机械制造基础(上册)第8章金属的焊接成型

1、第8章金属的焊接成型 8.1焊接工艺基础 8.2熔化焊 8.3 其它焊接方法 8.4常用金属材料的焊接 8.5焊接件结构工艺设计 焊接方法的种类很多，各有其特点及应用范围。但按焊接过程本质的不同，可分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。 熔化焊：它是利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体。这类仅靠加热工件到熔化状态实现焊接的工艺方法，叫熔化焊，简称熔焊。 压力焊：是将两构件的连接部分加热到塑性状态或表面局部熔化状态，同时施加压力使焊件连接起来的一类焊接方法，叫压力焊，简称压焊。 钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化之后，填充接

2、头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。 焊接与其它加工方法相比，具有以下特点： 适应性广 可以生产要求密封性的构件 可节约金属 8.1焊接工艺基础 8.1.1 电孤焊的冶金过程特点 8.1.2 焊接接头的组织和性能 8.1.3 焊接变形与应力8.1.1 电孤焊的冶金过程特点 1.焊接电弧 焊接电弧组成图 2.焊接的冶金过程特点8.1.2 焊接接头的组织和性能 1.焊件上温度的变化和分布 2.焊接接头金属组织与性能的变化 3. 改善焊接热影响区性能的方法 1.焊件上温度的变化和分布焊接区各点温度变化情况 2.焊接接头金属组织与性能的变化低碳钢焊接接头组织与性能的变化示意图 （1）焊

3、缝 （2）焊接热影响区 熔合区 过热区 正火区 部分相变区 再结晶区 3. 改善焊接热影响区性能的方法 8.1.3 焊接变形与应力 1.焊接变形和残余应力产生原因 2. 焊接变形的基本形式 3.预防及消除焊接应力 4. 防止及矫正焊接变形 5.矫正焊接变形的方法1.焊接变形和残余应力产生原因 模拟焊缝 示意图 2. 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式 收缩变形 角变形 弯曲变形 波浪变形 扭曲变形 3.预防及消除焊接应力 （1）减少焊接应力的措施 焊接结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度也要尽可能小，以减少焊接局部加热从而减少焊接残余应力。 预热可以减小工件温差，也能减小残余应力。 采

4、取合理焊接顺序，使焊缝能较自由地收缩， 以减小应力。 采用小线能量焊接时，残余应力也较小。 每焊完一道焊缝，立即均匀锤击焊缝使金属伸 长，也能减小焊接残余应力。 （2）消除焊接应力的方法 消除应力最常用、最有效的方法是消除应力退火。 拼焊时的焊接顺序 4. 防止及矫正焊接变形 (1)防止焊接变形的措施 设计结构时，要考虑防止焊接变形。 焊前组装时，采用反变形法。 刚性固定法。 焊接工艺上，采用能量集中的焊接方法，采用小线能量，采用合理的焊接顺序，采用多层多道焊等，都能减少焊接变形。 平板对焊时的反变形法 焊工字梁时的反变形法 刚性固定法 合理的焊接顺序 分段退焊法 5.矫正焊接变形的方法 矫正

5、焊接变形的方法有机械矫正法和火焰矫正法两种。 8.2熔化焊 8.2.1 手工电弧焊过程及工艺(设备焊条及参数) 8.2.2其它熔化焊方法8.2.1 手工电弧焊过程及工艺(设备焊条及参数) 1. 手工电弧焊设备 (1)交流电焊机 (2)直流电焊机 发电机式直流电焊机 整流式直流电焊机 逆变式直流弧焊机 火焰加热矫正丁字梁焊接变形 焊机内部接线图 bx3-300型交流电弧焊机 2.手工电弧焊焊条 (1) 焊条的组成及作用 焊芯 药皮 （2）焊条的分类和编号 （3）焊条的选用原则 焊接低碳钢或低合金钢时，一般应使焊缝金属与母材等强度；焊接耐热钢、不锈钢时，应使焊缝金属的化学成分与焊件的化学成分相近；

6、焊接形状复杂和刚度大的结构及焊接承受冲击载荷、交变载荷的结构时，应选用抗裂性能好的碱性焊条；焊接难以在焊前清理的焊件时，应选用抗气孔性能好的酸性焊条。使用酸性焊条比碱性焊条经济，在满足使用性能要求的前提下应优先选用酸性焊条。几种常用焊丝的牌号和成分(gb/t14957-1994) 钢焊条药皮类型和电源种类编号 3.手工电弧焊工艺 进行手工电弧焊时需要考虑以下几个方面的主要工艺问题： (1)接头形式及准备工作 接头形式 接头的准备工作 （2） 焊接规范的选择 焊条直径的选择 焊接电流的选择各种接头形式 对接接头的各种坡口形式 8.2.2其它熔化焊方法 1.埋弧自动焊 （1）埋弧自动焊设备 （2）

7、焊接材料 （3）埋弧自动焊工艺 （4）埋弧自动焊的特点和应用 生产率高、成本低。 焊接质量好。 劳动条件好。 埋弧焊自动焊过程示意图 埋弧自动焊装置示意图 熔炼焊剂牌号 对接接头焊接工艺举例 焊剂垫 环缝自动焊示意图 2.气体保护电弧焊 ( 1)氩弧焊 氩弧焊主要特点如下： 保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成形美观，适于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属及稀有金属。 电弧在氩气流的压缩下燃烧，热量集中，所以焊接速度快，热影响区小，焊后变形也较小。 电弧稳定，特别是小电流时也很稳定。因此，容易控制熔池温度及单面焊双面成形。为了更容易保证工件背面均匀焊透和焊缝成形，现在普遍采用脉冲电流来

8、焊接，这种焊接方法叫脉冲氩弧焊。 明弧可见，便于观察和操作，可全位置焊，焊后无渣，便于机械化和自动化。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.工件 8.填充焊丝 9.送丝辊轮钨极氩弧焊焊接接头形式 脉冲氩弧焊电流 二氧化碳气体保护焊主要特点是： 成本低 质量好 生产率高 适应性强 二氧化碳气体保护焊装置示意图 3.电渣焊 电渣焊过程可分为三个阶段： 建立渣池 正常焊接过程 焊缝的收尾 电渣焊 8.3 其它焊接方法 8.3.1 电阻焊 8.3.2 钎焊 8.3.3 焊接新工艺技术简介8.3.1 电阻焊 1. 对焊 2.点焊 3.多点凸焊 4.缝焊1. 对焊电阻

9、焊的基本形式 对焊 点焊的焊接过程 多点凸焊原理 8.3.2 钎焊 1.软钎焊 2.硬钎焊常用的钎焊接头形式 8.3.3 焊接新工艺技术简介 1.等离子弧焊接与切割 2. 真空电子束焊接 3.激光焊接与切割 4. 计算机在焊接上的应用 5.焊接机器人和智能化1.等离子弧焊接与切割等离子弧焊示意图 2. 真空电子束焊接 电子束焊接的特点是：电子束能量密度很高，焊缝深而窄，焊件热影响区、焊接变形极小；焊接质量高，焊接速度快。 3.激光焊接与切割 （1）激光焊接 （2）激光切割 激光蒸发切割 激光熔化吹气切割 激光反应气体切割 4. 计算机在焊接上的应用 利用计算机对焊接生产过程的参数进行采集，存储

10、并打印成报表；对焊接瞬态过程的参数进行检测与数据处理，以便于研究焊接瞬态过程；对焊机输出的焊接参数进行控制等是目前计算机在焊接中应用的最主要方向。 5.焊接机器人和智能化 焊接机器人是焊接柔性自动化的新方式。焊接机器人的主要优点是稳定和提高焊接质量，保证其均一性； 提高生产率，可24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人劳动条件，降低对工人操作技术要求，可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供技术基础。8.4常用金属材料的焊接 8.4.1 金属的焊接性能 8.4.2 常用金属材料的焊接特点8.4.1 金属的焊接性能 1. 金属焊接性能的概念 2.估算钢材可焊性的方法1. 金属

11、焊接性能的概念 金属材料的焊接性能（又称可焊性），是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面：一是工艺可焊性，主要是指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用可焊性，主要是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的机械性能及其他特殊性能(如耐热、耐蚀性能等)。 2.估算钢材可焊性的方法 碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：8.4.2 常用金属材料的焊接特点 1. 碳素钢和低合金结构钢的焊接 2.铸铁的补焊 3.常用有色金属及其合金的焊接1. 碳素钢和低合金结构钢的焊接 (1)碳素钢的焊接 低碳钢的焊

12、接 中碳钢的焊接 高碳钢的补焊 （2）低合金结构钢的焊接2.铸铁的补焊 铸铁的焊接性差，其焊接过程会产生以下几个问题： 焊接接头易产生白口及淬硬组织 开裂倾向大 焊缝中易产生气孔和夹渣 3.常用有色金属及其合金的焊接(1)铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性比低碳钢差，在焊接时常出现下列情况：铜及其合金的导热性好，热容量大。母材和填充金属不能很好地熔合，易产生焊不透现象。铜及其合金的线膨胀系数大，凝固时收缩率大，因此其焊接变形较大。如果焊件的刚度大，限制焊件的变形，则焊接应力就大，易产生裂纹。液态铜溶氢能力强，凝固时其溶解度急剧下降，氢来不及逸出液面，易生成气孔。铜在高温时极易氧化，生成氧化亚铜

13、(cu2o)，它与铜易形成低熔点的共晶体，分布在晶界上，易引起热裂纹。铜合金中的许多合金元素（锌、锡、铅、铝及锰等）比铜更易氧化和蒸发，从而降低焊缝的力学性能，并易产生热裂、气孔和夹渣等，缺陷。 为保证铜及其合金的焊接质量，常采取如下措施： 严格控制母材和填充金属中的有害成分，对重要的铜结构，必须选用脱氧铜做母材。清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，以减少氢的来源。焊前预热以弥补热传导损失，并改善应力分布状况；焊后进行再结晶退火，以细化晶粒和破坏晶界上的低熔点共晶体。 (2)铝及铝合金的焊接 铝及其合金焊接时有如下特点： 易氧化 在焊接过程中，铝及其合金极易生成熔点高(约2050)、密度大(

14、3.85gcm3)的氧化铝，阻碍了金属之间的良好结合，并易造成夹渣，解决办法是：焊前清除工件坡口和焊丝表面的氧化物，焊接过程中采用氩气保护；在气焊时，采用熔剂，并在焊接过程中不断用焊丝挑破熔池表面的氧化膜。 易形成气孔 液态铝的溶氢能力强，凝固时其溶氢能力将大大下降，易形成氢气孔。 易产生热裂纹 铝及铝合金的线膨胀系数约为钢的两倍，凝固时的体积收缩率约6.5%左右，因此，焊接某些铝合金时，往往由于过大的内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。 铝在高温时强度和塑性很低 焊接时常由于不能支持熔池金属而引起焊缝塌陷或烧穿，因此，常需要采用垫板。 8.5焊接件结构工艺设计 8.5.1 焊接件材料的选择

15、8.5.2 焊接方法的选择 8.5.3 焊缝布置 8.5.4 接头型式 8.5.5 焊接件结构工艺设计示例8.5.1 焊接件材料的选择 焊接结构件的选材除应满足载荷、环境等工作条件外，还应满足下列要求： 工艺性能要求 体积与重量要求 经济性 优先选用型材和管材 8.5.2 焊接方法的选择各种焊接方法特点比较 8.5.3 焊缝布置 1.便于操作 2.避开应力最大或应力集中部位 3.避免密集与汇交 4.避开加工部位手工电弧焊操作空间 点焊或缝焊的焊缝设置 避开最大应力部位 避开应力集中的部位 避免焊缝密集 避免焊缝交汇 手弧焊接头形式和坡口形式 不同厚度板的对接 8.5.5 焊接件结构工艺设计示例 1.确定焊缝位置 2.设计焊接接头 3.选择焊接方法和焊接材料 4.瓶体装配图 5.主要工艺措施 6.主要工艺过程1.确定焊缝位置瓶体焊缝布置方案 2.设计焊接接头气瓶主环缝的接头形式 3.选择焊接方法和焊接材料 瓶体的焊接采用生产率高、焊接质量稳定的埋弧自动焊。焊接材料可用焊丝h08a、h08mna或h10mn2a，配合hj431。 瓶嘴的焊接因焊缝直径小，用手弧焊焊接。构件材料选用20钢时，焊条可用e4303(j422)；构