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1、第四篇 焊 接教学要求u 熟悉焊接的实质及其焊接方法分类u 掌握焊条电弧焊u 掌握其他焊接方法u 熟悉常用金属材料的焊接u 掌握焊接结构工艺性u 了解常见的焊接缺陷及原因 热加工教学（机械零件毛坯的选择）u 掌握机械零件毛坯的类型及其制造方法的比较u 掌握选择毛坯类型及其制造方法的原则u 掌握常用机械零件毛坯的类型及其制造方法第四篇 焊 接焊接：通过加热或加压，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的一种方法。它是一种永久地不可拆卸的连接，与螺钉连接、铆接、粘接相区别。一、 焊接方法的种类1按焊接的热源分类：气焊，电弧焊，电渣焊，电子束焊，激光焊，电阻焊，摩擦焊，感应钎焊

2、。电弧焊按保护方式又分为：焊条电弧焊，埋弧焊，气体保护焊等。2按焊接过程工艺特征分类：熔焊，压焊，钎焊。二、 焊接的特点三、 焊接的应用焊接广泛应用于机械制造、汽车制造、造船、航空航天、石油化工、冶金、电力、原子能、电子和建筑等等各个工业部门。1 主要用于制造各种金属结构件。如石油化工部门大型球罐、压力容器、各种管道，起重机，房屋结构，火箭壳体和燃料容器。2 制造机器零件及工具。如压力机机架、各种轴类件，齿轮、刀具等。3 修复已经损坏的零件。第1章 电弧焊1.1 焊接电弧焊接电弧：在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。电极可以是金属丝、钨丝

3、、碳棒或焊条。1） 电弧热量2）直流正接：直流反接：3）电弧电压：1.2 焊接接头的组织与性能一、焊接工件上温度的变化与分布二、焊接接头的组织与性能焊接接头：用焊接方法连接的接头，简称接头。焊接接头包括焊缝和热影响区。1焊缝的组织和性能：2热影响区的组织和性能热影响区：焊缝附近的金属因焊接热作用而发生金相组织和力学性能变化的区域。根据受热情况不同分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。三、改善焊接热影响区组织和性能的方法1 正确选择焊接方法与焊接工艺。2 采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组织转变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的性能。1.3 焊接应力与变形焊接过程是一个不平衡的热循环

4、过程，加热后焊件各部分的温度不同，随后的冷却速度也各不相同，因而焊件各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形或裂纹。一、焊接应力1后果： 2. 防止措施1） 设计时应选用塑性好的材料，避免使焊缝密集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长。2） 在施焊中应确定正确的焊接次序。3） 焊前对焊件预热，这样可减弱焊件各部位间的温差，从而显著减小焊接应力。4） 焊接中采用小能量焊接方法或锤击焊缝亦可减小焊接应力。5） 采用焊后去应力退火方法来达到。二、焊接变形1 后果：影响使用，过大的变形量将使焊件报废。2 防止措施1） 结构设计：采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布结构。2） 施焊中，采

5、用反变形措施或刚性夹持方法。刚性夹持法不适合焊接淬硬性较大的钢结构件和铸铁件。3） 正确选择焊接参数和焊接次序，使温度分布更加均衡。4） 采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除小变形。1.4 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊：用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊，简称手弧焊或手工电弧焊，它是利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的方法。一、手工电弧焊的焊接过程二、电焊条：焊条由焊芯和药皮（压涂在焊芯外面，涂料）组成。焊芯的作用：药皮作用3焊条的种类、型号和牌号1）种类：我国按化学成分分七大类，碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等

6、。2）型号：是国家标准中规定的各种系列品种的焊条代号。3）牌号：是焊条行业统一规定的各种系列品种的焊条代号。4）酸性焊条和碱性焊条特性（熔渣性质）： 4焊条的选用基本原则：保证焊缝金属与母材具有同等水平的性能。选用时主要考虑三个因素：1）母材的力学性能和化学成分。2）焊件的工作条件和结构特点。3）焊接设备和施工条件。二、主要特点灵活方便，适应性强。它设备简单，便宜。生产率低。对焊工操作技术要求高。三、应用范围一般适用于单件、小批生产，厚度2以上，各种常用金属材料，各种焊接位置的焊缝和短的、不规则的焊缝。1.5 埋弧焊埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。焊剂：焊接时能够熔化形成焊渣和气体，

7、对熔化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。自动焊：用自动焊接装置完成全部焊接操作的焊接方法。一般指焊丝送进和电机移动操作由机器来完成。一、埋弧焊的焊接过程： 二、焊接材料1焊丝： 2焊剂：种类和焊剂牌号三、埋弧焊工艺1埋弧焊坡口形式与尺寸的特点。埋弧焊焊接电流比较大，工件的熔深大，因此1） 板厚24mm时可采用I形坡口。2） 钝边尺寸比较大，通常有610。钝边是指焊件接头坡口根部的端面直边部分，作用是防止烧穿。2第一道焊缝时通常要采用焊剂垫。作用是保证焊件能达到一定的熔深而又不烧穿。3尽可能采用双面焊。4. 环缝焊接。5 T形接头角焊缝的焊接。它可以把机头转动一个角度，叫平角焊；如果把工

8、件旋转45，机头可以在垂直位置焊接称为船形焊，这样更容易保证焊接质量，生产率也高。四、埋弧焊的特点五、埋弧自动焊的应用范围：适用于同时具备下列条件厚度4mm的中、厚板。因为熔深大，焊薄板容易烧穿。平焊或平角焊位置焊缝；长直径或较大直径的环缝等规则焊缝；成批生产。不一定是焊件的数量多，只要同类焊缝的数量多就可以认为是成批生产。1.6 气体保护焊一、氩弧焊：使用氩气作为保护气体的气体保护电弧焊。1、不熔化极氩弧焊2、熔化极氩弧焊： 3氩弧焊的特点适于焊接各类合金钢、易氧化的非铁金属及稀有金属。电弧很稳定，保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量很好，焊缝形状美观。焊接热影响区小，焊接变形小。这是因为电弧

9、热量比较集中。由于气体保护没有焊渣而且采用明弧焊接，所以可进行全位置焊，容易实现机械化自动化；氩气比较贵，所以焊接成本高。4. 氩弧焊的应用焊接易氧化的有色金属以及不锈钢等合金钢；高压管子焊接和重要焊件的打底焊（底层焊缝的焊接）；厚度1mm以下的薄板焊接等。二、CO2气体保护焊：以CO2作为保护气体的电弧焊。1焊接过程特点2CO2焊设备3CO2焊的特点1） 生产率高。电流密度大，焊件的熔深大，焊丝熔化快，焊接速度也比较快。采用气体保护，不需要清除焊渣，生产率比手工电弧焊提高14倍。2） 成本低。CO2气体价格很低，其成本是手工电弧焊或埋弧焊的4050。3） 热影响区小，焊接变形小。这是因为气体

10、保护电弧热量集中，焊接速度快。4） 可以进行全位置焊接，并易于实现机械化和自动化。5） CO2有氧化性。6） 焊缝成形较差，焊接时飞溅大。由于电弧稳定性较差的原因。4CO2焊的应用范围：CO2焊适于焊接厚度1以上的低中碳钢和低合金结构钢。不适于焊接不锈钢和易氧化的有色金属。1.7 等离子弧焊与切割1等离子弧及其产生2等离子弧焊：利用等离子弧进行焊接的方法。实质是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊。（1）等离子弧焊的特点1） 能量密度大；温度高，能够产生穿透的小孔，易于实现单面焊双面成形。2） 电流小到0.1安培时，等离子弧仍然还有较好的稳定性，能焊接更细更薄的工件。电弧稳定；3） 焊接速度快，生产率

11、高，热影响区小，焊接变形小。4） 焊接设备复杂，投资大。是一般氩弧焊设备投资的25倍。（2）等离子弧焊的应用1）焊接难熔、易氧化金属；焊接钨、钴、钼、镍、钛等。2）焊接厚度在9以下，要求不开坡口一次焊透的焊件。3）细丝及厚度为0.0251的箔材和薄板的焊接。过去常用于航空航天、军工等尖端工业，比如钛合金的导弹壳体，波纹管等零件的焊接。现在民用工业也开始采用。3. 等离子弧切割：利用等离子弧的热能实现切割的方法。（1） 工作原理：（2） 等离子弧切割的应用： （3） 等离子弧切割的离子气第2章 其他焊接方法2.1 电阻焊电阻焊：利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热将焊件局部加热到塑性熔化状态，然

12、后在压力下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊的具体方法有点焊，缝焊和对焊。一、点焊：焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。又称为电阻点焊。1点焊过程2影响点焊质量的因素：焊接电流、通电时间、电极压力及工件表面状态。3. 应用范围：点焊适用于制造可以采用搭接、接头不要求气密、厚度小于4的冲压、轧制的薄板构件。二、缝焊：工件装配成搭接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮对工件加压并转动，连续或断续通电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。三、对焊：利用电阻热使对接接头的焊件沿整个端面同时焊接起来的一种电阻焊方法。按照焊接的过程不同，可以分为电阻对焊和闪光对焊两种。四

13、、 电阻焊的特点1 生产率高。 2. 热影响区小，变形小。 3. 操作简单，易于实现机械化和机械化。4. 常用单相大功率电源。 5. 设备复杂，投资大。五、电阻焊的应用：一般用于成批大量生产。可焊接异种金属。2.2 摩擦焊摩擦焊：利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。1 摩擦焊的过程2 摩擦焊的特点1） 焊接质量好且稳定。摩擦焊焊接接头不容易产生夹渣、气孔等缺陷，接头组织致密，性能好。2） 生产率高。3） 生产成本低。功率小，焊接时间少，电能消耗小。4） 能焊接异种钢和异种金属。比如高速钢和中碳钢，铝和铜等。5） 焊件尺寸精度高。6） 操作

14、简单，容易实现机械化和自动化。7） 摩擦焊机的一次性投资较大。由于受焊机主轴电动机功率和压力的限制，目前摩擦焊焊件最大截面不超过2万2。摩擦系数小的金属无法采用摩擦焊。3. 摩擦焊的应用：1） 可以代替其他制造方法；凡是接头部位带有紧凑回转截面的工件几乎都可采用。2） 可以焊接大多数同种或异种金属。大量生产异种金属可以节约贵重金属材料。2.3 钎焊钎焊：利用熔点比母材低的液态钎料，填充仍为固态的接头间隙，并与母材发生溶解与扩散，实现连接焊件的方法。1.钎料：钎焊时用作形成钎焊焊缝的填充金属。根据熔点不同可以分为硬钎料和软钎料。1） 硬钎料：熔点高于450C的钎料。如铝基合金、铜基合金、银基合金

15、、镍基合金等。2） 软钎料：熔点低于450C的钎料。如锡基合金、铅基合金、锌基合金等。3）硬钎焊：使用硬钎料进行的钎焊。其接头强度较高，抗拉强度能达到200MPa以上，它适用于钎焊受力比较大、工作温度比较高的焊件。 4）软钎焊：使用软钎料进行的钎焊。其接头强度较低，抗拉强度在70MPa以下，它适用于钎焊受力不大、工作温度比较低的焊件。2钎焊焊剂：钎焊时使用的溶剂，简称钎剂。钎剂的作用：1） 清除钎料和母材表面的氧化物。2） 保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化。3） 改善液态钎料对焊件的湿润性。湿润性是钎焊时液态钎料对母材浸润和附着能力。软钎焊时，常用的钎剂有松香、焊锡膏、氯化锌水溶液等。硬

16、钎焊时，黑色金属和铜及铜合金常用的钎剂有硼砂、硼酸及其混合物等。3钎焊的特点1） 焊接变形小。2） 可以焊接异种金属。3） 生产率高。4） 可以焊接特殊结构。5） 接头强度低，工作温度低。4钎焊的应用1） 电子工业。焊接各种电子线路。2） 仪器仪表及精密机械。3） 焊接异种金属及异种材料。4） 形状复杂的特殊结构等。2.4 电渣焊电渣焊：利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的一种熔焊方法。1电渣焊过程2电渣焊的特点1） 焊接厚大截面，一次焊成，生产率高；2） 焊接成本低；因为工件不开坡口，这样可以节约焊接材料、电能和加工工时。且焊接消耗量低。3） 焊缝缺陷少；因为渣池机械保护作用好，熔池

17、冷却比较缓慢，有利于气体和夹杂物的排出。不容易产生气孔、夹渣、裂纹等焊接缺陷。4） 由于焊接速度非常缓慢，所以接头晶粒粗大，焊后需要正火和回火热处理。3应用：适用于厚度40以上的厚大截面的碳钢和合金结构钢的构件。2.5 电子束焊电子束焊：利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的一种熔焊方法。真空电子束焊的特点：1. 能量密度很大，穿透能力强；1 真空保护效果最好，焊接质量极好；2 焊接速度快，热影响区很小，焊接变形很小；3 生产率高；焊接厚板时可以不开坡口，不留间隙，不加填充金属。4 适应性强；可以焊接0.1的薄板，也可以焊接200300厚的厚板。可以焊接普通的

18、碳钢、合金钢，也可以焊接不锈钢、铝合金和铜合金等。5 焊接设备复杂，造价高；6 焊件尺寸受真空室限制。7 焊前对接头加工、装配要求严格。电子束焊的应用：主要用于特殊材料和特殊结构以及精密零件的焊接。2.6 激光焊激光焊：以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的一种熔焊方法。1 激光的特点：激光是利用原子受激辐射的原理，使激光材料受激发而产生的一种单色性好（是单色光，几乎为单一频率的光）、方向性强（能传播到很远的距离而扩散面积很小，它接近于理想的平行光）、亮度极高（CO2激光的亮度比太阳光还亮8个数量级）的光束。激光聚焦后能量密度很高，是一种理想的焊接热源，可用来焊接、切割和其他加工

19、。2 激光焊机：3 激光焊的特点1） 能量密度大，可以焊接难熔的同种或异种金属。2） 焊接速度快。不仅生产率高，且被焊材料不易氧化，不需要保护气体。3） 热影响区小，焊接应力小，焊接变形小；4） 灵活性大。可以进行远距离或难以接近部位的焊接。可以通过透明材料的壁进行焊接。比如真空管中的电极焊接，还可对绝缘导体进行焊接。5） 设备复杂，投资大，功率小，能焊接的焊件厚度受到一定限制。4 激光焊的应用：按激光器的工作方式不同激光焊可以分为脉冲激光焊和连续激光焊两种。1） 脉冲激光焊主要用于微型、精密元件和微电子元件的焊接。可以实现薄片（0.1）、薄膜（几微米！几十微米）、细丝(0.02)的焊接。2）

20、 连续激光焊一般都采用CO2激光器，CO2连续激光焊可以进行从薄板精密焊到50厚板的各种焊接。第3章 常用金属材料的焊接3.1 金属材料的焊接性一、 焊接性的概念1. 焊接性：金属材料对焊接加工的适应性。主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。2. 焊接性的内容1） 接头的工艺性能：就是在一定的焊接工艺条件下，金属产生焊接缺陷的敏感性。2） 接头的使用性能：就是在一定的焊接工艺条件下，金属的焊接接头对使用要求的适应性。3影响金属焊接性的因素1） 金属材料的种类、化学成分、组织与性能；2） 焊接工艺条件：焊接方法，焊接材料，焊接工艺。3） 构件类型：焊接件的厚度和其他结构因素。

21、4） 使用要求：使用环境等使用条件以及所提出的使用要求。二、钢材焊接性的估算方法钢材是焊接结构中应用最广泛的金属材料，评价方法有两类：1） 直接试验法焊接性试验：焊接裂纹的试验，焊接接头使用性能的试验等。2） 间接估算法，如碳当量计算方法等；1碳当量：将钢中合金元素（包括碳）的含量，按其对焊接性影响程度，换算成碳的相当含量。碳当量可以作为评定钢材焊接性的一种参考指标，这是因为影响钢材焊接性的主要因素是钢材的化学成分。国际焊接协会推荐的碳当量计算公式为： 式中化学元素符号都表示该元素在钢中含量的百分数。这个公式可以用来评价碳钢和一般低合金钢的焊接性能，对不锈钢不适用。2碳当量与焊接性碳当量越大，

22、钢的淬硬和冷裂倾向就越大，焊接性也就越差。CE0.6，钢的淬硬和冷裂倾向都很严重，焊接性能差，焊接时要采取较高的预热温度；.用碳当量评定金属的焊接性，仅仅考虑了化学成分对焊接性的影响，没有考虑焊接工艺条件、构件刚性等因素对焊接性的影响，因而碳当量的方法是非常粗略的。3.2 碳钢的焊接一、 低碳钢的焊接由于低碳钢C%0.25，CE0.36，因此低碳钢的淬硬、冷裂倾向小，焊接性良好，低碳钢是最容易焊接的钢，一般不需要预热，各种焊接方法都适用，容易获得优质焊接接头。但是如果工件的厚度比较大，刚性比较大时，低温环境时，就要适当采取预热方式来防止淬硬和冷裂。二、 中碳钢的焊接性中碳钢属易淬火钢，热影响区

23、易产生淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差，焊接时一般应采取预热等工艺措施，以防止产生冷裂纹，因为中碳钢主要用来制造各种机器零件，焊缝多为短的不规则焊缝，常用手工电弧焊，并选用与母材抗拉强度等级相同的碱性焊条来配合使用。碳钢随着含碳量增加，淬硬、冷裂倾向增大，焊接性变差：低碳钢焊接性良好；中碳钢焊接性较差；高碳钢焊接性差。3.3 合金结构钢的焊接焊接中常用的低合金钢是低合金结构钢，其中用的最多的是低合金高强度钢，简称高强钢，即碳钢中加入少量合金元素来提高钢的强度，通常又称普通低合金钢。高强钢广泛应用于锅炉、压力容器、桥梁、起重机、船舶、车辆以及其他的工程结构。高强钢是按屈服点来区分强度等级的。低合金高

24、强钢随着强度级别的提高，焊接性变差；强度级别较低的高强钢，如16Mn，碳当量0.4，焊接性良好；但它的热影响区的淬硬倾向要比低碳钢略大一些，当焊件厚度比较大或环境温度比较低时，应该采取焊前预热等工艺措施来防止冷裂纹。强度级别较高的高强钢，如18MnMoNi，碳当量在0.40.6之间，焊接性较差。焊接时一般都需采取焊前预热、焊后热处理以及降低接头的含氢量和焊接应力等工艺措施来防止冷裂纹。低合金高强度钢焊接主要问题是冷裂纹。焊接高强钢常用的焊接方法有埋弧自动焊、手工电弧焊和CO2气体保护焊等。3.4 铸铁的补焊铸铁件的焊接都是有缺陷的铸铁件的补焊。需要补焊的铸铁件通常是灰铸铁件和球墨铸铁件。铸铁的

25、含碳量高，而且S、P等杂质也多，强度低，塑性差，所以铸铁的焊接性能很差。铸铁焊接的主要问题是焊接接头容易产生白口组织和裂纹。产生白口组织后就难进行机械加工了。铸铁补焊的常用焊接方法是气焊和手工电弧焊。铸铁件补焊的工艺有热焊和冷焊两种。铸铁件的补焊工艺和焊接材料要根据补焊的要求主要是补焊的部位要不要机械加工以及生产的条件主要是能不能预热等因素来确定，当然还要考虑经济性。3.5 非铁金属及其合金的焊接一、 铜及铜合金的焊接二、 铝及铝合金的焊接第4章 焊接结构设计4.1 焊接接头的工艺设计一、 焊接方法的选择选择焊接方法的依据1）焊接结构的材料、形状、尺寸和技术要求；2）生产批量；3）生产条件。结

26、合各种焊接方法的特点和应用来考虑，选择既能达到质量要求又经济的焊接方法。二、焊缝的布置1便于装配和焊接；至少满足能够焊接，即达到可达到性的要求。手弧焊时必须要有必要的焊接操作空间。图442，图444。2焊缝应避开应力较大部位，应力集中部位和冷塑性变形部位。这是因为焊接接头的性能一般要下降一些，同时还存在着焊接应力和焊接变形，还可能存在焊接缺陷，这样使得焊接接头成为整个焊接结构的薄弱部位，因此焊缝应该避开应力大的部位、应力集中部位和冷塑性变形部位。3焊缝应避免过分集中和交叉。这是因为多次焊接过热严重，接头性能下降也比较严重，焊接的应力和变形也大，焊接的缺陷也多，要降低整个结构的承载能力。因此压力容器设计标准规定不能采用十字交叉的焊缝，焊缝与焊缝之间要有一定的距离。1 尽量减少焊缝数量和焊缝截面尺寸。这样可以减少焊接的加热，减少焊接的应力和变形，减轻接头性能的下降，减少焊接材料的费用，节省加工工时。因此焊缝截面够了就行，不要多焊。对于可以不要求连续焊的焊缝应该设计成为断续焊，有时也可以利用型钢或冲压件来减少它。2 焊缝设置应尽可能对称。以减少焊接变形。如图439。3 焊缝一般应避开精度要求高的加工表面。4 此外还应该注意焊缝应尽可能设置