1、焊接基础知识培训 目录 第一章第一章 焊接基础知识焊接基础知识 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
2、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=10-7mm）。 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
3、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 CO2 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
4、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。 类别类别 名称 英文名称英文名称 实例实例 数字代码数字代码 英文名称及缩写英文名称及缩写 美国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
5、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 we
6、lding 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 87
7、1 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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、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
15、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
16、，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
17、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amin: 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， amin=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amax: 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
18、.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
19、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
20、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
21、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 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
22、要再画虚线了。 第三章焊接图纸标注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 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
23、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
24、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
25、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ISO9
26、000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
27、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
28、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
29、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
30、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。
