教材5 第七章焊接方法与设备.docx

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教材5第七章焊接方法与设备

第七章焊接方法与设备

1.焊条电弧焊SMAW

1.1工艺特点：

灵活性好，可全位置焊接，操作可达性好，复杂结构的各种接头

适用范围广，可焊接工程所用的绝大部分金属材料。

质量控制好，接头性能可以达到与母材同等性能要求

生产率较低，熔敷速度和熔敷系数较低，有焊条头损耗

操作技能要求高。

1.2焊接设备

1.2.1电源的外特性：

在其他参数不变情况下，焊接电源的输出电压与输出电流之间的关系。

电源的动特性：

由焊接回路中的感抗存在，因而弧焊电源的输出电流和输出电压不可能迅速

地按外特性曲线变化，而时要经过适当的延时在能在外特性曲线上的某一点稳定下来的特性。

电弧的静特性：

当弧长一定时，两电极间总电压与电流之间的关系曲线称为电弧的静特性曲线。

电源的负载持续率：

工作时的负载时间与总时间之比。

1.2.2交流弧焊电源：

动铁式弧焊变压器——BX1型

动圈式弧焊变压器——BX3型

抽头式弧焊变压器——BX6型

弧焊整流器：

动圈式弧焊整流器——ZXG3型

晶闸管弧焊整流器——ZX5型

逆变式（变频式）弧焊整流器——ZX7型

1.2.3焊条：

药皮在焊接时熔化形成熔渣，按熔渣中酸性氧化物和碱性氧化物的比例，熔渣为酸性的焊条称为酸性焊条，反之为碱性焊条。

酸性焊条：

以酸性氧化物为主的焊条，工艺性好，可交直流两用，电弧柔和，飞溅小，熔渣流动性好，易于脱渣，焊缝外表美观，不易产生气孔，但焊接时合金元素烧损多，熔敷金属塑性韧性较差。

碱性焊条：

以碱性氧化物和氟化钙为主的焊条。

低氢型焊条（包括低氢钠型、低氢钾型和铁粉低氢型）是碱性焊条。

一般要求直流反接，只有当药皮中加入稳弧剂后才可采用交直两用。

碱性焊条脱硫能力强，熔敷金属抗热裂、冷裂和塑性韧性较好。

碳钢焊条GB/T5117-1995,低合金钢焊条GB/T5118-1995,不锈钢焊条GB/T983-1995

J422结构钢420MPa/mm2氧化钛钙型交直流

J506结构钢490MPa/mm2低氢钾型交直流

J507结构钢490MPa/mm2低氢钠型直流

2、焊条药皮的类型：

序号

药皮类型

对应牌号

对应型号

焊接电源

1

特殊型

×××0

E××00

2

钛型

×××1

E××13

直流或交流

3

钛钙型

×××2

E××03

直流或交流

4

钛铁矿型

×××3

E××01

直流或交流

5

氧化铁型

×××4

E××20

直流或交流

6

纤维素型

×××5

E××10、11

直流或交流

7

低氢钾型

×××6

E××16

直流或交流

8

低氢钠型

×××7

E××15

直流

9

石墨型

×××8

E××13

直流或交流

10

盐基型

×××9

E××13

直流

E43××E-焊条≥420MPa/mm2

E50××E-焊条≥490MPa/mm2

焊条直径：

1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、5.8.。

。

。

。

。

。

。

（二）焊条统一编号的意义

焊条通常用型号和牌号来反映其主要性能特点及类别。

◇焊条型号是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。

◇焊条牌号是根据焊条的主要用途及性能特点，对焊条产品的具体命名。

由焊条厂家制定。

◇我国焊条行业采用统一牌号：

属于同一药皮类型、符合相同焊条型号、性能相似的产品统一命名为一个牌号。

如J422、J507。

★注意：

不管是焊条厂自定的牌号，还是全国焊接材料行业统一牌号，都必须在产品样本或标签、质量证明书上注明该产品是“符合国标”、“相当国标”或不加标注（即与国标不符），以便用户结合产品性能要求，对照标准去选用。

★每种焊条产品只有一个牌号，但多种牌号焊条可同时对应一个型号。

如：

牌号J507RH和J507R，型号均为E5015-G。

（三）焊条牌号的表示方法

◆通常用一个汉语拼音字母（或汉字）与三位数字表示。

如A302（奥302）、W607（温607）

◆有的焊条牌号在三位数字后面加注后缀字母和/或数字。

如J507RH、A022Mo、J422Fe16

第一位字母：

表示焊条种类；

前两位数字：

表示熔敷金属强度或合金类型；

第三位数字：

表示药皮类型及电流种类；

数字后面的字母和数字：

附加合金元素或焊条特性（具有特殊性能和用途）。

■如：

G——高韧性焊条；R——压力容器用焊条；

Fe——高效铁粉焊条：

X——向下立焊用焊条；

H——超低氢焊条；RH——高韧性超低氢焊条；

（四）焊条型号的表示方法

1、碳钢焊条：

●根据GB/T5117-1995《碳钢焊条》标准规定，碳钢焊条型号按熔敷金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。

●碳钢焊条型号的编制方法：

首位字母“E”表示焊条；

前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgf/mm2；

第三位数字表示焊条的焊接位置：

“0”和“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊；“4”表示焊条适用于向下立焊。

第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。

在第四位数字后面附加字母或数字：

“R”表示耐吸潮焊条，“M”表示对吸潮和力学性能有特殊规定的焊条，“-1”表示冲击性能有特殊规定的焊条。

■举例：

E4303：

43kgf/mm2；全位置；钛钙型；交直流两用。

E5015：

50kgf/mm2；全位置；低氢钠型；直流反接。

E5018－1：

50kgf/mm2；全位置；铁粉低氢型；交流或直流反接；-46℃低温冲击保证值。

2、低合金钢焊条：

●根据GB/T5118-1995《低合金钢焊条》标准规定，低合金钢焊条型号按熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。

●低合金钢焊条型号的编制方法：

首位字母“E”表示焊条；

前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（kgf/mm2）；

第三位数字表示焊条的焊接位置：

“0”和“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示焊条适用于平焊及平角焊。

第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型；

后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号，并以短划“-”与前面分开。

若还具有附加化学成分时，附加化学成分直接用元素符号表示，并以短划“-”与前面后缀字母分开。

■如：

E5515-B2-V（R317）

对于E50XX-X、E55XX-X、E60XX-X型低氢焊条的熔敷金属化学成分分类后缀字母或附加化学成分后面加字母“R”时，表示耐吸潮焊条。

■举例：

（1）E5015-G（J507RH、J507R等）：

50kgf/mm2（490MPa）；低氢钠型；高韧性（低温冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。

（2）E6015-G（J607RH）：

60kgf/mm2（610MPa）；低氢钠型；超低氢高韧性；（-40℃低温冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。

（3）E5515-C1（W707Ni）：

低氢钠型；含2.5Ni；55kgf/mm2（540MPa）；高韧性（-70℃冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。

（4）E5515-C2（W907Ni）：

低氢钠型；含3.5Ni；55kgf/mm2（540MPa）；高韧性（-90℃冲击保证值）；直流反接；全位置焊接。

（5）E5515-B1（R207）：

低氢钠型；0.5Cr-0.5Mo；540MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。

（6）E5515-B2（R307）：

低氢钠型；1Cr-0.5Mo；540MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。

（7）E5515-B2-V（R317）：

低氢钠型；1Cr-0.5Mo-V；540MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。

（8）E6015-B3（R407）：

低氢钠型；2.5Cr-1Mo；590MPa，常温冲击保证值；直流反接；全位置焊接。

2.埋弧焊SAW

电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。

2.1按送丝方式：

等速送丝——适用细丝或大电流密度。

变速送丝（弧压自动调节、弧压或电流反馈调节）——适用粗丝或低电流密度。

2.2埋弧焊机构造

常用埋弧焊机包括电源、机械系统、控制系统三部分。

电源：

有交流和直流（反接）两种，常用交流电源有BX2-1000

常用的直流电源有ZXG-1000R\ZXG-1250R\ZDG-1000R

机械系统：

送丝机构、导电嘴、行走车、机头调节机构、焊剂回收等

控制系统：

电源外特性控制、运丝控制、小车拖动控制、引弧熄弧程序自动控制等。

2.3焊接材料选用

焊剂：

HJ431HJ——焊剂（熔炼型）

4——焊剂的类型及氧化锰的含量：

高锰。

3——表示焊剂的类型及SiO2和CaF2的平均含量：

高硅低氟。

1——表示同类焊剂中多种焊剂的编号。

SJ101SJ——烧结

第1位数：

代表熔渣渣系，1——氟钙型

第2、3位数：

表示同一渣系类型中不同的牌号，依自然顺序排列。

01表示第1种烧结焊剂。

1.高锰高硅焊剂配合低碳钢焊丝H08A.,重要结构可配用中锰焊丝H08MnA;

2高硅低锰或无锰焊剂配以高锰焊丝H08Mn2\H10Mn2\H10MnSi\H08MnMoA等

3焊接强度级别较高的低合金钢时，选用中锰中硅或低锰中硅焊剂配以相应的合金钢丝。

4合理的焊丝与焊剂的匹配应根据焊接工艺评定后确定。

5焊剂与焊丝的匹配不能死搬硬套，要根据工件的特点，如焊缝的熔敷金属中母材的所占比例

（熔合比），焊接热作用下的焊缝区的组织与性能的变化。

如H08A焊丝可用于Q345钢的I型接头

平对接，由于熔敷金属中母材成份比例大，焊缝的成份与母材接近，力学性能不会低于母材。

2.4焊接工艺参数

焊接电流影响：

其它条件不变时，随着焊接电流的增加，熔深成正比增加，熔宽略有增加，同时由于焊丝熔化量的增大而促使余高加大。

电弧电压影响：

其它条件不变时，随着电弧电压的增加熔宽将显著增加，而熔深和余高则略有减小。

在同等条件下，直流反接的熔宽要略大于直流正接。

焊接速度的影响：

随着焊接速度的增加，焊接热输入随之减少，熔宽、熔深、余高都相应减小。

有的工人为了单追求产量，把焊接速度和电流配得很大，虽生产效率提高了，但焊缝质量严重下降，熔池长度大于宽度5~10倍，结晶方向与焊缝方向垂直，熔深浅薄。

虽焊脚高度达到，外形上也不违反要求，但焊接参数严重超出，是一大缺陷。

1.要注意焊丝与焊剂的匹配

2.焊剂烘干，特别是厚板。

3.埋弧焊对油污和水较敏感，必须重视坡口的清洁焊缝处，坡口不能有锈，水油污。

4.焊接参数要控制，不能为快而用大电流，大速度。

焊缝表面冷却成形纹成长尖形为不合格焊缝。

5.厚板的点位焊前和焊前的预热、层间温度控制、后热和焊后热处理是工艺的重要内容。

2.5焊接裂纹

结晶裂纹：

S\P等杂质形成低熔点共晶，Mn与S结合成MnS而除S。

氢致裂纹：

多发生在热影响区，也是延迟裂纹，氢的溶解度随温度下降而降低。

氢原子聚合成氢分子，在金属内部造成很大的压力。

3.气保焊GSAW

熔化极惰性气体保护焊MIG

熔化极混合气体保护焊MAG

CO2气保焊半自动实芯焊丝气保焊GMAW

钨极氩弧焊TIG

3.1CO2气保焊

3.1.1特点：

焊接生产率高，焊中厚板时可选用较粗1.6的焊丝，实现大电流，细颗粒过渡，可不开坡

口和小开坡口。

焊薄板时可选用细焊丝，0.8~1.2，小电流熔滴短路过渡，焊接变形小。

相

对埋弧焊对油污、水不敏感，具抗潮湿和抗锈能力。

焊缝中含氢量较低，不易产生冷裂纹。

3.1.2CO2焊接设备

CO2气体保护焊焊接设备：

焊接电源、控制箱、送丝机构、焊枪及供气系统组成。

自动CO2气体保护焊设备还配有行走小车或悬臂梁等。

3.1.3缺陷：

1.气孔：

主要有三种，一氧化碳气孔，氢气孔和氮气孔。

原因是：

焊丝中脱氧元素不足，气体保护作用不良，焊缝金属熔解了过量的氢。

2.飞溅：

粗丝焊较严重。

减少飞溅的措施：

采用药芯焊丝，飞溅率是实芯丝的三分之一；

限制焊丝的含C量；

采用混合气体保护。

减少焊枪倾角，越垂直飞溅越少。

电流选择恰当。

3.未熔合：

这是气保焊最严重的缺陷，造成原因是焊接速度过慢，人为填充焊缝产生堆敷，使熔化金属下流造成。

3.1.4焊丝：

1）实心焊丝

实心焊丝的牌号第一个字母“H”表示实心焊丝，字母后面的一位或两位数字表示含碳量，化学元素及其后面的数字表示该元素大致的百分含量数值，当合金元素含量小于1%时，该元素化学符号后面的数字1省略。

结构钢焊丝牌号尾部标有”A”或”E”时，“A”为优质品，说明该焊丝的硫、磷含量比普通焊丝低；“E”为高级优质品，其硫磷含量更低。

2）药芯焊丝

药芯焊丝是由薄钢带卷成圆形钢管或异形钢管，然后填满一定成分的药粉经拉制而成的一种焊丝。

药芯焊丝的截面形状对焊接工艺性能与冶金性能有很大影响，药芯焊丝的截面形状越复杂，越对称，电弧燃烧越稳定，药芯焊丝的冶金反应和保护作用越充分。

目前，￠2.0mm以下的小直径药芯焊丝一般采用O型截面；

CO2焊药芯焊丝标准GB/T10045-2001

焊丝型号的表示方法为E×××T-×ML字母E表示焊丝,字母T表示药芯焊丝,型号中

的符号按排列顺序分别说明如下:

熔敷金属力学性能:

字母E后面的前2个符号,表示熔敷金属的力学性能.

焊接位置:

字母E后面的第3个符号×表示推荐的焊接位置,其中0表示平焊和横焊位置,1表示全位置.

焊丝类别特点:

短划后面的符号×表示焊丝的类别特点.

字母M:

表示保护气体为75-80%Ar+CO2当无字母M时表示保护气体为CO2或为自保护类型.

字母L:

表示焊丝熔敷金属的冲击性能在-40℃时其V型缺口冲击功不小于27J当无字母J时,表示焊丝熔敷金属的冲击性能符合一般要求.

以前的牌号表示方法：

药芯焊丝牌号中，第一个字母“Y”表示药芯焊丝。

第二个字母及随后的三位数字与焊条牌号的编制方法相同。

牌号中短横线后的数字表示焊接时的保护方法。

药芯焊丝的优点：

1.焊接效率高，颗粒过渡，熔敷率高

2.气渣联合保护，有利于减少飞溅，改善焊缝成形，增强抗风能力，提高焊接质量，

3.对母材适应性强，改变药芯成份可改变焊缝化学成份和力学性能。

4.对电源适应性强，平、陡外特性，交直流均可适应。

3.1.5保护气体

CO2气：

最低要求纯度不低于99.5%，用纯CO2气时要求的纯度越高越好，最好是99.99%。

3.2混合气体保护焊MAG-M

3.2.1气体成分：

Ar+CO2,99~50+1~50

Ar+O2,99~98+1~299~95+1~5

Ar+O2+CO2,89+6+593+2+5

Ar+He50+5090+10

Ar+N2

Ar+H2

CO2+O295~80+5~20

熔滴过渡：

1当电压较低时可实现短路过渡，电弧稳定，飞溅小，适合厚板打底焊缝的单面焊双面成形。

2.富氩混合气比纯氩保护的射流过渡的临界电流要小，因而更容易实现射流过渡，焊缝成形也优于熔化极氩弧焊。

对飞溅的影响：

随Ar气比例增加，焊接飞溅逐渐减少，熔深和余高减小而熔宽增加。

4.电渣焊ESW

电渣焊分：

丝极电渣焊electro-slagweldingwithwireelectrode可用一丝或多丝，多为三丝

板极电渣焊electro-slagweldingwithplateelectrode

熔嘴电渣焊electro-slagweldingwithconsumablenozzle

4.1丝极电渣焊：

ZHS.采用焊丝为电极，焊丝通过非消耗的电渣焊枪管和导电嘴送入渣池，形成焊缝。

焊枪管根据预设电流自动提升。

摆动器可使单丝焊板厚达100mm,OJF

适用板厚：

16~100mm，

焊缝长度：

最大1680mm,

焊丝直径：

1.6mm

 冷却焊枪：

Φ12

焊Q345用焊丝：

锦泰 JW-9    AWSF8A4-EG    2.4-4.8    617    526    28    98（-40）    0.10    0.30    1.64    -    -    适用于厚板焊接如重型机械、钢构箱型柱、压力容器等，焊接作业性良好，冲击性能优良。

焊Q235用焊丝：

锦泰JM-56即ER50-6YGW12ER70S-6,0.8-2.05554302969（-29）0.080.61.13适合结构物焊接，抗氧化锈皮能力稍强，气孔敏感性较小，可做全位置焊接。

ER50-6ER表示焊丝50表示熔敷金属的最低抗拉强度（500MPA以上）6表示焊丝化学成份的分类代号机械性能：

抗拉强度（σb）≥500MPa，屈服强度（σ0.2）≥420MPa，伸长率（δ5，%）≥22

焊剂：

JF-600

∙产品名称相关规格规格熔敷金属力学性能之一熔敷金属化学成分

∙屈服强度抗拉强度延伸率%冲击值℃CSiMnTi其它

JF-AAWSF7A0-EL82.4-4.84055002958（-18）0.050.441.12

JF-BAWSF7A4-EH142.4-4.84905803261（-40）0.050.471.72

JF-NAWSF7A2-EM12K2.4-4.84605503270（-30）0.050.331.5

JF-600AWSFES70-ES-G-EW1.2-1.65055782746（-20）0.140.11.58

丝极电渣焊设备：

ZZ-ESW-3000龙门丝极电渣焊机适用隔板厚度16~100mm,适用箱柱300~150mm

ZZJ-ESW简易龙门丝极电渣焊机适用隔板厚度16~100mm,适用箱柱300~150mm

4.2熔嘴电渣焊

焊丝：

焊Q235用：

H08MnA

焊Q345用：

H08MnA+Si（JW-3）

焊接法

锦泰产品名称

相当规格

规格

熔敷金属物理性能之一例

熔敷金属化学成份之一例（Wt%）

主要用途

焊剂

焊丝

抗拉强度

MPa

屈服强度

MPa

延伸度

%

冲击值

J（℃）

C

Si

Mn

Ti

其它

SAW埋弧焊

JF-A

JW-2

AWSF7A0-EL8

2.4-4.8

500

405

29

58（-18）

0.05

0.44

1.12

适合高速焊接及填角焊，焊道成形及脱渣性优良，对锈板不敏感，单、双极，交直流电源皆可。

JF-A

JW-3

AWSF7A0-EM12K

2.4-4.8

540

430

30

60（-20）

0.07

0.54

1.48

适合高速焊接及填角焊，焊道成形及脱渣性优良，对锈板不敏感，单、双极，交直流电源皆可。

JF-B

JW-1

AWSF7A2-EH14

2.4-4.8

580

490

32

61（-30）

0.05

0.47

1.72

适用于结构物单层、多层焊，多电极焊，焊接作业性良好，焊道有较佳的韧性。

JF-N

JW-3

AWSF7A2-EM12K

2.4-4.8

550

460

32

70（-30）

0.05

0.33

1.50

适用于结构物单层、多层焊，多电极焊，焊接作业性良好，焊道有较佳的韧性。

JF-B

JW-3

AWSF7A6-EM12K

2.4-4.8

578

495

29

60（-60）

0.08

0.52

1.65

适用于焊接结构物多层焊，造船、重型机械、钢构等，焊接作业性良好。

JF-B

JW-5

AWSF7A2-EM13K

2.4-4.8

528

450

29

78（-30）

0.08

0.56

1.27

适用于焊接结构物单层、多层焊多电极焊，焊接作业性良好。

JF-B

JW-7

AWSF7A2-EG

2.4-4.8

548

503

31

165（-30）

0.07

0.38

1.52

Ti.B:

适量

适用于厚板焊接如输油钢管、钢构箱型柱、压力容器等，焊接作业性良好，冲击性能优良。

JF-B

JW-9

AWSF8A4-EG

2.4-4.8

640

550

28

48（-40）

0.11

0.35

1.32

适量

Mo:

0.25

适用于厚板焊接如输油钢管、钢构箱型柱、压力容器等，焊接作业性良好，冲击性能优良。

JF-60H

JW-9

AWSF8A0-EG

2.4-4.8

610

500

25

74（-20）

0.11

0.20

1.18

适量

Mo:

0.27

适用DH36、EH36,28mm以上厚板，大入热量单层焊接，焊道性能优良，可单极或多极焊。

HJ360是熔炼型中锰高硅中氟焊剂。

为棕红色至浅黄色的玻璃状颗粒，粒度为2.0-0.28mm（10-60目）。

可交直流两用，直流时焊丝接正级。

电渣焊时具有稳定的电渣过程，并有一定的脱硫能力。

  用途：

主要用于电渣焊，配合H10MnSi，H10Mn2，H08Mn2MoVA等，焊接低碳钢及某些合金钢大

型结构（Q235、20g、16Mn、15MnV、14MnMoV及18MnMoNb），如轧钢机架，大型立柱或轴等。

箱型柱电渣焊接时隔板厚度及焊接参数的相关推荐（熔嘴式）：

1）需要焊接的高度在350mm以下时，隔板的最薄厚度可以在16mm，两块挡板的厚度为25mm,选用Φ8的熔嘴，预留的小方孔在16x22，焊接参数在360A-40V。

2）需要焊接的高度在350mm-450mm时，隔板的最薄厚度可以在18mm，两块挡板的厚度为25mm,选用Φ8的熔嘴，预留的小方孔在18mmx25mm，焊接参数在370A-41V。

3）需要焊接的高度在450mm-550mm以上时，隔板的最薄厚度可以在20mm，两块挡板的厚度为25mm,选用Φ8的熔嘴，预留的小方孔在20mmx25mm，焊接参数在380A-42V。

4）需要焊接的高度在550mm-650mm时，隔板的最薄厚度可以在20mm，两块挡板的厚度为25mm,选用Φ10的熔嘴，预留的小方孔在20mmx25mm，焊接参数在400A-44V。

5）需要焊接的高度在650mm-800mm时，隔板的最薄厚度可以在25mm，两块挡板的厚度为25mm,选用Φ12的熔嘴，预留的小方孔在25mmx25mm，焊接参数在420A-45V。

6）在焊接过程中，Φ8和Φ10的熔嘴使用Φ2.4或Φ2.5的焊丝，Φ12的熔嘴使用Φ3.2的焊丝。

7）以上的参数都是在通常焊接过程中总结出来的最小值，用户根据实际工件的情况，主板越厚时应该将隔板到主板之间的距离适当的加大（最大没有超越32mm），参数也