第二章第一节 切割和焊接

一级造价工程师考试培训教材《建设工程技术与计量》（安装工程2023年版）第二章第一节切割和焊接章节内容的摘要内容。

第一节 切割和焊接

• 一 切割
  • （一）机械切割：剪板机、弓锯床、钢筋剪断机、砂轮切割机、电动割管套丝机等。
  • （二）火焰切割
    • 1.氧-乙炔火焰切割（气割）：铸铁、不锈钢、铜和铝不适用于气割。适合气割的有：纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢和钛。
    • 2.氧-丙烷火焰切割：点火温度高，爆炸范围窄，安全型高；成本低，易于液化灌装，对环境污染小；无明显烧塌，下缘不挂渣，切割面粗糙度好。缺点：火焰温度低，切割时间长，耗氧量高；总的切割成本远低于氧-乙炔火焰切割。
    • 3.氧-氢火焰切割：成本低、安全性高、环保无污染。
    • 4.氧熔剂切割：主要用于切割较厚的不锈钢型材和铸造冒口。是难切材料的快速、经济的切割方法。
  • （三）电弧切割
    • 1.等离子弧切割：能切割绝大多数金属和非金属材料，对有色金属切割效果更佳。 优点：切割速度快，切面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。
    • 2.碳弧气切割：可在金属上加工沟槽；可用于加工坡口（特别是U形坡口）；不适用于有耐腐蚀要求的不锈钢切割；设备简单，操作方便灵活且安全；清除焊缝缺陷和清理焊根时，可清楚观察缺陷形状和深度，生产效率高。
  • （四）激光切割：切口宽度小（0.1mm左右）、精度高、速度快、热影响区小，工件几乎变形；可切割多种材料（金属、非金属和复合材料等）。缺点：只能切割中、小厚度板材和管材；设备费用高，一次性投资大。
  • （五）水刀切割：冷切割，无热效应；可进行一次性加工切割；切口质量优异，表面平滑，无需二次加工；安全、环保、高效。广泛用于陶瓷、石材、玻璃、金属、复合材料、化工等行业。
• 二 焊接
  • 焊接的分类及特点
    • 1.熔化焊 （熔焊）
      • （6）电子束焊—略
      • （1）气焊
        • 无需电源；生产效率低；热影响区较大，焊接变形大；焊接质量不佳，不易实现自动化。 主要用于薄钢板（0.5~3mm厚）、铜及铜合金的焊接和铸铁的补焊。焊接有色金属、铸铁和不锈钢时，用焊粉（熔剂）可消除难熔的氧化膜和杂质。
      • （2）电弧焊
        • 手工焊条电弧焊（手弧焊）：设备简单、操作灵活，投资少，应用范围广；生产效率低、劳动条件差、焊接质量不稳定。
        • 埋弧焊分为自动埋弧焊和半自动埋弧焊两种方式。主要用于压力容器、管段制造、箱形梁、柱等重要钢结构制作。适于中厚板结构的长焊缝和大直径圆筒的环焊缝。 优点：机械化程度高，生产效率高；热效率较高，熔深大，工件坡口可较小；焊接速度高，焊接8~10mm钢板速度可达50~80cm/min；焊接质量好，焊缝中不易产生气孔、裂缝等缺陷；在有风环境中，埋弧焊的保护效果优于其他焊接方法。 缺点：只适用于水平位置焊缝焊接；不能焊接铝、钛等氧化性强的金属及其合金；不能直接观察电弧和坡口位置，容易焊偏；只适于长焊缝焊接，不能焊接空间位置受限的焊缝；不适用于薄板、小电流焊接。
      • （3）气体保护电弧焊（气电焊）
        • 钨极惰性气体保护焊（TIG焊）特点：钨极不熔化，焊接稳定，易机械化，保护效果好，焊缝质量高；适用连接薄板金属和打底焊，几乎可用于所有金属的连接，尤其适用于化学活泼性强的金属。 缺点：生产效率低、成本高、抗风性能差，不适宜野外作业；只适用薄板（6mm以下）及超薄板材焊接。
        • 熔化极气体保护焊（MIG焊）特点：适合焊接有色金属、不锈钢耐热钢、碳钢、合金钢等；焊接速度快，熔敷效率高，生产率高；可直流反接，阴极雾化作用可有效去除氧化膜，提高焊接质量；成本比TIG焊接低。
        • CO2气体保护焊特点：生产效率高，是手工焊条电弧焊的1~4倍；成本低，是埋弧焊、焊条电弧焊40%~50%；焊接质量高，焊缝抗裂性能好；可见性好，操作简单，可全位置焊接。可焊接薄板。 缺点：表面成形差、不适用于有色金属和不锈钢焊接、抗风性能差；焊接设备复杂，难用交流电源焊接。
      • （4）等离子弧焊
        • 不熔化极电弧焊，功率密度比自由电弧提高100倍以上；能量集中、温度高，焊接速度快，生产率高；穿透能力强，对大多数金属可获得锁孔效应；焊缝致密美观；可焊接超薄板结构（1mm以下金属箔焊接）。 缺点：设备复杂、气体耗量大，使用费用较高；适于室内焊接。
      • （5）电渣焊
        • 特点：效率高于埋弧焊2~5倍，坡口准备简单，主要应用于30mm以上厚大工件，适用于重机械制造业。可进行大面积补焊和堆焊。缺点：焊缝及热影响区易形成粗大组织，焊后需正火处理；多以立焊位置进行，不能平焊。
      • （7）激光焊：适合焊接热敏感性强的工件；可焊接金属、非金属材料；能量转换率低，对激光束波长吸收低的材料不适用。多用于尺寸精度高的电子工业和仪表工业的精密器件焊接，也可焊接硅钢片、镀锌钢板。
    • 2.压力焊（压焊）（1）电阻焊：三种基本类型即点焊、缝焊和对焊。（2）电渣压力焊：用于现浇钢筋混凝土结构中钢筋连接，用于高层建筑的柱、墙钢筋施工中。
    • 3.钎焊：按钎料熔点高低可分为：硬钎焊和软钎焊。 特点：引起的应力和形变小；可一次性完成多缝零件连接；易实现异种金属、金属与非金属的连接。
  • 常用焊接材料的选择及焊接设备
    • 焊接设备—略
    • 焊条选用原则
      • 按力学性能：非合金、低合金钢可选熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条；结构刚性大、接头应力高、焊缝易裂的选比母材强度低一级的焊条。 按化学成分：母材中碳、硫、磷等含量偏高（焊缝易裂）的选用抗裂性能好的低氢焊条。
      • 按使用性能：承受动荷载、冲击荷载的选用塑性和韧性较高的低氢焊条。 按工作条件：接触腐蚀介质的选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。
      • 按焊接结构及受力条件：结构形状复杂、刚性大的厚大焊件选用（超）低氢焊条和高韧性焊条。 按施焊条件：受力不大、焊接部位难清理的选酸性焊条。允许的情况下，尽量采用酸性焊条。
    • 焊接参数选择
      • 焊条直径：一般情况下选择直径大的焊条。
      • 焊接电流：合金元素较多的合金钢焊条，焊接电流应相应减小。（大电流易导致药皮过早脱落）
      • 电弧电压：由电弧长决定；电弧过长易造成气孔等缺陷，要求电弧长度小于或等于焊条直径，即短弧焊；酸性焊条——长弧焊。
      • 电源种类和极性：直流电源电弧稳定，飞溅小，焊接质量好。但一般首选交流焊机，因其构造简单、成本低、维护更方便。 直流正接：工件接阳极，焊条接阴极。工件受热大，适合焊接厚大工件。酸性焊条通常选用直流正接。 直流反接：工件受热小，适合焊接薄板等薄小工件；碱性焊条采用直流反接。
  • （三）焊接接头、坡口及组对
    • 1.焊接接头的作用是连接和传力；分为5种基本类型：对接接头、T形（十字）接头、搭接接头、角接接头和端接接头。
    • 2.熔焊接头的坡口分类。基本型：I 形、V 形、单边V形、U 形和 J 形坡口等。 组合型：由两种及以上的基本类型坡口组合而成，如Y形、VY形、带钝边U形、双Y形坡口等。特殊型：略。
    • 3.管材的坡口、组对与焊接
      • （1）管材坡口主要有三种： I 形：适用壁厚3.5mm以下的管口焊接，坡口无需加工，直接对口焊接。 V形：适用中低压钢管焊接，坡口角度60°~70°，坡口根部有厚2mm左右的钝边。 U形：适用壁厚20~60mm的高压钢管焊接，坡口根部有厚2mm左右的钝边。
      • （2）坡口的加工方法： 公称直径≤50mm的低压碳素钢管——手提砂轮磨坡口； 公称直径≤50mm的低压碳素钢管——氧-乙炔切割坡口+手提砂轮机打磨。 中压碳素钢管、中低压不锈钢管、低合金钢管、高压钢管——坡口机或车床加工坡口。 有色金属管——手工挫坡口。
• 三 焊接过程质量检验（焊接前、焊接中检验和焊接后外观检验—略）
  • 焊接后检验——无损探伤。（1）表面及近表面缺陷检查：渗透探伤和磁粉探伤；内部缺陷检查：射线探伤和超声波探伤。（2）压力管道、容器焊接接头的强度试验。（3）致密性检查（泄漏试验）：气密性试验、氨气泄漏试验、煤油试漏、真空箱试验。
• 四 焊接热处理
  • 焊后热处理的加热方法—略
  • 常用的热处理方法
    • 焊前热处理—略
    • 2.焊后热处理
      • 退火 保温后缓慢冷却
        • 完全退火：细化组织、降低硬度、改善加工性能、去除内应力。适用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、轧制件等。
        • 不完全退火：降低硬度、改善切削加工性能、去除内应力。常用于工具钢工件的退火。
        • 去应力退火：加热到临界点Ac3以上温度，炉内保温后缓慢冷却；目的是去除残余应力。
      • 正火 空气中冷却
        • 将钢件加热至临界点以上适当温度，保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体基体组织。 目的：消除应力、细化组织、改善切削加工性能，是淬火前的预热处理，或某些构件的最终热处理。 冷却速度快，过冷度较大；正火处理的工件强度、硬度、韧性高于退火的，且生产周期短，能耗低，应优先考虑正火处理。
      • 淬火 快速冷却
        • 钢件奥氏体化后以适当冷却速度快速冷却，使工件在横截面内发生马氏体不稳定组织结构转变。 目的是提高钢件的强度、硬度和耐磨度；多用于各种工模具、轴承、零件等。
      • 回火 保温后空冷
        • 低温回火：稳定组织，提高硬度与耐磨性，降低内应力及脆性。用于各种高碳钢的切削工具、模具、滚动轴承的回火处理。
        • 中温回火：提高弹性、韧性及相应的硬度，一般适用于中等硬度的零件、弹簧等。
        • 高温回火即调质处理，可获得较高的力学性能，如高强度、弹性极限和较高韧性，显著超过正火处理的情况。主要用于重要结构零件。
    • 3.热处理方法的选择
      • （1）一般选用单一高温回火或正火加高温回火处理； （2）气焊焊口采用正火加高温回火处理； （3）单一中温回火只适用于工地拼装的大型普通低碳钢容器组装焊缝。
• 五 无损探伤
  • 1.射线探伤
    • X射线探伤：显示缺陷灵敏度高，照射时间短、速度快。缺点是设备复杂笨重，操作麻烦，使用成本高。
    • γ 射线探伤：穿透力更强，曝光时间短，灵敏度低，其探伤设备轻便灵活，成本低；多用于施工现场。
    • 中子射线：能检测封闭在高密度金属材料中的低密度非金属材料。 设备笨重，便携源价格高，曝光程序复杂，需解决工作人员安全防护问题。
  • 2.超声波探伤
    • 特点：与X光相比，探伤灵敏度高、周期短、成本低、效率高、对人体无害。缺点是要求试件表面平滑，缺陷表达不直观，需专业人员判断。适用于厚度较大工件。
  • 3.涡流探伤
    • 缺点：仅适于导体表面和近表面缺陷检测，不适用形状复杂的试件；优点：检测速度快，探头与试件不直接接触，无需耦合剂；可同时测量多种参数，如管材的内外径、壁厚和偏心率等。
  • 4.磁粉探伤
    • 优点：适用磁性材料表面和近表面缺陷检测；探伤设备简单、操作容易；检验速度快、灵敏度高；不受试件大小和形状限制；最小检出宽度约为1μm；宽而浅的缺陷难以检测。
  • 5.渗透探伤
    • 优点：不受被检试件形状、尺寸、化学成分、内部结构和缺陷方位限制，可同时检验开口与表面的所有缺陷；可批量检验，速度快，易操作，灵敏度高，缺陷显示直观，不需要复杂昂贵的设备，检验成本低。
    • 缺点：不能显示缺陷深度、内部形状和大小，仅能检出表面缺陷。
    • 广泛应用于黑色和有色金属件及陶瓷、玻璃、塑料等表面缺陷检查；对结构疏松、多孔性材料不适用。