焊接成型知识研究.ppt

热烈欢迎第一工程分公司的领导和朋友们！,焊接成形基础知识,张晓亮,焊接成型方法,常用金属材料的焊接成型方法,焊接缺陷与检验,金属的焊接成型方法金属的焊接方法:熔焊、钎焊和压焊。第一节熔焊熔焊包括:手工电弧焊埋弧自动焊气体保护焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊,金属的焊接成型方法第一节熔焊手工电弧焊焊工手工操作焊条进行焊接的电弧焊。特点：设备简单，应用灵活方便，可以进行各种位置及各种不规则焊缝的焊接；焊条系列完整，可以焊接大多数常用金属材料；焊条载流能力有限（电流为20500A），焊接厚度一般在320mm之间，生产率较低，焊接质量很大程度上取决于焊工的操作技能；焊工需要在高温、尘雾环境下工作，劳动条件差，强度大；手工电弧焊不适合焊接一些活泼金属、难熔金属及低熔点金属。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊接电弧电弧：一种强烈而持久的气体放电现象，正负电极间具有一定的电压，而且两电极间的气体介质应处在电离状态。引燃焊接电弧时，通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生短路，形成电弧。这种方式称为接触引弧。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊接电弧电弧特点：电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等阴极区发射电子，因而要消耗一定的能量，所产生的热量占电弧热的36%左右；阴极区平均温度为2400K，阳极区，由于高速电子撞击阳极表面并进入阳极区而释放能量，阳极区产生的热量较多，占电弧热的43%左右。阳极区平均温度为2600K。弧柱区的长度几乎等于电弧长度，热量仅占电弧热的21%，而弧柱区的温度可达6000K8000K。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊接电弧弧焊电源：通常可分为四大类：交流弧焊电源、直流弧焊电源、脉冲弧焊电源和逆变弧焊电源。直流正接：采用直流焊机当工件接阳极，焊条接阴极时，称为直流正接，此时工件受热较大，适合焊接厚大工件；直流反接：当工件接阴极，焊条接阳极时，称为直流反接，此时工件受热较小，适合焊接薄小工件。采用交流焊机焊接时，因两极极性不断交替变化，故不存在正接或反接问题。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条1焊条的组成与作用手工电弧焊所使用的焊接材料，它由心部的金属焊芯和表面药皮涂层组成。焊芯：作为电极，产生电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分。药皮：压涂在焊芯表面的涂料层，主要作用:保证电弧稳定燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金属进行脱氧、去硫、渗合金元素等。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、粘结剂等,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条2焊条的种类根据熔渣化学性质的不同，焊条可分为酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差;但酸性焊条具有良好的工艺性，对油、水、锈不敏感，交直流电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条2焊条的种类碱性焊条（又称低氢焊条）：药皮中以碱性氧化物为主，脱氧、除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量较低，有益元素较多，有害元素较少，因此焊缝力学性能与抗裂性好;但碱性焊条工艺性较差，电弧稳定性差，对油污、水、锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要的钢结构或合金钢结构。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条3焊条的牌号与型号J422（结422）：“J”（“结”）表示结构钢焊条，“42”表示熔敷金属的抗拉强度（b）不低于420MPa（43kgf/mm2），“2”表示氧化钛钙型药皮，交流、直流电源均可使用。E4303：“E”表示焊条，前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度值（kgf/mm2）；第三位数字表示焊条使用的焊接位置；第四位数字组合表示焊接电流的种类和焊条药皮类型,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条4焊条的选用（1）考虑母材的力学性能和化学成分焊接低碳钢和低合金结构钢时，应根据焊接件的抗拉强度选择相应强度等级的焊条，即等强度原则；焊接耐热钢、不锈钢等材料时，则应选择与焊接件化学成分相同或相近的焊条，即等成分原则。（2）考虑结构的使用条件和特点对于承受动载荷或冲击载荷的焊接件，或结构复杂、大厚度的焊接件，为保证焊缝具有较高的塑性和韧度，应选择碱性焊条。,金属的焊接成型方法第一节熔焊焊条4焊条的选用（3）考虑焊条的工艺性对于焊前清理困难，且容易产生气孔的焊接件，应当选择酸性焊条；如果母材中含碳、硫、磷量较高，则应选择抗裂性较好的碱性焊条。（4）考虑焊接设备条件如果没有直流焊机，则只能选择交直流两用的焊条。在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。一般是焊接件愈厚，焊条直径应愈大。,金属的焊接成型方法第一节熔焊一、埋弧自动焊埋弧自动焊(简称埋弧焊)是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。常用颗粒状的焊剂代替焊条药皮，用自动连续送进的焊丝代替焊芯，由自动焊机取代工人的手工操作。因其引弧、送丝、电弧的前移等过程全部由机械来完成，故生产率、焊接质量均得以提高。,第一节熔焊一、埋弧自动焊1特点：,优点（与手弧焊相比）：生产率高：埋弧焊电流常达1000A以上，比手弧焊高6一8倍，因而熔深大，对于20一25mm以下的工件可以不开坡口施焊由于不需更换焊丝，节省了时间，生产率比手弧焊高5一10倍。焊接质量高且稳定：焊接过程自动进行，工艺参数稳定熔池保持液态时间较长，冶金过程较为彻底，气体、熔渣易于浮出，焊缝金属化学成分均匀。由于焊剂充足，电弧区保护严密，焊缝成形美观，质量好且稳定。,第一节熔焊一、埋弧自动焊1特点：,节省金属材料，生产成本低：埋弧焊工件可不开或少开坡口，节省因开坡口而消耗的金属材料和焊接材料;由于没有手弧焊时的焊条头损失，熔滴飞溅少，故生产成本低。劳动条件好：埋弧焊过程中的机械化和自动化使焊工的劳动强度大大降低由于电弧埋于焊剂之下，因此看不到弧光且焊接烟雾少，劳动条件改善。缺点：埋弧自动焊一般只适用于水平位置的长直焊缝和直径250mm以上的环形焊缝，焊接的钢板厚度一般在660mm，适焊材料局限于钢、镍基合金、铜合金等，不能焊接铝、钛等活泼金属及其合金。主要用在压力容器的环缝焊和直缝焊、锅炉冷却壁的长直焊缝及船舶和潜艇壳体、起重机械(行车)、冶金机械(高炉炉身）,第一节熔焊一、埋弧自动焊2埋弧自动焊工艺(1)焊前准备：埋弧焊的焊接电流大，熔深大，因此，板厚在20一25mm以下的工件可不开坡口。但实际生产中，为保证工件焊透，通常板厚为14一22mm，应开Y型坡口;板厚为22一5Omm时，可开双Y型或U型坡口，Y型和双Y型坡口的角度为500一600。焊缝间隙应均匀。焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，防止起弧和熄弧时所产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝中。,第一节熔焊一、埋弧自动焊2埋弧自动焊工艺(2)平板对接焊平板对接焊时，一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜的成型底板进行单面焊双面成型。,第一节熔焊一、埋弧自动焊2埋弧自动焊工艺(3)环焊缝：焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一定距离e，用以防止熔池金属的流淌，一般e=20一40mm。直径小于25Omm的环缝一般不来用埋弧焊。,第一节熔焊二、气体保护焊用气体将电弧、熔化金属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发生冶金反应，以保证焊接质量。保护气体主要有Ar、He、CO2、N2等。与埋弧焊相比，气体保护焊具有以下特点：（1）采用明弧焊，熔池可见性好，适用于全位置焊接，有利于焊接过程的机械化、自动化。（2）电弧热量集中，熔池小，热影响区窄，焊件变形小，尤其适用于薄板焊接。（3）可焊材料广泛，可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接。按电极材料的不同，气体保护电弧焊可分为两大类：非熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊,第一节熔焊二、气体保护焊1、CO2气体保护焊,以CO2作为保护气体，用焊丝作电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化母材金属与丝，以自动或半自动方式进行焊接。,第一节熔焊二、气体保护焊1、CO2气体保护焊,特点:1)生产率高:其焊丝自动送进。电流密度大，电弧热量集中，故焊接速度高，且焊后无熔渣，节省清渣时间，生产率比手弧焊提高1一4倍。2)焊接质量好:由于CO2气体的保护，焊缝氢含量低，且焊丝中锰量较高，脱硫效果明显。另外，由于电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，热影响区较小，焊接接头抗裂性好。3)操作性能好:CO2保护焊是明弧焊，易发现焊接问题并及时处理，且适用于各种位置的焊接，操作灵活。,第一节熔焊二、气体保护焊1、CO2气体保护焊,4)成本低:CO2气体价格低廉，且焊丝是盘状光焊丝，成本仅为埋弧焊和手弧焊的40%左右。缺点：在电弧的高温作用下，CO2会分解为CO和O，因而具有较强的氧化性，会使Mn、Si等合金元素烧损，焊缝增氧，力学性能下降，还会形成气孔。由于CO2气流的冷却作用及强烈的氧化反应，导致电弧稳定性差、金属飞溅大、弧光强、烟雾大。CO2保护焊适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢材料，不能用于焊接高合金钢和非铁合金。主要是薄板焊接.目前广泛应用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等行业。,第一节熔焊二、气体保护焊2、氩弧焊氩弧焊是用氩气保护电弧区和焊接区的弧焊方法。氩气是惰性气体，不溶于液态金属，也不与金属发生反应。氩弧一旦引燃，电弧很稳定，所以氩弧焊的质量较高。,(1)熔化极氩弧焊：以连续送进的焊丝作为电极，熔化后又作填充金属。焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡”进人熔池。焊接中所用电流较大，生产率较高，常用于焊接厚板工件。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊采用直流反接(工件接负极)。,第一节熔焊二、气体保护焊2、氩弧焊,(2)钨极氩弧焊：以高熔点的钨合金作电极，焊接时钨极不熔化，只起到引弧、稳弧的作用。焊丝从钨极的前方送入熔池。钨极氩弧焊通常采用直流正接(工件接正极)，否则易烧损钨极。,第一节熔焊二、气体保护焊2、氩弧焊(3)氩弧焊特点及应用：1)保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成型美观，焊接质量优良；2）电弧稳定，特别在小电流时亦很稳定。熔池温度容易控制，可实现单面焊双面成型。3)明弧焊接，易于观察，可全位置施焊。焊后无渣，便于机械化自动化。,第一节熔焊二、气体保护焊2、氩弧焊(3)氩弧焊特点及应用：4)焊接热影响区和变形小；这是因为氩气对电弧的冷却收缩作用，使电弧热量集中所致。5)氩气昂贵，设备造价高，且氩气无脱氧去氧作用，焊前清理要求严格。氩弧焊适用于易氧化的有色金属及合金钢等材料，如铝、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。,第一节熔焊三、电渣焊利用电流通过熔渣时产生的电阻热进行焊接的熔焊方法。,第一节熔焊三、电渣焊2电渣焊焊接特点及应用：(1)大厚度工件可一次焊成；如单丝可焊厚度为406Omm，单丝摆动可焊厚度60-15Omm，而三丝摆动则可焊厚度达45Omm。(2)生产率高，成本低，焊接任何厚度均不需开坡口，仅留2535mm间隙，即可一次焊成。(3)焊接质量好；由于渣池覆盖在熔池上，保护作用好，且焊缝自下而上结晶，利于熔池中气体和杂质的排出。,第一节熔焊三、电渣焊2电渣焊焊接特点及应用：不足之处：由于焊接区在高温停留时间较长，热影响区较大，晶粒粗大，易产生过热组织，因此，焊缝力学性能较差，对重要结构件，焊后需正火处理，以改善性能。电渣焊适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料；主要用于厚壁压力容器，铸-焊、锻-焊、厚板拼焊等大型构件的焊接。焊接厚度一般应大于4Omm。,第一节熔焊四、等离子弧焊等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。,1、等离子弧的形成原理利用机械压缩效应（电弧通过细小孔道时被迫压缩)、热收缩效应(在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流往弧柱中心集中)和电磁收缩效应(弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互的磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩)时，电弧将可压缩为细小的等离子弧。其温度可达24000一50000K，能量高度集中，能量密度可达105一106W/cm2。,第一节熔焊四、等离子弧焊2、等离子弧焊特点及应用：特点：1)生产率高，焊缝质量好，应力变形小；等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透力强，10一l2mm钢材可不开坡口，一次焊透，双面成型，焊接速度快，热影响区小、焊接变形小，焊缝质量好。2）可焊超薄焊件;当电流小至0lA时，等离子弧仍可稳定燃烧，可焊超薄板0.1-2mm，如箔材、热电偶等。3)设备复杂，气体消耗量大，只适用于室内焊接。应用：等离子弧焊适用于难熔、易氧化、热敏感性强的材料，如钼、钨、钛、铬及其合金和不锈钢等。在化工、原子能、精密仪器仪表、航空航天等工业中被广泛应用。,第一节熔焊五、电子束焊电子束焊是利用加速和聚焦的电子束，轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。电子束轰击焊件时，99%以上的电子动能会转变为热能，焊件被电子束轰击的部位，可被加热至很高的温度。,第一节熔焊五、电子束焊2、电子束焊焊接特点和应用：(1)焊接质量高；焊件在真空中焊接，金属不会氧化，焊接质量高。(2)焊接变形小，可进行装配焊接；焊接时热量高度集中，焊接热影响区小(仅005一075mm)，基本上不产生焊接变形，可对精加工后的零件进行焊接。(3)焊接适应性强；电子束焊工艺参数调节范围宽，可焊01300mm的不同板厚。对低合金钢、不锈钢、有色金属、难熔金属、复合材料、异种金属等，均可焊接。(4)生产率高，成本低，易于自动化；电子束能量密度大，焊速快，焊缝深宽比可达20:1，且焊厚板不需开坡口，因此，生产率高，成本低。,第一节熔焊五、电子束焊2、电子束焊焊接特点和应用：缺点：真空电子束焊接设备复杂，造价高，且焊件尺寸受真空室限制。应用：真空电子束焊适用于各种难熔金属(钛、钼等)、活性金属(除锡、锌等低沸点元素含量多的合金外)以及各种合金钢、不锈钢等的焊接。既可用于焊接薄壁、微型结构，又可焊接厚板结构。如微型电子线路组件、大型导弹外壳、原子能设备中的厚壁结构以及轴承、齿轮组合件等。,第一节熔焊六、激光焊接激光焊接是以聚焦的激光束为能源，轰击焊件产生的热量来进行焊接的方法。,第一节熔焊六、激光焊接2、激光焊接特点及应用：(1)能量密度大属于高速加工，且热源作用时间极短，因而焊接热影响区极小，焊接变形小，焊接尺寸精度高，可进行精密零件、热敏感材料的焊接。同时，由于焊速极快，被焊材料不易氧化，可在大气中焊接，不需真空及气体保护。(2)焊接操作灵活；可借助偏转棱镜或光导纤维引导到难以接近的部位进行焊接，也可穿过透明材料聚焦焊接。（3）激光不受电磁场的影响，不产生X射线，无需真空保护，可以用于大型结构的焊接。（4）可直接焊接绝缘导体，而不必预先剥掉绝缘层；也能焊接物理性能差别较大的异种材料。,第一节熔焊六、激光焊接2、激光焊接特点及应用：主要缺点：设备昂贵，对焊件接口加工、组装、定位要求均很高应用：激光焊接适用于绝缘材料、异种金属、金属与非金属的焊接。目前主要用于电子工业和仪表工业中的微型器件的焊接，以及硅钢片、镀锌钢板等的焊接。,第二节钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料做钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点并低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。一、钎焊种类根据钎料的熔点不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊。1、软钎焊钎料的熔点在450以下，接头强度低，一般为60190MPa，工作温度低于1OO。常用的软钎料是锡铝合金，亦称锡焊。软钎焊的钎剂（作用：清除氧化物，保护钎焊区，增加润湿性）主要有松香、氯化锌溶液。2、硬钎焊钎料熔点在450以上，接头强度较高，均在2OOMPa以上，工作温度也较高。常用的硬钎料是铝基、银基、铜基合金；钎剂主要有硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。,第二节钎焊三、钎焊特点及应用：1、特点1)钎焊要求工件加热温度较低，接头组织和性能变化小，焊件变形小，接头光滑平整，工件尺寸精确。2）可焊接差异性大的异种金属，工件厚度也不受限制。3)生产率高；对焊件整体加热钎焊时。可同时钎焊由多条(甚至上千条)接缝组成的复杂构件。4)钎焊设备简单，生产投资费用少。2、应用：钎焊主要用于焊接精密、微型、复杂、多焊缝、异种材料的焊件。目前，软钎焊广泛用于电子、电器仪表等部门；硬钎焊则用于制造硬质合金刀具、钻探钻头、换热器等。,第三节：压焊压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。常用的方法有：,电阻焊和摩擦焊应用广泛。,第三节：压焊一、电阻焊电阻焊是对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热来进行焊接的方法。根据接头形式常分为点焊、缝焊和对焊。1、点焊点焊是将焊件装配成搭接接头后，压紧在两柱状电极间使之密贴，加压通电，利用电阻热局部熔化母材形成焊点的电阻焊方法。,第三节：压焊一、电阻焊2、缝焊（连续点焊）缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝，,其盘状电极不仅对焊件加压、导电，同时依靠自身的旋转带动焊件前移，完成缝焊。,第三节：压焊一、电阻焊3、对焊对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊，可分为电阻对焊和闪光对焊。,电阻对焊时，将焊件夹紧在电极上，预加压力并通电，接触处迅速加热到塑性状态，然后增大压力，同时断电，接触处产生塑性变形并形成牢固接头。电阻对焊操作简单，接头较光滑，但焊件接头表面清理要求严格，否则易造成加热不均匀或夹渣。,第三节：压焊一、电阻焊4、电阻焊特点及应用1)加热迅速且温度较低，焊件热影响区及变形小，易获得优质接头;2)不需外加填充金属和焊剂;3)无弧光，噪声小，烟尘、有害气体少，劳动条件好;4)电阻焊件结构简单、重量轻，气密性好，易于获得形状复杂的零件;5)易实现机械化、自动化，生产率高。,第三节：压焊一、电阻焊4、电阻焊特点及应用缺点：电阻焊耗电量较大，焊机复杂，造价较高。应用：点焊：适用于低碳钢、不锈钢。铜合金、铝镁合金等，主要用于板厚4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。缝焊：主要用于板厚3mm以下、焊缝规则的密封结构的焊接，如油箱、消音器、自行车大梁等。对焊：主要用于制造封闭形零件(如自行车圈、锚链)、轧制材料接长(如钢管、钢轨的接长)、异种材料制造(如高速钢与中碳钢对焊成的铰刀、铣刀、钻头等)。,第三节：压焊二、摩擦焊摩擦焊是两焊件相对旋转并加压，利用摩擦所产生的热量，使端面达到热塑性状态，并迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。,第三节：压焊二、摩擦焊2、摩擦焊接头型式摩擦焊接头一般是等断面的，也可是不等断面，但必须有一个断面是圆形。,第三节：压焊二、摩擦焊,优点：（1）焊接质量稳定，焊件尺寸精度高，接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊。（2）焊接生产率高，比闪光对焊高56倍。（3）适于焊接异种金属，如碳素钢、低合金钢与不锈钢、高速钢之间的连接，铜-不锈钢、铜-铝、铝-钢、钢-锆等之间连接。（4）加工费用低，省电，焊件无需特殊清理。（5）易实现机械化和自动化，操作简单，焊接工作场地无火花，弧光及有害气体。,第三节：压焊二、摩擦焊,缺点：靠工件旋转实现，焊接非圆截面较困难。盘状工件及薄壁管件，由于不易夹持也很难焊接。受焊机主轴电机功率的限制，目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2。摩擦焊机一次性投资费用大，适于大批量生产。应用：异种金属和异种钢产品，如电力工业中的铜-铝过渡接头，金属切削用的高速钢-结构钢刀具等；结构钢产品，如电站锅炉蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。,第三节：压焊三、扩散焊,在真空或保护气氛的保护下，在一定温度（低于母材的熔点）和压力条件下，使相互接触的平整光洁的待焊表面发生微观塑性流变后紧密接触，原子相互扩散，经过一段较长时间后，原始界面消失，达到完全冶金结合的焊接方法。,液态扩散焊,第三节：压焊三、扩散焊,优点：（1）可以在几乎不损坏被焊材料性能的情况下，实现各类同种材料和异种材料间的焊接，可以用来制造双层或多层复合材料。（2）能焊接结构复杂以及厚薄相差大的工件。（3）接头成分、组织均匀，减小了应力腐蚀倾向。（4）焊接变形小，接头精度高，可作为部件最后的组装连接方法。（5）可与其它加工工艺同时进行（如真空热处理等），可同时完成多个接头的焊接，从而提高生产率。,第三节：压焊三、扩散焊,不足：扩散焊对焊件表面加工及清理的要求高，焊接时间长、生产率低，成本高，设备投资大。应用：熔点差别大或冶金上不相容的异种金属之间的焊接、金属与陶瓷的焊接和钛、镍、铝合金结构件的焊接。不仅应用于原子能、航空航天及电子工业等尖端技术领域，而且已推广至一般机械制造工业部门。,第三节：压焊四爆炸焊利用爆炸产生的巨大冲击波能量，使界面在大的接触压力下焊接在一起。,常用金属材料的焊接成型方法（一）碳素钢的焊接1低碳钢的焊接Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。由于施焊条件、结构形式不同，焊接时还需注意以下问题：（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊和电阻焊。,常用金属材料的焊接成型方法一、碳钢的焊接2、中碳钢的焊接中碳钢中，碳的质量分数在025一0.6%之间。随碳量增加，淬硬倾向增大，焊接性能有所下降，在焊缝及热影响区中会分别出现热裂纹和冷裂纹。为保证接头质量，需采取下列措施进行保护:1)焊前预热，焊后缓冷；可通过减小焊件焊接前后的温差，降低冷速，减小应力，而有效地防止裂纹的产生。2）选用碱性低氢型焊条；碱性焊条中较多的CaO能有效脱除硫和磷，同时含氢量很低，抗裂性能好，可防止裂纹的产生。3)焊件开坡口，且采用细焊丝、小电流、多层焊；可通过减少碳量高的母材金属熔入熔池来满足焊缝金属碳量低于母材的要求，从而获得良好接头。,常用金属材料的焊接成型方法一、碳钢的焊接3、高碳钢的焊接高碳钢中，碳的质量分数超过0.6%，焊接性能更差，需采用更高的预热温度，更严格的工艺措施来保护。高碳钢材通常不用于做焊接结构，主要用焊接来修复损坏的机件（如磨损件的表面堆焊）。,常用金属材料的焊接成型方法二、低合金结构钢的焊接低合金钢由于其优良的力学性能，而广泛用于压力容器、锅炉、桥梁、车辆和船舶等金属结构上。我国一般按屈服强度分级，且常用手弧焊和埋弧焊焊接。强度级别较低的低合金结构钢(S400MPa)随合金元素含量及强度的增高，热影响区的淬硬倾向增大，焊接性能较差。接头产生冷裂纹的倾向也相应增大，焊前需预热(150一250)，同时选用低氢焊条。焊后还要及时进行热处理或消氢处理(焊件加热200350，保温26h使氢逸出)，这样可以预防冷裂纹的产生。,常用金属材料的焊接成型方法三、不锈钢的焊接（一）奥氏体不锈钢的焊接性奥氏体不锈钢焊接件容易在焊接接头处发生晶间腐蚀。为防止和减少焊接接头处的晶间腐蚀，应严格控制焊缝金属的含碳量，采用超低碳的焊接材料和母材。采用含有能优先与碳形成稳定化合物的元素如Ti、Nb等，也可防止贫铬现象的产生。奥氏体不锈钢焊接的另一个问题是热裂纹。产生的主要原因是焊缝中的树枝晶方向性强，有利于S、P等元素的低熔点共晶产物的形成和聚集。奥氏体不锈钢的导热系数小（约为低碳钢的1/3），线胀系数大（比低碳钢大50%），所以焊接应力也大。防止的办法是选用含碳量很低的母材和焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料，使焊缝形成奥氏体加铁素体的双相组织。,常用金属材料的焊接成型方法三、不锈钢的焊接（二）奥氏体不锈钢的焊接工艺一般熔焊方法均能用于奥氏体不锈钢的焊接，目前生产上常用的方法是手工电弧焊、氩弧焊和埋弧焊。在焊接工艺上，主要应注意以下问题：（1）采用小电流、快速焊，可有效地防止晶间腐蚀和热裂纹等缺陷的产生。一般焊接电流应比焊接低碳钢时低20%；（2）焊接电弧要短，且不作横向摆动，以减少加热范围。避免随处引弧，焊缝尽量一次焊完，以保证耐腐蚀性。（3）多层焊时，应等前面一层冷至60以下，再焊后一层。双面焊时先焊非工作面，后焊与腐蚀介质接触的工作面。（4）对于晶间腐蚀，在条件许可时，可采用强制冷却。必要时可进行稳定化处理，消除产生晶间腐蚀的可能性。,常用金属材料的焊接成型方法四、铸铁的补焊（一）铸铁的焊接性铸铁的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接过程中易产生白口组织和裂纹。白口组织是由于在铸铁补焊时，碳、硅等促进石墨化元素大量烧损，且补焊区冷速快，在焊缝区石墨化过程来不及进行而产生的。白口铸铁硬而脆，切削加工性能很差。采用含碳、硅量高的铸铁焊接材料或镍基合金、铜镍合金、高钒钢等非铸铁焊接材料，或补焊时进行预热缓冷使石墨充分析出，或采用钎焊，可避免出现白口组织。裂纹通常发生在焊缝和热影响区，产生的原因是铸铁的抗拉强度低，塑性很差（400以下基本无塑性），而焊接应力较大，且接头存在白口组织时，由于白口组织的收缩率更大，裂纹倾向更加严重，甚至可使整条焊缝沿熔合线从母材上剥离下来。,常用金属材料的焊接成型方法四、铸铁的补焊手工电弧焊补焊的方法有：（1）热焊及半热焊焊前将焊件预热到一定温度（400以上），采用同质焊条，选择大电流连续补焊，焊后缓冷。其特点是焊接质量好，生产率低，成本高，劳动条件差。（2）冷焊采用非铸铁型焊条，焊前不预热，焊接时采用小电流、分散焊，减小焊件应力。焊缝的强度、颜色与母材不同，加工性能较差，但焊后变形小，劳动条件好，成本低。,常用金属材料的焊接成型方法五、非铁金属的焊接（一）铜及铜合金的焊接存在问题：（1）难熔合铜的导热系数大，焊接时散热快，要求焊接热源集中，且焊前必须预热，否则，易产生未焊透或未熔合等缺陷。（2）裂纹倾向大铜在高温下易氧化，形成的氧化亚铜（Cu2O）与铜形成低熔共晶体（Cu2O+Cu）分布在晶界上，容易产生热裂纹。（3）焊接应力和变形较大铜的线胀系数大，收缩率也大，且焊接热影响区宽。（4）容易产生气孔气孔主要是由氢气引起的，液态铜能够溶解大量的氢，冷却凝固时，溶解度急剧下降，来不及逸出的氢气即在焊缝中形成氢气孔。此外，焊接黄铜时，会产生锌蒸发（锌的沸点仅907），一方面使合金元素损失，造成焊缝的强度、耐蚀性降低，另一方面，锌蒸汽有毒，对焊工的身体造成伤害。,常用金属材料的焊接成型方法五、非铁金属的焊接（一）铜及铜合金的焊接焊接方法：氩弧焊、气焊和手工电弧焊，其中氩弧焊是焊接紫铜和青铜最理想的方法。为保证焊接质量，在焊接铜及铜合金时还应采取以下措施：（1）为了防止Cu2O的产生，可在焊接材料中加入脱氧剂，如采用磷青铜焊丝，即可利用磷进行脱氧。（2）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来源，避免气孔的形成。（3）厚板焊接时应以焊前预热来弥补热量的损失，改善应力的分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余应力。焊后进行再结晶退火，以细化晶粒，破坏低熔共晶。,常用金属材料的焊接成型方法五、非铁金属的焊接（二）铝及铝合金的焊接主要问题：（1）铝及铝合金表面极易生成一层致密的氧化膜（Al2O3），其熔点（2050）远远高于纯铝的熔点（657），在焊接时阻碍金属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。（2）液态铝可以大量溶解氢，铝的高导热性又使金属迅速凝固，因此液态时吸收的氢气来不及析出，极易在焊缝中形成气孔。（3）铝及铝合金的线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，因而焊接应力很大，对于厚度大或刚性较大的结构，焊接接头容易产生裂纹。（4）铝及铝合金高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，且高温液态无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度，容易出现烧穿、焊瘤等缺陷。,常用金属材料的焊接成型方法五、非铁金属的焊接（二）铝及铝合金的焊接焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广，电阻焊应用也较多，气焊在薄件生产中仍在采用。为保证焊接质量，铝及铝合金在焊接时应采取以下工艺措施：（1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分，便于焊接时的熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。清理方法有化学清理、用钢丝刷或刮刀清除表面氧化膜及油污。（2）对厚度超过58mm的焊件，预热至100300，以减小焊接应力，避免裂纹，且有利于氢的逸出，防止气孔的产生。（3）焊后清理残留在接头处的焊剂和焊渣，防止其与空气、水分作用，腐蚀焊件。可用10%的硝酸溶液浸洗，然后用清水冲洗、烘干。,焊接缺陷与检验（一）焊接缺陷工件焊后在接头处存留下来的不完整性称为焊接缺陷，主要有焊接裂纹、末焊透、夹渣、气孔、焊瘤、咬边和焊缝外观缺陷等。这些缺陷会减少焊缝有效截面，降低承载能力;产生应力集中，引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件破裂。,焊接缺陷与检验,第五节焊接成形常见缺陷（二）焊接质量检验在焊接之前和焊接过程中，应对影响焊接质量的因素进行认真检查，以防止和减少焊接缺陷的产生；焊后应根据产品的技术要求，对焊接接头的缺陷情况和性能进行成品检验，以确保使用安全。焊后成品检验可以分为破坏性检验和非破坏性检验两类。破坏性检验：主要包括焊缝的化学成分分析、金相组织分析和力学性能试验，主要用于科研和新产品试生产；非破坏性检验的方法很多，由于不对产品产生损害，因而在焊接质量检验中占有很重要的地位。,第五节焊接成形常见缺陷（二）焊接质量检验常用的非破坏性检验方法：1.外观检验用肉眼或借助样板、低倍放大镜（520倍）检查焊缝成形、焊缝外形尺寸是否符合要求，焊缝表面是否存在缺陷，所有焊缝在焊后都要经过外观检验。2渗透探伤该法只适用于检查工件表面难以用肉眼发现的缺陷，对于表层以下的缺陷无法检出。常用荧光检验和着色检验两种方法。（1）荧光检验是把荧光液（含MgO的矿物油）涂在焊缝表面，荧光液具有很强的渗透能力，能够渗入