焊接焊接基础知识

1、第七章焊接第一节焊接基础一、焊接的实质焊接是指两个或两个以上的零件（同种或异种材料），通过局部 加热或加压达到原子间的结合，造成永久性连接的工艺过程。具体措施：（1）加压一一用以破坏结合面上的氧化模或其它吸附层，并是 接触面发生塑性变形，以扩大接触面。在变形足够时，也可直接形成 原子间结合，得到牢固接头。（2）加热对连接处进行局部加热，使之达到塑性或熔化状 态，激励并加强原子的能量，从而通过扩散、结晶和再结晶的形成与 发展，以获得牢固接头。二、焊接方法分类一般都根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压来划 分。1、熔化焊熔化焊是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方 法。它包括气焊

2、、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、 堆焊和铝热焊等。2、压焊压焊是通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的方法。 它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻3、钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料， 在加热温度高于钎 料低于母材熔点的情况下，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙， 并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。它包括硬钎焊、软钎焊等。三、焊接的特点图&订钵接与焊按b） ffsr1、节约金属材料，产品密封 性好2、以小拼大，化复杂为简单3、便于制造双金属结构缺点是焊缝处的力学性能有 所降低，个别焊接方法的焊接质量检验仍有困难。四、焊接的应用

3、1、制造金属结构2、制造金属零件或毛坯3、连接电器导线第二节熔化焊熔化焊是利用电弧产生的热量使连接处金属局部熔化而实现连 接的焊接方法。一、焊条电弧焊1、焊接电弧电弧是两带电导体之间持久而强烈的气体放电现象。1）电弧的形成（1）焊条与工件接触短路短路时，电流密集的个别接触点被电阻热 Q=l2Rt所加热，极小的 气隙的电场强度很高。结果：少量电子逸出。个别接触点被加热、 熔化，甚至蒸发、汽化。出现很多低电离电位的金属蒸汽。（2）提起焊条保持恰当距离在热激发和强电场作用下，负极发射电子并作高速定向运动，撞 击中性分子和原子使之激发或电离。结果：气隙间的气体迅速电离，在撞击、激发和正负带电粒子 复合

4、中，其能量转换，发出光和热。naa-2电弧杓构造I-直战电歸自一却条 J 一 3（柱4-卑韓2）电弧的构造与温度分布 电弧由三部分构成，即阴极区（一般为焊条端面的白亮斑点）、阳极区（工 件上对应焊条端部的溶池中的薄亮区） 和弧柱区（为两电极间空气隙）。3、电弧稳定燃烧的条件（1）应有符合焊接电弧电特性要求 的电源a）当电流过小时，气隙间气体电离 不充分，电弧电阻大，要求较高的电弧电压，方能维持必需的电离程 度。b）随着电流增大，气体电离程度增加，导电能力增加，电弧电 阻减小，电弧电压降低。但当降低到一定程度后，为了维持必要的电 场强度，保证电子的发射与带电粒子的运动能量， 电压须不随电流增 大

5、而变化。序号项目阴极区阳极区弧柱区1正接时所处位置焊条端头白热区工件熔池上的薄亮区气隙间2所进行的 物理过程 发射电子； 止离子撞击焊 条、端头熔化金属 的白亮区、与表面 电子复合放出热 和光。电子撞击工件熔池的薄 亮区，并与正离子复合放 出光和热；撞击个别电子和止离子；无发射电子任务，不消 耗大量能量。 电子和正离子不 断形成和复合； 带电粒子在电场 作用下作定向运动； 释放强烈的光和 热。3产生的热 量（%）产热36% 是熔化焊条热量 的主要来源。产热43%是熔化工件金属热量的主 要来源。产热21%不是焊接热量的主 要来源。4平均温度（K）240026006100（2）做好清理工作，选用合

6、适药皮的焊条。（3）防止偏吹。圈肌孑手弧焊过程1洼丸壬_肩志燼遷弋苗4婵条芒皮§理盟 蛊一&国熔構4、电极的极性 在焊接中，采用直流电焊机时，有 正接和反接两种方法。而大量使用的是 交流电弧焊设备，电极的极性频繁交变， 不存在极性问题，（1）正接一一焊件接电源正极，焊 条接负极。一般焊接作业均采用正接法。（2）反接焊件接电源负极，焊 条接正极。一般焊接薄板时，为了防止 烧穿，采用反接法进行焊接作业。2、焊条电弧焊的焊接过程1）焊接过程2）焊条电弧焊加热特点焊缝附近金属受热极不均（1）加热温度高，而且使局部加热。匀，可能造成工件变形、产生残余应力以及组织转变与性能变化的不均匀（

7、 2）加热速度快（ 1500度/秒），温度分布不均匀，可能出现在 热处理中不应出现的组织和缺陷。（ 3）热源是移动的，加热和冷却的区域不断变化。3、电弧焊的冶金特点（1）反应区温度高，使合金元素强烈蒸发和氧化烧损。（2）金属熔池体积小，处于液态的时间很短，导致化学成分均 匀，气体和杂质来不及浮出而易产生气孔和夹渣等缺陷。4、焊条1）焊条的组成 手弧焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。（1）焊芯 作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电弧； 在焊接过程中不断熔化， 并过渡到移动的熔池中， 与熔化的母 材共同结晶形成焊缝；（2）焊条药皮 药皮的作用a）对熔池造成有效的气渣联合保护；b）使熔池内金属液脱

8、氧、脱硫以及向熔池金属中渗合金，提高 焊缝的力学性能；c）起稳弧作用，以改善焊接的工艺性。 药皮的组成a）稳弧剂：主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物。b）造渣剂：形成熔渣覆盖在熔池表面，不让大气侵入熔池，且 起冶金作用。c）造气剂：分解出CO和H2等气体包围在电弧和熔池周围，起 到隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用。d）脱氧剂：主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去 熔池中的氧。e）合金剂：主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等 铁合金。f）粘结剂：常用钾、钠水玻璃。（3）焊条药皮的种类a）酸性焊条一一药皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、 Fe2O3等。b）碱性焊条一一药

9、皮中含有多量碱性氧化物，如CaO、FeO、 MnO、Na2O、MgO等。2）焊条的种类焊条共分为十大类，即结构钢焊条、低温钢焊条、钼和铬钼耐热 钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及 铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条。图附幻 焊缄区各点的详接热循环示倉用3）焊条的选用原则（1）选择与母材化学成 分相同或相近的焊条（2）选择与母材等强度 的焊条（3）根据结构的使用条 件选择焊条药皮的类型5、焊接接头的金属组织 和性能的变化1）焊件上温度的变化与 分布8-22低碳钢烁捞樓头的组织变化焊缝区金属经受有偿稳 状态开始被加热大较高的温 度，然后在逐渐冷却到常温 这样一个热循

10、环。2）焊接接头处的组织和 性能的变化（以低碳钢为例）3）焊接接头的主要缺陷（1）气孔 气孔是焊接时熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出 而留下来形成的空穴。防治措施：a）烘干焊条，仔细清理 焊件的带焊表面及附近区域；b）采用合适的焊接电流，正确操作（2）夹渣夹渣是焊后残留在焊缝中的熔渣。 预防措施：a）仔细清理带焊表面；b）多层焊时层间要彻底清渣；c）减缓熔池的结晶速度。（3）焊接裂纹18-23烬孩裂纹1纵向裂纹2&问盥坟3横乖号另歿纹4-弧坑翌坡 总一内揶製红a）热裂热裂是焊接过程中，焊接 接头的金属冷却到固相线附 近的高温区产生的焊接裂纹。预防措施：减小结构刚度、焊前预 热、减小合金

11、化、选用抗裂性 好的低氢型焊条等。b）冷裂lfla-24来悍邊和点嫌住奇倖寺时當绻舍-焊接接头冷却到较低温度时产生的焊接 裂纹。预防措施：a）用低氢型焊条并烘干、清除焊件表 面的油污和锈蚀；b）焊前预热、焊后热处理。（4）未焊透未焊透是焊接接头根部未完全熔透的 现象。产生原因：坡口角度或间隙太小、钝边过厚、 坡口不洁、焊条太粗、焊速过快、焊接 电流太小以及操作不当等所致。（5）未溶合未溶合是焊缝与母材之间未完全 熔化结合的现象。产生原因：坡口不洁、焊条直径过大及操作不 当等造成。6）咬边咬边是沿焊趾的母材部分产生的沟槽或凹陷的现象。产生原因：焊接电流过大、电弧过长、焊条角度不当等所致。6、焊接

12、变形1）焊接应力与变形的原因焊接时局部加热是焊件产生焊接应力与变形的根本原因14,8-26平板对接焊的应力与变形 Q焊接过悭中bm却以后r2）焊接变形的基本 形式3）防止与减小焊接 变形的工艺措施（1）反变形法（2）加余量法（3）刚性夹持法（4）选择合理的焊 接工艺4）减小焊接应力的 工艺措施（1）选择合理的焊 接顺序（2）预热法27博巻空用:島丰卅式（3）焊后退火处理b>t"SA za平扳薛據的反娈甘图萨29工字梁焊接的皮呃形 和焊第預商反变形b痒后窜状二、埋弧自动焊电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法， 称为埋弧焊。埋弧焊的引 弧、送进焊条一般均由自动装置来完成，因此又称为埋弧

13、自动焊。1埋弧自动焊的焊接过程2、埋弧自动焊的主要特 点 八、（1）生产率高（2）焊接质量高而且 稳定（3）节约焊接材料ran 1埋筈自谕悴晞声蜒的帛處肚出1-拜芒$塔站?-#it-aSIfl电if it狭窄亠一（4）改善了劳动条件（5）适用于平焊长直 焊缝和较大直径的环形焊 缝。对于短焊缝、曲折焊缝、位置及薄板的焊接，不能发挥其长处。.3、焊丝和焊剂4、埋弧自动焊的工艺特点（1）焊前准备工作要求严格（2）焊接熔深大（3）采用引弧板和引出板（4）采用焊剂垫或钢垫板（5）采用导向装置三、气体保护焊1、氩弧焊使用氩气作为保护气体的气体保护焊称为压弧焊。氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空气的

14、有害作用。 氩弧焊按所用电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊 两种。（1）非熔化极氩弧焊电极只作为发射电子、产生电弧用，填充金属另加。常用掺有氧化钍或氧化铈的钨极，其特点是电子热发射能力强， 熔点沸点高（为3700K和5800K）。（2）熔化极氩弧焊钨极氩弧焊电流小、熔深浅。中厚以上的钛、铝、铜等合金的焊 接多选用高生产率的熔化极氩弧焊。（3）氩弧焊的特点a）由于氩气的保护，它适于各类合金钢、易氧化的有色金属， 以及锆、钽、钼等稀有金属的焊接。b）氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有熔渣，成形 美观，焊接变形小。c）明弧可见，便于操作，容易实现全位置自动焊接。d）钨极脉冲氩弧焊接可

15、焊接0.8mm以下的薄板及某些异种金属。2、二氧化碳气体保护焊利用CO2作为保护气体的气体保护焊，称为二氧化碳气体保护 焊。它的保护作用主要是使焊接区与空气隔离， 防止空气中的氮气对 熔化金属的有害作用。焊接时：2CO2=2CO+O2CO2=C+O2因此焊接是在CO2、CO、02氧化气氛中进行的。二氧化碳气体保护焊的特点：（1）焊速高，可实现自动焊，生产率高。（2）为明弧焊接，易于控制焊缝成形。（3）对铁锈敏感性小、焊后熔渣少。（4）价格低廉。（5）焊接飞溅与气孔仍是生产中的难点。第三节其它常用焊接方法一、电渣焊电渣焊就是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。IS3-11电渣焊焊件

16、装配阳一引弧檢2 引入板3 口形"马”氛6焊件引出板1、焊接过程2、电渣焊的特点（1）可一次焊成很厚的焊件。（2）生产率高，成本低。（3）焊缝金属比较纯净。（4）适于焊接中碳钢与合金结 构钢。（5）焊缝区高温停留时间长， 晶粒粗大，焊后需热处理来细化晶 粒。二、等离子弧焊与切割1、等离子弧的概念般焊接电弧为自由电弧，电弧区只有部分气体被电离，温圈卜12序福子豪蚩坐装置原翔图丄鹑槿2离子吒2喘嘴4一寻离产视W 冷却水7也觇宜浹电jft(1)一 度不够集中(2) 当自由电弧压缩成高能 量密度的电弧，弧柱气体被充分电 离，成为只含有正离子和负离子的 状态时，即出现物质的第四态 等离子体。等

17、离子弧具有咼温(1500030000K)、高能量密度(480 千瓦/厘米2)和等离子流高速运动(最大可数倍与声速)(3) 等离子弧焊的三种压缩效 应a) 机械压缩效应气体电离形成的电弧通过在等离子枪中，当咼频震荡引弧以后 焊嘴细小喷孔，受到喷嘴内壁的机械压缩。b) 热压缩效应由于喷嘴内冷却水的作用，使靠近喷嘴内壁处的气体温度和电离 度急剧降低，迫使电弧电流只能从弧柱中心通过， 使弧柱中心电流密 度急剧增加，电弧截面进一步减小，这是对电弧的第二次压缩。C)电磁收缩效应因为弧柱电流密度大大提高而伴生的电磁收缩力使电弧得到第 三次压缩。因三次压缩效应，使等离子弧直径仅有 3mm左右，而能量密度、 温

18、度及气流速度大为提高。2、等离子弧焊的特点(1) 能量密度大，温度梯度大，热影响区小，可焊接热敏感性 强的材料或制造双金属件。(2) 电弧稳定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊缝一 次双面成型，表面美观，生产率高。(3) 气流喷速高，机械冲刷力大，可用于焊接大厚度工件或切 割大厚度不锈钢、铝、铜、镁等合金。Ma J5宾空电壬冲坪驅建99-*r*K-it空震n麗置(4) 电弧电离充分，电流 下限达0.1A以下仍能稳定工 作，适合于用微束等离子弧(0.230A)焊接超薄板 (0.012mm),如膜盒、热电 偶等。三、真空电子束焊真空电子束焊是利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而

19、使工件熔化，形成焊缝。 真空电子束焊的特点：（1）在真空中进行焊接，焊缝纯净、光洁，呈镜面，无 氧化等缺陷。（2）电子束能量密度高_达108瓦/厘米2，能把焊件金属| 迅速加热到很高温度，因而能 熔化任何难熔金属与合金。熔 深大、焊速快，热影响区极小， 一图肝空激光焊示意图I 一堪瀰2滋光器激光東4 一观察器F 鴛系统E聚集光束7烬拌B-工惟書因此对接头性能影响小，接头基本无变形。四、激光焊激光焊是以聚焦的激光 束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。激光焊的特点：（1）激光焊能量密度大，作用时间短，热影响区和变形小，可 在大气中焊接，而不需气体保护或真空环境。（2）激光束可用反光镜改变

20、方向，焊接过程中不用电极去接触 焊件，因而可以焊接一般电焊工艺难以焊到的部位。（3）激光可对绝缘材料直接焊接，焊接异种金属材料比较容易， 甚至能把金属与非金属焊在一起。（4）功率较小，焊接厚度受一定限制。五、电阻焊电阻焊是在焊件组合后通过电极施加压力， 利用电流通过接头的 接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的工艺方法。电阻焊的种类很多，常用的有点焊、缝焊和对焊三种。1、点焊点焊是将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。点焊主要用于薄板焊接。点焊的工艺过程：（1）预压，保证工件接触良好。（2）通电，使焊接处形成熔核及塑性环。（3）断点锻压，使熔

21、核在压力继续作用下冷却结晶，形成组织 致密、无缩孔、裂纹的焊点。2、缝焊缝焊是将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间， 滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缝焊主要用于焊接 焊缝较为规则、要求密 封的结构，板厚一般在 3mm以下。3、对焊对焊是使焊件沿整 个接触面焊合的电阻焊 方法。（1）电阻对焊 电阻对焊是将焊件 装配成对接接头，使其 端面紧密接触，利用电 阻热加热至塑性状态， 然后断电并迅速施加顶 锻力完成焊接的方法，b)图117对焊过程示虑图40电阻对悍讨闵光对焊电阻对焊主要用于截面简单、直径或边长小于 20m m和强度要求（2）闪光对焊 闪光对焊

22、是将焊件rr装配成对接接头，接通电源，使其端面逐渐移 近达到局部接触，利用琴1电阻热加热这些接触1点，在大电流作用下， 产生闪光，使端面金属 熔化，直至端部在一定 深度范围内达到预定温不太高的焊件。图肝苗电阻许典型示恋图*） AW bl強凰站対髀I 一胜襪2固宦电柚L暮陆电尿度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法。闪光焊的接头质量比电阻焊好，焊缝力学性能与母材相当，而且 焊前不需要清理接头的预焊表面。闪光对焊常用于重要焊件的焊接。 可焊同种金属，也可焊异种金 属；可焊0.01mm的金属丝，也可焊20000mm的金属棒和型材。六、摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使端面达到热塑

23、性状态，然后迅速顶锻完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊的特点：（ 1）由于摩擦，焊件接触表面的氧化膜和杂质被清楚，使焊接 接头组织致密，不产生气孔和夹渣等缺陷。（2）即可焊同种金属，更适合于异种金属的焊接。（3）生产率高。七、钎焊1、钎焊的种类 根据钎料熔点不同，钎焊分为硬钎焊和软钎焊两种。（1）硬钎焊钎料熔点高于450C的钎焊为硬钎焊。硬钎料有铜基、银基、铝基等合金。 钎剂常用鹏砂、硼酸、氟化物、氯化物等。加热方法有火焰加热、盐浴加热、电阻加热、高频感应加热等。硬钎焊接接头强度高达490MPa,适用于受力较大及工作温度较 高的工件。（2）软钎焊钎料熔点低于450 C的钎焊为软钎焊。常用软钎料为锡

24、铅合金。常用钎剂为松香、氯化铵溶液等。 常用烙铁及其它火焰加热。2、钎焊的特点（1）焊件加热温度低，金属组织和力学性能变化小，焊件变形 小，接头光滑平整，焊件尺寸精确。（2）可以焊同种或异种金属。（3）可焊由多条焊缝组成的复杂形状的焊件。（ 4）设备简单，投资少。第四节 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性1、焊接性的概念 焊接性就是金属材料在一定工艺条件下获得优质焊接接头的能 力，或指获得优质接头所采取工艺措施的复杂程度。金属材料的焊接性的好坏包括两方面内容：（ 1）结合性能（2）使用性能 影响金属材料焊接性的主要因素是母材的化学成分。二、碳钢的焊接性1、低碳钢的焊接低碳钢的塑性好， 一般

25、没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊 接性良好。一般不需要采取特殊工艺措施，也不需要进行焊前(后) 热处理。但有两种情况例外：(1)在焊接厚度大于50mm的焊件需焊后去应力退火。( 2)在低温条件下焊接较大刚度结构钢时，需焊前预热。常用焊接方法有：手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气体保护 焊和电阻焊等。2、中碳钢的焊接随着含碳量的增加，淬硬倾向增大，焊接性变差。中碳钢的焊接特点：( 1 )熔合区和热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹。( 2)焊缝金属热裂倾向较大防止措施：( 1 )焊前预热，焊后缓冷。( 2)选用抗裂性好的碱性焊条。( 3)选用细焊条小电流、开坡口、多层焊工艺。中碳钢焊接方法有：手工电弧焊、电渣焊等。3、高碳钢的焊接高碳钢焊接性差，一般只限于修补。三、低合金结构钢的焊接1 、焊接特点低合金结构钢的含碳量都很低， 加入了少量合金元素后， 强