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2005年4月,1、火力发电厂生产流程2、常用金属材料3、常用焊接材料4、焊接设备及工艺5、焊接规程规范6、焊接接头热处理7、焊接缺陷及检验8、焊接应力及变形9、焊接安全技术10、识图基本知识（钳工）,焊接培训教材,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,1、火力发电厂是利用燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。2、其生产流程如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,3、汽轮机本体 汽轮机本体（steam turbineproper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。示意构造如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,4、锅炉本体 锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。示意构造如下页图示。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,5、热力系统及辅助设备 锅汽轮机部分的辅助设备有凝汽器、水泵、回热加热器、除氧器等。把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统，叫做发电厂的热力系统。发电厂的热力系统按照不同的使用目的分为“原则性热力系统”、“全面性热力系统”、“汽轮机组热力系统”等。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,6、发电机本体 在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极 由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。,2005年4月,1.火力发电厂生产流程,2005年4月,2、常用金属材料,金属是指具有光泽、不透明、高的塑性、良好的导电性和导热性以及固定熔点特征的结晶物质。金属的分类：主要分为纯金属和合金，我们通常所说的钢就属于合金。,2.1 金属的定义及其分类,2005年4月,2、常用金属材料,1、物理性能金属的物理性能主要包括:比重、熔点、导电性、热膨胀性和磁性等。2、机械性能金属在外界机械力的作用下所反应出来的各种性能叫作机械性能（力学性能）主要包括强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳等。,2.2 金属的性能,2005年4月,2、常用金属材料,强度：金属材料在外力的作用下，抵抗金属本身变形和被破坏的能力叫强度。（b/MPa）塑性：金属承受外力发生永久变形而不断裂的性质叫塑性。一般以金属的延伸率（）和断面收缩率（）做为衡量金属塑性的指标。硬度：金属材料表面在外界硬物的作用下（静载荷）压成一个凹坑，以此压痕的深浅显示出金属本身抵抗外力的能力。布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）。冲击韧性：承受冲击载荷（动载荷）时的抵抗能力。,2.2 金属的性能,2005年4月,2、常用金属材料,3、工艺性能主要包括铸造性、可锻造性、焊接性（金属工件焊接时，在工艺上的难易程度，或者说焊后容易与否出现裂纹等缺陷的性能）、淬透性和切削加工性等。4、化学性能对各种腐蚀物质（大气、水蒸汽、有害气体、酸、碱、盐类等）所表现出来的抵抗能力,2.2 金属的性能,2005年4月,2、常用金属材料,1、概况纯铁与碳所组成的新物质叫碳素钢。2、钢的化学成分及其影响以铁为基体的碳素钢内除含有一定量的碳成分外，还含有硅、锰、硫、磷等多种成分，对钢的性能产生一定影响。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,碳（C）的影响：钢强度和硬度随着钢中含碳量增加而提高，但当钢中含碳量超过0.9%，钢材就会变脆，冲击韧性也随之降低，易于断裂，故钢含碳量应控制在0.9%以下。锰（Mn）的影响：锰在钢中能起到提高钢的强度和硬度的作用。但锰含量如果超过1.6%时，便成为合金系列的钢种。故碳素钢中锰含量一般0.8%。硅（Si）的影响：硅也可提高钢的强度和硬度，不过含量过多同样会使钢某些性能变差，不宜超过0.5%。硫（S)和磷（P）的影响：易带来热脆性和冷脆性不良影响，均宜控制在0.05%以下。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,3、碳素钢的分类低碳钢：含碳量0.25%的钢；中碳钢：含碳量为 0.25%0.6%的钢；高碳钢：含碳量 0.6%的 钢；含碳量2.11%的为生铁。,2.3 碳素钢,2005年4月,2、常用金属材料,1、概况 简称普低钢，在低碳钢的基础上加入少量锰、硅、钒（V）、钛（Ti）、铜等合金成分而组成的一种新型钢种，合金成分总量不超过3%。虽然钢是由纯铁与碳组成的合金，但不能陈为合金钢，只称为碳素钢。如果为了提高或改善钢的性能而有意加入较多量的其它化学成分时，就形成了合金钢。,2.4 普通低合金钢,2005年4月,3、常用焊接材料,焊接材料的名称及标注右表1焊接材料命名标准表,2005年4月,3、常用焊接材料,3.1 焊芯 焊芯通常是指电焊条用的金属芯，在焊接过程中焊芯的作用不仅是导电，引发电弧和作填充金属，而且更重要的是其化学成分对焊接过程的稳定性，对产生工艺缺陷（如气孔、结晶裂纹等）的倾向性以及焊缝金属的物理、力学性能都有很大影响。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.2 实芯焊丝 实芯焊丝包括埋弧焊、电渣焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、气焊以及堆焊用焊丝，在国标中通常按金属品种及化学成分进行分类，此外，还有按焊接方法分类的焊丝。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.3 药芯焊丝 碳钢药芯焊丝分为气保护和自保护两类。3.4 电焊条 由焊芯和药皮两部分组成。在焊接过程中药皮的主要作用：利用它熔化以后形成的熔渣和析出的气体保护焊接区，使金属免受空气的有害作用；使焊条具有良好的工艺性，如电弧易引燃并能稳定燃烧，飞溅小，形成美观，适于全位置焊接，易于脱渣等；对熔化金属进行冶金处理最大限度地除去有害杂质（如O、N、H、S、P等），保护或添加有益的合金元素，使焊缝具有足够的抗裂和抗气孔能力及要求的力学性能。,2005年4月,3、常用焊接材料,为使焊条药皮能起到上述作用，常加入多种组成物，可分七种类型：稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、增塑剂。由于药皮类型不同，即使焊芯相同，焊条的工艺性能和冶金性能也有很大的差异，因此采用不同的焊芯配合各种类型的药皮就可以制造出适合各种用途的焊条。3.4.1 电焊条的分类方法按药皮成分分类：不定型 氧化钛型 氧化钛钙型氧化铁型 钛铁矿型 纤维素型低氢型 石墨型 盐基型,2005年4月,3、常用焊接材料,按熔渣酸碱性分类酸性焊条碱性焊条按焊条用途分类结构钢焊条 钼和铬钼耐热钢焊条 不锈钢焊条堆焊焊条 低温钢焊条 铸铁焊条镍和镍合金焊条 铜和铜合金焊条 铝和铝合金焊条特殊用途焊条按焊条性能分类超低氢焊条 低尘低毒焊条 立向下焊条底层焊条 铁粉高效焊条 抗潮焊条水下焊条 重力焊条 躺焊焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,按国标分类的焊条种类 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条堆焊焊条 铸铁焊条及焊丝 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号1）碳钢焊条型号GB5117-85碳钢焊条规定，碳钢焊条型号根据熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置以及焊接电流种类划分。其编号方法为：“E”表示焊条，E后的前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为Kgf/mm2），第二位数字表示焊条的焊接位置，如“0”及“1”表示适用于全位置焊接，“2”表示适用于平焊及平角焊，“4表示向下焊”，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。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号 E 43 1 5 表示药皮低氢钠型，可电流反接焊接 适用于全位置焊接 熔敷金属抗拉强度最小值 表示电焊条2）低合金钢焊条型号其编号方法与碳钢焊条基本相同，但后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，用短线与前面数字分开；若还有附加化学成分时，直接用元素符号表示，也用短线与前面后缀字母分开。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号低合金钢焊条型号举例：E 50 1 8-A1 熔敷金属化学成分分类代号（A1-碳钼钢）药皮为铁粉低氢型，可用交流或直流反接 适用于全位置焊接 熔敷金属抗拉强度的最小值 电焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号3）不锈钢焊条型号不锈钢焊条通常用于铬含量大于4%，镍含量小于50%的耐腐蚀钢或耐热钢焊接，按GB983-85不锈钢焊条规定，不锈钢焊条型号根据熔敷金属的化学成分和力学性能、焊条药皮性能以及焊接电流种类划分，其型号编制方法为：字母“E”表示电焊条，熔敷金属含碳量用“E”后面的一位或二位数字表示，具体含意为：“00”表示含碳量不大于0.04%，“0”、“1”、“2”、“3”分别表示含碳量不大于0.1%、0.15%、0.2%、0.45%。含碳量后数字分别表示熔敷金属中铬、镍的近似百分数，若熔敷金属中含其他重要合金元素，则在镍含量数字后再加注元素符号及其平均含量数值（平均含量低于1.5%时，则在型号中仅标明元素符号），型号后面附加的后缀数字（例如15、16），表明焊条药皮类型及焊接电流种类，“15”为碱性药皮，宜直流反接；“16”表示碱性，可用交流或直流反接,2005年4月,3、常用焊接材料,3.5 电焊条型号不锈钢焊条型号举例：E 1-23-13 Mo2-15 碱性焊条，应直流反接 熔敷金属中含钼，钼含量为2%熔敷金属中镍含量近似值 熔敷金属中铬含量近似值 熔敷金属中碳含量不大于0.15%电焊条,2005年4月,3、常用焊接材料,3.6 焊剂 钢用焊剂的焊接工艺性能和化学冶金性能是决定焊缝金属性能的主要因素之一，采用同样的焊丝和同样的规范参数焊接，而配用的焊剂不同，所得焊缝的性能将有很大的差异，尤其是冲击韧性差别更大。表5.1埋弧焊焊剂分类 陶质焊剂 酸性 非熔炼焊剂 中性 烧结焊剂 碱性钢用焊剂 熔炼焊剂,2005年4月,3、常用焊接材料,3.7 焊接用气体 对保护气体的要求：1）能排除焊接区内空气，对焊接区起保护作用；2）含有害杂质少；3）保证电弧稳定燃烧，得到平静、稳定的熔滴过渡；4）有利于清除焊接缺陷，得到良好的焊缝成形和满意的接头力学性能；5）无毒无味，不污染环境；6）来源丰富，容易生产，价格便宜保护气体分类：焊接常用单元气体主要有：Ar、He、CO2等，而O2、H2、N2气体常用混合气体的组元，一般不单独作为保护气体，而且多数混合气体是以Ar气为基的。按保护气体的化学性质分：还原性气体：H2及其混合气体惰性气体：Ar、He以及其混合气体氧化性气体：Ar+O2、Ar+CO2、Ar+CO2+O2、CO2和CO2+O2等成形气体：N2、N2+H2。,2005年4月,3、常用焊接材料,3.8 焊条选用原则在确保焊接结构可靠的前提下，根据被焊材料的化学成分、力学性能及厚度、接头形式、结构使用条件对焊缝性能的要求，焊接结构特点和受力状态，焊接施工条件，技术经济效益等选用焊条。,2005年4月,3.8 图21 碳钢和低合金钢焊接的焊条选用原则,2005年4月,3.8 表21同种钢材焊接时焊条选用要点,2005年4月,3.8 表22异种钢焊接时焊条选用要点,2005年4月,3、常用焊接材料,3.9 焊接材料的存放和使用必须凭领料单申请领料，经仓管员核准后方可发放，领料单应包含下列内容：材料种类、牌号（型号）、材料规格、数量、用途、领料日期、批准人、领料人、发料人签字。焊工应配备一个100150的手提式保温焊条筒，领出的焊条放入保温筒内随用随取，并通电恒温，如焊条或焊剂搁置在常温下超过四小时，或供货商的评定报告中所限定的时间，则需重新烘干。重复烘干次数同样按照供货商评定报告的规定，对于低氢型焊条只能重复烘干一次。,2005年4月,4、常用焊接设备及焊接工艺,金属学常用名词A1或Ae1:在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存的温度；A3或Ae3:是亚共晶钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度；Ac1:钢加热时开始形成奥氏体的温度；Acm或Aecm，过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体或碳化物共存的最高温度；C曲线（见等温转变曲线），Ms（见上马氏体点），Mz（见下马氏体点）。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1 焊条电弧焊基本知识电弧焊是利用电弧放电所产生的热量，将焊条和工件局部加热熔化，冷凝后，而完成焊接的。电弧焊的过程如下示意图。,将工件和焊钳分别接到电焊机的两个电极上，并用焊钳夹持焊条。焊接时，先将焊条与工件瞬时接触，随即再把它提起，在焊条和工件之间便产生了电弧。电弧热将工件接头处和焊条熔化，形成一个熔池。随着焊条沿焊缝的方向向前移动，新的熔池不断形成，先熔化了的金属迅速冷却、凝固，形成一条牢固的焊缝，就使两块分离的金属连成一个整体。电弧中心处的最高温度可达 6000,2005年4月,4、常用焊接工艺,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.1 电焊机和焊钳焊条电弧焊用的电焊机有交流电焊机和直流电焊机两种。交流电焊机是一种特殊的降压变压器（右图）,它将电源电压（220 伏或 380 伏）降至空载时的 60 70 伏，工作电压为30伏，它能输出很大的电流，从几十安培到几百安培。根据焊接需要，能调节电流大小。电流的调节可分粗调和细调两级。粗调是改变输出抽头的接法，调节范围大。细调是旋转调节手柄，将电流调节到所需要的数值。焊接电弧不够稳定。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.1 电焊机和焊钳直流电焊机是由交流电动机和特殊的直流发电机组成的（图 3-3）。电动机带动发电机旋转，发出满足焊接要求的直流电，其空载电压约为 50 80 伏，工作电压为 30 伏。电流调节范围为 45 320 安培，也分粗调和细调两级。直流电焊机有两种接法。当工件接正极，焊条接负极时称正接法。反之则称反接法。由于电弧正极区的温度高，负极区的温度低，因此正接法时，工件的温度高，用于焊接黑色金属；反接法用于焊接有色金属和薄钢板。直流电焊机焊接时，电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，价格高。交、直流电焊机的规格是以正常工作时能供给的最大电流来表示的。如 BX1-330 表示额定电流为 330 安培的交流电焊机。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接头、坡口和焊缝位置在焊条电弧焊中，由于产品结构形状、材料厚度和焊件质量要求的不同，需要采用不同型式的接头和坡口进行焊接。接头型式有对接、搭接、T 型接和角接等，如下图所示。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接头、坡口和焊缝位置对接接头是最常用的接头型式。当工件较薄时，可不开坡口，只要工件接头之间留有间隙；厚度小于 3mm 可一面施焊，厚度为 4 6mm 时，需要两面施焊。工件厚度大于 6mm 时，为了保证能焊透，需要开出各种形式的坡口（下页有图示）。V 形坡口加工方便。X 形坡口，由于焊缝两面对称，焊接应力和变形小；当工件厚度相同时，较 V 形坡口节省焊条。在焊接锅炉、高压容器等重要厚壁构件时，还采用 U 形坡口。这种坡口容易焊透，工件变形小，但加工 X 形和 U 形坡口都比较费时。T 型接头也常用，较厚的工件也可开各种形式的坡口。搭接和角接由于接头强度低，故采用的比较少。,2005年4月,4、常用焊接工艺,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.2 焊接接头、坡口和焊缝位置按照焊缝在空间的位置不同，焊接方法可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，如下图所示平焊操作容易，劳动强度小，焊缝质量高。立焊、横焊和仰焊由于熔池中液体金属有滴落的趋势，操作困难，质量不易保证，所以应尽可能地采用平焊。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.3 焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流的大小是影响焊接质量和生产率的重要因素；焊条直径 d 取决于工件厚度、接头型式和焊缝在空间的位置，通常是按工件厚度选取，通常厚度在6mm之上采用4mm焊条接电流按焊条直径选取。平焊低碳钢时，可按经验公式计算。I=（30 55）d 工件厚、焊工技术水平高、野外操作，宜取大值。在相同的条件下，立焊比平焊的电流要减少1015%，仰焊则应减少1520%。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.3 焊条直径和焊接电流的选择焊条直径和焊接电流的大小是影响焊接质量和生产率的重要因素；焊条直径 d 取决于工件厚度、接头型式和焊缝在空间的位置，通常是按工件厚度选取；不同的接头形式应选用不同直径的焊条。如T形接头，由于散热条件比对接接头好，所以可选用较粗直径的焊条；开坡口的接头第一层打底时应选用较细的焊条，如对接接头打底焊时选用直径为3.2mm的焊条，而其余各层可选用4.0mm的焊条。接电流按焊条直径选取。平焊低碳钢时，可按经验公式计算。I=（30 55）d 工件厚、焊工技术水平高、野外操作，宜取大值。在相同的条件下，立焊比平焊的电流要减少1015%，仰焊则应减少1520%。焊接奥氏体不锈钢时，为防止焊条药皮发红开裂和减小影响晶间腐蚀的程度，焊接电流应比同样直径的碳钢焊条降低20%左右。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.3 焊条直径和焊接电流的选择酸性焊条是交、直流两种焊条，但通常选用交流电源进行焊接，因交流弧焊电源价格便宜，交流电弧磁偏吹小。碱性焊条中的低氢钠型焊条（如E5015），由于药皮中加入了一定量的氟石（CaF2），电弧稳定性差，因此必须选用直流电源进行焊接（并采用直流反接），碱性焊条中的低氢钾型焊条（如E5016），由于药皮中含有一定数量的稳弧剂，电弧的稳定性比低氢钠型焊条好，所以可以选用交流电源进行焊接。焊接薄板时，由于采用小电流施焊，因为交流电小电流的稳定性较差，引弧比较困难，所以应选用直流电源进行焊接。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.4 焊接工艺参数的选择某一种焊接方法的焊接工艺参数，应该是指哪些焊前能预先确定其数值并在焊接过程中能够贯彻实行的参数。因此，手弧焊时的主要焊接工艺参数是指焊条直径、焊接电流和焊缝层数。至于电弧电压和焊接速度不应作为手弧焊时的主要焊接工艺参数，因为手弧焊是手工操作，电弧长度（电弧电压）和焊接速度是焊工在施焊过程中用手来控制，不能精确地执行预先的给定值，因此把两者作为已确定的工艺参数让焊工在操作中执行是有困难的。焊工仅是根据本人的操作经验来确定弧长和焊接速度。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.4 焊缝层数的选择厚板手弧焊时，应开坡口并采用多层焊（每层1条焊缝）或多层多道焊（每层有2条以上的焊缝），见下图。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.4 焊缝层数的选择厚多层焊和多层道焊接头的显微组织较细，热影响区较窄，因此，接头的塑性和韧性都比较好，特别是对于易淬火钢，后焊道对前焊道有回火作用，能细化前焊道的晶粒，使接头的组织和性能得以改善。对于低合金高强度钢等钢种，焊缝层数对接头性能有明显影响，焊缝层数少，每层焊缝厚度太大时，由于晶粒粗化，将导致焊接接头的塑性和韧性下降；因此，采用较细的焊条、较小的焊接电流施焊，增加焊缝层数，这些都是提高接头质量的有效手段。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.1.5 单面焊双面成形操作技术单面焊双面成形操作技术是采用普通焊条，以特殊的操作，在坡口的正面焊接后保证坡口正、反两面都能得到双面成形焊缝（该焊缝的正、背两面均应具有良好的内在与外观质量）的一种操作方法；手弧单面焊双面成形的操作技术有间断灭弧焊法（又称断弧焊）和连弧焊法两种方法；单面焊双面成形与双面焊相比，可省略翻转焊件及对背面焊缝进行清根等工序，尤其适用于那些无法进行双面施焊的场合，例如管子。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.2 手工钨极氩弧焊氩弧焊是采用氩气作为保护气体的一种气体保护焊方法。在氩弧焊应用中，根据所采用的电极类型可分为非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两大类。非熔化极氩弧焊又称为钨极氩弧焊，是一种常用的气体保护焊方法。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.2.1 手工钨极氩弧焊焊接过程钨极氩弧焊又称钨极惰性气体保护焊，它是使用纯钨或活化钨电极，以惰性气体氩气作为保护气体的气体保护焊方法，如右图所示意；1-钨极；2-导电嘴；3-绝缘套；4-喷 嘴；5-氩气流；6-焊 丝；7-焊缝；8-工 件；9-进气管。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.2.1 手工钨极氩弧焊特点优点：焊缝被保护得好，故焊缝金属纯度高、性能好；焊接时加热集中，所以焊件变形小；电弧稳定性好，在小电流（10A）时电弧也能稳定燃烧，容易实现机械化和自动化。缺点是：氩气较贵，焊前对焊件的清理要求很严格。同时由于钨极的载流能力有限，焊缝熔深浅，只适合于焊接薄板（6mm）和超薄板。为了防止钨极的非正常烧损，避免焊缝产生夹钨的缺陷，不能采用常用的短路引弧法，必须采用特殊的非接触引弧方式氩弧焊主要被用来焊接不锈钢与其它合金钢，同时还可以在无焊药的情况下焊接铝、铝合金、镁合金及薄壁制件。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3 常用金属材料的焊接焊接性：焊接性是指材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响。碳钢的焊接性：钢是以铁元素为基础的，铁碳合金，碳为合金元素，其碳的质量分数不超过1%，此外，锰的质量分数不超过1.2%，硅的质量分数不超过0.5%，后两者皆不作为合金元素。其它元素如Ni、Cr、Cu等均控制在残余量的限度以内，更不作为合金元素。杂质元素如S、P、O、N等，根据钢材品种和等级的不同，均有严格限制。因此，碳钢的焊接性主要取决于含碳量，随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差，其中以低碳钢的焊接性最好。,2005年4月,4、常用焊接工艺,碳当量把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换自成碳的相当含量，称为该种钢材的碳当量，可作为评定钢材焊接性的一种参考指标 钢中的元素除C外，主要是Mn和Si，它们的含量增加，焊接性变差，但其作用不及碳强烈国际焊接学会推荐的碳当量公式为：Mn Cu+Ni Cr+Mo+V CE（IIW）=C+%6 15 5随着碳当量值的增加，钢材的焊接性会变差。当CE值大于0.4%0.6%时，冷裂纹的敏感性将增大，焊接时需要采取预热、后热及用低氢型焊接材料施焊等一系列工艺措施。,2005年4月,4、常用焊接工艺,碳当量碳当量值只能在一定范围内，对钢材概括地、相对地评价其焊接性，因为：如果两种钢材的碳当量值相等，但是含碳量不等，含碳量较高的钢材在施焊过程中容易产生淬硬组织，其裂纹倾向显然比含碳量较低的钢材来得大，焊接性较差。因此，当钢材的碳当量值相等时，不能看成焊接性就完全相同；碳当量计算值只表达了化学成分对焊接性的影响，没有考虑到冷却速度不同，可以得到不同的组织，冷却速度快时，容易产生淬硬组织，焊接性就会变差；影响焊缝金属组织从而影响焊接性的因素，除了化学成分和冷却速度外，还有焊接循环中的最高加热温度和在高温停留时间等参数，在碳当量值计算公式中均没有表示出来。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.2 低碳钢的焊接性低碳钢含碳量低，锰、硅含量也少，所以，通常情况下不产生严重硬化组织或淬火组织。焊后的接头塑性和冲击韧度良好，焊接时，一般不需预热、控制层间温度和后热，焊后也不必采用热处理改善组织，整个过程不必采取特殊的工艺措施，焊接性优良。少数情况下，也会出现困难：采用旧冶炼方法生产的转炉钢含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时效敏感性增加，焊接接头质量降低，焊接性变差；沸腾钢脱氧不完全，含氧量较高，P等杂质分布不均，局部地区含量会超标，时效敏感性及冷脆敏感性大，热裂纹倾向也增大；质量不符合要求的焊条，使焊缝金属中的碳、硫含量过高，会导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235A钢时，因焊条药皮中锰铁的含碳量过高，会引起焊缝产生热裂纹。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.3 低碳钢低温下的焊接工艺严冬条件下焊接低碳钢结构时，由于焊接接头的冷却速度快，使裂纹倾向增大，特别是厚大结构的第一道焊缝容易开裂，为此必需采取如下工艺措施：1）焊前预热，焊接过程中严格保持层间温度不应低于预热温度；2）采用低氢或超低氢焊接材料；3）定位焊时加大焊接电流，减慢焊接速度，适当增加定位焊缝的 截面积和长度，必要时进行预热；4）整条焊缝应尽量连续焊完，避免中断；5）不应坡口面以外的母材上进行引弧，熄弧时需填满弧坑 6）尽可能不在低温条件下进行弯板、矫正和装配焊件,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.3 低碳钢低温下的焊接工艺表4 低碳钢金属结构低温焊接的预热温度厚度（mm）在各种气温下的预热温度30 30不预热；30预热1001503150 10不预热；10时预热1001505170 0不预热；0时预热100150表5 低碳钢管道、压力容器低温焊接的预热温度焊件厚度（mm）在各种气温下的预热温度16 30不预热；30时预热1001501730 20不预热；20时预热1001503140 10不预热；10时预热1001504150 0不预热；0时预热100150,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.4 中碳钢的焊接工艺中碳钢的碳的质量分数为0.25%0.60%。当碳的质量分数接近0.25%而含锰量不高时，焊接性良好。随着含碳量的增加，焊接性逐渐变差。如果碳的质量分数为0.45%左右而仍按焊接低碳钢常用的工艺施焊时，在热影响区可能会产生硬脆的马氏体组织，易于开裂，即形成冷裂纹。焊接时，相当数量的母材被熔化进入焊缝，使焊缝的含碳量增高，促使在焊缝中产生热裂纹，特别是当硫的杂质控制不严时，更易出现。这种裂纹在弧坑处更为敏感，分布在焊缝中的热裂纹于是与焊缝的鱼鳞状波纹线相垂直，见下图：,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.4 中碳钢的焊接工艺正确选用中碳钢焊条：中碳钢的焊接目前大都采用手弧焊。为提高焊接接头的抗裂性，应选用低氢型焊条。个别情况下，也可采用钛钙型和钛铁矿型酸性焊条，但此时应采取严格的工艺措施，如焊前预热、减少熔合比（降低焊缝含碳量）等。特殊情况下，中碳钢焊接时可采用铬镍不锈钢焊条，因奥氏体焊缝金属的塑性良好，可以减小焊接接头应力，即使焊件焊前不预热，也可避免热影响区产生冷裂纹。中碳钢的焊接工艺要点：1）预热 预热有利于减低中碳钢热影响区的最高硬度，防止产生冷裂纹，这是焊接中碳钢的主要工艺措施，预热还能改善接头塑性，减小焊后残余应力。通常，35和45钢的预热温度为150250含碳量再高或者因厚度和刚度很大，裂纹倾向大时，可将预热温度提高至250400。若焊件太大，整体预热有困难时，可进行局部预热，局部预热的加热范围为焊口两侧各150200mm。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.4 中碳钢的焊接工艺 2）焊条 条件许可时优先选用碱性焊条 3）坡口形式 将焊件尽量开成U形坡口式进行焊接。如果是铸件缺陷，铲挖出的坡口外形应圆滑，其目的是减少母材熔入焊缝金属中的比例，以降低焊缝中的含碳量，防止裂纹产生。4）焊接工艺参数 由于母材熔化到第一层焊缝金属中的比例最高达30%左右，所以第一层焊缝焊接时，应尽量采用小电流、慢焊接速度，以减小母材熔深 5）焊后热处理 焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及严厉条件下（动载荷或冲击载荷）工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600650。若焊后不能进行消除应力热处理，应立即进行后热处理。,2005年4月,4、常用焊接工艺,4.3.5 低合金高强钢的焊接 强度度级别较低的低合金高强钢，如300400MPa级，由于钢中合金元素含量较少，焊接性良好，接近低碳钢。随着合金元素的增加，强度级别提高，钢的焊接性也逐渐变差，出现的主要问题是：热影响区的淬硬倾向 含碳时较少、强度级别较低的钢种，如09Mn2等，淬硬倾向很小。随着强度级别提高，淬硬倾向也开始加大，如16Mn钢焊接时，快速度冷却会导致在热影响区出现马氏体组织；冷裂纹 低合金高强钢焊接时，热影响区冷裂纹倾向加大，且这种冷裂纹往往具有延迟性，危害很大。如，材料为18MnMoNb钢壁厚115mm的一大型容器，若预热温度不够，焊后在热影响区形成大量冷裂纹。低合金高强钢的定位焊缝很容易开裂，其原因是由于焊缝尺寸小、长度短、冷却速度快，这种开裂属于冷裂纹性质 热裂纹 一般，强度等级为294392MPa的热轧、正火钢，热裂倾向较小，但在厚壁压力容器的高稀释率焊道（如根部焊道或靠近坡口边缘的多层埋弧焊焊道）中也会出现热裂纹。电渣焊时，若母材含碳量偏高并含镍时，电渣焊缝中可能会出现呈八字形分布的热裂纹。强度等级为8001176MPa的中碳调质钢（如30CrMnSiA钢），焊接时热裂的敏感性较大,2005年4月,4、常用焊接设备,一、对电焊机的基本要求1、能满足焊接需要的外特性。2、有适当的空载电压.3、良好的动特性。4、较大的电流调节范围。5、结构精巧、简便。,2005年4月,4、常用焊接设备,二、“电弧-电流”系统稳定工作的条件及特性1、电弧的伏安特性-静特性电弧的静特性曲线：在电极材料、气体介质、电弧长度不变条件下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系。2、电源的伏安特性-外特性电源对供电的特征。陡降的外特性-引弧高电压、小电流；燃烧稳定时电流增大、电压急降；短路电流不应太大。电伏稳定燃烧的工作点-静特与外特曲线交点。3、动特性 即焊机对动态负载瞬间变化的反应能力,2005年4月,4、常用焊接设备,三、焊接电弧的稳定性 电弧燃烧的稳定条件：1）电源外特性和电弧静特性曲线必须要有一个焦点；2）电弧静特性在工作点的斜率要大于外特性曲线在工作点的斜率；,2005年4月,4、常用焊接设备,四、焊接电源的选择和使用 1、选择电源类别的选择功率的选择电源特性的选择使用与维修场地与电源要求常见故障排除；,2005年4月,4、常用焊接设备,五、焊手电弧设备、手工电弧焊变压器 弧焊变压器是一种具有下降外特性的降压变压器，通常又称为交流弧焊机。特点：结构简单、维护方便、效率高、节省电能和材料。1）同体式弧焊变压器原理：电抗器产生电压降获得焊机下降外特性。电流调节：移动铁心，改变电抗，达到调节目的 2）动铁心式弧焊变压器原理：该弧焊变压器的陡降外特性是靠动铁心的漏磁作用获得的。电流调节：是通过次级线圈的不同接法和移动铁心改变漏磁而达到调节目的。,2005年4月,4、常用焊接设备,3）动圈式弧焊变压器原理：焊机的外特性是靠调节一、二次线圈之间漏磁（距离）作用而获得的。电流调节：是通过初、次级线圈的不同接法和改变改变它们的漏磁（距离）而达到调节目的。,2005年4月,4、常用焊接设备,2、直流弧焊发电机 特点：调节电流范围大、具有一定空载电压、动特性好。但耗电大、噪声大、成本高已被淘汰。原理：焊机外特性是借助电枢反应的退磁作用而获得的。电流调节：是通过改变电刷位置和调节变阻器大小达到调节目的。3、弧焊整流器 弧焊整流器是一种将工业交流电经变压器降压，并经整流元件转换成直流电的焊接电源 1）硅整流弧焊整流器硅弧焊整流器是弧焊整流器的基本形式之一，它是以硅元件作为整流元件(ZXG-400)。特点：制造简单、噪声小、抗震、维护方便，但可调焊接参数小、不够精确、受电网波动影响较大。,2005年4月,4、常用焊接设备,2）晶闸管式弧焊整流器用晶闸管代替二极管整流，可获得所需的可调外特性。(ZX5-400)特点：完全采用电子电路来实现控制功能，是电子控制的弧焊电源一种。电流、电压控制范围大，一般还配备“推力”装置 3 晶体管式弧焊整流器晶体管式弧焊整流流器可分为模拟式、开关式等弧焊电源。特点：动特性好、飞溅小，但成本高、维修较难、耗电大。4）逆变式弧焊整流器逆变电源是一种新型的直流电源。它基于变频原理，利用先进的电子技术，以小巧中频变压器取代传统的工频变压器，是一种高效的节能焊接设备(ZX7-400)。特点：起弧容易、电弧稳定、穿透力强、飞溅小、噪声小，焊缝成形美观、适应各种焊条，最大优势体积小、节能效果明显。工作原理：220380伏交流电-整流为高压直流-“主逆变器”变成中频交流电-“中频变压器”降压-二次整流-直流输出,2005年4月,一般来讲AC-DC的过程称为整流，而DC-AC的过程称为逆变，因此准确地讲其主逆变器应称变换器。逆变焊机经过以下四个过程发展：晶闸管（可控硅）-晶体管-场效应管-（MOS-FET）-绝缘门极晶体管（IGBT）逆变式弧焊电源与其它电源区别：（1）与普通焊机相比，由于增加一个整流和逆变两个环节，因此整机较复杂、成本增高。（2）体积小，轻便灵活、节约材料、重量仅仅为一般焊机1/61/10。,2005年4月,（3）功率因数达0。95以上，而其它焊机一般为50%65%。且平均节电25%60%，空载时电耗只有3050瓦。（4）逆变电源提供了最理想的电弧特性：“电弧指向性、电弧稳定性和动特性。”具有外拖特性的曲线。当电弧突然缩短，电弧电压降到低值时，曲线外拖，输出电流增大，加速熔滴过渡，电弧仍能稳定燃烧，使焊工容易操作。（5）飞溅小、焊接过程稳定。（6）逆变电源普遍采用模块化设计，若干单元独立安装、每个单元均可单独进行检修，因此整机、维护、维修方便。（7）该焊机一般配有“推力”与“引弧”装置。,2005年4月,5）弧焊整流器推力及引弧电流使用说明A：推力电流是当使用偏低规范焊接，如根部焊接，全位置焊接，可适当调节推力电流，增加短路电流值，使焊条不易粘住。一般正常规范焊接时，焊条不易粘住，可不加推力电流。另外如需加入推力电流，大小要适当，过大的推力电流会使飞溅增加。B：引弧电流是在起弧时，叠加一个电流，使起弧电流较大，因此起弧较容易，调节此引弧电流值，亦达到调节起弧时的附加热量，有利于焊缝接头的熔透。,2005年4月,四、手工钨极氩弧焊机1、钨极氩弧焊机电源种类与极性钨极氩弧焊时根椐焊接材料与焊接方法，可选用相应的电源种类（直流电源、交流电源和脉冲电源）和极性。A.直流电源正接法：（最常用的接法）选用陡降外特性直流焊机，钨极接负，焊件接正，由于电子向焊件高速冲击，焊件熔深大，钨极消耗少，钨极能承受较大的许用电流。B.直流电源反接法：由于钨极受到电子高速冲击，钨极温度高，消耗加快，所以电弧稳定性差。,2005年4月,C.交流电源在钨极氩弧焊中，对熔点低而表面容易产生高熔点氧化膜的铝、镁及其合金焊接时，普遍采用交流电源。2、设备简介（1）控制箱：提供高频引弧和控制氩气系统。当使用交流电源时，还增加脉冲稳弧和隔直电容。（2）稳定变阻器：焊接薄板时，当焊接电流的下限值较大时，可降 低焊接电流。另外可使电源外特性更陡，减少因弧长变动而引起的焊接电流变化值。（3）焊炬（焊枪）：夹持钨极、传导焊接电流和输送氩气。按容量可分气冷（100A以下）和水冷（100A以上）两种。（4）供气系统：包括氩气瓶、减压器、气体流量器、电磁气阀。（5）供水系统：冷却焊接电