机械制造基础：第四讲 焊接工艺常识

1、2004 金工教研室,机械制造基础,第四讲 焊接工艺常识,焊接工艺 永久性连接 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约） 现代工业的基础工艺 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车 基本焊接方法 电弧焊：属于熔化焊 其他焊接方法：压力焊、钎焊,2004 金工教研室,机械制造基础,沉没的超级邮轮,2004 金工教研室,机械制造基础,观察船的构造,2004 金工教研室,机械制造基础,战列舰和凡尔赛公约,2004 金工教研室,机械制造基础,战列舰和凡尔赛公约,2004 金工教研室,机械制造基础,战列与早期热兵器作战方式,2004 金工教研室,机械制造基础,二战的战列舰,2004 金工教研室,机械制造基础,战列

2、舰和凡尔赛公约,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接工艺与造船工业,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接工艺,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接工艺,焊接的定义可以概括为： 同种或异种材质的工件，通过加热或加压或二者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到原子间的结合而形成永久性连接的工艺称为焊接(Welding)。 优点 连接性能好，省料省工成本低 质量轻，简化工艺 缺点 不可拆卸不便修理，焊接接头性能较母材差、残余应力和焊接缺陷降低承载能力与使用寿命,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接技术发展简史,史前 锻焊、铸焊、钎焊 热源：炉火，热量分散，温度低 19世纪末 氧乙炔

3、火焰焊接，电弧焊接，电阻焊 20世纪初期至今 成为工业基础技术之一,2004 金工教研室,机械制造基础,现代焊接工艺方法,2004 金工教研室,机械制造基础,史前锻焊,2004 金工教研室,机械制造基础,典型应用：钢结构,2004 金工教研室,机械制造基础,典型应用：桥梁,2004 金工教研室,机械制造基础,典型应用：造船,2004 金工教研室,机械制造基础,典型应用：造船,2004 金工教研室,机械制造基础,本讲内容,一、熔焊工艺常识 二、电弧焊方法 三、特种焊接工艺方法 四、金属材料的焊接性 五、焊接结构设计 六、连接技术,2004 金工教研室,机械制造基础,一、熔焊过程与接头性能,1、焊

4、接过程 利用热源将待焊处局部加热熔化，形成熔池，经过冷却结晶形成焊缝 （1）熔焊化学冶金过程 （2）熔焊的热过程 （3）熔焊熔池结晶 （4）焊接热应力与焊接变形 （5）焊接裂纹,2004 金工教研室,机械制造基础,1）焊接化学冶金过程,熔化焊时，伴随着母材被加热熔化，在液态金属的周围充满了大量的气体，有时表面上还覆盖着熔渣。这些气体及熔渣在焊接的高温条件下与液态金属不断地进行着一系列复杂的物理化学反应，这种焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程，称为焊接化学冶金过程。该过程对焊缝金属的成分、性能、焊接质量以及焊接工艺性能都有很大的影响,2004 金工教研室,机械制造基础,1）焊接化学冶金过

5、程,焊接化学冶金反应区 焊接化学冶金反应从焊接材料(焊条或焊丝)被加热、熔化开始，经熔滴过渡，最后到达熔池，该过程是分区域(或阶段)连续进行的。以焊条电弧焊为例，可划分为三个冶金反应区：药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区,2004 金工教研室,机械制造基础,1）焊接化学冶金过程,焊接化学冶金反应区 （1）药皮反应区 焊条药皮被加热时，固态下其组成物之间也会发生物理化学反应。 （2）熔滴反应区 熔滴反应区包括熔滴形成、长大到过渡至熔池中的整个阶段。 （3）熔池反应区 熔滴金属和熔渣以很高的速度落入熔池，并与熔化后的母材金属相混合或接触，同时各相间的物理化学反应继续进行，直至金属凝固，形成焊缝,2

6、004 金工教研室,机械制造基础,1）焊接化学冶金过程,焊接过程中的有害因素 （1）有害气体 有害气体种类：氢气、氧气、氮气 来源：空气、铁锈中的结晶水、油污、受潮的药皮 影响机理： 在高温下氮、氢、氧溶入液态金属 氧与金属发生氧化反应形成氧化物，合金烧损 加上其他途径的氧化物，使焊缝脆化 冷却后气体留在金属中形成气孔缺陷 （2）有害元素 有害元素种类：硫、磷 影响机理：金属性能脆化，引起裂纹,2004 金工教研室,机械制造基础,1）焊接化学冶金过程,避免焊接过程有害因素的方法 （1）焊接前清理锈、水，烘干焊条焊剂 （2）焊接中保护熔滴、熔池、和高温时的焊缝 焊条药皮、埋弧焊焊剂燃烧产生的气体

7、、渣壳 气体保护焊的氩气和CO2 真空电子束焊接的真空隔离空气 （3）加入有益合金元素 焊条、焊剂、药皮、焊丝中加入合金元素，用于： 脱氢、脱硫、脱磷 改善焊缝金属性能,2004 金工教研室,机械制造基础,2）熔焊的热过程,熔焊是局部加热，热过程引起焊接接头组织和性能变化，影响焊接质量 焊接热过程的特点 焊接热过程包括焊件的加热、焊件中的热传递及冷却三个阶段。焊接热过程具有如下特点： (1) 加热的局部性。 (2) 焊接热源是移动的。 (3) 具有极高的加热速度和冷却速度,2004 金工教研室,机械制造基础,2）熔焊的热过程,一般概念：焊接温度场 焊接温度场是一个温度分布的空间 可以用等温线或

8、等温面来表示,2004 金工教研室,机械制造基础,2）熔焊的热过程,一般概念：焊接热循环 母材上某一点所经受的这种升温和降温过程叫做焊接热循环(Weld Thermal Cycle)。 焊接热循环可以用图所温度-时间曲线来表示,2004 金工教研室,机械制造基础,2）熔焊的热过程,一般概念：焊接热循环 距离焊缝远近不同的点经历的焊接热循环不同 主要有意义的参数： 最高加热温度Tm 过热时间TH（最好很短） 避免晶粒粗大 冷却速度C（最好慢一点） 太快容易形成淬火组织,2004 金工教研室,机械制造基础,2）熔焊的热过程,一般概念：焊接热循环 影响焊接热循环的因素 焊件厚度（焊件越厚冷却速度越快

9、） 焊接接头形式（T型接头比对接接头冷却快） 焊接方法 焊接工艺参数 焊前预热温度（可降低冷却速度，预防裂纹） 焊后缓冷 施焊环境温度 母材导热性能,2004 金工教研室,机械制造基础,3）焊接熔池的结晶过程,从熔池底向中心凝固 各个方向凝固速度不同 形成柱状铸态组织 铁素体少量珠光体 杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量 如果焊缝太窄容易产生偏析和热裂纹,焊缝的柱状树枝晶,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,焊接包含极不平衡的热循环过程 应力分布规律 先冷受压，后冷受拉,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,几种典型情况,2004 金工教研室,机械制

10、造基础,4）焊接应力与焊接变形,消除焊接应力 提高母材塑性 避免焊缝交叉 避免焊缝过宽过长 合理焊接顺序 先焊短焊缝 后焊长焊缝 预热焊件、振动焊缝 焊后退火,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,常见焊接变形的形式 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,防止焊接变形 减小焊接应力 提高结构刚度 对称焊缝分布 焊前反变形,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,防止焊接变形 刚性夹持,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,防止焊接变形 合理焊接操作 平衡温度分布

11、 利用变形,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,防止焊接变形 合理焊接操作 长焊缝分段焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,4）焊接应力与焊接变形,防止焊接变形 焊后校正,2004 金工教研室,机械制造基础,5）焊接裂纹,成因 热裂纹 固相线附近的高温区产生的裂纹，在焊缝区 冶金因素焊接应力 磷、硫、氢等有害元素引起杂质集中在焊缝中心附近 冷裂纹（延迟裂纹） 低温或常温下，几小时甚至十几天以后 成因：淬硬组织、焊接应力、焊缝内扩散的氢重新聚集 防止焊接变形 脱磷、脱硫，消氢处理（焊后缓冷，重新加热） 避免焊接应力，及时焊后热处理,2004 金工教研室,机械制造基础,

12、2、焊接接头的组织与性能,焊接接头包括 焊缝 熔合区 焊接热影响区 焊接热影响区 受热循环影响 在焊缝附近 组织与性能发生变化,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接接头的各个区域,低碳钢,焊缝,焊接热影响区,2004 金工教研室,机械制造基础,1）焊缝的组织与性能特点,组织特点 柱状铸态组织、晶粒粗大、成分偏析、组织不致密 可加入合金元素，严格控制成分 硫、磷较低 性能特点 整体性能比铸钢好 质量可好于母材 一般可满足性能要求,2004 金工教研室,机械制造基础,2）热影响区的组织与性能特点,1熔合区 0.11mm，很关键 2过热区 脆性比融合区更大 3正火区 力学性能优于母材 4部分相变

13、区 比正火区稍差 不同焊接方法热影响区宽度不同 焊后正火改善接头性能,2004 金工教研室,机械制造基础,焊缝各热影响区性能对比,熔合区过热区,正火区,部分相变区,2004 金工教研室,机械制造基础,3）影响焊接接头性能的因素,焊接接头性能取决于接头的成分与组织 主要影响因素 焊接材料（焊丝、药皮、焊剂成分） 焊接方法（热影响区不同、保护效果不同） 焊接工艺参数（焊接的电流、电压、速度等） 焊后热处理（退火正火能细化接头组织） 其他因素 接头形式、工件厚度、施焊环境温度、预热等影响冷却速度和最终组织形态的因素,2004 金工教研室,机械制造基础,二、电弧焊工艺方法,2004 金工教研室,机械制

14、造基础,一）、电弧焊工艺常识,1、焊接电弧 气体介质中导电现象,焊接电弧是指发生在电极与工件之间的强烈、持久的气体放电现象,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接电弧的热量,热量来源于 阳极43 阴极36 弧柱21 热量扩散 6585 加热熔化金属 其余 散失在电弧周围 飞溅的金属液,2004 金工教研室,机械制造基础,2、正接和反接,温度： 阳极：2600K 阴极：2400K 电弧中心：6000K 8000K 直流焊接 正接法：工件温度高 反接法 交流焊接：两极温度均为2500K 引弧电压：5090V 电弧电压：1635V,2004 金工教研室,机械制造基础,二）、焊条电弧焊,焊条电弧焊过

15、程 药皮燃烧： 电弧周围气体：CO2、CO、H2 熔池中熔渣，冷却形成渣壳 保护熔池中的熔化金属,2004 金工教研室,机械制造基础,手工电弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,1、电焊条,焊芯 导电和填充焊缝 焊接用钢丝 低碳钢、合金结构钢、不锈钢 药皮 焊接过程顺利进行 焊缝化学成分、力学性能,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条药皮,作用 提高电弧燃烧的稳定性 防止空气对熔化金属的有害作用 对熔池脱氧、加入合金元素 保证焊缝金属的化学成分和力学性能 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条药皮的作用,2004 金工教研室,机械制造基础,焊

16、条种类,按化学成分分成七大类 碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金 焊条型号：国家标准中的焊条代号,E 43 0 3,第三位和第四位数字组合时代表焊接电流种类和药皮类型03为钛钙型药皮、交流或直流,代表焊条适用的焊接位置（“0”、“1” 全位置焊接，“2”适于平焊，“4”适于向下立焊,代表熔敷金属(焊缝)抗拉强度不低于430Mpa(43kgf/mm2,代表碳钢焊条,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条种类,焊条牌号：焊条行业统一的焊条代号 J422、J507 J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80） 2：药皮和

17、电流种类,J422E4303 J507E5015 J506E5016,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条种类,按熔渣性质 酸性焊条 酸性氧化物比碱性氧化物多（如SiO2，MnO2等） 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件 碱性焊条 碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物（如CaO等）和萤石（CaF2）。由于碱性焊条药皮中不含有机物，药皮产生的保护气体中氢含量极少，所以又称为低氢焊条。 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条选用原则,选择依据：根据焊件以下指标 化学成分

18、、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 结构形状、受力情况、焊接设备条件 选用原则 等强度原则：焊接低碳钢和低合金钢时。一般应使焊缝金属与母材等强度，即选用与母材同强度等级的焊条。 同成分原则：焊接耐热钢、不锈钢等金属材料时，应使焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相同或相近，即按母材化学成分选用相应成分的焊条。 抗裂缝原则：焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的焊接结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。 抗气孔原则：受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。 低成本原则：在满

19、足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条,2004 金工教研室,机械制造基础,焊条选用原则,几种典型情况： 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准） 酸性/碱性：根据重要性 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条 此外，应根据焊件的厚度、焊缝位置等条件，选用不同直径的焊条。一般焊件愈厚，选用焊条的直径就愈大,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾,焊接工艺常识 焊接冶金过程： 药皮/焊剂燃烧、焊接材料金属融化，形成熔滴，进入焊缝，与被融化的焊缝金属混合，形成熔池,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾,焊接过程的有害物质： 气体（

20、氢、氧、氮）害处（高温吸入、低温形成气泡，氧化金属、焊缝变脆），硫、磷（产生裂纹） 保护焊缝： 清理焊接材料、药皮/焊剂燃烧产生气体和渣壳、添加有益合金元素 焊接热过程： 局部性、移动性和高速加热冷却；温度场,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾,焊缝及其影响区,焊缝的柱状树枝晶,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾,焊接应力和变形、裂纹,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾,焊条电弧焊 电弧、药皮 型号及选用原则 酸性/碱性 等强度 等成分 抗裂 抗气孔 经济性,2004 金工教研室,机械制造基础,2、埋弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,2、埋弧焊,2004 金工教研室,

21、机械制造基础,埋弧焊焊缝形成,2004 金工教研室,机械制造基础,2、埋弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,埋弧焊特点,优点 焊接质量好 焊接过程能够自动控制。各项工艺参数可以调节到最佳数值。焊缝的化学成分比较均匀稳定。焊缝光洁平整，有害气体难以侵入，熔池金属冶金反应充分，焊接缺陷较少。 生产率高 焊丝从导电嘴伸出长度较短，可用较大的焊接电流，而且连续施焊的时间较长，这样就能提高焊接速度。同时，焊件厚度在14mm以内的对接焊缝可不开坡口，不留间隙，一次焊成，故其生产率高。 节省焊接材料 焊件可以不开坡口或开小坡口，可减少焊缝中焊丝的填充量，也可减少因加工坡口而消耗掉的焊件材料。同时，焊接

22、时金属飞溅小，又没有焊条头的损失，所以可节省焊接材料。 易实现自动化，劳动条件好，劳动强度低，操作简单,2004 金工教研室,机械制造基础,埋弧焊特点,缺点 适应性差，通常只适用于水平位置焊接直缝和环缝，不能焊接空间焊缝和不规则焊缝，对坡口的加工、清理和装配质量要求较高。 埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直缝、直径大于300mm环缝的平焊。此外，它还用于耐磨、耐腐蚀合金的堆焊、大型球墨铸铁曲轴以及镍合金、铜合金等材料的焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,焊丝与焊剂,焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 熔炼焊剂、陶质焊剂,2004 金工教研室,机械制造基

23、础,埋弧焊工艺,仔细下料、准备（清理）坡口、装配 引弧板与引出板焊后去掉,2004 金工教研室,机械制造基础,防止烧穿焊剂垫、垫板,2004 金工教研室,机械制造基础,环缝焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,3、气体保护焊氩弧焊,不熔化极氩弧焊即钨极氩弧焊（TIG焊,熔化极氩弧焊（MIG,氩弧焊示意图 1焊丝或电极 2导电嘴 3喷嘴 4进气管 5氩气流 6电弧 7焊件 8填充焊丝 9送丝滚轮,2004 金工教研室,机械制造基础,3、气体保护焊氩弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,氩弧焊的特点与应用,适于焊接各类合金钢，易氧化的非铁金属以及锆、钽、钼等稀有金属 电弧稳定、飞溅小、焊缝

24、致密，表面没有熔渣，成形美观 便于操作，容易实现全自动焊接 电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接速度快、热影响区窄，焊后变形小 氩气成本高，用于焊接铝、镁、钛合金,2004 金工教研室,机械制造基础,气体保护焊CO2保护焊,2004 金工教研室,机械制造基础,气体保护焊CO2保护焊,2004 金工教研室,机械制造基础,气体保护焊CO2保护焊,2004 金工教研室,机械制造基础,CO2保护焊的特点,CO2气体保护焊除具有前述的气体保护焊的那些优点外，还有焊缝含氢量低，抗裂性能好 CO2气体价格便宜、来源广泛，生产成本低等优点。 成本低，仅埋弧焊和焊条焊接的40 生产率高，自动化程度高 操作性好，

25、明弧，便于观察 质量较好 广泛用于造船、车辆、农用机械 30mm以下的碳钢、低合金结构钢,2004 金工教研室,机械制造基础,CO2保护焊的特点,缺点：焊缝不光滑、易产生气孔 由于CO2气体是氧化性气体，高温时可分解成CO和氧原子，易造成合金元素烧损、焊缝吸氧，导致电弧稳定性差、飞溅较多、弧光强烈、焊缝表面成形不够美观等缺点。若控制或操作不当，还容易产生气孔。为保证焊缝的合金元素，须采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝,2004 金工教研室,机械制造基础,4、等离子弧焊接与切割,电弧压缩 机械压缩 热压缩 电磁收缩 中心区域温度极高 16000K 焊接/切割熔点很高的金属

26、不锈钢 钛、钨,2004 金工教研室,机械制造基础,4、等离子弧焊接与切割,2004 金工教研室,机械制造基础,5、焊接自动化,数控轨迹控制 焊接质量监控,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接机器人,2004 金工教研室,机械制造基础,用电弧焊焊接钢板的问题,如图拼焊一张大钢板 焊缝布置合理吗？ 如何改进？ 对称，错开 如何合理安排焊缝顺序？ 先短后长,2004 金工教研室,机械制造基础,三、特种焊接工艺方法,简略了解其它焊接方法 电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊 真空电子束焊接、激光焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾：焊接热过程,1. 焊接热过程的特点 焊接热过程包括焊件的加热、

27、焊件中的热传递及冷却三个阶段。焊接热过程具有如下特点： (1) 加热的局部性。 (2) 焊接热源是移动的。 (3) 具有极高的加热速度和冷却速度,2004 金工教研室,机械制造基础,回顾：焊接热过程,2. 焊接热源 现代焊接生产对于焊接热源的要求主要是： (1) 能量密度高，并能产生足够高的温度。高能量密度和高温可以使焊接加热区域尽可能小，热量集中，并实现高速焊接，提高生产率。 (2) 热源性能稳定，易于调节和控制。热源性能稳定是保证焊接质量的基本条件。 (3) 高的热效率，降低能源消耗。尽可能提高焊接热效率，节约能源消耗有着重要技术经济意义,2004 金工教研室,机械制造基础,讨论：有哪些焊

28、接热源,2004 金工教研室,机械制造基础,现代焊接热源,2004 金工教研室,机械制造基础,1、电阻焊,电阻热 Q=I2Rt 特点 生产率高、焊接变形小 操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接） 设备复杂、耗电量大 接头形式、工件厚度受到限制 点焊、缝焊、对焊,2004 金工教研室,机械制造基础,1、电阻焊,2004 金工教研室,机械制造基础,1）点焊,局部高温焊合 分流现象 焊点的分布最小距离限制,2004 金工教研室,机械制造基础,点焊的接头形式,硬规范 软规范 电极压力 表面清洗 接头形式,2004 金工教研室,机械制造基础,2）缝焊,2004 金工教研室,机械制造基础,3）对焊,2004

29、 金工教研室,机械制造基础,对焊接头形式,2004 金工教研室,机械制造基础,讨论这个问题,铜及铜合金可以采用电阻焊吗,2004 金工教研室,机械制造基础,2、摩擦焊,2004 金工教研室,机械制造基础,2、摩擦焊,2004 金工教研室,机械制造基础,摩擦焊的接头形式,2004 金工教研室,机械制造基础,3、钎焊,焊接过程示意图毛细管作用,2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊,硬钎焊 450以上、接头强度200MPa以上 自行车架、工具、刀具 软钎焊 450以下、接头强度70MPa以下 仪表、导电元件、各种低载荷构件 加热方式 烙铁、火焰、电阻、感应,2004 金工教研室,机械制造基础,1

30、）硬钎焊刀头焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,2）软钎焊电器元件焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊的常见接头形式,2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊接头的比较,2004 金工教研室,机械制造基础,4、电渣焊,2004 金工教研室,机械制造基础,4、电渣焊,2004 金工教研室,机械制造基础,4、电渣焊,2004 金工教研室,机械制造基础,5、真空电子束焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,6、激光焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,激光焊接,2004 金工教研室,机械制造基础,激光切割,2004 金工教研室,机械制造基础,题外话：关于铝热剂,什么是铝热剂 通

31、常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂 用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂 有什么特性 难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热 有什么用,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,原理 铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁 Fe2O3 + 2 Al = 2Fe + Al2O3 还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨 优点 这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头,2004 金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,过程 铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点

32、火器点燃，开始铝热反应。 反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。 模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。 当铝热钢冷却下来后，进行进一步的热处理来提高它的机械特性,2004 金工教研室,机械制造基础,铝热焊设备,2004 金工教研室,机械制造基础,其它用途,冶炼难熔金属 军事用途 在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。 在前苏联科学家编写的火箭炮一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。 在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量,2004 金工教研室,机械制造基础,总

33、结：现代焊接工艺方法,2004 金工教研室,机械制造基础,选择焊接方法,自行车车架 钢窗 家用液化气罐主缝 自行车圈 电子线路板 锅炉壳体 钢轨对接 不锈钢储罐,硬钎焊（盐浴） 硬钎焊、对焊、电弧焊 缝焊 缝焊外边、闪光对焊 软钎焊 埋弧焊、电渣焊 闪光对焊、铝热焊 等离子弧焊接、氩弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,四、金属材料的焊接性,焊接性概念 设定相同（焊接方法、材料、参数、结构） 易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度 焊接性并非一定 焊接方法、焊接材料、焊接工艺 评定方法 工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向 使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求,2004 金工教研室,机

34、械制造基础,1、钢材焊接性的估算,碳当量计算公式 计算结果 0.6% ：焊接性不好,2004 金工教研室,机械制造基础,小型抗裂实验法,2004 金工教研室,机械制造基础,2、碳钢焊接,低碳钢（C% 应力、变形开裂 焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊 保证焊接接头与母材等强度 焊条：E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427)等 埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA) / 431,2004 金工教研室,机械制造基础,2、碳钢焊接,中碳钢：C% （0.25% 0.6%） 焊接性变差、淬硬倾向变大 工艺特点： 容易开裂：冷裂纹、热裂纹 必须预热，减小工件各个部

35、分的温差 细焊条、小电流、开坡口多层焊接 焊条电弧焊、电渣焊（厚件） 选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度 焊条：E5016(J506)、 E6015D1(J607,2004 金工教研室,机械制造基础,3、合金钢焊接,合金结构钢焊接件较少 工艺与中碳钢近似 低合金结构钢焊接工艺特点 热影响区的淬硬倾向：合金含量大小 焊接接头的裂纹倾向： 冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力 热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn） 强度级别决定工艺 低：同低碳钢 低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火 高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理,2004 金工教研室,机械制造基础,4、铸铁补焊,铸铁中C

36、、Si、Mn、S、P的含量比碳钢高，焊接性能差，不能作为焊接结构件，但对铸铁件的局部缺陷进行焊补很有经济价值。 焊接特点 焊缝易形成白口、难以切削加工 易开裂、易产生气孔 流动性好，只能进行平焊 热焊法（600700）： 防止开裂，补焊后可切削加工 冷焊法（450以下,2004 金工教研室,机械制造基础,5、非铁金属及其合金的焊接,铜及铜合金 困难 导热性太好，容易焊不透 易氧化、易开裂、易形成气孔 电阻很小，难以采用电阻焊 铜合金比纯铜更难焊接 氩弧焊（紫铜、青铜） 气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊,2004 金工教研室,机械制造基础,5、非铁金属及其合金的焊接,焊接铜和铜合金常用的焊接方法有氩弧

37、焊、气焊、埋弧焊和钎焊。 氩弧焊是焊接铜和铜合金应用最广的熔焊方法。厚度小于3mm的工件采用TIG焊；厚度312 mm的工件采用填丝TIG焊或MIG焊；厚度大于12mm的工件一般采用MIG焊。选用焊丝除满足一般工艺、冶金要求外，应注意控制其杂质含量和提高脱氧能力。 气焊黄铜采用弱氧化焰，其他均采用中性焰，由于温度较低，除薄件外，焊前应将工件预热至400以上，焊后应进行退火或锤击处理。 埋弧焊适用于中、厚板长焊缝的焊接，厚度20mm以上的工件焊前应预热，单面焊时背面应加成形垫板。 铜及铜合金的钎焊性优良，硬钎焊时采用铜基钎料、银基钎料，配合硼砂、硼酸混合物等作为钎剂；软钎焊时可用锡铅钎料，配合松

38、香、焊锡膏作为钎剂,2004 金工教研室,机械制造基础,5、非铁金属及其合金的焊接,铝及铝合金 比较困难 极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣 导热性较好，需预热、使用大功率热源 容易产生气孔（易吸收H2） 高温下强度塑性很低，焊缝塌陷,2004 金工教研室,机械制造基础,5、非铁金属及其合金的焊接,铝及铝合金 氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊 目前，氩弧焊是焊接铝及铝合金最理想的熔焊方法。为保证焊接质量，焊前要严格清洗焊件、焊丝，并一定要干燥后再焊，否则焊缝中易出现气孔。焊接时尽量选用与母材化学成分相近的专用焊丝。若没有专用焊丝也可从母材上切下窄条替代焊丝（钨极氩弧焊和气焊时）。 可使用电

39、阻焊、钎焊方法焊接铝材，但焊前必须清除焊件表面的氧化膜，电阻焊时要采用点焊。气焊时需使用焊剂去除氧化物，但焊剂同时也使工件焊后的耐腐蚀性下降，且气焊生产率低，工件变形大,2004 金工教研室,机械制造基础,5、非铁金属及其合金的焊接,钛及钛合金的焊接 由于钛及钛合金化学性质非常活泼，极易出现多种焊接缺陷，焊接性差，所以主要采用氩弧焊，此外还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等。 钛及钛合金极易吸收各种气体，使焊缝出现气孔。过热区晶粒粗化或钛马氏体生成以及氢、氧、氮与母材金属的激烈反应，都使焊接接头脆化，产生裂纹。氢是使钛及钛合金焊接出现延迟裂纹的主要原因。 3mm以下薄板钛合金的钨极氩弧焊焊

40、接工艺比较成熟，但焊前的清理工作，焊接中工艺参数的选定和焊后热处理工艺都要严格控制,2004 金工教研室,机械制造基础,选择焊接方法圆筒低压容器,Q235钢板20mm批量生产 埋弧自动焊 20钢板2mm批量生产 缝焊 45钢板6mm单件生产 焊条电弧焊,紫铜板4mm单件生产 氩弧焊 铝合金板20mm单件生产 氩弧焊 不锈钢板10mm小批生产 氩弧焊,2004 金工教研室,机械制造基础,讨论焊接工艺问题,如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊才能既不开裂，又能切削加工,2004 金工教研室,机械制造基础,五、焊接结构设计,焊接结构件材料的选择 应选碳当量小于0.4的金属材料 优选强度等级低的低合金结构钢 优选镇静钢（