1、道虽迩，不行不至；事虽小，不为不成。 荀子修身,播种行为就收获习惯， 播种习惯就收获性格， 播种性格就收获命运。,焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：利用加热或者同时加热加压的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合，从而形成新的金属结构。连接方法分类 可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接等 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接等,第四篇 焊接,教 学 重 点,电弧焊过程、特点及应用，常用金 属材料的焊接，焊接结构设计等。,教 学 难 点,本篇重点与难点,常用金属材料的焊接，焊接结构设 计，焊接应力与变形等。,用加热或加压力等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢
2、固地连接起来的方法。,焊接动画,第四篇 焊接,熔（化）焊：将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。主要包括：电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。,压力焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。主要包括：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。,钎焊：钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属（称为钎料），将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间隙并与固态母材通过扩散实现连接焊件的方法。,焊接成形的分类,主要焊接方法,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊,软钎焊,硬
3、钎焊,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手工电弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,焊接成形的特点, 接头牢固、密封性好、承压能力高 。, 可化大为小、以小拼大。, 可实现异种金属的连接。, 省料、重量轻、加工装配简单。, 焊接结构不可拆卸 。,1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便 ； 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏； 3）要产生焊接残余应力和焊接变形； 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。,优点：,缺点：,焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。,焊
4、接成形的应用,气门芯,第四篇 焊接,电弧焊,其他常用焊接方法,常用金属材料的焊接,焊接结构设计,主要内容,1-1 焊接电弧,一、电弧焊焊接过程,形成熔池,形成焊缝,第一章 电弧焊,熔化,工件 焊芯,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。焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接, 在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了凹坑。这个凹坑称为熔池。焊条作为一个电极,其端部在电弧的作用下不断被熔化,形成熔滴，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,随着电弧的向前移动,熔池尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝。电弧热还使焊条
5、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。,二、焊接电弧,1 . 焊接电弧的概念,在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。,电弧焊,手工电弧焊,气体保护焊,埋弧焊,熔化焊,焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触,发生短路.强大的短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速,的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电质点的
6、定向运动形成了焊接电弧。焊接电弧的最高温度可达6000-8000K，并发出大量紫外线和红外线，对人体有害，因此应用面罩及手套保护眼睛和皮肤等。,焊接电弧的产生,2 . 焊接电弧的构造及热量分布,阴极区：电子发射区,阳极区：受电子轰击区域，,弧柱区：阴、阳两极间区域，,热量约占36%，平均温度2400K；,热量约占43%，平均温度2600K；,几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达60008000K。,焊接电弧分三个区域,（2)交流电源焊接时，不存在正、反接问题。,（1)直流电源焊接 正接法：焊件接电源正极，焊条接负极 。反接法：焊件接电源负极，焊条接正极。 选择极性时，主要根据焊条的性
7、质与焊件的厚度。 正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件焊接（酸性焊条）；反接法用于薄板和有色金属焊接（碱性低氢焊条）。,3 . 电弧的极性及应用,1-2 焊接接头的组织与性能,焊接接头,焊缝区,焊接热影响区,1 焊缝区,熔池金属冷却结晶所 形成的铸态组织。,2 焊接热影响区,焊缝两侧的母材，由于 焊接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。,焊接热影响区,熔合区,过热区,正火区,部分相变区,焊缝热影响区, 熔合区,焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）,加热温度：,T液T固,强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。, 过热区,加热温度：,T固1100 ,塑性和韧性很
8、低，是裂纹的发源地。,在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）, 正火区,在热影响区内相当于受到 正火处理的区域。（1.2-4mm）,力学性能优于母材。, 部分相变区,在热影响区内发生部分相变 的区域。,力学性能较母材稍差。,力学性能最差的区域：,熔合区和过热区,在焊接过程中热影响区是不可避免的。熔合区与过热区对焊接质量影响最大，应尽量减少它们的宽度。对于普通焊接结构件，热影响区造成的不利影响对使用功能影响不大，因此焊后不用特别处理。 但对于重要结构件，则必须采取措施，保证焊接性能。1）一般采用焊后正火热处理，改善焊缝及热影响区的组织性能，使其晶粒细化。2）对于焊后不能热处
9、理的结构件，则必须采用恰当的焊接方法及焊接工艺。如: 小电流、快速焊接； 采用先进的焊接方法。,改善热影响区组织性能的方法,低碳钢焊接接头的组织、性能变化如右图所示，熔合区和过热区性能最差，热影响区越小越好，其影响因素有焊接方法、焊接规范、接头形式等。 3. 影响焊接接头性能的因素 焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。具体有：,1）焊接材料、焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分。 2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量。,低碳钢焊接接头的性能分布,3）焊接工艺。焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数。线能量
10、:指熔焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。 4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。 5）接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。,焊接接头的主要缺陷,气孔 焊接时熔池中的气泡 在焊缝凝固时未能逸 出而形成的空穴。,夹渣 夹渣是焊后残留在 焊缝中的熔渣。,未焊透 未焊透是焊接接头 根部未完全熔透的 现象。,焊接裂纹 是由于焊接残余应力 较大而在焊缝或热影 响区产生的裂纹。,1-3 焊接应力与变形,焊接过程中工件局部的不均匀加热和冷却
11、是产生焊接应力与变形的根本原因。焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。在焊接结构中，焊接应力与变形既同时存在，又相互制约。要使焊接应力减小，应允许被焊工件有适当的变形。一般，当焊接结构刚度较小或被焊工件材料塑性较大时，焊接变形较大，焊接应力较小；相反，焊接变形较小，焊接应力较大。,1-3 焊接应力与变形,焊接应力状态： 焊缝区域拉应力 两侧冷金属压应力,焊 接 应 力,一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。对吗？,焊件焊后的变形形式主要有： 尺寸收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。,焊 接
12、变 形,收缩变形 由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直于焊缝方向）收缩，引起焊缝的纵向收缩和横向收缩。,焊 接 变 形,角变形 V形坡口对接焊，由于焊缝截面形状上下不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起角变形。弯曲变形 T形梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起弯曲变形。,焊 接 变 形,扭曲变形工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起扭曲变形，又称螺旋形变形。波浪形变形 由于焊缝收缩时薄板局部引起较大的压应力而失去稳定，焊后使构件呈波浪形。这种变形容易发生在薄板焊接中。,焊 接 变 形,1）增加结构工作时的应力，降低承载能力； 2）引起焊接裂纹，甚至脆断； 3
13、）促使产生应力腐蚀裂纹； 4）残余应力是一种不稳定状态,衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。,1）使工件形状尺寸不合要求； 2）影响组装质量； 3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性； 4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。,1-3 焊接应力与变形,焊接应力：,焊接变形：,焊接应力与变形的危害,工艺措施,焊接应力及变形的预防、消除措施,焊缝不要密集交叉， 截面和长度应尽可能小。(P154),合理选择焊接次序。,1 4 3 2,1,2,3,4,5,6,1 2 3 4,焊接应力及变形的预防、消除措施,1,4,5,2,3,6,焊前反变形,焊后,焊前预弯反变形,焊后,焊接应
14、力及变形的预防、消除措施,采用反变形方法,根据经验在工件下料尺寸上加一定裕量，通常为0.1%0.2%，以弥补焊后的收缩变形。当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。,采用定位焊组装也可防止焊接变形。,加裕量法,刚性固定法,采用对称焊和分段倒退焊,采用多层多道焊，能减少焊接变形,焊接应力及变形的预防、消除措施,对于焊后变形小，但 已超过允许值的焊件的 焊接变形常采用:机械矫正火焰矫正,机 械 矫 正 法,火 焰 矫 正 法,焊接应力及变形的预防、消除措施,机械矫正法严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只适于
15、塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,火焰矫正法利用氧乙炔焰对焊件适当部分加热，利用加热时的压缩塑性变形和冷却时的收缩变形来矫正原来的变形。适用于低碳钢和没有淬硬倾向的普通低合金钢。,1-4 焊条电弧焊(手工电弧焊),一、焊接过程,熔化,焊缝,药皮熔化+液态金属,熔渣,特点是什么?, 要得到一个合格的焊缝也不是一件容易的事。,1. 电焊条的组成及作用,电焊条,焊条芯,药皮(涂料),焊缝填充材料 填充焊缝,电极传导电流 导电,脱氧保护作用,冶金作用,稳定电弧作用等,焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝。 焊芯牌号：H+材料牌号（H08，H08Mn2Si）,药皮必须含有造气剂和造渣剂。还应含有稳弧剂和合金化剂
16、，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。,焊条药皮 “作用”非常重要,焊条芯性能、化学成分、 规格GB1300-77 已标 准化,二、电焊条（焊条）,2.电焊条的分类与牌号,根据药皮的性质及其作用，焊条分为：酸性焊条和碱性焊条。,酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物比碱性氧化物多。具有良好的工艺性能，交直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧度，不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故用于一般结构件的焊接。碱性焊条：工艺性能差，要求用直流电源施焊，但焊接质量好，用于重要的结构件及焊接性较差金属的焊接。,按用途分为：电焊条的分类,碳钢焊条,低合金钢焊条,不锈钢焊条,堆焊焊条,铸铁焊条,镍及镍合金焊条,铜及铜
17、合金焊条,铝及铝合金焊条,特殊用途焊条,酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性。碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和CO气孔。碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因而应注意通风。,型号 国标,牌号 行标,焊条的型号与牌号 GB 51171995 规定了碳钢焊条型号编制方法。,E 4 3 1 5,表示焊条,第三位数字表示焊条的焊接位置 “0” 和“1”表示全位置焊接 “2”表示平焊，平角焊 “4”表示向下立焊,第三位和第四位数
18、字， 表示焊接电流种类和药皮类型 表示焊条药皮为低氢钠型（15），并可采用直流反接焊接,第一位和第二位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值b430MPa,一种焊条型号有不同工艺性能的几种牌号如J427和J427Ni，同属于E4315焊条型号。,三、电焊条的选用原则等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度， 因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相
19、应的专用焊条。,四、手弧焊工艺,(1）接头形式及坡口 根据焊接的结构形状、厚度及工作条件，可选择不同的接头类型及坡口。 焊接接头类型分为：,焊件开坡口的目的在于保证焊透，增加接头强度.,（2）焊缝的空间位置,施焊时焊缝在空间的位置,（3）焊接规范 焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数，主要是焊条直径与焊接电流 焊条直径 由工件厚度、焊缝位置和焊接层数等因素确定； 选用较大直径的焊条，能提高生产率； 但如用过大直径的焊条，会造成未焊透和焊缝成形不良。 一般情况下，焊件厚度4mm时，焊条直径等于焊件厚度；4mm时，焊条直径为（46）mm。 仰焊时，焊条直径一般不超过4mm。,焊接电流 电流太大
20、，焊条熔化过快，金属飞溅加剧，可能烧穿焊件；电流过小，电弧不稳定，造成焊不透，生产率降低。一般焊接电流主要由焊条直径和焊缝位置确定 IKd 式中： I焊接电流，A； d焊条直径，mm； K经验系数，一般为2560； 平焊时K取较大值；立、横、仰焊时取较小值。使用碱性焊条时焊接电流要比使用酸性焊条时略小。增大焊接电流能提高生产率，但电流过大，易造成焊缝咬边和烧穿等缺陷；焊接电流过小,使生产率降低，并易造成夹渣、未焊透等缺陷。,五、手工电弧焊设备,手工电弧焊的主要设备是弧焊机，实际上是一种弧焊电源。按产生的电流种类不同，分为直流弧焊机和交流弧焊机。,）直流弧焊机 直流弧焊机分焊接发电机和弧焊整流器
21、两部分。 （）焊接发电机 焊接发电机由交流电动机和直流电焊发电机同轴组装而成。采用焊接发电机焊接时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，噪音大，成本高。焊接发电机适用于小电流焊接。 （2）弧焊整流器 弧焊整流器是一种将交流电通过整流器转换为直流电的直流弧焊机。弧焊整流器没有旋转部分，结构简单，噪音小，维修容易，使用已趋普遍。,）交流弧焊机 它是符合焊接要求的降压变压器。工作原理如图所示，通过改变次级线圈抽头的接法和可动铁芯的位置，对焊接电流进行调节。交流弧焊机结构简单，制造方便，成本低廉，节省电能，使用可靠，维修方便。缺点是电弧不够稳定。交流弧焊机是一种常用的焊条电弧焊设备。,）焊钳和面罩 焊
22、钳是用来夹持焊条和传递电流的。面罩是用来保护眼睛和面部，以避免弧光伤害。,一、埋弧焊焊接过程及设备,焊接热源： 电弧热,1-5 埋弧焊,溶池保护： 焊剂（气、渣）,埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法,一、埋弧焊设备及焊接过程,1-5 埋弧焊,焊接设备： 焊接电源 控制箱 焊接小车,优点： 生产率高； 焊接质量稳定； 节省金属材料； 改善了劳动条件； 只能在水平位置焊接。,二、埋弧焊特点,缺点： 1）适应性较差 ，焊前准备工作量大； 2）焊接电流强度大，不适于3mm以下薄板； 3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接； 4）设备一次性投资较大。
23、,三. 埋弧焊工艺,1）焊前准备,板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为1422mm时，应开Y型坡口；板厚为2250mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为5060。,三. 埋弧焊工艺,1）焊前准备,环焊缝： 焊丝起弧点应与环 的中心偏离一定距 离a(a=2040mm), 直径小于250mm一 般不采用埋弧焊。,三. 埋弧焊工艺,2）采取防漏措施, 双面焊； 手工电弧焊封底； 焊剂垫； 垫板。,3)要有引弧板和引出板,焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中。,为什么哪?,四、埋弧焊应用,埋弧自动焊因电弧
24、在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于成批生产中平直长焊缝和较大直径环缝的平焊。因此，被广泛用于大型压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。,四、埋弧焊应用,1-6 气体保护焊,一. 氩弧焊,利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。,熔化极氩弧焊动画,不熔化极氩弧焊动画,氩弧焊的特点：,机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良。,电弧燃烧稳定，飞溅小。,焊接热影响区和变形小。,可进行全位置焊接。,氩气
25、昂贵，设备造价高。,应用：,适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。,适用所有金属材料的焊接。,以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。,二. CO2气体保护焊（简称CO2焊）,CO2气体保护焊动画,CO2焊可分为自动CO2焊和半自动CO2焊（送丝自动，电弧移动手工）。其设备包括：主电路系统、控制系统、焊枪、供气系统、冷却系统。, 生产率高（是手弧焊的13倍）。, 成本低（是手弧焊的40%）。, 焊接热影响区和变形小。, 可进行全位置焊接。, 氧化、飞溅严重，气孔倾向大，焊缝成形差。,应用：,适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。,目前广泛
26、用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。,CO2气体保护焊的特点,CO2气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。故不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝。,CO2焊时的飞溅CO2+Fe = FeO+COFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应： FeO+C = Fe+CO 生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。,防止飞溅的措施 CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。 采用短路过渡和细颗粒过渡。 为使电弧
27、稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。 采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。 采用药芯焊丝。 CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。,1-7 等离子弧焊接与切割,一、焊接过程,二、焊接特点,1 生产率高,2 焊缝表面质量好,用于焊接薄的箔材,第二章 其它常用焊接方法,2-1 电阻焊,利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。,点焊,工艺参数,电极压力,焊接电流,通电时间,适中,焊点距离：,太近分流现象严重,太远强度不够,应用：4mm以下的薄板搭接。,点焊动画,电阻焊,焊点的形成,缝
28、焊动画,缝焊,应用：3mm以下的薄板搭接。,如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。,电阻焊,电阻焊,缝焊,对焊,电阻对焊,闪光对焊,电阻焊,对焊,电阻焊,电阻对焊应用： 用于断面简单， 直径（或边长） 小于20mm或强 度要求不太高的 工件。,闪光对焊应用： 用于重要工件的焊接。 可焊相同金属，也可 焊异种金属（铝钢、 铝铜等）。工件直径 0.01mm200mm。,电阻焊,对焊,对接接头形式,主要用于棒料的对接,一. 摩擦焊焊接过程,2-2 摩擦焊,二. 摩擦焊接头型式,应用 适用于黑色金属、 有色金属；也适 用于特种材料、 异种材料焊接。,软钎焊 钎料的熔点在450 以下。接头强度低， 一
29、般为60190MPa， 工作温度低于100。,2-3 钎焊,是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间 隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。,硬钎焊 钎料的熔点在450 以上。接头强度高， 在200MPa以上， 工作温度较高。,钎料,溶剂,钎料的作用：连接填充,钎料的种类： 软钎料：锡铝合金(焊锡) 硬钎料：铝基、铜基、 银基、镍基合金等。,溶剂的作用： 清理作用 去除表面氧化皮 降低表面张力 改善液态钎料对焊件的 湿润性。 保护作用,主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝 异种金属的焊接。,目前软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业； 硬钎焊用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器 的焊接。
30、,钎焊的应用,利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同 时加热熔化焊丝和金属母材的焊接方法。,焊接热源：电阻热,保护介质：液态熔渣,2-4 电渣焊,焊接过程,电渣焊 动画,电渣焊特点,1 大厚度工件可一次焊成。,2 生产率高，成本低。,3 焊接质量好。 不易产生夹渣、气孔等缺陷。,4 热影响区大焊后热处理。,应用,1 适用于碳钢、合 金钢、不锈钢等 材料；,2 适用于厚大工件。 厚度大于40mm的 大型结构件。,2-5 真空电子束焊接,电子束焊接过程 电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。 为扩大电子束焊的应用范围，先后研制出了低真空电子束焊和非真空
31、电子束焊，为防止电子枪的污染，采用氦气隔离电子枪与工作室，使电子束能在大气中进行焊接。 电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一般不能超过0.2mm。,电子束焊接,电子束焊的特点及应用 保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。 能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属。 加热小，焊接变形小。 电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。,2-6 激光焊接,利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密度达1013 ，从而使材料熔化焊接。激光焊分为脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主
32、要用于微电子工业中的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激光焊可焊较厚的板材，接缝间隙很小。,激光焊的特点 高能高速焊，无焊接变形。 灵活性大。 生产率高，材料不易氧化。 设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。,polo的激光焊接生产线,2007-7-9 20:17,2-7 爆炸焊,第三章 常用金属材料的焊接,3-1 金属材料的焊接性,一. 金属材料的焊接性,被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数 及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,焊接性,工艺焊接性：,使用焊接性：,焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种裂纹的可能性,焊接接头在使用中的可靠性。包括力学性能及其
33、它特殊性能,二. 影响焊接性的因素,1）焊接方法,4）工艺参数,2）焊接材料,3）焊件化学成分,3-1 金属材料的焊接性,C, 影响最显著, 基本元素, 折合成碳的相当含量对焊接性的影响,其它元素,CE = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15,CE0.4%, CE=0.4%0.6%, CE0.6%,焊接性良好, 较差, 差,3-2 碳钢的焊接,一. 低碳钢的焊接,低碳钢： C0.25%,CE 0.4%,焊接性良好。,Q235、10、15、20等,（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。,（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。,焊
34、接时还需注意以下问题：,3-2 碳钢的焊接,二. 中碳钢的焊接,中碳钢：C0.250.60%,问题,焊缝区易产生热裂纹,热影响区易产生冷裂纹,措施,焊前预热（150250），焊后缓冷。,选用低氢型焊条。（如J426、J427、J506、J507）,焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。,焊接方法：手工电弧焊,三. 高碳钢的焊接,高碳钢：C0.60%,焊接性差。,CE 0.60%,问题,焊缝区易产生热裂纹,热影响区易产生冷裂纹,措施,焊前预热（250350），焊后缓冷。,选用低氢型焊条。,焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。,避免选用高碳钢作为焊接结构件。,修补,3-2 碳钢的焊接,3
35、-3 合金结构钢的焊接,合金结构钢,机械制造用结构钢,普通低合金结构钢,（调质钢、渗碳钢）,（压力容器、锅炉、桥梁、车辆、船舶等结构。）,普通低合金结构钢：,低强度普通低合金结构钢：,高强度普通低合金结构钢：,s400MPa,CE0.4%,16Mn、09Mn2Si,s400MPa,CE0.4%0.5%,焊接性良好。,焊接性较差。,15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV,焊前预热（150250），焊后缓冷；选用低氢型焊条；焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。,3-3 合金结构钢的焊接,3-4 铸铁的焊补,一、铸铁焊补的特点（困难）,1. 熔合区易产生白口组织和淬硬组织；,2. 焊缝
36、区易产生裂纹；,3. 焊缝区易产生气孔；,4. 熔池金属易流失；,二、铸铁焊补的方法,1. 热焊法,焊前将焊件整体或局部预热至600700并施焊，焊后缓冷。,用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等,2. 冷焊法,焊前不预热或低温预热（400 ）的焊补方法。,焊条选用,选用钢芯或铸铁芯铸铁焊条,一般非加工表面的焊补,选用镍基铸铁焊条,选用铜基铸铁焊条,重要铸件加工面的焊补,焊后须加工的灰铁件的焊补,一、铜及铜合金的焊接,1. 铜及铜合金的焊接特点,2）易氧化；,3）易产生气孔；,1）难熔合；,4）易变形开裂；,2. 铜及铜合金的焊接方法,氩弧焊、气焊、钎焊。,3-5
37、 有色金属的焊接,二、铝及铝合金的焊接,1. 铝及铝合金的焊接特点,1）易氧化；,2）易产生气孔；,4）接头易软化；,3）易变形开裂；,2. 铝及铝合金的焊接方法,氩弧焊、气焊、钎焊、电阻焊。,第四章 焊接结构的设计,4-1 焊接结构件材料的选择,1. 优先选用低碳钢和低强度的低合金钢；,2. 对于重要件应优先选用镇静钢（脱氧）；,3. 尽量选用同一牌号的材料；,4. 材料的厚度最好相等；,5. 尽量选用型材。,注意焊接方法应和材料的焊接性、焊件厚度、 焊缝长短、生产批量及焊接质量等因素相适应。,4-2 焊接接头的工艺设计,一、接头形式的设计,1.对接接头,2.搭接接头,3.角接接头,4.T字
38、接接头,对接接头, 接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用,搭接接头, 接头强度好。但受力复杂，应力集中严 重，易产生焊接缺陷。,(一)对接接头节省材料，容易保证质量，应力分布均匀，应用最为广泛，但焊前准备及装配质量要求较高；,搭接接头两焊件不在同一平面上，浪费金属且受力时将产生附加应力，适于薄板焊件焊件；T形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式。,角接接头在构成直角连接时采用，一般只起连接作用而不承受工作载荷。,在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头，主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择；另外还应考虑坡口加工难易程度，焊接方法的种类等其它因素的要求。,不同厚度的
39、工件焊接时：,二、坡口形式的设计,根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。各种沟槽的形式参见GBT337594。 用焊条电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，一般可用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于3mm的构件时，需开坡口；板厚在6mm26mm时，常开单面坡口；板厚在12mm60mm时，常开双面坡口。单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊，有时受构件结构限制，不易实施。 埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同，但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以在板厚小于12mm时可直接采用I
40、形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。,三、焊缝的布置, 焊缝布置应尽量分散,不合理,合理,不合理,合理, 焊缝布置应尽量分散,不合理,合理,三、焊缝的布置, 焊缝的位置应尽可能对称布置,不合理,合理,三、焊缝的布置, 焊缝的位置应尽可能对称布置,不合理,合理,三、焊缝的布置,不合理,合理, 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,三、焊缝的布置, 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,不合理,合理,三、焊缝的布置, 焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,三、焊缝的布置,不合理,合理,不合理,合理,不合理,合理, 焊缝应尽量避开机械加工表
41、面,三、焊缝的布置, 焊缝位置应便于焊接操作,三、焊缝的布置,不合理,合理,三、焊缝的布置, 焊缝位置应便于焊接操作,不合理,合理,三、焊缝的布置, 焊缝位置应便于焊接操作,不合理,合理,焊接接头的不完整性称焊接缺陷。 主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。,第七节 焊接质量检验,一、焊接缺陷及其防止措施,1、热裂纹,热裂纹的特征热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。,（一）焊接裂纹,热裂纹产生的原因: 晶间存在液态薄膜。 接头中存在拉应力。,热裂纹的防止: 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷
42、含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988，很容易产生热裂纹。 缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。 减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。,2、冷裂纹,冷裂纹的形态和特征焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。,延迟裂纹的产生原因: 焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。 存在较大的拉应力
43、。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。,防止延迟裂纹的措施: 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。 焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。 工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250，保温26h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。 焊后进行清除应力的退火处理。,焊缝气孔有三种：,氢气孔高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而
44、焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。,一氧化碳气孔当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，将发生如下反应：FeO+C = Fe+CO此时，若熔池已开始结晶，则CO将来不及逸出，便产生CO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生CO气孔。,（二）气孔,氮气孔熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。,氮、氢的溶解度变化,防止气孔的方法：,焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2焊时，采用药芯焊丝。采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。,二、焊接质量检验 （一）焊接检验过程 （二）
45、焊接检验方法,补充知识：熔焊冶金原理,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。,熔化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。,电弧焊的冶金过程特点：电弧和熔池金属温度高于一般
46、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。,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。,（一） 熔池的保护,渣保护为了使熔池与空气隔
47、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,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)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。,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。,氩气
48、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。,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。,用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。由于温度的分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。,相关知识: 焊接接头的组织与性能,以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图4-6所示。受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域，叫焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。,
