Transcript 第十章焊接 - 《材料及热加工工艺》精品课程

材料及热加工工艺—第十章 焊接
第二节
电弧焊
一、焊条电弧焊（手弧焊）
焊条电弧焊是手工操纵焊条，利用焊条与被焊工
件之间产生的电弧热量将焊条与工件接头处熔化，
冷却凝固后获得牢固接头的焊接方法。
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材料及热加工工艺—第十章 焊接
一、焊条电弧焊（手弧焊）
1、焊接电弧
定义：在电极与工件之间的气体介质长时间的放电现象，
即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。
36%Q
阴极区指电弧紧靠负电
极的区域。
阳极区指电弧紧靠正电极
的区域，比阴极区宽。
43%Q
弧柱区是指电弧阴极区
直流电源
和阳极区之间的部分。
只有65-80%的热量用于加热和熔化金属。
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一、焊条电弧焊（手弧焊）
2、焊条电弧焊的焊接过程
电弧热使工件和焊
条熔化形成熔池；使
药皮分解、燃烧和熔
化，形成大量保护气
体和熔渣保护焊缝。
移动电弧，形成新
的熔池，原先的熔池
冷却形成焊缝。
焊条电弧焊焊接过程
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材料及热加工工艺—第十章 焊接
正接与反接（采用交流弧焊机时，不存在此问题 ）
由于阳极区温度比阴极区高，故采用直流弧焊机焊
接时，有两种接线方法，即正接或反接。
正接：有利于加快焊件熔化，保证足够的熔深，适用
于焊接较厚的工件。
反接：适用于焊接有色金属及薄钢板，以免烧穿焊件。
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3、电焊条
由焊芯和药皮（涂料）组成
焊条直径最小1.6mm，最大8mm
焊芯的作用：
1）导电；
2）作为填充金属；
3）添加合金元素。
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3、电焊条
焊芯的牌号及成分
焊丝的牌号：“H××元素符号×符号”，其中H表
示焊接用钢丝，××表示钢丝中平均含碳量的万分
之几，元素符号表钢丝中的合金元素，×表示合金
元素的百分含量，小于1%不标出，最后符号表示其
质量，A表示优质，E表示高级优质。H08MnA
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3、电焊条
焊接药皮（涂料）的作用及成分
（1）改善焊接工艺性能—易于引弧，减少飞溅；
（2）稳弧作用--使电弧稳定燃烧
（3）机械保护作用—产生熔渣和气体，隔绝空气；
（4）冶金处理作用—脱氧、去氢、去硫，渗合金。
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3、电焊条
焊条的种类、牌号及型号
1） 焊条的分类：
（1）按用途分可分为：碳钢焊条，低合金钢焊条、
不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金
焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条，特殊
用途焊条等。
（2）按熔渣性质分可分为：酸性焊条和碱性焊条
碱性焊条适用于裂纹倾向大的，塑性韧性要求
高的重要结构，如锅炉压力容器和桥梁船舶等。
酸性焊条常用于一般钢结构件的结构。
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3、电焊条
焊条的种类、牌号及型号
• 酸性焊条工艺性好，而碱性焊条工艺性差。碱性焊条
中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。
• 碱性焊条中因不含有机物，也称低氢型焊条。可以提
高焊缝金属的抗裂性。
• 碱性焊条氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产
生飞溅和CO气孔。
• 碱性焊条在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），
因而应注意通风。
• 碱性焊条价格高于酸性焊条。
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3、电焊条
焊条型号
焊条型号是国家标准规定的代号。
碳钢焊条的型号见 GB5117—85，
如E4303、E5015、E5016
其中：
E表示焊条；
前两位数字：焊缝金属的抗拉强度，单位为10MPa ；
第三位数字：焊条的焊接位置，0、1表示焊条全位置
可用；2表示适用于平焊及平角焊；4表
示适用于向下立焊。
三、四位数字组合：焊接电流种类和药皮类型，
如03：钛钙型药皮，交流或直流正、反接。
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焊条型号
3、电焊条
平焊
横焊
立焊
仰焊
焊接的空间位置示意图
焊条药皮类型及焊接电源种类编号
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3、电焊条
焊条牌号
焊条牌号是焊条行业统一的代号；
• 焊条牌号一般用大写拼音字母和三位数字表示；
如：J422、J507 、A022等
 其中拼音字母表示：焊条的大类。A-奥氏体不锈
钢焊条，J-结构钢焊条，Z-铸铁焊条
 前两个数表示：各大类中若干小类;
 最后一位数字表示：药皮类型和电流种类。
举例：J422表示焊缝金属抗拉强度不低于420 MPa，
药皮类型为氧化钛钙型，电源为直流或交流
电源的电焊条。
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3、电焊条
焊条的选用原则
1）等强度原则：即选用与母材同强度等级的焊条。
2）同成分原则：即按母材化学成分选用相应成分的焊条。
3）抗裂纹原则：焊接刚度大，形状复杂，使用中承受动载
荷的结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条。
4）抗气孔原则：焊接受焊接工艺条件的限制时，应选用抗
气孔能力强的酸性焊条。
5）低成本原则：在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺
性能好、低成本、高效率的焊条。
例：16Mn ，抗拉强度520 Mpa , 可选用E5003
(J502)，E5015 (J507)，E5016 (J506)。
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二、埋弧自动焊
埋弧自动焊：是指利用连续送进的焊丝在焊剂层下
产生电弧而自动进行焊接的方法。又称焊剂层下自
动电弧焊，简称埋弧焊。
埋弧焊自动焊接过程示意图
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焊接材料--焊丝与焊剂
焊丝：焊接专用钢丝，同焊条的焊芯同属一个国准。
作用：（1）作为电极和填充金属；
（2）渗合金、脱氧、去硫等冶金处理作用。
焊丝直径1.6～6mm;
焊丝在焊前应进行
仔细清理，去除铁
锈和油污等杂质，
以防产生气孔等缺
陷。
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焊接材料--焊丝与焊剂
焊剂的作用：
（1）保护作用；焊剂熔化产生气和渣，保护电弧和熔池。
（2）脱氧和渗合金作用。
焊剂的分类：
无锰焊剂 低锰焊剂
熔炼焊剂
中锰焊剂 高锰焊剂
具有颗粒强度高，化学成分均匀，不宜吸潮等优点
烧结焊剂
用矿石、铁合金、粘接剂按一定比例配置成颗粒
状，高温烧结而成，宜渗合金，但强度低宜吸潮。
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焊剂牌号：“焊剂（HJ）×××”
第一位数字表示焊剂中氧化锰的含量；第二位数字表
示焊剂中二氧化硅，氟化钙的含量，第三位数字表示
同一类型焊剂的不同牌号 。
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埋弧自动焊工艺
 仔细下料、准备坡口、装配、点固；
 焊缝两侧50-60 mm清洁；
用于平焊，对接,T字型接头长直焊缝；
件厚<20 mm不开坡口，单面焊；
>20 mm双面焊，或开坡口单面焊；
 加引弧、引出板；用手弧焊封底工艺；
坡口形式
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埋弧自动焊工艺
一般偏离
距离a为
20~40mm，
直径小于
250 mm的
环缝一般
不采用埋
弧自动焊。
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焊弧区保护
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¸ ß 严密，气体
焊接电流大 É ú
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¶ ¨ 、杂质易浮
焊丝连续
出
中、薄件
接头不开
坡口
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弧光不
外泄
设备贵（自动焊机)，只能平焊
应用：① 较大批量、长直焊缝、大直径环缝>ф500mm
②
低碳钢，低合金钢，厚板6-60，最适于20-40mm
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三、气体保护焊
定义：利用某种外加气体作为电弧保护介质的一种电弧
焊方法，称为气体保护电弧焊，简称气体保护焊。
气体保护焊的分类：
（1）按电极材料的不同分：
不熔化极（钨棒作电极）和熔化极（焊丝作电极）
（2）按操作方法的不同分：
手工、半自动和自动的三种。
保护气体通常有两种：
惰性气体（Ar和N2）和活性气体（CO2）。
气体保护焊中应用较多的是氩弧焊和CO2气体保护焊。
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一）氩弧焊
以氩气作为保护气体的气体保护焊。
氩弧焊的分类：
1.根据电极材料不同
不熔化极氩弧焊（钨极）
熔化极氩弧焊
2.按照操作方法不同分，可分为手工、半自动和自动
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一）氩弧焊
特点:
（1）惰性Ar气保护，适用各种合金钢、易氧化有色金
属、锆、钽、钼等金属（可焊材料广）；
（2）Ar气透明，明弧，操作方便，易全焊位；
（3）焊速快，生产率↑高，HAZ↓、变形↓；
（4）焊缝质量较高；
（5）设备复杂，直流电源，Ar气贵，成本高。
应用:
由于氩气价格贵，目前仅用于焊接可焊性较差的金属.
如：铝、镁、钛等合金以及有些重要合金。
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二）CO2气体保护焊
CO2气体保护焊：利用CO2作为保护气体的一种熔
化极电弧焊。
除保护气体为CO2外，
工艺过程、方法与熔化
极氩(Ar)弧焊相似。
明弧
但CO2为氧化性
气体 CO2→CO + O,使
焊缝的含氧量增加，易
造成气孔和强烈飞溅。
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CO2气体保护焊的特点
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对>30mm厚件不
能焊；适合于
薄板焊接；不
宜焊接有色金
属和合金钢
热影响
区小，变形
小
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