01/58 第三章焊接 (welding) 第一节 熔焊 1、焊条电弧焊的焊接过程 2、焊条电弧焊的冶金过程及特点 3、焊条 4、焊接接头的组织性能 5、焊接的应力与变形 6、其他熔焊方法介绍 第二节常用金属 1、金属的焊接性 焊接性能 2、结构钢的焊接 3、铸铁的焊补 4、有色金属的焊接 第三节焊接结构设计 1、焊接结构件材料的选择 2、焊接方法的选择 3、焊件的焊缝布置 4、 焊接接头的工艺设计 第四节其他焊接技术 1、压焊 2、钎焊
第三章 焊接 (welding) 第一节 熔焊 1、焊条电弧焊的焊接过程 2、焊条电弧焊的冶金过程及特点 3、焊条 4、焊接接头的组织性能 5、焊接的应力与变形 6、其他熔焊方法介绍 第二节 常用金属 焊接性能 1、金属的焊接性 2、结构钢的焊接 3、铸铁的焊补 4、有色金属的焊接 第三节 焊接结构设计 1、焊接结构件材料的选择 2、焊接方法的选择 3、焊件的焊缝布置 4、焊接接头的工艺设计 第四节 其他焊接技术 1、压焊 2、钎焊 01 /58
021/58 ● 第三章 焊接(welding) 1练轮箱印子 嘛冰结状界 东孔柔东米痛的 20师界奶列 2际州得 库尔勒 百泉 米液 边 2东无迎苏狗 5公用 上海 西气东输工程 F35蒙皮大 量采用铆接 hs.fom.com 1896年开通的匈牙利布达佩斯地铁 该图片由bigstore上传至Tiexue.Net图片版权日原击所有 T刑的车东∠UIUU吧，刊2以正正究把冰小下旦三
第三章 焊接 (welding) ❖全世界钢铁产量中约有50%左右是通过焊接加工由原 材料变成成品的。 ❖工业发达国家焊接机械化水平已达70%～80%，而我国 只有20%～30% 。 ❖西气东输工程：全长约4300公里的输气管道，焊接接 头的数量达35万个以上，整个管道上焊缝的长度至少 1万5千公里。 ❖北京奥运会鸟巢用的钢材11万吨，焊缝长达320公里， 所用的焊条20100吨，可以足足绕地球赤道三圈。 ❖机械连接的方式： F35 蒙皮大 量采用铆接 1896年开通的匈牙利布达佩斯地铁 02 /58 螺纹、铆接、焊接、粘接、键连接等 西气东输工程
03/58 用加热或/和加压等手段，借助 原子的结合与扩散作用，使分 属材料牢固地、永久性地连接 一种工艺方法。 大为小、化复杂为简单的办法 大型结构或部件 第五届中国国际天然气技术装备 一焊、锻焊工艺，可以制造大 展览会 件。 2015.3.26北京 双金属结构，如复合层容器等 冬焊接的分类 多熔焊(fusion welding 压焊 (pressure welding) 钎焊(brazing,.soldering)
第三章 焊接 (welding) ❖ 焊接的定义 ❖焊接是用加热或/和加压等手段，借助 于金属原子的结合与扩散作用，使分 离的金属材料牢固地、永久性地连接 起来的一种工艺方法。 ❖ 焊接的特点 ❖可用化大为小、化复杂为简单的办法 来建造大型结构或部件 ❖采用铸-焊、锻-焊工艺，可以制造大 型零部件。 ❖可制成双金属结构，如复合层容器等 ❖ 焊接的分类 ❖熔焊 (fusion welding) ❖压焊 (pressure welding) ❖钎焊 (brazing, soldering) 03 /58 第五届中国国际天然气技术装备 展览会 2015.3.26北京
04/58 第一节熔焊(fusion welding) 一、焊条电弧焊的焊接过程 熔焊是将焊件连接部 位局部加热至熔化状 1、焊接电弧 态，冷却凝固后形成 1 电弧(arc):焊条与工件间的 一体的焊接方法。 气体介质长时间而有力的放电 现象，即在局部气体介质中有 焊条electrode 大量电子流通过的导电现象。 )电弧的温度及热量分布 cathode region 阴极区 阴极区占总电弧热量的36%， 用钢焊条焊接钢材时，其温度 孤柱are column anode region 约2400K。 阳极 焊件 阳极区占43%，2600K。 weldment 弧柱占21%，中心温度高达 5000≈8000K
第一节 熔焊 (fusion welding) ❖熔焊是将焊件连接部 位局部加热至熔化状 态，冷却凝固后形成 一体的焊接方法。 ❖熔焊种类： ✓ 焊条电弧焊 ✓ 埋弧焊 ✓ 气体保护焊等 一、焊条电弧焊的焊接过程 ❖焊条电弧焊 (shielded metal arc welding) 利用电弧产生的热量 来熔化母材和焊条的 一种手工操作焊接 1) 电弧的温度及热量分布 ❖ 阴极区 占总电弧热量的36%， 用钢焊条焊接钢材时，其温度 约2400K。 ❖ 阳极区 占43%，2600K。 ❖ 弧 柱 占21%，中心温度高达 5000～8000K。 ❖电弧 (arc)：焊条与工件间的 气体介质长时间而有力的放电 现象，即在局部气体介质中有 大量电子流通过的导电现象。 1、焊接电弧 04 /58 electrode weldment cathode region anode region arc column
05/58 第一节熔焊(fusion welding) 交流弧焊机 直流弧焊机 焊条电弧焊的焊接过程 BX-315 ZX7-500 1、焊接电弧 2) 电弧的极性(polarity) 焊条电弧焊可采用交流和直流两种焊接电源。用直流电源 焊接时，有两种接线方法： √正接(straight polarity)焊件接正极，焊条接负极。 一般用于厚板的焊接。 反接(reversed polarity)焊件接负极，焊条接正极。 一般用于薄板、铸铁及有色金属等焊件的焊接 当使用交流电时，由于极性的交替变化，焊条与工件间的 温度和热量分布基本相同（2500K)，无正、反接，电弧 的稳定性比直流的差
2) 电弧的极性 (polarity) ❖ 焊条电弧焊可采用交流和直流两种焊接电源。用直流电源 焊接时，有两种接线方法： ✓ 正接 (straight polarity) 焊件接正极，焊条接负极。 一般用于厚板的焊接。 ✓ 反接 (reversed polarity) 焊件接负极，焊条接正极。 一般用于薄板、铸铁及有色金属等焊件的焊接 ❖ 当使用交流电时，由于极性的交替变化，焊条与工件间的 温度和热量分布基本相同（2500K），无正、反接，电弧 的稳定性比直流的差。 第一节 熔焊 (fusion welding) 一、焊条电弧焊的焊接过程 1、焊接电弧 05 /58 交流弧焊机 直流弧焊机
06/58 第一节熔焊(fusion welding) 一、焊条电弧焊的焊接过程 NSB-308 2、焊条电弧焊的焊接过程 N3303A 1) 焊条电弧焊的装置 2） 焊接过程 coating药皮 DIRECTION OF TRAVEL ?焊芯 PROTECTIVE GAS FROM 1路20 solidified slag ar心电 ELECTRODE COATING core ELECTRODE COATING weld metal 熔池 wire MOLTEN WELD METAL 焊缝金属 molte△n ELECTRODE WIRE droplet ARC SLAG METAL DROPLETS SOLIDIFIED WELD METAL BASE METAL 熔深depth of fusion
electrode electrode holder weld weldment power source cable arc 一、焊条电弧焊的焊接过程 2、焊条电弧焊的焊接过程 1) 焊条电弧焊的装置 2) 焊接过程 ❖ 引弧电压(striking voltage) 能使电弧引燃的最低电压 50~90V ❖ 电弧电压(arc voltage)： 电弧稳定燃烧时的电压 16~35V 第一节 熔焊 (fusion welding) coating core wire droplet arc molten pool solidified slag weld metal depth of fusion 06 /58
07/58 第一节熔焊 (fusion welding) 电弧焊的治金过程及特点 1、冶金过程 焊接过程中，熔化金属、熔渣和气体间发生一系列冶金反应 空气和杂质在高温下分解成原子状态的氧、氮、氢。 √氧使金属氧化而被烧损，残留的氧化物影响焊缝质量， 生成的C0可引起飞溅和气孔。 氮大量溶解在高温的熔池中，形成Fe等氮化物，增加焊 缝的脆性；冷却时析出的氮气来不及逸出而形成气孔。 氢大量溶解在高温的熔池中，冷却时析出的氢气来不及 逸出而形成气孔，产生“白点”，引起氢脆。 熔渣中的S、P等元素会形成FeS、Fe,P等硫化物和磷化物，与 铁形成低熔点的共晶体而存留于晶界上，导致热脆和冷脆
二、电弧焊的冶金过程及特点 ❖ 焊接过程中，熔化金属、熔渣和气体间发生一系列冶金反应 ❖ 空气和杂质在高温下分解成原子状态的氧、氮、氢。 ✓ 氧使金属氧化而被烧损，残留的氧化物影响焊缝质量， 生成的CO可引起飞溅和气孔。 ✓ 氮大量溶解在高温的熔池中，形成Fe4N等氮化物，增加焊 缝的脆性；冷却时析出的氮气来不及逸出而形成气孔。 ✓ 氢大量溶解在高温的熔池中，冷却时析出的氢气来不及 逸出而形成气孔，产生“白点”，引起氢脆。 ❖ 熔渣中的S、P等元素会形成FeS、Fe2P等硫化物和磷化物，与 铁形成低熔点的共晶体而存留于晶界上，导致热脆和冷脆。 1、冶金过程 第一节 熔焊 (fusion welding) 07 /58
08/58 第一节熔焊(fusion welding) 电弧焊的治金过程及特点 2、冶金特点 冶金温度太高，导致金属元素蒸发和烧损。 冶金时间短，熔池快速凝固(10秒)，化学反应难于达 到平衡状态，成分不均匀。 冶金条件差，与空气接触面积大，产生的气体和杂质形 成气孔和夹渣。 3、保证焊缝质量的措施 焊前认真清理焊件和焊丝表面上杂质及烘干焊接材料等 对焊接区进行保护，限制空气侵入。如气体保护焊等。 采用滲合金方法。通过药皮补偿所需的合金元素。 采用冶金处理方法进行脱氧、去氢、脱氨、脱硫、脱磷
二、电弧焊的冶金过程及特点 2、冶金特点 ❖ 冶金温度太高，导致金属元素蒸发和烧损。 ❖ 冶金时间短，熔池快速凝固（10秒），化学反应难于达 到平衡状态，成分不均匀。 ❖ 冶金条件差，与空气接触面积大，产生的气体和杂质形 成气孔和夹渣。 3、保证焊缝质量的措施 ❖ 焊前认真清理焊件和焊丝表面上杂质及烘干焊接材料等 ❖ 对焊接区进行保护，限制空气侵入。如气体保护焊等。 ❖ 采用滲合金方法。通过药皮补偿所需的合金元素。 ❖ 采用冶金处理方法进行脱氧、去氢、脱氮、脱硫、脱磷 第一节 熔焊 (fusion welding) 08 /58
原料种类 原料名称 作用 造渣剂 大理石、萤石、菱苦土、长石、花岗石 造成具有一定物理化学性能的熔 slagforming 、黄土、钛铁矿、锰矿、赤铁矿、钛白 渣，并能良好保护焊缝和改善焊 constituents 粉、金红石 缝成形 造气剂gasforming 淀粉、木屑、纤维素、大理石 加强对焊接区的保护 脱氧剂dioxidizer 锰铁、 硅铁、钛铁、 铝铁、 石墨、木碳 降低药皮或熔渣的氧化性和脱氧 合金剂 锰铁、硅铁、钛铁、铬铁、 钼铁、钨铁 alloying constituents 钒铁、石墨 使焊缝金属获得必要的合金成分 稳弧剂 碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白 改善引弧性能和提高电弧燃烧稳 stabilizer 粉、钠水玻璃、 钾水玻璃 定性 稀渣剂slag diluents 萤石、长石、钛铁矿、钛白粉、锰矿 增加熔渣流动性、降低熔渣粘度 粘结剂binder 钠水玻璃、钾水玻璃 将药皮粘在钢芯上 GB1300-77 焊接用钢丝 化 学 成分(%) 代号 C Mn Si Cr Ni S H08 ≤0.10 0.30～0.55 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.04 ≤0 HO8A ≤0.10 0.30≈0.55 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.03 ≤0.0 H08MnA ≤0.10 0.80≈1.10 ≤0.07 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.03 ≤0.0 音千文L么江形： 列又中刊禾三沙风 时电弧稳定性，可使熔池飞溅少、易脱渣
2）药皮 (coating) ❖ 压涂在焊芯表面上的涂料层，由稳弧剂和粘结剂等组成 ❖ 药皮的主要作用： ✓ 对焊缝起保护作用：防止空气侵入和氧化。 ✓ 冶金处理：与焊芯配合，起到脱氧（氢、硫、磷） 和渗入合金元素的作用。 ✓ 改善焊接工艺性能：药皮中的某些物质可提高焊接 时电弧稳定性，可使熔池飞溅少、易脱渣等。 09 /58 第一节 熔焊 (fusion welding) ❖焊条 (electrode) 由焊芯和药皮两 部分组成。 三、焊条 1）焊芯 (core wire) ❖ 焊芯的作用：一是传导电流，产生电弧；二是填充焊缝 ❖ 焊芯的直径：即为焊条直径，如1.6、2.0、2.5、3.2等。 1、焊条的组成和作用 GB 1300-77 焊接用钢丝 代号 化 学 成 分（%） 用途 C Mn Si Cr Ni S P H08 ≤0.10 0.30～0.55 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.04 ≤0.04 一般焊接结构 H08A ≤0.10 0.30～0.55 ≤0.03 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.03 ≤0.03 重要的焊接结构 H08MnA ≤0.10 0.80～1.10 ≤0.07 ≤0.20 ≤0.30 ≤0.03 ≤0.03 用作埋弧焊钢丝 原料种类 原料名称 作用 造渣剂 slagforming constituents 大理石、萤石、菱苦土、长石、花岗石 、黄土、钛铁矿、锰矿、赤铁矿、钛白 粉、金红石 造成具有一定物理化学性能的熔 渣，并能良好保护焊缝和改善焊 缝成形 造气剂gasforming ~ 淀粉、木屑、纤维素、大理石 加强对焊接区的保护 脱氧剂 dioxidizer 锰铁、硅铁、钛铁、铝铁、石墨、木碳 降低药皮或熔渣的氧化性和脱氧 合金剂 alloying constituents 锰铁、硅铁、钛铁、铬铁、钼铁、钨铁 、钒铁、石墨 使焊缝金属获得必要的合金成分 稳弧剂 stabilizer 碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白 粉、钠水玻璃、钾水玻璃 改善引弧性能和提高电弧燃烧稳 定性 稀渣剂 slag diluents 萤石、长石、钛铁矿、钛白粉、锰矿 增加熔渣流动性、降低熔渣粘度 粘结剂 binder 钠水玻璃、钾水玻璃 将药皮粘在钢芯上
10/58 第一节熔焊(fusion welding) 酸性焊条(acid electrode) 药皮熔渣中酸性氧化物 三、焊条 比碱性氧化物多的焊条 表35酸性焊条与碱性焊条的特点 比较项目 酸性焊条 碱性焊条 药皮组成物的性能 氧化性强 还原性强 水、锈产生气孔的可能性 较小 较大 适用电源 交、直流 原则上直流，加稳弧剂后可交、直流 适用焊接电流 较大 比同规格酸性焊条小10% 电弧长度 可长弧操作 须短弧操作 烟尘 较少 较多 焊缝成型/熔深 好/较浅 尚好/较深 熔渣结构/脱渣性 呈玻璃状/较方便 呈结晶状/坡口内第一层脱渣较困难 合金元素过渡效果 差 较好 冲击性能 一般 较高 抗裂性能 较差（氧化铁型除外） 较好 焊缝中含氢量 高，易生白点，影响塑性 低 BL=6.05CaO+4.8MnO+4.6MgO+3.4FeO-6.31SiO2-4.97TiO2-0.2A12O3 按熔渣碱度分2大类：酸性焊条和碱性焊条（又称为低氢型焊条)
第一节 熔焊 (fusion welding) 三、焊条 2、焊条的分类和型号、牌号 ❖ 酸性焊条(acid electrode) 药皮熔渣中酸性氧化物 比碱性氧化物多的焊条 按焊条的用途分10大类 焊条大类 代号 焊条大类 代号 拼音 汉字 拼音 汉字 结构钢焊条 J 结 铸铁焊条 Z 铸 钼和铬钼耐热钢焊条 R 热 镍和镍合金焊条 Ni 镍 低温钢焊条 W 温 铜和铜合金焊条 T 铜 铬不锈钢焊条 G 铬 铝和铝合金焊条 L 铝 铬镍不锈钢焊条 A 奥 特殊用途焊条 TS 特 堆焊焊条 D 堆 按熔渣碱度分2大类：酸性焊条和碱性焊条（又称为低氢型焊条） 1) 分类 ❖ 结构钢焊条又分为： 碳钢焊条和低合金钢 焊条等小类 碱性焊条(basic electrode) 药皮熔渣中碱性氧化物 比酸性氧化物多的焊条 2 2 2 2 3 BL = 6.05CaO + 4.8MnO + 4.6MgO + 3.4FeO − 6.31SiO − 4.97TiO − 0. Al O 10 /58 表3-5 酸性焊条与碱性焊条的特点 比较项目 酸性焊条 碱性焊条 药皮组成物的性能 氧化性强 还原性强 水、锈产生气孔的可能性 较小 较大 适用电源 交、直流 原则上直流，加稳弧剂后可交、直流 适用焊接电流 较大 比同规格酸性焊条小10% 电弧长度 可长弧操作 须短弧操作 烟尘 较少 较多 焊缝成型/熔深 好/较浅 尚好/较深 熔渣结构/脱渣性 呈玻璃状/较方便 呈结晶状/坡口内第一层脱渣较困难 合金元素过渡效果 差 较好 冲击性能 一般 较高 抗裂性能 较差（氧化铁型除外） 较好 焊缝中含氢量 高，易生白点，影响塑性 低