1-1.--焊接电弧和焊条电弧焊接解析.ppt

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1、参考章节：参考章节：材料成形工艺材料成形工艺第第12章章参考书目：参考书目：焊接与连接工程学导论焊接与连接工程学导论第一篇、焊接方法第一篇、焊接方法焊接分类焊接分类l熔化焊接l压力连接l钎焊熔化焊接熔化焊接压力焊分类压力焊分类钎焊分类钎焊分类第一节第一节 熔焊熔焊熔化焊接1、焊条电弧焊（手工电弧焊）、焊条电弧焊（手工电弧焊）SMAW内容提要内容提要l焊接电弧的物理基础焊接电弧的物理基础l焊条电弧焊特点、设备与材料焊条电弧焊特点、设备与材料l焊条电弧焊工艺、接头设计及质量焊条电弧焊工艺、接头设计及质量控制控制第一部分第一部分 1.1 焊接电弧的物理基础焊接电弧的物理基础电弧：电弧：在电极与工件之

2、间的气体介质中长时间的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。电弧示意图1.1.1 气体导（放）电机理气体导（放）电机理条件：条件：必须产生带电粒子过程：过程：采用某种措施产生带电粒子 外加电压产生电流1.1.2 电弧的构造及电特性电弧的构造及电特性1 电弧的构造电弧的构造阴极区和阴极阴极区和阴极斑点斑点弧柱区弧柱区阳极区和阳极阳极区和阳极斑点斑点 电弧构造及电压分布电弧构造及电压分布1.1.2 电弧的构造及电特性电弧的构造及电特性2 电弧中的电压分电弧中的电压分布布电弧电压：1.1.2 电弧的构造及电特性电弧的构造及电特性3 电弧的伏安特性电弧的伏安特性（电弧静特性）（电弧静

3、特性）小电流：下降特性中等电流：平特性大电流：上升特性电弧静特性曲线1.1.3 电弧的热源特征电弧的热源特征1 电弧的总功率电弧的有效热量1.1.3 电弧的热源特征电弧的热源特征2 电弧的温度和温度分布 阴极温度和阳极温度受到电极材料性质限制（熔点、沸点）一般阳极温度高于阴极温度，且低于电极材料的沸点，一般在2200-4200K之间；弧柱温度受电极材料、气体介质、电流大小等因素的影响，温度5000-30000K之间。第一部分小结第一部分小结l电弧的构成l电弧的伏安特性l电弧的热源特点 第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）定义：定义：利用焊条与工件间产生电弧

4、热，将工件和焊条熔化进行焊接的方法。手工电弧焊（electrode welding）焊条电弧焊(SMAW)shielded metal arc welding 第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）l特点：特点：适于室内、室外、高空和各种位置焊接，设备简单，维护容易，焊钳小，使用灵便，可焊接高强钢、铸钢、铸铁和非铁金属，应用广泛。第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）l焊接原理：焊接原理：电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯同时熔化，形成熔池，同时焊条药皮熔化和分解。第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电

5、弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）l药皮熔化后与液态金属发生物理化学反应，形成的熔渣不断从熔池中浮起；药皮受热分解产生大量的CO2、CO等保护气体，围绕在电弧周围，熔渣和气体能防止空气中氧和氮的侵入，起保护熔化金属的作用 第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）l电弧向前移动时，工件和焊条不断熔化汇成新的熔池。原来的熔池则不断冷却凝固，构成连续的焊缝。熔渣逐渐凝固成固态渣壳，对焊缝成形和减缓焊缝冷却速度有利。第二部分第二部分 1.2 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）1.2.1 设备设备 电源：下降特性交流or直流电源焊钳：夹持、导电（绝缘隔热）焊条

6、：电极、填充金属焊条电弧焊焊条电弧焊(SMAW)1.2.1 焊条电弧焊电源焊条电弧焊电源电源外特性电源外特性 在稳定状态下，弧焊电源输出的电压与输出电流的关系1.2.2 电焊条电焊条*焊条功能焊条功能 焊芯焊芯 作为电极导电；作为熔敷金属填充焊缝。1.2.2 电焊条电焊条 药皮药皮a:a:稳弧：稳弧：低电位元素；b:b:保护：保护：气相渣相联合保护；c:c:脱氧作用：脱氧作用：降低药皮或熔渣的 氧化性，脱除金属中的氧。脱氧剂：脱氧剂：与氧的亲和力大于铁的金属及合金，如：Si、Ti、Mn、Al焊条功能焊条功能d:d:合金化：合金化：补偿焊缝金属中烧损的有益元素和获得必要的合金成分；e:e:改善焊

7、缝成形：改善焊缝成形：减少飞溅，增加流动性。*焊条分类焊条分类1）按药皮成分分类）按药皮成分分类 氧化钛型，氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠塑、石墨型和盐基型等。2）按熔渣酸碱性分类）按熔渣酸碱性分类 酸性焊条和碱性焊条焊条分类焊条分类3）按焊条用途分类）按焊条用途分类 结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍和镍合金焊条，铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条、特殊用途焊条等共十大类 焊条分类焊条分类4）按焊条性能分类）按焊条性能分类 超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、底层焊条、铁粉高效焊条、抗潮焊条、水下焊条、重力焊条、躺焊焊条等

8、。*焊条选用基本原则焊条选用基本原则（1）考虑母材的力学性能和化学成分）考虑母材的力学性能和化学成分 对于结构钢（碳钢、低合金钢），通常要求焊缝金属与母材等强度，故应选用抗拉强度等于母材抗拉强度的焊条。对于合金钢（耐热钢、不锈钢），通常要求焊缝金属的主要合金成分与母材金属相同或相近。焊条选用基本原则焊条选用基本原则在磨损条件下工作的焊件，要根据磨损的性质、工作温度，以及是否在腐蚀介质中工作，以选择合适的堆焊焊条。在高温或低温条件下工作的焊件，应选用相应的耐热钢或低温钢焊条。焊条选用基本原则焊条选用基本原则（2）要考虑焊件的结构特点和受力状态）要考虑焊件的结构特点和受力状态对于结构形状复杂、刚性

9、大及大厚度焊件，由于焊接过程中产生很大应力，容易产生裂纹，因此应选用抗裂性能好的低氢型焊条与高韧性焊条；焊条选用基本原则焊条选用基本原则对于焊接部位难以清理干净的焊件，应选用氧化性强，对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条，以免产生气孔；对于受条件限制不能翻转的焊件，有些焊缝处于非平焊位置，应选用全位置焊条。焊条选用基本原则焊条选用基本原则 (3)要考虑施工条件及电源要考虑施工条件及电源 在没有直流弧焊电源，而焊接结构又要求必须使用低氢型焊条的场合，应选用交/直流两用的低氢钾型焊条 在狭小、密闭容器内或通风条件不良的场所焊接时，要尽量选用酸性或低尘无毒焊条 焊条选用基本原则焊条选用基本原则(4)

10、考虑焊条的操作工艺性能；考虑焊条的操作工艺性能；在满足焊件性能要求的条件下，尽量选用焊尽量选用焊接工艺性能好的酸性焊条接工艺性能好的酸性焊条。(5)考虑经济效益和生产效率。考虑经济效益和生产效率。在满足使用性能和操作工艺性的条件下，尽尽量选用成本低、效率高的焊条量选用成本低、效率高的焊条。*适用范围适用范围l应用领域广泛：应用领域广泛：船舶、汽车、航空航天、化工等行业，全位置焊接、分散的短小焊缝、小批量焊件、点固焊、维修、铸铁补焊。l可焊金属种类多：可焊金属种类多：碳钢、调质钢、耐热钢、有色金属等。l适合于中等厚度的焊接工件：适合于中等厚度的焊接工件：一般大于1mm，小于40mm。第二部分小结

11、第二部分小结l焊条电弧焊l电焊条的功能、分类及选用原则l焊条电弧焊的适用范围第三部分第三部分 焊条电弧焊工艺焊条电弧焊工艺1.3.1 焊条电弧焊工艺焊条电弧焊工艺1 焊条烘干焊条烘干2 焊前清理焊前清理3 焊接电流焊接电流 I=kd k=25454 电弧电压（电弧长度）电弧电压（电弧长度）5 电流种类：交流或直流电流种类：交流或直流6 焊条直径焊条直径第三部分第三部分 焊条电弧焊工艺焊条电弧焊工艺7 焊条电弧焊的接焊条电弧焊的接头设计头设计常见的接头形式接头形式：对接、T形、角接、搭接第三部分第三部分 焊条电弧焊的接头设计及质量控制焊条电弧焊的接头设计及质量控制非承载连续焊缝：I坡口承载对接：

12、6mmI坡口，其他采用V、U、X、双U坡口单面V or U比X or 双U坡口焊接变形大U、X或双U坡口比V、U、X坡口节省焊条和焊接工时。坡口设计标准见GB985-88接头坡口设计接头坡口设计1.3.2 焊条电弧焊的焊接变形焊条电弧焊的焊接变形 与应力及其防止与应力及其防止1 焊接应力和变形产生的原因焊接应力和变形产生的原因a)杆件整体均匀受热b)一端作刚性固定另一端可自由收缩c)两端都处于刚性固定1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止2 焊接残余变形与应力的分类和影响因素焊接残余变形与应力的分类和影响因素焊接残余变形焊接残余变形2.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与

13、应力及其防止1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止焊接残余应力焊接残余应力1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止 影响残余变形和应力大小的因素影响残余变形和应力大小的因素a 材料的热物理性能及金属微观组织特征；b 焊接热输入大小。一般热输入越大，收缩就越大；C 焊缝的对称性。焊缝所处的位置对称，弯曲、扭曲及角变形小；1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止 影响残余变形和应力大小的因素影响残余变形和应力大小的因素d 结构条件及焊缝的焊接次序。结构刚性越小、焊接次序不对称，变形就越大。同样条件下先焊的焊缝比后焊的焊缝所产生的残余变形大；e 焊接

14、时夹紧状态。1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止3 焊接应力与变形对焊接结构的影响焊接应力与变形对焊接结构的影响塑性良好的结构材料：焊接应力不会对结构的静载强度有任何影响，在承载过程中焊接应力会逐渐降低；低温下工作的构件及常温下工作，但韧性差的脆性材料：焊接应力会随工件载荷的增加造成工件坏损。1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止在动载情况下，残余拉应力会加速疲劳裂纹的形成及扩展；腐蚀介质状态工作的结构，残余拉应力也会加速应力腐蚀裂纹的扩展；对薄板受压件，残余压应力与工作应力叠加会导致其失稳。1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止 焊接变

15、形与应力的消除和控制焊接变形与应力的消除和控制 1)焊接应力的消除焊接应力的消除a 整体高温回火。属材料在高温生蠕变现象，使应力松弛；b 局部高温回火。降低应力峰值；1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止c 机械拉伸法。加载使焊缝塑性变形，产生伸展，降低内应力；d 温差拉伸法。低温局部加热焊缝两侧，焊缝区产生拉伸塑性变形，消除应力；e 振动法。共振降低构件内应力 or 使应力重新分布。1.3.2 焊接变形与应力及其防止焊接变形与应力及其防止2)焊接残余变形的控制焊接残余变形的控制合理的结构及接头设计。减少焊缝数量、对称布置焊缝、选择x或双U 形坡口等；合理的焊接工艺设计。刚性

16、支承、夹具固定、反变形、正确选择焊接次序等；焊接变形矫正。机械矫正法、火焰矫正法。1.3.3 焊接缺陷及预防措施焊接缺陷及预防措施1 焊缝缺陷的类型焊缝缺陷的类型 1)外观缺陷。尺寸偏差，咬边、烧穿，焊瘤及弧坑 2)气孔。3)夹渣。4)未焊透、未熔合。5)裂纹。热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等 1.3.3 焊接缺陷及预防措施焊接缺陷及预防措施2 焊接缺陷产生的原因及预防措施焊接缺陷产生的原因及预防措施 1)未焊透：由坡口没计不当、钝边过大、焊接电流过小、速度太快 2)夹渣：焊渣未及时清除，运条不当，脱渣性能差 3)气孔:焊缝坡口区域水、油、油漆、药皮水分、铁锈和电弧保护不良引起。应焊前烘干

17、、清理、降低焊速、短弧 1.3.3 焊接缺陷及预防措施焊接缺陷及预防措施4)裂纹：危害最大的焊接缺陷裂纹：危害最大的焊接缺陷冷裂纹：氢致裂纹、延迟裂纹。烘干焊条、预热、层间保温、焊后热处理热裂纹：S、P含量。控制S、P含量、填满弧坑、合理的焊接工艺第三部分小结第三部分小结l焊条电弧焊工艺焊条电弧焊工艺l焊条电弧焊的接头及坡口设计l焊接变形与应力及控制l焊接缺陷及预防本节重点本节重点1 电弧的构造电弧的构造2 焊条电弧焊的工作原理焊条电弧焊的工作原理3 焊条电弧焊的适用范围焊条电弧焊的适用范围4 焊条电弧焊的焊接工艺焊条电弧焊的焊接工艺复习思考题：复习思考题：1、焊条电弧焊的适用范围及其工艺要点。、焊条电弧焊的适用范围及其工艺要点。