大学化工机械基础课件4：焊接.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第九章 焊 接,通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接方法。,熔化焊、压力焊、钎焊。,熔化焊又分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊等。,化工装置焊接的构件量约占75左右。,1/31/2026,1,第一节 电弧焊,利用电弧热量加热并熔化金属进行焊接,一、焊接电弧,一种强烈的持久的气体放电现象。,在一定的电场作用下，将电弧空间的气体介质电离，带电质点分别向着电场的两极方向运动，使局部气体空间导电，而形成电弧。,1/31/2026,2,引燃电弧：,接触引弧和非接触引弧,。,手工电弧焊采用接触引弧。,瞬时接触短路使接触点上电流密度相当大；,氧化皮电阻大产生热，使金属熔化蒸发。,焊条提起，空间内充满了金属蒸气和空气，其中某些原子可能已被电离。,刚拉开瞬间，阴极发射电子。气体介质被撞击电离,电弧温度进一步升高,开始引燃。,维持一定电压，连续放电，电弧连续燃烧。,1/31/2026,3,非接触引弧一般借助于高频或高压脉冲引弧装置，使阴极表面产生强场发射，电子流与气体介质撞击，使其离解导电,阴极区温度2400,K,左右，放热量38；,阳极区温度2600,K,左右，热量占42；,弧柱区中心温度达50008000,K，,热量占20左右。,1/31/2026,4,二、手工电弧焊,设备简单,操作灵活,对不同位置、不同接头焊缝均能方便焊接，目前仍广泛使用。,1/31/2026,5,短路，随即分开（约24,mm）,引燃电弧。,电弧下工件熔化构成一个半卵形熔池。,药皮熔化,气体隔绝空气,免于氧、氮侵害；溶渣,喷向熔池或与焊芯熔滴喷向溶池。,1/31/2026,6,在电弧及熔池中，液态金属、熔渣和电弧气体间发生某种物理化学变化，,熔池内气体和渣上浮。电弧移去,温度降低，金属和渣凝固,结晶连接。,渣壳脱落露出带鱼鳞纹状的金属焊缝。,1/31/2026,7,交流电焊机实质上是一种特殊的变压器，将工业用电的电压降低。,瞬时熄弧、重新引弧和再次稳定燃烧，交流电弧稳定性较差。,但因结构简单、维修方便、造价低廉和省电等优点，所以广泛采用,1/31/2026,8,直流电焊机又分为旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机。,前者成本高、噪音大、重量大、维护不方便。,硅整流式直流电焊机结构简单，已逐渐替代旋转式直流电焊机。,电弧持续而稳定，焊缝质量容易保证。,1/31/2026,9,焊条接负极、工件接正极时为正接法；反之为反接法。,一般用碱性低氢型焊条（如,J507），,为使电弧稳定燃烧，规定用直流反接法；,用酸性焊条（如,J422）,焊接厚钢板时，用正接法，因为阳极部分温度高于阴极部分，用正接法可得到较大的熔深；,焊接薄钢板及有色金属采用反接法。,1/31/2026,10,三、埋弧自动焊,引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械完成。,1/31/2026,11,3050,mm,厚的粒状焊剂，,电弧热量使焊丝、工件和焊剂溶化，形成金属熔池，使它们与空气隔绝。,低碳钢用,H08A，,配高锰高硅型焊剂,HJ431,1/31/2026,12,埋弧自动焊的主要优点是：,1）生产率高 用大电流，熔深大，生产率较高。对于20,mm,以下的对接焊可不开坡口,不留间隙，填充金属少,2）焊缝质量高 保护完善，杂质较少，易获得稳定高质量的焊缝。,3）劳动条件好 没有弧光辐射，劳动条件较好。,最常用。适于批量大，较厚较长的直线及较大直径的环形焊缝的焊接。,1/31/2026,13,埋弧自动焊的不足之处,1)不及手工焊灵活，一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝；,2)工件边缘准备和装配质量要求较高、费工时；,3)由于埋弧操作，看不到熔池和焊缝形成过程，必须严格控制焊接规范。,1/31/2026,14,四、氩弧焊,氩气的电离势较高，引弧较困难，常借用高频振荡器产生高频高压电引弧。,氩气的散热能力较低，一旦引燃后，能较稳定地燃烧。,氩弧焊按所用的电极不同分为两种：非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。,1/31/2026,15,1、非熔化极氩弧焊（,TIG,焊）,电极只发射电子、产生电弧，本身不熔化，常用熔点较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极，又叫钨极氩弧焊。,可以用手工进行，也可以自动进行。,1/31/2026,16,非熔化极氩弧焊（,TIG,焊）,防止电极熔化和烧损，电流不能过大，常用于焊接4,mm,以下的薄板，管子对接、管子与管板的连接,1/31/2026,17,2、熔化极氩弧焊（,MIG,焊）,焊丝为电极，焊接电流可大大提高，适用于中、厚板焊接，如化工容器筒体的焊接。,焊接过程可采用自动或半自动方式,1/31/2026,18,金属熔滴沿焊丝轴向高速喷射入溶池。不短路，电弧燃烧稳定，无飞溅，焊缝成形好，熔透深度增加，用于焊接厚度为3,mm,以上的金属。,焊接成本高。焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金钢及一些特殊用途的高合金钢（不锈钢、耐热钢）。,1/31/2026,19,近三十年来，发展了钨极、熔化极脉冲氩弧焊，扩大了应用范围。,用可控的脉冲电流代替连续电流，控制电弧能量，精确控制熔池体积、焊缝熔深及溶滴过渡等，可焊接薄板或超薄板构件。,直流脉冲,TIG,焊可焊小至0.1,mm,的薄板。,1/31/2026,20,第二节 焊接接头和坡口形式,对接接头、,T,形接头、角接接头和搭接接头,一、对接接头,容易焊透，受力情况好，应力均匀，联接强度高，焊接接头质量容易保证。,坡口的主要作用是保证焊透,1/31/2026,21,X,形坡口可减少焊条金属量二分之一，变形及内应力小,较重要的焊接结构用,U,形坡口,1/31/2026,22,等厚度焊接，避免焊不透或烧穿；,薄板10,mm，,两板厚度差3,mm；,薄板10,mm,而厚度差大于薄板30，或超过5,mm,时，削薄厚度边缘。,1/31/2026,23,二、,T,形接头和角接接头,分不开坡口、单边和双边,V,形及,K,形坡口,1/31/2026,24,应力不均，焊缝根部有较大应力集中，,1/31/2026,25,三、搭接接头,不开,坡口,均属角焊缝,分端焊缝和侧焊缝,1/31/2026,26,1/31/2026,27,第三节 焊接材料,一、手工电弧焊用焊接材料,电焊条：内部钢芯和外侧药皮,1、钢芯,主要作用导电，并在焊条端部形成具有一定成分的熔敷金属。,要求焊芯尽量减少有害元素的含量，限制,S、P，,有些焊条要求焊芯控制,As、,Sb,、,Sn,等元素。,1/31/2026,28,2、药皮,又称为涂料，保证熔敷金属具有一定的成分和性能。,采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百种原料粉末，按照一定的配方比例混合而成。,1/31/2026,29,药皮中各种组分作用：,1）稳弧剂：凡易电离的物质均能稳弧。用碱金属及碱土金属化合物，碳酸钾、碳酸钠、大理石等。,2）造渣剂：形成溶渣，覆盖熔化金属表面，保护熔池及改善焊缝成形,3）脱氧剂：降低含氧量，提高机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁。,4）造气剂：高温下分解出气体，保护电弧及熔池，防止空气中氧和氮侵入,1/31/2026,30,药皮中各种组分作用：,5）合金剂：补偿合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素，以保证焊缝的化学成分及性能等。,6）增塑润滑剂：增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性，以提高焊条的压涂质量，减小偏心度。,7）粘接剂：使药皮粉料在压涂过程中有一定粘性，与焊芯牢固粘接，并使之在烘干后具有一定的强度。,1/31/2026,31,3、电焊条的分类,（1）按用途分,1/31/2026,32,1/31/2026,33,（,2）按熔渣的碱度分类,酸性焊条和碱性焊条。,酸性焊条焊接工艺性好，成形整洁,去渣容易，不易产生气孔和夹渣。,但药皮氧化性强使合金元素烧损大,机械性能（冲击韧性）比较低。,酸性焊条一般均可用交直流电源。,典型的酸性焊条是,J422。,1/31/2026,34,碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好，特别是冲击韧性比较高，主要用于重要结构的焊接。,氟化物粉尘有害，应加强现场的通风排气，以改善劳动条件。,典型的碱性焊条有,J507。,1/31/2026,35,（,3）按焊条药皮主要成分分类,当药皮中含有30以上的二氧化钛及20以下的钙、镁的碳酸盐时，就称为钛钙型。,1/31/2026,36,1/31/2026,37,4、电焊条牌号与型号,(,1)焊条牌号,是焊条产品的具体命名。,根据主要用途及性能特点命名。,每种产品只有一个牌号，但多种牌号可同时对应于一种型号。,焊条牌号通常以一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。,1/31/2026,38,结构钢焊条牌号,J422，,中“,J”,表示结构钢焊条,按用途分,第一、二位数字“42”表示焊缝金属的抗拉强度等级（用,MPa,值的1/10表示），,末位数字“2”表示药皮类型及焊接电源的种类,1/31/2026,39,1/31/2026,40,奥氏体铬镍不锈钢焊条牌号,A132,中“,A”,表示奥氏体不锈钢焊条；,第一、第二位数字表示焊缝金属主要化学成分组成,末位数字表示药皮类型和焊接电源种类,1/31/2026,41,（,2）焊条型号,是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。,焊条型号根据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。,1/31/2026,42,碳钢焊条型号,E4315,中“,E”,表示焊条；,前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为,MPa,值的1/10；,第三位数字表示焊条焊接位置，“0”及“1”表示用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”适用于向下立焊；,第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。,1/31/2026,43,常用焊条,a.E4303、E5003,焊条,钛钙型。主要用于较重要的碳钢结构。,b.E4315、E5015,焊条,低氢钠型，主要用于重要的低碳钢结构及低合金钢结构，也被用于焊接高硫钢和涂漆钢,c.E4316、E5016,型焊条,低氢钾型，电弧稳定，主要用于重要的低碳钢结构与低合金钢结构。,1/31/2026,44,低合金钢焊条型号,如,E5018A1，,后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号,1/31/2026,45,不锈钢焊条型号,E30815，,字母,E,表示焊条，“,E”,后面数字表示熔敷金属化学成分分类代号，,短划“-”后面的两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类,1/31/2026,46,1/31/2026,47,1/31/2026,48,二、埋弧焊用焊丝和焊剂,焊丝牌号与优质碳素钢钢号的表示方法类似，前面加上“,H”。,强度钢用焊丝牌号如,H08、H08A、H10Mn2,。,若牌号最后带有,A,字，表示为,S、P,含量较少的优质焊丝。,1/31/2026,49,国产焊剂依据化学成分分类，在牌号前面,加,HJ,，如,HJ431。,第一位数字表示氧化锰的平均含量，如“”表示含,MnO,30；,第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量，如“”表示高硅低氟型（,SiO,2,30%,CaF,2,10%）；,末位数字表示同类焊剂的不同序号。,1/31/2026,50,（,GB5293-85）,规定焊剂型号：,HJ401H08A,的焊剂，用,H08A,焊丝按本标准，抗拉强度为412550,MPa,，,屈服强度不小于330,MPa,，,伸长率不小于22，在0时冲击值不小于34.3,J/cm,2,。,1/31/2026,51,三、焊条、焊丝及焊剂的选用,焊缝机械性能与基体金属一致；,其次，在化学成分方面接近基体,还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。,常用钢号查表2-15，,不同钢号相焊接查表2-16,1/31/2026,52,第四节 焊接缺陷与焊接质量检验,一、焊接缺陷,1、焊接变形,应力超过屈服极限产生焊接变形；超过强度极限会出现裂缝。,1/31/2026,53,2、焊缝的外部缺陷,（,1）焊缝增强过高,坡口的角度开得太小或焊接电流过小,应力集中，为提高疲劳寿命，要求将焊缝的增强高铲平。,1/31/2026,54,（,2）焊缝过凹,焊缝工作截面减小使接头处强度降低。,（3）焊缝咬边,在工件上沿焊缝边缘形成凹陷。,减少工作截面，并造成严重应力集中。,1/31/2026,55,（4）焊瘤,对静载强度无影响,引起应力集中，使动载强度降低。,（5）烧穿,部分熔化金属从焊缝反面漏出，甚至烧穿成洞，使接头强度下降。,1/31/2026,56,3、焊缝内部缺陷,（,1）未焊透,应力集中严重，降低强度，开裂根源。,（2）夹渣,减少工作截面，造成应力集中，降低焊缝强度和冲击韧性。,（3）气孔,减少有效工作截面，降低机械强度。,（4）裂纹 热裂纹和冷裂纹,1/31/2026,57,热裂纹是由液态到固态结晶中产生,焊缝中存在低熔点物质（,FeS,）,，受到较大的焊接应力，容易在晶粒之间引起破裂。,焊件及焊条内含,S、Cu,等杂质多时，容易产生热裂纹。,热裂纹有沿晶界分布的特征。,1/31/2026,58,冷裂纹是冷却过程中产生，,由于热影响区或焊缝内形成了淬火组织，在高应力作用下，引起晶粒内部的破裂，焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时，最易产生冷裂纹。,焊缝中熔入过多的氢，也会引起冷裂纹。,还有再热裂纹等,裂纹是最危险的一种缺陷，一般不允许存在，一经发现须铲去重焊。,1/31/2026,59,二、焊接检验,外观检查、无损探伤和机械性能试验（水压与气压试验），以无损探伤为主。,1、外观检查,肉眼或用520倍放大镜观察。,可发现焊缝表面缺陷，如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。,焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板进行测量。,1/31/2026,60,2、无损探伤,内部夹渣、气孔、裂纹等缺陷用,X,射线检验，还有超声波探伤和磁力探伤。,X,射线检验是利用,X,射线对焊缝照相,根据底片影像判断内部缺陷。再根据技术要求评定是否合格。,1/31/2026,61,超声波探伤,超声波探伤比,X,光照相简便，广泛应用。,只凭经验判断，而且不能留下检验根据。,对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小裂纹，还可采用磁力探伤。,1/31/2026,62,3、水压试验和气压试验,1.251.5 倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（1.15倍）,4、焊接试板的机械性能试验,热影响区的金属的机械性能,一般只对新钢种的焊接接头进行这方面的试验。,1/31/2026,63,