钢材焊接工艺常识[整理版]
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影响焊缝质量
2021/3/7
9
焊缝的热影响区
• 1－融合区
– 0.1~1mm，关键
• 2－过热区
– 脆性比融合区更大
• 3－正火区
– 力学性能优于母材
• 4－部分相变区
– 比正火区稍差
• 不同焊接方法热影响区 宽度不同
• 焊后正火改善接头性能
2021/3/7
10
5、焊接应力与变形
• 极不平衡的热循环过 程
第四讲：焊接工艺常识
机械制造基础
金工教研室 制造科学与工程学院
2005年春季学期
2021/3/7
1
第四讲：焊接工艺常识
• 焊接工艺
– 永久性连接 – 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）
• 现代工业的基础工艺
– 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车
• 基本焊接方法
– 电弧焊：属于熔化焊 – 其他焊接方法：压力焊、钎焊
• 应力分布规律
– 先冷受压，后冷受拉
2021/3/7
11
消除焊接应力
• 提高母材塑性 • 避免焊缝交叉 • 避免焊缝过宽过长 • 合理焊接顺序
– 先焊短焊缝 – 后焊长焊缝
• 预热焊件、振动焊缝 • 焊后退火
2021/3/7
12
• 收缩变形 • 角变形 • 弯曲变形 • 扭曲变形 • 波浪变形
2021/3/7
22
焊条种类
• 按熔渣性质
– 酸性焊条
• 酸性氧化物比碱性氧化物多 • 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 • 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件
– 碱性焊条
• 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 • 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价
格高，适于重要构件
2021/3/7
23
焊条选用原则
埋弧焊演示
2021/3/7
25
埋弧焊特点
• 大电流（1000A）、生产率高 • 焊接质量高且稳定 • 节约金属
– 热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少
• 改善劳动条件
–பைடு நூலகம்无弧光、烟雾
• 自动化程度高 • 工艺装备复杂，适合批量生产
2021/3/7
26
焊丝与焊剂
• 焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 • 熔炼焊剂、陶质焊剂
弧柱
– 阴极36％
– 弧柱21％
• 热量扩散
阴极
– 65％～85％
• 加热熔化金属
– 其余
• 散失在电弧周围
• 飞溅的金属液
2021/3/7
阳极
5
2、正接和反接
• 温度：
– 阳极：2600K – 阴极：2400K – 电弧中心：6000K－ 800
0K
• 直流焊接
– 正接法：工件温度高 – 反接法
• 保证焊缝金属的化学成分和力学性能
– 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接
原料种类
原料名称
作用
稳弧剂 造气剂 造渣剂
碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白粉、 钠水玻璃、钾水玻璃
淀粉、木屑、纤维素、大理石
大理石、长石、萤石、菱苦石、锰矿、钛铁 矿、粘土、钛白粉、金红石
改善引弧性能、提高电弧燃烧的稳定性
• 电弧压 缩
• 机械压 缩
• 热压缩
• 电磁收 缩
• 中心区
域温度
极高 2021/3/7
33
5、焊接自动化
• 数控轨迹控制 • 焊接质量监控
2021/3/7
34
焊接机器人
2021/3/7
焊接机器人演示
– 电弧周围气体：CO2、 CO、H2
– 熔池中熔渣，冷却形 成渣壳
– 保护熔池中的熔化金 属
2021/3/7
17
1、电焊条
• 焊芯
– 导电和填充焊缝 – 焊接用钢丝
• 低碳钢、合金结构钢、不锈钢
• 药皮
– 焊接过程顺利进行 – 焊缝化学成分、力学性能
2021/3/7
18
焊条药皮
• 作用
– 提高电弧燃烧的稳定性 – 防止空气对熔化金属的有害作用 – 对熔池脱氧、加入合金元素
• 选择依据：根据焊件
– 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 – 结构形状、受力情况、焊接设备条件
• 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强 度较低者为准）
• 酸性/碱性：根据重要性 • 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） • 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条
2021/3/7
24
2、埋弧焊
造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接 熔滴与熔池 造成具有一定物理化学性能的熔渣，保护 焊缝，碱性渣中的CaO可脱硫、磷
2021/3/7
19
焊条药皮的作用
2021/3/7
20
焊条种类
• 按化学成分分成七大类
– 碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜 及铜合金、铝及铝合金
• 焊条型号
– E4303：
焊接变形
2021/3/7
13
防止焊接变形
• 减小焊接应力 • 提高结构刚度 • 对称焊缝分布 • 焊前反变形
2021/3/7
14
防止焊接变形
• 合理焊接操作
– 平衡温度分布 – 利用变形
2021/3/7
15
防止焊接变形
• 焊后校正
2021/3/7
16
二、焊条电弧焊
• 焊条电弧焊过程 • 药皮燃烧：
• E碳钢焊条 • 43：焊缝抗拉43 kgf/mm2 • 0：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊 • 03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，
03为钛钙型药皮、交流或直流
2021/3/7
21
焊条种类
• 焊条牌号
– J422、J507
• J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） • 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80） • 2：药皮和电流种类
2021/3/7
2
本讲内容
• 一、电弧焊工艺常识 • 二、焊条电弧焊 • 三、特种焊接工艺方法 • 四、金属材料的焊接性 • 五、焊接结构设计 • 六、连接技术
2021/3/7
3
一、电弧焊工艺常识
• 1、焊接电弧
– 气体介质中导电现象
2021/3/7
4
焊接电弧的热量
• 热量来源于
– 阳极43％
• 交流焊接：两极温度均 为2500K
• 引弧电压：50－90V • 电弧电压：16－35V
2021/3/7
6
3、焊接接头的组织与性能
• 焊接工件上温度的变化与分布
2021/3/7
7
焊接接头组织
低碳钢
焊缝
焊接热影响区
2021/3/7
8
4、焊缝
• 从熔池底向中心凝固
– 各个方向凝固速度不同 – 柱状铸态组织 – 铁素体＋少量珠光体 – 杂质集中在焊缝中心，
2021/3/7
27
埋弧焊工艺
• 仔细下料、准备（清理）坡口、装配 • 引弧板与引出板－焊后去掉
2021/3/7
28
防止烧穿－焊剂垫、垫板
2021/3/7
29
环缝焊接
2021/3/7
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3、气体保护焊－氩弧焊
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气体保护焊－CO2保护焊
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4、等离子弧焊接与切割
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焊缝的热影响区
• 1－融合区
– 0.1~1mm，关键
• 2－过热区
– 脆性比融合区更大
• 3－正火区
– 力学性能优于母材
• 4－部分相变区
– 比正火区稍差
• 不同焊接方法热影响区 宽度不同
• 焊后正火改善接头性能
2021/3/7
10
5、焊接应力与变形
• 极不平衡的热循环过 程
第四讲：焊接工艺常识
机械制造基础
金工教研室 制造科学与工程学院
2005年春季学期
2021/3/7
1
第四讲：焊接工艺常识
• 焊接工艺
– 永久性连接 – 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）
• 现代工业的基础工艺
– 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车
• 基本焊接方法
– 电弧焊：属于熔化焊 – 其他焊接方法：压力焊、钎焊
• 应力分布规律
– 先冷受压，后冷受拉
2021/3/7
11
消除焊接应力
• 提高母材塑性 • 避免焊缝交叉 • 避免焊缝过宽过长 • 合理焊接顺序
– 先焊短焊缝 – 后焊长焊缝
• 预热焊件、振动焊缝 • 焊后退火
2021/3/7
12
• 收缩变形 • 角变形 • 弯曲变形 • 扭曲变形 • 波浪变形
2021/3/7
22
焊条种类
• 按熔渣性质
– 酸性焊条
• 酸性氧化物比碱性氧化物多 • 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 • 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件
– 碱性焊条
• 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 • 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价
格高，适于重要构件
2021/3/7
23
焊条选用原则
埋弧焊演示
2021/3/7
25
埋弧焊特点
• 大电流（1000A）、生产率高 • 焊接质量高且稳定 • 节约金属
– 热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少
• 改善劳动条件
–பைடு நூலகம்无弧光、烟雾
• 自动化程度高 • 工艺装备复杂，适合批量生产
2021/3/7
26
焊丝与焊剂
• 焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 • 熔炼焊剂、陶质焊剂
弧柱
– 阴极36％
– 弧柱21％
• 热量扩散
阴极
– 65％～85％
• 加热熔化金属
– 其余
• 散失在电弧周围
• 飞溅的金属液
2021/3/7
阳极
5
2、正接和反接
• 温度：
– 阳极：2600K – 阴极：2400K – 电弧中心：6000K－ 800
0K
• 直流焊接
– 正接法：工件温度高 – 反接法
• 保证焊缝金属的化学成分和力学性能
– 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接
原料种类
原料名称
作用
稳弧剂 造气剂 造渣剂
碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白粉、 钠水玻璃、钾水玻璃
淀粉、木屑、纤维素、大理石
大理石、长石、萤石、菱苦石、锰矿、钛铁 矿、粘土、钛白粉、金红石
改善引弧性能、提高电弧燃烧的稳定性
• 电弧压 缩
• 机械压 缩
• 热压缩
• 电磁收 缩
• 中心区
域温度
极高 2021/3/7
33
5、焊接自动化
• 数控轨迹控制 • 焊接质量监控
2021/3/7
34
焊接机器人
2021/3/7
焊接机器人演示
– 电弧周围气体：CO2、 CO、H2
– 熔池中熔渣，冷却形 成渣壳
– 保护熔池中的熔化金 属
2021/3/7
17
1、电焊条
• 焊芯
– 导电和填充焊缝 – 焊接用钢丝
• 低碳钢、合金结构钢、不锈钢
• 药皮
– 焊接过程顺利进行 – 焊缝化学成分、力学性能
2021/3/7
18
焊条药皮
• 作用
– 提高电弧燃烧的稳定性 – 防止空气对熔化金属的有害作用 – 对熔池脱氧、加入合金元素
• 选择依据：根据焊件
– 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 – 结构形状、受力情况、焊接设备条件
• 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强 度较低者为准）
• 酸性/碱性：根据重要性 • 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） • 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条
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2、埋弧焊
造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接 熔滴与熔池 造成具有一定物理化学性能的熔渣，保护 焊缝，碱性渣中的CaO可脱硫、磷
2021/3/7
19
焊条药皮的作用
2021/3/7
20
焊条种类
• 按化学成分分成七大类
– 碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜 及铜合金、铝及铝合金
• 焊条型号
– E4303：
焊接变形
2021/3/7
13
防止焊接变形
• 减小焊接应力 • 提高结构刚度 • 对称焊缝分布 • 焊前反变形
2021/3/7
14
防止焊接变形
• 合理焊接操作
– 平衡温度分布 – 利用变形
2021/3/7
15
防止焊接变形
• 焊后校正
2021/3/7
16
二、焊条电弧焊
• 焊条电弧焊过程 • 药皮燃烧：
• E碳钢焊条 • 43：焊缝抗拉43 kgf/mm2 • 0：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊 • 03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，
03为钛钙型药皮、交流或直流
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21
焊条种类
• 焊条牌号
– J422、J507
• J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） • 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80） • 2：药皮和电流种类
2021/3/7
2
本讲内容
• 一、电弧焊工艺常识 • 二、焊条电弧焊 • 三、特种焊接工艺方法 • 四、金属材料的焊接性 • 五、焊接结构设计 • 六、连接技术
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一、电弧焊工艺常识
• 1、焊接电弧
– 气体介质中导电现象
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焊接电弧的热量
• 热量来源于
– 阳极43％
• 交流焊接：两极温度均 为2500K
• 引弧电压：50－90V • 电弧电压：16－35V
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3、焊接接头的组织与性能
• 焊接工件上温度的变化与分布
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焊接接头组织
低碳钢
焊缝
焊接热影响区
2021/3/7
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4、焊缝
• 从熔池底向中心凝固
– 各个方向凝固速度不同 – 柱状铸态组织 – 铁素体＋少量珠光体 – 杂质集中在焊缝中心，
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埋弧焊工艺
• 仔细下料、准备（清理）坡口、装配 • 引弧板与引出板－焊后去掉
2021/3/7
28
防止烧穿－焊剂垫、垫板
2021/3/7
29
环缝焊接
2021/3/7
30
3、气体保护焊－氩弧焊
2021/3/7
31
气体保护焊－CO2保护焊
2021/3/7
32
4、等离子弧焊接与切割