电弧焊工艺基础知识电弧焊焊接材料电弧焊接的冶金过程焊接接头的组织与性能焊接的应力与变形焊接变形的防止与矫正焊接检验
金属的焊接性电弧焊焊接材料不同的焊接方法，其焊接材料是不同的。手工电弧焊的焊接材料是电焊条。埋弧自
动焊的焊接材料是焊丝和焊剂。1、手工焊焊接材料：1）电焊条的组成与作用2）焊条的选择电焊规范选择（
1）焊芯：是焊条中被药皮包覆的金属芯。手工焊时，焊芯既是电极，又是填充金属。焊芯材料是经过特殊冶炼，有专门牌号的材料。如
结构钢焊芯的牌号为H08A。H—焊接用钢丝，后面两位数字，含C万分之一，A：高级优质钢
E：特级优质钢（2）药皮：是压涂在焊芯表面上的涂料层。由多种矿石、铁合金、纤维素以及粘结剂组成，药皮的种类、名称及作用详
见下表2）焊条的种类：按国家标准、将焊条按用途划分为十大类。详见下表3）焊条的型号和牌号型号——国家通用标准型号E××
××E——Electrode电焊条××熔敷金属的最小抗拉强度（MPa）×焊接位置（0、1全位置，2平，4向下立焊
）××电流种类、药皮类型（03钛钙型药皮，交流或直流正、反接）牌号——我国行
业标准Jxxx——J（结构钢）Axxx——A（奥氏体钢）Zxxx——Z（铸铁）4）焊条的酸、碱
性焊条按其药皮的性质分为酸性焊条、碱性焊条。药皮中含有多量酸性氧化物的焊条为酸性焊条,药皮中含有多量碱性氧化物的焊条为
碱性焊条。（1）酸性焊条适合于焊接一般的结构钢，工艺性能好、机械性能差。（交、直流）（2）碱性焊条焊成的焊缝金
属中有害元素（如S、P）含量低，抗裂性好、强度高。适合于焊重要的结构钢与合金钢。但工艺性能差、抗气孔的能力差。因此，采用碱性焊条时
，必须将焊件在焊缝处的油污、铁锈清除干净，并烘干焊条去除水分。（直流）5）焊条的选择原则（1）考虑母材的力学性能和化学成分
焊接低碳钢和低合金结构钢时，应根据焊接件的抗拉强度选择相应强度等级的焊条，即等强度原则；焊接耐热钢、不锈钢等材料时，则
应选择与焊接件化学成分相同或相近的焊条，即等成分原则。（2）考虑结构的使用条件和特点对于承受动载荷或冲击载荷的焊
接件或结构复杂、大厚度的焊接件，为保证焊缝具有较高的塑性和韧度，应选择碱性焊条。（3）考虑焊条的工艺性对于
焊前清理困难，且容易产生气孔的焊接件，应当选择酸性焊条；如果母材中含碳、硫、磷量较高，则应选择抗裂性较好的碱性焊条。（4）考虑
焊接设备条件如果没有直流焊机，则只能选择交直流两用的焊条。在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件厚度
、焊接位置等条件选择焊条直径。一般是焊接件愈厚，焊条直径应愈大。2、埋弧焊焊接材料（1）焊丝：除作为电极和填充金
属外，还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。（2）焊剂：呈现玻璃状颗粒，主要起保护作用；还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。
埋弧焊焊剂有熔炼焊剂和非熔炼焊剂两大类。熔炼焊剂主要起保护作用，非熔炼焊剂除了保护作用外，还可以起脱氧、去硫、渗合金
等冶金处理作用。我国目前使用的绝大多数焊剂是熔炼焊剂。焊剂牌号为“焊剂”或大写拼音“HJ”和三个数字表示，如
“焊剂430”或“HJ430”。埋弧焊的焊丝是直径1.6～6mm的实芯焊丝，起电极和填充金属以及脱氧、去硫、
渗合金等冶金处理作用。其牌号与焊条焊芯同属一个国家标准(GB1300)。为了获得高质量的埋弧焊焊缝，必须正
确选配焊丝和焊剂。电弧焊接的冶金过程一、焊缝金属氧化在焊接冶金反应中，金属与氧的作用对焊接影响最大。焊接时，由于电
弧高温作用，氧气分解为氧原子，氧原子和多种金属发生氧化反应，如：Fe＋O→FeO
Mn＋O→MnOSi＋2O→SiO22Al＋3O→Al2O3在焊接
过程中，将一定量的脱氧剂，如Ti、Si、Mn等加在焊丝或药皮中，进行脱氧使其生成的氧化物不溶于金属液而成渣浮出，提高焊缝质量。
二、氢的影响在焊接冶金反应过程中，氢易在焊缝中造成气孔。另外,固态焊缝中多余的氢也会在焊缝中的微缺陷处集中形成氢分
子，这种氢的聚集往往在微小空间内形成局部的极大压力，使焊缝变脆（氢脆）。三、氮的影响氮在液态金属中也会形成脆性氮化物，
其中一部分以片状夹杂物的形式残留于焊缝中，另一部分则使钢的固溶体中含氮量大大增加，使焊缝严重脆化。四、焊缝的冶金特点
焊缝的形成，实质是一次金属再熔炼的过程，它与炼钢和铸造冶金过程比较，有以下特点：1、金属熔池体积很小，熔池处于液
态的时间很短（10s左右），各种冶金反应进行得不充分（如冶金反应产生的气体来不及析出）。2、熔池温度高，使金属元素产生强烈的烧
损和蒸发。同时，熔池周围又被冷的金属包围，使焊缝处产生应力和变形，严重时甚至会开裂。五、保证焊缝质量采取的工艺措施1、减
少有害元素进入熔池主要措施是机械保护，如气体保护焊中的保护气体、埋弧焊焊剂所形成的熔渣及焊条药皮产生的气体和熔渣等，使电
弧空间的熔滴和熔池与空气隔绝，防止空气进入。此外，还应清理坡口及两侧的锈、水、油污；烘干焊条，去除水分等。2、清除进人熔池中的
有害元素，增添合金元素主要通过焊接材料中的铁合金等，进行脱氧、脱硫、脱磷、去氢和渗合金，从而保护和调整焊缝的化学成分。焊接接头
的组织与性能1、焊接接头的组成：分为焊缝区与热影响区。2、焊缝区：是由熔池内的液态金属凝固而成的。它属于铸
造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶。硫、磷等低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹。由于按等强度原则选用
焊条，通过渗合金实现合金强化，因此，焊缝的强度一般不低于母材。3、热影响区：母材因受热的影响而发生金相组织和力学性
能变化的区域，称为热影响区。它包括：熔合区、过热区、正火区、部分相变区。不同的区域有不同的组织，不同的性能。如图所示
热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法、焊接规范和接头形式等因素。在热源热量集中、焊接
速度快时，热影响区就小。如电子束焊的热影响区最小总宽度一般小于1mm。气焊的热影响区总宽度一般达到27mm。焊接的应力与变形
1、产生的原因：焊接对焊缝区不均匀的加热和冷却是产生焊接应力和变形的根本原因。以平板对接为例分析焊前与焊后的应力状况。
平板对焊后的应力：焊缝区产生拉应力，两侧产生压应力，平板整体缩短了Δl’。这种室温下保留在结构中的焊接应力
和变形，称为焊接残余应力和变形。拘束很大（刚性夹持—大平板对接）有残余应力，无残余变形拘束较小（小
板对接焊）——既有残余应力，又有残余变形2、变形的种类：１）收缩变形
２）角变形３）弯曲变形４）扭曲变形５）波浪形变形纵向和横向收缩变形——纵
、横向尺寸缩小角变形——V形坡口对接焊时，因焊缝截面形状上、下不对称，焊后横向收缩不均匀而引
起弯曲变形——T形梁焊接时，由于焊缝布置不对称，焊缝纵向收缩后引起工件向焊缝一侧弯曲扭曲变形
——焊缝在横截面上布置不对称或工艺不合理，产生纵向扭曲变形。波浪形变形——薄板在焊接应力作用下，在厚度方向
因丧失稳定性而引起波浪形变形（翘曲变形）焊接变形的防止与矫正1、防止焊接变形的措施???（1）设计结构
时，焊缝布置和坡口形式尽可能对称，焊缝截面和长度尽可能小，这样加热少，变形小。???（2）焊前组装时采用反变形法。（3）刚性
固定法利用夹具、胎具等强制手段，以外力固定被焊工件来减小焊接变形，如图所示。该法能有效地减小焊接变形，但会产生
较大的焊接应力，故一般只用于塑性较好的低碳钢结构。（4）采用合理的焊接顺序1）尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残
余应力较小。2）采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接，这样加热时间短、温度低且分布均
匀，可减小焊接应力和变形焊缝避开最大应力集中部位a）不合理b）合理2、矫正焊接变形的方法
基本原理是产生新变形抵消原来的焊接变形。1）机械矫正法：用机械加压或锤击的冷变形方法，产生塑性变形
来矫正焊接变形。适用于塑性较好、厚度不大的焊件。2）火焰矫正法：利用火焰局部加热后的冷却收缩，来抵消该部分已产生
的伸长变形。加热部位必须正确。焰加热矫正的加热温度一般为600－800℃。3、减少和消除焊接残余应力的措施①锤击焊缝
焊后用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行锤击，可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。②焊前预热将焊件预
热到350－400℃后再进行焊接，是一种减少焊接应力的有效方法。③焊后热处理去应力退火加热温度为550-65
0℃，该方法可消除残余应力的80﹪左右，是最常用最有效的方法。焊接裂纹1．热裂纹（1）结晶裂纹——焊缝区，结晶过程中
形成液化裂纹——热影响区，过热、晶间低熔点杂质熔化特征——沿晶界开裂，又称晶间裂纹，有氧化色彩（2）产生原因：晶间存在
液态薄膜接头中存在拉应力（3）防止——（冶金和力的因素）2．冷裂纹（1）形态和特征
焊道下裂纹——热影响区内形成（图a）焊趾裂纹——应力集中的焊趾处，扩展
（图b）焊根裂纹——焊缝根部形成（图c）特征——无分支，通常穿晶型，表面冷裂纹无氧化色彩
最常见——延迟裂纹（延迟一段时间才发生）延迟裂纹产生原因①淬火倾向严重，导致接头脆化。②含氢量较高，造成大的局部压力，
使接头脆化。③存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，故冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。气
孔在熔池液体金属冷却结晶时，原来高温下溶解在焊缝液体金属中大量的气体，随温度的下降产生溶解度的降低而析出。
在焊缝快速冷却下，气体来不及逸出熔池表面，导致气孔产生。种类：氢气孔——熔池结晶时氢的溶解度急速下降，
析出氢气，产生氢气孔。CO气孔——当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，
FeO+C→Fe+CO↑若熔池已开始结晶，则CO将来不及
逸出。氮气孔——熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。防止气孔的方法：焊条、焊剂要烘干，
焊丝和焊缝坡口要清除锈、油和水。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2焊时，采用药芯焊丝。采用低碳材料都可减少和
防止气孔的产生。焊接检验保证焊接接头质量，防止有缺陷焊缝投入使用一、焊接检验过程焊前检验、焊接生产中的
检验、焊后成品检验外观检验x光检验，水压试验二、外观检验三、无损检验
磁粉检验着色检验超声波检验X射线、γ射线检验四、力学性能试验拉伸试验、冲击试验、弯曲及
压扁硬度、疲劳试验五、密封性检验（容器或管道）静气压试验煤油检验水压试验金属的焊接性一、
金属的焊接性的基本概念指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。可焊性受焊接材料、焊接方
法、构件类型及使用要求等四个方面因素的影响。它包含工艺焊接性和使用焊接性两方面内容。前者说明该金属材料能不能
焊接问题，后者说明焊接后能不能使用问题。l）工艺焊接性工艺焊接性是指在某一焊接工艺条件下
，能得到优质焊接接头的能力。它不是金属材料所固有的性能，可随着新的焊接方法、焊接材料和工艺措施的不断出现及其完善而变化。
如铝及铝合金，若采用焊条电弧焊或气焊时，难以获得优质焊接接头，此时该类金属的焊接性差，但改用氩弧焊焊接，则焊接接头质量
良好，此时的焊接性好。工艺焊接性可由碳当量法来判定：碳当量是把钢中合金元素（包括碳）含量按其对淬硬、冷裂及脆化等的
影响换算成碳的相当含量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标。碳当量计算公式为Ceq=C+Mn/6
+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)式中化学元素的含量均为百分数Ceq＜0．4％时，钢的工艺焊接性
良好；Ceq在O．4％－0．6％时，工艺焊接性中等。Ceq＞o．6％时，工艺焊接性较差。该法粗略，实际时要进行抗裂
试验及焊接接头使用可焊性试验。小型抗裂试验法能定性评定不同拘束型式的接头产生裂缝的倾向。常用试验方法：刚性固定对接试
验法Y形坡口试验法十字接头试验法2）使用焊接性指
整个焊接接头或整体结构满足技术条件规定的使用性能的程度。其中包括力学性能、缺口敏感性及耐腐蚀性能等。碳钢的焊接一、低
碳钢的焊接含碳量≤0.25%，塑性好，没有淬硬倾向，焊接性良好，无需特殊工艺措施，可用各种方法焊接。常用——手弧焊、埋
弧焊、电渣焊、气体保护焊、电阻焊。二、中、高碳钢焊接含C量0.25~0.6%，焊接性（随C↑）逐渐
变差，实际生产中，主要用于焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。中碳钢焊接特点：热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝焊
缝金属热裂缝倾向较大中碳钢一般采用手弧焊，厚件可考虑电渣焊；高碳钢焊接特点与中碳钢相似，焊接性更差，一般只限于修补工作。
合金结构钢的焊接机制用合金结构钢——一般轧制、锻制、焊接较少普通低合金结构钢—
—多用（低合金钢）低合金钢焊接特点：热影响区的淬硬倾向焊接接头的裂纹倾向——冷裂纹倾向大冷裂纹影响因素：
①焊缝、热影响区含H；（最重要）②热影响区淬硬程度；③接头应力大小多为延迟裂纹铸铁的焊补含C量高，
组织不均匀、塑性很低——焊接性很差（焊补）焊接特点：熔合区易产生白口组织易产生裂缝易
产生气孔一般采用气焊，手弧焊进行焊补铸铁件：热焊法——焊前将铸铁工件整体或局部预热到600～700℃，焊后缓慢冷却的工艺。
冷焊法——焊补之前，工件不预热或只进行400℃以下低温预热的焊补方法。冷焊法一般是用手工电弧焊进行焊补非铁金属
的焊接一．铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，原因：①②③④⑤焊接法——氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊二．
铝及铝合金的焊接也较困难，焊接特点：①②③④焊接法——氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊异种金属的
焊接比同种金属困难也有熔焊、压焊、钎焊熔焊——较多应用电子束焊、激光焊、等离子弧焊。压焊——闪光焊、摩擦焊对
称分布焊缝a）不合理b）合理焊缝远离机械加工表面a）不合理b）合理焊接电流太小、焊接速度
太快；坡口角度太小、间隙过窄、钝边太厚焊接接头的根部未完全熔透未焊透焊接电流太大、电弧过长、焊接速度太慢；焊接
位置和焊条不当焊接时，熔化金属流淌到焊缝区之外的母材上所形成的金属瘤焊瘤焊条角度和摆动不正确；焊接电流太大
、电弧过长在焊缝和母材的交界处产生的沟槽和凹陷咬边焊道间的熔渣未清理干净；焊接电流太小、焊接速度太快；操作不当焊后残留在焊缝中的非金属夹杂物夹渣热裂纹：母材硫、磷含量高；焊缝冷速太快，焊接应力大；焊接材料选择不当冷裂纹：母材淬硬倾向大；焊缝含氢量高；焊接残余应力较大热裂纹：沿晶开裂，具有氧化色泽，多在焊缝上，焊后立即开裂冷裂纹：穿晶开裂，具有金属光泽，多在热影响区，有延时性，可发生在焊后任何时刻裂纹焊接材料不清洁；弧长太长，保护效果差；焊接规范不恰当，冷速太快；焊前清理不当焊接时，熔池中的过饱和H、N以及冶金反应产生的CO，在熔池凝固时未能逸出，在焊缝中形成的空穴气孔产生原因特征示意图缺陷名称常见焊接缺陷[注]焊条牌号应符合相应的焊条型号如：J422符合E4303J507符合E5015低碳钢平板对接焊时应力和变形的形成（a）焊接中?（b）冷却后分散对称的焊接顺序长焊缝的分段焊a)退焊b)跳焊分散布置焊缝a）不合理b）合理 |
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