任务六焊接课件

任务六焊接

教学内容1.熔焊2.压焊3.钎焊学习要求1.掌握手工电弧焊的原理和焊接方法2.理解气体保护焊的原理3.了解胶结原理能力要求初步具有常见焊接方法的操作能力课前思考减速器轴，材料45钢，直径为8mm锅炉车刀柄（50钢）与刀片（硬质合金）铜导线机床导轨的修补焊接手工电弧焊锡焊气体保护焊气焊铜焊请学完本章知识点，完成以上材料和焊接方法的连线焊接接头的组织与性能一、焊接工件上温度的变化与分布各点处由常温—较高温度—常温固态液态固态温度变化如4-3图二、焊接接头组织与性能以低碳钢为例P132图4-4中，左图是焊件的横截面，右图是铁碳状态图的一部分

⒈焊缝焊缝的结晶是从熔池底壁开始向中心成长。焊缝两侧工件方向冷却较快，故形成的柱状的铸态组织，由铁素体和少量的珠光体组成，熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析物集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。由于电弧吹力和保护气体吹动，熔池底壁柱状晶体成长受到干扰，柱状晶体呈倾斜状，晶粒有所细化。由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属性能可能不低于母材金属的性能。⒉焊接热影响区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区等。⑴熔合区处于液相线、固相线之间，所以也称半熔化区。因温度过高而成为过热粗晶，强度、塑性和韧性都下降。此处接头断面变化，易引起应力集中。此区很大程度上决定着焊接接头的性能。⑵过热区被加热到Ac3以上100～200°C至固相线温度区间。奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，对易淬火钢，此区脆性更大⑶正火区被加热到Ac1到Ac3以上100～200°C区间。在此区温度范围内，加热时发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒，冷却后为均匀而细小的铁素体和珠光体，其力学性能优于母材。⑷部分相变区相当于加热到Ac1～Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而其力学性能比正火区稍差。

焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，决定于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。增加焊接速度或减少焊接电流都能减少焊接热影响区。

焊接应力与变形焊接过程中，焊缝被加热处于液态，相邻的金属加热到很高的温度，然后再快速冷却下来，各点处温度不同，冷却速度也不相同，在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、变形或裂纹。焊缝是靠一个移动的点热源加热，然后逐次冷却下来形成的，因此应力的形成、大小和分布状况较复杂。假定整条焊缝同时形成，则应力分布如图4-5

焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能，承载能力大为降低，对于接触腐蚀性介质的焊件，应力腐蚀现象加剧，减少使用期限。对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接应力的防止和消除：①选择塑性好的材料。②避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。③合理的焊接次序。图4-6a为正确。

④焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。⑤采用小能量焊接方法，或焊后立即捶击。⑥需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应力退火。⑦采用水压试验或振动法消除焊接应力。焊接变形：由焊接应力引起。变形种类：图4-7收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形

焊件产生变形主要由焊接应力引起的，预防焊接应力的措施对防止焊接变形有时是有效的。当对焊件的变形有较高的限定时：结构设计中应采用：对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布结构。施焊中：采用反变形措施或刚性夹持方法（刚性夹持不适于淬硬性较大的钢结构和铸铁件）。

焊接应力过大的严重后果是焊件（工件）产生裂纹，危害极大，对重要工件焊后应探伤。焊接裂纹与：焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有关；和焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）有关；含氢量的多少有关。所以焊接中应：合理选材、采取措施减少应力、选用合理的焊接工艺、焊接参数（如：采用碱性焊条、小能量焊接、预热、合理的焊接次序等

焊条电弧焊焊条电弧焊（即手工电弧焊）适于高强度钢、铸钢、铸铁、和非铁合金，其焊接接头可与工件的强度相近，是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。一、焊条电弧焊的焊接过程电弧在工件和焊条之间燃烧，产生高温，电弧热使工件、焊芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解。药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化金属。药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→保护熔化金属。焊缝质量有很多因数决定，如母材金属和焊条质量、焊前的清理程度、焊时电弧的稳定情况、焊接参数、焊接操作技术、焊后冷却速度、以及焊后热处理等。二、电焊条⒈焊芯起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6，最大为8。常用φ3.2~φ5。

⒉焊条药皮主要作用：提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害作用；对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊缝金属的化学成分和力学性能。⒊焊条的种类、型号和牌号焊条有七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜焊条、铝焊条焊条的型号、牌号型号牌号关系东工机械零件设计手册P682表8-39碳钢焊条焊条型号牌号药皮类型焊接电源焊接位置用途E4303J422钛钙型交流或直流全位置焊接用于较重要的低碳钢及强度等级较低的低合金钢，如09Mn2等。J422GM适于海上平台、船舶、工程机械等表面装饰焊缝的焊接。J422Fe适于较重要的低碳钢结构焊接。E5016J506低氢钾型交流或直流全位置焊接用于中碳钢和低合金钢的焊接如：16Mn，9Mn2Si。摘自GB5117-85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。例：注意：#焊条型号是国家标准中的焊条代号#焊条牌号是焊接行业的焊条代号，注意型号和牌号的对应关系#按熔渣性质，焊条可分为两类：酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物较多，适于各种电源，成本低，但焊缝的塑性、韧性稍差，操作性好，渗合金作用弱不宜焊接受动载荷和要求高强度的重要结构件碱性焊条：熔渣中碱性氧化物多，一般采用直流电源。焊缝塑性、韧性好，抗冲击能力强，价格较高，操作性差，故只适于焊接重要结构件。埋弧焊一、埋弧焊的焊接过程焊丝不断地被送丝机构送入电弧区，并保持选定的弧长。焊接时焊机移动或工件移动，焊剂从漏斗中不断流出洒在被焊部位，电弧在焊剂下燃烧，熔化后形成熔渣覆盖在焊缝表面。★电弧燃烧后，工件和焊丝形成较大体积的熔池，熔池金属被电弧气体排挤向后堆积形成焊缝。由于高温焊剂被熔化成熔渣，与熔池金属发生物理化学作用。部分焊剂被蒸发形成气体，将电弧周围熔渣排开，形成一个封闭的熔渣泡。它具有一定粘度，能承受一定压力，保护熔池，不与空气接触，又防止了金属飞溅。焊丝上没有涂料，允许提高电流密度，电流密度增加，电弧吹力也增加，同时热量也增加，熔池深度大，熔池体积也大。

二、埋弧焊特点P140生产率高电流大可使生产率提高；更换焊丝的时间较节约。焊接质量高而稳定电弧区保护严密，熔池保持液态时间较长，冶金过程进行较完善焊接参数能自动控制。节省金属材料因熔池较大，20～25mm以下的工件可不开坡口进行焊接。改善了劳动条件看不见弧光，烟雾很少，可改善了劳动条件看不见弧光，烟雾很少，可进行自动焊接。设备费用较贵，工艺装备较复杂。只适于焊接长的直线焊缝，较大直径环形和纵向焊缝。厚板为主，薄板焊接受到限制。三、焊丝与焊剂埋弧焊剂可分为熔炼焊丝和陶质焊剂两大类。熔炼焊剂又可分为高锰、中锰低锰和无锰几种。大批大量常用熔炼焊剂。

四、埋弧焊工艺要求：下料、坡口加工要求较严，以保证组装间隙均匀，焊前将焊缝两侧50~60mm内一切污垢和铁锈除掉，以免产生气孔。一般在平焊位置焊接。对20mm以下工件可单面焊，如有要求可双面焊。对20mm以上工件可双面焊，或开坡口单面焊。焊缝两头应加引弧板和引出板，焊后去除。气体保护焊一、氩弧焊

★氩弧焊以氩气作保护气体的电弧焊，焊接质量较高。按所用的电极不同，氩弧焊可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种。1.不熔化极氩弧焊：铈钨棒作电极，只适于厚度6mm以下工件。焊接3mm以下薄件时，常用卷边直接焊接。焊接较厚工件时，需添加填充金属。焊接钢材时，多用直流正接以减少钨极的烧损。焊接铝、镁及其合金时则希望用直流反接或交流电源。2.熔化极氩弧焊：以连续送进的焊丝作为电极进行焊接。此时可用较大电流焊接厚度25mm以下工件。

★对氩气要求纯度99.7％以上，焊前必须把接头表面清理干净。

★特点：1.适于各种合金钢、易氧化的非铁合金及镐、钼等稀有金属。2.电弧稳定，飞溅小，表面没有熔渣，成型美观。3.明弧可见，易于操作，易实现全位置自动焊接。4.热影响区窄，因而工件变形小。目前主要用于：焊接铝、镁、钛及其合金，也用于焊接不锈钢、耐热钢、一些重要低合金钢。二、二氧化碳气体保护焊★以CO2作为保护气体的电弧焊。焊丝作电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。★特点1.成本低CO2的价格低。2.生产率高焊丝的送进是机械化或自动化；电流密度大，电弧热量集中，故焊接速度较快；焊后无渣壳，节约了清理时间。3.操作性能好明弧焊接，易于观察。适于各种位置的焊接。4.质量较好焊接热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向小。5.飞溅较严重，焊缝不够光滑，易有气孔。主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。三、对焊1.电阻对焊将两个工件装夹在对焊机的电机钳口中，使两个工件的端面接触，并压紧，然后通电，产生电阻热加热到塑性状态，再施以较大的力，并同时断电，使接头在高温下产生一定的塑性变形而焊接起来。对焊接头较光滑，对焊前应认真清理端面，否则易发生连接不牢现象。此外，高温端面易氧化，质量不易保证。电阻对焊一般只用于焊接截面形状简单，直径或边长小于20mm强度要求不高的工件。2.闪光对焊将两工件稍加清理后夹在电极钳口内，轻微接触，因工件表面不平，使某些点接触，通以电流，接触点的金属被迅速加热熔化，甚至蒸发，液体金属发生爆破，形成闪光，保持一定时间，迅速对焊件施加顶锻力，并切断电源焊件在压力作用下产生塑性变形而焊在一起。对焊质量好，强度高，闪光火化以玷污其他设备与环境。接头处焊后有毛刺需清理。闪光对焊常用于重要工件的焊接，可焊相同金属，也可焊异种金属，被焊工件小到0.01mm的金属丝，也可焊端面大到20000mm2的金属棒和金属型材。焊件断面应尽量相同，圆棒直径、方钢边长和管子壁厚之差均不应超过25％。对焊主要用于刀具、管子、钢筋、钢轨、锚链等的焊接。摩擦焊摩擦焊是利用工件之间相互摩擦产生的热量，同时加压而进行焊接的方法。方法是对工件施以压力并转动工件，产生热量，骤然停止转动工件并加大压力，使两焊件产生塑性变形而焊接起来。摩擦焊接头质量好而且稳定，可焊同种金属，也可焊异种金属，生产率高，电能消耗少，一次性投资大。摩擦焊广泛用于圆形工件、棒料及管件类焊接。实心焊件的直径为2mm～100mm，管类焊件外径最大可达150mm。钎焊钎焊是利用熔点比焊件的钎料作为填充金属，加热时钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。一、硬钎焊钎料熔点在450℃以上，接头强度在200Mpa以上。钎料有铜基、银基和镍基等。主要用于受力较大的钢铁和铜合金的焊件，如自行车架、带锯锯条等以及工具、刀具的焊接。二、软钎焊钎料熔点在450℃以下，接头强度较低，一般不超过70MPa。只用于焊接受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通常称锡焊。常用的焊剂为松香或氯化锌溶液，加热方法有烙铁加热、火焰加热电阻加热、感应加热、炉内加热等。主要用于制造精密仪表、电器部件异种金属构件复杂薄板构件等。钎焊一般不适于钢结构件、重载动载零件的焊接。电渣焊★电渣焊：是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的方法。电渣焊一般都是在直立位置焊接，两个工件接头相距25～35mm，固态溶剂熔化后形成的渣池具有较大的电阻，当电流通过时产生大量的电阻热，使渣池温度保持在1700～2000℃焊接时焊丝不断被送进并被熔化，熔池和渣池逐渐上升，冷却块也同时配合上升，从而使立焊缝由下向上顺次形成。★电渣焊通常都是在垂直位置立焊，单丝不摆动可焊厚度40~60mm，单丝摆动可焊厚度为60～150mm，三丝摆动可焊450mm工件。★特点：1)可一次焊很厚的工件；2)生产率高，成本低，工件不需要开坡口；3)焊缝金属比较纯净，电渣焊的熔池保护严密，保持液态的时间较长冶金过程较完善，熔池中的气体和杂质有充分时间浮出；4)焊接后冷却速度较慢，焊接应力较小，相应晶粒粗大。一般要焊后热处理，如正火处理。★另外还有真空电子束焊接，激光焊接，见p154～155常用金属材料的焊接一、焊接性的概念

★金属材料的焊接性是指被焊金属在采用一定的焊接方法，焊接材料、工艺参数及结构形式条件下获得优质焊接接头的难易程度。

★焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法，焊接材料及焊接工艺，焊接性可有很大差别。★焊接性包括两个方面：一是工艺焊接性，二是使用焊接性（接头使用中的可靠性）二、钢材焊接性的估算方法★影响钢材焊接性的主要因素是化学成分，碳的影响最为明显，其它元素影响可折合成碳的影响。计算公式见P157w(c)当量＝w(c)+w(Mn)/6+(w(Cr)+w(Mo)+w(v)]/5+[W(ni)+w(Cu)]/15(％)式中各元素符号为钢中相应元素的质量百分数

★根据经验w(c)当量＜0.4％时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性良好。一般焊接工艺条件下，焊件不会产生裂纹。但厚大工件或在低温下焊接时，应考虑预热。

w(c)当量＝0.4％～0.6％时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性能相对较差。焊前工件需要适当预热，焊后要缓冷。要采取一定的工艺措施才能防止裂纹。w(c)＞0.6％时，钢材塑性较低，淬硬倾向明显，焊接性不好，焊前必须预热到较高的温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理。注意，当量法估算是粗略的，因为钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度等因数影响，实际工作中根据实际情况进行抗裂试验及焊接接头使用焊接性的试验。三、小型抗裂试验法焊完后在室温下放置24小时，先检查焊缝及热影响区有无表面裂纹，再从垂直焊缝方向切取厚度为15mm的金相磨片两块，进行低倍放大检查是否存在内裂纹。可初步评定材料的焊接性。而后调整工艺(如预热、缓冷等)再焊接试板，直至不产生裂纹。碳钢的焊接一、低碳钢的焊接低碳钢的含碳量≤0.25％，其塑性好。一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。不需要采取特殊的工艺措施，除电渣焊外，通常在焊后不需要进行热处理。厚度＞50mm的低碳钢结构，常用大电流多层焊，焊后应进行消除内应力退火。低温下焊接刚度较大的结构时，应焊前预热。低碳钢应用最广泛的是焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊和电阻焊等。采用熔焊法焊接钢结构时，焊接材料及工艺的选择主要应保证焊接接头与工件材料等强度。焊条电弧焊焊接一般低碳钢结构，可选用E4313（J421）、E4303（J422）、E4320（J424）焊条焊接动载荷结构、复杂结构、或厚板结构时，应选用E4316（J426）、E4315（J427）、E5015（J507）焊条埋弧焊时，一般采用H08A或H08MnA焊丝配焊剂431进行焊接二、中、高碳钢的焊接中碳钢含碳量在0.25％～0.6％之间。随着含碳量的增加，淬硬倾向越加明显，焊接性逐渐变差，生产中主要焊接各种中碳钢的铸件和锻件。中碳钢的焊接特点：1.热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹；中碳钢属淬火钢，热影响区金属被加热超过淬火温度区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，出现马氏体等淬硬组织。2.焊缝金属产生热裂倾向大；工件材料中的含C、S、P量远远高于焊芯，工件材料熔化后进入熔池使焊缝金属含碳量增加，塑性下降。再加上S、P等杂质存在焊缝及熔合区在相变前可能因内应力而产生裂纹，因此，焊前必须预热，同时减慢热影响区的冷却速度以免产生淬硬组织。

中碳钢多用焊条电弧焊。厚件可采用电渣焊，焊后进行热处理。焊条应采用抗裂性能较好的低氢焊条。要求焊缝和工件材料等强度时，可选用E5016(J506)、E5015(J507)、E6016-D1(J606)、E6015(J607)焊条，不要求等强度时，可选用E4315（J427）型强度低些的焊条以提高焊缝的塑性。无论用那种焊条，均应选用细焊条、小电流，开坡口进行多层焊，以防止工件材料过多地进入焊缝，同时也可减小焊接热影响区的宽度。高碳钢焊接特点与中碳钢相似，由于含碳量更高，焊接性变得更差，预热的温度更高，工艺措施更严格实际上，高碳钢的焊接只限于用焊条电弧焊进行修补工作。合金钢的焊接合金结构钢分为机械制造用合金结构钢和低合金结构钢两大类。机械制造用合金结构钢用于焊接结构较少。如需焊接，焊接工艺措施与中碳钢基本相同。低合金结构钢焊接特点如下1.热影响区的淬硬倾向钢中含碳量及合金元素越多，钢材强度级别越高则焊后热影响区的淬硬倾向越大。强度级别较大的低合金钢淬硬倾向增加，热影响区易产生马氏体组织，硬度明显增高，塑性韧性则下降。2.焊接接头的裂纹倾向随着钢材强度级别提高产生冷裂纹的倾向也加剧。影响冷裂纹的因素主要由三方面：焊缝和热影响区的含氢量；热影响区的含氢量；焊接接头的应力大小。我国低合金钢产生热裂纹的倾向不大。根据低合金钢的焊接特点，生产中采取以下措施进行焊接：1.对于强度级别较低的钢材在常温下与对待低碳钢一样。在低温或大刚度、大厚度结构进行小焊脚、短焊缝焊接时应防止淬硬组织，要适当增大电流减慢焊接速度、选用抗裂性强的低氢焊条，必要时需预热。对锅炉、受压容器等重要构件，当厚度大于20mm时，焊后必须退火，以消除应力。2.对于强度级别较高的低合金钢构件，焊前一般均需预热，焊接时，应调整焊接参数以控制热影响区的冷却速度不宜过快。焊后应进行热处理，以消除内应力。不能立即热处理时，可先进行消氢处理，防止因氢引起的冷裂。§3.4铸铁的补焊铸铁的焊接主要是补焊，有热焊预热到600～700℃，冷焊预热在400℃以下。

焊接结构设计

在满足工作性能要求的前提下，首先要考虑焊接性较好的材料。低碳钢和含碳量小于0.4％的低合金钢都有良好的焊接性，设计中应尽量选用；含碳量大于0.4％和碳当量大于0.4％的合金钢，焊接性不好，设计时一般不宜选用。若必须选用，应在设计中和生产中采取必要的措施。强度级别较低的低合金结构钢，焊接性能与低碳钢基本相同，而强度明显提高，应优先选用。强度级别较高的低合金结构钢，焊接性能稍差些，设计强度要求高