分析焊接时焊缝金属为什么要采用必要的保护措施,其保护措施有哪些

焊接产生高温，会使某些金属与氧气发生反应，氮气和稀有气体在一定温度范围内都是惰性气体，氮气中两个氮原子有叁连结，键能大，化学性质稳定；稀有气体都是8电子稳定结构，没有强氧化性的物质不会与稀有气体反应，氮气和稀有气体都可以有效地隔绝氧气，自身又不会与金属反应。

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摘要：电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，即是利用焊条与焊件间的电弧热将焊条和焊件熔化，从而形成接头的焊接方法。本文对电弧焊的焊接原理与方法进行简要的分析。

关键词：电弧焊 焊接 原理 方法

电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，即是利用焊条与焊件间的电弧热将焊条和焊件熔化，从而形成接头的焊接方法。焊接过程中，焊条药皮熔化分解生成气体和熔渣，在气、渣的联合保护下，有效地排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔化金属与熔渣间的冶金反应、还原与净化金属得到优质的焊缝。

一．电弧焊的焊接原理

电弧在焊条与焊件之间燃烧，电弧热使焊条湘焊件同时熔化形成熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力向熔池过渡。随^熔滴向熔池的过渡，焊条和焊件连续熔化汇成新的熔池，原先的熔池则不断冷却凝固构成连续的焊缝，覆盖在熔池表面的熔渣也随之凝固成焊渣。

在焊接结构制造和维修中，埕应用十分广泛，一般可以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢、不锈钢等各种材料以及不锈钢耐腐蚀层等的堆焊。

焊条电弧焊的焊，参数通常包括焊条牌号、焊条直径、弧焊电源种类与极性、焊接电流、电弧电压、焊接速度和焊道层数等。选择合适的焊接参数是生产中的一个重要问题，它会直接影响到焊缝成形和产品质量。

实际工作中主要根据母材的性能、接头的刚性和工作条件选择焊条。焊接一般低碳钢和低合金结构钢主要是按等强度原则选用焊条的强度级别，一般结构选用酸性焊条，重要结构选用碱性焊条。

通常根据焊条类型决定焊接电源的种类，除低氢钠型焊条必须用直流反接， 低氢钾型可采用直流反接或交流外，所有酸性焊条一般都采用交流电源焊接，但也可以用直流电源。直流正接时，因为正极的热量较高，适合中厚板的焊接；直流反接时适合薄板的焊接。

焊接电流是焊条电弧焊最重要的参数，焊接电流越大，熔深越大，焊条熔化快，生产效率高。但是，电流太大时，飞溅和烟雾大，药皮易发红和脱落，而且容易产生咬边、焊瘤、烧穿等缺陷；若电流太小，则引弧困难，焊条容易粘连在工件上，电弧不稳，熔池温度低，焊缝窄而高，熔合不好，容易产生夹渣、未焊透等缺陷。选择电流时，要考虑的因素很多，如焊条直径、药皮类型、焊件厚度、接头类型、焊接位置、焊道层数等，但主要是焊条直径和焊缝位置。

电弧电压是由电弧长度决定的。电弧长，则电弧电压高；电弧短，则电弧电压低。电弧电压主要影响焊缝的宽度，电压越高，焊缝越宽。焊条电弧焊时，焊缝宽度主要靠焊条的横向摆动幅度来决定，因此电弧电压的影响不明显。焊接时应力求保持电弧长度不变，电弧太长时，易造成电弧燃烧不稳，飞溅大，容易产生咬边、气孔等缺陷；电弧太短时，容易粘焊条。一般电弧长度等于焊条直径的

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一、镍基耐蚀合金的焊接

镍及镍基合金具有特殊的物理、力学及耐腐蚀性能，镍基耐蚀合金在200℃~1090℃范围内能耐各种腐蚀介质的侵蚀，同时具有良好的高温和低温力学性能。在一些苛刻腐蚀条件下是一般不锈钢无法取代的优良材料。纯镍一般在工业中应用较少，但在镍中添加入铬、铜、铁、钼、铝、钛、铌、钨等元素后，通过固溶强化，不但改善其力学性能，而且可适应于各种腐蚀介质下侵蚀，使其具有优良的耐腐蚀性。

1、镍基耐蚀合金的焊接特点

①易产生焊接热裂纹

由于镍基合金为单相奥氏体组织，所以与不锈钢相比，具有高的焊接热裂纹敏感性，特别是焊缝易产生多边化晶间裂纹。这种裂纹一般为微裂纹，焊后对焊缝进行着色检查时，短时间都发现不了，但经过一段时间后，才显露出来。这说明裂纹非常微细，但有时也能发展为较宽的宏观裂纹。如果在单相奥氏体焊缝中加人固溶强化的钼、钨、锰、铬、铌等元素，就可有效地抑制镍基合金焊缝多边化结晶的发展，从而显著提高抗热裂纹能力。限制线能量，避免采用大线能量焊接也有利于防止热裂纹的产生。此时注意，如果线能量过小，会加速焊缝的凝固结晶速度，更易形成多边化晶界，在一定应力下有助于多边化裂纹的产生。

②液态金属流动性差，焊缝熔深浅

这是镍基合金的固有特性。靠加大焊接电流不是解决此问题的办法，因为电流增加会引起裂纹和气孔，降低接头的耐蚀性能，所以为了获得良好的焊缝成形，应采用小摆动工艺，另外要加大坡口角度，减小坡口钝边。

2、镍基耐蚀合金的焊接要点

镍基合金一般可采用与奥氏体不锈钢相同的焊接方法进行焊接。这里就最常用的钨极气体保护焊和焊条电弧焊进行论述。无论是何种焊接方法，焊前一定要彻底清理焊接区表面，镍基合金对污染物的危害极为敏感，母材应尽可能在固溶状态下焊接。

①钨极气体保护焊是应用最广泛的，几乎适合于任何一种可熔焊的镍基合金，特别适合于薄件和小截面构件。保护气体最常用的是氩气，它成本低，密度大，保护效果好。氩气中加5％氢气，有还原作用，一般只用于第一层焊道和单道焊，多层焊的其余焊道可能要产生气孔。氦气保护焊应用较少，但有如下特点，氦气导热大，向熔池线能量比较大，能提高焊接速度，减少了气孔的可能性，但氦弧焊，电流小于60A时，电弧不稳定。

钨极气体保护焊焊一般使用直流正接，采用高频引弧以及电流衰减的收弧技术。在保证焊透的条件下，应采用较小的焊接线能量，多层焊时应控制层间温度，焊接析出强化合金及热裂纹敏感性大的合金时，更要注意控制层间温度。弧长尽量短，薄件焊接时焊枪可不作摆动，但厚板多层焊时，为使熔敷金属与母材及前道焊缝充分熔合，焊枪仍可适当的摆动。为保证单面焊完全焊透需要用带凹形槽的铜衬垫，通以保护气体进行反面保护。为加强焊接区的保护效果，也可在焊嘴后侧加一辅助输入保护气体的拖罩。

②使用焊条电弧焊时焊接镍基合金时，由于焊条含合金元素多，且要求防止热裂纹，一般镍基合金焊条的药皮类型为碱性药皮，采用直流反接。为了防止合金元素的烧损和控制线能量，焊接时要求尽可能采用小规范，与同规格的不锈钢焊条相比，电流可降低20％~30％。由于液态金属的流动性差，为防止未熔合和气孔等缺陷，一般要求在焊接过程中适当摆动，但不能过大。在焊缝接口再引弧时，应采用反向引弧技术，以利调整接口处焊缝平滑并且能有利于抑制气孔的发生。采用逆向收弧，把弧坑填满，防止弧坑裂纹，必要时要对弧坑进行打磨。

二、钛及钛合金的焊接

钛及钛合金具有良好的耐腐蚀性能，在氧化性、中性及有氯离子介质中，其耐腐蚀性优于不锈钢，有时甚至为普通奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的10倍。工业纯钛塑性好，但强度较低，具有良好的低温性能，其线膨胀系数和热导率都不大，这都不会给焊接带来困难。钛合金的比强度大，又具有良好的韧性和焊接性，在航天工业中应用最为广泛。钛及钛合金在我国现行标准中按其退火态的组织分为α钛合金、β钛合金和α+β钛合金三类，分别用TA、TB和TC表示。在石化行业中的压力容器设备中，牌号为TA2这种工业纯钛使用为居多。

1、钛及钛合金的焊接特点

①杂质元素的沾污引起脆化

钛是一种活性元素，特别是在焊接高温下非常容易吸收氮、氢、氧，从而使焊缝的硬度、强度增加，塑性、韧性降低，引起脆化。碳也会与钛形成硬而脆的TiC，易引起裂纹。因此，钛及钛合金焊接时必须进行有效的保护，防止空气或其他因素的污染。因此钛及钛合金焊接不能采用气焊或焊条电弧焊方法进行，否则接头满足不了焊接质量要求，一般只能采用氩气保护或在真空下焊接。

②焊接相变引起的接头塑性下降

常用的工业纯钛为α合金，焊接时由于钛导热差、比热小、高温停留时间长、冷却速度慢，易形成粗大结晶；若采用加速冷却，又易产生针状α组织，也会使塑性下降。

③产生焊接裂纹

钛合金焊接时产生的焊接热裂纹的几率极小，只有当焊丝或母材质量不问题时才可能产生热裂纹。由氢引起的冷裂纹是钛合金焊接时应注意防止的，焊接时熔池和低温区母材中的氢向热影响区扩散，引起热影响区含氢量增加，造成热影响区出现延迟裂纹。

④气孔

钛及钛合金焊接时气孔是最常见的焊接缺陷。焊丝或母材表面清理不干净或氩气不纯都会造成气孔产生，因此保护气-氩气纯度要求在99.99％以上，焊丝及工件表面要酸洗、净水冲洗后烘干。

2、钛及钛合金的钨极氩弧焊

钛及钛合金焊接时采用最多的就是钨极氩弧焊，对于较厚的工件也可采用熔化极氩弧焊，对于技术要求严格的航天工业中一些重要设备经常也采用真空电子束焊接。

①焊丝的选用。焊丝的选用应使在正常焊接工艺下的焊缝在焊后状态的抗拉强度不低于母材退火状态的标准抗拉强度下限值，焊缝焊后状态的塑性和耐蚀性能不低于退火状态下的母材或与母材相当，焊接性能良好，能满足钛容器制造和使用的要求。

焊丝中的氮、氧、碳、氢、铁等杂质元素的标准含量上限值应大大低于母材中杂质元素的标准含量上限值。不允许从所焊母材上裁条充当焊丝，应采用JB/T4745-2002《钛制焊接容器》中附录D中的焊丝用作钛容器用焊丝。杂质元素含量不高于JB/T4745-2002中附录D的其他标准的焊丝也可使用。

一般情况下可按表根据所焊母材牌号来选择相应的焊丝牌号，并通过JB/T4745-2002中附录B的焊接工艺评定验证。

不同牌号的钛材相焊时，一般按耐蚀性能较好和强度级别较低的母材去选择焊丝材料。

②保护气体的选用。焊接用氩气纯度不应低于99.99％，露点不应高于-50℃，且符合GB4842-1984的规定。当瓶装氩气的压力低于0.5MPa时不宜使用。

③钨极。钨极氩弧焊时推荐采用铈钨电极。电极直径应根据焊接电流大小选择，电极端部应为圆锥形。

钛及钛合金氩弧焊时，最关键的是要将焊接高温区与空气隔离开，为了有效地进行保护，焊炬喷嘴、拖罩和背面保护装置通以适量流量的氩气是极其重要的。焊缝及近缝区颜色是衡量保护效果的标志，银白色、浅黄色表示保护效果好，深黄色为轻微氧化，一般情况下还是允许的，金紫色表示中度氧化，深蓝色表示严重氧化，至于灰白色是不允许的，表示焊缝已经变质，必须报废重焊。

三、铝及铝合金的焊接

压力容器中常用纯铝、铝-锰合金和铝-镁合金。铝锰合金仅可变形强化，其强度比纯铝略高，成形工艺及耐蚀性、焊接性好。铝镁合金仅可变形强化，其ω（Mg）一般为0.5％~7.0％，与其他铝合金相比，铝镁合金具有中等强度，其延性、焊接性能、耐蚀性良好。

铝在空气和氧化性水溶液介质中，表面产生致密的氧化铝钝化膜，因而在氧化性介质中具有良好的耐蚀性。铝在低温下与铁素体钢不同，不存在脆性转变，铝容器的设计温度可达-269℃。

1、铝及铝合金焊接特点

铝极易氧化，在常温空气中即生成致密的A12O3薄膜，焊接时造成夹渣，氧化铝膜还会吸附水分，焊接时会促使焊缝生成气孔。焊接时，对熔化金属和高温金属应进行有效的保护。

铝的线膨胀系数约为钢的2倍，铝凝固时的体积收缩率也比钢大得多，铝焊接时熔池容易产生缩孔、缩松、热裂纹及较高的内应力。

铝及铝合金液体熔池易吸收氢等气体，当焊后冷却凝固过程中来不及析出，在焊缝中形成气孔。

当母材为变形强化或固溶时效强化时，焊接热影响区强度将下降。

2、焊接方法

铝及铝合金适用的方法很多，压力容器上施焊时，经常采用钨极氩弧焊和熔化极气体保护焊，这两种焊接方法热量比较集中，电弧燃烧稳定，由于采用隋性气体，保护良好，容易控制杂质和水分来源，减少热裂纹和气孔的发生，焊缝质量优良，钨极氩弧焊一般用于薄板，熔化极气体保护焊用于厚板。

3、焊丝材料

选用的焊丝应使焊缝金属的抗拉强度不低于母材（非热处理强化铝为退火状态，热处理强化铝为指定值）的标准抗拉强度下限值或指定值，并使焊缝金属的塑性和耐蚀性不低于或接近于母材，或满足图样要求。

为保证焊缝的耐蚀性，在焊接纯铝时宜用纯度与母材相近或纯度比母材稍高的焊丝。在焊接铝镁合金或铝锰合金等耐蚀铝合金时，宜采用含镁量或含锰量与母材相近或比母材稍高的焊丝。

焊丝可从GB/T10858-1989《铝及铝合金焊丝》中选取，也可从化学成分与变形铝及铝合金相同（符合GB/T3190-1996《变形铝及铝合金化学成分》）的丝材中选取，如按（GB/T3197-2001《焊条用铝合金线》。

常用的保护气体有氩气和氮气，其气体纯度应大于99.9％。

由于铈钨极化学稳定性好，阴极斑点小，压降低，烧损少，易于引弧，电弧稳定性好。宜选用铈钨极。

三、铜及铜合金的焊接

常用的铜及铜合金有四种：纯铜，黄铜，青铜和白铜。在压力容器中纯铜与黄铜使用较多。

纯铜是ω（Cu）不低于99.5％的工业纯铜，具有良好的导电性、导热性，良好的常温和低温塑性，以及对海水等的耐腐蚀性，纯铜中的杂志如氧、硫、铋等都不同程度地降低纯铜的优良性能，增加材料的冷脆性和接头中出现热裂纹的倾向。黄铜系铜和锌组成的二元合金，黄铜与纯铜强度、硬度和耐腐蚀能力都高，且具有一定塑性，能很好承受热加工和冷加工，ω（Zn）在1、铜及铜合金焊接特点

铜及铜合金导热率高，线胀系数和收缩率大，当焊接线能量不足时，则容易产生未熔合、未焊透，焊后变形也较严重，外观成形差。焊接时，铜能与其中杂质生成多种低熔点共晶，在焊接应力作用下产生热裂纹，杂质中以氧的危害性最大。

熔焊铜及铜合金时，由于溶解的氢和氧化还原反应引起气孔，几乎分布在焊缝的各个部位。同时，由于晶粒严重长大，杂质和合金元素的掺人，有用合金元素的氧化、蒸发，使焊接接头性能发生很大的变化。

2、焊接方法

焊接铜及铜合金需要大功率、高能束的熔焊热源，热效率越高，能量越集中愈有利，不同厚度的材料对于不同焊接方法有其适应性，薄板焊接以钨极氩弧焊、焊条电弧焊和气焊为好，中板以熔化极气体保护焊和电子束焊较合适，厚板则建议使用埋弧焊、MIG焊和电渣焊。

3、焊接材料

①焊条

焊条电弧焊用焊条分为纯铜、青铜两类，由于黄铜中的锌容易蒸发，因而极少采用焊条电弧焊。纯铜焊条型号ECu为低氢型药皮，用于焊接脱氧或无氧铜结构件，在大气及海水中具有良好的耐腐蚀性。

②埋弧焊用焊丝与焊剂

埋弧焊的特点是电热效率高，对熔池的保护效果好。大、中厚度铜焊件的焊接工艺与钢基本相同，可选用高硅高锰焊剂HJ431，但可能发生合金元素向焊缝过渡，对接头性能要求高的焊件宜选用HJ260、HJ150。焊丝则选用纯铜焊丝、青铜焊丝、焊接纯铜和黄铜。

③气体保护焊用焊丝

铜薄板和中板焊接，使用气保焊逐渐取代气焊、焊条电弧焊，电极一般采用钍钨极（EWTh-2）。焊接纯铜，一般选用含有ω（Si）0.5％，ω（P）0.15％或ω（Ti）0.3％~0.5％脱氧剂的无氧铜焊丝，如HSCu。焊接普通黄铜，采用无氧铜加脱氧剂的锡青铜焊丝，如HSCuSn。对高强度黄铜则采用青铜加脱氧剂的硅青铜焊丝或铝青铜焊丝，如：HSCuAl、HSCuSi等。

保护气体则选用氩气（Ar）或Ar+He（Ar+He混合比50/50或30/70），采用Ar+He混合气体的最大优点是可以改善焊缝金属的润湿性，提高焊接质量。由于氦气保护时输入热量比氩气保护时大，故可降低预热温度。

4、焊接工艺

①焊前要预热或在焊接过程中采取同步加热的措施。

②严格限制铜中的杂质含量，通过焊丝加人硅、锰、磷等合金元素，增加对焊缝的脱氧能力，选用能获得α+β组织的焊丝等措施防止焊接接头裂纹与减少气孔。

③控制焊后冷却速度，防止焊接变形。

气焊，有惰性气体保护，把分离的金属溶化后又使凝固成一体；气割，没有保护气体，熔化金属后，金属被高速气流吹走或气流中过量的氧气氧化，就分离了金属。

活泼气体是氧，助燃，乙炔或氢气燃烧后产生的热量更多。

焊接金属的方式包括气焊，另外还有用焊条焊接的。

焊接电弧的产生

焊接电弧的概念

电弧是一种气体导电（放电）现象。焊接电弧则是两个电极之间强烈而持久的放电现象。电弧产生的条件就是气体要成为导电体。通常气体是不导电的，气体成为导体则需要两个条件，即①阴极电子发射和②气体电离。

①　阴极电子发射

阴极的金属表面连续地向外发射电子的现象叫做阴极电子发射。一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发射的。如果阴极电子获得一定能量后，就可以克服金属内部正电荷对它的引力而向外发射。这种能量可以是热能、电能或者运动能量，即阴极在高温状态下，电子运动速度加快，当其能量大于正电荷对其的静电引力，即可有电子发射；或者当两极间的电场强度达到一定程度后，电场对阴极表面电子的吸引力大于正电荷的静电引力时，也可发生电子发射。同时，在电场作用下，阴离子的运动速度加快，撞击阴极表面，将能量传递给阴极，也可使电子发射。

② 气体电离

中性的气体原子在受到电场或热能作用时，气体原子中电子获得足够的能量，克服原子核对电子的引力，而成为自由电子。中性原子因失去带负电荷的电子而成为带正电荷的正离子的过程，就叫做气体电离。当有阴极电子发射，电子高速运动与气体原子相互碰撞，如果撞击的能量大于气体原子核与电子间的引力时，则发生气体电离；或者在高温下，气体原子的运动速度加快，原子间相互碰撞，也会引起气体电离。

焊接电弧的引燃

焊条与焊件之间是有电压的，当它们相互接触时，相当于电弧焊电源短接。由于接触点很大，短路电流很大，则产生了大量电阻热，使金属熔化，甚至蒸发、汽化，引起强烈的电子发射和气体电离。这时，再把焊丝与焊件之间拉开一点距离（3～4㎜），这样，由于电源电压的作用，在这段距离内，形成很强的电场，又促使产生电子发射。同时，加速气体的电离，使带电粒子在电场作用下，向两极定向运动。弧焊电源不断的供给电能，新的带电粒子不断得到补充，形成连续燃烧的电弧。

焊条（或焊丝）的加热和熔化

熔化极电弧焊时，焊条具有两个作用：一方面作为电弧焊的一个电极；另一方面作为填充金属形成焊缝。焊条的熔化主要是靠焊接电流通过焊条所产生的电阻热，而焊接电弧产生的热量对焊条熔化属次要作用（大部分热量是用来熔化母材、药皮和焊剂）。

电阻热的大小决定于焊条伸出长度、电流密度和焊条本身的电阻率。焊条伸出长度越大，则通电的时间增长，电阻热增大；电流密度增加，电阻热也增大；同种材料焊条直径约大，电阻率越小，则产生的电阻热越小。但是过高的电阻热会给焊接过程带来不利的影响，将使焊条的药皮在进入熔化区前发红变质，失去保护和冶金作用。在自动焊时，过高的电阻热将使焊丝崩断，影响焊接质量。为此，在焊接过程中要控制焊条伸出长度

硼砂焊接贵金属起到隔离空气，保护焊材、清理氧化物的作用。

1、隔离空气，保护焊材。硼砂焊接贵金属主要用于气焊，在焊接时，超高温使硼砂熔化，有利于金属流动，在焊材表面形成保护膜，隔离空气以后焊接表面不易氧化，从而保证焊接质量。

2、清理氧化物。硼砂高温熔化后形成氧化硼，酸性。该物质加入石英玻璃的网格结构以后，会减少黏度增加流动性。但是不会影响耐久性。氧化硼会与金属表面的一层氧化物反应，清理氧化物，保护焊接，起到一定的净化作用。

扩展资料

硼砂储存注意事项：

用内衬二层牛皮纸或塑料袋的麻袋包装。每袋净重40公斤、50公斤或80公斤。并且装在棚车、船舱或带棚的汽车内运输，不应与潮湿物品或其他有色物料混合堆放，运输工具必须干燥清洁。贮存在干燥、清洁的库房内，应避免雨淋或受潮。

硼砂的其他用途：

1、用于玻璃和搪瓷行业。在玻璃中，可增强紫外线的透射率，提高玻璃的透明度及耐热性能。在搪瓷制品中，可使瓷釉不易脱落而使其具有光泽。

2、玻璃纤维、有色金属的焊接剂、珠宝的粘结剂、印染、洗涤（丝和毛织品等）、金的精制、化妆品、农药、肥料、硼砂皂、防腐剂、防冻剂和医学用消毒剂。

3、制取含硼化合物的基本原料，几乎所有的含硼化物都可经硼砂来制得。

4、在医学上，硼砂用于皮肤黏膜的消毒防腐、氟骨症、足癣、牙髓炎、霉菌性阴道炎、宫颈糜烂、褥疮、痤疮、外耳道湿疹、疱疹病毒性皮肤病、癫痫的治疗，用于肿瘤的治疗。

5、用于除草剂，用于非耕作区灭生性除草，除单独使用外，同氯酸钠混用，以减低氯酸钠的易燃性。

参考资料来源：百度百科—硼砂（无色结晶物质）