第八章金属焊接成型(一-理论基础)

第八章金属的焊接成型将分离的半成品件或零件通过加热、加压（或加热加压）等方式，借助于原子间的扩散和结合，连接成不可拆卸的的整体零件。焊接方法熔化焊压力焊钎焊名称工件焊料熔化焊熔化熔化压力焊熔化无焊料钎焊不熔化熔化各种焊接方法的特征焊接方法分类能以小拼大，化大为小，简化了复杂的机器零部件，可获得最佳技术经济效果；能制造多金属结构，充分利用了材料性能；焊接接头的密封性好；节省金属，材料利用率高；不可拆卸，维修不方便；焊接应力和变形较大，且接头的组织性能不均匀。焊接成型的特点：§8.1焊接工艺基础

一.电弧焊基本概念（以电弧焊为例，分析焊接基本原理）电弧：两个电极之间的气体介质内产生的一种强烈而持久的放电现象。焊接电弧：由焊接电流供给的具有一定电压的两电极间（或电极、母材间）在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧焊：利用电弧作为热源的焊接方法。熔池：熔焊时，在焊接热源作用下，焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分。焊缝：焊件经焊接后所形成的结合部分。二.焊接原理和焊接冶金过程1.焊接原理电弧形成的条件：正负电极之间具有一定的电压；两电极之间的气体介质处于电离状态。将两电极接通电源，短暂接触并迅速分离，接触时：发生短路，产生极大的短路电流，使接触点产生大量的热，电极表面迅速升温，两者均熔化；分离时：大量电子放射，形成电弧。直流焊机直流正接直流反接交流焊机无正接反接之分电弧的极性构造电弧的极性构造随着所用的电源类型不同而不同。直流电弧构造交流电弧构造

直流正接直流反接直流电弧构造参数

名称阴极区阳极区弧柱区极区厚度10-5cm10-3cm热量分布36%43%21%温度2400K2600K7000K交流电弧构造参数名称焊条区工件区弧柱区极区厚度10-4cm10-4cm热量分布39.5%39.5%21%温度2500K2500K7000K2.焊接冶金过程电弧焊的焊接过程,如同一座微型电弧炼钢炉在炼钢一样，要进行一系列的冶金反应过程。电弧焊的冶金过程特点：（1）金属熔池体积很小(2～3cm3)，而且熔池处于液态的时间很短(10秒钟以下),各种冶金反应进行得不充分。（2）在电弧高温作用下,金属易氧化、氮化，形成有害杂质，如：FeO、SiO2、CO、MnO等。（3）在电弧高温作用下，有益金属元素发生剧烈的烧损和蒸发，降低了焊缝的性能。（4）焊缝熔池周围被冷金属包围，温度梯度很大，易使焊件产生较大的应力和变形，甚至产生裂缝。3.采取措施（1）限制空气侵入焊接区；（2）渗入有用的合金元素，提高焊缝的力学性能；（3）焊接时，清除焊件和焊条等表面的杂物（如：油，水，氧化皮等）。2.焊接接头金属的组织与性能（1）焊缝金属的组织与性能组织：焊缝金属组织是由熔池金属结晶得到的铸造组织,晶体的长大方向指向熔池中心,形成柱状树枝晶。三.焊接接头的组织与性能1.焊件上温度的变化和分布焊接接头由焊缝和热影响区两个部分组成。性能：一方面，柱状晶比较细密，其性能不低于基本金属；另一方面，由于焊芯是高级优质材料以及焊条药皮的作用,可以使得焊缝金属的化学成分优于母材,所以焊缝金属的性能一般高于母材。（2）热影响区的组织与性能热影响区组织熔合区过热区正火区部分相变区再结晶区熔合区:

粗大的过热组织，在焊接接头中其性能很差。过热区:粗大的过热组织，是热影响区中性能最差的的部位,易在此区产生裂纹。正火区:

均匀细小的铁素体和珠光体组织,其性能优于母材。部分相变区:

晶粒大小不均匀，其性能较差。再结晶区:该区域金属的力学性能变化不大，塑性略有增加。（母材在焊接前若经过冷塑性变形，焊接过程中才会有再结晶现象；若没有经过冷塑性变形，则无此区域。）性能：焊接材料:主要是焊芯材料的化学成分。＊焊条或焊丝熔化后直接影响焊缝金属的成分，从而影响其性能。焊接工艺参数:主要是焊接电流、电弧电压、焊接速度等。＊通过影响焊接接头的热量输入，改变加热和冷却条件，从而改变热影响区的大小和接头的组织和性能。焊接方法:主要是热影响区宽度。＊不同的焊接方法，其保护效果和热影响区大小不同。热源越集中、焊接速度越快的焊接方法，热影响区越小。3.影响焊接接头性能的因素

4.改善焊接接头组织与性能的措施思路：使熔合区和过热区尽可能小。措施：（1）母材尽量选择低碳钢（碳，硫，磷的含量均比较低）；（2）加快焊接速度，减小焊接电流；（3）对较大的焊缝采用多层焊；（4）焊后进行热处理，消除应力，细化晶粒，改善接头的力学性能；四.焊接应力与焊接变形1.焊接应力与焊接变形的产生原因在焊接过程中，对焊件进行局部的、不均匀的加热和冷却，是产生焊接应力与变形的根本原因。平板对接焊时变

形与应力的形成

（+）拉应力

（－）压应力金属杆件在均匀加热和冷却时的变形和应力（+）拉应力；（－）压应力；2.焊接变形的基本形式（1）收缩变形：由于焊缝横向和纵向收缩而引起尺寸缩小；（2）角度变形：焊缝截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均匀而引起；（3）弯曲变形：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；（4）扭曲变形：焊缝布置不对称或焊接工艺不合理，使工件产生纵向扭曲变形；（5）波浪变形：薄板件在焊接应力作用下失稳。3.预防和减小焊接应力与焊接变形的措施焊前预热法

在焊接之前，把工件全部或局部进行适当预热，然后进行焊接。一般的预热温度为150～350℃。主要适用于塑性较低，容易产生裂缝的材料。例如,中碳钢、中碳合金钢、铸铁等。焊后热处理法对于受力复杂的重要焊件，以及有精度要求的零件，焊接之后应进行除应力退火,一般温度为600～650℃，可消除焊件中80～90%的残余应力。选择合理的焊接工艺和次序＊尽量保证焊缝能自由收缩先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。＊尽量使其变形能互相抵消或减弱＊长焊缝采用

分散对称焊

工艺（使其变形能够互相抵消或减弱）反变形法焊前组装时注意焊后的变形方向。加热减应区焊缝应对称布置

刚性固定