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焊接基础知识一、常见焊接方法介绍•所谓“焊接”，就是使两个分离的物体借助外部所加的能量，如加热，加压或两种方法同时并用，形成原子间、分子间的联系或质点的扩散，形成一个永久性连接的整体。•归纳起来，可将焊接方法分为三大类。•①熔化焊：使需要焊接的两构件表面局部受热熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法。•②压力焊：它是将需要连接的两构件表面，加热到塑性状态或表面局部熔化状态，同时施加压力，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而实现连接的方法。•③钎焊：利用某些熔点低于被连接构件材料的熔化金属（钎料）作连接的媒介物，在连接界面上流散浸润，然后冷却结晶形成连接的方法。纽威常用的焊接方法有焊条手工电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊、埋弧焊、气焊、等离子弧焊，他们都属于熔化焊（1）焊条手工电弧焊•焊条手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热将金属熔化的焊接方法•焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气渣的联合保护下，有效地排除周围空气的有害影响，通过高温下熔化金属与溶渣间的冶金反应，还原与净化金属得到优质的焊缝•在工业生产中应用最为广泛，适用于室内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢和不锈钢等各种材料。•它的缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的操作技能要求较高。（2）熔化极气体保护焊•气体保护焊是用某种无害气体把电弧及熔化金属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发生不利作用，以保证得到优质接头的焊接方法•气体保护焊时使用的气体有：氩气、氦气、二氧化碳等•熔化极气体保护焊的焊接过程为焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出，而气体从喷嘴内以一定的流量喷出，当焊丝与焊件接触引燃电弧后，连续给送的焊丝末端和熔池被气体层流所保护•优点：成本低、质量好、生产效率高、抗锈能力强、操作性能好•缺点：是焊接过程中飞溅较多，不宜在有风的户外进行焊接（3）钨极氩弧焊•它是以氩气作为保护气体的一种直接电弧熔焊方法•利用从焊枪喷出的氩气在电弧及熔池周围形成连续封闭的气流，保护它们免受空气对熔化金属的有害作用，由于氩气是隋性气体，它与熔化金属不起化学反应，也不溶于金属，且电弧热量集中，热影响区小，焊件变形小，电弧稳定，飞溅小，表面无焊渣，焊缝致密成型美观，机械性能和抗腐蚀性较好，明弧焊接，观察、操作都比较方便•它由焊机供给电源，气瓶通过电磁气阀，减压流量计，气管供给保护氩气，焊枪用以夹持钨极（钍钨极.铈钨极）并使电极周围均匀喷出氩气。在功率较大时枪头配以冷却水，在焊接电缆联系下与工件等组成一个系统，•采用正极接法，即钨极接负极，焊接件接正极，焊接时由于电子向焊件高速地冲击，故焊件有一定熔深，而钨极有较大的许用电流•它是一种高质量的焊接方法，它不仅用于焊接高强度合金钢、高合金钢、铝镁铜及其合金和稀有金属的焊接，同时还用于补焊，定位焊、封底焊及异种金属焊接法（4）埋弧焊•埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法•连续给送的光焊丝末端和工件间产生电弧，使周围的颗粒状焊剂熔化,并蒸发形成一定的气体，排开电弧周围的熔渣形成一个封闭的空腔，电弧在这个与外界空气隔绝的空腔中稳定燃烧，焊丝不断送入，以熔滴状落入熔池与熔化的母材金属混合形成焊缝，埋弧焊时熔化的大量焊剂对熔池金属起还原、净化和合金化作用，随着焊接过程进行，电弧向前移动，熔池随之冷却凝固，形成焊缝，比重较轻的熔渣浮在熔池的表面冷却形成渣壳，有效地保护熔池和焊缝金属•埋弧焊的优点：生产率高，焊接接头质量好，自动调节，劳动条件好•埋弧焊的缺点：由于埋弧，电弧与坡口的相对位置不易控制。必要时应采用焊逢自动跟踪装置，防止焊偏；由于使用颗粒状焊剂，非平焊位置不易采用埋弧焊；不适用于薄板的焊接（5）气焊•它是利用乙炔（C2H2）气体和氧（02）气在焊矩内混合，在空气中燃烧产生3000℃以上的高温火焰，使被焊金属接缝处加热形成熔池，添加焊丝或不加焊丝，使接缝处熔合一体，冷却后形成一个整体•现在除了采用乙炔气体外，还使用了天燃气（甲烷），丙烷，氢气（H2）等，但以乙炔与氧气混合燃烧的火焰温度为最高（6）等离子弧焊•所谓等离子，就是任何物质在高温下都能电离，而在更高的温度时则能完全电离形成电子和正离子，其正负电量相等，由这两种粒子所组成的物质，就叫做等离子，人们把它列为固、液、气之后的第四种物质状态，等离子弧产生的原理是：电弧通过口径较小的水冷喷嘴孔道后，电弧在机械压缩、热收缩、自磁压缩效应作用下，使弧柱直径变细，弧柱电流密度显著升高，使流经喷嘴孔道的气体充分电离而产生等离子体弧柱，产生等离子弧的工作气体（俗称离子气）•在等离子弧喷焊时一般采用氩气（Ar），在等离子切割时一般用氮（N2）•等离子弧喷焊是应用氩气等离子弧作高温热源，采用合金粉末作填充金属的一种表面熔敷合金的新技术，是新的表面硬化或材料保护方法之一，等离子喷焊实质上是熔化焊，喷焊层和工件是冶金结合•等离子喷焊具有生产效率高、稀释率低，成形好，劳动强度低等一系列优点二、焊接材料焊接材料是焊接中所消耗的材料的总称，包括焊条、焊丝、焊剂、气体等（1）焊条：①按焊接熔渣的性质分类•酸性焊条：药皮中含有大量酸性氧化物，这类焊条工艺性能好，焊缝外表成型美观。一般均可以采用交直流电源焊接，典型的酸性焊条为E4303（J422）•碱性焊条药皮中含有大量碱性氧化物，焊缝中含氢量较底，又称为低氢焊条，碱性焊条的焊缝具有较高的塑性和冲击韧度值，与酸性焊条相比，工艺性能稍差，一般承受动载的焊件或钢性较大的重要结构均采用碱性焊条施工，典型的碱性焊条为E5015（J507）②按照焊条的用途分类•根据焊条的具体用途，可以分为结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、低温钢焊条、镍及镍合金焊条、堆焊焊条及铸铁焊条等（2）焊丝焊丝是焊接时作为填充金属或同时作为导电电极的金属丝。•按适用的焊接方法分为埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、熔化极氩弧焊焊丝等•按焊丝的截面形状结构分为实心焊丝、药芯焊丝。•按适用的金属材料分为低碳钢、低合金钢焊丝、不锈钢焊丝、以及铜、铝焊丝等。（3）焊剂焊剂是焊接时能够熔化成溶渣和气体，对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。在焊接过程中，焊剂相当于焊条中的药皮，保护焊接区金属不受空气的侵害。①按焊剂制造方法分类•熔炼焊剂：将各种粉状配料放在炉内熔炼，然后经过水冷粒化、低温烘干、筛选而制成的焊剂。•非熔炼焊剂：将各种粉状配料加入适量粘结剂，混合搅拌后经高温烧结成块，经过粉碎、筛选而制成的焊剂。②按焊剂化学成分分类•根据所含主要氧化物性质分为酸性焊剂、中性焊剂和碱性焊剂。•根据SiO2含量分为高硅焊剂、低硅焊剂和无锰焊剂。•根据MnO含量分为高锰焊剂、中锰焊剂低锰焊剂和无锰焊剂。•根据CaF2含量分为高氟焊剂、低氟焊剂和无氟焊剂（4）常用的堆焊材料纽威阀门密封面的堆焊材料有钴基、镍基、铁基和铜基四大类，这些材料有焊丝、焊条、粉末三种形态在生产中使用，最常用的是钴基和铁基•钴基合金：堆焊层具有硬度高，耐腐蚀性优越等特点，即使在650℃工作时，亦能保持这些特点，CoCr-B由于碳和钨的含量比CoCr-A高，因此硬度更高，耐磨损性能更好，但耐冲击力稍差，堆焊时也容易产生裂纹，由于钴基合金的供应有粉末和焊条、焊丝三种状态，生产中可采用氧一乙炔火焰，钨极氩弧焊、手工电弧焊、等离子弧焊进行堆焊•铁基合金：纽威应用的铁基合金主要为Cr13型合金，堆焊焊条使用相当于于AWSE410的G207，该材料工作温度在450℃以下，堆焊层具有空淬特性，通过不同的热处理制度，硬度可在较宽的范围内进行调整，一般情况下堆焊后空冷硬度HRC≥38，经600℃±10×4h的热处理后HRC≥25三、常见材料的焊接（1）碳钢和普通低合金钢的焊接该类材料的焊接，工艺上比较成熟。焊接材料的选择是较重要的一方面，我们选择焊材的原则是焊缝性能与母材等强度•碳钢焊条一共有2个系列供选用•一是E43系列——熔敷金属抗拉强度≥420MPa•二是E50系列——熔敷金属抗拉强度≥490MPa•纽威常用的碳钢焊条有J422（E4303）和J507（E5015），分属二个系列（2）不锈钢的焊接•当钢中含18%左右铬、8-10%的镍时，常温下便有稳定的奥氏体组织产生，称为奥氏体不锈钢•奥氏体不锈钢可焊性良好，但当焊接工艺不正确时会产生该类材料特有的晶间腐蚀现象，它的产生温度区间在450℃-850℃，其中尢以650℃为最危险，因为在这个温度区间，碳在奥氏体不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬在奥氏体中的扩散速度，碳就不断向奥氏体晶粒边界扩散，并和边界上的铬化合，致使晶界附近的含铬量大为减小，当晶界含铬量小于１２％时，在晶界产生所谓的“贫铬区”，当奥氏体不锈钢焊接接头在腐蚀性介质下长期工作时，产生晶间腐蚀，即在受到应力作用时沿晶界断裂，强度几乎完全丧失，它是奥氏体不锈钢最危险的一种破坏形式•奥氏体不锈钢的焊接，纽威采用焊条手工电弧焊和钨极氩弧焊来完成，焊接时应采用较小的焊接电流（电流和线能量比碳钢小20%左右），不作横向摆动，较快的焊接速度，多层焊时控制层间温度≤100℃，与腐蚀介质接触的焊缝，放在最后焊接，不允许在焊件表面随意引弧，清渣手锤在锤头焊一层不锈钢等措施来避免晶间腐蚀的产生•防止奥氏体不锈钢焊接后产生晶间腐蚀的有效措施还有焊后对焊接接头进行热处理，其一是进行固溶处理，这种处理方法是在焊后将焊件加热到１０５０－１１００℃，此时碳又重新溶入奥氏体中，然后急速冷却，便得到了稳定的奥氏体组织。这种处理方法的缺点是，如果焊接接头需要在危险温度区内工作，则仍不可避免形成贫铬区而产生晶间腐蚀。其二是进行稳定化处理。将焊件加热至８５０－９００℃，保温２小时，使奥氏体晶粒内部的铬有充分扩散至晶界，使晶界处的含铬量又恢复到大于１２％，从而避免产生晶间腐蚀•对于含碳量高的马氏体不锈钢，焊前应采取预热措施，以防止产生冷裂纹。焊后进行热处理消除应力，提高韧性•不锈钢焊接之前一直没有采用气保焊的原因，主要是由于我公司采用的是20%CO2+80%Ar混合气体保护焊，其中的CO2气体在焊接高温时会分解，部分碳元素会渗到焊缝中去，使得焊缝的碳含量升高，耐晶间腐蚀能力急剧下降，这也是很多公司在不锈钢焊接过程中慎用气保焊的原因•要在不锈钢阀门焊接中采用熔化极气保焊工艺，就必须先解决焊缝的耐晶间腐蚀问题，要解决这个问题最根本的办法就是降低焊缝中的碳含量，所以我们考虑将原来的保护气体中的CO2成分去掉，而改用99%Ar+1%O2作为焊接保护气体，采用这种气体的优点在于：避免焊缝渗碳、改善电弧的稳定性、能较好地控制熔池、焊道成形好、焊缝咬边较小（3）耐热钢的焊接纽威常用的耐热钢有WC6，WC9，C5、C12等•这类钢在焊接和热切割时在热影响区出现硬而脆的马氏体组织，易产生冷裂纹，为了防止裂纹产生，，都应将工件预热并保持在150-300℃温度范围内，焊后保温缓冷或立即进行热处理，这类钢焊接时焊条的选择原则是焊缝的合金含量应与母材相当•在这种材料的基体上堆焊钴基硬质合金时，为了减少堆焊层裂纹的产生，我们也可以采用堆焊Cr25Ni13型或Cr25Ni20型的不锈钢作为这二种金属之间的过渡层•有时为了简化焊接工艺，焊接时也可以采用此类不锈钢作为焊材