1、第三章焊接成型,第一节焊接工艺基础 第二节气焊与气割 第三节焊条电弧焊 第四节其他焊接方法 第五节常用金属材料的焊接 第六节焊接结构工艺性 第七节焊接应力及变形 第八节焊接新工艺,第一节焊接工艺基础,一、焊接的分类 焊接方法的种类很多，通常分为三大类:熔焊、压焊和钎焊，如图3 -1所示。 二、焊接的特点 减轻结构重量，节省金属材料焊接与传统的铆接方法相比，一般可以节省金属材料15% 20%。由于节约了材料，金属结构的自重也得到减轻。 可以制造双金属结构，用焊接方法可以对不同的金属材料进行对焊、摩擦焊等，还可以制造复合层容器，以满足高温、高压设备、化工设备等特殊的性能要求;,返回,第二节气焊与气
2、割,气焊与气割是利用气体火焰作为热源来熔化母材和填充金属，实现金属焊接的一种方法，如图3 -2所示。可燃性气体主要有乙炔、氢气、液化石油气等，其中最常用的是乙炔。 一、气焊与气割设备、工具气焊与气割设备基本相同，不同之处是气焊时采用焊炬，而气割时采用割炬。这些设备主要包括氧气瓶、氧气减压器、乙炔气瓶、乙炔减压器、回火防止器、焊炬、割炬、胶皮管等，如图3 -3所示。,下一页,返回,第二节气焊与气割,1.乙炔气瓶 乙炔气瓶是一种储存和运输乙炔气的高压容器，瓶口装有阀门并套有瓶帽保护。2.氧气瓶氧气瓶是一种储存和运输氧气用的高压容器，氧气容积一般为40 L，瓶口上装有开闭氧气的阀门，并套有保护瓶阀的
3、瓶帽。3.回火防止器在气焊或气割过程中，由于气体供应不足，或管道与焊嘴阻塞等原因，均会导致火焰沿乙炔导管向内逆燃，这种现象称为回火。回火会引起乙炔气瓶或乙炔发生器的爆炸。,上一页,下一页,返回,第二节气焊与气割,4.减压器减压器是将气瓶内的高压气体调节成工作所需要的低压气体，并在工作过程中保持压力与流量稳定不变。5.焊炬焊炬的作用是将可燃气体与氧气按一定比例混合，并以一定的速度喷出，点燃后形成稳定燃烧并具有较高热能的焊接火焰。 二、气焊工艺气焊是利用氧气和可燃气体(乙炔)混合燃烧所产生的热量将焊件和焊丝局部熔化而进行焊接的。,上一页,下一页,返回,第二节气焊与气割,1.气焊火焰气焊质量的优劣与
4、所用气焊火焰的性质有很大关系。改变氧气和乙炔气体的体积比，可得到三种不同性质的气焊火焰，如图3 -6所示。 2.接头形式与坡口形式 气焊时主要采用对接接头，而角接接头和卷边接头只是在焊接薄板时使用，头和T形接头很少采用。 3.气焊工艺参数 (1)焊丝直径的选择 (2)氧气压力与乙炔压力 (3)焊嘴倾角的选择,上一页,下一页,返回,第二节气焊与气割,(4)基本操作方法 (5)焊接速度 三、气割工艺气割是利用氧一乙炔火焰的热能，将金属预热到燃点，然后开放高压氧气流使金属氧化燃烧，产生大量反应热，并将氧化物熔渣从切口吹掉，形成割缝的过程，如图3 -8所示。,上一页,返回,第三节焊条电弧焊,一、焊接电
5、弧 焊接电弧是在电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，如图3-9所示。 二、焊条电弧焊设备 为焊条电弧焊提供电源的专用设备称为电焊机，它是焊条电弧焊的主要设备，生产中按焊接电流的种类不同，电焊机可以分为交流弧焊机和直流弧焊机两类。 三、焊条电弧焊的工具 1.面罩及护目玻璃 2.焊钳 3.焊接电缆,下一页,返回,第三节焊条电弧焊,四、焊条1.焊条的组成与作用电焊条由焊芯和药皮两部分组成，如图3-16所示。其质量的优劣会对焊缝金属的力学性能有直接影响。(1)焊芯焊芯是组成焊缝金属的主要材料。 (2)药皮药皮由一系列矿物质、有机物、铁合金和钻结剂组成。2.焊条的分类焊条的分类方法很多
6、，按用途不同可分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊条、铝和铝合金焊条等,上一页,下一页,返回,第三节焊条电弧焊,3.焊条型号、牌号及编制方法 焊条型号及牌号主要反映焊条的性能特点及类别。 五、焊条电弧焊工艺 1.焊缝空间位置 焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，如图3-17所示。 2.焊接接头基本形式和坡口基本形式 对于焊条电弧焊，由于焊件结构形状，工件厚度及对焊接质量的要求不同，焊件的接头形式和坡口形式有所不同。如图3 -18所示。,上一页,下一页,返回,第三节焊条电弧焊,3.焊接工艺参数的选择 焊接时为了保证焊
7、接质量而选定的有关物理量的总称称为焊接工艺参数。它主要包括焊接电流、焊条直径、焊接层数、电弧长度和焊接速度等。 4.基本操作技术 (1)引弧 引弧是弧焊时引燃焊接电弧的过程。 (2)运条引弧后，首先必须掌握好焊条与焊件之间的角度，如图3 -20所示。,上一页,返回,第四节其他焊接方法,(3)收尾焊缝收尾时，为防止尾坑的出现，焊条应停止向前移动。可采用划圈收尾法、后移收尾法等，自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成型良好。 一、电阻焊(接触焊)电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法，生产中电阻焊根据接头的形式不同可分为点焊、缝焊和对焊三
8、种，如图3 -21所示。,下一页,返回,第四节其他焊接方法,二、气体保护电弧焊气体保护电弧焊简称气体保护焊或气电焊。它是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。1、氩弧焊氩弧焊是以氩气作为保护气体的气体保护焊。按所用的电极不同，氩弧焊分为非熔化极(钨极)氩弧焊和熔化极氩弧焊两种，如图3 -22所示。,上一页,下一页,返回,第四节其他焊接方法,2、二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体作为保护气体的气体保护焊，如图3-23所示。 三、埋弧焊埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊属于电弧焊的一种，可分为埋弧自动焊和埋弧半自动焊两种。埋弧自动焊
9、设备如图3 -24所示。埋弧焊主要用于焊接非合金钢、低合金高强度钢，也可用于焊接不锈钢及纯铜等。适合于大批量焊接较厚的大型结构件的直线焊缝和大直径焊件的环形焊缝。,上一页,下一页,返回,第四节其他焊接方法,四、电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热而进行焊接的方法，如图3 -25所示。电渣焊分为丝极电渣焊、熔嘴电渣焊和板极电渣焊电渣焊三种。 五、等离子弧焊 等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。如图3-26所示。,上一页,下一页,返回,第四节其他焊接方法,六、钎焊钎焊与熔化焊相比，焊件加热温度低、组织和力学性能变化较小，接头光滑平整;某
10、些钎焊方法可以一次焊接多个工件和多个接头，生产率高;可以连接异种材料。但钎焊接头强度较低，工作温度不能太高。根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两种。 1.硬钎焊 钎料熔点在450以上的钎焊称为硬钎焊。 2.软钎焊 钎料熔点在450以下的钎焊称为软钎焊。,上一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性 焊接性是金属材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定要求的能力。它包括两方面内容，其一是使用性能，指焊接接头在使用过程的可靠性，包括力学性能及耐蚀性、耐热性等;其二是工艺性能，指在一定工艺条件下焊接时，焊接接头产生工艺缺陷的敏感程度，尤其是出现裂纹的可能性
11、。 金属的焊接性主要受材料化学成分、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素影响。,上一页,下一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,对于非合金钢及低合金钢，常用碳当量来评定它的焊接性，所谓碳当量是指把钢中的合金元素(包括碳)含量按其作用换算成碳的相当含量的总和。国际焊接学会推荐的碳当量 的计算公式如下:,上一页,下一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,二、金属材料焊接接头组织与性能 金属材料焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分，如图3 -27所示。 1.焊缝 焊缝组织是由熔池金属结晶后得到的铸态组织。 2.熔合区 熔合区在焊接过程中始终处于半熔化状态，该区域晶粒粗大，塑性和韧性很差，化学成分不
12、均匀，容易产生裂纹，是焊接接头组织中，力学性能最差的区域。,上一页,下一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,3.热影响区如图3 -27所示，在热影响区由于温度分布不均匀，可以将低碳钢熔焊接头的热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。 三、常用金属材料的焊接 1.低合金钢的焊接 对于低合金钢的屈服强度等级在400 MPa以下，碳当量 0. 4%时，其焊接性优良，焊接过程中不需要采用特殊的工艺措施。,上一页,下一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,2.非合金钢的焊接 (1)低碳钢的焊接 (2)中碳钢的焊接 (3)高碳钢的焊接 3.铝及铝合金的焊接 焊接生产中一般采用不同焊接方法来焊接不同的铝或铝合
13、金。目前最常用的焊接方法是氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊。另外，等离子弧焊及电子束焊也适宜于焊接铝合金。 4.不锈钢的焊接 不锈钢中应用最多是奥氏体不锈钢，这类钢焊接性良好，焊接过程中不需要采用特殊的工艺山措施，常用焊条电弧焊和氩弧焊进行焊接，也可用埋弧焊进行焊接。,上一页,下一页,返回,第五节常用金属材料的焊接,5.铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性一般较差，同时由于铜的热导率大，焊接时母材和填充金属较难熔合，容易产生热裂纹和气孔。因此，必须采用大功率热源，必要时还要采取预热措施。焊接生产中，一般用不同的焊接方法来焊接不同的铜材料，这样可以改善铜及铜合金的焊接性。,上一页,下一页,返回,第五节常
14、用金属材料的焊接,6.铸铁的补焊铸铁的焊接性较差，焊接时焊缝金属的碳和硅等元素烧损较多，易产生白口组织及裂纹。因此，补焊时必须采用严格的措施，一般是焊前预热焊后缓冷。补焊方法有热焊和冷焊两种。一般采用焊条电弧焊和气焊进行补焊，焊条选用铸铁焊条。,上一页,返回,第六节焊接结构工艺性,一、焊接结构设计时应考虑的因素 为保证焊接结构的质量，进行焊接结构设计时应考虑一下一些因索 焊接接头应保证具有足够的强度和刚度，保证一定的使用寿命; 要考虑焊接接头工作的环境和使用条件，如温度、压力、腐蚀性介质、振动及疲劳等;,下一页,返回,第六节焊接结构工艺性,对于大型结构，应尽可能减少焊前预热和焊后热处理的工作量
15、; 尽量使焊件不再进行或仅需少量进行切削加工; 尽可能减少焊接工作量，便于施工，保持良好的工作条件; 尽可能减小焊接应力和焊接变形的产生; 尽量采用新的自动化程度高的焊接技术，提高劳动生产率; 焊缝应便于检验，以便能及早地发现焊接缺陷，确保焊接接头的质量,上一页,下一页,返回,第六节焊接结构工艺性,二、合理布置焊缝的位置 焊缝的位置直接影响到焊件的质量和焊接过程是否能顺利进行，因此，要对焊缝进行合理的布置。一般布置焊缝应考虑以下几点:(1)焊缝布置应尽量避免仰焊缝，减少立焊缝即便是仰焊缝和立焊缝也要尽量采用平焊操作，因为平焊操作方便，劳动条件好，生产率高，焊缝质量容易得到保证。 (2)焊缝位置
16、要便于操作在布置焊缝时，要留有足够的操作空间，以满足焊接时不同的焊接工具能自如地进行操作，保证焊接质量，图3-28 (a)焊缝布置不合理，无法操作，改为图3-28 (b)后操作便能顺利进行。,上一页,返回,第七节焊接应力及变形,(3)焊缝位置应保证焊接装配工作能顺利进行 (4)焊缝应尽量避开最大应力处或应力集中处 (5)焊缝应尽量远离切削加工面 一、焊接变形的基本形式焊接结构件在焊接完成后，一般都会发生变形，但变形的形式较为复杂。常见的焊接变形可归纳为收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形和弯曲变形五种基本形式，见表3 -4 。,下一页,返回,第七节焊接应力及变形,二、预防和减少焊接应力与焊接变
17、形的措施 顶防和减少焊接应力与焊接变形一般从设计和工艺两方面采取措施。 1、设计方面的措施 2、工艺方面的措施,上一页,返回,第八节焊接新工艺,一、等离子弧焊接和切割 1.等离子弧焊接等离子弧焊接分为大电流等离子弧焊和微束等离子弧焊两类。2.等离子弧切割等离子弧切割原理与氧气切割不同，它是利用能量密度高的高温高速等离子流，将切割金属局部熔化并随即吹去，形成整齐切口。,下一页,返回,第八节焊接新工艺,二、真空电子束焊接 真空电子束焊是把工件放在真空内，利用真空室内产生的电子束经聚集和加速，撞击工件后，动能转化为热能的一种熔化焊，如图3-38所示。 三、激光焊接和切割1.激光焊接 激光焊接示意图如
18、图3 -39所示。焊接中应用的激光器，目前有固体和气体介质两种。 2.激光切割 激光切割具有切割质量好、效率高、速度快、成本低等优点。,上一页,下一页,返回,第八节焊接新工艺,四、扩散焊接扩散焊接是在真空或保护气氛中使被焊接表面在热和压力的同时作用下发生微观塑性流变后相互紧密接触，通过原子的相互扩散，经过一定时间的保温，使焊接区的成分、组织均匀化，最终达到完全冶金连接的过程。 五、摩擦焊摩擦焊是利用工件相互摩擦发生的热量同时加压而进行焊接的一种工艺方法。,上一页,返回,图3 -1常用焊接方法的分类,返回,图3 -2气焊操作过程示意图,返回,图3 -3气焊设备连接示意图,返回,图3 -6氧一乙炔
19、火焰种类,返回,图3 -8氧一乙炔火焰切割示竟,返回,图3 -9焊条电弧焊焊接讨程示意,返回,图3一16电焊条,返回,图3 -17焊缝的空间位置示意图,返回,图3 -18焊条电弧焊接头形式与坡口形式,返回,图3 -20焊条角度与运动示意图,返回,图3-21电阻焊示意图,返回,图3 -22氩弧焊示意,返回,图3 -23二氧化碳气体保护焊示竟,返回,图3 -24埋弧焊自动示竟图,返回,图3 -25丝极电渣焊示意图,返回,图3-26等离子弧发生装置示意,返回,图3 -27低碳钢熔焊焊接头组织示意图,返回,图3-28焊缝布置要便于操作,返回,表3 -4常见焊接变形的基本形式,返回,图3-38真空电子束焊接示意图,返回,图3-39激光焊接示意图,返回,
