切割及焊接技术

1、第十二章焊接【学习目标】1.了解焊接的优缺点及应用范围。2.熟悉几种典型焊接工艺（电弧焊、气焊、钎焊）的特点及过程。焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使两个分离的金属达到原子结合，连接成一个 整体的加工方法。焊接是一种不可拆连接，它不仅可以连接各种同类的金属，也可以连接各 种不同类金属。焊接的方法很多，按焊接的结合特点可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。 熔焊：熔焊是将焊件接头处加热至熔化状态，形成共同的熔池，并加入填充金属，经冷 却结晶后连接成为一个整体的焊接方法。压焊：压焊是将焊件接头处局部加热（或不加热），并施加一定的压力而连接成为一个整 体的焊接方法。钎焊：钎焊是将比母材熔点低的钎料加热熔

2、化，利用液态钎料润湿母材并填充间隙与母 材互溶，使焊件连接成为一个整体的焊接方法。常用的焊接方法分类如下：厂气悍-电弧焊厂气悍-电弧焊厂熔焊一一电渣焊匸等离子弧焊手工电弧焊-自动或半右动埋弧焊 一气体保护电弧焊焊焊焊对点缝冷压焊 焊接一压澤一卜电阻焊一-焊焊焊对点缝暉擦焊 u厂烙铁钎焊軒烬一火焰钎焊L盐浴钎焊焊接方法的优点：1焊接与铆接等不可拆连接相比，可节约金属，接头密封性好； 2可用型材等拼焊成焊接结构件，以代替大型复杂的铸件； 3焊接容易实现机械化和自动化，使生产周期短，劳动强度低； 4焊接设备简单，操作方便，产品成本低。由于焊接具有以上优点，它在现代工业生产中广泛应用于船舶、桥梁、建筑

3、、化工容 器以及航空航天等方面，也是汽车制造与维修中不可缺少的加工方法。第一节 手工电弧焊手工电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的一种电弧焊方法，它是利用电弧加热并熔化金 属来进行焊接的。工作过程：焊接前把焊钳和焊件分别连接电焊机的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接时 在焊条和焊件之间引燃电弧，由电弧产生的热量使焊条和焊件熔化并形成熔池。随着焊条的 运动，新的熔池陆续产生，原熔池的金属不断冷却凝固而形成焊缝，使两焊件成为一个整体。 手工电弧焊设备简单、操作灵活，能适应各种条件下的焊接，是目前汽车维修中普遍应用的 焊接方法。一、焊接电弧由焊接电源供给一定的电压，在两个电极(焊条与焊件)之间的气体介质中产生

4、强烈而 持久的放电现象，称为焊接电弧。焊接时，先使焊条与焊件瞬时接触，由于电流形成短路而产生高热，接触处金属迅速熔 化，并产生金属和药皮的蒸气。当焊条迅速提起，离开焊件约24 mm时，焊条与焊件之间 形成了由高热的空气和金属蒸气组成的空气柱，在焊接电压的作用下气体发生电离并相互碰 撞，于是在焊条与焊件之间形成电弧。直流电弧焊时有正反两种不同的接法：把阳极接在焊件上，阴极接在焊条上，称为正接 法；把阳极接在焊条上，阴极接在焊件上，称为反接法。正接法可加快焊件的熔化速度，一 般用于厚件焊接；反接法则用于焊接薄件或不需要高温的材料，如铸铁、有色金属等。交流电弧焊没有正、反接法之分。二、手工电弧焊机与

5、用具1手工电弧焊机交流手弧焊机所输出的焊接电流是交流电，实际上是一种特殊的降压变压器。交流 手弧焊机具有结构简单、价格低廉、使用可靠和维修方便等特点，但电弧稳定性不如直流手 弧焊机。直流手弧焊机 直流手弧焊机有旋转式和整流式两种。 旋转式直流弧焊机是由交流电动机和直流发电机组成，焊接的直流电是由交流电动机带动直流发电机而产生。整流式直流弧焊机是在交流弧焊机上增加了一个整流器，将交流电整流而变成直流电。 它的优点是空载耗电小、噪声小、维修方便。直流手弧焊机特别适用于焊接薄钢板、铸铁、合金钢、铜合金、铝合金以及其他重要 焊件。手工电弧焊必备的焊接用具有：焊接电缆、焊钳、面罩以及钢丝刷、尖头手锤和扁

6、錾 等。焊接电缆分别与焊条、焊件连接，用以传导焊接电流；焊钳用于夹持焊条和传导电流； 面罩用于遮挡飞溅的金属和弧光；钢丝刷、尖头手锤和扁錾等用于清除焊件上的铁锈和熔渣。三、焊条焊条是由焊芯和药皮两部分组成。 焊芯有两个作用：一是作为电极传导焊接电流，产生电弧；二是本身熔化后作为填充金 属与焊件金属熔合形成焊缝。焊条的直径和长度就是指焊芯的直径和长度。常用的直径有1.6 mm, 2.0 mm， 2.5 mm, 3.2mm， 4.0mm， 5.0mm， 6.0mm 七种，长度为 200450mm。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层，它由稳弧剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、黏结剂等 组成。其主要作用是提高焊

7、接电弧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，保证焊缝金 属具有合乎要求的化学成分和力学性能。焊条根据国家标准，共分为九类，其中碳钢焊条应用最广。碳钢焊条的牌号用“E+四位 数字”格式表示，“E”代表焊条，前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度，单位为：X 10MPa,第三位数字表示焊接位置，第三、四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。四、焊接工艺焊接接头形式 手工电弧焊中，由于焊件的使用条件、结构形式和厚度不同，需要 采用不同形式的接头进行焊接。接头形式有对接、角接、T形接和搭接等。焊缝空间位置 根据焊接操作时焊缝的空间位置不同，有平焊、横焊、立焊和仰焊 四种。其中平焊操作容易，也易于保证

8、质量，所以操作时应尽量把焊缝置于平焊位置施焊。2焊接规范手工电弧焊的焊接规范主要是选择焊条直径、焊接电流和焊接速度等，它们对焊接质量 和生产率有直接关系。在立焊和仰焊时，选用的焊接电流通常比平焊时小10%15%。角焊时，由于散热较 快，选用的电流可比平焊稍大。（3）焊接速度 焊接速度应以确保焊件质量与生产效率为前提，根据焊件情况由操作者 灵活掌握。3基本操作方法 操作时，首先应引弧。当电弧引燃后，为使焊缝良好形成必须注意焊条的摆动方法（运 条）。同时，在焊接过程中应掌握好焊条的倾角（焊条与焊缝前进方向所成的角度）。最后， 还需注意焊缝的起头、收尾及接头。只有这样才能获得合格的焊件。第二节气焊与

9、气割利用可燃气体与助燃气体混合物燃烧所释放出的热量作热源，进行金属材料的焊接， 称为气焊。用于金属材料的切割，称为气割。一、气焊与气割的气体、设备及工具 气焊与气割使用的可燃气体目前大多是乙炔气，助燃气体是氧气。它的设备与工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、减压器、焊炬、割炬等。1氧气和氧气瓶 氧气瓶是贮运氧气的高压容器，外表漆成天蓝色，并用黑漆标注“氧气”两字氧气瓶的 最高工作压力为15 MPa。氧气瓶有爆炸危险，使用时离工作点或其他火源应在5m以上。瓶 中的氧气不允许全部用完，应至少留0.10.2 MPa的剩气，以防瓶内混入其他气体而引起 爆炸。2乙炔和乙炔瓶 乙炔是无色的可燃气体。它是由碳化钙（电

10、石）与水相互作用分解而得到。 乙炔瓶是贮运乙炔的压力容器，其形状和构造与氧气瓶相似，外表漆成白色，并用红漆 标注“乙炔”两字。瓶口装有乙炔瓶阀，但阀体旁侧没有接头，使用时必须用带有夹环的减 压器。乙炔瓶最高压力为1.5MPa。为使乙炔能稳定而安全地储运和存放，在乙炔瓶内充满 浸渍丙酮的多孔填料。3减压器 减压器的作用是将气瓶中流出的气体压力降低到需要的工作压力，并使其压力保持稳 定。4焊炬 焊炬是用于控制氧气和乙炔气混合比、流量，并形成具有一定能量和稳定火焰形状的焊 接工具。常用的焊炬为低压焊炬（亦称射吸式焊炬）。5割炬 割炬是将氧气和乙炔气按一定比例混合后，形成具有一定热量和形状的预热火焰，

11、并在 预热火焰中心喷射切割氧气进行气割的工具。常用的割炬为低压割炬（亦称射吸式割炬）。二、气焊气焊是一种熔焊方法，常用于厚度在5 mm以下焊件的焊接。1气焊火焰 气焊火焰是氧气与乙炔混合燃烧所形成的火焰，亦称氧乙炔焰。根据氧气与乙炔混合比 的不同，可得到三种不同性质的火焰，即中性焰、碳化焰、氧化焰。中性焰 氧气与乙炔混合比为1.11.2时，燃烧所形成的火焰为中性焰。中性焰中 氧气和乙炔燃烧彻底，无过剩现象，喷嘴处呈现出一个很清晰的圆柱形焰芯，其最高温度约 为3 0503 150C。中性焰应用最广，适用于焊接中、低碳钢，紫铜，低金合钢和铝合金 等。碳化焰 氧气与乙炔混合比小于1.1时，燃烧所形成

12、的火焰为碳化焰。碳化焰中有 过剩乙炔，整个火焰比中性焰长，其最高温度约为2 7003 000Co碳化焰具有一定的渗 碳作用，只适用于焊接含碳量较高的高碳钢、铸铁及硬质合金等。氧化焰 氧气与乙炔混合比大于1.2时，燃烧所形成的火焰为氧化焰。氧化焰中氧 气过剩，火焰的氧化反应剧烈，整个火焰比中性焰短，其最高温度约为31003 300C。氧 化焰具有氧化性，一般碳钢很少采用，主要用于焊接黄铜。2焊丝与气焊熔剂 焊丝是焊接的填充金属，其牌号根据焊件成分选择。常用的焊丝有碳素结构钢焊丝，合 金结构钢焊丝，不锈钢焊丝，铜、铝及其合金焊丝，铸铁焊丝等。它的规格一般直径为 2 一 4 mm,长度为1 mo气焊

13、熔剂是焊接时的保护熔剂。它的作用是除去气焊时熔池中形成的氧化物等杂质，保 护金属熔池，防止空气侵入。气焊熔剂呈粉状，常用的牌号和用途为:气剂101用于焊接不 锈钢，气剂201用于焊接铸铁，气剂301用于焊接铜及铜合金，气剂401用于焊接铝及铝合 金。碳素结构钢气焊时，一般不用气焊熔剂。3焊接方法焊炬的倾斜角度 焊接时，焊炬与焊件所形成的角度为焊炬倾斜角度。它的大小主 要取决于焊件的厚度和熔点。若焊件较厚，熔点较高，应采用较大的倾斜角，使火焰的热量 集中，焊件升温快；反之，则采用较小的倾斜角。此外，焊丝与焊件表面也应保持一定的倾 斜角，一般为30。40。焊接方向 气焊时，按照焊炬和焊丝移动的方向

14、，有右向焊法和左向焊法两种。 右向焊法是焊炬指向焊缝，自左向右，焊炬在焊丝前面移动。这种焊法火焰利用率高，能防止焊缝金属氧化，有较高的焊缝质量，常用于焊接厚度较大，熔点较高的焊件。左向焊法是焊炬指向焊件未焊部分，自右向左，焊炬跟着焊丝运动。这种焊法操作简便， 在焊接薄板时生产率较高，但热量利用率低，焊缝金属易氧化，只适宜焊接薄板和低熔点的 焊件。焊接速度 一般情况下，厚度大、熔点高的焊件，焊接速度要慢些，以免产生未熔 合的缺陷；厚度小、熔点低的焊件，焊接速度要快些，以免烧穿和过热。三、气割 气割是利用氧气和乙炔火焰将被切割的金属预热到燃点，然后通以高压氧气流，使预热 处金属在纯氧中燃烧，形成熔

15、渣(氧化物)并放出大量的热，借高压氧的气流压力将燃烧的氧 化物吹走，而形成切口。1气割金属应具备的条件 气割过程是预热燃烧吹渣的过程，所以凡气割的金属应满足下列条件。金属的燃点必须低于其熔点，若高于熔点，则变为熔割，使切割质量降低，甚至不 能切割。金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，而且流动性要好，否则高熔点的氧化物 会阻碍下层金属与氧气流接触，使气割发生困难。金属在燃烧时所产生的大量热量应能维持气割进行。金属的导热性不应太高，否则使气割处的热量不足，造成气割困难。 如上所述，低碳钢和低合金钢，其熔点高于燃点都能满足气割要求，气割容易。高碳钢 的燃点与熔点相近，故不易气割。不锈钢、耐酸钢因含

16、铬量高，在燃烧过程中会生成熔点高 的氧化物(Cr2O3),灰铸铁因其燃点高于熔点并能生成高熔点的氧化物(SiO2),铜、铝及其 合金的导热性很大，且熔点低于氧化物的熔点，因而都不能气割。2气割方法气割前应做好切割表面的整理、划线等准备工作。并将被切割金属垫起,使其下面留有 一定的空间,以保证切口的氧化物能向下顺利排除。气割开始时先点燃预热火焰,并调至中性焰,然后将割嘴对准被切割金属的边缘加热 至燃点,再慢慢开启切割氧调节阀按割线进行气割。气割时,割嘴应垂直于被切割金属的表 面，并使焰芯位于金属表面24 mm处，切割方向一般自右向左进行。气割接近终点时，割 嘴应向切割相反方向稍斜一些,使收尾平直

17、。四、气体保护焊 气体保护焊是在焊接区内喷人保护气体，将熔池与空气隔开，达到保护熔化金属而进行 焊接的方法。常用的气体保护焊有氩弧焊和二氧化碳气体保护焊两种。1氩弧焊 氩弧焊是以氩气作为保护气体的一种气体保护电弧焊，其工作过程如图1220所示。 从焊枪喷嘴中喷出氩气，在焊接区内形成致密的保护气层，将电极和金属熔池与空气隔绝， 然后进行焊接。氩弧焊分熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。熔化极氩弧焊是以焊丝作为电极来引燃 电弧，随焊丝不断地送入并熔化而形成焊缝。非熔化极氩弧焊是用钨棒作为电极，亦称钨极 氩弧焊。由钨棒与焊件间产生电弧，填充金属是靠外加的焊丝熔人。氩气是一种惰性气体，它不与金属发生化学

18、反应，被焊接金属中的合金元素不会氧化烧 损，可以得到较高的焊接质量。所以适用于焊接各类合金钢及易氧化的有色金属。2二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体作为保护气体的一种气体保护电弧焊。 电源的两极分别接在焊枪和焊件上，焊丝由送丝机构带动，经软管从导电嘴送出。同时， 二氧化碳气体以一定压力经喷嘴喷出，形成一股保护气流，使焊接区不被空气侵入。二氧化碳气体保护焊的优点是焊接成本低、生产率高、焊接质量好、操作方便。所以常 用于薄板焊接和零件的修补焊接，它在汽车制造和维修中应用较广。第三节焊接应力与变形构件焊接以后，内部会产生焊接残余应力，同时产生焊接变形。当构件承受外载后，焊 接应力

19、与外载应力相迭加，造成局部区域应力过高，使构件产生新的塑性变形、生成裂缝， 甚至导致整个构件断裂。一、焊接应力与变形产生的原因和典型示例收缩变形 构件焊接后，因焊缝纵向和横向收缩，使构件的纵向和横向尺寸缩小。角变形V形坡口对接焊时，因焊缝截面形状上下不对称，焊后横向收缩不均匀而 引起角变形。弯曲变形 丁字梁焊接时，由于焊缝布置不对称，焊缝纵向收缩后引起工件向焊缝 一侧弯曲。扭曲变形 由于焊缝在构件横截面上布置的不对称或焊接工艺不合理，使工件产生 纵向扭曲变形。波浪形变形 焊接薄板结构时，薄板在焊接应力作用下；在厚度方向因丧失稳定性 而引起波浪形变形。二、减少焊接应力与变形的工艺措施1防止和减少

20、焊接变形的工艺措施反变形法加裕量法刚性夹持法 焊前将工件固定夹紧，焊后变形即可大大缩小。固定夹紧的方法较多， 可用简单的夹具或刚性支撑，甚至可将工件临时点固焊在工作平台上。批量生产时，则常用 装配焊接专用胎夹具。但刚性夹持法只适用于塑性较好的低碳钢结构，对淬硬性较大的钢材 及铸铁不能使用，以免焊后产生裂缝。选择合理的焊接次序2矫正焊接变形的方法(1)机械矫正法 是利用机械外力的作用来矫正变形，可采用辊床、压力机、矫直机等 机械外力，也可用手工锤击矫正。(2) 火焰加热矫正法 利用氧乙炔火焰在焊件适当部位上加热，使工件在冷却收缩 时产生新的变形，以矫正焊接所产生的变形。火焰加热矫正变形方法主要用

21、于低碳钢和部分 普通低合金结构钢。3减少焊接应力的工艺措施(1)选择合理的焊接次序(2)预热法焊后退火处理第五节 常用金属材料的焊接一、金属材料的可焊性它是指金属材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下，获得优质(无焊接 缺陷、满足使用性能要求)焊接接头的难易程度。二、碳钢的焊接1低碳钢 由于含碳量及其它合金元素少，低碳钢的塑性好，淬硬倾向小，在焊接过 程中不需要采取预热和焊后热处理等工艺措施，就可获得质量好的焊缝，是可焊性最好的金 属材料。而且可采用交、直流弧焊、气焊及各种不同空间位置的焊接。工艺、操作较简单。2中碳钢 与低碳钢相比，其含碳量较高，钢材强度也高，所以其可焊性较差。特别

22、 是由于在热影响区易产生塑性很低的淬硬组织，故焊缝金属产生热裂纹的倾向大。钢中含碳 量越高，钢板愈厚，刚性较大时，易在热影响区产生裂纹，尤其是在焊缝的收尾处，更易产 生裂纹。3高碳钢 由于含碳量更高，可焊性更差，所以这类钢不用于焊接结构件，这类钢的 焊接只有在修补工件中遇到。为了能获得高质量的焊缝，在焊接过程中必须采取各种工艺措 施。例如选用含碳量低而直径小的焊条，焊接电流比低碳钢的小10左右，用直流反接法 以及焊件预热和焊后缓冷等措施。三、普通低合金结构钢的焊接16锰(16Mn)是工业生产中应用最多的钢种，由于含碳量低(0.120.20%),合金元素 含量较少(1.21.6%Mn、0.20.

23、6%Si),所以可焊性良好，可应用手工电弧焊、埋弧焊、 二氧化碳气体保护焊等方法焊接，而且其焊接工艺与低碳钢基本相同。四、铸铁的焊补铸铁因含碳量高，可焊性差。焊接时碳硅等元素易烧损。焊后冷却速度较快时，极易使 焊缝产生脆硬的白口组织和马氏体，难以进行切削加工。铸铁本身脆性大，强度低，故焊接 时易产生裂纹。铸铁的焊补方法主要采用电弧焊或气焊。根据焊件在焊接前是否预热分为冷焊与热焊。热焊它是在焊前将焊件全部或局部加热到873973K，并在焊接过程中保持一定 温度，焊后在炉中缓慢冷却的焊接方法。由于焊件冷却缓慢、温度分布均匀，有利于白口组 织的消除，内应力的减少，从而防止裂纹的产生，得到质量优良的焊

24、缝。但这样成本高，工 艺复杂、生产周期长、劳动条件差。热焊法常用铁芯焊条，如焊补缸体水套等受力较小的非加工性部位时用铸612焊条。2冷焊 它是焊接前焊件不预热，焊接过程中也不辅助加热的焊接方法。其优点是生 产率高、成本低、劳动条件好。其缺点是焊接后因焊缝及热影响区的冷却速度快，极易形成 白口组织，易产生裂纹。目前主要依靠焊条调整焊缝的化学成分来防止产生白口和裂纹；另 外从焊接工艺措施上加以改进，防止白口与裂纹的产生。电弧冷焊用焊条有铜铁的铸607、 铸612焊条，镍基的铸308、铸408、铸508焊条，高钒的铸116、铸117焊条等。焊接工艺措施方面，常采用小电流、分段、分层、锤击等以减少焊接

25、应力和变形，并限 制母材金属成分对焊缝的影响。电流过大时，熔化得深，母材成分和杂质易向熔池里转移，结果改变了焊缝的性能，易 形成较厚的白口层。但电流太小，使电弧不稳定，产生焊不透等缺陷。应在保证焊透、稳定 电弧燃烧的前提下尽量减小电流。分段施焊是为了减少焊接内应力和变形。一般以每段长度不大于50mm为好，并且焊完 一段后立即用锤轻轻敲击焊缝直到焊缝温度低于313333K止。铸铁的气焊修补 气焊修补时，由于焊件的加热与冷却比较缓慢，对防止焊件产生白 口和裂纹有利，所以气焊修补的焊缝质量较好，是目前工厂里常用的方法。但其最大缺点是 焊件的变形大，焊补大型铸件时难以焊透。气焊修补铸铁所用焊条有QHT

26、1与QHT 2二种铸铁焊条，其碳、硅含量较高。气焊 修补铸铁时一般采用碳化焰进行，但也有采用中性焰的。在焊接过程中要加入少量的气焊熔 剂，以消除夹渣。常用的气焊熔剂是气剂201。焊后应将工件放入炉内或埋入干燥的石灰中 进行缓慢冷却，以防白口组织与裂纹的产生。五、有色金属的焊接1铜及铜合金的焊接 它们在焊接时的困难有：难熔合焊缝极易产生气孔铜及铜合金在高温下极易与氧结合，生成氧化亚铜，并与铜形成低熔点的共晶体， 分布在晶界上，使焊缝的强度大为下降，并易形成裂纹。铜及铜合金常用的焊接方法是气焊，中性焰焊接紫铜与青铜，微氧化焰焊接黄铜。汽车 上紫铜管焊接用的焊丝为丝201、丝202，焊接过程中应不断

27、地加入适量的气剂301。焊接 黄铜时采用丝221、丝222、丝224，也以气剂301作焊剂。铝及铝合金的焊接铝及铝合金的可焊性差，在熔池表面极易生成氧化物(A1203 )而 其熔点又高(2323K)。氧化铝薄膜阻碍金属之间的良好结合，造成熔合不良与夹渣。熔化时 颜色变化不明显，操作不易控制，易造成烧穿。高温下铝的强度很低，往往因自重发生变形 与开裂。工厂中常采用气焊，所用的焊丝有丝301、丝321、丝331等，熔剂是气剂401。 还应采取一系列的工艺措施才能保证焊缝质量。现在比较先进的焊接方法是氩弧焊，因其保 护作用好，热量集中，成形美观，热影响区小和焊件变形小，故焊缝质量高。【本章小结】焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使两个分离的金属达到原子结合，连接成一 个整体的加工方法。焊接是一种不可拆连接，它不仅可以连接各种同类的金属，也可以连接各种不同类金 属。焊接的方法很多，按焊