.1焊接基本知識介紹一、焊接概念與理解你知道有哪些日常生活中的焊接現象？（1）焊接概念通過適當的手段,使兩個分離的物體產生原子(分子)間結合而連接成一體的連接方法。（2）理解適當的手段：指的是加熱、加壓或兩者并用（加熱加壓的目的是為原子或分子結合提供能量）；適當的手段還可以是填加或不填加材料進行焊接。原子(分子)間結合：通過獲得外界能量，兩個物體之間一旦產生了原子或分子間結合力就意味著形成了永久連接，是不可拆的?？珊肝矬w：可以是金屬與金屬，金屬與非金屬，非金屬與非金屬。在工業生產中，焊接主要用于連接金屬材料。要使兩部分金屬材料達到永久連接的目的．就必須使分離的金屬非常接近．只有這樣才能使原子間產生足夠大的結合力，形成牢固的接頭。這對液體來說是很容易的，而對固體來說則比較困難，需要外部給予很大的能量．以使金屬接觸表面達到原子結合的距離。因此必須施以能量，通常采用加熱、加壓或兩者并用的方法。圖1.1焊接使物體產生了原子或分子結構（3）區別于可拆卸連接(如螺栓連接、鍵連接)及一般不可拆卸連接(如鉚接、粘接)

在機械制造工業中，使兩個或兩個以上零件連接在—起的方法主要有螺釘連接、鍵連接、鉚釘連接和焊接等，見圖1-2和圖1-3。前兩種連接方法部是機械聯接，可以拆卸。而焊接則是利用兩個物體原子間產生的結合作用來實現連接的，連接后不能拆卸，成為永久性連接。過去不可拆卸連接一般采用鉚接工藝，后來由于焊接工藝的應用及發展，在許多領域如汽車制造、橋梁制造等，逐漸取代了鉚接。（a）螺栓連接（b）鍵連接（a）鉚接（b）焊接圖1.2可拆卸連接圖1.3不可拆卸連接1—螺母2—零件3—螺釘4—鍵1—零件2—螺釘3—焊縫二、焊接結構的優點與鉚接相比，首先可以節省大量原材料，減輕結構重量的15%-20%；

其次簡化加工與裝配工序；而且一般焊接設備較鉚接設備（如多

頭鉆床）投資低；另外密封性好；與鑄造結構相比，工序簡單，生產周期短；節省材料，不必象鑄件那樣因工藝要求加大截面尺寸、圓角，增加肋板，故整個結構較輕，且容易保證質量；焊接結構還可以改變材料表面的性能；某些型材采用焊接結構比軋制經濟：如當工字鋼的高度大于70cm時，采用鋼板拼焊比軋制的成本低；三、學習焊接技術的意義在各種產品制造工業中，焊接與切割是一種十分重要的加工工藝，據工業發達國家統計，每年僅需要進行焊接加工之后使用的鋼材占鋼總產量的45%。焊接不僅可以解決各種鋼材的連接，而且還可以解決鋁、銅等有色金屬及鈦、鋯等特種金屬甚至非金屬材料的連接，因而已廣泛應用于機械制造、造船、海洋開發、汽車制造、石油化工、航天技術、原子能、電力、電子、建筑等領域，因此學習焊接技術具有重要的工業意義。

1.2常用焊接方法及其工業應用一、常用焊接方法介紹常用焊接方法主要分為三大類：（1）熔化焊：焊接過程中,將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的方法。熔化焊的關鍵要有一熱量集中,溫度足夠高的局部加熱熱源。（2）釬焊：采用比母材熔點低的金屬材料作釬料,將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔點的溫度，利用液態釬料潤濕母材金屬，填充接頭間隙并與母材金屬相互擴散實現連接焊件的方法。（3）壓焊：焊接過程中,必須對焊件施加壓力(無論加熱或不加熱)，以完成焊接的方法。熔化焊主流方法介紹：１手工電弧焊：利用電弧的熱量熔化母材，填充金屬的一種手工連接方法．弧自動焊：是電弧在焊劑層下燃燒，利用機械自動控制焊絲送進和電弧移動的一種電弧焊方法．埋弧焊生產的主要特點是埋弧、自動和大電流。常用于焊中厚板（6～60mm）結構的長直焊縫與較大直徑（一般不小于250mm）的環縫平焊。３．氣體保護電弧焊氬弧焊是以氬氣作為保護氣體的電弧焊方法。按照電極結構的不同，分為熔化極氬弧焊(MIG)和不熔化極氬弧焊(TIG)兩種。熔化極氬弧焊采用焊絲作為電極，焊接過程可手工操作，也可以實現半自動化或自動化操作；非熔化極氬弧焊一般用高熔點的釷鎢棒或鈰鎢棒做電極，故又稱鎢極氬弧焊，根據需要決定是否需另加填充焊絲。

氧化碳氣體保護焊：它是以CO2作為保護氣體的方法，這種焊接方法用連續送進的焊絲為電極，按焊絲直徑的不同，可分為細絲和粗絲兩種，前者適于焊接0.8～4mm的薄板，后者適于焊接5～30mm的中厚板。目前應用最多的是半自動CO2氣體保護焊。

壓力焊常用方法---電阻焊：電阻焊是利用電流通過焊件接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱，把焊件加熱到塑性狀態或局部熔化狀態，再在壓力作用下達到原子間距離，形成牢固接頭的一種壓力焊方法。電阻焊的基本形式有點焊、縫焊、對焊（閃光對焊）、凸焊等。為獲得優良的焊接接頭，在正式施焊前進行的一系列工作，稱為焊前準備。從廣義上講，包括理論知識的儲備和實際施焊的準備兩部分；這里主要簡介接頭型式、坡口準備等焊前基礎工作。2焊接前的準備2.1焊接接頭的型式接頭主要有對接、角接、T形接和搭接等4種。一、對接接頭兩焊件端面相對平行的接頭，稱為對接接頭。是焊接結構中采用最多的一種型式。根據坡口形式的不同，可分為I形、V形、X形、U形和雙U形等（見圖2.1）。圖2.1對接接頭坡口型式（單位：mm）（a）I形坡口（b）V形坡口（c）X坡口（d）U形坡口（e）雙U形墳口二、角接接頭兩焊件端面間構成300－1350夾角的接頭，稱為角接接頭。根據坡口型式的不同，分為不開坡門、單邊V形、V形及K形等4種型式(見圖2.2)。圖2.2角接接頭（單位：mm）（a）不開坡口（b）單邊V形坡口（c）V形坡口（d）K形坡口三、T形接頭一焊件端面與另一焊件表面構成復角或近似直角的接頭，稱為T形接頭。其應用范圍僅次于對接接頭。根據坡口形式不同，分為不開坡口、單邊V形、K形和雙U形等4種(見圖2.3)。圖2-3T形接頭(單位：mm)（a）I形坡口（b）單邊V形坡口（c）K形坡口（d）雙U形坡口以T形接頭連接焊縫時，板厚小于3mm可不開放口。3個焊件裝配成“十”字形接頭，叫十字接頭。實際上是兩T形接頭的組合。四、搭接接頭兩焊件部分重疊構成的接頭，叫搭接接頭。根據結構形式和對強度要求不同，分為不開坡口、圓孔內塞焊和長孔內角焊等3種(見圖2.4)。圖2-4搭接接頭圖2.4（a）為不開坡口的搭接接頭，用于厚度12mm以下的焊件，有時可采用雙面焊接。這類接頭承載能力低，用于不重要結構，遇到重疊面積較大時，為保證焊接強度，可分別選用圖2.4(b)、(c)兩種形式2.2焊接坡口一、坡口的定義及作用根據設計或工藝要求，在焊件的待焊部位加工成一定幾何形狀和尺寸的溝槽，叫坡口。作用是：(1)使熱源(電弧或火焰)能保保證進入焊縫根部，保證根部焊透。(2)便于操作和清理焊渣。(3)調整焊縫成型系數，獲得較好的焊縫成型。(4)調節基本金屬與填充金屬的比例。二、選擇坡口的原則為獲得高質量的焊接接頭，應選擇適當的坡口型式。坡口的選擇，主要取決于母材厚度、焊接方法和工藝要求。選擇時，應注意以下問題：(1)盡量減少填充金屬量。(2)坡口形狀容易加工。(3)便于焊工操作和清渣.(4)焊后應力和變形盡可能小。表2.1V、U、X型坡口的比較坡口形式比較條件加工焊縫填充金屬量焊件翻轉焊后變形V方便較多不需要較大U復雜少不需要小X方便較少需要較小三、坡口制備采取的方法，根據焊件的尺寸、形狀及加工條件確定。有以下方法：(1),剪邊：以剪板機剪切加工，常用于I形坡口。(2)刨邊：用刨床或刨邊機加工，常用于板件加工。(3)車削：用車床或車管機加工，適用于管子加工。(4)切割：用氧一乙快火焰手工切割或自動切割機切割加工成I形、V形、X形和K形坡口。(5)碳弧氣刨：主要用于清理焊根時的開槽，效率較高、勞動條件較差。(6)鏟削或磨削：用手工或風動、電動工具鏟削或使用砂輪機(或角向磨光機)磨削加工，效率較低，多用于焊接缺陷返修部位的開槽。坡口加工質量對焊接過程有很大影響，應符合圖紙或技術條件要求第三章氧乙炔氣焊與實訓氣焊至今已有百余年的歷史。最初的氣焊是使用氫(H2)氧(O2)混合的氣體，由于氫、氧燃燒火焰的溫度低（2000℃)，所以當時的應用有一定的局限。到1895年，發明了電爐制造電石技術，發現乙炔(C2H2)和氧氣燃燒。溫度可達3200℃。幾經改進，于1903年氧—乙炔火焰氣焊才用于金屬的焊接。從此，氣焊在工業生產中逐步被推廣應用。3.1氧乙炔氣焊原理與應用一、什么是氣焊利用氣體燃燒產生的熱量將金屬的接頭和填充金屬熔化，使焊接的接頭相互熔化在一起,凝固后成為一體的牢固的接頭。通常用作氣焊的可燃氣體為乙炔及氧氣，火焰溫度可達3100～3300℃。氣焊就是利用可燃氣體與氧氣混合燃燒的火餡加熱金屬的。二、氣焊的應用場合氣焊設備簡單,不需電源,適用于在沒有電力供應的場合,但與電焊相比,氣焊火焰溫度低，熱量不集中，生產效率低,焊接變形大,熱影響區寬，焊接接頭質量較差，主要用來焊接薄件、有色金屬、鑄鐵。三、常用工具與安全使用（1）氧氣與氧氣瓶a.氧氣是一種無色、無味、無毒的氣體，分子式為O2。在0.1MPa和0oC時，1m3的氧氣，重量為1.43kg比空氣略重(空氣為1.29kg)。當溫度瞬至-182.96oC時，氧氣由氣態變成談藍色的液體，當溫度降至-218.9ob.氧氣本身是不能燃燒的，但能幫助其他可燃物質燃燒。氧氣的化學性質極為活潑，它幾乎能與自然界一切元素(除情性圖3.1氧氣瓶氣體外)相化合，這種化合作用稱為氧化反應，劇烈的氧化反應稱為燃燒。發生燃燒必須同時具備三個條件，即可燃物質、氧或氧化劑和導致燃燒的火源。氧氣的化合能力會隨著壓力的加大和溫度的升高而增強。c.氧氣瓶是儲存和運輸氧氣的高壓容器，工作壓力一般為15MPa，容積40L；包括瓶體、瓶閥兩部分（見圖3.1）。d.安全使用：運送時避免碰撞，不能與可燃氣體、油料等可物一起運輸。使用時氣瓶應立放在安全場地，并用鐵鏈固定；氣瓶臥放時，

氧氣瓶頭部應墊高，以防滾動。夏天，氧氣瓶應放在陰涼處或用石棉瓦等遮蓋。冬天，氧氣瓶應放在暖室內，如出氣嘴解凍應用浸熱水的毛巾

解凍，不能用火烤。開啟氣瓶時，不要用力過猛，打開即可，不要旋轉超過1

圈。氣瓶用完時氣瓶內應留有0.1-0.2MPa的余氣。圖3.1氧氣瓶（2）乙炔與乙炔氣瓶a.乙炔俗稱電石氣，是氣焊用的可燃氣體，其分子式為C2H2，在常溫常壓下，是無色的氣體。工業用的乙炔，因混有磷化氫、硫化氫等雜質，具有刺鼻的特殊氣味。壓力為0.1MPa和溫度為0℃時，乙炔較氧氣輕。b.乙炔是可燃性氣體。c.乙炔是一種具有爆炸性的危險氣體。當溫度在300℃以上或壓力在0.15MPa以上時，乙炔遇火即發生爆炸，乙快與空氣或氧氣混合而成的氣體也具有爆炸性，乙炔的含量(按體積計算)在2.2％-81.0％范圍內與空氣形成的混合氣體，以及乙炔的含量(按體積計算)在2.8％-93.0％范圍內與氧氣形成的混合氣體，只要遇到高溫，靜電火花及明火時，就會發生爆炸。d.乙炔與銅或銀長時間接觸后，會在銅或銀的表面生成一種爆炸性的化合物，即乙炔銅和乙炔銀，當它們摩擦、劇烈振動或加熱到110-120℃時，就會發生爆炸。所以凡是與乙炔接觸的器具、設備禁止用銀或者純銅制造，只準用含銅量或含銀量不超過70％的銅合金或銀合金制造。e.乙炔瓶是一種儲存和運輸乙炔用的容器（見圖3.2）。圖3.2乙炔氣瓶f.安全使用乙炔瓶的使用除了必須遵守氧氣瓶的使用要求外，還必須嚴格遵守下列各項：乙炔瓶在工作時應直立放置，因臥置時會使丙酮隨乙炔流山，甚至通過調壓器而流入乙炔橡皮管和焊割炬內，這是非常危險的。乙炔瓶不應遭受劇烈的震動或撞擊，以免瓶內的多孔性填料下沉而形成空洞，影響乙炔的儲存。乙炔瓶體表面的溫度不應超過30～40℃。因為乙炔瓶溫度過高會降低丙酮對乙炔的熔解度，而使瓶內的乙炔壓力急劇增高。乙炔調壓器與乙炔瓶的瓶閥連接必須可靠，嚴禁在漏氣的情況下使用，否則會形成乙炔與空氣的混合氣體，而一觸及明火就會發生爆炸事故。乙炔瓶內乙炔不能全部用完，當高壓表讀數為零，低壓表讀數為0.01MPa—0.03MPa時，應將瓶閥關緊換氣。乙炔瓶使用壓力不得超過0.15MPa，輸出流量不應超過1.5—2.5m3（3）減壓器：起調壓和穩壓的作用。減壓器的正確使用及注意事項：a.安裝調壓器之前，要略開氧氣瓶閥門吹除污物，以防灰塵和水分帶入調壓器內，然后才能裝上調壓器。在開啟氣瓶閥時，操作者不應站在瓶閥出氣口前面，以防止高壓氣體突然沖擊傷人。圖3.3減壓器b.應預先將調壓螺釘旋松后，才能打開氧氣瓶閥，開啟氧氣瓶閥時要緩慢進行，不要用力過猛，以防高壓氣體損壞減壓器及高壓表。c.調節工作壓力時，應緩慢地旋轉調壓螺釘，以防高壓氣體沖壞彈性落膜裝置或使低壓表損壞。（4）焊槍焊槍又稱焊炬，是氣焊時用于控制氣體混合比、流量及火焰，并進行焊接的工具。焊槍的作用是將可燃氣體和氧氣按一定比例混合，并以一定的速度噴出燃燒而生成具有一定能量、成分和形狀的穩定火焰。焊槍的好壞直接影響著焊接質量，因此要求焊槍能很好地調節和保持氧氣與可燃氣體比例以及火焰大小，并使混合氣體噴出速度等于燃燒速度，以形成穩定燃燒；同時焊槍本身的重量要輕，氣密性要好，還要耐腐蝕和耐高溫。焊槍按可燃氣體與氧氣溫合方式不同可分為射吸式和等壓式兩種；按尺寸和重量不同可分為標準型和輕便型兩種；按火焰的數目不同可分為單焰和多焰兩種；按可燃氣體的種類不同分為乙炔、氫氣、汽油等種類；按使用方法不同分為手用和機械兩種。目前國產的焊槍均為射吸式。射吸式焊槍的工作原理：逆時針方向開啟乙炔調節閥時，乙炔聚集在噴嘴的外圍，并單獨通過射吸式的混合氣道由焊嘴噴出，但壓力很低。當逆時針旋轉氧氣調節閥時，調節閥上的閥針就會向后移動，閥針尖端與噴嘴離開，且留有一定間隙，此時氧氣即從噴嘴口快速噴出，將聚集在噴嘴周圍的低壓乙炔吸出，使氧氣和乙炔按一定比例混合，經過射吸管，從焊嘴噴出。射吸式焊槍，是利用噴嘴的射吸作用，使高壓氧氣與低壓乙炔均勻地按一定比例混合，以高速噴出，從而保證了焊槍的正常工作。圖3.4焊槍（5）其他工輔具a.回火防止器：在氣焊或氣割過程中，發生的氣體火焰進入噴嘴內逆向燃燒的現象稱為回火（當焊槍或剖槍的焊嘴或割嘴被堵塞，焊嘴或割嘴過熱、乙炔壓力過低或橡皮管堵塞、焊槍、割槍失修等使燃燒速度大于混合氣流出速度、氧氣倒流等均可導致回火）。回火時，一旦逆向燃燒的火焰進入乙炔發生器內，就會發生燃燒爆炸事故?；鼗鸱乐蛊鞯淖饔檬牵寒敽妇婧透罹姘l生回火時，可以防止火焰倒流進入乙炔發生器或乙炔瓶，或阻止火焰在乙炔管道內燃燒，從而保障乙炔發生器或乙炔瓶等的安全。乙炔發生器必須安裝回火防止器。b.氣焊作業中使用的輔助工具還有清理焊縫用的工具，如鋼絲刷、鑿子、手錘、挫刀等（見圖3.5）；清理焊嘴和割嘴用的工具，如通針、剔刀等；連接和開關氣體通路的工具，如克絲鉗、活扳手、卡子及鐵絲等。氣焊工所用的上述工具必須專用和放在專門的工具箱內，不得沾有油污。3.2氣焊用材料一、氣焊絲在氣焊過程中，氣焊絲的正確選用十分重要，因為焊縫金屬的化學成分和質量在很大程度上取決于焊絲的化學成分。一般說來，焊接黑色金屬和有色金屬所用焊絲的化學成分基本上與被焊金屬化學成分相同，有時為了使焊縫有較好的質量，在焊絲中也加入其他合金元素，一般對氣焊絲的要求有：（1）焊絲的化學成分應基本與焊件母材的化學成分相匹配，焊縫有足夠的力學性能和其他性能；（2）焊絲的熔點應等于或略低于被焊金屬的熔點。（3）焊絲應能保證必要的焊接質量，如不產生氣孔、缺陷；（4）焊絲熔化時應平穩，不應有強烈的飛濺或蒸發，焊絲表面應潔凈，無油脂、銹蝕和油漆等污物。二、氣焊熔劑氣焊過程中，被加熱后的熔化金屬極易與周圍空氣中氧或火焰中的氧化合生成氧化物，使焊縫中產生氣孔、夾渣等缺陷。為了防止金屬的氧化并消除已經形成的氧化物，在焊接有色金屬、鑄鐵和不銹鋼等材料時，必須采用氣焊熔劑。氣焊過程中，氣焊熔劑是直接加入到熔池內的，在高溫下熔劑熔化與熔池內的金屬氧化物或非金屬夾雜物相互作用形成熔渣，浮在焊接熔池表面，覆蓋著熔化的焊縫金屬，從而可以防止熔池金屬的氧化，并改善焊縫金屬的性能。在氣焊時，也可以把需要滲入的合金元素粉末混合在熔劑中加入熔池，達到過渡合金元素的目的。為使氣焊熔劑起到應有的作用，對氣焊熔劑有以下要求：（1）熔劑應具有很強的反應能力，能迅速溶解某些氧化物和某些高熔點的化合物，生成低熔點和易揮發的化合物；（2）熔劑在熔化后應粘度小，流動性好，形成熔渣的熔點和密度應比母材和焊絲低，熔渣在焊接過程中浮于熔池表面，而不停留在焊縫金屬中；（3）熔劑應能減少熔化金屬的表面張力，使熔化的焊絲與母材更容易熔合；（4）熔化的熔劑在焊接過程中，不應析出有毒氣體，不應對焊接接頭有腐蝕等副作用；(5)焊接后的熔渣容易被清除。氣焊熔劑按所起的作用不同，可分為化學反應熔劑和物理溶解熔劑兩大類。由于不同的金屬在焊接時會出現不同性質的氧化物必須選擇相應的熔劑。3.2焊接火焰及一般氣焊操作技術一、氣焊的火焰用來加熱、熔化焊件和填充金屬(焊絲)進行焊接的熱源，焊接的氣流又是熔化金屬的保護介質。焊接火焰直接影響到焊接質量和焊接生產率，氣焊時要求焊接火焰應有足夠的溫度，體積要小，焰心要直，熱量要集中；還應要求焊接火焰具有保護性，以防止空氣中的氧、氮對熔渝和熔池的氧化和污染。乙炔與氧混合燃燒形成的火焰，稱為氧—乙炔焰。氧—乙炔焰具有很高的溫度(約3200℃)，加熱集中，因此，是氣焊中主要采用的火焰。乙炔在氧氣中的燃燒過程可以分為兩個階段，首先乙炔在加熱作用下被分解為碳和氫，接著碳和混合氣中的氧發生反應生成一氧化碳，形成第一階段的燃燒；隨后是依靠空氣中的氧進行的第二階段的燃燒，這時氧化碳和氫氣分別與氧發生反應分別生成二氧化碳和水。上述的反應釋放熱量，即乙炔在氧氣中的燃燒過程是一個放熱的過程。氧—乙炔火焰根據氧氣與乙炔的混合比例不同，可分為中性焰、碳化焰和氧化焰三種類型，其構造和形狀詳見圖3.7。（1）中性焰當氧氣與乙炔的混合比值為1.1-1.2時，此時乙炔可以充分燃燒，燃燒后的氣體中既無過剩的氧又無游離的碳，這種火焰稱為中性焰。中性焰熱量集中，溫度可達3050一3150℃，它是由焰心、內焰和外焰三部分組成的。中性焰的焰心呈尖錐形，色白而明亮，輪廓清楚。它是由氧氣和乙炔組成的，乙炔在熱作用下分解為碳和氫，碳質的微粒分布在焰心的外圍，形成一層碳粒層。熾熱的碳粒發出明亮的白光，使焰心形成光亮而清晰的輪廓。但焰心溫度較低，一般只有800一1200℃，而且存在著游離的碳，具有很強的滲碳性，所以不能用來焊接。內焰主要是由乙炔的不完全燃燒產物，即來自焰心的碳和氫氣與氧氣燃燒的生成物一氧化碳和氫氣所組成。內焰位于碳素微粒層外面，呈藍白色，有深藍色線條。內焰處在焰心前2—4mm部位，燃燒最激烈，溫度最高，可達3100一3150℃。這個區域最適合于焊接。外焰處在內焰的外部，與內焰沒有明顯的界限，顏色從淡紫色逐漸向橙黃色變化，未反應完的一氧化碳和氫與空氣中的氧充分燃燒，已有大量的空氣侵入，具有一定的氧化性，溫度也較低，只有1200-2500℃℃左右，而且熱量不集中，故不適合焊接。中性焰的構造和溫度分布，詳見圖3.8。（2）碳化焰當氧氣與乙炔的混合比＜1時，所得到的火焰為碳化焰，這種火焰的氣體中尚有部分乙炔未燃燒。碳化焰是由焰心、內焰和外焰三部分組成。碳化焰焰心較長，呈藍白色。內焰呈淡藍色，它的長度與碳化焰內乙炔的含量有關，乙炔過剩量較多時，則內焰就較長；乙炔過剩量較少時，內焰就短小。外焰帶有橘紅色，除了由水蒸氣，二氧化碳，氧及氮組成外，還有部分碳素微粒。碳化焰三層火焰之間沒有明顯輪廓。碳化焰的最高溫度為2700-3000℃。由于在碳化焰中有過剩的乙炔，它可以分解為氫氣和碳，在焊接碳鋼時，火焰中游離狀態的碳會滲到熔池中，增高焊縫的含碳量，使焊縫金屬的強度提高而使其塑性降低。此外．過多的氫會進入熔池，促使焊縫產生氣孔和裂紋。因而碳化焰不能用于焊接低碳鋼及低合金鋼。但輕微的碳化焰應用較廣，可用于焊接高碳鋼、中合金鋼、高合金鋼、鑄鐵、鋁和鋁合金等材料。（3）氧化焰當氧氣與乙炔的混合比值大于1.2時，得到的火焰稱為氧化焰。它燃燒后的氣體火焰中，仍有部分過剩的氧，在尖形焰心外面形成了一個有氧化性的富氧區。氧化焰也是由焰心、內餡和外餡三部分組成，焰心短而尖，因為焰心外圍沒有碳粒層，所以顏色較淡，輪廓不太明顯，內焰很短，幾乎看不到，外焰呈藍色，火焰挺直，燃燒時發出急劇的“嘶嘶”聲。氧化焰的長度取決于氧氣的壓力和火焰中氧氣的比例，氧氣的比例越大，則整個火焰就越短，噪聲也就越大。氧化焰的最高溫度可達3100一3400℃左右。由于氧氣的供應量較多，使整個火焰具有氧化性。如果焊接一般碳鋼時，采用氧化焰就會造成熔化金屬的氧化和合金元素的燒損，使焊縫金屬氧化物和氣孔增多，并增強熔池的沸騰現象，從而較大地降低焊接質量，所以，一般材料的焊接，絕不能采用氧化焰。但在焊接黃銅和錫青銅時，利用輕微的氧化焰的氧化性，生成的氧化物薄膜覆蓋在熔池表面，可以阻止鋅、錫的蒸發。氣割時，通常使用氧化餡。（a）碳化焰（b）中性焰（c）氧化焰圖3.7氧—乙炔火焰以上敘述的中性焰、碳化焰和氧化焰，因其性質不同，適用于不同性質的金屬材料焊接。根據不同的金屬材料選擇相適應的不同性質的火焰，是獲得質量優良焊縫的最基本保證。常用金屬材料氣焊時火焰種類的選擇詳見表3.1。表3.1常用金屬材料氣焊火焰的選擇焊件材料應用火焰焊件材料應用火焰低碳鋼中碳鋼低合金鋼高碳鋼高速鋼錳鋼鉻不銹鋼鉻鎳不銹鋼鍍鋅鐵皮中性焰或輕微碳化焰中性焰或輕微碳化焰中性焰輕微碳化焰碳化焰或輕微氧化焰中性焰或輕微碳化焰中性焰或輕微碳化焰輕微碳化焰灰鑄鐵紫銅錫青銅黃銅鋁及其合金鉛、錫蒙乃爾合金鎳硬質合金碳化焰或輕微碳化焰中性焰輕微氧化焰氧化焰中性焰或輕微碳化焰中性焰或輕微碳化焰碳化焰碳化焰或輕微碳化焰碳化焰一、操作技術（1）焊接火焰的點燃首先打開乙炔調節閥，同時打開氧氣調節閥，放出氧氣和乙炔的混合氣，用火柴、打火槍或電火花等明火均可點燃焊接火焰。注意點火時必須要有適量的氧氣，單純的乙炔點燃會冒黑煙。（2）焊接火焰的熄滅首先關閉乙炔調節閥，然后再關閉氧氣調節閥，即熄滅焊接火焰。如果先關閉氧氣調節閥，會冒煙或產生回火現象。注意氧氣和乙炔調節閥關閉不要過緊(以不漏氣即可)，以防磨損，降低焊炬的使用壽命。（3）火焰的調節剛點燃的火焰通常為碳化焰。然后根據所焊材料的性質進行調節，如選用中性焰調節方法如下：把點燃的碳化焰，逐漸增加氧氣，直到內焰與外焰沒有明顯的界限為止，即為中性焰。如果再增加氧氣或減少乙炔，就能得到氧化焰。（4）在整個焊接過程中，始終要注意火焰性質的變化，并及時調節。（5）火焰能率是指單位時間內可燃氣體(乙炔)的消耗量。其物理意義是單位時間內可燃氣體所提供的能量。火焰能率應根據焊件的厚度，母材的熔點和導熱性及焊縫的空間位置來選擇。如果焊接較厚的焊件、熔點較高的金屬、導熱性較好的銅、鋁及其合金時，就要選用較大的火焰能率，才能保證焊件焊透；反之，在焊接薄板時，為防止焊件被燒穿，火焰能率應適當減少。平焊時可選用稍大的火焰能率，以提高生產率。立焊、橫焊、仰焊時火焰能率要適當減小，以免熔滴下墜造成焊瘤。在實際生產中，在保證焊接質量的前提下，應盡量選擇較大的火焰能率（6）焊嘴的傾斜角是指焊嘴中心線與焊件平面之間的夾角。焊嘴的傾斜角度的大小主要是根據焊嘴的大小，焊件的厚度，母材的熔點和導熱性及焊縫空間位置等因素來確定的。當焊嘴傾斜角大時，因火焰集中，熱量損失小，故焊件得到的熱量多，升溫快；若焊嘴傾斜角小，因火焰分散，熱量敬失多，焊件受熱少，升溫就慢。因此，在焊接厚度大、熔點高、導熱性好的工件時，焊嘴傾角就要大些；反之，在焊接厚度小、熔點低、導熱性能差的工件時，焊嘴的傾角就要小一些。在氣焊過程中，焊嘴的傾斜角度還應根據施焊情況進行變化。如在焊接開始時，為了使焊件盡快加熱形成熔他，焊嘴的傾角就要大一些，有時甚至達80o一90o熔池形成后，要迅速改變傾角，進行正常焊接。當焊接結束時，焊件溫度較高，為了填滿熔池和防止收尾處過熱，這時就要使焊嘴傾角小一些，同時將火焰上下晃動，交替地使焊絲和熔池加熱，直到填滿熔池為止。如圖3.9所示為焊嘴傾角與焊件厚度的關系。圖3.9焊嘴傾角與焊件厚度的關系（7）焊接速度的快慢直接影響焊縫的質量。一般說來，對于厚度大、熔點高的焊件，焊接速度要慢些，以避免產生未溶合的缺陷；而對于厚度薄、熔點低的焊件，焊接速度要快些，以避免產生燒穿和使焊件過熱而降低焊接質量，因此，焊接速度的選擇要根據工件厚度及焊工的操作熟練程度，在保證焊接質量的前提下，盡量提高焊接速度，以減少焊件的受熱程度，并提高生產率。（8）焊接過程中，焊槍除沿焊縫方向前進外，還要根據所需焊縫的寬度作一定幅度的橫向擺動。而焊絲除上述的兩個動作外，還要不斷的向熔池送進。焊炬和焊絲的動作必須配合協調，使焊接坡口邊緣能很好的熔合，又不致使焊縫產生過燒和燒穿，并控制液體金屬的流動，使焊縫成形良好，同時使液體金屬中各種非金屬雜質和有害氣體能從熔池中排出，得到優質的焊縫。焊槍和焊絲的運動包括三種動作：沿焊縫的縱向移動，不斷地熔化工件和焊絲，形成焊縫；焊炬沿焊縫作橫向擺動，充分加熱焊件，使液體金屬攪拌均勻，得到致密好的焊縫，在一般情況下，板厚增加，橫向擺動幅度應增大；焊絲在垂直焊縫的方向送進，并作上下移動，調節熔池的熱量和焊絲的填充量。焊槍和焊絲的協調運動，使焊縫金屬熔透、均勻，又能夠避免焊縫出現燒穿或過熱等缺陷，從而獲得優質、美觀的焊縫。（9）接頭與收尾：焊接中途停頓后，又在焊縫停頓處重新起焊和焊接時，把與原焊縫重疊部分稱為接頭。得到焊縫的終端時，結束焊接的過程稱為收尾。接頭時，應用火焰把原熔池重新加熱至熔化形成新的熔池后，再填入焊絲重新開始焊接，并注意焊絲熔滴應與熔化的原焊縫金屬充分熔合。接頭時要與前焊縫重疊5—10mm．在重疊處要注意少加或不加焊絲，以保證焊縫的高度合適相接頭處焊縫與原焊縫的圓滑過渡。收尾時，由于焊件溫度較高，散熱條件也較差，所以應減小焊嘴的傾角和加快焊接速度，并應多加一些焊絲，以防止熔池面積擴大，避免燒穿，收尾時應注意使火焰抬高，并慢慢離開熔池，直至熔池填滿后，火焰才能離開?？傊?，氣焊收尾時要掌握好傾角小、焊速增、填絲快、熔池滿的要領。4.1手工電弧焊的原理及應用一、什么是手工電弧焊（1）電弧持久的強烈的發光發熱的放電現象。也可以說是一種局部氣體的導電現象。在一般情況下，氣體是不導電的，要使兩電極間氣體連續放電，就必須使兩電極間的氣體介質能連續不斷地產生足夠多的帶電粒子(電子、正離子)，使氣體呈現導電性。同時在兩電極間加上足夠高的電壓，使電子、正離子在電場作用下向兩極作定向運動。這樣，在兩電極的氣體中就能不斷通過較大的電流，形成了連續燃燒的電弧，如圖4-1所示。電弧放電時，一方面產生高熱，同時產生強光。二者在工業上都得到應用。電弧的高熱，可用以進行電弧切割、碳弧氣刨以及電弧焊接等，電弧的強光能照明(如探照燈)，或用弧光燈放映電影等。（2）手工電弧焊利用電弧作為熱源熔化焊條和母材形成焊縫的一種手工操作的焊接方法。電弧溫度可達6000-80000二、應用應用范圍最大，適應性強，生產效率低。適用于焊接單件、小批的產品。焊接短的、不規則的各種空間位置及不易實現機械化、自動化的場合。工件厚度1.5mm以上。4.2手工電弧焊的主要設備、材料與選用方法一、焊接電源電源是在電路中用來向負強供給電能的裝置，而手工電弧焊電源即是在焊接回路中為焊接電弧提供電能的設備。為區別于其它的電源，這類電源稱為弧焊電源。常用的弧焊電源有弧焊發電機、弧焊變壓器和弧焊整流器。手工電弧焊電源按產生的電流種類，可分為交流電源和直流電源兩大類。交流電源有弧焊變壓器。直流電源有弧焊發電機和弧焊整流器兩種。（1）弧焊變壓器弧焊變壓器可將交流電網的交流電變成適用于焊條電弧焊的低壓交流電。其優點是結構簡單、使用方便、易于維修、價格便宜、無磁偏吹、噪聲小等。缺點是不能用堿性低氫型焊條焊接。常用的弧焊變壓器有BX1-300、BX1-330、BX3—500、BX2—500等型號。（2）直流弧焊發電機直流弧焊發電機一種是電動機和特種直流發電機的組合體；另一種是柴油(汽油)機和特種直流發電機的組合體，用以產生適用于焊條電弧焊的直流電。其優點是焊接電弧穩定。輸出電流脈動小，受網路電壓波動的影響小、過載能力強，是以前應用最多的直流弧焊電源。由于旋轉式直流弧焊發電機造價高、耗電大、噪聲大、空載損耗大等缺點，已被原機械工業部于1992年起宣布為淘汰產品?，F應用的弧焊發電機主要有AXC一160、AXC一200等柴油機驅動直流弧焊發電機組，AXD系列直流弧焊發電機，AXH型越野汽車焊接工程車。（3）弧焊整流器弧焊整流器是把交流電經整流裝置整流變為直流電的弧焊電源，與直流弧焊發電機相比，其優點是噪聲小、空載損耗小，隨著整流元件質量的提高，弧焊整流器的性能已接近弧焊發電機水平，使用日益增多。缺點是過載能力小，使用和維護要求較高等。常用的弧焊流整器有：ZX一150、250、300、400等硅弧焊整流器，ZX3系列弧焊整流器，ZX5系列晶閘管式弧焊整流器，ZX7系列逆變弧焊整流器等。表4.1三種弧焊電源的特點比較電源比較弧焊發電機弧焊變壓器弧焊整流器電流種類直流交流直流電弧穩定性好差較好磁偏吹較大小較大構造與維修較復雜簡單較簡單噪聲大很小很小供電三相單相三相功率因素高小較小效率低高較高空載損耗較大小較小成本高低較高質量大較小較小電流調節方法不能遙控不能遙控可遙控弧焊電源型號按GBl0249—88《電焊機型號編制方法》規定編制。型號采用漢語拼音字母和阿拉伯數字表示。型號的編排次序及含義如圖4.2所示。圖4.2電源型號的編排次序及含義<,SPANlang=EN-US>,,,,,例：AX—320型——具有陡降外特性的弧焊發電機，額定焊接電流為320A。BXl—300型——具有陡降外特性的弧焊變壓器，額定焊接電流為300A。ZX5—400型——具有陡降外特性的晶閘管式弧焊整流器，額定焊接電流為400A。ZX7—400型——具有陡降外特性的變頻式弧焊整流器額定焊接電流為400A。二、工具和輔具為了保證焊接過程的順利進行，保障焊工的安全，手工電弧焊時必須備有相應的各種工具，如：焊鉗、電纜線及焊接電纜線快速接頭等。（1）焊鉗：焊鉗的作用是夾持焊條和傳導焊接電流。焊鉗應具有良好的導電性，不易發熱、質量輕、夾持焊條牢固及裝換焊條方便。焊鉗如圖4.3所示。使用時，鉗口上的焊渣要經常清除，以減小電阻，降低熱量，延長其使用壽命。（2）電纜線：電纜線是連接焊機與焊鉗和焊機與焊件的導線，其作用是傳導焊接電流。電纜線應柔軟，容易彎曲，具有良好的導電性能，外表應有良好的絕緣層。電纜線外皮如有燒損，應立即用絕緣膠布包扎好或更換，以避免觸電事故。電纜線截面積的大小應根據焊接電流的大小和導線長度選擇。（3）焊接電纜線快速接頭：電纜線快速接頭是一種快速方便地連接焊接電纜線的裝置。采用導電性好并具有——定強度的鍛制黃銅加工而成．并在外面套上氯丁橡膠護套，可保證接線處接觸良好和安全可靠。（4）敲渣錘和鋼絲刷：敲渣錘和鋼絲刷的作用主要是清理焊縫表面．焊縫層間的焊渣及焊件上的鐵銹、油污。錘的兩端可根據實際情況磨成圓錐形或扁鏟形等。見圖4.5所示。（5）地線夾：為保證焊機輸出導線與工件可靠地連接，可采用地線夾連接，地線夾的形狀如圖4.5所示。（6）面罩及黑玻璃：面罩是用以防止焊接時的飛濺金屬、強烈弧光．熔池和焊件的高溫對焊工面部及頸部灼傷的一種遮蔽工具。有手持式和頭戴式兩種，見圖4.5。黑玻璃又稱護目玻璃，其作用是減弱弧光的強度，并過濾紅外線和紫外線使焊工在操作時既能觀察熔池，又能免受弧光灼傷。黑玻璃按其顏色探淺分為6個型號，即7～12號。號數越大，顏色越深。玻璃型號一般根據焊工視力情況、焊接電流大小和工作時間(白天或晚亡)選擇。如視力好、使用焊接電流大、晚上焊接，則黑玻璃號數應大些，反之則選小些。為防止黑玻璃片被飛濺金屬損壞，必須在黑玻璃片的前后各放一塊白玻璃，前向的白玻璃片根據金屬飛濺的情況可隨時更換。三、材料電焊條：在手工電弧焊中，焊條作為電極與母材金屬間產生持續穩定的電弧，以提供熔化焊所必須的熱量；同時．焊條又作為填充金屬加到焊縫中去。因此，焊條對于焊接過程的穩定和焊縫力學性能等的好壞，都有較大的影響。下面介紹焊條的組成物及其作用；焊條的分類、型號、規格以及它的質量鑒別和保管等。涂有藥皮的供手弧焊用的熔化電極稱為焊條。它由焊芯和藥皮兩部分組成。通常焊條引弧端有倒角，藥皮被除去一部分，露出焊芯端頭。有的焊條引弧端涂有黑色引弧劑，引弧更容易。在靠近夾持端的藥皮上印有焊條型號。（1）焊芯：作為電極產生電??；焊芯在電弧的作用下熔化后，作為填充金屬與熔化了的母材混合形成焊縫。（2）藥皮：涂敷在焊芯表面的有效成分稱為藥皮。藥皮的作用：(1)穩弧作用焊條藥皮中含有穩弧物質，可保證電弧容易引燃和燃燒穩定。(2)保護作用焊條藥皮熔化后產生大量的氣體籠罩著電弧區和熔池、基本上能把熔化金屬與空氣隔絕開，保護熔融金屬，熔渣冷卻后在高溫焊縫表面上形成渣殼，可防止焊縫表面金屬不被氧化并減緩焊縫的冷卻速度，改善焊縫成形。(3)冶金作用藥皮中加有脫氧劑和合金劑，通過熔渣與熔化金屬的化學反應，可減少氧、硫等有害物質對焊續金屬的危害．使焊縫金屬獲得符合要求的力學性能。(4)滲合金由于電弧的高溫作用，焊縫金屬中所含的某些合金元素被燒損(氧化或氮化)，這樣會使焊縫的力學性能降低。通過在焊條藥皮中加入鐵合金或純合金元素，使之隨藥皮的熔化而過渡到焊縫金屬中去、以彌補合金元素燒損和提高焊縫金屬的力學性能。(5)改善焊接的工藝性能通過調整藥皮成分．可改變藥皮的熔點和凝固溫度，使焊條末端形成套筒，產生定向氣流，有利于熔滴過渡，可適應各種焊接位置的需要。焊條根據藥皮熔化后的熔渣特性分類可分為：堿性焊條和酸性焊條.焊條的選用原則是：（1）對于承受靜載荷或一般載荷的焊件和結構，通常選用抗拉強度與母材相等的焊條，這就是等強度原則。（2）焊接在特殊環境下工作的焊件或結構(如要求耐磨、耐腐蝕，在高溫或低溫下具有較高的力學性能等)，則應選用能保證熔敷金屬性能與母材相近的焊條，這就是等同性原則。（3）根據工件或焊接結構的工作條件和特點來選擇焊條叫等條件原則。如焊接需承受動裁荷或種擊載荷的結構，應選用熔敷金屬沖擊韌度較高的堿性焊條。反之焊一般結構時，可選酸性焊條。4.3低碳鋼的焊接性與技能實訓由于低碳鋼含碳量較小，故其焊接性較好。焊接低碳鋼時，一般不需要采用特殊的工藝措施，對焊接電源沒有特殊要求。低碳鋼一般不需要焊前預熱。低碳鋼焊后一般不要進行熱處理，但當結構剛度較大或壁厚大于36mm時．焊后可采用一定的退火處理。低合金結構鋼焊接時，主要根據鋼材的力學性能選擇相應強度等級的焊條。一、手工電弧焊操作方法：設備連接如圖4.6所示。圖4.6設備的連接（1）引弧：引弧方法有兩種：一種叫劃擦法，一種叫直擊法。對初學者來說劃擦法易于掌握。可是這種方法掌據不當時，容易損壞焊件表面，特別是在狹窄的地方焊接或焊件表面不允許損傷時，就不如直擊法好。初學直擊法較難掌握，一般容易發生藥皮大塊脫落、電弧熄滅或焊條粘住焊件的現象。這是因為初學時手腕動作不熟練，沒有掌握好焊條離開焊件時的速度和距離。如果動作較快，焊條提得太高，就不能引燃電弧或電弧只燃燒一瞬間就熄滅。如果動作太慢，焊條提得太低，就可能使焊條與焊件粘在一起，造成焊接回路的短路現象。所以在引弧時，手腕的動作必須靈活、準確，才能避免這些現象。劃擦法：動作似劃火柴，先將焊條末端對準焊縫，然后將手腕扭轉一下，使焊條在焊件表面上輕微劃擦一下(劃擦長度為20毫米左右，并應落在焊縫范圍內)，然后手腕扭平，將焊條提起約3—4毫米，將弧長保持在與所用焊條直徑相適應的范圍內。直擊法：先將焊條末端對準焊縫，然后將手腕放下，輕輕碰一下焊件，隨后即將焊條提起約3—4毫米。產生電弧后，迅速放平手腕，使弧長同樣保持在與所用焊條直徑相適應的范圍。(2)運條方法：電弧引燃后，焊條要有三個基本方向的運動才能使焊縫良好成形。這三個方向的運動是：朝著熔池方向作逐漸送進動做作；橫向擺動；沿著焊接力向逐漸移動。在電弧高溫作用下，焊條要不斷熔化，形成焊縫金屬。為了保持弧長的穩定，就必須不斷向熔池送進焊條。顯然只有送進焊條的速度與焊條熔化的速度一致時，弧長才能保持穩定。若送進速度過快，則會位弧長變短，以致把電弧壓死，若送進速度過慢，則弧長變大，弧長的來回變化易產生氣孔、夾渣，且會引起焊接電流的漂移?；￠L的變化還會造成電弧電壓的變化，從而使焊縫寬窄不均勻。焊條沿焊接方向移動的過程是逐漸熔填金屬的焊接過程。焊條在這個方向移動的速度快慢，對焊縫質量有很大影響。速度過快，電弧不能熔化足夠的焊條和焊件金屬，極易產生未焊透、末熔合及咬邊等缺陷。速度過慢，則造成金屬過熱、晶粒粗大、組織惡化、機械性能下降和焊瘤、饒穿等缺陷。移動的速度不僅要合適，而且還要均勻，時快時慢會造成焊縫表面高低不平。橫向擺動的目的是為了獲得一定寬度的焊縫。擺動的范圍應依據焊縫要達到的寬度來決定。橫向擺動的一致性，擺動頻率的均勻性是保證焊縫寬度均勻的前提，而橫向擺動的線速度是不能均勻的，一般在焊縫兩側都要稍作停留，以填滿熔池，防止產生咬邊。運條方法是從大量生產實踐中總結出來的焊條的各種擺動手法。掌握的熟練程度，標志著一個工人的操作技術水平。選擇運條的方法時，應根據接頭形式、焊縫位置、坡口間隙、鈍邊厚度、焊件厚度、焊道層數以及焊接電流等多種因素來確定。（3）焊接過程:（4）焊縫的起頭、接頭與收尾a.起頭：焊縫的起頭是指剛剛開始焊接的部分。起頭容易產生的缺陷主要有兩個方面：首先由于母材溫度低，因而熔池淺、窄、焊條熔化多，母材熔化少，極易造成焊縫成型窄而高，熔深不夠，造成焊縫強度較低。其次是起頭時，焊條端部套筒形成不良，藥皮產生的氣體保護作用差，電弧氣氛中易侵入空氣，造成氣孔。因此，正確的起頭方法應為：先在遠離起頭部位約20毫米處引??；電弧引燃后，平穩地拉到起頭部位，適當抬高電弧，對母材預熱；預熱一段時間后，迅速壓低電弧，建立熔池。b.接頭：焊縫的接頭，也是容易出現焊接缺陷的部位，如處理不當，極易產生接頭過高或焊肉不夠高，以及氣孔、夾渣等缺陷。按焊縫接頭處收尾熔池的溫度分，有熱接和冷接兩種。熱接是指熔池尚未冷卻，還處在紅熱狀態時進行連接。熱接的接頭焊縫平滑美觀，不易出現焊縫過高和未焊透等缺陷，但熱接要求焊工的換焊條動作迅速熟練。初學不易掌握，在技術操作上有一定的難度。冷接是指熔池完全冷卻后接頭。冷接的要求基本同于起頭，只是要注意新建熔池的部位。要靠近原熔池焊接方向的部位。不要在原熔池中心建立熔池，這樣可避免焊縫接頭過高的缺陷產生。c.收尾：焊縫的收尾是指一條焊縫的收尾處。收尾處理不當，極易產生弧坑、氣孔、火口裂紋等缺陷，造成應力集中，強度降低，往往成為結構破壞的起源點。生產中，有在收尾的地方如不填滿弧坑，這將是不允許存在的缺陷。收尾有幾種常用方法：劃圈收尾法：收尾時，焊條做圓圈運動，并逐漸抬高電孤，直至弧坑填滿后，方拉斷電弧。此法只適用非重要焊縫的中厚板焊縫收尾。反復斷弧收尾法：收尾時，把電弧熄滅后，待熔池溫度降低，其直徑變小后，再迅速點燃電弧。填充一定鐵水后，又迅速拉滅電弧，反復這個動作，直至填滿弧坑。此法只適