1H412030 機電工程焊接技術
思維導圖
1H412030 焊接技術
1H412031 焊接材料與焊接設備選用要求
—、焊接材料
(一)焊條分類、型號及選用
1.焊條分類
(1)按藥皮成分分類：不定型、氧化鈦型、鈦鈣型、氧化鐵型、低氫鉀型、低氫鈉型、纖維類 型、石墨型、鈦鐵礦型、鹽基型十大類。
(2)按用途分類:非合金及細晶粒鋼焊條、熱強鋼焊條、髙強鋼焊條、不鏽鋼焊條、堆焊焊條、 鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條十大類。
(3)按熔渣鹼性分類：鹼性焊條（又稱作低氫型焊條）和酸性焊條。
(4)按特殊性能分類：超低氫焊條、低塵低毒焊條、立向下焊條、底層焊條、鐵粉高效焊條、 抗潮焊條、水下焊焊條、重力焊焊條、仰焊焊條等。
3.焊條選用
(2)選用原則
1)焊縫金屬的力學性能和化學成分匹配原則
2)保證焊接構件的使用性能和工作條件原則
3)滿足焊接結構特點及受力條件原則
4)具有焊接工藝可操作性原則
5)提高生產率和降低成本原則
(五）焊接材料復驗
1.鋼結構的焊接材料復驗
(1)建築結構安全等級為一級的一、二級焊縫。
(2)建築結構安全等級為二級的一級焊縫。
(3)大跨度的一級焊縫。
(4)重級工作制吊車梁結構中的一級焊縫。
(5)設計要求。
提示：
一級：重要的建築物；
二級：大量的一般建築物；
三級：次要的建築物
一級、二級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑裂紋、電弧擦傷等缺陷。 且一級焊縫不得有咬邊、未焊滿、根部收縮等缺陷。
1H412032 焊接方法與焊接工藝評定
一、常用焊接方法及特點
1.焊條電弧焊
（1）機動性和靈活性好
1）所需要的焊接設備相對簡單，只要配備適用的焊接電源、焊鉗和足夠長的焊接電纜即可進 行焊接作業。
2）焊接場地不受限制，用於結構複雜、空間狹小的位置時，比其他焊接方法更合適。
3）可適用全位置焊接，可使用焊條直徑 1.6~8，因此，可以焊接從薄板到厚板的各種焊接 接頭。
（3）工藝適應性強
焊條電弧焊工藝適應性較強，可以焊接除活性金屬以外的大多數金屬結構材料。
2.鎢極惰性氣體保護焊
（2）自有的特點：
1）電弧熱量集中，可精確控制焊接熱輸入，焊接熱影響區窄。
2）焊接過程不產生溶渣、無飛濺，焊縫表面光潔。
3）焊接過程無煙塵，熔池容易控制，焊縫質量高。
4）焊接工藝適用性強，幾乎可以焊接所有的金屬材料。
5）焊接參數可精確控制，易於實現焊接過程全自動化。
二、焊接工藝評定
（一）焊接工藝評定的定義及作用
1.焊接工藝評定的定義
焊接工藝評定是指為驗證所擬定的焊接工藝正確性而進行的試驗過程及結果評價。
記載驗證性的試驗及其結果，對擬定的焊接工藝規程進行評價的報告稱為焊接工藝評定報告 （PQR）R=Record=報告。擬定的焊接工藝規程是為焊接工藝評定所擬定的焊接工藝文件，稱為： 預焊接工藝規程（PWPS）S=Specification=規程。
2.焊接工藝評定作用
（1）驗證施焊單位能力
焊接工藝評定驗證施焊單位擬定焊接工藝的正確性，並評定施焊單位在限制條件下，焊接成合格接頭的能力。
（2）編制焊接工藝規程的依據
工程產品施焊前，應依據焊接工藝評定報告編制焊接工藝規程，用於指導焊工施焊和焊後熱 處理工作，一個焊接工藝規程可以依據一個或多個焊接工藝評定報告編制；一個焊接工藝評定報 告可用於編制多個焊接工藝規程。
（三）焊接工藝評定步驟
1.焊接工藝評定的委託
施工單位應採取內部委託自行組織完成焊接工藝評定工作，任何施焊單位不允許將焊接工藝 評定的關鍵工作（PWPS 的編制、試件焊接等）委託另一個單位來完成。試件和試樣的加工、無損 檢測和理化性能試驗等可委託分包。
2.擬定預焊接工藝規程
PWPS 應由具有一定專業知識和相當實踐經驗的技術員擬定，不允許「照抄」或「輸入」其他 單位焊接工藝評定數據。焊接工藝規程也稱焊接作業指導書或焊接工藝卡。
提示：
前：焊接工藝評定
中：預焊接工藝規
後：焊接工藝規程=焊接作業指導書=焊接工藝卡。
3.施焊試件
焊評試件應由本單位技能熟練的焊工，使用本單位的焊接設備施焊，既可證明施焊單位的焊 接技術能力和工裝水平，又能排除焊工技能因素的影響。
4.試件檢驗
焊評試件檢驗項目至少應包括：外觀檢查、無損檢測、力學性能試驗和彎曲試驗。
5.籤發報告
焊接工藝評定過程中應做好記錄，焊評完成後應提出焊接工藝評定報告。焊接工藝評定報告 應由焊接技術負責人審核。
總結：
焊接工藝評定步驟： 委託→擬定→施焊→檢驗→報告
三、焊接工藝規程
1.編制要求
（1）WPS 必須由單位自行編制，不得沿用其他企業的 WPS，也不得委託其他單位編制用以指 導本單位焊接施工的 WPS。
（2）編制 WPS 應以 PQR 為依據，還要綜合考慮設計文件和相關標準要求、產品使用和施工 條件等情況。
（3）當某個焊接工藝評定因素的變化超出標準規定的評定範圍時，均需要重新編制 WPS，並 應有相對應的 PQR 作為支撐性文件。
（4）WPS 應由具有一定專業知識和相當實踐經驗的焊接技術人員編制。
四、焊接工藝技術
（二）焊接技術管理要求
1.技術交底
技術交底應包括：焊接工程特點、WPS 內容、焊接質量檢驗計劃、進度要求等。
2.超次返修
焊縫同一部位的返修次數不宜超過 2 次。如超過 2 次，返修前應編制超次返修技術方案，並經施工單位技術負責人批准後，方可實施。
3.焊接場所
（1）自然環境
焊接場所的風速；焊接電弧 1m 範圍的相對溼度；雨、雪天氣不符合現行國家有關標準且無有 效安全可靠的防護措施時，禁止焊接。
（2）作業場地
不鏽鋼、有色金屬焊接應設置專用場地，並保持清潔、乾燥、無汙染，不得與黑色金屬等其 他產品混雜；配置專用組焊工裝。
（三）特殊材料焊接工藝措施
1.有延遲裂紋傾向的材料
（1）產生延遲裂紋的原因
產生延遲裂紋與焊縫含擴散氫、接頭所承受的拉應力以及由材料淬硬傾向決定的金屬塑性儲 備有關，是三個因素中的某一因素與其相互作用的結果。
（2）防止產生延遲裂紋的措施
1）應採取焊條烘乾、減少應力、焊前預熱、焊後熱處理措施外，儘量嚴格執行焊後熱消氫 處理的工藝，必要時打磨焊縫餘高。
2）對容易產生焊接延遲裂紋的鋼材，焊後應及時進行熱處理。當不能及時進行熱處理時，應 在焊後立即均勻加熱至 200350°C，並保溫緩冷。
2.有再熱裂紋傾向的材料（提示：熱處理後產生的）
（2）防止產生再熱裂紋的方法：
1）預熱：預熱溫度為 200450℃。
2）應用低強度焊縫，使焊縫強度低於母材以增高其塑性變形能力。
3）減少焊接應力，合理地安排焊接順序、減少餘高、避免咬邊及根部未焊透等缺陷以減少焊接應力。
1H412033 焊接應力與焊接變形
一、降低焊接應力的措施
溫差——內應力——變形
1.設計措施
（1）減少焊縫的數量和尺寸，可減少變形量，同時降低焊接應力。
（2）避免焊縫過於集中，從而避免焊接應力峰值疊加。
（3）優化設計結構，如將容器的接管口設計成翻邊式，少用承插式。
2.工藝措施
（1）採用較小的焊接線能量
（2）合理安排裝配焊接順序 合理的焊接順序，使焊縫有自由收縮的餘地，降低焊接中的殘餘應力。
（3）層間進行錘擊
焊後用小錘輕敲焊縫及其鄰近區域，使金屬晶粒間的應力得以釋放，能有效的減少焊接殘餘 應力從而降低焊接應力。
（4）預熱拉伸補償焊縫收縮（機械拉伸或加熱拉伸）
（5）焊接高強鋼時，選用塑性較好的焊條
（6）預熱 焊前對構件進行預熱，能減小溫差和減慢冷卻速度，兩者均能減小焊接殘餘應力。
（7）消氫處理
（8）焊後熱處理
（9）利用振動法來消除焊接殘餘應力
二、焊接變形的危害性及預防焊接變形的措施
（一）焊接變形的分類
1.面內變形：可分為焊縫縱向收縮變形、橫向收縮變形和焊縫迴轉變形。
2.面外變形：可分為角變形、彎曲變形、扭曲變形、失穩波浪變形。
記憶：腳扭彎失穩
（三）預防焊接變形的措施
1.進行合理的焊接結構設計
2.採取合理的裝配工藝措施
3.採取合理的焊接工藝措施
1.進行合理的焊接結構設計（事前）
提示：設計即布局，給焊縫布局
（1）合理安排焊縫位置。
（2）合理選擇焊縫數量和長度。
（3）合理選擇坡口形式。
2.採取合理的裝配工藝措施
（1）預留收縮餘量法
（2）反變形法
反變形法常用來控制角變形和防止設備殼體局部下塌。
（3）剛性固定法
剛性固定法廣泛用於工程焊接較小的構件，對防止角變形和波浪變形有顯著的效果。
（4）合理選擇裝配程序
記憶：玉剛飯盒
3.採取合理的焊接工藝措施
（1）合理的焊接方法。
（2）合理的焊接線能量。
（3）合理的焊接順序和方向。
1H412034 焊接質量檢驗方法
一、焊接檢驗方法分類
焊接檢驗是焊接全面質量管理的重要手段之一，檢驗方法包括：破壞性檢驗和非破壞性檢驗 兩種。
1.破壞性檢驗
常用的破壞性檢驗包括：力學性能試驗(拉伸試驗、衝擊試驗、硬度試驗、斷裂性試驗、疲勞 試驗)、彎曲試驗、化學分析試驗(化學成分分析、不鏽鋼晶間腐蝕試驗、焊條擴散氫含量測試)、 金相試驗(宏觀組織、微觀組織)、焊接性試驗、焊縫電鏡。
2.非破壞性檢驗
常用的非破壞性檢驗包括：外觀檢驗、無損檢測（滲透檢測、磁粉檢測、超聲檢測、射線檢 測）、耐壓試驗和洩漏試驗。
二、焊接過程質量檢驗
（一）焊接前檢驗
1.母材和焊材
2.零部件主要結構尺寸
3.組對質量
4.坡口清理檢查
5.焊接前的確認
（二）施焊過程檢驗
1.定位焊縫
2.焊接線能量
與焊接線能量有直接關係的因素包括：焊接電流、電弧電壓和焊接速度。線能量的大小與焊 接電流、電壓成正比，與焊接速度成反比。
補充：
q=IU/v
式中 I—焊接電流，A；
U—電弧電壓，V；
v—焊接速度，cm/s；
q—線能量，J/cm；
3.多層（道）焊
4.後熱
對規定進行後熱的焊縫，應檢查加熱範圍、後熱溫度和後熱時間，並形成記錄。
（三）焊縫檢驗
1.外觀檢驗
（1）焊縫表面
1）焊縫表面的形狀尺寸及外觀質量應符合設計要求，設計無要求時應符合現行國家有關標準。
2)焊縫表面不允許存在的缺陷包括：裂紋、未焊透、未熔合、表面氣孔、外露夾渣、未焊滿。
允許存在的其他缺陷情況應符合現行國家相關標準，例如，咬邊、角焊縫厚度不足、角焊縫 焊腳不對稱等。
（2）幾何尺寸
容器焊接後應檢查幾何尺寸，包括：同一端面最大內直徑與最小內直徑之差、橢圓度、矩形 容器截面上最大邊長與最小邊長之差、焊接接頭稜角度（環向和軸向）等。
2.無損檢測
（1）焊接工程常用無損檢測方法及代號
射線檢測（RT），常用檢測設備和器材：可以使用兩種射線源，為 X 射線和γ射線。
提示：胸透
超聲檢測（UT），常用 A 型脈衝反射式超聲波檢測儀和衍射時差法超聲波檢測儀（稱 TOFD）。
提示：B 超
磁粉檢測（MT），常用檢測設備和器材：磁粉探傷機。
滲透檢測（PT），滲透檢測劑。
目視檢測，常用照明光源、反光鏡和低倍放大鏡等。
（5）無損檢測技術要點
1）立式圓筒形鋼製焊接儲罐壁鋼板最低標準屈服強度大於 390MPa 時，焊接完畢後至少經過 24h 後再進行無損檢測。
2）對有延遲裂紋傾向的材料，應當至少在焊接完成 24h 後進行無損檢測，但是，該材料製造 的球罐應當在焊接結束至少 36h 後進行無損檢測。
3）對有再熱裂紋傾向的材料，應在熱處理後增加一次無損檢測。
（6）焊縫表面無損檢測
1）設計文件無規定時，焊縫表面無損檢測可選用 MT 或 PT 方法。
（7）焊縫內部無損檢測
2）RT 和 UT 的優缺點
RT 的優點是：檢測結果有直接記錄（底片）可以獲得缺陷的投影圖像，缺陷定性，長度測量 比較準確，對體積型缺陷和薄壁工件中的缺陷，檢測率較高；
RT 的缺點是：厚壁工件的缺陷檢出率偏低，缺陷在工件厚度方向的位置難以確定，自身高度 難以測量，對面積型缺陷的檢出受到多種因素的影響，有時會漏檢，射線對人體和環境有危害， 防護成本、檢測成本較高，而且射線檢測速度較慢等。
（四）耐壓試驗和洩漏試驗
1.耐壓試驗
（1）液壓試驗
（2）氣壓試驗和氣液組合壓力試驗
2.洩漏試驗
（1）壓力容器
1）容器需經耐壓試驗合格後方可進行洩漏試驗；洩漏試驗方法包括：氣密性試驗、氨檢漏試 驗、滷素檢漏試驗、氦檢漏試驗。
（2）壓力管道
3.真空度試驗
（1）工業管道
對真空管道系統在壓力試驗合格後，還應按設計文件的規定進行 24h 的真空試驗，增壓率應 不大於 5%。
（2）焊接儲罐
立式圓筒形鋼製焊接儲罐罐底的所有焊縫應採用真空箱法進行嚴密性試驗，試驗負壓值不低 於 53kPa，無滲漏為合格。
【習題演練】
【例題 1多選】下列參數中，影響焊條電弧焊焊接線能量大小的有（ ）。【2019】
A.焊機功率
B.焊接電流
C.電弧電壓
D.焊接速度
E.焊條直徑
【答案】BCD
【解析】考查焊接線能量。對有衝擊力韌性要求的焊縫，施焊時應測量焊接線能量並記錄。 與焊接線能量有直接關係的因素包括：焊接電流、電弧電壓和焊接速度。線能量的大小與焊接電 流、電壓成正比，與焊接速度成反比。
【例題 2單選】下列常用的焊接檢驗中，屬於力學性能試驗的是（ ）。【2018】
A.外觀檢驗
B.耐壓試驗
C.金相實驗
D.拉伸試驗
【提示】
A.外觀檢驗（非破壞性檢驗）
B.耐壓試驗（非破壞性檢驗）
C.金相實驗（破壞性檢驗）
D.拉伸試驗（破壞性檢驗—力學性能試驗）
【答案】D
【解析】常用的破壞性檢驗包括：力學性能試驗(拉伸試驗、衝擊試驗、硬度試驗、斷裂性試 驗、疲勞試驗)、彎曲試驗、化學分析試驗(化學成分分析、不鏽鋼晶間腐蝕試驗、焊條擴散氫含 量測試)、金相試驗(宏觀組織、微觀組織)、焊接性試驗、焊縫電鏡。
【例題 3單選】下列屬於預防焊接變形的設計措施的是（ ）。【2018】
A.合理選擇裝配程序
B.優化結構設計
C.合理選擇坡口形式
D.合理的焊接線能力
【提示】
A.合理選擇裝配程序（工藝措施）
B.優化結構設計（降低焊接應力）
C.合理選擇坡口形式
D.合理的焊接線能力（降低焊接應力—工藝措施）
【答案】C
【解析】預防焊接變形的措施
1.進行合理的焊接結構設計
(1)合理安排焊縫位置 焊縫儘量與構件截面的中性軸對稱；焊縫不宜過於集中。
(2)合理選擇焊縫數量和長度 在保證結構有足夠承載力的前提下，應儘量選擇較小的焊縫數量、長度和截面尺寸。
(3)合理選擇坡口形式 儘可能減少焊縫截面尺寸，例如,選用對稱的坡口、U 形坡口等。
【例題 4單選】不屬於鋼結構所用焊接材料到貨批次復驗的情況（ ）。【2018 廣東海南】
A.建築結構等級為二級的一級焊縫
B.重級工作制吊車梁結構的一級焊縫
C.大跨度的二級焊縫
D.設計要求
【答案】C
【解析】滿足下列情況之一時，鋼結構所用焊接材料應按到貨批次進行復驗，合格後方可使 用：
(1)建築結構安全等級為一級的一、二級焊縫。
(2)建築結構安全等級為二級的一級焊縫。
(3)大跨度的一級焊縫。
(4)重級工作制吊車梁結構中的一級焊縫。
(5)設計要求。
【例題 5單選】為驗證擬定的焊件工藝的正確性所進行的試驗過程及結果評價是（ ）。【2015】
A.焊接作業卡
B.焊接工藝評定
C.焊接質量證明文件
D.焊接作業規程
【答案】B
【解析】焊接工藝評定作用：用於驗證和評定焊接工藝方案的正確性，其評定報告不直接指 導生產，是焊接工藝細則（卡）的支持文件，同一焊接工藝評定報告可作為幾份焊接工藝卡的依 據。
【例題 6多選】降低焊接應力的正確措施有（ ）。【2015】
A.構件設計時儘量減少焊縫尺寸
B.將焊縫集中在一個區域
C.焊接時採用較小的焊接線能量
D.焊接過程中，層面錘擊
E.焊接前對結構件進行整體預熱
【答案】A,C,E
【解析】考查降低焊接應力的措施，B 選項應該是避免焊縫過於集中，D 選項進行層間錘擊是 在焊後。
【例題 7·單選】《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規範》規定，焊工應按規定的（ ） 及焊接技術措施進行施焊。【2009】
A.焊接作業指導書
B.焊接工藝評定
C.焊接工藝方案
D.焊接規程
【答案】A
【2018·真題】公司在焊接前應完成哪幾個焊接工藝文件?焊工應取得什麼證書?
【答案】焊接工藝文件包括：預焊接工藝規程（PWPS）焊接工藝評定報告（PQR）焊接工藝規 程（WPS）、焊接作業指導書;
焊工證書：《職業技能鑑定資格證書》、《特種作業操作證》、《特種設備作業人員證》。
【2017 真題】指出技術人員底板焊接中的錯誤之處，並糾正。
【答案】（1）底板焊接過程中採用了大焊接線能量。應採用較小的焊接線能量。
（2）從長焊縫到短焊縫順序不對，先進行短焊縫的焊接。
【例題 8單選】預防焊接變形的裝配工藝措施包括（ ）。【2011】
A.合理選擇焊縫尺寸和形狀
B.合理選擇裝配程序
C.合理安排焊縫位置
D.合理的焊接順序和方向
【答案】B
【解析】預防焊接變形的措施：
1.進行合理的焊接結構設計
（1）合理安排焊縫位置；
（2）合理選擇焊縫數量和長度；
（3）合理選擇坡口形式。
2.採取合理的裝配工藝措施
（1）預留收縮餘量法；
（2）反變形法；
（3）剛性固定法；
（4）合理選擇裝配程序。
3.採取合理的焊接工藝措施
（1）合理的焊接方法；
（2）合理的焊接線能量；
（3）合理的焊接順序和方向；
【例題 9單選】常用的焊接無損檢測方法中，適合於焊縫內部缺陷檢測的方法是（ ）。【2013】
A.射線探傷
B.渦流探傷
C.磁性探傷
D.滲透探傷
【答案】A
【例題 10多選】室溫條件下的殘餘變形可分為焊件的面內變形和面外變形，其中屬於面外變 形的有（ ）。
A.失穩波浪變形
B.焊縫縱向收縮變形
C.焊縫迴轉變形
D.彎曲變形
E.扭曲變形
【答案】ADE
【解析】焊接變形的面內變形可分為焊縫縱向收縮變形、橫向收縮變形和焊縫迴轉變形，面 外變形可分為角變形、彎曲變形、扭曲變形、失穩波浪變形。
【例題 11單選】下列選項中屬於焊前檢驗的是（ ）。
A.焊接工藝是否執行
B.外觀檢驗
C.母材和焊材
D.多層焊層間缺陷的檢查
【答案】C
【2018 真題】在焊縫外表面的質量檢查中，不允許的質量缺陷還有哪些？
【答案】焊縫表面不允許存在的缺陷包括:裂紋、咬邊、表面氣孔、夾渣、焊瘤、焊縫底於母材等。