熔焊方法及设备绪论课件.ppt

1、熔焊方法及设备熔焊方法及设备 绪绪 论论 0.1 焊接方法的发展及分类焊接方法的发展及分类1.焊接方法的发展焊接方法的发展 焊接作为一种实现材料永久性连接的方法，被焊接作为一种实现材料永久性连接的方法，被广泛地应用于机械制造、石油化工、石油及天然气广泛地应用于机械制造、石油化工、石油及天然气管道、桥梁、船舶、建筑、动力工程、交通车辆、管道、桥梁、船舶、建筑、动力工程、交通车辆、航空航天等各个工业部门，已成为现代机械制造工航空航天等各个工业部门，已成为现代机械制造工业中不可缺少的加工工艺方法。而且，随着国民经业中不可缺少的加工工艺方法。而且，随着国民经济的发展，其应用领域还将不断地被拓宽。济的发

2、展，其应用领域还将不断地被拓宽。2 焊接方法的分类焊接方法的分类 焊接方法发展到今天焊接方法发展到今天，不仅有基本焊接方法不仅有基本焊接方法，而而且有复合焊接方法。基本焊接方法的数量已不下几十且有复合焊接方法。基本焊接方法的数量已不下几十种。那么如何对基本焊接方法进行分类呢种。那么如何对基本焊接方法进行分类呢？我们可以我们可以从不同的角度对其进行分类。例如从不同的角度对其进行分类。例如，按照电极焊接时按照电极焊接时是否熔化是否熔化，可以分为熔化极焊和非熔化极焊可以分为熔化极焊和非熔化极焊；按照自按照自动化程度可分为手工焊、半自动焊、自动焊等动化程度可分为手工焊、半自动焊、自动焊等；另外另外，还

3、有族系法、一元坐标法、二元坐标法等分类方法。还有族系法、一元坐标法、二元坐标法等分类方法。其中其中,最常用的是族系法最常用的是族系法,它是按照焊接工艺特征来进行它是按照焊接工艺特征来进行分类分类，即按照焊接过程中母材是否熔化以及对母材是即按照焊接过程中母材是否熔化以及对母材是否施加压力进行分类。按照这种分类方法否施加压力进行分类。按照这种分类方法，可以把基可以把基本焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类本焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三大类，在每一大在每一大类方法中又分成若干小类类方法中又分成若干小类，如图如图0-3所示。所示。图图0-3基本焊接方法的分类基本焊接方法的分类 熔焊是在不施加压力的情况

4、下熔焊是在不施加压力的情况下，将待焊处的母材加将待焊处的母材加热熔化以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不热熔化以形成焊缝的焊接方法。焊接时母材熔化而不施加压力是其基本特征。根据焊接热源的不同施加压力是其基本特征。根据焊接热源的不同，熔焊熔焊方法又可分为方法又可分为：以电弧作为主要热源的电弧焊以电弧作为主要热源的电弧焊，包括包括焊条电弧焊、埋弧焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极焊条电弧焊、埋弧焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、氩弧焊、CO2气体保护电弧焊、等离子弧焊等气体保护电弧焊、等离子弧焊等；以化学以化学热作为热源的气焊热作为热源的气焊；以熔渣电阻热作为热源的电渣焊以熔渣电阻热作为热源的

5、电渣焊；以高能束作为热源的电子束焊和激光焊等以高能束作为热源的电子束焊和激光焊等。熔焊方法熔焊方法压焊方法压焊方法 压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）才能完成焊接的方法。焊接时施加压力是其基本特征。热）才能完成焊接的方法。焊接时施加压力是其基本特征。这类方法有两种形式：一种是将被焊材料与电极接触的部这类方法有两种形式：一种是将被焊材料与电极接触的部分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，分加热至塑性状态或局部熔化状态，然后施加一定的压力，使其形成牢固的焊接接头，如电阻焊、摩擦焊、气压焊、使其形成牢固的焊接接头，如电阻焊、

6、摩擦焊、气压焊、扩散焊、锻焊等；第二种是不加热，仅在被焊材料的接触扩散焊、锻焊等；第二种是不加热，仅在被焊材料的接触面上施加足够大的压力，使接触面产生塑性变形而形成牢面上施加足够大的压力，使接触面产生塑性变形而形成牢固的焊接接头，如冷压焊、爆炸焊、超声波焊等。固的焊接接头，如冷压焊、爆炸焊、超声波焊等。钎焊方法钎焊方法 钎焊是焊接时采用比母材熔点低的钎料钎焊是焊接时采用比母材熔点低的钎料，将钎料将钎料和待焊处的母材加热到高于钎料熔点和待焊处的母材加热到高于钎料熔点，但低于母材熔但低于母材熔点的温度点的温度，利用液态钎料润湿母材利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙填充接头间隙，并与母材相互扩散而实

7、现连接的方法。其特征是焊接并与母材相互扩散而实现连接的方法。其特征是焊接时母材不发生熔化时母材不发生熔化，仅钎料发生熔化。根据使用钎料仅钎料发生熔化。根据使用钎料的熔点的熔点，钎焊方法又可分为硬钎焊和软钎焊钎焊方法又可分为硬钎焊和软钎焊，其中硬其中硬钎焊使用的钎料熔点高于钎焊使用的钎料熔点高于450，软钎焊使用的钎料熔软钎焊使用的钎料熔点低于点低于450。另外另外，根据钎焊的热源和保护条件的不根据钎焊的热源和保护条件的不同也可分为火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎同也可分为火焰钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、盐浴钎焊等若干种焊等若干种。0.2 熔焊方法的物理本质及其特点熔焊方法的物理本质及其特点1

8、 熔焊方法的物理本质熔焊方法的物理本质 焊接下的定义是：焊接下的定义是：“焊接是通过加热焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工方法。材料，使工件达到结合的一种加工方法。”固体材料之所以能够保持固定的形状是由于其内部原子之固体材料之所以能够保持固定的形状是由于其内部原子之间的距离足够小，使原子之间能形成牢固的结合力。要想将材间的距离足够小，使原子之间能形成牢固的结合力。要想将材料分成两块，必须施加足够大的外力破坏这些原子间的结合才料分成两块，必须施加足够大的外力破坏这些原子间的结合才能达到。同样道理，要想将两块固体材料

9、连接在一起，必须使能达到。同样道理，要想将两块固体材料连接在一起，必须使这两块固体的连接表面上的原子接近到足够小的距离，使其产这两块固体的连接表面上的原子接近到足够小的距离，使其产生足够的结合力才行。生足够的结合力才行。图图0-4是一个双原子模型是一个双原子模型，两个原子之间既存在引力两个原子之间既存在引力，也存也存在斥力在斥力，其结合力取决于两原子之间引力和斥力共同作用的结其结合力取决于两原子之间引力和斥力共同作用的结果。当两原子之间的距离为果。当两原子之间的距离为rA时时，结合力最大结合力最大；当两原子之间的当两原子之间的距离大于或小于距离大于或小于 rA 时时，结合力都显著减小。对于大多

10、数金属来结合力都显著减小。对于大多数金属来说说，rA=0.30.5nm。这就告诉我们。这就告诉我们，要把两个分离的构件焊接要把两个分离的构件焊接在一起在一起，从物理本质上讲从物理本质上讲，就是要采取措施就是要采取措施，使这两个构件连使这两个构件连接表面上的原子相互接近到接表面上的原子相互接近到 rA，这样就能使两个分离体的原子这样就能使两个分离体的原子间产生足够大的结合力间产生足够大的结合力，从而达到永久性连接的目的从而达到永久性连接的目的。图图0-4原子之间的相互作用力与距离的关系原子之间的相互作用力与距离的关系1斥力斥力2引力引力3合力合力 对于实际焊件，不采取一定措施要做到这一点是非常困

11、难的，对于实际焊件，不采取一定措施要做到这一点是非常困难的，这是因为：一是连接表面的表面粗糙度比较大，即使经过精密磨削这是因为：一是连接表面的表面粗糙度比较大，即使经过精密磨削加工，其表面粗糙度仍有几到几十微米，从微观上看仍是凹凸不平加工，其表面粗糙度仍有几到几十微米，从微观上看仍是凹凸不平的；二是连接表面常常带有氧化膜、油污和水分等，阻碍连接表面的；二是连接表面常常带有氧化膜、油污和水分等，阻碍连接表面紧密地接触，因此，要想实现焊接，必须采取有效的措施才行。那紧密地接触，因此，要想实现焊接，必须采取有效的措施才行。那么可以采取哪些措施呢？实践表明，可以采取以下几种措施么可以采取哪些措施呢？实

12、践表明，可以采取以下几种措施:1)利用热源加热被焊母材的连接处利用热源加热被焊母材的连接处，使之发生熔化使之发生熔化，利用液相之利用液相之间的相溶及液、固两相原子的紧密接触来实现原子间的结合间的相溶及液、固两相原子的紧密接触来实现原子间的结合。2)对被焊母材的连接表面施加压力对被焊母材的连接表面施加压力，在清除连接面上的氧化膜和在清除连接面上的氧化膜和污物的同时污物的同时，克服两个连接表面上的不平度克服两个连接表面上的不平度，或产生局部塑性变或产生局部塑性变形形，从而使两个连接表面的原子相互紧密接触从而使两个连接表面的原子相互紧密接触，并产生足够大的并产生足够大的结合力。如果在加力的同时加热结

13、合力。如果在加力的同时加热，则使得上述过程更容易进行则使得上述过程更容易进行。3)对填充材料进行加热使之熔化对填充材料进行加热使之熔化，利用液态填充材料对固态母材利用液态填充材料对固态母材润湿润湿，使液、固两相的原子紧密接触使液、固两相的原子紧密接触,充分扩散充分扩散，从而产生足够大从而产生足够大的结合力的结合力。以上三项措施正是熔焊方法、压焊方法和以上三项措施正是熔焊方法、压焊方法和钎焊方法能够实现永久性连接的基本原理。钎焊方法能够实现永久性连接的基本原理。因此因此，熔焊方法的物理本质可以概括为熔焊方法的物理本质可以概括为：在在不施加外力的情况下不施加外力的情况下，利用外加热源使母材利用外加

14、热源使母材被连接处被连接处（以及填充材料以及填充材料）发生熔化发生熔化，使液使液相与液相之间、液相与固相之间的原子或分相与液相之间、液相与固相之间的原子或分子紧密地接触和充分地扩散子紧密地接触和充分地扩散，使原子间距接使原子间距接近到近到 rA，并通过冷却凝固将这种冶金结合保并通过冷却凝固将这种冶金结合保持下来的焊接方法。持下来的焊接方法。2 熔焊方法的特点熔焊方法的特点 (1)焊接时母材局部在不承受外加压力的情况下焊接时母材局部在不承受外加压力的情况下被加热熔化被加热熔化 这一特点使熔焊方法既区别于压焊方法，也区别这一特点使熔焊方法既区别于压焊方法，也区别于钎焊方法。压焊时，一般母材不发生熔

15、化，虽然有于钎焊方法。压焊时，一般母材不发生熔化，虽然有些压焊方法（如电阻点焊、缝焊等）在焊接过程中母些压焊方法（如电阻点焊、缝焊等）在焊接过程中母材局部也会被加热至熔化，但它同时还承受着外加压材局部也会被加热至熔化，但它同时还承受着外加压力的作用。而钎焊时，母材则根本不发生熔化，仅钎力的作用。而钎焊时，母材则根本不发生熔化，仅钎料发生熔化。料发生熔化。(2)焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施焊接时须采取更为有效的隔离空气的措施 由于空气对焊缝金属有有害作用由于空气对焊缝金属有有害作用，因此各类熔焊方法均须因此各类熔焊方法均须考虑对焊缝金属的保护问题。这是由于熔焊时金属处于熔化状考虑对焊缝金

16、属的保护问题。这是由于熔焊时金属处于熔化状态态，而且其温度相对于其他两类方法来说更高而且其温度相对于其他两类方法来说更高，如果将其裸露如果将其裸露在空气中在空气中，能与空气之间发生非常激烈的化学冶金反应能与空气之间发生非常激烈的化学冶金反应，因此因此，必须采取更为有效的隔离空气措施才能保证焊缝质量。已采取必须采取更为有效的隔离空气措施才能保证焊缝质量。已采取的保护措施有的保护措施有：熔渣保护熔渣保护，即利用焊接材料产生的熔渣覆盖即利用焊接材料产生的熔渣覆盖在熔池、熔滴表面在熔池、熔滴表面，使之与空气隔离使之与空气隔离，例如埋弧焊、电渣焊等例如埋弧焊、电渣焊等；气体保护气体保护，即由外界向焊接区

17、通入气体将空气排开即由外界向焊接区通入气体将空气排开，例如钨例如钨极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、CO2气体保护电弧焊等气体保护电弧焊等；气渣联合保护气渣联合保护，即利用焊接材料在焊接时同时产生熔渣和气即利用焊接材料在焊接时同时产生熔渣和气体来进行保护体来进行保护，例如焊条电弧焊和具有造气成分的药芯焊丝电例如焊条电弧焊和具有造气成分的药芯焊丝电弧焊等弧焊等；真空保护真空保护，例如真空电子束焊等例如真空电子束焊等。(3)两种被焊材料之间须具有必要的冶金相容性两种被焊材料之间须具有必要的冶金相容性 这就是说，并不是任意两种成分的材料都可以实现这就是说，并不是任意两种

18、成分的材料都可以实现熔焊的，只有当两种材料的化学成分在高温液态时能形熔焊的，只有当两种材料的化学成分在高温液态时能形成互溶液体，并能在随后的冷却凝固过程中形成所需要成互溶液体，并能在随后的冷却凝固过程中形成所需要的冶金结合时才能实现熔焊。一般来说，同种成分的材的冶金结合时才能实现熔焊。一般来说，同种成分的材料由于具有很好的冶金相容性，容易实现熔焊；异种材料由于具有很好的冶金相容性，容易实现熔焊；异种材料之间由于在晶格类型、晶格参数、原子半径及电负性料之间由于在晶格类型、晶格参数、原子半径及电负性方面存在较大差异，熔焊往往比较困难，有些材料之间方面存在较大差异，熔焊往往比较困难，有些材料之间甚至

19、不能熔焊，例如铁与镁之间就很难直接进行熔焊。甚至不能熔焊，例如铁与镁之间就很难直接进行熔焊。(4)焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程焊接时焊接接头经历了更为复杂的冶金过程 熔焊时，焊缝金属不仅要经历加热熔化过程，熔焊时，焊缝金属不仅要经历加热熔化过程，而且往往要经历化学冶金过程、凝固结晶过程、固而且往往要经历化学冶金过程、凝固结晶过程、固态相变过程等。另外，热影响区也要同时经历复杂态相变过程等。另外，热影响区也要同时经历复杂的冶金过程，例如由于加热引起的固态相变过程和的冶金过程，例如由于加热引起的固态相变过程和由于冷却引起的固态相变过程等。而压焊和钎焊相由于冷却引起的固态相变过程等。而压焊

20、和钎焊相对来说要简单得多，虽然有些压焊方法也有熔化过对来说要简单得多，虽然有些压焊方法也有熔化过程，但由于是被固相金属所包裹，通常不会发生像程，但由于是被固相金属所包裹，通常不会发生像熔焊那样复杂的化学冶金过程。熔焊那样复杂的化学冶金过程。0.3 课程性质、任务及内容课程性质、任务及内容 本课程的任务是使学生掌握有关熔焊方法本课程的任务是使学生掌握有关熔焊方法及设备的基础理论、各种熔焊方法的原理、焊及设备的基础理论、各种熔焊方法的原理、焊接设备、焊接材料、焊接工艺以及有关的实验接设备、焊接材料、焊接工艺以及有关的实验技能。学生通过学习，能够根据工程的实际需技能。学生通过学习，能够根据工程的实际

21、需要，选用适宜的熔焊方法，选用和调试设备，要，选用适宜的熔焊方法，选用和调试设备，选用焊接材料以及制订焊接工艺，初步具备分选用焊接材料以及制订焊接工艺，初步具备分析和解决焊接生产实际问题的能力。析和解决焊接生产实际问题的能力。本课程的主要内容有：本课程的主要内容有：1)关于焊接电弧、熔滴过渡、焊缝成形以及电弧焊自动控制等方关于焊接电弧、熔滴过渡、焊缝成形以及电弧焊自动控制等方面的基础理论面的基础理论。2)以电弧作为热源的各种电弧焊方法的基本原理、焊接设备、焊以电弧作为热源的各种电弧焊方法的基本原理、焊接设备、焊接材料和焊接工艺。焊接方法包括埋弧焊、钨极惰性气体保护接材料和焊接工艺。焊接方法包括

22、埋弧焊、钨极惰性气体保护焊、熔化极氩弧焊、焊、熔化极氩弧焊、CO2气体保护电弧焊和等离子弧焊气体保护电弧焊和等离子弧焊，以及以及由它们派生出来的一些方法由它们派生出来的一些方法。3)以熔渣电阻热作为热源的电渣焊的基本原理、焊接设备、焊接以熔渣电阻热作为热源的电渣焊的基本原理、焊接设备、焊接材料和焊接工艺材料和焊接工艺，以及由其派生出来的一些方法以及由其派生出来的一些方法。4)以高能束作为热源的电子束焊和激光焊的基本原理、焊接设备以高能束作为热源的电子束焊和激光焊的基本原理、焊接设备和焊接工艺和焊接工艺，以及由它们派生出来的一些方法以及由它们派生出来的一些方法。5)由基本熔焊方法复合而成的复合焊的基本原理、特点及应用。由基本熔焊方法复合而成的复合焊的基本原理、特点及应用。复合焊方法包括等离子弧复合焊方法包括等离子弧-GMA复合焊、激光复合焊、激光-电弧复合焊和电弧复合焊和TIG-MIG复合焊等。复合焊等。