焊工理论培训

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一、金属材料

1、钢铁材料的分类

钢铁是钢和生铁的统称。钢和铁都是以铁和碳为主要元素组成的合金。钢铁材料是工业中应用最广、用量最大的金属材料。

钢铁材料分为生铁、铸铁和钢三类。

①生铁的分类

碳的质量分数大于2%的铁碳合金称为生铁。按用途可将生铁分为炼钢生铁和铸造生铁；按化学成分可将生铁分为普通生铁和特种生铁（包括天然合金生铁和铁合金）。

②铸铁的分类

碳的质量分数超过2%（一般为2.5%-3.5%）的铁碳合金称为铸铁。铸铁一般用铸造生铁经冲天炉等设备重熔，用于浇注机器零件。

按断口颜色可将铸铁分为灰铸铁、白口铸铁和麻口铸铁；按化学成分可将铸铁分为普通铸铁和合金铸铁；按生产工艺和组织性能可将铸铁分为普通灰铸铁、孕育铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和特殊性能铸铁。

③钢的分类

碳的质量分数不超过2%的铁碳合金称为钢。按用途可将钢分为结构钢、工具钢、特殊钢和专业用钢；按化学成分可将钢分为碳素钢和合金钢。

2、金属材料的机械性能

金属材料的机械性能又称力学性能，是指由金属材料所制成的零部件，在一定的温度条件和机械载荷外力作用下，表现出来的抵抗材料失效损坏的能力。常用的机械性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。

①强度

强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指标。

②塑性

塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。

③硬度

硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。目前生产中测定硬度方法最常用的是压入硬度法，它是用一定几何形状的压头在一定载荷下压入被测试的金属材料表面，根据被压入程度来测定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）等方法。

④疲劳

前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指标。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。

⑤冲击韧性

以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。

3、金属材料的焊接性

材料在限定的施工条件下，焊接成按规定设计需求的构件并满足预定要求的能力称为焊接性。

焊接性受材料，焊接方法构件类型及运用要求四个因素的影响。

从材料方面分析，焊接性受碳当量的影响，碳当量：为评估钢材的焊接性将各种合金元素按其对钢材淬硬、冷裂及脆化等现象的影响作用大小折算成碳的相当含量，称为碳当量。通常当碳的含

量高于0．15％时可用国际焊接学会（IIW）推荐的公式计算碳当量。

公式CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)15 (%)

随着碳当量的增加，焊接性变差。

4、铝和铝合金的分类

用四位数字体系和四位字符体系牌号第一个数字表示铝及铝合金的类别，其含义如下：

1）1XXX系列工业纯铝；

2）2XXX系列Al-Cu、Al-Cu-Mn合金，；

3）3XXX系列Al-Mn合金；

4）4XXX系列Al-Si合金；

5）5XXX系列Al-Mg合金；

6）6XXX系列Al-Mg-Si合金；

7）7XXX系列Al-Mg-Si-Cu合金；

8）8XXX系列其它。

二、焊接材料

焊接材料是焊接时所消耗的材料（包括焊条、焊丝、焊剂、保护气体等）的统称。常用的焊接材料有各种牌号的焊条、焊丝、焊剂、氩、氧、二氧化碳等。

1、焊条

根据焊条药皮的性质不同，焊条可以分为酸性焊条和碱性焊条两大类。药皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2 等）的焊条称为酸性焊条。药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、Na2O等）的称为碱性焊条。酸性焊条能交直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条。碱性焊条脱硫、脱磷能力强，药皮有去氢作用。焊接接头含氢量很低，故又称为低氢型焊条。碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构（如锅炉、压力容器和合金结构钢等）的焊接。

常用焊条举例：

J422（E4315）

J507（E5015）

2、焊丝

按照材质不同可分为碳钢焊丝、不锈钢焊丝和铝合金焊丝等

常用焊丝举例：

H08A(ER49-1)

H0Cr21Ni10(ER309)

ER5183

3、焊剂

根据用途可分为：气焊焊剂、钎焊焊剂和埋弧焊焊剂等。

常用焊剂举例：

硼砂

剂102

J431

4、保护气体

Ar

CO2

97.5% Ar +2.5% CO2

三、焊接方法

1、定义

焊接：在热和/或力的作用下用带或不带填充材料使母材的焊接区域连接起来。

2、焊接方法的分类

①按照对所焊工件实施的能量载体分类：移动液体气体电流电气放电束流

②按照所焊母材种类分类：钢有色金属

③按照焊接目的分类：连接焊

④按照焊接的物理过程分类：压力焊熔化焊

⑤按照机械化程度分类：手工焊半自动焊机械化焊接全自动焊

3、气焊

利用可燃气体和助燃气体混合点燃后产生的高温火焰（热源）来熔化工件的待焊部位（如：坡口），并通过向熔池内填加填充材料（如：焊丝），使被熔化的金属形成一共有熔池，随着热源不断地向前移动，离开热源的部位开始冷却，熔池随之凝固，最后形成一条焊缝，这种工艺方法称之为气焊。

气焊经济性的应用范围为各种位置的连接焊，特别是管道安装，车体结构维修，堆焊等.

所能焊接的材料为非合金钢，低合金钢，有色金属，铸铁等。

工件厚度一般为6mm以下。

①燃气

燃气是指与空气或氧气混合后可燃烧的气体。常用于焊接和切割的燃气主要有：乙炔（C2H2），丙烷（C3H8即液化石油气），甲烷（CH4即天然气），氢气（H2），煤气（CO+H2）和汽油（CnH2n即烯烃+芳香烃）等。

②助燃气体

助燃气体通常指氧气（O2）。

③气焊丝

无特殊要求时，气焊焊丝长度一般为1000mm。

④焊剂

焊剂是氧—乙炔焊时的助熔剂。它的主要作用是消除坡口，焊丝表面的油污和脏物的有害作用；与金属中的氧、硫化合，使金属还原，补充合金元素，起到合金化的作用等等。

焊剂主要用于铸铁、合金钢及各种有色金属的气焊，低碳钢气焊不使用焊剂。

4、手工电弧焊

电弧在熔化的电极和工件之间燃烧，电弧和焊接熔池通过焊条产生的气体和渣的保护防止空气的侵入。

①焊接电源

直流发电机、弧焊整流器——直流

焊接变压器——交流

逆变焊机——交直流

②焊条

直流焊时焊条的极性

酸性药皮和金红石型药皮——负极性

碱性和所有高合金钢焊条——正极性

正极性：工件接电源正极

负极性：工件接电源负极

③引弧

引弧：通过短路接触起弧

5、熔化极气体保护焊

用缠绕焊丝做作为电极，是熔化的，同时也作为填充材料。