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P070 第二章 焊接
2020年造价工程师安装计量教材思维导图
编辑于2020-02-16 10:07:18
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焊接
（一）焊接的分类及特点
熔焊（熔化焊）
气焊
气焊的优缺点
优点
①设备简单、费用低、移动方便、使用灵活。 ②通用性强，对铸铁及某些有色金属的焊接有较好的适应性。 ③无须电源，因而在无电源场合和野外工作时有实用价值。
缺点
①生产效率较低。气焊火焰温度低，加热速度慢。 ②焊接后工件变形和热影响区较大，焊接变形大。 ③焊接过程中，熔化金属受到的保护差，焊接质量不易保证。 ④较难实现自动化。
气电焊的优点
①电弧和熔池的可见性好，焊接过程中可根据熔池情况调节焊接参数。
②焊接过程操作方便，没有熔渣或很少有熔渣，焊后基本上不需清渣。
③电弧在保护气流的压缩下热量集中，焊接速度较快，熔池较小，热影响区窄，焊件焊后变形小。
④可以焊接化学活泼性强和易形成高熔点氧化膜的镁、铝、铁及其合金。
⑤有利于焊接过程的机械化和自动化，特别是空间位置的机械化焊接。
⑥在室外作业时，需设挡风装置，否则气体保护效果不好，甚至很差。
⑦电弧的光辐射很强。
⑧焊接设备比较复杂，比焊条电弧焊设备价格高。
按照电极是否熔化和保护气体的不同划分
不熔化极（钨极惰性）气体保护焊（TIG焊）
惰性气体主要采用氩气。
按照操作方式划分
手工焊
半自动焊
自动焊
优点
①钨极不熔化，只起导电和产生电弧作用，比较容易维持电弧的长度，焊接过程稳定，易实现机械化；保护效果好，焊缝质盘高。
②-1、由于能很好地控制热输入，所以它是焊接薄板金属和打底焊的一种极好方法，几乎可以适用于所有金属的连接， 尤其适用于焊接化学活泼性强的铝、镁、铁和锆等有色金属和不锈钢、耐热钢等各种合金； ②-2、对于某些黑色和有色金属的厚壁重要构件（如压力容器及管道），为了保证高的焊接质量，也采用钨极惰性气体保护焊。
③TIG焊接方法的焊缝质量高。
缺点
①熔深浅，熔敷速度小，生产率较低。
②只适用于薄板（6mm以下）及超薄板材料焊接。
③气体保护幕易受周围气流的干扰，不适宜野外作业。
④惰性气体（氧气、氮气）较贵，生产成本较高。
⑤与其他电弧焊相比，其焊接速度较慢。
熔化极气体保护焊(MIG焊）
①和TIG焊一样，它几乎可以焊接所有的金属，尤其适合于焊接有色金属、不锈钢、耐热钢、碳钢、合金钢等材料。
②焊接速度较快，熔敷效率较高，劳动生产率高。
③MIG焊可直流反接，焊接铝、镁等金属时有良好的阴极雾化作用，可有效去除氧化膜，提高了接头的焊接质量。
④不采用钨极，成本比TIG焊低。
氧化混合气体保护焊
CO2气体保护焊
优点
①焊接生产效率高，其生产率是手工焊条电弧焊的1～4倍。 ②焊接变形小、焊接质量较高。 ③焊缝抗裂性能高，焊缝低氢且含氮量也较少。 ④焊接成本低，只有埋弧焊、焊条电弧焊的40%～50% 。 ⑤焊接时电弧为明弧焊，可见性好，操作简便，可进行全位置焊接。
缺点
①焊接飞溅较大，焊缝表面成形较差。 ②不能焊接容易氧化的有色金属。 ③抗风能力差，给室外作业带来一定困难。 ④很难用交流电源进行焊接，焊接设备比较复杂。
管状焊丝气体保护焊
电弧焊
熔化极
手弧焊
优点
①操作灵活，可以在任何有电源的地方进行维修及中短缝的焊接作业。特别适用于机械难以达到部位的焊接。
②设备简单，使用方便，无论采用交流弧焊机或直流弧焊机，焊工都能很容易地掌握，而且使用方便、简单、投资少。
③应用范围广。选择合适的焊条可以焊接多种常用的金属材料，如碳钢、不锈钢、铸铁、铜、铝、镍及合金。 可适用于各种厚度和各种结构形状的焊接。
缺点
①焊接生产效率低。这是手弧焊最根本的缺点。 由于焊条长度有限，焊接电流的选择受到很大的限制； 其次，需要更换焊条、清除焊渣等辅助时间延长了焊接周期； 厚度大于5mm对接接头必须开坡口及背面清根才能完成全焊透的接头。
②劳动条件差。焊工劳动强度大，还会受到弧光辐射、烟尘、臭氧、氮氧化合物、氟化物等有毒物质的危害。
③焊接质量不够稳定。焊接质量受焊工的操作技术、经验、情绪的影响较大。
埋弧焊
按照焊接方式分类
自动埋弧焊
半自动埋弧焊
优缺点
优点
①热效率较高，熔深大。工件的坡口可较小（一般不开坡口单面一次熔深可达20mm），减少了填充金属盘。
②焊接速度高，焊接厚度为8～10mm的钢板时，单丝埋弧焊速度可达50～80cm/min。
③焊接质量好。焊剂的存在不仅能隔开熔化金属与空气的接触，而且使熔池金属较慢地凝固，减少了焊缝中产生气孔、裂纹等缺陷的可能性。
④在有风的环境中焊接时，埋弧焊的保护效果胜过其他焊接方法。
缺点
①只适用于水平位置焊缝焊接。
②难以用来焊接铝、铁等氧化性强的金属及其合金。
③由于不能直接观察电弧与坡口的相对位置，容易焊偏。
④只适于长焊缝的焊接。
⑤不适合焊接厚度小于1mm的薄板。
埋弧焊适用于焊接中厚板结构的长焊缝和大直径圆筒的环焊缝，尤其适用于大批量生产。 埋弧焊广泛应用于锅炉、化工容器、箱型梁柱、核电设备等重要钢结构的制造中。
CO2电弧焊
氩弧焊
非熔化极
钨极氧弧焊
等离子弧焊
等离子弧广泛应用于焊接、喷涂和对焊。
①等离子弧能量集中、温度高，焊接速度快，生产率高。 ②穿透能力强，对于大多数金属在一定厚度范围内都能获得锁孔效应，可一次行程完成 8mm以下直边对接接头单面焊双面成型的焊缝。焊缝致密，成形美观。 ③电弧挺直度和方向性好，可焊接部壁结构（如1mm以下金属箔的焊接）。 ④设备比较复杂、气体起量大，费用较高，只宜于室内焊接。
电渣焊
电渣焊过程：电弧产生→焊剂熔化形成渣池→电弧熄灭、熔渣导电产生电阻热→金属熔化形成熔池→凝固结品、形成焊缝。
电渣焊总是以立焊方式进行，不能平焊。
电渣焊的焊接效率可比埋弧焊提高2～5倍，焊接时坡口准备简单，焊接熔池体积较大，焊接区在高温停留时间较长，冷却速度缓慢，使热影响区比电弧焊宽得多，且晶粒粗大，机械性能下降，故焊后一般要进行热处理（通常用正火）以改善组织和性能。
电渣焊可以焊接各种碳结钢、低合金钢、耐热钢和中合金钢。
电渣焊主要应用于30mm以上的厚件，可与铸造及锻压相结合生产组合件，以解决铸、锻能力的不足， 因此特别适用于重型机械制造业，如轧钢机、水轮机、水压机及其他大型锻压机械。 在高压锅炉、石油高压精炼塔、电站的大型容器、炼铁高炉以及造船工业中亦获得大量应用。 另外，用电渣焊可进行大面积堆焊和补焊。
电子束焊
激光焊接
①激光束能量密度很高，焊速快，热影响区和焊接变形很小，尺寸精度高。在大气中焊接，也不需外加保护，就能获得高质量焊缝。
②可焊多种金属、合金、异种金属及某些非金属材料，如各种碳钢、铜、铝、银、钼、镍、钨及异种金属以及陶瓷、玻璃和塑料等。
③激光可透过透明材料对封闭结构内部进行无接触焊接（如电子真空管、显像管的内部接线等）。
④特别适于焊接微型、精密、排列非常密集、对热敏感性强的工件，如厚度小于0.5mm的薄板、直径小于0.6mm的金属丝。
⑤激光焊设备投资大，养护成本高，焊机功率受限。
⑥对激光束波长吸收率低和含有大量低沸点元素的材料一般不宜采用。
压力焊（压焊）
电阻焊
1）点焊。
多用于薄饭的非密封性连接。如l汽车驾驶室、金属车厢复板的焊接。
2）缝焊。
缝焊多用于焊接有密封性要求的薄壁结构（δ≤3mm），如油桶、罐头罐、暖气片、飞机和汽车油箱的薄板焊接。
3）对焊。
接头性能较差，多用于对接头强度和质量要求不很高，直径小于20mm的棒料、管材、门窗等构件的焊接。
摩擦焊
超声波焊
真空扩散焊接
电渣压力焊（ESW）
焊接阶段
引弧过程
电弧过程
电渣过程
顶压过程
电渣压力焊适用于现浇钢筋混凝土结构中竖向或斜向钢筋的连接， 与电弧焊相比，它工效高、成本低，适用于高层建筑的柱、墙钢筋施工 。
钎焊
钎焊接头与熔焊接头相比，强度较低，耐热性差。
钎焊可用于各种黑色金属及有色金属和合金以及异种金属的连接，适宜于小而薄和精度要求高的零件。
1）按钎料熔点的不同划分
硬钎焊
使用硬钎料（熔点高于450℃）进行的钎焊称为硬钎焊。
常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。
钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。
加热方法有火焰加热、盐浴加热、炉内加热、电阻加热、高频感应加热等。
硬钎焊接头比软钎焊接头强度高，可达490MPa，适用于受力较大及工作温度较高的焊件，如自行车车架，切削刀具等。
软钎焊
使用软钎料（熔点低于450℃）进行的钎焊称为软钎焊。
常用的钎料为锡、铅钎料。
焊剂为松香、松香酒精溶液、氯化锌溶液等。
多用烙铁加热，接头强度较低，在40～140MPa之间，用于受力不大或工作温度较低的工件，如电子器件、仪器、仪表等。
2）按照加热的方法的不同划分
(1）钎焊的分类。
火焰钎焊
火焰钎焊所用的设备简单、操作方便。但是这种方法的生产率低、 操作技术要求高，适于碳素钢、铸铁以及铜及其合金等材料的钎焊。
氧－炔焰是常用的火焰。
电阻钎焊
电阻钎焊分为直接加热及间接加热两种方式。
适宜于热物理性能差别较大和厚度差别较大焊件的钎焊。
感应钎焊
感应钎焊的特点是加热快、效率高、可进行局部加热，且容易实现自动化。 感应钎焊可用于钎焊碳素钢、不锈钢和铜及铜合金等。 感应钎焊适用于较小的焊件，尤其是对称形状的焊件。
(2）钎焊的优缺点。
①对母材的物理化学性能没有明显的不利影响（加热温度一般远低于母材的熔点）； ②钎焊时加热温度低，可对焊件整体加热，引起的应力和变形比较小，容易保证焊件的尺寸精度； ③有对焊件整体加热的可能性，可用于结构复杂、开敞性差的焊件，并可一次完成多缝多零件的连接； ④容易实现异种金属、金属与非金属的连接； ⑤对热源要求较低，工艺过程简单 。
①钎焊接头的强度一般比较低、耐热能力差； ②多采用搭接接头形式，增加了母材消耗和结构重量。
（二）常用焊接材料的选择及焊接设备
1.焊接材料的选用
（1）焊条的组成和分类（详见第一章第二节）。
（2）焊条选用的原则。
1）考虑焊缝金属的力学性能和化学成分。
1、对于普通结构钢，通常要求焊缝金属与母材等强度，应选用熔敷金属抗拉强度等于或稍高于母材的焊条； 2、对于合金结构钢有时还要求合金成分与母材相同或接近。 3、在焊接结构刚性大、接头应力高、焊缝易产生裂纹的不利情况下，应考虑选用比母材强度低一级的焊条。 4、当母材中碳、硫、磷等元素的含量偏高时，焊缝中易产生裂纹，应选用抗裂性能好的低氢型焊条。
2）考虑焊接构件的使用性能和工作条件。
1、对承受动荷载和冲击荷载的焊件，可选用塑性、韧性指标较高的低氢型焊条。 2、对接触腐蚀介质的焊件，应根据介质的性质及腐蚀特征选用不锈钢类焊条或其他耐腐蚀焊条。 3、在高温、低温、耐磨或其他特殊条件下工作的焊件，应选用相应的耐热钢、低温钢、堆焊或其他特殊用途焊条。
3）考虑焊接结构特点及受力条件。
对结构形状复杂、刚性大的厚大焊件，在焊接过程中，冷却速度快，收缩应力大，易产生裂纹，应选用抗裂性好、韧性好、塑性高、氢裂纹倾向低的焊条。如低氢型焊条、超低氢型焊条和高韧性焊条。
4）考虑施焊条件。
1、当焊件的焊接部位不能翻转时 ，应选用适用于全位置焊接的焊条。 2、对受力不大、焊接部位难以清理的焊件，应选用对铁锈、氧化皮、油污不敏感的酸性焊条 。
5）考虑生产效率和经济性。
1、在酸性焊条和碱性焊条都可满足要求时，应尽量选用酸性焊条。 2、对焊接工作量大的结构，有条件时应尽量选用高效率焊条，如铁粉焊条、重力焊条、底层焊条、立向下焊条和高效不锈钢焊条等。 3、为了保障焊工的身体健康，在允许的情况下应尽量采用酸性焊条。
(3）焊丝和焊剂的选用。
1、耐热钢、低温钢、耐蚀钢的焊接可选用中硅或低硅型焊剂配合相应的合金钢焊丝。 2、普通结构钢、低合金钢的焊接可选用高锰、高硅型焊剂，如HJ431和HJ430焊剂。 3、对焊接韧性要求较高的低合金钢厚板，应选用低锰、低硅型或无锰中硅型焊剂，如HJ172、HJ170焊剂。 4、焊接不锈钢以及其他高合金钢时，应选用以氟化物为主要组分的焊剂，如HJ171和HJ172焊剂或HJ107Nb无锰中硅型焊剂，亦可采用SJ602烧结焊剂。 5、铁素体、奥氏体等高合金钢，一般选用碱度较高的熔炼焊剂或烧结陶质焊剂，以降低合金元素的烧损及掺加较多的合金元素。
2.焊接参数选择
(1)焊条直径的选择。
1、焊条直径的选择主要取决于焊件厚度、接头形式、焊缝位置及焊接层次等因素。 2、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。
1、焊接电流的大小，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， 2、其中，最主要的因素是焊条直径和焊缝空间位置。 3、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。
1、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。 2、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，而且外部空气易侵人，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。 3、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，即所请的长弧焊。
(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。
1、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。 2、其他情况下，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。
使用碱性焊条或薄板的焊接，采用直流反接： 使用酸性焊条 的焊接，采用直流正接。
3.焊接设备
电弧焊机的主要设备是孤焊机。
交流弧焊机
交流弧焊机具有结构简单、价格低廉、保养和维护方便等优点。
直流弧焊机
直流弧焊机具有焊接电流稳定，焊接质量高等优点 。
（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。
（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。 CO2气体保护焊设备还应有控制系统，其作用是对CO2气体保护焊的供气、送丝和供电系统进行控制。
（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。如采用手工电弧焊机做电源，则配用单独的控制箱。 焊接电流较小时（小于 300A）采用空气冷却焊枪，不需要冷却系统。
（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。 根据不同的需要有时还包括送丝系统、机械旋转系统或行走系统以及装夹系统等。
（6）电焊条烘干箱。
电焊条在使用前须进行烘干以去除药皮中的水分，以防止药皮中的水分在焊接过程时分解出来的氢将残留在焊缝周围的金属中，致使焊缝产生冷裂缝，发生焊接质量事故。
（三）焊接接头、坡口及组对
1.焊接接头的分类及基本类型
按焊接方法不同划分
熔焊接头
压焊接头
钎焊接头
焊接接头的基本类型
对接接头
T 形（十字）接头
搭接接头
角接接头
端接接头
2.熔焊接头与坡口
根据其形状的不同划分
(1)基本型坡口。
I形坡口
V形坡口
单边V形坡口
U形坡口
J形坡口
(2)组合型坡口。
组合型坡口太多了，只需要记住基本型坡口和特殊型坡口。
(3)特殊形坡口。
卷边坡口
带垫板坡口
锁边坡口
塞焊
槽焊坡口
根据被焊工件是单面还是双面开坡口划分
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。
3.焊接接头的选择原则
4.管材的坡口、组对与焊接
(1)管材的坡口。
1)I形坡口 。
I形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问隙要求 ， 就可以对口焊接 。
2)V形坡口。
V形坡口适用于中低压钢管焊接，坡口的角度为60°～70°，坡口根部有钝边，其厚度为2mm左右。
3)U形坡口 。
U形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。
1)低压碳素钢管，公称直径≤50mm的，采用手提砂轮磨坡口； 低压碳素钢管，直径＞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平整。
2)中压碳素钢管、中低压不锈钢管和低合金钢管以及各种高压钢管，用坡口机或车床加工坡口。
3)有色金属管，用手工锉坡口。
(3)接头组对。
1)管道、管件组对时，应检查坡口质量，坡口表面不得有裂纹、重皮等缺陷。并对其内外侧进行清理，清理合格后应及时组对施焊。
2)管口处理。焊接前，手工清理坡口毛刺，管件坡口用破布打光。 不锈钢管焊缝两侧分别涂100mm长白垩粉，并用丙酮洗净油污。 铬钼钢管管壁厚≥6mm时，焊前应预热。 铜、铝管用破布打去坡口内外氧化膜，用丙酮清洗。 氧乙快预热。
3)管段组对可以在专用的胎具上进行，也可采用组对机。施工现场常在平台或平地上进行。