常见焊接方法(焊接基础知识培训——超详细)

Posted 2023-05-25

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常见焊接方法(焊接基础知识培训——超详细)

一、基本知识

1.什么叫焊接?
答：两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热、加压或二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接.
2.什么叫母材？

答：被焊接的金属---叫做母材。　
3.什么叫熔滴？
答：焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴---叫做熔滴。
4.什么叫熔池？
答：熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分---叫做熔池。
5.什么叫保护气体？
答：焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的?--保护气体。

6.什么叫焊接工艺？它有哪些内容？
答：焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。
7.什么叫CO2焊接？
答：用纯度> 99.98% 的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊—称为CO2焊。
8.为什么CO2焊比焊条电弧焊效率高？
答：〈1〉CO2焊比焊条电弧焊熔化速度和熔化系数高1-3倍；
〈2〉坡口截面比焊条减小50%，熔敷金属量减少1/2；
〈3〉辅助时间是焊条电弧焊的50%。

三项合计：CO2焊的工效与焊条电弧焊相比提高倍数2.02--3.88倍
9.为什么CO2焊比焊条电弧焊的综合成本低？
答：〈1〉坡口截面积减少36-54%, 节省填充金属量；
〈2〉降低耗电量65.4%；
〈3〉设备台班费较焊条电弧焊降低67-80%，降低成本20-40%；
〈4〉减少人工费、工时费，降低成本10-16%；
〈5〉节省辅助工时、辅料消耗及矫正变形费用；

综合五项,CO2焊能使焊接总成本降低 39.6-78.7%,平均降低59%。
10.为什么CO2焊接有飞溅？
答：焊丝端部的熔滴与熔池短路接触（短路过渡），由于强烈过热和磁收缩的作用使熔滴爆断，产生飞溅。CO2焊机的输出电抗器和波形控制可以将飞溅降低至最小程度。

二、焊接材料

1.为什么对CO2气体纯度有技术要求？
答：一般CO2气体是化工生产的副产品，纯度仅为99.6%左右，含有微量的杂质和水分，会给焊缝带来气孔等缺陷。焊接重要产品一定要选用CO2纯度≥99.8%的气体，焊缝气孔少，含氢量低，抗裂性好。

三、焊接设备

1.为什么对弧焊电源有特殊要求？有哪些要求？
答：为了保证焊接电弧稳定燃烧和适应各种焊接工艺要求，弧焊电源具有下列特殊要求：
〈1〉弧焊电源的静特性（或称外特性）——即稳态输出电流和输出电压之间的关系，有下降特性（恒流特性）和平特性（恒压特性）。
A、焊条电弧焊、TIG焊和碳弧气刨电源的外特性是下降（恒流）特性；
B、CO2/MAG/MIG电弧焊电源的外特性是平特性（恒压特性）。

〈2〉弧焊电源的动特性——当负载状态发生瞬时变化时（如：熔滴的短路过渡、颗粒过渡、射流过渡等），弧焊电源输出电流和输出电压与时间的关系，用以表征对负载瞬变的反应能力（即动态反应能力），简称“动特性”。

〈3〉空载电压——引弧前电源显示的电压。
〈4〉调节特性——改变电源的外特性以适应焊接规范的要求。

2.为什么CO2焊接时，焊丝伸出长度发生变化时，电流显示值也会发生变化？
答：焊丝伸出长度（即干伸长度）越长，焊丝的电阻量越大，由电阻热消耗的电流越大，焊接电流显示值越小，实际焊接电流也变小。所以焊丝伸出长度一般设定在12--20mm范围内。
3.什么叫焊机的负载持续率？
答：负载持续率指焊接电源在一定电流下连续工作的能力。国标规定手工焊额定负载持续率为60%，自动或半自动为60%和100% 。如：500KR2焊机在额定负载持续率60%时的额定电流是500A，在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流≤387A。
4.什么叫焊枪的负载持续率？
答：指焊枪在一定电流下连续工作的能力。
〈1〉如：350KR焊枪在CO2焊接时额定负载持续率为70%，额定电流是350A；在实际负载持续率

100%（自动焊）时，其最大焊接电流≤290A。而在MAG焊时，额定负载持续率为35%，在实际负载持续率100%时，其最大焊接电流≤207A。

〈2〉再如500KR焊枪在CO2焊接时额定负载持续率为70%，额定电流是500A；在实际负载持续率100%（自动焊）时，其最大焊接电流≤418A。而在MAG焊时，额定负载持续率为35%，在实际负载持续率100%时，其最大焊接电流≤296A。
5.什么叫正接法？
答：直流电弧焊时，焊件接电焊机输出端的正极，焊枪（焊钳）接输出端的负极的接线法，叫“正接法”也称正极性。
6.什么叫反接法？
答：直流电弧焊时，焊件接电焊机输出端的负极，焊枪（焊钳）接输出端的正极的接线法，叫“反接法”也称反极性。碱性焊条（结507等）、碳弧气刨、CO2焊接均用反接法。
7.什么叫滞后停气时间？
答：即焊接电弧熄灭后，保护气体延迟0.3—5秒再停止送气的时间；一般TIG焊铝、不锈钢、钛等金属滞后停气时间要长到3—5秒。

四、焊接工艺
1.什么叫熔深？
答：在焊接接头横截面上，母材熔化的深度。
2.为什么对某些材料焊前要预热？
答：为了减缓焊件焊后的冷却速度，防止产生冷裂纹。
3.为什么对某些焊接构件焊后要热处理？
答：为了消除焊接残余应力和改善焊接接头的组织和性能。
4.为什么焊前要制订焊接工艺规程？
答：保证焊接质量依靠五大控制环节：人、机、料、法、环。
人—焊工的操作技能和经验
机—焊接设备的高性能和稳定性
料—焊接材料的高质量
法—正确的焊接工艺规程及标准化作业
环—良好的焊接作业环境
焊前依据焊接试验和焊接工艺评定，制订的焊接工艺规程是“法规”，是保证焊接质量的重要因素。
5.什么叫焊接电流？
答：焊接时，流经焊接回路的电流，一般用安培（A）表示。

6.什么叫电弧电压？
答：电弧两端（两电极）之间的电压降，一般用伏特（V）表示。
7.什么叫焊接速度？
答：单位时间内完成焊缝的长度，一般用厘米/分钟（cm/min）表示。
8.什么叫干伸长度？
答：焊接时，焊丝端头距导电嘴端部的距离。

五、碳钢及普通低合金钢的焊接
1.什么是碳素钢？常用的有哪几种？
答：碳素钢也叫碳钢。常用焊接的有低碳钢（含C≤0.25%）和中碳钢（含C=0.25%--0.60%）；优质碳素结构钢（08、10、15、20、25、30、35、40、45）
2.为什么叫普通低合金钢？它们是如何分类的？
答：在普通低合金钢中，除碳以外，还含有少量其他元素，如：锰、硅、钒、钼、钛、铝、铌、铜、硼、磷、稀土等，性能发生变化，得到比一般碳钢更优良的性能，如：高强度钢、耐蚀钢、低温钢、耐热钢等。
3.什么是钢材的工艺性能？
答：钢材承受各种冷热加工的能力，如：可切削性、可锻性、可铸性和可焊接性等。
4.什么是金属的焊接性？
答：在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面的内容：一是接合性能，又称工艺可焊性；二是使用性能，又称使用可焊性。

5.为什么低合金高强钢会出现裂纹？有哪些影响因素？
答：随含碳量和合金元素的增加，产生冷裂纹的敏感性增加。产生冷裂纹的三要素是：
〈1〉焊接接头中产生淬硬的马氏体组织
〈2〉焊接接头中扩散氢〔H〕含量高

〈3〉焊接接头中有较高的残余应力
6.为什么CO2在户外作业要采取防风措施？
答：CO2气体保护焊在户外作业时，当风力≤2级（风速：1.6—3.3 米/秒），能够正常焊接。当风力达到3级（风速：3.4—5.4 米/秒），要采用大气体流量计，气体出口压力：0.4—0.5 MPa，流量：60—70 L/min；也能够正常焊接，不出现气孔等焊接缺陷。如果在上风口设置挡风板，焊接质量更有保证。

九、焊接缺陷
1.什么叫焊接缺陷？

答：焊接过程中产生的不符合标准要求的缺陷。

2.为什么熔化焊焊缝会产生缺陷？
答：由于人、机、料、法、环等因素的影响，焊缝内外部会产生的缺陷有：焊缝尺寸不符合要求、弧坑、烧穿、咬边、焊瘤、严重飞溅、夹渣、气孔、裂纹等。

3.什么叫气孔？
答：在焊接过程中，熔池金属中的气体在金属冷却以前未能来得及逸出，而在焊缝金属中（内部或表面）所形成的孔穴。

4.什么叫裂纹？
答：在焊接应力以及其他致脆因素共同作用下，产生在焊缝金属及热影响区（内部或表面）所形成的缝隙称为裂纹。
a)热裂纹—焊后高温时立即产生的裂纹。
b)冷裂纹—焊后在金属冷却至室温时产生的裂纹；或焊后几小时、几天后产生的裂纹称为延迟裂纹。

5.什么叫咬边？
答：由于焊接参数选择不正确，或者操作方法不正确沿着焊趾（熔合线上）的母材部位产生的沟槽或凹陷—叫咬边，会造成局部应力集中。
6.什么叫未熔合？
答：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分。
7.什么叫夹渣？
答：焊渣残留于焊缝中的现象。
8.什么叫弧坑？如何防止？
答：焊接收弧时，焊道尾部形成低于焊缝高度的凹陷坑—叫弧坑。弧坑内一般存在低熔点共晶物、夹杂物、火口裂纹等缺陷。
采用收弧电流（小于焊接电流60%）停留在弧坑一定时间，用焊丝填满弧坑，能够防止产生弧坑缺陷。

十.焊接符号：

1示例：

箭头侧为连续角焊缝，焊脚尺寸为5；箭头背侧为断续角焊缝，焊脚尺寸为5，焊缝长度为50，间隔为100。

箭头侧连续角焊缝，焊脚尺寸为10；该标注焊缝有2处。

箭头侧连续焊接，带钝边Ⅴ形焊缝，钝边尺寸为2，对接间隙为2，坡口角度为60°。

焊角高度10mm

角焊缝2道相同的焊缝

对称交错（断续）角焊缝，现场焊，焊脚尺寸为5，焊缝长度为50，间隔为80.

对称角焊缝，三面焊接，焊脚尺寸为10

双面对称Ⅰ形对接焊缝，对接间隙为2，箭头侧焊缝要求加工与木材平齐（打磨平整），

A区--标注基本符号及带垫板符号；

B区—标注辅助符号及坡口角度α、坡口面角度β、及根部间隙b；

C区—标注焊缝横截面尺寸，如钝边p，焊缝宽度c、根部半径R、焊脚尺寸K、熔核直径d、焊缝有效宽度s、坡口深度H、余高h；

D区—标注长度方向尺寸，如焊缝长度l，断续焊缝的焊缝段数n和焊缝间距e；

E区—标注现场符号、周围焊符号、符号应标注在箭头线与基准线（实线）相交处；

F区—标注三面焊符号；

G区—标注相同焊缝符号N和焊接方法代号。

十一.安全操作：

1. 焊接的主要危险因素和职业危害是什么？

答：电焊烟尘、电弧光辐射、有毒气体（如HF、O3、NO2、CO等）、焊接放射性射线、高频电测辐射、噪声、热辐射、强迫体位等。

2.电焊发生触电的主要原因有哪些？

直接电击的原因有：

（1）在焊接操作中，手或身体某部位接触到焊条、电极、焊枪或焊钳的带电部分，而脚或身体其他

部位对地和金属结构之间又无绝缘保护。

（2）在接线或调节焊接电流时，手或身体某部碰触线柱、极板等带电体。

（3）登高电焊作业触及或靠近高压网路引起的触电事故。

3.常见的燃爆性气体有哪些，以及各自使用安全要求？

乙炔、压缩纯氧

乙炔使用安全要求：

（1）不得超过安全规定的压力极限。如中压乙炔发生器的乙炔压力不得超过0.147MPa。

（2）不得超过安全规定的温度。如乙炔发生气出气口的乙炔温度应低于40℃，水温应低于60℃

（3）乙炔着火时，严禁用四氯化碳灭火器扑救，宜用二氧化碳灭火器或安分灭火器救火。

（4）在任何情况下，应注意避免在容器或管道里形成乙炔和空气的混合气体，一旦形成这类混合气体，应采取安全措施如从排气门或焊割炬排除后，才能给焊炬点火。

（5）装盛乙炔的容器或管道，不得随便进行焊补或切割，必须进行置换，然后清洗，合格后才能动火。

压缩纯氧使用安全要求：

（1）严禁用以通风换气

（2）严禁用以气动工具动力源

（3）严禁接触油脂和有机物

（4）禁止用来吹扫工作服

4.焊接弧光辐射的危害?

答：紫外线：1）对眼睛的伤害：紫外线过渡照射引起眼睛的急性角膜结膜炎，称为电光性眼炎。这是明弧焊直接操作人和辅助工人的一种特殊职业性眼病。波长很短的紫外线，能损害结膜和角膜，有时甚至侵及虹膜和视网膜

2）对皮肤的伤害：皮肤受强烈紫外线作用时，可引起皮炎；弥漫性红斑，有时出现小水泡、渗出液和浮肿，有烧灼感，发痒。

3）对纤维的破坏：焊接电弧的紫外线辐射对纤维的破坏能力很强，其中以棉织品为最甚。由于光化学作用的结果，可致棉布工作服氧化变质而破碎。

红外线：红外线对人体的危害主要是引起组织的热作用。眼部受到强烈的红外线辐射，立即感到强烈的灼伤和灼痛，长期接触可能造成红外线白内障，视力减退，严重时能导致失明。此外还会造成视网膜灼伤

可见光：被照射后眼睛疼痛，看不清东西，通常叫电焊“晃眼”，短时间内失去劳动能力

5.焊工个人防护有哪些具体措施？

答：焊接护目镜：焊接弧光中含有的紫外线、可见光、红外线强度均大大超过人体眼睛所能承受的限度，过强的可见光将对视网膜产生烧灼，造成眩辉性视网膜炎；过强的紫外线将损伤眼角膜和结膜，造成电光性眼炎；过强的红外线将对眼睛造成慢性损伤。因此必须采用护

目镜滤光片；滤光片的透过率应使焊工既能观察到电弧和熔池，而透过的紫外线、可见光和红外线又不致损伤眼睛。关于滤光片颜色的选择，根据人眼对颜色的适应性，滤光片的颜色以黄绿、蓝绿、黄褐为好。

焊接防护面罩：面罩是用1.5mm厚钢纸板压制而成，质轻、坚韧、绝缘性与耐热性好。

防护工作服：焊工用工作服应具有良好的隔热和屏蔽作用，以保护人体免受热辐射、弧光辐射和飞溅物等伤害。常用白帆工作服或铝膜防护服。用防火阻燃织物制作的工作服也已开始应用。

电焊手套和工作鞋：电焊手套宜采用牛绒面革或猪绒面革制作，以保证绝缘性能好和耐热不易燃烧；工作性应为具有耐热、不易燃、耐磨和防滑性能的绝缘鞋，现一般采用胶底翻毛皮鞋。新研制的焊工安全鞋具有防烧、防砸性能，绝缘性好，鞋底可耐热200℃15min的性能。

防尘口罩：当采用通风除尘措施不能使烟尘浓度降到卫生标准以下时，应佩戴防尘口罩。

十二. 焊接应力与变形

1. 焊接应力与变形的危害有哪些？

答：焊接应力与变形是直接影响焊接结构性能、安全可靠性和制造工艺性的重要因素。它可能引起焊接接头中冷、热裂纹等工艺缺陷；在一定的条件下还将影响结构的承载能力：诸如刚度、强度、受压稳定性等，对结构的断裂特性、疲劳强度产生不利的影响。此外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。在构件制造过程中，焊接变形往往引起正常工艺流程中断。

2.焊接应力与变形产生机理是什么？

答：绝大多数焊接方法都采用局部加热，焊接时的局部不均匀热输入是产生焊接应力与变形的决定因素。

热输入是通过材料因素、制造因素和结构因素等几方面的作用，最终形成了焊接应力和变形。

在焊接温度场中，材料特性呈现出决定热源周围金属运动的内拘束度。制造因素（预热/缓冷等工艺措施、夹持状态）和结构因素（构件形状、厚度及刚性）则更多地影响着热源周围金属运动的外拘束度。

3.焊接残余应力的影响有哪些？

答：焊接残余应力在构件中并非都是有害的。在分析其对结构失效或使用性能可能带来的影响时，应根据不同材料、不同结构设计、不同承载条件和不同运行环境进行具体分析。

（1）塑性——当外载工作应力和残余应力的方向一致而相叠加，在这一区域会发生局部塑变形，这部分材料丧失继续承受外载的能力，减小了构件的有效承载截面。

（2）脆性断裂——在焊接接头处的缺陷（裂纹、未焊透）会导致结构的低应力脆性断裂。若裂纹尖端处于焊接残余应力范围内，则缺陷尖端的应力强度增大，裂纹趋向于扩展，直至裂纹尖端超出残余拉应力范围。随后，裂纹有可能停止扩展或继续扩展，这将取决于裂纹长度、应力强度和结构运行环境温度。焊接残余应力只分布于局部区域，对脆性断裂的影响也局限于这一范围。焊后热处理除调质作用外，还可以把焊接接头中的峰值拉伸残余应力降低到0.3~0.5材料屈服强度的水平。

（3）疲劳强度——焊接拉伸残余应力阻碍裂纹闭合，它在疲劳载荷中提高了应力平均值和应力循环特性，使疲劳强度降低。（降低残余应力、去除焊缝余高和咬边，使表面平滑从而降低应力集中）焊接构件中的压缩残余应力可以降低应力比值并使裂纹闭合，从而延缓或终止疲劳裂纹的扩展，从而改善焊接结构抗疲劳性能。

（4）刚度——拉伸应力时，会降低结构的刚度

（5）受压杆件的稳定性——焊接残余压应力对受压杆件稳定性的影响大小，与内应力的分布有关，总体来看会使之降低。

（6）应力腐蚀——残余拉应力与工作应力叠加后的拉应力值越高，应力腐蚀开裂的时间越短。

（7）构件精度和尺寸稳定性 ——保证构件的设计技术条件和装配精度，对复杂焊接件在焊后要进行机械加工。切削加工把一部分材料从构件上去除，使截面积相应改变，所释放的残余应力使构件中原有的残余应力场失去平衡而重新分布、引起构件变形。这类变形只是当工件完成切削加工从夹具中松开后才能显示出来，影响构件精度。

4.焊接变形的控制与矫正采取哪些措施？

设计方面：

（1）尽量减少焊缝数量，在设计焊接结构时应当避免不必要的焊缝。尽量选用型钢、冲压件代替焊接件，以减少筋板数量来减少焊接和矫正变形的工作量。

（2）合理选取焊缝形状及尺寸对于板厚较大以对接接头应选取X型坡口代替V型坡口，以减少熔敷金属总量以减少焊接变形。对于不需要进行强度计算的T形接头，应尽可能选取工艺上合理的最小焊角尺寸。采用断续焊缝比连续焊缝更能减少变形。当按设计计算确定T形接头角焊缝时，

应采用连续焊缝，不应采用与之等强度的断续焊缝。并应采用双面连续焊缝代替等强度的单面连续焊缝，以减少焊角尺寸。对于受力较大的T形焊缝和十字接头，在保证相同强度的条件下，应采用开坡口有角焊缝。这样比一般角焊缝可大大减少焊缝金属、减少焊接变形。

（3）合理设计结构形式及焊缝位置设计结构时应考虑焊接工作量最小以及部件总装时的焊接变形量最小。对于薄板结构，应选合适的板厚，减少骨架间距及焊角尺寸，以提高结构的稳定性、减少波浪变形。此外，还应尽量避免设计曲线形结构，因为使用平面结构可使固定状态下的焊接装备比较简单，易于控制焊接变形。由于焊缝的横向收缩比纵向收缩显著，因此尽量将焊缝布置在平行于要求焊接变形量最小的方向。焊缝的位置应尽量靠近截面中心轴，并且尽量对称于该中心轴，以减少结构的弯曲变形。

工艺方面：

（1）反变形焊前将焊件装配成具有与焊接变形相反方向的预先反变形。反变形的大小应与能抵消焊后的变形为准。这种预制的反变形可以是弹性的、塑性的或弹塑性的。

（2）刚性固定将构件加以固定来限制焊接变形。对于刚度小的结构，可以采用胎卡或临时支承等措施，增加该结构在焊接时的刚度，以减小焊接变形量。结构的刚度越大，利用刚性固定法控制弯曲变形的效果较差，而对角变形及波浪变形较为有效。通常这种方法虽然可以减少焊接变形，但同时却又增加了焊接应力。

（3）选取合理的焊接方法和焊接参数选取能量密度比较高的焊接方法，可以减小焊接变形。焊接热输入较小时可以减小焊接变形，但生产效率较低。采用跳焊、逐步退焊等措施可以控制及调节焊接温度场，减小焊接变形量。选取不同的焊接参数也可控制和调节弯曲变形。

（4）选取合理的装配焊接顺序构件在装配过程中，截面的重心位置在不断地变化，因此影响焊接变形量。所以这样的构件，采用不同的装配焊接顺序，就有不同的变形量。通常情况下，分布在截面中心线两侧的焊缝，先焊的一侧焊缝所产生的弯曲变形比后焊一侧所产生的变形要大。所以，确定焊接顺序的原则是：焊缝少的一侧先焊。对于截面形状、焊缝布置均对称的构件，应当采用对称焊接的施工。

（5）预拉伸法采用机械有预拉伸、加热的预拉伸、或者是机械的与加热的两种方法同时使用的预拉伸，可以使薄板预先得到拉伸与伸长。这时在张紧的薄板上装配焊接骨架，可以很好地防止波浪变形。

焊接变形的矫正方法：

（1）机械矫正法采用手工锤击、压力机等机械方法使构件的材料产生新的塑性变形，这就使原来缩短的部分得到延伸，从而矫正了变形。对于薄板拼焊件的矫正，常用多辊平板机；

对于焊缝比较规则的薄壳结构，常采用窄轮辗压焊缝及两侧使之延伸来消除变形。

（2）火焰矫正法火焰加热所产生的局部压缩塑性变形，使较长的金属材料在冷却后缩短来消除变形。使用时应控制加热的温度及位置。对于低碳钢和普通低合金钢，常采用6000—8000C的加热温度。由于这种方法需要对构件再次加热至高温，所以对合金钢等材料应当慎用。

5. 火焰加热矫正有哪些方法？

答：点状加热法多用于薄板结构，加热点之间的间隔约为60—90mm，加热点的直径约≥15mm。加热的温度为6000—8000C，即用水正面跟踪冷却。但必须注意不能将加热点的温度加热到Fe-C合金图中的A1相变点以上，否则会影响材料的韧性；此法通常适用于两加强筋之间板面的凹凸较正。

线状加热：一般用于矫正因对接焊缝或角焊缝所引起的角变形，所以这种方法在板厚方向均匀加热后水跟踪冷却；适用于梁、柱腹板变形的较正。

三角形加热法：这种方法多用于较正弯曲变形，一般在板厚方向都要均匀加热，而且有外力配合效果更大一些。适用于顶梁旁弯变形的较