第九章 焊接成型

1、 第九章 焊接成型概述一、定义：焊接是在两块金属之间，用局部加热或加压等 手段借助于金属内部原子间的结合力，使金属连接成 牢固整体的一种加工方法。二、分类：熔化焊利用金属熔化和凝固时的相互结晶而形成连接按实现原子间产生结合的方式不同可拆卸连接不可拆卸连接金属连接方式 压力焊依靠压力，使接头处的金属材料产生塑性 变形而形成原子间的结合。钎焊依靠低熔点钎料熔化后，与高熔点被焊金属 在一定温度下相互间产生一定的物理化学作 用而形成原子间的连接。1.与作为金属连接方法的铆接相比：省工省料、密封性好、劳动条件好 2.与作为零件成形工艺的铸、锻相比 可制造双金属结构 能化大为小，拼小成大，简化铸、锻、冲工

2、艺, 被喻为神奇的“钢铁裁缝”。三、特点 焊接时局部加热，而产生焊接残余应力和焊接变形。 焊接缺陷的隐避性，易导致焊接结构的意外破坏。 汽车驾驶室是由许多冲压件焊接成形的。 我国12000 吨水压机上的立柱高达十几米分成六 段分别锻出再用焊接的方法连接成整体。 座落在香港大屿山下的天坛大佛是由两百多块 青铜铸件用焊接的方法连接制成的。 例如： 9.1 熔焊的理论基础二、产生与存在的条件 1. 气体电离2. 阴极发射电子（电源）热电离碰撞电离1.1 焊接电弧一、概念三、构造与极性1、构造弧柱区 21% 6008000k阴极区 36% 2400k阳极区 43% 2600k2、极性直流正接：焊件(+

3、)焊条(-)焊件热量多，溶池深，用于焊高熔点或厚大焊件直流反接：焊件(-)焊条(+)溶深浅，用于焊薄板，有色合金、不锈钢、铸铁等五、电弧对电源的要求 应有适当的空载电压 应具有陡降的外特性 焊接电流应能方便地调节六、焊接设备 直流弧焊机 交流弧焊机四、电弧的静特性：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。七、手工电弧焊焊接过程及特点1.焊接过程 引弧焊条送进焊条移动 操作灵活方便2.焊接特点 所用设备简单，维修方便被焊材料 适应性广 生产率低，焊接质量取决于焊工操作水平 劳动条件差，劳动强度大焊接位置焊缝形状不限一、熔焊冶金过程特点1.溶池温度高且处于大气之中2.溶池体

4、积小且在运动下结晶1.2 熔焊冶金过程与焊缝质量二、保证焊缝质量的措施对溶池和电弧区域造成有效的 保护Fe O FeOMn O MnOSi 20 SiO2C0 C0 向溶池过渡有益的合金元素1.3 电焊条一、组成：传导电流形成焊缝 5070%1、焊芯机械保护气渣联合保护添加合金元素脱O.S.P改善工艺性2、药皮二、分类1、按用途分为九大类： 碳钢焊条； 低合金钢焊条； 不锈钢焊条； 铸铁焊条； 铝及铝合金焊条； 铜及铜合金焊条； 镍和镍合金焊条；2、按药皮熔渣的酸碱性分1.酸性焊条 氧化性较强， 工艺性能较好合金元素烧损严重，焊缝机械性能差。 劳动条件好焊接一般钢结构焊前清理和焊条烘干要求不太

5、严，50200烘干1小时即可，若不吸潮也可不烘干交、直流两用 焊缝抗裂性能优良2. 碱性焊条 氧化性较小CaCO3CaO+CO2FeS+CaOCO2FeS+MnMnS+FeCaF2H2OCaO+2HF 工艺性能比较差焊前清理和焊条烘干要求很严300350烘干12小时而且要放在保温筒中保存使用直流反接CaF2(反电离元素)4.劳动条件较差烟尘多，产生HF有毒气体，应加强通风三、选用2.工作条件1.等性能原则3.焊件结构特点4.其它四、牌号结或J 结构钢焊条焊缝金属的b，MPa药皮类型、电源种类J 4 2 2结构钢焊条b420MPa药皮为氧化钛钙型，交、直流两用J 5 0 7结构钢焊条b500MP

6、a药皮为低氢型，直流反接15酸性焊条 67碱性焊条1.4 焊接接头金属组织与性能的变化焊接接头焊接接头的中心部分焊缝区紧接焊缝的母材热影响区热影响区各点相当于受到一次不同规范的热处理。一、焊缝在焊接过程中，焊缝受到一次冶金的过程二、热影响区（焊缝两侧因焊接热作 用而发生组织性能变化的区域）1.熔合区2.过热区3.正火区4.部分相变区性能最差强度愈高，淬硬倾向愈大的钢种，熔合区和过热区的硬度峰值愈高，塑性愈低，产生焊接裂缝的倾向愈大三、改善焊接接头组织性能的措施 对焊缝渗透合金，加强脱氧、 脱硫、脱磷；加强对焊缝的保 护。 焊后热处理 选择焊接方法，控制焊接加热温度和加热时间，尽量减小 热影响区

7、宽度。一、形成1.5 焊接应力与变形 1.原因：焊缝拉应力两侧金属压应力焊接过程局部不均匀的加热、冷却2.结论：s变形b裂纹5.扭曲变形 三、减小焊接应力和变形的工艺措施3.弯曲变形 4.波浪式变形 二、变形的基本形式1.收缩变形2.角变形 1.焊前预热、焊后缓冷 2.焊后退火3.反变形法 4.加裕量法5.刚性固定法 6.选择合理的焊接顺序 7.选用合适的焊接方法和焊接 规范 8.锤击焊缝2.火焰矫正法四、矫正焊接变形的方法1.机械矫正法9.2 其他常用焊接方法2.1 埋弧焊一、 焊接过程 焊条焊芯焊丝 人手的送进自动送丝药皮焊剂人手的移动焊接小车二、 特点及应用1.生产率高 Q=I2Rt2.

8、焊缝质量好且稳定4.改善了劳动条件3.省电省材5.设备费用较贵，工艺准备复杂， 对接头加工与装配要求严格主要用于生产批量大、厚度较大(660mm)且长的直焊缝和大直径的环形焊缝6.灵活性较差焊位，焊缝形状受限制只能平焊，长的直线焊缝和大直径的环形焊缝2.2 气体保护焊一、特点1.明弧焊，溶池可见度好，操作方便，易实现自动化和半 自动化 2.电弧受到保护气流压缩，热量集中，焊接速度快；熔池小， 溶深大，热影响区窄；焊后变形小，适于薄件及有色件。3.焊缝表面无渣，可以节约大量清渣时间 4.适于全位置焊接，并有利于焊接过程自动化 5.气体保护焊设备较复杂，焊接时，容易受气流干扰二、种类不熔化极氩弧焊

9、（钨极氩弧焊）)熔化极氩弧焊 1.氩弧焊采用直流电流正接法：用于焊接低合金钢、不锈钢、耐热钢、钛合金等。采用交流电源：用于焊接铝、镁合金(具有“阴极破碎”作用)。 保护效果最好，但氩气成本高主要用于焊接易氧化的有色金属、稀有金属、高强度合金钢及一些特殊性能的合金钢。 2、CO2气体保护焊 成本低，但具有一定的氧化性，故焊接时,需采用脱氧元素较高的焊丝。 主要用于低碳钢和普通低合金钢薄板的焊接2.3 电渣焊一、焊接过程二、特点及应用 1.厚大焊件一次焊成且生产率高2.焊缝质量好3.成本低 4.热影响区宽，晶粒粗大 主要用于焊接厚度大于40mm的工件2.4 电阻焊一、特点及主要应用1、生产率高，焊

10、接变形小 2、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 4、设备复杂耗电多、焊件尺寸受限制 适于成批大量生产二、种类1、点焊（柱状电极）多用于焊接薄板冲压件（S4mm ） 2、缝焊（滚轮电极）多用于焊接有密封性要求的薄壁结构(S3mm)。3、对焊 （利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来） 电阻对焊接头性能较差，多用于对接头强度和质量要求不很高，直径小于20mm的棒料、管材、门窗等构件的焊接。(加压 通电 加压) 闪光对焊 （通电 移动 加压）多用于焊接重要管道、钢轨、锚链、刀具、钢筋等。 焊接质量好，生产率高； 可焊同种金属或异种金属(钢-钢、铜-钢、铝-钢、

11、铝-铜 等)； 可焊直径为0.01mm的金属丝和断面 为上万平方毫米的金属棒、管或异 型材料。对焊要求焊件截面形状应尽量相同，圆棒直径、方料边长、管子壁厚之差不应超过15%。2.5 摩擦焊（利用摩擦热将两焊件焊在一起）一、焊接过程二、特点及应用 加热温度低，接头质量好； 焊接生产率高(1200件/h)，成本低(耗电为闪光焊的 1020%,焊接成本为CO2电弧焊的70%左右)；一些用熔焊、电阻焊不能焊的异种金属，可用摩擦焊焊接(如铜-铝摩擦焊等)。 能焊同种金属、异种金属及某些非金属材料； 焊接过程可控性好，质量稳定，焊件精度高； 劳动条件好，无弧光、烟尘、射线污染； 要求被焊工件至少应有一件是

12、旋转体(如棒料、管材)； 摩擦焊设备的一次投资大，适用于成批大量生产。在各种回转体结构焊接中，可逐步取代电弧焊、电阻焊、闪光焊；2.6 钎焊一、钎焊过程二、钎焊种类 1、硬钎焊 T熔450 接头强度 较高，适于钎焊接头受力较大或 工作温度较高的工件。如刀具、冰箱压缩机管道等。四、钎焊特点及应用1、加热温度低，组织性能变化小、变形小 2、可焊接性能差异很大的异种金属和厚薄悬殊的工件 2、软钎焊 T熔450 接头强度较低，适于钎焊接头 受力不大或工作温度较低的工件如各种电器导线的连接，仪表、仪器元件的焊接等。三、钎焊熔剂(简称钎剂)2、改善钎料充填接头间隙的性能(润湿性)；3、防止被焊金属氧化。硬

13、钎焊用钎剂由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物所组成。1、清除氧化膜及杂质；软钎焊用钎剂有松香、氯化锌与氯化铵溶液等。4、接头强度较低、成本高3、设备简单，对工件整体加热可同时钎焊很多条焊缝和很多个焊件，生产率高 主要用于精密仪表，电气零部件、异种金属焊件及空间技术 领域 9.3 常用金属的焊接3.1 金属的可焊性一、可焊性的概念可焊性是指被焊金属在一定的焊接工艺下，获得优质接头的难易程度。二、焊接性的影响因素2、焊接方法 1、母材优质接头接头无缺陷接头要有好的使用性能 3、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂和保护性气体） 4、工艺措施三、焊接性的评定 1、碳当量法（只适于碳钢，低合金钢） CE0.25时，焊

14、接性良好 CE=0.250.4时，焊接性较好CE=0.40.6时，焊接性较差 CE 0.6时，焊接性差 2、试验法（适于所有金属）3.2 碳钢的焊接一、低碳钢C0.25 、无淬硬倾向，焊接性好二、中碳钢 工艺措施： 1、预热，缓冷 2、采用小规范措施0.25C0.4 焊接性较好0.4C0.6 焊接性较差3、选用碱性焊条4、焊后热处理三、高碳钢C0.6 淬硬倾向焊接性差 一般不作为焊接结构件，只用于修复的场合3.3 合金结构钢的焊接一、强度级别低，合金元素少的合金钢，焊接性能与 低碳钢类似二、强度级别高的合金钢，焊接性与高碳钢类似3.4 铸铁的焊补一、主要问题 1、易产生白口和淬硬组织2、易产生

15、裂缝3、易产生气孔和夹渣二、方法质量好、成本高、生产率低，劳动条件差 一般用于焊补形状复杂焊后需加工的重要铸件生产率高、成本低、劳动条件好一般用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件1、热焊法2、冷焊法3.5 有色金属的焊接一、焊接性 1、易氧化Cu2O和Cu形成低熔点共晶体引起热裂 Al2O3比重大，沉入液态焊缝中，凝固后形成夹渣2、易出气孔 CuAl及其合金温度高时溶解气体多，温度低时溶解度急剧下降 导热性 V冷气体来不及析出形成气孔2、加强保护3、易产生裂纹CuAl是单向组织，过热时晶粒粗大，脆性大线膨胀系数大，收缩率大，应力大易裂二、工艺措施1、选择热源（氩弧焊）9.4 焊接

16、结构设计4.1 焊接结构件材料的选择一、尽量选焊接性能好的材料二、最好不选用两种性能相差很远的材料三、接头处的材料厚度应尽量相等四、应尽量选近似焊接结构的型材4.2 焊接方法的选择4.3 焊接接头工艺设计一、焊缝的布置1、焊缝应尽量分散2、焊缝应尽量对称3、焊缝应避开最大应力处与应力 集中处4、焊缝应尽量 避开加工 部位5、焊缝位置应便于操作二、接头型式的选择与设计4.4 焊接结构工艺设计举例结构名称：中压容器材 料：16MnR（原材料尺寸为12005000mm2)件 厚：筒身12mm；封头14mm；人孔圈20mm;管接头7mm。生产数量：小批生产9.5 焊接检验 5.1 焊接缺陷特征 特征 缺陷种类 特征 焊缝外形尺寸及形状的缺陷 焊缝外形尺寸(如焊缝长度、宽度、余高、焊脚等)不符合要求，