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焊接
一．概述：
1.通过加热或加压（或两者并用）、并且用或不用填充材料，使焊件形成原子间结合的一种连接方法。
焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。
2.分类：按焊接过程物理和工艺特点，分为三大类： 熔化焊、压力焊、钎焊。
1） 熔化焊：气焊，电弧焊，电渣焊，等离子弧焊，电子束焊，激光焊
电弧焊：焊条电弧焊，埋弧焊，气体保护焊（氩弧焊，二氧化碳气体保护焊）
2）压力焊：电阻焊，摩擦焊等
3）钎焊：是低熔点填充金属（钎料）熔化后，与固态焊件金属相互扩散形成原子间的结合而实现连接的方法。
二．焊条电弧焊
1.原理
是在焊条端部与焊件之间的空气电离区内产生的一种强烈而持久的放电现象，实质上，是一种电荷在气体空间的导电过程。
2.焊接电弧的构造

阴极区：阴极区是电子发射区。产生的热量略少，其平均温度为2400K。
阳极区：阳极区表面受高速电子的撞击，产生较大的能量，占电弧热量的43%，其平均温度为2600K。
弧柱区：弧柱区长度几乎等于电弧长度，弧柱区产生的热量仅占电弧热量的21%，但弧柱中心温度高达5000～8000K。
3.引弧
1）电弧焊通常采用接触引弧法，它是先将焊条与工件接触形成短路，再拉开焊条引燃电弧的方法。
2）垂直引弧（敲击法）；划擦引弧。
3）将焊条末端与被焊焊件表面距离保持在2～4mm，电弧就能稳定地燃烧。
4.焊条角度与运条基本动作
1）焊条与焊接方向夹角70-80°，图a
2）运条基本动作：向下送进，沿焊接方向移动，横向摆动

5.焊条
1）焊条组成及作用 电焊条由焊芯、药皮两部分组成。
（1）焊芯：是指电焊条用的被药皮包覆的金属芯。 作用：a.传导电流，产生焊接电弧；b.焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。
（2）药皮：是指由具有不同物理和化学性质的细粒状物质经粘结均匀包覆在焊芯表面的涂料层。作用：a.保证电弧稳定燃烧;b.形成熔渣，在电弧区和熔池周围造成一种气氛保护焊接区域，获得良好的焊缝成形与性能;c.冶金作用，通过向药皮中加入脱氧剂、渗合金元素或一定含量的铁粉，提高焊缝金属性能。
2）焊条分类
（1）按熔渣特性分：按照焊条药皮熔化后，熔渣的特性来分类，可将电焊条分为酸性焊条和碱性焊条：
药皮成分以酸性氧化物为主的，称为酸性焊条，如二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铁等。
药皮成分以碱性氧化物为主的，称为碱性焊条，如大理石、萤石等。
（2）按用途分 结构钢焊条（J） 钼和铬钼耐热钢焊条（r） 低温钢焊条（W） 不锈钢焊条（B） 堆焊焊条（D） 铸铁焊条（Z） 镍及镍合金焊条（N） 铜及铜合金焊条（T） 铝及铝合金焊条（L） 特殊用途焊条（TS）
3）焊条的选用原则
等强度原则：焊接低碳钢和低合金钢时，一般应选用与母材同强度等级的焊条。
同成分原则：焊接耐热钢、不锈钢等金属材料时，应使焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相同或相近。
抗裂缝应选用碱性焊条：焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条。
抗气孔应选用酸性焊条：防止接头部位油污、铁锈高温下产生滞留气体，应选用抗气孔性好的酸性焊条。
低成本原则：满足使用要求，选用成本低和效率高焊条。
4)碳钢焊条牌号标准
牌号×
焊缝金属抗拉强度等级，MPa(kgf/mm2)>
牌号×
焊缝金属抗拉强度等级，MPa(kgf/mm2)>
J42×
420（43）
J60×
590（60）
J50×
490（95）
J70×
690（70）
J55×
540（55）
J75×
740（75）
碳钢焊条牌号第三位数字的意义
牌号
类及类型
焊接电源种类
牌号
类及类型
焊接电源种类
××0
不属已规定的类型
不规定
××5
纤维素型
直流或交流
××1
氧化钛型
直流或交流
××6
低氢钾型
直流或交流
××2
氧化钛钙型
直流或交流
××7
低氢钠型
直流
××3
钛铁矿型
直流或交流
××8
石墨型
直流或交流
××4
氧化铁型
直流或交流
××9
盐基型
直流
6..焊接参数
焊条电弧焊的焊接工艺参数通常包括：电源种类和极性、焊条直径、焊接电流、焊接速度、焊接层数、电弧电压等。
1）焊接电源种类和极性的选择
（1）交流与直流：
a.用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电弧稳定、柔顺、飞溅少，但电弧磁偏吹较交流严重。b.低氢型焊条稳弧性差，通常必须采用直流弧焊电源。用小电流焊接薄板时，也常用直流弧焊电源，因为引弧比较容易，电弧比较稳定。
(2)正接（正极接焊件）与反接：反接的电弧比正接稳定，正接焊缝深。
a.低氢型焊条稳弧性差，用直流电源焊接时，一般要用反接。b.焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因此焊接薄板时，不论用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。
2）焊条直径 焊条直径一般根据焊件厚度选择。
3）焊接电流
如果焊接电流过小会使电弧不稳，造成未焊透、夹渣以及焊缝成形不良等缺陷。反之，焊接电流过大易产生咬边、焊穿、增加焊件变形和金属飞溅量，也会使焊接接头的组织由于过热而发生变化。所以，焊接时要合理选择焊接电流。对于一定直径的焊条有一个合适的焊接电流范围。
4）焊接速度 凭经验
5）焊接层数 每层厚度不大于4-5mm。
6）电弧电压 取决于电弧长度 电弧过长，电弧摇摆，燃烧不稳定，熔深减小，熔宽加大，容易产生焊接缺陷。电弧太短，熔滴过渡时可能经常发生短路，使操作困难，而且熔宽太窄，焊接强度不够。
三． 焊接结构工艺性
1. 焊接材料的选择
在满足工作性能要求的前提下，首先要考虑焊接性较好的材料。1）低碳钢和含碳量小于0.4％的低合金钢都有良好的焊接性，设计中应尽量选用。2）镇静钢脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。沸腾钢含氧量较多组织成分不均匀，焊接时易产生裂纹，承受动载荷、在严寒下工作的重要构件等情况不宜选用。
3）异种金属焊接时，一般要求接头强度不低于被焊钢材中的强度较低者。4）设计焊接结构时多用型材，以降低重量，减少焊缝，简化工艺。
2、焊缝的布置
1）焊缝布置应尽量分散.两条焊缝的间距一般要求大于三倍板厚

2）焊缝的位置应尽可能对称布置。焊后不会发生明显的变形。

3）焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置

4）焊缝应尽量避开机械加工面

5）焊缝位置应便于操作
四. 焊接缺陷与焊接质量检验
1、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。
2）焊缝的外部缺陷
序号
名称
示意图
影响
1
焊缝增强过高
图a
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。
2
焊缝过凹
图b
焊缝工作截面减小使接头处强度降低。
3
焊缝咬边
图c
引起应力集中，焊缝工作截面减小使接头处强度降低
4
焊瘤
图d
对静载强度无影响，引起应力集中，使动载强度降低。
5
烧穿
图e
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。

a b c d e

3）焊缝内部缺陷
序号
名称
特征及影响
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
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。
冷裂纹
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。
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。

五.焊条电弧焊安全技术
1.防止触电
焊接前检查弧焊机机壳接地是否良好；保证焊钳和焊接电缆的绝缘良好；焊接操作前应穿好绝缘鞋，戴电焊手套；
避免人体同时触及弧焊机输出端两极；发生触电事故时，先立即切断电源，然后救人。
2.防止弧光伤害
穿好工作服，戴好电焊手套，防止弧光伤害皮肤；焊接时必须使用电弧焊专用面罩，保护眼睛和脸部，同时注意避免弧光伤害他人。
3.防止烫伤和烟尘中毒
清渣时要注意焊渣飞出方向，防止焊渣烫伤眼睛和脸部；焊件焊后要用火钳夹持，不准直接用手拿；电弧焊工作场所的通风要良好。
4.防火防爆
5.保证设备安全
线路连接点要接触良好；任何时候不能将焊钳放工作台上；发现弧焊机出现异常，要立即停止工作，切断电源；操作完毕或检查弧焊机必须切断电源。
5