焊工工艺与技能训练（高级）教案 - 图文

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专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 学习领域 焊接材料 序号 审 签 课 时 焊接材料——铸铁、有色金属 教学 目标 能够正确选用和使用铸铁、有色金属的焊条、焊丝和焊剂。 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第七章 焊 前 准 备 高级焊工在进行焊接工作前的准备工作中，首先要进行安全检查。安全检查包括对场地、设备、工具、夹具等的安全检查。同时，高级焊工要做好个人的劳动保护。安全检查和劳动保护的主要内容、方法和注意事项同初级焊工部分。 第一节 焊 接 材 料 学习目标：能够正确选用和使用铸铁、有色金属的焊条、焊丝和焊剂。 一、铸铁焊接材料 1.铸铁焊条的种类 为适应不同铸铁焊接的需要，铸铁焊条的种类很多，根据国家标准（GB10044-88 ）的规定，铸铁焊条的分类见表7-1。 表7-1 类 型 铁基焊条 名 称 灰铸铁焊条 球墨铸铁焊条 纯镍铸铁焊条 镍基焊条 镍铁铸铁焊条 镍铜铸铁焊条 镍铁铜铸铁焊条 其他焊条 纯铁及碳钢焊条 高钒铸铁焊条 型 号 EZC EZCQ EZNi EZNiFe EZNiCu EZNiFeCu EZFe EZV 2. 铸铁焊条型号（新）及牌号（旧） （1）型号（新）表示方法 依据国家标准（GB10044-88 ）标准，铸铁焊条是根据熔敷金属的化学成分及用途来划分型号的。其具体方法为： 1）用字母“E”表示焊条。 3）在字母“EZ”后用熔敷金属主要化学元素符号或金属类型代号表示，见表1-1 4）再细分时用数字表示，并用短划“—”与前面元素符号分开： 5）举例

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教学过程 （2）型号（新）与牌号（旧）对照 为了便于识别，现将常用铸铁焊条型号（新）与牌号（旧）对应情况列于表7-2。 3. 铸铁焊条的选用 常用铸铁焊条的主要用途以及使用时应注意的问题列于表7-3，以便正确的选用。 4. 铸铁焊丝的选用 （l）铸铁焊丝型号 依据国家标准（GB10044-88 ）的规定，铸铁焊丝的型号是根据焊丝本身的化学成分及用途来划分的。具体表示为： 3 备注 一体化教学教案

教学过程 1）用字母“R”表示焊丝。 2）用字母“Z”表示焊丝用于铸铁焊接。 3）在字母“RZ”后用焊丝主要化学元素符号或金属类型代号表示，见表7-4。 4）再细分时用数字表示，并以短划“—”与前面化学元素符号分开。 5）举例 （2）铸铁焊丝的选用 1）RZC型焊丝的选用 RZC型是采用石墨化元素较多的灰铸铁浇铸成焊丝。适用于中小型薄壁件铸铁的气焊。可以配合焊粉使用。采用热焊和不预热焊法。 ①热焊是焊前把工件预热至6000C左右，在4000C以上焊补，焊后600～7000C保温消除应力。焊缝可加工，其硬度、强度及颜色与母材相同。 ②不预热焊是焊前工件不预热或局部预热，焊后缓冷。焊缝可加工，其硬度、强度及颜色与母材基本相同。 2）RICH型焊丝的选用 RICH型焊丝中含有一定质量分数的合金元素，焊缝强度较高，适用于高强度灰铸铁及合金铸铁等气焊。可以配合焊粉使用，补焊工艺与RZC基本相同。根据需要，焊后可以进行热处理： 3）RZCQ型焊丝的选用 RZCQ型焊丝中含有一定量的球化剂，焊缝中的石墨呈球状，具有较好的塑性和韧性适用于球墨铸铁、高强度灰铸铁及可锻铸铁的气焊。补焊工艺与RZC基本相同，焊后可进行热处理。 5. 铸铁焊粉 铸铁气焊时，由于硅易氧化而生成高熔点的酸性氧化物SiO2，其粘

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教学过程 度较大，流动性不好，妨碍焊接过程的正常进行，易使焊缝造成夹渣等缺陷，故应设法除去。因此采用熔剂（焊粉），使其与碱性氧化物结合成低熔点的渣，因而能浮到熔池表面上而清除。铸铁用熔剂见表7-5。 二、有色金属焊接材料 1.有色金属焊条选用 （1）铝及铝合金焊条 依据《铝及铝合金焊条》（GB3669—83）的规定，铝及铝合金焊条是根据焊态的焊缝机械性能及焊态的化学成分分类来表示型号的。由于实际生产中铝焊条使用极少，故不作详细介绍。 （2）铜及铜合金焊条 依据《铜及铜合金焊条》（GB/T3670-1995）的规定，铜及铜合金焊条是根据熔敷金属的化学成分来分类并表示的。同样生产中使用铜焊条不多，因此这里也不做介绍。 2.有色金属焊丝选用 （1）铝及铝合金焊丝 1）铝及铝合金焊丝型号 依据《铝及铝合金焊丝》（GB10858-89）的规定，该标准适用于惰性气体保护焊、等离子弧焊、气焊等焊接方法的铝及铝合金焊丝。铝及铝合金焊丝是根据化学成分来分类并确定型号的，见表7-6 备注 5

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教学过程 型号的具体编制方法为： ①焊丝型号以“丝”字的汉语拼音字母“S”为型号的第一个字； ②“S”后面用化学元素符号表示焊丝的主要合金组成； ③化学元素符号后的数字表示同类焊丝的不同品种，并用短划“—”，与元素符号分开。 2）铝及铝合金焊丝的选用 一常用铝及铝合金焊丝的用途见表7-7。如果没有现成的焊丝，可以用相应牌号的板材切成条或用铝合金铸件熔铸成长条做填充金属。表7-8和7-9还列举了同种母材及异种母材组合焊接时可采用的焊丝。 （2）铜及铜合金焊丝 1）铜及铜合金焊丝牌号 依据《铜及铜合金焊丝》（GB9460-88）规定，本标准适用于熔化极惰性气体保护焊和气焊等焊接工艺方法用的铜及铜合金焊丝。铜及铜合金焊丝的分类、名称及牌号见表7-10 牌号的编制方法为 ①牌号表示以焊丝的“焊”和“丝”字汉语拼音字母“H”和“S”作为牌号的标记； ②“HS”后面的化学元素符号表示焊丝的主要组成元素； ③元素符号后面的数字表示顺序号，代表不同的合金含量，并用短划“—”与前面的元素符号分开。 焊丝表面每隔一定距离有打印表示牌号的代号或相应的颜色，如表7-10所示。每根直焊丝表面至少打印一个代号，涂色应涂在端面或距端面小于30mm处。 2）铜及铜合金焊丝的选用 一般来说铜及铜合金气焊或氢弧焊应选用相同成分的焊丝但在焊接黄铜时，为了抑制锌的蒸发，可选用含硅量高的黄铜或硅青铜焊丝，以解决锌蒸发所带来的不利影响。 6 备注 一体化教学教案

教学过程 3.有色金属熔剂的选用 有色金属气焊时一般都必须采用熔剂，主要是用于清除焊件表面上的氧化物，使脱氧产物和其他一些非金属杂质过渡到渣中去，并改善液体金属的流动性，形成的渣还对熔池金属起到一定的保护作用。有色金属气焊用熔剂见表7-11。 三、异种金属焊接材料 由于金属材料品种繁多，各种金属材料相互组合时会产生各自不同的特点，因此，焊接材料没有统一的规定，一般都是根据异种金属的种类来确定，这里不一一介绍，具体焊接材料选择，请看第八章异种金属焊接部分。 备注 7 一体化教学教案

专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 学习领域 工件准备 序号 审 签 课 时 工件准备—— 铸铁、有色金属的坡口制备 教学 目标 能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第二节 工 件 准 备 学习目标：能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 一、铸铁 1. 铸铁分类 铸铁是碳的质量分数为2.11%～6.67%的铁碳合金。工业中常用的铸铁的碳的质量分数为2.5%～4%，硅的质量分数为1%～5%，以及少量的锰、硫、磷等元素。特种铸铁中含有一定的铬、铝等。 铸铁按碳存在的形式和状态不同，主要可分为白铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。 2. 铸铁焊前准备要求 （1）检查缺陷 利用肉眼、放大镜、磁粉、着色探伤法、煤油渗透法或水压试验法进行检查，准确确定缺陷的位置、性质和形状。 （2）清理工件 铸件在焊补前应将缺陷部位及附近的铁渣、油脂及残留的型砂、赃物等清除干净，直至露出金属光泽。 （3）准备坡口 根据缺陷的性质，用扁铲、砂轮等在缺陷处加工坡口，缺陷的性质、形状和焊补方法不同，加工坡口的尺寸也不相同。 1）热焊时，小而浅的缺陷开坡口时要予以扩大，面积须大于8cm，铲出的型槽形状应当圆滑，如图7-1所示。为保证焊接后的几何形状，不使熔融金属外流，可在铸件待补L处简单造型，如图7-2，图7-3所示。造型应牢固可靠，以免焊接过程中脱落。焊前用气体火焰将焊补处的油污连同造型材料中的水分除掉。 9 一体化教学教案

教学过程 2）冷焊时，坡口的形状及尺寸如图7-4，图7-5所示。 3）存在裂纹缺陷时，为了防止在焊补过程中裂纹扩展，应在离裂纹端部3～5mm处钻止裂孔（Φ5～8mm），如图7-6所示： 4）开深坡口时，由于缺陷体积大，焊接层数多，焊接应力也会很大，容易引起焊缝与母材剥离，因此常采用栽螺钉法，即在母材上钻孔攻螺纹，拧入钢质螺钉，如图7-7所示焊接时先绕螺钉焊接，再焊螺钉之间。 由于螺钉承担了部分焊接应力，防止了焊缝剥离。 （4）焊前预热 根据焊件形状、厚度、缺陷位置及焊补要求选择热焊法或冷焊法。热焊法预热温度为600～700℃半热焊法预热温度为400℃左右，冷焊法一般不预热。预热方法可采用加热炉，砖砌的明炉加热，也可以采用煤气加热或气焊火焰加热。根据缺陷处刚度大小，可以整体预热，也可以局部预热 备注 二、有色金属 1. 铝及铝合金 （1）铝及铝合金的分类 铝和铝合金可以分为纯铝、变形铝合金及铸造铝合金；其中变形铝 10

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教学过程 合金又分为防锈全硬铝、超硬铝和锻铝。焊接中应用较多的是纯铝和防锈铝合金。 （2）铝及铝合金的焊前准备 1）下料及加工坡口 按照所规定的坡口尺寸进行加工，加工采用机械刨削方法。用等离子切下料后，也要采用刨削坡口后能焊接。因为在坡口上进行化学清洗时，坡口上如果有裂纹和刀痕，已存清洗液，影响焊接质量。所以注意加工表面不能造成裂纹和明显的刀痕。 坡口上板厚在1.52～2.0mm以下可用卷边接头。厚度小于3～5mm的铝板，一般不需要开坡口，在接头处留1mm的间隙。板厚5～15mm时，可开单面V形坡口，坡口角度约为60～700，钝边小于或等于3mm时，其间隙为1～3mm。板厚大于8mm时，也可以开X形坡口或U形坡口，坡口角度约为600～700。铝及铝合金TIG焊的坡口形式见表7﹣12。 2）焊前清理 焊前清理的目的是清除工件和焊丝表面的油污、脏物和氧化膜。铝的氧化膜非常致密、不导电、熔点高（2050℃），在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，形成未熔合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，使焊缝生成气孔。因此，为保证焊接质量，焊前必须严格清理焊件表面的氧化膜。清理的方法主要有： ①机械清理法 先用有机溶剂（丙酮或酒精）擦拭奉面以除油，然后用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷净（金属丝直径≤0.15mm），刷到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不宜用砂轮打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时会产生缺陷。 ②化学清洗法 化学清洗效率高，质量稳定，适用于清洗焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。化学清洗法见表7-13。 工件和焊丝经过清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜。特别是在潮湿环境以及在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜生成更快，因此清理后存放时间应越短越好。在潮湿的环境下，一般应在清理后4h内施焊。在干燥的空气中，一般存放时间不超过24 h。清理后存放时间过长，需要重新清理。 11 备注 一体化教学教案

教学过程 3）垫板 是铝及铝合金在高温时强度很低，液体流动性能好，在焊接时金属往往容易下塌，为了保证焊透又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔化金属及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢或碳钢板等，垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型也可以不加垫板采用单面焊双面成型工艺，但是这种焊接方法对焊工操作技术要求很高，并且要求工艺参数选择合理。 4）焊前预热 小件、薄件一般不预热、厚度超过5~10 mm的厚大铝件，为了防止产生变形、热裂纹；未焊透、气孔等缺陷，焊前应预热。一般用氧﹣乙炔焰、喷灯或电炉将工件慢慢加热到100～300℃左右 2.铜及铜合金 （l）铜及铜合金的分类 铜及铜合金通常可以分为四大类：紫钢、黄铜、青铜和白铜 （2）铜及铜合金的焊前准备 1）接头形式及坡口准备 由于铜及铜合金具有导热率高和液态流动性好的特性，因止其接头形式的设计和选择与钢相比有些特殊要求 ①只有当被焊接头相对热源呈对称形时，接头两侧具备相同的传热条件产，才能获成型均匀的焊缝。因此，对接接头、端接接头是合理的。搭接接头、T形接头和角接接头应尽量；采用，或改为对接接头，图7-8所示为紫铜TIG焊的接头形式及尺寸。 12 备注 一体化教学教案

教学过程 2）采用单面焊接头， 特别是采用开坡口的单面焊接头时， 必须在背面口成型垫板才不致使液态铜流失而获得所要求的焊缝形状。在没有采用焊缝成型装置的情况下，可选用双面焊接头，以保证良好的焊缝成型。 一般情况下对铜及铜合金工件不宜采用立焊和仰焊。 ③不等厚工件的对接，要求采用厚度过渡接头。坡口的具体尺寸可根据不同焊接方法及选用的工艺参数，参考常用的钢接头坡口尺寸来决定 2）焊前清理 为了防止产生气孔，焊前必须将坡口及坡口两侧30mm的油脂、水分氧化物及脏物等清理干净，露出金属光泽。油脂等脏物可用丙酮、酒精等有机溶剂擦拭。污染较重的工件，可使用氢氧化钠（NaOH）10%的水溶液在30～400C温度下进行清洗，然后用清水冲洗，风干或低温干燥。 表面氧化膜可用机械方法（钢丝轮或不锈钢丝轮）清理，也可用酸洗法，即将工件置于HNO3（75 cm3／L）+ H2SO4（100 cm3/L） + HCl（1 cm3/L）的混合溶液中进行清洗，然后用碱水冲洗，再用水冲净，热风吹干。 3）装配焊件 根据焊接方法、接头形式和坡口尺寸，留出装配间隙的方法有两种（图7-9）。 ①等间隙法 即根据板厚留出大小一定的间隙，并做定位焊。 ②不等间隙法 根据板厚、焊缝长度、垫板的种类、焊接方法等留出间隙al或a2。 al或a2。可按下式估算： 备注 13 一体化教学教案

教学过程 根据上述经验公式计算出的数据还需经过试验，调整到合适的程度。 4）垫板 焊接熔池中铜液的流动性很好，为防止铜液从坡口背面流失，保证焊缝成型。特别是在焊接厚板及要求单面焊双面成型时，接头背面需采用垫板。垫板有永久垫板和可拆垫板两种，常用的可拆垫板有：紫铜垫、钠垫、石棉垫、粘结软垫（陶质粘结软垫和玻璃纤软垫）等。永久垫板是用与焊件同种材料做成，焊后永久地留在焊件上，仅适用于要求不高或使用条件允许的结构。 5）焊前预热 由于铜和铜合金的导热性非常好，焊接时会产生未熔合，因此焊前工件常需要预热。预热温度一般为300℃～700℃，根据焊件形状、尺寸、焊接方法和采用的工艺参数而定，并应注意在焊接过程中保持这个温度。 备注 三、异种金属 1.异种金属的概念 随着现代工业的发展，对零部件的性能提出了更高要求，有些情况下，一种金属材料不能全面满足使用要求，或者即使某种金属比较理想，也往往由于十分稀贵不能在工程中使用。现代焊接技术的发展已经可以将不同成分、不同性能的材料焊接成复合零部件，即能满足性能要求又可节约贵重材料降低成本，因此异种金属的焊接越来越受到人们的重视。从材料角度来看，异种金属焊接主要包括三种情况：异种钢焊接（如奥氏体钢与珠光体钢的焊接）；异种有色金属焊接（如铜和铝的焊接）；钢与有色金属焊接（如钢与铜、钢与铝的焊接）。 从接头形式角度来看，也有三种情况：两种不同金属母材的接头（如钢与铜的接头）；母材金属相同，而采用不同焊缝金属的接头（如在低碳钢上堆焊奥氏体不锈钢）；复合金属板的接头（如奥氏体不锈钢复合板的接头）。 2.异种金属的特点 由于异种金属之间性能上的差别很大，所以焊接异种金属比焊接同种金属困难的多。对两种不同的金属进行直接焊接时，存在的主要困难有： （1）熔点不同 当两种被焊金属的熔化温度相差很大时，其中一种金属在焊接时已经熔化，而另一种金属还处于固态，焊接接头难以焊合 。 （2）线膨胀系数不同 14 一体化教学教案

教学过程 当两种被焊金属的线膨胀系数相差很大时，焊接过程中就会产生很大热应力，容易使焊缝和热影响区产生裂纹。 （3）导热性和比热容不同 当导热性和比热容相差很大时，会使焊缝的结晶条件变坏，晶粒粗化严重。 （4）电磁性能不同 焊接电弧不稳定，将使焊缝成型变坏。 （5）冶金上的相容性 在液态和固态下都具有良好互溶性的异种金属，在熔焊时能形成完好的接头如铁和镍和铜等。而在液态下不相溶或会形成脆性化合物的异种金属，不能用熔焊方法直接焊接因为脆性化合物越多，焊缝越容易形成裂纹，如铁和镁、铁与铝的焊接等。 3.异种金属焊前准备 目前，在生产中实现异种金属焊接接头的连接方式主要有：直接焊接法、堆焊隔离层法、中间加过渡段法和双金属接头过渡法等方式。 （1）坡口准备 1）直接焊接法 异种金属焊接时，确定坡口角度的主要依据除母材厚度之外，还有母材在焊缝中的熔合比。一般来说，坡口角度越大，熔合比越小；反之，坡口角度越小，熔合比越大。异种金属焊接时，为了减小熔化的母材对焊缝的稀释作用，原则上希望熔合比越小越好，所以一般开较大的坡口。 2）堆焊隔离层法 先在金属A（或B）的坡口表面上堆焊一层中间金属，然后用与中间金属和金属B（或A）性能相近的填充金属材料，将金属A和金属B连接起来，如图7-10所示。例如焊接碳钢Q235和不锈钢1Cr18N。时，碳砂不锈钠可开成V或U形坡口，然后在Q235钢的坡口表面，用含铬镍高的材料堆焊一层奥氏体过渡层，厚度通常为5～6 mm，如母材为易淬火钢时，过渡层厚度可增加到9 mm。 15 备注

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教学过程 3）中间加过渡段法 异种金属焊接时也常于金属A和金属B之间采用金属C做中间过渡段，然后将中间过渡段C分别与A、B焊接起来。坡口形式应根据金属A、金属B和中间过渡段C的具体情况决定。 4）双金属接头过渡法 先将金属A和金属B用特殊的焊接方法预先焊接成双金属接头（例如用摩擦焊方法焊接铝铜接头），然后将金属A和金属B和双金属接头分别用普通焊接方法进行焊接。 5）复合钢板焊接准备 复合钢板（如基层为碳钢，复层为不锈钢的复合钢板）的坡口一般都开在基层上，坡口形却口图7-11所示。 （2）预热 异种金属焊接时，预热温度主要根据母材的淬火裂纹倾向大小和焊缝金属的合金化程度来确定。 备注 16 一体化教学教案

专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 学习领域 工件准备 序号 审 签 课 时 工件准备—— 铸铁、有色金属的坡口制备 教学 目标 能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第二节 工 件 准 备 学习目标：能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 一、铸铁 1. 铸铁分类 铸铁是碳的质量分数为2.11%～6.67%的铁碳合金。工业中常用的铸铁的碳的质量分数为2.5%～4%，硅的质量分数为1%～5%，以及少量的锰、硫、磷等元素。特种铸铁中含有一定的铬、铝等。 铸铁按碳存在的形式和状态不同，主要可分为白铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。 2. 铸铁焊前准备要求 （1）检查缺陷 利用肉眼、放大镜、磁粉、着色探伤法、煤油渗透法或水压试验法进行检查，准确确定缺陷的位置、性质和形状。 （2）清理工件 铸件在焊补前应将缺陷部位及附近的铁渣、油脂及残留的型砂、赃物等清除干净，直至露出金属光泽。 （3）准备坡口 根据缺陷的性质，用扁铲、砂轮等在缺陷处加工坡口，缺陷的性质、形状和焊补方法不同，加工坡口的尺寸也不相同。 1）热焊时，小而浅的缺陷开坡口时要予以扩大，面积须大于8cm，铲出的型槽形状应当圆滑，如图7-1所示。为保证焊接后的几何形状，不使熔融金属外流，可在铸件待补L处简单造型，如图7-2，图7-3所示。造型应牢固可靠，以免焊接过程中脱落。焊前用气体火焰将焊补处的油污连同造型材料中的水分除掉。 18 一体化教学教案

教学过程 2）冷焊时，坡口的形状及尺寸如图7-4，图7-5所示。 3）存在裂纹缺陷时，为了防止在焊补过程中裂纹扩展，应在离裂纹端部3～5mm处钻止裂孔（Φ5～8mm），如图7-6所示： 4）开深坡口时，由于缺陷体积大，焊接层数多，焊接应力也会很大，容易引起焊缝与母材剥离，因此常采用栽螺钉法，即在母材上钻孔攻螺纹，拧入钢质螺钉，如图7-7所示焊接时先绕螺钉焊接，再焊螺钉之间。 由于螺钉承担了部分焊接应力，防止了焊缝剥离。 （4）焊前预热 根据焊件形状、厚度、缺陷位置及焊补要求选择热焊法或冷焊法。热焊法预热温度为600～700℃半热焊法预热温度为400℃左右，冷焊法一般不预热。预热方法可采用加热炉，砖砌的明炉加热，也可以采用煤气加热或气焊火焰加热。根据缺陷处刚度大小，可以整体预热，也可以局部预热。 备注 二、有色金属 1. 铝及铝合金 19 一体化教学教案

教学过程 （1）铝及铝合金的分类 铝和铝合金可以分为纯铝、变形铝合金及铸造铝合金；其中变形铝合金又分为防锈全硬铝、超硬铝和锻铝。焊接中应用较多的是纯铝和防锈铝合金。 （2）铝及铝合金的焊前准备 1）下料及加工坡口 按照所规定的坡口尺寸进行加工，加工采用机械刨削方法。用等离子切下料后，也要采用刨削坡口后能焊接。因为在坡口上进行化学清洗时，坡口上如果有裂纹和刀痕，已存清洗液，影响焊接质量。所以注意加工表面不能造成裂纹和明显的刀痕。 坡口上板厚在1.52～2.0mm以下可用卷边接头。厚度小于3～5mm的铝板，一般不需要开坡口，在接头处留1mm的间隙。板厚5～15mm时，可开单面V形坡口，坡口角度约为60～700，钝边小于或等于3mm时，其间隙为1～3mm。板厚大于8mm时，也可以开X形坡口或U形坡口，坡口角度约为600～700。铝及铝合金TIG焊的坡口形式见表7﹣12。 2）焊前清理 焊前清理的目的是清除工件和焊丝表面的油污、脏物和氧化膜。铝的氧化膜非常致密、不导电、熔点高（2050℃），在焊接过程中，氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合，形成未熔合，并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分，使焊缝生成气孔。因此，为保证焊接质量， 20 备注

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教学过程 焊前必须严格清理焊件表面的氧化膜。清理的方法主要有： ①机械清理法 先用有机溶剂（丙酮或酒精）擦拭奉面以除油，然后用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷净（金属丝直径≤0.15mm），刷到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不宜用砂轮打磨，因为砂粒留在金属表面，焊接时会产生缺陷。 ②化学清洗法 化学清洗效率高，质量稳定，适用于清洗焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。化学清洗法见表7-13。 工件和焊丝经过清理后，在存放过程中会重新产生氧化膜。特别是在潮湿环境以及在被酸、碱等蒸气污染的环境中，氧化膜生成更快，因此清理后存放时间应越短越好。在潮湿的环境下，一般应在清理后4h内施焊。在干燥的空气中，一般存放时间不超过24 h。清理后存放时间过长，需要重新清理。 3）垫板 是铝及铝合金在高温时强度很低，液体流动性能好，在焊接时金属往往容易下塌，为了保证焊透又不致塌陷，焊接时常采用垫板来托住熔化金属及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢或碳钢板等，垫板表面开一个圆弧形槽，以保证焊缝反面成型也可以不加垫板采用单面焊双面成型工艺，但是这种焊接方法对焊工操作技术要求很高，并且要求工艺参数选择合理。 4）焊前预热 小件、薄件一般不预热、厚度超过5~10 mm的厚大铝件，为了防止产生变形、热裂纹；未焊透、气孔等缺陷，焊前应预热。一般用氧﹣乙炔焰、喷灯或电炉将工件慢慢加热到100～300℃左右 2.铜及铜合金 （l）铜及铜合金的分类 铜及铜合金通常可以分为四大类：紫钢、黄铜、青铜和白铜 （2）铜及铜合金的焊前准备 1）接头形式及坡口准备 由于铜及铜合金具有导热率高和液态流动性好的特性，因止其接头形式的设计和选择与钢相比有些特殊要求。

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备注 一体化教学教案

教学过程 ①只有当被焊接头相对热源呈对称形时，接头两侧具备相同的传热条件产，才能获成型均匀的焊缝。因此，对接接头、端接接头是合理的。搭接接头、T形接头和角接接头应尽量；采用，或改为对接接头，图7-8所示为紫铜TIG焊的接头形式及尺寸。 2）采用单面焊接头， 特别是采用开坡口的单面焊接头时， 必须在背面口成型垫板才不致使液态铜流失而获得所要求的焊缝形状。在没有采用焊缝成型装置的情况下，可选用双面焊接头，以保证良好的焊缝成型。 一般情况下对铜及铜合金工件不宜采用立焊和仰焊。 ③不等厚工件的对接，要求采用厚度过渡接头。坡口的具体尺寸可根据不同焊接方法及选用的工艺参数，参考常用的钢接头坡口尺寸来决定 2）焊前清理 为了防止产生气孔，焊前必须将坡口及坡口两侧30mm的油脂、水分氧化物及脏物等清理干净，露出金属光泽。油脂等脏物可用丙酮、酒精等有机溶剂擦拭。污染较重的工件，可使用氢氧化钠（NaOH）10%的水溶液在30～400C温度下进行清洗，然后用清水冲洗，风干或低温干燥。 表面氧化膜可用机械方法（钢丝轮或不锈钢丝轮）清理，也可用酸洗法，即将工件置于HNO3（75 cm3／L）+ H2SO4（100 cm3/L） + HCl（1 cm3/L）的混合溶液中进行清洗，然后用碱水冲洗，再用水冲净，热风吹干。 22 备注 一体化教学教案

教学过程 3）装配焊件 根据焊接方法、接头形式和坡口尺寸，留出装配间隙的方法有两种（图7-9）。 ①等间隙法 即根据板厚留出大小一定的间隙，并做定位焊。 ②不等间隙法 根据板厚、焊缝长度、垫板的种类、焊接方法等留出间隙al或a2。 al或a2。可按下式估算： 根据上述经验公式计算出的数据还需经过试验，调整到合适的程度。 4）垫板 焊接熔池中铜液的流动性很好，为防止铜液从坡口背面流失，保证焊缝成型。特别是在焊接厚板及要求单面焊双面成型时，接头背面需采用垫板。垫板有永久垫板和可拆垫板两种，常用的可拆垫板有：紫铜垫、钠垫、石棉垫、粘结软垫（陶质粘结软垫和玻璃纤软垫）等。永久垫板是用与焊件同种材料做成，焊后永久地留在焊件上，仅适用于要求不高或使用条件允许的结构。 5）焊前预热 由于铜和铜合金的导热性非常好，焊接时会产生未熔合，因此焊前工件常需要预热。预热温度一般为300℃～700℃，根据焊件形状、尺寸、焊接方法和采用的工艺参数而定，并应注意在焊接过程中保持这个温度。 备注 三、异种金属 1.异种金属的概念

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教学过程 随着现代工业的发展，对零部件的性能提出了更高要求，有些情况下，一种金属材料不能全面满足使用要求，或者即使某种金属比较理想，也往往由于十分稀贵不能在工程中使用。现代焊接技术的发展已经可以将不同成分、不同性能的材料焊接成复合零部件，即能满足性能要求又可节约贵重材料降低成本，因此异种金属的焊接越来越受到人们的重视。从材料角度来看，异种金属焊接主要包括三种情况：异种钢焊接（如奥氏体钢与珠光体钢的焊接）；异种有色金属焊接（如铜和铝的焊接）；钢与有色金属焊接（如钢与铜、钢与铝的焊接）。 从接头形式角度来看，也有三种情况：两种不同金属母材的接头（如钢与铜的接头）；母材金属相同，而采用不同焊缝金属的接头（如在低碳钢上堆焊奥氏体不锈钢）；复合金属板的接头（如奥氏体不锈钢复合板的接头）。 2.异种金属的特点 由于异种金属之间性能上的差别很大，所以焊接异种金属比焊接同种金属困难的多。对两种不同的金属进行直接焊接时，存在的主要困难有： （1）熔点不同 当两种被焊金属的熔化温度相差很大时，其中一种金属在焊接时已经熔化，而另一种金属还处于固态，焊接接头难以焊合 。 （2）线膨胀系数不同 当两种被焊金属的线膨胀系数相差很大时，焊接过程中就会产生很大热应力，容易使焊缝和热影响区产生裂纹。 （3）导热性和比热容不同 当导热性和比热容相差很大时，会使焊缝的结晶条件变坏，晶粒粗化严重。 （4）电磁性能不同 焊接电弧不稳定，将使焊缝成型变坏。 （5）冶金上的相容性 在液态和固态下都具有良好互溶性的异种金属，在熔焊时能形成完好的接头如铁和镍和铜等。而在液态下不相溶或会形成脆性化合物的异种金属，不能用熔焊方法直接焊接因为脆性化合物越多，焊缝越容易形成裂纹，如铁和镁、铁与铝的焊接等。 3.异种金属焊前准备 24 备注 一体化教学教案

教学过程 目前，在生产中实现异种金属焊接接头的连接方式主要有：直接焊接法、堆焊隔离层法、中间加过渡段法和双金属接头过渡法等方式。 （1）坡口准备 1）直接焊接法 异种金属焊接时，确定坡口角度的主要依据除母材厚度之外，还有母材在焊缝中的熔合比。一般来说，坡口角度越大，熔合比越小；反之，坡口角度越小，熔合比越大。异种金属焊接时，为了减小熔化的母材对焊缝的稀释作用，原则上希望熔合比越小越好，所以一般开较大的坡口。 2）堆焊隔离层法 先在金属A（或B）的坡口表面上堆焊一层中间金属，然后用与中间金属和金属B（或A）性能相近的填充金属材料，将金属A和金属B连接起来，如图7-10所示。例如焊接碳钢Q235和不锈钢1Cr18N。时，碳砂不锈钠可开成V或U形坡口，然后在Q235钢的坡口表面，用含铬镍高的材料堆焊一层奥氏体过渡层，厚度通常为5～6 mm，如母材为易淬火钢时，过渡层厚度可增加到9 mm。 3）中间加过渡段法 异种金属焊接时也常于金属A和金属B之间采用金属C做中间过渡段，然后将中间过渡段C分别与A、B焊接起来。坡口形式应根据金属A、金属B和中间过渡段C的具体情况决定。 4）双金属接头过渡法 先将金属A和金属B用特殊的焊接方法预先焊接成双金属接头（例如用摩擦焊方法焊接铝铜接头），然后将金属A和金属B和双金属接头分别用普通焊接方法进行焊接。 5）复合钢板焊接准备 复合钢板（如基层为碳钢，复层为不锈钢的复合钢板）的坡口一般都开在基层上，坡口形却口图7-11所示。 （2）预热 异种金属焊接时，预热温度主要根据母材的淬火裂纹倾向大小和焊缝金属的合金化程度来确定。 25 备注

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专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 学习领域 设备准备 序号 审 签 课 时 设备准备—— 埋弧焊机、钨极氩弧焊机 教学 目标 能够进行埋弧焊机和钨极氩弧焊机的调试 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第三节 设 备 准 备 学习目标：能够进行埋弧焊机和钨极氩弧焊机的调试 一、埋弧焊机调试 1.埋弧焊机调试内容 焊机的调试主要是对新设备的安装及各种性能指标的调整测试，埋弧焊机的调试包括电源，控制系统、小车三大组成部分的性能、参数测试和焊接试验。 2.埋弧焊机的调试方法 （1）电源参数测试 焊机按使用说明书组装后，接通电源、调节电源输出电压和电流，观察变化是否均匀；调节范围与技术参数比较是否一致，以便了解设备的状况。 （2）控制系统调试 1）测试送丝速度。比较测试数值与技术参数指示的一致性，并与工艺要求是否符合。 2）测试引弧操作是否有效和可靠。选项测试在焊机运行中可进行多次试验。 3）测试小车行走速度、调整范围和调节的均匀性。 4）电源的调节特性试验，可设置人为障碍，改变焊接条件（弧长变化），观察焊机的自身调节或自动调节的效果。 5）检查各控制按钮动作是否灵活和有效。 （3）小车性能的检测 1）小车的行走是否平稳、均匀，可在运行中观察测量。 2）检查机头各个方向上的运动，检查其能否符合使用要求.。 3）观察驱动电动机和减速系统运行状态，有无异常声音和现象。 4）焊丝的送进、校直、夹持导电等部件的功能测试，可根据焊丝送出的状态进行判断。 5）在运行中观察焊剂的铺撒和回收情况。 （4）试焊 检查焊缝表面成型和焊缝质量。 上述各项检查如有与技术参数不一致，或发生故障，要进行排除或

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教学过程 与生产厂家联系解决。 二、钨极氩弧焊机调试 1.钨极氩弧焊机的调试内容 氩弧焊机的调节主要是对电源参数调整、控制系统的功能及其精度、供气系统完好性焊枪的发热情况等进行调试 2.钨极氢弧焊机的调试方法 （1）电源各参数调试 1）测试恒流特性 选择任意一个电流值进行焊接。在不同弧长的情况下，观察电压表、电流表，从表显示的数据判断电压及电流的变化。 2）测试电压、电流的调节范围是否与技术参数一致，电流调节是否均匀。 3）测试电弧稳定性 尤其应在小电流段观察电弧的稳定性。 4）测试引弧性能 反复进行引弧试验，观察引弧的准确性和可靠性。 5）测试交流氢弧焊电源阴极雾化作用 通过雾化区的大小和清洁程度进行判断，还需检查阴极雾化作用是否可调。 （2）控制系统性能调试 1）测试各程序的设置能否满足工艺需要。对提前送气、引弧、焊接、断电、滞后停气及脉冲参数进行测试和调节。 2）测试网压变化时焊机的补偿能力。试验可在±10%的范围内改变输入电压，观察输出电流的变化。 （3） 氩弧焊枪使用试验 观察焊枪有无漏气、漏水现象；在额定电流和额定负载持续率的情况下使用，应测试焊枪的发热情况。 备注 28 一体化教学教案

专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 焊接——焊接接头试验 学习领域 焊接 序号 审 签 课 时 教学 目标 能够进行焊接接头试验试件的制备。 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第一节 焊接接头试验 学习目标：能够进行焊接接头试验试件的制备。 一、焊接接头力学性能试验 力学性能试验是用来测定焊接材料、焊缝金属和焊接接头在各种条件下的强度、塑性和韧性。首先应当焊制产品试板，从中取出拉伸、弯曲、冲击等试样进行试验，以确定焊接工艺参数是否合适，焊接接头的性能是否符合设计的要求。 1.焊接接头的拉伸试验 焊接接头拉伸试验是以国家标准（GB2651-1989）为依据进行的，该标准适用于熔焊和压焊的对接接头。 （1）试验目的 该标准规定了金属材料焊接接头横向拉伸试验方法，用以测定焊接接头的抗拉强度。 （2）试件制备 1）接头拉伸试样的形状分为板形、整管和圆形三种，可根据要求选用。 2）焊接接头拉伸试验用的样坯从焊接试件上垂直于焊缝轴线方向截取，并通过机械加工制成如图8-1所示形状及表8-1所示尺寸的板接头板状试样，或制成如图8-2所示形状及表8-1所示尺寸的管接头板状试样。加工后焊缝轴线应位于试样平行长度的中心。 3）每个试样均应打有标记，以识别它在被截试件中的准确位置。

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教学过程 4）试样应采用机械加工或磨削方法制备，要注意防止表面应变硬化或材料过热。在受试长度∫范围内，表面不应有横向刀痕或划痕。 5）若相关标准和产品技术条件无规定时，则试样表面应用机械方法去除焊缝余高，使其与母材原始表面齐平。 6）通常试样厚度。应为焊接接头试件厚度。如果试件厚度超过30 mm时，则可从接头不同厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样，但每个试样的厚度应不小于30 mm，且所取试样应覆盖接头的整个厚度（见GB2649 ）。在这种情况下，应当标明试样在焊接试件厚度中的位置。 7）对外径小于等于38 mm的管接头，可取整管作拉伸试样，为使试验顺利进行，可制作塞头，以利夹持，如图8-3所示。 8）棒材接头选用图8-4所示圆形试样。其中：do= （10士0.2）mm；∫=LS+2D；D和h由试验机结构来定；rmin=4 nun。 31 备注 一体化教学教案

教学过程 9）拉伸试样数量接头拉伸试样不少于1个；整管接头拉伸试样1个；管接头剖条拉伸试样不少于2个。 （3）评定标准 焊接接头常温拉伸试验的合格标准是焊接接头的抗拉强度不低于母材抗拉强度规定值的下限。异种钢焊接接头的抗拉强度步抗拉强度规定值下限较低一侧的母材规定值进行评定。 2.焊接接头的弯曲试验 焊接接头的弯曲试验是以国家标准（GB2653-89）为依据进行的，该标准适用于熔焊和压焊对接接头。 （1）试验目的 该标准规定了金属材料焊接接头的横向正弯及背弯试验、横向侧弯试验、纵向正弯和背弯试验以及管材的压扁试验，用以检验接头拉伸面上的塑性及显示缺陷。 （2）试件制备 1）试件的类型焊接接头的弯曲试样按试样的长度与焊缝的相对位置可分为横向弯曲试样和纵向弯曲试样。按弯曲试样受拉面在焊缝中的位置可分为正弯、背弯和侧弯。 ①横弯试样 焊缝轴线与试样纵轴垂直时的弯曲。 ②纵弯试样 焊缝轴线与试样纵轴平行时的弯曲。 ③正弯试样 试样受拉面为焊缝正面的弯曲。双面不对称焊缝，正弯试样的受拉面为焊缝最大宽度面；双面对称焊缝，先焊面为正面。 ④背弯试样 试样受拉面为焊缝背面的弯曲。 ⑤侧弯试样 试样受拉面为焊缝纵剖面的弯曲。 2）弯曲试样的制备应遵守的规定 ①试样的样坯从试件上截取。横弯试样应垂直焊缝轴线截取，机械加工后，焊缝中心线应位于试样长度的中心。纵弯试样应平行于焊缝轴 32 备注 一体化教学教案

教学过程 线截取。机械加工后，焊缝中心线应位于试样宽度的中心。 ②每个试样均应打印标记，以识别它在被截试件中的准确位置。 ③试样应采用机械加工或磨削方法制备，要注意防止表面应变硬化或材料过热。在受试长度∫范围内，表面不应有横向刀痕或划痕。 ④在试样整个长度上都应具有恒定形状的横截面。其形状应分别符合图8-5、图8-6、图8-7的要求。 焊缝的正、背表面均应用机械方法修整，使之与母材的原始表面平齐。但任何咬边均不得用机械方法去除，除非产品标准中另有规定外。 ⑤试样的尺寸应符合规定。 a.横弯试样的尺寸 对板材试样，试样的宽度b应不小于厚度a的1.5倍，至少为20 mm。对管材试样，试样的宽度b应为：管直径≤50 mm时，b为：s+0.1D（最小为10 mm）；管直径>50 mm时，b为s+0.05D（最小为10 mm，最大为40 mm）。其中，s为管壁厚度，D为管子外径。 通常，试样厚度a应为焊接接头试件厚度。如果试件厚度超过20 nun，则可从接头不同厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样。但是，每个试样的厚度应不小于20 mm，且所取试样应覆盖接头的整个厚度、（见GB2649）。在这种情况下，应当标明试样在焊接接头厚度中的位置。 b.侧弯试样尺寸 试样厚度应大于或等于10 mm，宽度b应当等于靠近焊接接头的母材的厚度。 当原接头试件的厚度超过40 nun时，则可从接头不同厚度区取若干试样以取代接头全厚度的单个试样。但是，每个试样的宽度b在20～40 mm范围内，这些试样应覆盖接头的全厚度（见GB/1.649），并标明在接头厚度中的位置。 c.纵弯试样尺寸 试样尺寸如表8-2、图8-7所示。 33 备注 一体化教学教案

教学过程 如果接头厚度超过20 mm时或试验机功率不够时，可在试样受压面 一侧加工至20 mm。 ⑥试样拉伸面上的棱角应当用机械方法加工制成半径不超过0.2a的圆角（最大值为3 mm），其侧面的表面粗糙度应低于Ra12.5 pm。 ⑦试样数量 正弯、背弯、侧弯试样各不少于1个，纵弯试样不少于2个。 3）圆形压头弯曲（三点弯曲）试验法 ①圆形压头弯曲试验示意如图8-8所示。 ②在进行此试验时，将试样放在两个平行的辊子支撑上。在跨距中间且垂直于试样表面施加集中载荷（三点弯曲），使试样缓慢、连续地弯 曲。 ③压头直径D应符合有关标准及要求。一般取压头直径为试件厚度的3倍。 ④支撑辊之间的距离∫不应大于D+3a。 ⑤当弯曲角a（图8-8）达到使用标准中规定的数值时，试验便告完成。试验后检查试样拉伸面上出现的裂纹或焊接缺陷的尺寸和位置。 （3）评定标准 试验结果的合格标准按钢种而定，见表8-3。 34 备注 一体化教学教案

教学过程 试样弯曲到表8-3中规定的角度后，其拉伸面上如有长度大于1.5 mm的横向裂纹或缺陷，或出现长度大于3 mm的纵向裂纹或缺陷，则评为不合格。试样的棱角开裂不计，但确因焊接缺陷引起的棱角开裂的长度应进行评定。 3.焊接接头的冲击试验 焊接接头的冲击试验是以国家标准（GB2650-1989 ）为依据进行的。该标准适用于熔悍和压焊对接接头。 （1）试验目的 该标准规定了金属材料焊接接头夏比冲击试验方法，用以测定焊接接头各区域的冲击吸收功。 （2）试样制备 1）试样是以10×10×55mm带有V形缺口的试样为标准试样。试样的尺寸及偏差应符合图8-9所示的规定。试样缺口底部应光滑，不得有与缺口轴线平行的明显划痕，进行冲裁试验时，试样缺口底部的表面粗糙度应低于Ra0.8um。 备注 35

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教学过程 2）试样应采用机械加工或磨削方法制备，并防止加工表面的应变硬化或材料过热。 3）试样标记不应影响支座对试样的支撑，也不得使缺口附近产生加工硬化。一般应标记在试样的端面、侧面或缺口背面距端面15 mm以内，但不得标在支撑面上。 4）缺口处若发现有肉眼可见的气孔、夹渣、裂纹等缺陷时，则不能用该试样进行试验。 S）试样的缺口轴线应当垂直焊缝表面，如图8—10所示。 6）试样的缺口按试验要求可分别开在焊缝、熔合线或热影响区。其缺口的各区域位置如图8-11所示。开在热影响区的缺口轴线与熔合线的距离t由产品技术条件规定。 7）试样数量规定为：焊接接头冲击试验的试样，按缺口所在位置各自不少于3个。 （3）评定标准 常温冲击试验的合格标准为：每个部位的3个试样冲击功的算术平均值不应低于母材标准规定的最低值。但允许其中有一个试样低于规定值，但不得低于规定值的70%。 36 备注 一体化教学教案

教学过程 异种钢焊接接头的冲击试验按抗拉强度较低一侧母材的冲击功规定值进行评定。 4.焊接接头硬度试验 焊接接头硬度试验是以国家标准（GB2654—1989）为依据进行的，该标准适用于熔焊和压焊焊接接头和堆焊金属。 （1）试验目的 该标准规定了金属材料焊接接头的硬度试验方法，用以测定焊接接头的洛氏、布氏、维氏硬度。 （2）试件制备 1）焊接接头的硬度试样的样坯，应在垂直于焊缝轴线方向的相应区段截取，截取的样坯应包括焊接接头的所有区域。 2）试样的测试面与支撑面应经加工磨平并保持平行，表面粗糙度至少达到Ra1.6um。维氏硬度测定时，试样表面粗糙度至少要为Ra0.8um。对厚度小于3mm的焊接接头，允许在其表面测定硬度。 3）根据所用标准和技术条件要求，可分别选用布氏、洛氏或维氏硬度计进行测定。 4）试验时，可用腐蚀剂使焊接接头各区域金属显示清晰，并按图8-12所示标线位置测定硬度。 5）进行硬度试验时，为获得正确的试验结果，必须注意测量点之间的距离。布氏硬度试验时，相邻压痕中心的间距，不应小于压痕直径的4倍；洛氏硬度试验时，此间距不应小于3 rnm；维氏硬度试验时，则不应小于压痕对角线的2.5倍。 遇有测点处出现焊接缺陷时，则该点试样结果无效。 5）试样数量规定为：焊接接头硬度试验试样不少于1个。 （3）评定标准 根据给定的技术文件和材料允许的硬度范围进行评定。 37 备注 一体化教学教案

教学过程 二、焊接性试验 焊接性试验的目的是用来评定母材焊接性能的好坏。通过焊接性试验，可以选定适合母材的焊接材料，确定合适的焊接工艺参数及焊后热处理工艺参数，还可以用来研制新的焊接材料。焊接性试验方法很多，这里只介绍斜Y形坡口焊接裂纹试验这一种方法。 1.试验目的 斜Y形坡口对接裂纹试验又称小铁研法，适用于碳素钢和低合金钢焊接接头的冷裂纹抗裂性能试验，是目前应用最广泛也最方便的一种方法 2.试件制备 （1）试件的形状和尺寸 试件的形状和尺寸如图8-13所示。试件的厚度不作限制，常用厚度为9～38 mm，一般最好用被试材料原厚度。 （2）坡口表面加工 为避免试件间隙波动以及气割表面硬化层问题，坡口加工应采用机械切削加工。 （3）试件数量 规定试件数量为:每次试验应取2件。 （4）试件的焊接 按图8-13所示组装试件，焊好两端的拘束焊缝。拘束焊缝采用双面焊接，注意不要产生角变形和未焊透。拘束焊缝采用低氢型焊条，其直径为4 mm或5 mm。焊接前，对焊接试验部位用比2 mm略大的塞片插 38 备注 一体化教学教案

教学过程 入，以保证试件间隙，焊完结束焊缝后拆除塞片。 3．试验方法 （1）清理试验焊缝 在焊接试验焊缝之前要把在焊接拘束焊缝时所附着的飞溅物清除干净，并去除水滴、油、锈等。为此，首先可用适当的加热方法清除表面水滴、油脂。待充分冷却后，用钢丝刷或砂纸打磨坡口除锈，最后用丙酮洗净。 （2）选取焊条和焊接工艺参数 焊接试验焊缝，试验所用焊条原则上采用与试验钢材相匹配的焊条。焊前对焊条要严格进行烘于。焊接用Φ4mm直径的焊条，焊接电流为160～180A，电弧电压为22～26 V，焊接速度为150 mm/min。 （3）焊道的选择 不论板厚多少，一律只焊一道焊缝，相当于实际生产中的单道焊或多层焊中的打底焊缝。 （4）焊接操作 1）手工焊接 当采用手工焊时，试验焊缝按图8-14所示方法焊接。即在坡口外引弧，收弧也须离开坡口。 2）自动焊接 当采用焊条自动送进装置焊接时，按图8-15所示进行。引弧和收弧均在试验坡口内进行。 （5）焊缝的解剖 焊完的试件经48h以后，才能开始进行裂纹的检测和解剖。解剖时不得采用气割方法切取试样，要用机械切割，要避免因切割振动而引起裂纹的扩展。 4.评定方法 （1）焊缝表面裂纹的检查和计算 采用肉眼或其他适当的方法来检查焊接接头的表面或断面是否有裂纹，并分别计算出表面裂纹率、根部裂纹率和断面裂纹率。 39 备注 一体化教学教案

教学过程 裂纹的长度和高度按图8-16所示进行检测，裂纹长度为曲线形状如图8-16a按直线长度检测，裂纹重叠时不必分别计算。 采用下列公式计算表面裂纹率: （2）焊缝根部裂纹的检查和计算 将试件采用适当的方法着色后拉断或弯断。然后按图8-16b检测根部裂纹，并按下式计算出根部裂纹率。 3）焊缝横断面裂缝的检查和计算 40 备注

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教学过程 对试件的五个横断面进行断面裂纹检查。五个横断面的位置是按试验焊缝宽度开始均匀处与焊缝弧坑中心之间的距离四等分而确定的。按图8-16c的要求测出裂纹的高度，用下式对这五个横断面分别计算出其裂纹率，然后求出其平均值来。 此试验方法由于两端固定对焊缝有拘束作用，其拘束作用往往比实际结构（如船体、球形容器、桥梁等）的长焊缝还要大，所以一般认为只要裂纹总长小于试验焊缝长度的20%在实际生产中就不致发生裂纹。 备注 41 一体化教学教案

专 业 授课班级 学习任务 焊 工 授课日期 焊接——铸铁焊接 学习领域 焊接 序号 审 签 课 时 教学 目标 能够进行灰铸铁的焊补。 教学 媒体 准备 学生 基础 作业 布置 1．投影仪、课件。 2．焊工实训设备。 3．焊工实训耗材。 掌握了手工电弧焊的基本技能操作，对焊接参数及焊接工艺有了正确认识 教学 反思 审批签字

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教学过程 备注 第二节 铸 铁 焊 接 学习目标:能够进行灰铸铁的焊补。 铸铁是工业上广泛应用的一种金属材料。但由于铸件在生产中往往产生铸造缺陷，如砂眼、缩孔、裂纹等，以及在使用过程中常出现裂纹等缺陷。因此，铸铁的焊补就成为很普遍、很重要的问题，铸铁的焊接应用很少。 一、铸铁的分类、牌号及特性 铸铁按碳存在的状态和形式不同，主要可分为白铸铁、灰铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁。 1.白铸铁 白铸铁中的碳几乎全部以渗碳体（Fe3C）形式存在，断口呈白亮色，性质硬而脆，无法进行机械加工。它主要是用来制造一些耐磨件，应用很少，并且很少进行焊接。 2.灰铸铁 灰铸铁中的碳是以片状石墨的形式分布于金属基体中（基体可为铁素体、珠光体或铁素体+珠光体）断口呈暗灰色。它具有成本低、铸造性能好、容易切削加工、吸振、耐磨等优点，因此应用最广泛，常用来制造机床床身、机架、减速箱、汽缸体等。 常用灰铸铁的化学成分为：C =2.6%～3.6%，Si=1%～3.0%，Mn= 0 .4%～1 .2%, S<0.15%， P≤3%。 根据国家标准（GB5612-85）的规定，我国灰铸铁的牌号用“灰铁”二字汉语拼音的第一个大写字母“HT”和一组数字表示，其数字表示抗拉强度值，例如，HT100中”HT“为灰铸铁的代号，”100”表示抗拉强度为100 Mpa。表8-4列出了灰铸铁的牌号力学性能及应用范围。 43 一体化教学教案

教学过程 铸铁中存在片状石墨，相当于存在很多微裂纹，减小了铸铁基体的有效承载面积，而且片状石墨端部易引起应力集中，所以灰铸铁的抗拉强度低，塑性极差，伸长率几乎等于零，见表8-5。但是由于石墨的存在，却使灰铸铁具有优良的减振性和耐磨性。 3.可锻铸铁 可锻铸铁是先将铁水浇铸成白铸铁，然后经高温长时间的石墨化退火，使游离渗碳体发生分解，形成团絮状石墨。由于团絮状石墨对铸铁基体的隔裂和引起应力集中的作用比灰铸铁小得多，因此可锻铸铁具有较高的强度和塑性，并有一定的塑性变形能力，因而得名可锻铸铁，实际上可锻铸铁并不能锻造。 我国可锻铸铁的牌号用“可铁”两字的汉语拼音字首“KT”表示，字母后面有两位数字，第一组数字表示抗拉强度值，第二组数字表示伸长率值。 黑心可锻铸铁代号为“KTH”，白心可锻铸铁为“KM”，珠光体可锻铸铁为“KTZ” 可锻铸铁适于制造形状复杂、塑性和韧性要求较高的小型零件，但由于退火时间长，生产率低，成本较高，所以使用受到限制。 4.球墨铸铁 球墨铸铁是指碳以球状石墨存在的铸铁。它是通过将灰铸铁原材料熔化后，加入球化剂进行球化处理后得到的。由于球状石墨对金属基体的损坏、减小有效承载面积以及引起应力集中等危害作用均比片状石墨的灰铸铁小得多，因此球墨铸铁具有比灰铸铁高的强度、塑性和韧性，并保持灰铸铁具有的耐磨、减振等特性。 球墨铸铁牌号是用“球铁”二字的汉语拼音的第一字母“QT”表示，字母后面有两组教字，前一组数字表示该球铁的抗拉强度值，后面一组数字表示伸长率值。例如，球墨铸铁牌号为QT400-17时，其中“QT”为球墨铸铁代号，“400”表示抗拉强度为400 Mpa“17”表示伸长率为17%。 常用的球墨铸铁的牌号、力学性能和用途见表8-6。 44 备注 一体化教学教案

教学过程 抗磨球墨铸铁的代号为KMQT，耐蚀球墨铸铁为SQT，耐热球墨铸铁为RQT。牌号中的合金元素用国际化学元素符号表示，混合稀土元素符号用“R”表示。在牌号中常规碳硅、锰、硫、磷元系，一般不标注。合金元素的质量分数大于或等于1%时，用整数表示；质量分数小于1%时，一般不标注。例如，耐蚀球墨铸铁SQT AI5Si5中，“A15”表示Al的质量分数为5%，“Si5”表示Si的质量分数为5%。 二、灰铸铁的焊接 1.灰铸铁的焊接性 灰铸铁属于焊接性比较差的材料，在焊补时，主要存在以下问题： （1）焊接接头容易产生白铸铁组织 灰铸铁在焊补时，由于石墨化元素不足和冷却速度快，焊缝和半熔化区容易产生Fe3C而生成白铸铁组织，很难机械加工。而且形成白铸铁时，产生应力，很容易引起裂纹。 防止产生白铸铁组织的措施主要有： 1）降低冷却速度 可采用气焊或对工件进行焊前预热，焊后缓冷。对大型铸件缺陷采用铸铁芯焊条不预热电弧焊等。以降低冷却速度，避免白铸铁组织。 2）改变焊缝的化学成分 为得到铸铁焊缝，可在焊缝中加入促进石墨化元素，如碳、硅、铝、钛、镍、铜等，并减少阻碍石墨化元素，如硼、柿、镁、钒、铬、硫等，可避免焊缝生成白铸铁组织。此外，还可以采用非铸铁型焊接材料，如镍基焊条、高钒焊条、铜钢焊条等进行焊补，得到非铸铁组织焊缝。并采用小电流、浅熔深的焊接工艺，减少铸铁母材的熔人，防止焊缝产生白口或马氏体组织，并减小半熔化区白铸铁层的宽度。 3）采用钎焊法 焊接时母材不熔化，因此不产生白铸铁组织。 45 备注

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教学过程 （2）焊接接头容易产生裂纹 灰铸铁本身强度低，塑性极差，而焊接过程又具有工件受热不均匀，焊接应力大及冷却速度快等特点，因此焊补铸铁时焊缝和热影响区容易产生裂纹。当接头存在白铸铁组织时，由于白铸铁组织硬而脆，而且白口的冷却收缩率比灰铸铁母材大得多（白铸铁收缩率为2.3%，而灰铸铁为1.26%），使得应力更加严重，加剧裂纹倾向。严重时可使整个焊缝沿半熔化区从母材上剥离下来。 铸铁焊接裂纹一般为冷裂纹，产生温度在4000C以下，产生部位为焊缝或热影响区。当采用非铸铁型材料焊接时，焊缝也会产生热裂纹。 防止裂纹的措施主要有： 1）工件焊前预热，焊后缓冷 不但能防止白铸铁组织的产生，而且使焊件温度分布均匀，减小焊接应力，防止裂纹产生。 2）采用加热减应区法 在焊件上选择适当的区域进行加热，使焊接区域有自由热胀冷缩的可能，以减小焊接应力，防止产生裂纹的方法，叫加热减应区法。如图8-17所示，灰铸铁工件中间有一条裂纹，若仅焊补裂纹，因四周刚度很大，加热时阻碍焊接处膨胀及伸长，冷却时阻碍焊接处收缩及缩短，因此焊后焊缝或其他部位必然开裂但如果焊前加热框架上下两个杆件与裂纹对称的部位，然后焊补裂纹，这样焊补处及两个加热部位可以自由膨胀和收缩，这样焊补处及两个加热部位可以自由膨胀和收缩，所以可大大减小应力，避免裂纹产生。减应区的选择原则是：应是阻碍焊补处膨胀收缩的部位；应与其他部位联系不多，而且强度较这样焊补处及两个加热部位可以自由膨胀和收缩，所以可大大减小应力，避免裂纹产生。减应区的选择原则是：应是阻碍焊补处膨胀收缩的部位；应与其他部位联系不多，而且强度较大的部位；该区的变形应对其他部位无很大影响。 3）调整焊缝化学成分 可采用非铸铁型焊接材料，以得到塑性好、强度高的焊缝，使焊缝产生塑性变形，松弛焊接应力，避免裂纹。 46 备注 一体化教学教案

教学过程 4）采用合理的焊补工艺 冷焊时应采用分散焊、断续焊，选用细焊丝、小电流、浅熔深，焊后立即锤击焊缝等方法，减小焊接应力，防止裂纹。 5）采用栽螺钉法 大面积焊补时，采用栽螺钉法，使应力由螺钉承受，防止焊缝剥离。 2.灰铸铁的焊接 灰铸铁的焊接主要应根据铸件大小、厚薄、复杂程度以及焊补处的缺陷情况、刚度大小、焊后的要求（如是否要求加工、致密性、强度、颜色等）来选择。灰铸铁的焊接方法见 （1）焊条电弧焊 焊条电弧焊焊补铸铁时，一般采用铸铁焊条，焊补要求不高、刚度不大的非加工面时，也可以采用E4303（J422）、 E5015（J507）等普通低碳钢焊条，特别是焊补变质铸铁时，容易咬住母材，有利于焊补。 1）预热焊接方法 ①焊接方法分类按照铸件在焊前预热的温度可分为热焊法（预热温度在600 ～ 7000C）和半热焊法（预热温度在400℃左右）。根据缺陷处刚度大小，可整体预热.也可局部预热。 热焊可按不同的铸铁材料，不同的切削加工要求以及修补件的重要性，选用EZC（Z248, 7209）等牌号的铸铁焊条。 a、热焊法 焊接时，因冷却速度慢，温度分布均匀，有利于防止白铸铁组织，减小应力,也有利于防止裂纹。热焊法可得到铸铁组织焊缝，加工性好，焊缝强度、硬度、颜色与母材相同。但工艺复杂、生产周期长、成本高、焊接时劳动条件差，一般用于焊后需要加工，要求颜色一致，焊补处刚性较，大易产生裂纹及结构复杂的铸件。 b、半热焊 由于预热温度低，冷却速度快，所以要求焊接材料石墨化能力更强，才能使焊缝得到灰铸铁组织。半热焊对于改善劳动条件，简化焊接工艺都是有利的。但对刚度较大部位的焊补，由于400℃以下铸铁的 47 备注 一体化教学教案

教学过程 塑性几乎为零，接头的温差又大，所以热应力大，接头容易产生裂纹。 热焊和半热焊法焊补灰铸铁时，根据被焊工件的壁厚，尽量选择较大直径的焊条。焊接电流可参照下列公式选择： ②焊接操作 为使药皮中的石墨充分熔化，焊接电弧要适当拉长，但也不宜过长，防止保护不良及合金元素的烧损。从缺陷中心引弧，电弧逐渐移向边缘。缺陷较小时应连续焊补。缺陷较大时，应逐层堆焊，直至填满缺陷。在焊接过程中应始终保持预热温度。焊后一定要采取保温缓冷措施。一般常采用覆盖保温材料的方法。对于重要的铸件，最好进行消除应力处理，即焊后立即将工件加热至600 ～ 7000C，保温一段时间，然后缓慢冷却。 2）铸铁芯焊条不预热焊接方法 焊前将缺陷处开坡口，坡口面积应大于8 cm,，深度大于7 mm，角度为200～300。坡口周围用耐火砖、石墨块或黄泥条、耐火泥造型（见图8-18），以防铁水流失。焊补时用大电流连续焊，得到铸铁焊缝，并使焊缝高出母材5～8 mm，则电弧热通过上层焊缝传到半熔化区，避免半熔化区产生白铸铁组织。焊补后将高出部分加工掉。铸铁芯焊条不预热焊接可以得到铸铁焊缝，焊接接头可以加工，并且不用预热，大大改善了劳动条件。但这种方法容易产生裂纹，所以适用于中、小型铸件，并且壁厚比较均匀，结构应力较小.如铸件的边、角处缺肉、砂眼及不穿透气孔等。 3）冷焊接方法 电弧冷焊法就是焊件焊前不预热，焊接过程中也不进行辅助加热的方法。冷焊接方法与热焊接方法相比，具有劳动条件好、工艺过程简单、生产效率高、成本低，减小焊件因预热而产生的变形等优点。但是，冷焊接方法因焊缝及热影响区的冷却速度都很大，所以容易形成白铸铁组织，尤其半熔化区更是极易形成白铸铁组织，使焊接接头加工困难。目前，铸铁电弧冷焊采用异质焊接材料（如纯镍铸铁焊条、 48 备注 一体化教学教案

教学过程 镍铁铸铁焊条、铜铁铸铁焊条、高钒铸铁焊条、普通低碳钢焊条等），得到非铸铁焊缝（如钢焊缝、有色金属焊缝等）。 铸铁电弧冷焊采用非铸铁型焊接材料时，不仅要根据焊补要求正确选择焊接材料，而且要特别注意掌握焊补工艺特点。异质焊接材料电弧冷焊的着眼点仍然是防止裂纹，减弱白铸铁组织和淬硬组织的产生。为此，焊接工艺上要注意做到： ①焊补时应采用细焊条、小电流、快速焊，以减少铸铁母材在焊缝中的熔合比，降低焊缝中碳、硫的质量分数。同时减小了焊接热输入，减小焊接应力，防止裂纹。由于电流小热影响区窄，使半熔化区的白铸铁组织层变薄，有利于加工。 焊补时采用短段焊、断续焊、分散焊、分段倒退焊等，并在每焊10～15 mm左右长度后，立即用小锤迅速锤击焊缝，待焊缝冷却到不烫手（大约50～60℃）时，再焊下一道，以减小焊接应力，防止裂纹。 ③坡口较大时，应采用多层焊，后层焊缝对前层焊缝和热影响区有热处理作用，可使接头平均硬度降低。但多层焊时焊缝收缩应力较大，易产生剥离性裂纹，因此应注意合理安排焊接次序（图8-19）。当工件较大，焊缝强度要求高时，可采用栽螺钉法，以提高接头强度。 以上工艺可以总结成四句口诀：“短段断续分散焊，较小电流熔深浅，焊后锤击消应力，退火焊道前段软。”来说明铸铁电弧冷焊工艺要求。 （2）气焊 气焊火焰温度低（< 3 400℃），工件加热和冷却缓慢。这对防止灰铸铁在焊接时产生白铸铁组织和裂纹都有利，因此很适于铸件焊补，焊补后可以得到铸铁焊缝，易于切削加工。但是，气焊与电弧焊相比，其生产率低，成本高，焊工的劳动强度大，焊件变形也比较大。所以一般常用于中小铸件的焊补。 对刚度大的部位或薄壁件焊补，可采用热焊。焊前将工件整体或局部预热至600～700℃焊后缓冷。焊补刚度较大部位也可以采用加热减应区法进行不预热焊。一般部位可直接采用不预热气焊。 49 备注 一体化教学教案

教学过程 气焊用铸铁焊丝可采用灰铸铁气焊丝RZC-1，RZC-2或合金铸铁焊丝RICH。熔剂采用“CJ201”焊补时，为减少碳和硅的烧损，应采用中性焰或弱碳化焰。 （3）其他焊补方法 1）钎焊 铸铁焊补除用熔化焊外，还可以采用气焊火焰钎焊，母材不熔化，接头不会产生白铸铁组织。一般用于对强度要求不高，颜色可不一致，仅要求切削加工的铸铁焊补。 铸铁的钎焊一般采用黄铜焊丝作为钎料，如HsCuZn（代号221，222， 224）。采用硼砂或硼砂、硼酸各一半作溶剂。钎焊前，先用氧化焰将坡口的石墨烧掉，然后用氧化焰进行钎焊。 2）细丝CO2气体保护焊 细丝（Φ0.8mm）CO2气体保护焊，采用小电流、低电压的短路过渡形式，母材熔深浅，焊道窄，并且由于气流的冷却作用，热影响区窄。CO2气体有一定的氧化性，可烧损焊缝中的碳。因此，细丝CO2焊有利于减少裂纹和半熔化区白铸铁组织，多层焊时效果更好。 焊丝一般采用H08Mn2SiA，焊接电流小于85 A，电压18～20 V，焊接速度10～12 m/h。焊补时也应采用分段焊、断续焊、分散焊（分段长度可比焊条电弧冷焊长些）；焊后锤击；待焊缝冷至50～600C（不烫手时），再焊下一道的冷焊工艺。 3）手工电渣焊 电渣焊热源温度较低，加热冷却缓慢，因而能获得加工性能好，与母材性能、颜色一致的焊缝。由于电源功率大，可采用1～3个电极同时电渣焊接，因而适用于大型铸件的大型缺陷或巨大缺陷的焊补。 石墨电极可采用Φ30～40 mm的电炉废电极。填充金属采用铸铁件加工下来的铁屑，经300～400℃加热除油。焊剂可采用HJ230或HJ130焊补前需造型并将缺陷处及型模预热到300～600℃焊补时渣池深度一般控制在40～50 mm。电极与型底距离为15～20 mm。 焊接电流一般为1000～1500 A。焊后应盖上干砂，缓冷10～15 h时后拆型。 三、球墨铸铁的焊补 1.球墨铸铁的焊补特点 球墨铸铁的焊接性基本上与灰铸铁相同，其焊接特点主要有： （1）由于球化剂阻碍石墨化及提前淬硬临界冷却速度，因此球墨铸铁的白铸铁组织和淬硬倾向比灰铸铁大。 50 备注

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