金属工艺学 课件12、13 焊接工艺基础、常用的焊接方法

厚德博学追求卓越12焊接工艺基础主要内容概述一电弧焊工艺基础二三焊接接头组织与性能及改善方法四焊接应力与变形焊接

焊接是采用物理或化学的方法，使分离的材料产生原子或分子结合，形成具有一定性能要求的整体。

焊接与胶接、机械连接等同属材料连接技术。焊接

人类历史上应用最早的焊接技术是钎焊。公元前350年罗马人开始用Sn-Pb合金连接Pb制水管或Cu制金属工具，我国在春秋中晚期开始采用Sn或Sn-Pb合金作为钎料。

著名的秦兵马俑出土的铜车马采用了青铜铸焊技术，焊接质量上乘，认为是2000前的中国焊接技术。

现代意义的焊接技术出现在19世纪初的西方国家。1885年俄罗斯Benardos发明碳弧焊，1888年俄罗斯H.г.Cлавянов

发明金属电极电弧焊，1895年法国LeChatelier获得了氧乙炔火焰焊的发明证书，从此焊接技术开始得到迅速发展，成为现代制造技术的重要组成部分。秦铜车马国家体育场（鸟巢）钢结构焊接一、概述1.1焊接方法的分类

焊接是借助金属原子的结合与扩散，使分离的两部分金属牢固地、永久地结合起来的工艺。

焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。熔焊电渣焊电弧焊焊条电弧焊气体保护焊埋弧焊高能束焊电子束焊激光焊等离子弧焊化学热焊气焊铝热焊压焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊电阻焊钎焊及封粘软钎焊硬钎焊封接粘接1.1焊接方法的分类

（1）熔焊

熔焊是一种将焊件接头部位加热至熔化状态，不加压力完成焊接过程的方法。采用局部加热方法，使工件的焊接接头部位出现局部熔化，通常还须填充金属，共同构成熔池。

熔池经冷却结晶后，形成牢固的原子间结合，使分离的工件成为一体。熔焊的加热速度快，加热温度高，接头部位经历熔化和结晶过程。熔焊适合于各种金属和合金的焊接加工。

（2）压焊

压焊是在焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。

在压力作用下，被焊工件的结合部位紧密接触，在无填充金属的条件下，依靠原子扩散或塑性变形及再结晶（或局部熔化与结晶），获得原子间的相互结合和永久性连接。

（3）钎焊

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。1.2焊接方法的特点

节省材料与减轻质量焊接的金属结构件可比铆接节省材料10%-25%，采用点焊的飞行器结构重量明显减轻，运载能力提高，油耗降低简化复杂零件大型零件的制造焊接方法灵活，可化大为小，以简拼繁，加工快，工时少，生产周期短。适应性好几乎可焊接所有的金属材料和部分非金属材料，可焊范围较广，而且连接性能较好，焊接接头可达到与工件金属等强度能满足特殊连接要求不同材料焊接到一起，能使零件的不同部分或不同位置具备不同的性能，达到使用要求。

虽然焊接方法有很多优点，但焊接加工在应用中仍存在某些不足。例如，不同焊接方法的焊接性有较大差别，焊接接头的组织不均匀性，焊接热过程造成的结构应力与变形以及各种裂纹问题等1.3焊接方法的应用

制造金属结构件焊接方法广泛用于各种金属结构的制造，如桥梁、船舶、压力容器、化工设备、机动车辆、矿山机械、发电设备及飞行器等。制造机器零件和工具焊接件具有刚性好、改型快、周期短、成本低的优点，适于单件或小批量生产加工各类机器零件和工具，如机床机架和床身等。修复采用焊接方法修复某些有缺陷、失去精度或有特殊要求的工件，可延长其使用寿命，提高使用性能。二、电弧焊工艺基础2.1焊接电弧

1.电弧的产生与持续

焊接电弧是在具有一定电压的电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。引燃焊接电弧时，由焊接电源提供一定的两极电压，两极轻触，产生较大的短路电流，使接触点温度急剧升高，同时产生电子逸出和气体电离，阴极产生热电子发射；当两极分开时，在电场力作用下，自由电子高速飞出，撞击空隙间气体的原子和分子，使其部分电离；带电质点同时在电场力的作用下做定向运动，即自由电子和阴离子向阳极运动，阳离子向阴极运动；

若要使电弧稳定燃烧，必须要提供并维持一定的电弧电压，同时要保证电弧空间的介质有足够的电离程度，并将电弧长度控制在一定范围内。具备上述条件的电弧可不间断地持续燃烧。2.1焊接电弧

2.电弧构造与电源

焊接电弧由阳极区、阴极区和弧柱组成。阴极区发射电子，产生的热量约占总热量的36%；阳极区因阳极表面受到高速电子撞击，产生的热量稍高于阴极区，约占总热量的43%；弧柱产生的热量约占总热量的21%。

各区的温度也有所不同，如用结构钢焊条焊接钢材时，阴极区平均温度为2400K，阳极区平均温度为2600K，弧柱中心区温度最高，约为6000~8000K。2.1焊接电弧

2.电弧构造与电源

由于阳极区和阴极区温度不同，故在使用直流电源时，正接和反接的效果不同。

正接时（工件接正极，焊条接负极），电弧热量相对集中于工件，可加大熔深。反接时（工件接负极，焊条接正极）则正好相反。直流电源正接：直流电源反接：工件—正极（阳极）；焊条—负极（阴极）工件—负极（阴极）；焊条—正极（阳极）厚板、酸性焊条薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金如果焊接时使用的是交流弧焊机，因为电极每秒钟正负变化达一百次之多，所以两极加热温度一样，都在2500K左右，因而不存在正接和反接问题。2.2电弧焊冶金过程及特点

1.电弧焊冶金过程

在电弧高温作用下，焊条和工件同时发生局部熔化，形成熔池；熔化的填充金属呈球滴状过渡到熔池。

电弧的移动形成动态熔池，熔池前部的加热熔化与后部的顺序冷却结晶同时进行，形成完整的焊缝。焊条药皮在电弧高温下一部分分解为气体，包围电弧空间和熔池，形成对熔池保护。另一部分直接进入熔池，与熔池金属发生冶金反应，并形成熔渣而浮于焊缝表面，构成渣壳保护。

电弧在沿焊接方向移动中，熔池前部不断参与熔化，并依靠电弧吹力和电磁力的作用，将熔化金属吹向熔池后部，逐步脱离电弧高温而冷却结晶。2.2电弧焊冶金过程及特点

2.电弧焊冶金特点010203反应区温度高于一般的冶炼温度，熔化金属与熔渣的接触面积大，冶金反应激烈。熔池小而冷却速度快，液态金属存留时间短。冶炼条件差，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、氮化物、气孔及杂质等缺陷，使焊缝金属的塑性韧性显著下降。2.2电弧焊冶金过程及特点

2.电弧焊冶金特点

电弧焊时，焊接前要对焊件进行清理，焊接过程中必须对熔池金属进行机械保护和冶金处理。

机械保护就是利用熔渣、保护气体等机械方式把熔池和空气隔开；冶金处理是指向熔池中添加合金元素，改善焊缝金属的化学成分和组织。

（1）渣保护为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣。

一方面防止金属氧化和吸气；另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能；同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射；2.2电弧焊冶金过程及特点

（2）气保护用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体(如Ar或CO2)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。（3）渣-气联合保护

利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。2.3焊条

1.焊条的组成和作用

焊条电弧焊的焊条由两部分组成。中间是金属丝制成的焊芯，外部包覆着一定厚度的药皮。

（1）焊芯是由专门冶炼的焊条钢经轧制和拉拔而成，其主要作用是作为电极和填充金属。通常结构钢焊条的含碳量较低。焊芯直径d一般为1.6~8mm，焊芯长度L一般为200~650mm。

（2）药皮由多种矿物、铁合金、有机物和化工材料混合而成。①提高电弧燃烧的稳定性；②对焊接过程和焊缝起保护作用；③控制焊缝金属的化学成分。药皮的作用：2.3焊条

2.焊条的类型

我国的焊条按用途分为十类；每种类型的焊条又因药皮类型不同，可具有不同的焊接工艺性能和不同的焊缝力学性能。2.3焊条

2.焊条的类型

我国的焊条按用途分为十类；每种类型的焊条又因药皮类型不同，可具有不同的焊接工艺性能和不同的焊缝力学性能。2.3焊条

2.焊条的类型

根据GB/T5117-2012规定，焊条型号的编制方法如下：用大写字母和四位数字表示，字母表示焊条类别；前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa；第三位数字表示焊条适用的焊接位置；第三位和第四位数字的组合表示药皮类型及焊接电流种类。

例如：焊条型号E4303，按从左至右的顺序，E表示焊条类别，43表示熔敷金属抗拉强度的最小值为430MPa，0表示焊条焊条适用于全位置焊接，03表示焊条药皮为钛型、电流类型为交直两用。

常用的结构钢焊条的牌号表示方法用字母J和三位数字表示。J表示结构钢焊条，前两位数字表示焊缝金属抗拉强度，第三位表示药皮类型及采用电源。

例如，焊条牌号J507，按从左至右的顺序，J表示焊条类别为结构钢焊条，50表示熔敷金属抗拉强度的最小值为500MPa，7表示焊条药皮为低氢钠型、电流类型为直流电源。2.3焊条

2.焊条的类型酸性焊条与碱性焊条的区别？使用时应如何选择？药皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2等）的焊条称为酸性焊条。酸性焊条能交直两用，焊接工艺性能较好，对水、锈产生气孔的敏感性不大，电弧稳定、飞溅小、熔渣流动性好、易于脱渣、焊缝外表美观。酸性焊条因药皮中含有较多酸性氧化物，氧化性强，导致焊缝区合金元素烧损较多，焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条。酸性焊条与碱性焊条的区别？使用时应如何选择？药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、MgO、Na2O等）的焊条称为碱性焊条。碱性焊条主要靠碳酸盐（如大理石中的CaCO3）分解出的CO2作为保护气体，在弧柱气氛中H的分压较低，而且萤石中的CaF2在高温时与H结合成氟化氢HF，从而降低了焊缝中含氢量，故碱性焊条又称为低氢焊条。碱性渣中的CaO数量多，熔渣脱S能力强，抗裂性能较好，且由于O和H含量低，非金属夹杂物较少，故焊件有较高的塑性和韧性，及较好的抗冷裂纹性能；但由于药皮中含有较多的CaF2，影响气体电离，所以碱性焊条一般要求直流电源，用反接法焊接。只有当药皮中加放稳弧剂才可以用交流电源焊接。2.3焊条

3.焊条的选用原则

（1）等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。

（2）同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。

（3）低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。（4）焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条三、焊接接头组织与性能及改善方法3.1焊接接头组织与性能焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的金属都是由常温状态开始被加热到较高的温度，然后再逐渐冷却到常温。

由于各点因与焊缝中心距离不同，所受的最高加热温度不同，相当于对焊接接头区域进行了一次不同规范的热处理，因此焊接接头的各部位会出现不同的组织转变和性能变化。焊缝区各点温度变化情况

焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。

电弧焊热源的高温集中熔化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。

整个焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区构成。3.1焊接接头组织与性能

1.焊缝区

焊缝区金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池经冷却结晶而成的。

焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属交界处的半熔化晶粒为晶核，向散热最快方向生长成为柱状晶粒，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长，呈柱状铸态组织。

这种结晶过程使化学成分和杂质易在焊缝中心区产生偏析，引起焊缝金属力学性能下降。

焊接时，熔池金属受电弧吹力和保护气体的吹动，熔池底壁柱状晶体的成长受到干扰，柱状晶体呈倾斜状，晶粒有所细化。

同时由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能比母材(即焊件)金属高，焊缝金属的力学性能一般不低于母材金属的性能。低碳钢焊接接头组织3.1焊接接头组织与性能

2.熔合区

熔合区是焊接接头中，焊缝金属向热影响区过渡的区域。

该区很窄，两侧分别为经过完全熔化的焊缝区和完全不熔化的热影响区。熔合区的加热温度在合金的固-液相线之间。

熔合区具有明显的化学不均匀性，从而引起组织不均匀，其组织特征为少量铸态组织和粗大的过热组织，因而塑性差，强度低，脆性大，易产生焊接裂纹和脆性断裂，是焊接接头最薄弱的环节之一。

在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄(0.1～1mm)，但因其强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，易引起应力集中，所以熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能。3.1焊接接头组织与性能

3.热影响区

热影响区是焊缝两侧因焊接热作用没有熔化，但发生金相组织变化和力学性能变化的区域。根据热影响区内各点受热情况不同，热影响区可划分为过热区、正火区和部分相变区。

（1）过热区：指热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）

加热温度：AC3以上100~200℃至固相线之间（T固~1100℃）。

该区内奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因此塑性和韧性差，是焊接热影响区内性能最差的区域。对易淬火硬化材料，此区的脆性会更大。3.1焊接接头组织与性能

3.热影响区

（2）正火区：正火区是指热影响区内相当于受到正火热处理的区域。（1.2-4mm）

加热温度：AC3至AC3以上100~200℃之间。

加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，相当于热处理中的正火组织，所以通常称为正火区。

由于该区晶粒细小均匀，故既有较高的强度，又具有较好的塑性和韧性，是焊接接头中综合力学性能最好的区域。3.1焊接接头组织与性能

3.热影响区

（3）部分相变区：指热影响区内组织发生部分转变的区域。

加热温度：在AC1至AC3之间。

该区内的珠光体和部分铁素体发生重结晶，使晶粒细化，而另一部分铁素体来不及转变，冷却后成为粗大的铁素体与细晶粒珠光体的混合组织。

由于晶粒大小不一，故该区力学性能变差。3.2改善焊接接头组织与性能的方法

电弧焊方法不可避免地要出现熔合区和热影响区。这两个区域的大小和组织性能取决于被焊材料、焊接方法、焊接工艺参数等因素。

1.用焊条电弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳钢结构时，因热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行处理即可使用。

2.但对重要的碳钢结构件、低合金钢结构件，则必须注意热影响区带来的不利影响。为消除其影响，一般采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组织转变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的性能。

3.对焊后不能进行的热处理的金属材料或构件，则只能通过正确的选择焊接材料、焊接方法与焊接工艺上来减少焊接热影响区的范围。

例如，通过调整焊缝金属的化学成分以改善焊接接头的性能；尽量采用较小的焊接线能量（热源功率与焊接速度之比），以减小过热区的宽度，降低晶粒长大的程度。四、焊接应力与变形4.1焊接应力的形成

焊接过程是一个极不平衡的热循环过程，即焊缝及其相邻区金属都要由室温被加热到很高温度（焊缝金属已处于液态），然后再快速冷却下来。

由于在这个热循环过程中，焊件各部分的温度不同，随后的冷却速度也各不相同，因而焊件各部位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来加热的，随后逐次冷却下来所形成的。因而应力的形成、大小和分布状况较为复杂。1.焊接应力与变形产生的原因4.1焊接应力的形成

当焊缝及相邻区金属处于加热阶段时都会膨胀，但受到焊件冷金属的阻碍，不能自由伸长而受压，形成压应力，该压应力使处于塑性状态的金属产生压缩变形。随后再冷却到室温时，其收缩又受到周边冷金属的阻碍，不能缩到自由收缩所达到的位置，因而产生残余拉应力（焊接应力）。4.1焊接应力的形成

工件焊接后产生变形和应力对结构件的制造和使用会产生不利影响。2.焊接变形与应力的危害产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。4.2减小和消除焊接应力的措施

对于承载大、压力容器等重要结构件，焊接应力必须加以防止和消除。减小和消除焊接应力可采取如下措施：（1）在结构设计时，应选用塑性好的材料，要避免使焊缝密集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长。4.2减小和消除焊接应力的措施

（2）采用合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力。因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力，使A区易产生裂纹。（3）焊前对焊件预热，可以减弱焊件各部位间的温差，从而显著减小焊接应力。（4）当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。（5）当需较彻底地消除焊接应力时，可采用焊后去应力退火方法来实现。此时需将焊件加热至500〜650℃左右，保温后缓慢冷却至室温。4.3焊接变形的基本形式焊接应力的存在，会引起焊件的变形。具体焊件会出现哪种变形与焊件结构、焊缝布置、焊接工艺及应力分布等因素有关。小型焊件，整体尺寸减小坡口结构上下不对称或受热不均匀焊缝结构不对称，分布不均匀焊接薄板多焊缝和长焊缝4.4减小和消除焊接变形的措施

焊接变形的存在改变了构件的形状和尺寸，过大的变形量将使焊件报废。因此，必须加以防止和消除。

焊件产生变形主要是由焊接应力所引起，预防焊接应力的措施对防止焊接变形都是有效的。

1.正确设计焊件的结构当对焊件的变形有较高限定时，在结构设计中采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布结构都可减小或不出现焊接变形。4.4减小和消除焊接变形的措施

2.采用合理的焊接工艺在结构设计合理的前提下，可采取如下工艺措施达到减小和消除焊接变形的目的。（1）反变形法预测焊后可能出现的变形大小和方向，焊前将工件预先反方向变形，焊后可抵消发生的焊接变形。4.4减小和消除焊接变形的措施

2.采用合理的焊接工艺（2）刚性固定法

利用焊前装配使工件的相对位置固定，用夹具强制性约束焊接变形。采用定位焊组装也可防止焊接变形。

刚性固定法不适合焊接淬硬性较大的钢结构件和铸铁件，通常用于塑性好的小型工件焊接。4.4减小和消除焊接变形的措施

2.采用合理的焊接工艺（3）合理选择焊接次序

正确选择焊接参数和焊接次序，对减小焊接变形也很重要，这样可使温度分布更加均衡，开始焊接时产生的微量变形，可被后来焊接部位的变形所抵消。

采用图中数字顺序焊接，则后焊焊道产生的变形可抵消前焊焊道所产生的变形。4.4减小和消除焊接变形的措施

2.采用合理的焊接工艺（3）合理选择焊接次序

正确选择焊接参数和焊接次序，对减小焊接变形也很重要，这样可使温度分布更加均衡，开始焊接时产生的微量变形，可被后来焊接部位的变形所抵消。采用对称焊和分段倒退焊采用多层多道焊，能减少焊接变形4.4减小和消除焊接变形的措施

2.采用合理的焊接工艺（4）焊前预热和焊后缓冷

焊前预热和焊后缓冷是减小焊缝区与其他部分的温差，使工件较均匀地冷却，减小焊接应力和变形。通常在焊前将工件预热到300℃以上再进行焊接，焊后要缓冷。（5）焊后热处理

对重要结构件焊后应进行去应力退火，以降低应力，减小变形，提高承载能力。小型工件可整体退火，大型工件可进行局部退火。4.4减小和消除焊接变形的措施

3.焊后矫形处理当焊后的变形超出允许值时，必须进行焊后矫形。常用的矫形方法有机械矫形和火焰矫形。（1）机械矫形

利用压力机、辗压机、矫直机或手工等方法，在机械外力的作用下，使变形工件恢复到原形状和尺寸。

机械矫形可利用机械外力所产生的变形，抵消焊接变形并降低内应力。对塑性差的材料不宜采用机械矫形。4.4减小和消除焊接变形的措施

3.焊后矫形处理（2）火焰矫形

采用氧乙炔火焰在被焊工件的适当部位加热，利用冷却收缩产生的新应力造成新变形，来克服和抵消原变形。

火焰矫形可使工件的形状恢复，但矫形后的工件应力并未消失。对易淬硬材料和脆性材料不宜采用火焰矫形。4.4减小和消除焊接变形的措施

4.焊接裂纹

焊接应力过大的严重后果是使焊件产生裂纹。

焊接裂纹存在于焊缝或热影响区的熔合区中，而且往往是内裂纹，危害极大。因此，对重要焊件，焊后应进行焊接接头的内部探伤检查。

焊件产生裂纹也与焊接材料的成分（如硫、磷含量）、焊缝金属的结晶特点（结晶区间）及含氢量的多少有关。焊接质量保障措施合理选材1采取减小焊接应力的措施2应用合理的焊接工艺和焊接参数（如选用碱性焊条、小能量焊接、预热、合理的焊接次序等）3思考题减少焊接应力考虑，拼焊如下图所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。路虽远行则将至，

事虽难做则必成！——《荀子·修身》厚德博学追求卓越13常用的焊接方法主要内容一焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊电渣焊等离子弧焊与切割压焊钎焊二三四五六七一、焊条电弧焊焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。

焊条电弧焊是迄今为止应用最为广泛的焊接方法，可在室内、室外、高空和各种方位进行，设备简单、维护容易、焊钳小、使用灵便。

（1）焊接前，先将焊件和焊钳通过导线分别接到弧焊机输出端的两极，并用焊钳夹持焊条；

（2）焊接时，电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯共同熔化形成熔池，同时也使焊条的药皮熔化和分解；

（3）随着焊条沿焊接方向向前移动，新的熔池不断产生，原先的熔池则不断冷却、凝固、形成焊缝，使分离的两个焊件连接在一起。

1.焊条电弧焊的焊接过程焊条电弧焊1.设备简单、价格便宜焊条电弧焊使用的电焊机结构简单，只需配备简单的辅助工具，价格便宜，维护方便。2.采用气体和熔渣联合保护焊条药皮在熔化过程中产生一定量的气体和液态熔渣，不仅使熔池和电弧周围的空气隔绝，而且和熔化了的焊芯、母材发生一系列冶金反应，保证所形成焊缝的性能。3.可焊金属材料范围广焊条电弧焊广泛应用于低碳钢、低合金高强度结构钢、铸钢、铸铁和非铁金属的焊接。4.操作灵活、适应性强焊条电弧焊适用于各种厚度、各种结构和接头形式及空间位置的焊接。

焊条电弧焊的不足之处是：（1）对焊工操作技术要求高、劳动强度大；（2）生产效率低；（3）不适用于易氧化的金属及薄板的焊接。

虽然焊条电弧焊的生产效率不如机械化的电弧焊高，焊缝质量也不太稳定，但仍然是目前电弧焊中应用最普遍的方法，尤其适用于操作不便的场合和短小焊缝的焊接，如在修理工作中更为方便。2.焊条电弧焊的特点及应用二、埋弧焊埋弧焊

埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧并进行焊接的电弧焊方法。

埋弧焊以金属焊丝和焊件之间燃烧的电弧热源产生热量，并以覆盖在电弧周围的颗粒状焊剂及其熔渣作为保护，熔化焊丝、焊剂和母材而形成焊缝。

1.埋弧焊的焊接过程埋弧焊机行走机构前部装有焊剂漏头，细颗粒状的焊剂首先铺撒于焊缝位置，形成焊剂覆盖层；焊接开始时，焊丝经送丝机构送入焊剂层下，引燃电弧并由设备自动控制电弧长度、焊接速度等参数；电弧热使工件金属与焊丝熔化并形成熔池，部分焊剂熔化，由金属和焊剂的高温蒸发气体形成气泡，包围电弧并对熔池起保护作用；随着电弧的移动，熔池后部顺序凝固，形成焊缝，熔渣浮于焊缝表面，凝固后形成机械保护层。埋弧焊

2.埋弧焊工艺

埋弧焊要求更仔细地下料、准备坡口和装配。焊接前，应将焊缝两侧50〜60mm内的一切污垢与铁锈除掉，以免产生气孔。

埋弧焊一般在平焊位置焊接，用以焊接对接和T形接头的长直线焊缝。

当焊接厚20mm以下工件时，可以采用单面焊接。如果设计上有要求（如锅炉与容器），也可双面焊接。

埋弧焊中由于引弧处和断弧处质量不易保证，焊前应在接缝两端焊上引弧板与引出板，焊后再去掉。为了保持焊缝成形和防止烧穿，生产中常采用各种类型的焊剂垫和垫板，或者先用焊条电弧焊封底。

工件厚度超过20mm时，可进行双面焊接，或采用开坡口单面焊接。

焊接筒体对接焊缝时，工件以一定的焊接速度旋转，焊丝位置不动。为防止熔池金属流失，焊丝位置应逆旋转方向偏离工件中心线一定距离a，其大小视筒体直径与焊接速度等而定。埋弧焊

3.埋弧焊的特点及应用1.焊接生产效率高埋弧焊的电流可达到1000A以上，比焊条电弧焊髙6-8倍。同时节省了更换焊条的时间，所以埋弧焊比焊条电弧焊提高生产率5-10倍。2.焊接质量高且稳定埋弧焊焊剂供给充足，电弧区保护严密，熔池保持液态时间较长，冶金过程进行得较为完善，气体与杂质易于浮出。3.节省金属材料埋弧焊热量集中，熔深大，20〜25mm以下的工件可不开坡口进行焊接，而且没有焊条头的浪费，飞溅很小。4.劳动条件较好埋弧焊的非明弧操作和机械控制方式，减轻了体力劳动，避免了弧光伤害，减小了烟尘。

埋弧焊在焊接生产中已得到广泛应用。常用来焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。当工件厚度增加和批量生产时，其优点尤为显著。

但应用埋弧焊时，设备费用较高，工艺装备复杂，对接头加工与装配要求严格，只适用于批量生产长的直线焊缝与圆筒形工件的纵、环焊缝。对狭窄位置的焊缝以及薄板的焊接，埋弧焊则受到一定限制。三、气体保护焊3.1氩弧焊

气体保护焊是指用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的一种电弧焊方法。常见的气体保护焊有氩弧焊和CO2气体保护焊。

氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊方法。氩弧焊又分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊两种。

氩弧焊利用特制的焊炬，使氩气从焊炬端部喷嘴中排出，电弧在氩气保护下燃烧。3.1氩弧焊

1.氩弧焊的焊接过程

（1）熔化极氩弧焊（简称MIG焊）

以焊丝为一电极，工件为另一电极，焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡”进入熔池，所以可用较大电流进行焊接，可焊接厚度为25mm以下的工件。熔化极氩弧焊的适用范围广，生产率较高，焊接变形小，一般采用直流反接。3.1氩弧焊

1.氩弧焊的焊接过程

（2）钨极氩弧焊（简称TIG焊）以铈钨或钍钨合金为电极，以氩气作为保护气体，焊缝填充金属（即焊丝）根据情况另外添加。焊接时，铈钨棒不熔化，只起导电与产生电弧的作用，易于实现机械化和自动化焊接。因电极所能通过的电流有限，所以只适合焊接厚度6mm以下工件。3.1氩弧焊

1.氩弧焊的焊接过程

（2）钨极氩弧焊（简称TIG焊）

TIG焊焊接钢材时，多用直流电源正接。原因如下：

①工件为阳极，工件接受电子轰击放出的动能和位能（逸出功），产生大量热，因此熔池深而窄，生产效率高。②钨极上接受正离子轰击时放出的能量比较小，钨极产生的热量比较低，不易过热，钨极烧损少。

TIG焊焊接铝、镁及其合金时，则希望用直流反接或交流电源，因电极间正离子撞击工件熔池表面，可使氧化膜破碎，有利于工件金属熔合和保证焊接质量。直流反接时，焊件上放出的能量不多，焊缝熔深浅而熔宽大，生产效率低，通常只对3mm以下的薄壁铝、镁及其合金才可以采用。3.1氩弧焊

2.氩弧焊的特点及应用1.适于焊接各类合金钢、易氧化的非铁金属及锆、钽、钼等稀有金属材料。2.电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有熔渣，成形美观。3.电弧和熔池区受气流保护，明弧可见，便于操作，容易实现全位置自动焊接。4.电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度较快，焊接热影响区较窄，因而工件焊后变形小。

氩弧焊的不足之处是：氩气成本较高，保护气流易受环境因素干扰，只宜在室内作业。此外氩气没有脱氧除氢作用，焊前清理要求严格。

氩弧焊目前主要用于焊接铝、镁、钛及其合金，也用于焊接不锈钢、耐热钢和一部分重要的低合金钢工件。3.2CO2气体保护焊

CO2气体保护焊是以不活泼的CO2作为保护气体的气体保护焊方法，简称CO2焊。

1.CO2气体保护焊的焊接过程

CO2气体保护焊的焊炬是特殊制造的，焊丝由送丝机构驱动，经焊炬导电嘴送出。CO2气体以一定流量从焊炬端部排出，对电弧和焊接位置形成保护。

CO2是氧化性气体，在电弧热作用下能分解为CO和O，使钢中的碳、锰、硅及其他合金元素烧损、熔池金属的飞溅和CO气孔等问题。CO2焊时的飞溅：

CO2+Fe=FeO+CO↑FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的C反应：

FeO+C=Fe+CO

生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。

为保证焊缝的合金成分，需采用含锰、硅较髙的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。例如焊接低碳钢常选用H08MnSiA焊丝，焊接低合金钢则常选用H08Mn2SiA焊丝。3.2CO2气体保护焊

2.CO2气体保护焊的特点及应用

CO2气体保护焊的不足之处：CO2气体的氧化性强，焊缝金属的合金元素烧损严重，且飞溅大。氧化性保护气体不适于易氧化的有色金属的焊接，因此，CO2气体保护焊只适用于黑色金属（低碳钢和低合金结构钢）的焊接。1.成本低因采用廉价易得的CO2代替焊剂，焊接成本仅是埋弧焊和焊条电弧焊的40%左右。2.生产率高由于焊丝送进是机械化或自动化进行，电流密度较大，电弧热量集中，熔深大，焊接速度较快。3.操作性能好CO2气体保护焊是明弧焊，焊接中可清楚地看到焊接过程，容易发现问题，可及时调整处理。适合于各种位置的焊接4.质量较好由于电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，因而焊接热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向性小。

CO2保护焊目前已广泛用于造船、机车车辆、汽车、农业机械等工业部门，主要用于焊接30mm以下厚度的低碳钢和部分低合金钢工件。四、电渣焊电渣焊

电渣焊是利用电流通过液体熔渣所生产的电阻热进行焊接的方法。根据使用的电极形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊等。

1.电渣焊的焊接过程

开始焊接时，采用埋弧焊引弧方法，于引弧板处的焊剂层下引燃电弧，并不断加人少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣。

待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送进速度，并降低电压，使焊丝插人渣池，电弧熄灭，电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化。

渣池随填充量的增大而逐渐上升，两侧水冷式滑块跟随提升，焊缝下部相继凝固成固态，形成焊缝。电渣焊

2.电渣焊的特点及应用1.电渣焊最适合焊接大厚度工件，可一次焊成，生产率高。2.焊缝液态金属停留时间长，焊缝不易产生气孔、夹渣等缺陷，焊缝质量好。3.焊接材料和电能消耗少，焊接成本低。箱型梁隔板与底板的电渣焊电渣焊的不足之处是：只适于厚板和立焊（或近似立焊）位置；输入的热量大，接头在髙温下停留时间长，焊缝附近容易过热，焊缝金属呈粗大的铸态组织，冲击韧性低，焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处理。电渣焊

2.电渣焊的特点及应用五、等离子弧焊与切割等离子弧焊

等离子弧焊接是借助水冷喷嘴等对电弧的拘束与压缩作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。

1.等离子弧焊的焊接过程

在钨极和工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成电弧。此电弧在通过具有细孔道的喷嘴时，弧柱被强迫缩小，此作用称为机械压缩效应。

一般电弧焊中的电弧，不受外界约束，称为自由电弧，电弧区内的气体尚未完全电离，能量也未高度集中起来。如果采用一些方法使自由电弧的弧柱受到压缩（称为压缩效应），弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧髙得多的等离子弧。

当通入一定压力和流量的离子气（通常为氩气）时，离子气冷气流均匀地包围着电弧，使弧柱外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流（离子和电子）往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。这种压缩作用称为热压缩效应。

带电粒子流在弧柱中的运动，可看成是电流在一束平行的“导线”内流过，其自身磁场所产生的电磁力，使这些“导线”互相吸引靠近，弧柱又进一步被压缩。这种压缩作用称为电磁收缩效应。等离子弧焊

1.等离子弧焊的焊接过程

电弧在上述三种效应的作用下，被压缩得很细，使能量高度集中，弧柱内的气体完全电离为电子和离子，称为等离子弧，其温度可达到16000K以上。

按电流大小，等离子弧焊又可分为两类：

(1)大电流等离子弧焊，即通常所称的等离子弧焊，用于焊接厚度在2.5mm以上的焊件。

等离子弧焊接应使用专用的焊接设备和焊炬。焊炬的构造应保证在等离子弧周围再通以均匀的保护气体，以保护熔池和焊缝不受空气的有害作用。所以，等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

(2)微束等离子弧焊，即用小电流(通常小于30A)焊接厚度小于2.5mm的薄板。等离子弧焊

2.等离子弧焊的特点及应用

等离子弧焊除具有氩弧焊的优点外，还有以下特点：1.等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。因此，焊接厚度为10-12mm的钢材可不开坡口，一次焊透双面成形。2.等离子弧焊的焊接速度快，生产率高，焊后的焊缝宽度和高度较均匀一致，焊缝表面光洁。3.当电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。

等离子弧焊接的缺点是设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。

等离子弧焊接已在生产中得到广泛应用，特别是在国防工业及尖端技术中用以焊接铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属工件。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器等均可用等离子弧焊接。等离子切割

3.等离子弧切割

等离子弧用于切割时，称为等离子弧切割。

等离子弧切割是以高温高速的等离子弧为热源，将金属局部熔化并吹走，使金属达到分离目的的过程。等离子气一般用氮气，也可用氮氢混合气(含氢10%～25%)，不用保护气体。

与氧气切割比较，等离子弧切割速度高，热影响区及变形小，切口窄且光洁，可切割任何金属和非金属，包括氧气切割不能切割的金属，如不锈钢、耐热钢、钛、钼、铸铁、铜、铝及其合金等。六、压焊6.1电阻焊

压焊是通过对焊接区域施加一定的压力来实现焊接的方法。

1.电阻焊的焊接过程

将焊件组装后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域所产生的电阻热，把工件加热到塑性或局部融化状态，在压力作用下形成接头的焊接方法。

压焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（0.3～0.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶。电阻热：

Q=I2Rt,其中电流和时间是外因，而电阻是内因。焊接区的总电阻为：R=Rc+2Rew+2Rw。其中Rc为焊件接触电阻，Rew为电极与焊件间的接触电阻，Rw为焊件电阻。6.1电阻焊

2.电阻焊的分类

电阻焊方法的主要特点是焊接速度快、变形小、焊接生产率高、劳动条件好、操作易于实现机械化和自动化、不需要填充金属等；但电阻焊设备较复杂、耗电量大，对接头形式和可焊厚度有一定限制。

电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式。

(1)点焊

点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属以形成焊点的电阻焊方法。

由于工件间接触面处电阻较大，因此产生的热量最多，会出现局部熔化现象，熔化区周围金属达到塑性状态，封闭熔化区。冷却时在电极压力作用下结晶，获得组织致密的焊点。点焊熔核形成过程6.1电阻焊

(1)点焊

点焊主要适用于薄板搭接接头。可焊材料多为低碳钢、不锈