第九章 焊接成形

第九章焊接成形教学目的与要求：了解手工电弧焊、焊条及应用，常用金属材料的焊接性，碳当量法，了解焊接接头的组织、性能。主要内容：手工电弧焊、电源接法，焊条及选用，焊接性，碳当量法，焊接接头的组织、性能，接头型式。重点：焊条选用、焊接性、接头及其组织和性能。难点：焊接接头及其组织和性能。熔化焊——

气焊、电弧焊、电渣焊等；压力焊——

电阻焊、压力焊；钎焊——

软钎焊、硬钎焊。焊接——

通过加热或加压，使焊件达到原子结合的一种加工方法。焊接的种类：焊接的特点与应用连接性能好省工省料成本低重量轻简化工艺优点：结构不可拆卸焊接接头的组织、性能变坏产生残余应力和变形易产生焊接缺陷缺点：应用：金属结构件——自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆等；机器部件——轴、齿轮、刀具等。第一节

电弧焊

一、焊接冶金过程

（一）焊接电弧电弧是一种强烈而持久的气体放电现象。用直流焊机焊接时，当工件接阳极，焊条接阴极称直流正接；工件接阴极，焊条接阳极称直流反接。

二、熔焊冶金过程和电焊条O22O发生氧化反应，焊缝性能降低；N22N高温熔入液态金属，冷却后形成气孔；H2O2H+O形成气孔，产生氢脆。1、熔焊的冶金过程

空气中的O2、N2、H2O在电弧的作用下：保证焊缝质量措施：减少有害元素进入熔池消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素作电极传导电流，产生电弧作填充金属（调整成分）机械保护作用(气体和熔渣)冶金处理（熔渣）改善焊接工艺性（引弧容易燃烧稳定）2、电焊条

焊条的组成:焊芯的作用：药皮的作用：专用焊接金属丝由多种矿石粉铁合金配成常用焊接方法

点焊

对焊

埋弧焊

氩弧焊

ＣＯ2焊碳钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条铸铁焊条堆焊焊条镍和镍合金焊条铜和铜合金焊条铝和铝合金焊条酸性焊条（SiO2、MnO等）碱性焊条（CaO、FeO等）

焊条的种类、型号与牌号种类按用途分按熔渣性质分

焊条的型号：碳钢焊条(GB5117-85):

E

43

03,E5015,E5016.药皮类型（酸、碱），电流种类焊接位置（平、横、立、仰）抗拉强度≥

430MPa焊条

焊条牌号（结构钢焊条）：

J422(E4303),J507(E5015),J506(E5016)3、碱性焊条和酸性焊条的特性机械性能好（韧性高，抗裂性好）；焊接工艺性能差；（用直流电）对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干）排出有毒烟尘HF。（通风良好）碱性焊条：酸性焊条与碱性焊条相反4、焊条的选用不锈钢、耐热钢焊条

——按相同成分选择焊条结构钢焊条

——按等强原则选相同强度等级焊条焊缝和母材具有相同水平的使用性能。选用原则：例：16Mn,抗拉强度520Mpa,可选用E5003(J502),E5015(J507),E5016(J506)三、焊接接头的组织和性能1——焊缝区（熔化区）2——熔合区（半熔化区）3——热影响区4——母材1、低碳钢焊接接头的组成：低碳钢焊接接头的组织接头由焊缝金属、热影响区和熔合区组成。焊缝金属：铸态细晶区和柱状晶区，力学性能一般不低于母材。热影响区：靠近焊缝的母材由于热传导也有不同程度温度升高区域，性能视程度不同而不同。熔合区：焊缝与热影响区的过渡区，性能最差。在热影响区中，有过热区、正火区、部分相变区，正火区性能最好。

过热区（1100℃）组织粗大，机械性能很低,正火区（Ac3～1100℃）晶粒细小，机械性能高，部分相变区（Ac1～Ac3）晶粒不均匀，机械性能低。

焊缝的组织和性能

熔合区的组织和性能

热影响区的组织和性能铸态组织，性能可以达到要求。成分不均匀，组织粗大，机械性能很低。可见，熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位，会严重影响焊接接头的质量。2、影响焊接接头性能的因素焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）焊接方法（热源不同、保护效果不同）焊接工艺（焊接电流、电压、速度）焊后热处理（正火后细化晶粒）四、焊接变形和焊接应力造成焊件的尺寸、形状变化；矫正变形会使性能降低，成本增加；焊接应力会降低承载能力；引起焊接裂纹；应力衰减会产生变形。1、焊接变形和残余应力的不利影响2、焊接变形和残余应力产生原因

在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会产生焊接应力和变形。下图为平板对接焊缝的应力和变形过程示意图.3、焊接变形的基本形式焊前预热及焊后热处理；选择合理的焊接次序；刚性固定法；反变形法；锤击焊缝法；采用机械矫正和火焰矫正。

4、减少焊接应力与变形的工艺措施反变形刚性固定法焊接顺序用于塑性好，没有淬硬倾向的钢。用于塑性好的低碳钢和普通合金钢。机械矫正与火焰矫正五、常用电弧焊方法（一）手工电弧焊主要参数：焊条牌号和直径、电流种类和极性、电流大小、焊接层次等（二）埋弧自动焊电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接（三）气体保护电弧焊用气体将电弧、熔化金属与空气隔离。六、焊接缺陷与检验（一）焊接缺陷P130表3-3（二）焊接质量检验外观、致密性、磁粉、探伤等

金属材料的焊接性

碳素钢和普低钢的焊接

不锈钢的焊接

铸铁的焊补

铝及铝合金的焊接第三节常用金属材料的焊接

一、金属材料的焊接性1、金属材料焊接性的概念是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。金属焊接性：焊接性形成焊接缺陷的敏感性（裂纹）使用性能（机械性能）影响焊接性的因素：金属材料本身性质焊接方法、焊接材料、焊接工艺2、钢的焊接性评价方法——碳当量CE

＜0.4%时，冷裂纹倾向不明显,焊接性良好；CE

＝0.4%～0.6%时，冷裂倾向明显，焊接性较差；CE

＞0.6%时，冷裂倾向很强,焊接性很差。碳、合金元素含量焊接性碳当量：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15碳钢及低合金钢碳当量越高，焊接性越差二、碳素钢和普低钢的焊接1、碳钢的焊接CE

＜0.4%，焊接性良好。各种焊接方法都能获得优质焊接接头。低碳钢：中碳钢：CE

＞0.4%，冷裂倾向很强，焊接性较差。焊前预热150℃～250℃，焊后缓冷，采用细E5015焊条、小电流、开坡口、多层多道焊，降低焊缝的含碳量。焊接裂纹产生？内部条件：碳当量CE

外部条件：环境温度2、低合金结构钢的焊接焊接方法:a.一般用手工电弧焊、埋弧自动焊b.板厚＞40mm时，用电渣焊c.批量大时，用CO2气体保护焊16Mn的焊接CE=0.4%焊接性良好，不需预热板厚＞32～38mm环境温度低时，需预热重要结构（锅炉、压力容器）焊后应消除应力退火三、不锈钢的焊接马氏体不锈钢奥氏体不锈钢铁素体不锈钢不锈钢的种类（Cr13型）（Cr18Ni9型）（Cr17型）焊接性较差（冷裂纹和淬硬脆化）焊前预热，焊后缓冷及热处理，采用奥氏体不锈钢焊条。焊接性良好焊接性较差（过热晶粒引起脆化和裂纹）低温预热（＜150℃）减少高温停留时间四、铸铁的焊补易产生白口组织和淬火组织;铸铁强度低、塑性差，易产生裂纹;铸铁碳、硅含量高，易产生气孔和夹渣缺陷;铸铁的焊接性铸铁碳含量高，杂质多，塑性差，故焊接性差。铸铁焊补的问题：铸铁的焊补：

热焊、冷焊1、热焊热焊——铸件预热到600～700℃进行焊接，焊后缓冷。焊接方法：气焊、手工电弧焊（铸铁焊条）焊补质量好，成本高，劳动条件差，生产率低，中等厚度铸件及焊后要加工的复杂、重要的铸件,如：内燃机缸盖、气缸体、机床床身等。铸铁的焊补特点：应用：2、冷焊铸铁的焊补冷焊——

铸件一般不预热或较低温度预热。特点：依靠焊条来调整焊缝的化学成分，以防止白口组织和裂纹。应用：镍基焊条结构钢焊条补焊质量好，成本高。用于重要铸铁件加工表面焊补焊补质量低，用于非加工表面，（采用小直径、小电流、短弧）五、铝及铝合金的焊接工业纯铝不能热处理强化铝合金热处理强化铝合金焊接性好分类——焊接性差接头软化热裂纹问题氧化：形成Al2O3，阻碍融合气孔：铝液大量溶解氢气，结晶时形成气孔焊接方法：电阻焊、钎焊、氩弧焊保护效果好，有“阴极破碎”作用焊接结构材料的选择焊缝的布置接头设计典型工艺设计实例第四节焊接结构工艺性

一、焊接结构材料的选用在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用焊接性好的材料。如低碳钢、低合金钢。影响焊接性的因素：金属材料本身性质焊接方法、焊接材料、焊接工艺焊接结构选材原则：常用金属材料的焊接性焊接方法合金材料气焊手工电弧焊埋弧焊CO2保护焊氩弧焊电渣焊点焊缝焊对焊钎焊低碳钢AAAAAAAAA中碳钢AABBAABAA低合金钢BAAAAAAAA不锈钢AABBABAAA铸铁BBCCBBDB铝合金BCCDADAAC二、焊缝的布置1、便于焊接操作点焊或缝焊手工电弧焊不合理

合理2、焊缝要避开应力较大和应力集中部位无折边封头碟形封头3、焊缝应避免密集交叉压力容器设计规定，不能采用十字焊缝，而且焊缝与焊缝间要有一定距离4、焊缝设置应尽量对称（最好能同时施焊）5、尽量减少焊缝长度和焊缝截面（减少变形、成本，提高生产率）6、焊缝应尽量设置在平焊位置7、焊缝应避开加工部位埋弧焊气体保护焊合理不合理不合理合理三、接头设计

1、接头形式设计

对接接头、搭接接头、角接接头、T形接头受力简单、均匀，节省材料；下料尺寸精度要求较高；用于锅炉、压力容器受力焊缝的焊接。受力复杂，接头产生附加弯矩；下料尺寸精度要求低；应用于受力不大的行架结构。用于构成直角或一定角度连接的接头。接头基本形式：2、坡口形式设计四、典型工艺设计实例结构名称：液化气钢瓶组成：瓶体、瓶嘴材料：20钢（或16Mn)壁厚：3mm生产类型：大量生产设计要点：瓶体要耐压，必须绝对安全。材料的焊接性不存在问题。关键技术是结构的成形和焊接。1、确定焊缝位置2、焊接接头设计焊缝多，工作量大，轴向焊缝处于拉应力最高位置合理瓶体与瓶嘴的焊缝：角焊缝（不开坡口）瓶体主环缝：衬环对接或缩口对接（V型坡口）3、焊接方法和焊接材料的选择瓶体环缝：埋弧自动焊（生产率高、焊接质量稳定）焊接材料采用H08A、H08MnA,配合HJ431瓶嘴焊缝：手工电弧焊焊条采用E4303(20钢)，E5015(16Mn)4、主要工艺过程落料拉深再结晶退火冲孔除锈装焊衬环、瓶嘴装配上、下封头焊主环缝正火水压试验气密试验5、瓶体焊接结构工艺图焊接结构工艺图内容：构成件的形状及其相互关系；各构成件的装配尺寸及板厚、型材规格；焊缝的符号和尺寸；焊接工艺的要求。焊接新工艺自动焊接焊接机械手超声波焊机

大型气割等离子切割机管子成形厚板切割机器人焊接机械手焊接激光焊接激光切割水下焊接本章小结手工电弧焊、电源接法，焊条及选用，焊接接头及其组织、性能。作业补充题：１、按熔渣化学性质焊条如何分类？各有何应用特点？2、焊接接头的组成如何？各部分组织性能如何？

考试形式（2h＆开卷）一、填空（40×0.5’）Eg.金相试样制备过程通常包括取样、磨削、抛光、浸蚀等。

二、判断（10×2’）Eg.碳素钢的硬度越高，则强度也就越高。

（X）

三、单选（10×2’）Eg.做一耐磨销子，应采用（B）。A、08A淬火；B、20A渗碳；C、15A调质

四、问答（6×5’）Eg.高速钢如何进行最终热处理？为什么？使用状态的组织是什么？

五、综合题（1×10’）

要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床身等零件，试从下列牌号中分别选