电弧焊技能项目教程 教学课件 ppt 作者 杨跃 一、焊接的概念、特点及分类

1、一、电弧焊基本知识,在金属加工工艺领域中,焊接是一种发展非常迅速的加工方法。目前焊接已在能源、交通、建筑,特别是在机械制造行业中得到了广泛的应用。早在远古的铜、铁器时代,当人类刚开始掌握金属冶炼技术并用来制作简单的生产和生活器具时,火烙铁钎焊、锻接等简单的金属连接方法就已为古人所发现并得到应用。电弧焊、电阻焊、高能高速焊等为代表的现代焊接工程 技术则是在19世纪末到20世纪初的世界第一次工业革命时期孕育,并在20世纪30年代后逐渐发展起来的。它既是现代工业和科学技术发展的产物,又是现代工业制造技术的一个重要的基本活器具时,火烙铁钎焊、锻接等简单的,金属连接方法就已为古人所发现并得到应用。电弧焊、电阻焊、高能高速焊等为代表的现代焊接工程技术则是在19世纪末到20世纪初的世界第一次工业革命时期孕育,并在20世纪30年代后逐渐发展起来的。,图1-1 铆接结构与焊接结构截面的比较,一、焊接的概念、特点及分类,焊接是一种工业上常用的形成永久性连接的工艺方法,是通过加热或加压,或两者并用,并且用或 不用填充材料,使工件达到原子结合的一种方法 。所用能源可以是电能、机械能、化学能、声 能或光能等。,

2、焊接制造具有下列优点:,(1)节省材料与工时,(2)能化大为小,拼小成大,图1-2 焊接的分类,(3)可实现不同材料间的连接成形,(4)可制造密封性构件 按照焊接过程的特点,把焊接技术分为熔焊、压焊和钎焊三大类。,二、焊接技术应用的成就,科学技术发展到今天,焊接技术已广泛应用于工农业生产、航空、航天交通运输、日常生活等领域。例如,我国自行生产的锻造水压机上、下横梁和活动横梁及四根立柱,大型汽轮机转子及大型轧钢机机架都是数十吨或数百吨重的大件,若采用铸造或锻造方法生产,则受设备能力限制,生产困难,甚至无法制作。,例1 2009年6月19日,我国拥有完全自主知识产权的大型原油船(VLCC)“新埔洋”号(图1-3)在新落成的珠江口广州龙穴岛造船基地出坞,此举标志着我国超大型船舶设计与制造迈上新台阶,同时也标志着我国三大新兴造船基地之一的珠江口龙穴岛造船基地生产能力全面形成。“新埔洋”号总载重30.8万吨,满载总排水量35万多吨,甲板长333m,宽60m,比3个标准足球场还大,甲板面上设有直升机停降平台,甲板面至船底型深29.8m,服务航速可达15.7节。,图1-3 “新埔洋”号超大型原油船(

3、VLCC)雄姿,例2 世界最长跨海大桥港珠澳大桥(图1-4),跨越珠江口伶仃洋海域,是连接香港、珠海及澳门的大型跨海通道。大桥主体工程采用两桥一隧的桥隧组合方式。港珠澳大桥全长为49.968km,主体工程“海中桥隧”长35.578km,大桥主体工程全长约29.6km,海底隧道长约6km。成为世界最长的跨海大桥。作为中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目。,图1-4 港珠澳大桥效果图,三、焊接结构的制造过程,焊接结构的制造过程是指采用焊接的工艺方法把毛坯、零件和部件连接起来制成焊接结构的 生产过程。焊接结构的加工工艺过程如图1-9所 示。,图1-9 焊接结构的加工工艺过程,由图1-9可见,在焊接结构的整个制造过程中,焊接只是其中的一个工序,但它是最主要、最关键的一个工序,前面的各工序都是为它作铺垫和服务的,后续工序又是对它的补充和完善。焊接的目的是为了获得各种优质的焊接接头,而焊接结构的整个制造过程是为了获得具有一定功能的产品或部件。,焊接接头是整个焊接结构的最小单元。任何焊接结构都是由焊接部件组成,焊接部件由不同的焊接接头组成,焊缝是焊接接头的一个区域。根据接头在焊

4、接中所处的位置不同分为各种不同位置的焊缝。,图1-10 焊接接头 1焊缝区 2熔合区 3热影响区 4母材,一、焊接接头的分类,用焊接的方法连接的接头称为焊接接头,简称接头。焊接接头包括焊缝区、熔合区、热影响区和邻近的母材组成,如图1-10所示。焊接接头是焊接结构最基本的要素,一个焊接结构总是由若干个构件通过焊接接头连接而成的。焊接接头可分为对接接头、T形接头、角接接头、搭接接头、端接接头等,如图1-11所示。,图1-11 焊接接头 a)对接接头 b)T形接头 c)角接接头 d)搭接接头,1.对接接头 两焊件表面构成大于或等于135,小于或等于180夹角的接头称为对接接头。,图1-12 对接接头,2. T形接头 焊件的端面与另一焊件的表面构成直角或近似直角的接头称为T形接头,如图1-14所示。,图1-13 不同厚度焊件的对接接头 a)单面削薄 b)双面削薄,表1-1 不同厚度焊件对接时允许不作削薄的厚度差(单位:mm),图1-14 T形接头 a)I形坡口 b)带钝边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

5、接接头。,图1-15 角接接头 a)I形坡口 b)带钝边单边V形坡口 c)Y形坡口 d)带钝边双单边V形坡口,图1-16 搭接接头 a)I形坡口 b)圆孔内塞焊 c )长孔内角焊,4.搭接接头 两焊件部分重叠构成的接头称为搭接接头。,二、焊缝形式,焊缝就是焊件经焊接后所形成的结合部分。焊缝可按下列方式分类。,1.按焊缝在空间位置的不同分类 分为平、立、横、仰四种焊缝,如图1-17所示。,2.按焊缝接合形式的不同分类,分为对接焊缝、角焊缝和塞焊缝,如图1-18所示。,3.按焊缝断续情况不同分类,(1)定位焊缝,(2)连续焊缝,图1-17 空间位置的焊缝 a)平焊缝 b)立焊缝 c)横焊缝 d)仰焊缝,(3)断续焊缝,图1-18 焊缝形式 a)对接焊缝 b)角焊缝 c)塞焊缝,三、焊缝符号,设计人员设计的结构或制品要由生产人员准确无误地制造出来,就必须把结构或制品的施工条 件等内容详细地在设计文件即设计说明书和设计图样中表述清楚。,四、焊接坡口,开坡口是为了保证电弧能深入焊缝根部,使根部焊透,以及便于清除熔渣,获得较好的焊缝成形,而 且开坡口的大小和形状能起到调节母材金属与填充金属比例的作

6、用。,1.选择坡口应遵循的原则,2.坡口形式及选择,焊接接头的坡口形式,按形状不同分为基本型、组合型及特殊型3类。,图1-19 坡口形式 a)I形坡口 b) V形坡口 c)X形坡口 d)U形坡口,图1-20 坡口的几何尺寸,(1)坡口面,(2)坡口面角度及坡口角度,图1-21 组合坡口,(3)根部间隙,(4)钝边,(5)根部半径 为适应焊接工艺的特殊要求,可将基本坡口进行组合,以形成比较特殊的焊缝坡口。,3.坡口制备,4.坡口的清理,一、 焊接电弧,由焊接电源供给的,具有一定电压的两电极(电极和母材)间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象,称为焊接电弧。,1.焊接电弧产生的条件 一般情况下,气体的分子和原子是中性的,气体中没有带电粒子(电子、正离子),因此,气体不能导电,电弧也不能自发产生。,2.焊接电弧的构造和各区温度 焊接电弧按构造可分为阴极区、阳极区和弧柱3部分,如图1-22所示。,图1-22 电弧组成,(1)阴极区,(2)阳极区,(3)弧柱,3.焊接电弧的温度分布 焊接电弧中,轴向三个区域的温度分布是不均匀的。,表1-2 常用焊接方法的阴极区与阳极区的温度比较,4.焊接电弧

7、的偏吹 在正常情况下,电弧的轴线总是沿着电极中心线的方向,然而,电弧是由气体电离构成的柔性导体,因此,受外力作用时,容易发生偏摆。,(1)焊条偏心度过大,(2)气流的干扰,(3)磁偏吹,图1-23 电弧径向温度分布,二、焊丝金属的熔化及熔滴过渡,熔化极电弧焊时,焊丝一方面作为电极传导电流,另一方面受热熔化后作为填充金属与熔化的母材共同形成焊缝。因此,焊丝的加热熔化及熔滴过渡将对焊接的过程和焊缝的质量产生直接影响。,1.焊丝加热、熔化的热源和焊丝的熔化,(1)焊丝加热、熔化的热源,(2)焊丝的熔化,2.焊丝金属的熔滴过渡,熔滴即焊条或焊丝端部形成的向熔池过渡的液态金属滴。,(1)熔滴上的作用力,(2)熔滴过渡的形式,(3)熔滴过渡的飞溅,图1-26 熔池形状与焊缝成形示意图 1电弧 2熔池金属 3焊缝金属 s熔池深度(熔深) c熔池宽度(熔宽) L熔池长度 h余高,三、母材熔化与焊缝成形,在电弧热的作用下,母材被熔化,进而在焊件上形成一个具有一定形状和尺寸的液态熔池。随着电弧的移动,熔池前端的焊件不断被熔化进入熔池中,熔池后部则不断冷却结晶而形成焊缝.,1.焊缝形状与焊缝质量的关系,2.

8、焊接参数对焊缝成形的影响 焊接参数决定焊缝输入的能量,是影响焊缝成形的主要工艺参数。,(1)焊接电流,(2)电弧电压,不同的焊接方法对成形系数有自身的特定要求 。,(3)焊接速度,图1-27 对接和角接接头的焊缝形状及各参数的意义,一、焊机,不同的焊接方法所采用的焊机有很大差别,本节以较为简单的焊条电弧焊焊机为例作简单介绍。,1.对焊机(焊接电源)的要求 在焊条电弧焊焊接过程中,影响焊接质量的因素除操作者以外,焊接电源也是一个重要的因素。,(1)具有适当的空载电压,(2)具有陡降的外特性,(3)具有良好的动特性,(4)具有良好的调节特性,2.焊接电源的种类和型号,(1)焊接电源的种类,(2)弧焊电源的型号,表1-3 常用焊接电源的分类,图1-28 弧焊电源的型号,表1-4 常用焊机型号的意义,表1-4 常用焊机型号的意义,表1-4 常用焊机型号的意义,表1-4 常用焊机型号的意义,(3)焊机铭牌,3.焊条电弧焊焊机的选择及使用,(1)焊机形式的选择,(2)焊机容量的选择,(3)焊条电弧焊焊机的安全操作规程,1.电焊钳 电焊钳是用来夹持焊条,并把焊接电流传送至焊条进行电弧焊的工具,如图1

9、-29所示。,图1-29 焊钳和快速接头,二、其他焊接工具,2.焊接电缆 焊接电缆是电弧焊机和电焊钳及焊条之间传输焊接电流的导线。,3.面罩 面罩是焊工焊接时防止面部灼伤,便于观察焊接状态的一种遮蔽工具,有手持式(图1-30)及头盔式两种。,图1-30 面罩 a)手持式面罩 b)头盔式面罩,4.焊工手套,绝缘胶鞋,工作服和平光眼镜 焊工手套、绝缘鞋和工作服(图1-31)是为防止弧光、火花灼伤和防止触电所必须穿戴的劳动保护用品。,5.辅助工具 焊接的相关辅助工具如图1-32所示。,(1)角向磨光机,(2)錾子,图1-31 焊接防护用品,图1-32 辅助工具,图1-33 焊缝万能量规,(3)钢丝刷,(4)锉刀,(5)烘干箱,(6)焊条保温筒,(7)敲渣锤,(8)焊缝万能量规 使用焊缝万能量规时,应避免磕碰划伤,保证尺面清洁,用完后应放入封套内保存。,一、焊接检验的意义,焊接检验的目的是为了检验焊接缺陷,判断焊缝质量,为避免不合格品出厂提供依据;焊接检验也可以评定焊接工艺的正确性,方便及时改进焊接技术。焊接检验应贯穿于焊接生产的全过程,以避免焊接产品最后报废,进而减少原材料和工时的浪费。,二、焊接检验的过程,焊接检验的过程由焊前检验、焊接过程中的检验和焊后产品检验三个阶段组成。,1.焊前检验,焊前检验的目的是通过对焊前准备的检查,预先防止和减少焊接时产生缺陷的可能性。,2.焊接过程中的检验 焊接过程中的检验目的是防止缺陷的形成和及时发现缺陷。,3.焊后产品检验,焊后产品检验的目的是确保产品的焊接质量,以保证其安全服役。,三、焊接检验的分类,焊接检验可分为破坏性检验和非破坏性检验两类。,1.非破坏性检验,非破坏性检验的方法主要有射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、密封性检验和耐压试验等。,2.破坏性检验 破坏性检验的目的是测定焊接接头、焊缝金属的强度、塑性和冲击吸收功等力学性能;分析检查焊缝的化学成分及金 相组织等,以确定它们是否可以满足产品设计或使用要求,并验证所选用的焊接工艺、焊接材料正确与否。,四、焊接缺陷的概念,焊接过程中,在焊接接头中产生的金属不连续、不致密或连接不良的现象称为焊接缺陷。在焊接产品中要获得无缺陷的焊接接头,在技术上是相当困难的,也是不经济的。为了满足焊接产品的使用要求,应该把缺陷控制在一定的范围之内,使其

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