1、常见的焊接方法第一节第一节 气气 焊焊 一、气焊概述 气焊是利用可燃气体与助燃气体混合后燃烧产生的火焰作为热源，将接头部位母材金属和焊丝熔化，使被熔化的金属形成熔池，冷却后形成一个牢固的接头，从而使两焊件连接成一个整体的焊接方法。图1 气焊（氧乙炔焊）示意图1-混合气管 2-焊件 3-焊缝 4-焊丝 5-火焰 6-焊嘴 气焊的优缺点： 1、优点： a、设备简单，移动方便，在无电力供应地区可以 方便进行焊接； b、可以焊接很薄的工件； c、焊接铸铁和部分有色金属时焊缝质量好。 2、缺点： a、热量较分散，热影响区及变形大； b、生产率较低，不易焊较厚的金属； c、由于气焊火焰中氧、氢易与熔化金属
2、发生作 用，使某些金属降低焊缝性能； d、难以实现自动化。 气焊用气体： 气焊用气体由助燃气体（氧气）和可燃气体（乙炔、液化石油气等）两部分组成。气 体发热量/JL-1火焰温度/乙 炔527533200氢100482160丙烷、丁烷88762000煤 气209342100沼 气330762000表1 可燃气体的发热量及火焰温度 氧气是气焊时必须使用的气体，且必须使用高纯度的氧气才能获得所需的导热强度。常用工业氧的纯度分两级：一级氧的纯度质量分数大于99.5%，用于质量要求较高的气焊；二级氧的纯度大于98.5%，用于没有严格要求的气焊。 乙炔的分子式为C2H2，是未饱和的碳氢化合物，常有刺鼻的特
3、殊气味，密度为1.17kg/m3，沸点为-82.4，凝固点为-85，是一种危险、易爆的气体，在摩擦、冲击条件下易爆炸。图2 射吸式焊炬示意图1-乙炔阀 2-乙炔导管 3-氧气导管 4-氧气阀 5-喷 嘴 6-射吸管 7-混合气管 8-焊 嘴 二、气焊用焊接材料 1、气焊丝 A、焊丝选用原则 力学性能考虑：应根据焊件的成分和受力情况选用焊丝。对焊接接头强度要求高的焊件，应选用比母材金属强度高的或等强度的焊丝；若焊件承受冲击力，应选用韧性好的焊丝；若要求焊件耐磨，则应选用耐磨材料焊丝。 焊接性考虑：应考虑焊缝金属和母材金属的熔合及其组织的均匀性。要求焊丝的熔点应等于或略低于母材金属的熔点，否则容易
4、形成烧穿、咬边或夹渣等缺陷。 B、常见气焊丝的型号和用途 碳素结构钢焊丝：一般低碳钢焊件采用H08A焊丝；重要低碳钢焊件采用H08Mn、H08MnA焊丝；中强度焊件采用H15A焊丝；高强度焊件采用H15Mn焊丝。 焊接普通碳素钢时采用H08A、H08Mn、H08MnA焊丝；焊接优质碳素钢和低合金结构钢时采用H08Mn、H08MnA、H10Mn2、H10Mn2MoA焊丝。 铸铁用焊丝：分灰铸铁焊丝和合金铸铁焊丝两种。 2、气焊熔剂 A、气焊熔剂的作用 气焊过程中，被加热的熔化金属极易与周围空气中的氧或火焰中的氧化合生成氧化物，使焊缝中产生气孔和夹渣等缺陷。为防止金属的氧化及消除已经形成的氧化物，
5、在焊接有色金属、铸铁和不锈钢等材料时，必须采用气焊熔剂。 气焊熔剂可以在焊前涂在焊件的待焊位置上或焊丝上。在高温下熔剂熔化与熔池内的金属氧化物或非金属夹杂物相互作用形成熔渣，浮在熔池表面从而防止熔池金属氧化以改善焊缝金属性能。 B、气焊熔剂的种类 化学熔剂：由一种或几种酸性氧化物或碱性氧化物组成，也称酸性熔剂或碱性熔剂。酸性熔剂如硼砂、硼酸、二氧化硅，主要用于焊接铜及其合金、合金钢等。焊接时形成的氧化亚铜、氧化锌和氧化铁属于碱性氧化物，故应采用酸性熔剂；碱性熔剂如碳酸钾、碳酸钠主要用于补焊铸铁，因为铸铁焊接时熔池内易形成高熔点的二氧化硅，故应采用碱性熔剂中和。 物理熔剂：在气焊铝及其合金时，熔
6、池表面会形成一层Al2O3薄膜，该薄膜不能被酸性或碱性熔剂中和，会阻碍焊接过程的进行。此时，可用有物理作用的熔剂将Al2O3溶解，从而获得高质量焊缝。 物理熔剂有氯化钾、氯化钠、氯化锂、氟化钾、氟化钠、硫酸氢钠等。 气焊熔剂的选择：应根据母材金属在气焊过程中所产生的氧化物的种类进行选择，所选用熔剂应能中和或溶解这些氧化物。熔剂型号代号应用范围基本性能熔剂101CJ101不锈钢、耐热钢熔点约为900，有良好的湿润作用，能防止熔化金属被氧化，焊后熔渣易清除。熔剂201CJ201铸 铁熔点约为650，呈碱性反应，能有效去除硅酸盐和氧化物，可加速金属熔化。熔剂301CJ301铜及铜合金为硼基盐类，熔点
7、约为650，呈酸性反应，能有效消除氧化铜和氧化亚铜。熔剂401CJ401铝及铝合金熔点约为560，呈碱性反应，能有效破坏氧化铝膜。 三、气焊工艺 1、气焊火焰 乙炔和氧混合燃烧时，不同的混合比会产生三种不同火焰： 碳化焰：氧乙炔混合比（体积比）小于1.1时形成的火焰。内焰有多余的游离碳，故为淡白色，有较强的还原和渗碳作用。 中性焰：氧与乙炔混合比为1.1-1.2时形成的火焰。在亮白色的焰心端部有淡白色火焰闪动，内焰区气体为CO和H2，无过量氧和游离碳。焰心外2-4mm处温度最高，达3150。 氧化焰：氧乙炔混合比大于1.2时形成的火焰。火焰有过量的氧，呈氧化性。焰心端部无淡白色火焰闪动，内、外
8、焰分不清。图3 氧乙炔焰示意图 a-中性焰 b-碳化焰 c-氧化焰1-焰心 2-内焰（暗红色） 3-内焰（淡白色） 4-外焰焊件材料应用火焰焊件材料应用火焰低碳钢中性焰铬不锈钢中性焰或轻微碳化焰中碳钢中性焰或轻微碳化焰铬镍不锈钢中性焰或轻微碳化焰低合金钢中性焰纯 铜中性焰高碳钢轻微碳化焰锡青铜轻微氧化焰灰铸铁碳化焰或轻微碳化焰黄 铜氧化焰高速钢碳化焰铝及其合金中性焰或轻微碳化焰各种金属材料气焊火焰的选择各种金属材料气焊火焰的选择2、气焊焊接参数A、焊丝直径的选择：工件厚度/mm焊丝直径/mm1-21-22-323-52-35-103-410-154-6156-8 B、火焰性质的选择： 对于需要
9、尽量减少元素烧损和减少增碳的材料，应选用中性焰；对于允许和需要增碳及还原气氛的材料，可选用碳化焰；对于母材金属含有低沸点元素（Sn、Zn等）的材料，因需要生成氧化薄膜覆盖在熔池表面以保护这些元素不再蒸发，应选用氧化焰。 C、焊炬倾角的选择： 焊炬倾角是指焊炬中心线与焊件平面之间的夹角。焊炬倾角大，热量散失少，焊件得到的热量多，升温快；焊炬倾角小，热量散失多，焊件受热少，升温慢。因此，在焊接厚度大、熔点较高或导热性较好的焊件时，或焊接开始时，为了较快地加热焊件和迅速形成熔池，焊炬的倾角要大些；反之，可小些。图4 焊炬倾角与焊件厚度的关系 D、焊接方向的选择： 气焊方向有两种：左向焊适用于焊接薄板
10、；右向焊适用于焊接厚度较大的工件。图5 左向焊与右向焊a-左向焊 b-右向焊 E、焊接速度的选择： 对于厚度大、熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以免发生未熔合的缺陷；对于厚度小、熔点低的焊件，焊接速度要快些，以免烧穿或使焊件过热，降低焊缝质量。第二节第二节 焊条电弧焊焊条电弧焊 一、焊条电弧焊的工作原理 焊条电弧焊是利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部，在焊条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件已经局部熔化的金属中，并与之融合形成熔池。随着电弧向前移动，熔池的液态金属逐步冷却结晶而形成焊缝。 在焊条电弧焊的焊接过程中，焊条是焊接电弧的一个极，并作为填充金属熔化后成为焊缝
11、的组成部分。焊条的药皮经电弧高温分解和熔化而生成气体和熔渣，对金属熔滴和熔池起防止大气污染的保护作用和冶金反应作用。某些药皮中加入金属粉末，为焊缝提供附加的填充金属。电弧中心的温度在5000以上，电弧电压一般为1640V，焊接电流为20500A。 二、焊条电弧焊的工艺特点 1、设备简单其操作灵活、方便，适应性强，不受场地和焊接位置的限制，在焊条能达到的地方一般都能施焊。 2、应用范围广除难熔或极易氧化的金属外，大部分工业用金属均能采用焊条电弧焊进行焊接。 3、操作技术要求高焊接质量在一定程度上取决于焊工的操作水平。 4、生产率较低每焊完一根焊条，需更新焊条，并残留一部分，焊条未充分利用。 三、
12、焊条电弧焊的使用范围 焊条电弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、铝及其合金的焊接；可焊但需预热、后热处理的金属有铸铁、高强度钢和淬火钢。 一般而言，1mm以下的薄板不宜采用焊条电弧焊，焊条电弧焊一般用于340mm厚度工件的焊接。 四、焊条电弧焊的辅助工具 1、电焊钳夹紧焊条并传导焊接电流的操作器具。其要求为：在任何斜度都能夹紧焊条，具有可靠的绝缘和良好的隔热性能。 2、焊条保温筒用于装载已烘干的焊条，并能保持一定的温度，以防焊条受潮的容器。有立式和卧式两种，温度一般为100450之间。 3、防护面罩用于保护电焊工的眼睛和面部不受电弧光的辐射和灼伤。有手持式和头盔式两种。面罩的护眼玻璃
13、有减弱电弧光并过滤红外线、紫外线的作用。五、电焊条的分类1、按焊条用途分结构钢焊条焊接碳钢和低合金高强钢；钼和铬钼耐热钢焊条焊接珠光体耐热钢和马氏体耐热钢；低温钢焊条焊接低温工作的结构钢；铸铁焊条用于补焊铸铁构件；镍及镍合金焊条焊接镍及高镍合金；铜及铜合金焊条焊接铜及铜合金；铝及铝合金焊条焊接铝及铝合金；特殊用途焊条用于水下焊接等特殊工作需要的焊条。 2、按焊接熔渣的酸碱度分 酸性焊条药皮中含有大量酸性氧化物的焊条。该类焊条的工艺性能好，焊缝外表美观，波纹细密，但熔渣的氧化性强。典型的酸性焊条型号为E4303。 碱性焊条药皮中含有大量碱性氧化物的焊条。由于焊条中含有大理石和萤石等成分，在焊接冶
14、金反应中生成了HF，降低了焊缝中的含氢量，故又称低氢焊条。碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧性，尤其适合于有动载构件的焊接。典型的碱性焊条型号为E5015。 六、电焊条的选用原则 1、从焊件的力学性能和化学成分考虑： 低碳钢、中碳钢和低合金钢可按其强度的等级选用相应强度的焊条，如焊接结构刚性大、受力情况复杂时，应选用比钢材强度低一级的焊条，以保证有良好强度与塑性的综合性能。 对于塑性、冲击韧性和抗裂性能要求较高，低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条；当焊接坡口处有不易清除的铁锈、油污和氧化皮等脏物时，应选用对其敏感性小、抗气孔性能强的酸性焊条。 不同强度级别钢材的焊接，一般选用与较低强度等级钢
15、材相匹配的焊条。 2、从提高生产率和降低成本考虑： 在满足焊件使用性能和焊条操作性能的前提下，应选用规格大、效率高的焊条； 在使用性能基本相同时，应尽量选用价格低的焊条，以降低焊接生产的成本； 薄板焊接尽量采用酸性焊条，以便更易引弧。 七、焊接位置的种类 焊接位置，即熔焊时焊件接缝所处的空间位置，可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。 焊缝倾角，即焊缝轴线与水平面Y轴之间的夹角。 图6 焊缝倾角 焊缝转角，即焊缝中心线和水平参照面的夹角。图7 焊缝转角 根据焊缝倾角和焊缝转角的不同，焊缝可分为：a、平焊；b、横焊；c、立焊；d、仰焊；e、平角焊；f、仰角焊。图8 各种焊接位置 八、焊接工艺参数 1、焊
16、条直径 在保证焊接质量的前提下，尽可能选用大直径焊条以提高效率。 带坡口需多层焊的接头，第一层焊缝应选用小直径焊条，以便在接头根部容易操作，有利于熔透；在横焊、立焊和仰焊时，由于重力作用熔化金属易从液态熔池中流出，故应选用小直径焊条，以便于控制焊接熔池。 2、焊接电流 在保证焊接质量的前提下，尽可能选用较大的焊接电流以提高效率。 应避免： 焊接电流过大，焊条后部发红，药皮失效或崩落，保护效果变差，易造成气孔、飞溅、烧穿等缺陷，并导致热影响区晶粒粗大、韧性差。 焊接电流过小，则电弧不稳，易造成未焊透、未熔合、气孔和夹渣等缺陷。 3、电弧电压 电弧电压由电弧长度决定。电弧长度是焊条芯的熔化端到焊接
17、熔池表面的距离。电弧长则电弧电压高，反之则低。 若电弧太长，电弧漂摆，燃烧不稳，熔深减少，熔宽加大，外部空气易侵入，降低焊缝质量；若弧长太短，熔滴过渡易发生短路，操作困难。 4、焊接速度 焊接速度越大，热输入就越大，易使焊缝及热影响区的显微组织粗化，降低焊接接头的力学性能； 若焊接速度太小，造成效率低。 5、焊前预热 焊前预热可延长焊缝金属从峰值温度降到室温的冷却时间，使焊缝中的氢有充分的时间逸出，避免冷裂纹的产生，并延长焊接接头从800到500的冷却时间，改善焊缝金属及热影响区的显微组织，降低热影响区的最高硬度，减少内应力，提高抗裂性。 6、后热及焊后保温 后热是在焊后立即加热焊件或焊接区，
18、并保持一定时间，然后缓慢冷却。 焊后保温则是焊后把焊件或焊接区用保温材料覆盖起来，使焊件缓慢冷却。 后热及焊后保温是为了使氢的逸出更加充分，防止产生冷裂纹。并可降低预热温度，避免预热温度过高造成热裂纹。 7、焊后热处理 焊后热处理是为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理。对于易产生脆性破坏和延迟裂纹的重要结构、尺寸稳定性要求很高的结构、有应力腐蚀的结构等都应考虑焊后进行消除应力的热处理。 焊后热处理常有正火或正火加回火与消除应力处理两种。第三节第三节 埋埋 弧弧 焊焊 一、概一、概 述述 埋弧焊以颗粒状焊剂作为保护介质，电弧掩埋在焊剂层下的一种熔化极电弧焊接方法。图9 埋弧自动
19、焊焊接装置示意图1-焊剂漏斗 2-送丝机构 3-焊丝 4-焊丝盘 5-导电嘴 6-控制箱 7-电源 8-焊剂 9-焊件图10 埋弧焊施焊过程1-焊件 2-焊剂漏斗口 3-送丝系统 4-焊丝 5-导电嘴 6-焊剂 7-渣壳 8-焊缝图11 埋弧焊纵向剖面图1-焊剂 2-焊丝 3-电弧 4-金属熔池 5-熔渣 6-焊缝 7-工件 8-渣壳 埋弧焊的施焊过程由三个环节组成： 1、在焊件待焊接缝处均匀堆敷足够的颗粒状焊剂； 2、导电嘴和焊件分别接通焊接电源两极以产生焊接电弧； 3、自动送进焊丝并移动电弧实施焊接。 埋弧焊焊接时，电源的两极分别接在导电嘴和焊件上，焊丝通过导电嘴与焊件接触。启动电源，电流
20、经过导电嘴、焊丝与焊件构成焊接回路。焊丝与焊件之间引燃电弧产生的热量使周围的焊丝熔化形成熔渣。连续送入电弧的焊丝在电弧高温作用下加热熔化，与熔化的母材混合形成金属熔池。金属熔池上液态熔渣层及熔渣外层未熔化的焊剂共同保护金属熔池，使其与周围空气隔绝，并遮蔽有碍操作的电弧光的辐射。 埋弧焊的主要优点： 1、焊缝质量高：熔渣膜隔绝空气，保护效果好； 2、操作条件好：熔渣隔离弧光，且机械化行走，便于操作； 3、设备调节性好：由于电场强度较高，故有较高的调节灵敏度，操作过程的稳定性好； 4、生产效率高：焊剂和熔渣的隔热保护作用使电弧热辐射散失极小，飞溅损失受到有效制约，电弧热效率大大提高。且电流密度大导
21、致电弧的熔透能力提高，焊接速度可达60150m/h。 埋弧焊的主要缺点： 1、难以在空间位置施焊：由于埋弧焊采用颗粒状焊剂，为保证焊剂、熔池金属和熔渣不流失，故埋弧焊通常只适用于平焊位置的焊接； 2、难以焊接易氧化的金属材料：由于焊剂的主要成分为MnO、SiO2等金属和非金属氧化物，具有一定的氧化性，故难以焊接铝、镁、钛等对氧化性敏感的金属及其合金； 3、对焊件装配质量要求高：由于埋弧焊在焊剂层下，不能直接观察电弧与坡口的相对位置，当焊件装配质量不好时易焊偏而影响焊接质量； 4、不适合焊接薄板和短焊缝：电流小于100A时电弧稳定性不好，故必须采用大电流、高电压，较高的焊接电流不适合焊接太薄的焊
22、件；由于受焊车的限制，其机动灵活性差，只适合焊接长直焊缝和大圆焊缝。 埋弧焊应用十分广泛，可用于碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等的焊接； 除厚度为5mm以下的焊件容易烧穿而用得较少外，较厚的焊件均可采用埋弧焊焊接，最大的焊接厚度可达650mm。 由于埋弧焊电弧功率大，产生的热收缩应力大，故不适合易产生裂纹的铸铁的焊接；铝、钛及其合金目前还没有适当的焊剂，不能使用埋弧焊；铅、锌等低熔点金属也不适合埋弧焊焊接； 造船、锅炉、化工容器、大型金属结构和工程机械等领域最能发挥埋弧焊快速、高效的特点，应用较广。 二、埋弧焊的冶金特点及焊接材料二、埋弧焊的冶金特点及焊接材料 埋弧焊的冶金特点： 1
23、、渗锰渗硅：当焊剂中MnO、SiO2含量足够高时，由于冶金反应：2Fe + SiO2 2FeO + Si；Fe + MnO FeO + Mn，使焊缝中Mn、Si含量提高，因而可提高焊缝的抗裂性能和力学性能。 2、脱碳：由于焊剂中不含碳，高温下碳与氧的亲和力界于锰与硅之间，故焊接过程中会有一定量的碳烧损，且随焊丝中含碳量的增大而加剧，过量时还会产生CO气孔，因此焊丝中的含碳量必须严格控制。 3、脱氢：母材、焊丝表面的油污及焊剂的吸潮水分是埋弧焊产生氢气的主要原因。为防止氢气孔，应杜绝氢的来源，还可用高温冶金反应时所生成的不熔于熔池的HF和OH来达到去氢的目的。 4、控制P、S量：当焊剂中P、S含
24、量较高时，会造成焊缝中P、S含量的增加而导致冷裂、热裂倾向增强，故焊剂中P、S量应严格控制在0.1%以下。 埋弧焊对焊剂的基本要求： 1、应具有良好的保护性能和冶金性能：焊剂在埋弧焊中的主要作用是造渣，以隔绝空气对熔池金属的污染。焊剂熔化产生的气、渣能有效地保护电弧和熔池，防止焊缝金属氧化、氮化以及合金元素的蒸发和烧损；具有脱氧和渗合金作用，焊缝可获得需要的化学成分、力学性能及抗裂性能； 2、具有良好的工艺性能：有良好的稳弧、造渣、成型、脱渣性能；析出有害气体少；吸潮性小，粒度适当，强度足够。 焊剂的分类： 1、按用途分：钢用焊剂、有色金属焊剂； 2、按制造方法分：熔炼焊剂、烧结焊剂、 粘接焊
25、剂； 3、按熔渣碱度分：碱性焊剂、酸性焊剂、 中性焊剂； 4、按主要成分分：锰焊剂（MnO）、硅焊 剂(SiO2)、氟焊剂(CaF2)。 焊剂的牌号： 1、熔炼焊剂：用汉语拼音字母“HJ”表示埋弧焊熔炼焊剂。“HJ”后第一位数字表示焊剂类型，以焊剂中氧化锰含量编序；第二位数字也表示焊剂类型，以焊剂中二氧化硅与氟化钙含量编序；第三位数字为同一类型的不同编号，按0、1、9顺序排列。如：HJ431表示高锰高硅低氟型埋弧焊用熔炼焊剂。 2、烧结焊剂：用汉语拼音字母“SJ”表示埋弧焊烧结焊剂。“SJ”后第一位数字表示焊剂熔渣渣系；第二、三位数字表示相同渣系焊剂中的不同牌号，按01、02、09顺序排列。如
26、：SJ101表示氟碱型埋弧焊焊剂。 埋弧焊焊丝： 焊丝在埋弧焊中是作为填充金属而成为焊缝金属的组成部分，故对焊缝质量有直接影响。根据成分和用途，焊丝通常分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢焊丝三类。 钢焊丝的牌号： 1、凡在焊丝牌号前加“H”，均表示钢焊丝。“H”后的第一或第二位数字表示碳的质量分数； 2、碳质量分数后面的化学元素符号及其数字表示该元素的质量分数。当主要合金元素的质量分数小于或等于1%时，可省略数字而只记该元素的符号； 3、在牌号尾部标有“A”或“E”分别表示“高级优质”和“特高级优质”，后者的P、S含量更低。 如：H08Mn2SiA中，H表示焊接用实心焊丝；08表示含碳量约为0
27、.08%；Mn2表示含锰量约为2%；Si表示Si含量小于等于1%；A表示高级优质，P、S含量均不大于0.03%。 焊接低碳钢时，常用的焊丝牌号有H08、H08A、H15Mn等，其中以H08A的应用最为普遍。当焊件厚度较大或对力学性能要求较高时，可选用Mn含量较高的焊丝。 焊接合金结构钢或不锈钢时，应根据材料的化学成分和性能要求选用相应的焊丝。 埋弧焊普遍采用实芯焊丝，直径通常有2mm、3mm、4mm、5mm和6mm五种。使用时，应将焊丝表面的油、锈等清理干净，以免影响焊接质量。除不锈钢和有色金属外，为防锈及改善导电性能，低碳钢和低合金钢焊丝的表面最好镀铜。 焊丝、焊剂的选用与配合： 焊丝与焊剂
28、的正确选用及二者之间的合理配合，是获得优质焊缝的关键，故必须按工件的成分、性能和要求正确、合理地选配焊丝和焊剂。 焊剂类别焊剂型号成分类型 用 途 配 用 焊 丝使用前烘烤（h）烧结型SJ101碱性（氟钙型）重要普低钢H08MnA、H08MnMoA、 H08Mn2MoA、H10Mn2 2350SJ301中性（硅钙型）低碳钢、锅炉钢H08MnA、H08MnMoA、H10Mn2 2350SJ401酸性（锰硅型）低碳钢、普低钢H08A 2250SJ501酸性（铝钛型）低碳钢、普低钢H08A、H08MnA 2350SJ502酸性（铝钛型）低碳钢、普低钢H08A 1300常见埋弧焊焊剂用途及配用焊丝焊剂
29、类别焊剂型号 成分类型 用 途 配用焊丝使用前烘烤（h） 熔 炼 型HJ130无Mn高Si低F 低碳钢、普低钢H10Mn2 2250HJ151无Mn中Si低F 奥氏体不锈钢相应钢种焊丝 2300HJ230低Mn高Si低F 低碳钢、普低钢H08MnA、 H10Mn2 2250HJ250低Mn中Si中F 低合金高强度钢相应钢种焊丝 2350HJ330中Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢H08MnA、 H10MnSi 2250HJ350中Mn中Si中F 重要低合金高强度钢MnMo、MnSi焊丝 2400HJ430高Mn高Si低F 重要低碳钢、普低钢H08MnA、 H08A 2250HJ431高Mn高
30、Si低F 重要低碳钢、普低钢H08MnA、 H08A 2250 三、埋弧焊工艺三、埋弧焊工艺 1、焊前准备： 坡口选择：由于埋弧焊可使用较大的焊接电流，电弧具有较强的穿透力，故当焊件厚度不大时可不开坡口。板厚小于14mm的构件一般不开坡口。 随着焊件厚度的增加，为保证焊件焊透，应在焊件上开坡口。板厚为1422mm的焊件，一般开单面的“V”形坡口；对于板厚为2250mm的焊件，应开双面“Y”形坡口；对于压力容器，还常采用“U”形或双面“U”形的坡口，以利于根部焊透并消除夹渣等缺陷。 焊件清理与装配：焊件装配前，需将坡口及附近区域表面上的油污、锈蚀、氧化物、水分等用喷丸处理、钢丝刷手工清理、氧乙炔
31、火焰烘烤、挥发性溶剂清洗等方法清理干净。 焊件装配时必须保证接缝间隙均匀，高低平整不错边，并用夹具或定位焊缝可靠固定。定位焊使用的焊条应与焊件材料性能相符，其位置一般应在第一道焊缝的背面，长度一般不大于30mm，且不应有夹渣、裂纹等缺陷。 焊丝清理及焊剂烘干：焊丝表面的油污、锈蚀等必须清理干净，以免污染焊缝造成气孔。 焊剂在运输及储存过程中容易吸潮，故使用前应烘干去除水分。一般焊剂须在250烘烤1-2小时；限用直流的焊剂使用前须在350-400温度下烘烤2小时，烘干后立即使用。 2、工艺参数对焊缝成形及质量的影响： 焊接电流：增大焊接电流，电弧的热功率和电弧力都增大，焊缝熔深增大，焊丝熔化量增
32、加，生产率提高。图12 焊接电流对焊缝形状的影响 如果焊接电流太大，焊缝会因熔深过大而熔宽变化不大造成成形系数偏小，不利于熔池中气体及杂物的上浮和逸出，容易产生气孔、夹渣及裂纹等缺陷，严重时可能烧穿焊件。太大的焊接电流也使焊丝消耗增加，焊缝余高过大，焊缝热影响区增大，焊接变形增大。 如果焊接电流过小，电弧不稳定，焊缝熔深减小，生产率降低，还可导致未焊透。 电弧电压：电弧电压与电弧长度成正比。电弧电压主要决定焊缝熔宽，对焊缝横截面形状和表面成形有很大影响。 提高电弧电压时弧长增加，电弧斑点的移动范围增大，使焊剂熔化量增多，熔宽增加。同时，焊缝余高和熔深略有减小，焊缝变得平坦。图13 电弧电压对焊
33、缝形状的影响 如果电弧电压太大，电弧会突破焊剂的覆盖，使熔化的液态金属失去保护而与空气接触，造成密集型气孔； 如果电弧电压过低，会形成高而窄的焊缝，影响焊缝成形并使脱渣困难。 因此，埋弧焊时电弧电压与焊接电流应相互匹配。焊接电流/A520-600600-700700-850850-10001000-1200电弧电压/V34-3636-3838-4040-4242-44埋弧焊焊接电流与电弧电压的配合关系 焊接速度：在其它参数不变时，焊接速度增加，电弧对母材和焊丝的加热减少。当焊接速度增大到40m/h时，由于焊缝的线能量明显减少，熔深随焊接速度增大而减小。图14 焊接速度对焊缝形状的影响 焊接速度
34、过快，电弧对焊件的加热不足，使熔合比减小，会造成未焊透等缺陷； 焊接速度过低，会导致熔化金属流动不畅，易造成焊缝波纹粗糙和夹渣，甚至烧穿焊件。 焊丝直径：焊丝直径主要影响熔深。在相同的焊接电流时，直径较细的焊丝电流密度较大，形成的电弧吹力大，熔深大；焊丝越粗，允许使用的焊接电流越大，生产率越高。 焊丝直径应与焊接电流相匹配。若粗焊丝用小电流焊接，会造成电弧不稳；若细焊丝用大电流焊接，容易形成“蘑菇形”焊缝，且熔池不稳定，焊缝成形差。不同直径焊丝适用的焊接电流焊接电流/A200-400350-600500-800700-1000800-1200焊丝直径/mm23456 焊丝伸出长度：在焊丝伸出长
35、度上存在一定的电阻。由于埋弧焊的焊接电流很大，在伸出焊丝上产生的电阻热较大。焊丝受电阻热的预热，熔化速度增加。焊丝直径越细、电阻率越大、伸出长度越长，预热作用的影响就越大。因此，焊丝直径小于3mm时，应严格控制伸出长度；焊丝直径较粗时，伸出长度的影响较小，但应控制在合适的范围，伸出长度应为焊丝直径的6-10倍。3、埋弧焊的常见缺陷及产生原因：缺陷名称产生原因焊缝表面形成不良宽度不均匀1、焊接速度不均匀2、焊丝给送速度不均匀3、焊丝导电不良堆积高度过大电流太大、电压过低焊缝金属满溢1、焊接速度过慢2、电压过大气 孔1、接头未清理干净2、焊剂潮湿3、焊剂中混有垃圾4、焊剂覆盖层厚度不当或焊剂斗阻塞
36、5、焊丝表面清理不够6、电压过高图15 焊接时产生的流溢与咬边缺陷名称产 生 原 因 裂 缝1、焊件、焊丝、焊剂等材料配合不当2、焊丝中碳、硫量较高3、焊接区冷却速度过快而致热影响区硬化4、焊接顺序不合理5、焊件刚度大 烧 穿焊接参数及其它工艺因素配合不当 咬 边1、焊丝位置或角度不正确2、焊接参数不当 未熔合1、焊丝未对准2、焊缝局部弯曲过甚 未焊透1、焊接参数不当（如电流过小、电压过高）2、坡口不合适3、焊丝未对准内部夹渣多层焊时，层间清理不干净第四节第四节 熔化极气体保护电弧焊熔化极气体保护电弧焊 一、概述一、概述 熔化极气体保护电弧焊是焊区在保护气体的作用下，熔化的焊丝金属与母材金属混
37、合而成的熔池在电弧热源移走后结晶形成焊缝，从而把分离的母材通过冶金方式连接起来的方法。图16 熔化极气体保护焊示意图 1焊丝盘 2送丝滚轮 3焊丝 4导电嘴 5保护气体喷嘴 6保护气体 7熔池 8焊缝金属 9母材 10-电弧 熔化极气体保护电弧焊的优缺点： 与焊条电弧焊相比，其优点有： 1、焊接效率高。由于是连续送丝，没有更换焊条工序，焊道之间不需清渣，节省时间。 2、可以获得含氢量更低的焊缝金属。 3、在相同电流下，熔深比焊条电弧焊的大。 4、焊接厚板时，可以用较短的焊接电弧和较快的焊接速度，其焊接变形小。 5、烟雾少，可以减轻对通风的要求。 与埋弧焊相比，其优点有： 1、明弧焊接，焊工可以
38、观察到电弧和熔池的状态和行为。 2、可以进行各种位置焊接，不像埋弧焊只能进行平焊。 3、无需清渣，可以用更窄的坡口间隙，实现窄间隙焊接，节省填充金属和提高生产率。 与焊条电弧焊相比，其缺点有： 1、受环境制约。为了确保焊接区获得良好的气体保护，在室外操作需要有防风装置。 2、半自动焊枪比焊条电弧焊钳操作性差，不轻便，操作灵活性差。 3、焊枪较复杂，对于狭小空间的接头，焊枪不易接近。 熔化极气体保护焊可用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢、铝、铜及其合金的焊接，并具有效率高、应用广泛、操作简单、自动化程度高等优点。 熔化极气体保护焊方法的分类： 根据焊丝结构，熔化极气体保护焊可分为实芯焊丝气体保护焊和
39、药芯焊丝气体保护焊； 根据保护气体类型，熔化极气体保护焊可分为CO2气体保护焊、惰性气体保护焊和混合气体保护焊。 二、二、 COCO2 2气体保护焊气体保护焊 1、CO2气体保护焊的冶金特点： 合金元素的氧化与脱氧：CO2气体在电弧高温下会发生分解，分解时放出的原子态氧活泼性强，易与合金元素产生化学反应，造成被焊工件的合金元素在焊接过程中烧损。 由于氧化作用而生成的FeO能大量熔于熔池金属中，会使焊缝金属产生夹渣等缺陷； 锰、硅等元素氧化生成SiO2、MnO，减少了焊缝中锰、硅等元素的含量，使焊缝金属的力学性能降低； 碳同氧化合生成CO气体会增大金属飞溅，且可能在焊缝金属中产生气孔，并导致碳的
40、烧损，降低力学性能。 为此，要在焊丝中加入足够数量的脱氧元素；脱氧元素和氧的亲和力比铁强；常用的脱氧元素有Al、Ti、Si、Mn等。 实践证明，Si、Mn联合脱氧时其效果最好。目前常用的H08Mn2SiA焊丝,就是采用Si、Mn联合脱氧的焊丝。 焊缝金属中的气孔： a、焊丝中脱氧元素含量不足：当焊丝中脱氧元素含量不足时，焊接过程中就会有较多的FeO熔于熔池金属中，冷凝时就会发生化学反应： FeO + C Fe + CO，从而成为CO气孔。 为了防止生成CO气孔，对于焊丝的化学成分应要求含碳量低和有足够数量的脱氧元素，以避免焊接过程中Fe被大量氧化，以及FeO和C在熔池中产生化学反应。 b、气体
41、保护作用不良：在CO2气体保护焊过程中，如果因工艺参数选择不当或CO2气体纯度不高，在电弧高温作用下，空气中的氮会溶到熔池金属中。若液态金属中的氮来不及逸出，常会在焊缝表面出现蜂窝状气孔，或以弥散形式的微气孔分布于焊缝金属中。 要避免氮气孔的产生，应增强气体的保护效果，且选用纯度高的CO2气体；此外，选用含有固氮元素（如Al、Ti）的焊丝，也有助于防止产生氮气孔。 c、焊缝金属溶解了过量的氢：如果焊丝及焊件表面有铁锈、油污与水分，或CO2气体中有水分，在电弧高温作用下这些物质会分解并产生氢，氢在高温下易溶于熔池金属中。若氢来不及从熔池中逸出，就会在焊缝中产生氢气孔。 为防止氢气孔，在焊前应对焊
42、件及焊丝进行清理，去除其表面上的铁锈、油污与水分；此外，还可对CO2气体进行提纯与干燥。 2、CO2气体保护焊的飞溅： 与一般熔化极气体保护焊相比，CO2焊一个非常重要的特点就是存在飞溅。金属飞溅损失约占焊丝熔化金属的10%左右，严重时可达30-40%。在最佳情况下，飞溅损失可控制在2-4%范围内。 CO2气体保护焊引起金属飞溅的因素很多，如：冶金反应中生成了CO气体；作用在焊丝电极斑点上的压力过大；不正常的熔滴过渡及焊接参数的选择不当等，均可引起飞溅。 减少飞溅的措施： 1、尽可能选用含碳量低的钢焊丝，以减少焊接过程中生成CO气体。当焊丝中含碳量降低到0.04%以下时，可大大减少飞溅； 2、
43、采用管状焊丝进行焊接。管状焊丝的药芯中含有脱氧剂、稳弧剂及造渣剂等，造成气渣联合保护，使焊接过程非常稳定，飞溅可显著减少； 3、在长弧焊时采用CO2+Ar的混合气体作保护气。当Ar的体积百分比在60%以上时，可明显使过渡熔滴的尺寸变细，减少金属飞溅； 4、选用直流反极性进行焊接可减少飞溅。 CO2气体对焊接区产生保护的原因： CO2气体的密度较大，且受热分解后体积将扩大一半，故CO2气体能有效排除焊接区的空气，并把焊接区与空气氛围有效隔离起来，从而起到良好的保护作用。 CO2焊具有成本低、抗氢气孔能力强、适合薄板焊接、可全位置焊等优点，所以广泛适用于低碳钢和低合金钢等黑色金属的焊接。对于焊接不
44、锈钢，因焊缝金属有增碳现象，影响抗晶间腐蚀性能，故使用较少；对于容易氧化的有色金属如Cu、Al、Ti等，则不能应用CO2焊。 3、CO2焊焊丝： CO2焊对焊丝的化学成分有特殊要求，如：焊丝必须含有足够数量的脱氧元素；焊丝的含碳量应低，一般应在0.15%以下；应保证焊缝金属具有较好的力学性能和抗裂性能，等。 目前H08Mn2SiA焊丝是CO2焊中应用最广泛的一种焊丝，它具有较好的工艺性能、力学性能及抗热裂纹能力。 4、 CO2焊焊接工艺举例： 右图的滑轮是由壁厚为3.4mm热轧钢制成的两个相互匹配的构件焊接而成，焊接接头的基本要求是：在十分苛刻的条件下，给皮带轮一个坚固的支撑。图17 滑轮结构
45、示意图 该滑轮以前是由16个各沿滑轮周向分布的直径为9.5mm的点焊焊点连接而成（图中的1、2）。但滑轮在焊前须经酸洗等准备工作，每个滑轮的焊接时间为1min。 采用CO2焊后，可降低对焊前清理的要求。焊接时沿两个构件之间的端接接头周边连续施焊，每个滑轮的焊接时间降为40s，生产率提高了50%（图中的3）。接头形式端接接头坡口形式单面喇叭V形坡口焊丝1.1mm，H08Mn2SiA电流350-390A、直流反接电压31-33V保护气体CO2，流量9.4L/min送丝速度1524cm/min焊件回转速度1.5转/min滑轮CO2焊焊接工艺参数 三、惰性气体保护焊三、惰性气体保护焊 熔化极惰性气体保
46、护焊是以连续送进的焊丝作为熔化电极，采用惰性气体作为保护气的电弧焊方法，简称MIG焊。其特点为： 1、采用Ar、He或Ar+He作为保护气体，几乎可焊接所有金属，尤其适合于焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属。对于低碳钢和低合金钢，使用惰性气体作保护成本较高，一般不采用。 2、由于用焊丝做电极，可采用高密度电流，因而母材熔深大，填充金属速度快，效率高。 3、可采用直流反接，焊接铝及铝合金时有良好的“阴极清理”氧化膜作用。 1、惰性保护气体： Ar：密度为空气的1.4倍，在平焊时能有效排除焊接区域的空气。由于氩气是惰性气体，焊接过程中不与液态和固态金属发生化学冶金反应，因此特别适合于活泼金属的焊
47、接。但氩气不像还原性气体或氧化性气体那样有脱氧或去氧的作用，所以对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则会影响焊缝质量。 氩气的另一特点是热导率小，又为单原子气体，不消耗分解热，故燃烧中的电弧热损失小，电弧一旦引燃，燃烧就很稳定，即使低电压时亦如此。一般电弧电压仅为8-15V。 He：密度约为空气的1/7，仰焊时氦气上浮有良好的保护效果。但平焊时，为维持适当的保护效果必须采用较大的气体流量，气体流量一般是纯氩气的2-3倍。由于纯氦价格昂贵，单独采用氦气保护成本较高，故纯氦保护应用较少。 Ar+He：Ar和He按一定比例混合使用时，可获得兼有两者优点的混合气体：电弧燃烧稳定，温度高，焊丝
48、金属熔化速度快，熔池金属的流动性好，焊缝成形好，致密度高。对于焊接铝及其合金、铜及其合金等热敏感性的高导热材料尤为重要。 混合气体保护焊可改善纯氩保护焊时易出现的“指状”熔深。图18 Ar、He、Ar+He三种保护气体的焊缝剖面形状（直流反接） 2、焊丝：焊丝成分应与母材相近，并应具有良好的焊接工艺性和接头性能。焊丝直径一般为0.8-2.5mm，焊丝直径越小，其表面积与体积的比值越大，焊丝加工过程中进入焊丝表面上的拔丝剂、油或其它杂质相对较多，容易导致气孔、裂纹等缺陷，故焊丝使用前必须经过严格的清理。 3、熔化极惰性气体保护焊工艺： a、焊前准备：与其它焊接方法相比，熔化极惰性气体保护焊对焊件
49、和焊丝表面的污染物非常敏感，故焊前表面清理工作是焊前准备中的重点。 常见的焊前清理方法有化学清理和机械清理。 化学清理：因材质不同而异。 铝及其合金表面的清理：先进行脱脂处理去除表面的油污，然后用NaOH溶液进行碱洗，再用 HNO3溶液进行酸洗，以清除氧化膜，并使表面光滑。 机械清理：有打磨、刮削和喷砂等方法，用以清理焊件表面的氧化膜。 对于不锈钢和高温合金焊件，常用砂纸磨或抛光法将焊件接头两侧30-50mm宽度内的氧化膜清除掉。 对于铝合金，由于材质较软，可用细钢丝轮、钢丝刷或刮刀将焊件接头两侧一定范围内的氧化物除去。 b、工艺参数的选择： 焊接电流：通常是先根据工件的厚度选择焊丝直径，然后
50、再确定焊接电流。若其它参数不变，焊接电流与送丝速度（或熔化速度）有如下关系：图19 碳钢焊丝的焊接电流与送丝速度的关系材 料焊丝直径/mm临界电流/A低碳钢0.800.901.201.60150165220275不锈钢0.901.201.60170225285铝0.801.201.6095135180不同材料和不同直径焊丝的临界电流参考值 焊接速度：焊速较小时，单位长度上填充金属的熔敷量增加，熔池体积增大；随着焊速的提高，熔深和熔宽均减小；焊接速度过高，单位长度上电弧传给母材的热量显著降低，母材的熔化速度减慢。 焊丝伸出长度：焊丝的伸出长度越长，焊丝的电阻热越大，熔化速度越快；焊丝的伸出长度过
