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1、初级焊工培训教材第一讲焊接冶金概念第一节 熔焊的特点：1、熔焊是焊接过程中，利用局部加热的方法，将被焊工件的结合处加热到熔化状态，不加压力，互相熔合，形成原子结合，凝固后连接在一起。按加热的热源不同，熔焊有电弧焊，气焊，气体保护焊等方法。2、熔焊过程共同特点是：在焊接过程中，工件的被焊处被外来的能量熔化后在工件上形成了一个椭圆形的凹坑称为熔池。根据不同的焊接方法熔池中液态金属有完全是熔化的母材形成，也有填充材料和熔化母材两部分组成的。在手工电弧焊、气保焊、埋弧自动焊等焊接方法中随着电弧沿焊接方向移动，工件和填充材料不断熔化汇成新的熔池，电弧离开的熔池迅速冷却，凝固成焊缝。3、熔池的基本特点是：
2、体积小，液态金属处于过热状态，冷却速度快，液态金属在运动过程中结晶。4、熔池的形状对焊缝外观质量的影响：单纯从焊接操作技术而言，整个焊接过程就是在控制熔池的形状。作业中不断根据熔池变化的形状，采用不同的运动手法，使熔池保持合适的形状。也就是说焊工把熔池控制得越合理，操作水平也就越高。5、熔池的形状对焊缝内部质量的影响：熔池金属结晶，最先是在熔池和基本金属交界处，即从熔合线部位开始，向焊缝中心生长，形成柱状晶粒。焊缝中的杂质和低熔点合金元素（低熔点共晶体），也最易集中在最后结晶的部分，造成焊缝化学成分分布不均匀，通常称为偏析。偏析是焊缝产生热裂纹、夹渣、气孔的主要原因。熔池的形状、厚度对上述缺陷
3、的形成有着必然的联系。6、焊接接头的结晶过程：金属被加热熔化，从液相冷却转变为固相的过程通常称为一次结晶，而一次结晶完成以后的高温金属仍以一定的速度冷却到室温，同时伴随着复杂的相变过程称为二次结晶。7焊接接头的组成：焊接接头是由母材、焊接热影响区、焊缝、焊接凝固过渡层（熔合区）组成。8、母材对焊接接头性能的影响：母材的化学成分决定了整个接头的组织、成分、性能，其焊接性的优劣决定了整个接头的组织工艺参数的选择，它是影响焊接接头性能的决定因素。9、母材热影响区的含义及对焊接接头性能的影响：简单点说，母材在焊接热源作用下，组织、性能发生变化的区域称为焊接热影响区。（1）热影响区的状态对焊接接头的力学
4、性能起着决定因素。（2）在不同的母材和不同的加热温度，热影响区的组织有所不同，现以易淬火钢、不易淬火钢为例，说明热影响区的组织变化。低碳钢大多不易淬火，焊后，热影响区可分为半熔化区、过热区、正火区部分重结晶区，再结晶区，蓝脆区。中碳钢属易淬火钢，焊后热影响区主要有硬化区和软化区。10、焊接工艺参数的含义及在焊接过程中的作用：焊接工艺参数是指在焊接过程中作用于焊接冶金所有的物理量。在不同的工艺参数条件下，得到的焊接接头组织、性能都不一样，一般认为工艺参数能够影响母材在被焊过程中进入焊缝的比例，称为熔合比。从而影响焊缝金属的化学成分，工艺参数对热影响区的宽窄有着明显的作用，因此工艺参数是影响焊接接
5、头化学成分、组织和力学性能的重要因素。第二讲 焊接材料电焊条一、 电焊条1、焊接冶金原理：焊条是由焊芯和药皮组成的。药皮在焊接过程中起着很重要的作用，能提高焊接电弧的稳定性、保护熔化金属不受外界空气的影响、脱氧精炼、渗加合金，以提高焊缝性能、改善焊接工艺性能等多种作用。为使焊条药皮达到以上目的，每种焊条都有种以上原料配成。这里对公司最多使用的碱性焊条作简单介绍。1） 稳弧剂 稳弧剂的作用是改善焊条引弧性能和提高电弧的稳定性。如J507焊条采用电离电位较低的碱金属化合物。2） 造气剂 造气剂的主要作用是生成保护气氛，同时也有利于熔滴过渡。如J507含大量的碳酸钙。3） 造渣剂 造渣剂的主要作用是
6、形成具有一定物理性能、化学性能的熔渣，产生良好的机械保护和冶金处理作用，保证焊缝金属的质量和成形美观。4） 脱氧剂 脱氧剂的主要作用是对熔渣和焊缝脱氧。碱性焊条是利用硅、锰进行沉淀脱氧。5） 合金剂 合金剂的主要作用是向焊缝金属渗入必要的合金成分，以补偿已经烧损或蒸发的合金元素，结807焊条一般添加特殊性能的合金元素。6） 稀渣剂 碱性焊条流动性较好，主要原因其含有萤石，焊接过程中都会出现凸面形状。7） 粘结剂 粘结剂的主要作用是将药皮牢固地粘结在焊芯上。二、碱性焊条的特点：碱性焊条分为低氢钾型、低氢钠型两种，药皮主要组成物是碳酸盐矿石和萤石，碱度较高。熔渣流动性好，焊接工艺性能一般，焊波较粗
7、，角焊缝略凸。焊接时要求焊条干燥，并采用短弧焊，焊接电源为直流反接。这类焊条可全位置焊接，焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。公司履带起重机吊臂接头大量选用这类焊条。碱性焊条具有较高的脱氧、脱氢、脱硫、脱磷的功能，在焊接过程中弧柱区如有油、锈、油漆、水等会出现较多的气孔，焊条发粘现象。二、气体保护焊焊丝1、焊丝简介焊丝根据使用的保护方法不同可分为自保护、气保护两种。自保护焊丝通常制成药芯焊丝，焊接过程中熔池金属采用气渣联合保护或渣保护，焊丝如FR50G。2、气保护焊焊丝是由合金材料拉拔出特定规格细丝后装盘使用，有细丝、粗丝之分。其规格从0.81.2称为细丝，1.6以上的称为粗丝，公司目前
8、生产几乎全采用细丝，如ER506、JM68、ER76等。3、实心焊丝混合气体保护焊这种方法以半自动焊应用最普遍。所谓混合气体就是两种以上气体组成保护气体，公司现采用的是CO2+Ar2混合气体。4、实心焊丝CO2+Ar2保护焊的冶金特点实心焊丝含硅、锰等合金元素，采用CO2+Ar2保护焊时在利用高速CO2+Ar2气体保护熔池金属不受空气侵入，同时硅、锰元素联合脱氧，还原氧化锰及氧化亚铁。克服了单纯的惰性气体电离势高，电弧漂移的缺点，解决了CO2氧化性气体含量过高造成焊缝金属含碳量增加的问题。实心焊丝采用混合气体还能有效减少焊缝产生气孔、飞溅、防止合金元素大量烧损，在焊接冶金过程熔池深度适中，焊缝
9、成形较美观，接头力学性能较好。4、实心焊丝配合CO2+Ar2保护焊的工艺特点1）优点与手工电弧焊相比，焊接成本低，熔敷速度快，效率快35倍；与手工电弧焊相比，焊接变形量小得多且工人技能比较容易掌握；与纯Ar2气体保护焊相比抗锈能力强、飞溅少；与埋弧自动相比，焊接使用范围广；与CO2气体保护焊相比焊缝质量好。2）缺点如果在室外有风的地方施焊，保护效果不良；产生的飞溅颗粒较大对母材污染较大；混合气体成本贵。二、 熔敷金属的过渡方式焊丝熔化并向母材过渡的形式有三种：三种的焊缝外观、形状和熔深都不一样。1）细颗粒状过渡细颗粒状过渡形式多见于大电流的二氧化碳保护焊，细颗粒状过渡的飞溅比喷射过渡稍大一些。
10、这种过渡形式在焊接碳钢时焊缝外观较差，熔深很浅，操作时尽量不采用。在焊接熔化极铝丝时可以尽量采用。2）短路过渡形式多见于二氧化碳保护焊接，在较小焊接参数的CO2+Ar2保护焊时也容易形成，所以能够较好地进行薄板焊接。短路过渡二氧化碳保护焊接、CO2+Ar2保护焊焊缝成形好控制，易掌握，适用于平板焊接和全位置焊接。缺点是熔深很浅。3）喷射过渡这种过渡形态飞溅小，并能得到外观漂亮的焊缝。混合气体保护焊很容易实现喷射过渡，在CO2气体保护焊条件下不会出现。全位置焊接时控制焊缝成形难度较大。第三讲常用钢材常识上海三一科技制造部目前使用钢制结构件用料主要有：低碳钢(A3钢、Q235钢)，低合金钢（Q29
11、0、Q345），低合金高强钢（HQ80C、20CrMnTi、15CrMo等），中碳调制钢（30号钢、35号钢、45号钢、40Cr等），焊接接头的性质有同种金属的焊接、异种金属的焊接，焊接接头使用条件基本处于较高载荷状态，因此对焊接工艺的制定提出很高的要求。一.同种金属的焊接1.特征：被焊金属的化学成分、物理性能相近，力学性能相当，晶相组织差别不大的部件用熔焊的方法连接在一起，并实现原子结合的接头称为同种金属的焊接。如A3钢与Q290、Q345钢的焊接，20CrMnTi与20CrMnTi钢的焊接。2.焊接材料选择：同种金属焊接选用焊条需遵循三个原则：（1）等强度的原则,即选用的焊接材料力学性能能
12、够满足被焊金属力学性能的最低值，一般根据材料的抗拉强度水平确定焊材。（2）低匹配的原则，即选择的焊材抗拉强度不低于被金属抗拉强度的最低值。（3）工艺再现性的原则，即选用的焊材应判断被焊金属的焊接性，结构的刚性，可焊到性，设备及焊材供货情况。3.焊接工艺：同种金属焊接的焊接工艺拟定是由被焊金属的焊接性而决定，有焊接工艺评定法，经验估计法两种。经验估计法是根据被焊材料的力学性能，组织、化学成分，板材厚度，结构刚性，采用的焊接方法，工艺参数，环境温度等条件综合评估获得的焊接接头是否满足要求。最常用的是碳当量法，它可以粗略地估计材料裂纹倾向。三一公司的产品用料以低合金钢为主，在履带起重机的底座、主平台
13、、履带架中以Q235+Q345钢为主体材料，这类材料焊接性优良，但由于板材较厚，且结构刚性大，焊后冷裂纹的可能性仍较大。目前采用富氩气体保护焊具有极高的抗冷裂性能，原因是富氩气体含有20氧化性气体能使焊缝金属含氢量减少。另外焊丝的低匹配也使得焊缝凝固过渡区域应力分散。泵车臂架的材料以低合金高强钢为主，材料的抗拉强度达到1000MPa以上，可能也是考虑抗裂性，焊接所用的焊丝（OK13.29）抗拉强度只有820MPa，从实际效果来看较理想。二.异种钢（金属）的焊接1.特征：由两种或两种以上的材料，其物理性能，组织成分，合金含量相差较大，通过焊接的方法联系在一起，成为异种钢焊接。其与同种钢焊接的不同
14、是，异种钢焊接包括熔焊、压焊、钎焊等方法实现。三一生产中异种钢运用非常普遍，如：50T、80T、100T、150T履带车臂架上的接头是HQ80C+45号钢焊接，250T是HQ80C+40Cr钢焊接，400T是HQ80C+20CrMnTi钢焊接、Q345+40Cr钢焊接等等。异种钢焊接难度较大，工艺复杂，接头组织性能不稳定，焊接接头应力不均匀是其实质。2.焊接材料的选用：我首先指出的是三一在异种钢焊接材料使用上过于随意，有一些工艺违背了异种钢选择焊材的最基本的原则，即等化学成分的原则和等强度的原则。等强度的原则具体内容是：异种钢选用焊材时焊材的强度应高于被焊金属中强度较低的钢种，其韧性和塑性高于
15、被焊金属强度高，韧性和塑性较低的钢种；异种钢选用焊材时焊材还要满足抗裂性的要求，即焊材满足母材的强度要求后，不宜选用比实际需要强度更高的焊材。而我们目前在大多数产品的此类焊缝中截然相反。异种钢选择焊材还要防止焊缝及接头产生冷裂纹和热裂纹，焊材还应具有良好的工艺性能，焊缝美观，焊缝金属组织具有稳定性，其物理性能要与两母材相适应。3.焊接工艺：异种钢焊接时最主要的问题是容易产生裂纹，三一现场制造着重防止冷裂纹，可采用焊前预热、焊后后热、整体热处理等工艺，厚板可采用开坡口、多层焊、气保焊代替手工焊，合理选用焊条、焊丝，限制焊接线能量，防止接头脆化。第四讲焊接检验三、 焊接检验包括焊前检验、焊接过程中
16、检验、焊后成品检验。四、 一、焊前检验内容：1、焊工资格检查包括：五、 （1）钢制结构件的焊接工作，必须由质保部和人力资源部技术考核并得到认可六、 后的焊工担任。七、 （2）焊工考试合格的内容与焊接产品类型适应方可施焊。2、材料控制八、 （1）待焊材料上的材质标记、确认标记、工件图号、台号与图纸、工艺规定相九、 一致。十、 （2）重要钢制结构件所用焊材的牌号、类别、规格与焊接工艺相一致。（3）焊工使用的焊接材料应按规定摆放，如果焊条应放在保温筒内，每次取出十一、 的焊条存放在保温筒里时间不超过4小时。十二、 （4）焊前环境检查，在下雨、下雪或风速2米/秒时，应有有效的防护措施；十三、 当气温低
17、于0时，应在始焊处100mm范围内预热到15左右。十四、 （5）焊接坡口的型式和尺寸应符合图纸、工艺要求。坡口表面无明显缺陷、油、十五、 锈、脏物应清除干净。焊道边缘20mm锈、氧化皮磨干净。二、焊接过程检验十六、 （1）引弧、收弧只准在熔化焊道里进行、完成。产品两端要求较高的焊缝应装十七、 上引弧板。十八、 （2）组装时应尽量避免强行拼装，在拼装、校正后的定位焊应检查定位焊缝表十九、 面有无裂纹等缺陷。二十、 （3）工艺要求预热焊接的工件，预热范围板厚的三倍，且不小于100mm，温度测在焊缝外50mm处进行。二十一、 （4）根据焊接工艺进行如下内容检验并按要求填写焊接检验记录卡：二十二、 a
18、.施焊时间b.焊接方法c.母材和焊材d.坡口型式e.焊接电流、焊接电压、焊速f.预热温度、层间温度j.焊接层数、层间是否打磨返修三、焊后焊缝检验二十三、 1、目测交检焊缝表面质量，焊缝表面不得有未熔合、裂纹、气孔、弧坑和夹渣、飞溅物，咬边应符合公司规定的要求，即咬边深度0.5mm，且全长的10%。2、目测检查后，应侧重检测对接焊缝的余高，高度差、宽度差、角焊缝的角高是否符合设计要求，焊趾与工件是否圆滑过渡。二十四、 3、构件焊后几何尺寸是否受焊接影响产品超标变形，经校正的工件应对焊缝再进行检验。二十五、 4、焊缝经检查合格后需进行无损探伤的焊缝应有钢印标记，并有记录备忘。5、焊缝返修应由焊接技
19、术人员、检验员、操作人员共同分析焊接缺陷产生的原因，并制定返修方案后在检验员的监督下作业。四、检验知识二十六、 1、角焊缝角高：被焊工件从一个工件到另一个工件的焊趾垂直距离。2、咬边：焊缝与母材熔合线上产生带有棱角的槽沟。危害：使焊接接头不连续。产生应力集中。削弱接头的静载强度。易使结构产生脆断及疲劳断裂。二十七、 3、未熔合：熔敷金属在堆积过程中未将母材或前道焊缝熔化的现象。危害：致命缺陷，呈直线状或椭圆形条纹，位于焊缝两侧的交界处，其产生后焊接接头功能很快失效。二十八、 4、裂纹：有热裂纹、冷裂纹、再热裂纹等。危害：致命缺陷，裂纹在应力下扩张造成焊接接头功能失效。二十九、 5、火口裂纹：多
20、出现在收弧不当的弧坑上，为区域偏析与拉伸应力所造成。6、裂纹性质的判断：母材焊接性，结构的刚性，焊接工艺措施。7、裂纹的形态：冷裂纹呈直线的细条状无氧化色。三十、 热裂纹略带曲折的波浪状或锯齿状细条纹有氧化色。8、未焊透：焊缝中间部位或根部未焊到的现象，危害在焊道根部产生较大的应力集中，严重时会出现冷裂纹。三十一、 9.应力集中：结构中存在着应力分布，在某一部位应力水平高于平均水平的现象称为应力集中。危害：是产生结构脆断和塑性断裂的主要因素。10.焊接线能量：单位长度焊缝接受焊接热源输入的热能源。其对焊接热影响区组织、晶粒度、接头的力学性能影响较大。第五讲混和气体保护焊混合气体保护焊是在惰性气
21、体（如Ar、He）中加入一定的氧化性气体（如O2、CO2、CO2+O2）作为保护气体，以燃烧于工件间的电弧作为热源的一种电弧焊接方法。混和气体保护焊主要用于碳钢和某些低合金钢的焊接，汽车制造、工程机械、化工机械、矿山机械和电站锅炉等行业得到广泛应用。一、混和气体保护焊的特点及熔滴过渡1.混合气体保护焊的特点用于Ar作保护气体时，电弧容易漂移，不够稳定，容易使焊缝产生气孔;而在Ar中加入少量的O2等氧化性气体时，不仅电弧稳定、飞溅少，而且在较小的临界电流下，能获得稳定的轴向射流过渡和脉冲射流过渡。混合气体保护焊克服了熔化极氩弧焊和CO2焊的一些缺点，具有以下优点。（1）飞溅低，熔敷效率高。三十二
22、、 混合气体中混合比例适当时，在焊接过程中产生的飞溅很少，焊丝的熔敷效率很高。CO2+Ar混合气中Ar与CO2混合比例不同时的飞溅率和熔敷效率如图1.1所示。可以看出采用80Ar+20CO2作保护气体时，飞溅率最小、熔敷效率最高。（2）合金元素的过渡系数大与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊的合金元素过渡较大，元素烧损程度较轻。Ar混合气中Ar与CO2混合比例随着CO2的含量增加，合金元素的过渡系数逐渐减低。（3）焊缝的含氧量低与CO2气体保护焊相比，混合气体保护焊焊缝金属的含氧量较低，Ar混合气中Ar与CO2混合比例随着CO2的含量增加，焊焊缝金属的含氧量也增加。（4）焊接薄板时工艺参数范
23、围大采用混合气体保护焊或CO2保护焊来焊接薄板时，可获得优质焊缝，焊接工艺参数调节范围较大，80Ar+20CO2作保护气体时，获得优质焊缝的工艺参数范围比用CO2保护焊时要大得多，这说明焊接薄板时混合气体保护焊比CO2保护焊更容易控制。（5）焊缝成形好采用混合气体保护焊获得的焊缝，焊缝表面光滑，成形美观。当80Ar+20CO2作保护气体时，焊缝表面质量最好。2.混合气体保护焊的熔滴过渡采用混合气体保护焊时，熔滴过渡临界电流的大小影响到熔滴过渡的难易程度，从而也影响到焊接的效率和质量。临界电流的东西收混合气体成分、焊丝材质、焊丝直径和电弧极性等因素的影响，熔滴的过渡形式不同，影响熔滴过渡临界电流
24、的因素也不同。（1）射滴过渡混合气体保护焊的射流过渡是一种稳定的熔滴过渡形式，焊接钢材时熔滴一滴一滴地向熔池过渡，飞溅不大，焊缝底部的熔合线呈弧形，整个焊缝成形良好。射流过渡的熔滴过渡濒率与焊接电流、电弧电压有关系，熔滴过渡频率随着焊接电流的增加而加快，并且熔滴稳定过渡到电流区间较大。1）焊丝材质和直径的影响通常对于熔点低、熔滴热含量小的焊丝，射流过渡临界电流较小，如铝焊丝均比钢焊丝的临界电流低。随着焊丝直径的增加，临界电流也逐渐增加。2）混合气体成分的影响O2、CO2对射流过渡的影响较大。（2）短路过渡采用短路过渡混合气体保护焊时，为了稳定焊接过程，熔滴尺寸越小、过渡数度越快越好，短路过渡时
25、产生的飞溅很少，主要是熔滴轴向性强、短路过渡过程平稳、短路峰值电流也不太高、CO气体生成少飞溅率O2100806040200Ar020406080100（3）射流过渡焊接电流较小时，熔滴过渡形式为大滴过渡和射滴过渡。当电流增加到某一数值后，熔滴过渡状态发生明显变化。（例如熔滴过渡频率急剧增加，熔滴尺寸减小等）。焊丝端部呈铅笔尖状，电弧烁亮区呈锥状形，中间的黑线部分是从焊丝端部脱落的一个个的金属熔滴。熔滴的尺寸通常是焊丝直径的0.3-0.6倍。射流过渡时，大约有20的焊丝金属是通过金属蒸气的形式向熔池过渡的。烁亮区温度高达约10000，是弧柱中电流的主要通道。射流过渡时电弧电压、电流和电弧声的波
26、形都比较平稳，所以熔滴过渡过程中不易引起电弧形态的改变，几乎不产生飞溅。射流过渡时电弧产生强烈的等离子流，熔滴脱离焊丝的加数度也很大，所以重力对熔滴过渡的影响很小，可采用射流过渡混和气体保护焊进行全位置焊接。影响射流过渡的因素有：1）.焊丝直径的影响射流过渡临界电流随着焊丝直径的增大而增加，这是因为焊丝直径越大，焊丝端部形成的熔滴尺寸大，这就需要更大的能量使弧根面积扩大以及弧柱扩张，才能够实现“跳弧”，所以射流过渡的临界电流值也就越大。2)焊丝成分的影响焊丝中的含量增加易形成射流过渡，这是为蒸发能力倾向最强，焊丝中的的含量增加不易形成射流过渡，这是因为硅和氧的亲和力强形成氧化物阻碍了锰的蒸发，使得临界电流值增高。实芯焊丝射流过渡的临界电流值高于药芯焊丝。实践证明，碳钢焊丝射流过渡的临界电流值高于不锈钢焊丝。）焊丝外伸长度的影响焊丝的外伸长度越大电阻热增加，使焊丝预热作用加强，越容易产生跳弧，从而使得临界电流值越低。）气体成分的影响纯CO2气体保护焊不会产生射流过渡，纯氩气体保护焊熔滴过渡几乎是射流过渡，混合氩中少量的CO2气体对电弧电压有较大的影响，随着CO2气体的增加，电弧电压增加，临界电流值增高。http:/