焊接基础知识学习材料

焊接基础知识学习材料

焊接工艺基础知识学习材料

一、焊接工艺简介

1、焊接的定义:

焊接是通过加热或者加压，或者两者并用；用或不用填充材料；使两分离的金属表面达到原子间的结合，形成永久性连接的一种工艺方法。

2、焊接的本质:

金属等固体所以能保持固定的形状是因为其内部原子之间距（晶格）十分小，原子之间形成牢固的结合力。除非施加足够的外力破坏这些原子间结合力，否则，一块固体金属是不会变形或分离成两块的。要使两个分离的金属构件连接在一起，从物理本质上来看就是要使这两个构件的连接表面上的原子彼此接近到金属晶格距离。

3、焊接方法分类:

手工电弧焊

气体保护焊

气焊

电渣焊焊

电弧焊

焊焊

接

分

类

锡焊

激光钎焊

铜钎焊

公司常用焊接方法为：

3.1、压力焊如：电阻焊

2气体保护焊（CO

2

纯度≥99.5%）

3.2富氩混合气体保护焊（80%Ar+20%CO

2

）

4、焊接车间员工劳保用品穿戴标准:

焊接车间员工的日常劳保用品包括:工作帽、耳塞、工作服、工作衬衫、围裙、劳保手套、工作裤、钢头劳保鞋等，具体穿戴要求详见下图。

二、二氧化碳气体保护焊

1、CO2气体保护焊原理:

1.1、CO2气体保护焊是采用CO2气体作为保护介质，焊接时，CO2气体通过焊枪的喷嘴，沿

焊丝的周围喷射出来，在电弧周围形成气体保护层，机械地将焊接电弧与空气隔离开来，从而避免了有害气体的侵入，保证焊接过程的稳定以获得优质的焊缝。

其工作原理如下图：

1.2、CO2

2、设备简介:

CO2气体保护焊焊接设备示意图如下：

3、工艺参数：

CO2气体保护焊主要焊接工艺参数：电源极性、焊丝直径、焊接电流、电弧电压、气体流量、焊接速度、焊丝干伸长度、焊接回路电感等。

3.1、电源极性：CO2气体保护焊一般采用直流反接法（DCRP）：即焊件接负极，焊丝接正极。

3.2、焊丝直径：焊丝直径有ф0.8、ф0.9、ф1.0、ф1.2、ф1.4 、ф1.6等等，焊丝直径

的选择是以工件厚度、焊接位置及生产率的要求为依据。CO2气体保护焊的分类中有细丝和粗丝之分，对1-4mm钢板进行全位置焊接时，可采用细丝，当钢板厚度大于4mm时，则采用粗丝。公司常用的焊丝主要是ф1.0、ф1.2的镀铜实芯焊丝。

3.3、电弧电压：CO2气体保护焊中，选择电弧电压最为重要。在一定的焊丝直径及焊接电流

（送丝速度）下，电弧电压过低，电弧引燃困难，焊接过程不稳定；电弧电压过高，则由短路过渡转变成大颗粒的长弧过渡，使焊接过程也不稳定，熔深浅，易导致未融合（假焊、虚焊）。只有电弧电压与焊接电流匹配得较合适时，才能获得稳定的焊接过程，并且飞溅小，焊缝成型好。

3.4、焊接电流：焊接电流是CO2气体保护焊的重要规范参数，焊接电流的大小应根据工件的

厚度、坡口形状、焊丝直径等来选择，焊接电流对焊缝的形状尺寸有较大的影响，当焊丝直径不变时，提高焊接电流，熔深相应增加，熔宽略有增加，焊丝的熔化速度也相应地提高，可以提高生产率，但不能任意使用大电流，因为电流过大可造成焊缝成形不良和烧穿现象，并且大电流带来的大线能量输入母材，会导致母材晶体组织粗大，抗拉强度相应下降。在焊接电流小于250A时为短路过渡，电弧电压按

U=（0.04I+16）±1.5取；在焊接电流大于250A时为颗粒过渡，电弧电压按U=（0.04I+20）±1.5取。焊接电流与焊接电压匹配的经验公式：当I=100A时，U=19V。I每增加20A，U增加1V。如I=200A，U=19+（200—100）*1/20=24（V）.

建议使用的焊接参数范围如下：（各焊接工艺工程师应当根据本事业部焊接的破口形式，母材厚度、母材材质、焊接设备、焊丝直径等要素制定适合的焊接工艺参数及焊接方法，具体焊接参数应当有工艺人员自行试验获得）

3.5、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来选择，细丝小规

范短路过渡焊接时，气流量通常为（5∽15）L/min.中等规范时大约为20L/min. CO2气体的流量，主要是对保护性能有影响，当CO2气体流量太大时，气体冲击熔池，冷却作用加强，并且使保护气体流量紊乱，而破坏了保护作用，使焊缝容易产生气孔。同时对熔池的氧化性增加，飞溅增加，焊缝表面也不光泽。CO2气体流量太小时，气体挺度不够，降低了对熔池的保护作用，而且容易产生气孔等缺陷。因此CO2气体流量在进行选择时可参考下表:

3.6、焊接速度：焊接速度增大，焊缝宽度降低，焊缝余高及熔深也有一定减少。焊接速度过

快，会引起咬边；焊接速度过慢，易产生烧穿和焊缝组织粗大等缺陷。在选择焊接速度

时，不应追求过高的焊接速度，而应首先考虑到焊接质量，随着焊接速度的增大，熔宽降低，熔深和加强高也有一定的减少。当焊接速度过快时则气体保护作用受到破坏，同时焊缝的冷却速度加快，降低了焊缝的塑性，并使焊缝成形不好，易出现咬肉等缺陷。

当焊接速度过慢时，熔宽过大，熔池变大热量集中，容易出现烧穿或焊缝组织粗大等缺陷，选择时可参考下表:

3.7、焊丝干伸长度：是指焊丝从导电嘴端部到工件的长度。焊丝干伸长度太长，气体保护效

果差，中间焊丝被加热变红，挺度下降，焊丝爆断以致飞溅增大；焊丝干伸长度太短，熔池不易观察，焊接飞溅易堵住喷嘴，导致气体不流畅，而且焊丝易回烧，烧坏导电嘴。

细焊丝（如ф0.8）选的K值偏大些，反之，则选的K值偏小些。但一般不宜超过15mm(ф≤1.2mm的情况下)。随着伸出长度的增加，焊丝的预热状态电阻值急剧增加，因此，焊丝熔化加快，提高了生产率，但是，当焊丝伸出长度过大时，焊丝容易发生过热而成段熔断，焊接过程不稳定，飞溅严重，焊缝成形不良以及气体对熔池的保护作用减弱，而且使熔深减少，焊缝加强高明显增大，当伸出长度过小时，则焊接电流较大，短路频率较高，并缩短了喷嘴装到工件之间的距离，使飞溅金属容易堵塞喷嘴，影响保护气体流通，在一般情况下，焊丝伸出长度参考如下公式选择:

L(伸出长度)= （10∽15）d(焊丝直径)

3.8、二次回路电感：焊接直径较小时要求焊接回路电感较小，而焊接直径较大时要求焊接回

路电感较大。

4、常见质量问题:

4.1、CO2气体保护焊焊接质量包括表面质量和内在质量。表面质量指的是外观质量；内在质

量主要针对焊缝的强度而言。

4.2、熔化焊常见缺陷定义；

4.2.1、未焊透：熔焊时，接头根部未完全焊透的现象。

4.2.2、未熔合：熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间，未能完全熔化结合的部分叫

未熔合。

4.2.3、烧穿：熔焊时熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔的现象叫烧穿。

4.2.4、咬边：在沿着焊趾的母材部位，烧熔形成凹陷或沟槽的现

象叫咬边。

4.2.5、焊瘤：熔焊时熔化金属流淌到焊缝以外未熔合的母材上形成金属瘤的现象叫焊瘤。

4.2.6、凹坑：焊后在焊缝表面或背面形成的低于母材表面的局部低洼部分。

4.2.7、塌陷：单面熔化焊时，由于焊接工艺不当，造成焊缝金属过量透过背面，使焊缝正

面塌陷，背面凸起的现象。

4.2.8、裂纹：以不同的走向分布在焊缝的表面或内部，是焊接结构中最有危害的一种缺陷

之一。

4.2.9、气孔：分表面气孔和内部气孔，以条虫状、针孔状等分布见多。CO2气体保护焊中

出现的气孔一般多为氢气、氮气、一氧化碳气孔，其中氢气孔呈喇叭口状，内

壁光滑，氮气孔呈蜂窝状，而一氧化碳气孔沿结晶方向分布以条虫状卧在焊缝

表面或内部。

4.2.10、飞溅：金属颗粒物从熔池中飞出的现象

5、要求；

5.1、焊接设备及辅具:

5.1.1、焊接工作是用工艺卡上所指定的CO2气体保护焊机来进行的。

5.1.2、 CO2气体保护焊机应能随意调整到所要求的工艺规范，并且在焊接过程中稳定不变。

5.1.3、所有焊接用的夹具、辅具都应处于完好状态，以便使装配后的合格尺寸符合图纸要

求，并能在焊接过程中随意使用各焊接工序使用的焊把、焊枪、导电嘴、喷嘴等（工

艺卡中所要求的）标准工具。

5.1.4、焊丝、导电嘴要处于良好状态，如果磨损过大必须更换。

5.1.5、要经常清理喷嘴上的金属飞溅，如果喷嘴烧坏时必须及时更换。

5.1.6、进行半自动焊接时，送丝软管要运动自如，定期清理软管内的积聚污垢。

5.1.7、焊工必须备有下列工具以便工作时使用: 锉刀、螺丝刀、尖嘴钳、钢丝钳、0.5磅

手锤。

5.1.8、焊接用的电焊面罩、滤光玻璃要处于完好状态。

5.1.9、焊接工位要求有良好的通风设施。

5.2、焊接材料及辅助材料:

5.2.1、CO2气体: 焊接用的 CO2气体纯度应为99.5%以上，氧的含量少于0.1%，水的含量

少于0.1%。CO2气体在瓶内为液体，每瓶可装入26公升左右，瓶内压力约为5-7MPa。

由于液态CO2的沸点为-79℃，因此必须加热到常温下气化后方可供焊接使用。

同时瓶内的气体压力是随外界的温度变化而变化的，所以使用时应注意以下事

项:

（1） CO2气体的压力随外界的温度升高而增加。

（2）气瓶不能放置于火炉等热源附近。

（3）夏季工作时气瓶不宜放置在烈日下曝晒，应放在室内阴凉处。

（4）当瓶内气体低于0.098MPa时不得继续使用，要重新充气。

5.2.2、当CO2气体纯度偏低时，必须经过纯化处理，方法如下:

（1）排出水分: 将气瓶倒立静置1-2小时，然后打开阀门放出水分。

（2）排出空气:在使用前将气瓶阀门打开，放出空气约2-3分钟。

5.2.3 、焊丝

（1）焊丝牌号及化学成分:

（2）焊缝金属机械性能:

（3）为利于保管，防止锈蚀，改善焊丝的导电性，焊丝表面应镀有铜层。

（4）如果焊丝表面涂有防锈油，在使用前一定要清洗干净。

（5）不得使用未做质量鉴定和未确定牌号的焊丝。

5.2.4、焊工

（1）所有焊接工件都应由技术熟练、能够胜任该项工作的焊工来承担。

（2）焊工上岗前必须经过工艺和操作培训。

（3）重要的工作应指定专人负责。

6、常见CO2焊接操作方法及其特点；

左、右焊法焊接特点

6.2、常见CO2气体保护焊焊接接头型式

MAG 焊与CO 2气体保护焊相比，MAG 焊焊缝表面质量及内在质量均比CO 2气体保护焊好，但前者焊接成本比后者高，因此MAG 焊一般用在一些安全件上使用。其工艺及质量检验基本上与CO 2气体保护焊要求相同。

气体比列：氩气/二氧化碳=80%/20%

四、压力焊

1、电阻焊 1.1、电阻焊概念：

将被焊工件置于两电极之间加压，并在焊接处通以电流，利用电流流经工件接触面及其临近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之达到金属结合而形成牢固接头的工艺过程。

1.2 、基本条件：焊接电流、电极压力

1.3 、电阻焊的特点

1.4 、电阻焊的分类

双面点焊

1.5、

休止阶段

1.6 、电阻焊设备

是指采用电阻加热的原理进行焊接操作的一种设备，它主要由以下部分组成：

①焊接回路：以阻焊变压器为中心，包括二次回路和工件。

②机械装置：由机架、夹持、加压及传动机构组成。

③气路系统：以气缸为中心，包括气体、控制等部分

④冷却系统：冷却二次回路和工件，保证焊机正常工作。

⑤控制部分：按要求接通电源，并能控制焊接循环的各段时间及调整焊接电流等。常见的手工点焊焊钳有X型、C型及特制型等，X型、C型结构示意图如下：

注：X型焊钳主要用来焊接水平或基本处于水平位置的工件；C 型焊钳主要用来焊接垂直或近似垂直位置的工件；而特制焊钳主要用来焊接有特殊位置或尺寸要求的工件。

1.7 、电阻点焊操作注意事项：

①焊接过程中，在电极与工件接触时，尽量使电极与工件接触点所在的平面保持垂直。（不

垂直会使电极端面与工件的接触面积减小，通过接触面的电流密度就会增大，导致烧穿、熔核直径减小、飞溅增大等焊接缺陷。）

②焊接过程中，应避免焊钳与工件接触，以免两极电极短路。

③电极头表面应保证无其它粘接杂物，发现电极头磨损严重或端部出现凹坑，必须立即更换。

（因为随着点焊的进行，电极端面逐渐墩粗，通过电极端面输入焊点区域的电流密度逐渐减小，熔核直径减小。当熔核直径小于标准规定的最小值，则产生弱焊或虚焊。一般每打400∽450个焊点需用平锉修磨电极帽一次，每个电极帽在修磨9∽10次后需更换。）

④定期检查气路、水路系统，不允许有堵塞和泄露现象。

⑤定期检查通水电缆，若发现部分导线折断，应及时更换。

⑥停止使用时应将冷却水排放干净。

1.8 、电阻焊的优缺点

电阻焊的优缺点（表1）

2、点焊

2.1 、点焊质量的一般要求

2.1.1 、破坏后的焊点焊接面积不应小于电极接触面积的60%。

2.1.2 、焊点压痕的凹陷深度应不大于板厚的20%。

2.1.3、焊核及热影响区不允许有裂纹及焊穿。

2.1.4 、焊核周边不允许有气孔或缩孔存在，但允许个别焊点中心存在直径不大于焊核直

径10%的气孔或缩孔两个。

2.1.5 、允许不严重的个别烧伤及飞溅，但应对焊件进行适当的清理，若发生连续的飞溅，

则应调整工艺参数。

2.1.6、焊点的位置、数量应符合产品图纸的要求，焊接后工件的变形应符合产品图纸的

要求。

2.1.7、内部要求：焊核形状规则、均匀、无超标的裂纹或缩孔等内部缺陷，以及热影响

区组织和力学性能不发生明显变化等。

2.2、焊点质量检查:

2.2.1、目视检查：

A.根据工艺要求检查焊点数及间距。

B.压痕深度和毛刺情况，凹陷深度是否大于板厚的20%。

C.有无裂纹和烧穿、烧伤。

D.焊点有无气孔、缩孔。

E.有无分流烧伤痕迹。

F.焊后工件有无严重变形。

2.2.2、点焊接头焊接检验

（1）目检

尽可能无喷溅和深的压痕深度，电极压痕应干净、均匀，尽可能不歪斜。

（2）检验要求合格点数

a.要求合格点数以及合格点顺序

b.单点合格检验

楔形检验：楔形检验应由成品检查进行，在评价等级是6级时，试验必须重复并

进行静态剪切拉伸检验

①破坏性楔形检验：用一相应的凿在焊接件焊点之间推进直到试样破坏为止

合格：焊点从基体金属上撕开

不合格：焊接件相互碎短，焊点不撕开。（冷焊）

②非破坏性楔形检验：使用一种特殊的扁平凿子，其尺寸与构件相一致，相应

的凿子应全部楔入焊点之间。

c．静态拉伸检验

①剪切拉伸检验须根据可能在所有受力焊点连接时进行。

②力的作用应与实际情况相对应，因此在必要时要求借助辅助设备。

③如果该应力不能如实反应，可选择下图进行测试

拉伸速度不允许超过

5mm/min.，如果只强调剪切拉应力，则允许拉伸速度达到Max:10mm/min.

达到最低剪切拉伸力Fsmin.

焊点从基体金属撕开。

Fsmin.

碎断在焊点处以剪切断裂出现，碎断表面无可见裂纹。

可见有单个小孔（小孔直径总和<20%断裂表面直径）

小于最低剪切拉伸力Fsmin.

小孔直径总和>20%断裂表面直径）

。

熔核直径合格

组织中无气孔、裂纹、

“烧伤”

<20%熔核直径，组织中无裂纹、“烧伤”。

熔核直径合格，小孔直径总和>20%熔核直径，有焊接裂纹、“烧伤”

⑶焊接不合格

熔核直径太小。

e ．破坏性检验:

1、其余总成均做破坏性检验。

2、检验频次，每300辆份检验一件。

3、检验人员: 专职检验员。

4、工具:扁铲，1.5磅手锤。

5、方法:扁铲对准焊点，手锤敲击，直至铲开。

6、合格标准:焊核的撕裂应满足下列要求。dL 1≤dL ≤dH （dL 为撕裂后最大、最小直径的

中间值）。

2.3、工艺参数：影响接头强度的焊点尺寸主要有：焊核直径d L 、焊透率A 、压痕深度C ，其中焊核直径d L 是主要影响因素。三者之间的关系如下：

A=h/（δ-C ）;d L ≥3.5δ

1/2

;C ≤（15∽20%）δ，A 一般在20%∽80%之间选取，40%为宜。

对于低碳钢d L =（5∽6）δ1/2

其中：h:单板熔核高度；δ：板厚

板厚δ、熔核直径dL 、焊点直径dp 三者关系见下表

低碳钢板厚（按较小板厚计算）与最小熔核直径、焊点直径关系表2.3.1、点焊基本工艺参数：

焊接电流I、焊接时间t、电极压力Fw、电极端面直径d

dj

一般d

L =（0.8∽1.4）d

dj

，对于低碳钢，一般采用直锥形平面电极，电极端面直径按d

dj

=2δ

+3选取，当电极工作表面直径因磨损而超过规定值的15∽20%时应修磨或更换。对于镀锌钢板，由于镀锌层的存在，电流密度减小，电流场分布不稳定。增大焊接电流，易促进电极工作端面Cu-Zn合金的生成，加速了电极粘损和镀锌层的破坏，同时，低熔点的镀锌层使熔核在结晶过程中产生裂纹和气孔，因此，镀锌钢板合适的点焊规范范围窄，接头强度波动大，焊接性较差，一般选择Cr、Zr、Cu合金电极或镶钨复合电极。

2.3.2 、工艺参数对焊点质量的影响

过烧、烧穿、粘电极、电极消耗加快等。

焊接时间

虚焊、弱焊等。

工作时间延长。

预压时间

飞溅、过烧、烧穿、损坏电极等。

虚焊、弱焊等。

易产生虚焊、弱焊。

2.3.3、不同规格低碳钢软（C类）硬（A、B类）规范参考值(见表2) Array表2：低碳钢电阻点焊焊接规范参数参考表

2.3.4、低碳钢板点焊工艺参数的选择:

选择点焊工艺参数时可以采用计算方法或查表的方法，无论采用哪种方法，所选择出

来的工艺参数都不可能是十分精确和合适的。即只能给出一个大

概的范围，具体的工

作还需经实测和调试来获得最佳规范。

2.3.5两种不同厚度的钢板的点焊:

a．当两工件的厚度比小于3:1时，焊接并无困难。此时工艺参数可按薄件选择，并稍

增大一些焊接电流或通电时间即可。

b ．当两工件的厚度比大于3:1时，此时除按上条处理外，还应采取下列措施以保证质量。

c ．在厚板一侧采用较大的电极直径。

d ．在薄板侧选用导电性稍差的电极材料。2.3.6 三层钢板的点焊:

当点焊中间为较厚零件的三层板时，可按薄板选择工艺参数，但要适当增加焊接电流，

约增加10-25%，或者增加通电时间。

当点焊中间为较薄零件的三层板时，可按厚板选择工艺参数，但要适当减少焊接电流，

约减少10-25%，或者减少通电时间。 2.3.7 带镀层钢板的点焊:

点焊镀锌或镀铝钢板时，应比不带镀层的钢板提高电流20-30%，并同时提高电极压力

20%，增大焊接时间10%。 2.4、常见点焊焊接质量问题

点焊焊接质量包括表面质量和内在质量。表面质量指的是外观质量；内在质量主要针对焊点的强度而言。

电阻点焊

缩孔，核心偏移，内部飞溅，气孔，熔核宏观偏析，脆性接头等。点焊接头焊接缺陷产生的原因及改进措施（见表3）