焊接基础知识

焊接基础知识焊接是现代工业生产中的重要连接方式之一。人类的生活当中到处都是金属结构和材料。在它们的制造过程中，各种各样的金属零部件、构件需要连接在一起。并且要达到设计提出的牢固、密封等要求。它们多采用了焊接的方法进行连接。焊接一、焊接的概念、特点及应用现代工业产品制造中，经常需要将2个或2个以上的零件连接在一起。对于金属构件的连接常使用的连接方法有2种:一种是机械连接，可以拆卸，如螺栓连接、键连接等；另一种是永久性连接，不能拆卸，如铆接、焊接等。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，使焊件达到原子结合的一种加工工艺方法。零件连接方式a)螺栓连接b)键连接c)铆接d)焊接当今，焊接已经取代铆接，成为金属构件不可拆卸连接中的主要连接方式。与铆接相比，焊接具有更显著的优越性。它的优点是：节省材料，减轻结构质量，简化加工与装配工序，接头的致密性好，能承受高压，容易实现机械化和自动化生产，提高生产率和质量，改善劳动条件等。此外，焊接不仅可以连接金属材料，还可以实现某些非金属材料的永久性连接，如玻璃焊接、陶瓷焊接、塑料焊接等。二、焊接工艺的分类按照焊接过程中金属所处的状态不同，可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊3类。1.熔焊熔焊是在焊接过程中，将2个焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。不同类型熔焊的焊接示意图a)焊条电弧焊b)气焊c)埋弧自动焊d)氩弧焊2.压焊压焊是在焊接的同时对焊件施加压力(加热或不加热)，以完成焊接的方法。不同类型压焊的原理示意图及焊接设备a)电阻点焊b)电阻缝焊c)搅拌摩擦焊d)冷压焊e)爆炸焊3.钎焊钎焊是采用比母材熔点低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料且低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。不同类型钎焊的原理示意图及焊接设备a)烙铁钎焊b)激光钎焊目前焊接方法的分类及具体种类。焊接电弧焊条电弧焊是利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。一、焊接电弧的概念焊接时，将焊条与焊件接触后很快拉开，在焊条端部和焊件之间立即会产生明亮的电弧。电弧是一种气体放电现象。电弧示意图a)电弧的产生b)原理由焊接电源供给的具有一定电压的两电极间或电极与焊件间的气体介质中所产生的强烈而持久的放电现象，称为焊接电弧。1.气体电离使中性的气体分子或原子释放电子形成正离子的过程称为气体电离。使气体电离所需要的能量称为电离电位(或电离功)。不同的气体或元素由于原子结构不同，其电离电位也不同。在焊接时，使气体介质电离的方式主要有热电离、电场作用下的电离、光电离。(1)热电离气体粒子受热的作用而产生的电离称为热电离。温度越高，热电离作用越大。(2)电场作用下的电离带电粒子在电场的作用下，各作定向高速运动，产生较大的动能，并不断与中性粒子相碰撞，不断地产生电离，两电极间的电压越高，电场作用越大，则电离作用越强烈。(3)光电离中性粒子在光辐射的作用下产生的电离，称为光电离。2.阴极电子发射阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象，称为阴极电子发射。要使电子发射，必须施加一定的能量，使电子克服金属内部正电荷对它的静电引力。所加的能量越大，阴极产生电子发射作用就越强烈。电子从阴极表面逸出所需要的最低外加能量称为逸出功，单位是电子伏特(eV)。电子逸出功的大小与阴极的成分有关。表列出了常见元素的电子逸出功。焊接时，根据阴极吸收能量的方式不同，所产生的电子发射有以下几类：(1)热发射焊接时，阴极表面的温度很高，使阴极内部的电子热运动速度增加，当电子的动能大于其逸出功时，电子即冲出阴极表面而产生热电子发射。(2)电场发射当阴极表面外部空间存在强电场时，电子可获得足够的动能克服正电荷对它的静电引力，从阴极表面发射出来ꎮ两极间电压越高，则电场发射作用越大。(3)撞击发射高速运动的正离子撞击阴极表面时，将能量传递给阴极而产生电子发射的现象，称为撞击发射。电场强度越大，在电场中正离子运动速度越快，产生撞击发射的作用也越强烈。二、焊接电弧的构造、电压及静特性1.焊接电弧的构造焊接电弧的构造可分为3个区域：(1)阴极区(2)阳极区(3)弧柱焊接电弧的构造2.焊接电弧的电压通常测出的焊接电弧电压就是阴极区、阳极区和弧柱区电压降之和。当弧长一定时，电弧电压的分布如图所示。电弧电压可用公式表示：焊接电弧各区域的电压分布在一般情况下，电弧电压总是和电弧长度成正比地变化。当电弧长度增加时，电弧电压升高，其静特性曲线的位置也随之上升。不同电弧长度的电弧静特性曲线三、电弧焊的熔滴过渡电弧焊时，焊条(或焊丝)端部在电弧高温作用下熔化成的液态金属滴，通过电弧空间不断地向熔池中过渡的过程称为熔滴过渡。1.熔滴过渡的作用力a.通过同方向电流的2根平行导线的相互作用力Ｉ—电流Ｆ—电磁力b.磁力线在熔滴上的压缩作用Ｆ—电磁压缩力(4)斑点压力(5)气体的吹力(1)熔滴的重力(2)表面张力(3)电磁力a.b.2.熔滴过渡的形式(1)滴状过渡滴状过渡分为粗滴过渡和细滴过渡。粗滴过渡是熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式。(2)短路过渡由于强烈过热和磁收缩的作用使焊条或焊丝端部的熔滴爆断，直接向熔池过渡的形式，称为短路过渡。(3)喷射过渡熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式，称为喷射过渡。熔滴过渡的形式a)粗滴过渡b)短路过渡c)喷射过渡焊接接头一、焊接结构及其分类焊接结构是指用各种焊接方法连接而成的金属结构，焊接结构的种类有梁、柱、桁架、容器和薄板结构等。焊接结构的种类二、焊接接头形式和焊缝形式1.焊接接头形式焊接结构均是由若干个焊接接头组成，所谓焊接接头即是用焊接方法连接的接头。由于焊件的结构形状、厚度及技术要求不同，往往需要把焊件装配成不同形式的焊接接头，以及将焊件边缘加工成各种形式的坡口。焊接接头的基本形式可分为4种。焊接接头的形式a)对接接头b)Ｔ形接头c)角接接头d)搭接接头常用的坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口和U形坡口等。对接接头a)I形坡口b)V形坡口c)X形坡口c)U形坡口(1)对接接头2个焊件端面相对平行的接头称为对接接头。1)钢板厚度在6mm以下的焊件，一般不开坡口。2)一般钢板厚度为6mm及以上时，可分别采用V形坡口、X形坡口和U形坡口。在焊接结构生产中，不同厚度对接的钢板，如果板厚差较大，应单面或双面削薄再进行装配焊接。削薄板厚a)单面削薄b)双面削薄(2)T形接头一个焊件的端面与另一个焊件表面构成直角或近似直角的接头，称为Ｔ形接头。Ｔ形接头的坡口形式a)I形坡口b)单边V形坡口c)带钝边双单边V形坡口d)带钝边双J形坡口(3)角接接头两焊件端面间构成大于30°、小于135°夹角的接头，称为角接接头。角接接头承载能力较差，一般用于不重要的结构中。角接接头a)I形坡口b)单边V形坡口c)带钝边V形坡口d)带钝边双单边V形坡口(4)搭接接头2个焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。搭接接头形式a)不开坡口b)圆孔塞焊缝c)长孔槽焊缝(5)坡口的选择原则上述各种接头形式在选择坡口形式时，应尽量减少焊缝金属的填充量，便于装配和保证焊接接头的质量，因此应考虑下列几条原则：1)保证焊件焊透；2)坡口的形状容易加工；3)尽可能节省焊接材料，提高生产率；4)焊接后焊件变形尽可能小。2.焊缝形式焊缝是构成焊接接头的主体部分，焊缝分类方法有以下几种：(1)按焊缝在空间位置分类，焊缝有4种形式：平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝。(2)按焊缝的结构形式分类，有对接焊缝、角焊缝及塞焊缝3种形式。(3)按焊缝断续情况分类，有定位焊缝、连续焊缝及断续焊缝3种形式。三、焊接接头的组成1.焊接接头的组成焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。(1)焊缝焊件经焊接后所形成的结合部分。(2)热影响区它是焊接或热切割过程中，母材因受热的影响(但未熔化)而发生组织和力学性能变化的区域。(3)熔合区它是焊缝与母材(焊接热影响区)交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。所谓半熔化区是焊缝边界的固液两相交错共存而又凝固的区域。焊接接头的组成2.选择合适的焊接工艺参数(1)焊接工艺参数对焊缝性能的影响及控制1)焊接时采用小焊接电流、较高电弧电压，获得的焊缝宽而浅。焊接时采用大焊接电流、低电弧电压，获得的焊缝窄而深。2)热输入的大小影响焊缝组织的粗细。一次结晶示意图a)宽而浅的焊缝b)窄而深的焊缝(2)焊接工艺参数对热影响区的过热区(粗晶区)性能的影响及控制1)焊接热输入越大，高温停留时间越长，过热区(粗晶区)越宽，过热现象越严重，晶粒也越粗大，因而塑性和韧性下降也越严重，甚至会造成冷脆。2)焊接热输入变小，则焊后冷却速度变快，对于不易淬火钢，过热区铁素体减少而珠光体变细；对于易淬火钢，更容易产生硬脆的马氏体组织，导致塑性和韧性严重下降。在焊接应力和扩散氢作用下，还很容易产生冷裂纹。4.采用合理的操作方法(1)采用单道焊、大电流慢速摆动焊法(2)采用多层多道焊、小电流快速不摆动焊法5.焊后热处理焊接后，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称为焊后热处理。四、焊接缺陷1.焊接缺陷的分类按其在焊接接头中的位置不同，焊接缺陷可分为内部缺陷和外部缺陷。2.常见的焊接缺陷(1)焊缝表面尺寸不符合要求焊缝尺寸不符合要求(2)咬边由于焊接工艺参数选择不正确和操作不当，在沿焊趾的母材部位烧熔形成的沟槽或凹陷称为咬边。(3)焊瘤在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤称为焊瘤。焊瘤a)平焊位b)仰焊位c)立焊位(4)未焊透焊接时，焊接接头根部未完全熔透的现象称为未焊透。(5)未熔合熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合，称为未熔合。未焊透未熔合(6)烧穿焊接过程中，熔化金属从坡口背面流出形成穿孔的缺陷称为烧穿。(7)气孔焊接时，熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴称为气孔。(8)冷缩孔冷缩是单面焊双面成形打底焊时常见的焊接缺陷之一。气孔与缩孔a)气孔b)缩孔(9)夹渣夹渣是指焊后残留在焊缝中的熔渣。(10)弧坑焊缝收尾处产生的下陷部分称为弧坑。(11)焊接裂纹在焊接应力及其他致脆因素作用下，焊接接头中局部区域因开裂而产生的缝隙称为焊接裂纹。焊接裂纹1—弧坑裂纹2—横向裂纹3—热影响区裂纹4—纵向裂纹5—熔合线裂纹6—根部裂纹焊缝符号在图样上标注焊缝形式、焊缝尺寸及焊接方法的符号称为焊缝符号。一、基本符号二、补充符号三、焊缝符号的标注1.指引线的组成焊缝标注指引线单边角焊缝T形接头a)焊缝在箭头侧b)焊缝在非箭头侧角焊缝十字接头2.焊缝的标注规定(1)基本符号与基准线的相对位置基本符号相对基准线的位置a)焊缝坡口朝右b)箭头侧位于焊缝一侧c)箭头侧位于非焊缝一侧(2)对称焊缝和双面焊缝的标注对称焊缝双面焊缝十字接头角焊缝a)立体图b)正确画法c)错误画法3.焊缝尺寸及其他数据的标注焊缝尺寸其他数据的标注(1)焊缝横向尺寸的标注(2)焊缝纵向尺寸的标注(3)相同焊缝数量N(4)周围焊缝和现场施焊的标注周围焊缝的标注现场焊缝的表示(5)焊接方法的标注尾部标注焊接方法代号(6)其他标注规定1)确定焊缝位置的尺寸不在焊缝符号中标注，应将其标注在图样上。2)如果在基本符号右侧既没有任何尺寸标注，又没有其他说明时，意味着焊缝在工件的整个长度方向上是连续的。3)如果在基本符号左侧既没有任何尺寸标注，又没有其他说明时，意味着对接焊缝应完全焊透。4)塞焊缝、槽焊缝带有斜边时，应标注其底部的尺寸。(7)焊缝符号标注示例焊接检验焊接检验是保证焊接产品质量的重要措施。一、焊接检验的分类焊接检验一般包括焊前检验、焊接过程中检验和成品的焊接质量检验。二、常用的成品焊接质量检验方法1.分类成品焊接质量检验方法的分类2.非破坏性检验非破坏性检验是指在不损坏被检验材料或成品的性能、完整性的条件下进行检测缺陷的方法。(1)外观检验(2)致密性检验致密性检验是检验焊接管道、盛器、密闭容器上焊缝是否存在不致密的缺陷。1)气密性试验2)氨气试验3)煤油试验4)水压试验5)气压试验锅炉汽包的