材料成形基础10-焊接部分.

1、第八章第八章 焊接方法与工艺焊接方法与工艺焊接是两个分离的工件，通过局部加热或加焊接是两个分离的工件，通过局部加热或加压，利用原子间或分子间的结合形成不可拆的压，利用原子间或分子间的结合形成不可拆的永久连接的工艺方法永久连接的工艺方法实质：原子、分子间形成牢固实质：原子、分子间形成牢固结合结合条件条件：1. 表面表面间距缩短到原子间距间距缩短到原子间距2. 表面表面光洁光洁3. 激活激活原子，扩散、跃迁，原子，扩散、跃迁，-共有晶格共有晶格措施：加热、加压措施：加热、加压1千年前，铜钎焊、锻焊千年前，铜钎焊、锻焊十九世纪，气焊、碳弧焊十九世纪，气焊、碳弧焊20c，40年代初，优质电焊条年代初，

2、优质电焊条20c，40年代末，埋弧、电阻焊年代末，埋弧、电阻焊50，气体保护焊、电渣焊、超声波，气体保护焊、电渣焊、超声波60，等离子、真空电子束、激光，等离子、真空电子束、激光70，太阳能冷压焊，太阳能冷压焊每年：每年：6千万吨钢结构千万吨钢结构 100万吨焊件材料万吨焊件材料 30万台万台焊机焊机机器人机器人100万台，焊接机器人万台，焊接机器人40万万一、焊接方法分类一、焊接方法分类 焊焊 接接 熔化焊熔化焊 压力焊压力焊 钎焊钎焊 气电电等电激气电电等电激 电摩冷超高爆电摩冷超高爆 软硬软硬 离子离子 弧渣子束光弧渣子束光 阻擦压声频炸阻擦压声频炸 钎钎钎钎 弧弧 波波焊焊焊焊焊焊焊焊

3、焊焊焊焊 焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊 焊焊焊焊 二、焊接方法的优缺点二、焊接方法的优缺点（1）节省金属材料和加工工序。）节省金属材料和加工工序。（2）焊接件气密性比铆接件好）焊接件气密性比铆接件好（3）可化大为小，拼小为大。）可化大为小，拼小为大。（4）可联接异种材料）可联接异种材料 焊接方法也存在一些缺点：焊接方法也存在一些缺点：应力、变形应力、变形焊接结构往往存在较大的残余应力焊接结构往往存在较大的残余应力,并引起变形并引起变形;焊接接头的组织不均匀焊接接头的组织不均匀,质量控制比较困难质量控制比较困难;第一节第一节 手工电弧焊手工电弧焊1、 优点：优点：1) 工艺灵活，适应性强工艺灵活，适

4、应性强2) 质量较好质量较好3) 设备简单，操作方便设备简单，操作方便2、 缺点：缺点：1) 生产率低生产率低2) 质量不稳定质量不稳定3) 劳动条件差劳动条件差4) 3-8mm-20mm(max) 1. 温度温度高高 2000oC 2. 熔池熔池体积小体积小 造成造成：氧化，吸气严重；成分不均匀，气孔，：氧化，吸气严重；成分不均匀，气孔，夹杂，质量夹杂，质量差差 1. 电焊条的组成电焊条的组成 1）焊条芯：）焊条芯：成分：低成分：低C,Si,S,P含含Mn作用：导电，填充金属作用：导电，填充金属 2）药皮）药皮:作用：保护，稳弧，合金化，脱氧作用：保护，稳弧，合金化，脱氧成分：稳弧剂，发气、

5、造渣剂，铁合金成分：稳弧剂，发气、造渣剂，铁合金 2.电焊条的分类和选用电焊条的分类和选用 1）电焊条的分类）电焊条的分类酸性酸性 :J422 xx1-xx5为酸性为酸性碱性焊条：碱性焊条：xx6,xx7为为碱性碱性 2）电焊条的选用原则）电焊条的选用原则（1）根据焊接结构和使用要求选择焊条。）根据焊接结构和使用要求选择焊条。（2）根据生产车间设备的施工条件选择焊条。）根据生产车间设备的施工条件选择焊条。（3）在保证焊缝质量的前提下，应尽量选用成）在保证焊缝质量的前提下，应尽量选用成本低，工艺性能好的酸性焊条。本低，工艺性能好的酸性焊条。 酸性焊条酸性焊条碱性焊条（低氢焊条）碱性焊条（低氢焊条

6、）熔渣呈酸性熔渣呈酸性碱性，保护气体中碱性，保护气体中H240不不摩擦焊摩擦焊好好高高中等中等钎焊钎焊低低中小中小可可电阻焊电阻焊高高中小中小第五节第五节 焊接与切割新工艺焊接与切割新工艺 一、等离子弧焊与切割一、等离子弧焊与切割 1.等离子弧焊等离子弧焊 5*105w/cm2 （1）能量集中温度高，熔深大，（）能量集中温度高，熔深大，（13mm不开坡口，不开坡口，无间隙）。无间隙）。16000-33000k （2）电弧稳定，穿透性好。）电弧稳定，穿透性好。 （3）电流）电流0.1安以下仍能稳定工作，针弧焊，微束等安以下仍能稳定工作，针弧焊，微束等离子焊。离子焊。0.01mm （4）设备复杂）

7、设备复杂 主要用于焊接各种难熔、易氧化的金属及合金。主要用于焊接各种难熔、易氧化的金属及合金。 2.等离子切割：可切所有材料等离子切割：可切所有材料二、真空电子束焊二、真空电子束焊 电子束焊的特点是：电子束焊的特点是： （1）能量密度高，冲击力大，熔深大）能量密度高，冲击力大，熔深大 （2）质量高：焊缝组织致密，变形小，表面光洁。）质量高：焊缝组织致密，变形小，表面光洁。 （3）生产率低、焊件尺寸小）生产率低、焊件尺寸小 （4）容易实现自动化。）容易实现自动化。第五节第五节 焊接与切割新工艺焊接与切割新工艺板厚：薄板厚：薄0.02-0.1 厚厚300(不需开坡口）不需开坡口）- 主要适用于焊接

8、难熔金属主要适用于焊接难熔金属Ti、 Mo，性质活泼的，性质活泼的金属金属Zn 、Sn以及不锈钢等高合金钢。以及不锈钢等高合金钢。 可焊异种金属，打孔，切割宝石，玻璃等可焊异种金属，打孔，切割宝石，玻璃等熔深：宽=20：11.5mm0.5mm无间隙，不填充可进行穿入式的成形焊 三、数控切割三、数控切割效率高，质量好，劳动条件好效率高，质量好，劳动条件好 四、光电跟踪切割四、光电跟踪切割效率高，质量好效率高，质量好第五节第五节 焊接与切割新工艺焊接与切割新工艺五、喷涂与堆焊五、喷涂与堆焊 喷涂与堆焊总称为热喷涂。是利用高温热源将丝材和棒材或粉末喷涂与堆焊总称为热喷涂。是利用高温热源将丝材和棒材或

9、粉末加热，喷敷或熔融于工作表面，形成各种不同功能覆盖层的技术加热，喷敷或熔融于工作表面，形成各种不同功能覆盖层的技术。 （一）工艺特点（一）工艺特点 1、喷涂：微粒沉积，机械结合，结合强度低、喷涂：微粒沉积，机械结合，结合强度低2、堆焊：覆盖层熔化于工件表面，冶金结合，结合强度高、堆焊：覆盖层熔化于工件表面，冶金结合，结合强度高（二）一般工艺流程：去油、去锈、拉毛；预热；喷涂、（二）一般工艺流程：去油、去锈、拉毛；预热；喷涂、喷涂、喷涂、堆焊堆焊（三）特点及应用（三）特点及应用1.喷涂材料范围广泛喷涂材料范围广泛2.喷涂一般不受工件尺寸限制。喷涂一般不受工件尺寸限制。3.涂层厚度可以从涂层厚度

10、可以从0.15mm到几毫米。到几毫米。4.喷涂（不包括喷焊）零件受热不多，工件变形小，不改变喷涂（不包括喷焊）零件受热不多，工件变形小，不改变原有热处理状态。原有热处理状态。激光焊及切割激光焊及切割1013W/cm2特点：特点：能量密度大，应力、变形小能量密度大，应力、变形小灵活灵活生产率高生产率高可焊接易氧化，高熔点的金属，可焊异种金可焊接易氧化，高熔点的金属，可焊异种金属，欧美汽车盖全为激光焊属，欧美汽车盖全为激光焊爆炸焊爆炸焊 用于包覆，用于包覆， 如，钢板上包镍、铜、钛、不锈钢，如，钢板上包镍、铜、钛、不锈钢， 包覆后轧制包覆后轧制 10美分，美分，25美分的硬币：纯铜两面包美分的硬币

11、：纯铜两面包75/25铜镍合金，铜镍合金，第一节第一节 焊接接头的金相组织与性能焊接接头的金相组织与性能一、焊缝金属一、焊缝金属二、热影响区二、热影响区 1. 半熔化区（熔合区）半熔化区（熔合区） 2. 过热区过热区 3. 正火区正火区 4. 部分相变区部分相变区 5. 再结晶区再结晶区第二部分第二部分 常用金属的焊接常用金属的焊接1.半熔化区（熔合区）半熔化区（熔合区）（塑韧性差）（塑韧性差）2.过热区（塑韧性差）过热区（塑韧性差） 3.正火区（性能好）正火区（性能好） 4.部分相变区（性能基部分相变区（性能基本不变）本不变） 5.再结晶区（强硬度下再结晶区（强硬度下降，塑韧性增加）降，塑韧

12、性增加） 一、金属材料的可焊性一、金属材料的可焊性 金属材料金属材料的可焊性，是指金属材料对焊接加工的适应的可焊性，是指金属材料对焊接加工的适应性。被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材性。被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。难易程度。 工艺工艺可焊性：被焊金属材料在一定工艺条件下，获得可焊性：被焊金属材料在一定工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。即焊接接头出现裂纹，气孔优质焊接接头的难易程度。即焊接接头出现裂纹，气孔等缺陷的等缺陷的倾向倾向 使用使用可焊性（使用可靠性）

13、：力学及其他物化性能可焊性（使用可靠性）：力学及其他物化性能第二节第二节 金属材料的可焊件金属材料的可焊件 二、钢材可焊性的估算方法二、钢材可焊性的估算方法Ceq=C+1/6Mn+1/5（Cr+Mo+V）+1/15(Ni+Cu) (%)Ceq0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，时，钢材的淬硬倾向不明显，Ceq=0.4-0.6%时，可焊性一般。时，可焊性一般。Ceq0.6%时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，需时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，需要适当预热和采取一定的工艺措施。要适当预热和采取一定的工艺措施。Ceq0.45%时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，

14、需要适当预热和采取一定的工艺措施。需要适当预热和采取一定的工艺措施。第三节第三节 钢的焊接钢的焊接一、碳钢的焊接一、碳钢的焊接低碳钢：低碳钢：中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢二、低合金结构钢的焊接二、低合金结构钢的焊接s400MPa 一、碳钢的焊接一、碳钢的焊接 （一）低碳钢的焊接（一）低碳钢的焊接 1.特点：塑性好、合金元素含量少，裂纹、气孔、淬特点：塑性好、合金元素含量少，裂纹、气孔、淬硬倾向小，可焊性好硬倾向小，可焊性好 2.焊接工艺焊接工艺 可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气焊、气可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气焊、气体保护焊和电阻焊等任何方法焊接。体保护焊和电阻焊等任何方法焊接

15、。（二）中碳钢的焊接（二）中碳钢的焊接 1.特点：塑性较差，易淬硬、易冷裂特点：塑性较差，易淬硬、易冷裂 2.焊接工艺焊接工艺1) 尽量尽量选用碱性低氢型焊条选用碱性低氢型焊条J506、J507、J426、J427、J606、J607 2) 预热预热150-4003) 缓缓冷冷 使用镍铬不锈钢焊条，可在施焊过程中敲击使用镍铬不锈钢焊条，可在施焊过程中敲击焊缝减少应力。焊缝减少应力。 一、碳钢的焊接一、碳钢的焊接（三）高碳钢的焊接（三）高碳钢的焊接 1.特点特点:塑性差，淬硬、裂纹、气孔倾向大，可焊塑性差，淬硬、裂纹、气孔倾向大，可焊性很差性很差 2.焊接工艺焊接工艺 预热温度更高预热温度更高

16、后热（焊后要立即进行去应力退火处理）后热（焊后要立即进行去应力退火处理） 碱性焊条：碱性焊条：J857 一、碳钢的焊接一、碳钢的焊接 二、低合金结构钢的焊接二、低合金结构钢的焊接1. 特点特点：易淬硬，对氢敏感，应力：易淬硬，对氢敏感，应力大，焊接大，焊接裂纹，裂纹， 热影响区的过热组织脆化热影响区的过热组织脆化2. 焊接焊接工艺工艺1)低低强度（强度（400MPa)：Ceq400 Mpa 可焊性较差，预热、可焊性较差，预热、缓冷、后热、碱性焊条缓冷、后热、碱性焊条 18MnMoNb 500MPa J707大型尿素合成塔大型尿素合成塔焊条焊条预热预热后热后热低碳钢低碳钢酸酸 、碱、碱 不需不需

17、不需不需中碳钢中碳钢碱碱150-400缓冷缓冷高碳钢高碳钢碱碱预热预热后热后热低强度合金钢低强度合金钢碱碱不需不需不需不需高强度合金钢高强度合金钢碱碱100-400后热后热第四节第四节 灰铸铁的焊补灰铸铁的焊补 一、铸铁焊接特点一、铸铁焊接特点 （一）容易产生白口（一）容易产生白口 （二）容易出现裂纹（二）容易出现裂纹 （三）容易产生气孔（三）容易产生气孔 二、铸铁的焊补方法二、铸铁的焊补方法1.热焊法热焊法 焊接前将铸件全部或局部加热到焊接前将铸件全部或局部加热到600700，焊接过程中保，焊接过程中保持预热温度，焊后保温缓冷。持预热温度，焊后保温缓冷。 热焊用气焊和电焊皆可。热焊用气焊和电

18、焊皆可。2.半热焊法半热焊法 工件预热到工件预热到400左右。左右。3.冷焊法冷焊法 焊前不预热或只进行焊前不预热或只进行400以下的预热，焊接过程中也不铺以下的预热，焊接过程中也不铺助加热。助加热。第五节第五节 有色金属的焊接有色金属的焊接一、铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金的焊接二、铝及铝合金的焊接二、铝及铝合金的焊接三、钛及钛合金的焊接三、钛及钛合金的焊接一、铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金的焊接 （一）特点（一）特点 1.铜的导热性很强，铜的导热性很强， 2.铜的线胀系数比钢大铜的线胀系数比钢大10%左右，左右， 3.铜在液态时能溶解大量氢，铜在液态时能溶解大量氢， 4.铜在液态时和离温时

19、，容易氧化生成铜在液态时和离温时，容易氧化生成Cu2Oo结晶时，结晶时，Cu2O和和Cu形成低熔点共晶体，存在于晶界，易引起热裂纹。形成低熔点共晶体，存在于晶界，易引起热裂纹。 5.铜合金中的某些元素很易于氧化或蒸发。铜合金中的某些元素很易于氧化或蒸发。（二）焊接工艺（二）焊接工艺清理、预热、后热、脱氧清理、预热、后热、脱氧氩弧焊、气焊、钎焊氩弧焊、气焊、钎焊 1.紫铜的焊接：锤击细化晶粒紫铜的焊接：锤击细化晶粒 2.黄铜的焊接：防锌的蒸发黄铜的焊接：防锌的蒸发 3.青铜的焊补：易热裂，锤击青铜的焊补：易热裂，锤击 二、铝及铝合金的焊接二、铝及铝合金的焊接 （一）特点（一）特点 1.容易氧化容

20、易氧化 2.容易产生气孔容易产生气孔 3.容易焊穿容易焊穿 4.焊接的热裂倾向焊接的热裂倾向 （二）焊接工艺（二）焊接工艺清理接头、氩弧焊、气焊清理接头、氩弧焊、气焊三、钛及钛合金的焊接三、钛及钛合金的焊接（一）特点（一）特点 易吸气易吸气 易裂（过热组织脆化）易裂（过热组织脆化）（二）工艺（二）工艺 氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊、点焊氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊、点焊第六节、焊接应力、变形的形成及防止第六节、焊接应力、变形的形成及防止一、焊接一、焊接应力和变形应力和变形1、焊接应力和变形的产生、焊接应力和变形的产生2、产生原因、产生原因3、变形形式、变形形式1）收缩变形）收缩变形沿焊缝长度和

21、宽度方向缩短沿焊缝长度和宽度方向缩短由焊缝纵向收缩和横向收缩引起由焊缝纵向收缩和横向收缩引起2）角变形）角变形工件沿焊缝两边产生一定角度的变形工件沿焊缝两边产生一定角度的变形焊缝截面形状上、下不对称，由焊缝横向收缩引起焊缝截面形状上、下不对称，由焊缝横向收缩引起3）弯曲变形）弯曲变形使工件中性轴弯曲焊缝在结构上布置不对称，由焊缝纵使工件中性轴弯曲焊缝在结构上布置不对称，由焊缝纵向收缩引起向收缩引起4）扭曲变形）扭曲变形工件被扭转一定角度焊缝布置不合理或装配焊接顺序不工件被扭转一定角度焊缝布置不合理或装配焊接顺序不当，由焊缝纵向收缩和横向收缩引起当，由焊缝纵向收缩和横向收缩引起5）波浪变形）波浪变形薄板边缘受压，产生波浪性弯曲薄板边缘受压，产生波浪性弯曲由焊缝纵向收缩引起溥板产生失稳变形由焊缝纵向收缩引起溥板产生失稳变形 二、防止和减少焊接变形的措