标牌(标识)设计、制作、安装新工艺新技术与新材料手册(十八)

第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

造成本也较高。一般交流弧焊电源空载电压为!! " #$%,直流弧焊电源空载电压
为&! " ’!%。
() 对弧焊电源稳态短路电流的要求
弧焊电源稳态短路电流是弧焊电源所能稳定提供的最大电流,即输出端短路
时的电流。稳态短路电流太大,焊条过热,易引起药皮脱落,并增加熔滴过渡时的
飞溅;稳态短路电流太小,则会使引弧和焊条熔滴过渡产生困难。因此,对于下降
外特性的弧焊电源,一般要求稳态短路电流为焊接电流的*)+! " +)$ 倍
&) 对弧焊电源调节特性的要求
在焊接中,根据焊接材料的性质、厚度、焊接接头的形式、位置及焊条直径等不
同,需要选择不同的焊接电流。这就要求弧焊电源能在一定范围内,对焊接电流作
均匀、灵活的调节,以便有利于保证焊接接头的质量。焊条电弧焊焊接电流的调
节,实质上是调节电源外特性。
!) 对弧焊电源动特性的要求
弧焊电源的动特性,是指弧焊电源对焊接电弧的动态负载所输出的电流、电压
对时间的关系,它表示弧焊电源对动态负载瞬间变化的反应能力。动特性合适时,
引弧容易、电弧稳定、飞溅小,焊缝成形良好。弧焊电源动特性是衡量弧焊电源质
量的一个重要指标。
(二)弧焊电源的分类及型号
*) 弧焊电源的分类、特点
弧焊电源按结构原理不同可分为交流弧焊电源、直流弧焊电源和逆变式弧焊
电源三种类型按电流性质可分为直流电源和交流电源。
(*)弧焊变压器弧焊变压器一般也称为交流弧焊电源,是一种最简单和常用
的弧焊电源弧焊变压器的作用是把网路电压的交流电变成适宜于电弧焊的低压交
流电。它具有结构简单、易造易修、成本低、效率高、磁偏吹小、噪声小、效率高等优
点,但电弧稳定性较差,功率因数较低。
(+)直流弧焊电源直流弧焊电源有直流弧焊发电机和弧焊整流器两种。直
流弧焊发电机是由直流发电机和原动机(由动机、些油机、汽油机)明成。虽然坚固
耐用,电弧燃烧稳定,但损耗较大、效率低、噪声大、成本高、质量大、维修难。电动
* , ’ 第五章常用焊接方法

机驱动的直流弧焊发电机,属于国家规定的淘汰产品,但由柴油机驱动的可用于没
有电源的野外施工。
弧焊整流器是把交流电经降压整流后获得直流电的电器设备。它具有制造方
便、价格低、空载损耗小、电弧稳定和噪声小等优点,且大多数(如晶闸管式、晶体管
式)可以远距离调节焊接参数,能自动补偿电网电压波动对输出电压、电流的影响。
(!)弧焊逆变器弧焊逆变器是把单相或三相交流电经整流后,由逆变器转变
为几百至几万赫兹的中频交流电,经降压后输出交流或直流电。它具有高效、节
能、质量小、体积小、功率因数高和焊接性能好等独特的优点。
"# 弧焊电源型号的编制
弧焊电源型号按$% &’"()—**《电焊机型号编制方法》规定,采用汉语拼音字
母和阿拉伯数字表示。型号的编排次序及含义如下。
例如:
%+! , !’’———产品系列序号为!,具有下降外特性的弧焊变压器,额定焊接电
" ) * 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

流为!""#;
$%& ’ (""———硅弧焊整流器,具有下降外特性,额定焊接电流为(""#。
额定焊接电流是对弧焊电源规定的电流使用限额,超过额定值工作称为过载,
但额定焊接电流不是最大焊接电流。
(三)常用焊条电弧焊电源简介
)*+%! ’ !"" 型弧焊变压器
+%! ’ !"" 型弧焊变压器属于动圈式,是生产中应用最广的一种交流焊机,其
外形如图( ’ ( 所示。它是依靠一、二次侧绕组间漏磁获得陡降外特性的。其结构
如图( ’ , 所示,它有一个高而窄的口形铁心。变压器的一次侧绕组分成两部分,
固定在口形铁心两心柱的底部。二次侧绕组也分成两部分,装在两铁心柱的上部
并固定于可动的支架上,通过丝杆连接,转动手柄可使二次侧绕组上下移动,以改
变一、二次侧绕组间的距离,从而调节焊接电流的大小
图( ’ ( +%! ’ !"" 型弧焊变压器
! - . 第五章常用焊接方法

图! " # $%& " &’’ 型弧焊变压器结构简图
(—手柄;)—调节丝杆;&—铁心;*—二次侧绕组;!—一次侧绕组
焊接电流的调节有两种方法,即粗调节和细调节。粗调节是通过改变一、二次
侧绕组的接线方法(接法!或接法"),即通过改变一、二次侧绕组的匝数进行调
节,当接成接法!时,空载电压为+!,,焊接电流调节范围为*’ - ()!.;当接成接法
"时,空载电压力#’,,焊接电流调节范围为((! - *’’.。
细调节是通过手柄来改变一、二次侧绕组的距离进行的,一、二次侧绕组距离
越大,漏磁增加,焊接电流就减小;反之,焊接电流增大。
)/0%! " *’’ 型弧焊整流器
0%! " *’’ 型弧焊整流器是一种电子控制的晶闸管弧焊电源。它是利用晶闸
管来整流,以获得所需的外特性及调节电流、电压的。它的性能优于硅弧焊整流
器,是目前主要的一种直流弧焊电源。它由三相主变压器、晶闸管组、直流电抗器、
控制电路、电源控制开关等部件组成,其基本原理方框图如图! " + 所示。
焊接时,网路电源向焊机供电,三相主变压器将三相网路电压降为几十伏的交
流电压,通过晶闸管组整流和功率控制,经直流电抗器滤波和调节动特性,输出所
需要的直流焊接电压和电流。常用国产0%! 晶闸管弧焊整流器技术参数见表! "
(。
&/ 弧焊逆变器
将直流电变换成交流电称为逆变,实现这种变换的装置称为逆变器。为焊接
* 1 2 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

电弧提供电能,并具有弧焊方法所要求性能的逆变器,即为弧焊逆变器或称为逆变
式弧焊电源。目前各类逆变式弧焊电源已逐步应用于多种焊接方法,成为更新换
代的重要产品。
图! " # 晶闸管弧焊整流器基本原理方框图
($)弧焊逆变器的特点高效节能,其效率可达%&’ ( )&’,空载损耗极小;质
量小,体积小,整机质量仅为传统的弧焊电源的$ * $& ( $ * !;具有良好的动特性和弧
焊工艺性能,如引弧容易,电弧稳定,焊缝成形美观,飞溅少等;调节速度快,焊接工
艺参数可无级调整等。
(+)弧焊逆变器工作原理及组成弧焊逆变器主要由输入整流器、电抗器、逆
变器、中频变压器、输出整流器、电抗器及电子控制电路等部件组成。弧焊逆变器
的基本原理方框图,如图! " % 所示。
图! " % 弧焊逆变器原理方框图
! ) % 第五章常用焊接方法

弧焊逆变器通常采用三相交流电供电,!"#$ 交流电经输入整流器($%&
)和滤
波( !"&
)后变成直流电,借助大功率电子开关元件(晶闸管、晶体管、场效应管或绝
缘栅双极晶体管’()*)的交替开关作用,逆变成几百到几万赫兹的中频交流电,再
经中频变压器(*)降至适合焊接的几十伏电压,并通过电子控制电路和反馈电路
(+、(、, 等组成)以及焊接回路的阻抗,获得弧焊所需的外特性和动特性及焊接电
流、电弧电压的无级调速。如再经输出整流器$%-
整流并经电抗器!-
、电容器"-
的滤波,则可输出适合焊接的直流电流。
弧焊逆变器的基本原理可以归纳为:
工频交流!直流!中频交流!降压!交流或直流。
通常弧焊逆变器需获得的是直流电,故还可把弧焊逆变器称为逆变弧焊整流
器。
常用国产./0 系列弧焊逆变器的技术参数见表1 2 &。
表1 2 & 弧焊逆变器技术参数
产品型号
额定输入
容量345
一次侧
电压3$
工作电
压3$
额定焊接
电流36
焊接电流
调节范围
36
负载续率
37
质量
348
主要用途
./1 2 -1# &9 !"# -& : !# -1# -1 : -1# ;# &1#
./1 2 9## -9 !"# -& : !; 9## 9# : 9## ;# -##
./0 2 -1# <=- !"# !# -1# 1# : -1# ;# !1
./0 2 9## &9 !"# !; 9## 1# : 9## ;# 0#
用于焊条电弧焊或氩弧焊
三、焊接工艺参数的选择
焊接工艺参数,是指焊接时为保证焊接质量而选定的诸物理量(例如,焊接电
流、电弧电压、焊接速度等)的总称。焊条电弧焊的焊接工艺参数主要包括:焊条直
径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数等。
(一)焊条直径
生产中,为了提高生产率,应尽可能选用较大直径的焊条,但是用直径过大的
; < " 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

焊条焊接,会造成未焊透或焊缝成形不良。焊条直径大小的选择与下列因素有关。
!" 焊件的厚度
厚度较大的焊件应选用直径较大的焊条;反之,薄焊件的焊接,则应选用小直
径的焊条。焊条直径与焊件厚度之间关系,见表# $ %。
表# $ % 焊条直径与焊件厚度的关系
焊件厚度& ’’ !!"# % ( ) * # + * !% "!%
焊条直径& ’’ !"# % ("% ("% * ) ) * # ) * +
%" 焊缝位置
在板厚相同的条件下,焊接平焊缝用的焊条直径应比其他位置大一些,立焊最
大不超过#’’,而仰焊、横焊最大直径不超过)’’,这样可造成较小的熔池,减少熔
化金属的下淌。
(" 焊接层次
在进行多层焊时,如果第一层焊缝所采用的焊条直径过大,会造成因电弧过长
而不能焊透,因此为了防止根部焊不透,对多层焊的第一层焊道,应采用直径较小
的焊条进行焊接,以后各层可以根据焊件厚度,选用较大直径的焊条。
)" 接头形式
搭接接头、, 形接头因不存在全焊透问题,所以应选用较大的焊条直径以提高
生产率。
(二)焊接电流
焊接时,流经焊接回路的电流称为焊接电流,焊接电流是焊条电弧焊最重要的
工艺参数。
增大焊接电流能提高生产率,但电流过大易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷,同时
增加了金属飞溅,也会使接头的组织产生过热而发生变化;而电流过小也易造成夹
渣、未焊透等缺陷,降低焊接接头的力学性能。
焊接时决定电流强度的因素很多,如焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形
- . / 第五章常用焊接方法

式、焊缝位置和焊接层次等。但主要是焊条直径、焊缝位置、焊条类型、焊接层次。
!" 焊条直径
焊条直径越大,熔化焊条所需要的电弧热量越多,焊接电流也越大。碳钢酸性
焊条焊接电流大小与焊条直径的关系,一般可根据下面的经验公式来选择,即
!# $(%& ’ &&)" (& ( !)
式中!#
———焊接电流,);
"———焊条直径,**。
+" 焊缝位置
在相同焊条直径的条件下,焊接平焊缝时,可以选择较大的电流进行焊接。但
在其他位置焊接时,为了避免熔化金属从熔池中流出,通常立焊、横焊的焊接电流
比平焊的焊接电流小!,- ’ !&-,仰焊的焊接电流比平焊的焊接电流小!&- ’
+,-。
%" 焊条类型
当其他条件相同时,碱性焊条使用的焊接电流应比酸性焊条小!,- ’ !&-,
否则焊缝中易形成气孔。不锈钢焊条使用的焊接电流比碳钢焊条小!&- ’ +,-。
." 焊接层次
焊接打底层时,特别是单面焊双面成形时,为保证背面焊缝质量,常使用较小
的焊接电流;焊接填充层时为提高效率,保证熔合良好,常使用较大的焊接电流;焊
接盖面层时,为防止咬边和保证焊缝成形,使用的焊接电流应比填充层稍小些。
在实际生产中,焊接人员一般可根据焊接电流的经验公式先算出一个大概的
焊接电流值,然后在钢板上进行试焊调整,直至确定合适的焊接电流。在试焊过程
中,可根据下述几点来判断选择的电流是否合适。
(!)看飞溅电流过大时,电弧吹力大,可看到较大颗粒的铁水向熔池外飞溅,
焊接时爆裂声大;电流过小时,电弧吹力小,熔渣和铁水不易分清。
(+)看焊缝成形电流过大时,焊缝厚度大、焊缝余高低、两侧易产生咬边;电
流过小时,焊缝窄而高、焊缝厚度小、且两侧与母材金属熔合不好;电流适中时,焊
缝两侧与母村金属熔合得很好,呈圆滑过渡。
(%)看焊条熔化状况电流过大时,当焊条熔化了大半根时,其余部分均已发
/ 0 / 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

红;电流过小时,电弧燃烧不稳定,焊条容易粘在焊件上。
(三)电弧电压
焊条电弧焊的电弧电压主要由电弧长度来决定。电弧长,电弧电压高;电弧
短,电弧电压低。焊接时电弧电压由焊接人员根据具体情况灵活掌握。
在焊接过程中,电弧不宜过长,电弧过长会出现下列几种不良现象。
!电弧燃烧不稳定,易摆动,电弧热能分散,飞溅增多,造成金属和电能的浪
费。
"焊缝厚度小,容易产生咬边、未焊透、焊缝表面高低不平、焊波不均匀等缺
陷。
#对熔化金属的保护差,空气中氧、氮等有害气体容易侵入,使焊缝产生气孔
的可能性增加,使焊缝金属的力学性能降低。
因此在焊接时应力求使用短弧焊接,相应的电弧电压为!" # $%&。在立、仰焊
时弧长应比平焊时更短一些,以利于熔滴过渡,防止熔化金属下淌。碱性焊条焊接
时应比酸性焊条弧长短些,以利于电弧的稳定和防止气孔。所谓短弧一般认为是
焊条直径的’(% # !(’ 倍。
(四)焊接速度
单位时间内完成的焊缝长度称为焊接速度。焊接速度应该均匀适当,既要保
证焊透又要正不烧穿,同时还要使焊缝宽度和高度符合图样设计要求。焊接速度
由焊接人员根据具体己灵活掌握。
(五)焊接层数
在中厚板焊接时,一般要开坡口并采用多层多道焊。对于低碳钢和强度等级
低的普通低合金钢的多层多道焊时,每道焊缝厚度不宜过大,过大对焊缝金属的塑
性不利,因此对质量要求较高的焊缝,每层厚度最好不大于) # %**。同样每层焊
道厚度不宜过小,过小时焊接层数增多不利于提高劳动生产率。根据实际经验,每
层厚度约等于焊条直径的’(+ # !($ 倍时,生产率较高,并且比较容易保证质量和
便于操作。
, , + 第五章常用焊接方法

四、常用焊接工艺措施
各种金属材料的焊接性不同,且影响因素较多。因此为了保证焊接质量,常对
焊接性差或较差的金属材料采取预热、后热、焊后热处理等工艺措施。
(一)预热
焊接开始前对焊件的全部(或局部)进行加热的工艺措施称为预热,按照焊接
工艺的规定预热需要达到的温度称为预热温度。
!" 预热的作用
预热的作用在第四章中已经作了介绍。对于刚性不大的低碳钢、强度级别较
低的低合金钢的一般结构一般不必预热,但焊接有淬硬倾向的焊接性不好的钢材
或刚性大的结构时,需焊前预热。由于铬镍奥氏体钢,预热可使热影响区在危险温
度区的停留时间增加,从而增大腐蚀倾向。因此,在焊接铬镍奥氏体不锈钢时,不
可进行预热。
#" 预热温度的选择
焊条电弧焊时焊件是否需要预热,预热温度的选择,应按第四章介绍的因素综
合考虑。一般钢材的碳当量越大(碳含量越多、合金元素越多)、母材越厚、结构刚
性越大、环境温度越低,则预热温度越高。
在多层多道焊时,还要注意道间温度(也称层间温度)。所谓道间温度就是在
施焊后继焊道之前,其相邻焊道应保持的温度。道间温度不应低于预热温度。
$" 预热方法
预热时的加热范围,对于对接接头每侧加热宽度不得小于板厚的% 倍,一般在
坡口两侧各&% ’ !(()) 范围内应保持一个均热区域,测温点应取在均热区域的边
缘。如果采用火焰加热,测温最好在加热面的反面进行。预热的方法有火焰加热、
工频感应加热、红外线加热等方法。在刚性很大的结构上进行局部预热时,应注意
加热部位,避免造成很大的热应力。
(二)后热及消氢处理
焊条电弧焊时还可以采取第四章介绍的焊后加热(简称“后热”)的工艺措施来
( ( * 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

避免形成淬硬组织及使氢逸出焊缝表面,防止裂纹产生。对于冷裂纹倾向性大的
低合金高强度钢等材料,可采取消氢处理,使焊缝金属中的扩散氢加速逸出,大大
降低焊缝和热影响中的氢含量,来防止产生冷裂纹。
后热的加热方法、加热区宽度、测温部位等要求与预热相同。
(三)焊后热处理
焊后为改善焊接接头的组织和性能或消除残余应力而进行的热处理,称为焊
后热处理。
焊后热处理的主要作用是消除焊接残余应力,软化淬硬部位,改善焊缝和热影
响区的组织和性能,提高接头的塑性和韧性,稳定结构的尺寸。
焊后热处理有整体热处理和局部热处理两种,最常用的焊后热处理是在!""
# !$"%范围内的消除应力退火和低于!&’
点温度的高温回火。另外还有为改善铬
镍奥氏体不锈钢抗腐蚀性能的均匀化处理等。
五、焊条电弧堆焊
(一)堆焊及其特点
堆焊是用焊接的方法将具有一定性能的材料堆敷在焊件表面上的一种工艺过
程。其目的不是为了连接焊件,而是在焊件表面获得耐磨、耐热、耐蚀等特殊性能
的熔敷金属层,或是为了恢复磨损或增加焊件的尺寸。
焊条电弧堆焊的特点是方便灵活、成本低、设备简单,但生产率较低,劳动条件
差。只适于小批量的中小型零件的堆焊。
(二)堆焊工艺
堆焊时必须根据不同要求选用不同的焊条。修补堆焊所用的焊条成分一般和
焊件金属相同。但堆焊特殊金属表面时,应选用专用焊条,以适应焊件的工作需
要。
不同堆焊工件和堆焊焊条要采用不同的堆焊工艺,才能获得较满意的堆焊质
量。堆焊前,对堆焊处的表面必须仔细地清除杂物、油脂等后,才能开始堆焊。在
’ " ( 第五章常用焊接方法

堆焊第二条焊道时,必须熔化第一条焊道的! " # $ ! " % 宽度(图& ’ (),这样才能使
各焊道间紧密连接,并能防止产生夹渣和未焊透等缺陷。
当进行多层堆焊时,由于加热次数较多,且加热面积又大,所以焊件极易产生
变形,甚至会产生裂纹。这就要求第二层焊道的堆焊方向与第一层互相成()*(图
& ’ !)),同时为了使热量分散,还应注意堆焊顺序(图& ’ !!)。
图& ’ ( 堆焊时焊缝的连接
图& ’ !) 各堆焊层的排列方向
图& ’ !! 堆焊顺序
图& ’ !% 轴的堆焊
% ) ( 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

轴堆焊时,可按图! " #$ 所示的堆焊顺序进行,即采用纵向对称堆焊和横向螺
旋形堆焊。
为了增加堆焊层的厚度,减少清渣工作,提高生产效率,通常将焊件的堆焊面
放成垂直位置,用横焊方法进行堆焊,有时也将焊件放成倾斜位置用上坡焊堆焊。
堆焊时,部分母材会溶入堆焊金属中去,堆焊金属中的部分合金元素会被电弧
烧损,造成堆焊层的硬度和性能有所下降。所以要选择低电弧电压、小焊接电流的
堆焊工艺参数。堆焊焊条的直径、堆焊层数和堆焊电流一般都由所需堆焊层厚度
确定,见表! " %。
表! " % 堆焊工艺参数与堆焊层厚度的关系
堆焊层厚度&’’ ( #)! ( ! !!
焊条直径* ’’ %)$ + , ! ! , -
堆焊层数# # , $ . $
堆焊电流* / 01 , #11 #+1 , $11 #01 , $+1
为防止堆焊层和热影响区产生裂纹,减小工件的变形,需在焊前对工件预热和
焊后缓冷。预热温度一般为#11 , %112。
第二节气体保护电弧焊
一、气体保护电弧焊原理及分类
(一)气体保护电弧焊原理
气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方
% 1 3 第五章常用焊接方法

法,简称气体保护焊。
气体保护焊直接依靠从喷嘴中连续送出的气流,在电弧周围造成局部的气体
保护层,使电极端部、熔滴和熔池金属与周围空气机械地隔绝开来,以保证焊接过
程的稳定性,并获得质量优良的焊缝,如图! " #$ 所示。
(二)气体保护电弧焊的分类
按所用的电极材料不同,可分为不熔化极气体保护焊和熔化极气体保护焊,其
中熔化极气体保护焊应用最广。不熔化极气保护焊主要是钨极惰性气体保护焊,
如钨极氩弧焊。熔化极气体保护又可分为熔化极惰性气体保护焊(%&’)、熔化极
活性气体保护焊(%(’)、)*+
气体保护焊()*+
焊)三种,如图! " #, 所示。
按照焊接保护气体的种类可分为氩弧焊、氦弧焊、氮弧焊、氢原子焊、二氧化碳
气体保护焊等方法。按操作方式的不同,可分为手工、半自动和自动气体保护焊。
图! " #$ 气体保护焊示意
#—电弧;+—喷嘴;$—钨极;,—焊丝
图! " #, 熔化极气体保护电弧焊分类
, - . 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

(三)气体保护电弧焊的特点
气体保护焊与其他电弧焊方法相比具有以下特点。
!采用明弧焊,一般不必用焊剂,没有熔渣,熔池可见度好,便于操作。而且,
保护气体是喷射的,适宜进行全位置焊接,不受空间位置的限制,有利于实现焊接
过程的机械化和自动化。
"由于电弧在保护气流的压缩下热量集中,焊接熔池和热影响区很小,因此焊
接变形小、焊接裂纹倾向不大,尤其适用于薄板焊接。
#采用氩、氦等惰性气体保护,焊接化学性质较活泼的金属或合金时,可获得
高质量的焊接接头。
$气体保护焊不宜在有风的地方施焊,在室外作业时需有专门的防风措施,此
外,电弧光的辐射较强,焊接设备较复杂。
二、二氧化碳气体保护电弧焊
(一)!"#
气体保护焊原理及特点
$%!"#
气体保护焊的原理及分类
!"#
气体保护焊是利用!"#
作为保护气体的一种熔化极气体保护电弧焊方
法,简称!"#
焊。其工作原理如图& ’ $& 所示,电源的两输出端分别接在焊枪和焊
件上。盘状焊丝由送丝机构带动,经软管和导电嘴不断地向电弧区域送给;同时,
!"#
气体以一定的压力和流量送入焊枪,通过喷嘴后,形成一股保护气流,使熔池
和电弧不受空气的侵入。随着焊枪的移动,熔池金属冷却凝固而成焊缝,从而将被
焊的焊件连成一体。
!"#
焊接所用的焊丝直径不同,可为细丝!"#
气体保护焊(焊丝直径!
$%#(()及粗丝!"#
气体保护焊(焊丝直径"$%)(()。按操作方式又可分为!"#

自动焊和!"#
自动焊,其主要区别在于:!"#
半自动焊用手工操作焊枪完成电弧热
源移动,而送丝、送气等同!"#
自动焊一样,由相应的机械装置来完成。目前细丝
半自动!"#
焊工艺比较成熟,因此应用最广。
& * + 第五章常用焊接方法

图! " #! $%&
气体保护焊焊接过程示意
#—熔池;&—焊件;’—$%&
气体;(—喷嘴;!—焊丝;)—焊接设备;*—焊丝盘;
+—送丝机构;,—软管;#-—焊枪;##—导电嘴;#&—电弧;#’—焊缝
&.$%&
气体保护焊的特点
(#)焊接成本低$%&
气体来源广、价格低,而且消耗的焊接电能少,所以$%&
焊的成本低,仅为埋弧自动焊的(-/,焊条电弧焊的’*/ 0 (&/。
(&)生产率高由于$%&
焊的焊接电流密度大,使焊缝厚度增大,焊丝的熔化
率提高,熔敷速度加快;另外,焊丝又是连续送进,且焊后没有焊渣,特别是多层焊
接时,节省了清渣时间。所以生产率比焊条电弧焊高# 0 ( 倍。
(’)焊接质量高$%&
焊对铁锈的敏感性不大,因此焊缝中不易产生气孔。而
且焊缝含氢量低,抗裂性能好。
(()焊接变形和焊接应力小由于电弧热量集中,焊件加热面积小,同时$%&
气流具有较强的冷却作用,因此,焊接应力和变形小,特别宜于薄板焊接。
(!)操作性能好因是明弧焊,可以看清电弧和熔池情况,便于掌握与调整,也
有利于实现焊接过程的机械化和自动化。
())适用范围广$%&
焊可进行各种位置的焊接,不仅适用焊接薄板,还常用
于中、厚板的焊接,而且也用于磨损零件的修补堆焊。
$%&
焊的不足之处是:使用大电流焊接时,焊缝表面成形较差,飞溅较多;不能
) - , 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

焊接容易氧化的有色金属材料;很难用交流电源焊接及在有风的地方施焊;弧光较
强,特别是大电流焊接时,电弧的光、热辐射强。
(二)!"#
气体保护焊的冶金特性
在常温下,!"#
气体的化学性能呈中性,但在电弧高温下,!"#
气体被分解而
呈很强的氧化性,能使合金元素氧化烧损,降低焊缝金属的力学性能,还可成为产
生气孔和飞溅的根源。因此,!"#
焊的焊接冶金具有特殊性。
$% 合金元素的氧化与脱氧
!"#
在电弧高温作用下,会分解为一氧化碳与氧,致使电弧气氛具有很强的氧
化性。
!" ! !! # !" & " (’ ( #)
其中!" 在焊接条件下不溶于金属,也不与金属发生反应,而原子状态的氧使
铁及合金元素迅速氧化,降低焊缝力学性能,并产生大量的飞溅。因此,必须采取
有效的脱氧措施。对于低碳钢及低合金钢的焊接,通常的脱氧方法是采用具有足
够脱氧元素锰、硅的焊丝。
#%!"#
焊的气孔问题
!"#
焊时,熔池表面没有熔渣覆盖,!"#
气流又有冷却作用,因此,结晶较快,
容易在焊缝中产生气孔。!"#
焊时可能产生的气孔有以下三种。
($)一氧化碳气孔在熔池结晶时,熔池中的)*" 与! 反应生成的!" 气体来
不及逸出,就会在焊缝中形成气孔。因此,若保证焊丝中含有足够的脱氧元素+,
和-.,并严格限制含! 量,产生!" 气孔的可能性不大。
(#)氢气孔氢的来源主要是焊丝、焊件表面的铁锈、水分和油污及!"#
气体
中含有的水分。由于!"#
气体氧化性很强,只要焊前适当清除焊丝和焊件表面的
杂质,并对!"#
气体进行提纯与干燥处理,!"#
焊时形成氢气孔的可能性较小。
(/)氮气孔!"#
焊最常发生的是氮气孔,这是!"#
气流的保护效果不好及
!"#
气体纯度不高所致。所以必须加强!"#
气流的保护效果,这是防止!"#
焊产
生气孔的重要途径。
/%!"#
焊的熔滴过渡
!"#
焊熔滴过渡形式主要有短路过渡和细颗粒过渡两种。
0 1 2 第五章常用焊接方法

短路过渡是在采用细焊丝、小电流和低电弧电压焊接时形成的。短路过渡,由
于短路频率高,电弧非常稳定,飞溅小,焊缝成形良好,同时焊接电流较小,焊接热
输入低,故适宜于薄板焊接及全位置的焊接。
细颗粒过渡过程是在采用粗焊丝、大电流和高电压时形成的。此时电弧是持
续的,不发生短路熄弧现象。由于焊接电流较大,电弧穿透力强,母材的焊缝厚度
较大,多用于中、厚板的焊接。
!"#$%
焊的飞溅问题
飞溅是#$%
焊的主要缺点,颗粒过渡的飞溅程度,要比短路过渡时严重得多。
飞溅,会降低焊丝的熔敷系数,增加焊丝及电能的消耗,降低焊接生产率和增加焊
接成本;飞溅金属黏着到导电嘴端面和喷嘴内壁上,会使送丝不畅而影响电弧稳定
性,或者降低保护气的保护作用,容易使焊缝产生气孔,影响焊缝质量;飞溅金属黏
着到导电嘴、喷嘴、焊缝及焊件表面上,需待焊后进行清理,增加了焊接的辅助工
时。此外,焊接过程中飞溅出的金属,还容易烧坏焊接人员的工作服,甚至烫伤皮
肤,恶化劳动条件。
#$%
焊产生飞溅的原因及防止飞溅的措施如下。
(&)由冶金反应引起的飞溅焊接过程中,熔滴和熔池中的碳氧化成的#$ 气
体,在电弧高温作用下体积急速膨胀,使熔滴和熔池金属产生爆破引起飞溅。减少
这种飞溅的方法是采用含有锰、硅脱氧元素的焊丝,并降低焊丝中的含碳量。
(%)由极点压力产生的飞溅这种飞溅主要取决于焊接时的极性。当正极性
焊接时,正离子飞向焊丝端部的熔滴,机械冲击力大,形成大颗粒飞溅。而反极性
焊接时,飞向焊丝端部的电子撞击力小,飞溅较小。所以#$%
焊应选用直流反接。
(’)熔滴短路时引起的飞溅当熔滴与熔池接触时,由于短路电流强烈加热及
电磁收缩力的作用,使缩颈处的液态金属发生爆破,引起飞溅。减少这种飞溅的方
法,主要是调节焊接回路中的电感值。
(!)非轴向颗粒过渡造成的飞溅这种飞溅是在颗粒过渡时由于电弧的斥力
作用而产生的。当熔滴在极点压力和弧柱中气流的压力共同作用下,熔滴被推到
焊丝端部的一边,并抛到熔池外面去,产生大颗粒飞溅。
(()焊接工艺参数选择不当引起的飞溅这种飞溅是因焊接电流、电弧电压和
回路电感等焊接工艺参数选择不当而引起的。因此,必须正确地选择#$%
焊的焊
) * + 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

接工艺参数。
(三)!"#
气体保护焊设备
!"#
气体保护焊设备有半自动焊设备和自动焊设备。其中!"#
半自动焊在生
产中应用较广,常用的!"#
半自动焊设备如图$ % &’ 所示,主要由焊接电源、焊枪
及送丝系统、!"#
供气系统、控制系统等部分组成。
图$ % &’ !"#
半自动焊设备示意
&—电源;#—送丝机;(—焊枪;)—气瓶;$—碱压调节器
&* 焊接电源
由于交流电源焊接时,电弧不稳定,飞溅较大,所以!"#
焊必须使用直流电源,
通常选用具有平硬外特性的弧焊整流器。
#* 送丝系统及焊枪
(&)送丝系统送丝系统由送丝机(包括电动机、减速器、校直轮和送丝轮)、送
丝软管、焊丝盘等组成。!"#
半自动焊的焊丝送给为等速送丝,其送丝方式主要有
拉丝式、推丝式和推拉式三种。如图$ % &+ 所示。
拉丝式的焊丝盘、送丝机构与焊枪连接在一起,只适用细焊丝(直径为,*$ -
,*.//),操作的活动范围较大;推丝式的焊丝盘、送丝机构与焊枪分离,所用的焊
丝直径宜在,*.// 以上,其焊枪的操作范围在# - )/ 以内,目前!"#
半自动焊多
采用推丝式焊枪;推拉式兼有前两种送丝方式的优点,焊丝送给以推丝为主,但焊
0 , 0 第五章常用焊接方法

枪及送丝机构较为复杂。
(!)焊枪焊枪的作用是导电、导丝、导气。接送丝方式可分为推丝式焊枪和
拉丝式焊枪;按结构可分为鹅颈式焊枪和手枪式焊枪;按冷却方式可分为空气冷却
焊枪和用内循环水冷却焊枪。鹅颈式气冷却焊枪应用最广。
"#$%!
供气系统
图& ’ () $%!
半自动焊送丝方式
$%!
的供气系统是由气瓶、预热器、干燥器、减压器、流量计等组成。
瓶装的液态$%!
汽化时要吸热,所以在减压器之前,需经预热器加热,并在输
送到焊枪之前,应经过干燥器除水分。流量计的作用是控制和测量$%!
气体的流
量。
现在生产的减压流量调节器是将预热器、减压器和流量计合为一体,使用起来
很方便。
*# 控制系统
$%!
焊控制系统的作用是对供气、送丝和供电系统实现控制。$%!
半自动焊
的控制程序如图& ’ (+ 所示。
, ( - 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " #$ %&’
半自动焊控制程序方框图
目前,中国定型生产使用较广的()% 系列%&’
半自动焊机有()% " #*+、()%
" ’!+ 型、()%# " ,++ 型、()%# " !++ 型等。此外,&-% 公司.% 系列%&’
半自动焊
机、唐山松下公司/0 系列%&’
半自动焊机使用也较广。
(四)%&’
气体保护焊的焊接工艺参数
%&’
气体保护焊的主要焊接工艺参数有焊丝直径、焊接电流、电弧电压、焊接
速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源极性、回路电感、装配间隙与坡口尺寸等。
#1 焊丝直径
焊丝直径应根据焊件厚度、焊缝空间位置及生产率的要求来选择。当焊接薄
板或中厚板的立、横、仰焊时,多采用直径#1*22 以下的焊丝;在平焊位置焊接电
厚板时,可以采用直径#1’22 以上的焊丝。焊丝直径的选择见表! " 3。
’1 焊接电流
焊接电流的大小应根据焊件厚度、焊丝直径、焊接位置及熔滴过渡形式来确
定。焊接中流增大,焊缝厚度、焊缝宽度及余高都相应增加。通常直径+1$ 4
#1*22 的焊丝,在短路过渡时,焊接电流在!+ 4 ’,+5 内选择;细颗粒过渡时,焊接
由流在’!+ 4 !++5 内选择。焊丝直径与焊接电流的关系见表! " !。
表! " 3 焊丝直径的选择
焊丝直径6 22 熔滴过渡形式焊件厚度6 22 焊缝位置
+1! 4 +1$
短路过渡#1+ 4 ’1! 全位置
颗粒过渡’1! 4 31+ 平焊
#1+ 4 #13
短路过渡’1+ 4 $1+ 全位置
颗粒过渡’1+ 4 #’1+ 平焊
#1* 短路过渡,1+ 4 #’1+ 全位置
# # 7 第五章常用焊接方法

续表
焊丝直径! "" 熔滴过渡形式焊件厚度! "" 焊缝位置
!#$% 颗粒过渡& %$’ 平焊
表( ) (
" """"
焊丝直径与焊接电流的关系
焊丝直径! ""
焊接电流! *
颗粒过渡短路过渡
焊丝直径! ""
焊接电流! *
" ""
颗粒过渡短路过渡
" ""
’$+ #(’ , -(’ %’ , #%’ #$% .(’ , (’’ #’’ , #+’
#$- -’’ , .’’ #’’ , #/( -$0 (’’ , /(’ #(’ , -’’
.$ 电弧电压
电弧电压随焊接电流的增加而增大。短路过渡时,电弧电压在#% , -01 范围
内选择。颗粒过渡时,对于直径为#$- , .$’"" 的焊丝,电弧电压可在-( , .%1 范
围内选择。
0$ 焊接速度
在一定的焊丝直径、焊接电流和电弧电压条件下,随着焊速增加,焊缝宽度与
焊缝厚度减小。焊速过快,不仅气体保护效果变差,可能出现气孔,而且还易产生
咬边及未熔合等缺陷,但焊速过慢,则焊接生产率降低,焊接变形增大。一般23-
半自动焊时的焊接速度为#( , 0’"! 4。
($ 焊丝伸出长度
焊丝伸出长度取决于焊丝直径,一般约等于焊丝直径的#’ 倍,且不超过
#(""。伸出长度过大,焊丝会成段熔断,飞溅严重,气体保护效果差;过小,不但易
造成飞溅物堵塞喷嘴,影响保护效果,也影响焊工视线。
%$23-
气体流量
23-
气体流量应根据焊接电流、焊接速度、焊丝伸出长度及喷嘴直径等选择,
过大或过小的气体流量都会影响气体保护效果。通常在细丝23-
焊时,23-
气体
流量约为+ , #(56"78;粗丝23-
焊时,23-
气体流量约在#( , -(5! "78。
/$ 电源极性与回路电感
为了减少飞溅,保证焊接电弧的稳定性,23-
焊应选用直流反接。焊接回路的
- # 9 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

电感值应根据焊丝直径和电弧电压来选择,不同直径焊丝的合适电感值见表! "
#。
表! " # 不同直径焊丝合适的电感值
焊丝直径$ %% &’( )’* )’#
电感值$ %+ &’&) , &’&( &’)& , &’)# &’-& , &’.&
三、氩弧焊
(一)氩弧焊原理、特点和分类
)’ 氩弧焊工作原理
氩弧焊是使用氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊方法,如图! " )/ 所
示。焊接时,氩气流从焊枪喷嘴中连续喷出,在电弧区形成严密的保护气层,将电
极和金属熔池与空气隔离。同时,利用电极(钨极或焊丝)与焊件之间产生的电弧
热量,来熔化附加的填充焊丝或自动给送的焊丝及基本金属,待液态熔池金属凝固
后形成焊缝。
图! " )/ 氩弧焊示意
)—熔池;*—喷嘴;-—钨极;0—气体;!—焊缝;#—焊丝;.—送丝滚轮
- ) / 第五章常用焊接方法

!" 氩弧焊特点
氩弧焊除了具有气体保护焊共有的特点外,还有如下特点。
(#)焊缝质量好由于氩气是一种惰性气体,不与金属起化学反应,合金元素
不会氧化烧损,而且也不溶解于金属。因此,保护效果好,能获得较为纯净及高质
量的焊缝。
(!)焊接变形与应力小由于电弧受氩气流的冷却和压缩作用,电弧的热量集
中,且氩弧的温度又很高,故热影响区很窄,焊接变形与应力小,尤其适宜于焊接很
薄的材料。
($)焊接范围很广几乎所有的金属材料都可以进行氩弧焊,特别适宜焊接化
学性质活泼的金属和合金,如铝、镁、钛、铜等,有时还可用于焊接结构的打底焊。
(%)生产成本较高由于氩气较贵,与其他焊接方法相比生产成本较高,所以
主要用于质量要求较高产品的焊接。
$" 氩弧焊的分类
氩弧焊根据所用的电极材料不同,可分为钨极(非熔化极)氩弧焊和熔化极氩
弧焊。按其操作方式又可分为手工氩弧焊和自动氩弧焊。根据采用的电源种类,
又有直流氩弧焊、交流氩弧焊和脉冲氩弧焊。
(二)钨极氩弧焊
钨极氩弧焊是使用纯钨或活化钨(钍钨、铈钨)为电极的氩气保护焊,简称&’(
焊。钨极本身不熔化只起发射电子产生电弧的作用,故也称非熔化极氩弧焊。
钨极氩弧焊时,由于所用的焊接电流受到钨极的熔化与烧损的限制,所以电弧
功率较小,只适用于厚度小于)** 的焊件焊接。
#" 钨极氩弧焊设备
手工钨极氩弧焊设备包括供电系统、焊枪、供气系统、冷却系统、控制系统等部
分,如图+ , !- 所示。自动钨极氩弧焊设备,除上述几部分外,还有等速送丝装置
及焊接小车行走机构。
(#)供电系统这部分主要是焊接电源、高频振荡器、脉冲稳弧器等。在小功
率焊机中,它们合为一体,称为一体式结构;在大功率焊机中,高频振荡器、脉冲稳
弧器与焊接电源分立,为一单独的控制箱。
% # . 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " #$ 手工钨极氩弧焊设备组成
!焊接电源由于电弧静特性曲线工作在水平线,所以应选用具有陡降外特
性的电源。一般焊条电弧焊的电源(如弧焊变压器、弧焊整流器等)都可作为手工
钨极氩弧焊电源。
"引弧及稳弧装置由于氩气的电离能较高,引燃电弧困难,但又不宜使用提
高空载电压的方法,所以钨极氩弧焊必须使用高频振荡器来引燃电弧。高频振荡
器一般仅供焊接时初次引弧,不用于稳弧,引燃电弧后马上切断。对于交流电源,
还需使用脉冲稳弧器,以保证重复引燃电弧并稳弧。
此外,还有消除直流分量装置。
(#)焊枪焊枪的作用是夹持电极、导电和输送氩气流。氩弧焊枪分为气冷式
焊枪和水冷式焊枪。气冷式焊枪使用方便,但限于小电流(%!$ 以下)焊接使用;水
冷式焊枪适宜大电流和自动焊接使用。
(&)供气系统钨极氩弧焊的供气系统由氩气瓶、减压器、流量计和电磁阀组
成。减压器用以减压和调压。
流量计是用来调节和测量氩气流量的大小,有时将减压器与流量计制成一体,
成为组合式。电磁气阀是控制气体通断装置。
(’)冷却系统一般选用的最大焊接电流在%!$( 以上时,必须通水来冷却焊
枪和电极。冷却水接通并有一定压力后,才能启动焊接设备,通常在钨极氩弧焊设
备中用水压开关或手动来控制水流量。
! % ) 第五章常用焊接方法

图! " #$ 交流手工钨极氩弧焊控制程序方框图
(!)控制系统钨极氩弧焊的控制系统是通过控制线路,对供电、供气、引弧与
稳弧等各个阶段的动作程序实现控制。图! " #$ 为交流手工钨极氩弧焊的控制程
序方框图。
目前,常用的手工钨极氩弧焊机型号有:%& " #!’、%& " (’’ 等直流钨极氩弧
焊机,%&) " $!’、%&) " (’’ 等交流钨极氩弧焊机,%&* " $!’、%&* " #!’ 等交直流
钨极氩弧焊机。
#+ 钨极氩弧焊焊接工艺参数
钨极氩弧焊的焊接工艺参数主要有:电源种类和极性、钨极直径、焊接电流、电
弧电压、氩气流量、焊接速度和喷嘴直径等。正确地选择焊接工艺参数是获得优质
焊接接头的重要保证。
($)电源种类和极性钨极氩弧焊可以使用直流电,也可以使用交流电。电流
种类和极性的选择主要从减少钨极烧损和产生“阴极破碎”作用来考虑。
“阴极破碎”是直流反接或焊件为负极的交流半周波中,电弧空间的正离子飞
向焊件撞击金属熔池表面,将致密难熔的氧化膜击碎而去除的作用,也称“阴极雾
化”,如图! " ## 所示。
采用直流正接时,由于电弧阳极温度高于阴极温度,钨极不易过热与烧损。但
焊件表面是受到比正离子质量小得多的电子撞击,不能去除氧化膜,没有“阴极破
碎”作用。
采用直流反接时,虽有阴极破碎作用,但钨极易烧损,所以钨极氩弧焊很少采
用。
, $ - 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

交流钨极氩弧焊时,在钨极为负极的半周波中,钨极可以得到冷却,以减小烧
损。而在焊件为负极的半周波中有“阴极破碎”作用。因此,交流钨极氩弧焊兼有
直流钨极氩弧焊正、反接的优点,是焊接铝镁合金的最佳方法。各种材料的电源种
类与极性的选用见表! " #。
图! " $$ 阴极破碎作用示意
表! " # 电源种类和极性的选择
电源种类和极性被焊金属材料
直流正接低碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、铜、钛及其合金
直流反接适用于各种金属的熔化极氩弧焊,钨极氩弧焊很少采用
交流电源铝、镁及其合金
($)钨极直径及端部形状钨极直径主要按焊件厚度、电源极性来选择。如果
钨极直径选择不当,将造成电弧不稳、严重烧损钨极和焊缝夹钨。
钨极端部形状对电弧稳定性有一定影响,钨极端部形状按图! " $% 所示选用。
(%)焊接电流焊接电流主要根据焊件厚度、钨极直径和焊缝空间位置来选
择,过大或过小的焊接电流都会使焊缝成形不良或产生缺陷。各种直径的钨极许
用电流范围见表! " &。
# ’ ( 第五章常用焊接方法

图! " #$ 电极端部的形状
表! " %
! !!!
各种直径的钨极许用电流范围
钨极直径&’’ 直流正接&( 直流反接&( 交流&( 钨极直径&’’ 直流正接&( 直流反接&( 交流
! !!!
&(
! !!!
)*+ )! , %+ #+ , -+ .*+ .++ , !++ .+ , !! #++ , $#+
)*- /+ , #!+ )+ , #+ -+ , )#+ !*+ !++ , /!+ !! , %+ #0+ ,
! !!!
$0+
#*. )!+ , #!+ )! , $+ )++ , )%+ -*+ /!+ , )+++ %+ , )#!
! !!!
$.+ , !#!
$*# #!+ , .++ #! , .+ )-+ , #!+
(.)氩气流量和喷嘴直径对于一定孔径的喷嘴,选用的氩气流量要适当,如
果流量过大,不仅浪费,而且容易形成紊流,使空气卷入,对焊接区的保护作用不
利,同时带走电弧区的热量多,影响电弧稳定燃烧。而流量过小也不好,气流挺度
差,容易受到外界气流的干扰,以致降低气体保护效果。通常氩气流量在$ , #+1&
’23 范围内。一般喷嘴直径随着氩气流量的增加而增加,一般为! , ).’’。
(!)焊接速度在一定的钨极直径、焊接电流和氩气流量条件下,焊接速度过
快,会使保护气流偏离钨极与熔池,影响气体保护效果,易产生未焊透等缺陷。焊
接速度过慢时,焊缝易咬边和烧穿。因此,应选择合适的焊接速度。
(-)电弧电压电弧电压增加,焊缝厚度减小,熔宽显著增加;随着电弧电压的
增加,气体保护效果随之变差。当电弧电压过高时,易产生未焊透、焊缝被氧化和
气孔等缺陷。因此,应尽量采用短弧焊,一般为)+ , #.4。
% ) 0 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

(!)其他因素喷嘴至焊件的距离、钨极伸出长度等,对焊接过程及气体保护
效果,都有不同程度的影响。所以应按具体的焊接要求给予选定。一般喷嘴至焊
件的距离为" # $"%% 为宜;钨极伸出喷嘴的长度为& # ’%%。
(三)熔化极氩弧焊
熔化极氩弧焊是采用焊丝作为电极,电弧在焊丝与焊件之间燃烧,焊丝连续送
给并不断熔化向熔池过渡,熔池冷却凝固后形成焊缝。熔化极氩弧焊按其操作方
式分有半自动焊和自动焊两种。
熔化极氩弧焊用焊丝作为电极,克服了钨极氩弧焊焊接电流因受钨极的熔化
和烧损的限制,焊接电流可大大提高,焊缝厚度大,焊丝熔敷速度快,所以一次焊接
的焊缝厚度显著增加,适用于中厚度焊件的焊接。
当采用短路过渡或颗粒状过渡焊接时,由于飞溅严重,电弧复燃困难,焊件金
属熔化不良及容易产生焊缝缺陷。但熔化极氩弧焊在氩气保护下,产生喷射过渡
的最小焊接电流(即临界电流)不高,容易形成喷射过渡,所以熔滴过渡多采用喷射
过渡的形式。
熔化极氩弧焊设备与()*
焊类似,主要由焊接电源、供气系统、送丝机构、控制
系统、半自动焊枪等部分组成。中国定型生产的熔化极半自动氩弧焊机有+,- 系
列,如+,-$".. 型等,熔化极自动氩弧焊机有+/- 系列,如+/- 0 $... 型等。
四、富氩混合气体保护电弧焊与药芯焊丝气体保护电弧焊
(一)富氩混合气体保护焊
在惰性气体氩(-1)中加入少量的活性气体(()*
、)*
等)组成的混合气体作为
保护气体的焊接方法称为熔化极活性气体保护焊,简称为2-3 焊。由于混合气体
中氩气所占比例大,故常称为富氩混合气体保护焊。现在常用的是用4.5-1 6
*.5()*
焊接碳钢及低合金钢。
-1 6 ()*
混合气体保护焊具有氩弧焊的优点,如电弧稳定性好、飞溅小、很容
易获得轴向喷射过渡等。由于加入了()*
,克服了氩弧焊产生的阴极漂移现象及
7 $ 7 第五章常用焊接方法

指状(蘑菇)熔深成形等问题,接头力学性能好。焊缝成形比!"#
焊好,焊波细密美
观。成本比氩弧焊低,较!"#
焊高。
富氩混合气体保护焊设备与!"#
气体保护焊设备类似,它只是在!"#
气体保
护焊设备系统中加入了氩气和气体混合配比器或用瓶装的$%、!"#
混合气体代替
瓶装!"#
即可。
富氩混合气体保护焊的焊接工艺参数主要有焊丝、焊接电流、电弧电压、焊接
速度、焊丝伸出长度、气体流量、电源种类极性等,选择方法与!"#
焊类似。
(二)药芯焊丝气体保护电弧焊
依靠药芯焊丝在高温时反应形成的熔渣和气体或另加保护气体保护焊接区进
行焊接的方法称为药芯焊丝电弧焊。药芯焊丝电弧焊根据外加保护方式不同有药
芯焊丝气体保护电弧焊、药芯焊丝埋弧焊及药芯焊丝自保护焊。应用最广的是以
!"#
气体为保护气的药芯焊丝气体保护焊。
药芯焊丝气体保护焊的基本原理与普通熔化极气体保护焊一样。焊接时,在
电弧热作用下熔化的药芯焊丝、母材金属和保护气体相互之间发生冶金作用,同时
形成一层较薄的液态熔渣包覆熔滴并覆盖熔池,对熔化金属形成了又一层的保护。
实质上这种焊接方法是一种气渣联合保护的方法,如图& ’ #( 所示。
图& ’ #( 药芯焊丝二氧化碳气体保护焊
)—药芯焊丝;#—喷嘴;*—导电嘴;(—!"#
气流;
&—电弧;+—熔池;,—渣壳;-—焊缝;.—焊件
/ # . 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

药芯焊丝气体保护焊综合了焊条电弧焊和普通熔化极气体保护焊的优点:保
护效果好,抗气孔能力强,焊缝成形美观,电弧稳定性好,颗粒细,飞溅少;焊丝熔敷
速度快,生产率比焊条电弧焊高! " # 倍,经济效益显著;对焊接电源无特殊要求,
交、直流,平缓外特性均可等。
不足之处是焊丝制造过程复杂,药粉易吸潮等。
药芯焊丝$%&
气体保护电弧焊工艺与实芯焊丝$%&
气体保护焊相似,其焊接
工艺参数主要有焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊丝伸出长度等。电源一般采用
直流反接,焊丝伸出长度一般为’( " &()),焊接速度通常在!* " (*+), )-. 范围
内。
第三节气焊与气割
气焊与气割是利用气体火焰作为热源,进行金属材料的焊接或切割的加工工
艺方法。它具有设备简单、操作方便、质量可靠、成本低、实用性强等特点。现已在
机械、锅炉、压力容器、管道、电力、造船及金属结构等方面,得到了广泛的应用。
一、气体火焰
气焊与气割的热源是气体火焰。产生气体火焰的气体有可燃气体和助燃气
体,可燃气体有乙炔、液化石油气等,助燃气体是氧气。气焊常用的是氧气与乙炔
燃烧产生的气体火焰————氧/ 乙炔焰,气割的预热火焰除氧/ 乙炔焰外,还有氧
液化石油气火焰等。
(一)氧/ 乙炔焰
氧/ 乙炔焰的外形、构造、火焰的化学性质和火焰温度的分布与氧气和乙炔的
混合比大小有关。根据混合比的大小不同,可得到性质不同的三种火焰———中性
焰、碳化焰和氧化焰,如图( / &( 所示。氧/ 乙炔焰种类及特点见表( / 0。
’ & 0 第五章常用焊接方法

图! " #! 氧" 乙炔焰的构造和形状
$—焰芯;#—内焰;%—外焰
表! " & 氧" 乙炔焰种类及特点
火焰种类氧与乙炔混合比火焰最高温度火焰特点
中性焰$’$ ( $’# %)!) ( %$!)*
氧与乙炔充分燃烧,既无过剩氧,也无过剩的乙炔。
焰芯明亮,轮廓清楚,内焰具有一定的还原性
碳化焰小于$’$ #+)) ( %)))*
乙炔过剩,火焰中有游离状态的碳和氢,具有较强的
还原作用,也有一定的渗碳作用。碳化焰整个火焰比
中性焰长
氧化焰大于$’# %$)) ( %%))*
火焰中有过量的氧,具有强烈的氧化性,整个火焰较
短,内焰和外焰层次不清
# # & 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

(二)氧! 液化石油气火焰
氧! 液化石油气火焰的构造,同氧! 乙炔焰基本一样,也分为中性焰、碳化焰
和氧化焰三种。不同的是内焰不像乙炔那样明亮有点发蓝,外焰则比氧乙炔焰清
晰且较长。
氧! 液化石油气火焰的温度比氧乙炔焰略低,为"#$$ % "#&$’。由于其在氧
气中的燃烧速度约为乙炔的( ) *,所以完全燃烧所需氧气量比乙炔时大,气割预热
时间稍长。但液化石油气价格低廉,比乙炔安全,割口光洁,不渗碳,质量比较好,
所以在气割中得到成功推广应用,并部分取代了氧! 乙炔焰。
二、气焊
气焊是利用气体火焰作为热源的一种熔焊方法。常用氧气和乙炔混合燃烧的
火焰进行焊接,又称为氧乙炔焊。这种熔焊方法在工业生产中应用较广。
(一)气焊原理、特点及应用
气焊时,先将焊件的焊接处金属加热到熔化状态形成熔池,并不断地熔化焊丝
向熔池中填充,气体火焰覆盖在熔化金属的表面上,起保护作用,随着焊接过程的
进行,熔化金属冷却形成焊缝。气焊过程如图& ! "+ 所示。
图& ! "+ 气焊过程示意
(—焊件;"—焊丝;*—气焊火焰;
,—焊嘴;&—熔池;+—焊缝
气焊具有设备简单、操作方便、成本低、适应性强等优点,但由于火焰温度低、
* " - 第五章常用焊接方法

加热分散、热影响区宽、焊件变形大和过热严重。因此,气焊接头质量不如焊条电
弧焊容易保证。气焊主要用于焊接薄板、小直径薄壁管、铸铁、有色金属、低熔点金
属及硬质合金等。气焊火焰还可用于钎焊、喷焊和火焰矫正等。
(二)气焊设备与工具
气焊设备与工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶、减压器、焊炬等,其组
成如图! " #$ 所示。
图! " #$ 气焊设备组成
%—焊件;#—焊丝;& 一焊炬;’—乙炔胶管;
!—氧气胶管;(—氧气减压器;$—氧气瓶;
)—乙炔瓶;*—乙炔减压器
%+ 氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶
#+ 减压器
减压器又称压力调节器,它是将气瓶内的高压气体降为工作时的低压气体的
调节装置。减压器的作用是将气瓶内的高压气体降为工作时所需的压力,并保持
工作时压力稳定。
减压器按用途不同可分为氧气减压器、乙炔减压器、液化石油气减压器等;按
构造不同可分为单级式和双级式两类;按工作原理不同可分为正作用式和反作用
式两类。目前常用的是单级反作用式。
&+ 焊炬
焊炬是气焊时用于控制气体混合比、流量及火焰并进行焊接的工具。焊炬按
’ # * 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

可燃气体与氧气混合的方式不同,可分为射吸式焊炬(也称低压焊炬)和等压式焊
炬两类,现在常用的是射吸式焊炬。
图! " #$ 射吸式焊炬的构造原理
%—焊嘴;#—混合管;&—射吸管;’—喷嘴;!—氧气阀;
(—氧气导管;)—乙炔导管;$—乙炔阀
射吸式焊炬的构造原理如图! " #$ 所示。焊炬工作时,氧气从喷嘴口快速射
出,在喷嘴外围造成负压(吸力),在氧射流负压的作用下,聚集在喷嘴外围的乙炔
气很快被氧气吸出,并按一定的比例与氧气混合,经过射吸管、混合气管从焊喷嘴
出。
焊炬型号是由汉语拼音字母* 表示结构形式和操作方式的序号及规格组成,
如*+% " ( 表示手工操作的可焊接最大厚度为(,, 的射吸式焊炬。
(三)气焊工艺参数
气焊工艺参数包括焊丝的型号、牌号及直径、气焊熔剂、火焰的性质及能率、焊
炬的倾斜角度、焊接方向、焊接速度和接头形式等,它们是保证焊接质量的主要技
术依据。
%- 接头形式
气焊的接头形式有对接接头、卷边接头、角接接头等。对接接头是气焊采用的
主要接头形式,当板厚大于!,, 时应开坡口。角接接头、卷边接头一般只在薄板
焊接时使用。
#- 焊丝的型号、牌号及直径
焊丝的型号、牌号应根据焊件材料的力学性能或化学成分来选择相应性能或
! # . 第五章常用焊接方法

成分的焊丝。
焊丝直径则根据焊件的厚度来决定,焊接!"" 以下板材时焊丝直径要与焊件
厚度相近,一般选用# $ %"" 焊丝。
%& 气焊熔剂
气焊熔剂的选择要根据焊件的成分及其性质而定,一般碳素结构钢气焊时不
需要气焊熔剂。而不锈钢、耐热钢、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金气焊时,则必须
采用气焊熔剂。
’& 火焰的性质及能率
(#)火焰的性质(种类) 气焊火焰的性质,应该根据不同材料的焊件合理选
择。中性焰适用于焊接一般低碳钢和要求焊接过程对熔化金属不渗碳的金属材
料,如不锈钢、紫铜、铝及铝合金等;碳化焰只适用含碳较高的高碳钢、铸铁、硬质合
金及高速钢的焊接;氧化焰很少采用,但焊接黄铜时,采用含硅焊丝,氧化焰会使熔
化金属表面覆盖一层硅的氧化膜可阻止黄铜中锌的蒸发,故焊接黄铜时,宜采用氧
化焰。各种金属材料气焊火焰的选用见表! ( #)。
(*)火焰的能率气焊火焰的能率主要是根据每小时可燃气体(乙炔)的消耗
量(+,-)来确定,而气体消耗量又取决于焊嘴的大小。在保证焊接质量的前提下,
应尽量选择较大的火焰能率,以提高生产率。
表! ( #) ! !!! 各种金属材料气焊火焰的选用! !!!
材料种类火焰种类材料种类火焰种类
! !!!
低、中碳钢中性焰铝镍钢中性焰或乙炔稍多的中性焰
! !!!
低合金钢中性焰锰钢氧化焰
! !!!
紫铜中性焰镀锌铁板氧化焰
! !!!
铝及铝合金中性焰或轻微碳化焰高速钢碳化焰
! !!!
铅、锡中性焰硬质合金碳化焰
青铜中性焰或轻微氧化焰高碳钢碳化焰
. * / 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

! !!!
续表
! !!!
材料种类火焰种类材料种类火焰种类
! !!!
不锈钢中性焰或轻微碳化焰铸铁碳化焰
黄铜氧化焰镍碳化焰或中性焰
!" 焊炬的倾斜角度
焊炬的倾斜角度的大小,主要取决于焊件的厚度和母材的熔点及导热性。焊
件越厚、导热性及熔点越高,采用的焊炬倾斜角越大,这样可使火焰的热量集中;相
反,则采用较小的倾斜角。焊接碳素钢,焊炬倾斜角与焊件厚度的关系如图! # $%
所示。
图! # $% 焊炬倾斜角与焊件厚度的关系
&" 焊接方向
气焊时,按照焊炬和焊丝的移动的方向,可分为左向焊法和右向焊法两种。
(’)右向焊法右向焊法如图! # ()(*)所示,焊炬指向焊缝,焊接过程自左向
右,焊炬在焊丝前面移动。右向焊法适合焊接厚度较大,熔点及导热性较高的焊
件,但不易掌握,一般较少采用。
($)左向焊法左向焊法如图! # ()(+)所示,焊炬是指向焊件未焊部分,焊接
过程自右向左,而且焊炬是跟着焊丝走。这种方法操作简便,容易掌握,适宜于薄
, $ % 第五章常用焊接方法

板的焊接,是普遍应用的方法。左向焊法缺点是焊缝易氧化,冷却较快,热量利用
率低。
图! " #$ 右向焊法和左向焊法
%& 焊接速度
一般情况下,厚度大、熔点高的焊件,焊接速度要慢些,以免产生未熔合的缺
陷;厚度小、熔点低的焊件,焊接速度要快些,以免烧穿和使焊件过热,降低产品质
量。总之,在保证焊接质量的前提下,应尽量加快焊接速度,以提高生产率。
三、气割
气割是利用气体火焰的能量将金属分离的一种加工方法,是生产中钢材分离
的重要手段。
(一)气割原理及条件
’& 气割的原理
气割是利用气体火焰(中焰性)的热能,将工件切割处预热到燃烧温度后,喷出
高速切割氧流,使其燃烧并放出热量实现切割的方法,如图! " #’ 所示。氧气切割
过程是预热" 燃烧" 吹渣过程,其实质是铁在纯氧中的燃烧过程,而不是熔化过
程。
(& 气割的条件
金属只有符合下列条件才能进行氧气切割。
) ( * 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

!金属在氧气中的燃烧点应低于熔点,这是氧气切割过程能正常进行的最基
本条件。否则金属在燃烧之前已熔化就不能实现正常的切割过程。
"金属气割时形成氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。氧气切割过程产生
的金属氧化物的熔点必须低于该金属本身的熔点,同时流动性要好,这样的氧化物
能以液体状态从割缝处被吹除。
图! " #$ 气割示意
#金属燃烧应该是放热反应,且金属的导热性应小,这样底层金属就能迅速预
热至燃点,保证气割过程继续进行。
$金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要少。
低碳钢和低合金钢能满足上述要求,所以能很顺利地进行气割。
钢的气割性能与含碳量有关,钢的含碳量增加,熔点降低,燃点升高,气割性能
变差,当合碳量超过%&’(时,必须将割件预热至)%% * ’%%+才能进行气割;当含
碳量大于$( * $&,(时,割件就不能进行正常气割。
铸铁不能用氧气气割,原因是它在氧气中的燃点比熔点高很多,同时产生高熔
点的二氧化硅(-./,
),而且氧化物的黏度也很大,流动性又差,切割氧流不能把它
吹除。此外由于铸铁中含碳量高,碳燃烧后产生一氧化碳和二氧化碳冲淡了切割
氧射流,降低了氧化效果,使气割发生困难。
0 , 0 第五章常用焊接方法

不锈钢会产生高熔点的氧化铬和氧化镍(约!""#$),遮盖了金属的割缝表
面,阻碍下一层金属燃烧,也使气割发生困难。
铜、铝及其合金燃点比熔点高,导热性好,加之铝在切割过程中产生高熔点的
三氧化二铝(约%#&#$),而铜产生的氧化物放出的热量较低,都使气割发生困难。
目前,铸铁、不锈钢、铜、铝及其合金均采用等离子切割。
(二)气割设备与工具
气割设备与工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶、减压器、割炬(或气割
机)等。氧气瓶、乙炔瓶、液化石油气瓶、减压器与气焊用的相同。
!’ 割炬
割炬是手工气割的主要工具。割炬按可燃气体与氧气混合的方式不同,可分
为射吸式割炬和等压式割炬两种;按可燃气体种类不同可分为乙炔割炬、液化石油
气割炬等。射吸式割炬应用最为普遍。
射吸式割炬的构造原理如图& ( )% 所示,它是在射吸式焊炬的基础上,增加了
由切割氧调节间、切割氧气管以及割嘴等组成的切割部分。割嘴的构造如图& (
)) 所示,有环形和梅花形两种。
图& ( )% 射吸式割炬构造原理
!—割嘴;%—混合气管;)—射吸管;*—喷嘴;&—预热氧气阀;
+—乙炔阀;,—乙炔;-—氧气;"—切割氧气阀;!#—切割氧气管
# ) " 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " ## 割嘴的形状
气割时,先开启预热氧调节阀和乙炔调节阀,点火产生环形预热火焰对割件进
行预热,待割件预热至燃点时,即开启切割氧调节阀,此时高速切割氧气流经切割
氧气管,由割嘴的中心孔喷出,进行气割。
割炬的型号是由汉语拼音字母$、表示结构形式和操作方式的序号及规格组
成。如$%& " #% 表示手工操作的可切割的最大厚度为#%’’ 的射吸式割炬。
液化石油气气割时,不能直接使用乙炔用的射吸式割炬,需要进行改造或使用
液化石油气专用割炬如$%( " &%% 等。
)* 气割机
随着生产的发展,对气割质量的要求越来越高,运用手工气割越来越不能适应
生产的需要,现在广泛使用的有半自动气割机,如+$& " #%;仿形气割机,如+$) "
&!%;光电跟踪气割机等机械化气割设备。近年来,由于计算机技术发展,数控气割
机得到广泛应用。
(三)气割工艺参数
气割工艺参数主要包括气割氧压力、气割速度、预热火焰能率、割嘴与割件的
倾斜角度、割嘴离割件表面的距离等。
&* 气割氧压力
气割氧压力主要根据割件厚度来选用。割件越厚,要求气割氧压力越大。但
& # , 第五章常用焊接方法

氧气压力过大,不仅造成浪费,而且使割口表面粗糙,割缝加大。氧气压力过小,不
能将熔渣全部从割缝处吹除,使割缝的背面留下很难清除干净的挂渣,甚至出现割
不透现象。
!" 气割速度
气割速度与割件厚度和使用的割嘴形状有关。割件越厚,气割速度越慢;反之
割件越薄,则气割速度越快。气割速度太慢,会使割缝边缘熔化;速度过快,则会产
生很大的后拖量(沟纹倾斜)或割不穿。所谓后拖量是指切割面上切割氧流轨迹的
始点与终点在水平方向的距离,如图# $ %& 所示。
%" 预热火焰能率
预热火焰能率是以每小时可燃气体消耗量来表示的。预热火焰能率应根据割
件厚度来选择,一般割件越厚,火焰能率越大。但火焰能率过大时,会使割缝上缘
产生连续珠状钢粒,甚至熔化成圆角,并使割件背面粘渣增多。当火焰能率过小
时,割件得不到足够的热量,迫使气割速度减慢,甚至使气割过程发生困难。
&" 割嘴与割件的倾斜角
割嘴与割件的倾斜角度,直接影响气割速度和后拖量,如图# $ %# 所示。割嘴
与割件倾斜角的大小,可按表# $ ’’ 选择。
图# $ %& 后拖量
! % ( 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " #! 割嘴与割件的倾斜角
表! " $$ 割嘴倾角与割件厚度的关系
割件厚度% && ’ ( ( ) #*
+ #*
起割割穿后停割
倾角方向后倾垂直前倾垂直后倾
倾角角度,!- ) .!- *- !- ) $*- *- !- ) $*-
!/ 割嘴离工件表面的距离
割嘴离割件表面的距离应根据预热火焰长度和割件厚度来确定,一般为# )
!&&。因为这样的加热条件好,切割面渗碳的可能性最小。当割件厚度小于,*&&
时,火焰可长些,距离可适当加大;当割件厚度大于或等于,*&& 时,由于气割速度
放慢,火焰应短些,距离应适当减小。
(四)回火现象
在气焊、气割工作中有时会发生气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象,这种现
象称为回火。回火可能烧毁焊(割)炬、管路及引起可燃气体储罐的爆炸。
发生回火的根本原因是混合气体从焊割炬的喷射孔内喷出的速度小于混合气
体燃烧速度。由于混合气体的燃烧速度一般不变,凡是降低混合气体喷出速度的
因素都有可能发生回火,因此发生回火的具体原因有以下几个方面。
!输送气体的软管太长、太细,或者曲折太多,使气体在软管内流动时所受的
阻力增大,降低了气体的流速,引起回火。
"焊割时间过长或者焊割嘴离工件太近致使焊割嘴温度升高,焊割炬内的气
# # 0 第五章常用焊接方法

体压力增大,增大了混合气体的流动阻力,降低了气体的流速引起回火。
!焊割嘴端面黏附了过多飞溅出来的熔化金属微粒,这些微粒阻塞了喷射孔,
使混合气体不能畅通地流出引起回火。
"输送气体的软管内壁或焊割炬内部的气体通道上黏附了固体碳质微粒或其
他物质,增加了气体的流动阻力,降低了气体的流速以及气体管道内存着氧! 乙炔
混合气体等引起回火。
由于瓶装乙炔瓶内压力较高,发生火焰倒流燃烧的可能性很少。若发生回火,
处理的方法是:迅速关闭乙炔调节阀门和氧气调节阀门,切断乙炔和氧气来源。
第四节其他焊接与切割方法
一、埋弧自动焊
埋弧自动焊是相对明弧焊而言的,是指电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的一种自
动焊方法,是目前广泛使用的一种高效的机械化焊接方法。广泛用于锅炉、压力容
器、石油化工、船舶、桥梁、冶金及机械制造工业中。
(一)埋弧自动焊原理
埋弧焊的焊接过程如图" ! #$ 所示。焊接时,先将焊丝由送丝机构送进,经导
电嘴与焊件轻微接触,焊剂由漏斗口经软管流出后,均匀地堆敷在待焊处,引弧后
电弧将焊丝和焊件熔化形成熔池,同时将电弧区周围的焊剂熔化并有部分蒸发,形
成一个封闭的电弧燃烧空间,密度较小的熔渣浮在熔池表面上,将液态金属与空气
隔绝开来,有利于焊接冶金反应的进行。
随着电弧向前移动,熔池液态金属随之冷却凝固而形成焊缝,浮在表面上的液
态熔渣也随之冷却而形成渣壳。焊接时,焊机的启动、引弧、送丝、机头(或焊件)移
动等过程全由焊机机械化控制。
% # & 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " #$ 埋弧自动焊过程示意
(二)埋弧自动焊的特点
埋弧自动焊优点如下。
(%)焊接生产率高埋弧自动焊可采用较大的焊接电流,同时因电弧加热集
中,使熔深增加,单丝埋弧焊可一次焊透&’(( 以下不开坡口的钢板。而且埋弧自
动焊的焊接速度也较焊条电弧快,单丝埋弧焊焊速可达#’ ) !’(* +,而焊条电弧焊
焊速则不超过$ ) ,(* +,从而提高了焊接生产率。
(&)焊接质量好因熔池有熔渣和焊剂的保护,使空气中的氮、氧难以侵入,提
高了焊缝金属的强度和韧性,焊接质量好。
另外,焊缝表面光洁、平整、成形美观。
(#)劳动条件好由于实现了焊接过程机械化,操作较简便,而且电弧在焊剂
层下燃烧没有弧光的有害影响,放出烟尘也少,因此焊工的劳动条件得到了改善。
(-)焊接成本较低由于熔深较大,埋弧自动焊时可不开或少开坡口,减少了
焊缝中焊丝的填充量,也节省因加工坡口而消耗掉的母材。由于焊接时飞溅极少,
又没有焊条头的损失,所以节约焊接材料。
另外,埋弧焊的热量集中,而且利用率高,故在单位长度焊缝上,所消耗的电能
也大为降低。
! # . 第五章常用焊接方法

(!)焊接范围广埋弧焊不仅能焊接碳钢、低合金钢、不锈钢,还可以焊接耐热
钢及铜合金、镍基合金等有色金属。此外,还可以进行抗磨损、耐腐蚀材料的堆焊。
但不适用于铝、钛等氧化性强的金属和合金的焊接。
埋弧自动焊主要缺点是:一般只适用于平焊或倾斜度不大的位置及角焊位置
焊接;焊接时不能直接观察电弧与坡口的相对位置,容易产生焊偏及未焊透,不能
及时调整工艺参数;焊接设备比较复杂,维修保养工作量比较大;仅适用于直的长
焊缝和环形焊缝焊接。
二、钎焊
(一)钎焊原理
钎焊是采用比焊件熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料
熔点,低于焊件熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互
扩散实现连接方法,其过程如图! " #$ 所示。
图! " #$ 钎焊过程示意
(二)钎焊的分类及特点
%& 钎焊的分类
按钎料熔点不同,可分为软钎焊和硬钎焊。当所采用的钎料的熔点(或液相
线)低于’!()时,称为软钎焊;当其温度高于’!()时,称为硬钎焊。
* # + 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

按照热源种类和加热方式不同,可分为火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎
焊、电弧钎焊、激光钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊等,最简单、最常用的是火焰钎焊和烙
铁钎焊。
!" 钎焊特点
钎焊的优点如下。
!钎焊时加热温度低于焊件金属的熔点,钎料熔化,焊件不熔化,焊件金属的
组织和性能变化较少。钎焊后,焊件的应力与变形较少,可以用于焊接尺寸精度要
求较高的焊件。
"某些钎焊,它可以一次焊几条、几十条钎缝甚至更多,所以生产率高,如自行
车车架的焊接。
它还可以焊接其他方法无法焊接的结构形状复杂的工件。
#钎焊不仅可以焊接同种金属,也适宜焊接异种金属,甚至可以焊接金属与非
金属,例如原子能反应堆中的金属与石墨的钎焊,因此应用范围很广。
钎焊的主要缺点是:钎焊接头的强度和耐热能力较基本金属低,接头装配要求
比熔焊高。
(三)钎焊工艺
#" 钎焊接头形式
针焊时钎缝的强度比母材低,若采用对接接头,则接头的强度比母材差。所
以,钎焊大多采用增加搭接面积来提高承载能力的搭接接头,一般搭接接头长度为
板厚的$ % & 倍,但不超过#’((。
!" 焊前准备
应使用机械方法或化学方法,除去焊件表面氧化膜。
$" 装配间隙
钎焊间隙应适当中,间隙过小,钎料流入困难,在钎缝内形成夹渣或未钎透,导
致接头强度下降;间隙过大,毛细作用减弱,钎料不能填满间隙使钎缝强度降低,同
时钎缝过大也使钎料消耗过多。
各种材料钎焊时,钎焊榕头间隙见表’ ) #!。
* $ + 第五章常用焊接方法

表! " #$
! !!
各种材料钎焊接头间隙
钎焊金属钎料间隙%&& 钎焊金属钎料间隙
! !!!!!!!!!!!!!!!!
%&&
碳钢
铜’(’# ) ’(’!
铜锌’(’! ) ’($’
银基’(’* ) ’(#!
锡铅’(’! ) ’($’
铜及铜合金
铜锌’(’! ) ’($’
铜磷’(’* ) ’(#!
银基’(’! ) ’($’
不锈钢
铜’(’# ) ’(’!
银基’(’! ) ’($’
锰基’(’# ) ’(’!
镍基’(’$ ) ’(#’
锡铅’(’! ) ’($’
铝及铝合金
铝基’(#’ ) ’($!
锌基’(#’ ) ’(*’
+( 钎焊工艺参数
钎焊工艺参数主要是钎焊温度和保温时间。钎焊温度一般高于钎料熔点$!
) ,’-。钎焊保温时间应使焊件金属与针料发生足够作用,钎料与基本金属作用
强的取短些,间隙大的、焊件尺寸大的则取长些。
!( 钎后清洗
钎剂残渣大多数对钎焊接头起腐蚀作用,同时也妨碍对钎缝的检查,所以焊后
常需清除干净。
三、电渣焊
(一)电渣焊的基本原理
电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法,其原理如
图! " *. 所示。
焊接开始时,先在电极(焊丝)和引弧板之间引燃电弧,电弧熔化焊剂形成渣
池。当渣池达到一定深度后,电弧熄灭,这一过程称为引弧造渣阶段。随后进入正
常焊接阶段,这时电流经过电极并通过渣池传到焊件。由于渣池中的液态熔渣电
阻较大,通过电流时就产生大量的电阻热,将渣池加热到很高温度(#/’’ )
$’’’-),使电极及焊件熔化,并下沉到底部形成金属熔池,而密度较熔化金属小的
. * 0 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

熔渣始终浮于金属熔池上部起保护作用。随着焊接过程的连续进行,熔池金属的
温度逐渐降低,在冷却滑块的作用下,强迫凝固形成焊缝。最后是引出阶段,即在
焊件上部装有引出板,以便将渣池和收尾部分的焊缝引出焊件,以保证焊缝质量。
图! " #$ 电渣焊原理示意
%—焊件;&—金属熔池;#—渣池;’—导电嘴;!—焊丝;(—冷却滑块;
)—引出板;$—金属熔滴;*—焊缝;%+—引弧板
(二)电渣焊的特点
电渣焊的优点如下。
(%)生产率高对于大厚度的焊件,可以一次焊好,且不必开坡口。通常用于
焊接板厚’+,, 以上的焊件,最大厚度可达&,。此外,还可以一次焊接焊缝截面
变化大的焊件。因此,电渣焊要比电弧焊的生产效率高得多。
(&)经济效果好电渣焊的焊缝准备工作简单,大厚度焊件不需要进行坡口加
工,即可进行焊接,因而可以节约大量金属和加工时间。此外,由于在加热过程中,
几乎全部电能都经渣池转换成热能,因此电能的损耗量小。
(#)宜在垂直位置焊接当焊缝中心线处于垂直位置时,电渣焊形成熔池及焊
缝成形条件最好,一般适合于垂直位置焊缝的焊接。
(’)焊缝缺陷少电渣焊时,渣池在整个焊接过程中总是覆盖在焊缝上面,一
定深度的渣池使液态金属得到良好的保护,以避免空气的有害作用,并对焊件进行
* # * 第五章常用焊接方法

预热,使冷却速度缓慢有利用于熔池中气体、杂质有充分的时间析出,所以焊缝不
易产生气孔、夹渣及裂纹等缺陷。
电渣焊的主要缺点是焊接接头晶粒粗大。由于电渣焊热过程的特点,造成焊
缝和热影响区的晶粒大,使焊接接头的塑性和冲击韧性降低,但是通过焊后热处
理,能够细化晶粒,满足对力学性能的要求。
四、碳弧气刨
(一)碳弧气创原理及特点
碳弧气刨是使用石墨棒与刨件间产生电弧将金属熔化,并用压缩空气将其吹
掉,实现在金属表面上加工沟槽的方法,如图! " #$ 所示。
图! " #$ 碳弧气刨示意
%—电极;&—刨枪;#—压缩空气流;’—刨件
碳弧气刨的优点如下。
!碳弧气刨比采用风铲可提高生产率%( 倍,在仰位或竖位进出时更具有优越
性。
"与风铲比较,噪声较小,并减轻了劳动强度,易实现机械化。
#在对封底焊进行碳弧气刨挑焊根时,易发现细小缺陷,并可克服风铲由于位
置狭窄而无法使用的缺点。
碳弧气刨也有一些缺点:如产生烟雾,噪声较大,粉尘污染,弧光辐射等。
碳弧气刨广泛应用于清理焊根,清除焊缝缺陷,开焊接坡口(特别是) 形坡
( ’ $ 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

口),清理铸件的毛边、浇冒口及缺陷,还可用于无法用氧! 乙炔切割的各种金属材
料切割。
(二)碳弧气刨设备
碳弧气刨设备有电源、气刨枪、碳棒、电缆气管和空气压缩机组成,如图" ! #$
所示。
图" ! #$ 碳弧气刨系统示意
%—电源;&—气刨枪;’—碳棒;#—电缆气管;"—空气压缩机;(—工件
碳弧气刨一般采用具有陡降外特性的直流电源,由于使用电流较大,且连续工
作时间较长,因此,应选用功率较大的弧焊整流器和弧焊发电机,如)*+,"$$、-*,
"$$ 等。
碳弧气刨的工具是碳弧气刨枪,它有侧面送风式气刨枪和圆周送风式气刨枪
两种。碳弧气刨的电极材料一般都采用镀铜实芯碳棒,其断面形状有圆形和扁形,
根据刨削要求选用,其中圆形碳棒应用最广。
(三)碳弧气刨工艺
碳弧气刨的工艺参数主要有电源极性、电流与碳棒直径。刨削速度、压缩空气
压力、碳棒的伸出长度、碳棒与工件的倾角、电弧长度等。
(%)极性碳弧气刨一般都采用直流反极性(铸铁和铜及铜合金采用正极性),
这样刨削过程稳定,刨槽光滑。
(&)碳棒直径与电流碳棒直径根据被刨削金属的厚度来选择,见表" ! %’。
被刨削的金属越厚,碳棒直径越大,一般可根据下面经验公式选择刨削电流,即
! .(’$ / "$)"
% # 0 第五章常用焊接方法

式中!———刨削电流,!;
"———碳棒直径,""。
表# $ %& 钢板厚度与碳棒直径的关系
! !!!!!
’ ""
! !!!!!
钢板厚度碳棒直径钢板厚度碳棒直径
& 一般不刨
! !!!!!
( ) %* + ) (
! !!!!!
, ) + , %- ) %# ( ) %-
+ ) ( # ) + %# 以上%-
碳棒直径还与刨槽宽度有关,刨槽越宽,碳棒直径应增大,一般碳棒直径应比
刨槽的宽度小* ) ,"" 左右。
(&)刨削速度刨削速度对刨槽尺寸和表面质量都有一定的影响。刨削速度
太快会造成碳棒与金属相碰,使碳粘在刨槽的顶端,形成所谓“夹碳”的缺陷。一般
刨削速度为-.# ) %.*"’ "/0 较合适。
(,)压缩空气压力压缩空气的压力高,能迅速地吹走液体金属,使碳弧气刨
顺利进行,一般压缩空气压力为-., ) -.+123。
(#)电弧长度电弧过长,引起操作不稳定,甚至熄弧。因此操作时要求尽量
保持短弧,但电弧太短,又容易引起“夹碳”缺陷,因此,碳弧气刨电弧的长度一般在
% ) *"" 为宜。
(+)碳棒倾角碳棒与刨件沿刨槽方向的夹角称为碳棒倾角。倾角的大小影
响刨槽的深度,倾角增大槽深增加,碳棒的倾角一般为*#4 ) ,#4。
(5)碳棒伸出长度碳棒从导电嘴到电弧端的长度为伸出长度。碳棒伸出长
度太长,就会使压缩空气吹到熔池的风力就不足,不能顺利地将熔化金属吹走。但
伸出长度太短会引起操作不方便,一般碳棒伸出长度以(- ) %--"" 为宜。
* , 6 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

五、等离子弧切割与焊接
等离子弧切割与焊接是利用高温(!"## $ %%###&)的等离子弧来进行切割和
焊接的工艺方法。
(一)等离子弧的产生原理、特点及类型
!’ 等离子弧的产生原理
一般的焊接电弧未受到外界的压缩,称为自由电弧。自由电弧中的气体电离
是不充分的,能量不能高度集中,其温度也就被限制在()%# $ ))%#&。如果对自由
电弧强迫压缩(压缩效应),使弧柱中的气体几乎达到全部电离状态的电弧,称为等
离子弧。等离子弧的产生原理如图( * +! 所示,即先通过高频振荡器激发气体电
离形成电弧,然后在压缩效应作用下,形成等离子弧。
图( * +! 等离子弧产生装置原理示意
!—钨极;,—进气管;%—进水管;+—出水管;(—喷嘴;
"—等离子弧;)—焊件;-—高频振荡器
% + . 第五章常用焊接方法

!" 等离子弧的特点
(#)温度高、能量高度集中等离子弧的导电性高,承受的电流密度大,因此温
度极高,达#$%%% & ’’%%%(,并且截面很小,能量密度高度集中。
(!)电弧挺度好、燃烧稳定自由电弧的扩散角度约为)*+,而等离子弧由于电
离程度高,放电过程稳定,在“压缩效应”作用下,其扩散角仅为*+。故电弧挺度好,
燃烧稳定。
(’)具有很强的机械冲刷力等离子弧发生装置内通入常温压缩气体,由于受
到电弧高温加热而膨胀,使气体压力大大增加,高压气流通过喷嘴细通道喷出时,
可达到很高的速度甚至可超过声速,所以等离子弧有很强的机械冲刷力。
(二)等离子弧切割
#" 等离子弧切割原理
利用等离子弧的热能实现切割的方法称为等离子弧切割。它与氧,乙炔切割
有本质上的区别。它是以高温、高速的等离子弧为热源,将被切割件局部熔化,并
利用压缩的高速气流的机械冲刷力,将已熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄切
口的过程。
等离子弧切割使用的工作气体是氮、氩、氢以及它们的混合气体,由于氮气价
格低廉,故常用的是氮气,且氮气纯度不低于--"*.。
此外,在碳素钢和低合金钢切割中,常使用压缩空气作为工作气体的空气等离
子弧切割。
!" 等离子弧切割特点
等离子弧切割的优点如下。
(#)可以切割任何黑色和有色金属等离子弧可以切割各种高熔点金属及其
他切割方法不能切割的金属,如不锈钢、耐热钢、钛、钼、钨、铸铁、铜、铝及其合金。
切割不锈钢、铝等厚度可达!%%// 以上。
(!)可切割各种非金属材料采用非转移型电弧时,由于工件不接电,所以在
这种情况下能切割各种非导电材料,如耐火砖、混凝土、花岗石、碳化硅等。
(’)切割速度快、生产率高在目前采用的各种切割方法中,等离子切割的速
度比较快,生产率也比较高。例如,切#%// 的铝板,速度可达!%% & ’%%/01;切
) ) - 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

!"## 厚的不锈钢,速度可达!$$ % !&$#’ (。
())切割质量高等离子弧切割时,能得到比较狭窄、光洁、整齐、无粘渣、接近
于垂直的切口,而且切口的变形和热影响区较小,其硬度变化也不大,切割质量好。
等离子弧切割的不足之处是:设备比氧*乙炔气割复杂、投资较大;电源的空载
电压较高,要注意安全;气割时产生的气体会影响人体健康,操作时应注意通风。
此外,还必须注意防弧光辐射、防噪声、防高频等。
(三)等离子弧焊接
!+ 等离子弧焊原理
等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用,获得较高能量密度的等离
子弧进行焊接的一种方法。按焊缝成形原理,等离子弧焊接有穿透型等离子弧焊、
熔透型等离子弧焊、微束等离子弧焊三种基本方法。
"+ 等离子弧焊电源、电极及工作气体
等离子弧焊电源绝大多数为陡降外特性,一般采用直流正接,镁、铝薄板时可
采用直流反接电源。等离子弧焊的电极材料一般采用铈钨极或钍钨极。等离子弧
焊的工作气体分为离子气和保护气,均为氩、氮或其与氢的混合气体。大电流等离
子弧焊时,离子气和保护气成分应相同;小电流焊接时,离子气一律用氩气,保护气
可用氩气也可以选用其他成分气体,如,- . /"
等。
&+ 等离子弧焊特点
等离子弧焊与钨极氩弧焊相比有下列特点。
!由于等离子弧的温度高,能量密度大(即能量集中),熔透能力强,对于大于
0## 或更厚的金属焊接可不开坡口,不加填充金属焊接。可用比钨极氩弧焊高得
多的焊接速度施焊,不仅提高了焊接生产率,而且还可减小热影响区宽度和焊接变
形。
"由于等离子弧的形态近似于圆柱形,挺直度好,几乎在整个弧长上都具有高
温。
因此,当弧长发生波动时,熔池表面的加热面积变化不大,对焊缝成形的影响
较小,容易得到均匀的焊缝成形。
#由于等离子弧的稳定性好,特别是用联合型等离子弧时,使用很小(大于
1 ) 2 第五章常用焊接方法

!"#$)的焊接电流,也能保持稳定的焊接过程。因此,可焊超薄的工件。
!由于钨级是内缩在喷嘴里面的,焊接时不会与工件接触。因此,不仅可减少
钨极损耗,并可防止焊缝金属产生夹钨等缺陷。
% & ’ 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

第六章
常用标牌金属材料的
焊接新工艺新技术
第一节金属的焊接性和焊接性试验
一、金属焊接性的概念
!" 焊接性
金属焊接性是指材料在施工条件下焊接成按规定设计要求的构件,并满足预
定服役要求的能力。焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影
响。所以金属焊接性是指材料对焊接加工的适应性,即指材料在一定的焊接工艺
条件下获得优质焊接接头的难易程度。根据上述定义,优质的焊接接头应具备两
个条件:即接头中不允许存在超过质量标准规定的缺陷;同时具有预期的使用性
能。根据讨论问题的着眼点不同,焊接性又分为工艺焊接性和使用焊接性。
(!)工艺焊接性是指在一定的焊接工艺条件下能否获得优质致密、无缺陷焊
接接头的能力。它不是金属本身所固有的性能,而是随着焊接方法、焊接材料和工
艺措施的不断发展而变化的,某些原来不能焊接或不易焊接的金属材料,可能会变
得能够焊接和易于焊接。
(#)使用焊接性是指焊接接头或整体结构满足技术条件中所规定的使用性
能的程度。显然,使用焊接性与产品的工作条件有密切关系。
#" 影响焊接性的因素
影响焊接性的因素很多,对于钢铁材料来讲,主要有材料因素、工艺因素、设计
$ % & 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

因素及服役环境因素四类。
(!)材料因素材料因素有钢的化学成分、冶炼轧制状态、热处理状态、组织状
态和力学性能等。其中化学成分(包括杂质的分布)是主要的影响因素。对焊接性
影响较大的有碳、硫、磷、氢、氧和氮。对钢中合金元素来说,还有锰、硅、铬、镍、钼、
钛、钒、铌、铜和硼等,主要是为了满足钢的强度而加入的,然而却不同程度地增加
了焊接热影响区的淬硬倾向和各种裂纹的敏感性。为了分析和研究钢的焊接性问
题,建立“碳当量”的概念。如下文所述。
(")工艺因素包括施工时所采用的焊接方法、焊接工艺规程和焊后热处理
等。对于同一母材,当采用不同的焊接方法和工艺措施时,会表现出不同的焊接
性。如钛合金对氧、氮、氢较为敏感,用气焊和焊条电弧焊不可能焊好,而用氩弧焊
或真空电子束焊,因能防止氧、氮、氢的侵入,则容易焊接。
(#)设计因素是指焊接结构的安全性不但受材料的影响,而且在很大程度上
还受到结构形式的影响。焊接接头的结构设计会影响应力状态,从而对焊接性也
发生影响。结构的刚度过大,接口的断面突然变化,焊接接头的缺口效应等,均会
不同程度地产生脆性破坏的条件。此外,在某些部位焊缝过度集中和多向应力状
态也会对结构的安全性有不良影响。
($)服役环境因素是指焊接结构的工作温度、负荷条件和工作环境。如在高
温下工作时有可能发生蠕变;在低温或冲击载荷下工作时,会发生脆性破坏;在腐
蚀介质中工作时,接头会发生腐蚀等。
二、金属焊接性试验
!% 焊接性试验内容
从焊接性定义而言,评价金属焊接性试验主要有:评定金属在经焊接加工时对
缺陷的敏感性,一般情况下,主要是评估对裂纹的敏感性,即进行抗裂纹试验;评定
焊接接头能否满足结构使用性能的要求。对于评价接头中结构使用性能的试验内
容复杂,具体项目取决于结构的工作条件和设计上提出的技术要求,通常为常规力
学性能(拉伸、弯曲、冲击等)试验。对于高温、腐蚀、磨损和动载疲劳等不同环境中
的工作的结构,则应根据不同的要求分别进行相应的高温性能、低温性能、脆断、抗
腐蚀、耐磨损和动载疲劳等试验;对有时效敏感性的被焊金属,还应进行焊接接头
& $ ’ 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

的热应变时效脆化试验。
焊接性与焊接过程中很多因素有关,没有一种简单的试验方法能确切地评价
出金属的焊接性。因为有很多参数,诸如拘束度、装配状态等不易预测,所以试验
常带有某些局限性。但焊接性试验仍可为正确选择焊接方法和焊接材料提供有用
的依据。评定焊接性试验方法很多,不论工艺焊接性还是使用焊接性,大体上都可
分为直接试验和间接试验两种类型。
直接试验:是在一定条件下通过直接施焊来评定焊接性的方法,主要是针对在
焊接过程所出现的缺陷以及焊接后的接头性能变化而提出的。它可在生产条件下
施焊、检查焊接接头裂纹及其他缺陷的敏感性或测定其力学性能;或在规定条件下
在一定尺寸试件上施焊,再作各种检查。前者不需特殊装置,后者尚需特殊装置。
属于此类试验方法有实际产品结构试验、各种裂纹试验以及抗气孔和热应变
时效试验等。
间接试验:一是以热模拟组织和性能、焊接!"##$ 图和断口分析,以及焊接热
影响区的最高硬度等来判断焊接性;二是根据被焊金属的化学成分和其他条件(如
拘束度、焊缝金属扩散含量等),通过理论和经验计算来评估热裂、冷裂倾向大小;
三是焊缝和接头各种性能试验,如高温蠕变试验、疲劳试验、耐蚀试验等。
值得提出,在大量试验基础上利用电子计算机建立数据库,再利用相应的数学
模型建立专家系统,利用这一现代化的工具来评定钢材的焊接性和优化焊接工艺
是评价焊接性的新发展。
%& 焊接性试验方法的分类
评价焊接性的试验方法是多种多样的,每一种试验方法都是从某一特定的角
度来考核或说明焊接性的某一方面。因此,往往需进行一系列的试验才可能全面
地说明焊接性,从而有助于确定焊接方法、焊接材料、工艺规范及必要的工艺措施
等。具体分类如图’ ( ) 所示。
三、常用焊接性试验方法
由前述可知,焊接性试验方法种类很多,因抗裂性能是衡量金属焊接性的主要
标志,所以在生产中还是常用焊接裂纹试验来表征材料的焊接性。常用的工艺焊
接性的试验方法有斜* 形坡口焊接裂纹试验方法、焊接热影响区最高硬度试验方
+ , + 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

法、插销试验方法等。以下主要介绍几种常用的焊接性试验方法。
焊接性试验方法分类
工艺焊接性
直接法
焊接热裂纹试验
焊接冷裂纹试验
再热裂纹试验
层状撕裂试验
热应变时效脆化试验
ì
í
.
...
...
焊接气孔敏感性试验
间接法
由碳当量推测焊接性
裂纹敏感指数及临界应力为判据
连续冷却组织转变图
断口分析及相组织分析
焊接热影响区最高硬度
ì
í
.
...
...
ì
í
.
........
........
焊接热应力模拟试验
使用焊接性
直接法
实际产品结构运行的服役试验{压力容器的爆破试验
间接法
焊缝及接头的常规力学性能试验
焊缝及接头的低温脆性试验
焊缝及接头的断裂韧性试验
焊缝及接头的高温性能试验(蠕变、持久等)
焊缝及接头疲劳、动载试验
ì
í
.
...
...
ì
í
.
.....
.....
ì
í
.
..............
..............
焊缝及接头抗腐性、耐磨性及应力腐蚀开裂试验
图! " # 焊接性试验方法的分类
#$ 碳当量公式法
碳当量公式法是一种最简便而实用的间接法。所谓碳当量是指钢中包括碳在
内和其他合金元素对淬硬、冷裂纹及脆化等的影响折合成碳的相当含量。这是由
于焊接热影响区的淬硬及冷裂纹倾向与钢种的化学成分直接有关,所以可用化学
成分来评估其冷裂纹敏感性。
由于各国和各研究单位所采用的试验方法和钢材的合金体系不同,所以都各
自建立了许多碳当量公式。其中以国际焊接学会推荐的%&(’’()和日本焊接协会
的%)* (
+’,)应用较为广泛。
%&(’’()- % . /01! .(%2 . /3 . 4)15 .(67 . %8)1#5 (! " #)
%)* (
+’,)- % . /01! . ,719: . 671:; . %215 . /31: . 41#: (! " 9)
; 5 < 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

上式中元素符号都表示该元素在钢中的质量分数,在计算含量时均取其成分
范围的上限。式(! " #)主要适用于中高强度的非调质低合金钢(!$ % &’’ (
)’’*+,);式(! " -)主要适用于强度级别较高的低碳调质低合金高强度钢(!$ % &’’
( #’’’*+,)。但两式均仅适用于!.!’/#01的钢种。对于焊接冷裂纹,可用武(!
" #)、式(! " -)作为判据,碳当量越大,被焊材料淬硬倾向越大,冷裂纹敏感性也越
大。根据经验:板厚小于-’22,当.3(445)6 ’/71时,钢的淬硬倾向不大,焊接性
优良,焊接时不必预热;.3(445)% ’/71 ( ’/!1时,特别是大于’/&1时,钢的淬硬
倾向逐渐明显,需要采取适当预热、控制焊接热输入等工艺措施,才能防止裂纹;当
.3(445)8 ’/!1时,淬硬倾向更强,属于较难焊的材料,需采取较高的预热温度和
严格的工艺措施,才能防止冷裂纹的产生。
由于计算碳当量时没有考虑残余应力、扩散氢含量、焊缝受到的拘束等影响,
故只能粗略地估计焊接性。
近年来为适应工程上的需要,又建立了一些新的碳当量公式,可查阅有关参考
文献及相关网页。
-/ 斜9 形坡口焊接裂纹试验方法
这一方法广泛用于评定碳钢和低合金高强度钢焊接热影响区对冷裂纹的敏感
性,其试验规定应遵从:;< = 7!>&/#—#)07《焊接性试验———斜9 形坡口焊接裂纹
试验方法》。
试件的形状和尺寸如图! " - 所示,试件坡口采用机械加工。试验所用焊条原
则上与试验钢材匹配,焊前应严格烘干。
拘束焊缝采用双面焊接,注意不要产生角变形和未焊透。试件达到试验温度
后,原则上以标准的规范进行试验焊缝的焊接。
试验时按图! " - 组装试件,然后焊接试验拘束焊缝和试验焊缝。当采用焊条
电弧焊时,试验焊缝按图! " ? 所示方法焊接。当采用焊丝自动送进装置焊接时,
按图! " 7 所示进行。焊完的试件经70@ 以后才能进行裂纹的检测和解剖。
检测裂纹的计算方法,可采用肉眼或其他适当的方法检查焊接接头的表面和
断面是否有裂纹,并分别计算表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。以裂纹率作
为评定标准。
裂纹的长度按图! " & 进行检测。裂纹长度为曲线形状[图! " &(,)],按直线
# & ) 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

长度检测。裂纹重叠时不必分别计算。
图! " # 试件的形状和尺寸
图! " $ 采用焊条电弧焊时试验焊缝位置
图! " % 采用焊条自动送进装置焊接试验焊缝位置
# & ’ 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

图! " # 试样裂纹长度计算图
采用下列公式计算裂纹率:
表面裂纹($)!% & !"%
# ’ ())$ (! " *)
根部裂纹($)!+ & !"+
# ’ ())$ (! " ,)
断面裂纹($)!- & $
% ’ ())$ (! " #)
式中!"%
———表面裂纹长度之和,..;
#———试验焊缝长度,..;
!"+
———根部裂纹长度之和,..;
$———断面裂纹高度,..;
/———试样焊缝的最小厚度,..。
由于斜0 形坡口焊接裂纹试验接头的拘束度比实际结构大,根部尖角又有应
力集中所以试验条件比较苛刻。一般认为,在这种试验中若裂纹率不超过1)$,
在实际结构焊接时就不致发生裂纹。
如果保持焊接参数不变,而采用不同预热温度进行试验,可以测出防止冷裂纹
的临界预热温度,另外可以将斜0 形坡口改为直0 形坡口,用来检验焊条的抗裂
性能。
* # 2 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

这种试验方法的优点是,试件易加工,无需特殊装置,试验结果可靠;缺点是试
验周期比较长。
!" 焊接热影响区最高硬度试验方法
焊接热影响区最高硬度试验是以热影响区最高硬度来评价钢材冷裂纹倾向的
试验方法。详见#$% & ’()*"*—+,-’《焊接性试验———焊接热影响区最高硬度试验
方法》。该标准适用于低合金钢焊接热影响区由于马氏体转变而引起的裂纹试验,
也适用于碳素钢。
试件的形状和尺寸分别见图( . ( 和表( . +。焊接前采取适当方法去除试件
表面水分、铁锈、油污及氧化皮等污物。焊条原则上应适合于所焊的试件,直径为
’//。焊接时,在试件两端要支撑架空,试件下面留有足够的空间。表( . + 中+
号试件在室温下,0 号试件在预热温度下进行焊接。如图( . ( 所示,取平焊位置
沿试件轧制表面的中心线焊出长(+0* 1 +2)// 的焊缝。焊接参数为:焊接电流
(+)2 1 +2)3,焊接速度为(+*2 1 +2)//% /45。试件焊后在静止的空气中自然冷却,
不进行任何热处理。
表( . + 试件尺寸
试件名称长! % // 宽" % // 焊缝长# % //
+ 号试件022 )* +0* 1 +2
0 号试件022 +*2 +0* 1 +2
图( . ( 试件形状
’ * , 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

最高硬度试验评定标准,最早是由国际焊接学会(!!")提出,当#$%&’!()*#$
时,即表示钢材的焊接性恶化。这是以不允许热影响区出现马氏体为依据。近年
来大量实践证明,对不同钢种,在不同工艺条件下上述的统一标准是不够科学的。
因为,首先焊接性除与钢的成分组织有关外,还受应力状态、含氢量等因素的影响;
其次,对低碳合金钢来说,即使热影响区有一定量的马氏体组织存在,仍然具有较
高的韧性及塑性。因此,对不同强度等级和不同合碳量的钢种,应确定出不同的
#$%&’
许可值。例如,+,-.-/$ 允许的#$%&’
为,0*#$,+,-.-/123 允许的#$%&’

,)*#$。
,4 插销试验
插销试验是使用专门设备(插销试验机)评定焊接冷裂纹敏感性的一种试验方
法。详见536 7 8,,9—+8::《焊接用插销冷裂纹试验方法》。
插销冷裂纹试验采用圆柱形试样。试样由被试钢材加工而成,并插入底板的
孔中,使带缺口一端的端面与底板表面平齐。底板上熔敷一焊道,尽量使焊道中心
线通过插销端面中心。该焊道的熔深应保证缺口位于热影响区的粗晶区中。焊后
在完全冷却以前,给插销施加一拉伸静载荷,如图9 ; < 所示。试验既可用启裂也
可用断裂作为判断准则。将试验所得的结果,可用以评定在选用的试验条件下被
试钢材的冷裂纹敏感性,可进行相同条件下的材料焊接性对比。
图9 ; < 插销试验示意
) ) 8 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

插销试验法具有以下优点。
!试件尺寸小,底板与插销材料又不必相同,而且底板可重复使用,节约材料。
"改变焊接热输入及底板厚度,即可得到不同的冷却速度。
#因插销尺寸小,故可从试验材料的任意方向取样,也可从焊缝中取样来研究
焊缝金属的裂纹敏感性。
它的主要缺点则是:环形缺口往往不可能整个圆周都恰好处于相同的温度下,
这就影响试验结果的准确性,造成数据分散,再现性不好。
另外,还有十字接头裂纹试验,用来评定母材裂纹敏感性;! 形接头焊接裂纹
试验,用来评定碳素钢! 形接头角焊缝裂纹的敏感性;焊接接头缺口冲击试验,用
来检测焊接接头不同部位(焊缝、热影响区)的缺口韧性;以及" 向拉伸试验,用来
测定钢的层状撕裂倾向等其他焊接性试验方法。
第二节碳素钢的焊接
碳钢又称碳素钢,具有较好的力学性能和各种工艺性能,而且冶炼工艺比较简
单,价格低廉,因而在焊接结构制造上得到了广泛应用。
碳钢由于分类角度不同而有多种名称。按碳含量可分为低碳钢、中碳钢、高碳
钢;
按用途常分为结构钢及工具钢。在焊接结构用碳钢中,常采用按碳含量的高
低来分类的方法,因为某一碳含量范围内的碳钢其焊接性比较接近,因而焊接工艺
的编制原则也基本相同。
碳钢以铁为基础,以碳( !#!$%&’)为合金元素。其他常存元素因含量较低
皆不作为合金元素。低碳钢,!#!(%)*’;中碳钢,!# + (%)*’ , (%-’;高碳钢,
!# . (%-’。
碳素钢是工业应用最广的金属材料。
碳素钢的焊接性主要取决于碳含量的高低,随着碳含量的增加,焊接性逐渐变
差,见表- / )。
- * 0 第六篇标牌(标识)安装新工艺新技术

表! " # 碳钢焊接性与碳含量的关系
名称!$ % & 典型硬度典型用途焊接性
低碳钢
!’()* !’+,- 特殊板材和型材薄板、带材、焊丝优
’()* . ’(#* /’+,- 结构用型材、板材和棒材良
中碳钢’(#* . ’(!’ #*+0$ 机器零部件和工具
中(通常需要预
热和后热,推荐使用低
氢焊接方法)
高碳钢"’(!’ 1’+0$ 弹簧、模具、钢轨
劣(必须低氢焊接、
预热和后热)
一、低碳钢的焊接
)( 低碳钢的焊接特点
低碳钢的碳含量较低,且除23、-4、-、5 等常规元素外,很少有其他合金元素,
因而焊接性良好。焊接时有以下特点。
!可装配成各种不同的接头,适应各种不同位置施焊,且焊接工艺和技术较简
单,容易掌握。
"焊前一般不需预热。
#塑性较好,焊接接头产生裂纹的倾向小,适合制造各类大型结构件和受压容
器。
$不需要使用特殊和复杂的设备,对焊接电源没有特殊要求,交直流弧焊机都
可以焊接。对焊接材料也无特殊要求,酸性、碱性都可。
%低碳钢焊接时,如果焊条直径或工艺参数选择不当,也可能出现热影响区晶
粒长大或时效硬化倾向。焊接温度越高,热影响区在高温停留时间越长,晶粒长大
越严重。
6 * / 第六章常用标牌金属材料的焊接新工艺新技术

!" 低碳钢的焊接工艺
低碳钢几乎可采用各种焊接方法进行焊接,并均能获得良好的焊接质量。常
用的焊接方法有气焊、焊条电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊及二氧化碳气体保护焊等。
(#)焊条电弧焊焊条电弧焊是应用最多的一种焊接方法,其焊前准备、焊接
材料的选用、焊接参数的选取等工艺内容中,关键是选择焊条,而焊条的选择主要
是根据母材的强度等级及焊接结构的工作条件来确定的。焊条电弧焊及其他焊接
方法焊接材料的选择见表$ % &。
表$ % & 焊接低碳钢所用的焊接材料
焊接方法焊接材料应用情况
焊条电弧焊
’(&)&(*(!!)、’(&#+(*(!,)
焊接强度等级较低的低碳钢结构或一般的
低碳钢结构
’+)#$(*+)$)、’+)#+(*+),)
焊接强度等级较高的低碳钢结构、重要的低
碳钢结构或在低温下工作的结构
埋弧焊
-).、-)./、-*(&)、-*(&# 焊接一般的结构
-).01/、-*(&# 焊接重要的低碳钢结构
电渣焊-#)01!、-).01!23、-*(&#、-*&$)
45!
气体保护焊-).01!23、-).01!23/
当焊接材料牌号、直径确定后,焊接电流、电压以及焊接速度就可依此确定。
各焊接工艺参数的选取,主要考虑焊接过程的稳定、焊缝成形良好及在焊缝中不产
生缺陷。当母材的厚度较大或周围环境温度较低时,由于焊缝金属及热影响区的
冷却速度很快,也有可能出现裂纹,这时需要对焊件进行适当预热。如在寒冷地区
室外焊接、温度小于或者等于)6 的情况下均需要预热;直径大于或等于
!&)))77、且壁厚大于或等于+)77 的情况下,以及壁厚大于或等于8)77 的产品
的第一层焊道的焊接,焊前都应进行预热。预热温度可视具体情况而定,一般为
.) 9 #+)6。


    
工厂地址:江苏吴江黎里杨秀港   电话:0512-63622952 63620315

传真:0512-63620315  手机:13913085057 15895539158

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