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1、、4材料的连接成形，概述，4.2压焊工艺，4.1焊工艺，4.3钎焊和密封焊接，4.4金属材料的焊接性，4.5焊接缺陷和检验，4.6焊件的结构修订，本章的重点：焊丝电弧焊的原理和特点，焊接材料，焊接方法，焊接方法，焊接：加热焊接方法：熔焊、压焊、钎焊等。 焊接的主要特点是： (1)节约材料，降低质量；(2)简化复杂零件和大型零件的制造；(3)能够生产适应性好的特殊结构；(4)能够在满足特殊连接要求的不同材料之间进行连接成形；(5)降低劳动强度，改善劳动条件。 焊接方法的应用： (1)金属结构的制造；(2)机械零件和工具的制造；(3)修复。焊接方法、压焊、摩擦压焊、超声波焊接、爆炸焊接、扩散焊接、

2、高频焊接、钎焊及封接、钎焊、钎焊、封接、粘接、熔接、电弧焊接、电渣焊接、 等离子弧焊4.1.1焊接的原理和过程4.1.2焊接接头的组织和性能4.1.3焊接变形和焊接应力4.1.4焊接方法和工艺本节的重点：焊接接头的组织性能本节的难点：焊接应力和变形，4.1.1焊接熔池的存在时间短，温度高的冶金过程的进行冷却速度快，结晶后容易生成粗大的柱状晶。 熔化焊接的三要素热源能量集中，温度高。 保证金属的快速熔融，减小热影响部。 满足要求的热源有电弧、等离子电弧、电渣热、电子束和激光。 熔池的保护可以进行炉渣保护、气体保护和炉渣气体联合保护。 防止氧化，进行脱氧、脱硫、脱磷，使合金元素迁移至熔池。 填充金

3、属可带来有益于焊接填充和焊接的合金元素，保证满足力学性能和其他性能要求，主要有焊芯和焊丝。 焊接电弧是指两电极间的强持续的气体放电现象。 电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。 用电弧放电作为焊接热源，安全、加热效率高。 电弧的三个区阴极区，阳极区和弧柱区焊接电弧的温度c和热分布温度c热分布阳极区： 2600 43弧柱区： 60008000 21阴极区： 2400 36，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，用直流焊接机焊接时，有两种接线方法焊条连接负极(厚板酸性焊接) 直流负连接：焊接材料连接负极、焊条连接正极(薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金)、电弧焊接的焊接过程：手

4、动电弧焊接利用焊条和工件之间产生的电弧热，将工件熔化焊接。 电弧在焊条和被焊工件之间燃烧，在电弧热的作用下，工件(基本金属)和焊条同时熔融成为熔池，焊条金属的熔滴在重力和电弧气体喷射力的作用下逐渐向熔池转移。 电弧热使焊条的药皮熔化或燃烧。 药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，形成的炉渣和气体能防止空气中的氧和氮的侵入，起到保护熔化金属的作用。 弧焊冶金过程的特点：电弧和熔池的金属温度高于一般冶炼温度。 使金属元素强烈蒸发，使电弧区域的气体分解为原子状态，增大气体的活性，导致金属的烧损和有害杂质的形成。 金属熔池体积小，熔池周围是冷的金属，熔池处于液态的时间短，一般为秒左右。各种化学反应难以达

5、到平衡状态，化学成分不均匀，气体和杂质不上浮，容易产生气孔和夹杂等缺陷。 熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔杂质等缺陷。 助焊剂是由SiO2、MnO、MgO和CaF等组成的硅酸盐。 焊剂保护的效果形成熔融的液态焊剂薄膜，将熔池与空气隔绝，大幅度减少焊接中的含有气体量，提高焊接韧性。 延长熔池的存在时间，强化冶金反应，有利于气孔、渣的溶出。 4.1.1.1为了保护熔池，保护熔池和空气，在熔池上复盖熔渣，同时防止金属氧化和吸气，提高焊接性能，同时减少散热，提高生产率，防止强光辐射的喷嘴结构，应尽量使气体以层流方式流出。 CO2气体CO2是无色无味气体，密度是空气的1.5倍，常温下

6、稳定，但在高温下容易分解。 由于CO2气体密度大，受热体积膨胀大，因此在空气保护焊接熔池和电弧的隔离上是有效的。 但是，CO2气体是氧化性气体，在高温下分解为CO和O2: CO2 CO O2，因此二氧化碳在高温时具有强氧化性。 氩气是惰性气体，在高温下不溶于液态金属，不与金属发生化学反应，因此氩气是理想的保护气体。 氩弧的温度很高，一点火电弧就稳定。 氩弧焊一般要求氩气纯度达到99.9%，中国生产的工业纯氩气纯度达到99.9%，完全符合氩弧焊的要求。 电弧焊前除油、除锈、除水等准备工作要求严格，影响焊接质量。 渣气联合保护利用渣的良好冶金反应和焊接成形特点以及气体的优良电弧热效率和稳定弧作用，

7、可以得到良好的熔池保护效果。 焊条的药皮和二氧化碳加药芯等。 用填充金属填充焊接，提高焊接性能，使焊接和母材等的强度，用焊丝和焊芯(填充金属)使合金元素过渡。 常用的焊条钢芯为碳钢丝、合金钢丝、不锈钢丝。 h表示焊接用钢丝，其后两位数字表示碳含量的万分之数，a表示高级优质钢，e表示特级优质钢。4.1.1.2电焊棒、电焊棒的组成和作用组成：焊芯和药皮作用：焊芯填充金属药皮稳定弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘接等。 药皮必须含有造气剂和造渣剂。 药皮中还应含有稳定剂和合金化剂、脱氧剂、脱硫剂和除氢剂等。 焊条种类和编号种类：结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、钛

8、和钛合金焊条、铝和铝合金焊条、铜和铜合金焊条、特殊用途焊条。 编号：以结构钢焊条为例： 422其中：结构钢焊条焊接金属抗拉强度为药皮型(钛钙型)和电源种类(交直流) 507以上的低氢、直流、酸性药皮和碱性药皮两种性质酸性药皮加工性好，碱性药皮加工性差。 碱药皮中有益元素多，能提高焊接接头的力学性能。 由于碱性药皮不含有有机物，因此也称为低氢型药皮。 可以提高焊接金属的耐裂性。 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水敏感性大，容易发生溅射和CO气孔。 碱性药皮在高温下容易生成大量有毒物质(如HF )，应注意通风。 电焊条的选择原则等的强度原则：低碳钢和普通低合金钢部件，一般要求焊接金属和母材等的强度，因

9、此可以根据钢材的强度等级选择相应的焊条。 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选择。 主要因焊接物的结构形状、钢板厚度、负荷特性、耐裂性能而异。低碳钢和低合金结构钢的焊接，可以在某钢接头中用强度低的钢材选择相应的焊条。 焊接不锈钢、耐热钢等要求特殊性能的钢材时，请选择相应的专用焊条。4.1.2焊接接头的组织和性能，焊接热原的高温集中焊接部金属熔化，向工件金属传热，焊接及邻近部金属的组织和性能必然发生变化。 在焊接部焊接接头的横截面上测量的焊接金属的区域。 熔接部的熔接线两侧有狭窄的焊接和热影响部的过渡部。 热影响部-受到焊接热循环的影响，焊接附近的母材在焊接热的作用下引起组织和性能变化的区域(过

10、热部、正火部、部分相变部)。 热影响部的过热部会对焊接接头产生不良影响，请尽量减小。 熔接部分成分不均匀，组织粗大的过热组织或淬火组织，是焊接接头中最差的部位。 在低碳钢焊接接头中，熔接部狭窄，但强度、塑性、韧性降低，而且在此接头截面发生变化，引起应力集中，很大程度上决定了焊接接头的性能。 焊接热循环的特点是加热和冷却速度快，对于容易淬火的钢，对于容易引起马氏体相变的其他材料，容易产生焊接变形、应力和裂纹。 焊接热影响部、焊接的组织和性能热源被去除后，熔池焊接中的液体金属立即开始冷却结晶，像垂直熔接线那样向熔池中心成长为柱状枝晶。 低熔点物质挤压焊道最后的结晶部位，形成成分偏析。4.1.3焊接

11、变形和焊接应力、焊接应力和变形产生的原因：焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的约束，不能自由膨胀和收缩。 产生焊接应力和变形，约束大时(例如大平板对接时)，产生残馀应力，没有残馀变形。 如果约束小(例如小板对接焊接)，则会同时发生残馀应力和残馀变形。 焊接后的变形形式主要有尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭转变形、波浪变形等。 焊接变形和应力的危害工件焊接后发生变形和应力会对结构的制造和使用产生不良影响。 可能会产生焊接变形、不要求焊接结构的尺寸、组装困难、间隙的大小不一致等，影响焊接物的品质。 焊接残馀应力会增加工件动作时的内部应力，降低负荷能力，有时会引起裂纹，有时会脆裂，应力的存在会诱发应力

12、腐蚀裂纹。 残馀应力是不稳定的状态，在一定的条件下衰减产生一定的变形，使构件的尺寸不稳定，因此需要减少焊接变形和应力来防止。焊接应力的防止和消除，采取合理的焊接顺序，使焊接自由收缩，减少应力(图a )。 另一方面，图b通过预先焊接焊道1，对焊道2的约束度增加，残馀应力增大。 焊接时不要有密集的交叉截面。 请尽量减小长度，减小焊接的局部加热，减少焊接应力。 采用小能量、多层焊接，还可以降低焊接应力。 焊接前的预热可以减少工件温度差，也可以减少残馀应力。 当焊接仍处于较高温度时，锤焊可伸长金属，减少焊接残馀应力。 焊接后进行消除应力的退火，可以消除残馀应力。焊接变形的防止和消除，焊接对称配置，采用

13、逆变形方法，对称焊接和阶梯卷帘焊接，采用多层多道焊接，可减少焊接变形，焊接前刚性固定，限制焊接变形的发生，这会产生较大的焊接应力。 即使通过定位焊接进行组装也能防止焊接变形。消除变形的方法、防止角变形、防止扭转变形、严重的焊接变形应该消除，多采用机械矫正法，通常只适用于塑性好的低碳钢和普通的低合金钢。 火焰矫正法是一种利用火焰加热的热变形方法，一般适用于塑性好、没有淬火倾向的材料。思考问题，考虑减少焊接应力，如果对图1所示的钢板进行拼焊，应该如何决定焊接顺序，如图所示，说明理由。图1、4.1.4焊接方法及工艺、4.1.4.1手弧焊(略)4.1.4.2埋弧焊4.1.4.3气体保护弧焊4.1.4弧

14、焊由于被焊剂包围而燃烧，所以热效率高的焊丝连续埋弧焊适用于平长焊接和环焊接。埋弧自动焊接、埋弧自动焊接工序、埋弧焊接的工艺焊接前准备板厚小于14mm时，可不打开坡口的板厚为1422mm时，请打开y型坡口板厚为2250mm时，可以是双y形或u形坡口。 y型和双y型坡口的角度为5060。 焊接间隙均匀，焊接直缝时，必须安装起弧板和消弧板，使起弧板和消弧时产生的气孔、夹杂物、收缩孔、收缩等缺陷不能进入工件焊接中，为了提高生产率，使用水冷铜成形底板进行单面焊接如果用环焊焊接环焊，则焊丝的起弧点必须与环的中心线相距距离e，以防止熔池金属流动。 一般的偏移距离为20 40mm，直径小于250mm的环缝不采

15、用埋弧自动焊接。 多丝埋弧焊同时有两条以上的焊丝开始焊接，焊接速度高，焊接成形好。 前电弧保证熔深，后电弧调节熔宽，使熔池形状和焊接成形合理。 埋弧焊的应用埋弧焊主要用于压力容器的环焊和直焊、锅炉冷却壁的长直焊、船舶和潜艇箱的焊接、起重机械(行驶)和冶金机械(高炉轴)的焊接。4.1.4.3气体保护弧焊、弧焊在氩气保护弧热源及焊接部进行焊接。 钨极电弧焊以钨锶合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点高、电子发射能力强、阴极发热少、钨极寿命长的特点，形成不熔化极电弧焊。 不熔极弧焊、钨极弧焊工序、熔极弧焊以焊丝为一方电极(正极)、工件为另一方电极(负极)，焊丝的熔滴通常呈细粒“喷射过渡”进入熔池，使用

16、电流较大，生产率高。 板厚8mm以上的铝容器。 为了使电弧稳定，消耗极电弧焊通常采用直流逆接，这对铝焊工件正好有“阴极破碎”作用。 脉冲电弧焊将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲焊接，低脉冲用于维电弧和凝固，能控制焊接的尺寸和焊接质量。 弧焊特点及应用机械保护效果好，焊接金属纯净，焊接质量优良，焊接成形美观。 电弧稳定，可单面焊接双面成形。 可进行全位置自动焊接。 氩气高，成本高。 弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。 例如铝、钛、不锈钢等。4.1.4.4二氧化碳焊接，以CO2为保护气体，以焊丝为电极点火电弧，实现半自动焊接或自动焊接。 CO2气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。 但是，CO2在高温下容易分解为CO和o，引起合金元素的氧化、熔池金属的飞散和CO气孔。 焊接用CO2