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焊接基本理论知识讲师:陈建国序钢材的基本常识焊接定义、分类、设备焊接材料基本常识焊接常见符号表示方法及含义焊接应力与变形预防及控制措施1.钢材分类.1.1按化学成分分为:碳素钢、普通低合金钢、合金钢.1.1.1碳素钢:碳素钢是碳和铁的合金,另外还含硅、锰、磷和硫等元素.按含碳量不同可分为低碳钢(C≤0.25%）、中碳钢（0.25%﹤C≤0.6%)和高碳钢（0.6%﹤C）。1.1.2普通低合金钢是在碳素钢的基础上加入少量合金元素（如硅、锰、钛、硼和稀有金属，其总量不超过3%），从而获得较好综合性能的钢种。1.1.3合金钢是含有一种或多种适量合金元素的钢种，具有一些良好的特殊性能。其中按含合金元素总量不同可分为低合金钢（合金总量＜5%）、中合金钢（合金含量在5%~10%）和高合金钢（10%﹤合金总量）三类。1.2按冶炼方法不同可区分为平炉钢、转炉钢和电炉钢。平炉和转炉主要用于冶炼碳素钢和低合金钢。电炉主要用于冶炼合金钢。平炉钢生产效率低，碱性侧吹转炉钢材质差，而电炉冶炼的钢材一般不在建筑结构中被使用，在建筑钢结构中主要使用氧气顶吹转炉生产的钢材。1.3按用途分为结构钢、工具钢和特殊钢。1.4结构钢分类：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、耐大气腐蚀用钢、桥梁用钢及其他结构钢。1.4.1碳素结构钢：5个牌号即Q195、Q215、Q235、Q255和Q275。牌号表示意义：Q235Bb脱氧方法质量等级为B级屈服强度为235N/m㎡屈的拼音首字母5种牌号碳素钢用途：Q195广泛用于轻工、机械、运输车辆、自行车、农机配件等。Q215用于厂房、桥梁等大型结构件，建筑桁架、铁塔及车船制造结构件。Q235大量用于生产钢板、型钢、用以建造厂房屋架，高压输电铁塔等。Q255用途不如Q235钢广泛，主要用于铆接和栓接结构件和要求不太高的零件如螺栓、键、轴等。Q275用于制造心轴、齿轮、销轴、垫圈等。碳素结构钢中Q235钢质量等级最为齐全，也是建筑钢结构中应用最多的一种碳素钢，其中质量等级为C、D级的Q235钢性能优异，优先为焊接结构所使用。1.4.2低合金高强度结构钢：是在冶炼过程中添加一些合金元素，但合金元素总量不超过5%的钢材。加入合金元素后钢材强度明显提高，用于大跨度和重负荷结构中，一般可比碳素结构钢节约20%左右用钢量。其也分为5个牌号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460。Q295大量用于制造各种容器、螺旋焊管、拖拉机轮圈、农机结构件等。Q345广泛用于各种焊接结构，如桥梁、车辆、船舶、管道、重型机械等。Q390用于桥梁、车辆、船舶、厂房等大型构件，高中压石油化工容器等Q420用于制造矿山机械、重型车辆、船舶、桥梁、高中压石油化工容器Q460主要用于制造工程机械构件，如矿山机械、铲车、运输车、桥梁等1.4.3耐大气腐蚀用钢：可分为高耐侯结构钢、焊接结构用耐侯钢。1.4.4桥梁用结构钢：桥梁用钢一直有专用标准，其规定的内容和技术要求一般都严于建筑结构用钢，因此工程中出现同一强度的桥梁用钢代替建筑用钢，不必产生任何疑滤。1.4.5高层建筑结构用钢板：是首先提出有钢板厚度方向性能要求的建筑结构。1.4.6其他结构用材：铸钢件、高强度钢、结构用高强度耐侯焊接钢管。1.5结构用钢的性能要求：力学性能、工艺性能，前者要满足结构的承载功能，后者要满足加工过程的需求。1.5.1钢材的主要力学性能：包括钢材在单向拉伸时的工作性能、冷弯性能和冲击韧性。钢材的3个力学性能指标：抗拉强度、伸长率、屈服点。抗拉强度：是指钢材经过巨大变形断裂前的抗拉能力，直接反映了钢材内部组织的优劣；屈服点是钢材试件在拉伸过程中，负荷不再增加，而试件仍继续发生变形，即出现屈服时的应力，在结构设计时，一般把结构钢材的屈服点作为承载力极限的依据；钢材试样受外力作用被拉断后，试样标距内总伸长长度同原来标距长度相比的百分数称为伸长率，是衡量钢材塑性变形能力的主要指标。冷弯性能：是指钢材常温下弯曲加工发生塑性变形时对产生裂纹抵抗能力的一项指标。冲击韧性：是指钢材在冲击负荷作用下断裂时吸收冲击能的一种能力，是衡量钢材抵抗低温、应力集中、冲击载荷作用等所导致的断裂能力的一项力学性能。1.5.2钢材的工艺性能：主要工艺性能指可焊性，即采用一般焊接工艺就可以完成合格焊缝的性能。1.6结构钢材的品种：结构钢材种类很多，一般可分为钢板、型钢、钢管和钢丝四大类。钢板：是一种宽厚比和表面积都很大的扁平钢材，钢带包括在钢板类。型钢：是一种具有一定截面积形状和尺寸的实心长条钢材，其包括圆钢、方钢、扁钢、角钢、工字钢、槽钢、H型钢等。（直径在6.5~9MM的小圆钢称线材）钢管：是一种中空截面的长条钢材。按截面的形状可分为圆管、方形管、六角形管和各种异形截面钢管。按加工工艺不同又可分为无缝钢管和焊接钢管两大类。钢丝：是线材的再一次冷加工产品。按形状不同可分为圆钢丝、扁平钢丝和三角形钢丝等。2、焊接2.1定义：焊接是通过加热或加压或两者兼用，可以用或不用填充材料，使焊接达到原子结合的一种加工方法。焊接的本质是使两个分离的物体产生原子间的结合，使之连为一体的连接方法。焊缝连接是目前钢结构最主要的连接方法。2.2焊接的优点/缺点：焊接与螺钉连接、铆接、铸件及锻件相比有以下优点：构造简单，不削弱构件截面，节约钢材、加工方便、易于采用自动化操作、连接的密封性好、刚度大。缺点是残余应力和残余变形对结构有不利影响，焊接结构的低温冷脆问题也比较突出。2.3焊接方法分类：药皮焊条手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊、自动和半自动埋弧焊、电渣焊和栓钉焊。2.3.1药皮焊条手工电弧焊2.3.1.1药皮焊条手工电弧焊原理：是利用涂有药皮的焊条与工件间产生的电弧热将金属熔化进行焊接的。焊接过程中焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，焊条金属和工件局部金属熔化形成熔池，气体熔渣能有效的排除周围空气的有害影响，对金属熔池起到联合保护。而高温下熔化金属与熔渣间还存在冶金反应、还原与净化金属，冷却凝固后形成焊缝金属，此时熔渣亦形成固态，覆盖于焊缝表面。2.3.1.2药皮焊条手工电弧焊适用范围：是一种适应性很强的焊接方法。它在钢结构中使用广泛。可在室内、室外及高空平、横、立、仰的位置进行焊接。它的焊接设备简单，使用灵活、方便；不足之处是生产效力低、劳动强度大、对焊工要求技能较高。2.3.1.3药皮焊条手工电弧焊设备：药皮焊条手工电弧焊是依靠人工移动焊条来实现电弧前移完成连续的焊接，因此焊接设备为焊接电源及附件如电缆、电焊钳。焊接电源又分为交流、直流两种，以及交直流两用的特殊形式。交流弧焊机在日常使用中应注意以下几点：应按焊机的额定电流和暂载率来使用，以防止焊机过载损坏。焊机不允许长时间短路，非焊接时间内，不使焊钳与工件直接接触。调节焊接电流应在空载下进行。应经常检查保证导线接触良好，保险丝完好，机壳接地、调节机构良好。焊机放在干燥通风的地方，保持焊机清洁，露天使用应罩好，防止灰尘或雨水侵入。焊机放置要平稳，避免强烈震动，工作完毕及时切断电源。交流焊机的常见故障及排除方法故障现象产生的可能原因排除方法焊接变压器过热1.变压器过载2.变压器绕组短路1.减小使用电流2.消除短路导线接线过热接线处接触电阻过大或接线处螺栓太松将接线松开，用砂纸或小刀将接触导线清理出金属光泽，然后旋紧螺丝可动铁心在焊接时发出嗡嗡的响声可动铁心的制动螺丝或弹簧太松旋紧制动螺丝或调整弹簧，旋紧螺丝焊接电流过小1.焊接导线过长2.焊接导线盘成盘形；3.电缆线有接头或工件接触不良1.减小导线长度或加大线径2.将导线放开，不使成盘形3.使接头处接触良好焊接电流不稳定动铁心在焊接时不稳定将动铁心调节手柄固定或将动铁心固定。焊机输出电流反常（过大或过小）1.电路中起感抗作用的线圈绝缘损坏时引起电流过大2.铁心磁回路中由于绝缘损坏形成涡流引起电流变小检查电路或磁路中的绝缘情况，排除故障。2.3.2埋弧焊2.3.2.1原理:是电弧在颗粒状的焊剂层下,并在空腔中燃烧的自动焊接方法.埋弧焊与药皮焊条电弧焊一样是利用电弧热作为熔化金属的热源,但与药皮焊条电弧焊不同的是焊丝外表没有药皮,熔渣是由覆盖在焊接坡口区的焊剂形成的.2.3.2.2分类:自动埋弧焊和半自动埋弧焊,其区别在于自动埋弧焊的电弧移动是由专门机构控制完成的,而半自动埋弧焊的移动是依靠手工操纵的.2.3.2.3适用范围:埋弧焊的电弧受焊剂的包围,熔渣覆盖焊缝金属起到隔热作用,因此热效力高.另外使用粗焊丝,大电流,因此熔深大,减少了坡口尺寸和填充金属.埋弧焊已成为大型构件制作中应用最广的高效率焊接方法.其另外一突出特点是不见弧光及飞溅,操作条件好.特别是埋弧焊缝的质量均匀,内部缺陷少,塑性和冲击韧性都好,且焊接速度快、生产效率高、成本低。特别适用梁、柱、板等的大批量拼装、制作焊缝。2.3.2.4焊接设备：由交流或支流焊接电源、焊接小车、控制盒及电缆等附件组成。2.3.2.5埋弧焊的优点。生产效率高焊接质量好劳动条件好2.3.2.6埋弧焊的缺点。焊接位置受限焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置，不能有效的保证焊距对焊缝不偏焊埋弧焊使用的电流较大，电弧的电场强度高，电流小于100A时电弧稳定性差，因此不适宜焊接厚度小于1MM的薄件。2.3.2.7埋弧焊的工艺参数焊接电流：当其他条件不变时，增加焊接电流熔深相应增加。电弧电压：电弧电压和电弧长度成正比，在相同的电弧电压和焊接电流时，如果选用的焊剂不同，电弧空间电场强度不同，则电弧长度不同。如果其他条件不变，电弧电压低，熔深大，焊缝宽度窄，易产生裂纹；电弧电压高时，焊缝宽度增加，余高不够。埋弧焊时电弧电压是依据焊接电流调整的，即一定焊接电流要保持一定的弧长才能保证焊接电弧的稳定燃烧。焊接速度：焊接速度对熔深和熔宽都有影响的，焊接速度小，焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较大；反之则焊接熔池大，焊缝熔深和熔宽均较小。焊接速度过小焊缝形成质量差，焊接速度过大熔化的金属不足，容易产生咬边。通常为了提高生产效率在增加焊接速度的同时必须加大电弧的功率，才能保证焊接质量。焊丝直径：焊接电流、焊接电弧电压、焊接速度一定时，熔深与焊丝直径成反比，但这种关系随着电流密度的增加而减弱，这是由于电流密度的增加，熔池熔化的金属量不断的增加，熔融金属后排困难，熔深增加缓慢，并随着溶化金属量的增加，余高增加焊缝成形差，所以埋弧焊时增加焊接电流的同时必须增加电弧电压，以此保证焊缝质量。2.3.2.8埋弧焊的工艺条件：对接坡口形状、间隙；焊丝倾角和工件斜度；焊剂堆高。2.3.2.9埋弧焊常见缺陷产生原因及防止方法。缺陷产生原因防止措施焊缝金属内部裂纹1.焊丝和焊剂不匹配.1.焊材和焊剂正确匹配,母材含碳量高时要预热.2.熔池金属急剧冷却,热影响区的硬化2.焊接电流增加,减小焊接速度,母材预热3.多层焊的第一层裂纹由于焊道无法抗拒收缩应力而产生3.焊道宽度和深度几乎相当,降低电流,提高电压4.焊道成形不当,焊道高度比焊道宽度大4.进行后热5.冷却方法不当气孔1.接头表面有污物.1.接头的打磨、火焰烤、清扫。2.焊剂潮湿2.150-300℃1小时烘干3.不干净的焊剂（刷子毛混入）3.收集焊剂时用钢丝刷未熔合（熔化不良）1.焊接电流、焊接速度不当1.选择合适的焊接条件2.坡口面高度不当2.选定合适的坡口面高度3.焊丝直径和焊剂选择不当3.选定合适的焊丝直径和焊剂种类夹渣1.下坡焊时，焊剂流入1.在焊接相反方向，母材水平放置2.多层焊时，在靠近坡口侧面添加焊丝。2.坡口侧面和焊丝之间距离，至少保证大于焊丝直径3.引弧时产生夹渣3.引弧板厚度及坡口形状要与母材保持一致。4.电流过小，对于多层堆焊，渣没有完全清除4.提高电流，保证焊渣充分溶化缺陷产生原因防止措施焊缝金属内部咬边1.焊接速度太快1.减小焊接速度2.衬垫不合适2.使衬垫和母材贴紧3.电流、电压不合适3.调整电流、电压为适当值4.电极位置不当4.调整电极位置焊瘤1.电流过大1.降低电流2.焊接速度过慢2.加快焊接速度3.电压太低3.提