电弧焊基础知识培训讲座PPT.ppt
电 弧 焊,绪 论,一、焊接的定义及应用1、焊接的定义 在GB3375-82焊接名词术语中规定了焊接的定义：焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充金属，使焊件间达到原子结合的一种加工方法。根据上述定义，焊接最本质的特点就是通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原来分开的物体构成了一个整体，这是任何其它连接形式所不具备的。,返回,2、焊接的应用,二、焊接方法分类 常用的焊接方法分为以下三类：1.熔焊 焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方法通称为熔焊。2.压焊 在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成的焊接方法，叫做压焊。3.钎焊 一组焊接方法，它通过把各种材料加热到适当的温度，通过使用具有液相温度高于450但低于母材固相线温度的钎料完成材料连接。钎料依靠毛细管吸附作用分布到接头紧密配合面上。,焊接方法分类示意图,三、焊接成型的特点,优点：1焊接结构形式可以多样化、复杂化。2异种材料之间可以实现一体连接。3制造工序比较简单。4可以节省金属材料。焊件比铆件轻36%，比铸件轻30%。缺点：1容易产生焊接缺陷，裂纹容易扩展。2容易产生焊接变形、残余应力和应力集中。,1.1焊接电弧,焊接电弧：是电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象。一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极约36%，弧柱约21%。温度：用钢焊条焊钢材时 阳极区2600K 阴极区2400K 电弧中心60008000K,第一章 电弧焊,使用直流电源焊接时有正接、反接两种：正接：正极接工件工件温度可稍高一些。反接：负极接工件，工件温度可稍低一些。交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为5090V，电弧稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为1635V。,1.2 焊接接头的组织与性能,一、焊接工件上温度的变化与分布各点处由常温较高温度常温 固态 液态 固态温度变化如4-3图二、焊接接头组织与性能以低碳钢为例 图4-4中，左图是焊件的横截面，右图是铁碳状态图的一部分,第一章 电弧焊,焊缝 焊缝的结晶是从熔池底壁开始向中心成长。焊缝两侧工件方向冷却较快，故形成的柱状的铸态组织，由铁素体和少量的珠光体组成，熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析物集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属性能可能不低于母材金属的性能。焊接热影响区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区等。熔合区 处于液相线、固相线之间，所以也称半熔化区。因温度过高而成为过热粗晶，强度、塑性和韧性都下降。此处接头断面变化，易引起应力集中。此区很大程度上决定着焊接接头的性能。过热区 被加热到Ac3以上100200C至固相线温度区间。奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，对易淬火钢，此区脆性更大,第一章 电弧焊,正火区 被加热到Ac1到Ac3以上100200C区间。在此区温度范围内，加热时发生重结晶，转变为细小的奥氏 体晶粒，冷却后为均匀而细小的铁素体和珠光体，其力学性能优于母材。部分相变区 相当于加热到Ac1Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而其力学性能比正火区稍差。焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，决定于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。增加焊接速度或减少焊接电流都能减少焊接热影响区。,三、改善焊接热影响区组织和性能的方法焊接热影响区在电弧焊焊接接头中是不可避免的。用焊条电弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳钢结构时，热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行热处理即可使用。但对重要的碳钢构件、合金钢构件、电渣焊焊接的构件为消除热影响区影响，一般采用焊后正火处理。对焊后不能进行热处理金属材料或构件，则只能在正确选择焊接方法与焊接工艺上来减少焊接热影响区的范围。,1.3 焊接应力与变形,焊接过程中，焊缝被加热处于液态，相邻的金属加热到很高的温度，然后再快速冷却下来，各点处温度不同，冷却速度也不相同，在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形或裂纹。焊缝是靠一个移动的点热源加热，然后逐次冷却下来形成的，因此应力的形成、大小和分布状况较复杂。假定整条焊缝同时形成，则应力分布如图4-5 焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能，承载能力大为降低，对于接触腐蚀性介质的焊件，应力腐蚀现象加剧，减少使用期限。,对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接应力的防止和消除：选择塑性好的材料。避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。合理的焊接次序。图4-6 a 为正确。焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。采用小能量焊接方法，或焊后立即捶击。需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应力退火。采用水压试验或振动法消除焊接应力。,焊接变形：由焊接应力引起。变形种类：图4-7 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形 焊件产生变形主要由焊接应力引起的，预防焊接应力的措施对防止焊接变形有时是有效的。当对焊件的变形有较高的限定时：结构设计中应采用：对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布结构。施焊中：采用反变形措施或刚性夹持方法（刚性夹持不适于淬硬性较大的钢结构和铸铁 件）。,焊接应力过大的严重后果是焊件（工件）产生裂纹，危害极大，对重要工件焊后应探伤。焊接裂纹与：焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有关；和焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）有关；含氢量的多少有关。所以焊接中应：合理选材、采取措施减少应力、选用合理的焊接工艺、焊接参数（如：采用碱性焊条、小能量焊接、预热、合理的焊接次序等,1.4 焊条电弧焊,焊条电弧焊（即手工电弧焊）适于高强度钢、铸钢、铸铁、和非铁合金，其焊接接头可与工件的强度相近，是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。一、焊条电弧焊的焊接过程电弧在工件和焊条之间燃烧，产生高温，电弧热使工件、焊芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解。药皮熔化进入熔池发生反应形成熔渣保护熔化金属。药皮分解CO2,CO,H2等气体围绕在电弧周围保护熔化金属。焊缝质量有很多因数决定，如母材 金属和焊条质量、焊前的清理程度、焊时电弧的稳定情况、焊接参数、焊接操作技术、焊后冷却速度、以及 焊后热处理等。,二、电焊条焊芯 起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6，最大为8。常用3.25。焊条药皮 主要作用：提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害 作 用；对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊 缝金属的化学成分和力学性能。焊条的种类、型号和牌号 焊条有七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜焊条、铝焊条 焊条的型号、牌号 型号牌号关系 东工机械零件设计手册 P682 表8-39 碳钢焊条,摘自GB 5117-85,第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型,表示抗拉强度Kgf/mm2,牌号（焊接行业中焊条代号）,E4303,第3位表示焊接位置,表示焊条,抗拉强度420MPa,J422,药皮类型、电流种类、15酸性、6、7碱性,结构钢焊条。,例：,注意：#焊条型号是国家标准中的焊条代号#焊条牌号是焊接行业的焊条代号，注意型号和牌号的对应关系#按熔渣性质，焊条可分为两类：酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物较多，适于各种电源，成本低，但焊缝的塑性、韧性稍差，操作性好，渗合金作用弱不宜焊接受动载荷和要求高强度的 重要结构件 碱性焊条：熔渣中碱性氧化物多，一般采用直流电源。焊缝 塑性、韧性好，抗冲击能力强，价格较高，操作 性差，故只适于焊接重要结构件。,焊条选用原则 选用焊条通常是根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀性、以及耐高温性能等要求选用相应的焊条种类。(1)低碳钢、普通低合金钢构件 焊缝与母材等强度。注意：钢材按屈服强度定等级，结构钢焊条的等级是指焊缝金属抗拉强度最低保证值。(2)同一强度等级酸碱性焊条的选用 碱性焊条：要求塑性好、冲击韧性高、抗裂性好、低温性好。酸性焊条：受力不复杂，母材质量较好，尽量选用较便宜的酸性焊条。(3)低碳钢与低合金钢焊接，按接头中强度较低者选焊条。(4)铸钢易裂一般应选碱性，且采用适当工艺，如预热。(5)特殊性能要求钢，选相应焊条，以保证焊缝主要化学成分、性能与母材相同。,2.1 焊接结构件材料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。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；含碳量大于0.4和碳当量大于0.4的合金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。若必须选用，应在设计中和生产中采取必要的措施。强度级别较低的低合金结构钢，焊接性能与低碳钢基本相同，而强度明显提高，应优先选用。强度级别较高的低合金结构钢，焊接性能稍差些，设计强度要求高的重要结构可以选用。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。,第二章 焊接结构设计,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。异种金属焊接时，必须特别注意它们的焊接性及其差异。一般要求接头强度不低于被焊钢材中的强度较低者。设计焊接结构时多用型材，以降低重量，减少焊缝，简化工艺。还可以选用铸钢件、锻件或冲压件来焊接,2.2焊接接头的工艺设计,一、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 图4-41 焊缝远离机械加工表面的设计5.焊缝位置应便于操作 图4-42 焊缝位置便于电弧焊的设计 图4-43 焊缝便于埋弧焊的设计 图4-44 便于点焊即焊缝的设计此外，焊缝应尽量放在平焊位置，尽可能避免仰焊焊缝，减少横焊焊缝，尽量使全部焊接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配点固。,二、接头形式的选择与设计1.接头形式 图4-45 焊条电弧焊接头形式2.坡口形式 气焊，焊条电弧焊，气体 保护焊常用的几种焊缝坡口 形式与尺寸见图4-45。焊条电弧焊对接焊接时，板厚为16mm时，一般可不开坡口（即I型坡口）直接焊成。,3.接头过渡形式,
