电弧焊工艺基础知识.ppt

单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,电弧焊工艺基础知识,电弧焊焊接材料,电弧焊接的冶金过程,焊接接头的组织与性能,焊接的应力与变形,焊接变形的防止与矫正,焊接检验,金属的焊接性,电弧焊焊接材料,不同的焊接方法，其焊接材料是不同的。手工电弧焊的焊接材料是电焊条。,埋弧自动焊的焊接材料是焊丝和焊剂。,1,、手工焊焊接材料：,1,）,电焊条的组成与作用,2,）,焊条的选择,电焊规范选择,（,1,）焊芯：,是焊条中被药皮包覆的金属芯。手工焊时，焊芯既是电极，又是填充金属。焊芯材料是经过特殊冶炼，有专门牌号的材料。,如结构钢焊芯的牌号为,H08A,。,H,焊接用钢丝，后面两位数字，含,C,万分之一，,A,：高级优质钢,E,：特级优质钢,（,2,）药皮：,是压涂在焊芯表面上的涂料层。由多种矿石、铁合金、纤维素以及粘结剂组成，药皮的种类、名称及作用详见下表,2,）焊条的种类：按国家标准、将焊条按用途划分为,十大类,。详见下表,3,）焊条的型号和牌号,型号,国家通用标准,型号,E,EElectrode,电焊条,熔敷金属的,最小抗拉强度,（,MPa,）,焊接位置（,0,、,1,全位置，,2,平，,4,向下立焊）,电流种类、药皮类型（,03,钛钙型药皮，,交流或直流正、反接）,牌号,我国行业标准,JxxxJ,（结构钢）,AxxxA,（奥氏体钢）,ZxxxZ,（铸铁）,4,）焊条的酸、碱性,焊条按其药皮的性质分为酸性焊条、碱性焊条。药皮中含有多量酸性氧化物的焊条为酸性焊条,药皮中含有多量碱性氧化物的焊条为碱性焊条。,（,1,）,酸性焊条,适合于焊接一般的结构钢，工艺性能好、机械性能差。（,交、直流,）,（,2,）,碱性焊条,焊成的焊缝金属中有害元素（如,S,、,P,）,含量低，抗裂性好、强度高。适合于焊重要的结构钢与合金钢。但工艺性能差、抗气孔的能力差。因此，采用碱性焊条时，必须将焊件在焊缝处的油污、铁锈清除干净，并烘干焊条去除水分。（,直流,）,注,焊条牌号应符合相应的焊条型号 如：,J422,符合,E4303,J507,符合,E5015,5,）焊条的选择原则,（,1,）考虑母材的力学性能和化学成分,焊接,低碳钢和低合金结构钢,时，应根据焊接件的抗拉强度选择相应强度等级的焊条，即,等强度,原则；焊接,耐热钢、不锈钢,等材料时，则应选择与焊接件化学成分相同或相近的焊条，即,等成分,原则。,（,2,）考虑结构的使用条件和特点,对于承受动载荷或冲击载荷的焊接件或结构复杂、大厚度的焊接件，为保证焊缝具有较高的塑性和韧度，应选择,碱性焊条,。,（,3,）考虑焊条的工艺性,对于焊前清理困难，且容易产生气孔的焊接件，应当选择,酸性焊条,；如果母材中含碳、硫、磷量较高，则应选择抗裂性较好的,碱性焊条,。,（,4,）考虑焊接设备条件,如果没有直流焊机，则只能选择交直流两用的焊条。,在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。一般是焊接件,愈厚,，焊条直径应,愈大,。,2,、埋弧焊焊接材料,（,1,）焊丝,：除作为,电极和填充金属,外，还有,渗合金、脱氧、去硫,等冶金作用。,（,2,）焊剂,：呈现玻璃状颗粒，主要起,保护作用,；还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。,埋弧焊焊剂有,熔炼焊剂,和,非熔炼焊剂,两大类。,熔炼焊剂主要起保护作用，非熔炼焊剂除了保护作用外，还可以起,脱氧、去硫、渗合金,等冶金处理作用。,我国目前使用的绝大多数焊剂是,熔炼焊剂,。,焊剂牌号为“焊剂”或大写拼音“,HJ”,和三个数字表示，如“焊剂,430”,或“,HJ430,”,。,埋弧焊的焊丝是直径,1.6,6mm,的实芯焊丝，起电极和填充金属以及,脱氧、去硫、渗合金,等冶金处理作用。,其牌号与焊条焊芯同属一个国家标准,(GB1300),。,为了获得高质量的埋弧焊焊缝，必须正确选配焊丝和焊剂。,电弧焊接的冶金过程,一、焊缝金属氧化,在焊接冶金反应中，金属与氧的作用对焊接影响最大。焊接时，由于电弧高温作用，氧气分解为氧原子，氧原子和多种金属发生氧化反应，如：,Fe,O,FeO,Mn,O,MnO,Si,2OSiO,2,2Al,3OAl,2,O,3,在焊接过程中，将一定量的脱氧剂，如,Ti,、,Si,、,Mn,等加在焊丝或药皮中，进行,脱氧,使其生成的氧化物不溶于金属液而成渣,浮出,，提高焊缝质量。,二、氢的影响,在焊接冶金反应过程中，氢易在焊缝中造成,气孔,。另外,固态焊缝中多余的氢也会在焊缝中的微缺陷处集中形成,氢分子,，这种氢的聚集往往在微小空间内形成局部的极大压力，使焊缝变脆（氢脆）。,三、氮的影响,氮在液态金属中也会形成,脆性氮化物,，其中一部分以片状夹杂物的形式残留于焊缝中，另一部分则使钢的固溶体中含氮量大大增加，使焊缝严重,脆化,。,四、焊缝的冶金特点,焊缝的形成，实质是一次金属,再熔炼,的过程，它与炼钢和铸造冶金过程比较，有以下特点：,1,、,金属熔池体积很小,，熔池处于液态的时间很短（,10s,左右），各种冶金反应进行得不充分（如冶金反应产生的气体来不及析出）。,2,、,熔池温度高,，使金属元素产生强烈的,烧损,和蒸发。同时，熔池周围又被冷的金属包围，使焊缝处产生,应力和变形,，严重时甚至会开裂。,五、保证焊缝质量采取的工艺措施,1,、减少有害元素进入熔池,主要措施是,机械保护,，如气体保护焊中的,保护气体,、埋弧焊焊剂所形成的,熔渣,及焊条药皮产生的,气体和熔渣,等，使电弧空间的熔滴和熔池与空气隔绝，防止空气进入。此外，还应清理坡口及两侧的锈、水、油污；烘干焊条，去除水分等。,2,、清除进人熔池中的有害元素，增添合金元素,主要通过焊接材料中的,铁合金,等，进行脱氧、脱硫、脱磷、去氢和渗合金，从而保护和调整焊缝的化学成分。,焊接接头的组织与性能,1,、焊接接头的组成：,分为,焊缝区,与,热影响区,。,2,、焊缝区：,是由熔池内的液态金属凝固而成的。它属于,铸造组织,，晶粒呈垂直于熔池底壁的,柱状晶,。硫、磷等低熔点杂质容易在焊缝中心形成,偏析,，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹。由于按等强度原则选用焊条，通过渗合金实现合金强化，因此，焊缝的强度一般不低于母材。,3,、热影响区：,母材因受热的影响而发生,金相组织,和,力学性能,变化的区域，称为热影响区。,它包括：熔合区、过热区、正火区、部分相变区。不同的区域有不同的组织，不同的性能。,如图所示,热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于,焊接方法、焊接规范,和,接头形式,等因素。,在热源热量集中、焊接速度快时，热影响区就小。如,电子束焊,的热影响区最小总宽度一般小于,1,mm,。,气焊,的热影响区总宽度一般达到,27,mm,。,焊接的应力与变形,1,、产生的原因：焊接对焊缝区,不均匀的加热和冷却,是产生焊接应力和变形的根本原因。,以平板对接为例分析焊前与焊后的应力状况。,低碳钢平板对接焊时应力和变形的形成,（,a,）焊接中（,b,）冷却后,平板对焊后的应力：,焊缝区产生,拉应力,，两侧产生,压应力,，平板整体缩短了,l,。,这种室温下保留在结构中的焊接应力和变形，称为焊接,残余应力,和,变形,。,拘束很大（刚性夹持,大平板对接）,有,残余应力，无残余变形,拘束较小（小板对接焊）,既有残余应力，又有残余变形,2,、变形的种类：,）,收缩变形,）,角变形,）,弯曲变形,）,扭曲变形,）,波浪形变形,纵向和横向,收缩变形,纵、横向尺寸缩小,角变形,V,形坡口对接焊时，因焊缝截面,形状上、下不对称，焊后横向收缩,不均匀而引起,弯曲变形,T,形梁焊接时，由于焊缝布置,不对称，焊缝纵向收缩后引起工件,向焊缝一侧弯曲,扭曲变形,焊缝在横截面上布置不对称或,工艺不合理，产生纵向扭曲变形。,波浪形变形,薄板在焊接应力作用下，在厚度方向因丧失稳定性而引起波浪形变形,（,翘曲变形,）,焊接变形的防止与矫正,1,、防止焊接变形的措施,（,1,）设计结构时，焊缝布置和坡口形式尽可能,对称,，焊缝截面和长度,尽可能小,，这样加热少，变形小。,（,2,）焊前组装时采用,反变形法,。,（,3,）,刚性固定法,利用,夹具、胎具,等强制手段，以外力固定被焊工件来减小焊接变形，如图所示。,该法能有效地,减小焊接变形,，但会产生,较大的焊接应力,，故一般只用于塑性较好的低碳钢结构。,（,4,）采用合理的焊接顺序,1,）尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。,2,）采用,分散对称焊,工艺，长焊缝尽可能采用,分段 退焊,或,跳焊,的方法进行焊接，这样加热,时间短,、,温度低,且分布均匀，可减小焊接应力和变形,分散对称的焊接顺序,长焊缝的分段焊,a),退焊,b),跳焊,分散布置焊缝,a,）不合理,b,）合理,对称分布焊缝,a,）不合理,b,）合理,焊缝避开最大应力集中部位,a,）不合理,b,）合理,焊缝远离机械加工表面,a,）不合理,b,）合理,2,、矫正焊接变形的方法,基本原理是产生新变形抵消原来的焊接变形。,1,）机械矫正法,：,用机械,加压或锤击,的冷变形方法，产生塑性变形来矫正焊接变形。适用于,塑性较好、厚度不大,的焊件。,2,）火焰矫正法,：利用火焰局部加热后的冷却收缩，来抵消该部分已产生的伸长变形。加热部位必须正确。,焰加热矫正的加热温度一般为,600,800,。,3,、减少和消除焊接残余应力的措施,锤击焊缝,焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行锤击，可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。,焊前预热,将焊件,预热,到,350,400,后再进行焊接，,是一种减少焊接应力的有效方法。,焊后热处理,去应力退火,加热温度为,550-650,，该方法,可消除残余应力的,80,左右，是,最常用最有效,的方法。,缺陷名称,示意图,特征,产生原因,气 孔,焊接时，熔池中的过饱和,H,、,N,以及冶金反应产生的,CO,，在熔池凝固时未能逸出，在焊缝中形成的空穴,焊接材料不清洁；弧长太长，保护效果差；焊接规范不恰当，冷速太快；焊前清理不当,裂 纹,热裂纹：沿晶开裂，具有氧化色泽，多在焊缝上，焊后立即开裂,冷裂纹：穿晶开裂，具有金属光泽，多在热影响区，有延时性，可发生在焊后任何时刻,热裂纹：母材硫、磷含量高；焊缝冷速太快，焊接应力大；焊接材料选择不当,冷裂纹：母材淬硬倾向大；焊缝含氢量高；焊接残余应力较大,夹 渣,焊后残留在焊缝中的非金属夹杂物,焊道间的熔渣未清理干净；焊接电流太小、焊接速度太快；,操作不当,咬 边,在焊缝和母材的交界处产生的沟槽和凹陷,焊条角度和摆动不正确；焊接电流太大、电弧过长,焊 瘤,焊接时，熔化金属流淌到焊缝区之外的母材上所形成的金属瘤,焊接电流太大、电弧过长、焊接速度太慢；焊接位置和焊条不当,未焊透,焊接接头的根部未完全熔透,焊接电流太小、焊接速度太快；坡口角度太小、间隙过窄、钝边太厚,常见焊接缺陷,焊接裂纹,1,热裂纹,（,1,）结晶裂纹,焊缝区，结晶过程中形成液化裂纹,热影响区，过热、晶间低熔点杂质熔化,特征,沿晶界开裂，又称晶间裂纹，有氧化色彩,（,2,）产生原因,：晶间存在液态薄膜,接头中存在拉应力,（,3,）防止,（冶金和力的因素）,2,冷裂纹,（,1,）形态和特征,焊道下裂纹,热影响区内形成（图,a,）,焊趾裂纹,应力集中的焊趾处，扩展,（图,b,）,焊根裂纹,焊缝根部形成（图,c,）,特征,无分支，通常穿晶型，表面冷裂纹,无氧化色彩,最常见,延迟裂纹（延迟一段时间才发生）,延迟裂纹产生原因,淬火倾向严重，导致接头脆化。,含氢量较高，造成大的局部压力，使接头脆化。,存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，故冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫,氢致裂纹,。,气孔,在熔池液体金属冷却结晶时，原来高温下溶解在焊缝液体金属中大量的气体，随温度的下降产生溶解度的降低而,析出,。,在焊缝快速冷却下，气体来不及逸出熔池表面，导致气孔产生。,种类：,氢气孔,熔池结晶时氢的溶解度急速,下降，析出氢气，产生氢气孔。,CO,气孔,当熔池氧化严重时，熔池存,在较多的,FeO,，在熔池温度下降时，,FeO+C Fe+CO,若熔池已开始结晶，则,CO,将来不及逸出。,氮气孔,熔池保护不好时，空气中的氮溶,入熔池而产生。,防止气孔的方法：,焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口要清除锈、油和水。,焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。,CO,2,焊时，采用药芯焊丝。,采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。,焊接检验,保证焊接接头质量，防止有缺陷焊缝投入使用,一、焊接检验过程,焊前检验、,焊接生产中的检验,、焊后成品检验,外观检验,x,光检验，,水压试验,二、外观检验,三、无损检验,磁粉检验,着色检验,超声波检验,X,射线、,射线检验,四、力学性能试验,拉伸试验、冲击试验、弯曲及压扁,硬度、疲劳试验,五、密封性检验,（容器或管道）,静气压试验,煤油检验,水压试验,金属的焊接性,一、金属的焊接性的基本概念,指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,可焊性受,焊接材料、焊接方法、构件类型,及,使用要求,等四个方 面因素的影响。,它包含,工艺焊接性,和,使用焊接性,两方面内容。,前者说明该金属材料能不能 焊接问题，后者说明焊接后能不能使用问题。,l,）工艺焊接性,工艺焊接性是指在某一焊接工艺条件下，能得到,优质焊接接头,的能力。,它不是金属材料所固有的性能，可随着,新的焊接方法、焊接材料,和,工艺措施,的不断出现及其完善而变化。,如,铝及铝合金,，若采用焊条电弧焊或气焊时，难以获得优质焊接接头，此时该类金属的焊接性差，但改用,氩弧焊,焊接，则焊接接头质量良好，此时的焊接性好。,工艺焊接性可由,碳当量法,来判定：碳当量是把钢中合金元素（包括碳）含量按其对淬硬、冷裂及脆化等的影响换算成碳的相当含量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。,碳当量计算公式为,Ceq,=C+,Mn,/6+(Cr+Mo+V)/5,+(Ni+Cu,)/15(%),式中化学元素的含量均为百分数,Ceq,0,4,时，钢的工艺焊接性良好；,Ceq,在,O,4,0,6,时，工艺焊接性中等。,Ceq,o,6,时，工艺焊接性较差。,该法粗略，实际时要进行,抗裂试验,及焊接,接头使用可焊性,试验。,小型抗裂试验法,能,定性评定,不同拘束型式的接头,产生裂缝,的倾向。,常用试验方法：刚性固定对接试验法,Y,形坡口试验法,十字接头试验法,2,）,使用焊接性,指整个焊接接头或整体结构满足技术条件规定的使用性能的程度。,其中包括,力学性能、缺口敏感性,及,耐腐蚀性能,等。,碳钢的焊接,一、低碳钢的焊接,含碳量,0.25%,，塑性好，没有淬硬倾向，焊接性良好，无需特殊工艺措施，可用各种方法焊接。,常用,手弧焊、埋弧焊、电渣焊、,气体保护焊、电阻焊。,二、中、高碳钢焊接,含,C,量,0.25,0.6%,，焊接性（随,C,）逐渐变差，实际生产中，主要用于焊接各种,中碳钢,的铸钢件与锻件。,中碳钢焊接特点,：热影响区易产生,淬硬组织和冷裂缝,焊缝金属热裂缝倾向较大,中碳钢一般采用,手弧焊,，厚件可考虑,电渣焊,；,高碳钢,焊接特点与中碳钢相似，焊接性更差，一般只限于修补工作。,合金结构钢的焊接,机制用合金结构钢,一般,轧制、锻制,、,焊接较少,普通低合金结构钢,多用（低合金钢）,低合金钢焊接特点：,热影响区的淬硬倾向,焊接接头的裂纹倾向,冷裂纹倾向大,冷裂纹影响因素：,焊缝、热影响区含,H,；,（最重要）,热影响区淬硬程度；,接头应力大小,多为延迟裂纹,铸铁的焊补,含,C,量高，组织不均匀、塑性很低,焊接性很差（焊补）,焊接特点,：熔合区易产生白口组织,易产生裂缝,易产生气孔,一般采用,气焊，手弧焊,进行焊补铸铁件：,热焊法,焊前将铸铁工件整体或局部预热到,600,700,，焊后缓慢冷却的工艺。,冷焊法,焊补之前，工件不预热或只进行,400,以下,低温预热的焊补方法。,冷焊法一般是用手工电弧焊进行焊补,非铁金属的焊接,一铜及铜合金的焊接,比低碳钢困难得多，原因：,焊接法,氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊,二铝及铝合金的焊接,也较困难，焊接特点：,焊接法,氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、,钎焊,异种金属的焊接,比同种金属困难,也有熔焊、压焊、钎焊,熔焊,较多应用电子束焊、激光焊、等离子弧焊。,压焊,闪光焊、摩擦焊,