第12讲常用焊接成形方法

材料成型基础刘志卫单位：机械工程学院机械制造与自动化教研室手机箱：418884924@安徽理工大学材料成型基础第12讲常见的焊接方法焊接成形工艺基础主要内容一、电弧焊

焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊二、等离子弧焊与切割三、气焊四、激光焊五、电阻焊六、摩擦焊七、钎焊电弧焊-焊条电弧焊焊条电弧焊定义：用手工操作焊条进行焊接的方法（手工电弧焊）电弧焊-焊条电弧焊焊缝空间位置电弧焊-焊条电弧焊焊缝空间位置电弧焊-焊条电弧焊接头和坡口基本形式设备简单，应用灵活，可全位置及各种不规则焊缝的焊接；可焊接大多数常用金属材料；焊接电流为20～500A，焊接厚度一般在3～20mm之间，生产率较低，焊接质量很大程度上取决于焊工的操作技能；焊工需要在高温、尘雾环境下工作，劳动条件差，强度大；适合焊碳钢、低合金钢、不锈钢等焊接和铸铁的补焊等。不适合焊接活泼金属、难熔金属及低熔点金属。参数：焊条牌号和直径；电流（电源）种类和极性；焊接电流大小；焊接层（道）次等。电弧焊-焊条电弧焊焊条电弧焊特点电弧焊-焊条电弧焊焊条组成与作用钢焊条的焊芯采用专门的焊接用钢丝。焊条直径：由焊丝直径表示1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等，长度300～450mm。电弧焊-焊条电弧焊焊条组成与作用焊条直径（mm）焊条长度（mm）碳钢焊条低合金钢焊条允许长度偏差1.6200、250～±2.02.0250、300250～3002.5250、300250～3003.2（3.0）350、400340～3604.0350、400390～4105.0400、450390～4106.0（5.8）400、450400～4508.0500、560400～450常用碳钢和低合金钢焊条规格

国家标准（GB1300-77）规定的“焊接用钢丝”有44种，分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三大类，如:H08、H08Mn为碳素结构钢焊丝H10Mn2Si、H08CrMoA为合金结构钢焊丝H1Cr13、H1Cr19Ni9为不锈钢焊丝。电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类常用焊接用钢丝的牌号和化学成分注：化学成分摘自GB1300-77《焊接用钢丝》电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类牌号化学成分的质量分数w(%)用途CMnSiCrNiSPH08≤0.10.35～0.55≤0.03≤0.20≤0.30≤0.04≤0.040一般焊接结构H08A≤0.100.35～0.55≤0.03≤0.20≤0.30≤0.030≤0.030重要焊接结构及埋弧焊焊丝H08E≤0.100.35～0.55≤0.03≤0.20.≤0.30≤0.025≤0.025H08Mn2Si≤0.111.7～2.10.65～0.95≤0.20≤0.30≤0.040≤0.040二氧化碳气体保护焊焊丝H08Mn2SiA≤0.111.80～2.100.65～0.95≤0.20≤0.30≤0.030≤0.030a)焊条按用途分类一览表电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类分类特性或用途型号举例碳钢焊条熔敷金属在自然气候下具有一定力学性能E4301低合金钢焊条熔敷金属在自然气候环境中具有较强力学性能E5018-A不锈钢焊条熔敷金属具有抗腐蚀能力和一定力学性能E308-15堆焊焊条熔敷金属具有一定程度的耐磨损或腐蚀等性能EDRCrW-15铸铁焊条专门用作焊补或焊接铸铁EZCQ镍及镍合金焊条用作镍及镍合金焊补、焊接、堆焊，焊补铸铁等ENiCrFe-1-15铜及铜合金焊条用作钢及钢合金焊补、焊接、堆焊，焊补铸铁等ECuSi-A铝及铝合金焊条用作铝及铝合金的焊接、焊补或堆焊TA2Mn特殊用途焊条用于水下焊接、切割及管状焊条和铁锰铝焊条等a)两种焊条分类的对应关系电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类按用途分类（行业标准）（牌号）按成分分类（国家标准）（型号）类别名称代号国家标准编号名称代号一结构钢焊条J(结)GB5117-85碳钢焊条

E

GB5118-85低合金钢焊条二钼和铬钼耐热钢焊条R(热)三低温钢焊条W(温)四不锈钢焊条G(铬)A(奥)GB983-85不锈钢焊条五堆焊焊条D(堆)GB984-85堆焊焊条ED六铸铁焊条Z(铸)GB10044-88铸铁焊条EZ七镍及镍合金焊条Ni(镍)—

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八铜及铜合金焊条T(铜)GB3670-83铜及铜合金焊条TCu九铝及铝合金焊条L(铝)GB3669-83铝及铝合金焊条TAl十特殊用途焊条TS(特)—

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电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型表示抗拉强度Kgf/mm2——牌号（焊接行业中焊条代号）E4303第3位表示焊接位置表示焊条抗拉强度420MPaJ422药皮类型、电流种类、1—5酸性、6、7碱性结构钢焊条。——型号（焊接国家标准中焊条代号）a)焊条药皮类型及焊接电源种类编号电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类编号0123456789药皮类型不规定酸性氧化钛型酸性氧化钛钙型酸性钛铁矿型酸性氧化铁型酸性纤维素型酸性低氢钾型碱性低氢钠型碱性石墨型盐基型电源种类——交直流交直流交直流交直流交直流交流/直流反接直流

反接交直流直流反接b)焊条按熔渣分类：电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类酸性焊条碱性焊条熔渣中酸性氧化物多于碱性氧化物，如SiO2、Fe2O3等。熔渣中碱性氧化物多于酸性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O等。操作性、适应性好，但焊缝质量差；操作性、适应性差，但焊缝质量好；所谓酸性、碱性焊条，是由其焊渣中的氧化物来决定的，酸性氧化物多的，称为酸性焊条，碱性氧化物多的，称为碱性焊条b)焊条按熔渣分类：电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类分类熔渣主要成分焊接特性举例应用酸性焊条SiO2等酸性氧化物及在焊接时易放出氧的物质，药皮里造气剂为有机物，焊接时产生保护气体焊缝冲击韧度差，合金元素烧损多，电弧稳定，易脱渣，金属飞溅少E4303适合于焊接，低碳钢和不重要的结构件碱性焊条CaCO3等碱性氧化物，并含有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂合金化效果好，抗裂性能好，直流反接，电弧稳定性差，飞溅大，脱渣性差E5015主要用于焊接重要结构件、如压力容器等酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性。碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和CO气孔。碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因而应注意通风。电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类电弧焊-焊条电弧焊焊条的种类酸性：牌号：J422或型号：E4303牌号：J结构钢类42熔敷金属抗拉强度≥420MPa2钛钙型药皮型号：E焊条43熔敷金属抗拉强度≥430MPa03适用全位置焊接3钛钙型药皮碱性：牌号：J507或型号：E5015牌号：J结构钢类焊条50熔敷金属抗拉强度≥500MPa7低氢钠型药皮适合使用电源为直流反接型号：E焊条50熔敷金属抗拉强度≥500MPa15适用全位置焊接5低氧钠型药皮，直流反接电弧焊-焊条电弧焊焊条的选用原则考虑母材的力学性能和化学成分。等强度原则：低碳钢和低合金结构钢。等成分原则：耐热钢、不锈钢等。考虑结构的使用条件和特点冲击载荷或结构复杂、厚度大的焊件，应选择碱性焊条。考虑焊条的工艺性：焊前清理困难，易产生气孔，应选择酸性焊条；如母材中含碳、硫、磷量高，应选择碱性焊条。虑焊接设备条件

如果没有直流焊机，则只能选择交直流两用的焊条。电弧焊-焊条电弧焊手工电弧焊焊接参数焊条直径与被焊件厚度相当。

d件=3mm；d焊条=2.5，3mm；焊接电流主要由焊条直径和焊缝位置确定.I＝K·d

式中：

d---焊条直径；K---经验系数，一般为25－60；焊接速度

保护焊透，焊缝良好前提下尽量快速施焊。定义：电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。

电弧焊-埋弧焊埋弧焊焊剂从漏斗中流出，均匀堆敷在焊件表面焊丝由送丝机构自动送进，经导电嘴进入电弧区焊接电源分别接在导电嘴和焊件上以产生电弧埋弧自动焊有以下优点：（1）生产率高焊接电流可以高达1000A，一次熔深大，焊接速度大，可连续进行，生产率比焊条电弧焊高5～20倍。电弧焊-埋弧焊埋弧焊特点埋弧自动焊有以下优点：（2）焊接质量好熔渣的保护严密，冶金反应较彻底，且焊接工艺参数稳定，焊缝成形美观，焊接质量稳定。电弧焊-埋弧焊埋弧焊特点埋弧自动焊有以下优点：（3）劳动条件好焊接时没有弧光辐射，焊接烟尘小。电弧焊-埋弧焊埋弧焊特点缺点：只适用于水平位置的长直焊缝和直径250mm以上的环形焊缝，焊接的钢板厚度一般在6～60mm，适焊材料局限于钢、镍基合金、铜合金等，不能焊接铝、钛等活泼金属及其合金。电弧焊-埋弧焊埋弧焊特点用气体将电弧、熔化金属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发生冶金反应，保证焊接质量。〔Ar、He、CO2、〕。电弧焊-气体保护电弧焊气体保护电弧焊1)MIG(MetalInertGas)惰性气体保护2)MAG(MetalActiveGas)活性气体保护（1）采用明弧焊，熔池可见性好，适用于全位置焊接，有利于焊接过程的机械化、自动化。电弧焊-气体保护电弧焊气体保护电弧焊特点（2）电弧热量集中，熔池小，热影响区窄，焊件变形小，焊后无熔渣，尤其适用于薄板焊接。（3）可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接。电弧焊-气体保护电弧焊气体保护电弧焊特点定义：使用氩气作为保护气体的气体保护焊。

分类：分熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊。特点保护效果好，焊接质量好；热影响区小，焊后变形小；易于自动控制；氩气成本高。电弧焊-气体保护电弧焊氩弧焊应用氩弧焊几乎可以焊接所有金属，尤其是易氧化的有色金属和合金钢的焊接。电弧焊-气体保护电弧焊氩弧焊原理：以钨棒为电极不熔化，只起导电和引弧作用。应用：适于6mm以下的有色合金和不锈钢等薄板。电弧焊-气体保护电弧焊钨极氩弧焊（TIG）电流如何连接？原理：以焊丝作为电极，电流大。应用：焊接厚度25mm以下的高合金钢、有色金属中厚板。电弧焊-气体保护电弧焊熔化极氩弧焊（MIG）电流如何连接？定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊。1）焊接过程电弧焊-气体保护电弧焊二氧化碳气体保护焊（MAG）焊丝经软导管、导电嘴送出→从喷嘴中喷出CO2气体→包围焊丝端部及熔池。

电流如何连接？特点成本低；效率高；易于控制焊缝成形；适用范围广，能全位置焊接。电弧焊-气体保护电弧焊二氧化碳气体保护焊应用主要用于焊接30mm以下厚度的低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢焊接。电弧焊-气体保护电弧焊二氧化碳气体保护焊等离子弧：借助于水冷喷嘴、保护气流等外部拘束条件，使弧柱受到压缩，弧柱气体完全电离而得到的电弧，其温度远高于一般电弧，可达到30000K。等离子弧焊接等离子弧焊接特点：等离子弧热量集中、热影响区小；温度高、熔深大，生产率高；可焊接金属箔；0.025mm但：设备复杂，投资高，气体消耗多，主要用于国防工业及尖端技术中，焊接一些难容、易氧化、热敏性强的金属。（Mo/W/Cr/Ti）等离子弧焊接等离子弧焊接切削速度快，生产率高工件切口小，边缘光滑平整，变形小主要用于不锈钢、非铁合金、铸铁等难以用氧乙炔火焰切割的金属及非金属材料厚度可达200mm等离子弧焊接等离子弧切割电渣焊电渣焊定义：利用电流通过液体熔渣产生电阻热进行焊接方法电渣焊电渣焊特点生产率高；焊接质量好；成本低(1/15-1/20)。缺点：热影响区大。电渣焊电渣焊应用

厚度﹥40mm的碳钢、合金钢、不锈钢等焊件，如厚壁压力容器和铸—焊、锻—焊等大型构件。气焊气焊定义：利用可燃性气体燃烧的高温火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。可燃气体：乙炔、液化石油气等。乙炔在氧气中燃烧时的火焰温度可达3200℃。气焊气焊特点a.加热缓慢，生产率低。b.热影响区较宽。c.焊缝质量不高。d.不需电源应用适于焊接厚度在3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸铁以及铜、铝等有色金属及其合金。气焊气割本质：金属在纯氧中燃烧应用：只适用于低碳钢、中碳钢和低合金钢，铸铁高碳钢、不锈钢和铜铝及其合金不能进行气割单色性好、方向性好、能量密度高，激光经透射或反射镜聚焦后，可获直径小于0.01mm、功率密度高达1013W/cm2的能束，可以作为焊接、切割、钻孔及表面处理的热源。激光焊激光特点激光器产生激光束，聚焦系统聚焦在焊件上，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。激光焊有点焊和缝焊两种。主要焊接0.5mm以下的金属薄板和金属丝。激光焊激光特点（1）能通过透明材料进行焊接。激光焊激光特点（2）能量密度高，可实现高速焊接，热影响区和焊接变形都很小，特别适用于热敏感材料的焊接。激光焊激光特点（3）可直接焊接表面带有绝缘胶的导体，而不必预先剥掉绝缘层；也能焊接物理性能差别较大的异种材料。（4）激光束借助平面反射镜可实现弯曲，可对一般焊接方法难以达到的部位进行焊接。激光焊激光特点缺点：设备昂贵，能量转化率低(5%～20%)，对焊件接口加工、组装、定位要求均很高，目前主要用于电子工业和仪表工业中的微型器件的焊接，以及硅钢片、镀锌钢板等的焊接。激光焊激光特点激光还可以用于各种金属材料和部分非金属材料的切割和打孔加工，割缝窄，切口光整，加工质量好，切割速度快，生产效率高。激光焊激光切割电子束焊电子束焊电子束焊是一种高效率的熔焊方法，它利用经过聚焦的高速运动的电子束，在撞击工件时，其动能转化为热能，从而使工件连接处熔化形成焊缝。电子束焊电子束焊电子束能量密度大，比普通电弧高出上千倍，热量集中，效率高，焊接速度快，焊缝窄而深，热影响区小，焊接变形极小。电子束焊电子束焊接头不开坡口，装配不留间隙，焊接时不加填充金属，接头光滑整洁。电子束焊电子束焊电子束控制灵活，适应性强，可焊接0.05mm的薄件，也可进行其他焊接方法难以进行的深入、穿入成形焊接。电子束焊电子束焊真空电子束焊适合焊接一些难容金属，活性或高纯度及热敏性强的金属，但设备复杂，成本高，工件尺寸受真空室限制，装配精度高，焊接辅助时间长，生产率低。定义：利用电流通过工件及焊接接触面间产生电阻热，将焊件加热至塑性状态，再施加压力形成焊接接头的方法。电阻焊电阻焊按其接头形式可分点焊缝焊对焊电阻对焊闪光对焊电阻焊点焊电阻焊缝焊电阻焊电阻对焊电阻焊闪光对焊电阻焊电阻焊特点：生产率高；焊接质量好；缺点是设备功率大，耗电高，适用的接头形式与焊件厚度受到限制。应用：主要适用于成批大量生产，目前已在航天、航空领域、汽车工业等行业。摩擦焊摩擦焊利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速施加顶锻力，实现连接的一种焊接方法摩擦焊摩擦焊（1）质量稳定，尺寸精度高，废品率低。（2）焊接生产率高，比闪光对焊高5～6倍。（3）可焊异种金属，如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接，铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接。（4）加工费用