排出;b、焊枪倾角过大;⑤气体流量设置不当。
,焊接接头根部未完全熔透的现象,称为未焊透。
产生原因坡口角度过小、间隙过小或钝边过大;焊接电流太小;焊接速度过快;电弧电压偏低;焊(或焊丝)可焊性不好;清根不彻底。
预防措施正确选用加工坡口尺寸,保证必须的装配间隙,正确选用焊接电流和焊接速度,认真操作,仔细清理层间或母材边缘的氧化物和熔渣等。
,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,称为未熔合。
未熔合主要产生在焊缝侧面及焊道层间,故又可分为边缘未熔合及层间未熔合。
产生原因主要是焊接线能量太低,电弧偏吹,坡口侧壁有锈垢及污物,层间清渣不彻底等。
防止措施正确地选用焊接线能量,(焊接电流)认真操作,加强层间清理等。
,熔化金属自坡口背面流出,形成穿孔的缺陷,称为烧穿。
产生原因焊接电流过大,焊接速度太慢,装配间隙过大或钝边太薄等。
防止措施选择合适的焊接电流和焊接速度,严格控制装配间隙,单面焊可采用铜垫板,焊剂垫或自熔垫,使用脉冲电流等。
,熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤,称为焊瘤。
产生原因操作不熟练和运条不当,埋弧焊工艺参数选择不合适等。
防止措施提高焊工操作技能的熟练程度,正确地选用焊接工艺参数。
。夹渣会降低焊缝的塑性和韧性。其尖角往往造成应力集中,特别是在空悴倾向大的焊缝中,尖角顶点常形成裂纹。
夹渣的形成是由于熔渣在未浮出熔池时,外表面已固化,熔渣就残留在焊缝中,形成夹渣。产生原因主要有运条不当、电流小、行走速度快等。
,熔化的金属颗粒或熔渣向周围飞散的现象称为飞溅。
减少飞溅的措施:(一)正确选择工艺参数
,对于每种直径的焊丝,其飞溅率和焊接电流之间都存在一定的规律。在小电流区域(短路过度区域)飞溅率较小,进入大电流区域后(细颗粒过度区域)飞溅率也较小,而中间区的飞溅率最大,电流小于
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150A或大于300A飞溅率都较小,介于两者之间的飞溅率较大。在选择焊接电流时,应尽可能避开飞溅率高的电流区域。电流确定后在匹配适当的电压,以确保飞溅率最小,
,倾斜角度最大,飞溅越多。焊枪前倾或后倾最好不要超过20度。
。焊丝长度尽可能缩短。
(二)选用合适的焊丝材料,保护气成分。例如:
,以减小焊接过程中生成的CO气体。实践表明,%时,可大大减小飞溅;
。由于管状焊丝的药芯中含有脱氧剂稳弧剂等造成气-渣联合保护,使焊接过程中非常稳定,飞溅可明显减小;
(三)在长弧焊的时采用CO2的混合气作保护气。
虽然通过合理选择规范参数以及采用潜弧方法等可降低飞溅率,但飞溅量仍然较大。在CO2气体中加入一定数量的Ar气,是减少颗粒过度焊金属飞溅最有效的方法。加入Ar气后,改变了纯二氧化碳气体的上述物理性质和化学性质。随着Ar气比例增大,飞溅逐渐减少。CO2+Ar混合气体除可克服飞溅外,也改善了焊缝成型,对焊缝溶深、焊缝高度及余高都有影响。
(四)短路过度焊接时限制金属液桥爆断能量
短路过度焊接时,会引起金属飞溅,在短路过度的最后阶段,由于短路电流的急剧增大,使桥液金属迅速地加热,造成了热量的凝聚,最后导致桥爆裂而产生飞溅。
减少此种飞溅的方法:在短路过渡焊接时,合理选择焊接电源特性并匹配合适的可调电流,以便当采用不同直径的焊丝焊接时均可调得合适的短路电流增长速度
(五)采用低飞溅率焊丝
,在保证机械性能的前提下,应尽可能降低其中含碳量,并添加适量的钛、铝等合金元素。无论颗粒过度焊接或短路过度焊接都可显著减少由CO等气体引起的飞溅。
,K2CO3等物质活化处理过的焊丝,进行正极性焊接。
。采用药芯焊丝的金属飞溅率越为实心焊丝的1/3。
第二章  焊接设备

—1000/1250晶闸管控制自动埋弧焊机
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1)代号含义:
Z 弧焊整流器
D 多特性
5晶闸管式
1000 额定电流(1000A)
2)可焊材料:碳钢、合金钢、不锈钢。
3)焊接厚度:适合4mm以上厚度的材料。
4)焊接位置:平板对接、T型角焊缝、船型角焊缝、圆周焊缝。
5)使用行业:钢结构、造船、铁路、电建、冶金、锅炉、压力容器等行业。
6)主要特点:
a采用美国林肯技术,有加强电弧特性输出端子,可进行小于500A电流的焊接。
b焊接电流调节范围广,可在200—1000A调节。
c可采用平特性+等速送丝细丝埋弧焊,或下降特性+变速送丝埋弧焊,进行焊接。
d可采用手工焊条电弧焊焊接,也可用碳弧气刨的清根。
e焊丝与焊件接触良好时,将自动停止向下送丝,避免老式焊机不能自动停止、向下送丝而顶机头带来的不便。
f焊接停止时、具有焊丝自动回抽功能、避免收弧时焊丝与焊件的粘连现象。
g新型的设计和三防处理,使焊机具备防尘、防水、防盐雾,整机性能得到了大幅度提高,适用于各种环境工作场所。
(NBC)—350系列晶闸管控制CO2/MAG气体保护焊机
1) 代号含义:
F风华
KR 松下型
N熔化极
B半自动
CCO2
350 额定电流(350A)
2) 可焊材料:碳钢、低合金钢、不锈钢。
3) 焊接厚度:适合2mm以上厚度的材料。
4) 焊接位置:适用于全位置的焊接。
5) 使用行业:汽车、铁路、机车、电力、集装箱、钢结构、锅炉、压力容器、造船等行业。
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6) 主要特点
a采用晶闸管控制无摇控电缆,提高了机动性,减少了断线的麻烦。
b适用于实芯焊丝、药芯焊丝的碳钢和不锈钢的焊接。
c可加长焊接电缆。
d生产效率高电弧穿透能力强、焊丝熔化速度快,生产效率是焊条电弧焊的3倍。
e焊接综合成本低:节省工人工资、节省电能、节省焊接材料(焊丝)。
f焊接变形小。
g焊后不需清渣采用明弧焊接电弧可见性好便于观察和控制熔池。
7) CO2焊机也是国家重点推广的高效节能的先进焊接设备,一些国家重点工程焊接工艺中规定必须采用CO2气体保护焊、进行焊接。(管道焊接、起重设备、造船、集装箱)。
CO2气体保护焊应用广泛,在选择机型时应根据焊件材料、钢板厚度、焊接位置及保护气体等。板厚1-3mm平板对接及T形角接时选择FKR-200焊机,板厚4-6mm平板对接及T形角接时选择FKR-350焊机,板厚8mm以上平板对接及T形角接时选择FKR-500焊机,(全位置焊接时采用的焊接电流较小可选择FKR-350焊机),以上作为参考。

1)代号含义:
H 汉神
CCO2
200/350/500额定电流(200/350/500A)
2)可焊材料:碳钢、低合金钢、不锈钢。
3)焊接位置:适用于全位置的焊接。
4)焊接厚度:适应于2mm以上厚度的材料。
5)应用领域:汽车、铁路、机车、电力、集装箱、钢结构、锅炉、压力容器、造船等行业。
6)主要特点:
a焊接质量高:采用特殊的电抗器,大大地改善了电弧特性,提高了焊接质量;
b焊接过程稳定:采用高速反馈电路,系统干扰、抗网络波形性强,实现稳定焊接;
c引弧成功率高:采用特殊的引弧电路,引弧成功率高;
d节电效果明显:先进的逆变技术及节电回路,大大地降低了输入功率,实现了节电;
e体积小、重量轻:与传统的可控硅控制焊机相比,逆变焊机的体积是可控硅焊机1/3,重量是可控硅焊机的1/4,可节省大量的铜材和钢材;
f引弧性能好:具有引弧补偿回路和收弧控制回路,具有明显的去球效果;
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—200/270系列抽头式CO2气体保护焊机
1)代号含义:
N 熔化极
B半自动
C CO2
200/270额定电流(200/270A)
2)可焊材料:碳钢、低合金钢、不锈钢。
3)焊接位置:适用于全位置的焊接。
4)焊接厚度:适应于1mm以上厚度的材料。
5)应用领域:汽车、机车、自行车、摩托车制造等行业。。
6)主要特点:
a引进吸收欧洲先进技术,电路简洁,性能可靠,便于维护;
b采用目前较为普遍的一体化结构设计,使用方便;
c焊接性能优良;
d具有点焊功能(间隔时间可调);
—315/400/500/630逆变式直流手工弧焊机
1)代号含义:
H汉 神
M手工电弧焊
315额定电流(315A)
2)可焊材料:碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁(使用于各种焊条的焊接)。
3)焊接厚度:适合2mm以上厚度的材料。
4)焊接位置:适合各种位置的焊接,平焊、立焊、横焊、仰焊。
5)使用行业:机械、电建、安装、钢结构、锅炉、化工设备、造船、压力容器等行业。
6)主要特点:a采用独特的PWM脉宽调制技术,动态响应速度快;采用电弧推力调节电流,根据焊接工艺,调节最佳电弧特性,焊接过程稳定不粘焊条;
b关键器件采用世界名厂产品,保证整机的性能;
c具有电流、电压数字化显示功能,电流预置功能;
d断弧焊性能优异,再引弧成功率高;
e体积小、重量轻、高效节能,比传统焊机节电40%左右,可双层叠放;
f输出能力强,输出电缆线可加长至100米;
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—400SD/500SD系列逆变式直流手工弧焊机
1)代号含义:
Z  整流
X 下降特性
7  IGBT逆变式
SD  开发序号
400额定电流(400A)
2)可焊材料:碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁(使用于各种焊条的焊接)。
3)焊接厚度:适合2mm以上厚度的材料。
4)焊接位置:适合各种位置的焊接,平焊、立焊、横焊、仰焊。
5)使用行业:机械、电建、安装、钢结构、锅炉、化工设备、造船、压力容器等行业。
6)主要特点:a采用IGBT半桥式逆变电路,逆变频率高,动态响应速度快,稳弧性能好。
b电流、电压采用数字显示,可精确预置焊接电流,具有纤维素立向下焊接功能。
c设有先进的推力电流调节,保证了最佳电弧性能和引弧性能。
d断弧焊性能优异,再引弧成功率高。
e主要元器件采用国际知名品牌,保证了整机的优良性能。
f体积小、重量轻、高效节能,比传统焊机节电40%左右
手工电弧焊根据被焊工件的材料、厚度、接头形式、焊接位置及焊条直径来选择焊机型号。一般碱性焊条用焊接电流略小于酸性焊条,不锈钢焊条用焊接电流,小于酸性焊条的15%。下表作为参考:
厚度(mm)
坡口形式
接头形式
焊条直径(mm)
焊接电流(A)
焊机型号
2-4
I形坡口
平板对接
T形角焊缝
—

70—120
130—135
ZX7—250SD
6—8
V形坡口
I形坡口
平板对接
T形角焊缝
—

120—170
170—180
ZX7—315SD
10以上
V形坡口
I形坡口
平板对接多层焊
T形角焊缝
 ,

130—180
230—250
ZX7—400SD
ZX7—500SD
—315系列逆变式直流脉冲氩弧焊机
1)代号含义:
H  汉 神  
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T  钨极氩弧焊(TIG)  
315额定电流(315A)
2)可焊材料:低碳钢、合金钢、不锈钢、钛及钛合金、紫铜等。
3)焊接位置:适用于各种位置的焊接,平焊、立焊、横焊、仰焊。
4)焊接厚度:,还可用于中、厚板的封底焊接,单面焊双面成形。
5)使用行业:医疗器械、建筑装饰、厨房用品、石油、化工、锅炉、压力容器、电力建设等行业。 
6)主要特点:
a采用PWM脉宽调制技术,逆变频率达25KHZ,动态响应速度快,稳弧性能好;
b采用独特的引弧控制电路,小电流引弧更稳定可靠;
c采用高频引弧技术,引弧可靠,操作方便;  
d体积小、重量轻、高效节能、比传统焊机节电40%以上;
e具有直流氩弧焊、脉冲氩弧焊、焊条电弧焊、点焊、电流预置功能,点焊时间连续可调;
 手工钨极氩弧焊机是根据被焊工件的材料、厚度、结构、焊接位置、焊接工作时间及焊接工艺要求来选择焊机型号。下表作为参考:
板厚(mm)
坡口形式
接头形式
焊接电流(A)
焊机型号
1-3
I形坡口
平板对接
T形角焊缝
30-70
50-100
WSM-160
4-6
V形坡口
平板对接
T形角焊缝
80-120
100-160
TIG-200P
TIG250P
8-10
V形坡口多层焊
平板对接
第1层80 第2层120第3层180
WSM-315
10以上
V形坡口
平板对接封底焊
90-180
TIG-400P
—160/315系列TIG—200P/400P系列手工钨极脉冲氩弧焊机
1)代号含义:
W  钨极氩弧焊机 
TIG 非熔化极气体保护焊
S  手工
200 额定电流(200A) 
M  脉冲