一、焊接概念

  焊接是兩種或兩種以上同種或異種材料通過原子或分子之間的結(jié)合和擴散連接成一體的工藝過程,。

  促使原子或分子之間產(chǎn)生結(jié)合和擴散的方法是加熱或加壓，或同時加熱又加壓,。所以焊接又有另一種解釋：是通過加熱,、加壓，或兩者并用,，用或不用填充材料,，使兩種工件產(chǎn)生原子間結(jié)合的加工工藝和連接方式。

二,、焊接分類

  金屬的焊接按照其工藝過程的特點分為熔焊,、壓焊和釬焊3大類。

  以下為壓力容器設(shè)備焊接時常見焊接方法及圖示,；

1,、焊條電弧焊

  是利用手工操作，以焊條作為焊接材料進行焊接的一種焊接方法。焊接電弧在焊條端部與工件之間產(chǎn)生,，熔化母材和焊條,，從而獲得焊接接頭。焊接過程中,，焊芯不斷熔化進入熔池,，藥皮不斷分解熔化生成氣體和熔渣而形成保護，所以焊條電弧焊是一種氣-渣聯(lián)合保護的焊接方法,。

  常規(guī)焊接位置分為平,、橫、立,、仰焊四種,，再細點分的話有向上焊、向下焊等（這種主要指管材對接焊）,。

       平焊                         橫焊

       立焊                         仰焊

 2,、埋弧焊

  焊接時電弧掩埋在焊劑層下燃燒，弧光不外露,，因此被稱為埋弧焊,。

  埋弧焊方法是利用焊絲和焊件之間燃燒的電弧產(chǎn)生熱量，熔化焊絲,、焊劑和母材而形成焊縫的,。焊絲作為填充金屬，而焊劑則對焊接區(qū)域起到保護和合金化的作用,。

  埋弧焊過程如下圖所示：焊劑從漏斗中流出后,，堆在母材上；焊絲由送絲機構(gòu)由導(dǎo)電嘴進入焊接區(qū),；焊接電源兩端分別接在導(dǎo)電嘴和電源上,。送絲機構(gòu)、漏斗,、焊絲盤,、控制盤等都裝在一臺小車上以實現(xiàn)電弧的移動。

3,、氬弧焊（分兩種：熔化極和非熔化極）

  熔化極氣體保護焊（MIG）：是利用氬氣作為保護氣體,，以連續(xù)送進的焊絲做填充金屬焊接材料，用燃燒于焊絲端部和工件之間的電弧作為熱源的一種電弧焊,。

  非熔化極：鎢極氬弧焊（TIG）  分兩種：自動鎢極氬弧焊和手工鎢極氬弧焊,。

  鎢極氬弧焊通常又稱為非熔化極氬弧焊，是利用氬氣保護的一種氣體保護焊,，如上右圖所示,，從噴嘴中噴出的氬氣排開空氣,，在焊接區(qū)形成一個保護層，在氬氣的保護下,，電弧在鎢極和工件之間燃燒,。在氬氣保護時，若焊槍移動和焊絲送進均有手工操作,，則稱為手工氬弧焊,；焊槍移動由手工操作，焊絲由機器送進的稱為半自動氬弧焊,；焊絲的送進,，焊槍與工件的相對運動都由機械機構(gòu)完成的稱為全自動氬弧焊。

               手工鎢極氬弧焊焊槍及皮管                                  手工鎢極氬弧焊焊接示意圖

         手工鎢極氬弧焊焊接示意圖    各種常用焊絲

3,、CO2氣保焊

  是利用CO2氣體保護焊接區(qū)域,，以燃燒于工件與焊絲端部的電弧作熱源來熔化焊絲和母材的一種焊接方法

各種主要焊接方法對比

三、焊接的主要接頭形式和坡口形式

四,、焊接工藝

1,、定義

  焊接過程中的一整套技術(shù)規(guī)定。包括焊接方法,、焊前準備,、焊接材料、焊接設(shè)備,、焊接順序,、焊接操作、工藝參數(shù)以及焊后熱處理等,。

  不同的焊接方法有不同的焊接工藝,。焊接工藝主要根據(jù)被焊工件的材質(zhì)、牌號,、化學(xué)成分焊件結(jié)構(gòu)類型,、焊接性能要求來確定。首先要確定焊接方法,，如手弧焊、埋弧焊,、鎢極氬弧焊,、熔化極氣體保護焊等，焊接方法的種類非常多,，只能根據(jù)具體情況選擇,。確定焊接方法后，再制定焊接工藝參數(shù)，焊接工藝參數(shù)的種類各不相同,，如手弧焊主要包括：焊條型號（或牌號）,、直徑、電流,、電壓,、焊接電源種類、極性接法,、焊接層數(shù),、道數(shù)、檢驗方法等,。

2,、焊接熱參數(shù)

  在焊接過程中，由于母材受到一個焊接熱循環(huán)過程,，導(dǎo)致焊縫及熱影響區(qū)的組織發(fā)生變化,，這樣直接影響焊接接頭的力學(xué)性能。因此,，為了保證焊接接頭的性能與質(zhì)量,，防止焊接缺陷產(chǎn)生，在焊接施工中,，特別是在焊接厚板,、易淬硬鋼等材料時，往往需要采取預(yù)熱,、后熱及焊后熱處理等工藝措施,。

1）預(yù)熱

  是在焊前對焊件的全部或局部按規(guī)定溫度進行加熱的工藝措施。

  作用：① 減緩焊后冷卻速度,，能有效防止裂紋的產(chǎn)生,。

      ② 降低焊接應(yīng)力。

      ③ 降低焊接結(jié)構(gòu)的約束度,。

      ④ 可以提高焊接生產(chǎn)率,。

2）后熱

  是在焊后立即對焊接結(jié)構(gòu)整體或局部加熱，并保溫一定的時間,，然后再空冷的工藝措施,。

  作用：① 加速擴散氫的逸出，防止產(chǎn)生延遲裂紋,。

      ② 有利于降低預(yù)熱溫度,。

3）焊后熱處理

  是使固態(tài)金屬通過加熱、保溫,、冷卻等過程,，改善其內(nèi)部組織,，從而獲得預(yù)期性能的工藝過程。

  目的：① 降低或消除焊接殘余應(yīng)力,。

     ② 消除焊接熱影響區(qū)的淬硬組織,，改善焊接接頭組織和性能。

     ③ 促使殘余氫逸出,，有利于防止延遲裂紋,。

     ④ 提高結(jié)構(gòu)的幾何穩(wěn)定性。

     ⑤ 增強構(gòu)件抵抗應(yīng)力腐蝕的能力,。

  常見的焊后熱處理由退火,、正火、回火和淬火,。

五,、焊接缺陷

  焊接接頭的不完整性稱為焊接缺陷，主要有焊接裂紋,、未焊透,、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺陷等,。

  這些缺陷會減少焊縫截面積,，降低承載能力，產(chǎn)生應(yīng)力集中,，引起裂紋,，降低疲勞強度，最終易引起焊件破裂導(dǎo)致脆斷,。其中危害最大的是焊接裂紋和氣孔,。

1、外觀缺陷：

  外觀缺陷(表面缺陷)是指不用借助于儀器,從工件表面可以發(fā)現(xiàn)的缺陷,。常見的外觀缺陷有咬邊,、焊瘤、凹陷及焊接變形等,有時還有表面氣孔和表面裂紋,，單面焊的根部未焊透等,。

A、咬邊

  是指沿著焊趾,在母材部分形成的凹陷或溝槽, 它是由于電弧將焊縫邊緣的母材熔化后沒有得到熔敷金屬的充分補充所留下的缺口,。產(chǎn)生咬邊的主要原因是電弧熱量太高,即電流太大,運條速度太小所造成的,。焊條與工件間角度不正確,擺動不合理,電弧過長,焊接次序不合理等都會造成咬邊。直流焊時電弧的磁偏吹也是產(chǎn)生咬邊的一個原因,。某些焊接位置(立,、橫、仰)會加劇咬邊,。

  咬邊減小了母材的有效截面積,降低結(jié)構(gòu)的承載能力,同時還會造成應(yīng)力集中,發(fā)展為裂紋源,。

  矯正操作姿勢,選用合理的規(guī)范,采用良好的運條方式都會有利于消除咬邊。焊角焊縫時,用交流焊代替直流焊也能有效地防止咬邊,。

B,、焊瘤

  焊縫中的液態(tài)金屬流到加熱不足未熔化的母材上或從焊縫根部溢出,冷卻后形成的未與母材熔合的金屬瘤即為焊瘤。焊接規(guī)范過強,、焊條熔化過快,、焊條質(zhì)量欠佳(如偏芯),焊接電源特性不穩(wěn)定及操作姿勢不當?shù)榷既菀讕砗噶觥Ｔ跈M,、立,、仰位置更易形成焊瘤。

  焊瘤常伴有未熔合,、夾渣缺陷,易導(dǎo)致裂紋,。同時,焊瘤改變了焊縫的實際尺寸,會帶來應(yīng)力集中。管子內(nèi)部的焊瘤減小了它的內(nèi)徑,可能造成流動物堵塞,。

  防止焊瘤的措施:使焊縫處于平焊位置,正確選用規(guī)范,選用無偏芯焊條,合理操作,。

C、凹坑

  凹坑指焊縫表面或背面局部的低于母材的部分,。

  凹坑多是由于收弧時焊條(焊絲)未作短時間停留造成的(此時的凹坑稱為弧坑),仰立,、橫焊時,常在焊縫背面根部產(chǎn)生內(nèi)凹。

  凹坑減小了焊縫的有效截面積,弧坑常帶有弧坑裂紋和弧坑縮孔,。

  防止凹坑的措施:選用有電流衰減系統(tǒng)的焊機,盡量選用平焊位置,選用合適的焊接規(guī)范,收弧時讓焊條在熔池內(nèi)短時間停留或環(huán)形擺動,填滿弧坑,。

D、未焊滿

  未焊滿是指焊縫表面上連續(xù)的或斷續(xù)的溝槽,。填充金屬不足是產(chǎn)生未焊滿的根本原因,。規(guī)范太弱,焊條過細,運條不當?shù)葧?dǎo)致未焊滿。

  未焊滿同樣削弱了焊縫,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,同時,由于規(guī)范太弱使冷卻速度增大,容易帶來氣孔,、裂紋等,。

  防止未焊滿的措施:加大焊接電流,加焊蓋面焊縫。

E,、燒穿

  燒穿是指焊接過程中,熔深超過工件厚度,熔化金屬自焊縫背面流出,形成穿孔性缺,。

焊接電流過大,速度太慢,電弧在焊縫處停留過久,都會產(chǎn)生燒穿缺陷。工件間隙太大,鈍邊太小也容易出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象,。

  燒穿是鍋爐壓力容器產(chǎn)品上不允許存在的缺陷,它完全破壞了焊縫,使接頭喪失其聯(lián)接飛及承載能力,。

  選用較小電流并配合合適的焊接速度,減小裝配間隙,在焊縫背面加設(shè)墊板或藥墊,使用脈沖焊,能有效地防止燒穿。

F,、其他表面缺陷:

(1)成形不良

  指焊縫的外觀幾何尺寸不符合要求,。有焊縫超高,表面不光滑,以及焊縫過寬,焊縫向母材過渡不圓滑等。

外觀成形差及咬邊

                         外觀合格

(2)錯邊

  指兩個工件在厚度方向上錯開一定位置,它既可視作焊縫表面缺陷,又可視作裝配成形缺陷,。

(3)塌陷

  單面焊時由于輸入熱量過大,熔化金屬過多而使液態(tài)金屬向焊縫背面塌落, 成形后焊縫背面突起,正面下塌,。

(4)表面氣孔及弧坑縮孔,。

(5)各種焊接變形如角變形、扭曲,、波浪變形等都屬于焊接缺陷O角變形也屬于裝配成形缺陷,。

2、內(nèi)部缺陷

（一）氣孔和夾渣

A,、氣孔

  氣孔是指焊接時,熔池中的氣體未在金屬凝固前逸出,殘存于焊縫之中所形成的空穴,。其氣體可能是熔池從外界吸收的,也可能是焊接冶金過程中反應(yīng)生成的。

  防止氣孔的措施：

   a.清除焊絲,工作坡口及其附近表面的油污,、鐵銹,、水分和雜物。

   b.采用堿性焊條,、焊劑,并徹底烘干,。

   c.采用直流反接并用短電弧施焊。

   d.焊前預(yù)熱,減緩冷卻速度,。

   e.用偏強的規(guī)范施焊,。

B、夾渣

  夾渣是指焊后溶渣殘存在焊縫中的現(xiàn)象,。

(1)夾渣的分布與形狀有單個點狀夾渣,條狀夾渣,鏈狀夾渣和密集夾渣,。

(2)夾渣產(chǎn)生的原因

a.坡口尺寸不合理;

b.坡口有污物;

c.多層焊時,層間清渣不徹底;

d.焊接線能量小;

e.焊縫散熱太快,液態(tài)金屬凝固過快;

f.焊條藥皮,焊劑化學(xué)成分不合理,熔點過高；

g. 鎢極惰性氣體保護焊時,電源極性不當,電,、流密度大, 鎢極熔化脫落于熔池中,。

h.手工焊時,焊條擺動不良,不利于熔渣上浮?？筛鶕?jù)以上原因分別采取對應(yīng)措施以防止夾渣的產(chǎn)生,。

(3)夾渣的危害點狀夾渣的危害與氣孔相似,帶有尖角的夾渣會產(chǎn)生尖端應(yīng)力集中,尖端還會發(fā)展為裂紋源,危害較大。

（二）裂紋

  焊縫中原子結(jié)合遭到破壞,形成新的界面而產(chǎn)生的縫隙稱為裂紋,。裂紋可能產(chǎn)生在焊縫上,，也可能產(chǎn)生在焊縫兩層的熱影響區(qū)。有時產(chǎn)生在金屬表面,，有時產(chǎn)生在金屬內(nèi)部,。通常按照裂紋產(chǎn)生的機理不同可以分為熱裂紋和冷裂紋。

（三）未焊透

  未焊透指母材金屬未熔化,焊縫金屬沒有進人,接頭根部的現(xiàn)象,。

A,、產(chǎn)生未焊透的原因

   (1)焊接電流小,熔深淺。

   (2)坡口和間隙尺寸不合理,鈍邊太大,。

   (3)磁偏吹影響,。

   (4)焊條偏芯度太大

(5)層間及焊根清理不良。

B、未焊透的危害

  未焊透的危害之一是減少了焊縫的有效截面積,使接頭強度下降,。其次,未焊透焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多,。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因,。未焊透引起的應(yīng)力集中所造成的危害,比強度下降的危害大得多,。未焊透嚴重降低焊縫的疲勞強度。未焊透可能成為裂紋源,是造成焊縫破壞的重要原因,。

C、未焊透的防止

  使用較大電流來焊接是防止未焊透的基本方法,。另外,焊角焊縫時,1用交流代替直流以防止磁偏吹,合理設(shè)計坡口并加強清理,用短弧焊等措施也可有效防止未焊透的產(chǎn)生,。

（四）未熔合

未熔合是指焊縫金屬與母材金屬,或焊縫金屬之間未熔化結(jié)合在一起的缺陷。按其所在部位,未熔合可分為坡口未熔合,層間未熔合根部未熔合三種,。

A,、產(chǎn)生未熔合缺陷的原因

   (1)焊接電流過小;

   (2)焊接速度過快;

   (3)焊條角度不對;

   (4)產(chǎn)生了弧偏吹現(xiàn)象;

   (5)焊接處于下坡焊位置,母材未熔化時已被鐵水覆蓋;

   (6)母材表面有污物或氧化物影響熔敷金屬與母材間的熔化結(jié)合等。

B,、未熔合的危害

  未熔合是一種面積型缺陷,坡口未熔合和根部未熔合對承載截面積的減小都非常明顯,應(yīng)力集中也比較嚴重,其危害性僅次于裂紋,。

C、未熔合的防止

  采用較大的焊接電流,正確地進行施焊操作,注意坡口部位的清潔,。

3,、其他缺陷

(1)焊縫化學(xué)成分或組織成分不符合要求: 焊材與母材匹配不當,或焊接過程中元素燒損等原因,容易使焊縫金屬的化學(xué)成份發(fā)生變化,或造成焊縫組織不符合要求。這可能帶來焊縫的力學(xué)性能的下降,還會影響接頭的耐蝕性能,。

(2)過熱和過燒: 若焊接規(guī)范使用不當,熱影響區(qū)長時間在高溫下停留,會使晶粒變得粗大,即出現(xiàn)過熱組織,。若溫度進一步升高,停留時間加長,可能使晶界發(fā)生氧化或局部熔化,出現(xiàn)過燒組織。過熱可通過熱處理來消除,而過燒是不可逆轉(zhuǎn)的缺陷,。

(3)白點:在焊縫金屬的拉斷面上出現(xiàn)的象魚目狀的白色斑,即為自點F白點是由于氫聚集而造成的,危害極大,。

六．焊接檢測

  以上缺陷有些是我們?nèi)庋劭梢姷谋砻嫒毕荩鴮τ诤缚p或母材內(nèi)部的缺陷只能通過專業(yè)的檢測工具才能發(fā)現(xiàn),。常用的檢測方法有滲透檢測（PT）,、磁粉檢測(MT)、超聲檢測(UT)和射線檢測(RT).

1,、滲透檢測

  滲透檢測(penetrant testing,縮寫符號為PT）,，又稱滲透探傷，是一種以毛細作用原理為基礎(chǔ)的檢查表面開口缺陷的無損檢測方法,。主要用于裂紋,、白點、疏松,、夾雜物等表面缺陷的檢測,。

  滲透檢測的基本步驟主要包括以下幾步：

（1）預(yù)處理；

（2）滲透,；

（3）清洗,；

（4）顯像,；

（5）觀察記錄及評定；

（6）后處理,。

2,、磁粉檢測

  磁粉檢測是以磁粉做顯示介質(zhì)對缺陷進行觀察的方法

（1）適用范圍

① 適用于檢測鐵磁性材料表面和近表面缺陷，例如：表面和近表面間隙極窄的裂紋和目視難以看出的其他缺陷,。不適合檢測埋藏較深的內(nèi)部缺陷,。

② 適用于檢測鐵鎳基鐵磁性材料，例如：馬氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼材料,，不適用于檢測非磁性材料,，例如：奧氏體不銹鋼材料。

③ 適用于檢測未加工的原材料（如鋼坯）和加工的半成品,、成品件及在役與使用過的工件,。

④ 適用于檢測管材棒材板材形材和鍛鋼件鑄鋼件及焊接件。

⑤ 適用于檢測工件表面和近表面的延伸方向與磁力線方向盡量垂直的缺陷,，但不適用于檢測延伸方向與磁力線方向夾角小于20度的缺陷,。

⑥ 適用于檢測工件表面和近表面較小的缺陷，不適合檢測淺而寬的缺陷,。

（2）優(yōu)點：操作簡單方便,，檢測成本低，對鐵磁性材料表面及近表面缺陷檢測靈敏度高,，是表面缺陷檢測的首選方法,。

（3）缺點：對被檢測件的表面光滑度要求高，對檢測人員的技術(shù)和經(jīng)驗要求高,，檢測范圍小檢測速度慢,。

3、超聲檢測

  超聲檢測(UT)是工業(yè)上無損檢測的方法之一,。超聲波進入物體遇到缺陷時,，一部分聲波會產(chǎn)生反射，接收器可對反射波進行分析,，就能異常精確地測出缺陷來,，并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等,。

4,、TOFD檢測：

5、射線檢測

  當強度均勻的射線束透照射物體時,，如果物體局部區(qū)域存在缺陷或結(jié)構(gòu)存在差異,，它將改變物體對射線的衰減，使得不同部位透射射線強度不同，這樣,，采用一定的檢測器（例如,，射線照相中采用膠片）檢測透射射線強度，就可以判斷物體內(nèi)部的缺陷和物質(zhì)分布等,，從而完成對被檢測對象的檢驗,。

  射線檢驗常用的方法有X射線檢驗、γ射線檢驗,、高能射線檢驗和中子射線檢驗,。對于常用的工業(yè)射線檢驗來說，一般使用的是X射線檢驗和γ射線檢驗,。

                        便攜式X射線                        

γ射線

   利：不損傷被檢物,，方便實用，可達到其他檢測手段無法達到的獨特檢測效果,，使用面寬，底片長期存檔備查,，便于分析事故,，可以直觀的顯示缺陷圖像等。

   弊,；對人體有副作用甚至一定傷害,，對其他敏感物體有不良作用，對環(huán)境有輻射污染,；顯影定影液回收困難,，直接排放會造成環(huán)境污染。

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