第十三章焊接

第十三章焊接第1页，共64页，2023年，2月20日，星期三焊接概述焊接是现代工业生产中应用最广泛的一种连接金属的工艺方法。一、焊接实质与分类焊接：通过加热、有时既加热、又加压，使填充金属与被焊金属相结合，从而形成一个整体工艺方法。分类：按特点分1。熔化焊：利用局部加热的方法，使填充金属与被焊金属结合处加热成为熔化状态，形成熔池，冷却后，形成牢固接头的工艺方法。如手工电弧焊、气焊、电渣焊。2。压力焊：焊接时通电加热，并施加一定压力，使两焊件表面产生一定的很薄的金属熔化层，在压力下形成牢固接头工艺方法。电阻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊。第2页，共64页，2023年，2月20日，星期三3。钎焊：对被焊件和填充金属加热，被焊件不熔化，钎料熔化，钎料（填充金属）与被焊金属连接处，形成相互扩散的焊缝。（锡焊、铜焊）二、焊接的特点

1。与铆接相比省材料、省工时，构件轻。2。气密性、水密性好。3。能化大为小，拼小成大。4。易于机械化，自动化，提高生产率。第3页，共64页，2023年，2月20日，星期三第一节焊接的基本原理§3-1-1电弧焊冶金过程特点§3-1-2焊接接头金属组织与性能返回第4页，共64页，2023年，2月20日，星期三第二节电弧焊冶金过程特点一、熔化焊的焊接过程1、熔化焊分类（根据焊接热源不同分类）

电弧焊（手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊）电渣焊、气焊、等离子焊等等。2、电弧焊：在一定电流、电压作用下，使空气电离为产大量生光和热，利用局部加热的方法，使填充金属与被焊金属结合处加热成为熔化状态，形成熔池，冷却后，形成牢固接头的工艺方法。

（热量与电流、电压成正比）

二、电弧焊冶金特点

1、冶金反应：在高温下发生的一系列的化学反应。2、烧损:温度高于冶金温度(可达2000℃)，Mn、Fe、Si、C元素3、熔池体积小，冷却快，造成气孔，引起氢脆和冷裂缝。三、防止措施

1、造气（CO2、氩气）。2、造渣。3、添加合金元素。4、焊条烘干。5、工件表面进行清理如：油、锈。第5页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-2-2

焊接接头金属组织与性能一、焊接接头上的温度变化及分布焊缝附近的金属从室温加热到不同温度，后又冷却至室温，相当于不规范的热处理，因此组织、性能有较大改变。020406080100123440080012001600T（℃）t（s）1324图5.1-1焊缝区各点温度变化情况第6页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、焊接接头金属的组织与性能变化1。焊接接头

：是由焊缝、熔合区、和热影响区组成的金属2。焊缝金属的组织和性能：焊缝组织：铸态组织，生成柱状晶，晶粒粗大，组织不致密，但是，由于焊接熔池小，冷却快，以及焊条药皮、焊剂等发生的一系列化学反应，使焊缝的化学成分优于母材。

焊缝性能：机械性能提高，其力学性能不低于母材。3。焊接接头中的熔合区及热影响区组织和性能：

焊缝附近金属受热发生变化的区域。A熔合区：是一个很窄焊缝向热影响区过渡的区域。这部分的加热温度处于液相线和固相线之间。冷却后这里的化学成分不均匀晶粒粗大，其力学性能是焊接接头中最差的。第7页，共64页，2023年，2月20日，星期三（1）过热区：在1100℃-1400℃，高温晶粒急剧长大，冷却后即得到粗晶组织，使该区金属的塑性及冲击韧性变得很低。（2）正火区：温度在Ac3-11000，金属快冷，晶粒细化，将得到正火组织，机械性得到改善。（3）部分相变区：相当Ac1-Ac3之间，部分金属发生相变，P和部分F发生相变，转变为A，晶粒大小不一，性能稍差。（4）再结晶区：加工硬化组织有此区。消除加工硬化采用再结晶退火。三、改善方法在焊接过程中，选择正确的焊接方法，合理的焊接工艺，尽量减少热影响区，提高焊接速度，减小电流，热处理。B热影响区第8页，共64页，2023年，2月20日，星期三150013001100900700500300100熔化金属1.熔合区2.过热区3.正火区4.部分相变区℃%C0.772.11234温度(℃）低碳钢焊接接头的组织变化第9页，共64页，2023年，2月20日，星期三第三节常用焊接方法§3-3-1熔化焊§3-3-2压力焊§3-3-3钎焊返回第10页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-3-1熔化焊常见的熔化焊有电弧焊、气焊、电渣焊等。其中电弧焊又包括手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。一、埋弧自动焊1。焊接过程：分为自动焊和半自动焊。2。埋弧自动焊的特点及应用（1）特点☆生产率高☆焊接质量高而稳定☆节省金属和电能☆劳动条件好，无弧光、烟雾，机械操作☆适应性差（2）应用：造船、车辆、容器等。第11页，共64页，2023年，2月20日，星期三第12页，共64页，2023年，2月20日，星期三第13页，共64页，2023年，2月20日，星期三气袋焊剂a)焊剂垫铜垫b)焊剂-铜垫钢垫板c)钢垫板d)锁底对接图5.2-3第14页，共64页，2023年，2月20日，星期三图5.2-4环缝自动焊第15页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、二氧化碳气体保护焊1。焊接过程：用二氧化碳气体保护熔池。常分为自动和半自动。2。特点及应用（1）特点☆生产率高☆焊接质量好☆成本低，二氧化碳价低☆操作性能好☆飞溅大、烟雾大，易产生气孔，设备贵。（2）应用：适用机车、造船、机械化工等。第16页，共64页，2023年，2月20日，星期三第17页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、氩弧焊1。焊接过程2。氩弧焊特点及应用特点（1）保护作用好，适于有色金属，稀有金属。（2）热影响区小。（3）操作性能好。（4）氩成本高，设备贵。应用：适于铝、铜、镁、钛、不锈钢、耐热钢等。第18页，共64页，2023年，2月20日，星期三第19页，共64页，2023年，2月20日，星期三四、电渣焊1。电渣焊过程：是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源来熔化焊丝金属进行焊接。2。特点及应用（1）焊件厚度大。（2）焊缝质量好。（3）经济效益好。（4）热影响区大。第20页，共64页，2023年，2月20日，星期三第21页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-3-2压力焊一、电阻焊

电阻焊：是利用电流通过焊件与焊件接触处，产生电阻热，将局部加热到塑性或半熔化状态，在压力下形成接头。电阻焊在焊接过程中产生的热量，可用焦耳-楞次定律计算：Q∝I2Rt电阻焊根据接头形式不同可分为点焊、缝焊、对焊。二、电阻焊的过程及工艺（1）点焊：把清理好的薄板放在两电极之间，夹紧通电，接触面产生电阻热，而使其熔化，在压力下使焊件在一起。电极通水冷却。点焊质量与焊接电流、通电时间、电极电压、工件清洁程度有关。相邻两点要有足够的距离。第22页，共64页，2023年，2月20日，星期三第23页，共64页，2023年，2月20日，星期三（2）缝焊

与点焊相似，称为重叠点焊，用旋转盘状电极，代替柱状电极，焊接时滚盘压紧工件并转动，继续通电，形成连续焊点，重叠50%以上，密封性能好，由于焊点近，电流是点焊1.5-2倍。P～图5.2-10缝焊示意图第24页，共64页，2023年，2月20日，星期三（3）对焊

☆电阻对焊：把工件加压，使焊件压紧，然后通电，产生电阻热，加热至塑性状态，断电加压，使工件焊到一起，电阻对焊操作简便，接头光滑，接头要清理，适于要求不高的一些工件。☆闪光对焊：工件夹好后通电，点接触，点熔化，在电磁力作用下，液体金属发生爆炸，产生闪光，送进工件全部熔化，断电加压使金属工件焊到一起。热影响区小，质量好，适于直径小于20mm棒料。第25页，共64页，2023年，2月20日，星期三图5.2-11对焊示意图第26页，共64页，2023年，2月20日，星期三图5.2-12对焊接头型式第27页，共64页，2023年，2月20日，星期三2。电阻焊特点及应用（1）特点☆接头质量好，热影响区小。☆生产率高，易于机械自动化☆不需填加金属和焊剂☆劳动条件好，焊接过程中无弧光，噪音小，烟尘和有害气体少。☆电阻焊件结构简单，重量轻，气密性好，易于获得形状复杂的零件。☆耗电量大，设备贵。（2）应用★点焊：主要用于厚度〈4mm的薄板冲压结构、金属网及钢筋等。★缝焊：主要用于焊缝较规则、板厚〈3mm的密封结构。★对焊：主要用于：制造封闭形零件。第28页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、摩擦焊1。焊接过程：摩擦焊是利用金属工件接触面摩擦产生热量，使工件端面达到塑性状态，加压使工件焊接在一起。2。特点及应用特点:（1）接头质量好，组织致密。（2）生产率高。（3）焊接范围广。（4）设备简单，耗能少，劳动条件好。（5）刹车要敏感，（6）形状受限。应用:适用于圆柱、管料等。第29页，共64页，2023年，2月20日，星期三第30页，共64页，2023年，2月20日，星期三第31页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-3-3钎焊

钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作充填金属，适当加热，钎料熔化，工件未熔化，充填接头间隙，把固态工件连接起来。一、钎焊的种类按钎料熔点分为：1。软钎焊：钎料熔点在450℃以下，接头强度低于70MPa，受力不大的低温工作的工件。2。硬钎焊：钎料熔点在450℃以上，接头强度较高，工作温度较低的工件。二、钎焊的特点1。热影响区小，温度低，变形小。2。适应性广。3。生产率高。4。设备简单。5。强度有限，有色金属钎料成本高。第32页，共64页，2023年，2月20日，星期三图5.2-15钎焊的接头形式第33页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-4-1焊接应力与变形一、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加热，将产生焊接应力与变形。图5.1-3钢杆自由伸缩图5.1-4钢杆膨胀受阻第34页，共64页，2023年，2月20日，星期三(-)(+)a)焊接过程中(-)(-)(+)b)冷却以后图5.1-5平板对焊接时变形与应力的形成第35页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、焊接应力与变形的分类1。焊接应力分类（1）按形成原因分☆热应力：加热不均☆相变应力：相变产生体积变化☆收缩应力：熔池体积收缩受阻（2）按位置分☆纵向应力☆横向应力2。焊件变形分类：☆收缩变形☆角变形☆弯曲变形☆扭曲变形☆波浪变形第36页，共64页，2023年，2月20日，星期三焊接变形的基本形式序号变形形式图例变形特征产生原因1收缩变形沿焊缝长度和宽度方向缩短由焊缝纵向收缩和横向收缩引起2角变形工件沿焊缝两边产生一定角度的变形因焊缝横截面形状上、下不对称，由焊缝横向收缩不均匀引起3弯曲变形工件向焊缝一侧弯曲焊缝在结构上布置不对称，由焊缝纵向收缩引起第37页，共64页，2023年，2月20日，星期三序号变形形式图例变形特征产生原因4扭曲变形工件沿纵向被扭转一定角度焊缝布置不对称或装配焊接顺序不当，由焊缝纵向收缩和横向收缩引起5波浪变形薄板边缘受压，产生波浪性弯曲由焊缝纵向收缩引起薄板产生失稳变形第38页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、防止或减少焊接变形、应力的措施1。防止或减少焊接变形措施（1）焊缝设计要合理☆合理选择焊缝尺寸,和连接形式。☆焊缝与焊缝的距离不得小于100㎜。a)不开坡口b)开坡口图5.1-6相同承载能力的十字接头第39页，共64页，2023年，2月20日，星期三☆尽量减少焊缝。a)四块钢板焊接b)两根槽钢焊接c)两个冲压件焊接图5.1-7采用不同坯料的焊接结构第40页，共64页，2023年，2月20日，星期三☆合理安排焊缝。YX21Xa)焊缝不对称于X轴b)焊缝对X、Y轴均对称图5.1-8焊缝的对称性对焊接变形的影响1---焊前结构件中心线2---焊后结构曲线(有下挠)第41页，共64页，2023年，2月20日，星期三（2）采用合理工艺措施☆焊件尺寸要增加收缩余量☆反变形法☆刚性固定法a)焊前b)焊后图5.1-9钢板对接反变形a)焊前b)焊后图5.1-10丁字接头反变形第42页，共64页，2023年，2月20日，星期三☆选合理焊接次序1145236123456a)合理b)不合理图5.1-11X型坡口焊接顺序第43页，共64页，2023年，2月20日，星期三12341234a)b)图5.1-12对称面梁的焊接顺序☆选合理焊接次序2第44页，共64页，2023年，2月20日，星期三112233图5.1-14按焊缝长短确定焊接顺序☆选合理焊接次序3

第45页，共64页，2023年，2月20日，星期三☆强制冷却法第46页，共64页，2023年，2月20日，星期三（3）、矫正焊缝

☆火焰校正

☆机械校正变形图13-26火焰矫正图13-27机械矫正火焰矫正第47页，共64页，2023年，2月20日，星期三2。防止减少焊接应力的工艺措施

（1）锤击焊缝。（2）加热减应区。（3）焊前预热。（4）焊后退火处理。加热区焊前焊后图5.1-15框架断口焊接第48页，共64页，2023年，2月20日，星期三第五节常用金属材料的焊接§3-5-1常用焊接材料§3-5-2金属材料焊接性§-3-5-3钢的焊接返回第49页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-5-1常用焊接材料一、焊条手工电弧焊焊条由焊条芯和药皮两部分组成。1。焊条芯：作用是导电、引弧、充填焊缝，其化学成分和夹杂将直接影响焊接质量。2。药皮：作用是稳弧、保护熔池、补加合金元素。3。电焊条的分类

按国标分十大类：J-结构钢焊条R-耐热钢焊条B-不锈钢焊条D-堆焊焊条N-镍及镍合金焊条Z-铸铁焊条T-铜及铜合金焊条W-低温焊条L-铝及铝合金焊条TS-特殊焊条

按着药皮酸碱特性分为酸性和碱性焊条。酸性焊条氧化性强，烧损大，机械性差，工艺性能较好。碱性焊条脱氧、去氢、去硫，机械性好，工艺性能较差。第50页，共64页，2023年，2月20日，星期三二、焊丝和焊剂三、焊接材料选择原则1。依照结构和要求、成分、性能，选相近焊条。2。依照车间设备及生产条件来选择。3。选成本低，劳动条件好的焊接材料。第51页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-5-2金属材料焊接性一、焊接性概念

焊接性：是指被焊金属材料在采用一定的焊接工艺条下，获得优质焊接接头的难易程度。

评价焊接性：（一）是工艺焊接性：接头裂纹倾向性，力学性能等。（二）是使用焊接性：机械性能、耐热、耐腐蚀等。二、焊接性的影响因素1。焊接方法2。材料因素3。工艺因素4。使用条件。第52页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、焊接性的评价方法（一）、碳当量法C当=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15%1。当C当〈0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性好，焊前不必预热；2.当C当=0.4∽0.6%时，钢材的塑性下降,淬硬倾向明显，焊接性较差，焊前需适当预热，焊后要缓冷,要采取一定焊接工艺措施才能防止裂纹；3.当C当>0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向较强，焊接性差，焊前焊件必须预热到较高温度,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，才能保证焊接质量。（二）冷裂纹敏感系数PcPc=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+h/600+H/60碳当量只考虑了化学成分的影响，没考虑板厚和含氢量的影响。Pc各项均有一定范围。通过斜V型坡口的试验时，要考虑最低预热温度。Tp=1440Pc-293(C0)第53页，共64页，2023年，2月20日，星期三§3-5-3钢的焊接一、碳素钢的焊接1。低碳钢的焊接：C〈0.25%,塑性好,无淬硬倾向,焊接性好,无需任何工艺措施。2。中碳钢的焊接；C=0.25-0.6%,属于淬火钢。（1）特点★焊缝易形成气孔★焊缝及热影响区易产生裂纹。（2）焊接工艺★减少基体熔化，小电流，细焊条，开坡口，多层焊。★降低焊条冷却速度。★采用低氢焊条★预热，缓冷。第54页，共64页，2023年，2月20日，星期三3。高碳钢的焊接含碳量高，导热性差，淬硬倾向大，只能用于修补。二、普通低合金结构钢1。特点（1）热影响区形成高硬度的淬硬组织。（2）热影响区及焊缝产生冷裂纹2。工艺（1）预热（2）焊接规范（3）焊后热处理第55页，共64页，2023年，2月20日，星期三三、不锈钢的焊接1、奥氏体不锈钢：良好的可焊性，适用于电弧焊、氩弧焊、埋弧焊。2、马氏体不锈钢：可焊性差，容易裂纹，焊前预热，焊后热处理。3、铁素体不锈钢：容易脆化和裂纹通常在150度以下预热减少线能量。四、铸铁的补焊1、热焊2、冷焊五、非铁合金金属的焊接1、铝及铝合金2