第五章 焊接与粘接

1、第五章 焊接和粘接第五章第五章 焊接和粘接焊接和粘接焊接的发展史焊接的发展史l我国是世界上应用焊接技术最早的国家之一。河南辉县战国墓战国墓中的殉葬铜器的耳和足耳和足就是用铸焊方法与本体连接的，比欧洲早早2000多年多年。l从秦始皇陵秦始皇陵陪葬坑出土的两乘大型彩绘铜车马彩绘铜车马更是突出的例子。采用了铸接、铆接、焊接、销钉连接铸接、铆接、焊接、销钉连接等方法将零件组合成铜车马。 焊接：焊接：通过加热或加压加热或加压，或两者同时并用同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力原子间结合力而连接成一体连接成一体的成形方法。材料连接方法材料连接方法：螺纹连接、销钉连接、铆接及焊接螺纹连接、销钉连接、铆

2、接及焊接等多种。等多种。焊接和其他连接方法焊接和其他连接方法最基本的区别最基本的区别：被焊的两部分金属产生了原子之间的互相溶解与扩散原子之间的互相溶解与扩散，并形成了共同晶体，在宏观上建立了永久性的连接永久性的连接。分类分类（Classification）：）：根据焊接过程中加热程度和工艺加热程度和工艺特点特点的不同，焊接方法可以分为三大类三大类。熔焊熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法缝的焊接方法压焊压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。方法称为压焊。

3、钎焊钎焊 采用比母材金属熔点低的金属采用比母材金属熔点低的金属（称为钎料），将焊件和钎料加热到（称为钎料），将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间隙并与固态利用液态钎料填充接头间隙并与固态母材通过扩散实现连接焊件的方法。母材通过扩散实现连接焊件的方法。焊接方法分为焊接方法分为三大类三大类熔焊、压力焊、钎焊等。熔焊、压力焊、钎焊等。 （1 1）节省材料，降低成本；）节省材料，降低成本； （2 2）化大为小，拼小为大；）化大为小，拼小为大； （3 3）生产率高）生产率高 （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接

4、要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型； （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复。）修复。是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。应用应用（application）：焊接技术在机器制造、造船工业、机器制造、造船工业、建筑工程、航空及航天工业建筑工程、航空及航天工业等应用十分广泛。如自行车三自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、船舶、车辆角架、钢窗、锅炉、压力容器、船舶、车辆等。旧金山的金

5、门大桥，它是由旧金山的金门大桥，它是由8775087750吨钢材焊接拼成的。吨钢材焊接拼成的。 由焊接工艺制造全钢结构由焊接工艺制造全钢结构组成的帝国大厦建成。组成的帝国大厦建成。 采用焊接工艺制造的核潜艇采用焊接工艺制造的核潜艇 小资料小资料：灵山大佛高：灵山大佛高88m（含莲花底座为含莲花底座为101.5m）；）；重重800多吨；由多吨；由1560块厚度为块厚度为8mm的青铜焊接而成；的青铜焊接而成；焊缝长达焊缝长达30公里。公里。常用焊接方法常用焊接方法: 熔焊熔焊(fusion welding) 压焊压焊(pressure welding) 钎焊钎焊(brazing) 一、熔焊一、熔焊

6、:利用各种热源将构利用各种热源将构件的连接部分加热，使之熔化件的连接部分加热，使之熔化并熔合在一起，待其冷却凝固并熔合在一起，待其冷却凝固后形成焊缝从而将构件连接起后形成焊缝从而将构件连接起来的焊接方法。来的焊接方法。 电弧焊电弧焊 电弧焊是利用电弧来电弧焊是利用电弧来加热和熔化金属的。加热和熔化金属的。 电弧焊电弧焊气焊气焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊 等等电源+ 焊条电弧焊的焊接回路由弧焊电源、电缆、焊钳、焊条、电弧和焊件组成。 焊条电弧焊主要设备是弧焊电源主要设备是弧焊电源，它的作用是为焊接电弧稳定燃烧提供所需要的、合适的电流和电压。焊接电弧是负载，焊接电缆连接电源与焊钳和焊件。 1)、

7、焊条电弧焊的基本原理、焊条电弧焊的基本原理 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它利用焊条与焊件之间建立起来的稳定燃烧的电弧，使焊条和焊件熔化，从而获得牢固的焊接接头。焊条电弧焊原理焊条电弧焊原理1药皮；药皮；2焊芯；焊芯；3保护气；保护气；4电弧；电弧；5熔池；熔池；6母材；母材；7焊缝；焊缝；8焊渣；焊渣；9熔渣；熔渣；10熔滴熔滴 焊接过程中：焊接过程中：v 药皮：药皮：不断地分解、熔化而生成气体及熔渣，保护焊条端部、电弧、熔池及其附近区域，防止大气对熔化金属的有害污染。v 焊芯：焊芯：在电弧热作用下不断熔化，进入熔池，成为焊缝的填充金属。 三、电焊条三、电焊条 是指在一定长

8、度的金属丝外表层均匀地涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的手工电弧焊焊接材料，简称为“焊条焊条”。2、焊条的功能、焊条的功能 电焊条由焊芯、涂料药皮焊芯、涂料药皮两部分组成。 目前在焊接生产中广泛使用的基本上都是厚厚药皮焊条药皮焊条。 1）焊芯）焊芯 焊芯：焊芯：是指电焊条用的被药皮包覆的金属芯。 作用：作用： （1）传导电流，产生焊接电弧； （2）焊芯本身熔化形成焊缝中的填充金属。焊条药皮的作用可分为：焊条药皮的作用可分为： (1) 稳弧剂 (2) 造渣剂 (3) 脱氧剂(又称还原剂) (4) 造气剂 (5) 合金剂(6) 增塑剂(5) 合金剂2 2）埋弧焊）埋弧焊 埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下

9、燃烧进行焊接的方法，其电是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。 埋弧焊焊接过程埋弧焊焊接过程1焊件焊件 2焊剂焊剂 3焊剂漏斗焊剂漏斗 4焊丝焊丝5送丝滚轮送丝滚轮 6导电嘴导电嘴 7焊缝焊缝 8渣壳渣壳过程：在焊缝处堆放焊剂过程：在焊缝处堆放焊剂焊丝送焊丝送入电弧区入电弧区选定的弧长选定的弧长电弧燃烧电弧燃烧焊机带动焊丝匀速前移（或工件焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）匀速运动）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14

10、22mm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。3）气体保护焊）气体保护焊氩弧焊氩弧焊 利用二氧化碳或氩气保护电弧热源及利用二氧化碳或氩气保护电弧热源及焊缝区焊缝区进进行焊接。行焊接。

11、特点及应用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。CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。和低合金结构钢薄板的焊接。4）等离子弧焊）等离子弧焊 利用机械

12、压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离子体。等离子体。 等离子弧温度高达等离子弧温度高达24000K以上，能量密度可达以上，能量密度可达105106 ，因而可一次性熔化较厚的材料

13、。，因而可一次性熔化较厚的材料。等离子弧可用于焊接和切割等离子弧可用于焊接和切割。2/cmw等离子弧焊的特点及应用等离子弧焊的特点及应用 等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。1010 12mm12mm厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快，生产率高，应力变形小。快，生产率高，应力变形小。 电流电流小到小到0.1A0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度与方向性，所以直度与方向性，所以可焊接很薄的箔材可焊接很薄的箔材。 等离子弧焊接在生产中已广泛应用

14、等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及，特别是国防工业及尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继属的焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可用等离子弧焊接。用等离子弧焊接。 但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室只宜于室内焊接。内焊接。2. 真空电子束焊真空电子束焊 电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转电子束焊是利用高速运

15、动的电子撞击工件时，将动能转化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。 电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一倍的板厚，一般不能超过般不能超过0.2mm。电子束焊的特点及应用电子束焊的特点及应用 保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。 能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属。金属。 加热小，焊接变形小。加热小，焊接变形小。 电子

16、束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。3. 激光焊激光焊 利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密度达度达1013 ，从而使材料熔化焊接。激光焊分为，从而使材料熔化焊接。激光焊分为脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业中的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激中的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激光焊可焊较厚的板材，接缝间隙很小。

17、光焊可焊较厚的板材，接缝间隙很小。2/cmw激光焊接过程激光焊接过程激光焊激光焊的特点的特点 高能高速焊，无焊接变形。高能高速焊，无焊接变形。 灵活性大。灵活性大。 生产率高，材料不易氧化。生产率高，材料不易氧化。 设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。 压力焊压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（个分离表面的原子接近到晶格距离（0.30.30.5nm)0.5nm)，形成金属键，从而

18、获得不可拆卸接头的一类焊接方法。形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。 热源形式为热源形式为：电阻热、高：电阻热、高频热、摩擦热等。频热、摩擦热等。电阻焊可分为点焊、缝焊、电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。对焊。点焊点焊 电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头，电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头， 并压紧在两极间，并压紧在两极间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法。由利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法。由于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高，于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高，工件表面光滑，变形较小。工件表面光滑，变形较小。 电阻点焊主要用于

19、板厚小于电阻点焊主要用于板厚小于 4mm 4mm 的薄板结构，特殊情况可达的薄板结构，特殊情况可达 10mm 10mm 。电阻点焊广泛用。电阻点焊广泛用于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。 点焊接头形式点焊接头形式缝焊缝焊 缝焊过程与点焊相似都属于搭接电阻焊。缝焊过程与点焊相似都属于搭接电阻焊。缝焊一般只适用于焊接缝焊一般只适用于焊接3mm3mm以下的薄板结构，如油箱、烟道以下的薄板结构，如油箱、烟道焊接等。焊接等。 （1 1）电阻对焊）电阻对焊 先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑性温度性

20、温度(950(9501000)1000)。在压力下塑变和再结晶形成固态。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头（图焊接接头（图12-77a12-77a）。电阻对焊要求对接处焊前严格清）。电阻对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，理，所焊截面积较小，一般用于钢筋的对接焊。一般用于钢筋的对接焊。对焊 （2 2）闪光对焊）闪光对焊 闪光对焊是两焊件先不接触，接通电源，再移动闪光对焊是两焊件先不接触，接通电源，再移动焊件使之接触。由于工件表面不平，接触点少，其电焊件使之接触。由于工件表面不平，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，流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆

21、破，以火化形式从接触处飞射出来，形成以火化形式从接触处飞射出来，形成“闪光闪光”，闪光，闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。经多次闪光加热后，端面达到均匀半熔度迅速升高。经多次闪光加热后，端面达到均匀半熔化状态，此时断电并迅速对焊件加压顶锻，形成焊接化状态，此时断电并迅速对焊件加压顶锻，形成焊接接头。接头。 闪光对焊主要闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。组织，所以性能高。 钎焊

22、钎焊: :是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。一种焊接方法。 1 1硬钎焊硬钎焊 钎料熔点在钎料熔点在450450以上，接头强度较高，都在以上，接头强度较高，都在200MPa200MPa以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。 2 2软钎焊软钎焊 钎料熔点为钎料熔点为450450以下，接头强度较低，一般不超以下，接头强度较低，一般不超过过70MPa70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的，所以只用

23、于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。 钎焊过程中，一般都需要使用钎焊过程中，一般都需要使用。钎剂的作用是：。钎剂的作用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改善钎料流清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及焊件不被氧入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及焊件不被氧化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。时，时，常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。 硬钎焊时，硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。 粘接粘接是利用是利用胶粘剂胶粘剂把两种性质相同或不同的把两种性质相同或不同的物质牢固地粘合在一起的连接方法。胶粘剂所