第九章 焊接成形

1、第九章焊接成形9.1 焊接成形原理及过程9.2 焊接成形方法9.3 焊接成形工艺9.4 焊接成形构件的结构设计9.5 焊接新技术焊接零件实物金属焊缝横截面纹理9.1 焊接成形原理及过程焊接是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。过程：焊件的加热、焊件中的热传递、焊件的冷却。焊接的特点：a) 加热具有局部性b) 焊接热源时移动的c) 具有极高的加热速度和冷却速度优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高 ；2）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周

2、期短 ；4）易于实现机械化和自动化。 9.1.1 9.1.1 焊接成形原理及过程焊接成形原理及过程缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便 ；2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形； 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。 焊接方法可分为： 1）熔焊：利用局部加热的方法，把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，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。 2）压焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：利用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一种焊接方法。 9.1.2 9.1.2 焊

3、接热源焊接热源能源是实现焊接的基本条件。要求特点： 热源高度集中、保证致密而强韧的焊缝、最小的焊接热影响区种类：电弧热：气体介质放热化学热：化学反应放热电阻热：电流通过导体产生的电热高频热源：高频感应，磁场效应产热摩擦热：机械摩擦产热电子束：告诉运动电子运动轰击表面产热激光束：受激辐射产生热量1. 焊接热源2. 焊接温度场：温度分布的空间焊接时工件温度的分布情况：等温线和等温面来表示在焊接过程中，焊件上各点的温度分布是空间和时间的函数，即T=f（x,y,z,t）。某一瞬间焊件上各点的温度分布可用焊接温度场来表示。以钢板焊接为例，热源以一定速度移动时，俯视观察会发现钢板各部分受热的温度分布呈一系

4、列椭圆形的等温线，如图所示，每条线上的温度都是相等的。在热源的中心部位是熔化金属形成的熔池，它的边缘相当于钢的熔点。离熔池越远，温度逐渐降低。在热源移动的前方，温度梯度最大（等温线最密），而在其后方，温度梯度平缓。如果热源是静止的（如点固焊时），等温线变成许多同心圆；热源移动速度越大，各椭圆的长轴越长而短轴越短。3. 焊接热循环焊接热循环：在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上某点的温度随时间变化的过程如图所示。不同点，其热循环不同，即最高加热温度、加热速度和冷却速度均不同。对焊接质量起重要影响的参数有：最高加热温度、在过热温度11000C以上停留时间和冷却速度等。其特点是加热和冷却速度都很快。对

5、易淬火钢，焊后发生空冷淬火，对其他材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。特点：加热速度快、温度高、高温停留时间短、冷却速度快 焊接热循环曲线9.1.3 9.1.3 焊接化学冶金焊接化学冶金 焊接的冶金过程如图所示,母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。 金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧化反应： 焊条电弧焊过程FeOOFeMnOOMn2SiO2OSi32OCr3O2Cr32OAl3O2Al 药皮反映区t2 焊条熔滴温度 熔滴反映区t3弧柱间熔滴温度 熔滴池反映区t4熔池表面温度t1 药皮开始反映温度t5熔池凝固温度焊

6、接的冶金过程：药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区加热焊接材料熔化焊材熔滴向熔池转移 能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量，；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。 氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。 其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降；析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（Fe4N）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。 焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：1）金属熔池体积小，熔池处于液

7、态时间短，冶金反应不充分；2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。 为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：1）减少有害元素进入熔池，主要采用机械保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体（CO2，氩气）等）。2）清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。 补充补充1）.焊接接头组织与性能 以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图所示。受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域，叫焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的

8、过渡区，叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。低碳钢焊接接头的组织变化a.焊缝区 焊接热源向前移去后，熔池液体金属迅速冷却结晶，结晶从熔池底部未熔化的半个晶粒开始，垂直熔合线向熔池中心生长，呈柱状树枝晶，如图所示；结晶过程中将在最焊缝的柱状树枝晶后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。b.熔合区 化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性极差，产生裂纹和脆性破坏，其性能是

9、焊接接头中最差的。3. 热影响区 热影响区各点的最高加热温度不同，其组织变化也不相同。如图所示，热影响区可分为过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。 1）过热区：最高加热温度在11000C以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织。塑性和韧性明显下降，是热影响区中力学性能最差的部位。2）正火区：最高加热温度在Ac3至11000C的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，力学性能较好。3）部分相变区：最高加热温度在Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不均匀，性能较差。 低碳钢焊接接头的组织变化 低碳钢焊接接头的组织、性能变化如图所示，熔合区和过热区性能最差，热影响区越小越好，其影响因素有

10、焊接方法、焊接规范、接头形式等。4. 影响焊接接头性能的因素 焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。具体有：1）焊接材料、焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分。2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量。低碳钢焊接接头的性能分布3）焊接工艺。焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数。线能量:指熔焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。5）接头形式、工件厚度、施焊环境

11、温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。 2）.金属的焊接性能1.金属焊接性的概念 焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括工艺焊接性，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性，焊接接头对使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。 焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好。2.金属焊接性的间接评价方法 碳当量法：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性影响程度换算成

12、碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算公式如下： 1556CECuNiVMoCrMncwwwwwww 碳当量越高，焊接性越差。一般当CE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。 值得注意的是，钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度的影响，故应根据具体情况进行抗裂试验及使用焊接性试验。 3） 焊接应力和变形1.焊接应力与变形产生的原因 焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。图是低碳钢平板对接焊时产生应力和变形的示意图。 平板焊接时，要产生热胀冷缩。加热时，如自由膨胀则如图a中虚线所示，但由于受到阻碍，产生同样伸长，故高温处

13、产生压应力，低温处产生拉应力，两者平衡。冷却后，由于冷却速度不同，高温处冷却慢，收缩大。同样最后在高温处产生拉应力，低温处产生压应力。平板对接焊的应力焊接过程中冷却后 一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。2. 焊接应力与变形的危害焊接应力：1）增加结构工作时的应力，降低承载能力；2）引起焊接裂纹，甚至脆断；3）促使产生应力腐蚀裂纹；4）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。 焊接变形：1）使工件形状尺寸不合要求；2）影响组装质量；3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，

14、降低承载能力。 3. 焊接应力与焊接变形的防止防止措施：（1）尽量减少焊缝数量和尺寸，避免焊缝密集交叉。（2）采用合理的焊接顺序。 先焊收缩量较大的焊缝； 先焊工件受力较大的焊缝； 先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。对称焊接方法（3）焊前预热；（4）反变形法；（5）焊前刚性固定（6）锤击焊缝法；（7）焊后去应力退火处理。4. 焊接残余变形的矫正常用方法有：a） 机械矫正法依靠新的塑性变形来矫正焊接变形。适用范围：塑性好的低碳钢、普通低合金钢。b） 火焰矫正法依靠新的收缩变形来矫正原有焊接变形。适用范围：仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。9.1.4 9.1.4 焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、保

15、护气体和钎料焊接材料：焊条、焊丝、焊剂、保护气体和钎料 定义： 焊接过程中的各种填充金属以及为了提高焊接质量而附加的保护物质统称为焊接材料。包括： 焊条、 焊丝、 焊剂、 焊带、保护气体、电极和衬垫等。焊接材料应具有以下作用：1. 保证电弧稳定燃烧电弧稳定燃烧和焊接熔滴顺利过渡熔滴顺利过渡；2. 在焊接过程中保护液态熔池保护液态熔池金属，以防止空气侵入；3. 进行冶金反应冶金反应和过渡合金过渡合金元素，调整和控制焊缝金属的成分与性能；4. 防止气孔、裂纹气孔、裂纹等焊接缺陷的产生；5.改善焊接工艺性能改善焊接工艺性能，在保证焊接质量的前提下尽可能提高 焊接效率。 1. 焊条1）组成及作用 焊条

16、由焊芯和药皮两部分组成。焊条在焊芯外将药皮均匀、向心地压涂在焊芯上。a）焊芯 焊芯的作用： 作为填充金属和传导电流。焊芯的表示方法： 焊芯牌号的首位字母是“H”，后面的数字表示含碳量，其它合金元素含量的表示方法与钢材的表示方法大致相同。对高质量的焊条焊芯，尾部加“A”表示优质钢，加“E”表示特优质钢。b）药皮焊条药皮由多种原材料组成，焊条药皮可以采用氧化物、碳酸盐、有机物、氟化物、铁合金等数十种原材料粉末，按照一定的配方混合而成。各种原材料根据其在焊条药皮中的作用，可分成以下几类：稳弧剂、造渣剂、脱氧剂、造气剂、合金剂、增塑剂、粘结剂等。焊条药皮具有下列作用： 提高焊接电弧的稳定性； 保证熔化

17、金属不受外界空气的影响； 过渡合金元素使焊缝获得所要求的性能； 改善焊接工艺性能、提高焊接生产率。2）分类电焊条的分类方法很多，可分别按用途、熔渣的碱度、焊条药皮的主要成分、焊条性能特征等对电焊条进行分类。a) 按用途分类电焊条按用途可分为十大类，表中还列出焊条型号按化学成分进行分类的方法以便于比较。电焊条分类表电焊条分类表2）按熔渣碱度分类 在实际生产中，通常将焊条分为两大类-即按熔渣中酸性氧化物与碱性氧化物的比例分类 酸性焊条酸性焊条 碱性焊条（又称低氢型焊条）碱性焊条（又称低氢型焊条） a)工艺性能比较： 从焊接工艺性能来比较，酸性焊条电弧柔软，飞溅小，熔渣流动性和覆盖性均好，因此，焊缝

18、外表美观，焊波细密，成形平滑；碱性焊条的熔滴过渡是短路过渡，电弧不够稳定，熔渣的覆盖性差，焊缝形状凸起，且焊缝外观波纹粗糙，但在向上立焊时，容易操作。 b)力学性能比较： 酸性焊条的药皮中含有较多的氧化铁、氧化钛及氧化硅等，氧化性较强氧化性较强，因此在焊接过程中使合金元素烧损合金元素烧损较多较多，同时由于焊缝金属中氧和氢含量较多，因而熔敷金属塑性、韧性较低塑性、韧性较低。 碱性焊条的药皮中含有多量的大理石和萤石，并有较多的铁合金作为脱氧剂和渗合金剂，因此药皮具有足够的脱氧能力。另外，碱性焊条主要靠大理石等碳酸盐分解出CO2做保护气体，与酸性焊条相比，弧柱气氛中氢的分压较低，且萤石中的氟化钙在高

19、温时与氢结合成氟化氢（HF），从而降低了焊缝中的含氢量，故碱性焊条又称为低氢型低氢型焊条。但由于氟的反电离作用氟的反电离作用，为了使碱性焊条的电弧能稳定燃烧，一般只能采用直流反接（即焊条接正极）进行焊接，具有较高的塑性和冲击韧性。 a) 焊条型号示例： E X1，X2，X3，X4 E 43 1 5表示焊条药皮类型为低氢钠型，采用直流反接焊接表示熔敷金属抗拉强度的最小值表示适用于全位置焊接表示焊条3）焊条的型号和牌号b) 电焊条的牌号编制 焊条牌号是根据焊条的主要用途及性能特点来命名的，分为十大类。各大类焊条按主要性能不同再分成若干小类。表示方法：字母(或汉字)3位数字表示。拼音字母(或汉字)：

20、表示焊条各大类,后面的三位数字中,前面两位数字表示各大类中的若干小类,第三位数字表示各种焊条牌号的药皮类型及焊接电源,焊条牌号中第三位数字列于表，其中盐基型主要用于有色金属焊条(如铝及铝合金焊条等),石墨型主要用于铸铁焊条及个别堆焊焊条中。焊条牌号中第三位数字的含意 注:表中口表示焊条牌号中的拼音字母或汉字,表示牌号中的前两位数字。 2. 焊丝焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。在气焊和钨极气体保护电弧焊时，焊丝用作填充金属；在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时，焊丝既是填充金属，同时也是导电电极。焊丝的表面不涂防氧化作用的焊剂。种类：1）轧制焊丝2）铸造焊丝3）药芯焊

21、丝3. 焊剂焊接时，能够熔化形成熔渣和（或）气体，对熔化金属起保护和冶金物理化学作用的一种物质。焊剂的功能部分可分为三个：a、去除焊接面的氧化物，降低焊料熔点和表面张力，尽快达到钎焊温度。b、保护焊缝金属在液态时不受周围大气中有害气体影响。c、使液态钎料有合适流动速度以填满钎缝。4. 保护气体保护气体是指焊接过程中用于保护金属熔滴、熔池及焊缝区的气体，它使高温金属免受外界气体的侵害。5. 钎料为实现两种材料（或零件）的结合，在其间隙内或间隙旁所加的填充物。钎料的熔点必须比焊接的材料熔点低。适宜于连接精密、复杂、多铤缝和异类材料的焊接。钎料按熔点高低分为软钎料（熔点低于450的钎料），硬钎料（熔

22、点高于450的钎料）高温钎料（熔点高于950的钎料）。钎料按组成分软钎料有锡基、铅基、锌基等钎料。硬钎料有铝基、银基、铜基、镍基等钎料。9.1. 9.1. 焊接成形过程的特点焊接成形过程的特点1、设备投资少、成本相对较低2、节省材料和工时3、简化工艺 焊接方法的种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。常用焊接方法有: 熔焊 堆焊与喷涂 高能焊 电渣焊 电弧焊 气焊 激光焊 电子束焊 等离子弧焊 气体保护焊 埋弧焊 焊条电弧焊9.2 焊接成形方法 压焊 摩擦焊 扩散焊 电阻焊 超声波焊 爆炸焊 对焊 点焊 缝焊 钎焊 真空钎焊 感应钎焊 炉中钎焊 电阻钎焊 盐浴钎焊 火焰钎焊

23、 烙铁钎焊焊接成形方法：熔化焊、压力焊和钎焊。9.2.1 9.2.1 熔化焊熔化焊 熔焊，是指焊接过程中，将焊接接头在高温等的作用下至熔化状态。由于被焊工件是紧密贴在一起的，在温度场、重力等的作用下，不加压力，两个工件熔化的融液会发生混合现象。待温度降低后，熔化部分凝结，两个工件就被牢固的焊在一起，完成焊接的方法。1. 1. 手工电弧焊手工电弧焊 手工电弧焊使用各种各样的方法保护焊接熔池，防止和大气接触。热能由电弧提供。电极为自耗电极。金属电极外由矿物质熔剂包覆，熔剂熔化时形成焊渣(药皮)盖住焊接熔池。包覆的熔剂释放出气体保护焊接熔池，含有合金元素用来补偿合金熔池的合金损失。2. 2. 埋弧自

24、动焊埋弧自动焊 埋弧焊，是电弧在焊剂层下燃烧，用机械自动引燃电弧并进行控制，自动完成焊丝的送进和电弧移动的一种电弧焊方法1 焊丝盘； 2 操纵盘；3 车架；4 立柱；5 横梁；6 焊剂漏斗； 7 送丝电机；8 送丝滚轮；9 小车电机； 10 机头；11 导电嘴；12 焊剂；13 渣壳；14 焊缝；15 电缆埋弧焊装置示意图埋弧焊的特点和应用（1）生产率高；熔深 是手工电弧焊的 4 5 倍，生产率是手工电弧焊的 5 10 倍。（2）焊缝质量好；熔池保护效果好，焊接工艺参数稳定。（3）成本低；（4）劳动条件好；（5）适应性差； 只适于平焊直缝和环缝，不适于 1mm的薄板。（6）焊前准备要求严格；（

25、7）设备较复杂，投资大。应用范围：板厚= 6 60 mm 的各种钢板焊件。3. 3. 气体保护焊气体保护焊用外加气体作为电弧介质来保护电弧区和焊接区的弧焊方法。保护气体通常有：惰性气体 Ar活性气体 CO21）. 氩弧焊用氩气保护电弧区和焊接区的弧焊方法。氩气不与金属发生反应 ，引燃的电弧很稳定。气体保护焊（1）熔化极氩弧焊（MIG）采用可熔化的实心焊丝或药芯焊丝作电极，以电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属的气体保护焊。保护气体：Ar、CO2、 Ar+O2、Ar+CO2 等。熔化极氩弧焊特点：焊接所有金属；母材熔深大、焊速快、生产率高；明弧可见，易于操作；焊缝含氢量低，质量好；全位置焊接，常用于

26、焊接 25 mm 的焊件。焊丝要求：成分应与母材成分相近；直径 d = 0.8 2.5 mm。气 体 保 护 焊（2）非熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊）以金属钨或钨合金棒作电极，燃烧于钨极与焊件间的电弧为热源，氩气为保护气体的焊接成型方法。适用范围：材料厚度 6 mm，（ 3 mm 最佳）2. CO2气体保护焊（ CO2焊）用CO2 气体作为保护气体的气体保护焊。焊丝既是电极又是填充金属，利用电弧热熔化金属。 细焊丝 粗焊丝d极 = 0.5 1.2 mmd极 1.6 mm特点： 生产率高，比焊条电弧焊高 1 4 倍； 焊缝质量较好； 成本低；CO2气体保护焊 明弧无渣，熔池便于监控； 焊缝成形较差。

27、 CO2 是氧化性气体，焊接中有金属飞溅问题； 设备较复杂，不便维修。加工件厚度：= 0.8 4 mm，max = 25 mm应用：CO2适于焊接低碳钢、强度等级不高的低合金结构钢。气 焊（补充）利用气体火焰作热源的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊。1. 气焊过程和特性T火焰T电弧；气焊变形大；易产生气孔、夹渣。焊接= 0.5 2 mm薄钢板、铜、铝等有色金属及合金 。气焊装置9.2.2 9.2.2 压力焊压力焊 压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。常用的有电阻焊和摩擦焊。 1 1、电阻焊电阻焊

28、 电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。 1.点焊 点焊：是利用电流通过两圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热，将焊件加热并局部熔化，形成一个熔核（其周围为塑性状态），然后在压力下熔核结晶，形成一个焊点的焊接方法。 点焊的主要焊接参数是电极压力、焊接电流和通电时间。压力过大、电流过小，会使热量少，焊点强度下降；压力过小、电流大会使热量大而不稳定，易飞溅，烧穿。 点焊时会发生点焊分流现象，故焊点间距不宜过小。过程：预压 通电 断电锻压 2.缝焊 缝焊与点焊同属于搭接电阻焊，

29、焊接过程与点焊相似，采用滚盘作电极，边焊边滚，相邻两个焊点重叠一部分，形成一条有密封性的焊缝。焊接分流现象较严重，故同等条件下焊接电流较大，主要用于有密封性要求的薄板件。3. 对焊 对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊，可分为电阻对焊和闪光对焊。1）电阻对焊：先加预压，使两端面压紧，再通电加热，使待焊处达到塑性温度后，再断电加压顶锻，产生一定塑性变形而焊合。适于截面简单、直径小于20mm和强度要求不高的杆件。2）闪光对焊：两焊件不接触，先加电压，再移动焊件使之接触，由于接触点少，其电流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆破，呈高温颗粒飞射出来，称为闪光；经多次闪光加热后，端面均

30、匀达到半熔化状态，同时多次闪光把端面的氧化物也清除干净，于是断电加压顶锻，形成焊接接头。 对焊断面形状应相近，以保证断面均匀加热。 其焊接质量较高，常用于重要零件焊接。 4. 电阻焊特点及应用1）加热迅速，温度较低，焊接热影响区及变形小，易获得优质接头；2）不需外加填充金属和焊剂；3）电阻对焊无弧光，噪声小，烟尘、有害气体少，劳动条件好；4）焊件结构简单、重量轻、气密性好，易于获得形状复杂的零件；5）易实现机械化、自动化，生产率高。6）焊接接头质量不稳定；7）焊机复杂，造价较高； 点焊适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。缝焊适于板厚3mm以下，焊缝规

31、则的密封结构的焊接。对焊主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。2 2、摩擦焊摩擦焊 摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。 步骤：机械能转化为热能； 材料塑性变形； 热塑性下的锻压； 分子间扩散再结晶。特点：1）接头质量好且稳定；2）生产率高、成本低；3）适用范围广；4）生产条件好； 摩擦焊用于圆形工件、棒料管子的对接。摩擦焊接头形式3 3、高频焊高频焊 高频焊(high-frequency welding)是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近

32、的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。高频焊的高频电流的两大效应的内容为：集肤效应当导体通以交流电流时，导体断面上出现的电流分布不均匀，电流密度由导体中心向表面逐渐增加，大部分电流仅沿导体表层流动的一种物理现象。导体的电阻率越低、磁导率越大、电流的频率越高，其集肤效应越显著。邻近效应当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流会集中于导体邻近侧流动的一种特殊的物理现象。高频焊通常使用的电流频率范围为300450kHz，有时也使用低至10kHz的频率。9.2.3 9.2.3 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

33、钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊按钎料熔点可分为软钎焊、硬钎焊。钎剂能除去氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎料湿润性和毛细流动性。 1. 软钎焊 钎料熔点在4500C以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌溶液作钎剂。其接头强度低，工作温度低，具较好的焊接工艺性，用于电子线路的焊接。2. 硬钎焊 钎料熔点在4500C以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。接头强度较高，工作温度也高，用于机械零部件的焊接。 9.3 焊接成形工艺9.3.1 9.3.1 焊接成形工

34、艺分析焊接成形工艺分析 焊接成形工艺分析是指在整个焊接产品投产前对其焊件结构、材料、技术要求进行分析研究，提出问题及制定解决问题的方法。重点：根据焊件的整体结构和焊缝布置情况，分析因焊接成形工艺问题引起焊件结构整体或局部变形的方向和大小，制定采用控制和减小焊接应力及变形的最佳方案（包括焊接方法、装焊顺序、焊接参数及其他工艺措施等），并且要求在分析制定的同时进行方案论证。9.3.2 9.3.2 焊接成形工艺过程焊接成形工艺过程过程：备料-装配-焊接-焊接变形矫正-质量检查-表面处理（热喷涂和油漆等）9.3.3 9.3.3 焊接成形工艺评价焊接成形工艺评价 焊接成形工艺评价是通过对焊接试样所做的力

35、学性能试验，来判断整个焊接生产过程是否合格，即评价焊接成形工艺的正确性。1. 目的1）评定施焊单位是否有能力焊出符合相关国家标准和行业标准，以及技术规范所要求的焊接接头；2）验证施焊单位所拟定的焊接成形工艺指导书是否正确；3）为制定正式的焊接成形工艺指导书或焊接成型工艺卡提供可靠的技术依据。2. 条件和规则1）改变焊接成形方法；2）改变焊接材料；3）改变坡口形式；4）改变焊接成形工艺参数；5）改变热规范参数3. 评价的程序1）确定应评价的焊接成形典型接头的数量和类型；2）编制焊接成形工艺评价指导书；3）依据确定的典型接头形式，按标准加工出一定数量的待焊试件；4）焊接成形 设备及工艺装备的准备；

36、5）试样的焊接应按照操作进行并做好记录；6）焊接试样常规检测；7）编制焊接成形工艺评价报告。9.4 焊接成形构件的结构设计焊接工艺设计的主要内容是根据焊接结构工作时的负荷大小和种类、工作环境、工作温度等使用要求，合理选择结构材料、焊接材料和焊接方法，正确设计焊接接头、制定工艺，焊接技术条件和焊缝的合理布置等。9.4.1 9.4.1 焊接成形构件材料的选择焊接成形构件材料的选择焊接结构在选材时，总的原则是在满足使用性能的前提下，选用焊接性好的材料。如低碳钢和低合金钢；对不同部位选用不同材料时，要考虑其焊接性的差异，对焊接性较差的材料可采用预热和焊后热处理，并尽量采用型材。（1）应尽量选用焊接性较

37、好的材料；（2）尽量采用轧制型材，以减少焊缝数量；（3）焊接结构尽量选用同种金属材料制作。1. 碳素结构钢和低合金结构钢的焊接性能1）低碳钢：焊接性能优良，可采用任何一种焊接方法。2）中碳钢：焊接性能中等，焊缝易产生热裂，热影响区易产生脆硬组织甚至冷裂。常采用手工电弧焊和气焊，须预热。3）高碳钢：焊接性能差，采用焊条电弧焊对其补焊，应预热。4）低合金结构钢：强度级别低的焊接性好，强度级别较高的焊接性较差。常用手工电弧焊和埋弧焊。常用金属材料的焊接性能2. 铸铁的焊接性能 铸铁的焊接性能差。1）焊接接头易产生白口和脆硬组织；2）裂纹倾向大；3）焊缝中易产生气孔和夹渣。 铸铁不宜作焊接结构材料，只

38、进行修复性补焊。可采用热焊（4000C以上）和冷焊。焊接方法可采用电弧焊和气焊。3. 常用有色金属及其合金的焊接性能（1）铜及铜合金 焊接性能比低碳钢差。1）导热性好，热容量大，易产生焊不透现象；2）线膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接应力或变形大；3）易生成氢气孔； 常采用氩弧焊、气焊和钎焊。焊前预热，焊后热处理。可采取如下措施：1）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜；2）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源；3）焊前预热，焊后再结晶退火。（2）铝及铝合金 焊接特点如下：1）极易氧化，应清除氧化物，采用氩气保护；2）容易形成气孔；4）铜在高温易氧化，引起热裂纹；5）铜合

39、金中的合金元素易氧化和蒸发，降低焊缝力学性能，易产生热裂、气孔和夹渣。（3）钛及钛合金1）焊接时易吸收气体使接头变脆。2）易产生裂纹。 常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。3）容易产生热裂纹；4）易产生焊缝塌陷，须采用垫板。9.4.2 9.4.2 焊接成形方法的选择焊接成形方法的选择需要考虑的方面：1）焊接材料；2）焊件接头类型和焊缝空间；3）板厚；4）焊接结构及工作条件。9.4.3 9.4.3 焊接接头的作用和设计焊接接头的作用和设计1. 作用：连接作用；传力作用2. 焊接接头形式：焊接接头形式设计和焊接坡口形式设计a）焊接接头形式 常用的基本接头形式有对接接头、盖板接头、搭接接头

40、、角接接头、T形接头、十字接头和卷边接头等，如图所示。其选择应根据结构的形状和焊接生产工艺而定，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。 对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对接；熔化焊可采用对接、搭接，角接和T形接对比选择。压力容器一般采用对接，桁架结构一般采用搭接。对于气焊和钨极氩弧焊可采用卷边接头。 b）焊接坡口形式设计开坡口的目的是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观，通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要取决于板料厚度。1）对接接头坡口形式设计。 对接接头的基本坡口形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口、双U形坡

41、口等，如图所示。同样板厚条件下：双Y形坡口比V形坡口所需金属少，焊接工时也少，焊接变形也小；U形坡口也比V形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。 带钝边U形坡口 带钝边双U形坡口几种对接接头坡口形式2）角接接头坡口形式设计。 角接接头基本坡口形式有I形坡口、错边I形坡口、Y形坡口、V形坡口等，如图所示。I 形坡口 错边I 形坡口 带钝边单边V形坡口 Y形坡口 带钝边双单边V形坡口角接接头坡口形式3）T形接头坡口形式设计。 T形接头基本坡口形式有I形坡口、V形坡口等，如图所示。 I 形坡口 带钝边单边V 形坡口 带钝边双单边V形坡口T形接头坡口形式 4）对不同厚度的板材，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图所示。a)