第11讲第二章第一节切割与焊接(三)(2021年新版).docx

二）常用焊接材料及设备1．焊接材料 (1)手工电弧焊焊接材料1) 焊条的组成焊条就是涂有药皮的供电弧焊使用的熔化电极它是由药皮和焊芯两部分组成① 焊芯焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯焊芯一般是一根具有一定长度及直径的钢丝焊接时，焊芯本身熔化为填充金属与母材金属熔合形成焊缝② 药皮压涂在焊芯表面的涂层称为药皮药皮是由各种矿物类、铁合金有机物和化工产品（水玻璃类）原料组成药皮在焊接过程中起着极为重要的作用若采用无药皮的光杆焊条焊接，则在焊接过程中，空气中的氧和氮会大量侵入熔化金属，将金属铁和有益元素碳、硅、锰等氧化和氮化，并形成各种氧化物和氮化物残留在焊缝中，造成焊缝夹渣或裂纹而熔入熔池中的气体可能使焊缝产生大量气孔，这些因素都能使焊缝的机械性能（强度、冲击值等）大大降低，同时使焊缝变脆此外采用光杆焊条焊接，电弧很不稳定，飞溅严重，焊缝成形很差药皮除具有机械保护作用，还要加入一些还原剂，使电弧燃烧中产生的氧化物还原，以保证焊缝质量通过在焊条药皮中加入铁合金或纯合金元素，使之随着药皮的熔化而过渡到焊缝金属中去，以弥补合金元素烧损和提高焊缝金属的机械性能总之药皮的作用改善了焊接工艺性能，使电弧稳定燃烧、飞溅少、焊缝成形好、易脱渣和熔敷效率高。

同时也保证焊缝金属获得具有合乎要求的化学成分和机械性能2）焊条分类① 按焊条的用途分类② 按药皮的主要成分分类③ 按药皮熔化后的熔渣碱度分类熔渣成分主要是酸性氧化物（SiO2、TiO2、Fe2O3）的为酸性焊条；熔渣主要成分是碱性氧化物（如大理石、萤石等）的为碱性焊条酸性焊条具有较强的氧化性，对铁锈、水分不敏感，焊缝中很少有由氢气引起的气孔，但酸性熔渣脱氧不完全，也不能完全清除焊缝中的硫、磷等杂质，故焊缝金属力学性能较低碱性焊条由于脱氧性能好，能有效除焊缝中的硫，合金元素烧损少，焊缝金属合金化效果好，焊缝力学性能和抗裂性均较好，但当焊件和焊条存在水分时，焊缝中容易出现氢气孔④ 按特殊性能分类3）焊条的选用原则电弧焊时，通常应根据组成焊接结构钢材的化学成分、力学性能、焊接性和工作环境等要求，以及焊接结构的形状、受力情况和焊接设备类型等方面综合考虑，以决定选用哪种焊条①焊接材料的机械性能、化学成分a. 对于低碳钢、中碳钢和低合金钢，可选用与母材强度等级相应的焊条，其抗拉强度等于或稍高于母材当受力情况复杂时，应选用比母材强度低一级的焊条，以保证焊缝既有一定的强度，又能有满意的塑性b. 对于合金结构钢，通常要求焊缝金属的合金成分与母材金属相同或相近。

c. 在对焊接结构受力复杂、刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的情况下，可以考虑选用比母材强度低一级别的焊条以保证焊缝既有一定的强度，又能有良好的塑性d. 在母材中C、P、S等元素含量偏高时，焊缝易产生裂纹的情况下，应选用抗裂性能好的低氢型焊条e. 在焊条的强度确定之后，对于塑性、冲击性和抗裂性能要求较高（结构形状复杂、钢材厚、焊件受动荷载），低温条件下工作的焊缝应选用碱性焊条f. 当焊件焊口处有较多的铁锈、油污和氧化皮、水分等脏物，且又无法清理时，应选用对铁锈、油污和氧化皮、水分敏性小和抗气孔性能较强的酸性焊条g. 低碳钢与低合金钢、不同强度等级的低合金钢等异种钢间的焊接，一般选用与较低强度等级钢材相匹配的焊条②焊件的工作条件与使用性能a. 对承受动荷载和冲击荷载的焊件，除满足强度要求，还要保证焊缝具有较高的韧性和塑性，应选用塑性和韧性较高的低氢焊条；b. 接触腐蚀介质的焊件，根据介质性质，应选用相应的不锈钢焊条，或选用其他耐腐蚀焊条；c. 在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对珠光体的耐热钢一般选用与钢材化学成分相近的焊条，或根据焊件的工作温度来选取；d. 结构复杂，刚性大及厚度大的焊件，应选用抗裂性能好的低氢焊条；e. 对受条件限制不能翻转的焊件，应选全位置焊接焊条。

③ 简化工艺、提高生产率和降低成本 4) 焊接参数的选择方法 电弧焊的焊接参数主要有焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接层数、电源种类及极性等① 焊条直径的选择焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头型式、焊缝位置及焊接层次等因素在不影响焊接质量的前提下，为了提高劳动生产率，一般倾向于选择大直径的焊条② 焊接电流的选择焊接电流的大小，对焊接质量及生产率有较大影响主要根据焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头型式、焊缝空间位置及焊接层次等因素来决定，其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置另外，焊缝的空间位置不同，焊接电流的大小也不同含合金元素较多的合金钢焊条，一般电阻较大，热膨胀系数大，焊接过程中电流大，焊条易发红，造成药皮过早脱落，影响焊接质量，而且合金元素烧损多，因此焊接电流相应减小③ 电弧电压的选择电弧电压是由电弧长来决定电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低在焊接过程中，电弧过长，会使电弧燃烧不稳定，飞溅增加，熔深减小，而且外部空气易侵入，造成气孔等缺陷因此，要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊在使用酸性焊条焊接时，为了预热待焊部位或降低熔池温度，有时将电弧稍微拉长进行焊接，即所谓的长弧焊。

④ 焊接层数的选择在中、厚板焊条电弧焊时，往往采用多层焊层数多些，对提高焊缝的塑性、韧性有利但要防止接头过热和扩大热影响区的有害影响另外，层数增加，往往使焊件变形增加因此，要综合考虑加以确定⑤ 电源种类和极性的选择直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上其它情况下，应首先考虑用交流焊机，因为交流焊机构造简单，造价低，使用维护也较直流焊机方便极性的选择，则是根据焊条的性质和焊接特点的不同，利用电弧中阳极温度比阴极温度高的特点，选用不同的极性来焊接各种不同的焊件一般情况下，使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接；而酸性焊条，通常选用正接 (2)埋弧焊焊接材料2. 焊接设备(1) 手弧焊设备手弧焊使用的设备简单、方法简便灵活、适应性强，但对焊工操作要求高手弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及铜合金等金属材料的焊接2) 埋弧焊设备埋弧焊设备由焊接电源、埋弧焊机和辅助设备构成其电源可以用交流、直流或交直流并用埋弧焊机分为自动焊机和半自动焊机两大类① 半自动埋弧焊机② 自动埋弧焊机3) CO2气体保护焊设备 半自动CO2气体保护焊设备主要由焊接电源、供气系统、送丝机构和焊枪等组成。

4) 惰性气体保护焊设备 手工惰性气体保护焊设备包括焊枪、焊接电源与控制装置、供气和供水系统四大部分5) 等离子弧焊设备 等离子弧焊设备主要包括焊接电源、控制系统、焊枪、气路系统和水路系统例题1. 焊条药皮熔化后所产生熔渣的主要成分为Si02、Ti02、Fe203等氧化物，该焊条的使用特点有( )P72A．对铁锈、水分不敏感 B．焊缝中出现的氢气孔较少C．焊缝金属力学性能较高 D．有利于保障焊工的身体健康答案：ABD解析：这道题的考点是焊条分类中按药皮熔化后熔渣碱度分类的焊条种类及其特点按药皮熔化后的熔渣碱度分类：熔渣成分主要是酸性氧化物（SiO2、TiO2、Fe2O3）的为酸性焊条；熔渣主要成分是碱性氧化物（如大理石、萤石等）的为碱性焊条酸性焊条具有较强的氧化性，对铁锈、水分不敏感，焊缝中很少有由氢气引起的气孔，但酸性熔渣脱氧不完全，也不能完全清除焊缝中的硫、磷等杂质，故焊缝金属力学性能较低例题2. 在母材中碳、磷、硫等元素含量较高时，选用低氢焊条的目的是（ ）A.降低焊缝出现裂纹的可能 B．提高焊缝的抗气孔性能C.避免焊接过程中焊缝的渗碳 D.减少焊缝的夹渣答案：A例题3. 电弧焊焊接时 , 选用直流电源的优势有 ( )。

A. 电弧稳定、飞溅小 B. 焊接质量好C. 设备简单、维修方便 D. 可用于厚板大刚度结构答案：ABD解题思路：这道题的考点是焊接电源种类的选择直流电源，电弧稳定，飞溅小，焊接质量好，一般用在重要的焊接结构或厚板大刚度结构的焊接上其它情况下，应首先考虑用交流焊机，因为交流焊机构造简单，造价低，使用维护也较直流焊机方便三. 焊接接头、坡口及组对焊接连接形成的焊接接头是焊接结构最基本要素，在许多情况下，它又是焊接结构上的薄弱环节其突出问题是形成应力集中、劣质区、变形及残余应力的存在一）焊接接头的分类及基本类型 1．焊接接头的分类2．焊接接头的基本类型按焊接方法不同，焊接接头可以分为熔焊接头、压焊接头和钎焊接头三大类（三大类下还可细分）；根据接头构造形式不同，焊接接头可以分为对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、盖板接头、套管接头、塞焊（槽焊）接头、角焊接头、卷边接头和端接接头等10种类型如再考虑接头传力特点，T形与十字接头可归为一类；盖板接头、套管接头、塞焊（槽焊）接头实质上是搭接接头的变形，而不同的卷边接头可分属于对接接头、角接接头和端接接头所以焊接接头的基本类型可归纳为5种，即对接接头、T形（十字）接头、搭接接头、角接接头和端接接头，上述五类接头基本类型都适用于熔焊，一般压焊（高频电阻焊除外），都采用搭接接头，个别情况才采用对接接头；高频电阻焊一般采用对接接头，个别情况才采用搭接接头。

钎焊连接的接头也有多种形式，一种分类方法将其分为四种，即搭接接头，T形接头，套接接头，舌形与槽形接头二) 熔焊接头与坡口熔焊接头的坡口根据其形状的不同，可分为基本型、混合型和特殊型三类1) 基本型坡口是一种形状简单、加工容易、应用普遍的坡口按照我国标准规定，主要有以下几种：Ⅰ型坡口；Ⅴ型坡口；单边Ⅴ型坡口；U型坡口；J型坡口等2) 组合型坡口由两种和两种以上的基本型坡口组合而成按照我国标准规定，主要有以下几种（如图2.1.3所示）有Y形坡口；VY形坡口；带钝边U形坡口；双Y形坡口；双V形坡口；2/3双V形坡口；带钝边双U形坡口；UY形坡口；带钝边J 型坡口；带钝边双J形坡口;双单边V形坡口；带钝边单边V形坡口；带钝边双单边V形坡口；带钝边J形单边V形坡口等3) 特殊形坡口是不属于上述基本型又不同于上述组合型的形状特殊的坡口按照我国标准规定，主要有卷边坡口；带垫板坡口；锁边坡口；塞、槽焊坡口等见图2.1.4所示根据被焊工件是单面还是双面开坡口,又可将坡口分为单面坡口和双面坡口单面坡口通常是不对称的，如V形、U形、J形、Y形等坡口，不对称形坡口方便于特殊位置的焊接操作，如贮罐的横焊缝的焊接。

双面坡口可以是对称的，也可以是不对称的，例如各种组合型坡口三）焊接接头的选择原则（四）管材的坡口与组对1．管材的坡口(1) 管材的坡口管材的坡口有以下几种形式：I型坡口、V型坡口和U型坡口1) I型坡口 I型坡口适用于管壁厚度在3.5mm以下的管口焊接这种坡口管壁不需要倒角，实际上是不需要加工的坡口，只要管材切口的垂直度能够保证对口的间隙要求，就可以对口焊接；2) V型坡口 V型坡口适用于中低压钢管焊接，坡口的角度为600～700，坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右；3) U型坡口 U型坡口适用于高压钢管焊接，管壁厚度在20~60mm之间坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右；(2) 坡口的加工方法坡口的加工方法一般有以下几种:1)低压碳素钢管公称直径等于或小于50mm的，采用手提砂轮磨坡口；直径大于50mm的，用氧乙炔切割坡口，然后用手提砂轮机打掉氧化层并打磨。