第6章材料成型和连接

1、第六章第六章 材料的连接成形材料的连接成形 在工业生产中采用的连接方法主要有在工业生产中采用的连接方法主要有可拆连接、不可拆连接、不可拆连接可拆连接两大类。两大类。 可拆连接：可拆连接：螺钉、键、销钉等，它们通常不用于螺钉、键、销钉等，它们通常不用于制制造造金属结构，而是用于零件的金属结构，而是用于零件的装配装配和和定位定位工作中。工作中。 不可拆连接：不可拆连接：铆接、焊接和粘接等，它们通铆接、焊接和粘接等，它们通常用于金属结构或零件的制造中。常用于金属结构或零件的制造中。 铆接：铆接：应用较早，但它工序复杂、结构笨重、应用较早，但它工序复杂、结构笨重、材料消耗也较大，因此，现代工业中已逐步

2、被焊接材料消耗也较大，因此，现代工业中已逐步被焊接所取代。所取代。 粘接：粘接：虽然工艺简单，在粘接过程中对被粘材虽然工艺简单，在粘接过程中对被粘材料的组织和性能不产生任何不良影响，但是其接头料的组织和性能不产生任何不良影响，但是其接头强度一般较低。强度一般较低。 焊接：焊接：易于保证焊接结构等强度的要求，相对易于保证焊接结构等强度的要求，相对来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉。来说工艺比较简单，加工成本也比较低廉。6.1 6.1 焊接焊接(1) (1) 焊接的定义：焊接的定义： 焊接是通过焊接是通过加热加热或或加压加压，或两者并用，或两者并用，并且用或不用填充金属，使焊件间达到并且用或不用

3、填充金属，使焊件间达到原子原子结合结合的一种加工方法。的一种加工方法。 根据上述定义，焊接最本质的特点就是根据上述定义，焊接最本质的特点就是通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原来分开的物体构成了一个整体，这是任何其来分开的物体构成了一个整体，这是任何其它连接形式所不具备的。它连接形式所不具备的。(2) (2) 焊接方法分类焊接方法分类 常用的焊接方法分为以下三类常用的焊接方法分为以下三类： 1) 熔焊熔焊 焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加压力完成的焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加压力完成的焊接方法通称为熔焊。焊接方法通称为熔焊。 2) 2)

4、压焊压焊 在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成的焊接方法，叫做压焊。以完成的焊接方法，叫做压焊。 3)3)钎焊钎焊 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点温度，利用液钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点温度，利用液态钎料浸润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现态钎料浸润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。连接焊件的方法。焊接焊接熔焊熔焊压焊压焊（固相焊）（固相焊）钎焊钎焊电弧焊电弧焊等离子等离子弧焊弧焊电渣焊电渣焊气

5、体气体保护焊保护焊气焊气焊手弧焊手弧焊埋弧焊埋弧焊CO2气体气体保护焊保护焊氩弧焊氩弧焊氢原子焊氢原子焊电阻焊电阻焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊电焊电焊缝焊缝焊对焊对焊焊接方法分类示意图焊接方法分类示意图(3) 焊接的优缺点焊接的优缺点优点优点 1) 构造合理，应力集中系数小，接头连接效率高，对构造合理，应力集中系数小，接头连接效率高，对接接头可达接接头可达100，而铆接很难达到，而铆接很难达到70。2) 简化结构，减轻自重简化结构，减轻自重 由于焊接的强度较高，在同样由于焊接的强度较高，在同样承载条件下，可更轻、更薄，对交通运输工具来说承载条件下，可更轻、更薄，对交通运输工具来说还可因此而节

6、约能量。还可因此而节约能量。焊件比铆件轻焊件比铆件轻36%36%，比铸件轻，比铸件轻30%30%。3) 密封性好密封性好 焊接结构对水、油、气的密封性都很好，焊接结构对水、油、气的密封性都很好，是理想的密封结构，适合于制造各类容器。是理想的密封结构，适合于制造各类容器。4) 板厚限制小板厚限制小 铆接在板厚大于铆接在板厚大于50mm时将会十分困难，时将会十分困难，而焊接结构高压容器的单层壁厚可达而焊接结构高压容器的单层壁厚可达300mm以上。以上。5) 设计简单、灵活设计简单、灵活 铆接结构的连接部分设计相当复杂，铆接结构的连接部分设计相当复杂，而焊接结构可将结构元件比较简单地对接、角接、而焊

7、接结构可将结构元件比较简单地对接、角接、T形连接或搭接成任意结构，较灵活，不像铸、锻工形连接或搭接成任意结构，较灵活，不像铸、锻工艺对工件形状有很多限制。艺对工件形状有很多限制。6) 制造周期短，成本低，经济效益好制造周期短，成本低，经济效益好 焊接结构的制造焊接结构的制造工艺比铆接结构简单得多，可省去钻孔和划埋头孔工艺比铆接结构简单得多，可省去钻孔和划埋头孔等工作。采用现代分部件制造工艺，很容易实现专等工作。采用现代分部件制造工艺，很容易实现专业化和批量生产。业化和批量生产。7) 可焊接不同金属材料可焊接不同金属材料 采用焊接工艺能把不同金属连采用焊接工艺能把不同金属连接起来，有效利用材料。

8、焊接结构还可在不同部位接起来，有效利用材料。焊接结构还可在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。达到经济、优质。 缺点缺点 1）产生焊接变形和焊接残余应力；）产生焊接变形和焊接残余应力；2）焊接接头的性能不均匀性；）焊接接头的性能不均匀性；3）止裂性差）止裂性差 (4)焊接方法的应用焊接方法的应用1、制造金属结构件、制造金属结构件2、制造机器零件和工具、制造机器零件和工具3、修复、修复6.2 6.2 熔焊工艺熔焊工艺 6 6.2 2.1 1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程6 6.2 2.2 2 焊接接头的组织与性能焊接接头

9、的组织与性能6 6.2 2.3 3 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力6 6.2 2.4 4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺6.2.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程熔焊的本质及特点熔焊的本质及特点 熔化焊的本质是小熔熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。属熔化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；不充分，氧化严重；热影响区大。热影响区大。 冷却速度快，结晶后冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。易生成粗大的柱状晶。 在焊接过程中，将焊件加热至在焊接过程中，将焊件加热至熔化熔化状态，状态，不加

10、不加压力压力完成的焊接方法通称为完成的焊接方法通称为熔焊熔焊。熔化焊的三要素熔化焊的三要素热源热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。电子束和激光。熔池的保护熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷。并进行脱氧、脱硫和脱磷。填充金属填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性

11、能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点外延结晶外延结晶从熔池边界半熔化的母材开始生长从熔池边界半熔化的母材开始生长非均质形核非均质形核柱状晶形式柱状晶形式外延结晶示意图外延结晶示意图焊接熔池凝固过程的特点焊接熔池凝固过程的特点择优生长择优生长每一种晶体点阵都存在一个最优结晶每一种晶体点阵都存在一个最优结晶取向取向, 对于立方对于立方点阵的金属点阵的金属（Fe, Ni, Cu, Al），），最优结晶取最优结晶取向为向为。温度梯度大的方向，也是晶粒易生长的方向。与焊接温度梯度大的方向，也是晶粒易生长的方向。与焊

12、接熔池边界垂直的方向温度梯度熔池边界垂直的方向温度梯度G最大。最大。当母材晶粒取当母材晶粒取向向与导热最快的方向一致时，即与导热最快的方向一致时，即垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。垂直熔池边界时，晶粒生长最快而优先长大。焊缝金属柱状晶的择优生长焊缝金属柱状晶的择优生长 熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分熔池中不同部位温度梯度和结晶速度不同，成分过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形过冷的分布不同，焊缝各部位出现不同的结晶形态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶。态：平面晶、胞状晶、树枝状晶、等轴晶。焊缝中结晶形态的变化焊缝中结晶形态的变化 焊剂是由焊剂是由SiO2，MnO、M

13、gO及及CaF等组成的硅酸盐。等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果焊剂保护的效果 形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。 延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。渣的析出。熔池的保护熔池的保护渣保护渣保护 为了使熔池与空气隔离，为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣可在熔池上覆盖一层熔渣 一方面防止金属氧化和吸气一方面防止金属氧化和吸气 另一方面向熔池过渡合金元另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能素，提高

14、焊缝性能 同时，还可以减少散热，提同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射高生产率，防止强光辐射 气保护气保护 用于保护熔池和溶滴的气用于保护熔池和溶滴的气 体应是惰性气体，并在高体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双性的不溶于金属液体的双原子气体原子气体( (如如Ar或或CO2) )。 喷嘴结构应尽可能使气体喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。以层流流出。CO2气体气体 COCO2 2为无色无味气体，密度是空气的为无色无味气体，密度是空气的1.51.5倍，在常温下很稳定，但在倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。高温下易分解。 COCO2

15、 2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。和电弧方面，效果良好。 但但COCO2 2气体为氧化性气体，在高温下将分解为气体为氧化性气体，在高温下将分解为COCO和和O O2 2： COCO2 2 CO + OCO + O2 2 所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。氩气氩气 氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。应，因此，氩气是一种理想的保护气体。 由于

16、氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 氩弧焊一般要求氩气纯度达氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度，我国生产的工业纯氩，其纯度可达可达99.9%99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。，完全合乎氩弧焊的要求。 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。影响焊缝质量。渣渣- -气联合保护气联合保护 利用渣的良好的冶金反应利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧的优良电弧热效率和稳弧作用

17、，可获得良好的熔池作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。及二氧化碳加药芯。填充金属填充金属 填满焊缝，提高焊缝性能，填满焊缝，提高焊缝性能，使焊缝与母材等强度，用使焊缝与母材等强度，用焊丝和焊芯（填充金属）焊丝和焊芯（填充金属）过渡合金元素。过渡合金元素。 常用的焊条钢芯为碳素钢常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。丝、合金钢丝和不锈钢丝。6.2.2 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上测量的在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。焊缝金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊熔合线两侧有一个很窄的焊

18、缝与热影响区的过渡区。缝与热影响区的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，焊受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域（过热区、正火区、部性能变化的区域（过热区、正火区、部分相变区）。分相变区）。熔焊热源的高温集中融化焊缝区金属，并熔焊热源的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。附近区域金属的组织和性能发生变化。 焊接热循环的特点是加热焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它

19、材料，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。易产生焊接变形、应力及裂纹。焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能 热源移走后，熔池热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻焊缝中的液体金属立刻开始开始冷却结晶冷却结晶，以垂直，以垂直熔合线的方式向熔池中熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。心生长为柱状树枝晶。 低熔点物质将会被低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。形成成分偏析。 熔合区成分不均，组熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。的部位。在低碳钢焊接接头中，熔合区

20、很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。的性能。 一般，一般，低碳钢焊件低碳钢焊件的热影响区较窄，危害性较小，的热影响区较窄，危害性较小，焊后可直接使用；对于焊后可直接使用；对于碳素钢和低合金钢焊件碳素钢和低合金钢焊件，焊后可，焊后可进行正火处理，细化晶粒，改善机械性能；对于进行正火处理，细化晶粒，改善机械性能；对于无法进无法进行热处理的焊件行热处理的焊件，则需正确选择焊接方法和工艺条件，则需正确选择焊接方法和工艺

21、条件，来减小热影响区的范围。来减小热影响区的范围。熔合区熔合区： 又称半熔化区，是焊缝与又称半熔化区，是焊缝与母材的交界区。母材的交界区。加热温度加热温度：14901530（固、液相线之间）（固、液相线之间）组织组织：（未熔化但因过热而：（未熔化但因过热而长大的）粗晶组织和（部分长大的）粗晶组织和（部分新凝固的）铸态组织。新凝固的）铸态组织。特点特点：该区很窄，组织不均：该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很差，匀，强度下降，塑性很差，是裂纹及局部脆断的发源地。是裂纹及局部脆断的发源地。过热区过热区：紧靠熔合区紧靠熔合区加热温度加热温度： 11001490（1100固相线）固相线）组织组织：

22、粗大的过热组织。粗大的过热组织。特点特点： 宽度为宽度为13mm，塑性和，塑性和韧性下降。韧性下降。相变重结晶区相变重结晶区(正火区正火区)： 紧靠着过热区紧靠着过热区加热温度加热温度： 8501100 （AC3至至1100）组织组织： 均匀细小的铁素体和珠光均匀细小的铁素体和珠光体组织（近似于正火组织）体组织（近似于正火组织）特点特点： 宽度约宽度约1.24.0mm，力，力学性能优于母材。学性能优于母材。不完全重结晶区不完全重结晶区：加热温度加热温度： AC1AC3之间之间组织组织： F+P (F粗、细不均粗、细不均)特点特点： 部分组织发生相变，部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性晶粒不均

23、匀，力学性能差。能差。6.2.3 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接应力与变形产生的原因：焊接应力与变形产生的原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。束，不能自由膨胀和收缩。产生焊接应力与变形产生焊接应力与变形原因原因 焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩 受到牵制，相关部位产生焊接应力并出现变形。受到牵制，相关部位产生焊接应力并出现变形。ll（+）（+）（-）ll（+）（-）（-）焊接中焊接中冷却后冷却后应力规律应力规律 焊缝区焊缝区拉应力（拉应力（+） 远离焊缝两侧对应边缘远离焊缝

24、两侧对应边缘压应力（压应力（-） 变形规律变形规律 焊接变形越大，焊接应力减小，通过焊接变形越大，焊接应力减小，通过变形来平衡或释放应力，即变形总朝力图减小焊变形来平衡或释放应力，即变形总朝力图减小焊接应力的方向弯曲或扭曲。接应力的方向弯曲或扭曲。 焊接变形形式焊接变形形式 整体尺寸收缩、角变形、弯曲、扭曲等。整体尺寸收缩、角变形、弯曲、扭曲等。焊接变形与应力的危害焊接变形与应力的危害 工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。生不利影响。 产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组

25、装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹。 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。接变形和应力是十分必要的。防止或减小焊接变形措施防止或减小焊接变形措施 （

26、1）结构设计合理；）结构设计合理； （2）采用正当焊接工艺；）采用正当焊接工艺； 如：刚性固定法如：刚性固定法 反变形法反变形法 （3）焊缝分散，不宜密集和过于交叉；焊缝设）焊缝分散，不宜密集和过于交叉；焊缝设 计时应尽可能对称布置。计时应尽可能对称布置。 焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊 接局部加热，从而减少焊接应力。接局部加热，从而减少焊接应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。（4）合理安排焊

27、接次序；对于长焊缝，可）合理安排焊接次序；对于长焊缝，可许时应分段施焊。许时应分段施焊。1 12 23 34 41 4 3 21 12 23 34 41234561 4 5 2 3 61 2 3 4采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图以减少应力（图a）。而图）。而图b因先焊焊缝因先焊焊缝1导致对焊导致对焊缝缝2的拘束度增加，而增大残余应力。的拘束度增加，而增大残余应力。严重的焊接变形应消严重的焊接变形应消 除，常采用除，常采用机械矫正法机械矫正法，通常，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰

28、矫正法火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一是利用火焰加热的热变形方法，一 般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也 能减少焊接残余应力。能减少焊接残余应力。焊后进行消除应力的焊后进行消除应力的退火退火可消除残余应力。可消除残余应力。焊接变形的防止和消除焊接变形的防止和消除焊缝对称布置焊缝对称布置 采用反变形方法采用反变形方法采用对称焊和分段倒退焊采用对称焊和分段倒退焊采用多层多道焊，能减少焊接变形采用多层多道焊，能减少焊接变形采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生

29、焊接变形，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。也可防止焊接变形。消除变形的方法消除变形的方法防止角变形防止角变形防止扭曲变形防止扭曲变形 焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中进入工件焊缝之中 平板对接焊平板对接焊 一般采用双面焊，可不留间隙一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底直接进行双面焊接

30、，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。焊双面成型。 环焊缝环焊缝 焊接环焊缝时，焊丝起弧点应焊接环焊缝时，焊丝起弧点应 与环的中心线偏离一距离与环的中心线偏离一距离e，以防止，以防止 熔池金属的流淌。一般偏离距离为熔池金属的流淌。一般偏离距离为 20 40mm，直径小于，直径小于250mm的环的环 缝一般不采用埋弧自动焊。缝一般不采用埋弧自动焊。 多丝埋弧焊多丝埋弧焊 同时有两个以上焊丝起焊接，同时有两个以上焊丝起焊接， 焊接速度高，焊缝成型好。前一电焊接速度高，焊缝成型好。前一电

31、弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，弧保证熔深，后续电弧调节熔宽， 使熔池形状及焊缝成型较为合理。使熔池形状及焊缝成型较为合理。2.4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺2.4.1 2.4.1 手弧焊手弧焊2.4.2 2.4.2 埋弧焊埋弧焊2.4.3 2.4.3 气体保护焊气体保护焊2.4.4 2.4.4 二氧化碳焊二氧化碳焊2.4.5 2.4.5 电渣焊电渣焊高能量密度焊高能量密度焊2.4.6 2.4.6 等离子弧焊等离子弧焊2.4.7 2.4.7 电子束焊电子束焊2.4.8 2.4.8 激光焊激光焊焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现

32、象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度焊接电弧的温度 C C和热量分布和热量分布 温度温度 C 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 43 弧柱区：弧柱区： 60008000 21 阴极区阴极区 ： 2400 36 2.4.1 2.4.1 电弧焊电弧焊工件工件 阴极区阴极区2400K弧柱区弧柱区6000-8000K阳极区阳极区2600K电焊条电焊条电焊

33、条的组成及作用电焊条的组成及作用组成：焊芯和药皮组成：焊芯和药皮作用：焊芯作用：焊芯填充金属填充金属 药皮药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。和去氢剂等。焊条的种类和编号焊条的种类和编号种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊

34、条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。编号：以结构钢焊条为例：编号：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中： 结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等于焊缝金属抗拉强度大于等于 药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流） 507 7 507 7 低氢，直流低氢，直流焊芯焊芯药皮药皮酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质 酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。 碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提

35、高。 碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性。缝金属的抗裂性。 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和溅和CO气孔。气孔。 碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因等），因而应注意通风。而应注意通风。电焊条的选用原则电焊条的选用原则 等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，都要求焊缝金属与母材等强度， 因此可根据钢因此可根据钢材强度

36、等级来选用相应的焊条。材强度等级来选用相应的焊条。 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。性质和抗裂性能而定。 低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。中强度较低的钢材来选用相应的焊条。 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。应选用相应的专用焊条。电弧焊的焊接过程：电弧焊的焊接过程： 手工电弧焊是利用焊

37、条与工件间产生的电弧热，将工件手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。熔化而进行焊接的。 电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。 电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其

38、保护熔化金属的作用。中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。电弧焊的冶金过程特点：电弧焊的冶金过程特点： 电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。 金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态的金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态的时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难以时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气

39、体和杂质来不及达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。 熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔杂质等缺陷。气孔杂质等缺陷。2.4.2埋弧焊埋弧焊埋弧焊的埋弧焊的原理及特点原理及特点 埋弧自动焊埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高丝，可

40、连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。焊接。埋弧自动焊埋弧自动焊埋弧焊的工艺埋弧焊的工艺 焊前准备焊前准备 板厚小于板厚小于14mm时，可不开坡口；时，可不开坡口； 板厚为板厚为1422mm时，应时，应开开Y型坡口；型坡口； 板厚为板厚为2250mm时，可开双时，可开双Y型或型或U型坡口。型坡口。 Y型和双型和双Y型坡口的角度为型坡口的角度为5060。埋弧焊的应用埋弧焊的应用 埋弧焊主要用于埋弧焊主要用于压力容器压力容器的的

41、环缝焊和直缝焊环缝焊和直缝焊，锅，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。2.4.3 气体保护焊气体保护焊氩弧焊氩弧焊 利用氩气保护电弧热源及利用氩气保护电弧热源及焊缝区焊缝区进行焊接。进行焊接。钨极氩弧焊钨极氩弧焊 以钨钍合金和钨以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，用钨合金熔点高，发射电子能力强，发射电子能力强，阴极产热少，钨极阴极产热少，钨极寿命长的特点，形寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊。成不熔化极氩弧焊。不熔化极氩弧焊

42、不熔化极氩弧焊钨极氩弧焊工序钨极氩弧焊工序熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡喷射过渡”进入熔池，所进入熔池，所用电流比较大，生产率高。用电流比较大，生产率高。 板厚板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧氩弧焊焊通常采用通常采用直流反接直流反接，这对于焊铝工件正好有，这对于焊铝工件正好有“阴极破碎阴极破碎”作用。作用。脉冲氩弧焊脉冲氩弧焊 将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲来将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲

43、来焊接，低脉冲用来维弧和凝固，可控制焊缝的焊接，低脉冲用来维弧和凝固，可控制焊缝的尺寸与焊接质量。尺寸与焊接质量。氩弧焊的特点及应用氩弧焊的特点及应用机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝 成成 型美观。型美观。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩气贵，成本高。 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。铝、钛和不锈钢等。2.4.4二氧化碳焊二氧化碳焊 以以CO2为保护气体，用焊丝

44、为电极引燃电为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。弧，实现半自动焊或自动焊。 COCO2 2气体气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但果好。但CO2在高温下易分解为在高温下易分解为CO和和O，导致合导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊气孔。焊接接用用CO2纯度要大于纯度要大于99.8%。CO2焊时的飞溅焊时的飞溅 CO2+Fe = FeO+CO FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应： FeO+C = Fe+CO 生成的生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅