焊接与缺陷基本知识

焊接与缺陷基本知识河北省特种设备学会付振波2019年5月14日目录1、焊接的定义2、焊接的发展历史3、焊接技术的应用领域4、焊接人物5、焊接方法的分类6、特种设备常用的焊接方法（1）焊条电弧焊（2）埋弧自动焊（3）氩弧焊（4）二氧化碳气体保护焊（5）等离子弧焊（6）电渣焊7、焊接接头8、焊接应力与变形9、特种设备常用钢材的焊接（1）焊接性（2）焊接工艺评定（3）控制焊接质量的工艺措施（4）低碳钢的焊接（5）低合金钢的焊接（6）奥氏体不锈钢的焊接10、焊接缺陷的种类及产生的原因（1）外观缺陷（咬边、焊瘤、凹坑、未焊满、烧穿、其他）（2）内部缺陷（气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、其他）11、铸件中常见缺陷及产生原因12、锻件中常见缺陷及产生原因13、轧材中常见缺陷及产生原因14、使用中常见缺陷及产生原因1、焊接的定义焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。金属的焊接是指在焊接过程中，必须对需要结合的地方通过加热使之熔化，或者通过加压(或者先加热到塑性状态后再加压)，使之造成原子或分子间的结合与扩散，从而达到不可拆卸的联接。2、焊接技术的发展历史焊接技术是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊，中国商朝制造的铁刃铜钺，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线婉蜒曲折，接合良好，春秋战国时期曾侯乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，是分段钎焊连接而成的，经分析，所用的与现代软钎料成分相近。战国时期制造的刀剑，刀刃为钢，刀背为熟铁，一般是经过加热锻焊而成的，据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载：中国古代将铜和铁一起入炉加热，经锻打制造刀、斧；用黄泥或筛细的陈久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船锚，中世纪，在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器。古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；1885～1887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；1900年又出现了铝热焊。20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。在此期间，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端，1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展，40年代，为适应铝、镁合金和合金钢焊接的需要，钨极和熔化极惰性气体保护焊相继问世。1951年苏联的巴顿电焊研究所创造电渣焊，成为大厚度工件的高效焊接法，1953年，苏联的柳巴夫斯基等人发明二氧化碳气体保护焊，促进了气体保护电弧焊的应用和发展，如出现了混合气体保护焊、药芯焊丝气渣联合保护焊和自保护电弧焊等。1957年美国的盖奇发明等离子弧焊；40年代德国和法国发明的电子束焊，也在50年代得到实用和进一步发展；60年代又出现激光焊等离子、电子束和激光焊接方法的出现，标志着高能量密度熔焊的新发展，大大改善了材料的焊接性，使许多难以用其他方法焊接的材料和结构得以焊接。公元前200年前，中国商朝用铸焊制造铁刃铜钺3、焊接技术的应用领域焊接技术适用于很多材料，在工业生产中各个领域都有应用。从我们的生活中到尖端科技领域，都能看到焊接技术的成果。尤其是在现代制造业，焊接成为不可或缺的技术之一。11931年：焊接建造的全钢结构帝国大厦1933年：当时世界上最高的悬索桥旧金山的金门大桥建成通车，她是由87750吨钢材焊接拼成的。1941年：二次世界大战时舰艇、飞机、坦克及各种重武器的制造采用了大量的焊接技术。1949年：第一台使用弧焊和电阻焊工艺制造的全焊结构的FORD牌汽车下线1954年：第一艘采用焊接工艺制造的核潜艇TheNautilus号开始为美国海军服役1984年：前苏联女宇航员SvetlanaSavitskaya在太空中进行焊接试验2019年：三峡水轮机的焊接完成，是已建造和目前正在建造的世界上最大的水轮机2019年：人体组织焊接成功应用于临床人体组织焊接术试验成功新华网（2019-02-0410:43:13）乌克兰外科手术专家和焊接学家经过共同努力，携手创造了人体组织焊接术，并成功地将其应用到临床医学。据当地媒体报道，乌克兰著名焊接学家、乌国家科学院院长巴顿早在1993年就倡议与乌克兰外科手术和移植学院的专家一起研究在外科手术中采用焊接技术促进伤口愈合，以替代传统的缝合术。专家们先是在家兔、白鼠和猪等动物身上进行试验，获得了对各种组织和器官进行伤口焊接的一整套技术。经乌卫生部批准后，该手术开始进行临床试验。目前，已经有400多例手术采用了这种新型的人体组织和器官愈合技术。该技术具有术后不感染、愈合快和不留疤痕等优点。据报道，美国外科专家称乌克兰的人体组织焊接术是医学领域的“又一次革命”，具有极大的推广价值。潘际銮，机械工程系教授，中国科学院院士。1927年生，江西瑞昌人，著名焊接专家。毕业于清华大学，哈尔滨工业大学研究生毕业。曾任南昌大学校长。参与创建国内高校第一批焊接专业。50年代末实验成功板极电渣焊及重型锤锻模堆焊，应用于生产。[1]60年代初试验成功氩弧焊应用于核反应堆制造。完成了我国自己生产的第一套核反应堆焊接工程。继之研究成功我国第一台电子束焊机，并对焊接热裂纹的机理进行了深入的研究。70年代末研究电弧传感器，首次建立电弧传感器的动、静态物理数学模型，并研制成功具有特色的电弧传感器及自动跟踪系统。80年代研究成功QH-ARC焊接电弧控制法，首次提出用电源的多折线外特性，陡升外特性及扫描外特性控制电弧的概念，为焊接电弧的控制及焊接自动化开辟了新途径。4、焊接人物5、焊接方法分类6、特种设备常用的焊接方法（1）手工电弧焊1）原理或概念●焊接电弧焊设备简单，便于操作，适用于室内外各种位置的焊接，可焊接各种钢材。●生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求高2）特点3）设备分类BX3外形示意图BX1原理图BX3原理图初级电压380V或220V,焊接空载电压60V-80V。焊接电压24V左右。可在一定范围内调节焊接电流的大小。结构简单，成本低，效率高，节电，使用维修方便。电弧燃烧不太稳定。（此图为直流正接。正极接在焊条上，负极接到工件上，为直流反接）●旋转直流电焊机的特点：电动机带动发电机。焊接电流可在大范围调节，电弧燃烧稳定。噪音大，效率低。●硅整流焊机的特点：噪音小、效率高。●逆变焊机的特点：噪音小、效率高、体积小。逐层取代。4)焊条手弧焊用的熔化电极。组成：焊芯+药皮焊芯：被药包裹的金属芯。其作用：作为电极产生电弧；熔化后作为填充金属，与熔化的母材混合形成焊缝。药皮：涂敷在焊芯表面的有效成分。其作用：稳电弧作用；保护作用；冶金作用；掺入合金；改善工艺性能。按熔渣的酸碱性分：酸性焊条；碱性焊条。酸性焊条的特点：焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧性）较低；抗裂性较差；工艺性能良好，成形美观，对锈、油、水分等杂质的敏感度不大，抗气孔能力强，广泛用于一般钢结构的焊接。碱性焊条的特点：焊缝金属中含氢量低（也叫“低氢焊条”），碱性焊条的抗裂性良好。焊缝金属的力学性能（特别是冲击韧性）较高。碱性焊条对锈、油、水分等杂质较敏感，用碱性焊条施焊时焊缝容易产生气孔缺陷；电弧稳定性差，一般只适用直流电源施焊，但药皮中加入稳弧组成物时也可用交流电源施焊；在深坡口中施焊时，脱渣性不好；发尘量较大，焊接中需加强通风，注意保健。碱性焊条广泛用于重要钢结构、高压锅炉、压力容器和压力管道的焊接制造中焊条的型号焊条字母“E”表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值；第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；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。在第四位数字后附加“R”表示耐吸潮焊条，附加“M”表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，附加“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。不锈钢焊条的型号根据GB/T983—2019《不锈钢焊条》的规定，不锈钢焊条型号根据熔敷金属的化学成分、药皮类型、焊接位置及焊接电流种类划分。其型号编制方法是：首字母“E”表示焊条，“E”后面的数字表示熔敷金属化学成分分类代号，如有特殊要求的化学成分，该化学成分用元素符号表示，放在数字的后面；短划“-”后面的两位数字表示药皮类型、焊接位置及焊接电流种类。5）焊接位置6）焊接规范（2）埋弧自动焊1）定义及原理埋弧自动焊：自动电弧焊中，电弧被掩埋在焊剂层下面燃烧并实施焊接的焊接方法称为埋弧动焊，通常简称埋弧焊。自动电弧焊：焊接过程中，主要的焊接操作如引燃电弧、送进焊丝、移动焊丝或工件等由机械自动完成者称为自动电弧焊。2）埋电弧焊的优点：●生产效率高，比焊条电弧焊高5～10倍；●焊接接头能够获得良好的外观成形和良好的组织与性能，焊接质量较稳定；●可以节省金属材料和电能；●焊工的劳动条件大大改善。缺点：●设备比较复杂昂贵；●对接头加工、清理、装配要求严格；●焊接位置受到一定限制，一般常用于平焊位置；大直径环口可用于横焊位置，但需特殊工装。3）焊丝与焊剂4）工艺规范焊丝直径与型号焊剂型号焊接电流焊接电压焊接速度焊丝伸出长度（3）氩弧焊1）定义或原理3）氩电弧焊的优点：●适于各种钢材、有色金属及其合金的焊接，质量优良；●电弧和熔池清晰可见，便于实现全位置自动化焊接；●焊接热量集中，热影响区小；●电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，成形美观。氩弧焊的缺点:●氩气较贵，焊接成本较高；●氩弧焊设备控制系统比较复杂；●钨极氩弧焊的生产效率较低，只能焊薄壁构件；●氩弧焊怕风，野外焊接时需增加防风装置。（4）二氧化碳气体保护焊1）概念或原理2）优点：●成本低●质量好●生产效率高，比焊条电弧焊工效高2～5倍。●操作性能好。缺点：●采用较大电流焊接时，飞溅较大；●弧光强；●焊缝表面成形不够光滑美观；●控制或操作不当时容易产生气孔；●焊接设备比较复杂。（5）等离子弧焊1）概念或原理(2)特点电流调节范围大，小到0.1A可焊很薄的工件；等离子弧能量集中、温度高、焰流速度大，不但用于焊接，还可用于中喷涂、堆焊、各种材料的切割。（6）电渣焊1）概念或原理电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。在开始焊接时，使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送进速度，并降低电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，从而转入电渣焊焊接过程。2）电渣焊的特点：1）当电流通过渣池时，电阻热将整个渣池加热至高温，热源体积远较焊接电弧大，大厚件工件只要留一定装配间隙，便可一次焊接成形，生产率高。2）电渣焊一般在垂直或接近垂直的位置焊接，整个焊过程中金属熔池上部始终在液体渣池，夹杂物及气体有较充分的时间浮至渣池表面或逸出，故不易产生气孔和夹渣；熔化的金属熔滴通过一定距离的渣池落至金属熔池。渣池对金属熔有一定的冶金作用，焊缝金属的纯净度较高。3）调整焊接电流或焊接电压，可在较大范围内调节金属熔池的熔宽和熔深，这一方面可以调节焊缝的成形系数，以防止焊缝中产生热裂纹。另一方面还可以调节母材在焊缝中的比例，从而控制焊缝的化学面分和力学性能。4）电渣焊渣池体积大，高温停留时间较长，加热及冷却速度缓慢，焊接中、高碳钢及合金钢时，不易出现淬硬组织，冷裂纹的倾向较小。如规范选择适当，可不预热焊接。5）由于加热及冷却速度缓慢，高温停留时间较长，焊缝及热影响区晶粒易长大并产生魏氏组织，因此焊后应进行退火加回火热处理，以细化晶粒，提高冲击韧性，消除焊接应力。※焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响(1)焊接电流的影响当其他条件不变时，增加焊接电流，则焊缝厚度和余