第三章焊接技术

1、焊接技术章节内容第一节 焊接种类及特点第二节 CO2保护焊第三节 电阻焊第四节 焊接变形与应力第五节 铁碳合金焊接特性第一节 焊接种类及特点一、焊接种类 压焊：这种方法用电极给金属加热使其溶化,并加压使金属连接。在各种压焊方法中，电阻点焊是汽车制造业不可缺少的焊接方法，但在汽车修理业中应用很少。 熔焊：这种方法将金属件加热到熔点，使它们连接在一起（通常是焊条），然后冷却。 钎焊：在需要焊接的金属件上，将熔点比它低的金属熔化（金属件不需熔化）而进行连接。根据钎焊材料的温度，可分为软钎焊和硬钎焊。二、焊接特点 1、焊接零件的形状不受限制，尤其适合于连接形状复杂的车身结构，焊接后仍保持车体的准确形状

2、。 2、减轻重量（不需要增加接合件）。 3、对空气、灰尘和水的密封性好（连续焊）。 4、生产效率高。 5、焊缝（点）的强度很大程度上受到操作人员技术水平的影响。 6、如果过多地加热，周围板件将会变形。第二节 CO2保护焊 一、焊接工作原理及工艺特点 目前在用的CO2保护焊设备主要采用短路过渡焊接方式。 在CO2电弧焊中，对于一定直径的焊丝，焊接规范用得较小(小电流，低弧压)时，熔滴呈短路过渡。焊接规范采用得较大(大电流、高弧压)时，则熔滴呈颗粒过渡。我国CO2电弧焊中，85左右属于短路过渡焊接， 短路过渡时，采用细焊丝、低电压和小电流。熔滴细小而电弧非常稳定，飞溅小，焊缝成形美观。主要用于焊接

3、薄板及全位置焊接。焊接薄板时，生产率高、变形小，焊接操作容易掌握，对焊工技术水平要求不高。因而短路过渡的CO2焊在生产中得到推广应用。 熔化金属被封闭的二氧化碳气体层保护CO2保护焊的工艺特点 CO2气体在电弧高温下分解，其体积要膨胀，加之它的密度大于空气，约为空气的1.5倍，有助于排开焊接区的空气，并覆盖于熔池及焊缝表面上，使熔池金属免受空气侵入。 CO2气体是多原子气体，在焊接电弧高温下将发生吸热分解反应，对弧柱的冷却作用较强，压缩电弧，使之横截面减小，限制电极斑点尺寸的扩大，另外，由于CO2的氧化性，使焊丝末端熔滴表面上存在氧化物，也阻碍了斑点尺寸的扩大。结果熔滴长得粗大并顶偏。 二、C

4、O2保护焊焊接材料 CO2保护焊用的焊接材料，主要是指CO2气体和焊丝。本节仅从使用角度讨论选用CO2气体和焊丝时应注意的问题。（一） CO2 供焊接用的CO2气体，通常是以液态装于钢瓶中。一个容量为40L的标准气瓶，可灌25kg的液态CO2，只占气瓶容积的80左右。由于CO2由液态变为气态的沸点很低(-78)，因此在常温下钢瓶中就有已气化的CO2气体占钢瓶容积的20左右。瓶内气体压力与温度有关，在0时气体压力约为355.4MPa；温度为30时气体压力可达733.4MPa。 气瓶中水 液态CO2中可溶解0.05(按质量)的水，其余的水则沉于瓶底。溶于液态CO2中的水可蒸发成水蒸气混入CO2中一

5、起进入焊接区，影响CO2气体纯度。水蒸气的含量与瓶内压力有关，压力越低，水蒸气数量便大大增加，这时已不宜继续使用，应重新灌气。 为减少瓶内的水分和空气，提高输出气体的纯度，可采取下列措施： (1)鉴于在温度高于-11时，CO2比水轻，所以把新灌气瓶倒立静置12h，瓶内自由状态的水便沉积于瓶口处，当打开气瓶阀时，自由状态水即可排出。根据瓶中含水量的不同，可放水23次，其相隔时间约30min左右。放水结束后，仍将气瓶放正。 (2)经放水处理后的气瓶，在使用前先放气23min，放掉气瓶上部的气体。因为这部分气体通常含有较多的水分和空气，而这些空气和水分主要是装瓶时带入瓶内的。(二)焊丝的选用 在CO

6、2保护焊中进行低碳钢和低合金钢焊接时，为了防止气孔，减少飞溅和保证焊缝金属具有较高机械性能，必须采用含有si、Mn等脱氧元素的焊丝。H08Mn2SiA焊丝是目前CO2电弧焊中应用最广泛的一种焊丝。它有较好的工艺性能、机械性能以及抗热裂性能，适宜于焊接低碳钢和s50MPa的低合金钢。对于强度等级要求高的钢种，应当采用含有Mo的H10MnSiMo等焊丝。 在实际生产中，对于许多对质量要求很高的产品，焊缝中不仅不准有一般气孔，而且经抛光到一定粗糙度以后也不准微气孔存在。这时采用H08Mn2SiA焊丝就不能满足要求了。为了进一步提高焊丝的抗微气孔能力和减少飞溅，在H08Mn2SiA的基础上又研制成功(

7、在国内)第二种CO2焊接用的新焊丝H04Mn2SiAlTiA。其特点如下： 1抗气孔能力强 因在CO2电弧焊时，氮是形成气孔的主要原因，为提高焊丝的抗气孔能力，除应进一步增强焊丝的脱氧能力外，还必须使焊丝具有一定的固定氮的能力。新焊丝中除Si、Mn脱氧元素外，又增加了Ti或Al(或二者同时加入)合金元素。这样，不仅可进一步增强脱氧，而且由于Ti和Al同氮的亲和力很强，具有强烈的固定氮的作用，从而使新焊丝具有较强的抗N2气孔能力。 2焊接时的飞溅较小 根据对CO2电弧焊产生飞溅的分析，焊丝中含碳量偏高是引起飞溅的原因之一。因此在加强脱氧的同时，降低焊丝中含碳量对减少飞溅是有益的。基于这个认识，新

8、焊丝中的含碳量低于通用焊丝，所以能减弱熔池和熔滴中形成CO的反应，从而使得由CO气体所引起的飞溅较小。 焊丝有镀铜和不镀铜两种。镀铜的目的是防止焊丝锈蚀，有利于焊丝的保管，另外也可以改善导电性能及减少送丝阻力。 近几年在活化处理焊丝的试验和研究方面有了一些新的发展。所谓活化处理，就是在焊丝表面涂一薄层碱金属、碱土金属或稀土金属的化合物，可以细化金属熔滴，减小飞溅，改善焊缝成形。 短路过渡焊接主要采用细焊丝，特别是0.61.2mm范围内的焊丝，随着焊丝直径的增大，飞溅颗粒尺寸和数量都相应增大。实际应用中，直径大于1.6mm的焊丝，如再采用短路过渡焊接，则飞溅相当严重，所以生产上很少应用。 三、C

9、O2电弧焊规范参数 焊接规范参数有：焊接电流、电弧电压、焊接速度、气体流量和焊丝干伸长等。 焊接电流： 焊接电流的大小会影响母材的焊接熔深、焊丝熔化速度、电弧的稳定性、焊接溅出物的数量。焊接电流强度大，电弧溶化能力强，焊接熔深、焊缝高度和宽度也会增大；电流小，金属焊不透，电弧不稳定。 焊接电压： 高质量的焊接有赖于适当的电弧长度。而电弧长度是由电弧电压决定的。焊接电压过高，电弧的长度增大，焊接熔深减小，焊缝呈扁平状。 焊接电压过低，电弧的长度减小，焊接熔深增加，焊缝呈狭窄的圆拱状。导电嘴到母材的距离 导电嘴到母材的距离对于高质量的焊接也是一项重要因素。标准的距离应该是：6-15mm。 如果导电

10、嘴到母材的距离过大，从焊枪端部伸出的焊丝长度增加而产生预热，这样就增加了焊丝溶化的速度。而且保护气体所起的作用也会减小。 焊丝干伸长与此参数密切相关，焊接距离小，焊丝干伸长小，焊丝可能抵触木材；焊接距离大，焊丝干伸长大，焊丝熔化不透即脱落。手持焊枪角度 焊枪焊管顶部相对于焊接平面法线向内倾斜10-15，再向右倾斜45左右。 气体流量 通常为515L/min，以稳定焊接为目的，通常是焊接流量指示球在1015之间为合适。 焊枪移动方向 分左焊法和右焊法。四、CO2保护焊缺陷及措施 1气孔问题 CO2电弧焊时，熔池表面没有熔渣覆盖，CO2气流又有冷却作用，因而熔池凝固比较快，容易在焊缝中产生气孔。可

11、能产生的气孔主要有三种：一氧化碳气孔、氢气孔和氮气孔。 (1)一氧化碳气孔：熔池中的FeO和C进行反应时，会产生CO气孔。 这个反应在熔池处于结晶温度时，进行得比较剧烈。若此时熔池已开始凝固，CO气体不能逸出，则在焊缝中形成气孔。如果焊丝中含有足够的Si、Mn脱氧元素以及限制焊丝中的含碳量，就可以抑制上述的氧化反应，有效地防止CO气孔的产生。所以在CO2电弧焊中，只要焊丝选择适当，产生CO气孔的可能性是很小的。 (2)氢气孔：电弧区的氢主要来自焊丝、工件表面的油污、铁锈以及CO2气体中所含的水分，油污的碳氢化合物，铁锈中含有结晶水，它们在电弧高温下都能分解出H2。减少熔池中H2的熔解量，不仅可

12、防止氢气孔，而且可提高焊缝金属的塑性（减少氢脆）。所以焊前要适当清除工件表面的油污及铁锈。另一方面，应尽可能使用含水分低的CO2气体。 CO2气体中的水分常常是引起氢气孔的主要原因。水分生成氢气的过程是：进入焊接区的水分先分解为自由状态的氢，在电弧中被电离，以离子形态深入熔池。熔池结晶时，由于氢的溶解度陡然下降，析出的氢气如不能排出熔池，则留在焊缝中成为气孔。 (3)氮气孔：N2的来源，一是空气侵入焊接区，二是CO2气体不纯。由于CO2气体不纯而引起氮气孔的可能性不大，焊缝中产生氮气孔的主要原因是由于保护气层遭到破坏，大量空气侵入焊接区所造成的。 实践表明，在CO2电弧焊中，采用H08Mn2S

13、iA等含有脱氧剂的焊丝，焊接低碳钢、低合金钢时，如果焊前对焊丝和钢板表面的油污、铁锈作了适当清除，CO2气体中的水分也较低的情况下，焊缝金属中产生的气孔主要是氮气孔。而氮气是来自空气的入侵，因此在焊接过程中，保证保护层稳定可靠是防止焊缝中产生气孔的关键。 2飞溅问题 CO2气体电弧焊过程中，金属飞溅损失约占熔化焊丝金属的10左右，严重时可达3040；在最佳情况下，飞溅损失可控制在24的范围内。 (1)飞溅的危害：飞溅增大，使焊丝的熔敷系数降低，从而增加焊丝及电能的消耗，降低焊接生产率，并提高焊接成本。飞溅粘着到导电咀与喷咀内壁上，会使送丝不畅，影响电弧稳定性。同时也会降低保护气体的保护作用，恶

14、化焊缝成形飞溅，还容易烫伤皮肤，恶化劳动条件。 由冶金反应引起的飞溅：由于焊接过程中熔滴和熔池中的碳被氧化生成CO气体，在焊接温度下体积膨胀，若从熔滴或熔池中逸出时受阻，就会在局部范围爆炸，从而产生大量的细颗粒飞溅。 由于熔滴过渡不正常引起飞溅：在短路过渡时，若电压不稳，会增大飞溅。原因可能是线路电压不稳定或设备稳压特性差。 由于焊接规范选择不当引起的飞溅：随着电弧电压的升高，飞溅增大。因为弧压升高，弧长增长，易使焊丝末端熔滴长大，熔滴在焊丝末端易产生无规则的晃动。 另外，保护气体紊流，焊枪不稳等原因。 (2)减小飞溅的措施： 选用合适的焊丝或保护气体成分。例如，尽可能选用含碳量低的焊丝，实践

15、表明，当焊丝中含碳量降低到0.04时，飞溅大大减少；采用CO2+Ar的混合气体作保护气体，当含Ar60时，可明显地使熔滴变细，从而可减少飞溅。 在短路过渡焊接时，合理选择焊接电源动态特性并匹配合适的可调电感。 一般应选用直流反极性进行焊接。若采用正极性焊接，需采用活化焊丝，以减小飞溅。 不论采用何种焊接，均应合理地选择规范参数。第三节 电阻焊 电阻焊又称接触焊，是车身焊装作业中应用广泛的焊接方式，主要应用于外部覆盖件的焊接。下面着重阐述电阻焊在汽车生产中的应用。 电阻焊主要包括电阻电焊、凸焊和缝焊。一、电阻点焊 1.工作原理 电阻点焊是将工件装配搭接，置于两点焊电极之间加压、通电，利用电阻热能

16、熔化母材，形成焊核，是热-机械(力)联合作用的焊接过程。其点焊的焊接过程如图7所示。1-变压器；2-电极；3-板件；4-熔化核心 2. 电阻焊的优缺点 电阻焊的优点包括： 与熔焊方法相比，电阻焊为工件内部材料熔化焊接，冶金过程简单，且加热集中，热影响区较窄，容易获得优质焊点，零件焊接变形很小。 与铆接比，节省金属，减轻结构质量，这对高速运行的车辆十分重要。 电阻焊因机械化、自动化程度高，可提高生产率，改善工作条件，适于安排在自动生产线上。通用点焊机焊接速度可达60点min，快速点焊机可达600点min。 焊接过程中无弧光、无有害气体、无噪声、劳动条件好。 尽管电阻焊有很多优点，但仍存在如下一些

17、问题： 焊点质量检验目前尚缺少简单而又可靠的无损检验方法（无法目测）。 设备较复杂，功率大，投资较多。由于电压低、电流大、要求电源功率大，因而电负荷大。 焊件的尺寸、形状、厚度及焊件的材料受焊机功率、机臂尺寸与结构形状的限制。 点焊与缝焊多采用搭接接头，增加了构件质量。3. 电阻点焊工艺 (1)点焊质量的一般要求 一个好的焊点，从外观上，要求表面压坑浅，平滑呈均匀过渡，无明显凸肩或局部挤压的表面鼓起，不允许外表有环状或径向裂纹；表面不得有熔化或黏附的铜合金。从内部看，焊点形状应规则、均匀，焊点尺寸应满足结构强度的要求(图8)，核心内部无贯穿性或超越规定值的裂纹，焊点核心周围无严重过热组织。 影

18、响焊点强度的焊点尺寸主要有焊点直径、焊透率和表面压坑深度等，其中焊点直径d是影响焊点强度的主要因素。试验证明，d与焊点强度近似于成正比关系。d的大小可根据焊接厚度和对接头强度的要求选取。低碳钢的焊点直径d一般为： A可在20-80范围内变化，并可按焊接材料、板厚和结构特点来选取，一般焊透率以40为宜。压痕深度c不仅影响接头的强度，而且影响表面的外观质量，c一般不应超过板厚b值的1520。 (2)点焊规范参数 点焊质量与焊机性能和焊接工艺规范有很大关系。焊接工艺规范参数主要有焊接电流Iw、焊接压力Fw、通电时间TW、电极工作端面几何形状与尺寸等。这些参数之间有着密切的关系，可以在相当大的范围内变

19、化以便控制焊接质量。为了正确选用规范参数，应掌握各个参数的特点、作用及相互间关系；了解规范选择、测量及控制方法。(3)焊接注意事项板件上油污、氧化皮等均属不良导体，在电极压力作用下，氧化膜局部破碎，导电时改变了板件上电流场的分布，使个别部位电流线密集、热量过于集中，易造成焊件表面烧伤或沿焊点外缘烧伤。 清理方法：当前常用的清理方法有两类，即机械清理与化学清理。机械清理采用钢丝刷或金刚砂毡轮抛光。化学清理包括去油、酸洗、钝化等，多用于成批生产或氧化膜较厚的黑色金属。 分流：点焊时不经过焊接区，未参加形成焊点的那一部分电流称做分流电流，简称分流。分流使焊接区的电流降低，有可能形成未焊透或使核心形状

20、畸变。分流电流在电极与板件接触面一个侧边集中过密，将造成表面过烧或核歪斜、畸变。由于形成分流的偶然因素很多，故分流电流很不稳定，因此必须分析影响分流大小的因素，以便采取相应措施。零件材料、结构、点距、表面状态、装配等因素均能影响分流大小。 二、凸焊 凸焊是点焊的一种演变形式，其焊点形成机理与点焊基本相似，但焊点形成过程却有明显的区别。凸焊时，焊件的连接按凸点所限定的接触面积进行，焊点的形状与位置是由凸点本身的几何尺寸、分布状况和规范参数决定的。凸点的存在限制了电流流经焊件的面积，提高了焊接区的电流密度，使焊接区热量集中，有利于实现接头的连接。 凸焊接头形式很多，凸点有圆形、长圆形和环形等。环形

21、凸焊可形成环形强固密封接头。T型和十字型也是凸焊常用的接头形式。 凸焊的主要优点： 可同时焊接若干个凸点，如焊接部位小、点距小时，采用凸焊方法也不会产生分流，焊接质量稳定，生产效率高； 由于凸焊使用平面电极，电极磨损小，产品表面不产生凹陷； 可以有效地克服焊核偏移，可焊接厚度较大的零件，并有较高的接头强度稳定性。 凸焊规范参数：有焊接电流、焊接时间、电极力等。凸焊由于电极工作面尺寸远大于焊核直径，电极尺寸对电流场分布和焊接过程无明显影响，因此电极尺寸不作为凸焊的工艺参数。 焊接电流、焊接时间对熔核尺寸与接头强度的影响规律与点焊基本相同。电极力与焊接电流、焊接时间相匹配，电极力规范范围比点焊窄，

22、压力过小产生飞溅，过大使凸点瞬时压溃，破坏正常的焊接过程。 三、 缝焊 缝焊又称滚焊，它是从点焊发展而来的，就焊点形成的本质来说，与点焊基本相同，图13为缝焊过程的原理示意图。与焊件直接接触的电极系采用圆柱形的滚盘，缝焊时滚盘旋转，利用摩擦力带动焊件移动。对于普通缝焊，滚盘连续旋转，电流断续接通，每接通一次电流脉冲，即可形成一个焊点，这样就可以形成一系列焊点。焊点与焊点之间距，可以按要求进行调整，当相邻焊点距离很小，熔核相互搭接13时，则形成强固密封焊缝。 第四节 焊接变形 焊接的实质是利用局部加热，在焊接过程中，一般都把金属局部加热到溶化温度以上，而后冷却结晶凝固。在此过程中，总会不同程度地

23、发生各种冶金现象和热处理过程，以及伴随着复杂的变形与应力发生。因此焊接既是一个装配过程，又是一个复杂的冶金过程、热处理过程和产生焊接变形的过程。 一、焊接变形 （一）焊接变形的形式 焊接变型因钢板材料、钢板厚度、焊缝长短、焊件结构、焊缝位置和焊接方法等不同，会产生各种不同形式的变形，一般大致可分为下列几种。 纵向收缩变形：构件焊后在焊缝方向发生收缩。 横向收缩变形：构件焊后在垂直焊缝方向发生收缩。 挠曲变形：由焊缝的纵向和横向收缩引起，如图22所示。断面中性轴角变形：这种变形产生的根本原因是横向收缩变形在厚度方向上的不均匀分布，焊缝正面的变形大，背面的变形小，造成构件平面的偏转，如图23所示。

24、 波浪变形：一般情况下在焊缝附近是拉应力，离开焊缝较远的区域为压应力。在压应力的作用下，薄板可能失稳，产生波浪变形，如图24所示。 错边变形：在焊接过程中，两焊件的热膨胀不一致是引起长度方向和厚度方向上错边的主要原因，如图25所示。 螺旋变形：产生这种变形的原因与焊缝变形沿长度上的分布不均匀性和工件的纵向错边有关，如图26所示。 （二） 预防、减少或消除焊接变形的措施 焊接残余变形可以从设计和工艺上来解决。设计上如果考虑得比较周到，注意减小焊接变形，往往比单纯从工艺上来解决问题方便得多。相反地，如果设计考虑不周，则往往给生产带来许多额外的工序，大大延长生产周期，提高产品成本。因此，除了要研究工

25、艺措施外，还必须重视设计措施。 1设计措施从设计上解决焊接残余变形有如下措施。 (1)合理地选择焊缝的尺寸：焊缝尺寸直接关系到焊接变形的大小。焊缝尺寸大，不但焊接量大，而且焊接变形也大。因此在保证结构的承载能力的条件下，设计时应该尽量采用较小的焊缝尺寸。 但这并不是说焊缝越小越好，因为还有工艺上的问题，焊缝尺寸太小，冷却速度过大，容易产生一系列焊接缺陷。 (2) 尽可能减少焊缝数量和强度。如图，合理地选择筋板的形状，适当地安排筋板的位置，可以减少焊缝，提高筋板加固效率。例如图27(b)，采用槽钢来加固轴承座比图27(a)的辐射形筋板具有更好的效果，同时需要的焊缝也比后者少。2工艺措施从工艺上解

26、决焊接残余变形有如下措施。 (1)反变形(预变形)法：这是生产中最常用的方法，事先估计好结构变形的大小和方向，然后在装配前给予一个相反方向的变形与焊接变形相抵消，使焊后构件保持设计的要求。 在薄板结构上，有时需在壳体上焊接支承座之类的零件，焊后构件往往发生塌陷，见图30(a)，影响结构尺寸的准确度。为了防止焊后支承座的塌陷，可以在焊接前将壳体周围的壳壁向外顶出，然后再进行焊接，见图30(b)。这样做不但可以防止壳体变形。 (2)选择合理的装配焊接顺序：通过一个例子来说明装配焊接顺序对焊接构件变形的影响。如图31所示的焊接梁，是由两根槽钢、若干隔板和盖板组成。槽钢与盖板间用焊缝1来连接，隔板与盖及槽钢间分别用角焊缝2和3来连接。这个构件可用三种不同的装配焊接顺序进行生产。 第一种方案：先把隔板与槽