焊接方法及工艺要点（推荐8篇）
6.1 焊条电弧焊 6.1.1 填充材料
知识点：焊条选择原则
重点内容：①碳钢与低合金钢：等强原则，即选用熔敷金属强度级别与母材相同或相近的焊条，同时综合考虑焊缝的塑性，韧性。异种钢焊接按强度等级较低的钢种选择焊条。焊接性能差，工作条件苛刻时，应选碱性焊条。
②不锈钢：等成分原则，即选用熔敷金属化学成分与母材相同或相近的焊条，同时含碳量不应高于母材。焊接抗裂性较差的马氏体不锈钢或单纯奥氏体不锈钢时，应选用碱性不锈钢焊条。焊接异种钢通常采用高于合金成分较高一侧的高含量焊条。
③耐热钢：按等成分和相近力学性能原则，同时考虑接头的等强原则。异种钢焊接按合金元素含量级别较低的选择焊条。若有热处理的按级别高的选择。6.1.2 焊条电弧焊操作技术
知识点1：板对接单面焊双面成形。
重点内容：①平焊：焊条常选φ3.2,焊接电流100-110A，焊条与焊接方向夹角30°-50°，与两侧工件夹角为90°，引弧从间隙小一端定位焊处引弧，更换焊条或停焊时，焊条下压使熔孔稍大些，收弧过渡两滴金属，供背面焊缝饱满。收弧处理不当，易产生弧坑，其危害：①减少焊缝局部面积而削弱强度；②引起应力集中；③弧坑处含氢量较高，易产生裂纹。防止弧坑：应进行收弧处理，保证焊缝的连续外形，维持正常的熔池温度，逐渐填满弧坑后熄弧。填充层、盖面层焊接，在离焊缝端头10mm左右引弧，压低电弧施焊，作锯齿形横向运条，在坡口两侧稍作停留，保持坡口两侧温度均衡，且能填满金属防止咬边。②横焊：焊条与焊接方向夹角75°~80°，焊条与下面母材夹角也为75°~80°，焊条应选小直径和较小的电流，以短路过渡形式进行焊接。由于焊条的倾斜以及上下坡口角度影响，造成上下坡口的受热不均匀。上坡口受热较好，下坡口受热较差。同时金属因受重力作用下坠，极易造成下坡口熔合不良，甚至冷接。因此应先击穿小坡口面，使下坡口面击穿熔孔在前，上坡口面击穿熔孔在后。当熔渣超前时，要采用拔渣运条法。
③立焊：焊条向下倾斜60°-80°与两边成90°，采用小直径焊条，电流比平焊小10-15%，短弧操作，常采用挑弧焊接来控制熔池温度。合理的运条方式也是保证立焊质量的手段，常用锯齿形，月牙形法。更换焊条要快，采用热接法。
④仰焊：焊接时一定要注意保持正确的操作姿势，焊接点不要处于人的正上方，应为上方偏前，且焊缝偏向操作人员的右侧，焊条夹角与立焊相同，采用小直径焊条，小电流焊接，短弧焊接，当熔池温度过高时，可以将电弧稍稍抬起，使熔池温度降低，起头和接头在预热过程中很容易出现熔渣和金属液在一起和熔渣越前现象，这时应将焊条与上板的夹角减小，以增大电弧吹力，千万不能灭弧。
知识点2：管板焊接操作技术
重点内容：①非熔透式管板焊接（原称插入式）
通常焊二层。第一层用φ2.5mm的焊条进行定位焊，然后在定位焊缝的对面起焊，电流为50-100A，焊条与平板夹角40°~50°，盖面层用直径φ3.2mm的焊条，焊条与平板夹角50°~60°，焊条采用月牙形摆动，以保证焊脚尺寸，要注意的是不应用大直径的焊条焊一层。角接头往往承受内压，一层焊完往往内部存在缺陷，工作时会发生渗气，渗水，渗油。
②全熔透式管板（原称骑座式）水平固定焊接。打底焊可以采用连弧焊，也可以采用灭弧焊。但必须用左右两个半圈进行焊接。一般用钟点法标记，右半圈焊接时，在时钟4时处到6时处之间引弧。在6时至7时处的焊缝尽量薄一些以利于左半圈连接平整。在6时~5时处近似仰焊，焊条尽量往上顶，防焊瘤，在5时~2时处近似立焊，焊条向工件内面送相对浅一些，2~12时处近似平焊，焊条端部偏向底板一侧，并作短弧运条。左半圈焊接时，先将左半圈的焊缝始末处的焊道清理干净，在8点处引弧快速到6点处预热，压低电弧施焊，右半圈除了方向不同，其它与左半圈相同，更换焊条要快。填充焊与打底基本相同，只是运条摆动稍大一点，盖面焊只是焊条摆动到管与板侧时要稍作停留，且在板侧停留时间长一些，以防咬边，注意在12点处收弧，一般做几次挑弧运作，将熔池填满收弧。
知识点3：管对接操作技术
重点内容：管对接垂直固定焊接
打底焊时，焊条与下母材成70°~80°，与焊接方向的切线成60°~75°。打底焊的接头尽量采用热接法，焊接封闭接头前，先将始焊端处理成缓坡形，然后再焊，当焊到缓坡的前沿时，电弧压低向坡口根部送进，然后焊过缓坡与正式焊缝重叠10mm灭弧。盖面焊一般上下两道，先焊下面一道，后焊上面一道。焊前要清理好打底焊时的熔渣，焊下面焊道时，电弧对准打底焊道的下沿，稍加横向摆动，使熔池下沿超出坡口下棱边，并使熔化金属覆盖在打底焊道的一半以上。焊上面焊道时，要对准打底焊道的上沿，保证覆盖下面焊道的一半左右，使熔池上沿略超出上坡口。6.2 埋弧焊 6.2.1 埋弧焊工艺
知识点1：埋弧焊焊接材料
重点内容：①焊丝焊剂的选配原则
应根据母材力学性能和化学成分，坡口形式、板厚、工艺条件、结构尺寸等选定。焊接低碳钢和低合金钢一般选用H08A、H08MnA，配高锰高硅型焊剂，也可以选H08MnA、H10Mn的焊丝，配低锰无锰焊剂，低合金高强钢焊丝，配中锰中硅焊剂，也可以选烧结剂。焊接不锈钢应选择与母材成分相近的焊丝，配焊剂时，耐热钢、低温钢、耐蚀钢选用碱性的中低硅型焊剂，其它选用碱性较高的熔炼焊剂，以降低合金元素的烧损及渗透较多的合金元素。低碳钢或低合金钢与不锈钢焊接都采用高铬镍焊丝。
②焊丝焊剂的准备
焊丝的主要作用是填充金属，也向焊缝过渡合金元素参与冶金反应。焊丝应按标准检查、验收和复验方可使用。焊剂使用前要烘干，酸性焊剂150℃-200℃×2h，碱性焊剂烘干200℃-350℃×2h，烧结剂300℃-400℃×2h，焊剂的颗粒度越大，电流也可大一些。①当焊剂颗粒度一定时，如果增大电流，会使电弧不稳，焊缝表面及边缘凹凸不平。②焊剂堆积过厚，电弧受焊剂层的压迫使焊缝变粗糙出现压痕，影响气体送出。③堆积不足时，焊缝区覆盖不严，漏光飞溅，焊缝成形不良。④焊剂粒度不一致，甚至出现块状，产生成形不规则。这就是为什么焊缝表面高低不平，宽窄不一，产生气孔的原因。
知识点2：焊缝形状系数
重要内容：焊缝宽度与焊缝熔深度之比，称为焊缝成形系数。成形系数值小表明焊缝深而窄，内部易产生气孔、夹渣。同时熔池结晶时的柱状晶从焊缝两侧向中心生长，低熔点杂质不易浮出而集聚在结晶交界面上形成脆弱结合面，在焊焊应力作用下产生结晶裂纹。因此焊缝形状系数推荐1.3-2之间。
知识点3：焊接参数对焊缝形状尺寸的影响
重要内容：①焊接电流增大时，电弧对熔池金属排出作用增强，熔池深度增加，由于电弧的电磁收缩效应增强，使电弧游动减弱，故对焊缝宽度影响不大。随着电流增加，熔深增加，焊缝熔化量增大，而焊缝宽度不变时就会影响熔池中气体和夹杂物的浮出产生缺陷。②电弧电压是根据焊接电流确定，波动范围有限，影响相对较小。但电弧电压过高，对焊缝易形成“蘑菇”形，内部易产生缺陷，电弧电压降低，焊缝宽度减小，变得高而窄。焊接速度增大，焊缝熔宽明显减小，熔深略有增加，若速度增加到40m/h以上时，线能量显著减小，会引起未焊透，未熔合，咬边及成形不良等缺陷。若过低易形成易裂的蘑菇形焊缝。③焊丝伸曲长度、焊丝伸曲长度增加、焊丝熔化速度增加，结果使熔深减小，焊缝余高增大。6.2.2埋弧焊技术 知识点1：焊前准备
重要内容：一般板厚小于14可不开坡口，14-22可开V形坡口，板厚22可开双面V形坡口。坡口表面不得有氧化皮、锈蚀油脂、水分等。装配防止错边、间隙不当。定位焊应焊在第一层焊缝背面，长度30mm以上。焊丝要对中，偏离中心线易造成未焊透，若是接头板厚不对等时，可适当向厚板侧偏移，为保证焊缝与母材侧壁的良好熔合，焊丝距母材侧壁距离约等于焊丝直径，纵缝两端要加引弧板和熄弧板。
知识点2：对接直缝两面焊
重要内容：板厚大于16mm时开Y形坡口，钝边6~8mm，正面焊接熔透板厚的40%~50%，反面熔透板厚60%-70%，如板厚20mm选焊丝直径φ5mm，正面焊接电流850~900，电弧电压36~38，焊速42cm/min，反面焊接电流900~1000，电弧电压38~40，焊速40cm/min，在无法使用衬垫进行埋弧焊时，可采用手工焊封底，应保证封底厚度大于6mm。
知识点3：对接环缝焊接
重要内容：圆筒体环焊缝常采用非对称坡口形式，一般内坡口小外坡口大，将主要工作量放在外环缝上，内环缝主要起封底作用。内环缝焊丝偏离中心线呈上坡口，外环缝焊车处于筒体顶部，焊丝偏离圆筒中心线呈下坡口焊。要注意焊丝偏移量与筒体直径焊接速度、焊接电流大小的关系，如φ1500~2000筒体偏移量在35，过小焊缝余高过大，偏移量过大则焊缝可能不饱满，甚至填不满。6.3手工钨极氩弧焊
知识点1 手工钨极氩弧焊焊接参数
重要内容：手工钨极氩弧焊焊接参数有：焊接电流、电弧电压、钨极直径、氩气流量、喷嘴直径、焊丝直径、焊接速度等。①焊接电流
根据工件厚度、材质、接头形式、焊接位置等因素选择。焊接电流过大，容易引起烧穿或焊缝下陷、咬边等缺陷，还引起钨极烧损并产生夹钨，电流过小，电弧燃烧不稳定。电流种类与极性，低碳钢和低合金钢、不锈钢均直流正极。
②电弧电压
电弧电压决定于电弧长度，也与钨极尖端的角度有关，端部越尖，电压越高，电流也越大，影响气体保护效果，导致焊缝氧化、焊透不均等缺陷，因此在保证良好的视线下短弧操作。在焊接薄板和小电流时，可用小直径钨极，并将其磨成尖锐角约20°，这样电弧易引燃而且稳定，大电流时要求钨极末端磨成钝锥角（大于90°），这样电弧斑点稳定，弧柱的扩散减小加热集中，焊缝成形均匀。
③氩气流量和喷嘴直径
应考虑焊接电流、弧长、钨极伸出长度，焊接速度以及接头形式等因素。氩气流量过低，气体挺速差，排除周围空气的能力弱，保护效果不好，相反流量过大，容易变成紊流使空气卷入，降低保护效果。一般情况下电流101～150，喷嘴孔径4~9.5mm，氩气流量4-7L/min。
④钨极伸出长度
喷嘴与工作距离越大，气体保护效果越差，但太近会影响焊工视线，并容易使钨极与熔池接触产生夹钨，一般在8~12mm之间，同理钨极伸出长度一般为5~10mm。
知识点2 手工钨极氩弧焊焊接工艺 重要内容：
①氩气保护
要求氩气中的氧、氮、氢和水份少，氧和氮使焊缝金属氧化和氮化，使其变脆并烧损合金元素。不锈钢和耐热钢焊接直流正极性时，氩的纯度为99.7%。
②工艺因素
喷嘴至工件的距离越近，保护效果越可靠，并可提高抗外界气流扰动和侧向风的能力，焊接速度过快或无规则，干扰了保护气流，侧向风较大时，必须采取防风措施。
③焊前清理
a.严格清除焊丝和坡口及坡口表面20mm范围内油脂、水分、氧化膜；b.用钢丝轮或磨削、抛光将坡口及两侧的氧化膜、铁锈等清除；c.用汽油或丙酮等有机溶剂清洗去油脂。
④焊丝的选择 打底焊多选用Φ2~Φ2.5焊丝，焊丝长度以500~1000mm为准，焊丝使用前需清理表面的油脂、锈蚀及氧化物，不锈钢最好用化学清洗。
⑤定位焊 焊接时应与正式焊接的焊丝和工艺相同，定位焊缝长度10~15mm,高度2~3mm,定位焊应保证焊透、无缺陷，两端应加工成斜坡形，以利接头。
知识点2 操作要领
主要内容：焊接时为了避免钨极烧损，甚至造成钨污染，通常采用非接触引弧，即高频震荡或高频脉冲引弧，为保证焊接质量，应加引弧板，以防止钨极从冷态突然升到高温，引起端部爆裂，飞溅落入熔池造成夹钨。焊接接头时，填放动作要轻、稳，不要扰乱氩气保护，焊丝可随焊枪同步稍作慢横向摆动，以增加焊缝宽度，切忌与钨极碰撞，否则造成使钨极污染，加速其烧损，并会引起夹钨。焊丝熔滴一般应在熔池底部（约1/3处）给送，而不能在钨极下方或电弧柱中滴入，否则容易碰撞钨极，还会影响焊缝成形。为了便于观察，钨极伸出喷嘴端2~3mm,钨极距熔池表面距离保持2~4mm,收弧时，当焊机配有电流自动衰减功能时，可采用电流衰减收弧法，按动电流衰减按钮焊接，电流逐渐减小，直至金属不熔化，该方法收弧无弧坑，无缩孔。若没有此装置，收弧时，焊接速度适当减慢，增加焊丝填充量，填充熔池随后将电弧移至坡口边缘上，快速熄灭，但要延迟送气3~5秒，保护高温熔池不被氧化。焊接接头形式及焊接符号
7.1 焊接接头形式和坡口 知识点1 焊接接头形式
主要内容：焊接接头形式有四种即对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头。（1）对接接头
两焊件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，称为对接接头。连接对接接头的焊缝形式可以是对接焊缝，也可以是角焊缝或对接和角接的组合焊缝，但以对接焊缝居多。对接接头的坡口形式主要有Ⅰ形坡口、V形、U形X形（双面V形）坡口等。常见对接接头形式如下图。
对接接头从力学角度分析是比较理想的接头形式，它的受力状况较好，应力集中较小；能承受较大的静载荷或动载荷，接头效率高。是焊接结构和锅炉压力容器受压元件应用最多的接头形式。为保证焊接质量，减少焊接变形和焊接材料的消耗，需要把焊件的对接边缘加工成各种形式的坡口。一般钢板厚度在6mm以下，可开Ⅰ形坡口（即不开坡口，但重要结构厚度3mm时，就应开坡口）；厚度6~26mm时，采用Ⅴ形或Y形（带钝边Ⅴ形）坡口；厚度12~60mm时，采用X形（双面Ⅴ形）坡口或双面Y形坡口，它可比单面V形或Y形坡口减少填充金属量近一半左右，焊后变形也较小。U形或双面U形坡口的填充金属量更少，焊后变形更小，但加工困难。
T形接头
一焊件之端面与另一焊件表面构成直角或近似直角的接头，为T形接头。连接T形接头的焊缝形式有角焊缝、对接焊缝和组合焊缝。坡口形式为单边V形、I形、K形、U形及带钝边J形坡口等。T形接头形式如下图。
T形接头由于焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下内部应力分布极不均匀，特别是角焊缝，其根部和过渡处都有很大的应力集中。因此这种接头承受荷载尤其是动荷载的能力较低。对于重要的T形接头必须开坡口并焊透，或采用深熔焊接，方可大大降低应力集中。
（3）角接接头
两焊件端部构成大于30°、小于135°夹角的接头，为角接接头。其焊缝形式有对接焊缝、角焊缝，坡口形式有I形、Y形、单边Y形及K形坡口（双面单边V形坡口）。角接接头如下所示。
（4）搭接接头
搭接接头是指两焊件部分重叠在一起所构成的接头，如下图所示。其焊缝形式有角焊缝、塞焊缝，坡口形式有I形坡口、塞焊坡口。这种接头的强度较低，尤其是疲劳强度，只用于不重要的结构。不开坡口的搭接接头一般用于厚12mm以下钢板，其重叠部分长度由设计决定（通常L>2（δ1+δ2）。当重叠钢板面积较大时，为保证强度可分别选用圆形内塞焊或长孔内角焊的形式。塞焊点间距和长度L可由设计确定。
知识点2 焊接坡口
主要内容：1坡口的选择
为了满足焊接工艺的需要，并保证接头的质量，焊件需用机械、火焰或电弧等方法加工出坡口，及开坡口。坡口的形式主要取决于焊接方法、焊接位置、工件的厚度、熔透要求及经济合理性等因素。选择坡口应注意如下问题：
焊接材料的消耗量；可焊到性；坡口加工条件；焊接变形等。
同厚度的工件，采用双面V形或Y形坡口比V形或Y形坡口可节省较多的焊接材料，电能和工时。选择适当的坡口形式，配合合理的工艺，还可有效地减小焊接变形。
焊条电弧焊为了保证焊透，通常板厚大于6mm开坡口，开V形坡口常带钝边，钝边的作用就是为了防止烧穿。
2坡口的加工
坡口的加工方法可根据工件尺寸、形状及加工条件选择，一般有以下几种方法：
剪边 I形坡口可在剪板机上剪切加工，然后用刨边机进行细加工。刨边 用刨床或刨边机加工坡口，有时也可采用铣削加工。车削 用车床或车管机加工坡口，适于加工管子的坡口。
热切割 用气体火焰或等离子弧手工切割或自动切割机加工坡口。可切割出V形或Y形、双面Y形坡口，如球罐的球壳板坡口加工。
碳弧气刨 主要用于清理焊根时的开坡口，效率较高，但劳动条件较差。铲削或磨削 用手工或风动工具铲削或使用砂轮机（或角向磨光机）磨削加工坡口，此法效率较低。多用于缺陷返修时的开坡口。
坡口的加工质量，如平整度、直线度及尺寸均匀性等对于焊缝质量有很大的影响。焊接接头性能
8.1 焊接时的冶金反应
知识点1 焊接过程的冶金反应
重点内容 ：焊条的熔点约1200℃，在加热到100℃水开蒸发，200~400℃结晶水汽蒸发，温度再上升，药皮中的有机物分解燃烧，生成CO、CO2、H2等气体，药皮中的高价氧化物和盐也发生分解析出CO2、O2气体。这些气体与熔化金属发生作用，焊条的熔滴平均温度1800~2400℃之间，这一阶段，气体的分解和熔解，金属的蒸发，金属及其合金的氧化和还原，焊缝金属过渡等反应，随着金属的凝固和气体析出，熔渣浮出完成焊接过程。
知识点2 N、H、O对金属的作用
重点内容 ：N与Fe、Ti、Mn、Si、Cr既溶解又形成稳定的氮化物，N在Fe中的溶解度随温度的升高而增大，在2200℃达到最大值，当液态铁凝固时，过饱和的氮以气泡形式向外逸出，当熔池金属结晶速度超过气泡速度就会形成气孔，与此同时N以过饱和的形式存在于固溶体中，还有部分以针状物析出分布于晶界和晶内，使焊缝的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，N还是促使焊缝金属时效脆化的元素。焊缝中N处于不稳定状态，随着时间延长，过饱和的氮将逐渐析出，形成稳定针状物，使焊缝塑性、韧性进一步下降，硬度升高。H在300~700℃时容易被液态金属吸收，一部分在熔池凝固过程中逸出，有相当多的H来不及逸出而残留在焊缝中。氢导致金属变脆，导致钢塑性显著下降，还有一部分N形成气孔在焊缝中。氧在焊缝中同样使塑性、韧性明显下降。焊接区O的来源，主要是大气和焊条药皮，焊剂及焊丝表面上的铁锈和水分等。
知识点3 焊缝的硫与磷
重点内容 硫通常以FeS形式存在在液态铁中可无限互溶，而在室温仅为0.015%左右，因此熔池结晶时产生偏析，以低熔点共晶物的形式呈片状或链状分布于晶界，引起热脆性，甚至产生结晶裂纹，还会降低冲击韧性和耐腐蚀性。合金钢，尤其是高Ni合金钢焊接，硫与镍形成熔点更低的共晶体产生结晶裂纹倾向更大。磷在钢中以Fe2P和Fe3P形式存在，磷化铁常分布在晶界，减弱了晶粒间的结合力，它本身硬而脆，增加钢的冷脆性，使脆性转变温度升高，焊接奥氏体钢和低合金焊缝含磷高时，引起结晶裂纹。8.2 焊缝的性能
焊件经焊接后所形成的结合部分称焊缝。知识点1 焊接熔池结晶特征
重点内容 焊接时，熔池从高温到常温经过二次组织转变，即从液态转变为固态，另一次是高温焊缝冷却到室温时，发生组织转变，宏观观察焊缝金属断面发现，焊缝的晶体形态主要是柱状晶和少量等轴晶，如用显微镜进行微观分析，焊接熔池结晶组织有几种：脆状晶，脆状树枝晶，树枝晶，等轴晶。粗大的柱状晶不仅降低焊缝的强度，而且降低塑性、韧性。树枝晶比脆状晶产生的裂纹倾向大，而粗大的树枝晶比细小的树枝晶裂纹倾向还大。焊缝中的化学成分是不均匀的，这主要是因为熔池结晶时，冷却速度很快，已凝固的化学成分来不及扩散，造成合金元素分布不均匀。熔合区是焊接接头中的一个薄弱地带，该区存在严重的化学成分不均匀，同时存在物理不均匀性，异种金属焊接时更为突出。
知识点2 焊缝金属的固态相变
重要内容 ①低碳钢焊缝组织 主要是铁素体与少量珠光体，相同化学成分的焊缝金属冷却速度越大，珠光体含量越多，组织细化，硬度越高。
②低合金钢焊缝组织 主要是铁素体、珠光体外，还有贝氏体、马氏体，其中片状马氏体硬度很高，而且很脆。8.3 热影响区的性能
知识点1 热影响区的组织分布
热影响区是焊接过程中，材料因受热而发生金相组织和力学性能变化区域。重要内容①热影响区加热温度高约1350℃，加热速度快，高温停留时间短，焊条电弧焊约4-20S,埋弧焊30~100S,自然条件冷却，局部加热等特点，因此不同点经历不同的热循环，得到不同组织。
②低碳钢及不易淬火的低合金钢的热影响区组织 ⑴熔合区介于焊缝中间，组织有较大不均匀性，⑵过热区在1100℃以上到固相线以下，金属处于过热状态，奥氏体晶粒发生严重长大，冷却后点到粗大组织，该区的韧性很低，刚性较大的结构常产生脆化或裂纹。⑶正火区，该区域发生重结晶，铁素体和珠光体全体转为奥氏体，然后冷却到常温，变到细小的铁素体和珠光体，其塑性、韧性都比较高，⑷不完全重结晶区，只有一部分发生相变重结晶，故性能有所下降。
知识点2 热影响区的性能
重要内容 热影响区硬化了，主要是在熔合区，主要表现有粗晶脆化、析出脆化、组织脆化、热应变时效脆化、氢脆化和石墨脆化。这种脆化导致脆性转变温度提高、韧性下降。热影响区的强度塑性也是不均匀的，粗晶区硬度、强度高于母材，塑性低于母材，因此热影响区的熔合区和过热区的金属晶粒严重长大，导致该区塑性韧性严重下降，成为焊接接头的薄弱环节。8.4影响焊接接头性能的因素及其控制 知识点1 焊接材料的影响
重要内容 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）向熔池中加入细化晶粒的合金元素，如Mo，V、Ti、Nb等进行变质处理。低碳钢和低合金钢向焊缝加Mn、Si,一方面充分脱氧，还可固溶强化提高焊缝强度，耐热钢、不锈钢选择焊接材料的化学成分与母材基本一致。
知识点2 线能量和焊接参数的影响
重要内容 焊接线能量直接影响焊热循环，线能量的确定，主要却决于过热区的脆化和冷裂两个因素。焊接含碳量低的热轧钢及含碳量偏下限的16Mn钢，由它的淬硬倾向较小，采用小线能量的冷裂倾向不太大。对焊接强度级别在392~441Mpa的15MnV钢时，为避免沉淀相溶入及晶粒长大二引起脆化，线能量的选择应偏小些。对含碳量和合金元素高的490Mpa级正火钢18MnMoNb钢时, 淬硬倾向增大，线能量减小时的过热区的冲击韧性反而降低，易导致延迟裂纹，故线能量应偏大些。在焊接速度一定时，焊接电流较小时，易变到脆状晶。电流增大时，变到脆状树枝晶，电流继续增大，会得到粗大的脆状树枝晶组织，直接影响焊缝性能。
知识点3 焊后热处理的影响
重要内容 焊后热处理是改善焊接接头的有效工艺措施，尤其有益于提高热影响区的塑性和韧性。焊后热处理的主要作用是消除焊接残余应力，提高抗腐蚀能力，淬火区的回火软化，消除焊缝中的氢，防止产生延迟裂纹，提高冲击韧性、强度和蠕变强度，提高结构尺寸的稳定性。特种设备常用金属材料的焊接
知识点1 低碳钢焊接
重要内容 锅炉压力容器受压元件常用的低碳钢有Q235A、Q235B、20#、20R。这些材料焊接性良好。焊条电弧焊时，当板厚增大，刚性增大，焊缝裂纹倾向也增大，因此宜采用碱性焊条，埋弧焊可用H08A配合高锰高硅低氟焊剂HJ430。
知识点2 低合金高强钢焊接
重要内容 ①锅炉压力容器低合金高强钢有16Mn、16MnR、Q345R、16MnHP、15MnVR此类钢的强度级别在294~392Mpa区间多为热轧钢，只有当板厚>25mm时为正火钢，正火后的强度略有下降，但塑性韧性有所提高，且降低了脆性转变温度。对于强度级别较高15MnVR、18MnMoNbR的高强钢，由于加入了合金元素，增加了材料淬硬倾向，有些元素还形成了低熔点化合物，使焊缝出现各种不利的组织。在扩散氢及热应变循环的共同作用下，还会产生裂纹或引起粗晶脆化。
②低合金高强钢焊接的主要问题有热裂纹、冷裂纹、再热裂纹，其中冷裂纹是重中之重，从材料本身考虑，淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。随着钢的强度级别提高，合金元素的增加，其淬硬倾向逐渐增大。在冷却速度较大时，热影响区会出现贝氏体和大量马氏体，尤其是粗大的孪晶马氏体，其缺口敏感性增加，严重脆化，在焊接应力下产生冷裂纹。此外还会由于扩散氢的富集在淬硬脆化区引起显微裂纹。裂纹尖端形成三向应力区，并再行诱导氢扩散富集，使裂纹扩展为宏观裂纹即延迟裂纹。因此低合金高强钢焊接，应根据母材碳及合金元素含量、板厚、接头形式、结构特点，合理选择线能量，采用碱性低氢型焊条和碱度较高的焊剂，且焊材严格烘干。根据环境温度，拘束条件确定预热温度，厚度超过一定范围要采取焊后热处理，以降低热影响区硬度，提高塑性、韧性、消除应力和扩散氢的影响。
③15MnVNR钢的焊接 此钢淬硬倾向并不严重，焊接接头的硬度不超过350HV，热影响区不会发生回火软化，过热区稍有脆化，随着线能量的增大，其冲击韧性逐渐下降，因此采用较小的线能量。当板厚大于25mm时，应预热150℃以上。焊条电弧焊选用J607，也可选用J557Mo，埋弧焊选用H08MnMoA焊丝，配合HJ350。
知识点3 珠光体耐热钢的焊接
重要内容 珠光体耐热钢常用钢号有12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV等，此类钢有较好的高温抗氧化性和热强性。12CrMo钢含碳量较低，焊接性较好，厚度大于10mm时应预热150℃以上，焊条电弧焊时应选R207。埋弧焊选H08CrMoA焊丝，配合HJ350。
知识点4 不锈钢的焊接
重要内容 常用的不锈钢有0Cr19Ni9、0Cr13、Cr17等。奥氏体不锈钢焊接主要问题是：焊接接头的晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、焊缝热裂纹、液化裂纹、接头的脆化等。焊接前后，钢材表面应进行酸性和钝化处理，焊前尽量用等离子切割，封头成形如用热压，应进行耐腐蚀性变化检验。奥氏体钢的热导率小，线膨胀系数大，焊接变形也较大，焊接时应选择能量集中的焊接方法并采用较小的线能量，进行快速焊接。马氏体不锈钢焊接的主要问题是冷裂纹和脆化的问题，拘束度越大，越容易引起冷裂纹。焊接时应采取预热措施，预热温度150~400℃，焊后还应进行热处理，以获取符合要求的综合力学性能。焊接变形及其控制
知识点1 焊接变形的种类 重要内容 有焊接变形就产生焊接应力，即焊接构件由焊接产生的内应力。焊接变形有纵向收缩变形、横向收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、错边变形、扭曲变形。
知识点2 影响焊接变形的因素
重要内容 焊接位置不对称时易引起弯曲变形，焊接接头重心与焊缝截面重心不重合易引起角变形。结构刚性，结构截面积越大则拉伸变形越小。装配，焊接顺序，一般对称布置焊缝，最好由偶数的焊工对称同时焊接，这样可以使变形相互抵消。焊接线能量越大，产生的热塑性变形也越大，变形也增加。焊缝尺寸越大，变形越大，单面坡口比双面坡口变形大。1m以上的焊缝，直通焊变形量大，从中心向两端焊和逐段退焊可减小变形，从中心向两端退焊变形最小。
知识点3 防止变形的措施
重要内容 在设计上选择合理焊缝尺寸和坡口形式，合理安排焊缝位置。在工艺上，采取预留余量法，反变形法，选择合理的装配焊接顺序，合理选择焊接方法和焊接参数，锤击法等。焊接缺陷
知识点1 焊接缺陷的分类
重要内容 裂纹分为微观裂纹、纵向裂纹、横向裂纹、放射裂纹、弧坑裂纹。孔穴包括气孔、球形气孔、均布气孔、局部密集气孔、链状气孔、条形气孔、长形气孔、表面气孔、缩孔、弧坑缩孔。固体夹杂，包括夹渣、焊剂和溶剂夹渣、氧化物夹杂、皱褶、金属夹杂等。未焊透（焊接时，根部未完全熔透的现象，对接焊缝指焊缝深度未达到设计要求的现象）和未熔合（未熔合产生原因：①线能量太小；②电弧偏吹；③气焊火焰坡口加热不均匀；④打底焊时电弧燃烧时间短）。形状缺陷包括咬边、缩沟、焊缝超高、凸度过大、下塌、局部下塌，焊缝形状不良、焊瘤、错边、角度偏差、下垂烧穿、未焊透、焊脚不对称、焊缝宽度不齐、根部收缩、焊缝接头不良。电弧擦伤、飞溅、钨飞溅、表面撕裂、磨痕、凿痕、打磨过量、定位缺陷等。
11.2 焊接缺陷形成及防止 知识点1 热裂纹
重要内容 热裂纹是焊接过程中，焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹。这种裂纹的特征是沿奥氏体晶界开裂，裂纹多贯穿于焊缝表面，裂纹宽度0.05~0.5mm，比冷裂纹大几十倍，热裂纹多产生于焊缝，也出现于热影响区。焊接低碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢都有可能产生热裂纹。
知识点2 冷裂纹
重要内容 冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度（Ms温度以下）时产生的焊接裂纹。冷裂纹的起源多发生在具有缺口效应的焊接热影响区，或者有物理化学不均匀的氢聚集地带。裂纹有时沿晶界扩展，也有时穿晶扩展。冷裂纹可以焊后立即出现，也有经过几小时，几天才出现。冷裂纹主要发生在高、中碳钢、低中合金高强钢的焊接热影响区。冷裂纹产生主要决定于钢种的淬硬倾向、氢的作用和焊接接头的应力状态。因此，高强钢焊接时，产生冷裂纹的机理在于钢种淬硬之后受氢的侵袭和诱发，使之脆化，在拘束应力的作用下产生了裂纹。防止冷裂纹的措施有：选用良好力学性能、抗裂性能，并含S、N、P等杂质少的材料，选用优质的低氢焊条，清理工作破口，焊丝表面铁锈，油脂和水分，适当加入Ti、Nb、V等合金元素，提高焊缝的塑性和韧性，采取进行焊前预热和焊后热处理工艺，避免强力组装，防止错边、角变形引起的附加应力。
知识点2 夹渣和气孔 重要内容 夹渣是焊接熔渣残留在焊缝中的缺陷。立焊和仰焊容易产生夹渣。夹渣产生的原因是：坡口角度或焊接电流过小，熔渣粘度大，操作不当使熔渣和熔化金属不能很好分离，焊条药皮整块脱落又未熔化，或者清渣不彻底等。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残留下来在焊缝金属内部和表面所形成的空穴称为气孔。气孔主要是H2和CO气孔，防止气孔的措施有焊条和焊剂按规定要求烘干，焊条焊皮无油无锈，选择含碳量低，脱氧能力强的焊条。认真清理坡口及两侧，去除氧化物、油脂、水分等，短弧操作，风速、雨雪环境应有防护措施等。
气孔产生的原因：①焊条和焊剂受潮；②焊芯或焊丝生锈，表面油水；③电流偏小，熔池存在时间短，不利于气孔逸出；④保护气体含水分。11.3 焊接缺陷的返修 知识点 焊接缺陷的返修
重要内容 锅炉压力容器及其重要结构的焊缝表面存在的裂纹、气孔、深度大于0.5mm的咬边，内部缺陷超过标准规定的缺陷，力学性能，耐腐蚀性能等达不到要求的均应返修，按照新《容规》规定，焊缝的返修应由合格的焊工担任，返修工艺措施应经过焊接责任工程师审批同意，同一部位的返修次数不宜超过2次。返修操作的要领：①返修时在高拘束条件下进行的，容易产生金属晶粒粗大、硬化，降低接头性能，甚至引起裂纹，故力求一次合格；②因有经验的持证焊工操作；③清除缺陷时，每侧不应超过板厚的2/3；如此时还有缺陷，则应将该侧补焊后再从背面找缺陷，再补焊；④采用碳弧气刨应防止夹碳、粘渣、铜斑等缺陷，否则应磨掉，并消除渗碳层、氧化皮等；⑤返修部位表面，应修磨与原焊缝表面一致，圆滑过渡，以减少应力集中；⑥修补后应按原规定进行检测。焊接检验与质量管理 12.1 焊接检验 知识点1 外观检验
重要内容 外观检验时由肉眼或5~10倍放大镜检查焊缝表面质量，主要检查焊缝几何尺寸、咬边、弧坑、表面裂纹、错边量、角变形等缺陷。
在压力容器主要受压元件焊缝表面不得存在裂纹、气孔、夹渣及弧坑等缺陷，并不得保留熔渣和飞溅物。
知识点2 无损检测
重要内容 常用无损检测的方法有射线检测（RT）、超声波检测（UT）、磁粉检测（MT）、渗透检测（PT）等。
知识点3 焊接接头的化学成分和性能鉴定
重要内容 ①化学成分分析 主要用于检查焊缝或堆焊层的化学成分，以分析和间接判断其性能；
②金相检验 主要用来检验焊缝及热影响区的组织，晶粒度以及各类夹杂物、缺陷等，并可间接评定焊接工艺的正确性，及其接头的性能。常用金相宏观检验；
③力学性能试验 力学性能试验主要包括拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、疲劳试验等；
④耐压试验 分为气压试验与水压试验。水压试验是为检验焊缝的密封及结构整体强度，并检验结构在设计压力下安全运行的能力。水压试验检查无渗漏，无可见变形，试验过程中无异常响声为合格。12.2 质量管理
知识点 焊接质量控制
重要内容 ①焊工管理 焊接锅炉压力容器、压力管道的焊工，应按《特种设备焊接操作人员考试细则》考试合格，并取得合格证。持证焊工只能承担考试合格范围内的焊接工作。焊工合格证有效期四年。焊工的日常管理包括培训、考试、建立焊工档案、进行业绩考核、登记质量事故等；
②焊接材料 焊材管理主要包括：焊材订货采购控制、焊材入库验收与复验、焊材一级库存保管，二级库的烘干、发放和回收等；
③焊接工艺评定与焊接作业指导书
1 不同焊接方法的特点
1) 焊条电弧焊:是应用最广泛的连接金属的焊接方法, 其主要原因是它的灵活性, 凡是焊条能达到的任何位置的接头, 均可采用手工电弧焊方法连接;由于焊接过程由焊工控制, 可以根据观察适时调整, 故对焊接接头的装配尺寸要求相对降低;可焊金属材料广, 但熔敷效率低;手工焊焊缝质量在很大程度上依赖于焊工的操作技能及现场发挥, 甚至焊工施焊过程中的精神状态也会影响焊缝质量。
2) CO2气保焊:相比手工电弧焊, CO2焊焊接成本低、生产效率高、焊后变形较小;应用范围广, 可以焊接薄板、厚板以及全位置的焊接等;焊缝抗裂性能高, 焊缝低氢且com含氮量也较少;抗锈能力强, CO2焊对焊件上的铁锈、油污及水分等, 不像其他焊接方法那样敏感, 具有较好的抗气孔能力;操作性好, 具有手弧焊那样的灵活性。但是CO2气体保护焊也有一些缺点, 在电弧空间里, CO2气体氧化作用强, 要使用含有较多脱氧元素的焊丝来实现焊接熔池的脱氧;不论采用什么措施, 飞溅仍比手弧焊大得多。
3) MAG焊 (Ar80%+CO220%) :显著提高电弧稳定性, 熔滴细化, 过渡频率增加, 飞溅大大减少 (飞溅率为1%～3%, 采用射流过渡时几乎无飞溅) , 焊缝成形美观。此外, 采用混合气体保护还可以改善熔深形状, 未焊透和裂纹等缺陷大大减少, 并能提高焊缝金属的力学性能, 减少焊后清理工作量, 节能降耗, 改善操作环境。MAG焊可采用短路过渡、喷射过渡和脉冲喷射过渡进行焊接, 能获得稳定的焊接工艺性能和良好的焊接接头, 具有良好的适应性和可操作性。
2 对接接头的特点及分析
对接接头的设计主要包括接头的坡口形式选择、坡口尺寸 (坡口角度、坡口面度、钝边、根部间隙) 的确定等内容。我们认为CO2焊、MAG焊对接接头应具有以下特点:CO2焊、MAG焊不开坡口的最大厚度可由焊条电弧焊的6mm提高到12mm;开坡口接头的坡口角度可由焊条电弧焊一般的60°减少到30°左右, 钝边高度可比焊条电弧焊增加1.5～2.5mm, 根部间隙可减少1～2mm, 这是因为CO2焊、MAG焊较焊条电弧焊有以下几个方面的优势。
1) CO2焊、MAG焊采用混合气体保护, 热量集中, 受热面积明显比焊条电弧焊少, 所以熔化极气保焊热量利用率高, 有效功率系数大, 焊接熔深显著增加。
2) CO2焊、MAG焊电流密度大, MAG焊采用φ1.0焊丝短路过渡时, 焊接电流一般为160～220A, 电流密度为204～280A/mm2;采用φ1.6焊丝射流过渡时, 焊接电流一般为300～370A, 其电流密度为149～184A/mm2;而采用焊条电弧焊时, φ4焊条的焊接电流一般为160～220A, 其电流密度只有13～18A/mm2, 远小于MAG焊。所以, 熔化极气保焊电流密度大, 电弧穿透力强, 熔深大, 单道焊缝厚度大。
3) CO2焊、MAG焊采用的是纯CO2气体或者Ar+CO2混合气体保护的焊接方法, 不必象焊条电弧焊那样需考虑焊条药皮熔渣的上浮而设计较大的坡口角度 (坡口面角度) , 此外, 焊丝直径较细, 焊丝容易深入坡口底部, 在间隙较小时, 有利于根部焊透。按照上述原则设计的焊接接头, 一方面可以减少焊丝的填充量, 节省因坡口加工产生的母材消耗, 节省了气体的消耗量和电能, 降低了成本, 提高了劳动生产率。另一方面可以减少焊接热影响区的宽度, 减少焊接应力与变形, 提高焊接质量。
3 角焊缝焊脚的特点及分析
1) 有人常错误地认为焊脚越大, 接头的承载能力越高, 故设计时, 常选用较大的焊脚。但经实验证明, 大尺寸焊脚的角焊缝单位面积的承载能力并不大, 反而较低。由于焊脚过大, 接头受热较严重, 因此, 焊接应力与焊接变形大。此外焊脚过大, 填充材料用量增加, 焊接时间增长, 焊接成本也较高。
2) CO2焊、MAG焊可采用较焊条电弧焊较小的焊脚我们知道, 工程上为了安全可靠和计算简便常假定角焊缝都是在切应力作用下破坏的, 一律按切应力计算其强度, 并假定危险断面是在角焊缝截面的最小高度处, 该最小高度为该断面的计算厚度, 并忽略焊缝余高和少量熔深的影响。对于焊条电弧焊由于熔深较浅, 可忽略其影响, 如图1所示其计算厚度为:a条=0.707K条;对于CO2焊、MAG焊, 由于熔深较大, 故必须考虑其影响。根据《焊接手册》, 如图2所示, 其计算厚度为:
当K气≤8, a气=K气
当K气>8,
a气= (K气+P) cos45°
=0.707 (K气+3) (取P=3)
由于角焊缝的切应力与焊缝的长度、所受外力及断面计算厚度有关, 在焊缝长度和外力相同的情况下, 要使两种焊接方法角焊缝强度相等, 即切应力相等, 则两者的断面计算厚度就应相等, 即a条=a气, 经简化可得到如下公式:
当K小于或等于8, K气=0.707K条
当K>8, K气=K条-3
由此可见, 在保证接头强度相等的情况下, 当焊脚较大时 (K>8) , 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊小3mm;当焊脚较小时 (K≤8) , 采用MAG焊的焊脚仅为焊条电弧焊的0.707倍。
4 焊接对比试验
1) 对接接头力学性能试验参照JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》进行, 目的是对坡口角度较小、钝边较大、间隙较小的CO2焊、MAG焊焊接接头与焊条电弧焊焊接接头的力学性能进行对比分析。
试验材料母材Q345 (16MnR) , 规格300×125×10, 焊条电弧焊开60°V形坡口, 钝边3mm, 间隙1mm;CO2焊、MAG焊开30°V形坡口, 钝边3mm, 间隙1mm。
焊条电弧焊焊条E5015, φ3.2、φ4, 单面焊双面成形;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2, 单面焊双面成形;MAG焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气80%Ar+20%CO2, 单面焊双面成形。
检验项目外观检查, X射线探伤, 焊接接头力学性能试验 (拉伸试验和弯曲试验) 。
试验结果外观检查合格;X射线探伤底片均为I级;焊条电弧焊抗拉强度为526MPa和534MPa;CO2焊抗拉强度为567MPa和570MPa;MAG焊抗拉强度为546MPa和552MPa;均大于母材的拉试验度;180°冷弯试验, 三种焊接方法面弯、背弯各2次全部合格。
2) 焊缝厚度的比较
(1) 对接接头焊缝厚度试验:对接接头的焊缝厚度是指焊缝的正面到焊缝背面的距离, 对接接头焊缝厚度试验, 是对不开坡口的对接接头。以下分别采用焊条电弧焊和CO2焊、MAG焊进行焊接来比较它们的断面焊缝厚度。
试验材料母材Q235B, 规格300×125×10, 接头不开坡口, 留1mm间隙。
焊接材料及焊接要求:焊条电弧焊E4304, φ4;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2;MAG焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气80%Ar+20%CO2;均为单层单道焊。
检验项目外观成形检查, 5个断面宏观金相焊缝厚度检验。
检验结果3个试件外观成形良好, 从5个断面的宏观金相来看, MAG焊焊缝厚度明显大于焊条电弧焊, 平均大3mm左右, 而CO2焊焊缝厚度较MAG焊更大, 这是因为CO2焊比MAG焊的电弧熔深大的缘故。
(2) T形接头角焊缝试验:T形接头角焊缝试验目的是对CO2焊、MAG焊接头断面的熔深与焊条电弧焊接头断面熔深及成形对比分析。
试验材料母材Q235B, 规格300×125×10, 接头不开坡口, 留1mm间隙。
焊接材料及焊接要求焊条电弧焊E4303φ4;CO2焊焊丝ER50-6, φ1.2, 保护气CO2;MAG焊焊丝ER50-6φ1.2, 保护气80%Ar+20% CO2, 单道焊。
检验项目外观成形, 5个断面宏观金相熔深检验。
检验结果3个试件焊缝外观成形较好, 根部均焊透。CO2焊、MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊, 其中CO2焊熔深最深, 均呈圆弧状。
5 焊接对比试验分析
从对接接头力学性能试验可知, CO2焊、MAG焊与焊条电弧焊的焊接接头抗拉强度均大于母材的抗拉强度, 焊接接头的冷弯试验全部合格。这说明减少坡口角度, 增加钝边高度, 减少间隙的CO2焊、MAG焊的焊接接头力学性能均高于焊条电弧焊, CO2焊焊缝的抗拉强度较高, 但是MAG焊的综合力学性能更好。从对接接头焊缝厚度试验可知, 不开坡口的CO2焊、MAG焊的焊缝厚度明显大于焊条电弧焊。
从对T形接头角焊缝熔深试验可知, CO2焊、MAG焊的熔深明显大于焊条电弧焊, 且CO2焊、MAG焊焊缝的断面成形也优于焊条电弧焊, 这说明CO2焊、MAG焊可通过减少焊脚大小来获得等强度的焊条电弧焊角焊缝接头。
6 结论
1) 对于开坡口的对接接头, CO2焊、MAG焊坡口角度可由焊条电弧焊的60°减少至30°～35°, 钝边可增大1.5～2.5mm, 根部间隙可减少1～2mm。对于角焊缝, 当焊脚K>8时, 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可比焊条电弧焊减少3mm;当焊脚K≤8时, 采用CO2焊、MAG焊的焊脚可取焊条电弧焊焊脚的0.7倍即可。基于以上原因, CO2焊、MAG焊的焊接成本均远低于焊条电弧焊, MAG焊因为富氩较CO2焊略高, CO2焊的成本是焊条电弧焊的50%左右。
2) 从力学性能试验可知, 接头抗拉强度以CO2焊最高, MAG焊次之, 焊条电弧焊最低, 但都高于母材规定的最小值;究其原因是由于CO2焊焊缝有轻量渗碳作用, 但是MAG焊焊缝的综合力学性能更好, 焊条电弧焊焊缝的各种性能均可以达到母材的要求。
3) 焊条电弧焊使用性最灵活, 适应性最强, 但焊接变形大且难以控制, 生产率低;CO2焊焊接成本低、生产效率高、焊后变形较小, 应用范围广;MAG焊显著提高电弧稳定性, 熔滴细化, 过渡频率增加, 飞溅大大减少, 焊缝成形美观。故我们在要求外观的重要焊缝采用MAG焊, 在工厂制作中往往采用高效低成本的CO2焊, 在野外现场作业一般采用焊条电弧焊。
摘要：通过对焊条电弧焊、CO2气保焊、混合气体保护焊的工艺试验及评定, 证明了熔化极气保焊具有高效质优的优点, 确定了在不同的生产施工条件下合理采用不同的焊接方法以及焊接工艺, 对中铁二十一局集团第二工程有限公司的钢结构工程的生产有着较高的可操作性和实践指导意义。
关键词：钢结构,焊接方法,焊条电弧焊,气保焊
参考文献
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关键词：钛管道；技术；焊接
中图分类号：TG457.6文献标识码：A文章编号：1006-8937（2012）05-0153-02
1钛材特性
钛密度4.5 g/cm3，熔点1 668℃，在20℃其线胀系数8.4×10-6/℃，热导率16.329 W/（m·k）,钛及钛合金具有良好耐腐蚀性能，在氧化 性、中性及有氯离子的介质中，其耐腐蚀性优于不锈钢。纯钛是一种银白色金属，882℃以上为体心立方结 构，称β钛，低于此温度为密排六方结构，称α钛。随钛中合金元素及杂质含量的不同，同素异构转变温度也不相同。钛与氧的亲和力很大，甚至在室温下都能迅速生成稳定而致密的氧化膜。由于此膜的存在，钛具有良好的耐腐蚀性，钛中溶解的氧和氮能明显地起到强化作用，但塑性显著降低。氢会使钛及钛合金脆化。工业纯钛由于塑性韧性好、耐蚀性、焊接性好和易于成形等优点，在化工领域得到广泛应用。
2钛的焊接性
气体等杂质污染而引起焊接接头脆化，钛是一种活性金属。它在常温下能与氧生成致密的氧化膜而保持高的稳定性和耐腐蚀性；在高温下与氧、氮、氢、碳都有很强的亲和力，反应速度较快，在300℃以上快速吸氢，600℃以上快速吸氧，700℃以上快速吸氮，而且空气中含有大量的氧和氮，氮、氧、氢的增加使钛和钛合金焊缝变脆而使其塑性严重下降。因此为了避免空气的污染，钛材焊接时要求对焊接区及温度高于400℃的部位进行保护。焊缝气孔：此种材料焊接时，对于焊接区的水分、油脂、氧化物等杂质特别敏感，容易产生大量气孔。因此焊前应对坡口及其周围、焊丝等进行清理。
3焊接一般环境要求
①空气相对湿度≤90%。
②氩弧焊时风速小于2 m/s。
③雨天作业时采取适当措施，如搭设防风挡雨棚等。
工作 场所应具有焊接材料的储存、清洗设施和良好的施焊条件。
④每天焊接前必须用Phenathroline（邻二氮杂菲）法检验焊件周围空气中铁离子浓度。
⑤在焊接现场周围分散放置试纸，8 h后仅有1～2个点试纸变色则可施焊。配方如下：溶解272g CH3COONa.3H2O于500 ml热蒸馏水中，加240 ml冰醋酸，然后以蒸馏水稀释至1 000 ml；溶解3.5 g盐酸胺于350 ml蒸馏水；溶解2.5 g的1∶10 Phenathroline（邻二氮杂菲）水化物于约200 ml热蒸馏水中并稀释至300 ml。将三种溶液混合得1 650 ml混合液即可。
⑥操作人员必须穿戴干净的不会造成铁离子污染的劳保用品，这些专用的防护服和鞋套应隔离放置并保持洁净。
4焊接方法
焊接方 法采用GTAW，对于管子壁厚δ＜5 mm的薄件用直流反接，利用其“阴极雾化”效应（工件接受正离子轰击，可使其表面 氧化膜破碎切除去），以获得表面光洁美观，成形良好的焊接接头；对于管子壁厚δ≥5 mm的工件，采用直流正接，此时焊缝熔深大、熔宽小，热影响区 小、变形小，有利于提高焊接生产率和焊接质量。?焊接材料：ERTi-2焊丝，纯度为99.995%，的保护气，用含水量不应大于50 Mg%m3的氩气，对焊接熔池及焊接接头内外表面温度高于400℃的区域均采用氩气保护。
5焊前准备
①坡口加工：采用氧化铝砂轮机打磨出坡口，坡口角度为单边 30°±2.5°，钝边0.5～1.5 mm。加工坡口不允许使母材产生过热变色。
②坡口及焊丝清理：坡口及其两侧各25 mm以内的内外表面进行清理，程序如下：磨光机打磨→砂纸轮抛光→丙酮清洗。清洗后不能直接进行焊接作业，待坡口端面晾干后方可以作业。如不能及时焊接，应用自粘胶带 及塑料布对坡口予以保护。焊丝也用沾丙酮的海绵擦拭干净，并存放在专用的。
③焊工用手套应洁净，用前也用无水乙醇（或丙酮）清洗，避免将棉质纤维附于焊件表面。
6焊接工艺
①焊接时应在合格的工艺参数范围内选用小线能量焊 接，层间温度不得高于200℃，防止高温时间过长晶粒长大。
②焊接作业均应在氩气保护下进行：采用焊炬喷嘴保护熔池，焊炬拖罩保护热态焊缝及近缝区的外表面。管内充氩保护焊缝及近缝区的内表面，具体措施：直径较大的管子焊接时，管内工作人员戴上防毒面具，手持保护 罩对焊接熔池背面进行保护；直径较小的管子或固定口焊接时，在管子内表面距离坡口150～300 mm（根据可操作性取较大值）处采用可溶纸密封，再塞入一团可溶纸防止管内气压过大将密封可溶纸破坏， 然后充入氩气将管内空气排净。焊接前必须充分预充氩气，焊后应延时充氩，以使高温区充分冷却，防止表面氧化。
③焊接过程中填充焊丝应始终保持在氩气的保护之下。 熄弧后焊丝不得立即暴露在大气中，应在焊缝脱离保护时取出。焊丝如被污染、氧化变色时，污染部分应予以切除。
④不得在焊件表面引弧或试验电弧；焊接中应确保起弧 与收弧的质量；收弧时应将弧坑填满，多层焊的层间接头应相互错开。
⑤除有特殊要求外，每条焊缝应一次连续焊完，如因故 被迫中断，再焊时必须进行检查，确认无裂纹后方可继续施焊。
⑥如果焊接作业时不慎出现夹钨时，应停止焊接作业， 用磨光机清除钨点，钨级端部重新打磨，达到要求后方可重新进行焊接作业，要求与开始焊接作业相同。
⑦定位焊应与正式的焊接工艺相同，定位焊的焊缝长度 宜为5～10 mm，高宜为2～4 mm，且不超过壁厚的2/3。定位焊的焊缝不得有裂纹及其它缺陷，定位焊焊缝两端，宜磨成缓坡形。
7钛管道预制及安装要求
钛管道加工及安装要求与一般工艺管线的加工和安装要求基本相同，特别强调以下几点:
①所有参与施工的人员必须仔细阅图，熟悉管线的走向、材料选用、连接方式、安装位置及各种技术要求。
②管线在地面做好深度预制，核对施工图与施工现场后反复核算下料尺寸，避免预制尺寸与现场尺寸不符。所有与管廊碰头管线要现场实测。尽量减少高空固定焊，固定焊焊口要留有调整量，固定口所在位置要便于组对、焊接。
③用于钛管砂轮及切割工具应使用专用的氧化铝砂轮片和切割刀具，其砂轮片及刀口严禁与其它材质的共用。
④管子切割表面不得过热变色，否则必须去掉污染层。
⑤下好料的管线及预制完的管段需用记号笔在管线清楚的标明区号、管号、下料长度并在图上作好标记。
⑥管道安装过程中严禁损坏管道。吊装必须采用尼龙吊带和尼龙卡扣。吊装如果采用钢丝绳、卡扣，不得与管道直接接触，必须用木板或石棉制品予以隔离。
⑦管道与支、吊架，支座或钢结构之间应垫入石棉制 品或其他对钛无害的材料。
⑧有接地要求的管道，导线跨接或接地引线不得与钛管直接连接或焊接，应采用钛板过渡。
⑨压缩机、泵等动设备配管须在设备找正、二次灌浆后进行；静设备配钛管应在设备找正后进行。
参考文献：
[1]张琳,王兴德.钛管焊接施工技术[J].山西建筑,2009,(28).
——————河北唐山科技班干部进修学院
孙春林
随着焊接技术的发展和进步，焊接结构的应用越来越广泛，几乎渗透到国民经济的各个领域，如石油与化工设备、起重运输设备、宇宙运载工具、车辆与船舶制造、冶金、矿山、建筑结构及国防工业建设等。在我们身边的许多事物可以触及到焊接的领域，我们生活的环境里存在许多焊接的产物，所以焊接质量的重要性不言而喻。由于焊接结构的特殊性，复杂性和质量的重要性，决定了为确保焊接结构的完整性，可靠性，安全性和使用性，这些就确定了研究焊接缺陷及采取的工艺措施的重要性。
一、焊接缺陷定义
焊接过程中，在焊接接头上产生的金属不连续、不致密或链接不良的现象称为焊接缺陷。焊接缺陷的产生原因十分复杂，既有冶金因素，也有工艺因素，还有应力因素。有时环境因素影响也很大。因此，焊接缺陷各种类较多。焊接检测人员必须熟悉缺陷的种类、特征，才能及时发现缺陷，保证生产顺利进行。焊接缺陷基本上可以分为三类：
1、尺寸上的缺陷：包括焊接结构的尺寸误差和焊缝形状不佳等。
2、结构上的缺陷：包括气孔、夹渣、非金属夹渣物、融合不良、未焊透、咬边、裂纹、表面缺陷等。
3、性质上的缺陷：包括力学性能和化学性质等不能满足焊件的使用要求的缺陷。力学的性能值的是抗拉强度、屈服点、伸长率、硬度、冲击吸收功、塑性、疲劳强度、弯曲角度等。化学性质指的是化学成分和耐腐蚀性等。
二、常见的焊接缺陷
1、未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。
2、未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。
3、气孔：在熔化焊接过程中，焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。
4、夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。
5、裂纹：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。
根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下几类： a.热裂纹（又称结晶裂纹）：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，金相学中称为沿晶裂纹，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析、冷热不均以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高有关。
b.冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出现的裂纹（这种冷裂纹称为延迟裂纹，特别是诸如14MnMoVg、18MnMoNbg、14MnMoNbB等合金钢种容易产生此类延迟裂纹，也称之为延迟裂纹敏感性钢）。冷裂纹多出现在焊道与母材熔合线附近的热影响区中，其取向多与熔合线平行，但也有与焊道轴线呈纵向或横向的冷裂纹。冷裂纹多为穿晶裂纹（裂纹穿过晶界进入晶粒），其成因与焊道热影响区的低塑性组织承受不了冷却时体积变化及组织转变产生的应力而开裂，或者焊缝中的氢原子相互结合形成分子状态进入金属的细微孔隙中时将造成很大的压应力连同焊接应力的共同作用导致开裂（称为氢脆裂纹），以及焊条（填充金属）或母材中的磷含量过高等因素有关
c.再热裂纹：焊接完成后，如果在一定温度范围内对焊件再次加热（例如为消除焊接应力而采取的热处理或者其他加热过程，以及返修补焊等）时有可能产生的裂纹，多发生在焊结过热区，属于沿晶裂纹，其成因与显微组织变化产生的应变有关
6、偏析：在焊接时因金属熔化区域小、冷却快，容易造成焊缝金属化学成分分布不均匀，从而形成偏析缺陷，多为条状或线状并沿焊缝轴向分布。
7、咬边与烧穿：这类缺陷属于焊缝的外部缺陷。当母体金属熔化过度时造成的穿透（穿孔）即为烧穿。在母体与焊缝熔合线附近因为熔化过强也会造成熔敷金属与母体金属的过渡区形成凹陷，即是咬边。
根据咬边处于焊缝的上下面，可分为外咬边（在坡口开口大的一面）和内咬边（在坡口底部一面）。咬边也可以说是沿焊缝边缘低于母材表面的凹槽状缺陷。
三、常见缺陷产生原因
1、未焊透
（1）由于坡口角度小，钝边过大，装配间隙小或错口；所选用的焊条直径过大，使熔敷金属送不到根部。
（2）焊接电源小，远条角度不当或焊接电弧偏向坡口一侧；气焊时，火焰能率过小或焊速过快。
（3）由于操作不当，使熔敷金属未能送到预定位置，号者未能击穿形成尺寸一定的熔孔。
（4）用碱性低氢型焊条作打底焊时，在平焊接头部位也容易产生未焊透。主要是由于接头时熔池溢度低，或采用一点法以及操作不当引起的。
2、未熔合
（1）手工电弧焊时，由于运条角度不当或产生偏弧，电弧不能良好地加热坡口两侧金属，导致坡口面金属未能充分熔化。
（2）在焊接时由于上侧坡口金属熔化后产生下坠，影响下侧坡口面金属的加热熔化，造成“冷接”。
（3）横接操作时，在上、下坡口面击穿顺序不对，未能先击穿下坡口后击穿上坡口，或者在上、下坡口面上击穿熔孔位置未能错开一定的距离，使上坡口熔化金属下坠产生粘接，造成未熔合。
（4）气悍时火焰能率小，氩弧焊时电弧两侧坡口的加热不均，或者坡口面存在污物等。
3、焊瘤
（1）由于钝边薄，间隙大，击穿熔孔尺寸大。
（2）由于焊接电流过大击穿焊接时电弧燃烧，加热时间过长，造成熔池温度增高，溶池体积增大，液态金属因自身重力作用下坠而形成烛瘤，焊瘤大多存在于平焊、立焊速度过慢等。
4、冷缩孔：
（1）由于钝边薄，间隙大，击穿熔孔尺寸大。
（2）由于焊接电流过大击穿焊接时电弧燃烧，加热时间过长，造成熔池温度增高，溶池体积增大，液态金属因自身重力作用下坠而形成烛瘤，焊瘤大多存在于平焊、立焊速度过慢等。
5、气孔
（1）因熔池温度低，熔池存在时间短，气体未能在有效时间内逸出，这种情况主要与焊接规范等因素有关。（2）打底击穿焊时，熔敷金属给送的过多，使熔池液态金原较厚，灭弧停歇时间长，造成气体难以全部逸出。
（3）由于运条角度不适当，影响了电弧气氛的保护用用，或操作不熟练，不稳以及沿熔池前六坡口间隙方向灭弧都会导致产生气孔。
（4）碱性低氢型焊条的药皮比酸性的薄干燥温度又高，因此药皮较脆。采用撞击法引弧很容易将焊条引弧端药皮撞掉，使熔滴失去或减电弧气氛以及熔溢的保护作用，引起焊缝产生气孔，此外，在焊条引弧端的粘接处，也会产生密集的气孔。
（5）气焊或氢弧焊时，由于焊口清理不干净，有锈、油污质等，同时操作时，焊接速度过快，焊丝和焊炬的角度，以及摆动不适当等也会产生气孔。
6、夹渣
（1）手工电弧焊时，由于运条角度，或操作不当，使熔渣和熔池金属不能良好地分离。
（2）由于焊条药皮受潮；药皮开裂或变质，药皮或坡脱落进入熔池又未能充分熔化或反应不完全，使熔？不能浮出熔池表面，而造成夹渣。
（3）在中间焊层作填充焊时，由于前层焊道过渡不平调、高低、凹凸不均或焊道清渣不彻底，焊接时熔渣未能熔化浮出而形成层间夹渣。
（4）气焊时火焰能率太小或氩弧焊时规范不适当；以及焊丝焊炬角度不适当，焊丝摆动、搅拌熔池操作不当等。
7、咬边
（1）主要是焊接电流过大，电弧过长，远条角度不适当等。
（2）运条时，电弧在焊缝两侧停顿时间短，液态金属未能填满熔池，横焊时电弧在上坡口面停顿的时间过长，以及运条、操作不正确也会造成咬边。
（3）气焊时火焰能率过大，焊嘴倾斜角度不当，焊炬和焊丝摆动不适当等。
8、背面凹陷
（1）产生背面凹陷，一般在板状试件的仰、横焊位置和管状试件的仰焊、仰立焊位置焊接时产生，其主要原因有：
a.间隙过大，钝边偏小，熔池体积较大，液态金属因自重而产生下坠。b.条直径或焊接电流偏大，灭弧慢或连弧焊接，使熔池温度增高，冷却慢，导致熔池金属重力增加而使表面张力减小。
c.焊条角度不当，减弱了电弧对熔池金属的压力，或焊条未运送至坡口根部。
9、焊道背面成形不良,焊道背面除了可能产生凹陷外，还可能出现宽窄不匀、凹凸不平，甚至形成焊瘤或呈竹节形状等。（1）击穿两侧坡口面所形成的熔孔尺寸大小不均，或者击穿焊接速度不均匀。（2）击穿焊接时的电弧加热时间，电弧穿透过背面的多少控制不均匀等。
四、常见焊接缺陷防止措施
1、未焊透
（1）选择合适的坡口角度，装配间隙及钝边尺寸并防止错口。
（2）选择合适的焊接电源，焊条直径，运条角度应适当；气焊时选择合适的火焰能率。如果焊条药皮厚度不均产生偏弧时，应及时更换。
（3）掌握正确的焊接操作方法，对手工电弧焊的运条和气焊，氩弧焊丝的送进应稳，准确，熟练地击穿尺寸适宜的熔孔，应把熔敷金属送至坡口根部。（4）用碱性低氢型焊条焊接16MN尺寸钢试板，在平焊接关时，应距离焊缝收尾弧？10～15MM的焊缝金属上引弧；便于使接头处得到预热。当焊到接头部位时，将焊条轻轻向下一压，听到击穿的声音之后再灭弧，这样可消除接头处的未焊透。如果将接头处铲成缓坡状，效果更好。
2、未熔合
（1）选择适宜的运条角度，焊接电弧偏弧时应及时更换焊条。（2）操作时注意观察坡口两侧金属熔化情况，使之熔合良好。
（3）横焊操作时，掌握好上、下坡口面的击穿顺序和保持适宜的熔孔位置和尺寸大小，气焊和氩弧悍时，焊丝的送进应熟练地从熔孔上坡口拉到下坡口。
3、焊瘤
（1）选择适宜的钝边尺寸和装配间隙，控制熔孔大小并均匀一致，一般熔孔直径为0.8~1.25倍的焊条直径，平焊打底焊时不应出现可见的熔孔，否则背面会形成焊瘤。
（2）选择合理的焊接规范，击穿焊接电弧加热时间不可过长，操作应熟练自如，运条角度适当。
（3）气焊时焊丝角度、送丝速度及其摆动应适当，可利用气体火焰的压力来控制？水的溢出。
4、冷缩孔：
为防止冷缩孔的产生，主要应从操作工艺上采取措施，在更换焊条灭弧前应在原熔池上或池背面连续点弧二、三次，以填充满熔池，然后将电弧向坡口面一侧后拉，逐渐衰减灭弧，这样可稍微提高熔池及周围的温度，减缓冷却速度，从而防止冷缩孔产生。
5、气孔
（1）选择稍强的焊接规范，缩短灭弧停歇时间，灭弧后，当熔池尚未全部凝固时，就及时再引弧给送熔滴，击穿焊接。
（2）输送熔敷金属不要太多，使熔池的液态金属保持较薄，利于气体的逸出。（3）运条角度要适当，操作应熟练，不要将熔渣拖离熔池，要换焊条后采用划擦法引弧，用短弧焊接。
（4）气焊和氩弧焊操作时，焊丝和焊炬的角度应适当，摆劲正确，焊连保持均匀适宜。
6、夹渣
（1）选择适当的运条角度，操作应熟练，使熔渣和液态金属良好地分离。（2）遇到焊条药皮成块脱落时，必须停止焊接，查明原因并更换焊条。
（3）打底层焊道或中间层焊道成形成控制均匀，圆滑过渡，接头或焊瘤应该用电弧割掉或用手砂轮磨隙。
（4）选择合适的火焰能率或规范，注意保持适宜的焊丝和焊炬角度，焊丝作正确摆，搅拌熔池，使熔渣顺利地浮出溶池。
7、咬边
（1）选择适宜的焊接电源、运条角度、进行短弧操作。
（2）焊条摆动至坡口边缘，稍作稳弧停顿，操作应熟练、平稳。（3）气焊火焰能率要适当，焊炬和焊丝的角度及摆动要适宜。
8、背面凹陷
（1）保证装配尺寸符合要求，特别是间隙和纯边尺寸，操作要熟练、准确。（2）严格控制击穿时的电弧加热时间及运条角度，熔孔大小要适当，采用短弧施焊。
9、焊道背面成形不良,焊道背面除了可能产生凹陷外，还可能出现宽窄不匀、凹凸不平，甚至形成焊瘤或呈竹节形状等。
(1)严格控制击穿孔的尺寸大小，并使击穿焊接的速度均匀一致。
（2）严格控制电弧的穿透程度，掌握好电弧燃烧，加热时间使之均匀一致。
2015年10月13日
论文：
浅谈焊接缺陷及采取的工艺措施
题目：浅谈焊接缺陷及采取的工艺措施
单位：河北唐山科技班干部进修学院
姓名：
孙春林
一：工装定义：
工装, 即工艺辅助装备:指制造过程中所用的各种工具的总称.包括刀具/夹具/模具/量具/检具/辅具/钳工工具/工位器具等.工装为其通用简称.夹具, 顾名思义,用以装夹工件(或引导刀具)的装置
模具, 用以限定生产对象的形状和尺寸的装置.刀具, 机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。
辅具, 一般指用以连接刀具和机床的工具.（刀柄，夹筒等）
钳工工具, 各种钳工作业所用的工具总称
工位器具, 用以在工作地或仓库中存放生产对象或工具的各种装置.检具, 生产中检验所用的器具
治具, 制造用器具,这个词对应fixture,有时与工装同意,有时也指夹具，一般台资/韩资/日资等电子企业多用该词。
夹具属于工装,工装包含夹具,属于从属关系.夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说Workholding工装夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。
二：夹具分类：
1． 通用夹具：已标准化，使用范围较宽，如：虎钳类、卡盘类、平板类、压板类、侧夹类、顶尖、鸡心夹头、万能分度头、回转工作台、花盘等。
2．专用夹具：针对某一工件的一定工序设计，适用于产品固定和工艺稳定的较大批量生产
3．可调夹具：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具种的个别元件，即可加工相似尺寸和加工详尽的各种零件。
4．组合夹具：适用于新拼试制和多品种小批量生产（1）组合夹具，偏重考虑元件的通用性（2）拼装夹具，注重拼装的高效能 5．标准夹具(类似于标准件)
三、工件装夹的概念 1． 工件在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。
2．工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安全都有直接影响。
四、工件装夹的方式 1．直接找正装夹
此法是用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工件位置的装夹方法。
2．划线找正装夹
此法是先在毛坯上按照零件图划出中心线、对称线和各待加工表面的加工线，然后将工件装上机床，按照划好的线找正工件在机床上的装夹位置。这种装夹方法生产率低，精度低，且对工人技术水平要求高，一般用于单件小批生产中加工复杂而笨重的零件，或毛坯尺寸公差大而无法直接用夹具装夹的场合。3．用夹具装夹
夹具是按照被加工工序要求专门设计的，夹具上的定位元件能使工件相对于机床与刀具迅速占有正确位置，不需找正就能保证工件的装夹定位精度，用夹具装夹生产率高，定位精度高，但需要设计、制造专用夹具，广泛用于成批及大量生产。
五、夹具设计基础
好的夹具设计的观念就是简单可靠，操作方便。而真正要设计一个好的夹具必须确定好定位的基准，合理的夹紧点，满足要求的最优夹紧力及方向。这一步不是一俩天的事情，一个是勤奋，二要靠天赋。不是每一个人都可以成为一个好的夹具设计师的。
夹具设计师：
根据生产工艺的需求，或根据研发部提供的技术资料，设计、制作夹具； 制定夹具材料的需求计划并负责夹具用料的管理； 领导夹具制作工人，及时完成夹具的制作、调整、维修；
跟踪夹具的制作进度，制作夹具的备件清单，完成相关的验收报告； 负责夹具维护规程的编制，负责夹具的优化，提高设备利用率； 协调新生产线夹具的装配调试，负责夹具的故障分析和故障排除； 对夹具的新结构、新材料、新工艺开展研究。
工装夹具设计的基本原则：
1.满足使用过程中工件定位的稳定性和可靠性；
2.有足够的承载或夹持力度以保证工件在工装夹具上进行的施工过程； 3.满足装夹过程中的简单与快速操作； 4.易损零件必须是可以快速更换的结构，条件充分时最好不需要使用其它工具进行；
5.满足夹具在调整或更换过程中重复定位的可靠性； 6.尽可能的避免结构复杂、成本昂贵；
7.尽可能选用市场上质量可靠的标准品作组成零件； 8.满足夹具使用国家或地区的安全法令法规；
9.设计方案遵循手动、气动、液压、伺服的依次优先选用原则； 10.形成公司内部产品的系列化和标准化
夹具设计的基本要求：
1.工装夹具应具备足够的强度和刚度 2．夹紧的可靠性 3．操作的灵活性
4．便于工件的装卸 5．良好的制作工艺性
设计的步骤：
1）.确定夹具结构方案。2）.绘制夹具工作总图阶段。3）.绘制装配夹具零件图阶段 4）.装配夹具说明文字部分。5）.必要时，还需要编写装配夹具说明书，包括机具的性能、使用注意事项等内容。6）。工装夹具制造的精度要求夹具的制造公差。7）.夹具结构工艺性 a应尽量采用各种标准件和通用件，制造专用件的比例应尽量少，减少制造劳动量和降低费用。b各种专用零件和部件结构形状应容易制造和测量，装配和调试方便。c便于夹具的维护和修理。d合理选择装配基准.装配基准应该是夹具上一个独立的基准表面或线，其它元件的位置只对此表面或线进行调整和修配。装配基准一经加工完毕，其位置和尺寸就不应再变动。那些在装配过程中自身的位置和尺寸尚须调整或修配的表面或线不能作为装配基准。
8）.结构的可调性经常采用的是依靠螺栓紧固、销钉定位的方式，调整和装配夹具时，可对某一元件尺寸较方便地修磨。还可采用在元件与部件之间设置调整垫圈、调整垫片或调整套等来控制装配尺寸，补偿其它元件的误差，提高夹具精度。9）.维修工艺性进行夹具设计时，应考虑到维修方便的问题。10).制造工装夹具的材料合理选用。
定位：限制六个自由度；自由度是确定物体状态所需的独立坐标数。（欠定位，过定位，不完全定位）一面两销，两面一点等。
如何分析工件：
a对工件具体形状的力学性能分析方法----找出最强部分，找出最易变形部分。
b对工件工艺性分析方法----找出最高要求部分，找出最难加工部分。
c对工件毛坏分析方法-----模具成形的特点，找出模具成形最稳定的部分。
六．夹具保管：
1．擦拭干净，配齐零件，放置平稳，大面承受压力，防止变形。防潮、防晒，涂油防锈。
2．库房保管，标识清楚，库容整洁。定区，定架，定位。
水泥混凝土路面面层施工工艺及要点
混凝土板的施工工艺主要是安装模板、安设传力杆、混凝土拌和与运输、混凝土摊铺和振捣、表面修整、接缝处理、混凝土养护和填缝.
作 者：刘春波 作者单位：黑龙江省龙建路桥第二工程有限公司,黑龙江,安达,151400刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(4)分类号：U4关键词：混凝土路面 施工 措施
套装油管路是汽轮机供油系统的重要部件, 其作用是向机组各轴承提供润滑油, 同时向调节系统提供压力。汽轮机套装油管路由进油管、回油管和其它辅助设备组成。由于各段管路的连接均采用焊接工艺完成, 因此焊接是套装油管路制造的重点工艺。
1 焊接前准备
1) 焊接人员。参加施焊的焊工必须经过考试, 并取得焊工合格项目证。焊接的项目要在焊工考试项目范围内。
2) 焊接设备。对焊接设备进行检查, 确保设备性能完好。
3) 焊材领取。根据焊接工艺卡领取相应的焊接材料, 领取量不得超过半个工作日用量, 填写焊条领用发放记录。焊条应按照要求烘干, 领用后放保温筒内保温。焊条、焊丝头要回收, 填写回收记录。
4) 坡口清理。用丙酮清理坡口表面及两边各15~20 mm范围, 去除油污等杂质。
2 套装油管路进油管焊接工艺
1) 充氩。为保证焊接质量, 需要对焊缝背面进行充氩。由于进油管的管径较小, 焊缝两端的管子长度又较长, 所以制做专门的氩气室不容易安放到指定位置。因此, 通常是将管段两端使用管帽进行封堵, 坡口间隙使用胶布进行封堵。对于长度较长、管径较大的管路, 为缩短充氩时间, 则将封堵位置移至焊接位置附近。充氩时间的长短取决于管内空间的大小, 尽量将其它气体排尽。
2) 焊接。进油管焊接设备为逆变式直流氩电联合焊机, 采用氩弧打底反面成形的焊接方法, 施焊需按焊接工艺卡执行。为保证最佳的焊接质量, 进油管焊接应在焊接变位器上进行。对于不能放在焊接变位器上的焊件, 应放在支架上, 并使对口位置有利于焊接操作。外径准≤108mm的焊件, 焊接时采用全氩焊接方法;外径准>108mm的焊件, 焊接时采用氩弧打底, 电弧填层、盖面的方法, 电弧焊接前应在焊缝周围涂上白垩粉。
3 套装油管路回油管焊接工艺
3.1 回油管纵缝焊接工艺
1) 引弧板和熄弧板。在筒节两端坡口处应分别焊上引弧板和熄弧板, 其厚度应与筒节一致, 长宽不小于100 mm。
2) 焊接设备。ZP7-630 型埋弧自动焊机和WS-400Ⅲ型逆变式直流氩电联合焊机。
3) 焊接。根据回油管的管径不同, 采用不同的焊接方法, 施焊需按焊接工艺卡执行。
a.回油管管径Ф≥508 mm的筒节, 纵缝采用每面单道埋弧焊的焊接方法。由于筒体卷圆时直边经压头, 因此先焊内纵缝, 后焊外纵缝。
内纵缝焊接:将筒体坡口置于底部, 并固定筒体。将埋弧焊机的使用轨道放在筒体内底部, 使轨道中心与坡口中心相重合。将焊机放在轨道上, 来回行走几趟, 调整轨道和焊机的位置, 使焊丝位于坡口中心的正上方, 并调整焊丝到坡口的距离, 焊接起始位置应在引弧板上。开始焊接, 调整焊机的行走速度和方向, 焊接到熄弧板上停止焊接。
外纵缝焊接:内纵缝焊接完成后, 需对筒节进行碳弧气刨清根并开坡口, 因此外纵缝焊接前, 应仔细打磨坡口, 去除渗碳层, 并使坡口的深度和宽度尽量保持一致。清除坡口附近的油污、飞溅等杂质。焊接需要使用支架, 支架平台应稍高于筒体, 将焊接用轨道放在支架平台上。将筒体外坡口置于顶部, 并固定筒体于支架平台的侧面, 调整轨道与筒体平行。将焊机放在轨道上, 来回行走几趟, 调整轨道和焊机的位置, 使焊丝位于坡口中心的正上方, 并调整焊丝到坡口的距离, 焊接起始位置应在引弧板上。开始焊接, 调整焊机的行走速度和方向, 焊接到熄弧板上停止焊接。
b. 回油管管径Ф=426 mm的筒节, 纵缝采用氩弧打底+电弧填层+埋弧自动焊盖面的焊接方法。氩弧打底时需在背面充氩, 打底焊接完成后, 进行电弧填层。填层之前在焊缝周围涂上白垩粉。最后采用埋弧自动焊盖面, 焊前清理焊缝上的药皮、飞溅等杂质。埋弧焊焊接方法同管径准≥508 mm的筒节外纵缝的焊接方法一样。
3.2 回油管环缝焊接工艺
1) 焊接设备。ZP7-630 型埋弧自动焊机和WS-400Ⅲ型逆变式直流氩电联合焊机。
2) 焊接。根据回油管的管径不同, 采用不同的焊接方法, 施焊需按焊接工艺卡执行。
a.回油管管径Ф≥508 mm的筒节, 环缝采用每面单道埋弧焊的焊接方法, 先焊内环缝, 后焊外环缝。
内环缝焊接:将组对好的筒节置于滚轮支架上, 使用内环缝焊接支架将焊机送入筒节内, 启动滚轮支架, 调整焊机使焊丝位于坡口中心的正上方, 并调整焊丝到坡口的距离。调整好焊机后, 先启动滚轮支架, 再开启焊机, 焊接过程中应随时调整滚轮支架的转速和焊接的方向, 以保证焊接质量。
外环缝焊接:内环缝焊接完成后, 需对筒节进行碳弧气刨清根并开坡口, 因此外环缝焊接前, 应仔细打磨坡口, 去除渗碳层, 并使坡口的深度和宽度尽量保持一致。清除坡口附近的油污、飞溅等杂质。将筒节置于滚轮支架上, 焊机置于筒节上方的支架上。启动滚轮支架, 调整焊机使焊丝位于坡口中心的正上方, 并调整焊丝到坡口的距离。调整好焊机后, 先启动滚轮支架, 再开启焊机, 焊接过程中应随时调整滚轮支架的转速和焊接的方向, 以保证焊接质量。
b.管径Ф=426 mm的筒节, 环缝采用氩弧打底+电弧填层+埋弧自动焊盖面的焊接方法。氩弧打底时需在背面充氩, 打底焊接完成后, 进行电弧填层。填层之前在焊缝周围涂上白垩粉。氩弧和电弧焊接时, 筒节应转动, 使焊接位置处于最佳焊接位置。最后采用埋弧自动焊盖面, 焊前清理焊缝上的药皮、飞溅等杂质。
c.管径Ф≤377 mm的筒节, 环缝采用氩弧打底+电弧填层、盖面的焊接方法。
3) 角焊缝焊接。角焊缝坡口的质量直接影响焊缝的质量, 因此采用人工打磨坡口的方式。角焊缝采用氩弧打底+电弧填层、盖面的焊接方法。
4 焊接后检查
焊接完成后由焊工进行自检, 发现缺陷应及时修补。通知检查员进行焊缝外观检查, 合格后操作者和检查员在质量计划上签字。
5 结论
套装油管路的加工质量直接影响着汽轮发电机组运行的可靠性, 本文着眼于套装油管路制造过程中的重要工艺———焊接工艺, 具体介绍了该工艺的实施方法, 为各类油管路的制造提供一些参考。
参考文献
[1]王辅方.大型汽轮机套装油管路质量控制与验收[J].机械工人 (热加工) , 2002 (3) :62-63.
【关键词】微型汽车；后桥；加工；焊接工艺
进行技术改造之前，汽车的后桥壳全是通过焊条电弧焊焊接的，这样的焊接方式需要进行两次，并且这种焊接劳动强度较大、速度较慢、以及焊接质量较差。基于汽车后桥壳的总体焊接质量关系到后桥装配整体的质量，所以，焊缝成形良好、力学性能、以及水压同密封试验等各项技术的指标应该全部达到后桥壳技术的需求，这样可有效的避免汽车后桥在运行中出现异响或者是漏油等异常现象。反之，就很容易出现漏油或者是异响现象，甚至是汽车后轿的壳体出现断裂现象，严重影响汽车后桥的质量。并且焊条电弧焊这种焊接工艺需求的劳动强度较大，既不容易实现生产自动化和机械化等，这严重阻碍了后桥制造的进一步发展。基于这种现象，应该采用符合微型汽车后桥制造的新的焊接工艺。在制造过程中通过CO2气体保护焊，显著提高后桥焊接工艺的整体性能，并成功的实现了对汽车后桥的大批量生产。
1.微型汽车后桥
微型汽车的后桥一般是采取冲压焊接这种结构。钢板在经过冲压之后形成半桥壳，将这样的两个半桥壳进行焊接之后形成后桥壳，最后将半轴套管同后桥壳进行焊接形成桥壳体。这种结构具有独特的优点，如，重量轻及结构简单等。
微型汽车后桥包括，两端的半轴套管以及接口法兰，左、右半轴套管，油箱后盖，油箱上、下壳和其他小部件。现在采用的CO2气体保护焊是明弧焊，是低成本、高效率的焊接方法，这种焊接技术便于控制及监视，在焊接过程中有利于成功的实现自动化和机械化，基于这种因素，在生产汽车后桥壳焊接线上，应该相应的选择采用CO2气体保护焊这种焊接工艺，以确保汽车后桥的整体质量。
2.微型汽车中油箱上、下壳焊接工艺
对微型汽车中油箱上、下壳进行焊接时，采用的设备是KR350型号的操作机构及CO2气体保护焊机相互组成。其中，操作机构通过气压装置实施定位夹紧，机械转动驱动，进而可以准确、灵活及方便地调整好工件同焊枪之间的焊接角度及位置。除此之外，可通过控制台来设定O2气体保护焊进行焊接的相应参数，并调整焊接的位置，进而开始焊接动作。并且这种设备的自动化程度较高，操作也比较简单。
微型汽车油箱上、下壳体中的材料通常为20钢，焊丝一般是H08Mn2Si，其厚度为3mm，包括四段直焊缝，它们分别位于油箱上、下壳体组成之后的两个壳面之上。这四条焊缝通过两把焊枪进行焊接，且需一次成形。对其进行焊接时，焊接工艺的步骤为，第一、将油箱上、下壳零件放入定位夹紧装置中，并将其夹紧；第二、采用两把焊枪，将它们分别对准油箱上、下壳零件的正面焊缝端口进行送丝及引弧，此时，焊枪应该沿着焊缝的位置继续运弧，直到对焊缝终端的送丝停止，将O2气体保护焊熄弧、抬起焊枪，这样对其第一面的焊缝就进行完毕。第三、定位夹紧油箱机构，翻转油箱上、下壳体的零件，重复第二个步骤中的动作，最终完成油箱上、下壳体的焊接。且这一焊接过程是在夹具上来完成对油箱上、下壳体的焊，具体的焊接工艺参数如下。
微型汽车油箱上、下壳体焊接工艺参数：
气体流量Q/（L·min-1）：20-25
焊丝直径d/mm：1.2
电弧电压U/V：20-24
焊接电流I/A：120-160
3.微型汽车油箱后盖、接口法兰及油箱上、下壳体焊接工艺
在进行完微型汽车油箱上、下壳体中的四段直焊缝之后，应该对微型汽车的油箱后盖、接口法兰及油箱上、下壳体中的两条环形焊缝进行焊接。
微型汽车邮箱后盖中的材料通常为20钢，其厚度为3mm；微型汽车接口法兰中的材料通常为20钢，其厚度为2.5mm。这两个需进行焊合件均由KR350型CO2焊机配合两台悬臂式专用设备进行焊接的。进行焊接时，采取焊枪固定、旋转零件的焊接方式进行焊接。这种焊接工艺为，将零件放入定位装置之后，下降焊枪，变位旋转零件同时将焊枪起弧进行相应的焊接，在焊缝焊接完成之后搭接收弧，恢复零件的位置，之后上升焊枪。因为这种焊接是一种环焊缝，所以应该相应的增大电流电压。
4.微型汽车半轴套管法兰、半轴套管同油箱壳体焊接工艺
这一工序主要是将两端的半轴套管同油箱壳体、半轴套管同半轴套管法兰焊接，这一过程采用NZ3-4×500B 型号的CO2自动焊机进行焊接。焊枪具有自动调节及快速到位的功能，并且其工作效率较高。这一过程为，将零件放入定位夹紧装置之中，在焊枪送丝起弧之时，旋转零件，在焊缝焊接之后搭接收弧。微型汽车半轴套管中的材料一般为钢管冷20，其规格为6cm×0.4 cm；微型汽车半轴套管法兰中的材料通常为20钢，其厚度为0.4cm，具体工艺参数见下。
微型汽车半轴套管法兰、半轴套管同油箱壳体焊接工艺参数：
气体流量Q/（L·min-1）：20-25
焊丝直径d/mm：1.2
电弧电压U/V：22-30
焊接电流I/A：220-260
5.结束语
通过上述研究证明，在对微型汽车的后桥进行制造时，采用相应的设备及焊接工艺，增加后桥制造的批量，提高对其进行焊接额质量；同时改善工作人员进行工作的环境，相对的降低工作人员劳动强度，降低生产后桥成本、节约能源、减少材料消耗。这种焊接技术的运用，促进后桥焊接的自动化及机械化进程，同时保障后桥制造的质量。
【参考文献】
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