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1H412030 机电工程焊接技术
思维导图
1H412030 焊接技术
1H412031 焊接材料与焊接设备选用要求
—、焊接材料
(一)焊条分类、型号及选用
1.焊条分类
(1)按药皮成分分类：不定型、氧化钛型、钛钙型、氧化铁型、低氢钾型、低氢钠型、纤维类 型、石墨型、钛铁矿型、盐基型十大类。
(2)按用途分类:非合金及细晶粒钢焊条、热强钢焊条、髙强钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、 铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条十大类。
(3)按熔渣碱性分类：碱性焊条（又称作低氢型焊条）和酸性焊条。
(4)按特殊性能分类：超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、底层焊条、铁粉高效焊条、 抗潮焊条、水下焊焊条、重力焊焊条、仰焊焊条等。
3.焊条选用
(2)选用原则
1)焊缝金属的力学性能和化学成分匹配原则
2)保证焊接构件的使用性能和工作条件原则
3)满足焊接结构特点及受力条件原则
4)具有焊接工艺可操作性原则
5)提高生产率和降低成本原则
(五）焊接材料复验
1.钢结构的焊接材料复验
(1)建筑结构安全等级为一级的一、二级焊缝。
(2)建筑结构安全等级为二级的一级焊缝。
(3)大跨度的一级焊缝。
(4)重级工作制吊车梁结构中的一级焊缝。
(5)设计要求。
提示：
一级：重要的建筑物；
二级：大量的一般建筑物；
三级：次要的建筑物
一级、二级焊缝不得有表面气孔、夹渣、弧坑裂纹、电弧擦伤等缺陷。 且一级焊缝不得有咬边、未焊满、根部收缩等缺陷。
1H412032 焊接方法与焊接工艺评定
一、常用焊接方法及特点
1.焊条电弧焊
（1）机动性和灵活性好
1）所需要的焊接设备相对简单，只要配备适用的焊接电源、焊钳和足够长的焊接电缆即可进 行焊接作业。
2）焊接场地不受限制，用于结构复杂、空间狭小的位置时，比其他焊接方法更合适。
3）可适用全位置焊接，可使用焊条直径 1.6~8，因此，可以焊接从薄板到厚板的各种焊接 接头。
（3）工艺适应性强
焊条电弧焊工艺适应性较强，可以焊接除活性金属以外的大多数金属结构材料。
2.钨极惰性气体保护焊
（2）自有的特点：
1）电弧热量集中，可精确控制焊接热输入，焊接热影响区窄。
2）焊接过程不产生溶渣、无飞溅，焊缝表面光洁。
3）焊接过程无烟尘，熔池容易控制，焊缝质量高。
4）焊接工艺适用性强，几乎可以焊接所有的金属材料。
5）焊接参数可精确控制，易于实现焊接过程全自动化。
二、焊接工艺评定
（一）焊接工艺评定的定义及作用
1.焊接工艺评定的定义
焊接工艺评定是指为验证所拟定的焊接工艺正确性而进行的试验过程及结果评价。
记载验证性的试验及其结果，对拟定的焊接工艺规程进行评价的报告称为焊接工艺评定报告 （PQR）R=Record=报告。拟定的焊接工艺规程是为焊接工艺评定所拟定的焊接工艺文件，称为： 预焊接工艺规程（PWPS）S=Specification=规程。
2.焊接工艺评定作用
（1）验证施焊单位能力
焊接工艺评定验证施焊单位拟定焊接工艺的正确性，并评定施焊单位在限制条件下，焊接成合格接头的能力。
（2）编制焊接工艺规程的依据
工程产品施焊前，应依据焊接工艺评定报告编制焊接工艺规程，用于指导焊工施焊和焊后热 处理工作，一个焊接工艺规程可以依据一个或多个焊接工艺评定报告编制；一个焊接工艺评定报 告可用于编制多个焊接工艺规程。
（三）焊接工艺评定步骤
1.焊接工艺评定的委托
施工单位应采取内部委托自行组织完成焊接工艺评定工作，任何施焊单位不允许将焊接工艺 评定的关键工作（PWPS 的编制、试件焊接等）委托另一个单位来完成。试件和试样的加工、无损 检测和理化性能试验等可委托分包。
2.拟定预焊接工艺规程
PWPS 应由具有一定专业知识和相当实践经验的技术员拟定，不允许“照抄”或“输入”其他 单位焊接工艺评定数据。焊接工艺规程也称焊接作业指导书或焊接工艺卡。
提示：
前：焊接工艺评定
中：预焊接工艺规
后：焊接工艺规程=焊接作业指导书=焊接工艺卡。
3.施焊试件
焊评试件应由本单位技能熟练的焊工，使用本单位的焊接设备施焊，既可证明施焊单位的焊 接技术能力和工装水平，又能排除焊工技能因素的影响。
4.试件检验
焊评试件检验项目至少应包括：外观检查、无损检测、力学性能试验和弯曲试验。
5.签发报告
焊接工艺评定过程中应做好记录，焊评完成后应提出焊接工艺评定报告。焊接工艺评定报告 应由焊接技术负责人审核。
总结：
焊接工艺评定步骤： 委托→拟定→施焊→检验→报告
三、焊接工艺规程
1.编制要求
（1）WPS 必须由单位自行编制，不得沿用其他企业的 WPS，也不得委托其他单位编制用以指 导本单位焊接施工的 WPS。
（2）编制 WPS 应以 PQR 为依据，还要综合考虑设计文件和相关标准要求、产品使用和施工 条件等情况。
（3）当某个焊接工艺评定因素的变化超出标准规定的评定范围时，均需要重新编制 WPS，并 应有相对应的 PQR 作为支撑性文件。
（4）WPS 应由具有一定专业知识和相当实践经验的焊接技术人员编制。
四、焊接工艺技术
（二）焊接技术管理要求
1.技术交底
技术交底应包括：焊接工程特点、WPS 内容、焊接质量检验计划、进度要求等。
2.超次返修
焊缝同一部位的返修次数不宜超过 2 次。如超过 2 次，返修前应编制超次返修技术方案，并经施工单位技术负责人批准后，方可实施。
3.焊接场所
（1）自然环境
焊接场所的风速；焊接电弧 1m 范围的相对湿度；雨、雪天气不符合现行国家有关标准且无有 效安全可靠的防护措施时，禁止焊接。
（2）作业场地
不锈钢、有色金属焊接应设置专用场地，并保持清洁、干燥、无污染，不得与黑色金属等其 他产品混杂；配置专用组焊工装。
（三）特殊材料焊接工艺措施
1.有延迟裂纹倾向的材料
（1）产生延迟裂纹的原因
产生延迟裂纹与焊缝含扩散氢、接头所承受的拉应力以及由材料淬硬倾向决定的金属塑性储 备有关，是三个因素中的某一因素与其相互作用的结果。
（2）防止产生延迟裂纹的措施
1）应采取焊条烘干、减少应力、焊前预热、焊后热处理措施外，尽量严格执行焊后热消氢 处理的工艺，必要时打磨焊缝余高。
2）对容易产生焊接延迟裂纹的钢材，焊后应及时进行热处理。当不能及时进行热处理时，应 在焊后立即均匀加热至 50°C，并保温缓冷。
2.有再热裂纹倾向的材料（提示：热处理后产生的）
（2）防止产生再热裂纹的方法：
1）预热：预热温度为 50℃。
2）应用低强度焊缝，使焊缝强度低于母材以增高其塑性变形能力。
3）减少焊接应力，合理地安排焊接顺序、减少余高、避免咬边及根部未焊透等缺陷以减少焊接应力。
1H412033 焊接应力与焊接变形
一、降低焊接应力的措施
温差——内应力——变形
1.设计措施
（1）减少焊缝的数量和尺寸，可减少变形量，同时降低焊接应力。
（2）避免焊缝过于集中，从而避免焊接应力峰值叠加。
（3）优化设计结构，如将容器的接管口设计成翻边式，少用承插式。
2.工艺措施
（1）采用较小的焊接线能量
（2）合理安排装配焊接顺序 合理的焊接顺序，使焊缝有自由收缩的余地，降低焊接中的残余应力。
（3）层间进行锤击
焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属晶粒间的应力得以释放，能有效的减少焊接残余 应力从而降低焊接应力。
（4）预热拉伸补偿焊缝收缩（机械拉伸或加热拉伸）
（5）焊接高强钢时，选用塑性较好的焊条
（6）预热 焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。
（7）消氢处理
（8）焊后热处理
（9）利用振动法来消除焊接残余应力
二、焊接变形的危害性及预防焊接变形的措施
（一）焊接变形的分类
1.面内变形：可分为焊缝纵向收缩变形、横向收缩变形和焊缝回转变形。
2.面外变形：可分为角变形、弯曲变形、扭曲变形、失稳波浪变形。
记忆：脚扭弯失稳
（三）预防焊接变形的措施
1.进行合理的焊接结构设计
2.采取合理的装配工艺措施
3.采取合理的焊接工艺措施
1.进行合理的焊接结构设计（事前）
提示：设计即布局，给焊缝布局
（1）合理安排焊缝位置。
（2）合理选择焊缝数量和长度。
（3）合理选择坡口形式。
2.采取合理的装配工艺措施
（1）预留收缩余量法
（2）反变形法
反变形法常用来控制角变形和防止设备壳体局部下塌。
（3）刚性固定法
刚性固定法广泛用于工程焊接较小的构件，对防止角变形和波浪变形有显著的效果。
（4）合理选择装配程序
记忆：玉刚饭盒
3.采取合理的焊接工艺措施
（1）合理的焊接方法。
（2）合理的焊接线能量。
（3）合理的焊接顺序和方向。
1H412034 焊接质量检验方法
一、焊接检验方法分类
焊接检验是焊接全面质量管理的重要手段之一，检验方法包括：破坏性检验和非破坏性检验 两种。
1.破坏性检验
常用的破坏性检验包括：力学性能试验(拉伸试验、冲击试验、硬度试验、断裂性试验、疲劳 试验)、弯曲试验、化学分析试验(化学成分分析、不锈钢晶间腐蚀试验、焊条扩散氢含量测试)、 金相试验(宏观组织、微观组织)、焊接性试验、焊缝电镜。
2.非破坏性检验
常用的非破坏性检验包括：外观检验、无损检测（渗透检测、磁粉检测、超声检测、射线检 测）、耐压试验和泄漏试验。
二、焊接过程质量检验
（一）焊接前检验
1.母材和焊材
2.零部件主要结构尺寸
3.组对质量
4.坡口清理检查
5.焊接前的确认
（二）施焊过程检验
1.定位焊缝
2.焊接线能量
与焊接线能量有直接关系的因素包括：焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量的大小与焊 接电流、电压成正比，与焊接速度成反比。
补充：
q=IU/v
式中 I—焊接电流，A；
U—电弧电压，V；
v—焊接速度，cm/s；
q—线能量，J/cm；
3.多层（道）焊
4.后热
对规定进行后热的焊缝，应检查加热范围、后热温度和后热时间，并形成记录。
（三）焊缝检验
1.外观检验
（1）焊缝表面
1）焊缝表面的形状尺寸及外观质量应符合设计要求，设计无要求时应符合现行国家有关标准。
2)焊缝表面不允许存在的缺陷包括：裂纹、未焊透、未熔合、表面气孔、外露夹渣、未焊满。
允许存在的其他缺陷情况应符合现行国家相关标准，例如，咬边、角焊缝厚度不足、角焊缝 焊脚不对称等。
（2）几何尺寸
容器焊接后应检查几何尺寸，包括：同一端面最大内直径与最小内直径之差、椭圆度、矩形 容器截面上最大边长与最小边长之差、焊接接头棱角度（环向和轴向）等。
2.无损检测
（1）焊接工程常用无损检测方法及代号
射线检测（RT），常用检测设备和器材：可以使用两种射线源，为 X 射线和γ射线。
提示：胸透
超声检测（UT），常用 A 型脉冲反射式超声波检测仪和衍射时差法超声波检测仪（称 TOFD）。
提示：B 超
磁粉检测（MT），常用检测设备和器材：磁粉探伤机。
渗透检测（PT），渗透检测剂。
目视检测，常用照明光源、反光镜和低倍放大镜等。
（5）无损检测技术要点
1）立式圆筒形钢制焊接储罐壁钢板最低标准屈服强度大于 390MPa 时，焊接完毕后至少经过 24h 后再进行无损检测。
2）对有延迟裂纹倾向的材料，应当至少在焊接完成 24h 后进行无损检测，但是，该材料制造 的球罐应当在焊接结束至少 36h 后进行无损检测。
3）对有再热裂纹倾向的材料，应在热处理后增加一次无损检测。
（6）焊缝表面无损检测
1）设计文件无规定时，焊缝表面无损检测可选用 MT 或 PT 方法。
（7）焊缝内部无损检测
2）RT 和 UT 的优缺点
RT 的优点是：检测结果有直接记录（底片）可以获得缺陷的投影图像，缺陷定性，长度测量 比较准确，对体积型缺陷和薄壁工件中的缺陷，检测率较高；
RT 的缺点是：厚壁工件的缺陷检出率偏低，缺陷在工件厚度方向的位置难以确定，自身高度 难以测量，对面积型缺陷的检出受到多种因素的影响，有时会漏检，射线对人体和环境有危害， 防护成本、检测成本较高，而且射线检测速度较慢等。
（四）耐压试验和泄漏试验
1.耐压试验
（1）液压试验
（2）气压试验和气液组合压力试验
2.泄漏试验
（1）压力容器
1）容器需经耐压试验合格后方可进行泄漏试验；泄漏试验方法包括：气密性试验、氨检漏试 验、卤素检漏试验、氦检漏试验。
（2）压力管道
3.真空度试验
（1）工业管道
对真空管道系统在压力试验合格后，还应按设计文件的规定进行 24h 的真空试验，增压率应 不大于 5%。
（2）焊接储罐
立式圆筒形钢制焊接储罐罐底的所有焊缝应采用真空箱法进行严密性试验，试验负压值不低 于 53kPa，无渗漏为合格。
【习题演练】
【例题 1多选】下列参数中，影响焊条电弧焊焊接线能量大小的有（ ）。【】
A.焊机功率
B.焊接电流
C.电弧电压
D.焊接速度
E.焊条直径
【答案】BCD
【解析】考查焊接线能量。对有冲击力韧性要求的焊缝，施焊时应测量焊接线能量并记录。 与焊接线能量有直接关系的因素包括：焊接电流、电弧电压和焊接速度。线能量的大小与焊接电 流、电压成正比，与焊接速度成反比。
【例题 2单选】下列常用的焊接检验中，属于力学性能试验的是（ ）。【】
A.外观检验
B.耐压试验
C.金相实验
D.拉伸试验
【提示】
A.外观检验（非破坏性检验）
B.耐压试验（非破坏性检验）
C.金相实验（破坏性检验）
D.拉伸试验（破坏性检验—力学性能试验）
【答案】D
【解析】常用的破坏性检验包括：力学性能试验(拉伸试验、冲击试验、硬度试验、断裂性试 验、疲劳试验)、弯曲试验、化学分析试验(化学成分分析、不锈钢晶间腐蚀试验、焊条扩散氢含 量测试)、金相试验(宏观组织、微观组织)、焊接性试验、焊缝电镜。
【例题 3单选】下列属于预防焊接变形的设计措施的是（ ）。【】
A.合理选择装配程序
B.优化结构设计
C.合理选择坡口形式
D.合理的焊接线能力
【提示】
A.合理选择装配程序（工艺措施）
B.优化结构设计（降低焊接应力）
C.合理选择坡口形式
D.合理的焊接线能力（降低焊接应力—工艺措施）
【答案】C
【解析】预防焊接变形的措施
1.进行合理的焊接结构设计
(1)合理安排焊缝位置 焊缝尽量与构件截面的中性轴对称；焊缝不宜过于集中。
(2)合理选择焊缝数量和长度 在保证结构有足够承载力的前提下，应尽量选择较小的焊缝数量、长度和截面尺寸。
(3)合理选择坡口形式 尽可能减少焊缝截面尺寸，例如,选用对称的坡口、U 形坡口等。
【例题 4单选】不属于钢结构所用焊接材料到货批次复验的情况（ ）。【 广东海南】
A.建筑结构等级为二级的一级焊缝
B.重级工作制吊车梁结构的一级焊缝
C.大跨度的二级焊缝
D.设计要求
【答案】C
【解析】满足下列情况之一时，钢结构所用焊接材料应按到货批次进行复验，合格后方可使 用：
(1)建筑结构安全等级为一级的一、二级焊缝。
(2)建筑结构安全等级为二级的一级焊缝。
(3)大跨度的一级焊缝。
(4)重级工作制吊车梁结构中的一级焊缝。
(5)设计要求。
【例题 5单选】为验证拟定的焊件工艺的正确性所进行的试验过程及结果评价是（ ）。【】
A.焊接作业卡
B.焊接工艺评定
C.焊接质量证明文件
D.焊接作业规程
【答案】B
【解析】焊接工艺评定作用：用于验证和评定焊接工艺方案的正确性，其评定报告不直接指 导生产，是焊接工艺细则（卡）的支持文件，同一焊接工艺评定报告可作为几份焊接工艺卡的依 据。
【例题 6多选】降低焊接应力的正确措施有（ ）。【】
A.构件设计时尽量减少焊缝尺寸
B.将焊缝集中在一个区域
C.焊接时采用较小的焊接线能量
D.焊接过程中，层面锤击
E.焊接前对结构件进行整体预热
【答案】A,C,E
【解析】考查降低焊接应力的措施，B 选项应该是避免焊缝过于集中，D 选项进行层间锤击是 在焊后。
【例题 7·单选】《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》规定，焊工应按规定的（ ） 及焊接技术措施进行施焊。【】
A.焊接作业指导书
B.焊接工艺评定
C.焊接工艺方案
D.焊接规程
【答案】A
【·真题】公司在焊接前应完成哪几个焊接工艺文件?焊工应取得什么证书?
【答案】焊接工艺文件包括：预焊接工艺规程（PWPS）焊接工艺评定报告（PQR）焊接工艺规 程（WPS）、焊接作业指导书;
焊工证书：《职业技能鉴定资格证书》、《特种作业操作证》、《特种设备作业人员证》。
【 真题】指出技术人员底板焊接中的错误之处，并纠正。
【答案】（1）底板焊接过程中采用了大焊接线能量。应采用较小的焊接线能量。
（2）从长焊缝到短焊缝顺序不对，先进行短焊缝的焊接。
【例题 8单选】预防焊接变形的装配工艺措施包括（ ）。【】
A.合理选择焊缝尺寸和形状
B.合理选择装配程序
C.合理安排焊缝位置
D.合理的焊接顺序和方向
【答案】B
【解析】预防焊接变形的措施：
1.进行合理的焊接结构设计
（1）合理安排焊缝位置；
（2）合理选择焊缝数量和长度；
（3）合理选择坡口形式。
2.采取合理的装配工艺措施
（1）预留收缩余量法；
（2）反变形法；
（3）刚性固定法；
（4）合理选择装配程序。
3.采取合理的焊接工艺措施
（1）合理的焊接方法；
（2）合理的焊接线能量；
（3）合理的焊接顺序和方向；
【例题 9单选】常用的焊接无损检测方法中，适合于焊缝内部缺陷检测的方法是（ ）。【】
A.射线探伤
B.涡流探伤
C.磁性探伤
D.渗透探伤
【答案】A
【例题 10多选】室温条件下的残余变形可分为焊件的面内变形和面外变形，其中属于面外变 形的有（ ）。
A.失稳波浪变形
B.焊缝纵向收缩变形
C.焊缝回转变形
D.弯曲变形
E.扭曲变形
【答案】ADE
【解析】焊接变形的面内变形可分为焊缝纵向收缩变形、横向收缩变形和焊缝回转变形，面 外变形可分为角变形、弯曲变形、扭曲变形、失稳波浪变形。
【例题 11单选】下列选项中属于焊前检验的是（ ）。
A.焊接工艺是否执行
B.外观检验
C.母材和焊材
D.多层焊层间缺陷的检查
【答案】C
【 真题】在焊缝外表面的质量检查中，不允许的质量缺陷还有哪些？
【答案】焊缝表面不允许存在的缺陷包括:裂纹、咬边、表面气孔、夹渣、焊瘤、焊缝底于母材等。
