金属工艺学-4焊接

1、1金 属 工 艺 学 焊 接河北理工大学机械工程学院.第四章 焊接焊接： 经过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充金属，使焊件间到达原子结合的一种加工方法。本质： 经过焊接使焊件到达了原子结合，从而将原来分开的物体构成一个整体，这是任何其它衔接方式所不具备的。2.第四章 焊接焊接熔焊压焊（固相焊）钎焊电弧焊等离子弧焊电渣焊气体保护焊气焊手弧焊埋弧焊CO2气体保护焊氩弧焊氢原子焊电阻焊摩擦焊超声波焊电焊缝焊对焊3.4-1 手弧焊手弧焊是熔焊中电弧焊的一种焊接方法熔焊： 焊接过程中，将焊件加热至熔化形状，不加压力完成的焊接方法通称为熔焊。电弧焊：电弧：在工件与焊条两电极之间的气体介质中继续剧烈

2、的放电景象 利用电弧放电俗称电弧熄灭所产生的热量将焊条与工件相互熔化并在冷凝后构成焊缝，从而获得结实接头的焊接过程。 4.4-1 手弧焊手弧焊： 用手工支配焊条进展焊接的电弧焊方法。5.4-1 手弧焊优点：运用的设备简单方法简便灵敏顺应性强缺陷：消费率较低焊接质量不够稳定可焊最小厚度为 1.0mm 1.5mm焊接质量在一定程度上决议于焊工的操作技术；对于活泼金属Ti、Nb、Zr等和难熔金属不能采用手弧焊。对于低熔点金属不能够用手弧焊。6.4-1 手弧焊一、手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7.4-1 手弧焊交流电焊机：是一个交流变压器，只是次级的匝数较少，而线径较粗

3、罢了，可以输出低电压、大电流。 U1/U2=n1/n2 220V,380V6070V2035V8.4-1 手弧焊直流电焊接：对交流电进展整流而获得直流电一种直流弧焊电源。硅整流弧焊机9.4-1 手弧焊逆变式弧焊整流机 焊接电弧正常任务时采用脉冲宽度调制控制方式,设定逆变频率为20kHZ,并进展恒流外特性控制;系统在空载时由于采用电压反响控制使PWM调制器延续地输出脉冲,间歇振荡的频率低而脉冲宽度窄,不但空载损耗小,而且使变压器不易饱和。系统对焊接电弧的短路过程采用了短路分频控制方式,并进展短路电流的控制.系统采用了小给定值和最小脉宽控制电路。 焊接容易起弧、焊弧稳定、焊接特性好。 10.4-1

4、 手弧焊焊钳:焊钳是夹持焊条和传导电流，也被称为焊把. 焊钳要求：导电性能好、分量轻 夹持焊条牢以及装换焊条方便等。面罩和护目镜 面罩的作用是维护焊工的面部免受剧烈的电弧光和金属飞溅的灼伤。面罩是由轻而坚韧的纤维纸板制成的。 护目镜的作用是减弱电弧光的强度，并过虑红外线和紫外线,清楚地察看焊接熔池的情况，焊接过程而不会使眼睛受弧光灼伤。11.4-1 手弧焊二、电焊条：焊芯和药皮组成焊芯：起导电和填充焊缝作用，与熔化的母材共同构成焊缝。 规格:直径1.6mm8mm之间，常用2.56mm。12.4-1 手弧焊药皮:提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害作用；防止焊缝金属氧化，补充合金元素，以保证

5、焊缝金属的化学成分和力学性能。按熔渣性质，焊条可分为两类：酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物较多，适于各种电源， 本钱低，但焊缝的塑性、韧性稍差，操作性好， 渗合金作用弱不宜焊接受动载荷和要求高强度的 重要构造件碱性焊条：熔渣中碱性氧化物多，普通采用直流电源。焊缝 塑性、韧性好，抗冲击才干强，价钱较高，操作性差 只适于焊接重要构造件。 13.4-1 手弧焊焊条的种类、型号和牌号 焊条有10大类：构造钢焊条、碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜焊条、铝焊条、低温钢焊条、镍和镍合金焊条第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型表示焊缝的抗拉强度Kgf/mm2牌号焊接行业中焊条代号

6、E 43 03表示焊条类别14.4-1 手弧焊三、手弧焊工艺：a.选择接头方式和坡口接头方式：对接、角接、T字接、搭接 15.4-1 手弧焊 坡口的作用：使焊条、焊丝或焊炬气焊时放射乙炔-氧气火焰的喷嘴能直接伸入坡口底部以保证焊透，并有利于脱渣和便于焊条在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。坡口的外形和尺寸主要取决于被焊资料及其规格主要是厚度以及采取的焊接方法、焊缝方式等。在实践运用中常见的坡口型式有： 弯边接头：厚度3mm的薄件； 平坡口：3-8mm的较薄件； V型坡口：厚度6-20mm的工件单面焊接； X型坡口：厚度12-40mm的工件，对称型与不对称型(双面焊接)U型坡口：厚度20-5

7、0mm的工件单面焊接； 双U型坡口：厚度30-80mm的工件双面焊接。 坡口角度通常取60-70，采用钝边也叫做根高的目的是防止焊件烧穿，而间隙那么是为了便于焊透。 16.4-1 手弧焊b.焊接前清理焊接外表，以免影响电弧引燃和焊缝质量c.焊接位置：平焊、立焊、横焊和仰焊。 平焊易操作，劳动条件好，消费率高，焊缝质量易保证，所以焊缝布置应尽能够放在平焊位置。立焊、横焊和仰焊时，由于重力作用，被熔化的金属要向下滴落而呵斥施焊困难，因此，应尽量防止。17.4-1 手弧焊d.确定焊接工艺参数：焊条直径、焊接电流、焊接速度 根据所焊接工件的材质选择焊条，焊接速度和电弧长度，由焊工根据焊条牌号和焊缝所在

8、空间的位置，在施焊过程中调理。 1焊条直径为提高消费率，通常选用直径较粗的焊条，普通不大于6mm。工件厚度在4 mm以下的对接焊时，普通均用直径小于等于工件厚度的焊条。大厚度工件焊接时，普通接头处要开坡口，在焊打底层焊时，可采用2.54mm直径焊条，之后各层可采用5-6 mm直径焊条。立焊时，焊条直径普通不超越5毫米；仰焊时那么不应超越4毫米。18.4-1 手弧焊2焊接电流根据焊条直径来确定。焊接电流太小，焊接消费率较低，电弧不稳定，还能够焊不透工件。焊接电流太大，那么会引起熔化金属的严重飞溅，甚至烧穿工件。对于焊接普通钢材的工件，焊条直径在3-6mm时，可由以下阅历公式求得焊接电流的参考值:

9、I=(3055)dI焊接电流A； d焊条直径mm； 此外，电流大小的选择，还与接头型式和焊逢在空间的位置等要素有关。立焊、横焊时的焊接电流应比平焊减少10 - 15%；仰焊那么减少15 - 20%。19.4-1 手弧焊操作方法：引弧和运条引弧：直击法，划擦法20.4-1 手弧焊运条：熔池、焊缝、横向摆动根本运条方法21.4-1 手弧焊四、焊接缺陷未焊透烧穿夹渣气孔裂纹22.4-2 其他焊接方法一、气焊 利用乙炔和氧混合熄灭所产生的热量使焊件和焊丝部分熔化进展焊接的方法。23.4-2 其他焊接方法二、气体维护焊 用外加气体来维护焊接区的电弧焊。常用维护气体：氩气氦气二氧化碳24.4-2 其他焊接

10、方法氩弧焊:以氩气作维护气体的电弧焊，焊接质量较高。按所用电极不同：1.不熔化极氩弧焊：铈钨棒作电极，只适于厚度6mm以下工件。焊接3mm以下薄件时，常用卷边直接焊接。焊接较厚工件时，需添加填充金属。焊接钢材时，多用直流正接以减少钨极的烧损。焊接铝、镁及其合金时那么希望用直流反接或交流电源。 2.熔化极氩弧焊： 以延续送进的焊丝作为电极进展焊接。此时可用较大电流焊接厚度25mm以下工件。 对氩气要求纯度99.7以上 焊前必需把接头外表清理干净 25.4-2 其他焊接方法26.4-2 其他焊接方法 特点：1.适于各种合金钢、易氧化的非铁合金及镐、钼等稀有金属。2.电弧稳定，飞溅小，外表没有熔渣，

11、成型美观。3.明弧可见，易于操作，易实现全位置自动焊接。4.热影响区窄，接头质量高，因此工件变形小。5.本钱高。 目前主要用于：焊接铝、镁、钛及其合金，也用于焊接不锈钢、耐热钢、一些重要低合金钢。27.4-2 其他焊接方法二氧化碳气体维护焊以CO2气体维护熔池的电弧焊。以焊丝为电极,可实现自动送进；焊丝中还需参与硅、锰等脱氧剂, H08MnSiA。特点CO2焊本钱低、质量好、效率高，可实现自动焊、全位置焊。主要适用于焊接低碳钢和低合金构造钢的中、薄板构造，如轿车外壳的拼接等28.4-2 其他焊接方法粗丝CO2焊焊丝1.6 5.0mm细丝CO2焊焊丝0.5 1.2mmCO2维护焊适宜焊 530

12、mm的中厚板适宜焊 0.8 4.0 mm的薄板29.4-2 其他焊接方法电阻焊：焊件组合后经过电极施加压力，利用电流经过接头的接触面及临近区域产生的电阻热进展焊接的方法。根据接头方式和焊接过程的不同分类：对焊、点焊、缝焊特点： 1焊接速度快，变形小； 2消费率高，劳动条件好； 3易于实现机械化和自动化； 4设备复杂，耗电量大。30.4-2 其他焊接方法电阻对焊：将焊件配备成对接接头，时期端面严密接触，利用电阻加热至塑性形状，然后切段电流迅速施加顶锻压力完成焊接的方法。压紧、通电、塑变适用焊截面简单的方、圆、直径或边长小于 20 mm且强度要求不高的杆件、管材等。31.4-2 其他焊接方法闪光对

13、焊：通电、接近、闪电、最后压紧塑变适用于焊各种大小的等截面的重要工件，可以是同种金属或异种金属，尤其适宜细丝的对接或特别粗大的金属棒、管或异型资料的对接。如焊接重要的管道、钢轨、锚链、刀具、钢筋等。32.4-2 其他焊接方法点焊：焊件配备配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热融化母材金属，构成焊点的电阻焊方法。适用焊无气密性要求的薄板构造，如汽车外壳等；低、中碳钢、低合金钢、不锈钢及铝合金等厚度小于6mm的板料搭接。33.34.4-2 其他焊接方法缝焊：焊件装配成搭接或对接接头并置于两个滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，延续或断续通电，构成一条焊缝的电阻焊方法。适用焊有气密性要求的薄

14、板3mm容器和管道等，如汽车水箱、油箱。电流大、短时、高效、变形小；不填充金属、接头平整、机械自动化。35.4-2 其他焊接方法埋弧自动焊：电弧在焊剂层下熄灭进展焊接。特点：焊接质量高，焊缝质量好且稳定，外表光滑美观；电流大、熔深大，省工省时效率高；节省焊接资料和电能； 造船、石油、化工容器、管道、锅炉等但设备投资较高，且只适用于平焊位置。36.4-2 其他焊接方法1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝7-送丝轮；8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；37.4-2 其他焊接方法钎焊：利用熔点比焊件金属低的填充金属钎料，经加热熔化

15、后，将两个焊件在固态下衔接起来的焊接方法。钎焊过程熔化钎料的填缝过程 钎料组分与母材相互分散过程38.4-2 其他焊接方法钎剂的作用有:去除氧化膜和油污等杂质维护母材接触面和钎料不受氧化添加钎料的润湿性和毛细流动性硬钎焊运用熔点高于450的钎料 焊件接头强度高，任务温度高 用于受力较大的钢铁件、工具及铝、铜合金件，如钎焊刀具、自行车架等常用钎剂为硼砂、硼酸、氯化物等39.4-2 其他焊接方法软钎焊运用熔点低于450的钎料 焊件接头强度低，任务温度低 用于电子线路元件的衔接等 常用钎剂为松香、氯化锌溶液特点：焊件加热温度低、组织和性能变化小接头尺寸准确、消费率高用于特殊构造件和异种金属焊接，如仪

16、表、航空、喷气设备和硬质合金刀具的焊接。40.4-3 焊接根底知识焊接质量与构造资料的选用、焊缝位置的布置、接头方式和坡口外形、工艺规范确实定、焊接方法和焊接资料的选用等有关。焊接冶金特点焊接应力与变形焊接资料的选择焊接构造工艺性41.4-3 焊接根底知识焊接冶金特点：氧、氮、氢等分子吸热分解为化学性质非常活泼的原子，与熔池有益元素生成氧化物或氮化物而烧损，并溶解在金属熔池中，是焊缝的化学成分发生变化，因此降低了焊缝的力学性能。部分加热，热量集中，熔池体积小，冷却速度极快，化学反响不能到达平衡。焊缝的化学成分不均匀，有气孔和夹渣。预防气体维护渗入合金元素42.4-3 焊接根底知识焊接应力与变形

17、受热不均匀 + 熔敷金属收缩内应力+外形尺寸变化根本缘由：不均匀温度场以及由它引起的部分塑性变形和不同比容的组织。采取合理的构造设计和工艺措施减少或消除焊接应力和变形43.4-3 焊接根底知识焊接变形 焊接过程中引起的焊件变形直接影响焊件的性能和运用，因此需求采用不同的焊接工艺来控制和预防焊件的变形，并对产生焊接变形的构件进展矫正。焊接变形种类纵向收缩变形：沿焊缝长度方向的收缩。横向收缩变形：垂直于焊缝方向的横向收缩。角变形：绕焊缝轴线的角位移。挠曲变形：构件中性轴上下不对称的收缩引起的弯曲变形。失稳变形：薄壁构造在焊接剩余压应力的作用下，部分失稳而产生波浪形；错边变形：焊接边缘在焊接过程中，

18、因膨胀不一致而产生厚度方向的错边。扭曲变形：由于装配不良、施焊程序不合理而使焊缝的纵向、横向收缩没有 规律所引起的变形。44.4-3 焊接根底知识 焊接变形的根本方式a收缩变形 b角变形 c弯曲变形 d扭曲变形 e波浪变形45.4-3 焊接根底知识焊接剩余应力的消除和调整 设计上合理地确定焊缝的数量、坡口的外形和尺寸应采取合理的焊接顺序先焊接纳缩量大的焊缝焊接时适当降低焊件的刚度在焊件的适当部位部分加热，使焊缝能比较自在地收缩，以减小剩余应力。热处置(高温回火)是消除焊接剩余应力常用方法。整体消除应力的热处置效果比部分热处置好。也可采用机械拉伸法预载法来消除或调整。 46.4-3 焊接根底知识

19、焊前反变形焊后焊前预弯反变形焊后47.合理不合理4-3 焊接根底知识48.4-3 焊接根底知识焊接变形的矫正 机械方法矫正。对于长而规那么的对接焊缝引起的薄板壳构造变形，用钢轮辗压焊缝及其两侧，可获得良好矫正效果。利用部分加热产生紧缩塑性变形使较长的焊件在冷却后收缩的火焰矫正法，具有机动性强、设备简单的优点，得到广泛采用。49.机械矫正法火焰矫正法4-3 焊接根底知识50.4-3 焊接根底知识焊接资料的选择 焊条、焊丝、焊剂、气体金属资料的焊接性能焊接资料的选择51.4-3 焊接根底知识1.金属资料的焊接性能 金属资料对焊接加工的顺应性。在一定焊接条件下，获得优质焊接接头难易程度。决议于金属资

20、料本身性质和加工条件。包括内容: 结合性能：指某种资料在给定的焊接工艺条件下，构成完好而无缺陷的焊接接头的才干。运用性能 ：指在给定的焊接工艺条件下，焊接接头或整体构造满足运用要求的才干。52.4-3 焊接根底知识2.焊接资料的选择 焊条类型、型号和药皮按焊缝金属与母材等强度原那么选择相应的焊条强度等级按构造特点、设备条件等选择药皮类型焊条型号药皮类型焊接位置电流种类焊条型号药皮类型焊接位置电流种类E43系列熔敷金属抗拉强度420MPa(43kgf/mm2)E50系列熔敷金属抗拉强度490MPa(50kgf/mm2)E4300特殊型平、立仰、横交流直流正、反接E5001钛铁矿型平、立仰、横交流

21、直流正、反接E4301钛铁矿型平、立仰、横交流直流正、反接E5003钛钙型平、立仰、横交流直流正、反接E4303钛钙型平、立仰、横交流直流正、反接E5010高纤维素 钠型平、立仰、横直流反接53.焊接构造工艺性设计原那么：有利于减少焊接任务量，便于施焊；使焊件在焊后少加工；有利于减少焊接应力和变形；用拼焊构造替代整铸、整锻件，简化工艺节省资料；降低劳动强度。4-3 焊接根底知识54.4-3 焊接根底知识焊接接头的工艺设计焊缝的布置 焊缝布置应尽量分散不合理合理55.4-3 焊接根底知识焊接接头的工艺设计 焊缝布置应尽量分散不合理合理焊缝的布置56.4-3 焊接根底知识焊接接头的工艺设计 焊缝的位置应尽能够对称布置不合理合理焊缝的布置57.4-3 焊接根底知识焊