第十二章焊接与热切割1

焊接缺陷的存在，不但减少焊缝截面，降低承载能力，更严 重的是导致脆性断裂，影响焊接结构的使用安全。 常见的焊接缺陷
缺陷名称、特征 咬边 焊缝与焊件交界处 所形成的凹陷 图 例 产生的原因 说 明 1．焊接电流太大 在重要结构或受动载 荷的结构中，一般不 2．电弧拉的太长 3．焊条、焊丝角度倾斜 允许有咬边存在 不当
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坡口形式的 选择，主要 根据板厚和 熔透要求， 同时应考虑 坡口加工的 可能性和焊 缝的可焊到 性、能否进 行双面焊等。
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(三) 其它焊接方法的接头形式
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埋弧焊： 1、接头形式与焊条电弧焊基本相同， 因采用的电流大，所 以熔深也大，当焊件厚度小于14mm时可开 I 形坡口单面焊接； 2、当焊件厚度小于25mm时，可开 I 形坡口双面焊接； 3、焊厚件时，开坡口角度小于焊条电弧焊，钝边应略大于 焊条电弧焊。 气焊： 气焊由于变形大，一般多采用对接接头或角接接头，在焊接 小于2mm的薄板时为了避免烧穿工件可以采用卷边接头。 点焊和缝焊只能用搭接接头。
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12-8 预防产生焊接应力的措施有哪些? 12-9 埋弧焊与焊条电弧焊相比具有哪些特点? 埋弧焊为什 么不能代替焊条电弧焊? 12-10 电渣焊、等离子弧焊、电阻焊各有何特点? 各适用 于什么场合? 12-11 氧乙炔火焰按混合比不同可分为几种火焰? 它们的 性能和应用范围如何? 12-12 何谓焊接性? 影响焊接性的因素是什么? 如何来衡 量钢材的焊接性? 12-13 铜及铜合金焊接有哪些特点? 采用什么工艺措施来保 证焊接质量? 12-14 焊接铝及铝合金时，用何种焊接方法可获得较好的 焊接质量? 12-15 焊补铸铁件有哪些困难? 通常采用哪些方法?
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12-16 焊条电弧焊焊接接头的基本形式有哪几种? 各适用什 么场合? 12-17 焊缝布置的原则是什么? 如图12-43所示，两焊件的焊 缝布置是否合理? 若不合理，请加以改正。
12-18 气割的原理是什么? 下列材料可以用哪种方法进行切割? 低碳钢、中碳钢、铸铁、不锈钢、铝合金、花岗石。
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三、焊缝布置原则
(1) 焊缝的布置 应尽量分散，避免 密集、交叉，以防 止金属严重过热， 力学性能下降，如 图12-32所示。 图12-32a、b、 c为焊缝集中和重 叠，均为不合理的 结构，应改为图 12-32d、e、f的形 式。
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(2) 焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的部位。 对大跨度钢梁，板料接口焊缝不应布置在梁的中间，如图1233a所示，而把焊缝移到两边靠近支承点的地方，并尽量采用斜 焊缝，如图12-33b、c所示。 对于压力容器不能采用平板接头 和无折边的封头，如图12-34a、b 所示，而采用碟形封头 (图12-34c) 或椭圆封头。
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(三)气割工艺参数 1．选择合适的气割氧压力 应根据割件的厚度来选择气割氧压力的大小，厚板选大压力， 薄板选小压力。 氧气压力过大则氧气消耗太多，割缝太宽，表面粗糙；氧气 压力过小则割缝背面挂渣，甚至产生割不穿的现象。 2．选择合适的气割速度 气割的速度不宜过快，否则将产生较大后托量或割不穿； 气割的速度也不宜过慢，否则将使割件产生变形和割缝边缘熔化。 3．选择合适的预热火焰能率 预热火焰能率主要根据割件的厚度选用。 选择预热火焰能率要适中。过大，会造成工件切口表面的棱 角熔化，割件的背面粘渣。过小，会造成气割速度减慢或割不透， 而且切口表面不平整。
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(二) 被气割金属的条件 (1) 金属的燃点必须低于熔点，这是金属维持正常气割的最 基本条件。如低碳钢的燃点为1350℃，熔点约为1500℃左右， 可以进行气割。随着钢中碳的质量分数增加，其燃点升高，熔 点降低，使气割难以进行。 铸铁、铝、铜的燃点高于熔点，不能采用气割。 (2) 金属氧化物熔点应低于金属材料本身的熔点。这是因为 氧化物的熔点低，流动性好，便于从割缝处吹除。 (3) 金属在纯氧中燃烧时要产生足够热量，这样才能使气割 正常进行。气割低碳钢时，金属燃烧所产生的热量约占70％左 右，而由预热火焰所供给的热量仅为30％。 (4) 金属的导热性不应太高，否则热量散失太快，无法进行 气割。 低碳钢、纯铁最容易进行气割；中碳钢次之；铸铁、铜、 铝及其合金、高合金钢等不能气割。
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要理解焊接应力与变形产生的原因。熟悉预防和消除焊 接应力的措施；掌握焊接变形的预防与矫正措施。 对焊条电弧焊和其它焊接方法要注意总结它们的特点及 应用； 对常用金属材料，如碳钢、低合金结构钢、铸铁和有色金属 的焊接性要给予足够重视。 焊接件的结构设计既要满足使用要求，也要考虑结构的 焊接工艺要求，力求焊接质量好，焊接工艺简单，生产率高， 成本低。
1．焊缝中存在低熔 点共晶体等杂质 2．焊接接头内存在 较大应力 裂纹是一种最 危险的缺陷， 是结构破坏的 根源，所以焊 接结构中不允 许存在此种缺 陷 1．焊接接头存在着 淬硬组织 2．扩散氢的作用 3．焊接接头内存在 的应力过大
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第七节 热 切 割
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利用热能使材料分离的方法称热切割。 热切割方法有气割、氧熔剂切割、等离子弧切割、激光切割。 目前生产中应用气割、等离子弧切割较为普遍。 一、气割 气割时，由于使用的预热火焰不同，可将其分为： 氧乙炔切割、氧丙烷 (液化石油气) 切割和氧甲烷 (天然气) 切割三种方法。 (一) 气割原理 气割是利用气体火焰的热能，将工件切割处预热到一定温 度后，喷出高速切割氧气流，使金属燃烧，并放出热量而实现 切割的方法。
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焊条电弧焊常见的坡口基本形式有：I形坡口、X形坡口、V形 坡口、U形坡口等几种。如图12-29、图12-30、图12-31所示。 X形坡口适用于钢板厚度12～60mm以及要求焊后变形较小的 结构； U形坡口适用于钢板厚度20～60mm较重要的焊接结构； V形坡口 加工比较容 易，但焊后 变形大，适 用于钢板厚 度 3～26mm的 一般结构。
夹渣易造成应力集中， 使缝强度和冲击韧度 降低，而导致裂纹的 产生，因此重要结构 的焊缝不允许有夹渣
未焊透 焊接时接头根部 未完全熔透的现 象
1．坡口角度或间隙太小 不仅减小了焊缝的有 2．表面杂质未清理干净 效工作截面，而且易 3．焊速太快，焊接电流太小，产生应力集中，降低 弧长过大 接头强度，导致裂纹 4．焊条焊丝角度不正确 的产生而使结构破坏
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(3) 焊缝位置应尽量均匀、对称、以减少焊接应力与变形。 图12-35a所示焊缝偏置于焊件中性轴一侧，焊后会产生较 大的弯曲变形。
图12-35b所示 焊缝对称于中 性轴，有可能 使弯曲变形抵 消。 图12-35c所 示焊缝在中性 轴上，焊后变 形较小。
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(4) 焊缝位置应便于操作，焊条电弧焊时，应考虑焊接操作 的空间。Fra Baidu bibliotek图12-36a所示 的内侧焊缝，焊条 无法伸到待焊部位。 图12-36b为合 理焊缝布置。
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习
12-1 12-2 12-3 12-4
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题
何谓焊接电弧?试述焊接电弧基本构造及温度、热量分布。 什么是直流弧焊机的正接法、反接法?应如何选用? 为什么碱性焊条用于重要结构?生产上如何选用电焊条? 下列电焊条的型号或牌号的含义是什么?并说明其用途。 E4303 E5015 J423 J506 12-5 熔焊接头由哪几部分组成?并以低碳钢为例，说明热影响 区中各区段的组织和力学性能的变化情况。 12-6 焊接变形的基本形式有哪些?如 何预防和矫正焊接变形7 12-7 从减少焊接应力考虑，拼焊如 图12-42所示的钢板时应怎样确定焊接 顺序?
1．被焊部位和填充金属的表 面有油、锈 2．熔化金属凝固太快 3．电弧过长，空气侵入熔池 4．焊接电流过小，焊接速度 太快
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说 明 气孔的存在，降低了 焊接结构的力学性能， 气孔严重时会使金属 结构遭到破坏
夹渣 焊后残留焊缝中 的熔渣
1．焊件边缘及焊层之间清 理不干净 2．电流过小，焊速过快熔 渣来不及浮起分离 3．运条不正确
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小 结
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熔焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。 焊缝：焊缝组织是由液态金属结晶的组织。其具有晶粒粗大、 组织不致密等缺点。由于焊接熔池小、冷却快，加上严格控制硫、 磷含量，并通过焊接材料向熔池金属中渗入细化晶粒的合金元素， 可以保证焊缝的力学性能不低于母材金属。 低碳钢的熔合区和热影响区： 熔合区是焊缝与基体金属的交界区。焊接加热时，金属处于 半熔化状态，组织粗大，化学成分不均匀，力学性能较差。 热影响区包括过热区、正火区和部分相变区。过热区晶粒粗 大，塑性、韧度很低，易产生焊接裂纹；部分相变区部分金属组 织发生相变，晶粒大小不均匀，力学性能稍差；正火区金属发生 重结晶，晶粒细化，力学性能较好。
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缺陷名称、特征 热裂纹 在固相线附近高温 时产生裂纹，沿晶界 开裂， 具有氧化色 泽，多发生在焊接区 图 例 产生的原因
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说 明
冷裂纹 焊接接头冷却到马 氏体转变温度以下产 生的裂纹，有时焊后 立即出现，有时焊后 延迟一段时间才出现， 冷裂纹常 出现在母 材或母材和焊缝交界 的熔合线上
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点焊与缝焊时，应考虑电极能伸到待焊位置，如图12-37所示。
埋弧焊时应考虑接头便于安 放焊剂，如图12-38所示。
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(5) 焊缝应尽量避开机械加工表面，以免破坏加工表面 的精度和表面质量，如图12-39所示。
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第六节 常见的焊接缺陷及产生原因
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4．选择合适的割嘴倾斜角 割嘴的倾斜角大小，主要根据割件 厚度而定。 当割件厚度在6～30mm时，割嘴 应垂直于割件； 割件厚度小于6mm时，割嘴可沿 切割相反方向倾斜5°～10°； 如果割件厚度大于30mm 时，开 始时应将割嘴沿切割方向倾斜5°～ 10°； 待割穿后再将割嘴垂直于工件进行 正常切割，当快割完时，割嘴应逐渐 沿切割相反方向倾斜 5°～10°。 割嘴倾斜角如图12- 41所示。
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低碳钢气割分三个阶段，如图12-40所示。 ①预热 利用预热火焰，将起割处金属预热到该 金属的燃点温度。 ②燃烧 对已经预热到燃点温度的金属喷出高速 切割氧流，使金属在纯氧中剧烈地燃烧。 ③吹渣 燃烧的金属表面氧化后，生成熔渣，并 产生很高的热量，熔渣被高速氧气流吹除， 使金属分离，产生的热量又将下层金属加热 至燃点，使气割不断进行，随着割炬的移动， 形成所需形状尺寸的割缝。
焊瘤 在焊接过程中，熔 化金属流淌到焊缝 以外未熔化的母材 上所形成的金属瘤
1．.焊接电流过大 2．焊接速度太慢 3．焊条角度或运条方法 不正确 4．焊件装配间隙太大
焊瘤使承受动载荷的 焊接结构强度降低， 因此对焊瘤大小和长 度均有限制
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缺陷名称、特征 气孔 焊接熔池的气泡 在结晶时来不及 逸出而残留下来 所形成的空穴 图 例 产生的原因