电焊基础知识课程教案绪论
第一章电弧焊基础知识
第二章焊条电弧焊
第三章埋弧焊
第四章二氧化碳气体保护电弧焊
第五章熔化极惰性气体保护电弧焊
第六章钨极惰性气体保护弧焊
第七章等离子弧焊接与切割
第八章电阻焊
第九章钎焊
第十章其它焊接方法介绍
绪论
一、焊接及其在现代工业中的地位
1、焊接(Welding)及其本质
定义：
实质：焊接在现代工业中的地位
是现代工业一种重要的连接加工方法，同时是一种精确、可靠、低成本，并且是采用高科技连接材料的方法。目前还没有其它方法能够比焊接更为广泛地应用于金属的连接，并对所焊的产品增加更大的附加值。
全世界约45%的钢铁和有色金属需要通过焊接才能变为可以使用的最终产品。现代工业中的连接方法有：螺栓、键、销钉（可拆卸）
铆接、焊接、粘接（不可拆卸）
现代工业生产的各行业直接或间接地都离不开焊接。没有焊接，就没有现代工业文明，也没有现代的生活方式。
工业生产的发展，对焊接技术提出了更多、更高的要求二、焊接方法分类及发展概况(重点、难点，解释清楚三大类焊接方法的本质区别)
1、焊接方法的分类及特点
分类（族系法）：熔焊固相焊（压焊）钎焊
2、焊接方法的发展概况
公元前锻焊、钎焊（中国）
1881年：法国人发明了最早期的碳弧焊机
1856年：英格兰物理学家James Joule 发现了电阻焊原理1862年：用二碳化钙生产出乙炔气
1885年：美国人Elihu Thompson 获得电阻焊机专利权气焊
1900年前后：铝热剂焊
1926年：美国的A.O.Smith公司率先介绍了手工电弧焊焊条的制作方法
1930s：钨极氩弧焊、埋弧焊
1950年：电渣焊首次用于生产（俄罗斯）
1956年：摩擦焊(俄罗斯)
1957年：在熔化极气体保护焊中使用CO2作为保护气体（美国、英国和俄罗斯）
1950s：电子束焊（法国）
1960s：激光焊（美国）
1991年：搅拌摩擦焊(英国)
现状
国内
焊接大国——钢产量多年保持在>1亿吨/年，消耗焊材> 100万吨
但非强国——工业化的前期阶段
焊接以手工操作为主，效率低、能耗高／焊接手段单调、工艺落后／焊材品种单调，重要关键焊材依赖进口
焊接的数字化水平低
国外
已完成焊接手段的结构性转变（由手工到自动、由低效向高效转变）
焊接手段以高效、自动焊为主／焊材品种配套齐全／多专用设备和专用材料数字技术在焊接上的应用正逐渐推广普及
焊接的发展
从材料上扩大可焊材料的范围，如超细晶粒钢、非金属、金属／非金属组合从结构上超大－如大型船舶、高层建筑／超微－如芯片、细微（μｍ级）零件从设备上高效率、低能耗／数字化、自动化、智能化、柔性化
从技术工艺上高效率／低能耗／环保
三、本教材的内容和学习方法(重点)
1、教材的内容与学习要求
要求：掌握主要焊接方法的原理、焊接质量的控制以及常用焊接设备的使用维护。强调并突出工艺应用能力的培养，即能根据实际结构的具体要求，优选焊接方法并制订合理的焊接工艺。
重点：电弧焊，尤①气体保护焊（MAG/CO2/MIG、TIG）②埋弧焊
学习方法建议：
①牢固掌握基本概念、原理
②勤于动手，理论联系实际（途径：多参加工程实践并制订工艺）
③善于总结对比，条理清楚
第一章电弧焊基础知识
第一节焊接电弧
目的与要求：了解电弧的实质、获得的途径、电弧各区域及其导电机构的特点、能量与温度的分布规律；掌握电弧偏吹的概念及影响因素、解决措施。
一、焊接电弧的物理基础
（一）电弧及其电场强度分布
电弧的实质：气体放电（导电）
电弧的特点：低电压、大电流、温度高、亮度大
（二）电弧中带电粒子的产生
获得电弧的途径：气体电离+电子发射
1、电离的种类：
热电离场致电离光电离
电离能及其与引弧的关系
2、（阴极）电子发射
热发射场致发射光发射粒子碰撞发射
逸出功及其与引弧的关系
1、电离的种类：
热电离场致电离光电离
电离能及其与引弧的关系
2、（阴极）电子发射
热发射场致发射光发射粒子碰撞发射
逸出功及其与引弧的关系
二、焊接电弧的导电特性
电弧的三个区域：阴极区弧柱区阳极区
（一）弧柱区的导电特性
最小电压原理（难点，通过水珠的形状与能量的关系辅以解释说明）（二）阴极区的导电特性
1、热发射型
2、电场发射型阴极斑点
（三）阳极区的导电特
1、阳极斑点
2、阳极区导电形式
三、焊接电弧的工艺特性
电弧的工艺特性主要包括：热能特性、力学特性、电弧稳定性等。
（一）电弧的热能特性
1、电弧热的形成机构
电弧的弧柱、阴极区、阳极区的产热特性各不相同。
⑴弧柱的产热
⑵阴极区的产热特性
⑶阳极区的产热特性
2、电弧的温度分布
⑴轴向－两极区低弧柱区高
⑵径向－中心高四周低
3、焊接电弧的热效率及能量密度
电弧产热的一部分热量会通过对流、传导、辐射等形式散失，所以会存在热效率问题。
能量密度分布：轴向－两极区大弧柱区小
径向－中心大四周小
（二）、电弧的力学特性
1、电弧力类型及作用（重点）
电磁（收缩）力——使电弧获得刚直性，促进熔滴过渡
等离子流力——促进熔滴过渡
斑点（压）力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡
电极材料蒸发的反作用力——阴极＞阳极／阻碍熔滴过渡
熔滴(droplet)冲击力——对熔池造成冲击
短路爆破力——短路时产生，导致飞溅
2、电弧力的主要影响因素
气体介质、焊接电流和电压、焊丝（条）直径、极性和电极端部形状等。
四、焊接电弧的稳定性
电弧稳定性的概念（P19）
影响电弧稳定性的因素：电源、外界因素、药皮（芯）（焊剂）、磁偏吹等
第二节焊丝的熔化与熔滴过渡
目的与要求：了解并掌握焊接电弧热和力的特点。掌握溶滴过渡的形式、特点，初步掌握其应用。
一、焊丝的加热和熔化特性
（一）焊丝的热源
焊丝熔化的热源电弧热（主）+电阻热（次）
（二）焊丝的熔化特性
焊丝的熔化特性——焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系
区别清楚与焊丝熔化有关的几个概念：
熔化速度(mm/min & kg/h) 熔化系数(g/A?h)熔敷系数(g/A?h)熔敷速度(k g/h) 熔敷效率(%)飞溅率(%) 损失系数(%)
焊丝的熔化特性主要受焊丝材料、直径和伸出长度等因素影响。
二、熔滴上的作用力（重点）
熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。
1、重力
2、表面张力
3、电弧力（注意其包含几项力在内！）
4、熔滴爆破力
5、电弧的气体吹送力
在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式
三、熔滴过渡及特点（难点：从力的角度出发、从其规律讲起）
熔滴过渡过程复杂，对电弧的稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响。
规律：随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。
熔滴过渡：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡
每一种又可以再分为不同的亚型。目前，熔滴过渡的名称尚未规范、统一。
自由过渡（重点）：
滴状过渡
喷射过渡:易在（富）氩气氛种获得，熔深大\熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖面。（有上、下限电流\可加脉冲）
爆炸过渡?
接触过渡：
短路过渡（重点）：在各种气氛中，低电压、细焊丝（小电流）（但电流密度不小）均可获得；热输入小、焊接变形小、全位置焊性能好但一般飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。
搭桥过渡?
渣壁过渡：沿渣壳（埋弧焊）沿套筒（焊条电弧焊）
常见焊接方法的熔滴过渡形式
焊条手工焊
酸性焊条：细滴过渡
碱性焊条：粗滴过渡+短路过渡
CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡（STT）（细丝）
MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡
MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡
关于熔滴过渡技术的最新发展（特别介绍）
STT、冷金属过渡（CMT）
双脉冲（超脉冲）（double pulse、super pulse）过渡
第三节母材熔化与焊缝成形
目的与要求：了解焊丝加热和熔化的过程，了解并掌握焊缝形成的规律及其与焊接质量的关系。
一、焊缝(weld)形成过程
母材熔化形成熔池／熔池凝固形成焊缝——熔池形状与焊缝质量有关（《熔焊原理》）
二、焊缝形状与焊缝质量的关系
焊缝成形的基本参数：
熔深(penetration或depth of penetration)
熔宽（width）
余高(reinforcement或excess weld metal)
焊缝成形系数(form factor of weld)=焊缝宽度／焊缝厚度
三、焊接工艺因素对焊缝成形的影响（重点）
1、焊接工艺参数
焊接电流(主要影响熔深)：I↑→熔深↑、熔宽稍↑、余高↑
电弧电压(主要影响熔宽)：U↑→熔宽↑、熔深↓、余高↓
焊接速度：增加，则熔深、熔宽、余高均减小
2、其它工艺因素
焊丝直径焊丝伸出长度坡口角度及间隙板厚电极倾角
四、焊缝成形缺陷及产生原因（难点，对照标准，以图及照片对比说明）
焊缝的形状缺陷：20种
参见GB/T6417-1986《金属熔化焊焊缝缺陷分类及说明》
第二章焊条电弧焊
第一节焊条电弧焊的原理及特点
目的与要求：了解焊条电弧焊的原理和特点及其适用范围。
一、焊条电弧焊的基本原理
气——渣联合保护的熔化焊
二、焊条电弧焊的特点
优点——灵后性好：操作以后，对装自己实求低，可焊材料广
缺点——①生产率低；②人为因素强
第二节焊条电弧焊设备及工具
目的与要求：了解焊条电弧焊设备的种类、性能特点，掌握常用工具的选择与使用。
一、对焊条电弧焊设备的要求（难点）
1、对处特性形状的要求陡降理想处特性（多特性）
2、又控载电区的要求交流55～70V 直流45～85V
3、对调节特性的要求（三种形式 P36图2-4）
4、对动特性要求动态响应特性
二、常用焊条电弧焊机简介（重点）
1、弧焊变压器（交流弧烛机）（BX系列）
动铁（芯）式动圈（绕组）式抽头式
2、直流弧焊发电机（AX系列）（已淘汰）
3、弧焊整流器（1）硅弧焊整流器（ZXG系列）（2）晶闸管式焊整流器（ZX5系列）
4、弧焊逆变器（ZX7系列）
★四者的性能特点比较（P38）
▲补充：焊条电弧焊机（直流）常见的功能的认识
三、焊条电弧焊所用工具
1、电焊钳（300A 500A）
2、面罩/护目镜
3、焊条保温筒
4、焊缝尺
5、渣锤
6、钢丝刷（什么钢？）
7、气铲、角磨机
第三节焊条电弧焊工艺
目的与要求：了解并掌握焊条电弧焊工艺的内容、工艺参数与措施的制定。
一、焊接接头形式、坡口和焊缝
1、接头形式各种形式
2、坡口：焊透调熔合比
3、焊缝各种形式其表示法参见GB/T324-1988
二、焊接工艺参数及选择（重点、难点，通过工艺实例说明）
焊接工艺参数的内容；Φ、Ι、U、V……
1、焊条直径：2.0、3.
2、4.0mm
选择依据：板厚、位置、层数、接头形式
（原则：能大则大→效率高）
2、电源种类及极性
交流直流多用反接
3、焊接电流 I≈45Φ
选择依据：焊条类型、直径、板厚、接头形式、位置、层数等。
（原则：能大则大→效率）
4、焊接层数的选择：n=S/d 每层不大于4～5mm
5、焊接电流与焊速的控制
（1）弧压：①尽量用短弧；②直流机调电压；
（2）焊速：①手工焊接一般不控制焊速；②看熔地状况
三、焊条电弧焊的基本操作技术
第三章埋弧焊
第一节埋弧焊的原理及特点
目的与要求：简要了解埋弧焊的原理、特点及应用。
一、埋弧焊的工作原理
定义：电弧在焊剂层下燃烧以进行焊接的方法(Submerged arc welding) 埋弧焊的过程
埋弧焊的特点优点：生产效率高、焊接质量好、劳动条件好
缺点：难以全位置焊、对焊前装配要求高、不适宜焊接薄板／短缝、适焊材料受限
埋弧焊的适用范围
材料：碳素结构钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢、镍基合金、铜合金等
结构：具有长而规则焊缝的大型结构，如船舶、压力容器、桥梁、起重机械等
位置：平位置
第二节埋弧焊设备
目的与要求：了解埋弧焊的自动调节原理，掌握埋弧焊常用辅助设备的功能与使用。一、焊机编号：参见GB/T10249-1988《电焊机型号编制方法》
如MZJ2-1000（额定电流为1000A的横臂式交流埋弧自动焊机）
电源：埋弧焊多用较粗的焊丝，常用电弧电压自动调节的变速送丝式焊机（陡降外特性电源）；细丝时可用电弧自身调节的等速送丝式焊机（缓降外特性电源）
多用交流电源(可减小电弧的磁偏吹)；
新式焊机用逆变电源（体积小、重量轻、能耗低）小车：用于通用埋弧焊，配导轨使用。
小车上通常包括送丝／行走驱动装置、焊剂斗、焊丝盘和控制面板等。
一般多用内绕式焊丝盘（也可以用开式焊丝盘）。
小车机头上的导电嘴有滚动式、夹瓦式和管式，以夹瓦式多见。
二、辅助设备（补充）
通用焊机（小车式）通常用于平板的拼接和工字／T形／箱形梁的角缝等简单构件的焊接，筒体的纵、环缝和复杂结构的焊接还要升降机构和焊接滚轮架（变位机）的配合。
滚轮架（用于圆筒形结构焊缝的焊接）
变位器（用于把焊缝置于平焊位置）
升降机构（用于提升机头）
焊剂垫（用于在背面承托熔池），有带式、盘式和热固化焊剂垫等多种形式。
夹紧机构（用于固定焊件，多用于专机上）
另外，在有的埋弧焊机（特别是各种专机）上还会有焊剂回收装置和焊缝跟踪传感器等。
三、操作使用（现场讲解）
第三节埋弧焊的焊接材料与冶金过程
目的与要求：以常用典型材料的焊接为例，了解埋弧焊的冶金原理，复习埋弧焊丝、焊剂的概况，掌握其匹配选用。
一、埋弧焊的焊接材料及选用
（一）焊剂(flux)
型号：参见GB／T5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》、GB／T12470-19 90《低合金钢埋弧焊用焊剂》及GB／7854-1999《埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂》
牌号：熔炼焊剂HJχχχ烧结焊剂SJχχχ
（二）焊丝(wire)
参见GB／T14957-1994《熔化焊用钢丝》、YB ／T5092-1996 《焊接用不锈钢丝》及GB／T10045-1998《碳钢药芯焊丝》、 GB／T17493-1998《低合金钢药芯焊丝》
注：现行焊丝、焊剂的型号编制规则比较复杂
直径系列（mm）：
熔化焊用钢丝、焊接用不锈钢丝：1.6、2.0、2.5、3.0、3.2、4.0、5.0、6. 0
碳钢药芯焊丝、低合金钢药芯焊丝：1.2、1.4、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、4.0
焊丝、焊剂的选用（重点，以常见材料的焊接实例来辅助说明）
原则：焊丝、焊剂要匹配选用，在满足技术要求的前提下考虑经济性。
结构钢按等强原则选用焊丝，专业用钢（不锈钢、耐热钢等）按化学成分相同或相近的原则选用焊丝，有时焊丝的合金元素含量要比母材的稍高。
熔炼焊剂便宜易得，成分均匀，相对不易吸潮，但合金过渡系数低，通常只适宜于碳素结构钢和某些低合金结构钢的焊接；焊接合金钢时应选用氧化性低的焊剂，以减小合金元素的烧损。
烧结焊剂稍贵，容易吸潮，但合金过渡系数高、脱渣性好，适用于高合金钢和不锈钢等钢种的焊接。焊丝、焊剂选用示例：
碳素结构钢：不开坡口，可选用HJ431+H08A
开坡口，可选用HJ431+H08A或HJ4 HJ431+H08MnA16Mn钢：不开坡口，可选用HJ431+H08A或HJ431+H08MnA
开坡口，应选用HJ431+H08MnA或HJ431+H10Mn2
不锈钢：视成分选用，一般多为烧结焊剂
二、埋弧焊的冶金过程（难点、以低碳钢的埋弧焊为例说明）
第四节埋弧焊工艺
目的与要求：掌握埋弧焊工艺的内容，了解编制埋弧焊工艺的程序和方法；掌握焊接工艺参数的选择；掌握埋弧焊工艺方案的确定以及工艺参数、工艺措施的匹配制定。
一、焊前准备
坡口面及两侧不小于20mm范围内清理干净至露出金属光泽。
装配时注意减小错边，局部间隙超宽可以手工焊接填补。
如可能，应在接缝首尾分别装上引弧板和引出板。
3、焊丝如表面有杂质亦应清理干净，焊剂按要求烘干使用（回收的焊剂需过筛，必要时烘干，按比例与新焊剂混合使用）。
1、坡口(groove)的选择与加工
坡口形式及尺寸的选择：参考GB/T986-1988《埋弧焊焊缝坡口的基本形式和尺寸》
坡口的加工应用自动／半自动气割或等离子弧切割，最好用机加工（刨边）。
2、焊件的清理与装配
二、焊接工艺参数及选择
（一）工艺参数对焊缝成形及质量的影响（参见第一章有关内容）
工艺参数：焊丝直径Φ焊接电流I 电弧电压U 焊接速度v 送丝速度v送焊丝伸出长度l
?选用参数的一般方法：
根据b、δ等→Φ，然后根据Φ、焊肉厚度（熔深）→I，根据所在的层数（熔宽）→U；在以上基础上，配以合适的v送和v（可取l≈10Φ）要注意工艺参数之间的合理匹配（成形系数：1.3~2 熔合比：通常在30~60%之间）
如有条件，背面注意采用衬垫
（工艺参数对焊缝成形及质量的影响参见第一章有关内容）
三、埋弧焊技术（重点、难点，以生产实例举例说明）（一）平板对接
1、单面焊（如造船的钢板拼接）
好处：工件可免翻身
不足：要用衬垫，坡口大、应力大
直流高频电阻焊基本原理介绍高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所；接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（E；质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等；所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，；电流；集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时；分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中；方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比；钢板的表面； 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，
集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，
工业管道及管件 目录 一、管道的基本概念 二、管道的分类 1、工业管道的分类 2、公用管道的分类 三、管子的选用 1、钢管种类及适用范围 四、法兰 1、法兰的分类 2、法兰密封面形式 3、法兰的压力——温度等级 4、法兰标准 5、法兰的特点和适用条件 五、法兰紧固件——螺栓、螺母 1、概述 2、法兰螺栓长度确定 3、法兰螺栓材质选用 六、法兰垫片 1、管法兰垫片的分类 2、垫片使用范围 七、阀门 1、阀门分类 2、阀门选用原则 3、闸阀结构形式 4、截止阀结构形式 5、止回阀结构形式 6、球阀结构形式 7、蝶阀结构形式 8、疏水阀结构形式 八、其它管件
一、管道的基本概念 管道定义：由管道组成件和管道支承件组成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或制止流体流动的管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门和其他组成件或受压部件的装配总成。 二、管道的分类 1、工业管道的分类 1）按介质压力分类： 低压管道：0 绪论 一、焊接过程的物理本质 1.焊接：被焊工件的材质(同种或异种)，通过加热或加压或二者并用，并且用或不用填充材料，使工件的材质达到原子问的结合而形成永久性连接的工艺过程称为焊接。 物理本质：1）宏观：焊接接头破坏需要外加能量和焊接的的不可拆卸性（永久性）2）微观：焊接是在焊件之间实现原子间结合。 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 从理论来讲，就是当两个被焊好的固体金属表面接近到相距原子平衡距离时，就可以在接触表面上进行扩散、再结晶等物理化学过程，从而形成金属键，达到焊接的目的。然而，这只是理论上的条件，事实上即使是经过精细加工的表面，在微观上也会存在凹凸不平之处，更何况在一般金属的表面上还常常带有氮化膜、油污和水分等吸附层。这样，就会阻碍金属表面的紧密接触。 为了克服阻碍金属表面紧密接触的各种因素，在焊接工艺上采取以下两种措施： 1)对被焊接的材质施加压力目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。 2)对被焊材料加热(局部或整体) 对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原于的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 二、焊接热源的种类及其特征 1）电弧热：利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。 2）化学热：利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。3）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。 4）高频感应热：对于有磁性的金属材料可利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。 5）摩擦热：由机械摩擦而产生的热能作为热源。 6）等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进行焊接。 7）电子束：利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为热源。 8）激光束：通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为热源。 三、熔焊加热特点及焊接接头的形成 （一）焊件上加热区的能量分布 热源把热能传给焊件是通过焊件上一定的作用面积进行的。对于电弧焊来讲，这个作用面积称为加热区，加热区又可分为加热斑点区和活性斑点区； 1)活性斑点区活性斑点区是带电质点(电子和离于)集中轰击的部位，并把电能转为热能； 2)加热斑点区在加热斑点区焊件受热是通过电弧的辐射和周围介质的对流进行的。在该区内热量的分布是不均匀的，中心高，边缘低，如同立体高斯锥体. （二）焊接接头的形成： 熔焊时焊接接头的形成，一般都要经历加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形成焊接接头。 （l）焊接热过程：熔焊时被焊金属在热源作用下发生局部受热和熔化，使整个焊接过程自始至终都是在焊接热过程中发生和发展的。它与冶金反应、凝固结晶和固态相变、焊接温度场和应力变形等均有密切的关系。 高频焊管焊接缺陷及其分析 焊接缺陷及其分析 高频直缝焊接钢管的焊接质量缺陷有裂缝、搭焊、漏水、划伤等等。下面仅对裂缝、搭焊这两个主要缺陷进行分析： 一、裂缝 裂缝是焊管的主要缺陷，其表现形式可以由通常的裂缝，局部的周期性裂缝，不规则出现的断续裂缝。也有的钢管焊后表面未见裂缝，但经压扁、矫直或水压试验后出现裂缝。裂缝严重时便漏水。产生裂缝的原因很多。消除裂缝是焊接调整操作中最困难的问题之一。 下面分别从原料方面、成型焊接孔型方面和工艺参数选择方面进行分析。 1. 原料方面 （1）钢种，即钢的化学成分对焊接性能有明显的影响，钢中所含的化学元素都或多或少、或好或坏地影响着焊接性能。高频焊由于焊接温度高，挤压力大等原因，比低频焊允许的化学范围要广些，可以焊接碳素钢、低合金钢等。碳素钢主要含有碳、硅、锰、磷、硫五种元素。低合金钢还可以含有锰、钛、钒、铝、镍等各种元素。 下面分述各种元素对焊接性能的影响。 1）碳碳含量增加，是焊接性能降低，硬度升高，容易脆裂。低碳钢容易焊接。 2）硅硅降低钢的焊接性，主要是容易生成低镕点的SiO2夹杂物；增加了熔渣和溶化金属的流动性，引起严重的喷溅现象，从而影响质量。 3）锰锰使钢的强度、硬度增加，焊接性能降低，容易造成脆裂。 4）磷磷对钢的焊接性不利。磷是造成蓝脆的主要原因。 5）铜含量小于0.75%时，不影响钢的焊接性。含量再高时，使钢的流动性增加，不利于焊接。 6) 镍镍对钢的焊接性没有显著的不利影响。7)铬铬使钢的焊接性能降低,高熔点氧化物很难从焊缝中排除。 8) 钛钛能细化晶粒，钛增加钢的焊接性能，钛能使钢的流动性变差，粘度大。 9）硫硫导致焊缝的热裂。在焊接过程中硫易于氧化，生成气体逸出，以致在焊缝中产生很多气孔和疏松。硫不利于焊接并且降低钢的机械性能，通常钢中硫被限制在规定的微量以下。 10)钒钒能显著改善普通低合金钢的焊接性能。钒能细化晶粒、防止热影响区的晶粒长大和粗化，并能固定钢中一部分碳，降低钢的淬透性。 11）铝铝对钢的焊接性能的影响使钢中铝含量的不同而不同，一般说来，脱氧后残留在钢中的铝，对焊接性能影响不大，如果作为合金元素加的量较大时，则和硅的作用相似，降低钢的焊接性能。 12）氧氧在钢中是作为有害元素来看待的，较高的含氧量在焊接时形成较多的FeO残留在焊缝处，从而降低了焊接性能。 13）氢氢是造成发裂的原因。 14）铌钢中加入0.005～0.05%的铌，能提高屈服强度和冲击韧性，改善焊接性能。15）镐锆能改善焊接金属的致密性。 16）铅铅对钢的焊接性能没有显著影响。 某个钢中里面所行各种元素对该钢中综合的焊接性能的影响，以碳当量来衡量。碳当量上限为0.65～0.70%。超过该上限，则焊缝易脆裂，硬度上升，焊接质量不好，飞锯切断和切断困难。 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 1高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz~400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接的。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应 会减小。 邻近效应是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流 对接电阻焊（以下简称对焊）是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊方法。 对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。其应用范围可归纳如下： （1）工件的接长例如带钢、型材、线材、钢筋、钢轨、锅炉钢管、石油和天然气输送等管道的对焊。 （2）环形工件的对焊例如汽车轮辋和自行车、摩托车轮圈的对焊、各种链环的对焊等。 （3）部件的组焊将简单轧制、锻造、冲压或机加工件对焊成复杂的零件，以降低成本。例如汽车方向轴外壳和后桥壳体的对焊，各种连杆、拉杆的对焊，以及特殊零件的对焊等。 （4）异种金属的对焊可以节约贵重金属，提高产品性能。例如刀具的工作部分（高速钢）与尾部（中碳钢）的对焊，内燃机排气阀的头部（耐热钢）与尾部（结构钢）的对焊，铝铜导电接头的对焊等。 对焊分为电阻对焊和闪光对焊两种。 电阻对焊 电阻对焊是将两工件端面始终压紧，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻压力（或不加顶锻压力只保持焊接时压力）完成焊接的方法。 一、电阻对焊的电阻和加热 对焊时的电阻分布如图14-2所示。总电阻可用下式表示： R=2Rω+RC+2Reω 式中Rω--一个工件导电部分的内部电阻（Ω）； Rc--两工件间的接触电阻（Ω）； Rω--工件与电极间的接触电阻（Ω）； 工件与电极之间的接触电阻由于阻值小，且离接合面较远，通常忽略不计。 工件的内部电阻与被焊金属的电阻率ρ和工件伸出电极的长度l0成正比，与工件的断面积s成反比。 和点焊时一样，电阻对焊时的接触电阻取决于接触面的表面状态、温度及压力。当接触电阻有明显的氧化物或其他赃物时，接触电阻就大。温度或压力的增高，都会因实际接触面积的增大而使接触电阻减小。焊接刚开始时，接触点上的电流密度很大；端面温度迅速升高后，接触电阻急剧减小。加热到一定温度（钢600度，铝合金350度）时，接触电阻完全消失。 和点焊一样，对焊时的热源也是由焊接区电阻产生的电阻热。电阻对焊时，接触电阻存在的时间极短，产生的热量小于总热量的10-15%。但因这部分热量是接触面附近很窄的区域内产生的。所以会使这一区域的温度迅速升高，内部电阻迅速增大，即使接触电阻完全消失，该区域的产热强度仍比其他地方高。 所采用的焊接条件越硬（即电流越大和通电时间越短），工件的压紧力越小，接触电阻对加热的影响越明显。 二、电阻对焊的焊接循环、工艺参数和工件准备 1、焊接循环 电阻对焊时，两工件始终压紧，当端面温升高到焊接温度Tω时，两工件端面的距离小到只有几个埃，端面间原子发生相互作用，在接合上产生共同晶粒，从而形成接头。电阻对焊时的焊接循环有两种：等压的和加大锻压力的。前者加压机构简单，便于实现。后者有利于提高焊接质量，主要用于合金钢，有色金属及其合金的电阻对焊，为了获得足够的塑性变形和进一步改善接头质量，还应设置电流顶锻程序。 2、工艺参数 电阻对焊的主要工艺参数有：伸出长度、焊接电流（或焊接电流密度）、焊接通电时间、焊接压力和顶锻压力。 （1）伸出长度l0 即工件伸出夹钳电极端面的长度。选择伸出长度时，要考虑两个因素：顶锻时工件的稳定性和向夹钳的散热。如果l0过长，则顶锻时工件会失稳旁弯。l0过短，则由于向钳口的散热增强，使工件冷却过于强烈，会增加塑性变形的困难。对于直径为d的工件，一般低碳钢：l0=(0.5-1)d，铝和黄铜：l0=(1-2)d，铜：l0=（1.5-2.5)d。 （2）焊接电流Iω和焊接时间tω在电阻对焊时，焊接电流常以电流密度jω来表示。jω和tω是决定工件加热的两个主要参数。二者可以在一定范围内相应地调配。可以采用大电 直缝高频焊接钢管的生产工艺流程 直缝烧焊钢管是经过高频烧焊机组将一定的规格的长条形钢带卷成圆管状并将直缝烧焊而成钢管。钢管的式样可以是圆形的，也可以是方形或异形的，它决定于于焊后的定径轧制。烧焊钢管的材料主要是：低碳钢及σs≤300N/mm2、σs≤500N/mm2的低硼钢或其它钢材。直缝钢管高频烧焊的出产工艺流程如下所述： 流程图 高频烧焊 高频烧焊是依据电磁感应原理和交流电荷在导体中的趋肤效应、邻近效应和涡电流热效应，使焊缝边缘的钢材部分加热到熔化状况，经虎符的挤压，使对接焊缝成功实现晶间结合，因此达到焊缝烧焊之目标。高频焊是一种感应焊（或压力电阻焊），它无须焊缝补充料，无烧焊飞溅，烧焊热影响区窄，烧焊成型好看，烧焊机械性能令人满意等长处，因为这个在钢管的出产中遭受广泛的应用。 钢管的高频烧焊正是利用交流电的趋肤效应和邻近效应，钢材（带钢）经滚压成型后，形成一个剖面断裂的圆形管坯，在管坯内接近感应线圈核心近旁旋转一个或一组阻抗器（磁棒），阻抗器与管坯张嘴处形成一个电磁感应回路，在趋肤效应和邻近效应的效用下，管坯张嘴处边缘萌生坚强雄厚而集中的热效应，使焊缝边缘迅疾加热到烧焊所需温度经压辊挤压后，熔化状况的金属成功实现晶间结合，冷却后形成一条坚固的对接焊缝。 高频焊管机组 直缝钢管的高频烧焊过程是在高频焊管机组中完成的。高频焊管机组一般由滚压成型、高频烧焊、挤压、冷却、定径、飞锯截断等器件组成，机组的前端配有储料活套，机组的后端配有钢管翻滚转动机架；电气局部主要有高频发生器、直流励磁发电机和仪表半自动扼制装置等组成。现以φ165mm高频焊管机组为例，其主要技术参变量如下所述： 直缝钢管 3.1 焊管成品 圆管外径：φ111~165mm 方管：50×50~125×125mm 长方形管：90×50~160×60~180×80mm 成品管壁厚：2~6mm 3.2 成型速度： 20~70米/分钟 3.3 高频感应器： 热功率： 600KW 输出频率： 200~250KHz 电源：三相380V 50Hz 冷却：水冷 激发鼓励电压： 750~1500V 影响高频焊接的主要因素有以下八个方面： 第一，频率 高频焊接时的频率对焊接有极大的影响，因为高频频率影响到电流在钢板内部的分布性。选用频率的高低对于焊接的影响主要是焊缝热影响区的大小。从焊接效率来说，应尽可能采用较高的频率。100KHz的高频电流可穿透铁素体钢0.1mm, 400KHz则只能穿透0.04mm,即在钢板表面的电流密度分布,后者比前者要高近2.5倍。在生产实践中,焊接普碳钢材料时一般可选取350KHz~450KHz的频率；焊接合金钢材料，焊接10mm以上的厚钢板时，可采用50KHz~150KHz那样较低的频率，因为合金钢内所含的铬，锌，铜，铝等元素的集肤效应与钢有一定差别。国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术，它在设定了一个频率范围后，会在焊接时根据材料厚度，机组速度等情况自动跟踪调节频率。 第二，会合角 会合角是钢管两边部进入挤压点时的夹角。由于邻近效应的作用，当高频电流通过钢板边缘时，钢板边缘会形成预热段和熔融段（也称为过梁），这过梁段被剧烈加热时，其内部的钢水被迅速汽化并爆破喷溅出来，形成闪光，会合角的大小对于熔融段有直接的影响。 会合角小时邻近效应显著，有利提高焊接速度，但会合角过小时，预热段和熔融段变长，而熔融段变长的结果，使得闪光过程不稳定，过梁爆坡后容易形成深坑和针孔，难以压合。会合角过大时，熔融段变短，闪光稳定，但是邻近效应减弱，焊接效率明显下降，功率消耗增加。同时在成型薄壁钢管时，会合角太大会使管的边缘拉长，产生波浪形折皱。现时生产中我们一般在2°--6°内调节会合角,生产薄板时速度较快，挤压成型时要用较小的会合角；生产厚板时车速较慢，挤压成型时要用较大的会合角。有厂家提出一个经验公式：会合角×机组速度≮100，可供参考。 第三，焊接方式 高频焊接有两种方式：接触焊和感应焊。 接触焊是以一对铜电极与被焊接的钢管两边部相接触，感应电流穿透性好，高频电流的两个效应因铜电极与钢板直接接触而得到最大利用，所以接触焊的焊接效率较高而功率消耗较低，在高速低精度管材生产中得到广泛应用，在生产特别厚的钢管时一般也都需要采用接触焊。但是接触焊时有两个缺点：一是铜电极与钢板接触，磨损很快；二是由于钢板表面平整度和边缘直线度的影响，接触焊的电流稳定性较差，焊缝内外毛刺较高，在焊接高精度和薄壁管时一般不采用。 感应焊是以一匝或多匝的感应圈套在被焊的钢管外，多匝的效果好于单匝，但是多匝感应圈制作安装较为困难。感应圈与钢管表面间距小时效率较高，但容易造成感应圈与管材之间的放电，一般要保持感应圈离钢管表面有5~8 mm的空隙为宜。采用感应焊时，由于感应圈不与钢板接触，所以不存在磨损，其感应电流较为稳定，保证了焊接时的稳定性，焊接时钢管的表面质量好，焊缝平整，在生产如API等高精度管子时，基本上都采用感应焊的形式。第四，输入功率 高频焊接时的输入功率控制很重要。功率太小时管坯坡口加热不足，达不到焊接温度，会造成虚焊，脱焊，夹焊等未焊合缺陷；功率过大时，则影响到焊接稳定性，管坯坡口面加热温度大大高于焊接所需的温度，造成严重喷溅，针孔，夹渣等缺陷，这种缺陷称为过烧性缺陷。高频焊接时的输入功率要根据管壁厚度和成型速度来调整确定，不同成型方式，不同的机组设备，不同的材料钢级，都需要我们从生产第一线去总结，编制适合自己机组设备的高频工艺。 第五，管坯坡口 3、高频焊接质量控制的要点 影响高频焊管质量的因素很多，而且这些因素在同一个系统内互相作用，一个因素变了，其它的因素也会随着它的改变而改变。所以，在高频调节时，光是注意到频率，电流或者挤压量等局部的调节是不够的，这种调整必须根据整个成型系统的具体条件，从与高频焊接有关联的所有方面来调整。 影响高频焊接的主要因素有以下八个方面： 第一频率 高频焊接时的频率对焊接有极大的影响，因为高频频率影响到电流在钢板内部的分布性。选用频率的高低对于焊接的影响主要是焊缝热影响区的大小。从焊接效率来说，应尽可能采用较高的频率。100KHz的高频电流可穿透铁素体钢0.1mm, 400KHz则只能穿透0.04mm,即在钢板表面的电流密度分布,后者比前者要高近2.5倍。在生产实践中,焊接普碳钢材料时一般可选取350KHz~450KHz的频率；焊接合金钢材料，焊接10mm以上的厚钢板时，可采用50KHz~150KHz那样较低的频率，因为合金钢内所含的铬，锌，铜，铝等元素的集肤效应与钢有一定差别。国外高频设备生产厂家现在已经大多采用了固态高频的新技术，它在设定了一个频率范围后，会在焊接时根据材料厚度，机组速度等情况自动跟踪调节频率。 第二会合角 会合角是钢管两边部进入挤压点时的夹角。由于邻近效应的作用，当高频电流通过钢板边缘时，钢板边缘会形成预热段和熔融段（也称为过梁），这过梁段被剧烈加热时，其内部的钢水被迅速汽化并爆破喷溅出来，形成闪光，会合角的大小对于熔融段有直接的影响。 会合角小时邻近效应显著，有利提高焊接速度，但会合角过小时，预热段和熔融段变长，而熔融段变长的结果，使得闪光过程不稳定，过梁爆坡后容易形成深坑和针孔，难以压合。会合角过大时，熔融段变短，闪光稳定，但是邻近效应减弱，焊接效率明显下降，功率消耗增加。同时在成型薄壁钢管时，会合角太大会使管的边缘拉长，产生波浪形折皱。现时生产中我们一般在2°--6°内调节会合角,生产薄板时速度较快，挤压成型时要用较小的会合角；生产厚板时车速较慢，挤压成型时要用较大的会合角。有厂家提出一个经验公式：会合角×机组速度≮100，可供参考。 第三焊接方式 高频焊接有两种方式：接触焊和感应焊。 接触焊是以一对铜电极与被焊接的钢管两边部相接触，感应电流穿透性好，高频电流的两个效应因铜电极与钢板直接接触而得到最大利用，所以接触焊的焊接效率较高而功率消耗较低，在高速低精度管材生产中得到广泛应用，在生产特别厚的钢管时一般也都需要采用接触焊。但是接触焊时有两个缺点：一是铜电极与钢板接触，磨损很快；二是由于钢板表面平整度和边缘直线度的影响，接触焊的电流稳定性较差，焊缝内外毛刺较高，在焊接高精度和薄壁管时一般不采用。 感应焊是以一匝或多匝的感应圈套在被焊的钢管外，多匝的效果好于单匝，但是多匝感应圈制作安装较为困难。感应圈与钢管表面间距小时效率较高，但容易造成感应圈与管材之间的放电，一般要保持感应圈离钢管表面有5~8 mm的空隙为宜。采用感应焊时，由于感应圈不与钢板接触，所以不存在磨损，其感应电流较为稳定，保证了焊接时的稳定性，焊接时钢管的表面质量好，焊缝平整，在生产如API等高精度管子时，基本上都采用感应焊的形式。第四输入功率 高频焊接时的输入功率控制很重要。功率太小时管坯坡口加热不足，达不到焊接温度，会造成虚焊，脱焊，夹焊等未焊合缺陷；功率过大时，则影响到焊接稳定性，管坯坡口面加热温度大大高于焊接所需的温度，造成严重喷溅，针孔，夹渣等缺陷，这种缺陷称为过烧性缺陷。高频焊接时的输入功率要根据管壁厚度和成型速度来调整确定，不同成型方式，不同 一、高频焊接H型钢在国内外应用概述 具有节能、可持续循环利用的高频焊接薄壁H型钢，是一种符合科学发展观的高校经济和用途广泛工程建材。我公司从国外引进先进的生产线和生产技术，经过一段时间的市场开发，已经在产业厂房，公共建筑、机场展馆、钢结构住宅、农业大棚等领域应用。近年来，高频焊接薄壁H型钢在日本、美国以及欧洲国家应用的比较普及，特别是在建筑屋面樑及柃条上占了很大的比例。由于全球热轧型钢的产量达到2000万吨以上，而主要消耗在建筑的柱和主梁上，为降低用钢量，国内外工程迫切需要一种互补性的建材，高频焊接H型钢的独特上风突现出来，市场需求量迅速增长。 据统计，日本生产的高频焊接薄壁H型钢为20万吨/年，尽大部分是日本柱友金属生产，大部分应用在民用住宅，房屋建筑达到150～200万栋。美国45%、欧洲60%、瑞典90%的产业建筑屋面柃条较大比例采用高频焊接H型钢。同时，巴特勒、ABC、USA、BHP等20多家跨国公司进进中国后，大量选用高频焊接H型钢作屋面柃条，为国内外推广应用高频焊接薄壁H型钢起了示范作用。 二、高频焊接H型钢作屋面檩条的技术独特上风 高频焊接薄壁H型钢之所以截面性能优越，是工艺上的先进性。由于采用高频焊接技术，焊头在腹板与翼缘之间直接供给高频电流进行加热，再通过压焊辊焊接成型，电力集中在焊缝部，由焊接产生的热影响少，所以它是在冷状态下进行焊接加工的。这就避免了翼、腹板厚度不均的题目，所以制成的型钢翼缘内外平整、精度高，外形美观；另外，高频焊接可不经过酸洗清除过程，但仍能保证无杂质夹杂。 高频焊接H型钢与传统型钢单位重量相同时，规格经济化，其断面力矩、断面系数、耐压力、承荷重等技术指标均远高于热轧型钢。而且还可方便地生产出异型H型钢（上、下翼缘不等宽，上下翼缘不等厚），因此，截面形式可以按用户指定的截面尺寸定做，方便设计选用，减少浪费。H型钢由于其截面独特的优越性，被设计单位经常采用产业房屋及民用建筑的屋面檩条上。 高频焊接H型钢规格经济化，能生产腹板厚度2.3～8mm、翼缘厚度3.2～10mm 之间的H型钢，翼缘宽度50～250mm、腹板高度70～500mm。高频焊接薄壁H型钢生产线可生产多种规格产品，翼缘与腹板焊接可采取不同钢号的材料。特别是能解决其它焊接难以控制的薄规格生产，可大幅节约钢材。 高频焊接H型钢的生产线加工轻易，更换规格方便、迅速，一次生产批量小大由之，因其自重较轻，裁剪与焊接轻易，并可任意加工、设计与组合，还可根据用户要求制造特殊尺寸以配合特殊工程之需。 由于生产过程中受设备条件限制较少，产品规格多，轻、薄，这使得很多钢结构复杂、规格众多的工程构件可以在工厂预先加工，再到工地实施拼装，缩短现场施工周期。 高频焊接H型钢与热轧H型钢和工字纲相比，施工用度低，折算成同样长度时的 焊接冶金学（基本原理）习题 绪论 1.试述焊接、钎焊和粘接在本质上有何区别？ 2.怎样才能实现焊接，应有什么外界条件？ 3.能实现焊接的能源大致哪几种？它们各自的特点是什么？ 4.焊接电弧加热区的特点及其热分布？ 5.焊接接头的形成及其经历的过程，它们对焊接质量有何影响？ 6.试述提高焊缝金属强韧性的途径？ 7.什么是焊接，其物理本质是什么？ 8.焊接冶金研究的内容有哪些 第一章焊接化学冶金 1.焊接化学冶金与炼钢相比，在原材料方面和反应条件方面主要有哪些不同？ 2.调控焊缝化学成分有哪两种手段？它们怎样影响焊缝化学成分？ 3.焊接区内气体的主要来源是什么？它们是怎样产生的？ 4为什么电弧焊时熔化金属的含氮量高于它的正常溶解度？ 5.氮对焊接质量有哪些影响？控制焊缝含氮量的主要措施是什么？ 6.手弧焊时，氢通过哪些途径向液态铁中溶解？写出溶解反应及规律？ 7.氢对焊接质量有哪些影响？ 8既然随着碱度的增加水蒸气在熔渣中的溶解度增大，为什么在低氢型焊条熔敷金属中的含氢量反而比酸性焊条少？ 9. 综合分析各种因素对手工电弧焊时焊缝含氢量的影响。 10.今欲制造超低氢焊条（[H]<1cm3/100g）,问设计药皮配方时应采取什么措施？ 11. 氧对焊接质量有哪些影响？应采取什么措施减少焊缝含氧量？ 12.保护焊焊接低合金钢时，应采用什么焊丝？为什么？ 13.在焊接过程中熔渣起哪些作用？设计焊条、焊剂时应主要调控熔渣的哪些物化性质？为什么？ 14.测得熔渣的化学成分为：CaO41.94%、28.34%、23.76%、FeO5.78%、7.23%、3.57%、MnO3.74%、4.25%，计算熔渣的碱度和，并判断该渣的酸碱性。 15.已知在碱性渣和酸性渣中各含有15%的FeO，熔池的平均温度为1700℃，问在该温度下平衡时分配到熔池中的FeO量各为多少？为什么在两种情况下分配到熔池中的FeO量不同？为什么焊缝中实际含FeO量远小于平衡时的含量？ 16.既然熔渣的碱度越高，其中的自由氧越多，为什么碱性焊条焊缝含氧量比酸性焊条焊缝含氧量低？ 17.为什么焊接高铝钢时，即使焊条药皮中不含，只是由于用水玻璃作粘结剂，焊缝还会严重增硅？ 18. 综合分析熔渣中的CaF2在焊接化学冶金过程是所起的作用。 19.综合分析熔渣的碱度对金属的氧化、脱氧、脱硫、脱磷、合金过渡的影响。 20.什么是焊接化学冶金过程，手工电弧焊冶金过程分几个阶段，各阶段反应条件有 何不同，主要进行哪些物理化学反应？ 21.什么是熔合比，其影响因素有哪些，研究熔合比在实际生产中有什么意义？ 22.解释名词：药皮重量系数、焊剂的熔化率、扩散氢、剩余氢 23.试分析氢的溶解机制及对焊接质量的影响，如何控制？ 24.试分析氮的溶解机制及对焊接质量的影响，如何控制？ 25.试分析氧的溶解机制及对焊接质量的影响，如何控制？ 26. Mn,Si脱氧剂分别适合什么渣脱氧，怎样配比效果较好？ 27.焊接熔渣的作用有哪些 28.焊接熔渣有几种，都有何特点？ 29.试述合金化的目的，方式及过渡系数的影响因素。 高频焊机的焊接工艺参数的选择 影响高频焊制管质量因素,除材质因素外还有与焊接工艺直接有关的一些因素, 如电源频率、会合角、管坯坡口形状、触头和感应圈及阻抗器的安放位置、输入功率、焊接速度及焊接压力等。 1.电源频率的选择 高频焊接可在很广的频率范围内实现。从焊接效率看，提高频率有利于集肤效应和邻近效应的发挥，有利于电能高度集中于连接面的表层，并快速地加热到焊接温度，从而可显著地提高焊接效率。所以,选择频率要尽可能地高些。不过，应注意避开无线电传送的频率波段，以免对广播产生干扰。 然而为了获得优质焊缝，频率的选择还取决于管坯材质及其壁厚。不同材质所要求的最佳频率是不同的。一般制造有色金属管材的频率要比制造碳钢管材取得高些，其原因是有色金属的热导率比钢材大，必须在比焊接钢材速度大的焊接速度下进行以使能量更加集中,才能实现焊接。管壁厚度不同，所要求的最佳率也不同。大量实践证明,频率选择不当，不是使焊缝两边加热过窄或厚度方向加热不均匀，就是使它加热过宽或发生氧化，从而导致焊缝强度降低。所以只能选用既能保证焊缝两边加热适中，又能保护厚度方向加热得均匀的频率；才是事宜的。通常是管薄壁的，选用高一些的频率，厚的，则相反，取低些。制造常用碳素钢管材时，多采用350~450KHz的频率；只有在制造特别厚壁管材时，才采用50KHz的频率。 2.会合角的选择 会合角的大小对高频焊闪光过程的稳定性，对焊缝质量和焊接效率都有很大影响。通常取2°~6°比较适宜。会合角小,邻近效应显著，有利于提高焊接速度。但不能过小，过小时，闪光过程不稳定，使过梁爆破后易形成难以压合的深坑或针孔等缺馅。会合角过大时，闪光过程虽较稳定，但邻近效应减弱，使得焊接效率下降，功率消耗増加。同时，形成此角度也较困难。易引起管坯边缘产生折皱。 3.管坯坡口形状的选择 管坯坡口形状对坡口面加热的均匀程度及焊接质量影响很大。通常采用I 形坡口，因坡口面加热可较均匀，而且坡口准备容易。但是，当管坯的厚度很大时，若用I形坡口，则坡口横断面的中心部分就会加热不足，而其上下边缘却相反，显得有些加热过度。为保证质量，应改用x型坡口。实践证明，用高频焊机制造厚壁管时，采用X型坡口可使坡口横断面加热均匀，焊后接头硬度亦趋一致。 4.触头、感应圈及阻抗器安放位置的选择 (1)触头位置 为保持高效率焊接，触头安放位置应尽可能靠近挤压辊轮，它与两挤压辊轮中心连线的距离，一般取20~l50mm，焊铝管时取下限，焊壁厚10mm以上的低碳钢管时选上限。典型的触头位置数据。 (2)感应圈位置 感应圈应与管子同心放置，其前端距两挤压辊轮中心连线的距离，同触头情 1.1.1/1.1.2 焊接技术概述 1. 按照DIN1910 中焊接方法的分类，对所焊工件实施的能量载体分类有那些，按照焊接的物理过程将焊接方法分为哪二大类？按照焊接目的又将焊接方法分为哪二大类？ 2. 熔化焊的定义是什么？熔化焊包括哪些焊接方法？其中的电弧焊是怎样分类的？ 3. 压力焊的定义是什么？其中的电阻焊是怎样分类的？ 4. 正确选择焊接方法的根据是什么？ 5. 熟记常用焊接方法的数字和符号标记 1.1.3/1.4 火焰技术 1. 按照ISO4063 标准气焊是如何分类的？数字代号是什么？ 2. 火焰技术中所使用的燃气有哪几种？ 3. 气焊操作方法的左焊法和右焊法的区别、应用范围和所焊材料。 4. 气焊所用的氧乙炔火焰有那三种类型？适用哪些材料的焊接？ 1.1.5/1.6 电工基础 1、什么是电流？ 2、解释欧姆定律公式和意义 3、直流电、交流电有何区别？ 4、我国三相交流电频率、有效值是多少？ 5、交流电中有哪些功率？它们之间的关系？ 6、变压器一次绕组和二次绕组的电流、电压有效值之间的关系？ 7、试述晶闸管的特点及导通条件 8、叙述单向桥式整流过程 1.1.7 电弧 1. 电弧的定义及其电离过程是什么？ 2. 保护气体对电弧性能的影响如何？ 3. 磁场对电弧是如何影响的？采取哪些措施可减少和避免磁偏吹？ 1.1.8/1.9 弧焊电源 1. 焊接变压器有哪几种结构形式并说明它们各自的工作原理 2. 焊接整流器和焊接变流器的主要工作原理 3. 弧焊电源的暂载率的定义，在德国的额定手工焊暂载率的含义 4. 弧焊电源下降特性和恒压特性的工作点的确定以及适用范围 5. 主要焊接方法对电源特性的选择及有关要求 1.1.10/1.1.11 焊条电弧焊 1. 正确叙述焊条电弧焊工作原理 2. 电弧焊焊条药皮的作用有哪些？焊条药皮厚度是如何划分的？ 3. 焊条电弧焊电源的种类有哪些？ 4. 对焊条电弧焊焊接电源和极性有什么要求？ 1.1.12 气体保护焊简介 1. 气体保护焊有哪几种？ 2. 在ISO14175 中，符号R , I , M , C 和F 各自代表何种保护气体？它们用于什么材料的焊接？ 3. 氩气表可以用于其它保护气体吗？应注意什么问题？ 4. 保护气体中的氢气和氦气有什么特性？举例说明它们各自的应用 1.1.13/1.1.14 钨极惰性气体保护焊 1. TIG焊时，对钨电极端部形状的要求及对熔深的影响如何？ 高频焊接技术简介 高频焊接起源于上世纪五十年代，它是利用高频电流所产生的集肤效应和相邻效应，将钢板和其它金属材料对接起来的新型焊接工艺。高频焊接技术的出现和成熟，直接推动了直缝焊管产业的巨大发展，它是直缝焊管（ERW）生产的关键工序。高频焊接质量的好坏，直接影响到焊管产品的整体强度，质量等级和生产速度。 作为焊管生产制造者，必须深刻了解高频焊接的基本原理；了解高频焊接设备的结构和工作原理；了解高频焊接质量控制的要点。 1 高频焊接的基本原理 所谓高频，是相对于50Hz的交流电流频率而言的，一般是指50KHz～400KHz的高频电流。高频电流通过金属导体时，会产生两种奇特的效应：集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行金属管的焊接。那么，这两个效应是怎么回事呢？ 集肤效应：是指以一定频率的交流电流通过同一个导体时，电流的密度不是均匀地分布于导体的所有截面的，它会主要向导体的表面集中，即电流在导体表面的密度大，在导体内部的密度小，所以我们形象地称之为：“集肤效应”。集肤效应通常用电流的穿透深度来度量，穿透深度值越小，集肤效应越显著。这穿透深度与导体的电阻率的平方根成正比，与频率和磁导率的平方根成反比。通俗地说，频率越高，电流就越集中在钢板的表面；频率越低，表面电流就越分散。必须注意：钢铁虽然是导体，但它的磁导率会随着温度升高而下降，就是说，当钢板温度升高的时候，磁导率会下降，集肤效应会减小。 邻近效应：是指高频电流在两个相邻的导体中反向流动时，电流会向两个导体相近的边缘集中流动，即使两个导体另外有一条较短的边，电流也并不沿着较短的路线流动，我们把这种效应称为：“邻近效应”。 邻近效应本质上是由于感抗的作用，感抗在高频电流中起主导的作用。邻近效应随着频率增高和相邻导体的间距变近而增高，如果在邻近导体周围再加上一个磁心，那么高频电流将更集中于工件的表层。 这两种效应是实现金属高频焊接的基础。高频焊接就是利用了集肤效应使高频电流的能量集中在工件的表面；而利用了邻近效应来控制高频电流流动路线的位置和范围。电流的速度是很快的，它可以在很短的时间内将相邻的钢板边部加热，熔融，并通过挤压实现对接。 2 高频焊接设备的结构和工作原理 了解了高频焊接原理，还得要有必要的技术手段来实现它。高频焊接设备就是用于实现高频焊接的电气—机械系统，高频焊接设备是由高频焊接机和焊管成型机组成的。其中高频焊接机一般由高频发生器和馈电装置二个部分组成，它的作用是产生高频电流并控制它；成型机由挤压辊架组成，它的作用是将被高频电流熔融的部分加以挤压，排除钢板表面的氧化层和杂质，使钢板完全熔合成一体。 采暖系统 一.系统概述 1.系统概况 (１).采暖供热热媒为９５～７０℃热水,其热水由换热站供给; (２).(Ａ)散热器 住宅使用的散热器采用壁挂式高频焊散热器安装,住宅卫生间采用GCB220—2(300×80)钢制串片闭式散热器门上安装,地下二层、一层、人防、汽车库及设备用房采用GCB360—1。2(510×80)。 (Ｂ)管道 采暖管道均采用普通焊接钢管, 管径40与40以上者均采用焊接, 管径32与32MM以下者采用焊接钢管, 地下一层, 地下二层及二十一层配电室, 电缆室, 弱电室, 电信机房及电梯机房内采暖管道均焊接, 无安装任何阀门。 (Ｃ)保温 管井内, 地下一层, 地下二层, 十三层, 屋面暖沟, 电梯机房层各房间, 水箱, 暖气供回水干管及阀门均做保温, 保温材料采用岩棉管壳, 外缠玻璃丝布, 刷防火涂料。 (Ｄ)阀门 公称直径(ＤＮ)小于等于５０的阀门采用铜截止阀(Ｊ１１Ｔ－１６),公称直径(ＤＮ)大于等于５０的阀门采用蝶阀(Ｄ７37Ｆ－１6)。 二.系统流程 (１)根据所属水系的不同,采暖可分为三个部分(见流程示意图): (Ａ).地下二层及地下一层、人防、汽车库及设备用房为低区,采用上供上回双管系统。 (B)、中段、南段、北段1—13层为中区,采用上供下回单双管顺流系统。 (C) 南段、北段14—20层为高区采用上供下回单管顺流系统。 (２)采暖供水来自换热站的分水器,其回水亦回到换热站,循环泵注入换热器,再成为供水进入分水器, 三.主要设备、材料技术参数 四.操作(送暖)程序 １.送暖的必要条件 送暖前必须具备以下条件: (１)采暖系统压力测试完毕并合格; (２)采暖系统冲洗完毕并合格,且冲洗完成期距送暖期不超过３０天; (３)换热站已投入运行并正常; (４)建筑物的保温维护结构(如门窗等)完整。 采暖系统 一．系统概述 1．系统概况 （１）．采暖供热热媒为９５～７０℃热水，其热水由换热站供给；（２）．（Ａ）散热器 住宅使用的散热器采用壁挂式高频焊散热器安装，住宅卫生间采用GCB220—2(300×80)钢制串片闭式散热器门上安装，地下二层、一层、人防、汽车库及设备用房采用GCB360—1。2（510×80）。 （Ｂ）管道 采暖管道均采用普通焊接钢管, 管径40和40以上者均采用焊接, 管径32和32MM以下者采用焊接钢管, 地下一层, 地下二层及二十一层配电室, 电缆室, 弱电室, 电信机房及电梯机房内采暖管道均焊接, 无安装任何阀门。 （Ｃ）保温 管井内, 地下一层, 地下二层, 十三层, 屋面暖沟, 电梯机房层各房间, 水箱, 暖气供回水干管及阀门均做保温, 保温材料采用岩棉管壳, 外缠玻璃丝布, 刷防火涂料。 （Ｄ）阀门 公称直径（ＤＮ）小于等于５０的阀门采用铜截止阀（Ｊ１１Ｔ－１６），公称直径（ＤＮ）大于等于５０的阀门采用蝶阀（Ｄ７37Ｆ－１6）。 二．系统流程 （１）根据所属水系的不同，采暖可分为三个部分（见流程示意图）：（Ａ）．地下二层及地下一层、人防、汽车库及设备用房为低区，采用上供上回双管系统。 (B).中段、南段、北段1—13层为中区，采用上供下回单双管顺流系统。 (C) 南段、北段14—20层为高区采用上供下回单管顺流系统。 （２）采暖供水来自换热站的分水器，其回水亦回到换热站，循环泵注入换热器，再成为供水进入分水器， 三．主要设备、材料技术参数 四．操作（送暖）程序 １．送暖的必要条件 送暖前必须具备以下条件： （１）采暖系统压力测试完毕并合格； （２）采暖系统冲洗完毕并合格，且冲洗完成期距送暖期不焊接冶金学(基本原理)
高频焊管焊接缺陷及其分析
ERW焊接原理
对接电阻焊
直缝高频焊接钢管的生产工艺流程
影响高频焊接的主要因素有以下八个方面
高频焊接质量控制的要点
高频焊H型钢技术应用
焊接冶金学(基本原理)习题
高频焊机的焊接工艺参数的选择
国际焊接工程师-思考题
高频焊接技术简介
暖气维护手册
采 暖 系 统
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