金属工艺学 第四篇 焊接

第四篇焊接

通过加热或加压（或两者兼用），用填充材料（或不用），使工件产生原子结合的一种连接方法。1第四篇焊接焊接分类：1.溶化焊（电弧焊、气焊、气体保护焊、激光焊、等离子焊、电渣焊和电子束焊等）2.压力焊（摩擦焊、电阻焊、爆炸焊、超声波焊和气压焊等）。3.钎焊。2第一章手工电弧焊（第四篇焊接）一、焊接电弧电弧：两电极间隙间的一种持续而强烈的放电现象。（两极：工件与焊条）1.电弧的形成：

空气不导电，故采用焊条与工件瞬间短路方法引燃电弧。3一、焊接电弧（第一章手工电弧焊）2.电弧结构：4一、焊接电弧（第一章手工电弧焊）用钢焊条焊接钢材时，阳极区T：约2600K，总热量的43％。阴极区：2400K，占总热量的36％。弧柱区；6000-8000K，21％左右。直流电焊机施焊时，有两种接线方法：正接和反接。5一、焊接电弧（第一章手工电弧焊）3.电弧的静特性：当电弧长略有微小变化时，电弧电压变化很小。（绘图说明）6二、焊接设备（第一章手工电弧焊）包括：电焊机、连接电缆、电焊钳以及尖嘴锤、钢丝刷、面罩、手套等。其中，最常用的电焊机有：1.交流弧焊机2.直流弧焊机7二、焊接设备（第一章手工电弧焊）1.交流弧焊机是一种特殊变压器，特殊点：1）空载安全（60-90V）；2）焊接时电压陡降到16-35V；3）引弧时，短路电流不会过大；4）输出电流可调。

正因为其有陡降特性，当焊接时手略有抖动使弧长有变化时，对焊缝质量无影响。8二、焊接设备（第一章手工电弧焊）交流弧焊机型号：大类名称小类名称系列品种序号—额定电流改进序号举例：BX—180

B—焊接变压器

X—下降特性

180—额定电流180（A）.优缺点：结构简单，维修方便，成本低，噪音小；电弧不稳，一般适用酸性焊条。9二、焊接设备（第一章手工电弧焊）2.直流弧焊机常用1）整流式直流弧焊机.

例：ZXG—300Z—焊接整流器.G—硅整流.2）发电机式直流弧焊机例：AX—320A—焊接发电机.优缺点：电弧稳定，引弧易，焊接质量好，酸碱性焊条均适用；但结构复杂，维修困难，成本高，A类噪音大。10三、焊接材料（第一章手工电弧焊）焊接材料：“涂药电焊条”即“电焊条”，由焊丝和药皮两部分组成。1.焊丝作用：作电极和填充金属。举例（碳素结构钢焊丝）H08MnAH—焊丝用钢.08—平均含碳0.08%.

Mn—平均含锰量约1%.A—高级优质.111.焊丝（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））焊条芯简称焊芯。

主要作用：作为焊接电弧的一个电极，与焊件之间导电形成电弧；焊芯在焊接过程中不断地熔化，并过渡到熔池中，与熔化的母材共同结晶形成焊缝。

下页表14-1几种常用焊芯(焊丝)的化学成分121.焊丝（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））常用焊丝成分：13三、焊接材料（第一章手工电弧焊）2.药皮成分：稳弧剂，造气、造渣剂；合金剂，脱氧还原剂，稀释剂，粘结剂。作用：1）稳弧；

2）保护作用；

3）合金化作用；142.药皮（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））

l.稳弧剂：主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物，如碳酸钾、碳酸钠、大理石、长石和钾(或钠)水玻璃等，以改善引弧性能，提高电弧燃烧的稳定性。

2．造渣剂：其组成是红石、大理石、钛白粉、长石、菱苦土、钛铁矿、锰矿等．其主要作用是在焊接过程中形成具有一定物化性能的熔渣并覆盖于熔池的表面，不让大气侵入熔池，且有冶金作用．

152.药皮（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））3.造气剂：用糊精、淀粉、纤维素等有机物，或碳酸钙等无机物作为造气剂．这些物质在电弧热的作用下分解出C02和H2等气体包围在电弧与熔池周围，起隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用，并影响熔滴过渡．2.药皮（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））4.脱氧剂：主要成分是锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，作用是脱去熔池中的氧．锰铁还起脱硫作用．5.合金剂：应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金，向熔池中渗加合金元素，使焊缝得到必要的化学成分。6.粘结剂：常使用钾、钠水玻璃，将上述各种药皮成分按比例调合后牢固地粘涂在焊芯上。17三、焊接材料（第一章手工电弧焊）3.焊条的酸碱性焊接后，药皮熔化，熔渣中含多量酸性或碱性氧化物。根据化学成分分酸性电焊条和碱性电焊条。1）酸性电焊条——熔渣中含多量的酸性氧化物（SiO2、TiO2等）焊条优缺点：电弧稳，飞溅少，易脱渣，抗气孔能力强；药皮氧化性强，抗裂性差。2）碱性电焊条——熔渣中含多量的碱性氧化物（CaO、CaF2等）焊条优缺点：药皮脱氧性强，抗裂性能好；但对水、油、锈敏感，易产生气孔（故焊前需烘干）。 183.焊条的酸碱性（三、焊接材料（第一章手工电弧焊））

酸性电焊条对水锈敏感性不大，焊前经150℃

--200℃烘干1h即可，若不吸潮可不烘干。

碱性电焊条对水锈敏感性较大，焊前经300℃--350℃烘干1.5--2h，而后放在保温筒保存待用。19三、焊接材料（第一章手工电弧焊）4.焊条的型号以碳钢焊条为例：E43

03其中：E—焊条.43—熔敷金属最低抗拉强度430MPa.（还有“50”、“55”、“60”、“70”等系列）.

0—全位置焊接（与“1”同；若是“2”，表示只适合平焊或平角焊）.03—钛钙型（酸性）药皮，交直流两用.（若是“15”、“16”：低氢钠、钾型（碱性）药皮，直流反接）.

常用：E4303、E4316、E5003、E5016等.20三、焊接材料（第一章手工电弧焊）5.焊条的选择原则

1）同类原则；

2）等强度原则；

3）重要性原则；

4）经济性原则。21四、手弧焊焊接工艺（第一章手工电弧焊）1.接头形式：常用的接头形式有对接、搭接、角接和丁字接等。22四、手弧焊焊接工艺（第一章手工电弧焊）2.焊缝符号：按国际标准ISO2553-84《焊缝在图样上的符号表示法》作了详细规定。焊缝标准符号包括：基本符号（如V），辅助符号（如—、⌒），补充符号（垫板□、○、现场焊等）和指引线构成。23四、手弧焊焊接工艺（第一章手工电弧焊）3.焊接接头金属的组织与性能

24四、手弧焊焊接工艺（第一章手工电弧焊）4.焊接规范1）焊条直径（由焊件厚度、接头形式、焊缝位置和对焊缝质量要求等决定）2）焊接电流（由焊条直径、焊条种类（碱性略小）、焊件厚度和焊缝位置决定）3）焊接速度4）电弧长度25四、手弧焊焊接工艺（第一章手工电弧焊）

若电流过大，焊接接头热影响区过大。一般情况下，在保证焊接质量的条件下，增大焊接速度、减小焊接电流都能减小焊接热影响区。26五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）

手弧焊常见的缺陷有焊缝形状和尺寸不正确、烧穿、焊瘤、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合、咬边等．一、焊接缺陷的危害

1．产生应力集中

2．引起裂纹、缩短使用寿命

3.造成脆断27五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）二、焊接缺陷（一）气孔

气孔使焊接实际截面积减小，降低其强度和塑性，特别是韧性。预防措施：烘干焊条，仔细清理焊件的待焊表面及附近区域；采用合适的焊接电流、正确操作等．

28五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）（二）夹渣

焊后残留在焊缝中的熔渣称为夹渣，夹渣对焊接质量的影响与气孔相同．

产生原因：坡口角度小、焊件表面不清洁、电流小、焊接速度过大等。焊工若操作不正确，也会产生夹渣。五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）（三）

焊接裂纹：热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹．当热裂纹在高温形成时扩展到焊表面接触空气后，其断口表面有氧化色彩。焊接裂纹产生原因：

30五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）焊接裂纹产生原因：①晶间存在液态间层。在焊接过程中，存在低熔点杂质偏析，形成液态间层。在过热区，晶界存在低熔点杂质时，也形成液态间层。②存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂．防止措施：

限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量；从工艺方法上减少焊接应力，如采用合理的焊接顺序等．五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）冷裂纹：（1）形态和特征：焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹。（2）防止措施：①选用碱性焊条；②焊条和焊剂在使用前要严格烘干；③清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢的来源；④焊前预热，焊后缓冷；⑤采取合理焊接顺序等工艺措施；⑥焊后进行热处理，消除焊接残余应力．32五、焊接缺陷（第一章手工电弧焊）（四）未焊透：焊接时接头根部未完全熔透的现象为未焊透；产生原因：坡口角度或间隙太小、钝边过厚、坡口不洁、焊条太粗、焊速太快、焊接电流过小及操作不当等所致。（五）未熔合：指焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分。（六）咬边：由于焊接参数选择不当或操作工艺不正确，沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷称为咬边。33六、焊接应力与变形（第一章手工电弧焊）

一、焊接应力与变形产生的原因：在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀的加热，会产生焊接应力和变形．产生原因：加热不均,各处热胀量不同，又是整体，各部分互相限制。内应力通过变形自发释放趋势，拉应力（指对焊缝外部材料）部分缩短，压应力部分伸长。

焊接产生的变形有多种形式。图14-13是最常见的几种基本焊接变形形式：34六、焊接应力与变形（第一章手工电弧焊）焊接变形形式：35六、焊接应力与变形（第一章手工电弧焊）一、防止与减小焊接应力与变形的措施（一）工艺措施1．反变形法：2.

裕量法：根据经验，在工件下料尺寸上加一定裕量，通常为工件尺寸的0.1％一0.2％，以补充焊后的收缩。3．刚性夹持法：4．选择合理的焊接次序：36一、防止与减小焊接应力与变形的措施（六、焊接应力与变形（第一章手工电弧焊））(二)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。2．火焰矫正法:利用氧—乙炔焰等热源在焊件适当部位上加热，使焊件在冷却收缩时产生新的变形，以矫正焊接所产生的变形。37一、防止与减小焊接应力与变形的措施(三)减小焊接应力的工艺措施1．选择合理的焊接次序2．预热法:最有效的减小焊接应力的方法是焊前预热．即在焊前将工件预热到350～440℃，然后再进行焊接。3．焊后热处理:焊后进行去应力退火。具体做法是，焊后将焊件均匀加热到600～650℃，保温一定时间，然后缓慢冷却。思考和练习题（第一章手工电弧焊）1．焊接电弧是怎样一种现象?电弧中各区的温度如何分布?用直流或交流电焊机效果是否一样?2.解释下列焊条的型号和牌号：E4303，E5015，J422，J506，J607。3.什么叫焊接热影响区?低碳钢的焊接热影响区共分为哪几个区域?4.焊接变形有哪几种形式？防止焊接变形有哪些措施?5.减少和消除焊接应力有哪些措施?6.常见的焊接缺陷有哪些?焊接缺陷有什么危害?7.（教材第一章章后复习与思考题）39第二章焊接结构设计一、焊接工艺对焊接结构的工艺性要求在满足使用要求的前提下：1、焊缝布置便于施焊。2、焊缝应避开加工表面。3、焊缝布置应利于承载。4、焊缝布置应考虑焊材安置。5、焊缝布置应尽量减少应力集中和变形。第三章气焊与气割第一节气焊利用可燃气体（如C2H2）和助燃气体（O2）混合燃烧时的热量来熔化金属进行焊接的方法。第一节气焊（第三章气焊与气割）一、优缺点：设备简单，不需电源；火焰易调，操作灵活。但火焰温度低（约3150℃），热量分散（变形大）；生产率低。二、适用范围：小于3mm薄钢板、有色金属、铸铁等小零件。第一节气焊（第三章气焊与气割）三、设备：1、氧气瓶（容积40升），满气压力14.7MPa,焊接时减至（0.3—0.4）MPa.瓶涂天蓝色漆，写“氧气”黑色字。输送橡皮管是绿色或黑色。2、乙炔瓶瓶内满气压力为1.47MPa，为了安全，注入丙酮以溶解乙炔降低压力，且瓶内有活性炭、木屑、硅藻土等多孔性填充物以减压。使用时减压为（0.045—0.12）MPa。瓶涂白色漆，写红色“乙炔”字，输送气体管道为红色。

3、焊炬、减压阀、墨镜等。第一节气焊（第三章