工程材料与热加工基础III：第十一章 焊接

1、 焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。是指通过适焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体（工件）产生当的物理化学过程使两个分离的固态物体（工件）产生原子或原子或分子之间分子之间的结合和扩散而形成永久性连接的工艺工程。的结合和扩散而形成永久性连接的工艺工程。 焊接成形技术的本质在于：焊接成形技术的本质在于：利用加热或者同时加热加压的利用加热或者同时加热加压的方法，使分离的金属零件通过原子间的结合形成新的金属结构。方法，使分离的金属零件通过原子间的结合形成新的金属结构。通过焊接连接的材料不仅在宏观上建立了永久性联系，而且在通过焊接连接的材料不仅在宏

2、观上建立了永久性联系，而且在微观上也建立了组织之间的内在联系。微观上也建立了组织之间的内在联系。 焊接方法的种类很多。根据焊接过程的本质特点，可分为焊接方法的种类很多。根据焊接过程的本质特点，可分为: :熔化焊熔化焊、压力焊压力焊和和钎焊钎焊。第第 11 章章 焊焊 接接11.1 焊接成形理论基础焊接成形理论基础一、焊接的本质及焊接方法分类一、焊接的本质及焊接方法分类 熔化焊熔化焊 利用局部加热的手段，将工件的焊接处加热到熔化状态，利用局部加热的手段，将工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝的焊接方法。熔化焊简称形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝的焊接方法。熔化焊简称熔焊。

3、熔焊。压力焊压力焊 在焊接过程中对工件在焊接过程中对工件加压加压（加热或不加热）完成焊接的方（加热或不加热）完成焊接的方法。压力焊简称压焊。法。压力焊简称压焊。钎焊钎焊 将熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固将熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的焊接方法。态的母材相互扩散实现连接的焊接方法。 焊接广泛用于汽车、造船、飞机、锅炉、压力容器、建焊接广泛用于汽车、造船、飞机、锅炉、压力容器、建筑、电子等工业部门。世界上筑、电子等工业部门。世界上50% 60%的钢要经过焊接才投的钢要经过焊接才投入使用。入使用。焊接的优点：焊接的优点： (1) 焊接结构

4、重量轻，可节约金属。焊接结构重量轻，可节约金属。 (2) 可以简化大型或形状复杂结构的制造工艺。可以简化大型或形状复杂结构的制造工艺。 (3) 焊接接头力学性能高，适应性广。焊接接头力学性能高，适应性广。 (4) 易于实现机械化和自动化。易于实现机械化和自动化。 焊接的缺点：焊接的缺点： (1) 焊接工艺不当时，易在接头中产生气孔、裂纹和夹渣等缺陷。焊接工艺不当时，易在接头中产生气孔、裂纹和夹渣等缺陷。 (2) 接头的组织和性能不均匀，接头部分易产生较大的应力和变形。接头的组织和性能不均匀，接头部分易产生较大的应力和变形。二、二、 焊接电弧焊接电弧1. 电弧的引燃电弧的引燃 焊接电弧是指发生在

5、电极与工件之间的强烈而持久的气体放电焊接电弧是指发生在电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。现象。（1）电弧引燃方法：一是接触引弧，二是高频引弧。）电弧引燃方法：一是接触引弧，二是高频引弧。引弧过程引弧过程 焊接时焊接时, ,先将焊条与焊件瞬时先将焊条与焊件瞬时接触，发生短路。强大的短路电流接触，发生短路。强大的短路电流流经少数几个接触点，致使接触点流经少数几个接触点，致使接触点处温度急剧升高并熔化，甚至部分处温度急剧升高并熔化，甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间条头温度已升得很高，在两电极间的电场的电场作用下，产生了热电子发

6、射。作用下，产生了热电子发射。 飞速的电子撞击焊条端头与焊飞速的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电粒子的定向运动形成了焊接电弧，见动画粒子的定向运动形成了焊接电弧，见动画1。动画1 焊接电弧的形成6l焊接电弧由焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱阴极区、阳极区和弧柱 区组区组成。阴极区产生的热量占电弧成。阴极区产生的热量占电弧 热的热的36%，阳极区的热量占电弧热，阳极区的热量占电弧热 的的43%，弧柱区约，弧柱区约21%。l电弧中各区温度因电极材

7、料（电极电弧中各区温度因电极材料（电极 熔点）不同而不同。熔点）不同而不同。 l对焊条焊接钢而言，阴极区温度约对焊条焊接钢而言，阴极区温度约2400K，阳极区温，阳极区温2600K，弧柱中心约弧柱中心约60008000K。2. 电弧各区域的组成电弧各区域的组成 正因为两极温度不同，可以利用不同的接法来调整对工件的加正因为两极温度不同，可以利用不同的接法来调整对工件的加热。当焊接厚板或要求熔深较大时，工件接正极，焊条接负极热。当焊接厚板或要求熔深较大时，工件接正极，焊条接负极直直流正接（工件接正）流正接（工件接正）。反之采用。反之采用反接法，反接法，适用有色金属或薄钢板。适用有色金属或薄钢板。

8、采用交流弧焊机焊接时，两极温度均在采用交流弧焊机焊接时，两极温度均在2500K左右，不存在正左右，不存在正接反接问题。接反接问题。3. 电弧静特征电弧静特征 电弧稳定燃烧时，电弧电压（电弧两端电位差）与焊接电电弧稳定燃烧时，电弧电压（电弧两端电位差）与焊接电流（通过电弧的电流）之间的关系。流（通过电弧的电流）之间的关系。 当焊接电流过小时，焊条和当焊接电流过小时，焊条和焊件间的气体电离不充分，电弧焊件间的气体电离不充分，电弧电阻大，要求较高的电压才能维电阻大，要求较高的电压才能维持必须的电离程度；随着电流增持必须的电离程度；随着电流增大，气体电离程度增加，电弧电大，气体电离程度增加，电弧电阻减

9、小，电弧电压降低；当焊接阻减小，电弧电压降低；当焊接电流大于电流大于20-60A20-60A时，气体已充分时，气体已充分电离，电弧电阻降到最低值，只电离，电弧电阻降到最低值，只要维持一定的电弧电压即可，此要维持一定的电弧电压即可，此时电弧电压与焊接电流大小无关。时电弧电压与焊接电流大小无关。若弧长增加，所需电弧电压相应增加。若弧长增加，所需电弧电压相应增加。焊缝形成过程如动画焊缝形成过程如动画3所示。焊接时，在电弧高热的作用下，所示。焊接时，在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，再在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了被焊金属局部熔化，再在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了卵形的凹坑，这个凹坑称

10、为熔池。卵形的凹坑，这个凹坑称为熔池。 由于焊接时焊条倾由于焊接时焊条倾斜，在电弧的吹力作用斜，在电弧的吹力作用下，熔池的金属被排向下，熔池的金属被排向熔池后方，这样电弧就熔池后方，这样电弧就能不断地使深处的被焊能不断地使深处的被焊金属熔化，达到一定的金属熔化，达到一定的熔深。熔深。动画动画3 焊接过程焊接过程三、三、 焊缝形成过程焊缝形成过程焊条药皮熔化过程中会产生某种气体和液态熔渣。产生的焊条药皮熔化过程中会产生某种气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池的周围，起到隔绝空气的作用。液态熔气体充满在电弧和熔池的周围，起到隔绝空气的作用。液态熔渣浮在液体金属表面，起保护液体金属的作用。渣浮

11、在液体金属表面，起保护液体金属的作用。 此外，熔化的此外，熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。 熔池中的液态金属、液态熔渣和气体之间进行着复杂的物熔池中的液态金属、液态熔渣和气体之间进行着复杂的物理、化学反应，称为理、化学反应，称为冶金反应冶金反应，这种反应对焊缝的质量有较大，这种反应对焊缝的质量有较大的影响。的影响。 熔渣的凝固温度低于液态金属的结晶温度，冶金反应中产熔渣的凝固温度低于液态金属的结晶温度，冶金反应中产生的杂质与气体能从熔池金属中不断被排出。熔渣凝固后，均生的杂质与气体能从熔池金属中不断被排出。熔渣凝固后，均匀地覆盖在焊缝上。匀地覆盖在焊缝

12、上。 四、焊接冶金四、焊接冶金 1焊接冶金特点焊接冶金特点 在进行电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着在进行电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，这就是焊接冶金过程。一系列物理化学反应，这就是焊接冶金过程。 焊接冶金过程与一焊接冶金过程与一 般的冶炼过程不同，主要有以下特点：般的冶炼过程不同，主要有以下特点： (1) 熔池温度高熔池温度高：在焊接碳素结构钢和普通低合金钢时，熔滴的平：在焊接碳素结构钢和普通低合金钢时，熔滴的平 均温度约均温度约2300C，熔池，熔池1600 C 以上，高于普通冶金温度，容易以上，高于普通冶金温度，容易造成合金元素的烧损与

13、蒸发。造成合金元素的烧损与蒸发。 (2) 冶金过程短：冶金过程短：焊接时，由于焊接熔池体积小焊接时，由于焊接熔池体积小(一般一般23cm3)，冷，冷却速度快（熔池周围是冷金属却速度快（熔池周围是冷金属)，液态停留时间短，液态停留时间短(熔池从形成到凝熔池从形成到凝固约固约10s)，使各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化，使各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化学成分不均匀的偏析现象。学成分不均匀的偏析现象。 (3) 冶金条件差冶金条件差：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，

14、极易铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，极易同金属元素产生化学反应。反应生成的化合物混入焊缝中，使焊缝同金属元素产生化学反应。反应生成的化合物混入焊缝中，使焊缝的力学性能下降；并且产生气孔等缺陷。的力学性能下降；并且产生气孔等缺陷。五、焊接接头的组织与性能五、焊接接头的组织与性能 焊接接头由焊接接头由焊缝焊缝和和热影响区热影响区组成。组成。 焊缝焊缝由母材和填充材料（焊条或焊丝）熔化形成熔池，凝固后由母材和填充材料（焊条或焊丝）熔化形成熔池，凝固后得到。得到。 热影响区热影响区是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域（区

15、域（HAZ），对低碳钢），对低碳钢HAZ 分为熔合区（半熔化区）、过热区、分为熔合区（半熔化区）、过热区、正火区和部分相变区。正火区和部分相变区。 焊接热影响区愈窄愈好。焊接热影响区愈窄愈好。其宽度主要取决于其宽度主要取决于焊接方法焊接方法和和焊焊接规范（接规范（保证焊透情况下，提高焊速，减小焊接电流保证焊透情况下，提高焊速，减小焊接电流）。）。 (1) 焊接应力与变形的产生原因焊接应力与变形的产生原因 焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因和变形的根本原因六、焊接应力与变形六、焊接应力与变形(2) 焊接变形

16、的基本形式焊接变形的基本形式 收缩变形收缩变形（横向和纵向）、（横向和纵向）、角角变形变形、弯曲变形弯曲变形、波浪变形波浪变形、扭曲扭曲变形变形是焊接变形的基本形式。是焊接变形的基本形式。 收缩变形是焊缝金属沿纵向和收缩变形是焊缝金属沿纵向和横向收缩引起的；角变形是板厚方横向收缩引起的；角变形是板厚方向横向收缩不均匀引起；弯曲变形向横向收缩不均匀引起；弯曲变形是板宽方向纵向收缩不均匀引起是板宽方向纵向收缩不均匀引起（与焊缝位置有关）；扭曲变形是（与焊缝位置有关）；扭曲变形是焊接顺序不合理引起；波浪变形是焊接顺序不合理引起；波浪变形是焊缝收缩使薄板局部产生较大的压焊缝收缩使薄板局部产生较大的压应

17、力失稳造成的。应力失稳造成的。(3) 减少焊接变形的措施减少焊接变形的措施 从设计和工艺两方面入手从设计和工艺两方面入手 ，工艺措施有：，工艺措施有： 1）预留收缩变形量预留收缩变形量。根据理论值和经验值，在焊件备料及。根据理论值和经验值，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量。加工时预先考虑收缩余量。 2）反变形法反变形法。3）刚性固定法刚性固定法 焊接时将焊件加以固定，焊接时将焊件加以固定，焊后待焊件冷却到室温时再去焊后待焊件冷却到室温时再去掉刚性固定，可有效防止角变掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。但会增大焊接形和波浪变形。但会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低应力，只适用于塑性较好的

18、低碳钢结构，不能用于铸铁和淬碳钢结构，不能用于铸铁和淬硬倾向大的钢，以免焊后断裂。硬倾向大的钢，以免焊后断裂。1）选择合理的焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩。选择合理的焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩。 拼焊图拼焊图1213所示的钢板时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通所示的钢板时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如焊缝较长，可采用图如焊缝较长，可采用图1214所示的逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少所示的逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。对称截面梁的焊接顺序如图了焊接应力和变形。对称截面梁的焊接顺序

19、如图l 2- 15所示，可有所示，可有效地减少变形效地减少变形。(3) 减小和防止焊接应力的措施减小和防止焊接应力的措施2）锤击焊缝法）锤击焊缝法 在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形。力和变形。3）加热加热“减应区减应区”法法 焊接前，在工件的适当部位焊接前，在工件的适当部位(称为减应区称为减应区)进行加热使之伸长，进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可大大减小焊接应力和变形。焊后冷

20、却时，加热区与焊缝一起收缩，可大大减小焊接应力和变形。4) 焊前预热和焊后缓冷焊前预热和焊后缓冷 预热的目的是减少焊缝区与焊件其它部分的温差，降低焊预热的目的是减少焊缝区与焊件其它部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却，从而减少焊接应力缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却，从而减少焊接应力与变形。与变形。 预热焊件，可以局部加热或整体加热，预热温度一般为预热焊件，可以局部加热或整体加热，预热温度一般为100600C。焊后缓冷也能起到同样的作用。但这种方法使工。焊后缓冷也能起到同样的作用。但这种方法使工艺复杂化，只运用于塑性差、容易产生裂纹的材料，如高、中艺复杂化，只运用于塑性差

21、、容易产生裂纹的材料，如高、中碳钢，铸铁和合金钢等。碳钢，铸铁和合金钢等。 在焊接过程中，即使采用了上述措施，有时也会产生超过允许在焊接过程中，即使采用了上述措施，有时也会产生超过允许值的焊接变形，因此，需要对变形进行矫正。其实质是使焊接结构值的焊接变形，因此，需要对变形进行矫正。其实质是使焊接结构产生新的变形，以抵消原有的焊接变形。产生新的变形，以抵消原有的焊接变形。1) 机械矫正机械矫正 焊后通过压力机、矫直机、辗压或捶击等方法矫正焊接变形。焊后通过压力机、矫直机、辗压或捶击等方法矫正焊接变形。这种方法适用于矫正刚性较小、塑性较好和厚度不大的焊件。这种方法适用于矫正刚性较小、塑性较好和厚度

22、不大的焊件。2) 火焰加热矫正火焰加热矫正 利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形，来抵消构件在该部利用火焰加热时产生的局部压缩塑性变形，来抵消构件在该部分已产生的伸长变形。加热火焰通常选用氧分已产生的伸长变形。加热火焰通常选用氧乙炔火焰，加热方式乙炔火焰，加热方式有点状加热、三角加热和条状加热，加热温度一般为有点状加热、三角加热和条状加热，加热温度一般为600800C。七、焊接变形的矫正七、焊接变形的矫正1. 焊接缺陷、产生原因、防止措施焊接缺陷、产生原因、防止措施 在焊接生产过程中，由于焊接结构设计、焊接规范确定、在焊接生产过程中，由于焊接结构设计、焊接规范确定、焊前准备和操作方法等不恰当，

23、均会产生各种各样的焊接缺陷。焊前准备和操作方法等不恰当，均会产生各种各样的焊接缺陷。焊接缺陷的存在直接影响焊被接头的质量及焊接结构的安全性。焊接缺陷的存在直接影响焊被接头的质量及焊接结构的安全性。常见焊接缺陷、产生原因和防止措施如下表。常见焊接缺陷、产生原因和防止措施如下表。八、焊接缺陷及接头质量检验八、焊接缺陷及接头质量检验2. 焊接质量检验焊接质量检验11.2.1 电弧焊电弧焊 利用电弧作为热源的熔化焊称为电弧焊。利用电弧作为热源的熔化焊称为电弧焊。1. 手工电弧焊手工电弧焊2. 埋弧自动焊埋弧自动焊3. 气体保护焊气体保护焊11.2 常用金属焊接方法常用金属焊接方法1. 手工电弧焊（手弧

24、焊）手工电弧焊（手弧焊） 利用电弧热局部熔化焊件，并用手工操纵焊条进行焊接的电利用电弧热局部熔化焊件，并用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。弧焊方法。 手弧焊的主要工艺参数有焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊手弧焊的主要工艺参数有焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度等，焊条直径根据工件厚度选择，焊接电流根据焊条直径确接速度等，焊条直径根据工件厚度选择，焊接电流根据焊条直径确定。定。 特点是：设备简单，灵活方便、适合各种位置焊接和各种形式特点是：设备简单，灵活方便、适合各种位置焊接和各种形式焊缝焊接（直、曲、长、短），但对操作人员的要求高，生产效率焊缝焊接（直、曲、长、短），但对操作人员的要求高

25、，生产效率低，环境差，劳动强度大，主要用于普通钢等焊接，不适宜焊接活低，环境差，劳动强度大，主要用于普通钢等焊接，不适宜焊接活泼金属、难熔金属及泼金属、难熔金属及 低熔点金属。低熔点金属。焊接电源焊接电源a. 对焊接电源的基本要求：对焊接电源的基本要求： 一般用电设备要求电源电压不随负载的变化而变化，但是焊接一般用电设备要求电源电压不随负载的变化而变化，但是焊接电源却要求其电压随负载增大而迅速降低，即具有电源却要求其电压随负载增大而迅速降低，即具有陡降的特性陡降的特性，这，这样才能满足下列焊接要求。样才能满足下列焊接要求。 1）具有具有 一一 定的空载电压定的空载电压满足引弧的需要。电焊机的空

26、载满足引弧的需要。电焊机的空载电压就是焊接开始时的引弧电压，一般为电压就是焊接开始时的引弧电压，一般为5090 V。 2）适当的短路电流适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。短路电流无限增大而烧毁电源。短路电流 一一 般不超过工作电流的般不超过工作电流的1.252倍。倍。 3）电弧长度发生变化时，能）电弧长度发生变化时，能保证电弧的稳定保证电弧的稳定。电弧稳定燃烧。电弧稳定燃烧时的电压降称为电弧电压，它与电弧长度（即焊条与工件之间的距时的电压降称为电弧电压，它与电弧长度（即焊条与工件之间的距离）有关。电弧长度愈大，电弧电压也愈

27、大。一般情况下，电弧电离）有关。电弧长度愈大，电弧电压也愈大。一般情况下，电弧电压在压在l635V范围内。范围内。 b. 常用焊接电源的类型常用焊接电源的类型 手工电弧焊设备简称电焊机，实质上是焊接电源。类型主要有手工电弧焊设备简称电焊机，实质上是焊接电源。类型主要有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。直流弧焊机焊接直流弧焊机焊接时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，价格较高，噪声大。时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，价格较高，噪声大。交直流两用弧焊机常用作多用途弧焊机。交直流两用弧焊机常用作多用途弧焊机。c. 弧焊机的选用弧焊机的选

28、用 使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，优先考虑选用价格低廉、使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，优先考虑选用价格低廉、维修方便的交流弧焊机。维修方便的交流弧焊机。 使用碱性焊条焊接高压容器、高压管道等重要钢结构，或焊接使用碱性焊条焊接高压容器、高压管道等重要钢结构，或焊接合金钢、有色金属、铸铁时，则应选用直流弧焊机。合金钢、有色金属、铸铁时，则应选用直流弧焊机。 购置能力有限而焊件材料的类型繁多时，可考虑选用通用性强购置能力有限而焊件材料的类型繁多时，可考虑选用通用性强的交、直流两用弧焊机。的交、直流两用弧焊机。a. 焊条的组成及作用焊条的组成及作用焊条焊条 = 金属焊芯（专用钢丝）金属焊芯（专

29、用钢丝） + 药皮药皮焊条焊条电极、填充金属电极、填充金属稳弧、保护、脱氧、渗金属及改善焊接工艺性稳弧、保护、脱氧、渗金属及改善焊接工艺性常用焊接用钢丝的牌号和化学成分常用焊接用钢丝的牌号和化学成分b. 焊条的分类与型号焊条的分类与型号 焊条牌号是焊条行业统一的代号，焊条型号则是国家标准规定焊条牌号是焊条行业统一的代号，焊条型号则是国家标准规定的代号。的代号。 国家标准将焊条按化学成分分为国家标准将焊条按化学成分分为7大类等，大类等， 焊条型号是按熔敷焊条型号是按熔敷金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分的。金属的抗拉强度、药皮类型、焊接位置和焊接电流种类划分的。 焊条型号焊条型

30、号GBE5015：E焊条焊条50熔敷金属熔敷金属b最小值最小值500MPa1适用于全焊位焊接适用于全焊位焊接15低氢钠型药皮，电流直流反接低氢钠型药皮，电流直流反接焊条牌号焊条牌号部标（行业统一代号）部标（行业统一代号）J422（结（结422）J结构钢焊条结构钢焊条42熔敷金属熔敷金属b最小值最小值420MPa2氧化钛钙型药皮，直流、交流电源氧化钛钙型药皮，直流、交流电源焊条国家标准型号与统一牌号的对应关系焊条国家标准型号与统一牌号的对应关系结构钢焊条分类结构钢焊条分类(药皮性质药皮性质)：酸性焊条酸性焊条 酸性氧化物工艺性好，氧化性强一般件酸性氧化物工艺性好，氧化性强一般件 碱性焊条碱性焊条

31、 碱性氧化物洁净焊口，氧化性弱重要件直流反接碱性氧化物洁净焊口，氧化性弱重要件直流反接c. 焊条的选择原则焊条的选择原则 1）等强度原则；）等强度原则； 2）化学成分相同原则；）化学成分相同原则； 3）抗裂纹原则；）抗裂纹原则； 4）抗气孔原则；）抗气孔原则； 5）低成本原则。）低成本原则。 另外，应根据焊件的厚度、焊缝的位置等条件，选用不同直径另外，应根据焊件的厚度、焊缝的位置等条件，选用不同直径的焊条。的焊条。 般焊件愈厚，焊条直径愈大。般焊件愈厚，焊条直径愈大。 2. 埋弧自动焊埋弧自动焊 手工电弧焊虽然有很多优点，但是手工电弧焊虽然有很多优点，但是对于厚度大于对于厚度大于20mm或小于

32、或小于2mm的钢板的钢板焊接时，不仅施焊困难，而且质量不稳定也不易保证，焊接时，不仅施焊困难，而且质量不稳定也不易保证，生产率又低。为解决这些问题，目前埋弧自动焊广泛用于锅炉、船生产率又低。为解决这些问题，目前埋弧自动焊广泛用于锅炉、船舶、压力容器等大型结构的制造中。舶、压力容器等大型结构的制造中。 埋弧自动焊是埋弧自动焊是利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动利用连续送进的焊丝在焊剂层下产生电弧而自动进行焊接的方法进行焊接的方法。埋弧自动焊特点埋弧自动焊特点(1) 生产率高生产率高 埋弧焊不存在焊条发热问题，允许采用大电流埋弧焊不存在焊条发热问题，允许采用大电流(可高达可高达1000A以

33、上以上)焊接，熔敷率大，焊速高，无须频繁更换焊条。由于在焊剂焊接，熔敷率大，焊速高，无须频繁更换焊条。由于在焊剂层下焊接，热能利用率高，对厚度在层下焊接，热能利用率高，对厚度在25 mm以下的焊件，可不开坡以下的焊件，可不开坡口一次焊成，节省了焊接辅助时间，比手弧焊生产率提高口一次焊成，节省了焊接辅助时间，比手弧焊生产率提高510倍，倍，甚至甚至20倍。倍。(2) 焊缝质量好焊缝质量好 电弧和熔池被封闭在液态熔渣中，保护效果好，焊接规范自动电弧和熔池被封闭在液态熔渣中，保护效果好，焊接规范自动控制，故焊接质量稳定，焊缝成形美观。控制，故焊接质量稳定，焊缝成形美观。(3) 劳动条件好劳动条件好

34、埋弧自动焊没有弧光，焊接烟尘较少，机械化操作减轻了劳动埋弧自动焊没有弧光，焊接烟尘较少，机械化操作减轻了劳动强度。强度。 埋弧自动焊适用于大批量生产，可焊接中、厚钢板埋弧自动焊适用于大批量生产，可焊接中、厚钢板(660 mm)的直焊缝或大直径环缝，平焊位置的对接、搭接和的直焊缝或大直径环缝，平焊位置的对接、搭接和T字接字接头。还可用于在基体金属表面堆焊耐磨、耐蚀合金。头。还可用于在基体金属表面堆焊耐磨、耐蚀合金。 埋弧自动焊常用的焊丝有埋弧自动焊常用的焊丝有H08，H08A和和H08MnA等。焊等。焊剂有熔炼焊剂和陶质焊剂两大类。剂有熔炼焊剂和陶质焊剂两大类。 但引弧处和断弧处质量不易保证，须

35、采用引弧板及引出但引弧处和断弧处质量不易保证，须采用引弧板及引出板，焊后再去除，为保证环缝成形和防止烧穿，生产中常采用板，焊后再去除，为保证环缝成形和防止烧穿，生产中常采用焊剂垫与垫板或先用手弧焊封底再进行焊接。焊剂垫与垫板或先用手弧焊封底再进行焊接。3. 气体保护焊气体保护焊 气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。电弧焊。 保护气体通常有两种：保护气体通常有两种：惰性气体（氩气）惰性气体（氩气）和和活性气体（活性气体（CO2）。 (1) 氩弧焊：以氩气作为保护气体的气体保护焊。氩气是一种惰氩弧焊：以氩气作为保护气体

36、的气体保护焊。氩气是一种惰性气体，既不与焊缝金属发生化学反应，又不溶于液态金属，是性气体，既不与焊缝金属发生化学反应，又不溶于液态金属，是理想的保护气体。理想的保护气体。 氩弧焊分为不熔化极氩弧焊（氩弧焊分为不熔化极氩弧焊（TIG）和熔化极氩弧焊（）和熔化极氩弧焊（MIG）。）。 不熔化极氩弧焊（不熔化极氩弧焊（TIG）采用高熔点的纯钨、钍钨或铈钨棒作采用高熔点的纯钨、钍钨或铈钨棒作电极，故又称钨极氢弧焊，焊接时，钨极不熔化，仅起引弧和维持电极，故又称钨极氢弧焊，焊接时，钨极不熔化，仅起引弧和维持电弧的作用，须另加焊丝作为填充金属。电弧的作用，须另加焊丝作为填充金属。 TIG焊通常用于薄板焊接

37、，焊钢时用直流正接，焊接铝、镁及焊通常用于薄板焊接，焊钢时用直流正接，焊接铝、镁及其合金时用直流反接或交流电源。其合金时用直流反接或交流电源。 熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊可焊接可焊接25mm以下的中厚板，通常采用直流反接。以下的中厚板，通常采用直流反接。 氩弧焊的保护效果好，电弧稳定，热影响区小，焊接变形小，氩弧焊的保护效果好，电弧稳定，热影响区小，焊接变形小，焊缝外观光洁，无焊渣，但是，焊缝外观光洁，无焊渣，但是，由于氩气来源少，价格贵，焊接黑由于氩气来源少，价格贵，焊接黑色金属不经济。主要用于易氧化的有色金属及其合金以及不锈钢的色金属不经济。主要用于易氧化的有色金属及其合金以及不锈钢的焊接。

38、焊接。 (2) CO2气体保护焊（气体保护焊（MAG） 利用利用CO2作为保护气体的气体保护焊。它的焊接装置与熔化极作为保护气体的气体保护焊。它的焊接装置与熔化极氩弧焊相似，也是以连续送进的金属焊丝为电极；氩弧焊相似，也是以连续送进的金属焊丝为电极；CO2气体从喷嘴气体从喷嘴中连续喷出。在电弧周围形成局部气体保护层；采用自动或半自动中连续喷出。在电弧周围形成局部气体保护层；采用自动或半自动方式进行焊接。方式进行焊接。 特点：特点：CO2气体保护焊的成本只有手弧焊和埋弧焊气体保护焊的成本只有手弧焊和埋弧焊40% 50%；电弧穿透力强，熔敷速度快，生产效率比手弧焊高；电弧穿透力强，熔敷速度快，生产

39、效率比手弧焊高l4倍，抗锈力强，抗裂性能好；可用于低碳钢、低合金钢、耐热倍，抗锈力强，抗裂性能好；可用于低碳钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢的焊接。钢和不锈钢的焊接。 由于由于CO2气体是氧化性气体，高温时可分解成气体是氧化性气体，高温时可分解成CO和氧原和氧原子，易造成合金元素烧损、焊缝吸氧，导致电弧稳定性差、金子，易造成合金元素烧损、焊缝吸氧，导致电弧稳定性差、金属飞溅等缺点，因而属飞溅等缺点，因而CO2气体保护焊多配用含锰、硅元素的焊气体保护焊多配用含锰、硅元素的焊丝进行脱氧和渗合金，并使用直流电源以使电弧稳定。丝进行脱氧和渗合金，并使用直流电源以使电弧稳定。l11.2.2 压力焊与钎焊压力

40、焊与钎焊l1. 电阻焊（压力焊的一种）电阻焊（压力焊的一种） 点焊、缝焊和对焊点焊、缝焊和对焊l2. 钎焊钎焊 软钎焊、硬钎焊软钎焊、硬钎焊1. 电阻焊电阻焊 电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。按接头形式又分为：接方法。按接头形式又分为：点焊、缝焊和对焊。点焊、缝焊和对焊。（1） 点焊点焊 点焊的操作过程是：施压点焊的操作过程是：施压通电通电-断电断电-松开，便完成一个松开，便完成一个焊点。之后，工

41、件前移焊点。之后，工件前移段距段距离再焊另一个焊点。相邻两点离再焊另一个焊点。相邻两点间应保持足够的距离，以免造间应保持足够的距离，以免造成过大分流，影响焊接质量。成过大分流，影响焊接质量。（2）缝焊）缝焊 与点焊相似，不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。两相与点焊相似，不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。两相邻焊点相互重叠。主要用于生产密封性容器和管道等。邻焊点相互重叠。主要用于生产密封性容器和管道等。点焊和缝焊点焊和缝焊的接头型式均为搭接。的接头型式均为搭接。（3）对焊）对焊 分为电阻对焊和闪光对焊。分为电阻对焊和闪光对焊。 1）电阻对焊）电阻对焊 焊接过程是先施加顶锻压力焊接过程是先

42、施加顶锻压力( 10 15 MPa)，使工件接头紧密接触，通电加热，使工件接头紧密接触，通电加热至塑性状态，然后施加顶锻压力至塑性状态，然后施加顶锻压力( 30 50 MPa )，同时断电，使焊件接触处在压力，同时断电，使焊件接触处在压力下产生塑性变形而焊合下产生塑性变形而焊合 。 一般只用于直径小于一般只用于直径小于20mm、截面简、截面简单和受力不大的工件。单和受力不大的工件。2）闪光对焊）闪光对焊 焊接过程是先通电，再使两焊件接触，焊接过程是先通电，再使两焊件接触，由于焊件表面不平，使接触点通过的电流密由于焊件表面不平，使接触点通过的电流密度很大，金属迅速熔化、气化、爆破，飞溅度很大，金

43、属迅速熔化、气化、爆破，飞溅出火花，造成闪光现象。继续移动焊件，产出火花，造成闪光现象。继续移动焊件，产生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊件端面全部熔化时，迅速加压，随即断电并件端面全部熔化时，迅速加压，随即断电并继续加压，使焊件焊合。继续加压，使焊件焊合。 常用来焊接受力较大的重要工件常用来焊接受力较大的重要工件 ， 闪闪光焊不仅能焊接同种金属，也能焊接铝光焊不仅能焊接同种金属，也能焊接铝-钢、钢、铝铝-铜等异种金属，可焊接铜等异种金属，可焊接 0.01mm 的金属的金属丝，也可以焊接直径丝，也可以焊接直径 500mm 的管子及截面的管子及截面为为

44、20000 mm2的板材。的板材。2. 钎钎 焊焊 钎焊是利用熔点比母材低的填充金属钎焊是利用熔点比母材低的填充金属(称为钎料称为钎料)，经加热熔化，经加热熔化后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实后，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接的焊接方法。钎焊与其他方法的根本区别在于加热时仅现连接的焊接方法。钎焊与其他方法的根本区别在于加热时仅钎料钎料熔化，焊件不熔化。熔化，焊件不熔化。 在钎焊过程中一般须使用钎剂，以去除工件表面的氧化膜和油在钎焊过程中一般须使用钎剂，以去除工件表面的氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎科湿润性和污等

45、杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎科湿润性和毛细流动性，这是钎剂的作用。毛细流动性，这是钎剂的作用。 根据钎料熔点的不同，钎焊可分为根据钎料熔点的不同，钎焊可分为软钎焊和硬钎焊。软钎焊和硬钎焊。（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450C，接头强度较低。常用，接头强度较低。常用软钎料为锡基钎料软钎料为锡基钎料(焊锡焊锡)。钎剂有松香或氯化锌溶液等。钎焊时可。钎剂有松香或氯化锌溶液等。钎焊时可用烙铁、喷灯和炉子等加热，也可把焊件直接浸入已熔化的钎料中用烙铁、喷灯和炉子等加热，也可把焊件直接浸入已熔化的钎料中（浸焊）。软钎焊主要用于接头受力不大、工作强度较低的

46、焊件。（浸焊）。软钎焊主要用于接头受力不大、工作强度较低的焊件。（2）硬钎焊）硬钎焊 钎料熔点高于钎料熔点高于450C，接头强度较高。，接头强度较高。 硬钎料有铜基、银基、铝基及镍基等，所用的钎剂有硼酸、硼硬钎料有铜基、银基、铝基及镍基等，所用的钎剂有硼酸、硼砂、氯化物等，钎焊时，可采用氧砂、氯化物等，钎焊时，可采用氧乙炔火焰加热、电阻加热、感乙炔火焰加热、电阻加热、感应加热和盐浴加热等。硬钎焊主要用于接头受力较大、工作温度较应加热和盐浴加热等。硬钎焊主要用于接头受力较大、工作温度较高的焊件，如各种零件的连接、刀具的焊接等。高的焊件，如各种零件的连接、刀具的焊接等。 钎焊接头的承载能力与接头连

47、接面大小有关，钎焊接头一般采钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关，钎焊接头一般采用搭接和套件镶接。生产率高，变形小，可焊接异种金属，易实现用搭接和套件镶接。生产率高，变形小，可焊接异种金属，易实现机械化和自动化机械化和自动化.主要用于电子元件、精密仪表机械、异种金属构主要用于电子元件、精密仪表机械、异种金属构件和薄板构件焊接。件和薄板构件焊接。一、金属焊接性一、金属焊接性1. 焊接性的概念焊接性的概念 焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，即金属材焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，即金属材料在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接料在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、焊接

48、工艺参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度。工艺参数和结构形式等），获得优质焊接接头的难易程度。 它包括两方面的内容，它包括两方面的内容，一是结合性能一是结合性能，即在一定焊接，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性；工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性；二是使用二是使用性能性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。适应性。 影响金属焊接性的因素很多，可归类为影响金属焊接性的因素很多，可归类为材料（化学成材料（化学成分、组织状态、力学性能等）、设计（结构形式）、工艺分、组织状态、力学性能等）、设计（结构形式

49、）、工艺（焊接方法、焊接规范）及服役环境等四方面。（焊接方法、焊接规范）及服役环境等四方面。11.3 常用金属材料的焊接性常用金属材料的焊接性 金属焊接性主要取决于金属材料的化学成分和物理特性等。对金属焊接性主要取决于金属材料的化学成分和物理特性等。对钢用钢用碳当量碳当量来估计其焊接性（因碳的影响最大，书上来估计其焊接性（因碳的影响最大，书上313页）。页）。 碳当量碳当量CE愈大焊接性愈差，愈大焊接性愈差，CE 0.6%时钢的焊接性差。时钢的焊接性差。(1) 钢的焊接性钢的焊接性 对碳钢，低碳钢的焊接性好，焊接时不需特殊的工艺措施（预对碳钢，低碳钢的焊接性好，焊接时不需特殊的工艺措施（预热等

50、），常用的焊接方法有手弧焊、埋弧焊、电渣焊、热等），常用的焊接方法有手弧焊、埋弧焊、电渣焊、CO2气体保气体保护焊和电阻焊。护焊和电阻焊。 中高碳钢焊接性差，易产生裂纹和淬火组织，焊接时需采取特中高碳钢焊接性差，易产生裂纹和淬火组织，焊接时需采取特殊的措施，选用抗裂性好的低氢型焊条，焊前预热和焊后热处理。殊的措施，选用抗裂性好的低氢型焊条，焊前预热和焊后热处理。 合金钢合金钢: 强度低的焊接性好，强度高的焊接性差，焊前需预热强度低的焊接性好，强度高的焊接性差，焊前需预热焊后需热处理，焊接方法和碳钢相似。焊后需热处理，焊接方法和碳钢相似。(2) 铸铁的焊接性铸铁的焊接性 焊接性差，易产生白口组织

51、、裂纹焊接性差，易产生白口组织、裂纹 、气孔、夹渣等缺陷。、气孔、夹渣等缺陷。 焊接方法有气焊、手弧焊和钎焊。按焊前是否预热分为热焊法焊接方法有气焊、手弧焊和钎焊。按焊前是否预热分为热焊法和冷焊法。和冷焊法。(3) 铜合金焊接铜合金焊接 焊接性差，原因有焊接性差，原因有: 1) 裂纹倾向大。高温下易氧化，形成低熔点的脆性共晶体分布在裂纹倾向大。高温下易氧化，形成低熔点的脆性共晶体分布在 晶界上，易引起热裂纹。晶界上，易引起热裂纹。 2) 气孔倾向大，液态铜溶解氢能力强，凝固时溶解度下降很快，气孔倾向大，液态铜溶解氢能力强，凝固时溶解度下降很快， 来不及逸出的氢形成气孔。来不及逸出的氢形成气孔。

52、 3) 容易产生焊不透缺陷，铜的导热性好，热容量大，焊接时必须容易产生焊不透缺陷，铜的导热性好，热容量大，焊接时必须 采用较大热量，否则不易焊透。采用较大热量，否则不易焊透。 4) 合金元素易氧化。铜合金中的合金元素，如黄铜中的锌、铝合金元素易氧化。铜合金中的合金元素，如黄铜中的锌、铝 青铜中的铝等青铜中的铝等,比钢更易氧化。比钢更易氧化。 铜及其合金的焊接常用氩弧焊、气焊、手弧焊和钎焊等方法，铜及其合金的焊接常用氩弧焊、气焊、手弧焊和钎焊等方法，以氩弧焊的焊接质量最好，焊接前应严格清理焊件，以减少氢的来以氩弧焊的焊接质量最好，焊接前应严格清理焊件，以减少氢的来源；焊前预热，以弥补热传导损失；

53、焊后锤击焊缝及进行再结晶退源；焊前预热，以弥补热传导损失；焊后锤击焊缝及进行再结晶退火，以细化晶粒和提高焊接质量。火，以细化晶粒和提高焊接质量。(4) 铝及其合金的焊接铝及其合金的焊接 铝及其合金的焊接性很差，其主要原因有铝及其合金的焊接性很差，其主要原因有: 1) 极易氧化。铝对氧的亲和力很强，生成的氧化膜组织致密，极易氧化。铝对氧的亲和力很强，生成的氧化膜组织致密， 熔点很高，覆盖在熔池表面，阻碍相互熔合，从而造成焊缝熔点很高，覆盖在熔池表面，阻碍相互熔合，从而造成焊缝 夹渣。夹渣。 2)易产生气孔。液态铝能溶解大量的氢，而凝固过程中溶解度下易产生气孔。液态铝能溶解大量的氢，而凝固过程中溶

54、解度下 降很快，来不及逸出的氢在焊缝中产生气孔。降很快，来不及逸出的氢在焊缝中产生气孔。 3)易产生裂纹。高温时铝的强度低，塑性差，且线膨胀系数大，易产生裂纹。高温时铝的强度低，塑性差，且线膨胀系数大， 焊件容易产生应力变形和裂纹。焊件容易产生应力变形和裂纹。 铝及其合金的焊接常用氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊等。氩弧铝及其合金的焊接常用氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊等。氩弧焊的保护作用最好，没有熔渣。一般采用直流电源反接法。要求不焊的保护作用最好，没有熔渣。一般采用直流电源反接法。要求不高的焊件可采用气焊，焊接前，须严格清理焊件表面的油污及杂质；高的焊件可采用气焊，焊接前，须严格清理焊件表面的油污及

55、杂质；焊后还应清除残留在工件上的熔剂，以防腐蚀。焊后还应清除残留在工件上的熔剂，以防腐蚀。 (5) 钛合金的焊接钛合金的焊接 焊接性差，焊接时会强烈吸收氧、氮和氢，产生焊接裂纹等。焊接性差，焊接时会强烈吸收氧、氮和氢，产生焊接裂纹等。 焊接方法主要有氩弧焊（高纯度氩）、等离子弧焊和电子束焊接方法主要有氩弧焊（高纯度氩）、等离子弧焊和电子束焊等。焊等。一、焊接结构材料的选择一、焊接结构材料的选择 在满足使用性能的前提下，首先应选用焊接性好的材料来制在满足使用性能的前提下，首先应选用焊接性好的材料来制造焊接结构。造焊接结构。 一般来说，一般来说，含碳量含碳量 0.25%的低碳钢和碳当量的低碳钢和碳当量 0.5%的碳钢和的碳钢和碳当量碳当量 0.4的合金钢，焊接性差，一般不宜选用的合金钢，焊接性差，一般不宜选用 , 必须采用时则必须采用时则须采取必要措施，以保证焊接质量。在满足焊接性能的条件下，应须采取必要措施，以保证焊接质量。在满足焊接性能的条件下，应优先选用强度等级低的低合金结构钢优先选用强度等级低的低合金