常用焊接方法手册

常用焊接方法手册

一、什么是钎焊？钎焊是如何分类的？钎焊的接头形式有何特点？

钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。

根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。

（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450°C，接头强度较低(小于70 MPa)。

（2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450°C，接头强度较高(大于200 MPa)。

钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。

二、电弧焊的分类有哪些，有什么优点？

利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。可分为手工电弧焊、埋弧自动焊和气体保护焊等三种。手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。

三、焊条电弧焊时，低碳钢焊接接头的组成、各区域金属的组织与性能有何特点？

（1）焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。

1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。

2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。

（2）低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

1）熔合区位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。加热温度约为1 490～1 530°C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。

2）过热区紧靠着熔合区，加热温度约为1 100～1 490°C。由于温度大大超过Ac3，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25%～75%左右。

3）正火区加热温度约为850～1 100°C，属于正常的正火加热温度范围。冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。

4）部分相变区加热温度约为727～850°C。只有部分组织发生转变，冷却后组织不均匀，力学性能较差。

四、什么是电阻焊？电阻焊分为哪几种类型、分别用于何种场合？

电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。

电阻焊分为点焊、缝焊和对焊3种形式。

（1）点焊：将焊件压紧在两个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。

点焊适用于焊接4 mm以下的薄板(搭接)和钢筋，广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。

（2）缝焊：缝焊与点焊相似，所不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。叠合的工件在圆盘间受压通电，并随圆盘的转动而送进，形成连续焊缝。

缝焊适宜于焊接厚度在3 mm以下的薄板搭接，主要应用于生产密封性容器和管道等。

（3）对焊：根据焊接工艺过程不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊。

1）电阻对焊焊接过程是先施加顶锻压力(10～15 MPa)，使工件接头紧密接触，通电加热至塑性状态，然后施加顶锻压力(30～50 MPa)，同时断电，使焊件接触处在压力下产生塑性变形而焊合。

电阻对焊操作简便，接头外形光滑，但对焊件端面加工和清理要求较高，否则会造成接触面加热不均匀，产生氧化物夹杂、焊不透等缺陷，影响焊接质量。因此，电阻对焊一般只用于焊接直径小于20 mm、截面简单和受力不大的工件。

2）闪光对焊焊接过程是先通电，再使两焊件轻微接触，由于焊件表面不平，使接触点通过的电流密度很大，金属迅速熔化、气化、爆破，飞溅出火花，造成闪光现象。继续移动焊件，产生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊件端面全部熔化时，迅速加压，随即断电并继续加压，使焊件焊合。

闪光对焊的接头质量好，对接头表面的焊前清理要求不高。常用于焊接受力较大的重要工件。闪光对焊不仅能焊接同种金属，也能焊接铝钢、铝铜等异种金属，可以焊接0.01 mm的金属丝，也可以焊接直径500 mm的管子及截面为20 000 mm2的板材。

五、激光焊的基本原理是什么？有何特点及用途？

激光焊利用聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接。

激光焊具有如下特点：

1）激光束能量密度大，加热过程极短，焊点小，热影响区窄，焊接变形小，焊件尺寸精度高；

2）可以焊接常规焊接方法难以焊接的材料，如焊接钨、鉬、钽、锆等难熔金属；

3）可以在空气中焊接有色金属，而不需外加保护气体；

4）激光焊设备较复杂，成本高。

激光焊可以焊接低合金高强度钢、不锈钢及铜、镍、钛合金等；异种金属以及非金属材料(如陶瓷、有机玻璃等)；目前主要用于电子仪表、航空、航天、原子核反应堆等领域。

六、电子束焊的基本原理是什么？有何特点及用途？

电子束焊利用在真空中利用聚焦的高速电子束轰击焊接表面，使之瞬间熔化并形成焊接接头。

电子束焊具有以下特点：

1）能量密度大，电子穿透力强；

2）焊接速度快，热影响取消，焊接变形小；

3）真空保护好，焊缝质量高，特别适用于活波金属的焊接。

电子束焊用于焊接低合金钢、有色金属、难熔金属、复合材料、异种材料等，薄板、厚板均可。特别适用于焊接厚件及要求变形很小的焊件、真空中使用器件、精密微型器件等。

车架的焊接变形及减小变形的措施

摩托车车架多数采用复杂管、板式焊接结构，是摩托车的支撑骨架，在整车中既要满足众多车体零件安装的要求，又要保证车辆行驶平稳，因此对车架的结构尺寸和形状精度要求较高。摩托车车架焊接后往往会出现变形，不但直接影响整车装配及整车性能，还可能降低车架结构的承载能力引发事故，因此制造中限制和消除焊接变形非常重要。控制摩托车车架的焊接变形主要从设计和工艺2个方面解决，现探讨如何控制车架焊接变形的措施。

影响车架变形的因素和焊接变形的种类

1、影响因素

影响车架焊接变形的因素有很多，主要有以下几点：

a)焊接工艺方法：不同的焊接方法将产生不同的温度场，形成的热变形也不相同。一般来说自动焊比手工焊加热集中，受势区窄，变形较小；CO2气体保护焊焊丝细，电流密度大，加热集中，变形小，比手工焊更适合于车架焊接。

b)焊接参数（焊接电流、电弧电压、焊接速度）：焊接变形随焊接电流和电弧电压增大而增大，随焊接速度增快而减小，其中电弧电压的作用明显。因此低电压、高速大电流密度的自动焊变形较小。

c)焊缝数量和断面大小：焊缝数量愈多，断面尺寸愈大，焊接变形愈大。

d)施焊方法：连续焊、断续焊的温度场不同，产生的热变形也不同。通常连续焊变形较大，断续焊变形较小。

e)材料的热物理性能：不同材料的导热系数、比热和膨胀系数等均不同，产生的热变形不同，焊接变形也不同。

f)焊接夹具的设计合理性：采用焊接夹具，增加了构件的刚性，从而影响到焊接变形。

g)构件焊接程序：焊接程序能引起构件在不同组合阶段刚性变化和质心位置改变，对控制构件焊接变形有很大影响。

2、车架焊接变形的种类

车架结构的焊接变形分为整体变形和局部变形，整体变形是焊接以后，整个构件的尺寸或形状发生变化，包括纵向和横向收缩，弯曲变形和扭曲变形等；局部变形是指焊接后构件的局部区域出现变形，包括角变形和波浪变形等。

设计措施

1、合理的焊缝尺寸和形式

焊缝尺寸直接关系到车架的焊接工作量和焊接变形大小，焊缝尺寸大，焊接工作量大，焊接变形也大。因此，在保证车架承载能力的情况下，应尽量减小焊缝尺寸，但并不是说焊缝尺寸越小越好，焊缝尺寸太小，冷却速度快，容易产生裂纹、热影响区硬度过高等焊接缺陷；应在保证焊接质量的前提下，按板厚（管壁厚）来选取工艺上允许的最小焊缝尺寸。

2、合理的焊缝数目

在车架结构中力求焊缝数量合理，焊缝不宜过分集中，尽量避免2条或3条焊缝垂直交叉。有时为了减小车架质量，采用壁厚较薄的钢管加筋板来焊接车架，以提高车架的稳定性和刚性，其实这样既增加了构件和焊接的工作量，还因焊接变形大增加校正工时。因此，适当增加管壁厚或管径，减少筋板，车架质量稍大一些也是比较经济的。另外，合理选择筋板形状，适当安排筋板位置，也可以减少焊缝达到提高筋板加固的效果。

3、合理的焊缝位置

设计车架时，尽可能将焊缝对称于截面中性轴，这样能使焊缝引起的挠曲变形互相抵消；或者使焊缝接近断面中性轴，以减少焊缝引起的挠曲。

工艺措施

1、反变形法

反变形法是事先估计好焊接结构变形的大小和方向，然后在组合（点固焊）时给予一个相反方向的变形来抵消焊接变形，这是使焊后构件保持设计要求的一种工艺方法，也是车架生产中较常用的一种控制变形方法。

因焊接变形影响因素很多，包括焊接顺序、拘束度、焊接条件和接头特征等，焊接手册中的变形估算公式及有关图表只能提供一个大致数值，有关变形量的确定可以参考文献。在实际生产的工艺规范和相同条件下通过试验来实测确定，再根据所得数据确定反变形量，并在焊胎制造中应用，可获得比较好的效果。

2、刚性固定法

当不便采用反变形时，将零部件加以固定来限制焊接变形。车架生产中普遍采用焊接夹具定位和紧固，装夹的刚度越大，变形越小。

3、合理施焊

CO2气体保护焊与其它电弧焊相比，具有生产率高、焊接成本低、能耗低、适用范围广、抗锈能力强、焊后无须清渣等优点，所以车架采用CO2气体保护自动（半自动）焊接。同时由于CO2气体保护焊电弧热量集中，加热面积小，以及CO2气流的冷却作用，所以，工件的焊接变形也较小。此外，在焊接时适当降低规范，选用较低的线能量，可以有效地防止焊接变形，但线能量不能过低，否则影响焊接质量。

4、合理的焊接顺序

焊接顺序对焊接结构的变形有很大影响。焊接顺序合理，焊接变形可以通过自由收缩，互相抵消；焊接顺序不合理，焊接变形将互相叠加。为便于控制焊接变形，尽量采用对称焊接，以使焊缝引起的变形相互抵消。焊缝不对称的，先焊焊缝少的一侧，因为焊缝越长，变形越大，先焊焊缝少的一侧，可以增大焊缝多的一侧施焊时焊件的结构刚度和反变形能力。

焊接变形的矫正

车架焊接过程中，虽然在车架结构设计和工艺上采取多种措施来控制施焊过程中所产生的焊接变形，但由于焊接过程的特点和车架焊接工艺的复杂性，还或多或少产生焊接变形，为此必须矫正超过设计要求的焊接变形。

矫正工艺只限于矫正焊接构件的局部变形，如角变形、弯曲变形和波浪变形等，对于车架结构的整体变形如纵向和横向收缩（总尺寸缩短），只能通过下料或装配时预放余量来补偿。机械矫正法是在室温条件下，对焊接施加外力，使构件压缩塑性变形区的金属伸展减少或消除焊缝区的塑性变形，达到矫正变形的目的；如车架焊完后可以在矫正整形胎上矫正整形，以保证车头管中心线与车架中心平面的垂直度。此外各部件焊完后也整形，以避免产生综合效应。实际操作中还应注意自然时效的作用，必须通过经验积累和严格检验手段保证矫正的精度。

结论综上所述，车架在制造过程中，焊接变形是不可避免的，只能采取有效的设计和工艺措施控制焊接变形，并对超出公差要求的焊接变形进行矫正，才能达到车架强度、使用性能及经济性能的要求。实际生产中，只有对焊接进行全过程控制，才能更有效控制车架的焊接变形，达到保证车架尺寸精度和装配要求的目的。

Q345的焊接工艺编订

一、材料介绍

1. Q345化学成分如下表（%）：

元素C≤ Mn Si≤ P≤ S≤ Al≥ V Nb Ti

含量0.2 1.0-1.6 0.55 0.035 0.035 0.015 0.02-0.15 0.015-0.06 0.02-0.2

Q345C力学性能如下表（%）：

机械性能指标伸长率（%）试验温度0℃抗拉强度MPa 屈服点MPa≥

数值δ5≥22 J≥34 σb（470-650）σs（324-259）

其中壁厚介于16-35mm时，σs≥325Mpa；壁厚介于35-50mm时，σs≥295Mpa

2. Q345钢的焊接特点

2.1 碳当量(Ceq)的计算

Ceq=C+Mn/6+Ni/15+Cu/15+Cr/5+Mo/5+V/5

计算Ceq=0.49%，大于0.45%，可见Q345钢焊接性能不是很好，需要在焊接时制定严格的工艺措施。

2.2 Q345钢在焊接时易出现的问题

2.2.1 热影响区的淬硬倾向

Q345钢在焊接冷却过程中，热影响区容易形成淬火组织-马氏体，使近缝区的硬度提高，塑性下降。

结果导致焊后发生裂纹。

2.2.2 冷裂纹敏感性

Q345钢的焊接裂纹主要是冷裂纹。

二、焊接施工流程

坡口准备→点固焊→预热→里口施焊→背部清根（碳弧气刨）→外口施焊→里口施焊→自检/专检→焊后热处理→无损检验（焊缝质量一级合格）

三、焊接工艺参数的选择

通过对Q345钢的焊接性分析，制定措施如下：

1. 焊接材料的选用

由于Q345钢的冷裂纹倾向较大，应选用低氢型的焊接材料，同时考虑到焊接接头应与母材等强的原则，选用E5015 （J507）型电焊条。

化学成分见下表（%）：

元素C Mn Si S P Cr Mo V Ti

含量0.071 1.11 0.53 0.009 0.016 0.02 0.01 0.01 0.01

力学性能见下表：

机械性能指标σb（Mpa）σs（Mpa）δ5（%）Ψ（%）AkvJ-30℃

数值440 540 31 79 164 114 76

2. 坡口形式：（根据图纸和设备供货）

3. 焊接方法：采用手工电弧焊（D）。

4. 焊接电流：为了避免焊缝组织粗大，造成冲击韧性下降，必须采用小规范焊接。具体措施为：选用小直径焊条、窄焊道、薄焊层、多层多道的焊接工艺（焊接顺序如图一所示）。焊道的宽度不大于焊条的3倍，焊层厚度不大于5mm。第一层至第三层采用Ф3.2电焊条，焊接电流100-130A；第四层至第六层采用Ф4.0的电焊条，焊接电流120-180A。

5. 预热温度：由于Q345钢的Ceq＞0.45%，在焊接前应进行预热，预热温度T0=100-150℃，层间温度Ti≤400℃。

6. 焊后热处理参数：为了降低焊接残余应力，减小焊缝中的氢含量，改善焊缝的金属组织和性能，在焊后应对焊缝进行热处理。热处理温度为：600-640℃，恒温时间为2小时（板厚40mm时），升降温速度为125℃/h 。

四、现场焊接顺序：

1. 焊前预热

在翼缘板焊接前，首先对翼缘板进行预热，恒温30分钟后开始焊接。焊接的预热、层间温度、热处理由热处理控温柜自动控制，采用远红外履带式加热炉片，微电脑自动设定曲线和记录曲线，热电偶测量温度。预热时热电偶的测点距离坡口边缘15mm-20mm。

2. 焊接

2.1 为了防止焊接变形，每个柱接头采用二人对称施焊，焊接方向由中间向两边施焊。在焊接里口时（里口为靠近腹板的坡口），第一层至第三层必须使用小规范操作，因为它的焊接是影响焊接变形的主要原因。在焊接一至三层结束后，背面进行清根。在使用碳弧气刨清根结束后，必须对焊缝进行机械打磨，清理焊缝表面渗碳，露出金属光泽，防止表层碳化严重造成裂纹。外口焊接应一次焊完，最后再焊接里口的剩余部分。

2.2 当焊接第二层时，焊接方向应与第一层方向相反，以此类推。每层焊接接头应错开15-20mm。2.3 两名焊工在焊接时的焊接电流、焊接速度和焊接层数应保持一致。

2.4 在焊接中应从引弧板开始施焊，收弧板上结束。焊接完成后割掉并打磨干净。

3. 焊后热处理：焊口焊接完成后应在12小时内进行热处理。如不能及时进行热处理应采取保温、缓冷措施。在进行热处理时，应采用两根热电偶测温，热电偶点焊在焊口的里外侧。

Q345钢的焊接温度曲线如下图

4. 焊接检验

根据《钢结构工程施工及验收规范》的要求，焊口采用超声波探伤法进行检验，检验比例为100%。

五、现场技术管理

1. 编制详细的焊接施工作业指导书。

2. 全过程控制焊接工艺是确保质量的核心。

每个柱接头的焊接时，应有专人监控焊接工艺，如焊工不按作业指导书施工应立即终止焊接。在焊