机械基础,焊接

1、第一篇第一篇第二篇第二篇第三篇第三篇第四篇第四篇 第三节第三节 焊焊 接接 实质实质-借助于借助于作用作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。，使分离的金属材料牢固地连接起来。q 第三节第三节 焊焊 接接焊接的特点焊接的特点与铆接等方法相比，减轻结构重量，节省材料；与铆接等方法相比，减轻结构重量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性能高；接头密封性好，力学性能高；工作过程中无噪音等优点。工作过程中无噪音等优点。不足之处不足之处: : 会引起焊接接头组织、性能的变会引起焊接接头组织、性能的变 化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。化，同

2、时焊件还会产生较大的应力和变形。 第三节第三节 焊焊 接接焊接的应用：焊接的应用：焊接主要用于制造各种金属构件，如建焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。 第三节第三节 焊焊 接接- 熔化焊熔化焊 压力焊压力焊 钎焊钎焊将两个焊件局部加热到熔化状将两个焊件局部加热到熔化状态，并加入填充金属，冷却凝态，并加入填充金属，冷却凝固后即形成牢固的接头。固后即形成牢固的接头。如电弧焊

3、、气焊、电渣焊如电弧焊、气焊、电渣焊无论焊件加热与否，都需要施无论焊件加热与否，都需要施加一定的压力，使两个结合面加一定的压力，使两个结合面紧密接触并产生一定的塑性变紧密接触并产生一定的塑性变形，从而使两焊件牢固结合。形，从而使两焊件牢固结合。如电阻焊、摩擦焊如电阻焊、摩擦焊对焊件和做填充金属用的钎料对焊件和做填充金属用的钎料适当加热，加热过程中焊件并适当加热，加热过程中焊件并不熔化，只是熔点低于焊件的不熔化，只是熔点低于焊件的钎料熔化，填充到焊件的连接钎料熔化，填充到焊件的连接处，从而使焊件连接起来。处，从而使焊件连接起来。如火焰焊、烙铁焊如火焰焊、烙铁焊 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第

4、三节 焊焊 接接（一）焊接电弧（一）焊接电弧 1 1、电弧的产生、电弧的产生钢焊条焊接钢材时的焊接电弧钢焊条焊接钢材时的焊接电弧 焊接电弧分三个区域，焊接电弧分三个区域，阴极区，阳极区和弧柱区。阴极区，阳极区和弧柱区。各区域的热量是不同的。各区域的热量是不同的。阴极区：阴极区：热量约占电弧总热量的热量约占电弧总热量的3636；阳极区：阳极区：热量约占电弧总热量的热量约占电弧总热量的4343； 弧柱区：弧柱区：热量约占电弧总热量的热量约占电弧总热量的2121。 用碳钢焊条焊接钢时，阳极区约为用碳钢焊条焊接钢时，阳极区约为2600K2600K ，阴极区约为，阴极区约为2400K2400K ，弧柱的

5、温度约为（，弧柱的温度约为（6000600080008000）K K 第三节第三节 焊焊 接接（2)2)交流电源焊接交流电源焊接时，不存在正、反接问题。时，不存在正、反接问题。（1)1)直流电源焊接直流电源焊接 正接法正接法：焊件接电源正极，焊条接负极。：焊件接电源正极，焊条接负极。反接法反接法：焊件接电源负极，焊条接正极。：焊件接电源负极，焊条接正极。 选择极性时，主要选择极性时，主要根据焊根据焊条的性质与焊件的厚度条的性质与焊件的厚度。正接正接时，工件上热量较大，时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深可保证有较大的熔深, ,用用于厚件焊接于厚件焊接；反接反接法用于法用于薄板和有色金属薄板和

6、有色金属焊接焊接。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 手工电弧焊手工电弧焊的的应用应用： 2mm 2mm以上各以上各种金属材料种金属材料的焊件。的焊件。 第三节第三节 焊焊 接接 手工焊焊条由焊芯和涂料手工焊焊条由焊芯和涂料（药皮）组成。（药皮）组成。焊缝附近焊缝附近基体金属基体金属药药 皮皮焊焊 芯芯熔熔 渣渣熔熔 化化焊焊 缝缝CO2保护熔池保护熔池电电弧弧电电弧弧焊焊 条条 第三节第三节 焊焊 接接焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。它起焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。它起导导电和填充金属电和填充金属的作用。焊芯用钢丝通常采用焊接专的作用。焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝。用

7、钢丝。 药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。药皮必须含药皮必须含有造气剂和造渣剂。还应含有稳弧剂和合金化剂，以及有造气剂和造渣剂。还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧脱氧 剂、脱硫剂和去氢剂等。剂、脱硫剂和去氢剂等。 焊条药皮的作用：焊条药皮的作用：机械保护作用（产生气体和熔渣）机械保护作用（产生气体和熔渣）冶金处理渗合金作用（脱氧，添加合冶金处理渗合金作用（脱氧，添加合金）金）改善焊接工艺（稳弧、减少金属飞溅改善焊接工艺（稳弧、减少金属飞溅) 第三节第三节 焊焊 接接根据药皮的性质及其作用，焊条分为：根据药皮的性质及其作用，焊条分为： 酸性酸性焊条和焊条和碱性碱性焊条。

8、焊条。药皮熔渣中的酸性氧化物比碱性氧化物药皮熔渣中的酸性氧化物比碱性氧化物多。具有多。具有良好的工艺性能良好的工艺性能，对铁锈不敏感，对铁锈不敏感，交直流交直流电源电源均可使用均可使用，但焊缝的力学性能低，尤其是塑性、，但焊缝的力学性能低，尤其是塑性、韧度，不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故韧度，不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故用于用于低碳低碳钢和一般结构件钢和一般结构件的焊接。的焊接。工艺性能差工艺性能差，要求用，要求用直流电源直流电源施焊，但施焊，但焊接焊接质量好质量好，用于用于重要的结构件重要的结构件及及焊接性较差金属焊接性较差金属的焊接。的焊接。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊

9、 接接 第三节第三节 焊焊 接接 GB 51171995 规定了碳钢焊条型号编制方法。 E 4 3 1 5表示焊条表示焊条第三位数字表示焊条的焊接位置第三位数字表示焊条的焊接位置“0” 和和“1”表示全位置焊接表示全位置焊接“2”表示平焊，平角焊表示平焊，平角焊“4”表示向下立焊表示向下立焊第三位和第四位数字，第三位和第四位数字，表示焊接电流种类和药皮类型表示焊接电流种类和药皮类型表示焊条药皮为低氢钠型（表示焊条药皮为低氢钠型（15），），并可采用直流反接焊接并可采用直流反接焊接第一位和第二位数字表示熔敷金属抗拉第一位和第二位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值强度最小值b430MPa 第三节第三节

10、 焊焊 接接一种焊条型号有不同工艺性能的几种牌号一种焊条型号有不同工艺性能的几种牌号 如如J427J427和和J427NiJ427Ni，同属于，同属于E4315E4315焊条型号。焊条型号。 第三节第三节 焊焊 接接 等强度原则等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，焊缝金属与母材等强度， 因此可根据钢材强度等级来选因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。用相应的焊条。 同一强度等级的同一强度等级的酸酸性焊条和性焊条和碱碱性焊条的选用。主要应考性焊条的选用。主要应考虑：虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性焊接件的结

11、构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定能而定。 低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中的钢材来选用相应的焊条。的钢材来选用相应的焊条。 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的相应的专用焊条专用焊条。 第三节第三节 焊焊 接接 1 1）接头形式及坡口）接头形式及坡口 根据焊接的根据焊接的结构形状、厚度结构形状、厚度及工作条件，可及工作条件，可选择不同的接头选择不同的接头类型及坡口。类型及坡口。 焊接接头类型焊接接头类型分为分为: 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接（

12、2 2）焊缝焊缝的的空间位置空间位置 第三节第三节 焊焊 接接（3 3）焊接规范焊接规范 焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数，焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数，主要是主要是 1. 焊条直径焊条直径 由工件厚度、焊缝位置和焊接层数等因素确定由工件厚度、焊缝位置和焊接层数等因素确定:n选用较大直径的焊条，能提高生产率；选用较大直径的焊条，能提高生产率；n 但如用过大直径的焊条，会造成未焊透和焊缝成形不良。但如用过大直径的焊条，会造成未焊透和焊缝成形不良。 一般情况，焊件厚度一般情况，焊件厚度4mm时，焊条直径等于焊件厚度；时，焊条直径等于焊件厚度； 4mm时，焊条直径为（时，焊条直径

13、为（46）mm。 仰焊时，焊条直径一般不超过仰焊时，焊条直径一般不超过4mm。 第三节第三节 焊焊 接接（3 3）焊接规范）焊接规范 2. 焊接电流焊接电流电流太大，焊条熔化过快，金属飞溅加剧，可能烧穿焊件；电流太大，焊条熔化过快，金属飞溅加剧，可能烧穿焊件；电流过小，电弧不稳定，造成焊不透，生产率降低。电流过小，电弧不稳定，造成焊不透，生产率降低。一般焊接电流主要由一般焊接电流主要由确定确定 I IKd Kd 式中：式中： II焊接电流，焊接电流，A A； dd焊条直径，焊条直径，mmmm； KK经验系数，一般为经验系数，一般为25256060； （3 3）焊接规范）焊接规范 第三节第三节

14、焊焊 接接u平焊平焊时时K取较大值；取较大值；立、横、仰立、横、仰焊时取较小值。焊时取较小值。u 使用使用碱性焊条碱性焊条时焊接时焊接电流电流要比使用酸性焊条要比使用酸性焊条时时略小略小。u 增大焊接电流能提高生产率，但电流过大，增大焊接电流能提高生产率，但电流过大，易造成焊缝咬边和烧穿等缺陷；焊接电流过小易造成焊缝咬边和烧穿等缺陷；焊接电流过小,使生产率降低，并易造成夹渣、未焊透等缺陷。使生产率降低，并易造成夹渣、未焊透等缺陷。 第三节第三节 焊焊 接接 用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接接头头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进。焊接时，电弧沿着

15、工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个的母材经历了一个加热和冷却加热和冷却的过程。由于温度的过程。由于温度的的分布不均匀分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。之，被加热的温度就越高。 第三节第三节 焊焊 接接（

16、1）熔合区）熔合区 也称半熔化区，化学成分不均也称半熔化区，化学成分不均匀，金属组织晶粒粗大，其力学性匀，金属组织晶粒粗大，其力学性能最差。能最差。（2）热影响区）热影响区 由于各点温度不同，热影响区由于各点温度不同，热影响区可分为：可分为：焊接时被加热到焊接时被加热到Ac3以以上上100200至固相线温度区间，至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。因而其塑性晶粒粗大的过热组织。因而其塑性及韧性很低，容易产生焊接裂纹。及韧性很低，容易产生焊接裂纹。 。被加热到。被加热到Ac3至至Ac3以以上上100200区间，金属发生重结区间，金属发

17、生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于体和珠光体组织，其力学性能优于母材。母材。 被加热到被加热到Ac1Ac3温度区间，珠光体和部分铁素体发温度区间，珠光体和部分铁素体发生重结晶，晶粒细化；部分铁素体生重结晶，晶粒细化；部分铁素体来不及转变。冷却后晶粒大小不均来不及转变。冷却后晶粒大小不均匀，其力学性能较差。匀，其力学性能较差。 第三节第三节 焊焊 接接 综上所述，综上所述，熔合区熔合区和和过热区过热区是焊接接是焊接接头中比较薄弱的部分，对焊接质量影响最头中比较薄弱的部分，对焊接质量影响最大。因此在焊接过程中尽可能减小其宽度。大。因此在

18、焊接过程中尽可能减小其宽度。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 气焊是利用气焊是利用气体火焰气体火焰作为热源的焊接方法。常用作为热源的焊接方法。常用氧氧- -乙炔火焰作为热源。乙炔火焰作为热源。 气焊加热过程比较平稳、缓慢，生产率气焊加热过程比较平稳、缓慢，生产率不高。气焊的热影响区大，焊后工件变形较大，火焰不高。气焊的热影响区大，焊后工件变形较大，火焰对熔池保护差，焊接质量不高。对熔池保护差，焊接质量不高。 第三节第三节 焊焊 接接 主要用于焊接厚度主要用于焊接厚度3mm的薄钢板、的薄钢板、有色金属及其合金，以及铸铁的焊补。有色金属及其合金，以及铸

19、铁的焊补。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 埋弧焊是指电弧埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。自动化焊接方法。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 埋弧焊适于成批生产中平直长焊缝和较埋弧焊适于成批生产中平直长焊缝和较大直径环缝的平焊。因此，被广泛用于大大直径环缝的平焊。因此，被广泛用于大型容器和钢结构焊接生产中。型容器和钢结构焊接生产中。 生产率高；生产率高； 焊接质量稳定；焊接质量稳定； 节省金属材料；节省金属材料； 改善了劳动条

20、件改善了劳动条件。 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接 第三节第三节 焊焊 接接1. 产生焊接应力和变形的原因是什么？如何产生焊接应力和变形的原因是什么？如何预防焊接变形？产生变形后如何矫正？预防焊接变形？产生变形后如何矫正？ 2. 直流电源进行焊接时，为什么要区分正、反接？直流电源进行焊接时，为什么要区分正、反接？如果焊件为一薄板金属（板厚小于如果焊件为一薄板金属（板厚小于2mm），应采），应采用正接还是反接？用正接还是反接？ 3. 焊芯和药皮在电弧焊中分别起什么作用？指焊

21、芯和药皮在电弧焊中分别起什么作用？指出焊芯和药皮的主要组成成分。出焊芯和药皮的主要组成成分。 三、金属材料的三、金属材料的 1 1、焊接性概念、焊接性概念 焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。件下，获得优质焊接接头的难易程度。 接合性能接合性能：即在一定的焊接工艺条件下，形成即在一定的焊接工艺条件下，形成 焊接缺陷的敏感性。焊接缺陷的敏感性。 使用性能使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，焊接即在一定的焊接工艺条件下，焊接 接头对使用要求的适应性。接头对使用要求的适应性。 第三节第三节 焊焊 接接 金属焊接性的主要影响因素是金属焊接性的主要影响因素是化学成分化学成分 CECE0.4%0.4%时时，钢材塑性良好