材料成型技术基础3

1、第四篇第四篇 焊接焊接 Welding Fabrication连接方法分类连接方法分类可拆式可拆式连接连接：螺纹联接、摩擦联接：螺纹联接、摩擦联接不可拆式连接：焊接、粘接、铆接不可拆式连接：焊接、粘接、铆接什么叫焊接？什么叫焊接？利用加热或者同时加热加压的方法，使分离的利用加热或者同时加热加压的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合，从而形成新的金金属零件形成原子间的结合，从而形成新的金属结构属结构join the metal permanently through atom combining or diffusing by the mean of heating or pressing特点

2、及主要应用特点及主要应用特点特点省工省料：与铆接比可省料省工省料：与铆接比可省料1220% 能化大为小能化大为小, 拚小为大拚小为大可以制造双金属结构可以制造双金属结构,节省贵重金属节省贵重金属生产率高生产率高 便于实现机械化便于实现机械化,自动化自动化主要应用主要应用 金属结构件（压力容器、船体、冶金设备、各金属结构件（压力容器、船体、冶金设备、各种车厢车身、各种机架等）种车厢车身、各种机架等） 有时采用锻焊结构或铸焊结构，进行特大型零有时采用锻焊结构或铸焊结构，进行特大型零件和毛坯的单件，简化工艺，降低成本件和毛坯的单件，简化工艺，降低成本 双金属构件：双金属构件：车刀车刀, 硬质合金刀片

3、硬质合金刀片+金刚石膜金刚石膜 也可以用于铸造缺陷的补焊也可以用于铸造缺陷的补焊焊接方法分类焊接方法分类熔化焊熔化焊局部加热将焊接接头加热熔化局部加热将焊接接头加热熔化,并形成共同的并形成共同的熔池熔池,冷却结晶形成牢固接头冷却结晶形成牢固接头 压力焊：压力焊：电阻焊电阻焊 摩擦焊摩擦焊 冷压焊等冷压焊等利用加压力利用加压力(或同时加热或同时加热)的方法的方法,使两工件结合使两工件结合面紧密接触在一起面紧密接触在一起,并产生一定的塑性变形或并产生一定的塑性变形或熔化熔化,使他们的原子组成新的结晶使他们的原子组成新的结晶 钎焊：钎焊：铜焊铜焊 银焊银焊 锡焊锡焊 对工件和钎料进行适当的加热对工件

4、和钎料进行适当的加热,工件不熔化工件不熔化,钎钎料被熔化后，填在工件之间，与固态的金属互料被熔化后，填在工件之间，与固态的金属互相扩散相扩散,钎料凝固后钎料凝固后,将两工件焊接在一起将两工件焊接在一起第一节第一节 焊接电弧焊接电弧第一章第一章 电弧焊电弧焊电弧：电极与工件之间在气体介质中长时间放电现象电弧：电极与工件之间在气体介质中长时间放电现象arc: a phenomena of discharging in the gas between electrode collars电弧温度与热量电弧温度与热量 v 电弧温度与热量取决于电极材料和焊接电流电弧温度与热量取决于电极材料和焊接电流 热量

5、热量 阴极区阴极区 36% 弧柱弧柱 21% 阳极区阳极区 43%温度温度 2400K 60008000K 2600Kv 电极的正反接电极的正反接问题：薄壁工件的焊接，采用何种接法？问题：薄壁工件的焊接，采用何种接法？正接法正接法工件接正极，焊条接负极工件接正极，焊条接负极反接法反接法工件接负极，焊条接正极工件接负极，焊条接正极第二节第二节 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能1. 焊接工件上温度的变化与分布焊接工件上温度的变化与分布焊缝以及附近金属都经过快速升温和冷却焊缝以及附近金属都经过快速升温和冷却不同点达到的最高温度不同不同点达到的最高温度不同2. 焊接接头的组织和性能焊接接头的组

6、织和性能 焊缝焊缝welding seamv 冶金过程：形成熔池，与气体熔渣反应冶金过程：形成熔池，与气体熔渣反应v 凝固过程：快速冷却，结晶，析气，收缩凝固过程：快速冷却，结晶，析气，收缩v 铸态组织，铸态组织，F+少量少量P, 中心区域偏析严重中心区域偏析严重性能一般优于母材性能一般优于母材 焊接热影响区焊接热影响区heat affect zone焊缝周围金属因焊接热作用而发生组织和性能焊缝周围金属因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域变化的区域不同区域相当于进行了不同规范的热处理不同区域相当于进行了不同规范的热处理焊接热影响区焊接热影响区heat affect zone根据焊接过程达到的

7、最高温度，焊接热影响区可以根据焊接过程达到的最高温度，焊接热影响区可以划分为熔合区、过热区、划分为熔合区、过热区、 正火区和正火区和 部分相变区部分相变区熔合区熔合区, 过热区过热区, 正火区正火区, 部分相变区部分相变区v熔合区熔合区weld bond：焊缝与基体金属的交界区焊缝与基体金属的交界区 ，0.11mm铸态组织铸态组织+过热粗晶；过热粗晶；，；应力集中应力集中v过热区过热区overheated zone ：AC3以上以上100200 过热粗晶，塑韧性差，脆性大过热粗晶，塑韧性差，脆性大v正火区正火区normalized zone：AC3至至AC3 +100200 晶粒细化，性能优于

8、母材晶粒细化，性能优于母材v部分相变区部分相变区part phase changed zone：AC1至至AC3组织不均匀：性能低于正火区域组织不均匀：性能低于正火区域3. 改善焊接热影响区组织和性能的方法改善焊接热影响区组织和性能的方法 焊接参数，接头形式和焊后冷却都影响热影响焊接参数，接头形式和焊后冷却都影响热影响区，不同焊接方法热影响区见区，不同焊接方法热影响区见P133 table 4-1 Heat affect zone is unavoidable. v 合理的焊接方法和焊接规范合理的焊接方法和焊接规范 合理的焊接方法合理的焊接方法 焊条电弧焊或埋弧焊，热影响区窄，危害性小，焊条电

9、弧焊或埋弧焊，热影响区窄，危害性小，用于焊接一般低碳钢用于焊接一般低碳钢 奥氏体不锈钢的焊接，采用氩弧焊奥氏体不锈钢的焊接，采用氩弧焊 对特别重要的接头，用激光焊或电子束焊对特别重要的接头，用激光焊或电子束焊3. 改善焊接热影响区组织和性能的方法（续）改善焊接热影响区组织和性能的方法（续）合适的焊接规范合适的焊接规范在保证焊接质量的前提下，减小焊接电流或提在保证焊接质量的前提下，减小焊接电流或提高焊接速度，都减小焊接热影响区高焊接速度，都减小焊接热影响区v 热处理热处理正火处理正火处理对重要结构，中碳钢焊接件，合金钢焊接件，对重要结构，中碳钢焊接件，合金钢焊接件，特别是电渣焊焊接件特别是电渣焊

10、焊接件对合金钢接头，如何焊接？对合金钢接头，如何焊接？ 选用小能量多层焊接选用小能量多层焊接第三节第三节 焊接应力与变形焊接应力与变形welding stress and distortion焊接焊接: 极不平衡热循环过程极不平衡热循环过程v 焊件各部分的加热温度，冷却速度不同焊件各部分的加热温度，冷却速度不同v 热胀冷缩，不一致，形成应力热胀冷缩，不一致，形成应力v 进一步，可能形成变形，裂纹进一步，可能形成变形，裂纹裂纹形成于焊缝或者熔合区，内裂纹，危害大，裂纹形成于焊缝或者熔合区，内裂纹，危害大，要探伤排查要探伤排查 inspection裂纹产生取决于化学成分裂纹产生取决于化学成分(特别

11、是焊条中的特别是焊条中的S，P)、凝固区间、氢脆和焊接应力凝固区间、氢脆和焊接应力焊接焊接: 不完全的冶金过程，快速凝固不完全的冶金过程，快速凝固 来不及析气，产生气孔来不及析气，产生气孔1. 焊接应力焊接应力的产生的产生 Welding Stress 点热源加热点热源加热逐次冷却逐次冷却分析极复杂分析极复杂假定假定 点热源加热点热源加热 逐次冷却逐次冷却焊缝受拉应力，远离焊缝处受压应力焊缝受拉应力，远离焊缝处受压应力内应力：承载能力下降，应力腐蚀内应力：承载能力下降，应力腐蚀减小焊接应力减小焊接应力2. 焊接变形的产生及形式焊接变形的产生及形式welding distortion焊接应力引起

12、焊件变形，变形的形式有焊接应力引起焊件变形，变形的形式有内应力：承载能力下降，应力腐蚀内应力：承载能力下降，应力腐蚀变形：影响使用效果变形：影响使用效果 构件厚大、刚性好：内应力大，变形小构件厚大、刚性好：内应力大，变形小主要考虑减小焊接内应力主要考虑减小焊接内应力 焊件塑性好、刚性小：变形大、内应力小焊件塑性好、刚性小：变形大、内应力小主要考虑防止、减小变形，或矫正变形主要考虑防止、减小变形，或矫正变形3. 减少焊接应力的工艺措施减少焊接应力的工艺措施：一防、二减、三补救一防、二减、三补救 预防措施：预防措施：v 合理的焊接件结构，合理的焊缝结构合理的焊接件结构，合理的焊缝结构v 工件预热至

13、工件预热至350-400，焊后缓冷，焊后缓冷v 选择合理的焊接次序选择合理的焊接次序焊接措施：小能量焊接或者锤击焊缝焊接措施：小能量焊接或者锤击焊缝补救措施：焊后去应力补救措施：焊后去应力退火：焊后加热至退火：焊后加热至600-650，保温，保温1h以上以上 振动时效：振动时效： 水压试验水压试验应力引起变形，预防应力措施对防变形有效应力引起变形，预防应力措施对防变形有效先矫、一防、二减、三补救先矫、一防、二减、三补救 反变形法反变形法: 先矫先矫4. 防止和减少焊接变形防止和减少焊接变形的工艺措施的工艺措施预防和减小预防和减小刚性夹持法：刚性夹持法：一防一防不适合铸铁补焊，淬硬性大的钢不适合

14、铸铁补焊，淬硬性大的钢合理的焊接次序：合理的焊接次序：二减二减补救补救机械矫正法、火焰矫正法：机械矫正法、火焰矫正法：三补救三补救第四节第四节 焊条电弧焊焊条电弧焊electrode arc welding手工电弧焊手工电弧焊应用最广泛应用最广泛特点：特点：适用于各种环境和位置适用于各种环境和位置适用于各种材料适用于各种材料焊接接头性能接近母材焊接接头性能接近母材设备简单，焊钳小设备简单，焊钳小1. 焊条电弧焊的焊接过程焊条电弧焊的焊接过程引弧引弧电弧燃烧产生高温电弧燃烧产生高温焊条金属和工件同时熔焊条金属和工件同时熔化，形成熔池化，形成熔池药皮燃烧，产生大量气药皮燃烧，产生大量气体，如体，如

15、CO2，保护熔池，保护熔池，防止氧化及氮的侵入防止氧化及氮的侵入药皮熔化，进入熔池，脱氧、脱硫、脱磷药皮熔化，进入熔池，脱氧、脱硫、脱磷形成熔渣形成熔渣药皮熔化，合金元素进入熔池药皮熔化，合金元素进入熔池提高焊缝基体强度提高焊缝基体强度焊条电弧焊很关键一点：焊条焊条电弧焊很关键一点：焊条welding electrode 2. 电焊条组成及作用电焊条组成及作用焊条组成：焊芯焊条组成：焊芯+药皮药皮焊芯焊芯core wire 组成焊缝的最主要材料组成焊缝的最主要材料焊条（焊芯）直径：最小焊条（焊芯）直径：最小0.4mm，最大，最大9mmv 作用：导电、生弧，填充焊缝作用：导电、生弧，填充焊缝v

16、结构钢焊芯结构钢焊芯牌号牌号GB1300-77，碳素钢碳素钢p137表表4-2 v 成分要求成分要求 含碳量要低，一定的含碳量要低，一定的Mn量量 含含P,S量低量低v 合金钢和不锈钢焊接用相应焊芯合金钢和不锈钢焊接用相应焊芯3. 焊条的种类、型号和编号焊条的种类、型号和编号按化学成分分按化学成分分7类类碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条金焊条按熔渣性质分为酸性电焊条和碱性焊条按熔渣性质分为酸性电焊条和碱性焊条焊条药皮作用焊条药皮作用v 稳定电弧，稳定电弧，改善熔

17、滴过渡，改善熔滴过渡，减少飞溅，保证成形减少飞溅，保证成形K, Na, Ca等化合物等化合物v 保护焊缝保护焊缝: 造气，造渣造气，造渣v 保证焊缝的化学成分和机械性能保证焊缝的化学成分和机械性能脱氧：硅铁、锰铁；加入合金元素脱氧：硅铁、锰铁；加入合金元素3.1 酸性及碱性电焊酸性及碱性电焊条条v 酸性电焊条酸性电焊条(acid electrode)熔渣为酸性氧化物（如熔渣为酸性氧化物（如SiO2，TiO2，Fe2 O3）交直流两用，电弧稳定，操作简单，成本低交直流两用，电弧稳定，操作简单，成本低但焊缝机械性能差但焊缝机械性能差v 碱性焊条碱性焊条(basic electrode)熔渣为碱性氧

18、化物（如熔渣为碱性氧化物（如CaO, MnO, Fe O, Na2 O）采用直流电源，飞溅大，操作复杂，成本高采用直流电源，飞溅大，操作复杂，成本高焊缝机械性能好，抗裂性能好焊缝机械性能好，抗裂性能好碱性焊条适合焊接与重要结构件碱性焊条适合焊接与重要结构件3.2 焊条型号焊条型号是国家标准中的焊条代号是国家标准中的焊条代号电流种类和药皮类型，如：电流种类和药皮类型，如：03为钛碱型药皮、交直流；为钛碱型药皮、交直流；15为低氢钠型药皮，直流反接为低氢钠型药皮，直流反接如：如：E 4 3 0 3焊接位置，如：焊接位置，如：0 or 1表示全表示全位置焊接；位置焊接；2表示平焊及平角表示平焊及平角

19、焊；焊；4表示向下立焊表示向下立焊表示焊条表示焊条Electrod 抗拉强度等抗拉强度等级级430MPa2.3 焊条牌号焊条牌号行业统一的焊条代号行业统一的焊条代号 大写拼音首字母加上三位数字表示大写拼音首字母加上三位数字表示v 拼音字母表示焊条大类拼音字母表示焊条大类J: 结构钢结构钢 A: 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 Z: 铸铁铸铁v 前两位数：大类中的小类前两位数：大类中的小类结构钢焊条小类为抗拉强度等级结构钢焊条小类为抗拉强度等级v 第第3位药皮类型和电流种类位药皮类型和电流种类2_酸性药皮，交直流两用酸性药皮，交直流两用7_碱性、低氢型，直流碱性、低氢型，直流例如例如: (结结) J

20、4 2 2 (结结) J 5 0 7如如:（J） 结结 4 2 2结构钢焊条结构钢焊条酸性药皮，交直流两用酸性药皮，交直流两用b420 MPa(J) 结结 5 0 7碱性、低氢型，直流碱性、低氢型，直流b500 MPa例子例子4. 焊条的选用原则焊条的选用原则 等强度原则：焊缝与母材强度相等等强度原则：焊缝与母材强度相等b s 低碳钢和普通低合金钢构件，异种钢焊接低碳钢和普通低合金钢构件，异种钢焊接按强度低的等级选择按强度低的等级选择 同成分原则同成分原则特殊钢（耐热钢、不锈钢、低温钢）特殊钢（耐热钢、不锈钢、低温钢）_专用焊条专用焊条 抗裂性要求抗裂性要求易裂的结构、材料，低温使用的结构，铸

21、钢的焊易裂的结构、材料，低温使用的结构，铸钢的焊接接选碱性（低氢型）焊条，焊前预热选碱性（低氢型）焊条，焊前预热 难清理、易产生气孔的焊件，酸性焊条难清理、易产生气孔的焊件，酸性焊条 低成本原则低成本原则一般结构优先选择酸性焊条一般结构优先选择酸性焊条第二章第二章 常用焊接方法常用焊接方法welding method焊接方法分类：熔化焊、压力焊、钎焊焊接方法分类：熔化焊、压力焊、钎焊 电弧焊是应用最广泛的熔化焊，包括电弧焊是应用最广泛的熔化焊，包括v 手工电弧焊手工电弧焊(焊条电弧焊焊条电弧焊)electrode arc weldingv 埋弧自动焊埋弧自动焊submerged arc wel

22、dingv 气体保护焊气体保护焊惰性气体保护惰性气体保护焊焊inert gas shielded arc welding二氧化碳保护焊二氧化碳保护焊carbon-dioxide arc weldingv 等离子弧焊接与切割等离子弧焊接与切割plasma arc welding and cutting其它焊接方法其它焊接方法其它熔（化）焊其它熔（化）焊v 气焊和气割气焊和气割v 电渣电渣焊焊 electro-slag weldingv 电子束焊电子束焊 electron bean weldingv 激光焊激光焊 laser welding压焊压焊v 电阻焊电阻焊 resistance weldi

23、ngv 摩擦焊摩擦焊 friction welding 钎焊钎焊brazingv 硬钎焊硬钎焊v 软钎焊软钎焊内容多，除埋弧自动焊，重点掌握工艺特点和应用内容多，除埋弧自动焊，重点掌握工艺特点和应用埋弧自动焊埋弧自动焊submerged arc welding埋弧自动焊也称熔剂层下电弧焊埋弧自动焊也称熔剂层下电弧焊埋弧埋弧电弧埋在焊剂电弧埋在焊剂下，弧光不外露下，弧光不外露自动焊自动焊 引燃电弧，引燃电弧， 送焊丝，移动电弧，送焊丝，移动电弧，最后灭弧最后灭弧焊丝焊丝 当于焊芯当于焊芯焊剂焊剂相当于药皮相当于药皮 自动焊机头将光焊丝自动送入自动焊机头将光焊丝自动送入保证弧长保证弧长 电弧在焊剂

24、下燃烧电弧在焊剂下燃烧靠焊机移动靠焊机移动(或工件动或工件动) 焊剂从漏斗中不断流出，撒在焊丝前工件上，焊剂焊剂从漏斗中不断流出，撒在焊丝前工件上，焊剂熔化成熔渣，部分未熔可回收熔化成熔渣，部分未熔可回收埋弧自动焊特点埋弧自动焊特点 生产率高生产率高, 比手工高比手工高510倍倍 焊接质量高，焊接质量高，v 冷却速度慢，有利于气体、杂质上浮冷却速度慢，有利于气体、杂质上浮v 焊区保护好焊区保护好v 规范控制好规范控制好 热量集中，熔深大，热量集中，熔深大，节省金属材料节省金属材料v 2025mm以下的工件，不开坡口，直接焊透以下的工件，不开坡口，直接焊透v 没焊条头，金属飞溅少没焊条头，金属飞

25、溅少 劳动条件好劳动条件好看不到弧光，焊接烟雾少，机械操作看不到弧光，焊接烟雾少，机械操作 埋弧自动焊缺点：埋弧自动焊缺点：设备及装备复杂设备及装备复杂并且不适合薄板焊接，不适合狭窄位置的焊缝并且不适合薄板焊接，不适合狭窄位置的焊缝埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺 下料，准备坡口，装配要严格准确下料，准备坡口，装配要严格准确 焊前除油、除锈，以免产生气孔焊前除油、除锈，以免产生气孔除去焊缝两侧除去焊缝两侧5060mm内的一切油污、铁锈内的一切油污、铁锈 一般适于规则焊缝一般适于规则焊缝长平焊缝、对接、搭接、丁字接头，规则环长平焊缝、对接、搭接、丁字接头，规则环主要应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热

26、钢，主要应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径中、厚板平焊长直缝，大直径 d250mm 环缝环缝 焊接前，焊缝两端应焊上引弧板和引出板焊接前，焊缝两端应焊上引弧板和引出板 埋弧自动焊筒体对接焊缝时，筒体要旋转埋弧自动焊筒体对接焊缝时，筒体要旋转埋弧自动焊工艺举例埋弧自动焊工艺举例为保证焊缝成形，防止烧穿，为保证焊缝成形，防止烧穿，一般使用焊剂和垫板，也使用一般使用焊剂和垫板，也使用焊条电弧焊封底焊条电弧焊封底埋弧自动焊筒体对接埋弧自动焊筒体对接焊缝时，筒体要旋转焊缝时，筒体要旋转焊接前，焊缝两端应焊焊接前，焊缝两端应焊上引弧板和引出板上引弧板和引出板气体保护焊气体保护

27、焊gas shielded arc welding1. 惰性气体保护焊惰性气体保护焊 inert gas shield arc welding 惰性气体保护焊、二氧化碳保护焊惰性气体保护焊、二氧化碳保护焊也称氩弧焊：也称氩弧焊：用氩气做保护气体，电弧发生在电极用氩气做保护气体，电弧发生在电极和焊件之间，在电弧周围通以氩气和焊件之间，在电弧周围通以氩气 不熔化电极氩弧焊不熔化电极氩弧焊 tungsten inert gas shield arc welding TIG：也称钨极氩弧焊、铈钨棒做电极，不熔化：也称钨极氩弧焊、铈钨棒做电极，不熔化适用适用6mm以下薄板焊接以下薄板焊接熔化电极氩弧焊熔

28、化电极氩弧焊 metal inert gas shield arc welding MIG ：焊丝做电极，填充焊缝焊丝做电极，填充焊缝适用适用25mm以下工件焊接以下工件焊接氩氩弧弧焊焊v TIG：一般直流正接：一般直流正接 why? 3mm以下薄板，卷边接头直接熔合以下薄板，卷边接头直接熔合 较厚接头，手工添加金属较厚接头，手工添加金属 焊接铝镁合金，用反接或者交流电源焊接铝镁合金，用反接或者交流电源why?v MIG：多直流反接：多直流反接 电弧稳定，自动、半自动焊接电弧稳定，自动、半自动焊接 =325mm均可焊均可焊氩弧焊特点及应用氩弧焊特点及应用主要适合铝、镁、钛等易氧化的金属及合金主

29、要适合铝、镁、钛等易氧化的金属及合金也用于不锈钢、耐热钢也用于不锈钢、耐热钢和部分重要低合金结构钢焊件和部分重要低合金结构钢焊件特点特点 焊区保护，焊接质量好：易氧化的有色金属焊区保护，焊接质量好：易氧化的有色金属 电弧稳、飞溅少，焊缝致密，没有熔渣，成形美观电弧稳、飞溅少，焊缝致密，没有熔渣，成形美观 电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，熔池小电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，熔池小热影响区小，焊接变形小热影响区小，焊接变形小 明弧可见，便于操作，可自动全位置焊接明弧可见，便于操作，可自动全位置焊接缺点缺点 焊前工件清理严格，设备价高，氩气贵，成本高焊前工件清理严格，设备价高，氩气贵，成本高 只在

30、室内（防保护气流破坏）只在室内（防保护气流破坏）2. 二氧化碳保护焊二氧化碳保护焊carbon-dioxide arc welding气体保护焊气体保护焊gas shielded arc welding CO2保护焊适用于低碳保护焊适用于低碳钢和部分低合金钢焊接，钢和部分低合金钢焊接，特别适用于薄板焊接特别适用于薄板焊接 成本低成本低 生产率高生产率高 操作性好操作性好 质量较好质量较好热量集中，热影响区小热量集中，热影响区小焊丝作电极，焊丝作电极，CO2保护保护 CO2具有氧化作用，熔滴飞溅严重，焊缝不光滑，具有氧化作用，熔滴飞溅严重，焊缝不光滑，易产生气孔易产生气孔，弧光强，焊缝不美观，弧

31、光强，焊缝不美观CO2保护焊有时用药芯焊丝保护焊有时用药芯焊丝等离子弧焊接与切割等离子弧焊接与切割plasma arc welding and cutting 使自由电弧的弧柱受到压缩，弧柱中的气体完全使自由电弧的弧柱受到压缩，弧柱中的气体完全电离，产生比自由电弧温度高得多的等离子电弧电离，产生比自由电弧温度高得多的等离子电弧带电粒子在弧柱中的运动，会产生电磁力，使带带电粒子在弧柱中的运动，会产生电磁力，使带电粒子相互靠近电粒子相互靠近机械压缩机械压缩(喷嘴压缩喷嘴压缩) 热压缩效应热压缩效应弧柱外围受冷，带弧柱外围受冷，带电粒子向弧心移动电粒子向弧心移动 电磁收缩效应电磁收缩效应 等离子弧焊

32、接与切割的特点等离子弧焊接与切割的特点 等离子弧能量密度高，弧柱温度高，穿透能力强等离子弧能量密度高，弧柱温度高，穿透能力强温度达温度达24005000K，效率高，效率高，12mm不开坡口不开坡口 焊接热影响区小，质量好焊接热影响区小，质量好 电弧稳定性（电流可小到电弧稳定性（电流可小到0.1A）、挺度、可控性好）、挺度、可控性好 适用于各种材料和微型器件、丝材和箔材焊接适用于各种材料和微型器件、丝材和箔材焊接 等离子弧焊用氩气做电离气等离子弧焊用氩气做电离气用氩气保护用氩气保护等离子弧切割用富氮的氮氢混合气做电离气等离子弧切割用富氮的氮氢混合气做电离气不保护不保护其它熔（化）其它熔（化）焊焊

33、1. 气焊和气割气焊和气割氧氧+乙炔乙炔中性焰、氧化焰、碳化焰中性焰、氧化焰、碳化焰特点：焊接温度低，热影响区大，手工操作特点：焊接温度低，热影响区大，手工操作 2. 电渣焊电渣焊 electro-slag welding 厚大件主要焊接方法，三丝摆动厚大件主要焊接方法，三丝摆动450mm 3. 电子束焊电子束焊 electron bean welding 高能束加热，焊缝窄，质量好，成本高高能束加热，焊缝窄，质量好，成本高 4. 激光焊激光焊 laser welding 热影响区极小，用于精密焊接热影响区极小，用于精密焊接电渣焊电渣焊 用液态熔渣的电阻热为热源用液态熔渣的电阻热为热源的焊接方

34、法的焊接方法 主要用于重型机器制造的以主要用于重型机器制造的以小拼大小拼大主要特点主要特点v一次焊接很厚的工件一次焊接很厚的工件v生产率高，成本低生产率高，成本低v焊缝金属纯净焊缝金属纯净v焊接应力小焊接应力小但热影响区大，晶粒粗需要正火但热影响区大，晶粒粗需要正火真空电子束焊接和激光焊接真空电子束焊接和激光焊接都利用高能束热源，可控性好，都用于精密焊接都利用高能束热源，可控性好，都用于精密焊接电子束：难熔金属电子束：难熔金属(钨、钼、钽、铌、钛钨、钼、钽、铌、钛)激光束：多用焊薄板、细丝和电子器件激光束：多用焊薄板、细丝和电子器件压（力）焊压（力）焊电阻焊、摩擦焊电阻焊、摩擦焊 电阻焊电阻焊

35、 resistance weldingv 点焊点焊 spot weldingv 缝焊缝焊 seam weldingv 对焊对焊 电阻对焊电阻对焊 upset butt welding 闪光对焊闪光对焊 flash butt welding摩擦焊摩擦焊 friction weldingv 摩擦焊广泛圆形零件，棒料及管料焊接摩擦焊广泛圆形零件，棒料及管料焊接v 可焊异种金属，设备复杂，一次性投资大可焊异种金属，设备复杂，一次性投资大电阻焊电阻焊 resistance welding 利用电流通过焊件接头的接触面及其邻近区域所利用电流通过焊件接头的接触面及其邻近区域所产生的电阻热，将焊件局部加热到熔

36、化或塑性状态，产生的电阻热，将焊件局部加热到熔化或塑性状态，在压力下形成焊接接头的焊接方法在压力下形成焊接接头的焊接方法电阻热作热源，加热迅速，热影响区小，易自动化电阻热作热源，加热迅速，热影响区小，易自动化影响电阻的因素多，接头质量不稳定，不用于重要影响电阻的因素多，接头质量不稳定，不用于重要的受力构件的受力构件点焊点焊: :焊件表面必须清理，焊点间距不能太小焊件表面必须清理，焊点间距不能太小特点：生产率高、易自动化、焊接变形小特点：生产率高、易自动化、焊接变形小设备复杂，焊前要严格清理工件表面设备复杂，焊前要严格清理工件表面应用：薄件、钢筋应用：薄件、钢筋 4mm电极电极:柱状柱状 工件工

37、件:搭接搭接焊接过程焊接过程 电极压紧工件电极压紧工件通电加热通电加热 断电断电保持原压力（加保持原压力（加大）大）去压去压 分流现象分流现象两点之间距离小，分流大两点之间距离小，分流大缝焊缝焊: :采用滚轮电极对焊件进行通电和加压采用滚轮电极对焊件进行通电和加压 焊接过程焊接过程v与点焊相似与点焊相似v滚动盘状电极代替柱状电极滚动盘状电极代替柱状电极v形成连续焊点形成连续焊点 特点特点焊点重迭焊点重迭50%以上，故密封性好以上，故密封性好分流严重，适于分流严重，适于3mm以下薄板以下薄板对焊对焊电阻对焊电阻对焊对正、夹紧、予压力对正、夹紧、予压力通电通电塑性状态塑性状态增大压力、断电增大压力

38、、断电闪光对焊：闪光对焊：对正、通电对正、通电点接触点接触面接触熔化面接触熔化加压、断电加压、断电用电阻热使对接接头在整个断面上连接起来的电阻焊用电阻热使对接接头在整个断面上连接起来的电阻焊电阻对焊与电阻对焊与闪光对焊闪光对焊电阻对焊电阻对焊v 特点：易操作、接头外形光滑、毛刺少、接触特点：易操作、接头外形光滑、毛刺少、接触面质量影响焊后质量面质量影响焊后质量v 应用：断面简单、强度要求不高的件应用：断面简单、强度要求不高的件闪光对焊：闪光对焊：v 特点：接头质量好特点：接头质量好(飞溅、挤出杂质、夹渣少飞溅、挤出杂质、夹渣少)金属损耗多、工件尺寸留较大余量，毛刺多金属损耗多、工件尺寸留较大余

39、量，毛刺多v 应用：刀具、钢轨、管子等应用：刀具、钢轨、管子等同种、异种金属均可，形状尽量相同同种、异种金属均可，形状尽量相同摩擦焊摩擦焊利用工件接触摩擦生热，将工件端面加热到塑性状态，利用工件接触摩擦生热，将工件端面加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接然后在压力下完成焊接焊接过程焊接过程加压加压旋转其一，接触的生热旋转其一，接触的生热塑性状态，停转塑性状态，停转加压加压塑性变形，完成焊接塑性变形，完成焊接摩擦焊摩擦焊特点及应用特点及应用接头质量好接头质量好杂质和氧化皮挤出、不易产生气孔、夹渣杂质和氧化皮挤出、不易产生气孔、夹渣焊接金属广泛，尤其性能差别大的异种金属焊接金属广泛，尤其性能差别大

40、的异种金属如：碳钢如：碳钢+镍基合金、铝镍基合金、铝+钢钢 操作简单、易自控、生产率高操作简单、易自控、生产率高 耗电少（只有闪光焊耗电少（只有闪光焊1/101/15） 设备复杂、一次性投资大设备复杂、一次性投资大用于圆形工件、棒料及管类件焊接用于圆形工件、棒料及管类件焊接钎焊钎焊brazing定义：用定义：用比母材熔点低比母材熔点低钎料作为填充金属，润湿并钎料作为填充金属，润湿并填满母材连接的缝隙处，形成钎缝填满母材连接的缝隙处，形成钎缝钎料与母材相互扩散，熔解而结合钎料与母材相互扩散，熔解而结合焊料熔化，工件不熔化焊料熔化，工件不熔化 硬钎焊：焊料熔点硬钎焊：焊料熔点450 强度强度200

41、MPa使用铜基、银基、镍基钎料，用于受力较大的钢使用铜基、银基、镍基钎料，用于受力较大的钢铁和铜合金构件焊接，工具刀具焊接铁和铜合金构件焊接，工具刀具焊接 软钎焊：焊料熔点软钎焊：焊料熔点450 强度强度70MPa使用锡铅合金，也称锡焊，常温仪表、导电元件、使用锡铅合金，也称锡焊，常温仪表、导电元件、受力不大件的焊接受力不大件的焊接钎焊钎焊特点特点 焊接过程焊接过程v 清理工件、搭接，钎料放在装配间隙处清理工件、搭接，钎料放在装配间隙处v 加热钎料，使之熔化，加热钎料，使之熔化，(毛细作用毛细作用)使钎料进入间使钎料进入间隙内，与金属相互扩散，凝固形成钎焊接头隙内，与金属相互扩散，凝固形成钎焊

42、接头 加热方法：烙铁、火焰、电阻、感应炉加热方法：烙铁、火焰、电阻、感应炉v 使用钎剂：松香、氧化锌使用钎剂：松香、氧化锌(软软)；硼酸、氧化物；硼酸、氧化物(硬硬) 清除母材表面的氧化膜及其它杂质清除母材表面的氧化膜及其它杂质 改善钎料流入间隙的性能（湿润性）改善钎料流入间隙的性能（湿润性） 保护钎料及母材免于氧化保护钎料及母材免于氧化 特点特点v 温度低，变形小，尺寸精确；同、异种金属均能温度低，变形小，尺寸精确；同、异种金属均能焊；设备简单、易控制；整体加热，可焊多条焊缝焊；设备简单、易控制；整体加热，可焊多条焊缝，生产率高，生产率高 v 接头强度低，耐温差；接头强度低，耐温差； 焊前清

43、理严格焊前清理严格第三章第三章 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接welding of the metal 第一节第一节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性weldability 焊接性焊接性(可焊性可焊性)的概念的概念被焊金属在一定焊接方式、焊接材料、工艺参数及被焊金属在一定焊接方式、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度 工艺焊接性工艺焊接性获得完整焊接接头获得完整焊接接头(无缺陷，特别是无裂纹无缺陷，特别是无裂纹)的能力的能力 使用焊接性使用焊接性接头在使用过程中安全运行的能力（可靠性）接头在使用过程中安全运行的能力（可靠

44、性）钢材焊接性的估算方法钢材焊接性的估算方法 可焊性好可焊性好用最简单的最普遍的焊接工艺条件，便可以得到优用最简单的最普遍的焊接工艺条件，便可以得到优质的焊接接头质的焊接接头可焊性差可焊性差要用特殊、复杂工艺条件下才得到优质的焊接接头要用特殊、复杂工艺条件下才得到优质的焊接接头钛合金的焊接曾是很困难的，但氩弧焊的出现，解决钛合金的焊接曾是很困难的，但氩弧焊的出现，解决了可焊性问题了可焊性问题v 影响焊接性的主要因素是化学成分影响焊接性的主要因素是化学成分v 不同元素对焊缝组织性能、夹杂物分布、热影响不同元素对焊缝组织性能、夹杂物分布、热影响区淬硬程度和裂纹倾向影响不同，碳的影响最明显区淬硬程度

45、和裂纹倾向影响不同，碳的影响最明显v 其它元素的影响折合成碳的影响，称为碳当量其它元素的影响折合成碳的影响，称为碳当量碳当量碳当量carbon equivalentC当当焊接性焊接性采取的措施采取的措施0.6差差严格的工艺措施，焊后严格的工艺措施，焊后热处理热处理经验公式经验公式C当当=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 碳当量高，合金塑性差，淬硬倾向大，焊接省碳当量高，合金塑性差，淬硬倾向大，焊接省差，容易产生焊接裂纹差，容易产生焊接裂纹 精确评定焊接性，需要进行焊接接头抗裂性试精确评定焊接性，需要进行焊接接头抗裂性试验和使用性试验验和使用性试验第二节第二节

46、碳钢的焊接碳钢的焊接1. 低碳钢的焊接低碳钢的焊接(C50mm的钢板的钢板大电流多层焊大电流多层焊焊后去应力退火或正火，防内应力变形、开裂焊后去应力退火或正火，防内应力变形、开裂v 低温下焊接大刚度结构低温下焊接大刚度结构，尤其，尤其-10以下以下焊前预热焊前预热2. 中、高碳钢的焊接中、高碳钢的焊接中碳钢：含碳中碳钢：含碳0.250.6%C当碳含量当碳含量0.4%时，淬硬性时，淬硬性焊接性焊接性 焊接特点焊接特点v 热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹 why?马氏体，内应力大马氏体，内应力大v 焊缝金属热裂纹倾向大焊缝金属热裂纹倾向大 why?母材中的母材中的C、S

47、、P一般不用于结构件，主要焊接铸件和锻件一般不用于结构件，主要焊接铸件和锻件中碳钢焊接中碳钢焊接v 焊前预热，减小焊接应力，降低淬硬倾向焊前预热，减小焊接应力，降低淬硬倾向v 一般采用焊条电弧焊一般采用焊条电弧焊开坡口、细焊条、小电流、多层焊开坡口、细焊条、小电流、多层焊厚零件用电渣焊，焊后热处理厚零件用电渣焊，焊后热处理v 选用抗裂能力强的低氢型焊条选用抗裂能力强的低氢型焊条v 表面清理，防止油水份产生氢气表面清理，防止油水份产生氢气高碳钢（含碳高碳钢（含碳0.6% )焊接性更差，不采用焊接作为生产手段焊接性更差，不采用焊接作为生产手段只用焊条电弧焊进行修补工作只用焊条电弧焊进行修补工作第三

48、节第三节 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接1. 焊接特点焊接特点热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向v 与合金元素的种类、数量有关与合金元素的种类、数量有关v 一般不大，强度级别高时，可能产生马氏体一般不大，强度级别高时，可能产生马氏体焊接接头形成裂纹的倾向焊接接头形成裂纹的倾向v 强度级别高的钢，冷裂倾向大强度级别高的钢，冷裂倾向大why?氢脆、淬硬组织、残余应力氢脆、淬硬组织、残余应力v 一般热裂倾向不大热裂一般热裂倾向不大热裂why?与与S、P含量有关含量有关 2. 焊接采取的措施焊接采取的措施合金钢的焊接性可以用碳当量估算合金钢的焊接性可以用碳当量估算 对强度级别低的低合金钢对强度级别

49、低的低合金钢同低碳钢同低碳钢v 在低温下焊接在低温下焊接(大刚度，大厚度大刚度，大厚度)采用大焊接电流，低焊接速度，选用低氢型采用大焊接电流，低焊接速度，选用低氢型焊条，必要时预热焊条，必要时预热v 重要结构件重要结构件(锅炉、受压容器锅炉、受压容器)，焊接后热处理，焊接后热处理 强度级别高的低合金钢强度级别高的低合金钢同中碳钢同中碳钢v 焊前预热，焊后热处理或除氢处理焊前预热，焊后热处理或除氢处理v 焊前清理，选用低氢焊条焊前清理，选用低氢焊条第四节第四节 铸铁的补铸铁的补焊焊1. 铸铁的焊接特点铸铁的焊接特点铸铁可焊性不好，铸铁焊接主要是焊补铸件的铸造缺铸铁可焊性不好，铸铁焊接主要是焊补铸

50、件的铸造缺陷或损坏的铸件陷或损坏的铸件 焊接接头易产生白口组织和淬火组织焊接接头易产生白口组织和淬火组织 易产生裂纹易产生裂纹 焊缝易产生气孔和夹渣焊缝易产生气孔和夹渣 只适合于平焊只适合于平焊 p160 焊接冷速远高于铸造，白口和淬火组织，硬焊接冷速远高于铸造，白口和淬火组织，硬，难加工，难加工 铸铁强度低、塑性差，白口、淬硬；铸铁中的铸铁强度低、塑性差，白口、淬硬；铸铁中的S、P V冷冷，铸铁焊接时，铸铁焊接时，C氧化产生的氧化产生的CO不能排出不能排出气孔气孔焊接时硅氧化产生的硅酸盐溶渣不能浮出焊接时硅氧化产生的硅酸盐溶渣不能浮出夹渣夹渣 流动性好流动性好why?2. 铸铁的补焊方法铸铁的补焊方法 焊接方法：气焊焊接方法：气焊 铸铁棒铸铁棒+CJ201焊剂焊剂 电弧焊电弧焊铸铁焊条铸铁焊条 热焊法：热焊法：将工件预热至将工件预热至600700（整体或局部）（整体或局部）v特点：受