第十二章 焊接与热

1第十二章焊接与热切割教学要求：了解焊接的基本理论；掌握焊条电弧焊的特点和应用；认识金属材料的焊接性能及焊接特点；了解埋弧焊、气体保护电弧焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊和电阻焊的特点和应用；理解焊接件的结构工艺性，为合理设计和选择焊接成形方法打下基础。2第十二章焊接与热切割§12.1概述§12.2焊条电弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金属材料的焊接§12.5焊接结构工艺性§12.6常见的焊接缺陷及原因§12.7热切割本章小结习题3§12.1概述焊接---是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接的实质---用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。焊接方法---三大类：熔化焊压力焊钎焊---在机械制造业中以熔化焊应用最广45焊接的特点优点：可以节省材料和制造工时，接头密封性好，力学性能高(2)能以大化小、以小拼大(3)可以制造双金属结构(4)生产效率高，易实现机械化和自动化

缺点：不均匀加热和冷却，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。6§12.2焊条电弧焊焊条电弧焊是利用电弧热作为热源，并用手工操纵焊条进行焊接的一种方法7一、焊接电弧焊接电弧是指由焊接电源供给的、具有一定电压的两极间或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。阴极：发射电子36％阳极：电子撞击43％(热量集中)

2600K弧柱区：21％6000-8000K8直流焊机极性接法直流正接：工件接阳极，焊条接阴极。适用于工件受热较大，焊接厚大工件。直流反接：焊条接阳极，工件接阴极。适用于工件受热较小，焊接薄小工件。9二、电焊条

焊条钢芯性能、化学成分、规格GB1300--77已标准化焊条药皮“作用”非常重要由焊条芯和药皮组成1011焊条的种类按用途分结构钢焊条钼和铬耐热钢焊条低温钢焊条不锈钢焊条铸铁焊条堆焊焊条镍及镍合金焊条铜及铜合金焊条铝及铝合金焊条特殊用途焊条按熔渣性质分酸性焊条碱性焊条12选用焊条的原则(一)考虑母材的化学成分与力学性能1.

一般要求焊缝金属与母材等强度，可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。2.焊接特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同（等成分原则）。3.焊接异种钢时，采用低匹配原则。低碳钢与低合金钢焊接时，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用焊条。(二)考虑结构的使用条件

对承受动载荷或冲击载荷的焊缝，或结构复杂、大厚度的焊件，为保证焊缝具有较高的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高，应选用碱性焊条，否则，选用酸性焊条。13(三)考虑焊条的工艺性对焊前清理困难，且容易产生气孔的焊接件若母材中含有碳、硫、磷等较高(四)考虑焊接设备条件没有直流电焊机在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件的厚度、焊接位置等条件选择焊条直径，板件越厚，焊条直径越大。酸性焊条碱性焊条交直流两用的焊条选用焊条的原则14三、焊接接头的组织与性能焊接接头(简称接头)的组成焊缝熔合区热影响区15

(一)焊缝焊缝组织为铸态柱组织，故晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材。

(二)熔合区熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域。该区的金属组织粗大，处在熔化和半熔化状态，化学成分不均匀，其力学性能最差。16（三）热影响区(1)过热区。温度在1100℃以上，金属处于严重过热状态，晶粒粗大，其塑性、韧度很低，容易产生焊接裂纹。(2)正火区。温度在Ac3至1100℃之间，金属发生重结晶，晶粒细化，力学性能好。(3)部分相变区。温度在Ac1～Ac3之间，部分金属组织发生相变，此区晶粒大小不均匀，力学性能稍差。17

四、焊接应力与变形焊接应力与变形产生的原因——焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。1819防止焊接变形的措施(1)合理的结构设计：

①尽量减少焊缝的数量、长度及截面积；②焊缝尽量对称布置，避免密集与交叉；③尽量选用型材、冲压件代替板材拼接，减少焊缝数量和变形。20防止焊接变形的措施(2)采用必要的工艺措施：①反变形法②刚性固定法③合理的焊接顺序21§12.2焊条电弧焊焊接变形的矫正：(1)机械矫正法

(2)火焰矫正法22§12.3其它焊接方法一、埋弧焊埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。分为：埋弧焊手工埋弧焊23埋弧自动焊24埋弧自动焊.wmv25二、气体保护电弧焊气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法

(一)氩弧焊1．熔化极氩弧焊2．非熔化氩弧焊(钨极氩弧焊)26熔化极氩弧焊27钨极氩弧焊原理28氩弧焊.wmv29(二)CO2气体保护焊(简称CO2焊)30CO2气体保护焊.wmv31三、气焊

气焊是利用气体火焰作为热源的一种焊接方法。最常用的是乙炔焊。3233四、电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热来熔化工件与电极(填充金属)的一种焊接方法。34电渣焊35五、等离子弧焊等离子弧焊是一种借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。36等离子弧焊.wmv37六、电阻焊指焊件组合后通过施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生电阻热进行焊接的方法。39电阻焊40§12.4常用金属材料的焊接一.焊接性的概念---指被焊金属在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、工艺参数、结构型式），获得优质焊接接头的难易程度，即对焊接加工的适应性。包括：接合性能使用性能41可焊性是一个相对的概念，表现为：1.工艺条件相同时，材料经焊接后产生缺陷、裂纹等的倾向性大小。2.材料对某种焊接工艺所表现出的可焊性，主要是指焊接接头在使用中的可靠性。一般常用碳当量法估算可焊性，即把影响焊接性能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响相当的量421）C当量＜0.4%时，可焊性好。一般的焊接工艺条件下，不会产生裂纹。2）C当量=0.4～0.6%时，可焊性较差。焊前需采取适当的工艺措施。3）C当量＞0.6%时，可焊性差。焊接前后需都需采取措施。43低碳钢的焊接低碳钢的碳含量≤0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，可焊性良好。可用各种焊接方法进行焊接而不需采取特殊的工艺措施。注意事项Ａ、低温环境下焊接厚度大，刚性大的结构Ｂ、重要结构Ｃ、电渣焊的焊件预热，否则易产生裂纹焊后要进行去应力退火消除焊接应力焊后正火处理以细化晶粒44中、高碳钢的焊接C≤0.25～0.6%（C当量更大），随着含碳量的增加，可焊性明显变差。焊接前后需采取一定的工艺措施，以保证焊接质量。存在问题A、焊缝易产生气孔B、焊缝及焊接热影响区易产生淬硬组织和裂纹。45中碳钢的焊接特点焊前：必须预热。（150～250℃）焊后：热处理。（重要结构件）焊条：低氢型。焊接规范：细焊条、小电流、开坡口、多层焊。工艺措施D126堆焊条

低氢型药皮

46高碳钢的焊接（１）焊接特点：高碳钢Ｗｃ大于０．６０％，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性不中碳钢更差。（２）焊接方法：一般不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊或气焊来修理一些损坏件，且焊接时注意焊前预热和焊后缓冷。焊前预热,焊口预热,焊缝预热,智能温度控制箱

47低合金结构钢的焊接低合金钢的含碳量虽然较低，但因其他元素的含量不同，可焊性差别很大。其特点为：1.热影响区的淬硬倾向：钢材的强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。2.焊接接头的裂纹倾向：随着钢材强度级别的提高，产生裂纹的倾向也增加。48预热增大电流、慢速低氢焊条应力退火低合金结构钢的焊接工艺措施49铸铁的焊补铸铁的含碳量很高，可焊性很差通常不用作焊接结构件在铸造生产中可焊补的有缺陷的铸件铸铁的焊接特点：（1）熔合区易白口，硬度高，难加工（2）易产生裂缝；（3）易产生气孔。铸铁焊补冷焊机

50铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊焊接工艺有：热焊法和冷焊法。

1.热焊法焊前将工件预热600～700℃，焊接过程中>400℃,焊后缓慢冷却。焊接特点应用（1）焊件受热均匀，焊接应力小；（2）冷却速度慢，可防止焊接区产生白口组织和裂纹；（3）焊接质量好，易机加工。（4）缺点：焊接技术复杂，生产率低，成本高，焊件易变形，劳动条件差。一般仅用于焊后要求机械加工或形状复杂的重要工件。铸铁的焊补512.冷焊法焊前不预热或只进行400℃以下的低温预热主要依靠焊条的化学成分来防止白口和裂缝焊接特点应用（1）生产率高，劳动条件好，成本低。（2）焊件变形小。（3）焊接品质不易保证，易白口，加工性较差。生产中冷焊多用于补焊要求不高的铸件或用于补焊高温预热易引起变形的工件。铸铁的焊补52铝的可焊性与铜的可焊性相似---焊接困难。焊接特点（1）易氧化。（2）易在焊缝中形成气孔。（3）焊接接头易开裂。（4）铝及铝合金高温时强度和塑性极低，易产生变形。（5）操作困难。高温液态时，铝及铝合金无显著的颜色变化，操作时难以掌控加热温度，容易出现烧穿、焊瘤等缺陷。铝及铝合金的焊接53焊接方法铝及铝合金焊接方法焊条牌号GB3669—8354工艺措施（1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分。（2）对厚度超过5—8mm焊件，焊前预热至100--300℃（3）焊后清理残留在街头处的焊剂和焊渣铝及铝合金的焊接55铜及铜合金的焊接特点：1.铜的导热性高，焊接时热量极易散失，易出现未焊透和未熔化等缺陷。2.铜在液态时易氧化，生成的Cu2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界上形成薄弱环节；3.铜的收缩系数大，易产生焊接应力和裂缝。4.铜在液态时吸气性强，焊接时易产生气孔和氢脆现象。5.铜合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。铜及铜合金的焊接56焊接铜合金采取的措施（1）焊接材料中加入脱氧剂（2）焊前：应对焊剂（气焊）、钎剂或焊条药皮作烘干处理；焊后：应彻底清洗残留在焊件上的溶剂或熔渣，以免引起焊剂接头的腐蚀破坏（3）厚板焊接时:焊前：预热来弥补热量的损失，改善应力的分布状况。焊后：锤击焊缝，减小残余应力，并进行再结晶退火。（4）气焊紫铜及青铜时，应采用严格的中性焰；气焊黄铜时，一般用轻微氧化焰，采用含硅铝的焊丝。57第十二章焊接与热切割§12.1概述§12.2焊条电弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金属材料的焊接§12.5焊接结构工艺性§12.6常见的焊接缺陷及原因§12.7热切割本章小结习题58§12.5焊接结构工艺性主要内容焊接接头及坡口形式的选择焊缝的布置59焊缝布置的原则A、手工电弧焊应具有足够的焊条操作空间60无法运行焊条！焊缝布置的原则61B、点焊或缝焊应考虑电极引入方便焊缝布置的原则62C、气体保护焊：要考虑气体的保护作用焊缝布置的原则63D、焊缝布置应该有利于减少焊接应力和变形

尽量减少焊缝的数量焊缝布置的原则64

尽可能分散布置焊缝密集、交叉的焊缝，会加大热影响区。改进65

尽量对称分布焊缝不合理66最大应力处易产生应力集中！

焊缝应尽量避免最大应力和应力集中部位67已加工表面受热后，会破坏原有精度！

焊缝应尽量避开机械加工面

一般情况下，焊接工序应在机械加工工序之前完成68§12.5焊接结构工艺性主要内容焊接接头及坡口形式的选择焊缝的布置69焊接接头与坡口形式手工电弧焊采用的接头型式：

对接、搭接、T形接头和角接焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，接头设计应考虑：结构形状及强度要求工件厚度可焊性焊后变形大小焊条消耗坡口加工难易程度70①对接接头及坡口手工电弧焊对接接头形式：Ⅰ形坡口，V形坡口，X形坡口，U形坡口和双U形坡口焊接接头与坡口形式71不同厚度钢板对接手工电弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件时，若采用对接接头，则应在较厚的板上作出单面或双面削薄，然后再选择适宜的坡口形式和尺寸

焊接接头与坡口形式72②搭接接头及坡口选择

搭接接头不需要开坡口，焊前准备和装配工作比对接接头简单得多。搭接接头应力分布复杂，往往产生弯曲附加应力，降低接头强度搭接接头常用于焊前准备和装配要求简单的板类焊件结构中，如桥梁、房架等多采用搭接接头的形式（2）焊接接头与坡口形式选择73③T形接头及坡口形式

T形接头广泛采用在空间类焊件上，T形接头及坡口。完全焊透的单面坡口和双面坡口的T形接头在任何一种载荷下都具有很高的强度。根据焊件的厚度，T形接头可选I形（不开坡口）、单边V形、K形、单边双U形坡口形式。

焊接接头与坡口形式74④角接头及坡口选择

角接头通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷应力分布很复杂，承载能力低。根据焊件厚度不同，角接头可选择I形坡口（不开坡口）、单边V形、单边U形、V形及K形等5种坡口形式图角接头的坡口形式(a）I形坡口；(b)K形坡口；（c）V形坡口单边；（d）U形坡口单边；（e）V形坡口

焊接接头与坡口形式75§12.6常见的焊接缺陷及原因气孔咬边未焊透焊瘤裂纹夹渣接头缺陷76焊瘤

焊缝边缘上存在多余的未与焊件熔合的堆积金属。焊条熔化太快，电弧过长，电流过大，运条不正确，焊速太慢。夹渣

焊缝内部存在着非金属夹杂物或氧化物。施焊中焊条未搅拌熔池，焊件不洁，电流过小，焊缝冷却太快，多层焊时各层熔渣未清除干净。咬边

在焊件与焊缝边缘的交界处有小的沟槽。电流过大，焊条角度不对，运条方法不正确，电弧过长。77裂纹

在焊缝和焊件表面或内部存在裂纹。焊件含碳、硫、磷高，焊接结构设计不合理，焊缝冷速太快，焊接顺序不正确，焊接应力过大，存在咬边、气泡、夹渣，未焊透。气孔

焊缝的表面或内部存在气泡。焊件不洁，焊条潮湿，电弧过长，焊速过快，含碳量高。未焊透

被焊金属和填充金属之间在局部末熔合。装配间隙太小，坡口间隙太小，运条太快，电流过小，焊条未对准焊缝中心，电弧过长。78第十二章焊接与热切割§12.1概述§12.2焊条电弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金属材料的焊接§12.5焊接结构工艺性§12.6常见的焊接缺陷及原因§12.7热切割本章小结习题79§12.7热切割利用热能使材料分离的方法称热切割。热切割方法有气割、氧熔剂切割、等离子弧切割、激光切割。目前生产中应用气割、等离子弧切割较为普遍。80本章小结熔焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区三部分组成。焊接应力与变形产生的原因;预防和消除焊接应力的措施；焊接变形的预防与矫正措施。对焊条电弧焊和其它焊接方法的特点及应用；常用金属材料，如碳钢、低合金结构钢、铸铁和有色金属的焊接性及工艺要求焊接件结构的焊接工艺要