金属熔焊原理 第1次课

1、金金 属属 熔熔 焊焊 原原 理理讲解人：韩兆波讲解人：韩兆波主要内容主要内容v焊接热过程焊接热过程 v焊缝金属的构成焊缝金属的构成 一、焊接基本概念及分类一、焊接基本概念及分类v 焊接焊接：是通过加热或加压或两者并用，：是通过加热或加压或两者并用，用或不用填充材料，使焊件间达到原子间结用或不用填充材料，使焊件间达到原子间结合的加工工艺方法。合的加工工艺方法。v 按焊接过程中金属所处的状态不同，焊按焊接过程中金属所处的状态不同，焊接方法分为接方法分为熔焊熔焊、压焊压焊和和钎焊钎焊等三大类。等三大类。焊接热过程焊接热过程v 熔焊熔焊：是指在焊接过程中，将待焊处的：是指在焊接过程中，将待焊处的母材

2、金属熔化，但不加压力形成焊缝的焊接母材金属熔化，但不加压力形成焊缝的焊接方法。方法。v 熔焊是金属焊接中最主要的一种方法，熔焊是金属焊接中最主要的一种方法， 常用的有：常用的有： 埋弧焊埋弧焊气焊气焊气体保护焊气体保护焊焊条电弧焊焊条电弧焊常用的熔焊方法常用的熔焊方法焊条电弧焊焊条电弧焊COCO2 2气体保护焊气体保护焊常用的熔焊方法常用的熔焊方法钨极气体保护焊钨极气体保护焊埋弧焊埋弧焊v 压焊压焊：就是在焊接过程中无论加热与否，：就是在焊接过程中无论加热与否，必须对焊件施加一定压力以完成焊接的焊接必须对焊件施加一定压力以完成焊接的焊接方法。方法。 加热的有：加热的有： 不加热的有：不加热的有

3、：电阻焊电阻焊摩擦焊摩擦焊锻焊锻焊冷压焊冷压焊爆炸焊爆炸焊v 钎焊钎焊：是采用比母材熔点低的金属做钎：是采用比母材熔点低的金属做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母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，并与母材相互扩散而实材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。现连接焊件的方法。 使用钎料的不同可分为：使用钎料的不同可分为：硬钎焊硬钎焊软钎焊软钎焊v焊接结构的特点：焊接结构的特点：v 1 1）焊接结构重量轻，节约材料；）焊接结构重量轻，节约材料；v 2 2）焊接结构劳动量少，生产率

4、高；）焊接结构劳动量少，生产率高；v 3 3）焊接结构强度高，密封性好；）焊接结构强度高，密封性好；v 4 4）焊接结构加工方便，有利于实现机械）焊接结构加工方便，有利于实现机械 化和自动化。化和自动化。二、焊接的一般过程二、焊接的一般过程v 熔焊是应用最广泛的一类金属焊接方法，熔焊是应用最广泛的一类金属焊接方法，一般焊接部位须经历一般焊接部位须经历加热加热熔化熔化冶金反冶金反应应凝固结晶凝固结晶固相相变固相相变形成接头形成接头等过等过程。程。1 1、焊接热过程、焊接热过程v 在焊接热源作用下金属局部被加热与在焊接热源作用下金属局部被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布的现象，熔化，同时出现热

5、量的传播和分布的现象，而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终，而且这种现象贯穿整个焊接过程的始终，这就是这就是焊接热过程焊接热过程。2 2、焊接热过程的特点焊接热过程的特点 1 1）焊接热量集中作用在焊件连接部位，）焊接热量集中作用在焊件连接部位，而不是均匀加热整个焊件。而不是均匀加热整个焊件。 2 2）热作用的瞬时性，焊接时，热源以）热作用的瞬时性，焊接时，热源以一定速度移动，焊件上任一点受热的作用一定速度移动，焊件上任一点受热的作用都具瞬时性，即随时间而变。都具瞬时性，即随时间而变。 三、焊接热过程对焊接质量的影响三、焊接热过程对焊接质量的影响 1 1）焊接热过程决定了焊接熔池的温度和）焊接热

6、过程决定了焊接熔池的温度和存在时间。存在时间。 2 2）在焊接热过程中，由于热传导的作用，）在焊接热过程中，由于热传导的作用，近缝区可能产生淬硬、脆化或软化现象近缝区可能产生淬硬、脆化或软化现象 。 3 3）焊接是不均匀加热和冷却的过程）焊接是不均匀加热和冷却的过程 。 4 4）焊接热过程对焊接生产率发生影响。）焊接热过程对焊接生产率发生影响。 焊缝金属的构成焊缝金属的构成 电弧焊时，加热和熔化焊条（或焊丝）的电弧焊时，加热和熔化焊条（或焊丝）的能量有：能量有： 焊接电流通过焊芯时所产生的电阻热，焊接电流通过焊芯时所产生的电阻热， 焊接电弧传给焊条端部的热能焊接电弧传给焊条端部的热能 ， 焊条

7、药皮组分之间的化学反应热，焊条药皮组分之间的化学反应热， 占总热量的占总热量的1%3%1%3% 。一、一、焊条（焊丝）的加热与熔化焊条（焊丝）的加热与熔化1 1、电阻热、电阻热Q QR R=I=I2 2RtRt电阻加热的特点：是从导电接触点至电弧电阻加热的特点：是从导电接触点至电弧之间的焊芯上热量均匀分布。之间的焊芯上热量均匀分布。电阻热过大时，引起不良后果：电阻热过大时，引起不良后果：v 1 1）焊芯熔化过快产生飞溅；）焊芯熔化过快产生飞溅；v 2 2）药皮开裂并过早脱落，电弧燃烧不稳；）药皮开裂并过早脱落，电弧燃烧不稳；v 3 3）焊缝成形变坏，甚至产生气孔等缺陷；）焊缝成形变坏，甚至产生

8、气孔等缺陷；v 4 4）药皮组成物之间过早地发生反应，丧失）药皮组成物之间过早地发生反应，丧失 其冶金性能；其冶金性能；v 5 5）焊条发红变软，操作困难。）焊条发红变软，操作困难。1 1、电弧加热、电弧加热 焊接电弧产生的热量，大部分用于熔化焊接电弧产生的热量，大部分用于熔化母材，一小部分用于熔化焊条。焊条端部母材，一小部分用于熔化焊条。焊条端部得到这部分能量后，一部分消耗于熔化端得到这部分能量后，一部分消耗于熔化端部的药皮和焊芯，另一部分传导到焊芯的部的药皮和焊芯，另一部分传导到焊芯的上部，使焊芯和药皮的温度升高。上部，使焊芯和药皮的温度升高。电弧对焊条加热的特点：电弧对焊条加热的特点：

9、热量非常集中，位于距焊条端部热量非常集中，位于距焊条端部10mm10mm以内，沿焊条长度和径向的温度很快下降，以内，沿焊条长度和径向的温度很快下降，药皮表面的温度就比焊芯要低得多。药皮表面的温度就比焊芯要低得多。二、焊条的熔化速度二、焊条的熔化速度 焊条的熔化速度是标志焊接生产率的主焊条的熔化速度是标志焊接生产率的主要参数。要参数。 焊条的熔化速度焊条的熔化速度：可用单位时间内焊芯熔：可用单位时间内焊芯熔化的长度或质量来表示。化的长度或质量来表示。 试验证明，在正常焊接参数条件下，焊条试验证明，在正常焊接参数条件下，焊条的平均熔化速度与焊接电流成正比。的平均熔化速度与焊接电流成正比。三、熔滴过

10、渡三、熔滴过渡熔滴过渡特性对焊接过程的影响熔滴过渡特性对焊接过程的影响 ：、熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接、熔滴过渡的速度和熔滴的尺寸影响焊接 过程的稳定性、飞溅程度以及焊缝成形的过程的稳定性、飞溅程度以及焊缝成形的好坏；好坏；、熔滴的尺寸大小和长大情况决定了熔滴、熔滴的尺寸大小和长大情况决定了熔滴反应的作用时间从而决定了熔滴反应速度反应的作用时间从而决定了熔滴反应速度和完全程度；和完全程度；、熔滴过渡的形式与频率直接影响焊接生、熔滴过渡的形式与频率直接影响焊接生产率；产率；、熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的、熔滴过渡的特性对焊接热输入有一定的影响，改变熔滴过渡的特性可以在一定程影响，改

11、变熔滴过渡的特性可以在一定程度上调节焊接热输入，从而改变焊缝的结度上调节焊接热输入，从而改变焊缝的结晶过程和热影响区的尺寸及性能。晶过程和热影响区的尺寸及性能。熔滴过渡的形式熔滴过渡的形式1 1、短路过渡、短路过渡 金属熔滴在表面张力和其他力的作用下，金属熔滴在表面张力和其他力的作用下，开始沿着熔池表面流散，并在熔滴和熔池开始沿着熔池表面流散，并在熔滴和熔池之间迅速形成缩颈。此时，电流将急剧升之间迅速形成缩颈。此时，电流将急剧升高，熔滴被发生爆炸脱离焊丝到熔池内，高，熔滴被发生爆炸脱离焊丝到熔池内，然后电弧又重新点燃。然后电弧又重新点燃。 特点特点：在：在CO2CO2焊接的小电流，低电压区焊接

12、的小电流，低电压区焊接时尤为显著，电弧稳定，飞溅小，常焊接时尤为显著，电弧稳定，飞溅小，常被应用于熔深较浅的薄板焊接。被应用于熔深较浅的薄板焊接。2 2、颗粒状过渡、颗粒状过渡 熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形熔滴呈粗大颗粒状向熔池自由过渡的形式。式。 特点：滴状过渡会影响电弧的稳定性，特点：滴状过渡会影响电弧的稳定性，焊缝成形不好。焊缝成形不好。3 3、渣壁过渡、渣壁过渡 只出现在焊条电弧焊和埋弧焊中只出现在焊条电弧焊和埋弧焊中4 4、喷射过渡、喷射过渡 熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通熔滴呈细小颗粒，并以喷射状态快速通过电弧空间向熔池过渡的形式。常用于惰过电弧空间向熔池过渡的形式。常用

13、于惰性气体焊接时。性气体焊接时。 特点：喷射过渡具有熔滴细、过渡频率特点：喷射过渡具有熔滴细、过渡频率高、电弧稳定、焊缝成形美观及生产效率高、电弧稳定、焊缝成形美观及生产效率高等优点。高等优点。熔滴过渡示意图熔滴过渡示意图四、母材的熔化与熔池的形成四、母材的熔化与熔池的形成 熔焊时，在热源的作用下，与焊条金属熔化熔焊时，在热源的作用下，与焊条金属熔化的同时，被焊金属母材也发生局部熔化。的同时，被焊金属母材也发生局部熔化。在在母材上由熔化的焊条金属和母材组成的具有一母材上由熔化的焊条金属和母材组成的具有一定几何形状的液体金属叫定几何形状的液体金属叫熔池熔池。不加填充材料焊接时，熔池由熔化的母材组成；不加填充材料焊接时，熔池由熔化的母材组成；在加填充材料焊接时，熔池则由熔化的母材和在加填充材料焊接时，熔池则由熔化的母材和填充材料共同组成。填充材料共同组成。 母材的熔化与焊缝的形成母材的熔化与焊缝的形成母材的熔化与焊缝的形成母材的熔化与焊缝