1、间壁式换热器的类型

2、焊接技术大全

(一)蛇管式换热器

蛇管式换热器可分为两类。

1)沉浸式蛇管换热器 蛇管多用金属管子弯制而成，或制成适应容器要求的形状，沉浸 在容器中。两种流体分别在蛇管内、外流动而进行热量交换。几种常用的蛇管形式如图所示。

图4-40 蛇管的形状

2）喷淋式换热器，它多用作冷却器。喷淋式换热器如图4-41所示。这种设备常放置在室外空气流通处，冷却水在空气中汽化时可带走部分热量，以提高冷却效果。它和沉浸式蛇管换热器相比，还具有便于检修和清洗、传热效果也较好等优点，其缺点是喷淋不易均匀。

图4-41 喷淋式换热器

1-弯管 2-循环泵 3-控制阀

(二)套管式换热器

套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，套管换热器的优点为：构造简单；能耐高压；传热面积可根据需要而增减；适当地选择管内、外径，可使流体的流速较大；且双方的流体作严格的逆流，都有利于传热。其缺点为：管间接头较多，易发生泄漏；单位长度具有传热面积较小。在需要传热面积不太大且要求压强较高或传热效果较好时，宜采用套管式换热器。如图4-42所示。

图4—42 套管式换热器

(三)列管式换热器

列管换热器是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。与前述的各种换热器相比，主 要优点是单位体积所具有的传热面积较大以及传热效果较好；此外，结构简单，制造的材料 范围较广，操作弹性也较大等，因此在高温、高压和大型装置上多采用列管式换热器。根据热补偿方法的不同，列管 换热器有下面几种型式。

1.固定管板式

所谓固定管板式即两端管板和壳体连接成一体，因此它具有结构简单和造价低廉的优点。但是由于壳程不易检修和清洗，因此壳方流体应是较洁净且不易结垢的物料。当两流体的温度差较大时，应考虑热补偿。图4—43为具有补偿 圈(或称膨胀节)的固定板式换热器，即在外壳的适当部位焊上一个补偿圈，当外壳和管束热膨胀不同时，补偿圈发生弹性变形(拉伸或压缩)，以适应外壳和管束的不同的热膨胀程度。这种热补偿方法简单，但不宜用于两流体的温度差太大(不大于70℃)和壳方流体压强过高 (一般不高于600kPa)的场合。固定管板式换热器如图4—5所示。

图4-43 具有补偿圈的固定管板式换热器

1一挡板 2-补偿圈 3-放气嘴

2.U型管换热器

这种型式换热器的结构也较简单，重量轻，适用于高温和高压的场合。其主要缺点是管 内清洗比较困难，因此管内流体必须洁净；且因管子需一定的弯曲半径，故管板的利用率较差。

U型管换热器如图4-44所示。管子弯成U型，管子的两端固定在同一管板上，因此每 根管子可以自由伸缩，而与其它管子及壳体无关。

图4-44 U型管换热器

1一U型管 2一壳程隔板 3一管程隔板

3.浮头式换热器

浮头式换热器两端管板之一不与外壳固定连接，该端称为浮头。当管子受热(或受冷)时，管束连同浮头可以自由伸缩，而与外壳的膨胀无关。浮头式换热器不但可以补偿热膨胀，而且由于固定端的管板是以法兰与壳体相连接的，因此管束可从壳体中抽出，便于清洗和检修。故浮头式换热器应用较为普遍。但该种换热器结构较复杂，金属耗量较多，造价也较高。如图4-45所示

图4-45 浮头式换热器

1一管程隔板 2一壳程隔板 3一浮头

(一)夹套式换热器

这种换热器构造简单，换热器的夹套孝装在容器的外部，夹套与器壁之间形成密闭的空间，为载热体(加热介质)或载冷体(冷却介质)的通路。夹套通常用钢或铸铁制成，可焊在器壁上或者用螺钉固定在容器的法兰或器盖上。.

夹套式换热器主要应用于反应过程的加热或冷却。在用蒸汽进行加热时，蒸汽由上部接管进入夹套，冷凝水则由下部接管流出。作为冷却器时，冷却介质(如冷却水)由夹套下部的接管进入，而由上部接管流出。如图4—46所示。

图4-46 夹套式换热器

1一容器2一夹套

(二)板式换热器

板式换热器主要由一组长方形的薄金属板平行排列、夹紧组装于支架上而构成。两相邻板片的边缘衬有垫片，压紧后可达到密封的目的，且可用垫片的厚度调节两板间流体通道的大小。每块板的四个角上，各开一个圆孔，其中有两个圆孔和板面上的流道相通，另外两个圆孔则不相通，它们的位置在相邻板上是错开的，以分别形成两流体的通道。冷、热流体交替地在板片两侧流过，通过金属板片进行换热。每块金属板面冲压成凹凸规则的波纹，以使流体均匀流过板面，增加传热面积，并促使流体湍动，有利于传热。板式换热器的示意图如图4-47所示。

板式换热器的优点是：结构紧凑，单位体积设备所提供的传热面积大；总传热系数高，如对低粘度液体的传热，K值可高达7000W／(m2·℃)；可根据需要增减板数以调节传热面积；检修和清洗都较方便。

板式换热器的缺点是：处理量不太大；操作压强较低，一般低于1500kPa，最高也不超过2000kPa；因受垫片耐热性能的限制，操作温度不能过高，一般对合成橡胶垫圈不超过 130℃，压缩石棉垫圈低于250℃。

(三)螺旋板式换热器

如图4—48所示，螺旋板式换热器是由两块薄金属板焊接在一块分隔挡板(图中心的短板)上并卷成螺旋形而成的。两块薄金属板在器内形成两条螺旋形通道，在顶、底部上分别

焊有盖板或封头。进行换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流动。

图4-47 板式换热器示意图 图4-48 螺旋板式换热器

三、翅片式换热器

(一)翅片管换热器

如图4-49所示，翅片式换热器的构造特点是在管子表面上装有径向或轴向翅片。常见 的翅片如图4-50所示。

图4-49 翅片式换热器

(a) 翅片式换热器 (b)翅片管断面

当两种流体的对流传热系数相差很大时，例如用水蒸气加热空气，此传热过程的热阻主要在气体一侧。若气体在管外流动，则在管外装置翅片，既可扩大传热面积，又可增加流体的湍动，从而提高换热器的传热效果。一般来说，当两种流体的对流传热系数之比为3：1或更大时，宜采用翅片式换热器。

焊接技术大全

百科焊接社区。。。。。。。。

1焊接

焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体

的连接方法。

常用的焊接方法可分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊中又分为气焊、电弧焊、电渣焊、

等离子弧焊等等。本文主要介绍电弧焊中的手工电弧焊、埋弧自动焊和氩弧焊。

在化工机械制造中据统计化工装置焊接的构件量约占整个装置重量的

75％左右。各种容器、

塔器、换热器、反应器、钢结构等大多数采用焊接方法制造。由于化工、炼油、制药等生产工艺复杂

操作压力高温度范围广要求密封性好腐蚀性强所以对焊接要求特别严格。因此提高焊接技术

水平规范焊接工艺确保焊接质量对保证长期、安全、高效率生产有着重要的意义。

第一节电弧焊

电弧焊是利用电弧的热量加热并熔化金属进行焊接的。

一、焊接电弧

焊接电弧是一种强烈的持久的气体放电现象。在这种气体放电过程中产生大量的热能和强烈的光

辉。通常气体是不导电的但是在一定的电场和温度条件下可以使气体离解而导电。焊接电弧就是

在一定的电场作用下将电弧空间的气体介质电离使中性分子或原子离解为带正电荷的正离子和带负

电荷的电子（或负离子）这两种带电质点分别向着电场的两极方向运动使局部气体空间导电而形

成电弧。

焊接电弧的引燃一般采用两种方法：

接触引弧和非接触引弧

。手工电弧焊是采用接触引弧的。引弧

时焊条与工件瞬时接触造成短路。由于接触面的凹凸不平只是在某些点上接触因而使接触点上电

流密度相当大；此外由于金属表面有氧化皮等污物电阻也相当大所以接触处产生相当大的电阻热

2使这里的金属迅速加热熔化并开始蒸发。当焊条轻轻提起时焊条端头与工件之间的空间内充满了金

属蒸气和空气其中某些原子可能已被电离。与此同时焊条刚拉开一瞬间由于接触处

的温度较高

距离较近阴极将发射电子。电子以高速度向阳极方向运动与电弧空间的气体介质发生撞击。碰撞的

结果使气体介质进一步电离同时使电弧温度进一步升高则电弧开始引燃。只要这时能维持一定的电

压放电过程就能连续进行使电弧连续燃烧。非接触引弧一般借助于高频或高压脉冲引弧装置使阴

极表面产生强场发射其发射出来的电子流再与气体介质撞击使其离解导电。

焊接电弧可分为三个区域如图

2－9

所示即阳极区、弧柱区和阴极区。用钢焊条焊接时阴极

区温度为2400

左右放出热量为电弧总热量的

38％；阳极区温度为2600左右热量占42％；弧柱区中心温度可达5000－8000热量占20％左右。

二、手工电弧焊

手工电弧焊是利用电弧产生的热量熔化被焊金属的一种手工操作焊接方法。

由于它所需的设备简单

操作灵活对空间不同位置、不同接头形成的焊缝均能方便地进行焊接因此目前它仍被广泛使用。

手工电弧焊如图2-10所示。

3焊接前将被焊工件和焊钳分别与电焊机的两极连接并用焊钳夹持焊条。焊接时使焊条与工件瞬时

接触形成短路随即将它们分开一定距离（约

2－4

）就引燃了电弧。电弧下的工件立即熔化构

成一个半卵形熔池。焊条药皮熔化后一部分变成气体包围住电弧使它与空气隔绝从而使液态金属免

于氧、氮的侵害；一部分变成溶渣或单独喷向熔池或与焊芯熔化生成的液态金属熔滴一起喷向溶池。

在电弧及熔池中液态金属、熔渣和电弧气体互相间会发生某种物理化学变化如气体向液态金属内溶

解进行氧化还原反应等。熔池内的气体和渣由于质量轻而上浮。当电弧移去后温度降低金属和渣

会先后凝固。这样两件金属经熔化结晶的焊缝金属而连接起来。渣由于收缩量与金属不同会在渣壳和

金属界上产生滑移渣壳或自动脱落或敲击后脱落即可露出带鱼鳞纹状的金属焊缝。

手工电弧焊的主要设备是电焊机

。

电焊机是产生焊接电弧的电源有交流和直流两种。目前国内生

产的电焊机品种很多按其结构可分为：交流电焊机和直流电焊机。

交流电焊机实质上是一种特殊的变压器它将工业用电的电压降低。由于交流电源的电压和电流

方向是不断改变的在这个改变过程中电弧总要经历一个瞬时熄弧、重新引弧和再次稳定燃烧的

过程因此交流电弧稳定性较差。但因具有结构简单、维修方便、造价低廉和节省电能等优点

所以交流电焊机在生产实践中也广泛采用。

直流电焊机又分为旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机。前者由一台交流电动机带动一台直

流发电机组成它有成本高、噪音大、重量大、维护不方便等缺点。硅整流式直流电焊机结构简

单已逐渐替代旋转式直流电焊机。直流电焊机的电压和电流方向不变能使电弧持续而稳定燃

烧因此焊缝质量更容易保证。

4直流电焊机有两种不同的接法。当焊条接负极、工件接正极时为正接法；反之为反接法。一般用碱

性低氢型焊条（如507

）焊接时为了使电弧稳定燃烧规定要用直流反接法；而用酸性焊条（如

422）

焊接厚钢板时采用正接法

因为阳极部分的温度高于阴极部分用正接法可以得到较大的熔深

；焊接

薄钢板及有色金属时则采用反接法。

用交流电焊接时由于极性是交替变化的所以不需要选择极性接法。

三、埋弧自动焊

埋弧自动焊接时引燃电弧、送丝、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾等过程完全由机械来完成。

埋弧自动焊过程如图2-11所示。焊剂2由漏斗3

流出后均匀地堆敷在装配好的工件

1上焊丝4由送丝机构经送丝滚轮5和导电嘴6

送入焊接电弧区。焊接电源的两端分别接在导电嘴和工件上。送丝机构、焊剂漏斗及控制盘通常

都装在一台小车上以实现焊接电弧的移动。

焊接过程是通过操作控制盘上的按钮开关来实现自动控制的。焊接过程中在工件被焊处覆盖着一

层30－50

厚的粒状焊剂连续送进的焊丝在焊剂层下与焊件间产生电弧电弧的热量使焊丝、工

件和焊剂溶化形成金属熔池使它们与空气隔绝。随着焊机自动向前移动电弧不断熔化前方的焊件

5

金属、焊丝及焊剂而熔池后方的边缘开始冷却凝固形成焊缝液态熔渣随后也冷凝形成坚硬的渣壳。

如图2-12

所示。未熔化的焊剂可回收使用。

焊丝和焊剂在焊接时的作用与手工电弧焊的焊条芯、焊条药皮一样。焊接不同的材料应选择不同成

分的焊丝和焊剂。如焊接低碳钢时常用

08

焊丝配用高锰高硅型焊剂

431等。焊接电源通常采

用容量较大的弧焊变压器。

埋弧自动焊的主要优点是：

（1）生产率高

埋弧焊的焊丝伸出长度（从导电嘴末端到电弧端部的焊丝长度）远较手工电弧焊的

焊条短一般在50

左右而且是光焊丝不会因提高电流而造成焊条药皮发红问题即可使用较大

的电流（比手工焊大5－10

倍）因此熔深大生产率较高。对于

20

以下的对接焊可以不开坡

口不留间隙这就减少了填充金属的数量。

（2）焊缝质量高

对焊接熔池保护较完善焊缝金属中杂质较少只要焊接工艺选择恰当较易获

得稳定高质量的焊缝。

（3）劳动条件好

除了减轻手工操作的劳动强度外电弧弧光埋在焊剂层下没有弧光辐射劳动

条件较好。埋弧自动焊至今仍然是工业生产中最常用的一种焊接方法。适于批量较大较厚较长的直线

及较大直径的环形焊缝的焊接。广泛应用于化工容器、锅炉、造船、桥梁等金属结构的制造。

6

这种方法也有不足之处如不及手工焊灵活一般只适合于水平位置或倾斜度不大的焊缝；

工件边

缘准备和装配质量要求较高、费工时；由于是埋弧操作看不到熔池和焊缝形成过程因此必须严格

控制焊接规范。四、氩弧焊

氩弧焊是利用氩气作为保护介质的一种电弧焊方法。氩气是一种惰性气体它既不与金属起化学反

应使被焊金属氧化亦不溶解于液态金属。因此可以避免焊接缺陷获得高质量的焊缝。

氩弧焊时由于氩气的电离势较高故引弧较困难为此常借用高频振荡器产生高频高压电来引弧。

由于氩气的散热能力较低因而一旦引燃后就能较稳定地燃烧。

氩弧焊按所用的电极不同分为两种：非熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。

（一）非熔化极氩弧焊（

焊）

非熔化极氩弧焊时电极只起发射电子、产生电弧的作用电极本身不熔化常采用熔点较高的钍

钨棒或铈钨棒作为电极所以又叫钨极氩弧焊。焊接过程可以用手工进行也可以自动进行。其过

程如图2-13（）所示。

7

焊接时在钨极与工件间产生电弧填充金属从一侧送入在电弧热的作用下填充金属与工件熔

融在一起形成焊缝。为了防止电极的熔化和烧损焊接电流不能过大因此钨极氩弧焊通常适用于焊

接4

以下的薄板如管子对接、管子与管板的连接。

（二）熔化极氩弧焊（焊）

熔化极氩弧焊是利用金属焊丝作为电极电弧产生在焊丝和工件之间焊丝不断送进并熔化过渡到

焊缝中去。因此熔化极氩弧焊所用焊接电流可大大提高适用于中、厚板的焊接如化工容器筒体的焊

接。焊接过程可采用自动或半自动方式如图

2-13（）所示。

熔化极氩弧焊时的金属熔滴过渡主要是喷射过渡的形式。喷射过渡的特点是在焊接电压较高、焊

接电流超过某临界值时熔滴呈雾状的细滴沿焊丝轴向高速射入溶池。喷射过渡时不发生短路现象电

弧燃烧非常稳定飞溅现象消失焊缝成形好熔透深度增加所以溶化极氩弧焊主要用于焊接厚度为

3以上的金属。

由于氩气比较稀缺使得氩弧焊的焊接成本较高。故目前主要用来焊接易氧化的有色金属（如铝、

镁及其合金）、稀有金属（如钼、钛及其合金）、高强度合金钢及一些特殊用途的高合金钢（如不锈钢、

耐热钢）。

近三十年来发展了钨极、熔化极脉冲氩弧焊使之扩大了氩弧焊的应用范围。脉冲氩弧焊是采用

可控的脉冲电流代替连续电流通过调节规范参数能控制电弧能量便于精确控制熔池体积、焊缝熔深

及溶滴过渡等因而可以焊接薄板或超薄板构件。如直流脉冲

焊可焊小至0.1的薄板。第二节焊接接头和坡口形式

焊接接头形式可分为：对接接头、

形接头、角接接头和搭接接头。

一、对接接头

将两块钢板对在一起焊接称为对接；一块钢板卷成圆筒后对在一起焊接也属对接。对接接头容

易焊透受力情况好应力分布均匀联接强度高因而焊接接头质量容易保证。

8

为了保证焊接质量必须在焊接接头处开适当的坡口。坡口的主要作用是保证焊透此外坡口的

存在还可形成足够容积的金属液熔池以便焊渣浮起不致造成夹渣。坡口的几何尺寸必须设计好以

便减少金属填充量、减少焊接工作量和减少变形。

对接接头形式如图2-14所示。对于钢板厚度在6

以下的双面焊因其手工焊的熔深可达

故可以不开坡口如图

2-14（）所示。对于厚度在6－40的钢板可采用如图2-14（）所示的

形坡口进行双面焊。在无法进

行双面焊时也可采用带垫板（厚度≥

）的单面焊。由于垫板的存在不易被烧穿。

当板厚为12－60时可采用如图2-14（）

示的形坡口。在板厚相同的情况下

采用形坡口可减少焊条金属量二分之一左右而且焊件的变形及所产生的内应力相

应小些因此它多用于厚度较大并变形要求较小的工件。形坡口有对称的；还有不

对称的即一侧深另一侧浅。较浅的一侧焊接工作量小些

图2-14（）（）分别为单形坡口及双

形坡口这类坡口的填敷金属量均较

形坡口少些

焊件变形也较小但其坡口加工较困难故一般只在较重要的焊接结构时采用。

9

当对接的两块钢板厚度不相等时为了防止焊接时薄的一边金属过热而厚的一边金属难于熔化的

现象避免焊不透或烧穿；为了减少由于接头处厚度不等、刚度不一而产生焊接变形与裂纹的可能性

应采用如图2-15

所示的厚度过渡开坡口的形式。

在考虑焊接接头时采用等厚度焊接是一条很重要的原则。当薄板厚度

≤10两板厚度差≥3；或当薄板厚度&;10

而两板厚度差大于薄板厚度的

30％或超过5时均应按图2-15的要求削薄厚度边缘。

二、形接头和角接接头

根据焊接工件厚度的不同将两块钢板互成直角连接在一起的焊缝接头称为

形接头和角接接头。

接头可分为不开坡口、单边

形坡口、双边形坡口以及形坡口如图2－16所示。根据厚薄不

同可采用单面焊或双面焊。

10图2－17

示出不允许的角接焊缝结构。这些角焊缝应力分布不均在焊缝的根部有较大的应力集

中在压力容器的受压件上是禁止采用的。

图2-18

示出搭接接头接头不开坡口。焊缝均属角焊缝。根据焊缝所在位置有端焊缝与侧焊缝之分。

11表2-10

为手工电弧焊和埋弧自动焊的焊缝坡口形式举例供选用时参考。

表2-10焊缝坡口形式和尺寸示例

名称接头形式基本尺寸适用范围标注代号备注对接接头↓手工电弧焊2～340+11+1薄板拼接筒体纵、环焊缝3～4060°±5°用于根部间隙较大且无法用机械方法加工坡口的容器环焊缝6～1012～2645°±5°35°±5°7+18+11±12-1筒体内无法焊接但是允许衬垫板的焊缝注：一般不推荐使用垫板尺寸由施焊者自定

1216～6055°±5°2+12±1钢板拼接筒体的纵焊缝30～9092～1506°±2°4°±2°1+12+16+1钢板拼接筒体的纵焊缝30～6065°±5°10°±2°2+12±110+2厚壁筒体的环焊缝多用于筒体内径&;600的单面焊接对接接头↓埋弧焊16～3045°～70°2+1钢板拼接筒体纵、环焊缝

13接管与壳体间焊接接头=45°±5°=1±0.5≥≥61.壁厚较小的常压容器2.非特殊操作工况（如无疲劳、无大的温度梯度、非低温及介质腐蚀性不大）3.一般用于1/2角接接头=55°±5°==2±1=≥3=3～16主要用于&;600且内部无法施焊的管子或筒体与平盖的连接本接头不推荐用于疲劳载荷的场合搭接接头=0+2=+≥4=3～16温度=2～250℃主要用于大型立式储罐的壳体（包括底板、顶盖）等的连接本接头不得用于有较大温度梯度的工况形接头=55°±5°==2±1用于薄管板与筒体的连接由计算确定

14=5～25≥41≥6换热器管板与壳体的焊接接头见图示用于&;10使用压力≤1.0。不宜用于易燃、易爆、易挥发及有毒介质的场合绘节点图第三节焊接材料

一、手工电弧焊用焊接材料

手工焊的焊接材料为电焊条它由钢芯和包在钢芯外的药皮组成。

（一）钢芯

15

钢芯（焊芯）的作用主要是导电并在焊条端部形成具有一定成分的熔敷金属。焊芯可用各种不同

的钢材制造。焊芯的成分直接影响熔敷金属的成分和性能因此要求焊芯尽量减少有害元素的含量

除了限制、

外有些焊条已要求焊芯控制

、、等元素。（二）药皮

焊条药皮又可称为涂料把它涂在焊芯上主要是为了便于焊接操作以及保证熔敷金属具有一定的

成分和性能。焊条药皮可以采用氧化物、碳酸盐、硅酸盐、有机物、氟化物、铁合金及化工产品等上百

种原料粉末按照一定的配方比例混合而成。各种原料根据其在焊条药皮中的作用可分成下列几类：

1.稳定剂

使焊条容易引弧及在焊接过程中能保持电弧稳定燃烧。凡易电离的物质均

能稳弧。一般采用碱金属及碱土金属的化合物如碳酸钾、碳酸钠、大理石等。

2.造渣剂

焊接时能形成具有一定物理化学性能的溶渣覆盖在熔化金属表面保护

焊接熔池及改善焊缝成形。

3.脱氧剂

通过焊接过程中进行的冶金化学反应以降低焊缝金属中的含氧量提高

焊缝机械性能。主要脱氧剂有锰铁、硅铁、钛铁等。

4.造气剂

在电弧高温作用下能进行分解放出气体以保护电弧及熔池防止周围

空气中的氧和氮的侵入。

5.合金剂

用来补偿焊接过程中合金元素的烧损及向焊缝过渡合金元素以保证焊缝

金属获得必要的化学成分及性能等。

6.增塑润滑剂

增加药皮粉料在焊条压涂过程的塑性、滑性及流动性以提高焊条的

压涂质量减小偏心度。

7.粘接剂

使药皮粉料在压涂过程中具有一定的粘性能与焊芯牢固地粘接并使焊条药皮在烘干后

具有一定的强度。（三）电焊条的分类

161.

按焊条的用途分类通常焊条按用途可分为十大类

如表2-12所示。

表2-12焊条大类的划分

序号焊条大类代号拼音汉字1结构钢焊条结2钼及铬钼耐热钢焊条热3铬不锈钢焊条铬铬镍不锈钢焊条奥4堆焊焊条堆5低温钢焊条温6铸铁焊条铸7镍及镍合金焊条镍8铜及铜合金焊条铜9铝及铝合金焊条铝10特殊用途焊条特

注：焊条牌号的标注以拼音为主如

422。2.

按熔渣的碱度分类通常可分为两大类

-

酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条焊接工艺性能好成形整洁

去渣容易不易产生气孔和夹渣等缺陷。但由于药皮的氧化性较强致使合金元素的烧损也大

焊缝金属

的机械性能（尤其是冲击韧性）比较低。酸性焊条一般均可用交直流电源。典型的酸性焊条是

422。

17

碱性焊条焊接的焊缝机械性能良好特别是冲击韧性比较高因此主要用于重要结构的焊接。必须

注意由于氟化物的粉尘有害于焊工身体健康应加强现场的通风排气以改善劳动条件。典型的碱性

焊条有507。

按焊条药皮的主要成分分类

焊条药皮由多种原料组成按照药皮的主要成分可以确定焊条的药皮类

型。例如当药皮中含有

30％以上的二氧化钛及20

％以下的钙、镁的碳酸盐时就称为钛钙型。药皮

类型分类见表2-13。

表2-13焊条牌号中末位数字的意义

数字药皮类型特点电源1氧化钛型(酸性)焊接工艺性好

适用于各种位置焊接特别适用于薄板焊接；

焊缝金属塑性和抗裂性能较差。

交流或直流2钛钙型(酸性)

焊接工艺性好适用于各种位置焊接。

3钛铁矿型(酸性)

4氧化铁型(酸性)

焊接工艺性较差焊缝金属抗裂性能较好适宜中厚板平焊

立焊及仰焊操作性能较差。

5纤维素型(酸性)

焊接工艺性较差焊缝金属抗裂性能良好适用于含碳量较

高的中厚板焊接立焊及仰焊操作性能较差。

6低氢型（碱性）

焊接工艺性一般焊缝金属具有特别良好的抗热裂性能和机

械性能适宜于焊接重要结构。

7直流

（四）电焊条牌号与型号

18⒈焊条牌号

焊条牌号是对焊条产品的具体命名。它是根据焊条的主要用途及性能特点来命名的。

每种焊条产品只有一个牌号但多种牌号的焊条可以同时对应于一种型号。焊条牌号通常以一个汉语拼

音字母（或汉字）与三位数字表示。

（1）结构钢焊条焊条牌号如其中表示结构钢焊条第一、二位数字＂42＂则表示焊缝

金属的抗拉强度等级（用

值的1/10表示）末位数字2

表示药皮类型及焊接电源的种类（见

表2-13）。（2

）奥氏体铬镍不锈钢焊条

焊条牌号如132其中

表示奥氏体不锈钢焊条；第一位数字表示

焊缝金属主要化学成分组成等级

1等级表示含量约为19％含量约为10％；第二位数字表

示同一焊缝金属主要化学成分组成等级中的不同牌号、品种以此来区别镍铬之外的其他成分的不同；

末位数字表示药皮类型和焊接电源种类见

表2－13。⒉焊条型号

焊条型号是以焊条国家标准为依据、反映焊条主要特性的一种表示方法。焊条型号根

据焊缝金属的力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分。

（1）碳钢焊条焊条型号如4315其中＂

＂表示焊条；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最

小值单位为值的1/10

；第三位数字表示焊条的焊接位置

0及1

表示焊条适用于全位置焊接

（平、立、仰、横）2

表示焊条适用于平焊及平角焊

适用于向下立焊；第三位和第四位数字组

合时表示焊接电流种类及药皮类型。举例如下：

简要说明一下常用的几种焊条

.4

303、5003焊条

19

这类焊条为钛钙型。药皮中含

30％以上的氧化钛和20

％以下的钙或镁的碳酸盐矿熔渣流动性良

好脱渣容易电弧稳定溶深适中飞溅少焊波整齐。这类焊条适用于全位置焊接焊接电流为交

流或直流正、反接主要用于焊接较重要的碳钢结构。

315、5015焊条

这两类焊条为低氢钠型药皮的主要组成物是碳酸盐矿和萤石。其碱度较高熔渣流动性好焊接

工艺性能一般焊波较粗角焊缝略凸熔深适中脱渣性较好焊接时要求焊条干燥并采用短弧焊。

这类焊条可全位置焊接焊接电源为直流反接其熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。主要用于焊

接重要的低碳钢结构及与焊条强度相当的低合金钢结构也被用于焊接高硫钢和涂漆钢。

316、5016型焊条

这两类焊条为低氢钾型药皮在

4315和5015

型的基础上添加了稳弧剂如铝镁合金或钾水

玻璃等

其电弧稳定工艺性能好焊接位置与

型焊条相似焊接电源为交流或直流

反接。这类焊条的熔敷金属具有良好的抗裂性和力学性能。主要用于焊接重要的低碳钢结构也可焊接

与焊条强度相当的低合金钢结构。

（2）低合金钢焊条焊条型号如5018－1

低合金钢型号编制方法与碳钢焊条基本相同但

后缀字母为熔敷金属的化学成分分类代号并以短划

与前面数字分开。如还具有附加化学成分时

附

加化学成分直接用元素符号表示并用短划

与前面后缀字母分开举例如下：

（3）不锈钢焊条焊条型号如308－15字母表示焊条

后面的数字表示熔敷金属化学

成分分类代号如有特殊要求的化学成分该化学成分用元素符号表示放在数字的后面短划

-后面的

两位数字表示焊条药皮类型、焊接位置及焊接电流种类

见表2-14。

20举例如下：

表2－14不锈钢焊条类型分类

焊条类型焊接电流焊接位置()－17()－26直流反接全位置平焊、横焊()－16()-15()-25交流或直流反接全位置平焊、横焊型号为308的焊条其代号308

与美国、日本等工业发达国家的不锈钢材的牌号相同。世界上

大多数工业国家都是将不锈钢焊条型号与不锈钢材代号相一致这样有利于焊条的选择和使用也便于

进行国际交往。

有必要简单介绍一下与

308型号相对应的983-85原先的型号为0-19-10其中0表

示熔敷金属的含碳量不大于

1‰；19为熔敷金属中含量的百分数值；10为含量的百分数值。新旧型号对应关系见表2－15。

21

表2－15不锈钢新旧型号对照表

二、埋弧焊用焊丝和焊剂

埋弧焊用焊丝的作用相当于手工电弧焊焊条的钢芯。焊丝牌号的表示方法与钢号的表示方法类似

只是在牌号的前面加上。强度钢用焊丝牌号如

08、

08、102等后面的头两个数字表

示焊丝平均含碳量的万分之几焊丝中如果有合金元素则将它们用元素符号依次写在碳含量的后面。

当元素的含量在1

％左右时只写元素名称不注含量；若元素含量达到或超过

2％时则依次将含量

的百分数写在该元素的后面。若牌号最后带有

字表示为、含量较少的优质焊丝。

埋弧焊用焊剂的作用相当于手工焊焊条的药皮。国产焊剂主要依据化学成分分类其编号方法是在

牌号前面加（焊剂）如431

。牌号后面的第一位数字表示氧化锰的平均含量如

４表示含&;30

％；第二位数字表示二氧化硅、氟化钙的平均含量如

３表示高硅低氟型（2&;30%2&;10%

）；末位数字表示同类焊剂的不同序号。

使用不同牌号的焊丝与焊剂搭配施焊可以得到具有不同机械性能的焊缝金属。国家标准

（5293-85

）规定焊剂型号的表示方法如下：

22例如型号为401－08

的焊剂它表示这种埋弧焊用焊剂采用

焊丝按本标准所规定的焊

接工艺参数焊接试板其试样状态为焊态时焊缝金属的抗拉强度为

412－550屈服强度不小于330伸长率不小于22％在0℃时冲击值不小于34.3/2

。因此焊剂的型号既告诉了我们

应配用哪种焊丝又向我们提供了焊缝金属的机械性能指标。

三、焊条、焊丝及焊剂的选用

选用电焊条时考虑的因素较多其最基本的要求是要能够形成机械性能与基体金属一致的焊缝；其

次在化学成分方面如基体金属有一定合金成分的钢种那么焊条也应符合或接近该钢种的要求；还

应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。埋弧焊用焊丝及焊剂的选用同样应当考虑上述问题。

表2－16常用钢号推荐选用的焊接材料

钢号手弧焊埋弧焊焊条焊丝牌号焊剂型号牌号型号牌号

20、2009-1616161515

2315-0---0----00-00-------0---

24

表2-17不同钢号相焊推荐选用的焊接材料

类别接头钢号手弧焊埋弧焊焊条焊丝钢号焊剂型号牌号型号牌号碳素钢、低合金钢和低合金钢相焊

20、20+

16、1620+2

020、---

25+15碳素钢、碳锰低合金钢和铬钼低合金钢相焊+15+1

16+15

---其他钢号和奥氏体高合金钢相焊+0---

20+0

---

16+0

9---

第四节焊接缺陷与焊接质量检验

一、焊接缺陷（一）焊接变形

26

工件焊后一般都会产生变形如果变形量超过允许值

就会影响使用。焊接变形的几个例子如图

2-19所示。产

生的主要原因是焊件不均匀地局部加热和冷却。因为焊接

时焊件仅在局部区域被加热到高温离焊缝愈近温度

愈高膨胀也愈大。但是加热区域的金属因受到周围温

度较低的金属阻止却不能自由膨胀；而冷却时又由于周

围金属的牵制不能自由地收缩。结果这部分加热的金属存

在拉应力而其它部分的金属则存在与之平衡的压应力。

当这些应力超过金属的屈服极限时将产生焊接变形；当

超过金属的强度极限时则会出现裂缝。

（二）焊缝的外部缺陷1.焊缝增强过高如图2-20所示

当焊接坡口的角度开得太小或焊接电流过小时均会出现这

种现象。焊件焊缝的危险平面已从

-平面过渡到熔合区的-

平面由于应力集中易发生破坏因

此为提高压力容器的疲劳寿命要求将焊缝的增强高铲平。

2.焊缝过凹如图2-21

所示因焊缝工作截面的减小而使接头处的强度降低。

3.焊缝咬边在工件上沿焊缝边缘所形成的凹陷叫咬边如

图2-22所示。它不仅减

少了接头工作截面而且在咬边处造成严重的应力集中。

4.焊瘤熔化金属流到溶池边缘未溶化的工件上堆积形成焊瘤它与工件没有

熔合见图2-23

。焊瘤对静载强度无影响但会引起应力集中使动载强度降低。

5.烧穿如图2-24

所示。烧穿是指部分熔化金属从焊缝反面漏出甚至烧穿成洞它使接头强

度下降。

以上五种缺陷存在于焊缝的外表肉眼就能发现并可及时补焊。如果操作熟练一般是可以避免

的。

27（三）焊缝的内部缺陷

1.未焊透未焊透是指工件与焊缝金属或焊缝层间局部未熔合的一种缺陷。未焊

透减弱了焊缝工作截面造成严重的应力集中大大降低接头强度它往往成为焊缝

开裂的根源。

2.夹渣焊缝中夹有非金属熔渣即称夹渣。夹渣减少了焊缝工作截面造成应

力集中会降低焊缝强度和冲击韧性。

3.气孔焊缝金属在高温时吸收了过多的气体（如

）或由于溶池内部冶金反应产生

的气体（如

）在溶池冷却凝固时来不及排出而在焊缝内部或表面形成孔穴即为气孔。气孔的

存在减少了焊缝有效工作截面降低接头的机械强度。若有穿透性或连续性气孔存在会严重影响焊件

的密封性。

4.裂纹焊接过程中或焊接以后在焊接接头区域内所出现的金属局部破裂叫裂

纹。裂纹可能产生在焊缝上也可能产生在焊缝两侧的热影响区。有时产生在金属表

面有时产生在金属内部。通常按照裂纹产生的机理不同可分为热裂纹和冷裂纹两

类。

28

（1）热裂纹

热裂纹是在焊缝金属中由液态到固态的结晶过程中产生的大多产生

在焊缝金属中。其产生原因主要是焊缝中存在低熔点物质（如熔点1193

℃）它削弱了晶粒间的联系当受到较大的焊接应力作用时就容易在晶粒之间

引起破裂。焊件及焊条内含、等杂质多时就容易产生热裂纹。

热裂纹有沿晶界分布的特征。当裂纹贯穿表面与外界相通时则具有明显的氢化倾向。

（2）冷裂纹

冷裂纹是在焊后冷却过程中产生的大多产生在基体金属或基体金属与焊缝交界的熔

合线上。其产生的主要原因是由于热影响区或焊缝内形成了

淬火组织在高应力作用下引起晶粒内部

的破裂焊接含碳量较高或合金元素较多的易淬火钢材时最易产生冷裂纹。焊缝中熔入过多的氢也

会引起冷裂纹。

裂纹是最危险的一种缺陷它除了减少承载截面之外还会产生严重的应力集中在使用中裂纹会

逐渐扩大最后可能导致构件的破坏。所以焊接结构中一般不允许存在这种缺陷一经发现须铲去重焊。

二、焊接的检验

对焊接接头进行必要的检验是保证焊接质量的重要措施。因此工件焊完后应根据产品技术要求对

焊缝进行相应的检验凡不符合技术要求所允许的缺陷需及时进行返修。焊接质量的检验包括外观检

查、无损探伤和机械性能试验三个方面。这三者是互相补充的而以无损探伤为主。

（一）外观检查

外观检查一般以肉眼观察为主有时用

5－20

倍的放大镜进行观察。通过外观检查可发现焊缝表

面缺陷如咬边、焊瘤、表面裂纹、气孔、夹渣及焊穿等。焊缝的外形尺寸还可采用焊口检测器或样板

进行测量。（二）无损探伤隐

藏在焊缝内部的夹渣、气孔、裂纹等缺陷的检验。目前使用最普遍的是采用

射线检验还有超声波探伤和磁力探伤。

29射线检验是利用射线对焊缝照相

根据底片影像来判断内部有无缺陷、缺陷多少和类型。再根

据产品技术要求评定焊缝是否合格。

超声波探伤的基本原理如图2-25所示。

超声波束由探头发出传到金属中当超声波束传到金属与空气界面时它就折射而通过焊缝。如

果焊缝中有缺陷超声波束就反射到探头而被接受这时荧光屏上就出现了反射波。根据这些反射波与

正常波比较、鉴别就可以确定缺陷的大小及位置。超声波探伤比

光照相简便得多因而得到广泛应

用。但超声波探伤往往只能凭操作经验作出判断而且不能留下检验根据。

对于离焊缝表面不深的内部缺陷和表面极微小的裂纹还可采用磁力探伤。

（

三）水压试验和气压试验

对于要求密封性的受压容器须进行水压试验和（或）进行气压试验以检查焊缝的密封性和承压

能力。其方法是向容器内注入

1.25－1.5

倍工作压力的清水或等于工作压力的气体（多数用空气）停

留一定的时间然后观察容器内的压力下降情况并在外部观察有无渗漏现象根据这些可评定焊缝是

否合格。

（四）焊接试板的机械性能试验

无损探伤可以发现焊缝内在的缺陷但不能说明焊缝热影响区的金属的机械性能如何因此有时对

焊接接头要作拉力、冲击、弯曲等试验。这些试验由试验板完成。所用试验板最好与圆筒纵缝一

起焊成

30

以保证施工条件一致。然后将试板进行机械性能试验。实际生产中一般只对新钢种的焊接接头进行这

方面的试验。思考题1

．焊接电弧是怎样形成的？电弧中温度最高处有多少度？

．与手工电弧焊相比埋弧自动焊有什么特点？

3．焊有什么特点？4

．焊接接头处开坡口有什么意义？请你举出对接接头及

型接头坡口型式及尺寸的例子。

．当对接的两块钢板厚度不相等时如何开坡口？

．电焊条中钢芯与药皮各有什么作用？

．酸性焊条与碱性焊条有何差别？焊接时怎样选用？

．焊条选用的原则是什么？

．焊条的牌号与型号有什么区别？举出结构钢焊条、铬镍不锈钢焊条的一种常用牌号及其对应型号。

10．－

埋弧自动焊的焊丝钢号及焊剂牌号（及型号）。

11．－

与不锈钢相焊选用的焊条牌号。

12

．焊缝缺陷指的是什么？

13

．检验焊缝的方法有哪些？