焊接基础知识培训对技术人员ppt课件.ppt

焊接基础知识培训,目录,第一章,焊接基础知识,第二章,焊接结构设计,第三章,焊接图纸标注,第四章,焊接质量控制,第一章,焊接基础知识,?,焊接的概念,焊接是两种或两种以上同种或异种材料通过,原子或,分子,之间的结合和扩散连接成,一体,的过程。,促使原子或分子之间产生结合和扩散的方法是加热,或加压，,或同时加热又加压。,?,焊接的应用,广泛应用于机械、汽车、船舶、石油化工、电力、,建筑、原子能、海洋工程、宇航工程、电子技术等工业,部门。,焊接在机械制造中是一项十分重要的加工工艺。据,统计，每年用于制造焊接结构的钢材占钢材总产量的,70%,左右。,第一章,焊接基础知识,?,焊接的本质,两材料原子之间不能产生结合和扩散的主要原因是材,料的连接表面有氧化膜、水和油等吸附层以及两材料原子,之间尚未达到产生结合力的距离，对金属而言该距离约为,35Am,（,1Am=10,-7,mm,）。,焊接时，加压可以破坏连接表面的氧化膜，产生塑性,变形以增加接触面，使原子之间达到产生结合力和扩散的,条件；加热的目的是使接触面的氧化膜破坏，降低塑性变,形阻力，增加原子振动能，促进再结晶、扩散、化学反应,等过程。一般只需加热达塑性状态或熔化状态。对于金属,材料，加热温度越高，实现焊接所需的压力越小，当达到,熔化温度时，可以不需再加压。,第一章,焊接基础知识,?,焊接的分类,金属的焊接，按其工艺特点可以分为熔焊、压焊和钎焊,三大类。,焊接,熔焊,压焊,钎焊,电,弧,焊,熔化极,非熔化极,焊,条,电,弧,焊,埋,弧,焊,熔,化,极,氩,弧,焊,CO,2,气,体,保,护,电,弧,焊,电,子,束,焊,激,光,焊,药,芯,焊,丝,电,弧,焊,电,渣,焊,气,焊,锻,焊,铝,热,焊,钨,极,氩,弧,焊,原,子,氢,焊,等,离,子,弧,焊,氧,氢,焊,氧,乙,炔,焊,空,气,乙,炔,焊,点,焊,缝,焊,对,焊,摩,擦,焊,冷,压,焊,电,阻,焊,超,声,波,焊,扩,散,焊,高,频,焊,爆,炸,焊,火,焰,钎,焊,烙,铁,钎,焊,感,应,钎,焊,电,阻,钎,焊,盐,浴,钎,焊,炉,中,钎,焊,第一章,焊接基础知识,?,焊接的分类,ISO4063,对各种焊接方法进行了分类，并且用数字代码体系和英文标准名称及缩写,进行了表示，数字代买体系这样可以不受各个国家语言文化习惯的影响，统一并准确的区,分和描述一种焊接方法,。,GB/T 5185,是中国的等同标准。,类别,名称,英文名称,实例,数字代码,英文名称及缩写,美国名称及缩写,中文名称,1,弧焊,Arc welding,111,Manual metal arc welding-MMA,Shielding metal arc welding-,SMAW,焊条电弧焊,131,Metal inert gas welding-MIG,Gas metal arc welding-GMAW,熔化极惰性气体保护焊,135,Metal active gas welding-MAG,Gas metal arc welding-GMAW,熔化极活性气体保护焊,141,Tungsten inert gas welding-,TIG,Gas tungsten arc welding-GTAW,钨极惰性气体保护焊,2,阻焊,Resistance,welding,21,Spot welding,Resistance spot welding,点焊,3,气焊,Gas welding,311,Oxy-fuel acetylene welding,Oxyacetylene welding,氧乙炔焊,4,压力焊,Welding with,pressure,441,Explosive welding,Explosion welding,爆炸焊,5,束焊,Beam welding,51,Electon beam welding,Electon beam welding,电子束焊,6,空缺备用,7,其它,Other welding,process,786,Capacitor discharge stud,welding with tip ignition,Arc stud welding,带点火嘴的电容放电螺,柱焊,8,切割和气刨,Cutting and,gouging,871,Air arc gouging,Air carbon arc gouging,空气电弧气刨,9,硬、软钎焊和联,合焊接,Brazing,soldering,and braze welding,912,Flame brazing,Torch brazing,火焰硬钎焊,第一章,焊接基础知识,?,焊接热过程及其特点,1.,焊接的一般过程,熔焊是应用最广的一种焊接方法。一般焊接部位需经历加,热,熔化,冶金反应,凝固结晶,固态相变,形成接头等,过程，见下图。,第一章,焊接基础知识,2.,焊接热过程的特点,焊接热过程有两个基本特点,1),局部性：焊接热量集中在焊接连接部位，而不是均匀加热,整个焊件。与金属热处理不同，不均匀加热是焊接过程的,基本特征。,2),瞬时性：焊接时，热源以一定速度移动，焊件上任一点受,热的作用都具有瞬时性。在集中热源作用下，加热速度很,快，如电弧焊在,1500,/s,以上。冷却速度也很快，冷却速,度能够达到,200,/s,（当然冷却速度受焊件是否预热、焊,件厚度以及焊接环境等制约）。,第一章,焊接基础知识,3.,焊接热过程对焊接质量的影响,热过程决定着熔池的温度和存在时间，温度高低和时间长短直接影响,着熔池金属的理化反应，若反应不完全，在焊缝金属中将会产生如偏,析、气孔、夹杂等缺陷。,在热过程中，由于热传导的作用，近缝区的母材金属将发生组织与性,能的变化，这种变化与焊接热源性质、加热时间和冷却速度有关，受,其影响在该区可能产生淬火、硬化或软化现象。,焊接是不均匀加热和冷却的过程，在接头区内发生不同程度的热塑性,变化，焊后将产生不均匀的应力状态和各种变形，焊接应力与冶金因,素共同起作用可能产生裂纹。,提高母材和填充材料的熔化速度是提高焊接生产率的重要途径，而熔,化速度则决定于热的作用。故焊接热过程对焊接生产率发生影响。,第一章,焊接基础知识,?,焊接电弧的产生,电弧是各种弧焊方法的热源，是在两电极之间的气体介,质产生持续而强烈的放电现象。通过电弧放电，将电能,转化为热能、机械能和光能。电弧焊主要利用其热能来,熔化焊接材料和母材，达到连接金属的目的。,气体放电主要依靠两极间气体电离和阴极电子发射这两,个物理过程来实现。,1.,电子发射,当阴极表面受外加能量作用，内部的自由电子能冲破电,极表面的约束而飞出的现象称为电子发射。,第一章,焊接基础知识,电子发射形式有：热发射、电场发射、光发射和粒子碰,撞发射等。焊接电弧中主要是热发射、电场发射。,?,激励与电离,原子中的电子吸收不大的能量，从里层轨道跃迁到外层,轨道的现象叫激励。,原子中的电子吸收比较大的能量，电子可以摆脱原子核,的引力控制而跑掉，于是导致原子分离成电子和正离子，,这种现象叫电离。,第一章,焊接基础知识,?,焊接电弧的特性,1.,热特性,电弧的温度分布是呈现一定规律的。如钨极氩弧焊的温,度分布如下图。,第一章,焊接基础知识,2.,电特性,2.1,静特性：在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，,电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系称为,焊接电弧的静特性。,右图为电弧静特性曲线图。,该曲线为一,U,型曲线。,第一章,焊接基础知识,2.2,动特性：在一定弧长下，当电弧电流以很快速度变化,时，,电弧电压瞬时值和电流瞬时值之间的关系称为焊接电,弧,的动特性。,右图为电弧动特性曲线图。,第一章,焊接基础知识,3.,力特性,1),电磁收缩力：由磁压缩效应引起，大小正比于电流的平方，方向垂,直于电流线，有使导体界面收缩的趋势。电磁收缩力可导致电弧的,轴向推力，作用于熔池表面，使熔池下凹,产生熔深,。,2),等离子流力：被电离的气体等离子连续向工件冲击，形成具有一定,速度的连续气流，对熔池产生附加压力，这种压力称为等离子流力。,能够增大电弧刚度，促进熔滴过渡，较少金属飞溅，增大熔深及对,熔池的搅拌作用。,3),斑点力：电极端面的斑点上由于导电导热过程特点而产生的附加压,力，该力总是阻碍熔滴过渡。,4),爆破冲击力：当熔滴和熔池发生短路时，短路电流使液柱温度急剧,升高，金属内部气化而爆破，爆破引起的冲击力成为爆破冲击力。,对熔滴过渡不利和焊缝成形不利，甚至产生飞溅。,第一章,焊接基础知识,?,熔滴过渡类型,分为自由过渡、接触过渡及,渣壁过渡三大类。,自由过渡包括滴状过渡、喷,射过渡、射流过渡、爆炸过,渡等。,接触过渡分短路过渡、搭桥,过渡。,渣壁过渡分沿渣壳过渡和沿,套筒过渡。非别是埋弧焊和,焊条电弧焊的过渡方式。,第一章,焊接基础知识,?,母材的熔化和焊缝的形成,母材吸收阴极区或阳极区的热量，局部完全熔化，连同半熔化的部分,一起构成具有一定形状的熔池。,熔池的形成是力与热共同作用的结果。,上述各种电弧力对其造成影响。热传导,使母材上出现温度场。在母材上只有加,热温度达到熔化温度的部分金属才熔化，,因此，温度场上的等温面就是熔池与固,体母材的分界面。该等温面的空间形状,和尺寸，也就是熔池的轮廓和尺寸。,第一章,焊接基础知识,?,熔池形状对焊缝的影响,主要表现在焊缝成形、焊缝金属化学成分和焊缝结晶结,构的影响。,1),对焊缝成形的影响：熔池冷凝后便形成了焊缝的外形，,焊缝横截面的形状和尺寸，反映了熔池的最大横截面的,轮廓形状和尺寸。通常用熔宽、熔深和余高来表示焊缝,界面尺寸。,2),对焊缝金属化学成分影响：略,3),对焊缝结晶结构的影响：略,第二章,焊接结构设计,?,焊接连接,1.,接头及焊缝种类,焊接接头是用焊接的方法把零件或部件相互连接起来的,区域，接头的种类是通过零部件在结构设计上相互配置,的情况而确定的。下图列举了各种焊接接头。,第二章,焊接结构设计,第二章,焊接结构设计,第二章,焊接结构设计,2,、接头准备的基本概念,第二章,焊接结构设计,2,、接头准备的基本概念,第二章,焊接结构设计,3,、熔化焊焊缝的基本概念,?,单道焊缝,第二章,焊接结构设计,3,、熔化焊焊缝的基本概念,第二章,焊接结构设计,3,、熔化焊焊缝的基本概念,?,多道焊焊缝,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,?,对接焊缝,对接焊缝受力远好于角焊缝，应力集中远低于角焊缝，可以承受拉应力，对,于重要的结构、承受动载的结构优先选用对接焊缝。,在对对接焊缝进行加工后，例如将余高去除后，应力集中几乎可以完全消失。,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,对接焊缝的厚度，按照,ISO2553,，用“,S,”表示，可以省略。对于全焊透的,对接焊缝，焊缝厚度等于材料厚度，未全焊缝的对接焊缝的厚度需要标注。,对于不等厚母材的对接焊缝，焊缝厚度等于较薄材料厚度。在设计时要予以,注意，根据结构应力分析和重要程度，静载结构，厚度差不要超过,10mm,，,动载结构不要超过,3mm,，且需将厚板加工成斜坡（按照,DIN18800,规范）。,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,未全焊缝的对接焊缝如下图所示，这种焊缝在焊缝根部存在着应力集中情形，,受力不如全焊透焊缝，设计此类焊缝时一般要求强度计算校核，同时，对于,焊缝质量有特定要求，例如轨道车辆行业就对这类焊缝要求做工作样件，用,来验证焊缝质量，主要是焊缝厚度能否达标。,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,?,角焊缝,对接焊缝虽然受力好，但是对于实际结构设计而言，仍然大量的需要用到角,焊缝，因为没有角焊缝就不会有二维、三维结构的产生。,按照,ISO2553,规定，角焊缝厚度用字母“,a,”加阿拉伯数字表示，如,a6,表示,厚度为,6,的角焊缝。角焊缝的厚度指的是焊喉深，也即等腰三角形的高度，,而对于不等腰的角焊缝，则等于按较短直角边确定的等腰直角三角形的高度，,如下面右图所示。,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,上面提到的各种角焊缝形式，有不同的应用和特点。,第二章,焊接结构设计,4,、连接形式,角焊缝的确定：根据静力学计算厚度。,最小焊缝厚度,a,min,:,由有关的施工标准和施工规程所规定，如德国钢结构标准,DIN18800,，,a,min,=2.0mm,，当然这个值是对所有结构而言，针对不同厚度材,料有不同的规范，该标准也给出了计算公式，,最大焊缝厚度,a,max,:,盲目的追求将焊缝多堆积几层，即加大焊缝厚度是没有用,的，一般而言，最大焊缝厚度不要超过最小壁厚的,0.7,倍。,第二章,焊接结构设计,5,、焊接结构设计的一些禁忌及注意问题,设计焊接结构时，必须要考虑到结构的焊接工艺性，包括材料的可焊接性、,焊接的可达性、焊接的变形程度等等。,材料的可焊性是最重要的考虑因素，将高碳钢、工具钢等材料用于焊接结构,是一种很不明智的选择。,焊接的可达性是设计人员在设计时经常碰到的问题。焊接的可达性应根据焊,接方法、位置和结构来综合考虑。,焊接的变形程度的考量，对于薄板结构，过多的焊缝将导致大的变形，调整,将是一件费工费力的事。,后面是一些实例。,第二章,焊接结构设计,用气体保护焊焊接方法,焊接时，需要给焊枪留,出运行空间（焊枪不能,太陡，否则影响焊接质,量）。,相邻对接焊缝应保证一定的距离，因为相互的热影响。,对于十字交叉焊缝本,身应尽量避免，如不,可避免则考虑给角焊,缝所在板开槽，并且,保证角焊缝距离对接,焊缝一定距离，,d,应,至少,20mm,。,第二章,焊接结构设计,对于加强筋的设计，角根可以开豁口，以免焊缝,相接，末端若要求包角焊，需保证图中所示尺寸。,对于角焊缝的最基本要求，,保证一定的边缘距离，以免,容易产生咬边。,搭接接头的角焊缝保证一定的距离。,重要对接焊缝可在两端加引弧板、引出板。,第二章,焊接结构设计,铆接和焊接复合连接的结构并不,合理，铆接本身将不起作用。,对于承受动载荷的焊缝，如果质量要求高，应力情况恶,劣，可以考虑对焊趾进行圆滑加工处理，或者去除余高。,第二章,焊接结构设计,哪个是最,优结构？,第三章,焊接图纸标注,ISO2553,规定了在工程图纸上面怎样进行焊接标注，中国有相应的国标，,即,GB/T 324,。,1.,表示方法,?,基本符号和组合符号,第三章,焊接图纸标注,ISO2553,规定了在工程图纸上面怎样进行焊接标注，中国有相应的国标，,即,GB/T 324,。,1.,表示方法,?,基本符号和组合符号,第三章,焊接图纸标注,?,表面形状的辅助符号,?,施焊用到,的辅助符号,第三章,焊接图纸标注,?,补充符号,第三章,焊接图纸标注,2,、,焊缝标记方法,?,箭头线的位置,箭头线与角度线是以一角度相交连接起来的，对于需进行坡口加工后焊接形成的焊缝，可以用,箭头线表示，箭头总是指向需加工的表面。,第三章,焊接图纸标注,?,基线的位置,基线大多平行进行标记，在一些特殊情形下也允许垂直标记,。,?,基线符号的位置,基线符号可以在基线的上方，也可以在基线的下方，在一张表示图样中应尽可能的,使用同一表,示形式,。,?,单面焊缝的表示：,实际结构中存在着单面施焊和双面施焊的情况，这可以通过箭头线的指向来区分。在设计和阅,读工程图时，需要仔细观察箭头的尖在什么位置，这是很重要的图纸语言，理解错了就会发生,施焊位置错误的质量问题。,可以参考下页图中示例。,第三章焊接图纸标注,第三章焊接图纸标注,?,双面焊缝的表示：,对于双面焊缝，可以采用组合焊缝进行标示，这时就不需要再画虚线了。,第三章焊接图纸标注,?,焊缝尺寸标示：,焊缝厚度标示在基本符号或组合符号的左边，焊缝长度标示在右边。,对于角焊缝来说，表示出所有尺寸显得特别重要。有两种表示方法，可以用焊缝厚度表示，也,可以用焊角长度,z(GB,为,K),表示。,对于断续角焊缝，焊缝长度的表示也在右边，需要用到三个参数才能完整表示，即,n,焊缝,段数，,l,段焊缝长度，,e,焊缝间隔长度,。,第三章焊接图纸标注,第三章焊接图纸标注,3,、,补充说明,必要时，可以在焊缝标注基线尾部再附加一个尾叉，立面可以加上补充说明，,补充说明可以采用标准规定的四个部分内容，也可以自己定义。标准规定的四,个部分内容如下图所示。,即“焊接工艺（方法）”、检验标准、焊接位置、焊接材料，中间用“,/,”隔开。,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第三章焊接图纸标注,4,、,完整的标注示例,第四章焊接质量控制,焊接质量控制都是从,ISO9001,说起，,ISO9001,的,7.5.2,条款谈到特殊过程，当生,产和服务提供过程的输出不能由后续的监视或测量加以验证时，组织应对任何,这样的过程实施确认，包括仅在产品使用或服务已交付之后问题才显现的过程，,确认应证实这些过程实现所策划的结果的能力。组织应对这些过程做出安排，,适用时包括：,a),为过程的评审和批准所规定的准则；,b),设备的认可和人员资格的鉴定；,c),使用特定的方法和程序；,d),记录的要求；,e),再确认。,从以上说明来看，机械制造行业很多种金属加工方法都属于这种过程，即特殊,过程，目前,，一般认为焊接、电镀、热处理、涂装、粘接、铸造、压铸、压接等等都属于,特殊过程。,但是，更加严格科学的来分析这些过程属不属于特殊过程，在目前的质量管理,界也越来越,重视了。,就焊接来说，如果焊缝是承受载荷的焊缝，结构比较重要（安全性要求高）、,对强度和疲,第四章焊接质量控制,由于焊接的应用极其广泛，如航空航天、船舶制造、海洋工程、压力容器、电,站设备、轨道车辆、钢结构、工程机械等等，有些行业的有些产品对于焊接质,量要求非常高，比如压力容器、高速轨道车辆、船舶等等，这些行业的产品往,往有着极其严格的安全性和质量要求，焊接一般都是按照特殊过程对待。,为了保证焊接质量，国际焊接协会经过多年的实践探索，摸索出了一套完整的,保证方法，那就是将焊接也当做一个体系来管理，从人、机、料、法、环等完,整质量环节进行控制。国际焊接协会制定了相应标准,ISO3834,，该标准按,照,ISO9000,体系思想进行设计，完整的引用了,ISO9001,标准，并充分融入焊接,本身的特点。,目前，已经有一些行业应用这个标准对焊接进行质量管理了，比如欧洲轨道车,辆行业就制定了,EN15085,标准体系，引用了,ISO3834,进行焊接质量管理，这大,大促进了轨道车辆行业的发展，高速列车的出现和质量的稳定无疑受惠于这个,质量管理标准的应用。,第四章焊接质量控制,不管是否将焊接质量作为一个体系来控制，有些基本要求对于任何行业都是适,用的，也是最基本的。,首先就是焊接产品的验收标准问题，任何行业任何产品，只要有焊缝，只要对,焊缝质量有验收要求，就必须要有一个统一的验收标准。,ISO5817,是对于钢及,镍合金熔化焊焊缝的验收标准，,ISO10042,是对于铝及铝合金熔化焊焊缝的验收,标准，这两种标准适用于任何行业。,中国的情况是，关于焊缝质量的验收标准比较杂乱，不同行业有各自的标准，,国家统一标准,GB/T 12469,是关于钢熔化焊缝的要求和缺陷分级，缺乏对铝合金,等其他金属材料焊缝的验收标准，但是,GB/T 12469,的应用也并不广泛。船舶行,业、钢结构行业、工程机械行业都有自己相应的焊缝验收标准，工程机械行业,标准是：,JB_T 5943-1991_,工程机械,_,焊接件通用技术条件。,我们公司选用哪个标准,作为焊缝质量验收标准？,第四章焊接质量控制,其次，对于焊接而言，具体从以下几个方面对质量进行控制：,?,人：焊接工人必须持证上岗，焊接技术人员必须具备一定的经验和资质，焊,接检验人员必须持证上岗，如无损检测人员必须持证山岗（如,EN15085,规定，,NDT,人员必须具备,EN473,相应资质等级）。,?,机：应具备可靠的焊接设备，特殊材料的焊接对于焊接设备有特定要求，如,铝合金焊接，一般焊机是不能胜任的，不能达到好的质量。,?,料：焊接材料生产厂家一般都是需要取得相应的资质认证，如船级社认证、,DB,认证等等。,?,法：焊接工艺需要经过评定、批准后才能生效，获得,WPQR,。,?,环：焊接环境也有一定要求，如铝合金焊接环境湿度必须小于等于,60%,，钢,的必须小于等于,90%,。,焊接过程的控制也很重要，特殊过程的控制方式往往都注重过程的监视监督。,第四章焊接质量控制,最后是关于焊后检验是实验，焊接检验、实验方式多样，专业性强，需要经,过专门培训的人才能胜任。,常见的检验实验方法包括：目视检测、无损检测、破坏性实验。,缩写,英语全称,中文名称,类别,特点,适用材料,VT,Visual inspection,外观检测,表面检验,成本低廉、高效快捷、,准度有限、需借助量,具,任何材料,PT,Penetrant testing,渗透探伤,表面检验,成本低廉、高效快捷、,灵敏度有限,任何材料,MT,Magnetic particle testing,磁粉探伤,表面及近表面检验,成本较高、工艺稍繁、,灵敏度较高,铁磁性材料,RT,Radiographic testing,射线探伤,内部检验,成本高、,有辐射、,裂纹灵敏度稍低,任何材料，t40mm,UT,Ultrasonic testing,超声波探伤,内部检验,成本一般、,不易记录、,对人员水平要求高,奥氏体钢有限制，t8mm,ET,Eddy current testing,涡流探伤,表面及近表面检验,高效快捷、不很直观、,限于形状简单到点材,料,适用于管、棒、线型材,LT,Leak testing,渗漏实验,整体检验,检出缺陷类型单一,任何材料,AT,Acoustic emission testing,声发射探伤,整体检验,动态方法、灵敏度高、,可在线检测,任何材料,破坏性实验包括：拉伸实验、弯曲实验、冲击试验、硬度实验、宏观金相、微,观金相、断裂实验等等。,