手工电弧焊

第四章焊接工艺及应用 概述手工电弧焊其他焊接方法常用金属材料的焊接焊接结构工艺设计

4.1 概述 焊接是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接的特点：优点： 1）连接性能好，密封性好，承压能力高； 2）省料，重量轻，成本低； 3）加工装配工序简单，生产周期短； 4）易于实现机械化和自动化。缺点： 1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便； 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏； 3）要产生焊接残余应力和焊接变形； 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。

焊接方法可分为： 1）熔焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。 2）压焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。 3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。焊接方法在工业中主要用于： 1）制造金属结构件。 2）制造机器零件和工具。 3）修复。

4.2 手工电弧焊 手工电弧焊是熔化焊中最基本的一种焊接方法。利用电弧作为热源，手工操纵焊条进行焊接的方法。手工电弧焊的特点： 1）设备简单、操作灵活； 2）可焊接多种金属材料； 3）室内、外焊接效果相近； 4）对焊工操作水平要求较高，生产率较低。 4.2.1 焊接电弧 1. 电弧的引燃焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。

图4-1 电弧的结构示意图 2. 焊接电弧的结构电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图4-1所示。 1）阴极区：电子发射区，热量约占36%，平均温度2400K； 2）阳极区：受电子轰击区域，热量约占43%，平均温度2600K； 3）弧柱区：阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达6000~8000K。

图4-2 焊条电弧焊过程 4.2.2 焊接接头 1.焊缝形成过程熔焊焊缝的形成经历了局部加热熔化，使分离工件的结合部位产生共同熔池，再经凝固结晶为一个整体的过程。 2.焊接的冶金过程焊接的冶金过程如图4-2所示, 母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧化反应：

能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降；析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（Fe4N）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。

4.2.3 焊条 1. 焊条的组成和作用焊条由焊芯和药皮组成。 1）焊芯：一方面作电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源；另一方面作为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属。焊芯采用焊接专用金属丝。如H08C等。 2）药皮：焊条药皮的主要作用有：改善焊接工艺性；机械保护作用；冶金处理作用。焊条药皮的组成物按其作用分为：稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等。 2. 焊条分类焊条的种类。按用途分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。按药皮性质分为：酸性焊条（酸性氧化物为主）、碱性焊条（碱性氧化物和萤石CaF2为主）。

3. 焊条型号与牌号 焊条型号：国家标准中的焊条代号。如E4303，E表示焊条，43表示熔敷金属抗拉强度最小值（kgf/mm2 ）；03表示焊接位置为全位置、电流种类为交直流及药皮类型为钛铁矿型。焊条牌号：焊条行业统一的焊条代号，用一个大写汉语拼音字母和三个数字表示。如J422，J表示结构钢焊条；42表示焊缝金属抗拉强度等级（kgf/mm2 ）；2表示药皮类型和电流种类。 4.焊条的选用原则 1）等强度原则； 2）同成分原则； 3）抗裂性要求； 4）抗气孔要求； 5）低成本要求。

图4-3 焊缝区各点温度变化示意图 4.2.4 焊接接头的金属组织与性能 1.焊接工件温度的变化与分布在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上某点的温度随时间变化的过程如图4-3所示。不同点，其热循环不同，即最高加热温度、加热速度和冷却速度均不同。对焊接质量起重要影响的参数有：最高加热温度、在过热温度11000C以上停留时间和冷却速度等。其特点是加热和冷却速度都很快。对易淬火钢，焊后发生空冷淬火，对其他材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。

图4-4 低碳钢焊接热影响区组织变化 2.焊接接头金属组织与性能的变化以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图4-4所示。受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域，叫焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。

图4-5 焊缝的柱状树枝晶 （1）.焊缝区焊接热源向前移去后，熔池液体金属迅速冷却结晶，结晶从熔池底部未熔化的半个晶粒开始，垂直熔合线向熔池中心生长，呈柱状树枝晶，如图4-5所示；结晶过程中将在最后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。（2）焊接热影响区 1）.熔合区化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性极差，产生裂纹和脆性破坏，其性能是焊接接头中最差的。 2）过热区：最高加热温度在Ac3以上100℃~200℃的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织。塑性和韧性明显下降，是热影响区中力学性能最差的部位。

3）正火区：最高加热温度在Ac3至Ac3 以上100℃~200℃的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，力学性能较好。 4）部分相变区：最高加热温度在Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不均匀，性能较差。 4.2.5焊接应力和变形金属构件在焊接以后，总要发生变形和产生焊接应力，且二者是伴生的。（1）焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。（2）焊接变形的基本形式如表4-1所示。（3）焊接应力的防止及消除措施： 1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小； 2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩，如图4-6所示； 3）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力； 4）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力； 5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力； 6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。

4.3 其他焊接方法 4.3.1 埋弧自动焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。 1.埋弧自动焊的焊接过程埋弧焊焊接过程如图4-7所示。 2. 埋弧焊特点及应用优点： 1）焊接质量好； 2）生产率高； 3）节省焊接材料 4）易实现自动化，劳动条件好，强度低，操作简单。

缺点： 1）适应性较差，焊前准备工作量大； 2）焊接电流强度大，不适于3mm以下薄板； 3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接； 4）设备一次性投资较大。埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直缝、直径大于300mm环缝的平焊。此外，它还用于耐磨、耐腐蚀合金的堆焊、大型球墨铸铁曲轴以及镍合金、铜合金等材料的焊接。 4.3.2气体保护电弧焊气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体（氩气、氦气和混合气体）和活性气体（二氧化碳气）两种，分别成为惰性气体保护焊和CO2焊。

1. 氩弧焊 保护气体有氩气（Ar）和氦气（He），或其混合气体，分别称为氩弧焊和氦弧焊及混合气体保护焊。氩弧焊分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊，如图4-8所示。（1）钨极氩弧焊：电极材料可用纯钨或钨合金，一般采用铈钨极，其在焊接过程中不熔化，故需采用焊丝。焊接电流较小，适于薄板焊接。钨极氩弧焊一般采用直流正接，以减少钨极烧损，但焊接铝、镁金属时，为去除氧化物而利用“阴极破碎”可采用直流反接。（2）熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极，可使用大电流，适于中厚板焊接。熔化极氩弧焊一般采用直流反接。氩弧焊适于焊接铝、镁、钛及其合金，稀有金属锆、钼，不锈钢，耐热钢，低合金钢等。 2. CO2气体保护焊 CO2焊采用CO2为保护气体，其焊接过程如图4-9所示。 CO2在高温下会分解氧化金属，故不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝。 CO2焊可分为自动CO2焊和半自动CO2焊（送丝自动，电弧移动手工）。其设备包括：主电路系统、控制系统、焊枪、供气系统、冷却系统。

CO2焊的特点： 1）生产率高；电流大，易于自动化，无渣壳。 2）成本低；无需涂料焊条和焊剂， CO2价廉； 3）焊缝质量较好； 4）采用气体保护，能全位置焊接，易于自动控制； 5）焊缝成形差，飞溅大； 6）不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢； 7）设备较复杂，使用和维修不便。 CO2焊适于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢。

4.3.3 气焊和气割 1.气焊气焊是利用气体火焰作热源的焊接方法。最常用的是氧-乙炔焊，氧-乙炔焰进行焊接。气焊设备简单、操作灵活方便、不需电源，但气焊火焰温度较低，且热量较分散，工件变形大，所以应用不如电弧焊广泛。（1）气焊火焰的种类 1）中性焰：最适宜气焊工作，如焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、紫铜、铝合金等。 2）碳化焰：通常用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金等。 3）氧化焰：除焊接黄铜之外，一般很少使用。

（2）接头形式和焊接准备 气焊可以进行立、横、仰等各种空间位置的焊接。其接头形式也有对接、搭接、角接和T型接头等。（3）焊丝和焊剂在焊剂时，气焊的焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝，因此对焊丝质量对焊件性能有很大的影响。焊剂的作用是保护熔池金属，除去焊接过程中的氧化物，增加液态金属的流动性。

2.气割 气割是利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的方法。符合下列条件的金属才能进行气割： 1）金属的燃点应低于本身的熔点，否则变为熔割，使切割质量降低，甚至不能切割。 2）金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。 3）金属的导热性不能太高，否则使气割处的热量不足，造成气割困难。 4）金属在燃烧时所产生的大量热能应能维持气割的进行。碳素钢和合金结构钢具有很好的气割性能。

4.3.4.电渣焊 电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。按电极形状可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊。丝极电渣焊过程如图4-10所示。焊接过程为先引弧，形成渣池，电弧过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。电渣焊的特点: 1）可一次焊成很厚的焊缝； 2）生产率高，焊接材料消耗少，不需开坡口； 3）焊缝金属较纯净，渣池覆盖住熔池，保护良好，有利于气体和杂质浮出； 4）接头金属在高温下停留时间长，过热区大，接头金属组织粗大，焊后应进行正火处理。电渣焊主要用于厚壁压力容器和铸—焊、锻—焊、厚板拼焊等大型构件的制造，厚度应大于40mm的碳钢、合金钢和不锈钢等。

4.3.5.等离子弧焊 1）等离子弧的产生：等离子弧是一种电离度很高的压缩电弧，温度高，能量密度大，其发生装置如图4-11所示。在三个压缩作用下形成等离子弧。 a）机械压缩效应； b）热压缩效应； c）电磁压缩效应。温度可达24000K~ 50000K。 2）等离子切割。它利用能量密度高的高温高速的等离子流，将切割金属局部熔化并随即吹除，形成整齐的切口。常用于切割不锈钢、铝、铜、钛、铸铁及钨、锆等难熔金属和非金属材料。 2）等离子弧焊接：需用等离子弧焊电源和等离子焊枪及填充金属。分为大电流等离子弧焊。这种焊接又可分为穿孔型等离子弧焊和熔入型等离子弧焊。微束等离子弧焊。其特点是：有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形；微束等离子弧焊可焊接箔材和薄板。能量集中，热影响区小，焊接质量好，生产率高。 3）等离子弧焊用于航空航天等军工和尖端工业技术的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接。

4.3.6.压焊与钎焊 1.压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。常用的有电阻焊和摩擦焊。（1）电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。 1.点焊点焊：是利用电流通过两圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热，将焊件加热并局部熔化，形成一个熔核（其周围为塑性状态），然后在压力下熔核结晶，形成一个焊点的焊接方法。如图4-12所示。点焊的接头形式如图4-13所示，均为搭接接头，焊接前应清理。点焊的主要焊接参数是电极压力、焊接电流和通电时间。压力过大、电流过小，会使热量少，焊点强度下降；压力过小、电流大会使热量大而不稳定，易飞溅，烧穿。点焊时会发生点焊分流现象，如图4-14所示，故焊点间距不宜过小。

(2).缝焊 缝焊与点焊同属于搭接电阻焊，焊接过程与点焊相似，采用滚盘作电极，边焊边滚，相邻两个焊点重叠一部分，形成一条有密封性的焊缝。焊接原理如图4-15所示。焊接接头形式如图4-16所示。焊接分流现象较严重，故同等条件下焊接电流较大，主要用于有密封性要求的薄板件。 (3). 对焊对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊，可分为电阻对焊和闪光对焊。如图4-17所示。对焊的应用可见图4-18所示。 1）电阻对焊：先加预压，使两端面压紧，再通电加热，使待焊处达到塑性温度后，再断电加压顶锻，产生一定塑性变形而焊合。适于截面简单、直径小于20mm和强度要求不高的杆件。 2）闪光对焊：两焊件不接触，先加电压，再移动焊件使之接触，由于接触点少，其电流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆破，呈高温颗粒飞射出来，称为闪光；经多次闪光加热后，端面均匀达到半熔化状态，同时多次闪光把端面的氧化物也清除干净，于是断电加压顶锻，形成焊接接头。对焊断面形状应相近，以保证断面均匀加热。其焊接质量较高，常用于重要零件焊接。

4. 电阻焊特点及应用 1）加热迅速，温度较低，焊接热影响区及变形小，易获得优质接头； 2）不需外加填充金属和焊剂； 3）电阻对焊无弧光，噪声小，烟尘、有害气体少，劳动条件好； 4）焊件结构简单、重量轻、气密性好，易于获得形状复杂的零件； 5）易实现机械化、自动化，生产率高。 6）焊接接头质量不稳定； 7）焊机复杂，造价较高；点焊适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。缝焊适于板厚3mm以下，焊缝规则的密封结构的焊接。对焊主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。

(2)摩擦焊:是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。 1). 摩擦焊的工艺过程摩擦焊过程如图4-19所示，分为连续驱动式和储能式。 2). 摩擦焊接头形式接头一般是等断面，也可为不等断面，但其中必须有一个为圆形。如图4-20所示。 3). 摩擦焊的特点及应用 a）接头质量好且稳定； b）生产率高、成本低； c）适用范围广； d）生产条件好； e）焊机所需功率小，省电。摩擦焊用于圆形工件、棒料管子的对接。

2.钎焊是采用比母材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、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊按钎料熔点可分为软钎焊、硬钎焊。钎剂能除去氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎料湿润性和毛细流动性。2.钎焊是采用比母材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、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊按钎料熔点可分为软钎焊、硬钎焊。钎剂能除去氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎料湿润性和毛细流动性。（1）钎料 1）. 易熔钎料钎料熔点在4500C以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌溶液作钎剂。其接头强度低，工作温度低，具较好的焊接工艺性，用于电子线路的焊接。 2）. 难熔钎料钎料熔点在4500C以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。接头强度较高，工作温度也高，用于机械零部件的焊接。

（2）钎焊方法 1）焊件去膜：常用的方法有钎剂去膜法和机械去膜法。 2）接头形式：钎焊的接头形式有板料搭接、套件镶接等，如图4-21所示。（3）加热方法：钎焊的加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热和烙铁加热。 4. 钎焊特点及应用 1）采用低熔点的钎料作为填充金属，钎料熔化，母材不熔化； 2）工件加热温度较低，接头组织、性能变化小，焊件变形小，接头光滑平整，焊件尺寸精确； 3）可焊接异种金属，焊件厚度不受限制； 4）生产率高，可整体加热，一次焊成整个结构的全部焊缝，易于实现机械化自动化。 5）钎焊设备简单，生产投资费用少。钎焊主要用于焊接精密、微型、复杂、多焊缝、异种材料的焊件。

4.4 常用金属材料的焊接 4.4.1碳钢的焊接 1.低碳钢：焊接性能优良，可采用任何一种焊接方法。 2.中碳钢：焊接性能中等，焊缝易产生热裂，热影响区易产生脆硬组织甚至冷裂。常采用手工电弧焊和气焊，须预热。 3.高碳钢：焊接性能差，采用焊条电弧焊对其补焊，应预热。 4.4.2低合金结构钢的焊接 1.强度用钢焊接常用方法有焊条电弧焊、埋弧焊和CO2焊等。 2.专用钢焊接珠光体耐热钢常用焊条电弧焊时，要选用与母材成分相近的焊条，预热温度150~400℃，焊后应及时机进行高温回火处理。低温钢含铅不需预热，焊条成分要与母材匹配。耐蚀钢不需预热或焊后热处理。

4.4.3 不锈钢的焊接 奥氏体型不锈钢焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施，焊条、焊剂和焊丝的选用应保证与母材成分类型相同。铁素体不锈钢焊前预热温度应在150℃以下，并采用小电流、快速焊等工艺。马氏体不锈钢焊前预热温度200~400℃，焊后要进行热处理。 4.4.4 铸铁的焊补铸铁的焊接性能差。 1）焊接接头易产生白口和脆硬组织； 2）裂纹倾向大； 3）焊缝中易产生气孔和夹渣。铸铁不宜作焊接结构材料，只进行修复性补焊。常采用不预热焊法和热焊法两种。

4.4.5 非铁金属的焊接 1.铝及铝合金的焊接焊接特点如下： 1）极易氧化，应清除氧化物，采用氩气保护； 2）容易形成气孔； 3）容易产生热裂纹； 4）易产生焊缝塌陷，须采用垫板。目前，氩弧焊是焊接铝合金最理想的熔焊方法。在氩弧焊条件下，纯铝、防锈铝合金、少部分铸造铝合金焊接性较好。 2. 钛及钛合金 1）焊接时易吸收气体使接头变脆。 2）易产生裂纹。常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。

3.铜及铜合金的焊接 焊接性能比低碳钢差，焊接的主要问题是： 1）导热性好，热容量大，易产生焊不透现象； 2）线膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接应力或变形大； 3）易生成氢气孔； 4）铜在高温易氧化，引起热裂纹； 5）铜合金中的合金元素易氧化和蒸发，降低焊缝力学性能，易产生热裂、气孔和夹渣。常采用氩弧焊、气焊和钎焊。焊前预热，焊后热处理。可采取如下措施： 1）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜； 2）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源； 3）焊前预热，焊后再结晶退火。

4.5 焊接结构工艺设计 4.5.1 焊接结构生产工艺过程概述焊接结构的主要生产工艺过程为：备料——装配——焊接——焊接变形矫正——质量检验——表面处理。（1）备料包括型材选择，型材外形校正，按比例放样、画线，下料切割，边缘加工，成形加工等。（2）装配利用专用卡具或其他紧固件装置将加工好的零件或部件组装成一体，进行定位焊，准备焊接。（3）焊接根据焊件材质、尺寸、使用性能要求、生产批量及现场设备情况选择焊接方法，确定焊接工艺参数，按合理顺序施焊。

4.5.2 焊接结构工艺设计 1. 焊缝的布置焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则： 1. 焊缝应尽量处于平焊位置 2. 焊缝要布置在便于施焊的位置如图4-22，如图4-23所示。 3. 焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形 1）尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸，如图4-24所示。 2）焊缝布置应避免密集或交叉，如图4-25所示。 3）焊缝布置应尽量对称，如图4-26所示。 4）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置，如图4-27所示。 5）焊缝布置应避开机械加工表面。如图4-28所示。

2.焊接方法的选择 选择焊接方法时应根据下列原则： 1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求。 2）提高生产率，降低成本。 3. 焊接接头设计焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。 1.焊接接头形式设计常用的基本接头形式有对接接头、盖板接头、搭接接头、角接接头、T形接头、十字接头和卷边接头等，如图4-29所示。其选择应根据结构的形状和焊接生产工艺而定，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对接；熔化焊可采用对接、搭接，角接和T形接对比选择。压力容器一般采用对接，桁架结构一般采用搭接。对于气焊和钨极氩弧焊可采用卷边接头。

2. 焊接接头坡口形式设计 开坡口的目的是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观，通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要取决于板料厚度。 1）对接接头坡口形式设计。对接接头的基本坡口形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口、双U形坡口等，如图4-30所示。同样板厚条件下：双Y形坡口比V形坡口所需金属少，焊接工时也少，焊接变形也小；U形坡口也比V形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。 2）角接接头坡口形式设计。角接接头基本坡口形式有I形坡口、错边I形坡口、Y形坡口、V形坡口等，如图4-31所示。 3）T形接头坡口形式设计。 T形接头基本坡口形式有I形坡口、V形坡口等，如图4-32所示。 4）对不同厚度的板材，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图4-33所示。

4.5.3 焊接结构生产设计实例 例题图4-34所示为低压储气罐，壁厚为8mm，压力为1.0MPa，常温工作，压缩空气，大批量生产。 1）结构分析：筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体再加四个法兰管座焊合而成，如图4-34所示。 2）选择母材材料：封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用普通碳素结构钢（Q235A），短管选用优质碳素结构钢（10钢）。 3）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式：筒节纵焊缝与环焊缝采用对接I型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。如图4-34所示。 4）选择焊接方法和焊接材料：角焊缝采用手工电弧焊，选用结构钢焊条J422；选用弧焊变压器；对接焊缝采用埋弧焊，焊丝选用H08A，配合焊剂HJ431。 5）主要工艺流程如图4-35。

焊接变形 焊接变形基本形式图产生原因收缩变形焊接后纵向(沿焊缝方向)和横向(垂直于焊接方向)收缩引起的角变形 V形坡口对接焊后，由于焊缝截面形状上下不对称，焊缝收缩不均所致弯曲变形焊接T形梁时，由于焊缝布置不对称，焊缝纵向收缩引起的扭曲变形焊接工字梁时，由于焊接顺序和焊接方向不合理所致波浪形变形焊接薄板时，由于焊缝收缩使薄板局部产生较大压应力而失去稳定所致表4-1 焊接变形的基本形式返回文档

图4-6 合理安排焊接顺序 一般焊接顺序为：1）先焊收缩量较大的焊缝；2) 工作时受力较大的焊缝；3) 先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。返回文档

图4-7 埋弧焊焊接过程 1—焊件 2—焊剂 3—焊剂漏斗 4—焊丝 5—送丝滚轮 6—导电嘴 7—焊缝 8—渣壳返回文档

图4-8 氩弧焊示意图 1—焊丝或电极 2—导电嘴 3—喷嘴 4—进气管 5—氩气流 6—电弧 7—焊件 8—填充焊丝 9—送丝滚轮返回文档

图4--9 CO2焊示意图 返回文档

图4-10 电渣焊过程示意图 返回文档

图4-11 等离子弧焊 返回文档

图4-12 点焊示意图 返回文档

图4-13 点焊接头形式 返回文档

图4-14 点焊分流现象 返回文档

图4-15 电阻缝焊 返回文档

图4-16 缝焊接头形式 返回文档

图4-17对焊示意图 Fj—夹紧力Fw—挤压力Fd—顶锻力返回文档

手工电弧焊

手工电弧焊

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