第三章 焊接09.ppt

第三章焊接,一、什么是焊接?焊接实质是用加热、加压或同时加热加压并用或不用填加材料使焊件达到原子或离子结合的一种加工方法。被焊接的可以是非金属，如塑料，用钎焊还可以把金属与非金属连接起来。二、焊接特点及应用1特点1)省工省料(与铆接比)可省料1220%。2)能化大为小，拼小为大。大型结构，复杂零件，用焊接组合结构，焊接可将铸件，锻件连接起来，简化铸锻工艺和设备。3)可以制造双金属结构，节省贵重金属。车刀，钻头硬质合金刀片+金刚石膜4)生产率高便于实现机械化，自动化。2应用桥梁大容器水压机飞机汽车轮船电子组件。,三焊接分类(按焊接过程特点)1熔化焊：局部加热将焊接接头加热熔化，并形成共同熔池，冷却结晶形成牢固接头，将两工件焊接成整体。2压力焊：利用加压力(或同时加热)的方法，使两工件结合面紧密接触在一起，并产生一定的塑性变形或熔化，使他们的原子组成新的结晶，将两工件焊接起来。3钎焊：加热时，工件金属不熔化，熔点低的钎料被熔化，后填在工件之间与固态的被焊接金属互相扩散，钎料凝固后，将两工件焊接在一起。,3.1熔化焊基础,3.1.1熔化焊分类一、焊条焊接法(ShieldedMetalArcWelding-SMAW)1焊接过程电弧及焊接区受到焊条药皮(约剂)分解产生的气体及熔渣的保护，使其与大气相隔离。焊条芯受到电弧的加热而熔化，形成溶滴过渡到熔池，与母材熔化金属共同形成焊缝金属。2特点：优点：设备简单。接头形式,焊缝形状,焊接位置、长度灵活。缺点：有弧光，劳动条件差，质量不稳，生产率低。,3应用：单件小批，碳钢，低合金钢，不锈钢，铸铁焊补。适宜板厚3-20。4药皮的组成与作用,二、钨极氩弧焊(GasTungstenArcWelding-GTAW)钨极氩弧焊：在氩气或氦气等惰性气体保护下，在钨极与母材间引燃电弧进行焊接的方法,也称为TIG(TungstenInertGas)焊。,特点：惰性气体(InertGas)保护，能用于铝、镁等非铁合金及各种金属的焊接，能够实现高质量的焊接。生产效率(焊接速度或焊接深度)低。可使用焊丝(但不作为电极)向熔池中填加熔敷金属。TIG焊通过调整续加焊丝的送进速度，能够单独控制熔敷金属量。,三、等离子弧焊接(PlasmaArcwelding-PAW)等离子弧焊接法是以TIG焊方法为基础，是利用喷嘴对气体保护的钨极电弧进行拘束，形成更高密度的能量源。依据电弧放电的形态，可以把等离子弧分为两种：转移弧方式:把母材作为阳极的等离子电弧方式非转移弧方式:把喷嘴作为阳极的等离子焰流方式。金属的焊接，通常采用图示的等离子电弧方式。,四、气体保护金属极焊接法(GMA-GasMetalArc焊接法)使用氩气等惰性气体时，称作MIG(MetalInertGas)焊接。使用二CO2气体作为保护气时，称作CO2电弧焊。用氩气与CO2等混合气体作为保护气时称混合气体保护电弧焊。有时也把CO2电弧焊和混合气体保护电弧焊统称作MAG(MetalActiveGas)焊接。所以GMA焊接是MIG焊、CO2焊、MAG焊的统称，在我国通常称作气体保护熔化极电弧焊。,一般利用直流恒压特性电源，铝合金焊接也可以采用直流恒流特性电源，电极接为正极。MAG焊用于结构钢、低合金钢焊接。在细径焊丝中通以大电流，并采用高速度焊接，是高生产率焊接法。该方法在桥梁、建筑、汽车的焊接中得到很好的应用，并且最适合于机器人化焊接生产。,五、埋弧焊方法(SubmergedArcWelding-SAW焊接法)焊接前在焊接线上堆积颗粒状焊剂，以自动方式向焊剂中送进裸焊丝，在焊剂覆盖状态下引燃电弧进行熔化焊接。埋弧焊的特点:焊剂是分散的，只用于平焊及横焊位置焊接。电弧被焊剂覆盖着，电弧光受到焊剂的遮挡，烟尘及飞溅较少。焊接以自动焊方式进行，能够利用大电流进行焊接。,使用粗径焊丝，焊接电流可以使用到2000A，具有极高的生产率。埋弧焊作为高生产率的自动焊接方法，广泛应用于造船、桥梁、大型建筑、压力容器等的焊接中。,焊条和局部被焊接金属在电弧高温作用下的再熔炼过程高于一般冶金温度，可以看成是一个冶金过程。1焊接电弧和熔池温度高：造成金属氧化烧损，电弧区气体分解，增大气体活泼性，氧化、氮化（Fe4N、Fe2N）易形成气孔、夹渣等缺陷，降低焊缝的塑性、韧性。水分解成H，熔入熔池，形成“氢脆”2熔池体积小：冷速快，各种化学反应不平衡，使化学成分不均，气体熔渣不易浮出。形成气孔，夹渣。3熔池金属不断更新：电弧移动，不断有新的熔渣和金属也进入熔池，使焊接冶金过程更复杂。要得到一个合格的焊缝也不是一件容易的事。采取措施：1保护焊区（药皮，焊药，保护气体等）2添加合金元素，保护化学成分稳定。（在手工电弧焊中这些保护措施主要靠电焊条实现）,3.1.2焊接冶金过程特点,1）焊芯：作用：电极、导电、填金属、添加合金元素。焊芯牌号：H08A（E）H-焊08-平均0.08%C，A-优质E-高级优质。H08Mn2Si0.08%C2%Mn1%Si2）药皮：作用；稳弧、保护焊区、添加合金元素。分类：9种类型16、8交、直流，7、9直流3）焊条分类结构焊条不锈钢焊条堆焊焊条铸铁焊条低温钢焊条耐热钢镍及镍合金铜及铜合金铝及铝合金特殊用途钢4）牌号符号+数1+数2符号-焊条大类数1-小类数2-药皮如J422结构钢焊条，焊缝抗拉强度不低于420Mpa，2型药皮，交直流,3.1.3焊条特点,1焊接工件上温度的变化与分布1）距焊缝中心不同，受热最高温度不同。2）各点到达最高温度的时间不同。3）各点均经过冷-热-冷，相当于受到一次不同规范的热处理。因此，必然有相应的组织和性能的变化。2接头组织与性能的变化以低碳钢为例焊缝金属（1）熔化温度在1500以上。（2）形成柱状晶，约与池壁垂直（铸造）药皮渗合金，焊缝中硅，锰合金元素可能高于母材，且药皮保护。焊缝性能一般不低于母材（尤其强度）熔合区焊缝与母材交界区，局部熔化（半熔化区）组织：铸造组织+受热长大的粗晶。晶粒大小不均，化学成分不均（尤其异种金属），接头中性能最差。,3.1.4焊接接头的组织与性能,过热区：温度远高于相变温度，晶粒急剧长大。过热组织。性能：塑性韧性对于易淬硬钢材，危害更大。接头中性能较差正火区：发生重结晶，晶粒细化，正火组织；性能：机械能高部分相变区：组织：部分相变（F、P）晶粒不均（部分F和P重结晶成为较细晶粒，未转变的F长大）性能：稍差热影响区熔合区与HAZ过热区对焊接质量影响最大，应尽量减少其宽度。热影响区大小和组织变化程度决定于焊接方法、焊接规范、接头形式、焊后冷却等因素，在保证焊接质量的前提下，增加焊接速度，减少焊接电流，减少热影响区尺寸。,3.2焊接应力与变形3.2.1内应力及变形基本概念,一、内应力的特点内应力是指在没有外力的条件下平衡于物体内部的应力，在物体内部构成平衡的力系。其主要特点是内应力在弹性体内构成一个平衡力系，即内力和内力矩的总和都为零。,按产生原因分类有热应力、相变应力和塑变应力。(1)温度应力（热应力）:(2)相变应力(3)塑变应力是指金属局部发生拉伸或压缩塑性变形后引起内应力。二、工作应力工作应力是指外力施加给构件的，工作应力的产生与消失与外力有关。当构件有外力时，构件内部即存在工作应力。,三、应力产生机理1.温度产生内应力温度差异所引起应力(热应力)如图。在一个既无外力又无内应力封闭的金属框架，若只对框架中心杆件加热，而两侧杆件保持原始温度，如果无两侧杆件，中心杆件随加热温度的升高而伸长，但由于受到两侧杆件和封闭框架的限制，不能自由伸长，此时中心杆件受压而产生压应力，两侧杆件受到中心杆件的反作用受拉而产生拉应力，压应力和拉应力是在没有外力作用下产生的，压应力和拉应力在框架中互相平衡，构成了内应力。,2.残余应力如果加热时产生的内应力大于材料的弹性极限，中间杆件会产生压缩塑性变形，当温度恢复到原始温度，若杆件能自由收缩，中间杆件的长度必然要比原来的短，这个差值就是中心杆件的压缩塑性变形量，若杆件不能自由收缩，中间杆件就会产生内应力，这种内应力是温度均匀后产生在物体中的，故称残余应力。,例1杆件加热时应力与变形当三个板条处于自由状态，对B板条加热，B独立伸长，板A、C未受热，所以长度无变化。由于三板连在一起，B板条加热伸长，A、C板条阻碍其伸长所以受拉；同时板条B受板条A、C的限制，不能自由伸长而产生压应力。冷却时,第一种，当加热温度不足以使板件产生塑性变形，冷却后板件无应力，也无残余变形。第二种当加热温度较高，中间板条既产生弹性变形，也产生塑性变形，中间板条应力，两侧板条产生应力1/2，冷却时因中间板条产生塑性变形率P，若许可自由收缩，中间板条应缩短P，两侧板条因无塑性变形，缩回原长。但三个板条是连在一起的，中间板条不能自由缩短，而是带动两侧板条同时缩短e的长度。最后中间板条产生拉应力，两侧板条产生压应力，整个板条产生缩短变形。,例2板条正中加热(不均匀)时的应力设板条由若干个互不相连窄板条组成，加热平衡时，温度场在板条上呈抛物线，板条上每个截面上的温度曲线分布都不均匀，此时如果把板条分成若干个小板条，使每个小板条自由伸长，其规律为中间伸出最长，像阶梯一样，与温度场分布规律一样见图(b)。实际上板条是整体，不可能单独自由伸长，而是按平截面假设保持平面，产生压应力，两侧产生拉应力，如图(c)所示。,板条正中加热T-温度场；-板厚，L-板长；B-板宽,冷却时，若板条是互不相连的小窄条，冷却后板条中心区端面将出现凹陷，由于板条是一个整体，中心部位收缩时受到两侧金属的限制，端面只能保持整体缩短，按平截面缩短，如图(d)的x轴线下方虚线所示。最后板条中间部位出现残余拉应力，板条两侧出现残余压应力，整个平板缩短Le长度(残余变形)。加热时的温度越高，金属产生的塑性变形量越大，残余应力也越大。,例3板条一侧非对称加热时的应力与变形如图中的电阻丝移置板条的一侧加热，假设该板条由若干个互不相连的窄板条组成，加热平衡时，就会出现放置电阻丝端伸出最长，而另一端尺寸几乎不变。实际上板条是整体，电阻丝加热部位不可能单独伸长，而是按平截面假设伸长时保持平面，按内应力构成平衡力系判断，加热时两侧受压，中间受拉，受压的面积等于受拉的面积。平板产生伸长并向左发生弯曲变形见图(b)。冷却时，如果加热温度不能使一侧板条发生压缩塑性变形，冷却后板条不缩短、无变形；如果加热温度较高，板条一侧除产生了弹性变形外，也产生了塑性变形，冷却后，两侧受拉，中间受压并产生缩短并向右的弯曲变形见图(c)。,板条一侧非对称加热,自由变形率外观变形率内部变形率,四、变形在外力或温度等因素的作用下，引起金属物体形状和尺寸发生变化。变形有弹性变形、塑性变形、自由变形和非自由变形(包括外观变形和内部变形)。当外力去除或温度均匀化后变形消失，恢复到原状，这种变形称弹性变形，不能恢复原状变形称塑性变形；如果金属杆件因受热发生相变，引起形状和尺寸变化时，未受到外界任何阻碍而自由的进行，这种变形称自由变形，受到外界阻碍的称非自由变形。,对于绝对刚性约束，外观变形率e=o。也就是；=-T，=-TE对于低碳钢E=2108kgf/cm2，=1210-6-1,所以将常数代入下式,因,-材料受压的屈服极限；-材料受拉的屈服极限；Ts-材料屈服时的温度。,式中：,杆件刚性固定,外观变形Le,内部变形L,3.2.2焊接残余变形,1.纵向收缩变形；2.横向收缩变形；3.弯曲变形；4.角变形；5.波浪变形；6.错边变形；7.螺旋形变形。,FP-塑性变形区面积；F-构件截面积；E-弹性模量；L-焊缝长度；P-塑性应变；,1.纵向收缩变形沿焊缝长度方向的变形,影响因素焊缝长度、构件截面积及压缩塑性变形区体积。焊接方法，焊接线能量和焊接工艺等因素有关，其中与焊接线能量关系最大。多层焊比单层焊线能量小；间断焊纵向变形比连续焊小。,2.横向收缩变形横向收缩变形指垂直于焊缝方向变形。影响因素有：(1)板厚：板厚增加，横向收缩变形减小。(2)材质：材料导热率和热膨胀系数越大，横向收缩变形越小。(3)拘束：拘束度增加，横向收缩变形减小(4)焊接工艺焊根间隙：焊根间隙增大，横向收缩变形明显增大；坡口形状：单面V形坡口的对接接头比双面V形坡口的横向变形大。因为焊缝截面积增大；焊接线能量：线能量增加，横向变形增大；焊接层数：焊接层数增加，总的横向变形减小,。,3.弯曲变形(纵向收缩引起)当纵向焊缝位置偏离构件截面的中心轴时，不仅产生纵向收缩，而且产生弯曲变形。根据材料力学，其产生的最大挠度为：,e偏心矩；L焊缝长度；I截面惯性矩。,弯曲变形计算图,4角变形堆焊时产生的角变形对接接头的角变形角焊缝的角变形,5.波浪变形薄板构件受压的失稳变形。使构件失稳的最小平均应力称为构件失稳临界应力为:,式中K-与支承情况有关的系数；-板厚；B-板宽板越薄，板宽越大，则失稳应力就越小，构件就易失稳变形。,6.螺旋（扭曲）形变形产生原因是焊缝角变形沿长度上的分布不均匀和工件的纵向错边造成的。在工字梁焊接中，由于角变形沿焊缝长度方向逐渐增大，导致产生螺旋形变形。该变形很难矫正，通过改变焊接次序和方向可以防止。,3.2.3焊接残余应力对性能的影响1静载强度塑性良好的金属材料，焊接残余应力的存在并不影响焊接结构的静载强度(塑性变形)当材料处于脆性状态时，因构件应力不会产生均匀化，应力峰值不断增加，直到达到强度极限，发生断裂。因此，内应力使脆性材料的承载能力下降。,2受压杆件稳定性和刚度的影响会使工字梁的稳定性明显下降，使局部或整体失稳，产生变形。3对构件加工尺寸精度的影响对尺寸精度要求高的焊接结构，焊后一般都采用切削加工来保证构件的技术条件和装配精度。通过切削加工把一部分材料从构件上去除，使截面积相应减小，同时也释放了部分残余应力，使构件中原有残余应力的平衡得到破坏，引起构件变形。如图在T形焊件上切削腹板上表面，切削后去除压板，T形焊件就会失稳产生上挠变形，影响T形焊件的精度。为防止因切削加工产生的精度下降，对精度要求高的焊件，在切削加工前应对焊件先进行消除应力退火，再进行切削加工，也可采用多次分步加工的办法来释放焊件中的残余应力和变形。,4对应力腐蚀开裂影响应力越大，发生断裂的时间越短。这里的应力不分工作应力和残余应力，而是两者之和。防止方法：合理设计结构，防止应力集中；合理施工，降低残余应力；进行表面处理。如：喷丸，涂保护层等。,3.2.4.减小残余应力与变形措施1尽量使焊缝在焊接过程中能得到自由收缩，并应先焊收缩量大的焊缝。如下图应先焊受力最大的翼板对接焊缝1，随后焊腹板对接焊缝2，最后再焊角焊缝3。,2减小接头刚度用分段退焊，重叠退焊，分段分层焊，阶梯形焊。3焊后热处理将构件整体或局部均匀加热到某一合适的温度，在该温度下保持一定的时间，然后使其均匀冷却到室温。影响消除残余应力的因素有：热处理温度；保温时间；加热和冷却速度；加热方法和加热范围大小。残余应力降低的原因主要是金属材料的屈服极限随温度升高而降低，并在保温过程中产生应力松弛。,4合理选择焊缝尺寸和布置焊缝的位置焊缝尺寸过大不但增加了焊接工作量，对焊件输入的热量也多，而且也增加了焊接变形。在满足强度和工艺要求的前提下，尽可能减少焊缝长度尺寸和焊缝数量，联系焊缝在保证工件不相互窜动的前提下，可采用局部点固焊缝；对无密封要求的焊缝，尽可能采用断续焊缝。对易淬火钢要防止因焊缝尺寸过小产生淬硬组织等。焊缝尽量设计在构件截面中心轴的附近和对称于中性轴的位置，使产生的焊接变形尽可能的相互抵消。工字梁其截面是对称的，焊缝也对称于工字梁截面的中性轴。焊接时只要焊接顺序选用合理，焊接变形就可以得到有效的控制，特别是挠曲变形可以得到有效的控制。,5合理选择焊缝的截面和坡口形式开坡口和不开坡口的T形和十字接头，当强度相等时，开坡口填充的金属量要少于不开坡口的，这对减少焊接变形是有利的。用开坡口来代替不开坡口的角焊缝，可节省大量人力和物力。开坡口对接焊缝，不同坡口形式所需焊缝金属相差很大，选择填充焊缝金属少的坡口，有利于减小焊接变形。在保证焊缝承载能力的前提下，设计时应尽量采用焊缝截面尺寸小的焊缝。但要防止因焊缝尺寸过小，热量输入少，焊缝冷却速度快易造成裂纹、气孔、夹渣等缺陷。应根据板厚、焊接方法、焊接工艺等合理的选择焊缝尺寸。要根据钢结构的形状、尺寸大小等选择坡口形式。如平板对接焊缝，一般选用对称的坡口，对于直径和板厚都较大的圆形对接筒体，可采用非对称坡口形式控制变形。考虑坡口加工的难易、焊接材料用量、焊接时工件是否能够翻转及焊工的操作方便等问题。如直径比较小的筒体，由于在内部操作困难，所以纵焊缝或环焊缝可开单面V或U形坡口。,6尽量减少不必要的焊缝保证强度的前提下，钢结构中应尽量减少焊缝数量，避免不必要的焊缝。为防止薄板产生波浪变形，可适当采用筋板增加钢结构的刚度，用型钢和冲压件代替焊件。7选择合理的焊接线能量线能量越大，对焊件输入的热量越多，焊件的变形也大。采用加热面积小、能量集中的焊接方法，用多层焊代替单层单道焊，用断续焊、退焊、跳焊等代替连续焊，在保证焊缝质量的前提下焊接线能量尽量选的小一些(尤其是薄板和易淬火钢)等措施，可减少对焊件的热量输入，将变形控制在最小范围。,8焊接前反变形根据焊接生产中已经发生的变形规律，先将焊件人为地制成一个变形，使焊件的变形方向相反、变形量相等。图(a)是焊前经试板测试得出的变形量，图(b)是根据测试的结果在焊件下部预先加了一块垫铁，使其产生的反变形量与预先测试的结果一样，焊后变形量可基本抵消。这是一种最常用也是最基本的反变形方法。,图示为塑性变形法的举例。图(a)是经测试得出翼板焊后的变形量；图(b)预先根据测出的变形量进行永久反变形，这种反变形只有通过焊缝的不均匀收缩产生的角变形才能相互抵消。对于难以进行塑性变形的钢结构，应采用刚性固定，控制焊接变形。,9焊接顺序方案I：先焊3，由于焊缝3大都分在槽钢中性轴以下，焊缝横向收缩产生上挠度f3，再装焊盖板焊接1，由于焊缝1位于截面中性轴以下，产生上挠度f1。最后焊2，同样产生上挠度f2。总挠度为f=f1+f2+f3。方案II：先装槽钢与盖板并焊1，产生上挠度f1。再装隔板焊2，产生上挠度f2，最后焊3，于槽钢与盖板已形成整体，中性轴从槽钢中心下降，使焊缝3大部分处于中性轴以上，产生下挠度f3，总挠度f=f1+f2f3。,方案III：先装隔板与盖板，焊2，盖板处于自由状态，只产生横向收缩和角变形。即f2为零。装槽钢焊1，产生上挠度f1，再装隔板焊3，产生下挠度f3，总挠度为f=f1f3。,3.3其他熔化焊方法,3.3.1埋弧自动焊埋弧：电弧埋在焊剂下，弧光不外露。自动焊：引燃电弧，送焊丝、移动电弧、最后灭弧一、焊接过程自动焊机头将光焊丝自动送入，保证弧长。电弧在焊剂下燃烧，靠焊机移动(或工件动)。焊剂从漏斗中不断流出，撒在焊丝前工件上，焊剂熔化成熔渣，部分未熔可回收。焊丝-相当于焊芯。焊剂-相当于药皮。埋弧自动焊常用于成批生产中，焊接在水平位置上厚度为660mm焊件的长直焊缝及较大直径（一般不小于250mm）的环形焊缝。,二、特点1生产率高，比手工高510倍(VI不换焊丝)2焊接质量高，且稳定。（1）冷却速度慢，有利于气体、杂质上浮。（2）焊区保护好。（3）规范控制好。3节省金属材料。没焊条头,金属飞溅少，25mm不开坡口。4劳动条件好。（看不到弧光，焊接烟雾少，机械操作。）三、工艺1下料，准备坡口，装配要严格准确。2焊前工件焊缝两侧50-60mm内的一切油污、铁锈除去，以免产生气孔。3一般适于长规则平焊、对接、搭接、丁字接头，规则环焊缝。应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径d250mm环缝。,3.3.2气体保护焊,一氩弧焊用氩气做保护气体，电弧发生在电极和焊件之间，在电弧周围通以氩气。又分为熔化极和不熔化极。1不熔化极氩弧焊电极：钨or钨合金，（熔点：3380-3600）只导电产生电弧，必要时需另加焊丝。(1)直流正接：阴极3000，阳极4200钨熔点，钨阴极，工件阳极，以减少钨损耗。(2)交流或直流反接：多用交流，I不能太大，钨极氩弧焊适用于6mm薄板。,2熔化极氩弧焊用焊丝做电极，并填焊缝，=3-25mm均可焊，多直流反接：电弧稳定，自动、半自动焊接。3特点1）焊区保护，焊接质量好。2）电弧稳、飞溅少（Ar导热小，电弧热损失少）3）电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，熔池小，热影响区小，焊接变形小。4）明弧可见，便于操作，可自动全位置焊接。5）适于焊各类合金钢，易氧化的有色金属。6）焊前工件清理严格，设备价高，氩气贵，成本高。7）只在室内（防保护气流破坏）,二CO2焊CO2做保护气体，电极：焊丝，CO2气体高温时发生分解：CO2CO+O2，O2进入熔池，会使Fe、C、Mn、Si和其它合金元素氧化烧损，降低焊缝力学性能，用Si、Mn较高的焊丝，或合金钢焊丝。,特点：1）成本低，是手工、埋40%2）质量好，(低H，Mn、S，抗裂，热量集中，热影响区小）3）生产率高（自动送焊丝，I大，v，比手工提高1-4倍）4）操作性好（明弧可见，适于各位置）5）飞溅大，弧光强，焊缝不美观，易产生气孔。应用：低C钢，低合金钢，=0.8-4mm，最厚30mm。,3.3.3等离子弧焊利用一些装置使自由电弧的弧柱受到压缩，弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧高得多的等离子电弧。,特点：（1）热力集中，12mm不开坡口，变形小。（2）电流，电弧稳定，可焊箔材、薄板。（3）焊接质量好（电弧稳定，Ar保护）,3.3.4真空电子束焊阴极被灯丝加热到2600K，并发射大量的电子。这些电子在高压电场的作用下，经电磁透镜聚焦成电子束，高速轰击工件表面（160000km/s）。电子动能瞬间变成热能（能量密度是普通电弧的1000倍）。在真空室，利用电子束将金属加热熔化。,特点：1）能量集中，可达200mm，厚件不开坡口，不变形。2）真空中焊，不氧化，焊接质量好。3）电子束大小可调，薄件也可焊。应用：焊高熔点和难熔稀有金属（钨、钼、钽、铌、钛)的焊接和普通材料的高精度焊接）。缺点：焊件大小受真空室限制。,3.3.5激光焊利用激光束的能量进行焊接。主要优点：热量集中，激光可反射、聚焦、改变方向，适于不同位置焊接。多用焊薄板，细丝。,基本原理：利用激光器受激产生激光束，通过聚焦系统将其聚集成半径微小的光斑，当调焦到被焊工件的接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头。,3.4压力焊与钎焊,3.4.1电阻焊利用电流通过焊件接头的接触面及其邻近区域所产生的电阻热将焊件局部加热到熔化或塑性状态，并在压力下形成焊接接头的焊接方法。,一、点焊1焊接过程：电极压紧工件通电加热断电保持原压力（加大）去压。分流：两点之间距离小，分流大。2特点：生产率高、易自动化、焊接变形小、设备复杂，焊前要严格清理工件表面。应用：薄件、钢筋4mm。,点焊形成过程示意图,缝焊形成过程示意图,二缝焊1焊接过程：与点焊相似，只是用滚动盘状电极代替柱状电极，形成连续焊点。2特点：由于焊点重迭50%以上，故密封性好，但分流严重，适于3mm以下薄板。,三对焊利用电阻热使对接接头在整个断面上连接起来的一种电阻焊方法。1电阻对焊：(1)焊接过程：对正、夹紧、予压力通电塑性状态增大压力、断电。(2)特点：易操作、接头外形光滑、毛刺少、接触面质量影响焊后质量。应用：断面简单，强度要求不高的件。2闪光对焊：(1)焊接过程：对正、通电点接触面接触熔化加压、断电。(2)特点：接头质量好（飞溅、挤出杂质、夹渣少）、金属损耗多、工件尺寸留较大余量，毛刺多。应用：同种、异种金属均可，形状尽量相同。d=0.01mm到F=20000m2刀具、钢轨、管子等。,对焊应用实例,a）对焊工件b)对焊管材,1焊缝2滚盘3挤压滚4焊件5绝缘层,锚链生产工艺流程图,四、摩擦焊利用工件接触摩擦生热，将工件端面加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接。1焊接过程：加压旋转其一，接触的生热塑性状态，停转加压塑性变形，完成焊接。2特点：(1)接头质量好（接头杂质、氧化皮挤出、不易产生气孔、夹渣）。(2)操作简单、易自控、生产率高。(3)设备简单、耗电少（只有闪光焊1/10-1/15）(4)焊接金属广泛，尤其性能差别大的异种金属，如：碳钢+镍基合金、铝+钢,摩擦焊示意图,五、爆炸焊爆炸焊是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。,爆炸焊示意图,爆炸焊界面示意图,3.4.2钎焊,利用比母材熔点低的钎料熔入接头间隙完成焊接。硬钎焊：钎料熔点450以上，接头强度高，铜等。软钎焊：钎料熔点450以下，接头强度低，锡。一焊接过程：1清理工件，搭接2钎料放在装配间隙处3加热钎料，使之熔化，（毛细作用）使钎料进入间隙内，与金属相互扩散，凝固形成钎焊接头。二钎剂作用：1清除母材表面的氧化膜及其它杂质。2改善钎料流入间隙的性能（湿润性）。3保护钎料及母材免于氧化，钎剂对焊接质量影响较大软：松香、氧化锌等；硬：硼酸、氧化物。,钎料填充焊缝过程示意图,液态钎料和固态金属之间的相互作用,三加热方法：烙铁、火焰、电阻、感应炉。四特点：1温度低，变形小；2工件尺寸精确；3同、异种金属均能焊；4设备简单、易控制；5接头强度低，耐温差；6焊前清理严格；7整体加热，可焊多条焊缝，生产率高。,3.5常用金属材料的焊接,3.5.1金属材料的可焊性一可焊性的概念金属的可焊性是指被焊金属材料在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度。包括两方面：1接合性能：焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性。2使用性能：焊接接头对使用要求的适应性。可焊性好：是用最简单的最普遍的焊接工艺条件，便可以得到优质的焊接接头。可焊性差：要用特殊、复杂工艺条件下才得到优质的焊接接头。,二估算钢材可焊性方法C对钢的可焊性影响最显着，因此用碳当量来估算钢材可焊性：C当量=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15（%）C当量0.4%，塑性好，淬硬性不明显，可焊性优良，不预热。C当量=0.4-0.6%，淬硬性，可焊性，采取相应工艺措施。C当量0.6%，塑性，淬，可，工艺措施，热处理。除上述估算外，对新材料还应试验，合理制定工艺方案。,3.5.2钢的焊接一、低碳钢含C0.25%，塑性好，可焊性好。手工电弧、埋焊、气体保护焊、电阻焊等。一般不需采取特殊工艺措施，对于50mm的结构，尤其-10以下，需预热50，焊后去应力退火或正火，防内应力变形、开裂。焊接材料：熔焊法焊接结构钢时，采用等强度原则。焊条电弧焊焊接低碳钢结构，可用E4313(J421)、4303(J422)、E4320(J424)焊条。焊接动载荷结构、复杂结构或厚板结构时，选用E4316(J426)、E4315(J427)或E5015(J507)焊条。埋弧焊时，一般用H08A或H08MnA焊丝配焊剂431进行焊接。,二、中、高碳钢中碳钢：0.25%-0.6%C，随含C增加，淬硬。高碳钢：0.6%C，淬硬性，可焊性。中高碳钢与低碳钢的热影响区可分成淬火区和部分淬火区。1焊接特点：(1)接头易产生淬硬组织和冷裂纹，M内应力，易裂。(2)焊缝金属热裂倾向较大中、高碳钢含C、P、S均高于焊芯，母材熔化溶入熔池。2工艺措施(1)焊前预热：减少内应力，M含量，预热温度150-250。(2)焊条：低氢焊条或铬镍不锈钢焊条A102、A302，抗裂性好。(3)降低焊缝含碳量：小电流、细焊条、多层焊、开坡口以减少母材溶入焊缝。(4)焊后缓冷和热处理：减少内应力，消除内应力，改善组织及力学性能。,三低合金钢C当量0.4%，可焊性，（s400MPa）低强度合金钢，手弧焊，埋弧自动焊，与低C钢相同。C当量0.4-0.6%，可，淬硬、冷裂，（s450MPa）高强度合金钢，与中C钢相同，手弧、埋弧、预热、低H焊条，焊后热处理。,3.5.3铸铁的焊补铸铁可焊性不好，所以铸铁焊接主要是焊补铸件的铸造缺陷或损坏的铸件。一铸铁焊接特点：1焊接接头易产生白口组织冷速，易生成白口和淬火组织，硬，难加工。2易产生裂纹铸铁强度低、塑性差，白口、淬硬。3焊缝易产生气孔和夹渣V冷，焊接时C氧化产生的CO不能排出气孔焊接时硅氧化产生的硅酸盐溶渣不能浮出夹渣。4适于平焊流动性好。,二、补焊方法1热焊法：预热600-700（整或局），受热均匀，防白口、裂纹，焊后质量好，易加工。不足：成本高，生产率低，劳动条件差，气焊：手弧焊-铸铁芯焊条2冷焊法：不预热或预热400以下，生产率高，成本低，质量较差，靠焊条调整焊缝化学成分，防白口、裂纹。(1)低C钢芯焊条；(2)镍基铸铁焊条；(3)铜基铸铁焊条。,3.5.4有色金属焊接一铜及铜合金的焊接1特点：(1)易氧化和产生裂纹(a)高温液态铜易氧化，生成氧化亚铜(Cu2O)与铜形成低熔点共晶体（Cu2O-Cu），在晶界，易裂。(b)铜及其铜合金线胀系数大，收缩率也大，内应力，易裂。(2)难焊透、难熔合导热性高，热量散失多，不易达到焊接温度，需大功率电源，当焊件厚度和刚性较大时，需预热。(3)易产生气孔(a)铜液态时吸气性强，（吸氢），凝固时对气体溶解度减小，易成气孔。(b)高温时，氧化亚铜与H生成水蒸汽，易成气孔。(4)接头质量不好合金元素易氧化，且组织粗大（Cu2O-Cu）。如：黄铜中Zn易蒸发。烧损，青铜中铅易氧化，ZnO有毒。,2方法氩弧焊（最佳），气焊，手弧焊和钎焊紫铜、青铜：气焊中性焰。（防氧化或吸氢）黄铜：气焊：微氧化焰+含硅焊丝，,二、铝及铝合金的焊接1特点：(1)易氧化：Al2O3，熔点2050，0.1-0.2m，氧化膜比重大，易夹渣。(2)易产生气孔：液态大量吸H，固态不溶H