金属工艺学第五版第四篇焊接课件

焊接用加热或加压力（或两者并用）等手段，使分离的金属构件通过金属原子的结合与扩散作用牢固地连接起来的方法。第四篇焊接焊接是应用最广泛的金属不可拆卸连接方法。

熔化焊：将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等压力焊：通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的方法。电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热温度高于钎料低于母材熔点的情况下，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。软钎焊、硬钎焊焊接成形的分类焊接成形的特点●接头牢固、密封性好。●可化大为小、化复杂为简单，以小拼大、拼简单成复杂。●可实现异种金属的连接。●重量轻、加工装配简单。●焊接结构不可拆卸。●

焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊接成形的应用（1）制造金属结构件：船体、桥梁、机床床身、横梁、各种容器、管道等。（2）制造机器零件和工具：轧辊、飞轮、大型齿轮、电站设备中的部件、切削刀具等。（3）联接电气导线：电子管和晶体管电路、变压器绕组及输配电线路中的导线等。（4）修复：铸铁件的缺陷补焊等。第四篇焊接电弧焊其他常用焊接方法常用金属材料的焊接焊接结构设计§1-1焊接电弧一、电弧焊焊接过程引弧形成熔池形成焊缝第一章电弧焊电弧焊视频二、焊接电弧1.焊接电弧的概念在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。2.电弧的构造及热量分布阴极区：阳极区：弧柱区：2400k36%2600k43%5000~8000k21%3.电弧的极性直流电源正接直流电源反接用于薄板金属的焊接交流电源：两极温度相等。稳定性差。

§1-2焊接接头的组织与性能一、焊件上温度的变化与分布焊接接头焊缝区焊接热影响区焊缝区各点温度变化情况1.距焊缝中心不同，受热最高温度不同。2.各点到达最高温度的时间不同。3.各点均经过冷--热—冷，相当于受到一次不同规范的热处理。因此，必然有相应的组织和性能的变化。§1-2焊接接头的组织与性能焊接接头焊缝区焊接热影响区1焊缝区熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。2焊接热影响区焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性能发生变化的区域。二、焊接接头组织和性能的变化焊接热影响区熔合区过热区正火区部分相变区①熔合区焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）加热温度：T液~T固强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。②过热区加热温度：T固~1100℃塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）③正火区在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm）重结晶，晶粒细化，正火组织，力学性能优于母材。④部分相变区在热影响区内发生部分相变的区域。力学性能较母材稍差。力学性能最差的区域：熔合区和过热区。对焊接质量影响最大，应尽量减少它们的宽度。加热温度：Ac3~Ac3以上100~200℃三、改善焊接热影响区组织和性能的方法：①小电流、快速焊接；②采用先进的焊接方法；③焊前预热、焊后热处理（正火）热影响区大小和组织变化程度的决定因素：焊接方法、焊接规范、接头形式、焊后冷却等因素，在保证焊接质量的前提下，增加焊接速度，减小焊接电流，减小热影响区尺寸。焊接接头的主要缺陷气孔焊接时熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出而形成的空穴。夹渣夹渣是焊后残留在焊缝中的熔渣。未焊透未焊透是焊接接头根部未完全熔透的现象。焊接裂纹是由于焊接残余应力较大而在焊缝或热影响区产生的裂纹。

§1-3焊接应力与变形ⅠⅡ焊接应力状态：焊缝区域—拉应力两侧冷金属—压应力焊接应力焊接应力与变形产生的根本原因：焊件(工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。平板对接焊的应力与变形a）焊接过程中b）冷却以后焊接变形焊接变形与应力的危害工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。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。焊接应力及变形的预防、消除措施焊缝不要密集交叉，截面和长度应尽可能小。合理选择焊接顺序。ⅡⅠⅢ②（Ⅰ—Ⅲ）①（Ⅰ—Ⅱ）（Ⅱ—Ⅲ）—ⅢⅡⅠⅢ1212341—4—3—212341234561—2—3—4焊接应力及变形的预防、消除措施145236工字梁矩形梁X形坡口多层焊焊前反变形焊后焊前预弯反变形焊后采用反变形法。焊接应力及变形的预防、消除措施焊接变形的矫正:机械矫正火焰矫正焊前预热150℃~350℃焊后热处理:去应力退火机械矫正法火焰矫正法焊接应力及变形的预防、消除措施§1-4焊条电弧焊一、焊接过程工件焊芯熔化熔池焊缝药皮熔化+液态金属熔渣电弧焊视频二、电焊条1.电焊条的组成及作用电焊条焊条芯药皮焊缝填充材料

—填充焊缝电极传导电流

—导电脱氧保护作用冶金作用稳定电弧作用焊条芯药皮2.电焊条的分类二、电焊条◎

碳钢焊条、低合金钢焊条—J◎

不锈钢焊条—A；

◎堆焊焊条—D；

◎

铸铁焊条—Z；◎

铜及铜合金焊条—T；◎

铝及铝合金焊条—L；◎酸性焊条◎碱性焊条二、电焊条型号国标碳钢焊条抗拉强度等级σbmin=430MPa焊接位置（平、立、仰,横）E

43

03

药皮种类（钙钛型）J422药皮种类（钙钛型）抗拉强度等级结构钢焊条牌号行标J507药皮种类（低氢型）抗拉强度等级结构钢焊条二、电焊条3.电焊条的选用◆根据被焊工件的强度选用◆根据被焊工件的化学成分选用◆根据被焊工件工作条件和结构选用◆根据实际生产状况选用电焊条的选用原则等强度原则：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。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。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。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。一、埋弧焊焊接过程及设备焊接热源：电弧热§1-5埋弧焊溶池保护：焊剂（气、渣）埋弧焊视频一、埋弧焊设备及焊接过程§1-5埋弧焊焊接设备：焊接电源控制箱焊接小车特点：

※生产率高；

※焊接质量稳定；

※节省金属材料；

※改善了劳动条件；※只能在水平位置焊接。二、埋弧焊特点三.埋弧焊工艺1）焊前准备板厚在20~25mm以下的工件可不开坡口；实际生产中，板厚在14~22mm应开Y型坡口，板厚在22~50mm，可开双Y型坡口或U型坡口。三.埋弧焊工艺1）焊前准备环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a(a=20~40mm),直径小于250mm一般不采用埋弧焊。三.埋弧焊工艺2）采取防漏措施①双面焊；②手工电弧焊封底；③焊剂垫；④垫板。3)要有引弧板和引出板应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径环形焊缝焊接。四、埋弧焊应用压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、起重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。§1-6气体保护焊一.氩弧焊利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。熔化极氩弧焊视频不熔化极氩弧焊视频

氩弧焊的特点：机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良。电弧燃烧稳定，飞溅小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。氩气昂贵，设备造价高。应用：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。适用所有金属材料的焊接。以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。二.

CO2气体保护焊CO2气体保护焊录像①生产率高（是手弧焊的1~3倍）。②成本低（是手弧焊的40%）。③焊接热影响区和变形小。④可进行全位置焊接。⑤氧化、飞溅严重，气孔倾向大，焊缝成形差。应用：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。CO2气体保护焊的特点§1-7等离子弧焊接与切割一、焊接过程机械压缩热压缩等离子弧电磁收缩二、焊接特点1生产率高2焊缝表面质量好用于焊接薄的箔材第二章其它常用焊接方法§2-1电阻焊利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。点焊工艺参数电极压力焊接电流通电时间适中焊点距离：太近—分流现象严重太远—强度不够应用：4mm以下的薄板搭接。点焊视频电阻焊焊点的形成缝焊动画缝焊应用：3mm以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。电阻焊电阻焊

缝焊录像对焊电阻对焊闪光对焊录像电阻焊对焊电阻焊电阻对焊应用：用于断面简单，直径（或边长）小于20mm或强度要求不太高的工件。闪光对焊应用：用于重要工件的焊接。可焊相同金属，也可焊异种金属（铝—钢、铝—铜等）。工件直径—0.01mm~200mm。电阻焊对焊对接接头形式主要用于棒料的对接一.摩擦焊焊接过程§2-2摩擦焊二.摩擦焊接头型式应用适用于黑色金属、有色金属；也适用于特种材料、异种材料焊接。软钎焊钎料的熔点在450℃以下。接头强度低，一般为60~190MPa，工作温度低于100℃。§2-3钎焊是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。硬钎焊钎料的熔点在450℃以上。接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。钎料溶剂钎料的作用：连接填充钎料的种类：软钎料：锡铅合金(焊锡)硬钎料：铝基、铜基、银基、镍基合金等。溶剂的作用：★清理作用去除表面氧化皮★降低表面张力改善液态钎料对焊件的湿润性。★保护作用主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属的焊接。目前软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。钎焊的应用利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化焊丝和金属母材的焊接方法。焊接热源：电阻热保护介质：液态熔渣§2-4电渣焊焊接过程电渣焊动画电渣焊特点1大厚度工件可一次焊成。2生产率高，成本低。3焊接质量好。不易产生夹渣、气孔等缺陷。4热影响区大—焊后热处理。应用1适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料；2适用于厚大工件。厚度大于40mm的大型结构件。§2-5真空电子束焊接§2-6激光焊接激光焊接录像激光切割录像polo的激光焊接生产线

2007-7-920:17§2-7高频焊高频焊(high-frequencywelding)是以固体电阻热为能源。焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合。因此它是一种固相电阻焊方法。高频焊原理——借助高频电流的集肤效应可以使高频电能量集中于焊件的表层，而利用邻近效应，又可控制高频电流流动路线的位置和范围。当要求高频电流集中于焊件的某一部位时，只要将导体与焊件构成电流回路并使导体靠近焊件上的这一部位，使它们相互之间构成邻近导体，就能实现这个要求。高频焊就是根据焊件结构的具体形式和特殊要求，主要运用集肤效应和邻近效应，使焊件待焊处的表层金属得以快速加热而实现焊接。高频焊具有下列特点：

1、由于电流高度集中于焊接区，加热速度极快，因而焊接速度可高达150～200m/min。

2、因焊接速度快，焊件自冷作用强，故不仅热影响区小，而且还不易发生氧化，因此焊缝的组织和性能十分优良。

3、焊前焊件表面可以不进行清理工作，因而提高了效率。

4、能焊的金属种类广，产品的形状规格多。高频焊的应用：

管材、型材的制造。第三章

常用金属材料的焊接§3-1金属材料的焊接性一.金属材料的焊接性被焊金属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。焊接性工艺焊接性：使用焊接性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种裂纹的可能性焊接接头在使用中的可靠性。包括力学性能及其它特殊性能二.影响焊接性的因素1）焊接方法4）工艺参数2）焊接材料3）焊件化学成分§3-1金属材料的焊接性C—影响最显著—基本元素—折合成碳的相当含量对焊接性的影响其它元素CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15CE<0.4%→

CE=0.4%~0.6%→CE>0.6%焊接性良好→较差→差§3-2碳钢的焊接一.低碳钢的焊接低碳钢：C<0.25%CE<0.4%焊接性良好。Q235、10、15、20等（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。焊接时还需注意以下问题：§3-2碳钢的焊接二.中碳钢的焊接中碳钢：C<0.25~0.60%焊接性由良好较差。CE<0.4%CE=0.4%~0.60%问题焊缝区易产生热裂纹热影响区易产生冷裂纹措施焊前预热（150~250℃），焊后缓冷。选用低氢型焊条。（如J426、J427、J506、J507）焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。焊接方法：手工电弧焊三.高碳钢的焊接高碳钢：C>0.60%焊接性差。CE>0.60%问题焊缝区易产生热裂纹热影响区易产生冷裂纹措施焊前预热（250~350℃），焊后缓冷。选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。避免选用高碳钢作为焊接结构件。修补§3-2碳钢的焊接§3-3合金结构钢的焊接合金结构钢机械制造用结构钢普通低合金结构钢（调质钢、渗碳钢）（压力容器、锅炉、桥梁、车辆、船舶等结构。）普通低合金结构钢：低强度普通低合金结构钢：高强度普通低合金结构钢：σs<400MPaCE<0.4%16Mn、09Mn2Siσs>400MPaCE<0.4%~0.5%焊接性良好。焊接性较差。15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV焊前预热（150~250℃），焊后缓冷；选用低氢型焊条；焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。§3-3合金结构钢的焊接§3-4铸铁的焊补一、铸铁焊补的特点（困难）1.熔合区易产生白口组织和淬硬组织；2.焊缝区易产生裂纹；3.焊缝区易产生气孔；4.熔池金属易流失；二、铸铁焊补的方法1.热焊法焊前将焊件整体或局部预热至600~700℃并施焊，焊后缓冷。用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等2.冷焊法焊前不预热或低温预热（

400℃）的焊补方法。焊条选用选用钢芯或铸铁芯铸铁焊条一般非加工表面的焊补选用镍基铸铁焊条选用铜基铸铁焊条重要铸件加工面的焊补焊后须加工的灰铁件的焊补一、铜及铜合金的焊接1.铜及铜合金的焊接特点2）易氧化；3）易产生气孔；1）难熔合；4）易变形开裂；2.铜及铜合金的焊接方法氩弧焊、气焊、钎焊。§3-5有色金属的焊接二、铝及铝合金的焊接1.铝及铝合金的焊接特点1）易氧