焊接技术讲座

焊接技术讲座1.常见的焊接方法（1）焊接的定义：两种或两种以上的材料（同种或异种）通过原子或分子之间的结合和扩散造成永久性联接的工艺过程叫作焊接。

实现焊接过程可采取两种措施：1）对被焊金属施加压力。

2）对被焊金属的连接处加热。

（2）常见的焊接方法：1）电弧焊电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。

它包括焊条电弧焊、埋弧焊、钨极气体保护焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊。

a焊条电弧焊：焊条电弧焊是各种电弧焊方法中发展最早、目前应用最广泛的一种焊接方法。

它是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧在焊条的端部和被焊工件表面之间燃烧。

涂料在电弧热作用下一方面可产生气体以保护电弧，另一方面可以产生熔渣覆盖在熔池表面，防止熔化金属与周围气体的相互作用。

熔渣的更重要的作用是与熔化金属产生物理化学反应或添加合金元素，改善焊缝金属性能。

特点：设备简单、轻便，操作灵活。

可适用于大多数工业用碳钢、不锈钢和铸铁的焊接。

b埋弧焊埋弧焊时已连续送进的焊丝作为电极和填充金属。

焊接时焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。

在电弧热的作用下，一部分焊剂熔化成熔渣并与液态金属发生冶金反应。

熔渣浮在金属熔池的表面，一方面可以保护焊缝金属，并与熔化金属产生物理化学反应；另一方面还可以使金属焊缝缓慢冷却。

特点：焊缝质量好，焊接速度高。

适用于低碳钢、低合金结构钢、不锈钢焊接。

c 钨极气体保护焊这是一种不熔化极气体保护电弧焊，是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。

焊接过程中钨极不熔化，只起电极的作用。

采用氩气或氦气作保护，根据需要填丝或不填丝。

国际上通称为TIG焊。

适用于连续焊接薄板和打底焊。

几乎可以焊接所有金属。

这种焊接方法焊接的焊缝质量高。

但焊接速度较慢。

d熔化极气体保护焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊炬喷嘴喷出的气体来保护电弧进行焊接的。

通常使用的保护气体有：氩气、氦气、CO2气或这些气体的混合气。

以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊，国际上简称为MIG焊；以惰性气体与氧化性气体（O2,CO2）的混合气作为保护气时，或以CO2或CO2＋O2的混合气作为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊，国际上简称为MAG。

熔化极活性气体保护电弧焊适用于大部分主要金属焊接。

熔化极惰性气体保护电弧焊的适用范围大于熔化极活性气体保护电弧焊。

具有焊接速度快、熔敷效率高等优点。

可以方便地进行各种位置的焊接。

e药芯焊丝电弧焊也是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源进行焊接的。

所使用的焊丝是药芯焊丝，焊丝的心部装有各种组成成分的药粉。

药粉受热分解或熔化起着保护熔池和合金过渡、稳弧的作用。

焊接时加保护气或不加保护气。

不另外加保护气时叫做自保护药芯焊丝电弧焊。

保护气体通常是CO2。

适用于各种黑色金属焊接。

在我国得到迅速发展。

2）钎焊是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料吸入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，是液相与固相之间相互扩散而形成钎焊接头。

适用于碳钢、不锈钢、铝、铜等金属的焊接。

3）气焊现在一般已不使用（石化生产装置中）。

2.焊接接头及特点1）焊接接头的定义：焊接接头就是用焊接的方法连接的不可拆卸接头。

它由焊缝、熔合区、热影响区及其邻近的母材组成。

由于熔化焊的焊接接头是采用高温热源进行局部加热熔接而成的，故有如下特点：第一，焊缝金属是由焊接填充材料及部分母材熔融凝固形成的铸造组织（如3－1图），组织及化学成分都不同于母材。

近缝区受焊接热循环和热塑性变形循环的影响，其组织和性能都有改变，尤其是熔合线上组织和性能的改变更为明显。

因此，焊接头是一个不均匀体。

第二、焊接接头中存在较高的残余应力，有时达到屈服极限。

第三、由于焊缝外形和所处位置等因素的影晌，造成接头工作应力分布不均。

第四、焊接接头是一种不可拆的连接形式，它与螺钉、铆钉的连接形式不同，焊缝不仅起连接元件的作用，而且是组成整体结构的一部分，故其刚性较大。

为了确保焊接结构安全可靠，对焊接接头特点及其性能必须认真加以研究。

影响焊接接头性能的因素较多如图所示。

归纳起来，大体可分为两个方面：一个是力学方面的影响因素，另一个是材质方面的影响因素。

在力学方面影响焊接接头性能的因素，常为接头形状的不连续性、焊接缺陷、残余应力和焊接变形。

焊接接头的加厚高和施工中可能造成的接头错位等接头形状的不连续性，都是应力集中的根源。

特别是焊接缺陷中的未焊透和焊接裂缝，往往是接头破坏的起点。

在材质方面影响焊接接头性能的因素，不仅有热循环引起的组织变化，还有由于焊接过程中的塑性变形循环所产生的材质变化．此外，焊后热处理和矫正变形等工序，都可能影响接头性能。

焊接接头是组成焊接结构的一个关键部分，它的性能直接关系着焊接结构的可靠性。

因此，在合理设计的前提下，为了获得满意的焊接接头，是工程焊接追求的目标。

2）焊接接头的基本类型焊接接头的基本型式有四类：对接接头、搭接接头、丁字接头和角接头，如图3 一18 所示。

选用接头型式时，应该熟悉各种接头的优缺点。

a对接接头对接接头从力学角度看是比较理想的接头型式。

在焊接结构上和焊接生产中，常见的对接焊缝方向是与载荷方向垂直的，也有与载荷方向成斜角的斜缝对接接头（图3 一19 ) ，这种接头的焊缝承受较低的正应力。

过去由于焊接技术水平低，为了安全可靠往往采用这种斜缝对接。

但是，现在焊接技术已有很大发展，焊缝金属具有优良的性能，并不低于母材的性能，而斜缝对接不仅浪费材料，而且浪费工时，所以一般不再采用斜缝对接。

b搭接接头搭接接头的应力分布不均匀，疲劳强度较低，不是焊接结构的理想接头，但是它的焊前准备和装配工作比对接接头简单得多，其收缩量也比对接接头小，所以在结构中仍得到广泛的应用。

例如大型储罐的底板拼接都是采用搭接接头。

c丁字（十字）接头丁字（十字）接头是将被连接件相互垂直的用角焊缝连接起来的接头（图3 一24 ）。

这种接头是典型的电弧焊接头，能承受各种方向的力和力矩（图3 一25b ）。

它的种类也较多，常见的如图3 一24 所示。

对这类接头应避免采用单面角焊缝，因为这种接头的根部有很深的缺口（图3 一25a ) ，其承载能力非常低。

对较厚的板，可采用K 形坡口（图3 一24b ) ，根据受力情况决定是否需要焊透。

这样做比不开坡口（图3 一24 。

）用大尺寸的角焊缝经济，而且疲劳强度高。

对要求完全焊透的丁字接头，实践证明采用半v 形坡口（图3 一24 " ）从一面焊，焊后再清根焊满，比采用K 形坡口施焊可靠。

c角接接头角接头多用于箱形类的构件上，常见的如图3 一26所示。

其中3 一26a是最简单的角接头，但承载能力较差，3 , －26b是采用双面焊缝从内部加强的角接头，承载能力较大，3 一26 c和d 开坡口易焊透，有较高的强度，而且在外观上具又良好的棱角，但要注意层状撕裂问题，3 一26 e和l是易装配、省工时和最经济的角接头；3 一26g是保证接头具有淮确直角的角接头，并且刚性大，但角钢厚度应大于板厚；3 一26h 是不合理的角接头，焊缝多而且施焊难。

角焊缝按其截面形状可分为四种，如图3 一14 所示。

按其承载方向可分为三种：焊缝与载荷相垂直的正面角焊缝、与载荷相平行的侧面角焊缝和与载荷倾斜的斜向角焊缝，如图3 －35 所示。

角焊缝的具体应用如图3 一18 中b 、c 、d 所示。

应用最多的角焊缝是截面为直角等腰的，一般可用腰长K 来表示其大小，通常称K 为焊脚尺寸。

3）熔焊接头的坡口形状和尺寸a坡口和坡口类型根据设计或工艺需要，将被焊工件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称之为坡口。

熔焊接头焊前加工坡口的目的在于使焊接易于进行，从而保证焊接质量，并且带来较好的经济效果。

坡口加工就是对被焊工件的板端或板边表面进行切削或热切割加工，坡口的形状和尺寸的正确选择是极为重要的。

熔焊接头的坡口根据其形状的不同，可分为基本型、组合型和特殊型三类。

基本型坡口是一种形状简单、加工容易、应用普遍的坡口。

按照我国标准，主要有以下几种：I 形坡口；V 形坡口；单边V 形口；U 形坡口；J 形坡口等，如图2 一29 所示。

组合型坡口由两种或两种以上的基型坡口组合而成。

由我国标准规定看，主要13 种，如图2 一30 所示。

特殊型坡口（略）。

b坡口尺寸及精度坡口尺寸名称及代表字母主要有：①坡口角度a ；②坡口面角度β；③钝边高度p ；④根部间隙b ；⑤坡口深度H ；⑥根部半径R 等，如图1 一35 所示。

坡口角度或坡口面角度、钝边高度与根部间隙之间存在着某种相关关系。

坡口角度或坡口面角度减小时．根部间隙必须加大。

同样，当根部间隙较小时，钝边高度不能过大，坡口角度或坡口面角度不能太小。

这是为了焊条能到达根部附近，使运条方便，不致造成熔合不好等焊接缺陷。

在我国，国家标准GB／T985－1988 《气焊、焊条电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》规定了这三种熔焊方法碳钢、低合金钢各种焊接接头的基本坡口形式和尺寸，共33种。

设计人员可以根据所焊钢板的板厚和接头类型选择适当的坡口形式和坡口尺寸。

c坡口的选择设计原则坡口的形式和尺寸主要根据焊接方法和板材的厚度来选择和设计，同时应考虑以下原则：l ）保证焊接质量满足焊接质量要求是选择和设计坡口形式和尺寸首先需要考虑的原则，也是选择设计坡口的最基本要求；2 ）便于焊接施工对于不能翻转或内径较小的容器，为避免大量的仰焊工作和便于采用单面焊双面成形的工艺方法，宜采用v 形或U 形坡口。

3 ）坡口加工简单由于V 形坡口是加工最简单的一种，因此，能采用V 形坡口或X形（双V 形）坡口就不宜采用U 形或双U 开坡口等加工工艺较复杂的坡口类型;4 ）坡口的断面积尽可能小这样可以降低焊接材料的消耗，减少焊接工作量并节省电能;5 ）便于控制焊接变形不适当的坡口形式容易产生较大的焊接变形。

对于焊条电弧焊，板厚小于6mm 时，在保证焊透的条件下，可采用I 形坡口。

3.焊接材料及选用焊接材料：焊接过程中消耗的材料，包括：焊条、焊丝和保护气体等。

酸性焊条与碱性焊条：酸性焊条工艺性能较好，对油、水等污物不敏感，机械性能稍差。

碱性焊条工艺性能较差，对油、水等污物敏感，机械性能较好。

1 ）焊接材料的选择原则一般根据焊接结构材料的化学成分、力学性能、焊接工艺性、服役环境（有无腐蚀介质，高温或低温等）、焊接结构形状的复杂程度及刚性大小、受力情况和现场焊接设备条件等情况综合考虑。

具体原则如下：a考虑母材的力学性能和化学成分碳素结构钢和低合金高强度结构钢的焊接根据设计部门的规定，大多数结构要求焊缝金属与母材等强度。