焊接技术

焊接技术焊接技术概述1、主要制造工艺技术简介1.1制造工艺简介组别1原始成型：（铸造、连续铸造、……、热化学能量的熔化焊）组别2成型：（弯曲、深压成形、挤压加工、……、火焰矫正）组别3切割：（锯、铣、刨、钻、……、火焰切割、等离子切割）组别4连接：（螺纹连接、铆接、夹持、……、熔化焊、压力焊）组别5覆合层：（上釉、镀铬、阳极氧化、……、覆层、堆焊）组别6材料改性：（冷变形、渗氮、……、淬硬、消应力处理）1.2金属构件的连接生产技术的一个重要任务是金属构件的连接。而金属构件的连接一般可区分为通过螺钉，销钉和热压配合的可拆连接和通过焊接、钎焊、铆接及粘接的不可拆连接。2、焊接技术2.1焊接的定义传统意义上的焊接，是指采用物理或化学方法使分离的材料产生原子或分子结合，形成具有一定性能要求的整体。而焊接发展到今天已有各种焊接工艺技术近百种，并采用了力、热、电、光、声及化学等一切可利用的能源，实现焊接的目的。2.2焊接、钎焊的区别：焊接——焊接是一种不可拆的连接方法，它是工件在加热或加压作用下，或者在加热与加压共同作用下实现材料连接的方法。在连接区，材料一般被熔化和/或产生塑性变形，焊接可分为：熔化焊接（采用加热方法时），压力焊接（采用加压或加压与加热共同作用时）钎焊——钎焊是一种不可拆的热连接方法，它是在采用熔化的钎料，而该处母材不被熔化或产生塑性变形的情况下实现材料连接的方法。在连接区，母材被熔化了的钎料所浸润，连接是通过母材与钎料之间的扩散过程实现的。钎焊可分软钎焊（钎料的液相温度450℃），硬钎焊（钎料的液相温度为450-900℃），高温钎焊（钎料的液相温度900℃）。2.3焊接方法的分类根据能量载体形式分类—气体（火焰）、—电流、—气体放电、—能量束、—运动、—液体根据母材种类分类—金属、—塑料、—复合材料根据焊接目的分类—连接（焊接）、—堆焊根据焊接过程分类—熔化焊、—压力焊根据生产形式分类—手工焊、—半机械化焊、—全机械化焊接、—自动焊金属材料焊接分为：2.3.1熔化焊1）其它熔化焊（—气焊、—手工电弧焊、—熔化极气体保护焊、—钨极压弧焊（WIG）、—埋弧焊、—激光焊、……）2）电阻熔化焊(—箱式焊、—电渣焊)2.3.2压力焊1）电阻压力焊（—电阻点焊、—电阻缝焊、—电阻对焊、—闪光电阻对焊）2）其它压力焊（—超声波焊、—扩散焊、—火焰焊、—气压焊、—电弧压力焊、—铸压焊、—冷压焊、—摩擦焊、—MISL焊）2.4焊接基本术语介绍2.4.1熔化焊：使局部地区熔化，在无压力的作用下，带或不带焊接填充材料的焊接。熔化焊焊缝通常在以下方面有较高的要求：——强度和韧性——具有较强耐高温和低温能力——耐腐蚀和磨损能力——对气体、蒸汽、压力或真空等条件下的密封性能如果考虑到不同母材（钢和有色金属），母材的不同形式（板、管和异型材，厚度.001-1000mm），焊接设备以及焊接填充材料（焊条、焊丝、保护气体等等）这些因素，目前已使用50种以上的焊接方法。如果在考虑不同填充材料、辅助材料、焊接设备等方面的相互配合使用这一因素，所使用的焊接方法已超过百余种。2.4.2压力焊：在力的作用下，带或不带焊接填充材料，实施局部性加热（至熔化状态）的焊接。2.4.3连接（焊接）：两个或更多的工件通过焊接而形成永久性的连接。2.4.4堆焊：为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。在AWS中单为增大或恢复尺寸的堆焊称buildup，为满足耐热、耐蚀的堆焊称cladding，为满足耐磨要求的堆焊称hardfacing，为调整表面成分起隔离作用的称buttering。2.4.5单道焊：只熔敷一条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中只熔敷一条焊道的焊接。2.4.6双道焊：熔敷两条焊道完成整条焊缝或者一个焊层中熔敷两条焊道进行的焊接。2.4.7单面焊：仅在焊件的一面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。2.4.8双面焊：在焊件的两面施焊，完成整条焊缝而进行的焊接。2.4.9焊接操作：通过焊接完成工件的连接的过程。2.4.10焊接条件：焊接时周围的条件，包括环境因素（例如天气）；应力和环境因素（例如噪音、热度、拘束状态）；工件因素（例如母材材质、坡口形状、工作位置）。2.4.11焊接工艺参数：焊接时为保证焊接质量而需要的数据。2.4.12熔化速度：填充材料熔化的速度。指填充材料在单位时间内熔化的长度。2.4.13焊接速度：单位时间内完成焊缝的长度。2.4.14焊接时间：完成焊接接头所需要的时间（不包括准备和完成操作），包括焊接生产时间和辅助时间。2.4.15熔敷效率：熔敷在坡口或者工件上的焊缝金属量与熔化的填充金属量的比率，或者与药芯电弧焊中熔化焊丝的比率，常用百分比表示。2.4.16焊接填充材料：焊接时被熔化用尽，并有利于焊缝形成的材料。例如填充金属、气体、焊剂。3、典型焊接方法简介3.1焊条电弧焊（ＳＭＡＷ）用涂药焊条进行焊条电弧焊接时，焊接电源提供焊接电流，使之在焊条和工件之间产生一个燃烧的电弧。电弧的温度高于4000℃，电弧的热量使母材和焊条熔化，熔化的焊条以熔滴状向母材过渡。焊条药皮受热作用产生气体与熔渣，保护焊条末端、过渡的熔滴以及母材上的液态金属，使其免受空气的有害影响。凝固的熔渣覆盖着焊缝金属，同样起着保护作用。应用范围：适用于全位置焊接，工件厚度3㎜以上的低碳钢、低合金钢和高合金钢的连接焊接及堆焊。焊条电弧焊示意图：标识：①电网连接、②焊接电源、③电源电缆（电极）、④电源电缆（工件）、⑤焊枪、⑥焊条、⑦工件夹、⑧工件、⑨电弧、⑩焊条芯、(11)焊条药皮、(12)过渡熔滴、(13)由焊条药皮产生的保护气体、(14)液态熔渣、(15)固态熔渣、(16)液态焊缝、(17)固态焊缝3.2钨极惰性气体保护焊（ＧＴＡＷ）钨极气体保护焊接法分为钨极惰性气体保护焊（WIG）、钨极等离子焊（WP）和钨极氢原子焊（WHG）三种。钨极惰性气体保护焊焊接时，在焊炬中夹持的非熔化的钨极和工件之间燃烧着的电弧所产生的能量使材料熔化。通常使用焊棒作为填充材料进行焊接。惰性保护气体如氩、氦或它们的混合气体保护钨极和焊缝，使之免受空气的侵入，工件的加热集中在由针状钨极产生的小电弧区域上，因此特别有利于薄壁构件的焊接。钨极惰性气体保护焊接时，既不形成熔渣，也不会出现焊缝表面的氧化现象。应用范围：适用于工件厚度0.5～4.0㎜范围内的钢及有色金属全位置连接焊接；以及打底焊。标识：①电网连接、②焊接电源、③电接电缆（电极）、④电接电缆（工件）、⑤工件夹、⑥保护气瓶(含压力表和流量计)、⑦保护气胶管、⑧焊枪、⑨焊丝、⑩工件、(11)钨极、(12)钨极夹和导电咀、(13)电弧、(14)液态焊缝、(15)固态焊缝、(16)保护气层3.3熔化极气体保护焊（ＧＭＡＷ）熔化极惰性气体保护焊（MIG）和熔化极活性气体保护焊（MAG）均属于熔化极气体保护焊接法。通过软管束，将保护气体、焊接电流和作为焊接填充材料的焊丝送入焊炬。送丝机构通过焊炬导电咀的滑动接触面将焊接电流传输到焊炬中正在移动着的焊丝上。在焊丝与工件之间可见的燃烧电弧供给焊丝熔化和工件所需要的能量，电弧温度约高达10000℃。焊丝熔化成熔滴状。焊接有色金属时，用惰性气体（稀有气体）保护熔池，使之免受空气的侵入；焊接碳钢、低合金钢和高合金钢时，一般采用通过导电咀直接传输到离电弧很近的部位，如此可使焊丝具有较高的电流承载能力（例如直径1mm的焊丝，可承载40～200安培的焊接电流），从而也提高了熔敷率。应用范围：适于工件厚度0.6～100mm范围内的全位置连接焊接，以及堆焊。标识：①电网连接、②焊接电源、③焊枪电缆（电极）、④送丝系统、⑤保护气瓶(含压力表和流量计)、⑥焊接电源电缆(含丝电极)、⑦丝电极、⑧保护气胶管、⑨焊枪、⑩工件夹、(11)工件、(12)电源电缆(工件)、(13)导电咀、(14)保护气罩、(15)电弧、(16)过度熔滴、(17)液态焊缝、(18)固态焊缝、(19)保护气层3.4埋弧焊（ＳＡＷ）焊丝盘、送丝机构、导电咀以及焊剂都安装在一个行走小车上，焊接电流（电流强度200～2000安培）通过导电咀里的滑动接触面传输到移动着的焊丝上，焊丝端部与工件之间的电弧埋在焊剂层下不可见地燃烧。电弧的能量熔化工件，且熔深较深，焊丝被熔化且以熔滴形式过渡，部分熔化成液态的焊剂形成保护渣层覆盖在焊缝金属上。焊接电流通过导电咀直接传输到焊丝端部，如此可使焊丝具有较大的电流承载能力，从而提高了熔敷率。应用范围：主要用于工件厚度8㎜以上的碳钢、低合金钢和高合金钢长焊缝的水平位置（包括船形位置）连接焊接；以及用带极堆焊高合金钢的堆焊层。尤其在容器制造、钢结构、造船工业和车辆制造中获得了广泛的应用。标识：①电网连接、②焊接电源、③焊枪电缆（电极）、④送丝系统、⑤焊丝盘、⑥送丝系统、⑦导电咀、⑧工件夹、⑨工件、⑩焊剂、(11)液态熔渣、(12)固态熔渣、(13)焊剂回收(装置)、(14)焊丝、(15)电弧、(16)液体焊缝、(17)固态焊缝4、常用焊接方法的符号表示(缩写)：焊条电弧焊SMAW金属极气体保护焊（CO2气体保护焊）GMAW药芯焊丝活性气体保护焊FCAW钨极气体保护焊（氩弧焊）GTAW埋弧焊SAW5、焊接工艺的选择（正确选择焊接方法的根据）：按照构件的几何形式、可接近性、设备、要求、材料、件数、焊接位置、经济性考虑凡经焊接工艺评定试验证实，所焊接头的性能符合相应产品技术条件要求的任何焊接方法都可用于焊接。目前，应用于焊接结构生产中的焊接方法主要有：－焊条电弧焊－埋弧自动焊－熔化极气体保护焊－钨极氩弧焊－电渣焊等（1）焊条电弧焊焊条电弧焊是应用较广的焊接方法之一。焊条选用按相应标准规定，焊条电弧焊方法的特点是机动、灵活，能够实现全位置焊接。缺点是焊接速度慢，焊接工艺复杂，。按GB/T5117《碳钢焊条》和GB/T5118《低合金钢焊条》标准规定选用焊条。（2）埋弧焊具有高的熔敷率，广泛应用在压力容器、管道、梁柱结构，大型铸件以及汽轮机转子的焊接。其缺点是不能在任意空间位置进行焊接，对于小直径和薄壁构件，很难发挥其应有的效率。按GB/T5293《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》，GB/T12470《低合金钢埋弧焊用焊剂》，GB/T14957《熔化焊用钢丝》标准规定选用焊丝和焊剂。（3）钨极氩弧焊钨极氩弧焊的焊接气氛具有超低氢的特点，焊接低合金热强钢时可相应降低预热温度，另一个优点是，可采用抗回火脆性能力较高的低硅焊丝焊制纯度较高的焊缝金属，可进行难焊位置的焊接。缺点是焊接效率低，一般在焊接厚壁管道往往采用这种方法焊接根部焊道，而填充层则采用其它效率较高的焊接方法完成。当母材的铬含量超过3%时，焊缝背面应通氩气保护，以改善成形，防止焊缝表面氧化。按GB/T8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》标准规定选用钨极氩弧焊焊丝。钨极惰性气体保护焊具有电弧稳定、飞溅小、热输入易控制等特点，易于在焊接位置、焊接工艺参数及运动参数精确控制的焊接中保证质量。焊接时，为了得到良好的气保护效果，在不妨碍视线的情况下，应尽量缩短喷嘴到焊件的距离，采用短弧焊接，一般弧长4~7mm.焊枪与焊件角度的选择也应以获得好的保护效果，便于填充丝为准。（4）熔化极气体保护焊接该方法熔敷效率介于埋弧焊与手工电弧焊之间，采用CO2或CO2＋Ar混合气体作保护气体，是一种低氢氛围焊接法，按焊丝的类型可分为实芯焊丝和药芯焊丝熔化极气保焊。焊接材料按GB/T8110《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》,GB/T14957《熔化焊用钢丝》，GB/T14958《气体保护电弧焊用钢丝》和GB/T10045《碳钢药芯焊丝》标准规定。１）实芯焊丝熔化极气保焊直径为0.8～1.0细丝实芯焊丝气保焊，能够实现低电流短路过渡焊接，完成薄板和根部焊道焊接。直径1.2㎜以上粗丝实芯焊丝，能够实现高熔敷率的喷射过渡焊接。由于喷射过渡深熔特点，可改进坡口设计，如缩小坡口，增加钝边量，进一步提高焊接效率。２）药芯焊丝药芯焊丝熔化极气保焊，操作优良、飞溅小，焊缝成型美观。但药