金属工艺学 第四篇焊接(4-1).

1、 概概 述述 可拆卸连接（螺纹连接等）可拆卸连接（螺纹连接等）金属连接方式：金属连接方式： 不可拆卸连接（焊接、铆接）不可拆卸连接（焊接、铆接）一一 定义定义 焊接是利用加热或加压力，焊接是利用加热或加压力，借助金属原子的结合与借助金属原子的结合与扩散作用扩散作用，使分离的金属材料牢固连接的工艺，使分离的金属材料牢固连接的工艺二二 分类：按实现原子间产生结合的方式不同分类：按实现原子间产生结合的方式不同熔化焊熔化焊利用金属熔化和凝固时的相互结晶而形成的连接利用金属熔化和凝固时的相互结晶而形成的连接压力焊压力焊依靠压力使接头处金属材料产生塑性变形而形成依靠压力使接头处金属材料产生塑性变形而形成

2、原子间的结合原子间的结合钎焊依靠低熔点钎料熔化后，与高熔点被焊金属在一定钎焊依靠低熔点钎料熔化后，与高熔点被焊金属在一定温度下相互产生一定的物理化学作用而形成原子间的连接温度下相互产生一定的物理化学作用而形成原子间的连接第四篇第四篇 焊焊 接接 第四篇 焊接（42）第一章第一章 电弧焊电弧焊第一节第一节 焊接电弧焊接电弧一一 定义：电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象定义：电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象二二 电弧产生与存在条件：电弧产生与存在条件： 1 气体电离气体电离 2 阴极发射电子（电源）阴极发射电子（电源）三三 电弧的构造与极性电弧的构造与极性 1、构造、构造 阳极区

3、阳极区 热量占热量占43 温度温度 2600K 弧柱区弧柱区 21 6000K 8000K 阴极区阴极区 36 2400K 图图3-1电弧的构造电弧的构造1-电极电极 2-直流电源直流电源 3-弧柱区弧柱区 4-工件工件 5-阳极区阳极区 6-阴极区阴极区第四篇 焊接（43）2 极性极性 直流反接：焊件（）直流反接：焊件（）焊条（）熔池小，焊条（）熔池小，工件温度低工件温度低 用于焊接薄板、有色合金、不锈钢、铸铁用于焊接薄板、有色合金、不锈钢、铸铁 直流正接：焊件（）直流正接：焊件（）焊条（）熔池深，工件温度焊条（）熔池深，工件温度高高 用于焊接高熔点金属或厚大的焊件用于焊接高熔点金属或厚大的

4、焊件 注意：注意：交流弧焊机不存在正接、反接问题交流弧焊机不存在正接、反接问题四四 电弧的静特性电弧的静特性1 电压：引弧电压弧焊机的空载电压（电压：引弧电压弧焊机的空载电压（50-90V） 电弧电压电弧稳定燃烧时的电压（电弧电压电弧稳定燃烧时的电压（1635V） 与电弧长度（焊条与工件间的距离与电弧长度（焊条与工件间的距离)有关有关 电弧长度电弧长度电弧电压电弧电压2 电流：在电弧长度一定时，电弧两端的电压与电弧中通过的电流电流：在电弧长度一定时，电弧两端的电压与电弧中通过的电流 之间的关系称为电弧的静特性。（焊接电弧的电阻是非线性电阻）之间的关系称为电弧的静特性。（焊接电弧的电阻是非线性电

5、阻） 电弧的静特性曲线不同，要求电源的输出特性也不同。电弧的静特性曲线不同，要求电源的输出特性也不同。五五 电弧对电源的要求电弧对电源的要求 1 应有适当的空载电流应有适当的空载电流 2 焊接电流应能方便的调节焊接电流应能方便的调节六六 焊接设备焊接设备 1 直流电焊机直流电焊机 2 交流电焊机交流电焊机 第四篇 焊接（411）第二节第二节 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 焊接接头：焊接接头： 中心部分焊缝区中心部分焊缝区 紧接焊缝的母材热影响区紧接焊缝的母材热影响区一一 焊缝区：焊缝区： 在焊接过程中，焊缝经受了一次冶金过程在焊接过程中，焊缝经受了一次冶金过程二二 热影响区：热影响

6、区： 焊缝两侧因焊接热作用而发生性能组织变化焊缝两侧因焊接热作用而发生性能组织变化 热影响区受到一次不规范的热处理。热影响区受到一次不规范的热处理。1 熔合区熔合区：焊缝和基体金属交界区，性能最差：焊缝和基体金属交界区，性能最差2 过热区：过热区：塑性、韧性低，脆性大，性能差塑性、韧性低，脆性大，性能差3 正火区正火区：力学性能优于母材：力学性能优于母材4 部分相变区部分相变区：力学性能比正火区稍差：力学性能比正火区稍差强度越高、淬硬倾向越大的钢种，熔合区和过热区硬度峰值越高，强度越高、淬硬倾向越大的钢种，熔合区和过热区硬度峰值越高，塑性越低，产生焊缝裂纹的倾向越大。塑性越低，产生焊缝裂纹的倾

7、向越大。低碳钢焊接时热影响区内的组织变化低碳钢焊接时热影响区内的组织变化1 液态线温度；2 固态线温度；3 1100C4 GS(A3)线温度5 727 C第四篇 焊接（412） 第四篇 焊接（45）第三节第三节 焊接应力与变形焊接应力与变形 一一 熔焊冶金过程与特点熔焊冶金过程与特点 1 熔池温度高且处于大气之中，熔池发生氧化反应熔池温度高且处于大气之中，熔池发生氧化反应 Fe+O FeO Mn +O MnO Si +O SiO 2 熔池体积小且存在运动下结晶熔池体积小且存在运动下结晶 二二 保证焊缝质量的措施保证焊缝质量的措施 1 对熔池和电弧区域对熔池和电弧区域形成有效的形成有效的保护保护

8、 2 向熔池不断向熔池不断添加添加有益的有益的合金元素合金元素 第四篇 焊接（415）三三 改善焊接接头组织和性能的措施改善焊接接头组织和性能的措施 1 对焊缝渗透合金成分对焊缝渗透合金成分，加强脱氧、脱硫、脱磷，加强脱氧、脱硫、脱磷，加强对焊缝的保护。加强对焊缝的保护。 2 正确选择焊接方法和焊接工艺，控制焊接加热温正确选择焊接方法和焊接工艺，控制焊接加热温度和加热时间，尽量减少热影响区的宽度。度和加热时间，尽量减少热影响区的宽度。 3 焊接后及时热处理（正火）改善焊接接头性能，焊接后及时热处理（正火）改善焊接接头性能，消除焊接应力。消除焊接应力。 四四 焊接应力与变形焊接应力与变形(防止和

9、消除焊接压力的措施防止和消除焊接压力的措施) 1 选用塑性好的材料，避免焊缝过长、截面过大和选用塑性好的材料，避免焊缝过长、截面过大和密集交叉，密集交叉， 2 确定正确的焊接次序，焊前预热，采用小能量焊确定正确的焊接次序，焊前预热，采用小能量焊接方法和锤击焊缝。接方法和锤击焊缝。 3 采用焊后去应力退火采用焊后去应力退火。焊接变形的基本形式 不同的焊缝位置、焊接顺序和工件自身的情况会引起如右图所示的各种焊接变形。 第四篇 焊接（44） 第四节第四节 焊条电弧焊焊条电弧焊一、手工电弧焊接的过程及特点一、手工电弧焊接的过程及特点 1 焊接过程焊接过程 引弧焊条送接焊条移动引弧焊条送接焊条移动 2

10、焊接特点焊接特点 （1）设备简单，维修方便，操作简便灵活）设备简单，维修方便，操作简便灵活 （2）适用性广，焊接形状、被焊材料和焊接位置均不限适用性广，焊接形状、被焊材料和焊接位置均不限 （3）焊接质量取决于焊工操作水平）焊接质量取决于焊工操作水平 （4）生产率低，劳动条件差，劳动强度大）生产率低，劳动条件差，劳动强度大 第四篇 焊接（46）二、电焊条二、电焊条 1、组成、组成 （1） 焊芯：成分同焊缝金属，焊芯：成分同焊缝金属， 作用传导电流，形成焊缝（占作用传导电流，形成焊缝（占5070） （2） 药皮：药皮： 成分稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、成分稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂

11、、合金剂、 稀渣剂、粘结剂稀渣剂、粘结剂 作用提高电弧稳定性；作用提高电弧稳定性； 形成保护层隔开空气；形成保护层隔开空气； 对熔池脱对熔池脱O、 S、 P； 添加合金元素。添加合金元素。 2、电焊条分类、电焊条分类 （1） 按用途分：碳钢焊条、低合金钢、不锈钢、铸铁、按用途分：碳钢焊条、低合金钢、不锈钢、铸铁、 铝及铝合金、铜及铜合金、镍及镍合金铝及铝合金、铜及铜合金、镍及镍合金 （2） 按药皮熔渣的酸碱性分：酸性焊条按药皮熔渣的酸碱性分：酸性焊条 碱性焊条碱性焊条 第四篇 焊接（47） 酸性焊条酸性焊条 1 氧化性较强，合金元素烧损严重，焊缝机械性能差。氧化性较强，合金元素烧损严重，焊缝机

12、械性能差。 2 工艺性能较好，焊前清理和焊条烘干要求不严，工艺性能较好，焊前清理和焊条烘干要求不严， （50100C烘干烘干1小时即可，若不吸潮可不烘）小时即可，若不吸潮可不烘） 3 交直流两用，交直流两用，劳动条件好（应用焊接一般的钢结构）劳动条件好（应用焊接一般的钢结构）碱性焊条碱性焊条 1 氧化性较小，（还原性较好）焊缝机械性能优良氧化性较小，（还原性较好）焊缝机械性能优良 2 工艺性能较差，焊前清理和焊条烘干要求很严，工艺性能较差，焊前清理和焊条烘干要求很严， （300350C烘干烘干12小时，放在保温筒中保存使用）小时，放在保温筒中保存使用） 3 需直流电焊机并反接。需直流电焊机并反

13、接。 4 劳动条件差，烟尘多，产生劳动条件差，烟尘多，产生HF有毒气体，应加强排风。有毒气体，应加强排风。 （应用焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件）（应用焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件） 第四篇 焊接（48）3、 焊条选用原则焊条选用原则（1） 等性能原则：焊条强度要稍高于基体强度（注意：钢的等性能原则：焊条强度要稍高于基体强度（注意：钢的 强度以屈服强度表示，焊条强度以抗拉强度表示）强度以屈服强度表示，焊条强度以抗拉强度表示）（2） 焊件工作条件：对要求塑性、冲击韧性好，抗裂能力强焊件工作条件：对要求塑性、冲击韧性好，抗裂能力强或低温性能好的焊件，应选用碱性焊条。或低温性能好的

14、焊件，应选用碱性焊条。（3） 焊件结构特点：厚度较大、形状复杂、很容易产生焊接焊件结构特点：厚度较大、形状复杂、很容易产生焊接裂纹的工件和选用碱性焊条。裂纹的工件和选用碱性焊条。（4） 按被焊接材料种类：铸钢用碱性焊条；低碳钢与低合金按被焊接材料种类：铸钢用碱性焊条；低碳钢与低合金钢焊接，按接头中强度较低的钢材选用焊条钢焊接，按接头中强度较低的钢材选用焊条（5） 焊接不锈钢、耐热钢等特殊性能材料，应选用相应的专焊接不锈钢、耐热钢等特殊性能材料，应选用相应的专用焊条。用焊条。4、焊条型号、牌号和种类、焊条型号、牌号和种类 焊接位置焊接位置 0、 1用于全位置用于全位置 （1）型号）型号 E 4

15、3 03 2 平焊，平角焊接平焊，平角焊接 4 向下立焊向下立焊 焊条焊条 金属抗拉强度等级金属抗拉强度等级 （2)牌号牌号 药皮类型药皮类型（15酸性，酸性，67碱性）碱性） 结构钢结构钢 抗拉强度抗拉强度420MPa （焊芯直径即表示焊条直径）（焊芯直径即表示焊条直径） （3）种类）种类 按化学成份分为按化学成份分为7大类大类 碳钢碳钢 焊条焊条 低合金钢焊条低合金钢焊条 不锈钢焊条不锈钢焊条 铸铁焊条铸铁焊条 堆焊焊条堆焊焊条 铜及铜其合金焊条铜及铜其合金焊条 铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条 第四篇 焊接（49）表表3-2 两种焊条分类的对应关系两种焊条分类的对应关系焊条按用途分类（行业标

16、准）焊条按用途分类（行业标准） 焊条按成分分类（国家标准）焊条按成分分类（国家标准） 类类别别 名称名称 代号代号 国家标准国家标准编号编号 名称名称 代代号号 一一 结构钢焊条结构钢焊条 J(结结) GB5117-85 碳钢焊条碳钢焊条 E GB5118-85 低合金钢焊条低合金钢焊条 二二 钼和铬钼耐热钢焊条钼和铬钼耐热钢焊条 R(热热) 三三 低温钢焊条低温钢焊条 W(温温) 四四 不锈钢焊条不锈钢焊条 G(铬铬) A(奥奥) GB983-85 不锈钢焊条不锈钢焊条 五五 堆焊焊条堆焊焊条 D(堆堆) GB984-85 堆焊焊条堆焊焊条 ED 六六 铸铁焊条铸铁焊条 Z(铸铸) GB10

17、044-88 铸铁焊条铸铁焊条 EZ 七七 镍及镍合金焊条镍及镍合金焊条 Ni(镍镍) 八八 铜及铜合金焊条铜及铜合金焊条 T(铜铜) GB3670-83 铜及铜合金焊条铜及铜合金焊条 TCu 九九 铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条 L(铝铝) GB3669-83 铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条 TAl 十十 特殊用途焊条特殊用途焊条 TS(特特) 第四篇 焊接（416）第一节第一节 埋弧焊（埋弧焊（熔剂层下电弧焊熔剂层下电弧焊）一一 焊接过程焊接过程1 焊丝自动送入，工件与焊丝相对匀速移动。焊丝自动送入，工件与焊丝相对匀速移动。2 电弧在颗粒状焊剂下燃烧，焊剂不断流出撒在被焊部位电弧在颗粒状焊剂下

18、燃烧，焊剂不断流出撒在被焊部位3 部分焊剂形成熔渣覆盖焊缝表面，其他焊剂不熔化，可回收部分焊剂形成熔渣覆盖焊缝表面，其他焊剂不熔化，可回收重复使用。重复使用。二二 特点及应用特点及应用1 生产率高，劳动条件好，节约金属。生产率高，劳动条件好，节约金属。2 焊接质量高而且稳定。焊接质量高而且稳定。3 设备费用高，工艺复杂，设备费用高，工艺复杂，焊位和焊缝形状受限制焊位和焊缝形状受限制，灵活性差。，灵活性差。应用：大批量生产应用：大批量生产长的直焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝长的直焊缝和圆筒形工件的纵、环焊缝 图4-15 埋弧焊时焊缝的形成1-焊丝；2-焊件；3-焊剂；4-液态金属；5-液态焊剂；6

19、-焊缝；7-焊渣第四篇 焊接（417）图4-16 埋弧自动焊的焊接过程 1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝7-送丝轮；8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；第四篇 焊接（418）图4-17 埋弧自动焊机 第四篇 焊接（419）环缝自动焊示意图环缝自动焊示意图 第四篇 焊接（420）第二节第二节 气体保护焊气体保护焊 一一 特点：特点：1 明弧焊接，熔池可见度好，操作方便，易实现自动化。明弧焊接，熔池可见度好，操作方便，易实现自动化。2 电弧受到保护气流压缩，电弧受到保护气流压缩，热量集中，焊接速度快，熔热量集中，焊接速度快，

20、熔池小而深，热影响区窄。焊后变形小。适用于薄件池小而深，热影响区窄。焊后变形小。适用于薄件及有色件的焊接。及有色件的焊接。3 焊缝表面无渣，可以节约大量清渣时间焊缝表面无渣，可以节约大量清渣时间4 可进行全位置焊接可进行全位置焊接5 气体保护焊接设备复杂，焊接时容易受气流干扰气体保护焊接设备复杂，焊接时容易受气流干扰 二二 种类种类1 氩弧焊：氩弧焊： 不熔化电极氩弧焊（不熔化电极氩弧焊（ 钨极氩弧焊）钨极氩弧焊） 熔化电极氩弧焊（连续送进的焊丝作为电极熔化电极氩弧焊（连续送进的焊丝作为电极） 图图3-16 钨极氩弧焊示意图钨极氩弧焊示意图（自动焊）（自动焊） 1-熔池熔池 2-焊丝焊丝 3-

21、送丝滚轮送丝滚轮 4-焊丝盘焊丝盘 5-钨极钨极 6-导电嘴导电嘴 7-焊炬焊炬 8-喷嘴喷嘴 9-保护气体保护气体 10-电弧电弧 图图3-17 熔化极氩弧焊示意图（自动焊）熔化极氩弧焊示意图（自动焊） 1-焊接电弧焊接电弧 2-保护气体保护气体 3-焊炬焊炬 4-导电嘴导电嘴 5-焊丝焊丝6-送丝滚轮送丝滚轮 7-焊丝盘焊丝盘 8-喷嘴喷嘴 9-熔池熔池1.焊丝或电极焊丝或电极 2.导电嘴导电嘴 3.喷嘴喷嘴 4.进气管进气管 5.氩气流氩气流 6.电弧电弧 7.工件工件 8.填充焊丝填充焊丝 9.送丝辊轮送丝辊轮 第四篇 焊接（421）（1）氩弧焊应用）氩弧焊应用采用采用直流正接法：直流

22、正接法：用于焊接低合金钢、不锈钢、耐热钢等用于焊接低合金钢、不锈钢、耐热钢等采用采用交流电源：交流电源：用于焊接铝镁合金用于焊接铝镁合金（2）氩弧焊特点：）氩弧焊特点：保护效果最好保护效果最好，可焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高，可焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金及一些特殊性能的合金钢。但氩气成本高。强度合金及一些特殊性能的合金钢。但氩气成本高。2 CO2气体保护焊气体保护焊 特点特点（1）成本低，生产率高，操作简便，焊接质量较好）成本低，生产率高，操作简便，焊接质量较好（2）由于）由于CO2的氧化性，需要用脱氧元素较高的焊丝，的氧化性，需要用脱氧元素较高的焊丝， 焊缝不够光滑。焊

23、缝不够光滑。应用：应用：30mm以下的低碳钢和普通低合金钢，尤其适用以下的低碳钢和普通低合金钢，尤其适用于薄板焊接。于薄板焊接。图4-25 钨极氩弧焊 1-钨极；2-导电嘴；3-绝缘套；4-喷嘴；5-氩气流； 6-焊丝；7-焊缝；8-工件；9-进气管第四篇 焊接（422） 图3-18 CO2气体保护半自动焊示意图 1-焊接电源及控制箱 2- CO2钢瓶 3-加热器 4-送丝机构 5-焊枪 6-焊件 第四篇 焊接（423）第二章第二章 其他常用焊接方法其他常用焊接方法第一节第一节 电阻焊电阻焊一、定义：利用一、定义：利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊，

24、将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下在压力下形成焊接接头的工艺形成焊接接头的工艺二、特点及应用二、特点及应用 1 生产率高，焊接变形小，生产率高，焊接变形小， 2 不开坡口，不用填充金属，无需保护。不开坡口，不用填充金属，无需保护。 3 操作简单，劳动条件好，易实现自动化操作简单，劳动条件好，易实现自动化 4 设备复杂，耗电多，焊件尺寸受限制。设备复杂，耗电多，焊件尺寸受限制。 应用：成批大量生产应用：成批大量生产三、电阻焊分类：三、电阻焊分类：1点焊（柱状电极）焊接非密封的薄板冲压件（点焊（柱状电极）焊接非密封的薄板冲压件（S4mmm）2缝焊（滚轮电极）焊接有密封要求的薄壁结构缝焊（滚轮电极）焊接有密封要求的薄壁结构S450接头强度高，接头强度高，用于受力较大、工作温度高的工件如：刀具、冰箱压缩机管道等用于受力较大、工作温度高的工件如：刀具、冰箱压缩机管道等 2 软钎焊软钎焊 I中、高碳钢中、高碳钢 钢钢有色金属有色金属铸铁铸铁 n通常将影响最大的碳作为基础元素，把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量，用符号wCE表示，它是评定钢的焊接性的一个参考指标。国际焊接学会推荐的碳钢和低合金结构钢的碳当量计算公式为:n n式中，各元素的质量分数都取其成