金属工艺学—焊接[优质]课件.ppt

1、1教学重点 焊接的特点、分类及应用，焊条电弧焊，常用金属材料的焊接。教学难点本课题重点与难点焊接应力与变形。2 焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或 不用填充材料，借助于金属原子扩散和结合，使分离的材料牢固地连接在一起的加工方法。第一节 概 述 熔焊 将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法 压焊 焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。钎焊 钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属（称为钎料），将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间隙并与固态母材通过扩散实现连接焊件的方法。焊接方法分为三大类3主要焊接

2、方法压力焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊钎焊软钎焊硬钎焊熔焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊手弧焊气体保护焊埋弧焊电阻焊4焊接的特点焊接与铆接等其他加工方法相比，具有减轻结构重量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性能高；工作过程中无噪音等优点。其不足之处是会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。焊接的应用焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。5气门芯气门芯6 一、手工电弧焊 第二节 手工电弧焊与气焊 手工电弧焊是熔焊一种,是

3、利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件，从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法。由于它使用的设备简单，操作灵活方便，能够适应各种条件下的焊接，因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法。但焊条电弧焊要求操作者技术水平较高，生产率较低，劳动条件较差。7（一）焊接过程 手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接,在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了凹坑。这个凹坑称为熔池。焊条作为一个电极,其端部在电弧的作用下不断被熔化,形成熔滴，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中,随着电弧的向

4、前移动,熔池尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝。电弧热还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，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。8 焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触,发生短路.强大的短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电质点的定向运动形成了焊接电弧。动画：电弧的形成62（二）焊接电弧1、电弧的产生9焊接电弧分三

5、个区域，阴极区，阳极区和弧柱区。各区域的热量是不同的。阴极区：热量约占电弧总热量的36；阳极区：热量约占电弧总热量的43；弧柱区：热量约占电弧总热量的21。2、电弧的组成及热量分布 用碳钢焊条焊接钢时，阳极区约为2600K，阴极区约为2400K，弧柱的温度约为（60008000）K10（2)交流电源焊接时，不存在正、反接问题。3、电弧的极性及应用（1)直流电源焊接 正接法：焊件接电源正极，焊条接负极。反接法：焊件接电源负极，焊条接正极。选择极性时，主要根据焊条的性质与焊件的厚度。正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件焊接；反接法用于薄板和有色金属焊接。11在电极材料、气体介质与弧

6、长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压之间的变化关系，称为电弧的静特性（伏-安特性），用静特性曲线来表示。4、电弧的静特性由图可知，当I焊（3050）A时，电弧电压U弧随焊接电流I焊的增大而急剧下降；当I焊增大到一定值（30A50A）后，电弧电压不再随I焊而变化，曲线接近水平。当电弧的弧长增大时，电弧电压相应的增大，电弧越短，电压越低。正常焊接时，弧长约为（24）mm，电弧电压为（1635）V12（二）手工电弧焊设备 手工电弧焊的主要设备是弧焊机，实际上是一种弧焊电源。按产生的电流种类不同，分为直流弧焊机和交流弧焊机。）直流弧焊机 直流弧焊机分焊接发电机和弧焊整流器两部分。（）焊接

7、发电机 焊接发电机由交流电动机和直流电焊发电机同轴组装而成。采用焊接发电机焊接时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构复杂，噪音大，成本高。焊接发电机适用于小电流焊接。（2）弧焊整流器 弧焊整流器是一种将交流电通过整流器转换为直流电的直流弧焊机。弧焊整流器没有旋转部分，结构简单，噪音小，维修容易，使用已趋普遍。13）交流弧焊机 它是符合焊接要求的降压变压器。工作原理如图所示，通过改变次级线圈抽头的接法和可动铁芯的位置，对焊接电流进行调节。交流弧焊机结构简单，制造方便，成本低廉，节省电能，使用可靠，维修方便。缺点是电弧不够稳定。交流弧焊机是一种常用的焊条电弧焊设备。14）焊钳和面罩 焊钳是用来夹持焊条

8、和传递电流的。面罩是用来保护眼睛和面部，以避免弧光伤害。15（三）电焊条（简称焊条）（1）电焊条的组成及其作用 手工焊焊条由焊芯和涂料（药皮）组成。焊芯焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。它起导电和填充 金属的作用。焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝。焊芯牌号：H+材料牌号（H08，H08Mn2Si）药皮药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。它起稳弧、造气、造渣、脱氧、粘结等作用。药皮必须含有造气剂和 造渣剂。还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。16（2）电焊条的分类与牌号根据药皮的性质及其作用，焊条分为：酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物比碱性氧化物多。具有良好的工艺性

9、能，交直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧度，不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故用于一般结构件的焊接。碱性焊条：工艺性能差，要求用直流电源施焊，但焊接质量好，用于重要的结构件及焊接性较差金属的焊接。电焊条的分类碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 堆焊焊条 铸铁焊条 镍及镍合金焊条 铜及铜合金焊条 铝及铝合金焊条 特殊用途焊条 17焊条的型号与牌号 GB 51171995 规定了碳钢焊条型号编制方法。E 4 3 1 5表示焊条第三位数字表示焊条的焊接位置“0”和“1”表示全位置焊接“2”表示平焊，平角焊“4”表示向下立焊第三位和第四位数字，表示焊接电流种类和药皮类型表示焊条药皮为低氢钠

10、型（15），并可采用直流反接焊接第一位和第二位数字表示熔敷金属抗拉强度最小值b430MPa18一种焊条型号有不同工艺性能的几种牌号 如J427和J427Ni，同属于E4315焊条型号。19（3）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。20（四）手弧焊工艺 1）接头形式

11、及坡口根据焊接的结构形状、厚度及工作条件，可选择不同的接头类型及坡口。焊接接头类型分为21焊件开坡口的目的在于保证焊透，增加接头强度，22（2）焊缝的空间位置 施焊时焊缝在空间的位置23（3）焊接规范 焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数，主要是焊条直径与焊接电流焊条直径 由工件厚度、焊缝位置和焊接层数等因素确定；选用较大直径的焊条，能提高生产率；但如用过大直径的焊条，会造成未焊透和焊缝成形不良。一般情况下，焊件厚度4mm时，焊条直径等于焊件厚度；4mm时，焊条直径为（46）mm。仰焊时，焊条直径一般不超过4mm。24焊接电流电流太大，焊条熔化过快，金属飞溅加剧，可能烧穿焊件；电流过小，电

12、弧不稳定，造成焊不透，生产率降低。一般焊接电流主要由焊条直径和焊缝位置确定 IKd 式中：I焊接电流，A；d焊条直径，mm；K经验系数，一般为2560；平焊时K取较大值；立、横、仰焊时取较小值。使用碱性焊条时焊接电流要比使用酸性焊条时略小。增大焊接电流能提高生产率，但电流过大，易造成焊缝咬边和烧穿等缺陷；焊接电流过小,使生产率降低，并易造成夹渣、未焊透等缺陷。25二、气焊二、气焊（一）气焊的实质、特点及应用 气焊是利用气体火焰作为热源的焊接方法。常用氧-乙炔火焰作为热源。气焊加热过程比较平稳、缓慢，生产率不高。气焊的热影响区大，焊后工件变形较大，火焰对熔池保护差，焊接质量不高。主要用于焊接厚度

13、3mm的薄钢板、有色金属及其合金，以及铸铁的焊补。6526（二）氧-乙炔焰乙炔与氧混合所形成的火焰，由焰心、内焰和外焰组成65距内焰末端（24）mm处温度最高，可达3150，此处为焊接区27根据氧与乙炔体积的混合比例，火焰分为中性焰碳化焰和氧化焰三种。65中性焰 当氧与乙炔体积混合比为1.11.2时，燃烧所形成的火焰，称为中性焰这种火焰对焊件无化学反应，应用最广，用于焊接碳钢、紫铜和低合金结构钢。碳化焰 当氧与乙炔体积混合比为1.1时，燃烧所形成的火焰，称为碳化焰。火焰中有过剩的乙炔，燃烧不完全。适用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金与镁合金等。氧化焰 当氧与乙炔体积混合比为1.2时，燃烧所形成的火

14、焰称为氧化焰。火焰中有过剩的氧，对熔池金属有强烈的氧化作用，适合焊接黄铜与镀锌铁板。28（三）气焊设备气焊所用设备有氧化瓶、乙炔瓶、减压器和焊炬等。这些设备用软管连接，形成工作系统。65氧化瓶是储存高压氧气的容器，有无缝钢管制造，表面涂天蓝色。使用时，应避免撞击和温度过高。乙炔瓶时表面涂白色的无缝钢管瓶，瓶内装有浸满丙酮的多孔充填物，以溶解乙炔。使用时，融入丙酮的乙炔通过瓶阀压力降低而不断逸出。减压器，又叫氧气表。作用是氧气瓶的输出压力降低为工作压力，并保持焊接过程中氧气压力不变焊炬，又叫焊枪。是将乙炔与氧气均匀混合，并调节火焰正常燃烧的气焊工具。每支焊炬备有5个孔径不同的焊嘴，以便用于焊接不

15、同厚度的焊件。29（四）气焊工艺气焊焊缝空间位置也分为平、横、立、仰四种。接头类型以对接为主。焊接低碳钢用的焊丝为普通的低碳钢丝，不用焊剂（药）。气焊工艺（1）确定乙炔的消耗量 焊接碳钢时，可按下列公式计算V=（100150）式中 V乙炔消耗量（L/h）钢板厚度（mm）计算出乙炔消耗量后，可选择相应的焊具及其焊嘴号6530（2）施焊方法按焊炬与焊丝沿焊缝移动方向的不同，分为左焊法和右焊法。左焊法是焊丝与焊炬同时向左移动，火焰指向待焊部分的操作方法。这种操作方法便于观察熔池与焊件表面的加热情况，但热量散失大，冷却较快，焊缝易氧化，适用于焊接5mm以下的薄钢板和低熔点的金属。右焊法是焊丝与焊炬同时

16、向右移动，火焰指向已焊部分的操作方法。此法对熔池保护好，焊缝冷却缓慢，热量利用率高。但是，不易掌握，主要用于焊接厚度为5mm以上的钢结构焊件。6531第三节 熔焊冶金原理 熔焊的本质及特点 熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。32 熔化焊的三要素 热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属

17、 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。33 电弧焊的冶金过程特点：电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态的时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出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。34 焊剂是由SiO2，MnO、MgO及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，使熔池与空

18、气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。（一）熔池的保护35 渣保护 为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣 一方面防止金属氧化和吸气 另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能 同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射 36 气保护 用于保护熔池和溶滴的气 体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体(如Ar或CO2)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。37 CO2气体 CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在

19、隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：CO2 CO+O2 所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。38 渣-气联合保护 利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及

20、二氧化碳加药芯。39 用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。由于温度的分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。（二）焊接接头的组织与性能40焊接热循环是在焊接热源作用下，焊接接头上某点的温度随时间的变化。如图所示。焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。1、焊接热

21、循环41 焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区三部分组成的。焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作 用发生组织或性能变化的区域2、焊接接头的组成423、焊缝的组织和性能 热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻开始冷却结晶，以垂直熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。43 在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。由于热影响区各点温度不同，热影响区可分

22、为过热区、正火区和部分相变区等。过热区，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小。熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。4、热影响区及熔合区的组织与性能44（1）熔合区 也称半熔化区，化学成分不均匀，金属组织晶粒粗大，其力学性能最差。（2）热影响区 由于热影响区各点温度不同，热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区等。）过热区。焊接时被加热到Ac3以上100200至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。因而其塑性及韧性很低，容易产生焊接裂纹。）正火区。被加热到Ac3至Ac3以上100200区间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的

23、铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。45 被加热到Ac1Ac3温度区间，珠光体和部分铁素体发生重结晶，晶粒细化；部分铁素体来不及转变。冷却后晶粒大小不均匀，其力学性能较差。综上所述，熔合区和过热区是焊接接头中比较薄弱的部分，对焊接质量影响最大。因此在焊接过程中尽可能减小其宽度。焊接接头组织和性能的好坏主要与焊接材料、焊接方法和焊接工艺有关，其中焊接工艺是影响焊接接头组织和性能的主要因素）部分相变区46第三节第三节 常用焊接方法常用焊接方法 一、埋弧自动焊 埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法47 埋弧焊的工艺 焊前准备 板厚小于14mm时，可不

24、开坡口；板厚为1422mm时，应开Y型坡口；板厚为2250mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为5060。48 焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中49 埋弧焊的特点及应用 埋弧自动焊因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于成批生产中平直长焊缝和较大直径环缝的平焊。因此，被广泛用于大型容器和钢结构焊接生产中。50 钨极氩弧焊的特点是用钨作为电极。钨的熔点较高。钨极在焊接时不熔化，

25、仅起产生电弧、发射电子的作用。焊接时，在钨极与工件之间建立电弧，填充焊缝的焊丝从一侧进入。钨极氩弧焊一般用于焊接4mm以下的薄板。钨极氩弧焊正极的发热量和温度高于负极。为了避免钨极过热，除了焊铝合金以外，钨极氩弧焊都采用直流正接。67动画：钨极氩弧焊1、氩弧焊 以氩气作为保护气体的电弧焊。分钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊 二、气体保护焊 51 熔化极氩弧焊 以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡”进入熔池，所用电流比较大，生产率高。板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用直流反接，这对于焊铝工件正好有“阴极破碎”作用。52氩弧焊的特点及应

26、用机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝 成型美观。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。532、二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊）以CO2为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。CO2气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。CO2焊时的飞溅 CO2+Fe=FeO+CO FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO 生成的CO

27、在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。54防止飞溅的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。采用短路过渡和细颗粒过渡。为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用药芯焊丝。CO2焊的特点及应用CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。55三、电渣焊 利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。电渣焊的结晶特点 电渣焊的线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时间长，所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组织，热影响区也严

28、重过热。焊后要进行（正火）热处理。56电渣焊中心偏析 电渣焊时，焊缝成型系数为熔池宽度与深度之比。焊缝成型系数越小，则表征焊缝中一次结晶晶粒主轴与焊缝轴线近于垂直，焊缝中心偏析越严重，产生中心热裂纹的敏感性越大。电渣焊时的成型系数一般为24左右，以防止中心偏析。57 电渣焊的特点极应用 电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点：电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。电渣焊只需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚度越大效果越明显。电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。渣池的热容量大，对电流的

29、波动敏感性小，电流密度可在较大的范围内变化（0.2300 ）。电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。2/mmA 广泛用于锅炉制造，重型机械和石油化工等行业。电渣焊除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢以及铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金和铜。58 电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。由于材料的接触电阻很小。所以电阻焊所用的电流很大（几千到几十万安培）。四、电阻焊 电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。59点焊 电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的

30、电阻焊接方法。由于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高，工件表面光滑，变形较小。电阻点焊主要用于板厚小于 4mm 的薄板结构，特殊情况可达 10mm。电阻点焊广泛用于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。60点焊接头形式61缝焊 缝焊过程与点焊相似都属于搭接电阻焊。缝焊一般只适用于焊接3mm以下的薄板结构，如油箱、烟道焊接等。62（1）电阻对焊 先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑性温度(9501000)。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头（图12-77a）。电阻对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，一般用于钢筋的对接焊。对焊 63（2）闪光对焊 闪光对焊是两焊

31、件先不接触，接通电源，再移动焊件使之接触。由于工件表面不平，接触点少，其电流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆破，以火化形式从接触处飞射出来，形成“闪光”，闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。经多次闪光加热后，端面达到均匀半熔化状态，此时断电并迅速对焊件加压顶锻，形成焊接接头。闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。64五、钎焊 钎焊是将熔点低的金属材料作钎料和工件共同加热到高于钎料熔点，在工件不熔化的情况下，使钎料熔化后填满被焊工件连接处的间隙，并与被焊工件相互扩散而形成接头的焊接方法。钎焊按

32、钎料熔点分为软钎焊和硬钎焊两大类。2、硬钎焊 钎料熔点在450以上，接头强度较高，都在200MPa以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。主要用于受力较大的钢铁和铜合金构件以及刀具的焊接。1、软钎焊 钎料熔点为450以下，接头强度较低，一般不超过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件，如电子线路的焊接。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。65钎焊的特点及其应用钎焊与熔焊相比，优点是加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工件变形小；能焊接同种金属或不同种金属；设备简单，易实现自动化；焊接过程简单，生产效率高；钎焊接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。钎焊主要用于精密仪表、电气

33、零部件、异种金属构件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。66焊接应力与变形产生的原因 焊接过程中工件局部的不均匀加热和冷却是产生焊接应力与变形的根本原因。焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。在焊接结构中，焊接应力与变形既同时存在，又相互制约。要使焊接应力减小，应允许被焊工件有适当的变形。一般，当焊接结构刚度较小或被焊工件材料塑性较大时，焊接变形较大，焊接应力较小；相反，焊接变形较小，焊接应力较大。第四节 焊接应力与变形及其防止措施 67一、焊接变形的基本形式 焊件焊后的变形形式主要有：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。收缩变形 由于焊缝的纵向（沿焊缝方

34、向）和横向（垂直于焊缝方向）收缩，引起焊缝的纵向收缩和横向收缩。68角变形 V形坡口对接焊，由于焊缝截面形状上下不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起角变形。弯曲变形 T形梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起弯曲变形。69扭曲变形 工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起扭曲变形，又称螺旋形变形。波浪形变形 由于焊缝收缩时薄板局部引起较大的压应力而失去稳定，焊后使构件呈波浪形。这种变形容易发生在薄板焊接中。70 二、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，

35、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。71三、预防焊接变形的工艺措施 1、采用反变形方法通过试验或计算，预先确定焊后可能发生变形的大小和方向，将工件安装在相反方向位置上722、加裕量法 根据经验在工件下料尺寸上加一定裕量，通常为0.1%0.2%，以弥补焊后的收缩变形。3、刚性固定法 当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装

36、也可防止焊接变形。采用定位焊组装也可防止焊接变形。734、选择合理的焊接顺序 采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图a）。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。74755、强制冷却法 使焊缝处热量迅速散走，减小金属受热面，以减少焊接变形。766、焊前预热，焊后处理 预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子均匀迅速的敲击焊缝，使之得到延伸，均可有效的减小残余应力，从而减小焊接变形。四、焊接变形的矫正 常用的方法有：机械矫正法和火焰矫正法77机械矫正法 严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常

37、只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。7873火焰矫正法 利用氧乙炔焰对焊件适当部分加热，利用加热时的压缩塑性变形和冷却时的收缩变形来矫正原来的变形。适用于低碳钢和没有淬硬倾向的普通低合金钢。79第五节第五节 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 一、金属材料的焊接性 1、焊接性概念焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面内容：接合性能：即在一定的焊接工艺条件下，形成焊接 缺陷的敏感性。使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头 对使用要求的适应性。802、金属焊接性的评定 金属焊接性的主要影响因素是化学成分。钢的焊接性取决于碳及合金元素的含量，其中碳

38、含量影响最大。把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，为碳当量，用符号CE。表示，它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标，见下面公式15)()(5)()()(6)()()(CuwNiwVwMowCrwMnwCwCEw81根据经验：CE0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。CE=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。CE0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到

39、较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。82二、碳素结构钢和低合金高强度结构钢的焊接1、低碳钢的焊接 低碳钢含碳量不大于0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。2、中碳钢的焊接 中碳钢含碳量在0.25%0.6%之间，随含碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。83热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝 中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段时，受工件低温部分的

40、迅速冷却作用，将出现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂缝。焊缝金属热裂缝倾向较大 焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂缝。因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。中碳钢的焊接特点：84特点：热影响区的淬硬倾向 低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和

41、强度级别有关。钢中含碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。强度级别大于450MPa级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。3、低合金高强度结构钢的焊接焊接接头的裂缝倾向 不同环境温度的预热要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10不预热,-10以下预热100150 工件厚度/mm：16-24，不低于-5不预热,-5以下预热100150 工件厚度/mm：24-40，不低于0不预热,0以下预热100150 工件厚度/mm：40以上，均应预热10015085三、不锈钢的焊接 在所用的不锈钢材料中，奥氏体不锈钢应

42、用最广。奥氏体不锈钢焊接性良好，一般采用快速焊，收弧时注意填满弧坑，焊接电流比焊低碳钢时要降低20左右。86三、不锈钢的焊接 在所用的不锈钢材料中，奥氏体不锈钢应用最广。奥氏体不锈钢焊接性良好，一般采用快速焊，收弧时注意填满弧坑，焊接电流比焊低碳钢时要降低20左右。四、铸铁的焊补铸铁的焊接特点：熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔针对铸铁的焊接缺陷进行焊接修补，一般采用焊条电弧焊、气焊来修补，按焊前是否预热分为热焊和冷焊两类。87 1、热焊 热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600700，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本

43、较高，生产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，如床头箱、汽缸体等。882、冷焊 焊补之前，工件不预热或只进行400以下低温预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及时轻轻锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。89 工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658）、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接

44、特点是：铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（Al2O3）。氧化铝组织致密，熔点高达2050，它覆盖在金属表面，能阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。五、非铁金属焊接1、铝及其铝合金的焊接90液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，因此在溶池凝固时易生成气孔。铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合

45、金，焊前必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。91 铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，且焊接性能较差，易产生未焊透、不熔合、夹渣、热裂、气孔、变形大等缺陷。其原因是：铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。铜在液态易氧化，生成的Cu2O与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。2、铜及其铜合金的焊接92铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔液中析出，来

46、不及逸出就会生成气孔。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化锌（ZnO）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方法进行焊接。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。93焊接结构工艺性一般包括 焊接结构材料的选择、焊缝布置和焊接接头工艺设计。第六节 焊接结构工艺性一、焊接结构材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料:优先选用低碳钢和普通低合金钢。因这

47、类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。94二、焊缝的布置1、焊缝应尽可能分散，避免过分集中和交叉，以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。952、焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。963、焊缝的位置应尽可能对称分布，以抵消焊接变形。974、焊缝布置应便于焊接操作，焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。985、尽量减少焊缝长度和数量，从而减少焊接加热次数，减少焊接应力和变形，同时减少焊接

48、材料消耗，降低成本，提高生产率。996、焊缝应尽量避开机械加工表面，以防止破坏已加工面。100(一)接头形式设计 常见的焊接接头形式有对接、搭接、角接和T形接头。对接接头节省材料，容易保证质量，应力分布均匀，应用最为广泛，但焊前准备及装配质量要求较高；三、焊接接头设计101搭接接头两焊件不在同一平面上，浪费金属且受力时将产生附加应力，适于薄板焊件焊件；T形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式。102角接接头在构成直角连接时采用，一般只起连接作用而不承受工作载荷。在结构焊接时具体采用哪种形式焊接接头，主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择；另外还应考虑坡口加工难易程度，焊接方法的

49、种类等其它因素的要求。103(二)坡口形式设计 根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。各种沟槽的形式参见GBT337594。用焊条电弧焊焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时，一般可用I型坡口直接焊接，但当焊接厚度大于3mm的构件时，需开坡口；板厚在6mm26mm时，常开单面坡口；板厚在12mm60mm时，常开双面坡口。单面坡口的可焊性较好，但焊条消耗量大，且焊后易产生角变形；双面坡口受热均匀，变形较小，焊条消耗量也小，但必须两面施焊，有时受构件结构限制，不易实施。埋弧焊的接头形式与焊条电弧焊基本相同，但由于埋弧焊选用的电流大、熔深大，所以在板厚小于12mm时可

50、直接采用I形坡口单面施焊，板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊，焊更厚构件时需开坡口。104 焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。第七节 焊接质量检验一、焊接缺陷及其防止措施1051、热裂纹热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。（一）焊接裂纹（一）焊接裂纹热裂纹产生的原因:晶间存在液态薄膜。接头中存在拉应力。106热裂纹的防止:限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988，很容易产生热裂纹。缩小结晶温