华北理工大学2016年热加工工艺复习重点章节部分-.焊接部分部分课件

1、 金属的连接方法有哪几类？机械连接法借助螺栓或铆钉胶接法焊接法。什么是焊接？什么是焊接？ 通过加热或加压，使焊件达到原子结合的一种加工方法。主要焊接方法如何实现金属焊接？如何实现金属焊接？熔化焊接熔化焊接使被连接的构件表面局部加热使被连接的构件表面局部加热熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法。熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法。压力焊接压力焊接利用摩擦、扩散和加压等物理利用摩擦、扩散和加压等物理作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它污染物，使两个连接表面的原子相互接近到污染物，使两个连接表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接。晶格距离，从

2、而在固态条件下实现连接。钎焊连接钎焊连接利用某些熔点低于被连接构件利用某些熔点低于被连接构件材料熔点的钎料金属在连接界面上的熔化流材料熔点的钎料金属在连接界面上的熔化流散浸润，然后结晶形成结合。散浸润，然后结晶形成结合。 连接性能好；连接性能好； 省工省料成本低；省工省料成本低； 重量轻；重量轻； 简化工艺。简化工艺。 结构不可拆卸；结构不可拆卸； 焊接接头的组织、性能变坏；焊接接头的组织、性能变坏； 产生残余应力和变形；产生残余应力和变形； 易产生焊接缺陷。易产生焊接缺陷。焊接的优点焊接的缺点一、焊接的实质一、焊接的实质 两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，两个分离的物体通过加热或加压

3、，或两者并用，在填充或部填充材料的条件下借助原子间或分子间在填充或部填充材料的条件下借助原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。 原子间间距原子间间距0.3nm0.5nm能够相互作用能够相互作用，液体很容易达到液体很容易达到固体部分点接触固体部分点接触影响因素：温度和压力影响因素：温度和压力二、焊接冶金过程及其对焊件质量的影响二、焊接冶金过程及其对焊件质量的影响1.焊接的冶金过程焊接的冶金过程熔焊时焊接区域内各种物质之间在高温下相互作用熔焊时焊接区域内各种物质之间在高温下相互作用的过程，实质是金属在焊接过程的再熔炼过程。的过程，实质是金

4、属在焊接过程的再熔炼过程。过程：加热、熔化、熔滴向熔池转移过程过程：加热、熔化、熔滴向熔池转移过程2 焊接电弧焊接电弧2.1 电弧的产生及特点电弧的产生及特点焊接电弧焊接电弧是一种气体放电现象。在一定条件下电是一种气体放电现象。在一定条件下电荷（带电粒子）通过两电极之间气体空间的导电荷（带电粒子）通过两电极之间气体空间的导电过程。过程。特点：特点：在焊接电弧燃烧过程中，呈现出在焊接电弧燃烧过程中，呈现出电压低、电压低、电流大、温度高、发光强电流大、温度高、发光强的特点。的特点。要求：要求：为维持电弧燃为维持电弧燃烧，必须不断输送电烧，必须不断输送电能给电弧；能给电弧；焊接电弧由焊接电弧由阴极区

5、阴极区、阳极区阳极区和和弧柱区弧柱区三部分组成。三部分组成。阴极区阴极区电子供应区；电子供应区；阳极区阳极区电子轰击区；电子轰击区；弧柱区弧柱区电弧长度的绝大电弧长度的绝大部分。部分。阴极区阴极区弧柱区弧柱区阳极区阳极区温度温度K24005700-77002600产生热量产生热量36%21%43%2.2 电弧的构造电弧的构造焊接电弧热量与焊接电流的平方和电压的乘积成焊接电弧热量与焊接电流的平方和电压的乘积成正比，电流越大，电弧产生的总热量越多。正比，电流越大，电弧产生的总热量越多。正接：焊件接正极，电极接负极；正接：焊件接正极，电极接负极；反接：焊件接负极，电极接正极；反接：焊件接负极，电极接

6、正极；O22O 发生氧化反应，焊缝性能降低发生氧化反应，焊缝性能降低N22N 高温熔入液态金属，冷却后形成气孔高温熔入液态金属，冷却后形成气孔H2O2H+O 形成气孔，产生氢脆。形成气孔，产生氢脆。 Fe+O FeO Mn+O MnO Si+2O SiO2保证焊缝质量措施：保证焊缝质量措施：减少有害元素进入熔池（减少有害元素进入熔池（机械保护机械保护）消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素（冶金处理冶金处理）2.4焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响焊缝的形成焊缝的形成(1) 电弧在焊条与被焊件之间燃烧，电弧热使工件和电

7、弧在焊条与被焊件之间燃烧，电弧热使工件和焊条同时焊条同时熔化成熔池熔化成熔池；(3) 电弧向前移动，工件电弧向前移动，工件和焊条不断熔化汇成新和焊条不断熔化汇成新的熔池，原熔池则不断的熔池，原熔池则不断冷却凝固，冷却凝固，构成连续焊构成连续焊缝缝。覆盖在焊缝表面的。覆盖在焊缝表面的熔渣也凝固成熔渣也凝固成渣壳渣壳。(2) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧，产生电弧使焊条的药皮熔化或燃烧，产生熔渣和气体熔渣和气体，对熔化金属和熔池对熔化金属和熔池起保护作用起保护作用；2.5 焊接热循环焊接热循环 焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到最高值

8、后，又由高而低随时间的变化低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化称为焊接热循环称为焊接热循环. 2.6.1 焊缝区焊缝区 = 焊缝金属焊缝金属 +熔合区熔合区+热影响区热影响区越靠近焊缝，加热温度越高越靠近焊缝，加热温度越高2.6 焊缝区的金属组织与性能焊缝区的金属组织与性能 焊缝焊缝：由熔池金属结晶形：由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。成的焊件结合部分。 过程过程：由熔池底壁开始，：由熔池底壁开始，逐次向中心成长。逐次向中心成长。 组织组织：柱状晶。：柱状晶。 特点特点：低熔点的杂质和氧化物等：低熔点的杂质和氧化物等易偏析物集中在焊易偏析物集中在焊缝中心区缝中心区。 改善改善：焊接材料

9、：焊接材料添加添加细化晶粒的细化晶粒的合金元素合金元素，改善一，改善一次结晶；次结晶；焊后热处理焊后热处理，改善二次结晶，改善二次结晶(固态相变固态相变)，使，使焊焊缝金属性能不低于母材性能缝金属性能不低于母材性能1) 焊缝区焊缝区 熔合区熔合区：焊缝与热影响区之间的过渡区域，：焊缝与热影响区之间的过渡区域， 特点特点：处于固、液相线之间，处于固、液相线之间，区域较窄区域较窄；母材部分熔化母材部分熔化。 组织组织：熔化金属凝固成：熔化金属凝固成铸态组织铸态组织，未熔化金属形，未熔化金属形成成过热粗晶过热粗晶。 性能性能：此处断面变化大，：此处断面变化大，易引起应力集中，是焊接易引起应力集中，是

10、焊接接头中的接头中的薄弱地带薄弱地带，很大，很大程度上决定着焊接接头的程度上决定着焊接接头的性能。性能。2) 熔合区熔合区3) 热影响区热影响区热影响区热影响区：在焊接热循环的影响下，焊缝两侧处于：在焊接热循环的影响下，焊缝两侧处于固态的母材金相组织和力学性能发生变化的区域。固态的母材金相组织和力学性能发生变化的区域。 过热区过热区：1100至固相线，至固相线，A晶晶粒严重长大，冷却后形成粗大魏粒严重长大，冷却后形成粗大魏氏组织。氏组织。塑韧性差塑韧性差，尤其是冲击，尤其是冲击韧度，韧度，焊接薄弱区焊接薄弱区。 细晶区细晶区（正火区）：（正火区）：Ac3至至1100，F和和P全部转全部转化为化

11、为A。A晶粒细小，冷却后晶粒细小，冷却后F和和P均匀细小。均匀细小。塑性塑性和韧性较好和韧性较好，相当于正火组织。，相当于正火组织。 不完全重结晶区不完全重结晶区（部分相变区）：（部分相变区）：Ac3至至Ac1，部，部分母材相变重结晶后形成细小的分母材相变重结晶后形成细小的F和和P；另一部分不；另一部分不转变，转变，F晶粒随温度升高长大。冷却后晶粒大小不晶粒随温度升高长大。冷却后晶粒大小不一，组织不均匀，一，组织不均匀，力学性能比正火区稍差力学性能比正火区稍差。再结晶区再结晶区： Ac1至至500450 。冷变形加工的焊件。冷变形加工的焊件 合理选择电弧焊接方法与焊接规范合理选择电弧焊接方法与

12、焊接规范 对低碳钢（热影响区窄）可用焊条电弧焊或埋弧焊；对低碳钢（热影响区窄）可用焊条电弧焊或埋弧焊； 对合金钢需选择小能量多道焊接方法；对合金钢需选择小能量多道焊接方法； 重要接头选择电子束或激光焊接。重要接头选择电子束或激光焊接。 进行焊后热处理进行焊后热处理 焊后退火或正火，可改善热影响区尤其是过热区危害。焊后退火或正火，可改善热影响区尤其是过热区危害。2.6.2 改善焊接过热区和熔合区组织和性能的方改善焊接过热区和熔合区组织和性能的方法法 2.7 焊接应力与变形焊接应力与变形1.焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的原因 与与铸造过程产生热应力相似，焊接过程中由于热作用铸造过程产

13、生热应力相似，焊接过程中由于热作用也将产生焊接应力和变形。也将产生焊接应力和变形。焊接应力与变形产生的原焊接应力与变形产生的原因因是焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。是焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。2.减小和消除焊接应力的措施减小和消除焊接应力的措施 合理的焊接结构合理的焊接结构。选用塑性好的材料，避免使焊。选用塑性好的材料，避免使焊缝密集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长，焊缝密集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长，焊缝对称；缝对称；适当部位进行加热适当部位进行加热，以减少焊接时对焊接部位的约，以减少焊接时对焊接部位的约束。束。3.反变形法反变形法焊接前预测焊接变形量和变形方焊接前预

14、测焊接变形量和变形方向，在焊前组装时将被焊工件向焊接变动相反的向，在焊前组装时将被焊工件向焊接变动相反的方向进行人为的变形。方向进行人为的变形。 4. 选择选择刚性固定法刚性固定法；5. 选择选择合理的装配焊接顺序合理的装配焊接顺序 P141 图图3-166.锤击焊缝法锤击焊缝法或振动法消除焊接应力；图或振动法消除焊接应力；图3-177.强迫冷却法；图强迫冷却法；图3-188.焊后热处理：焊后热处理：去应力退火去应力退火彻底消除残余应力彻底消除残余应力；焊接变形的矫正焊接变形的矫正 火焰矫正法火焰矫正法 机械矫正法机械矫正法第二节第二节 焊条电弧焊焊条电弧焊 优点：优点：使用的设备简单使用的设

15、备简单方法简便灵活方法简便灵活适应性强适应性强缺点：缺点：生产率较低生产率较低焊接质量不够稳定焊接质量不够稳定可焊最小厚度为可焊最小厚度为 1.0mm （1.5mm）焊接质量在一定程度上决定于焊工焊接质量在一定程度上决定于焊工的操作技术；的操作技术；对于活泼金属（对于活泼金属（Ti、Nb、Zr等）等）和难熔金属不能采用手弧焊。和难熔金属不能采用手弧焊。对于低熔点金属不可能用手弧焊。对于低熔点金属不可能用手弧焊。一、电弧焊的设备 电弧焊机：转换电压 交流 直流 焊钳：夹持焊条和传导电流二、焊条的组成二、焊条的组成焊条钢芯焊条钢芯性能、化学成分、规格性能、化学成分、规格GB1300-77 已标准化

16、已标准化焊条药皮焊条药皮“作用作用”非常重要非常重要由由焊芯焊芯和和药皮药皮组成组成焊条焊条焊芯焊芯药皮药皮导电、生弧、形成热源导电、生弧、形成热源焊缝的填充金属焊缝的填充金属机械保护（气体和熔渣）机械保护（气体和熔渣）冶金处理（熔渣）冶金处理（熔渣）改善焊接工艺性（引弧容改善焊接工艺性（引弧容易、燃烧稳定）易、燃烧稳定）焊芯焊芯专门冶炼，规定了牌号和成分：专门冶炼，规定了牌号和成分： 焊接用钢丝有碳素钢、合金钢、不锈钢焊接用钢丝有碳素钢、合金钢、不锈钢3类，类，牌号以牌号以H开头；开头； 为保证焊缝的塑性和韧性，为保证焊缝的塑性和韧性，S、P、Si的的含量含量比比普通碳素普通碳素/合金结构钢

17、都要合金结构钢都要低低。药皮药皮 K、Na、Ca保证工艺性能；保证工艺性能； 碳酸盐和有机物可形成还原性气体；碳酸盐和有机物可形成还原性气体；锰铁、硅铁、铝粉可脱氧精炼；锰铁、硅铁、铝粉可脱氧精炼；部分合金元素能改善化学成分和性能。部分合金元素能改善化学成分和性能。按用途分按用途分碳钢焊条碳钢焊条低合金钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条不锈钢焊条铸铁焊条铸铁焊条堆焊焊条堆焊焊条镍和镍合金焊条镍和镍合金焊条铜和铜合金焊条铜和铜合金焊条铝和铝合金焊条铝和铝合金焊条按熔渣性质分按熔渣性质分酸性焊条酸性焊条SiO2、MnO等等碱性焊条碱性焊条CaO、FeO等等碱性焊条碱性焊条： 机械性能好（韧性高，抗裂性好

18、）；机械性能好（韧性高，抗裂性好）； 焊接工艺性能差；（用直流电）焊接工艺性能差；（用直流电） 对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干）对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干） 排出有毒烟尘排出有毒烟尘 HF。（通风良好）。（通风良好）酸性焊条与碱性焊条相反。酸性焊条与碱性焊条相反。 E 4 3 0 3 , E 5 0 1 5 , E 5 0 1 6 电流种类，药皮类型（酸、碱）电流种类，药皮类型（酸、碱） 焊接位置（平、横、立、仰）焊接位置（平、横、立、仰） 抗拉强度抗拉强度 430 MPa 焊条焊条2.焊条的牌号和类型焊条的牌号和类型3.焊条的选择焊条的选择按强度等级和化学成分按强度等级和化学

19、成分一般结构一般结构强度等级相同焊条强度等级相同焊条特殊结构特殊结构强度等级低的钢焊条强度等级低的钢焊条碳硫磷含量较大碳硫磷含量较大碱性焊条碱性焊条铸造碳钢或合金钢铸造碳钢或合金钢碱性焊条碱性焊条按焊件分工况条件按焊件分工况条件受动载、交变载荷、冲击载荷受动载、交变载荷、冲击载荷碱性焊条碱性焊条静载荷静载荷酸性焊条酸性焊条难清理物质较多难清理物质较多酸性焊条酸性焊条腐蚀、高温特殊条件腐蚀、高温特殊条件特殊用途焊条特殊用途焊条按焊件的形状、刚度及焊接位置按焊件的形状、刚度及焊接位置厚度、刚度大，结构复杂厚度、刚度大，结构复杂碱性焊条碱性焊条厚度、刚度小，形状一般厚度、刚度小，形状一般酸性焊条酸性

20、焊条其他位置焊接其他位置焊接全位置焊条全位置焊条等强度原则等强度原则对结构钢的焊接，应使焊条的强度对结构钢的焊接，应使焊条的强度等级等于或稍高于母材的强度；等级等于或稍高于母材的强度；同成分原则同成分原则对特殊用钢的焊接，为保证接头的对特殊用钢的焊接，为保证接头的特殊性能，应使焊缝金属的主要成分与母材相同或特殊性能，应使焊缝金属的主要成分与母材相同或相近；相近；抗裂性要求抗裂性要求对焊接或使用中易产生裂纹的结构，对焊接或使用中易产生裂纹的结构，如焊件形状复杂、厚度大、受动载荷或冲击、低温如焊件形状复杂、厚度大、受动载荷或冲击、低温下焊接和使用等，应选用抗裂性能优良的低氢型焊下焊接和使用等，应选

21、用抗裂性能优良的低氢型焊条；条；抗气孔要求抗气孔要求对难以焊前清理、容易产生气孔的对难以焊前清理、容易产生气孔的焊件，应选用酸性焊条；焊件，应选用酸性焊条；低成本要求低成本要求在酸、碱性焊条都满足条件时，一在酸、碱性焊条都满足条件时，一般应选用酸性焊条。般应选用酸性焊条。3.焊条的选择焊条的选择-小结小结（1）焊条直径）焊条直径 为提高生产率，通常选用直径较粗的焊条，一为提高生产率，通常选用直径较粗的焊条，一般不大于般不大于6mm。 工件厚度在工件厚度在4 mm以下的对接焊时，一般均用直以下的对接焊时，一般均用直径小于等于工件厚度的焊条。径小于等于工件厚度的焊条。 大厚度工件焊接时，一般接头处

22、要开坡口，在大厚度工件焊接时，一般接头处要开坡口，在焊打底层焊时，可采用焊打底层焊时，可采用2.54mm直径焊条，之直径焊条，之后各层可采用后各层可采用5-6 mm直径焊条。直径焊条。 立焊时，焊条直径一般不超过立焊时，焊条直径一般不超过5毫米；毫米； 仰焊时则不应超过仰焊时则不应超过4毫米。毫米。三、焊条电弧焊焊接工艺规范三、焊条电弧焊焊接工艺规范（2）焊接电流）焊接电流 根据焊条直径来确定。根据焊条直径来确定。焊接电流太小，焊接生产率焊接电流太小，焊接生产率较低，电弧不稳定，还可能焊不透工件。焊接电流较低，电弧不稳定，还可能焊不透工件。焊接电流太大，则会引起熔化金属的严重飞溅，甚至烧穿工太

23、大，则会引起熔化金属的严重飞溅，甚至烧穿工件。件。 对于焊接一般钢材的工件，对于焊接一般钢材的工件，焊条直径在焊条直径在3-6mm时时，可由下列经验公式求得焊接电流的参考值可由下列经验公式求得焊接电流的参考值:I=(3055)dI焊接电流（焊接电流（A）；）； d焊条直径（焊条直径（mm）；）； 此外，电流大小的选择，还与此外，电流大小的选择，还与接头型式和焊逢在空接头型式和焊逢在空间的位置间的位置等因素有关。立焊、横焊时的焊接电流应等因素有关。立焊、横焊时的焊接电流应比平焊减少比平焊减少10 - 15%；仰焊则减少；仰焊则减少15 - 20%。（3）焊）焊层数层数 厚焊件开坡口，多层焊，每层

24、厚度不超过厚焊件开坡口，多层焊，每层厚度不超过4mm5mm。 焊缝厚度等于焊条直径焊缝厚度等于焊条直径0.81.2倍，生产效率高。倍，生产效率高。dn/第三节第三节 其他熔焊方法简介其他熔焊方法简介1.埋弧焊埋弧焊焊条电弧焊时，引燃电弧、维持电弧、移动电弧以焊条电弧焊时，引燃电弧、维持电弧、移动电弧以及焊接结束时填满弧坑等动作完全靠手工进行，故及焊接结束时填满弧坑等动作完全靠手工进行，故产品质量不稳定。产品质量不稳定。埋弧焊的焊接动作完全由机械自埋弧焊的焊接动作完全由机械自动完成动完成，克服上述缺点。，克服上述缺点。 定义定义：以可熔化颗：以可熔化颗粒状焊剂作为保护介粒状焊剂作为保护介质质,电

25、弧掩埋在焊剂层电弧掩埋在焊剂层下的一种熔化极电弧下的一种熔化极电弧焊接方法。焊接方法。1)埋弧焊焊接过程埋弧焊焊接过程 在焊缝处堆放焊在焊缝处堆放焊剂剂焊丝送入电弧区焊丝送入电弧区选定的弧长选定的弧长电弧电弧燃烧燃烧金属熔化金属熔化工件工件焊丝焊丝焊剂熔化焊剂熔化熔渣熔渣保护焊缝保护焊缝焊剂蒸发焊剂蒸发熔渣泡熔渣泡熔化熔化较大面积熔池较大面积熔池焊缝可焊缝可达达20cm2焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）隔绝空气，防止熔滴隔绝空气，防止熔滴外溅外溅；减少电弧热能损失，减少电弧热能损失，阻止弧光四射阻止弧光四射2)埋弧焊的特点埋弧焊的特点 生产效率高生产

26、效率高 电流达电流达1000A以上，不需更换焊条头，以上，不需更换焊条头，比焊条电弧焊提高比焊条电弧焊提高5-10倍；倍； 焊接质量高而且稳定焊接质量高而且稳定 焊缝内气孔、夹渣少，焊缝焊缝内气孔、夹渣少，焊缝美观；美观； 成本低成本低 省工省料省时间（可不开坡口）；省工省料省时间（可不开坡口）； 劳动条件好劳动条件好 无弧光、飞溅，劳动强度低；无弧光、飞溅，劳动强度低； 适应性差适应性差 只适合平焊、长直焊缝和较大直径的焊缝；只适合平焊、长直焊缝和较大直径的焊缝； 焊接设备复杂，焊前准备工作严格焊接设备复杂，焊前准备工作严格。2.气体保护焊气体保护焊 利用特定的某种气体保护电弧和熔池的焊接方

27、利用特定的某种气体保护电弧和熔池的焊接方法称为法称为气体保护焊气体保护焊。CO2焊焊 定义：以定义：以氩气氩气作为保护气体。作为保护气体。1)氩弧焊氩弧焊 分类：不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊分类：不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊 特点：特点：氩气保护，最适合易氧化的有色金属、合金钢氩气保护，最适合易氧化的有色金属、合金钢和稀有金属和稀有金属 可全方位焊接，明弧可见，便于观察、易于自可全方位焊接，明弧可见，便于观察、易于自动控制；动控制；热量集中，热影响区小，焊后变形小；热量集中，热影响区小，焊后变形小；保护效果好，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，保护效果好，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，焊接质量好；焊接

28、质量好；氩气成本高，一般情况下不采用。氩气成本高，一般情况下不采用。2)CO2焊焊 原理原理：焊丝经软导管、导嘴送出：焊丝经软导管、导嘴送出从喷嘴中喷出从喷嘴中喷出CO2气体气体保护焊丝端部及熔池保护焊丝端部及熔池 优点优点：生产率高生产率高电流密度大、熔深大、焊速快、比焊电流密度大、熔深大、焊速快、比焊条电弧焊高条电弧焊高1-4倍，没有渣壳，焊后无清理，自动倍，没有渣壳，焊后无清理，自动送丝；送丝；质量较好质量较好热量集中，热影响区较小，变形和产热量集中，热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向性小，适合薄板焊接。生裂纹的倾向性小，适合薄板焊接。 焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好。焊缝氢的质量分数

29、低，接头抗裂性好。操作性能好操作性能好明弧焊接，方便操作，适用于各种明弧焊接，方便操作，适用于各种位置的焊接；成本仅是电弧焊的位置的焊接；成本仅是电弧焊的40%左右；左右； 缺点缺点：l高温下：高温下：CO2CO+O合金元素氧化烧损；合金元素氧化烧损；C元素被氧化为元素被氧化为CO； 熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑，容易产熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑，容易产生气孔。生气孔。(1) 采用含采用含Si、Mn 元素的低合金钢焊丝补偿合金元元素的低合金钢焊丝补偿合金元素的烧损；素的烧损；(2) 减少气流，减少减少气流，减少CO2的冷却作用，减少气孔。的冷却作用，减少气孔。(3) 采用直流反接

30、，低电压的焊接工艺，适当降低焊采用直流反接，低电压的焊接工艺，适当降低焊接速度减慢熔池结晶，有利于气体析出接速度减慢熔池结晶，有利于气体析出3.电渣焊电渣焊特点：特点：除引弧外，焊接过程中不产生电弧除引弧外，焊接过程中不产生电弧。原理：原理：送丝送丝引燃电弧，熔化焊剂引燃电弧，熔化焊剂形成一定深度的渣池形成一定深度的渣池将焊丝插入渣池，电弧熄灭将焊丝插入渣池，电弧熄灭电阻热使母材熔化电阻热使母材熔化熔滴与熔渣发生化学反应，熔滴与熔渣发生化学反应，积聚渣池下积聚渣池下熔池上升熔池上升冷却水冷却成焊冷却水冷却成焊缝。缝。定义：定义：利用电流通过液态熔渣产生的电阻热进行焊接利用电流通过液态熔渣产生的

31、电阻热进行焊接特点：特点： 生产率高生产率高厚大截面可一次焊成，不需开坡口；厚大截面可一次焊成，不需开坡口； 焊缝缺陷少，焊接质量好焊缝缺陷少，焊接质量好不易产生气孔、夹渣、不易产生气孔、夹渣、裂纹和偏析；裂纹和偏析； 成本低成本低省电，省熔剂；省电，省熔剂； 焊件需正火热处理焊件需正火热处理热影响区较大，组织较粗大热影响区较大，组织较粗大。用途：用途：厚度厚度40mm以上的立焊直缝焊。以上的立焊直缝焊。4. 等离子弧焊等离子弧焊等离子弧发生装置等离子弧发生装置1.机械收缩效应：机械收缩效应：电弧在被迫通过喷嘴通道喷出时，电弧截电弧在被迫通过喷嘴通道喷出时，电弧截面受到了约束，通道对电弧产生了

32、压缩作用；通道直径和长度面受到了约束，通道对电弧产生了压缩作用；通道直径和长度影响大；影响大；2.热收缩效应：热收缩效应： 当通入一定压力和流量的离子气体时，喷嘴当通入一定压力和流量的离子气体时，喷嘴冷却水作用，使靠近喷嘴的通道壁气体受到强烈冷却，在弧柱冷却水作用，使靠近喷嘴的通道壁气体受到强烈冷却，在弧柱四周产生一层电离度趋于零的冷气膜，这层高速中性气流迫使四周产生一层电离度趋于零的冷气膜，这层高速中性气流迫使电弧在中心高温区通过，将弧柱截面再次压缩。等离子气流量电弧在中心高温区通过，将弧柱截面再次压缩。等离子气流量越大，压力越大，热压缩效应越强烈。越大，压力越大，热压缩效应越强烈。3.电磁

33、收缩效应电磁收缩效应: 定向运动的电子，离子流可以看成是无数定向运动的电子，离子流可以看成是无数根相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，根相互平行的载流导体，在弧柱电流本身产生的磁场作用下，产生的电磁力使弧柱进一步收缩。产生的电磁力使弧柱进一步收缩。等离子弧既有：弧柱直径细，气体高度电离，能量非常密集。等离子弧既有：弧柱直径细，气体高度电离，能量非常密集。等离子弧焊等离子弧焊特点：特点：厚度厚度12mm以下的焊件可不开坡口以下的焊件可不开坡口，实现单面焊双面成形；，实现单面焊双面成形； 焊接电流小到焊接电流小到0.1A时，时，等离子弧等离子弧仍能仍能稳定稳定燃烧，并保持良好燃烧，

34、并保持良好的挺直度和方向性；的挺直度和方向性； 钨极缩于喷嘴内，焊接时可钨极缩于喷嘴内，焊接时可避免钨污染避免钨污染； 焊接速度快，生产率高，焊接焊接速度快，生产率高，焊接热影响区小，焊接变形也小热影响区小，焊接变形也小； 不宜在室外焊接；不宜在室外焊接；5. 电子束焊电子束焊 利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空的焊件所产生的热能进行焊接的方法。的焊件所产生的热能进行焊接的方法。 当阴极被加热到当阴极被加热到2600K时，发出大量的电子，在高压作用下，时，发出大量的电子，在高压作用下，镜电磁透镜聚焦成电子束流，高速射向焊件表面，电子动能转镜电磁

35、透镜聚焦成电子束流，高速射向焊件表面，电子动能转化为热能，能量密度比普通的电话大化为热能，能量密度比普通的电话大5000倍，它使焊件金属熔倍，它使焊件金属熔化甚至气化。化甚至气化。特点：特点：(1)在真空焊接，金属不会氧化渗氮，没有金属电极污染，所以能在真空焊接，金属不会氧化渗氮，没有金属电极污染，所以能保证焊缝金属的高纯度。焊缝表面平滑洁净，没有弧坑等表面保证焊缝金属的高纯度。焊缝表面平滑洁净，没有弧坑等表面缺陷，焊缝熔合好，没有气孔，夹渣。缺陷，焊缝熔合好，没有气孔，夹渣。(2) 热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深而窄，热影响区小，热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深而窄，热影响区小

36、，基本上不产生焊接变形。基本上不产生焊接变形。(3)焊接不添加金属，接头平整，任何焊件都开焊接不添加金属，接头平整，任何焊件都开I形坡口。形坡口。(4) 电子束参数可调，控制灵活，精度高，适应性强电子束参数可调，控制灵活，精度高，适应性强 5.激光焊：以高能量密度的激光束作为热源，对金属进激光焊：以高能量密度的激光束作为热源，对金属进行熔化形成焊接接头的特种熔化焊接方法。行熔化形成焊接接头的特种熔化焊接方法。特点：特点：1.能量密度大，热量集中，作用时间短，热影响区、能量密度大，热量集中，作用时间短，热影响区、变形小，适合热敏感材料。变形小，适合热敏感材料。2.激光能量放出迅速，焊件不易氧化，

37、激光能量放出迅速，焊件不易氧化，3.光束可达性好。光束可达性好。4. 压焊与钎焊压焊与钎焊一、压焊一、压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），完焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），完成焊接的过程成焊接的过程1.电阻焊电阻焊定义定义：利用焊件接触面的电阻热，将焊件局部加热到塑性利用焊件接触面的电阻热，将焊件局部加热到塑性 或熔化状态，在压力下形成接头焊接方法。或熔化状态，在压力下形成接头焊接方法。 分类分类：对焊、缝焊、点焊对焊、缝焊、点焊 设备要求设备要求：低电压、大电流：低电压、大电流 特点特点：生产率高，可用于生产率高，可用于大批量大批量生产；生产； 不需填充金属

38、，不需填充金属，焊接变形小焊接变形小； 劳动条件好劳动条件好，操作简单；，操作简单； 焊接设备复杂，投资大；焊接设备复杂，投资大； 对焊接厚度和接头形式有一定限制。对焊接厚度和接头形式有一定限制。+定义定义：利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊：利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的方法。接起来的方法。+分类分类：电阻对焊电阻对焊和和闪光对焊闪光对焊1) 1) 对焊对焊电阻对焊电阻对焊+过程过程：两个工件接头平滑：两个工件接头平滑施加预压力施加预压力端面紧密接触，端面紧密接触，压紧压紧通电通电产生电阻热使产生电阻热使工件接触处迅速加热至塑性工件接触处迅速加热至塑性状态状态接头产生塑性变形

39、而接头产生塑性变形而焊接起来。焊接起来。+要求要求：端面清洁，光滑端面清洁，光滑+特点特点：接头毛刺少，外形圆滑接头毛刺少，外形圆滑+用途用途：端面简单、直径小于端面简单、直径小于20mm强度要求不高的强度要求不高的工件工件。闪光对焊闪光对焊+过程过程：通电：通电接触点金属迅速接触点金属迅速熔化、蒸发熔化、蒸发液体金属在蒸汽液体金属在蒸汽压力作用下爆破，以火花形式压力作用下爆破，以火花形式从接触处飞出形成从接触处飞出形成“闪光闪光”保持一段时间保持一段时间待端面全部熔待端面全部熔化后加压化后加压接头产生塑性变形接头产生塑性变形而焊接起来。而焊接起来。+要求要求：接头：接头端面尽量相同端面尽量相

40、同+特点特点：接头质量好，强度高；金属损耗大接头质量好，强度高；金属损耗大，需设，需设隔离防护装置；隔离防护装置；+用途用途：重要零件，异类钢种的焊和重要零件，异类钢种的焊和。+定义定义：利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触：利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点的方法；面之间焊成一个个焊点的方法；+分流现象分流现象：当焊接下：当焊接下个焊点时，有一部分电个焊点时，有一部分电流会流过已焊好的焊点流会流过已焊好的焊点的现象。的现象。+过程过程：柱状电极压紧在工件上：柱状电极压紧在工件上接通电流接通电流接触接触处温度升高熔化处温度升高熔化断电断电继续保持压力或加大压力继续保持压力

41、或加大压力液态熔核在压力下结晶。液态熔核在压力下结晶。t导电性导电性分流现象严重分流现象严重点间距点间距2) 点焊点焊+ +接头形式接头形式：主主要是搭接接头。要是搭接接头。+用途用途：t3mm的薄板冲压结构的薄板冲压结构及线材的焊接，如及线材的焊接，如制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳和轻工、制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳和轻工、生活用品等。生活用品等。3) 缝焊缝焊+原理原理：利用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，：利用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，精确控制通、断电时间，形成精确控制通、断电时间，形成连续重叠焊点连续重叠焊点的方法。的方法。+特点特点：分流现象严重分流现象严重，

42、电流为电焊的，电流为电焊的1.5-2倍；倍；密密封性好封性好，适用于制造，适用于制造厚度厚度T钎料熔点钎料熔点，钎料熔化（工件不，钎料熔化（工件不熔化）并渗入到接头间隙中熔化）并渗入到接头间隙中液态钎料与工件金属相互溶解扩散液态钎料与工件金属相互溶解扩散冷凝后即形成钎焊接头。冷凝后即形成钎焊接头。三、钎焊三、钎焊 分类分类：软钎焊和硬钎焊：软钎焊和硬钎焊软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊钎料熔点钎料熔点450450 性能特点性能特点接头强度接头强度100MPa工作温度较低工作温度较低接头强度接头强度200MPa工作温度较高工作温度较高应用应用受力不大的仪表、导电受力不大的仪表、导电元件的焊接。元件的焊接

43、。受力较大的构件、受力较大的构件、刀具刀具、工具的焊接。工具的焊接。 特点及应用特点及应用： 工件加热温度低，工件加热温度低，组织和力学性能变化小，变组织和力学性能变化小，变形小形小；接头光滑平整接头光滑平整，工件尺寸精确；，工件尺寸精确； 可以焊接性能差异很大的可以焊接性能差异很大的异种金属异种金属，对工件，对工件厚厚度度的差别的差别没有没有严格的严格的限制限制； 复杂形状构件，复杂形状构件，生产率高生产率高（可同时焊接上千条（可同时焊接上千条焊缝）；焊缝）； 设备简单，投资少；设备简单，投资少； 接头接头强度尤其是强度尤其是动载强度低动载强度低，耐热性差耐热性差，且，且焊焊前清理及组装要求

44、较高前清理及组装要求较高。第五节第五节 堆焊与热喷涂堆焊与热喷涂堆焊堆焊为增大或恢复焊件的尺寸，或使焊件表面获得具有特为增大或恢复焊件的尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。殊性能的熔敷金属而进行的焊接。热喷涂热喷涂将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射将熔融状态的喷涂材料，通过高速气流使其雾化喷射在零件表面，形成喷涂层的一种金属表面加工方法在零件表面，形成喷涂层的一种金属表面加工方法常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性1.1.焊接性的定义焊接性的定义 从原则上讲，各种金属都能进行焊接，但金属本从原则上讲，各种金属都能进行焊接

45、，但金属本身固有的基本性能，还不能直接表明它在焊接时会出身固有的基本性能，还不能直接表明它在焊接时会出现什么问题以及焊接后接头性能是否满足使用要求。现什么问题以及焊接后接头性能是否满足使用要求。金属材料对焊接加工的适应性采用金属材料对焊接加工的适应性采用焊接性焊接性来衡量来衡量 定义定义：被焊金属在采用一定的被焊金属在采用一定的焊接材料焊接材料、焊接方法焊接方法、工工艺参数艺参数及及结构形式结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括包括焊接工艺性焊接工艺性和和焊接使用性焊接使用性。常用材料不同焊接方法的焊接性见表常用材料不同焊接方法的焊接性见表3-7一

46、、影响金属材料焊接性的主要因素：一、影响金属材料焊接性的主要因素：1.材料因素：材料因素：构件材料构件材料和和焊接材料焊接材料对焊缝金属的化学对焊缝金属的化学 成分和性能影响，重点是母材的热影响成分和性能影响，重点是母材的热影响 区的性能影响。区的性能影响。2.工艺因素：加工方法和实施要求，焊接准备，材料工艺因素：加工方法和实施要求，焊接准备，材料 选用，选用，焊接方法焊接方法选用，焊接参数，操作选用，焊接参数，操作 要求。要求。 焊接方法的影响焊接方法的影响：热源特点热源特点熔池、接头附近区域的保护方式。熔池、接头附近区域的保护方式。3.结构因素：受力状态及接头处的刚度、应力集中等结构因素：

47、受力状态及接头处的刚度、应力集中等4.工作环境：载荷性质、工作温度、工作介质等。工作环境：载荷性质、工作温度、工作介质等。| 分类分类：间接评估法、焊接试验法：间接评估法、焊接试验法 。间接评估法间接评估法碳当量法碳当量法CECMn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15CE（0.6%），热影响区的淬硬及冷裂倾向严重，焊接性很差。），热影响区的淬硬及冷裂倾向严重，焊接性很差。焊接试验法斜焊接试验法斜Y形坡口焊接裂缝法等形坡口焊接裂缝法等 选择适宜的焊接材料选择适宜的焊接材料 确定合理的焊接工艺参数确定合理的焊接工艺参数 为新结构材料的研制提供依据为新结构材料的研制提供依据二、焊接性的

48、评价二、焊接性的评价二、碳钢的焊接二、碳钢的焊接 低碳钢低碳钢：CE0.4%，冷裂倾向很强，焊接性较，冷裂倾向很强，焊接性较差。需进行差。需进行焊前预热焊前预热150250，焊后缓冷焊后缓冷。同时，。同时，采用采用细细E5015焊条、小电流、开坡口、多层多道焊焊条、小电流、开坡口、多层多道焊，降低焊缝的含碳量。降低焊缝的含碳量。防止焊接裂纹产生防止焊接裂纹产生：内部条件：内部条件：碳当量碳当量CE外部条件：外部条件：环境温度环境温度三、低合金结构钢的焊接三、低合金结构钢的焊接出现的问题出现的问题热裂纹：焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区热裂纹：焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近的高温区

49、产生的裂纹。产生的裂纹。Cu、B、N等元素成为裂纹的敏感元素。等元素成为裂纹的敏感元素。冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹。接头的冷裂纹：焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹。接头的刚度大，造成局部应力大刚度大，造成局部应力大白点白点：在金属的拉断面上，出现鱼目状的白斑。吸收了过量的氢，在金属的拉断面上，出现鱼目状的白斑。吸收了过量的氢，显著降低焊缝金属的塑性。显著降低焊缝金属的塑性。焊接方法焊接方法： 根据不同钢号的屈服强度等级选择焊接材料，遵守等强度原根据不同钢号的屈服强度等级选择焊接材料，遵守等强度原则；对于厚度大、刚度大的构件或在低温下焊接时应考虑使用低则；对于厚度大、刚度大的构

50、件或在低温下焊接时应考虑使用低氢焊条。氢焊条。 一般用一般用手工电弧焊、埋弧自动焊手工电弧焊、埋弧自动焊； 板厚板厚40mm时，用时，用电渣焊电渣焊； 批量大批量大时，用时，用CO2气体保护焊气体保护焊。16Mn的焊接的焊接：表：表3-8 CE=0.4%，焊接性良好，不需预热；，焊接性良好，不需预热； 当板厚当板厚3238mm时：时： 环境温度低时，需预热；重要结构（锅炉、环境温度低时，需预热；重要结构（锅炉、压力容器）焊后应进行消除应力退火。压力容器）焊后应进行消除应力退火。四、不锈钢的焊接四、不锈钢的焊接 马氏体不锈钢马氏体不锈钢（Cr13型）型） ： 焊接性较差（易产生冷裂纹和淬硬脆化）

51、，需焊焊接性较差（易产生冷裂纹和淬硬脆化），需焊前预热，焊后缓冷及热处理；前预热，焊后缓冷及热处理； 采用奥氏体不锈钢焊条采用奥氏体不锈钢焊条； 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢（Cr18Ni9Ti型）型） ： 焊接性良好焊接性良好； 铁素体不锈钢铁素体不锈钢（Cr17型）型） ： 焊接性较差（过热晶粒引起脆化和裂纹），焊前需焊接性较差（过热晶粒引起脆化和裂纹），焊前需低温预热（低温预热（150，并减少高温停留时间）。，并减少高温停留时间）。五、铸铁的焊补五、铸铁的焊补 铸铁的焊接性铸铁的焊接性： 铸铁碳含量高，杂质多，塑性差，故铸铁碳含量高，杂质多，塑性差，故焊接性差焊接性差。 铸铁焊补的问题铸铁焊

52、补的问题： 易产生白口组织和淬火组织易产生白口组织和淬火组织； 铸铁强度低、塑性差，铸铁强度低、塑性差，易产生裂纹易产生裂纹； 铸铁碳、硅含量高，铸铁碳、硅含量高，易产生气孔和夹渣易产生气孔和夹渣缺陷。缺陷。 铸铁的焊补方法铸铁的焊补方法： 热焊、冷焊热焊、冷焊u 热焊热焊： 工艺工艺：铸件：铸件预热预热到到600-700进行焊接，进行焊接，焊后缓冷焊后缓冷； 方法方法：气焊、手工电弧焊（铸铁焊条）；：气焊、手工电弧焊（铸铁焊条）； 特点特点：焊补：焊补质量好质量好，成本高，劳动条件差，生产率低；，成本高，劳动条件差，生产率低； 应用应用：中等厚度铸件中等厚度铸件及及焊后要加工的复杂、重要的铸

53、焊后要加工的复杂、重要的铸件件，如内燃机缸盖、汽缸盖、机床床身等。，如内燃机缸盖、汽缸盖、机床床身等。u 冷焊冷焊： 工艺：铸件一般工艺：铸件一般不预热不预热或较低温度预热；或较低温度预热； 特点：依特点：依靠焊条来调整焊缝的化学成分靠焊条来调整焊缝的化学成分，以防止白，以防止白 口组织和裂纹；口组织和裂纹； 应用：应用： 镍基焊条镍基焊条焊补质量好焊补质量好，成本高，成本高 用于重要铸铁件加工表面焊补用于重要铸铁件加工表面焊补 结构钢焊条结构钢焊条焊补质量低焊补质量低 用于非加工表面（采用小直径、用于非加工表面（采用小直径、 小电流、短弧焊补）小电流、短弧焊补） 焊接结构设计焊接结构设计一、

54、焊接结构材料的选择一、焊接结构材料的选择 选用原则选用原则： 在满足使用性能要求的前提下，首先选择在满足使用性能要求的前提下，首先选择焊接性焊接性较好的材料较好的材料，如，如低碳钢低碳钢和和低合金钢低合金钢； 尽量选择尽量选择同一种材料焊接同一种材料焊接。异种材料的焊接，接。异种材料的焊接，接头强度不低于被焊钢材中强度较低者，焊接工艺措施头强度不低于被焊钢材中强度较低者，焊接工艺措施按保证焊接性较差的材料进行。按保证焊接性较差的材料进行。 尽量选择尽量选择型材型材（工字钢、角钢、槽钢等）。可以（工字钢、角钢、槽钢等）。可以降低结构质量，较少焊缝数量，简化焊缝工艺，增加降低结构质量，较少焊缝数量

55、，简化焊缝工艺，增加结构件的刚性和强度。结构件的刚性和强度。二、焊接方法的选择二、焊接方法的选择原则原则质量质量和和效率效率 产品特点产品特点 结构类产品结构类产品用电弧焊用电弧焊 长接缝、环接缝长接缝、环接缝埋弧焊；埋弧焊； 短接缝、打底焊短接缝、打底焊焊条电弧焊；焊条电弧焊； 机械类产品（接缝较短）机械类产品（接缝较短） 一般厚度一般厚度气体保护焊气体保护焊 重型立焊构件重型立焊构件电渣焊电渣焊 薄板类薄板类电阻焊电阻焊 圆形截面圆形截面摩擦焊摩擦焊 微电子器件类微电子器件类钎焊或高能束焊钎焊或高能束焊 母材性能母材性能 物理性能物理性能导热性、导电性和熔点等导热性、导电性和熔点等 热导率

56、高热导率高Cu合金合金电渣、埋弧焊；电渣、埋弧焊； 电阻率高的金属电阻率高的金属电阻焊；电阻焊； 热敏材料热敏材料热输入小的方法（激光焊）热输入小的方法（激光焊） 高熔点金属高熔点金属电子束焊电子束焊 母材力学性能母材力学性能焊件强度、伸长率、焊件强度、伸长率、k 电渣焊和埋弧焊热输入大电渣焊和埋弧焊热输入大k k 电子束焊和激光焊热影响区窄电子束焊和激光焊热影响区窄不锈钢不锈钢 冶金性能冶金性能化学成分、活性、淬硬性化学成分、活性、淬硬性 碳钢和低合金结构钢碳钢和低合金结构钢一般电弧焊；一般电弧焊； C含量越高含量越高焊接方法越少焊接方法越少； 化学活泼的金属化学活泼的金属惰性气体保护焊；惰性气体保护焊； 淬硬性金属淬硬性金属冷却速度缓慢的方法；冷却速度缓慢的方法； 不宜熔焊的异种金属不宜熔焊的异种金属非液相焊接。非液相焊接。三、焊接接头设计三、焊接接头设计（一）焊接结构金肯能选择型材或冲压件（一）焊接结构金肯能选择型材或冲压件减少焊缝，简化工艺，降低焊接应力，是变形和减少焊缝，简化工艺，降低焊接应力，是变形和裂纹倾向减小裂纹倾向减小（二）合理布置焊缝（二）合理布置焊缝1. 焊缝布置应尽量分散且不宜过长，避免局部过热焊缝布置应尽量分散且不宜过长，避免局部过热2.焊缝的位置应尽可能对称布置，以减小