材料成形基础10-焊接部分

第八章焊接方法与工艺焊接是两个分离的工件，通过局部加热或加压，利用原子间或分子间的结合形成不可拆的永久连接的工艺方法实质：原子、分子间形成牢固结合条件：表面间距缩短到原子间距表面光洁激活原子，扩散、跃迁，--共有晶格措施：加热、加压1千年前，铜钎焊、锻焊十九世纪，气焊、碳弧焊20c，40年代初，优质电焊条20c，40年代末，埋弧、电阻焊50，气体保护焊、电渣焊、超声波60，等离子、真空电子束、激光70，太阳能冷压焊每年：6千万吨钢结构

100万吨焊件材料

30万台焊机机器人100万台，焊接机器人40万一、焊接方法分类

焊接熔化焊压力焊钎焊气电电等电激电摩冷超高爆软硬

离子

弧渣子束光阻擦压声频炸钎钎

弧波

焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊

二、焊接方法的优缺点（1）节省金属材料和加工工序。（2）焊接件气密性比铆接件好（3）可化大为小，拼小为大。（4）可联接异种材料

焊接方法也存在一些缺点：①应力、变形焊接结构往往存在较大的残余应力,并引起变形;②焊接接头的组织不均匀,质量控制比较困难;第一节手工电弧焊1、优点：工艺灵活，适应性强质量较好设备简单，操作方便2、缺点：生产率低质量不稳定劳动条件差3-8mm----20mm(max)

一、手工电弧焊接过程

二、电弧焊冶金特点

1.温度高>2000oC2.熔池体积小造成：氧化，吸气严重；成分不均匀，气孔，夹杂，质量差三、电焊条1.电焊条的组成

1）焊条芯：成分：低C,Si,S,P含Mn作用：导电，填充金属

2）药皮:作用：保护，稳弧，合金化，脱氧成分：稳弧剂，发气、造渣剂，铁合金

2.电焊条的分类和选用

1）电焊条的分类酸性:J422xx1---xx5为酸性碱性焊条：xx6,xx7为碱性2）电焊条的选用原则（1）根据焊接结构和使用要求选择焊条。（2）根据生产车间设备的施工条件选择焊条。（3）在保证焊缝质量的前提下，应尽量选用成本低，工艺性能好的酸性焊条。

酸性焊条碱性焊条（低氢焊条）熔渣呈酸性碱性，保护气体中H2<5%电弧稳定，交直流两用；对铁锈不敏感；焊条可不烘干；易清渣；少烟尘电弧不稳定，直流焊；对铁锈敏感，应预清理焊件；焊条烘干300-350oC*1-2h；不易清渣；烟尘较大抗裂性差，冲击韧性差抗裂性好，冲击韧性好用于一般结构件，成本低，生产率高用于重要结构件，成本高，生产率低等强度原则等成分原则抗裂性原则抗气孔原则低成本原则第二节其它熔化焊

一、埋弧自动焊机器代替手工光焊丝—焊芯粒状焊剂—药皮暗弧--明弧2000A(500A100—200A)

埋弧自动焊的特点及应用（1）生产率高5-10倍（2）节省金属材料和电能（3）焊接质量高（4）改善了劳动条件其缺点是：适应性差埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直焊缝的平焊（6~60mm）及直径大于500的环焊缝不能焊薄板/不能全方位焊接/不能焊活泼金属

二、气体保护焊1.不熔化极氩弧焊0.5-6mm2.熔化极氩弧焊1.5-25mm3.脉冲氩弧焊

150atm比重=1.4空气99.99%Cu粉除O2Ca-Mg除N2KOHP2O5除H2O（一）氩弧焊氩弧焊的特点及应用（1）保护作用好，无大气导致的金属氧化和合金元素的烧损,质量高（2）引弧困难，但稳弧比较容易（高频振荡器引弧，计算机失灵）（3）成本高（4）劳动条件差：紫外线5-20倍，O3用于高合金钢，及有色金属的焊接大件在充氩房内焊接（二）CO2气体保护焊

无色，微臭，不溶，比重1.52倍空气70atm（1）成本低

50%埋弧（2）可焊薄板：采用细丝焊接时，可以解决埋弧自动焊和手工电弧焊难以解决的薄板烧穿问题及焊后变形问题。（3）生产率高，1-4倍。对铁锈敏感性低，故对焊件接头表面清洁度要求不高。电流大。（4）可全方位焊接（二）CO2气体保护焊

其主要缺点是：焊缝表面较粗糙；金属飞溅较大，烟雾较多；易产生气孔；可焊材料有局限性，仅用于黑色金属。

CO2气体保护焊主要用于焊接低碳钢、普通低合金高强度钢和低合金钢的焊件焊接。可焊接0.8~4mm薄板；粗丝焊接可焊厚度3~25mm。

三、电渣焊1.厚大截面焊缝能一次焊成，生产率高。2.焊接质量好。电渣炼钢3.经济效益好。节省金属，焊剂，电能

粗晶，变形、应力大电渣焊主要用于焊接壁厚＞40—2000mm的厚大截面焊件。无砧座锤锤头焊面2000*3000

第三节压力焊小件，变形小，机械化程度高，塑性好的材料一、电阻焊（接触焊）二、摩擦焊

一、电阻焊点焊缝焊对焊

（一）点焊

点焊主要适用于焊接4mm以下的薄板搭接，或将薄板焊到某些型材上。

接头要清洁：酸洗，打磨凸点焊点焊

（二）缝焊

缝焊又称滚焊，缝焊主要用于焊接密封性要求高的厚度0.3--3mm的薄壁结构。图3-2-11以高频电流作为热源进行管缝焊的方法高频焊（三）对焊1.电阻对焊直径小于20mm的棒料、管材和小链环及门窗、框架等的焊接。

2.闪光对焊（熔化对焊）可焊铜+铝，高速钢+碳钢

3.电阻对焊的特点（1）生产率高。（2）焊件变形小。（3）表面质量好。（4）劳动条件好。（5）不需另外填加焊接材料。

二、摩擦焊接头质量好生产率高。可焊金属范围广。Al+TiCu+Fe经济效益好劳动条件好。能耗少，不用填充材料，成本低三、扩散焊接头强度高，应力变形小可焊材料种类多可焊复杂截面生产率低接触、变形、扩散陶瓷—金属石墨—玻璃硬质—硬质人造聚晶金刚石—硬质合金四、超声波焊高频振荡加热，清理最初用超声波改善点焊的晶粒的组织，第四节钎焊

钎焊是将熔点比工件材料低的焊料熔化，流入接头间隙，借助焊料与焊件间的原子扩散和溶解，使固态工件联起来的焊接方法。钎焊焊料润湿母材：合金化，提高温度，去除氧化物（钎剂）实质：微区溶解，扩散准备：碱洗、打磨、喷丸、刷

一、软钎焊焊料（钎料）熔点＜450℃的钎焊叫软钎焊。软钎焊的接头强度低（一般σ＜70MPa）Sn—Pb焊铜及铜合金钢Zn基焊铝及铝合金镓（30OC）基合金：3-30OC糊状，涂上后4-8h，扩散固化铟基合金：可润湿玻璃，陶瓷Bi基

二、硬钎焊

焊料熔点在450℃以上的钎焊叫硬钎焊。CuCu-ZnCu-NiAuAg焊钢，铜及铜合金

Al-Si焊铝合金Ni-Cr可焊不锈钢

钎焊特点及应用1.钎焊接头组织性能变化少，应力、变形小，光洁美观。2.可焊接材料范围广，也可焊异种材料。3.可焊接各种精密、复杂、微型的焊件。4、对装配间隙、清理要求严但钎焊接头强度低于焊件母材，工作温度受到焊料熔点的限制，焊前清理及组装要求较高。质量生产率厚度全方位手弧焊较好低3-6可埋弧焊好高6-60不CO2较好较高1-25可氩弧焊最好0.5-25可电渣焊好>40不摩擦焊好高中等钎焊低中小可电阻焊高中小第五节焊接与切割新工艺

一、等离子弧焊与切割

1.等离子弧焊5*105w/cm2

（1）能量集中温度高，熔深大，（13mm不开坡口，无间隙）。16000-33000k

（2）电弧稳定，穿透性好。（3）电流0.1安以下仍能稳定工作，针弧焊，微束等离子焊。0.01mm

（4）设备复杂主要用于焊接各种难熔、易氧化的金属及合金。

2.等离子切割：可切所有材料二、真空电子束焊电子束焊的特点是：（1）能量密度高，冲击力大，熔深大（2）质量高：焊缝组织致密，变形小，表面光洁。（3）生产率低、焊件尺寸小（4）容易实现自动化。第五节焊接与切割新工艺板厚：薄0.02-0.1厚300(不需开坡口）--

主要适用于焊接难熔金属Ti、Mo，性质活泼的金属Zn、Sn以及不锈钢等高合金钢。

可焊异种金属，打孔，切割宝石，玻璃等熔深：宽=20：11.5mm0.5mm无间隙，不填充可进行穿入式的成形焊

三、数控切割效率高，质量好，劳动条件好四、光电跟踪切割效率高，质量好第五节焊接与切割新工艺五、喷涂与堆焊喷涂与堆焊总称为热喷涂。是利用高温热源将丝材和棒材或粉末加热，喷敷或熔融于工作表面，形成各种不同功能覆盖层的技术。（一）工艺特点1、喷涂：微粒沉积，机械结合，结合强度低2、堆焊：覆盖层熔化于工件表面，冶金结合，结合强度高（二）一般工艺流程：去油、去锈、拉毛；预热；喷涂、喷涂、堆焊（三）特点及应用1.喷涂材料范围广泛2.喷涂一般不受工件尺寸限制。3.涂层厚度可以从0.15mm到几毫米。4.喷涂（不包括喷焊）零件受热不多，工件变形小，不改变原有热处理状态。激光焊及切割1013W/cm2特点：能量密度大，应力、变形小灵活生产率高可焊接易氧化，高熔点的金属，可焊异种金属，欧美汽车盖全为激光焊爆炸焊用于包覆，如，钢板上包镍、铜、钛、不锈钢，包覆后轧制10美分，25美分的硬币：纯铜两面包75/25铜镍合金，第一节焊接接头的金相组织与性能一、焊缝金属二、热影响区1.半熔化区（熔合区）2.过热区3.正火区4.部分相变区5.再结晶区第二部分常用金属的焊接1.半熔化区（熔合区）（塑韧性差）2.过热区（塑韧性差）3.正火区（性能好）4.部分相变区（性能基本不变）5.再结晶区（强硬度下降，塑韧性增加）

一、金属材料的可焊性

金属材料的可焊性，是指金属材料对焊接加工的适应性。被焊金属材料在采用一定的焊接工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。工艺可焊性：被焊金属材料在一定工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。即焊接接头出现裂纹，气孔等缺陷的倾向使用可焊性（使用可靠性）：力学及其他物化性能第二节金属材料的可焊件

二、钢材可焊性的估算方法Ceq=C+1/6Mn+1/5（Cr+Mo+V）+1/15(Ni+Cu)(%)Ceq＜0.4%时，钢材的淬硬倾向不明显，Ceq=0.4-0.6%时，可焊性一般。Ceq>0.6%时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，需要适当预热和采取一定的工艺措施。Ceq＞0.45%时，钢材的淬硬倾向明显，可焊性较差，需要适当预热和采取一定的工艺措施。第三节钢的焊接一、碳钢的焊接低碳钢：中碳钢高碳钢二、低合金结构钢的焊接σs<400MPaσs>400MPa

一、碳钢的焊接

（一）低碳钢的焊接

1.特点：塑性好、合金元素含量少，裂纹、气孔、淬硬倾向小，可焊性好

2.焊接工艺可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊、气焊、气体保护焊和电阻焊等任何方法焊接。（二）中碳钢的焊接

1.特点：塑性较差，易淬硬、易冷裂

2.焊接工艺尽量选用碱性低氢型焊条J506、J507、J426、J427、J606、J607预热150--400缓冷使用镍铬不锈钢焊条，可在施焊过程中敲击焊缝减少应力。

一、碳钢的焊接（三）高碳钢的焊接

1.特点:塑性差，淬硬、裂纹、气孔倾向大，可焊性很差

2.焊接工艺预热温度更高后热（焊后要立即进行去应力退火处理）碱性焊条：J857

一、碳钢的焊接

二、低合金结构钢的焊接1.特点：易淬硬，对氢敏感，应力大，焊接裂纹，热影响区的过热组织脆化2.焊接工艺低强度（<400MPa)：Ceq<0.4%，可焊性良好，16Mn长江大桥屈服强度>400Mpa可焊性较差，预热、缓冷、后热、碱性焊条18MnMoNb500MPaJ707大型尿素合成塔焊条预热后热低碳钢酸、碱不需不需中碳钢碱150-400缓冷高碳钢碱预热后热低强度合金钢碱不需不需高强度合金钢碱100-400后热第四节灰铸铁的焊补

一、铸铁焊接特点

（一）容易产生白口（二）容易出现裂纹（三）容易产生气孔

二、铸铁的焊补方法1.热焊法焊接前将铸件全部或局部加热到600~700℃，焊接过程中保持预热温度，焊后保温缓冷。热焊用气焊和电焊皆可。2.半热焊法工件预热到400℃左右。3.冷焊法焊前不预热或只进行400℃以下的预热，焊接过程中也不铺助加热。第五节有色金属的焊接一、铜及铜合金的焊接二、铝及铝合金的焊接三、钛及钛合金的焊接一、铜及铜合金的焊接

（一）特点1.铜的导热性很强，2.铜的线胀系数比钢大10%左右，3.铜在液态时能溶解大量氢，4.铜在液态时和离温时，容易氧化生成Cu2Oo结晶时，Cu2O和Cu形成低熔点共晶体，存在于晶界，易引起热裂纹。5.铜合金中的某些元素很易于氧化或蒸发。（二）焊接工艺清理、预热、后热、脱氧氩弧焊、气焊、钎焊

1.紫铜的焊接：锤击细化晶粒

2.黄铜的焊接：防锌的蒸发

3.青铜的焊补：易热裂，锤击

二、铝及铝合金的焊接

（一）特点

1.容易氧化

2.容易产生气孔

3.容易焊穿

4.焊接的热裂倾向（二）焊接工艺清理接头、氩弧焊、气焊三、钛及钛合金的焊接（一）特点易吸气易裂（过热组织脆化）（二）工艺氩弧焊、等离子弧焊、电子束焊、点焊第六节、焊接应力、