焊接工艺常识

关于焊接工艺常识©2004金工教研室机械制造基础第1页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础第四讲：焊接工艺常识焊接工艺永久性连接起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）现代工业的基础工艺造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车基本焊接方法电弧焊：属于熔化焊其他焊接方法：压力焊、钎焊第2页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础本讲内容一、电弧焊工艺常识二、焊条电弧焊三、特种焊接工艺方法四、金属材料的焊接性五、焊接结构设计六、连接技术第3页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础一、电弧焊工艺常识1、焊接电弧气体介质中导电现象第4页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接电弧的热量热量来源于阳极43％阴极36％弧柱21％热量扩散65％～85％加热熔化金属其余散失在电弧周围飞溅的金属液第5页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础2、正接和反接温度：阳极：2600K阴极：2400K电弧中心：6000K－8000K直流焊接正接法：工件温度高反接法交流焊接：两极温度均为2500K引弧电压：50－90V电弧电压：16－35V第6页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础3、焊接接头的组织与性能焊接工件上温度的变化与分布第7页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接接头组织低碳钢焊缝焊接热影响区第8页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础4、焊缝从熔池底向中心凝固各个方向凝固速度不同柱状铸态组织铁素体＋少量珠光体杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量第9页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊缝的热影响区1－融合区0.1~1mm，关键2－过热区脆性比融合区更大3－正火区力学性能优于母材4－部分相变区比正火区稍差不同焊接方法热影响区宽度不同焊后正火改善接头性能第10页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础5、焊接应力与变形极不平衡的热循环过程应力分布规律先冷受压，后冷受拉第11页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础消除焊接应力提高母材塑性避免焊缝交叉避免焊缝过宽过长合理焊接顺序先焊短焊缝后焊长焊缝预热焊件、振动焊缝焊后退火第12页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形第13页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础防止焊接变形减小焊接应力提高结构刚度对称焊缝分布焊前反变形第14页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础防止焊接变形合理焊接操作平衡温度分布利用变形第15页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础防止焊接变形焊后校正第16页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础二、焊条电弧焊焊条电弧焊过程药皮燃烧：电弧周围气体：CO2、CO、H2熔池中熔渣，冷却形成渣壳保护熔池中的熔化金属第17页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础1、电焊条焊芯导电和填充焊缝焊接用钢丝低碳钢、合金结构钢、不锈钢药皮焊接过程顺利进行焊缝化学成分、力学性能第18页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条药皮作用提高电弧燃烧的稳定性防止空气对熔化金属的有害作用对熔池脱氧、加入合金元素保证焊缝金属的化学成分和力学性能稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接第19页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条药皮的作用第20页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条种类按化学成分分成七大类碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金焊条型号E4303：E碳钢焊条43：焊缝抗拉43kgf/mm20：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流第21页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条种类焊条牌号J422、J507J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z）42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80）2：药皮和电流种类第22页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条种类按熔渣性质酸性焊条酸性氧化物比碱性氧化物多适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件碱性焊条焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件第23页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条选用原则选择依据：根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能结构形状、受力情况、焊接设备条件低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准）酸性/碱性：根据重要性铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热）不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条第24页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础2、埋弧焊埋弧焊演示第25页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础埋弧焊特点大电流（1000A）、生产率高焊接质量高且稳定节约金属热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少改善劳动条件无弧光、烟雾自动化程度高工艺装备复杂，适合批量生产第26页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊丝与焊剂焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能熔炼焊剂、陶质焊剂第27页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础埋弧焊工艺仔细下料、准备（清理）坡口、装配引弧板与引出板－焊后去掉第28页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础防止烧穿－焊剂垫、垫板第29页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础环缝焊接第30页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础3、气体保护焊－氩弧焊第31页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础气体保护焊－CO2保护焊第32页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础4、等离子弧焊接与切割电弧压缩机械压缩热压缩电磁收缩中心区域温度极高16000K焊接/切割熔点很高的金属不锈钢钛、钨第33页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础5、焊接自动化数控轨迹控制焊接质量监控第34页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接机器人焊接机器人演示第35页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础用电弧焊焊接钢板的问题如图拼焊一张大钢板焊缝布置合理吗？如何改进？对称，错开如何合理安排焊缝顺序？先短后长12345678第36页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础三、特种焊接工艺方法简略了解其它焊接方法电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊真空电子束焊接、激光焊接讨论可以用于焊接的能源形式第37页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础1、电阻焊电阻热Q=I2Rt特点生产率高、焊接变形小操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）设备复杂、耗电量大接头形式、工件厚度受到限制点焊、缝焊、对焊第38页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础点焊局部高温焊合分流现象焊点的分布最小距离限制第39页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础点焊的接头形式硬规范软规范电极压力表面清洗接头形式第40页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础缝焊第41页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础对焊第42页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础对焊接头形式第43页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础讨论这个问题铜及铜合金可以采用电阻焊吗？第44页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础2、摩擦焊第45页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础摩擦焊的接头形式第46页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础3、钎焊焊接过程示意图－毛细管作用第47页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础钎焊硬钎焊450℃以上、接头强度200MPa以上自行车架、工具、刀具软钎焊450℃以下、接头强度70MPa以下仪表、导电元件、各种低载荷构件加热方式烙铁、火焰、电阻、感应第48页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础钎焊的常见接头形式第49页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础钎焊接头的比较第50页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础4、电渣焊第51页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础5、真空电子束焊接第52页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础6、激光焊接第53页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础题外话：关于铝热剂什么是铝热剂通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂有什么特性难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热有什么用？第54页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接钢轨原理铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3

还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨优点这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头第55页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊接钢轨过程铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。当铝热钢冷却下来后，进行进一步的热处理来提高它的机械特性。

第56页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础铝热焊设备第57页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础其它用途冶炼难熔金属军事用途在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。在前苏联科学家编写的《火箭炮》一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。第58页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础选择焊接方法自行车车架钢窗家用液化气罐主缝自行车圈电子线路板锅炉壳体钢轨对接不锈钢储罐硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊埋弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊第59页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础四、金属材料的焊接性焊接性概念设定相同（焊接方法、材料、参数、结构）易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定方法工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）第60页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础钢材焊接性的估算碳当量计算公式计算结果<0.4%：良好0.4%～0.6%：相对较差>0.6%：焊接性不好第61页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础小型抗裂实验法第62页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础碳钢焊接低碳钢（C%<0.25%）焊接性好、淬硬倾向小、无需特别处理大于50mm多层焊接－>应力、变形开裂焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊保证焊接接头与母材等强度焊条：E4313(J421)E4303(J422)E4315(J427)等埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA)/431第63页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础碳钢焊接中碳钢：C%＝（0.25%～0.6%）焊接性变差、淬硬倾向变大工艺特点：容易开裂：冷裂纹、热裂纹必须预热，减小工件各个部分的温差细焊条、小电流、开坡口多层焊接焊条电弧焊、电渣焊（厚件）选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度焊条：E5016(J506)、E6015－D1(J607)第64页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础合金钢焊接合金结构钢焊接件较少工艺与中碳钢近似低合金结构钢焊接工艺特点热影响区的淬硬倾向：合金含量大小焊接接头的裂纹倾向：冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn）强度级别决定工艺低：同低碳钢低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理第65页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础铸铁补焊铸铁焊接性很差，只能进行补焊焊接特点焊缝易形成白口、难以切削加工易开裂、易产生气孔流动性好，只能进行平焊热焊法（600～700）：防止开裂，补焊后可切削加工冷焊法（450以下）第66页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础非铁金属及其合金的焊接铜及铜合金困难导热性太好，容易焊不透易氧化、易开裂、易形成气孔电阻很小，难以采用电阻焊铜合金比纯铜更难焊接氩弧焊（紫铜、青铜）气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊第67页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础非铁金属及其合金的焊接铝及铝合金也比较困难极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣导热性较好，需预热、使用大功率热源容易产生气孔（易吸收H2）高温下强度塑性很低，焊缝塌陷氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊第68页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础选择焊接方法－圆筒低压容器Q235钢板20mm批量生产埋弧自动焊20钢板2mm批量生产缝焊45钢板6mm单件生产焊条电弧焊紫铜板4mm单件生产氩弧焊铝合金板20mm单件生产氩弧焊不锈钢板10mm小批生产氩弧焊第69页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础讨论焊接工艺问题如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊才能既不开裂，又能切削加工？第70页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础五、焊接结构设计焊接结构件材料的选择应选碳当量小于0.4的金属材料优选强度等级低的低合金结构钢优选镇静钢（脱氧完全）异种金属间焊接以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺各种金属材料的焊接性能可查表第71页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础1、合理选用型材减少焊缝数量第72页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础2、焊接接头设计分散布置焊缝第73页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础3、对称布置焊缝第74页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础对称布置焊缝第75页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础对称布置焊缝第76页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础4、避开应力集中的位置第77页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础避开应力集中的位置第78页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础避开应力集中的位置第79页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础5、避开机械加工位置第80页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础6、便于电弧焊的设计第81页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础便于电弧焊的设计第82页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础便于电弧焊的设计第83页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础7、便于埋弧焊的设计第84页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础8、便于点焊及缝焊的设计第85页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础其他布置原则尽可能平焊避免仰焊减少横焊一次装配，尽可能完成大部分焊接第86页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础9、焊条电弧焊接头形式对接接头第87页，讲稿共102页，2023年5月2日，星期三©2004金工教研室机械制造基础焊条电弧焊接头形式T型接头第88页，讲稿共102页，2023年5月2日，星