材料的连接讲义课件.ppt

1、【主要内容主要内容】 焊接的基本理论基础；焊接的基本理论基础； 典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合；典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合； 常用金属材料（结构钢、不锈钢、铝及铜有色金属）常用金属材料（结构钢、不锈钢、铝及铜有色金属）焊接性、焊接工艺要点；焊接性、焊接工艺要点； 简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺剂及胶粘工艺。 【重点重点】熔焊的冶金原理熔焊的冶金原理【目标目标】 掌握熔焊的冶金原理，通过了解焊接应力与变形、掌握熔焊的冶金原理，通过了解焊接应力与变形、焊接结构的脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀破坏的原焊接

2、结构的脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀破坏的原理及预防措施，掌握减少焊接应力及变形的要点；理及预防措施，掌握减少焊接应力及变形的要点； 了解常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备了解常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备选用焊接方法及相应的焊接材料的能力；选用焊接方法及相应的焊接材料的能力； 了解典型黑色金属、有色金属焊接性及焊接工艺要了解典型黑色金属、有色金属焊接性及焊接工艺要点；点； 了解粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶了解粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺粘工艺。 一、概述一、概述 1 1、连接方法的分类：、连接方法的分类：机械连接机械连接：用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件

3、将两分离型材或零用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程。件连接成一个复杂零件或部件的过程。物理化学连接：物理化学连接：用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及化学反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，化学反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，通常指钎焊、封接和胶接三类。通常指钎焊、封接和胶接三类。冶金连接冶金连接( (即焊接即焊接) )：通过加热或加压通过加热或加压( (或两者并用或两者并用) )使两个金使两个金属分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆属分离表面的原子达到晶格距离，并形

4、成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。接头的工艺过程。 2 2、焊接方法的分类、焊接方法的分类 根据被焊材料根据被焊材料(母材母材)是否熔化，焊接方法大致可分是否熔化，焊接方法大致可分为三大类：为三大类：熔焊熔焊、压焊压焊和和钎焊钎焊。 节省材料，减轻结构重量；节省材料，减轻结构重量；接头的密封性好，可承受高压；接头的密封性好，可承受高压；加工与装配工序简单，可缩短加工周期；加工与装配工序简单，可缩短加工周期；易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产品质量。品质量。 但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件会

5、产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺会产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺措施予以防止。措施予以防止。3、焊接特点、焊接特点焊接成形的应用焊接成形的应用在现代制造业中，焊接是应用最为广泛的连接成形工艺，在现代制造业中，焊接是应用最为广泛的连接成形工艺， 焊接成形的应用焊接成形的应用 焊接的实质：焊接的实质：使两个分离的物体通过加使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。的扩散作用形成一个整体的过程。二、焊接的实

6、质二、焊接的实质 两个分离的物体形成永久性结合的条件：两个分离的物体形成永久性结合的条件：首先必须使两个物体相互接近到首先必须使两个物体相互接近到0.3nm 0.5nm的距离，使之达到原子间的力能够互相作用的程的距离，使之达到原子间的力能够互相作用的程度。度。二、焊接的实质二、焊接的实质三、熔焊的焊接过程三、熔焊的焊接过程熔焊的焊接过程：熔焊的焊接过程：一般是利用热源一般是利用热源( (如电弧、气体火焰等如电弧、气体火焰等) )把工件待焊处局部加热到熔化，形成熔池，然后随着热把工件待焊处局部加热到熔化，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体金属冷却结晶而形成焊缝。源向前移去，熔池液体金属冷却

7、结晶而形成焊缝。熔焊过程包含：熔焊过程包含： 焊接冶金过程 焊接热过程 焊缝结晶过程 焊接冶金过程：焊接冶金过程：进行熔焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔进行熔焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、化形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、激烈的化学反应。激烈的化学反应。 熔焊过程中杂质的溶入及其有害作用熔焊过程中杂质的溶入及其有害作用 熔焊过程中，一些有害杂质元素（如氧、氮、氢、硫、磷等）会因各种原因溶入液态金属，影响焊缝金属的化学成分和性能。 氧化反应使焊缝中氧化反应使焊缝中C C、MnMn、SiSi等元素大量烧

8、损，形成夹渣、等元素大量烧损，形成夹渣、气孔，使焊缝力学性能降低。气孔，使焊缝力学性能降低。 Fe十20FeO C+OCO Mn+OMnO Si+20Si02 氧化形成FeOSiO2、MnOSi02等熔渣。q 焊接冶金过程焊接冶金过程 氮的存在易产生气孔，形成夹杂物，使焊缝力学性能氮的存在易产生气孔，形成夹杂物，使焊缝力学性能降低。降低。 氢的存在将会形成冷裂纹，并产生气孔，引起氢脆。氢的存在将会形成冷裂纹，并产生气孔，引起氢脆。 当焊缝金属中含硫量高时，会导致热脆性和热裂纹，当焊缝金属中含硫量高时，会导致热脆性和热裂纹，并能降低金属的塑性和韧性。磷的有害作用主要是引起并能降低金属的塑性和韧性

9、。磷的有害作用主要是引起金属脆化，严重地降低金属的低温韧性。金属脆化，严重地降低金属的低温韧性。 q 焊接冶金过程焊接冶金过程 焊接熔池化学冶金的特点焊接熔池化学冶金的特点 熔池金属温度高于一般冶金温度，金属元素蒸发较熔池金属温度高于一般冶金温度，金属元素蒸发较为强烈，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了为强烈，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了金属的活性，导致金属元素烧损或形成有害杂质。金属的活性，导致金属元素烧损或形成有害杂质。 熔池体积小，且周围是冷金属，冷却较快。熔池体积小，且周围是冷金属，冷却较快。化学成化学成分不均匀，且气体和杂质来不及浮出，容易产生气孔分不均匀，且气体和杂质

10、来不及浮出，容易产生气孔和夹渣等缺陷。和夹渣等缺陷。 q 焊接冶金过程焊接冶金过程 对熔化金属的保护和冶金处理对熔化金属的保护和冶金处理 减少有害元素进入熔池，对焊接区采取机械保护，减少有害元素进入熔池，对焊接区采取机械保护，防止空气污染熔化金属防止空气污染熔化金属 清除已经进入熔池中的有害杂质，增添合金元素，清除已经进入熔池中的有害杂质，增添合金元素，对熔池采用冶金处理。对熔池采用冶金处理。 脱氧反应 Mn+FeOFe+MnO Si+2FeO2Fe+SiO2 脱硫反应 Mn+FeSFe+MnS MnO+FeSFeO+MnS CaO+FeSFeO+CaS MgO+FeSFeO+MgSq 焊接冶

11、金过程焊接冶金过程焊接热循环：焊接热循环：在焊接热源的加热及随后的冷却过程中，在焊接热源的加热及随后的冷却过程中，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。热循环使焊缝附近金属相当于受到一次不同规范的热热循环使焊缝附近金属相当于受到一次不同规范的热处理。处理。焊接热循环的特点焊接热循环的特点：加热和冷却速度都很快。：加热和冷却速度都很快。每秒一百摄氏度以上，甚至每秒几百摄氏度。影响焊接热循环的因素影响焊接热循环的因素：焊件厚度、焊接接头形式、：焊件厚度、焊接接头形式、焊接方法、焊接工艺参数、焊前预热温度、焊后缓冷、焊接方法、焊接工艺参数、焊

12、前预热温度、焊后缓冷、施焊环境温度和母材导热性能等。施焊环境温度和母材导热性能等。 q 焊接热过程焊接热过程q 焊接熔池的结晶过程焊接熔池的结晶过程l 焊接熔池特征焊接熔池特征 体积小，冷却速度大。体积小，冷却速度大。 熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温度最高。度最高。 热源移动，凝固过程是一个动态过程热源移动，凝固过程是一个动态过程 液态金属对流强烈。液态金属对流强烈。熔池凝固及焊缝的形成熔池凝固及焊缝的形成 l 焊缝凝固特点焊缝凝固特点外延生长外延生长（联生结晶）（联生结晶）研究证明，熔池结晶主要是非自发形核起主要作用。熔池中液态金属开始凝

13、固时，熔池边界未熔的母材晶熔池中液态金属开始凝固时，熔池边界未熔的母材晶粒可作为非自发形核的现成基底，在很小的过冷度下，粒可作为非自发形核的现成基底，在很小的过冷度下，依附于母材晶粒逆热流方向生长，形成方向性很强的柱依附于母材晶粒逆热流方向生长，形成方向性很强的柱状晶，这种凝固特征就叫状晶，这种凝固特征就叫焊缝的外延生长焊缝的外延生长。 q 焊接熔池的结晶过程焊接熔池的结晶过程熔池中柱状晶的形成熔池中柱状晶的形成 弯曲柱状晶弯曲柱状晶 熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。典型的熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度和深度典型的熔池轮廓像不标准的椭球，

14、熔池的宽度和深度沿沿x x轴连续变化。轴连续变化。 熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。 焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大时，柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，柱状晶更弯曲。垂直于焊缝的柱状晶，易在焊缝中心形成脆弱的结合面，并出现纵向裂纹。v焊缝凝固特点焊缝凝固特点典型熔池形状典型熔池形状熔池的液相的等温线及晶体生长线示意熔池的液相的等温线及晶体生长线示意l 熔池凝固组织控制熔池凝固组织控制 实际焊缝中，由于化学成分，板厚和接头形式不同，不一定具有所有的凝固组织形态。 焊接操作规范改变时，

15、凝固组织将作较大的变化：焊接操作规范改变时，凝固组织将作较大的变化：当焊接速度增大时，焊缝中心往往容易出现大量当焊接速度增大时，焊缝中心往往容易出现大量等轴晶；等轴晶；当焊接速度较低时，主要为柱状树枝晶。当焊接速度较低时，主要为柱状树枝晶。当焊接电流较小时，主要是胞状晶；当焊接电流较小时，主要是胞状晶；焊接电流较大时，则转为粗大的树枝晶。焊接电流较大时，则转为粗大的树枝晶。粗大的树枝晶会降低焊缝金属的强度和韧性。粗大的树枝晶会降低焊缝金属的强度和韧性。q 焊接熔池的结晶过程焊接熔池的结晶过程焊缝晶粒粗细与冲击韧性的关系焊缝晶粒粗细与冲击韧性的关系1、细晶组织 2、粗晶组织 3、粗大柱状晶 目前

16、焊接过程中，主要是通过目前焊接过程中，主要是通过提高形核率提高形核率和和抑抑制晶粒长大制晶粒长大两个方面来两个方面来细化熔池凝固组织细化熔池凝固组织。 变质处理变质处理 振动结晶振动结晶：机械振动、超声振动和电磁搅拌。 优化焊接工艺参数优化焊接工艺参数：小线能量小线能量、多层焊和锤击多层焊和锤击焊道表面焊道表面等。 熔池凝固组织控制熔池凝固组织控制焊接接头：焊接接头：用焊接方法连接的接头，包括用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区、焊缝、熔合区、和焊接热影响区。和焊接热影响区。焊接热影响区焊接热影响区：指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母：指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材金属组织或性能发生变

17、化的区域。材金属组织或性能发生变化的区域。熔合线：熔合线：熔焊焊接接头的横截面上，宏观腐蚀所显示的熔焊焊接接头的横截面上，宏观腐蚀所显示的焊缝与母材（热影响区）交接的轮廓线。焊缝与母材（热影响区）交接的轮廓线。熔合区：熔合区：熔焊焊缝与母材（热影响区）交接的过渡区，熔焊焊缝与母材（热影响区）交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔合区。即熔合线处微观显示的母材半熔合区。四、焊接接头组织与性能的变化四、焊接接头组织与性能的变化 焊缝焊缝 焊缝焊缝是由熔池内的液态金属凝固而成的，属于铸造组织，晶是由熔池内的液态金属凝固而成的，属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶；粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶

18、；硫、磷等形成的低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝硫、磷等形成的低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，塑性降低，易形成热裂纹易形成热裂纹。由于焊接材料的合金化作用，由于焊接材料的合金化作用，焊缝的强度焊缝的强度一般一般不不低于母材。低于母材。 熔合区熔合区 焊缝向热影响区过渡的区域。是焊缝和母材金属的交界区，其焊缝向热影响区过渡的区域。是焊缝和母材金属的交界区，其加热温度处于固相线和液相线之间。加热温度处于固相线和液相线之间。 铸造组织铸造组织+ +受热长大的粗晶受热长大的粗晶。 性能：性能：接头中性能最差接头中性能最差。决定接头性能决定接头性能 热影响区热影响区 在焊接或切

19、割过程中，材料在焊接或切割过程中，材料因受热的影响因受热的影响( (但未熔化但未熔化) )而发生金而发生金相组织和力学性能变化的区域相组织和力学性能变化的区域。 一般包括过热区、正火区、部分相变区。一般包括过热区、正火区、部分相变区。 过热区：过热区：粗晶区粗晶区。具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性韧性。具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性韧性降低。降低。低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位。 正火区正火区：细晶区，其性能优于母材。：细晶区，其性能优于母材。 部分相变区部分相变区：晶粒大小不一，性能很不均匀，：晶粒大小不一，性能很不均匀，性能也较差性能也较差。

20、 焊接接头中焊接接头中熔合区熔合区和热影响区的和热影响区的过热区过热区的塑性和韧性的塑性和韧性明显下降，是低碳钢焊接热影响区中明显下降，是低碳钢焊接热影响区中力学性能最差力学性能最差的部位，的部位，会严重影响焊接接头的性能。会严重影响焊接接头的性能。 有时焊接结构的破坏不在焊缝上而是在热影响区内。有时焊接结构的破坏不在焊缝上而是在热影响区内。所以所以焊接结构上，热影响区越小越好焊接结构上，热影响区越小越好。焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。 焊接材料焊接材料 焊接方法焊接方法 焊接工艺焊接工艺 工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量

21、等。工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。 熔合比：熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。熔合比：熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。 焊后热处理焊后热处理 此外，接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊此外，接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。 q 影响焊接接头性能的因素影响焊接接头性能的因素 焊接时，焊件的焊接时，焊件的不均匀局部加热和冷却不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产是导致焊接应力和变形产生的根本原因。生的根本原因。q 焊接应力与变形的产生焊接应力与变形的产生 焊接应

22、力焊接应力：焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力。焊后焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力。焊后残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。 焊接变形：焊接变形：焊件由焊接而产生的变形称为焊接变形；焊后焊件残焊件由焊接而产生的变形称为焊接变形；焊后焊件残留的变形称为焊接残余变形。留的变形称为焊接残余变形。 四、焊接应力与变形四、焊接应力与变形v 焊接变形的形式焊接变形的形式 焊接变形的基本形式主要有焊接变形的基本形式主要有收缩变形、角变形、弯曲收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形变形、波浪变形、扭曲变形等。等。 图图8 纵向收缩变形纵向收缩

23、变形图图图图8 横向收缩变形横向收缩变形8- 弯曲变形弯曲变形图图8- 8- 角变形角变形图图8 波浪变形波浪变形 q 预防和减小焊接应力及焊接变形的措施预防和减小焊接应力及焊接变形的措施合理设计焊接结构合理设计焊接结构 焊前预热焊前预热 反变形法反变形法 刚性固定法刚性固定法 选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序 锤击焊缝法锤击焊缝法 强迫冷却法强迫冷却法 焊后热处理焊后热处理 四、焊接应力与变形四、焊接应力与变形平板焊接的反变形防止壳体焊接局部塌陷的反变形q 焊接变形的矫正焊接变形的矫正 机械矫正法机械矫正法 火焰矫正法火焰矫正法 q热裂纹热裂纹 热裂纹：热裂纹：焊接过程中，焊接接头冷却到

24、固相线附近的高温区产生的焊焊接过程中，焊接接头冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，称为热裂纹。接裂纹，称为热裂纹。部位：部位：焊缝区（焊缝内部、表面）焊缝区（焊缝内部、表面）原因：原因：在熔池液体金属的结晶过程中，由于在熔池液体金属的结晶过程中，由于低熔点杂质低熔点杂质偏析偏析在在晶界或焊缝中心线处，在晶界或焊缝中心线处，在焊接应力焊接应力的作用下产生的。因此，可以说的作用下产生的。因此，可以说热裂纹是由于冶金因素和力的因素造成的。热裂纹是由于冶金因素和力的因素造成的。五、焊接裂纹五、焊接裂纹 措施：措施：化学成分合理，控制焊接工艺。化学成分合理，控制焊接工艺。 具体措施具体措施主要有：主

25、要有：限制限制焊接材料和被焊钢材中产生焊接材料和被焊钢材中产生低熔点杂质的低熔点杂质的硫、磷、碳的含量硫、磷、碳的含量，控制焊接工艺参数控制焊接工艺参数以适当提高焊缝成形系数以适当提高焊缝成形系数( (如达到如达到1.31.3 2)2)，采用，采用小焊小焊接电流接电流和和合理的焊接顺序合理的焊接顺序以减小焊接应力等。以减小焊接应力等。 q热裂纹热裂纹 q 冷裂纹冷裂纹 冷裂纹：冷裂纹：冷却到较低温度（冷却到较低温度（300300以下）时产生的焊接裂纹。以下）时产生的焊接裂纹。延迟裂纹：延迟裂纹：较为常见、一定时间后才出现的焊接冷裂纹。较为常见、一定时间后才出现的焊接冷裂纹。部位部位：焊缝：焊缝

26、 ，近缝区，近缝区 原因原因： 接头产生淬硬组织接头产生淬硬组织 焊缝金属中扩散氢的聚集焊缝金属中扩散氢的聚集 焊接应力焊接应力五、焊接裂纹五、焊接裂纹措施措施：工艺合理，焊后热处理。工艺合理，焊后热处理。 具体措施具体措施主要有：主要有： 焊前预热和焊后缓冷；焊前预热和焊后缓冷； 选用碱性焊条；选用碱性焊条； 焊条、焊剂烘干；焊条、焊剂烘干； 清除锈、水、油污；清除锈、水、油污； 消氢处理；消氢处理； 合理的焊接顺序和小焊接电流；合理的焊接顺序和小焊接电流； 及时进行焊后热处理。及时进行焊后热处理。q 冷裂纹冷裂纹 焊接缺陷：焊接缺陷：工件焊后在接头处存留下来的不完整性。工件焊后在接头处存留

27、下来的不完整性。q常见缺陷类型常见缺陷类型 主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。 按发生的部位可分为表面缺陷和内部缺陷两类：按发生的部位可分为表面缺陷和内部缺陷两类：表面缺陷：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边表面缺陷：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边 和焊瘤等。和焊瘤等。内部缺陷：内部裂纹、内气孔、内部夹渣、内部未焊内部缺陷：内部裂纹、内气孔、内部夹渣、内部未焊 透或未熔合透或未熔合q缺陷危害：缺陷危害：减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中，减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中， 引起裂纹，降低疲劳强度，易

28、引起构件破裂而导致脆断。引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件破裂而导致脆断。 q常见焊接缺陷及产生原因常见焊接缺陷及产生原因 六、焊接成形常见缺陷及检验方法六、焊接成形常见缺陷及检验方法q 检验方法检验方法 表面缺陷：表面缺陷：一般用眼睛或低倍放大镜进行外规检查；对于表面微裂一般用眼睛或低倍放大镜进行外规检查；对于表面微裂纹，通常用渗透探伤或磁粉探伤。纹，通常用渗透探伤或磁粉探伤。 内部缺陷：内部缺陷：常用射线探伤和超声波探伤进行检查。常用射线探伤和超声波探伤进行检查。渗透探伤、磁粉探伤、射线探伤、超声波探伤渗透探伤、磁粉探伤、射线探伤、超声波探伤 致密性检验：致密性检验：水压试验、气压试验、煤

29、油试验等，水压试验、气压试验、煤油试验等，以上这些检验方法都属于以上这些检验方法都属于非破坏性检验，即所谓无损探伤。非破坏性检验，即所谓无损探伤。破坏性检验方法：破坏性检验方法：力学性能试验、化学分析、金相组织检验等。力学性能试验、化学分析、金相组织检验等。 六、焊接成形常见缺陷及检验方法六、焊接成形常见缺陷及检验方法【教学内容教学内容】 熔焊中的电弧焊、气体保护焊熔焊中的电弧焊、气体保护焊( (氩弧焊、氩弧焊、COCO2 2焊焊) )、等离子、等离子弧焊与切割等焊接方法的工艺过程、原理、特点及应用。弧焊与切割等焊接方法的工艺过程、原理、特点及应用。 软钎焊、硬钎焊的工艺过程、原理、特点及应用

30、。软钎焊、硬钎焊的工艺过程、原理、特点及应用。 压力焊中电阻焊（点焊、缝焊和对焊）、摩擦焊的工艺压力焊中电阻焊（点焊、缝焊和对焊）、摩擦焊的工艺过程、原理、特点及应用。过程、原理、特点及应用。 【教学目标教学目标】掌握常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备选用焊掌握常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备选用焊接方法的能力。接方法的能力。 q 原理及特点原理及特点焊条电弧焊：焊条电弧焊：利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的方利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的方法称为焊条电弧焊。法称为焊条电弧焊。 手工操作包括引燃电弧、送进焊条和沿焊缝移动焊条。手工操作包括引燃电弧、送进焊条和沿

31、焊缝移动焊条。 原理原理 特点及应用范围特点及应用范围 设备简单，操作灵活、成本低、适应性强等优点；设备简单，操作灵活、成本低、适应性强等优点； 但对焊工操作技术要求高，质量不稳焊，劳动条件差，生产率但对焊工操作技术要求高，质量不稳焊，劳动条件差，生产率低。低。电弧焊（电弧焊（- -）（焊条电弧焊）应用应用 目前应用最广泛的焊接方法，主要适用于焊接单件或小批量产品目前应用最广泛的焊接方法，主要适用于焊接单件或小批量产品，短的和不规则的、各种空间位置的以及其他不易实现机械化焊接的，短的和不规则的、各种空间位置的以及其他不易实现机械化焊接的焊缝。焊缝。 适宜板厚适宜板厚1.51.520mm20mm

32、；对于；对于1mm1mm以下的薄板不适用。以下的薄板不适用。 手工电弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、低温用钢手工电弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、低温用钢、铜及铜合金等金属材料的焊接以及铸铁补焊和各种材料的堆焊。、铜及铜合金等金属材料的焊接以及铸铁补焊和各种材料的堆焊。电弧焊（电弧焊（- -）（焊条电弧焊）1 1）焊条组成和作用）焊条组成和作用焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是金属丝，药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层焊芯是金属丝，药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。（1 1） 焊芯的作用：一是焊芯的作用：一是作为电极传导电流作为电极传导电流，二是熔化后

33、作为，二是熔化后作为填充填充金属与母材形成焊缝金属与母材形成焊缝。焊芯的化学成分和杂质含量直接影响焊缝质量。焊芯的化学成分和杂质含量直接影响焊缝质量。生产中有不同用途的焊丝(焊芯)，如焊条焊芯、埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、电渣焊焊丝等；焊接碳素钢和低合金钢的结构钢焊条常选用牌号为H08A或H08E的低碳钢焊丝为焊芯。H表示钢焊丝。08表示焊丝平均含碳量为Wc0.08%。A表示高级优质钢，而E表示特级优质钢。q 焊焊 条条（2 2） 药皮的作用药皮的作用： a. a. 改善焊接工艺性。改善焊接工艺性。 b. b. 对焊接区起保护作用。对焊接区起保护作用。 c. c. 起有益的冶金化学作用，使熔化金

34、属顺利进行脱氧、脱硫、起有益的冶金化学作用，使熔化金属顺利进行脱氧、脱硫、去氢等冶金化学反应，并补充被烧损的合金元素（渗合金如锰、钛去氢等冶金化学反应，并补充被烧损的合金元素（渗合金如锰、钛、鉬、钒、铌等）。、鉬、钒、铌等）。（3）焊条药皮的组成物按其作用分为）焊条药皮的组成物按其作用分为： 稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等。、增塑剂等。q 焊焊 条条（1）按用途不同分为十大类：）按用途不同分为十大类： 结构钢焊条结构钢焊条（J）、 钼及铬钼耐热钢焊条钼及铬钼耐热钢焊条（R）、 铬不锈钢焊条铬不锈钢焊条（G）

35、 铬镍不锈钢焊条铬镍不锈钢焊条（A） 堆焊焊条堆焊焊条（D） 低温钢焊条低温钢焊条（W） 铸铁焊条铸铁焊条（Z） 镍及镍合金焊条镍及镍合金焊条（Ni） 铜及铜合金钢焊条铜及铜合金钢焊条（T） 铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条（L） 特殊用途焊条特殊用途焊条。2）焊条分类）焊条分类 （2）按熔渣性质（碱度）不同可分为酸性焊条和碱性焊）按熔渣性质（碱度）不同可分为酸性焊条和碱性焊条两种条两种 a. 酸性焊条酸性焊条药皮含有多量酸性氧化物的焊条，药皮组分氧化性强。 b. 碱性焊条碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物和萤石的焊条，药皮组分还原性强。 2）焊条分类）焊条分类 一般原则：一般原则：焊缝金属焊缝金属

36、与与母材母材具有具有相同的使用性能相同的使用性能。 焊接低、中碳钢或低合金钢的结构件，按照焊接低、中碳钢或低合金钢的结构件，按照“等强等强”原则。若无等强要求，选强度级别较低、焊接工艺性好原则。若无等强要求，选强度级别较低、焊接工艺性好的焊条。的焊条。 焊接特殊性能钢焊接特殊性能钢( (不锈钢、耐热钢等不锈钢、耐热钢等) )和非铁金属，和非铁金属，按按照照“同成分同成分”、“等强等强”原则原则。 焊补灰铸铁焊补灰铸铁时，应选择时，应选择相适应相适应的的铸铁焊条铸铁焊条。 焊条工艺性能要满足焊条工艺性能要满足施焊操作施焊操作需要。需要。3 3）焊条的选用）焊条的选用酸性焊条和碱性焊条各有特点，选

37、用时应综合考虑各酸性焊条和碱性焊条各有特点，选用时应综合考虑各方面因素：方面因素： a. a. 从焊缝金属力学性能考虑从焊缝金属力学性能考虑 酸性焊条焊缝金属的塑性、韧性较低，抗裂性较差，适于普通结构钢件焊接。 碱性焊条焊缝金属力学性能，尤其是冲击韧性较好，抗裂性好，适于焊接承受交变冲击载荷的重要结构钢件和几何形状复杂、刚度大、易裂钢件。 b b. . 从焊接工艺性考虑从焊接工艺性考虑 酸性焊条焊缝成形较好，焊接烟尘较少，工艺性好； 碱性焊条稳弧性差，焊接电源多要求直流，飞溅大，对油污、水锈的敏感性大。焊接烟雾有毒，焊接工艺性较差。 c c. . 从经济性考虑从经济性考虑 和酸性焊条相比，碱性

38、焊条价格较高。 焊条类型选定后，还要根据焊件厚度等条件，确定焊条标称直径焊条类型选定后，还要根据焊件厚度等条件，确定焊条标称直径。通常是焊件越厚，焊条直径越大。通常是焊件越厚，焊条直径越大。 1 1、原理、原理 埋弧焊焊接过程：埋弧焊焊接过程： 埋弧焊焊缝形成过程：埋弧焊焊缝形成过程：电弧焊（二）电弧焊（二） 图图8.2 埋弧焊原理埋弧焊原理埋弧焊埋弧焊与焊条电弧焊与焊条电弧焊相比，有以下相比，有以下特点特点： 生产率高生产率高, , 比焊条电弧焊快比焊条电弧焊快5 51010倍倍 ； 焊接质量高，且稳定；焊接质量高，且稳定； 节省焊接材料；节省焊接材料； 劳动条件好。劳动条件好。 适于焊接长

39、直的适于焊接长直的平平焊缝或较大直径的焊缝或较大直径的环环焊缝。焊缝。 但焊前的准备工作量较大，对焊件坡口加工、接缝装配均匀性但焊前的准备工作量较大，对焊件坡口加工、接缝装配均匀性等要求较高。等要求较高。 不不适于焊接适于焊接3mm3mm以下厚度的薄板；以下厚度的薄板； 难以完成难以完成A1A1、NiNi等等氧化性极强氧化性极强金属及合金的焊接；金属及合金的焊接； 设备复杂，设备费用一次性投资较大，灵活性也较差，短焊缝设备复杂，设备费用一次性投资较大，灵活性也较差，短焊缝显示不出生产率高的特点。显示不出生产率高的特点。 2 2、埋弧焊特点及应用、埋弧焊特点及应用应用：应用：碳钢、低合金钢、不锈

40、钢、耐热钢，中、厚碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径板平焊长直缝，大直径d250mm环缝。环缝。是当今焊接生产中使用最普遍的焊接方法之一。是当今焊接生产中使用最普遍的焊接方法之一。 2 2、埋弧焊特点及应用、埋弧焊特点及应用气体保护电弧焊气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。电弧和焊接区的电弧焊。保护气体通常有两种：保护气体通常有两种：v惰性气体，包括氩弧焊、氦气焊、混合气体惰性气体，包括氩弧焊、氦气焊、混合气体保护焊等；保护焊等；vC0C02 2气体，简称气体，简称C0C02 2焊。焊。 电弧焊（三）电弧焊（三）

41、氩弧焊：用氩气保护电弧区和焊接区的弧焊方法。氩弧焊：用氩气保护电弧区和焊接区的弧焊方法。氩弧焊的质量较高：氩弧焊的质量较高：Ar是惰性气体；单原子分子气体。但氩气电离势高，引弧较困难。氩弧一旦引燃，电弧燃烧非常稳定，熔化的焊丝熔滴很容易呈稳定的轴向射流过渡，飞溅极小。 根据所用根据所用电极电极的不同，氩弧焊分为的不同，氩弧焊分为 熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 非非熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊（一）氩弧焊（一）氩弧焊1）原理及特点）原理及特点（1）原理）原理（2）分类）分类按操作方式按操作方式钨极氩弧焊分为：钨极氩弧焊分为：a.手工钨极氩弧焊手工钨极氩弧焊焊枪的移动和填充焊丝的添加完全靠操作者手焊枪的移

42、动和填充焊丝的添加完全靠操作者手工操作。工操作。b.自动钨极氩弧焊自动钨极氩弧焊如果工件固定焊枪移动，则焊枪移动和填充焊如果工件固定焊枪移动，则焊枪移动和填充焊丝的送进完全依靠机械自动进行。丝的送进完全依靠机械自动进行。按焊件电源按焊件电源分为直流和交流钨极氩弧焊分为直流和交流钨极氩弧焊直流焊直流焊又分为直流正接、直流反接和直流脉冲三种；又分为直流正接、直流反接和直流脉冲三种；交交流焊流焊分为正弦波交流、矩形波（方波）交流两种。分为正弦波交流、矩形波（方波）交流两种。 1、钨极氩弧焊、钨极氩弧焊（非非熔化极氩弧焊）熔化极氩弧焊）钨极氩弧焊原理钨极氩弧焊原理 机械保护效果好，机械保护效果好，能有

43、效地隔绝电弧和周围的空气，因而可成功地焊能有效地隔绝电弧和周围的空气，因而可成功地焊接易氧化、氮化及化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。接易氧化、氮化及化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。 电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形，填充焊丝电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形，填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝金属纯净，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊缝成形美观，焊接质量焊接质量优良。优良。 电弧稳定，电弧稳定，即使在很小的焊接电流下即使在很小的焊接电流下 （10A10A）时时仍可稳定燃烧，特别仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超

44、薄板的焊接。适用于薄板，超薄板的焊接。 明弧无渣，熔池可见度好，便于控制，易于实现机械化、自动化和明弧无渣，熔池可见度好，便于控制，易于实现机械化、自动化和全全位置焊接位置焊接； 焊接热影响区和变形小。因为电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，焊焊接热影响区和变形小。因为电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，焊缝周围气流冷却所致。缝周围气流冷却所致。 氩气昂贵，设备造价高，且氩气无脱氧去氢作用，焊前清理要求严格。氩气昂贵，设备造价高，且氩气无脱氧去氢作用，焊前清理要求严格。 只能在室内进行。只能在室内进行。（3）特点）特点 2）各种电流钨极氩弧焊特点及应用）各种电流钨极氩弧焊特点及应用阴极清理作用阴极清理

45、作用亦称为亦称为“阴极雾化阴极雾化”或或“阴极破碎阴极破碎”作用，仅在直流反接时才具有的一种去除焊件表面氧化膜作用，仅在直流反接时才具有的一种去除焊件表面氧化膜的作用。的作用。 去除氧化膜的机理：去除氧化膜的机理：熔池表面被质量大的正离子撞击熔池表面被质量大的正离子撞击，致使氧化膜破碎而被去除。，致使氧化膜破碎而被去除。多用交流，其负半周可消除氧化铝薄膜；多用交流，其负半周可消除氧化铝薄膜；I不能太大，不能太大，以防钨合金熔化，钨极氩弧焊口适用于以防钨合金熔化，钨极氩弧焊口适用于4mm薄板。薄板。脉冲钨极氩弧焊还适于焊接脉冲钨极氩弧焊还适于焊接0.8mm以下的薄板。以下的薄板。 阴极清理作用阴

46、极清理作用 2 2）应用）应用 钨极氩弧焊几乎可焊接所有金属和合金，但对钨极氩弧焊几乎可焊接所有金属和合金，但对于低熔点（低沸点）和易蒸发的于低熔点（低沸点）和易蒸发的PbPb、SnSn、ZnZn则难以则难以焊接。从生产率考虑所焊板材以焊接。从生产率考虑所焊板材以3mm3mm以下为宜。以下为宜。 对于某些厚壁压力容器和管道要求焊透的坡口对于某些厚壁压力容器和管道要求焊透的坡口打底焊、全位置焊和窄间隙焊也可适用。打底焊、全位置焊和窄间隙焊也可适用。 窄间隙焊接厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口开留有窄而深的间隙，采用气体保护焊或埋弧多层焊的焊接。 1、钨极氩弧焊、钨极氩弧焊（非非熔化极氩

47、弧焊）熔化极氩弧焊）1）原理）原理2、熔化极气体保护弧焊、熔化极气体保护弧焊熔化极熔化极气体保气体保护弧焊护弧焊原理原理应用应用 熔化极气体保护弧焊常用于焊接中厚板工件。熔化极气体保护弧焊常用于焊接中厚板工件。2、熔化极气体保护弧焊、熔化极气体保护弧焊氩弧焊的氩弧焊的 应用应用 氩弧焊几乎可用于焊接所有金属和氩弧焊几乎可用于焊接所有金属和合金，但氩气较贵，成本高，目前主要合金，但氩气较贵，成本高，目前主要适于焊接铝、钛及其合金、稀有金属锆、适于焊接铝、钛及其合金、稀有金属锆、钼、不锈钢、耐热钢等。钼、不锈钢、耐热钢等。特点特点(与手工电弧焊及埋弧焊相比)：生产率高。生产率高。 成本低。手工电弧

48、焊及埋弧焊的成本低。手工电弧焊及埋弧焊的40%40%50%50%。能耗低。能耗低。适用面广。可适用于各种位置的焊接。薄板可焊适用面广。可适用于各种位置的焊接。薄板可焊1mm1mm左左右。右。抗锈能力强。抗锈能力强。明弧无渣，熔池便于监控，易于实现焊接过程机械化明弧无渣，熔池便于监控，易于实现焊接过程机械化和自动化。和自动化。 （二）二氧化碳气体保护焊（二）二氧化碳气体保护焊应用：应用：COCO2 2电弧焊由于有氧化性，合金元素易烧损电弧焊由于有氧化性，合金元素易烧损主要主要用于低碳钢及低合金钢等黑色金属的焊接。用于低碳钢及低合金钢等黑色金属的焊接。对于不锈钢对于不锈钢，只能用于对焊缝性能要求不

49、高的不锈钢焊件。，只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。 （二）二氧化碳气体保护焊（二）二氧化碳气体保护焊压焊（一）压焊（一） 电阻焊电阻焊 电阻焊电阻焊：焊件组合后通过电极施加压力：焊件组合后通过电极施加压力, ,利用电流利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热电阻热将其将其加热加热到到熔化熔化或或塑性状态塑性状态, ,使之在压力条件下形成接头的焊接使之在压力条件下形成接头的焊接方法。方法。 分类：分类： 电阻焊按工艺特点主要分有：点焊、缝焊、凸焊和对焊；电阻焊按工艺特点主要分有：点焊、缝焊、凸焊和对焊； 按所用电流波形分有交流、直流和脉冲电流三大类。

50、按所用电流波形分有交流、直流和脉冲电流三大类。 每种电阻焊方法按所用电流波形不同又组合成若干小每种电阻焊方法按所用电流波形不同又组合成若干小类。 点焊点焊：将焊件装配成搭接接头：将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间并压紧在两电极之间，接通电流后利用电阻热将接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化焊件局部熔化，形成焊点的方形成焊点的方法。法。点焊分类点焊分类 按供电方式分为：按供电方式分为：单面、双面和间接点焊；单面、双面和间接点焊； 按一次形成的焊点数分：按一次形成的焊点数分：单点、双点和多点点焊；单点、双点和多点点焊； 按焊接电流波形可分为：按焊接电流波形可分为：工频、电容储能、直流冲击波、三