1、,-4,主讲：朱明 高级技师、经济师、工程师高级技能专业技术教师汽车维修高级考评员,第四章 焊接,通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使连接件达到原子结合的加工方法，称之为焊接。其实质是使被焊金属的原子之间相互扩散，相互结合，并形成整体的过程。它属于永久连接金属的工艺方法。焊接的方法种类繁多，可以归纳为三类：1.熔焊（电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等）；2.压焊（锻焊、电阻焊、冷压焊等）；3.钎焊（锡焊、波峰焊等）。,焊接方法种类介绍：,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊及封粘,软钎焊,硬钎焊,封接,粘接,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊
2、,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,一、熔焊 （一） 熔焊基本原理,1.熔焊的本质及特点：熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。,2.熔焊的三要素：热源能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。熔池的保护可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,3.焊缝的融
3、化区及凝固过程示意图,（二）手弧焊1.手弧焊是手工操作，利用电弧加热的焊接方法。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区：阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度和热量分布：温度 热量分布 阳极区： 2600 C 43弧柱区： 60008000 C 21阴极区： 2400 C 36,2.直流电弧焊的接法 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法： 1.直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）； 2.直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板
4、、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）。,3.电弧焊的焊接过程：手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。,4.电弧焊的冶金过程特点：电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池
5、处于液态的时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔杂质等缺陷。,5.熔池的保护焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果：形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。,A.渣保护为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣。一方面防止金属氧化和吸气，另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能 ，同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射。,B
6、.气保护用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体(如Ar或CO2，见下页)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。,氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。CO2气体CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。CO2气体密度大，受热后体积膨
7、胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：CO2 CO + O2所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。,C.渣-气联合保护利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。,6.填充金属填满焊缝，提高焊缝性能，使焊缝与母材等强度，用焊丝和焊芯（填充金属）过渡合金元素。常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。H代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表含碳量的万分之几；A为高级优质钢；E代表特级优质钢。,7.电焊条电焊条的组成及作用组成：焊芯和药皮作用：焊芯
8、填充金属(其直径即称为焊条直径，最小为1.6，最大为8。其中以3.25的焊条应用最广）；药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。,焊条的型号与牌号的区别1.焊条的型号是按国家有关标准（GB5117-85)与国际标准确定的。以结构钢为例，型号编制法为字母“E”表示焊条，第一、二位表示熔敷金属最小抗拉强度，第三位数字表示焊条的焊接位置，第三、四位数字表示焊接电流种类及药皮类型。如E4301、E5015、E5016等(见下图）。2.焊条的牌号则是焊条行业统一的焊条代号（见下页）。,焊条的种类和牌号结构钢焊条J
9、； 钼和铬耐热钢焊条R；低温钢焊条W； 不锈钢焊条A；堆焊焊条D； 铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TS。,工厂经常谈到酸性焊条与碱性焊条，其实是酸性药皮与碱性药皮的区别：A.酸性焊条指药皮中含有多量的酸性氧化物如SiO2、TiO2的焊条，焊接时电弧稳定，飞溅少，脱渣性较好，抗气孔能力好，但药皮氧化性强，焊缝抗裂性较差。B.碱性焊条指药皮中含多量的氧化物如CaO和萤石CaF2（也称低氢型药皮）的焊条。焊接时脱氧性较好，抗裂性能好，能使焊接接头力学性能提高。但最大的缺点是对油、水、铁锈敏感，易产生飞溅和CO气孔。故焊前需在350左右烘烤12小
10、时，并彻底清除油污和铁锈等。一般宜用直流反接（即焊件接电源负极），常用于重要结构的焊接。,8.手弧焊工艺参数焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度和线能量等总称为焊接工艺参数。焊条直径d：焊件厚度4时，d； 1，则取d36。焊接电流I：I10d2（A）电弧电压U：U,电弧。电弧过长，则燃烧不稳，飞溅加大，容深变小，而且保护不良。焊接速度V：V加大，可以提高生产率并可减小过热区。线能量E：E（IU）V（为有效系数，焊条电弧焊0.660.85；埋弧焊0.90.99）。,8.金属的焊接性金属焊接性的概念： 金属材料对焊接加工的适应性；以及在一定焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。金属焊接性决定于
11、金属材料本身性质和加工条件。包括二方面的内容：A.结合性能：指某种材料在给定的焊接工艺条件下，形成完整而无缺陷的焊接接头的能力 。B.使用性能 ：指在给定的焊接工艺条件下，焊接接头或整体结构满足使用要求的能力 。,（三）埋弧自动焊埋弧自动焊是将手弧焊接过程中的引弧、送进、和移动焊丝、电弧移动等动作由机械（“自动”）来完成，且电弧在焊剂层下燃烧（“埋弧”）的一种焊接方法。1.埋弧自动焊工艺特点：生产率高（手弧焊的510倍）；焊接质量高且稳定；节约金属材料、生产成本低；劳动条件好；只能在水平位置焊接。2.应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却
12、壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。,3.埋弧焊工艺示意图,4.埋弧焊原理和焊接过程示意图,5.埋弧焊用实心焊丝低锰焊丝 含Mn 0.2%0.8%；中锰焊丝 含Mn 0.8%1.5%；高锰焊丝 含Mn 1.5%2.2%；MnMo焊丝 含Mn 1%以上。,药芯焊丝,例：1.应用埋弧焊加工的压力容器,3.焊接工艺之二：焊接双面纵焊缝,2.焊接工艺之一：装配及定位焊,4.筒体纵焊实物图,5.焊接工艺之三：环焊缝对接缩口接头与衬板接头,6.焊接工艺之四：焊环焊缝,7.焊接工艺之五：压力容器接管装配与焊接,8.热处理工艺：压力容器消除应力退火（图略）,9.气密性试验,1
13、0.水压试验,10.检验（包括外观检查、力学性能和金相组织等）,（四）气体保护焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊接方法，称为气体保护焊。常用的有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。1.氩弧焊,2.CO2气体保护焊CO2气体保护焊示意图,（五）其它熔焊方法1.气焊,2.电渣焊工艺示意图,电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点：1.电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。2.电渣焊只需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚度越大效果越明显。3.电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。4.渣
14、池的热容量大，对电流的波动敏感性小，电流密度可在较大的范围内变化（0.2300 A2 ）。5.电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。,3.等离子弧焊主要用于焊接或切割不锈钢，合金钢，钨、钼、钴、钛等难熔金属，非金属材料；也可用于焊接或切割铜、铝及其合金。主要用于国防工业及尖端技术中，如钛合金导弹壳体、飞机乃至飞行器的薄壁容器以及微型电器、电容的外壳等。,等离子弧焊的特点： 1.等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，焊接速度快，生产率高。焊1012mm的钢板可依次焊透并双面成形。2.当电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，可用于焊
15、接很薄的箔材。3.焊后焊缝宽度和高度均匀一致，焊缝表面光洁平滑。 4.既可用于焊接，也可用于切割。切割效率高于氧化切割倍（氧气切割时，切割处金属在纯氧气中燃烧)。,三、压焊（一）电阻焊电阻焊是利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热，将焊件加热到塑性或局部熔化的状态，在施加压力形成焊接接头的焊接方法。1.搭接电阻焊搭接电阻焊有点焊和缝焊两种（见下图）。,点焊 采用点焊电极，加压后通电，接点母材局部熔化，四周达塑性状态而封闭熔核。压力作用下熔核结晶而获得致密焊点。适用于薄板冲压件的搭接接头。广泛用于飞行器、车辆、壳罩、仪表壳体和日常生活用品的装焊。,缝焊（滚焊）把点焊的电极改用滚轮或滚盘电
16、极加压通电并滚动， 使搭接接头成为连续密封焊缝，就是滚焊。主要用于薄板 密封性容器的焊接，如汽车油箱、化工容器。,（二）对焊工件对接，电阻热来自于被焊工件整个对接面。分为电阻对焊和闪光对焊。1.电阻对焊起先预热，工件平整端面全接触并予夹紧，通电后，电阻热使工件端部迅速加热至塑性状态（碳钢10001200 ），再行施加较大预锻力，断电冷却后获得良好对接接头。2.闪光对焊用于不平的工件对接表面，微接触后通电，先行接触点强热熔化并以爆破而出现火光飞出，形成“闪光”，直至接头端部受热熔化，预热后并断电冷却即成对接接头。闪光对焊因氧化夹杂物被闪光带走被挤出，故夹杂少，质量好，强度高，常用于相同或异种材料的焊接。汽车金属轮辋用的是闪光对焊；对焊还用于刀杆与刀头、管件、钢筋、链条的焊接。,
