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1、第二章 手工电弧焊工艺,一 学习目标 熟练掌握本章的基本概念，了解焊条电弧焊的焊接过程及特点。理解并掌握焊接接头形式和焊缝形式；了解焊缝符号的表示；掌握焊条电弧焊工艺的特点及工艺参数的选择，能够正确分析手工电弧焊焊接缺陷并能选择相应的减小或防止措施。二 重点1）焊接接头形式和焊缝形式。2）手工电弧焊焊接工艺参数的选择3）手工电弧焊焊接缺陷及相应的减小或防止措施。三 难点 手工电弧焊焊接工艺参数的选择,焊条电弧焊的原理及特点,一、焊条电弧焊的焊接过程焊条电弧焊通常用英文简称SMAW（Shielded Metal Arc Welding）表示。焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电
2、弧焊的过程如图所示：焊缝质量有很多因素决定，如母材 金属和焊条质量、焊前的清理程度、焊时电弧的稳定情况、焊接参数、焊接操作技术、焊后冷却速度、以及 焊后热处理等。,二、焊条电弧焊的特点1焊条电弧焊具有以下优点：（1）操作灵活，适应性强。设备简单，不受焊缝空间位置、接头形式及操作场合的限制。（2）对焊接接头的装配要求低。（3）可焊材料广，常用于低碳钢、低合金结构钢的焊接。2焊条电弧焊具有以下缺点：（1）生产率低，劳动强度大。（2）焊缝质量依赖性强,一、焊接接头形式、坡口和焊缝1、接头形式 焊接接头：在焊件需连接部位，用焊接方法制造而成的接头称为焊接接头，一般简称接头。组成：以熔化焊为例，焊接接头
3、由焊缝金属、熔合区和热影响区组成，熔化焊焊接接头的组成，如图所示。a）对接接头断面图 b）搭接接头断面图1-焊缝金属 2-熔合区 3-热影响区 4-母材,2.1 焊接接头形式和焊缝形式,对接接头：两焊件端面相对平行的接头。T型接头：一焊件表面与另一焊件面构成直角或近似直角的接头。角接接头：两钢板端面构成大于30度小于135度夹角的接头。搭接接头：两钢板部分重叠构成的接头。,（1）对接接头对接接头是各种接头中受力最好、最省材料的接头形式，常用的对接接头形式如图所示。,a）不开坡口 b）开坡口c）削薄 d）带垫板,（2）T形（十字）接头,将一个焊件的端面与另一焊件的表面构成直角或近似直角，用角焊缝
4、连接起来的接头，称为T形（十字）接头。这类接头能承受各种方向的外力和力矩的作用。常见的T形接头的形式如图所示。a）单面不开坡口 b）开K形坡口 c）开单边V形坡口 d）双面不开坡口,（3）角接接头,角接接头多用于箱形构件，常见的角接接头的形式如图所示。a）简单角接接头 b）双面角接接头 c）开V形坡口d）开K形坡口 e）、f）易装配角接接头g）保证准确直角的角接接头 h）不合理的角接接头,（4）搭接接头,两板件部分重叠起来进行焊接所形成的接头称为搭接接头。搭接接头的应力分布极不均匀，疲劳强度较低，不是理想的接头形式。但是，搭接接头的焊前准备和装配工作比较简单，所以在受力较小的焊接结构中仍能得到
5、广泛的应用。常见的搭接接头的形式如图所示。a）不开坡口 b）圆孔内塞焊 c）长孔内塞焊,2、焊缝形式 焊缝是焊件经焊接后所形成的结合部位。,焊缝形式的空间位置,焊缝位置应便于焊接操作,不合理,合理,2.2 焊缝的符号,焊缝符号是把在图样上用技术制图的方法表示的焊缝基本形式和尺寸采用一些符号来表示的方法。焊缝符号可以表示出：（1）所焊焊缝的位置；（2）焊缝横截面形状及坡口尺寸；（3）焊缝表面形状特征；（4）焊缝某些特征及其他的要求等。,1、焊缝符号的组成,焊缝符号一般由基本符号和指引线组成，必要时可以加上辅助符号、补充符号和焊缝尺寸及数据。（1）基本符号 表示焊缝端面（坡口）形状的符号，见表。下
6、表是焊缝的基本符号,2、辅助符号,表示焊缝表面形状特征的符号，如书上表2-3所示。当不需要确切说明焊缝的表面形状时，可以不用辅助符号。,3、符号在图样上的位置焊接符号必须通过指引线及有关规定才能准确无误地表示焊缝。（1）指引线由带箭头的箭头线和两条基准线两部分组成。,（2）符号及数据的标准位置,如下图所示为焊缝尺寸符号及数据的标准位置。,标注原则如下：,a 焊缝横截面上的尺寸标注在基本符号的左侧；b焊缝长度方向的尺寸标注在基本符号的右侧；c坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标注在基本符号的上侧和下侧；d相同焊缝数量符号标注在尾部；f当需要标注的尺寸数据较多又不易分辨时，可在数据前面增加相应的
7、尺寸符号。,4、焊缝尺寸符号,用来代表焊缝的尺寸要求，如下表所示为常用焊缝尺寸符号。当需要注明尺寸要求时才标注。,5、识别焊缝代号的基本方法,1）根据箭头的指引方向了解焊缝在焊件上的位置。2）看图样上焊件的结构形式（即组焊焊件的相对位置）识别出接头形式。3）通过基本符号可以识别焊缝形式（即坡口形式），基本符号上下标有坡口角度及对装间隙4）通过基准线的尾部标注可以了解：采用的焊接方法、对焊接的质量要求、以及无损检验要求。,实例焊缝代号应用实例如图 a所示为T形接头的焊缝形式，b所示为焊缝代号标注。焊缝代号表达的含义是：采用等双面角焊缝，且焊脚尺寸K=5mm，在工地上用焊条电弧焊施焊。,a）b）,
8、焊缝形式及代号标注,2.3 焊接工艺参数及选择（重点、难点）焊接工艺参数的内容；、U、V1、焊条直径：2.0、3.2、4.0mm 选择依据：板厚、位置、层数、接头形式（原则：能大则大效率高）,三、焊条电弧焊的基本操作技术 引弧(1)划擦法-先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴似的在焊件表面轻轻划擦，引燃电弧，然后迅速将焊条提起2-4mm，并使之稳定燃烧，(2)直击法-将焊条末端对准焊件，然后手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件，再迅速将焊条提起24mm，引燃电弧后手腕放平，使电弧保持稳定燃烧。这种引弧方法不会使焊件表面划伤，又不受焊件表面大小、形状的限制,所以是在生产中主要采用的引弧方法。但操作不易掌
9、握，需提高熟练程度。,2运条 运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动：朝熔池方向逐渐送进 沿焊接方向逐渐移动 横向摆动 常用的运条方法：(1)直线形运条法(2)直线往复运条法(3)锯齿形运条法(4)月牙形运条法(5)三角形运条法(6)圆圈形运条法,3焊缝收尾 焊缝收尾时，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法等自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。(1)划圈收尾法-焊条移至焊道的终点时，利用手腕的动作做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适用于厚板焊接，用于薄板焊接会有烧穿危险。(2)反
10、复断弧法-焊条移至焊道终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。该方法适用于薄板及大电流焊接，但不适用于碱性焊条，否则会产生气孔。(3)转移收尾法-焊条移到焊缝终点时，在弧坑处稍作停留，将电弧慢慢拉长，引到焊缝边缘的母材坡口内。适用于碱性焊条，在焊条的更换，临时停弧时常用。,实例1,16Mn钢是我国应用最广的热轧钢，主要用于制造锅炉、高压容器、桥梁、船舶、车辆、输油输气管道、大型钢结构等设备。现以两焊件厚度为8mm的16Mn钢的手工电弧焊对接焊接工艺为例，说明手工电弧焊焊接工艺。,一、焊前准备1.根据16Mn钢强度等级，焊接材料选用与母材相等强度等级的牌号为J507的焊条。焊条直径
11、要根据焊件的厚度和坡口形式选择，如果工件厚度大于6 mm对接焊时，为确保焊透强度，在板材的对接边沿开切V形或X形坡口，坡口角度为60，钝边p=01 mm,装配间隙b01 mm，如图2-14a和b所示。当板厚差4 mm时，应对较厚板材的对接边缘进行削斜处理，如图2-14c。本例中采用图2-14a中的坡口形式。所以焊条直径选为3.2mm或4mm。a）b）,c）图2-14 焊接坡口形式,4.焊条烘焙：酸性药皮类型焊条焊前烘焙1502保温2小时；碱性药皮类焊条焊前必须进行3003502烘焙，并保温2小时才能使用。5.焊前接头清洁要求，在坡口或焊接处两侧30 mm范围内影响焊缝质量的毛刺、油污、水、铁锈
12、等脏物及氧化皮，必须清除干净。,三、焊接1、焊接时，本例若是平焊位置焊接焊接参数如表所示，当立、横、仰焊时焊接电流应降低1015；大于16 mm板厚焊接底层选3.2mm焊条，角焊焊接电流应比对接焊焊接电流稍大。2.为使对接焊缝焊透，其底层焊接应选用比其他层焊接的焊条直径较小。3.厚件焊接，应严格控制层间温度，各层焊缝不宜过宽，应考虑多道多层焊接。多层焊接时，下一层焊开始前应将上层焊缝的药皮、飞溅等清除干净，多层焊每层焊缝厚度不超过34mm。4.对接焊缝正面焊接后，反面使用碳弧气刨，并进行封底焊接。表2-8 手工电弧焊焊接工艺参数,四、焊缝质量要求1、重要结构对接焊缝按各项设计技术要求进行一定数
13、量的X光或超声波焊缝内部检查，并按设计规定级别评定。2、外表焊缝检查：所有结构焊缝全部进行检查，其焊缝外表质量要求：（1）焊缝直线度：任何部位在100mm内直线度应2mm。（2）焊缝咬边：当板厚6mm，d0.3mm，局部d0.5mm；当板厚6mm，d0.3mm，局部d0.5mm(d为咬边深度)（3）焊缝不允许低于工件表面及裂缝，未熔合等缺陷存在。（4）全部焊接缺陷允许进行修补，修补后应打磨光顺。,实例216Mn手工电弧焊焊接工艺,一、焊接材料的选择 选用16Mn钢作为母材，坡口形式与装配要求如图2-15所示。,图2-15 坡口形式及装配要求,1、所选材料（焊缝、焊条等）的质量必须符合国家标准。
14、并具有相应的合格证。2、焊条的选择按焊条成分尽量接近母材成分的原则选择焊条材料，根据16Mn钢材料的成分，我们选择了型号为E5016焊条。二、焊接准备1、接头形式为角接头，考虑焊接方便，填充金属量少，便于操作，采用打底焊单面焊双面成形工艺，坡口用刨边机进行机加工。2、焊条烘干为了排除药皮中的水分，防止焊缝中产生气孔，保证焊缝质量，一般采用先低温40，保温3个小时烘干，再高温烘焙，由于焊条选用E5016，则选择烘焙温度为250，时间1小时，焊条烘干后应放在100-150的保温桶内，随用随取，焊条取出后在常温下超过4小时应重新烘干。,3、焊接环境当施焊环境出现下列一种情况时，应采取有效防护措施，否
15、则不能焊接：（1）手工焊时风速大于10m/s（风速过大易引起熔滴飞溅，熔滴过渡受到影响），应采取防风措施；（2）相对湿度大于90%（湿度大，H20的含量过高，在焊接的高温情况下会发生H20=2H+O反应，产生H2气孔和CO气孔）；（3）选择焊接方法和焊接设备要根据焊件的情况，母材为厚度为8mm的16Mn钢，所以为了保证焊透，需要采用热量较为集中的方法焊接。采用手工电弧焊进行焊接，应先打底焊，再盖面焊。手弧焊设备选用WS7-400手工焊焊机，采用直流反接。,三、焊接操作1、焊接前，应将坡口及内壁两侧各30mm以内的油漆、铁锈等杂物清除干净。由于焊接表面上的氧化皮和铁锈对金属有氧化作用使焊缝中增氧
16、，导致CO气孔的产生，并且降低焊缝的力学性能。2、采用手工电弧焊先打底焊，使用双面成形技术进行焊接，然后再进行过渡层的焊接，由于焊缝表面处坡口夹角较小，为了便于清根和运条操作，过渡层焊接采用手工电弧焊，焊条选用3.2，焊接层数为1层，同时采用小直径焊条小电流焊对焊缝组织结构形式有所改善。最后进行盖面焊接，采用直径4.0mm的焊条进行焊接。,表2-9手工电弧焊焊接参数,四、焊接检验 焊接完成后，按照产品的要求进行超声波探伤，外观质量检查等检验。,2.5 电弧焊焊接缺陷分析,焊接缺陷的危害 焊接过程中在焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷，叫焊接缺陷。焊接结构的失效，破坏以至于发生事故，
17、绝大部分并不是由于结构强度不足，而是在焊接接头中产生的各种缺陷所致，这些缺陷中尤以焊接裂纹的危害性最大。由于电弧焊接工艺的特点，要在焊接接头中消除一切缺陷，是不可能的。但尽可能将缺陷控制在允许的范围内，则是焊接工艺能够达到的目标。焊接缺陷又分为外部缺陷和内部缺陷。,外部缺陷,外部缺陷是指那些位于焊缝表面，用肉眼或低倍放大镜就能看到的缺陷，如焊缝尺寸不符合要求、咬边、焊瘤，弧坑、表面气孔、表面裂纹等。1焊缝尺寸及形状不符合要求，主要表现为焊缝表面形状高低不平，宽窄不一的现象。焊缝外观尺寸不符合要求，不仅造成焊缝成形不美观，而且降低了焊缝与基本金属的结合强度，易造成应力集中，不利于焊件结构的安全使
18、用。,产生这种缺陷的原因主要有：由于操作方法不当引起，焊接电流过大或过小，焊件装配间隙不均匀，或坡口角度不当，焊条质量差或焊接过程中电弧产生偏吹。防止产生这种缺陷的措施是：要熟练地掌握电弧长度，保证电弧稳定，防止偏吹，正确选择坡口角度和装配间隙。,2咬边 由于焊接参数选择不当，或操作工艺不正确，沿焊趾的焊件母材部位产生的沟槽或凹陷称咬边。产生原因：焊接工艺参数选择不当焊接电流太大，电弧过长，运条速度和焊条角度不适合等。主要措施：正确选择焊接工艺参数，使电流适宜或略小，适当掌握电弧长度，正确应用运条方法和控制焊接速度，焊条角度要正确，在平焊、立焊、仰焊位置焊接时，焊条沿焊缝中心线保持均匀对称的摆
19、动，横焊时，焊条角度应保持熔滴平稳地向熔池过渡而无下淌现象。,3焊瘤在焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤，称为焊瘤。焊瘤产生的主要原因是；由于接缝间隙太大，操作不当，运条方法不正确。有时焊接电流太大，电弧过长，焊条熔化太快，焊速太慢等也会造成焊瘤。防止产生焊瘤的措施是：提高操作的技术水平，正确选择焊接工艺参数，灵活调整焊条角度，装配间隙不宜过大。立焊，仰焊时应严格控制熔池温度，不使其过高。运条速度要均匀，并需选用正确的焊接电流。,4凹坑 焊后在焊缝表面或焊缝背面形成的低于母材表面的局部低洼部分称为凹坑，在焊缝收弧处产生的凹陷现象，也是凹坑的一种，称为弧坑。产生凹坑的
20、主要原因是：操作技能不熟练，不善于控制熔池形状，焊接电流过大，焊条又未适当摆动，或者过早进行表面焊缝的焊接，熄弧时突然停止，未填满弧坑。防止凹坑产生的措施是：熟练掌握操作技能，并注意在收弧处作短时间的停留或作划圈形收弧。重要的焊件要设置引弧板和引出板，在构件上不允许留有凹坑。,5烧穿 焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷称为烧穿。产生烧穿的主要原因是：焊接电流过大，焊接速度过慢以及电弧在焊缝某处停留时间过长等引起焊件受热过甚，焊件间隙太大也容易产生烧穿。防止烧穿的措施是：正确选择焊接电流和焊接速度，减少熔池在每一部位的停留时间，严格控制焊件的装配间隙，并保持均匀一致。,内部缺陷,
21、内部缺陷位于焊缝的内部，如未熔合，未焊透、内部气孔，裂纹及夹渣等。1、未熔合未熔合主要指焊道与母材之间或焊道与焊道之间来完全熔化结合的现象。未熔合直接降低了焊接接头的机械性能，严重的未熔合会使焊接结构根本无法承载。产生未熔合的主要原因是；焊接电流太小，焊条偏心或运条方法不当，焊速太快，热量不够及焊件表面或前一道表面有氧化皮或熔渣存在也会造成未熔合。防止产生未熔合的措施是：加强坡口清理和层间清理、正确选择焊接电流、焊接速度，注意运条角度和焊条摆动速度，焊接操作时应注意分清熔渣和铁水。焊条偏心应调整角度使电弧处于正确方向。,2未焊透 焊接时接头根部未完全熔透的现象叫未焊透。未焊透不仅降低接头的机械
22、性能，并且造成应力集中，承载后往往会引起裂纹。在对接焊缝中，是不允许未焊透缺陷存在的。产生未焊透的主要原因是：焊接坡口钝边过大，坡口角度太小，封底间隙太小，操作时，无法将焊条伸入根部。运条角度不正确，熔池偏于一侧，焊接电流过小，速度过快。弧长太长，焊接时有偏吹现象等。防止产生来焊透的措施是：正确选择坡口形式及装配间隙，熟练掌握操作技能，焊接时要防止电弧偏吹。,3夹渣 焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣。夹渣会降低焊缝的力学性能。因夹渣多数是不规则的多边形，其尖角会引起很大的应力集中，容易使焊接结构在承载时遭受破坏。产生夹渣的主要原因是：焊接电流太小，焊接速度太快，使熔渣来不及浮出，焊接坡口边缘或焊
23、层之间的熔渣未清理干净，运条不当，熔渣与铁水分离不清，阻碍熔渣上浮。防止产生夹渣的措施：正确选择焊接工艺参数，做好焊前及焊层间的清理工作，熟练掌握操作技能，尽量采用具有良好工艺性能的焊条。在焊缝的内部缺陷中，除了上述这些缺陷外，焊接接头还可能出现气孔和裂纹。,4气孔 焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能超出而残存下来所形成的空穴，叫气孔。气孔可分为密集气孔、条虫状气孔和针状气孔等。气孔是焊接生产中常见的一种缺陷，它不仅削弱了焊缝的有效工作截面，同时也会带来应力集中，降低焊缝金属的强度和塑性。对于受动载荷的焊件，气孔还会显著地降低焊缝的疲劳强度。在正常操作情况下，形成气孔的气体是氢和一氧化碳，氩弧焊
24、时，由于气体保护不严，空气中的氮进入熔池，也会形成气孔。,影响因素:,1）铁锈和水分 2）焊接方法 3）焊条种类 4）电流种类和极性 5）焊接工艺参数,（2）防止措施,1）仔细清除焊件表面上的铁锈等污物，清除范围手弧焊为焊缝两侧各10mm，埋弧自动焊为20mm。2）焊条、焊剂在焊前应按规定严格烘干，焊条应存放于保温桶中，做到随用随取。3）采用合适的焊接工艺参数，使用碱性焊条时，一定要用短弧焊。,5热裂纹焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近高温区产生的裂纹称为热裂纹。（1）热裂纹的特点1）产生的时间：热裂纹一般产生在焊缝的结晶过程中，故又称结晶裂纹或凝固裂纹。处于焊接过程中。,2）产生
25、的部位和方向：热裂纹绝大多数产生在焊缝金属中，有的是纵向，有的是横向。3）外观特征：热裂纹或者处在焊缝中心或者处在焊缝两侧，其方向与焊缝的波纹线相垂直，露在焊缝表面的有明显的锯齿形状；也常有不明显的锯齿形状。裂纹断面上都可以发现明显的氧化色彩。4）金相特征：热裂纹都发生在晶界上，金相断面不平滑。,（2）热裂纹的产生原因a拉应力作用。b低熔点共晶体的存在。（3）防止热裂纹的措施1）冶金方面a控制焊缝中有害杂质的含量：最有害的元素是硫、磷、碳。b 改善熔池金属的一次结晶。,2）工艺方面 a 选择合理的焊接顺序：b 采用碱性焊条和焊剂 c 采用收弧板 d 控制焊缝形状,6冷裂纹 焊接接头冷却到较低温
26、度时(对钢来说在Ms温度以下)产生的焊接裂纹称为冷裂纹。（1）冷裂纹的一般特征 1）产生的温度和时间；冷裂纹是在焊后较低的温度下产生的。2）产生的都部位方向：冷裂纹大都产生在热影响区或热影响区与焊缝交界的熔合线上，但也有可能产生在焊缝上。有纵向裂纹，也有横向裂纹。3）金相特征：冷裂缝多数是穿晶扩展，这和热裂纹不同，但冷裂纹有时也沿晶界开裂。4）外观特征：冷裂纹由于在低温下产生，所以裂纹的断面没有明显的氧化色彩。,（2）冷裂纹的产生原因 冷裂纹主要发生在高碳钢、中碳钢、低合金或中合金高强度钢中。产生冷裂纹的主要原因有：淬硬倾向、氢和焊接应力三方面因素。,（3）防止冷裂纹的措施1）焊前预热和焊后缓冷 2）合理选用焊接材料3）采用减少氢的工艺措施：4）采用适当的工艺参数：5）选用合理的装焊顺序：6）进行焊后热处理：,7再热裂纹 焊后焊件在一定温度范围再次加热（消除应力热处理或其它加热过程）而产生的裂纹，叫再热裂纹。再热裂纹一般发生在熔合线附近防止再热裂纹的措施：（1）控制母材中铬、铝、钒等合金元素的含金元素的含量（2）减少结构刚性焊接残余应力,
