焊接基本概念与方法【专业知识】

1、第三章 材料的连接成形,本章学习的根本目的是掌握焊接成形的基本原理、焊接的主要成形方法及金属材料的焊接性。 要求掌握常用焊接方法的工艺要求和适用范围； 掌握各种金属材料的焊接性能； 了解焊条的型号、牌号、焊接缺陷及其检验方法。 重点：各种焊接方法及工艺,1,高等教育,焊接基本概念与方法,焊接基本概念 熔化焊工艺方法 压力焊工艺方法 钎焊工艺方法,2,高等教育,焊接基本概念,一、金属的连接方法,3,高等教育,二、焊接的定义 通过物理或化学的手段，使两个相分离的物体（同种材料或异种材料）产生原子（分子）间的结合而连接成一体的连接方法。,4,高等教育,三、焊接的分类,以两材料发生结合时的物理状态为焊

2、接过程最主要的特征，分为三大类：1、 熔化焊（液相）2、 压力焊（固相）3、 钎焊（固相兼液相） 按热源的类型分类，如电弧热、电阻热、化学反应热、机械能、间接热能、高能束等。,5,高等教育,四、焊接的特点 结构重量轻、省工省料、密封性好等特点。 在制造业中，材料焊接技术是一种十分重要的加工工艺，已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航空航天、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。,6,高等教育,熔化焊工艺方法,利用局部加热,将工件的焊接处加热到熔化状态,形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝的焊接方法 。 由于所用热源的不同，熔化焊分为： （1）气焊 （2）电弧焊 （3）激光焊 （

3、4）激光切割（5）电子束焊（6）电渣焊 （7）等离子弧焊,7,高等教育,电弧焊 一、什么叫焊接电弧 它是在具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，气体介质产生强烈而持久的放电现象。,8,高等教育,二、电弧的实质,它是一种气体放电。气体在一般情况下是不导电的。要使气体导电，须将两个电极之间的气体电离，并在两电极间加上一定的电压，使这些带电离子在电场作用下作定向运动，两个电极间的气体中能连续不断地通过很大的电流，从而形成电弧。电弧导电时，产生大量的热量，同时发出强烈的弧光。,1、电弧的构造 2、焊条在电弧下的熔化及焊缝的成形过程,9,高等教育,电弧的构造,钢焊条的电弧弧柱区的温度高达5000K以上。

4、 阴极区和阳极区的温度较低，约为2400K和2600K。 其几何长度很小，仅为104105cm。 我们所看到的电弧实际上是电弧的弧柱区。 阴极区和阳极区所产生的热量占电弧热的近80。 弧柱区产生的热量仅约占20。,10,高等教育,三、电弧焊的类型 对电弧与焊缝的保护方法的不同，可分以下三种： 、手工电弧焊：利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的工艺方法。 （1）手工电弧焊焊接过程,11,高等教育,（2）手工电弧焊的主要特点,1)操作灵活，可焊接各种空间位 置的焊缝。2)焊接质量受焊工技术水平、施 工条件等影响，变动幅度大。3)焊接辅助时间长，生产效率低。,12,高等教育,、

5、埋弧自动焊 焊接电弧将焊剂、焊丝及工件焊接处熔化后形成熔池，熔池冷却后形成焊缝。液态熔渣形成焊渣，焊后履盖在焊缝表面起保护焊缝的作用。 （1）埋弧自动焊的焊接过程,13,高等教育,埋弧自动焊示意图 1-焊接小车 2-控制盘 3-焊丝盘 4-焊剂漏斗 5-焊接机头 6-焊剂 7-渣壳 8-焊缝 9-焊接电缆 10-焊接电源 11-控制箱,14,高等教育,埋弧自动焊焊接过程纵截面图 1-焊丝 2-电弧 3-焊件 4-熔池 5-焊缝 6-渣壳 7-液态熔渣 8-焊剂,15,高等教育,埋弧焊的工艺,（1）焊前准备 I型坡口板厚14mm Y型坡口1422mm 双Y型坡口2250mm（或U型坡口） 最常采

6、用的为Y型坡口和X型坡口,16,高等教育,单面焊时，为防止烧穿、保证焊缝的反面成形，应采用反面衬垫，衬垫的形式有焊剂垫、钢垫板，或手工焊封底（下图）,17,高等教育,由于埋弧焊在引弧和熄弧处电弧不稳定，为保证焊缝质量，焊前应在焊缝两端接上引弧板和熄弧板,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。 焊后去除引弧板和熄弧板,引弧板和熄弧板 1-引弧板 2-熄弧板,18,高等教育,（2）平板对接焊,双面焊 （图a ） 最常用,19,高等教育,（3）环焊缝,焊丝起弧点与环中心线偏离一距离e，防止熔池金属流淌。,20,高等教育,（4）多丝埋弧焊,两个以上焊丝同时进行焊接，提

7、高效率。,21,高等教育,埋弧自动焊的主要优点（与手工焊相比）,1）生产率高：可用的电流比手工电弧焊大。 2）焊接质量好：电弧被液态熔渣所包围，可以防止空气的浸害，因而焊缝质量好。 3）电弧的热量损失小，能量集中。 4）节省金属与电能：焊丝连续送进，节省金属材料，节省辅助时间；埋弧焊熔化深度大，节省了电能。 5）改善了劳动条件：没有弧光，送入与运出实现机械化，减少了工人的劳动强度，改善了劳动条件。,22,高等教育,埋弧焊的应用,适合中等厚度的板材的直、长缝或大圆圈环形焊缝的焊接。 如压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接等。,23,高等教育,压力容器环焊缝的焊接,压力容器的封头与筒

8、体组焊,埋弧焊接压力容器纵焊缝,埋弧焊压力容器施工现场图,24,高等教育,、气体保护焊 用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。 外加气体有以下二种： 氩气与二氧化碳气体保护焊 氩弧焊：氩气是惰性气体，不与金属起化学反应；不溶解于液体金属。 氩弧焊可以获得高质量的焊缝，是焊接不锈钢的主要方法，也广泛用于焊接铝合金、钛合金、锆合金等材料；用于航空航天、核工业等部门。,25,高等教育,钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊 脉冲氩弧焊 氩弧焊的焊接过程及主要优缺点,26,高等教育,1）钨极氩弧焊,高熔点的钍钨棒或铈钨棒作电极，由于钨 的熔点高达3410，焊接时钨棒基本不熔化， 只是作为电极起导电作用，

9、填充金属需另外添加。 在焊接过程中，氩气通过喷嘴进入电弧区将电极、焊件、焊丝端部与空气隔绝开。 其焊接方式有手工焊和自动焊两种， 主要区别在于电弧移动和送丝方式， 前者为手工完成，后者由机械自动完成。,27,高等教育,钨极氩弧焊示意图（自动焊） 1-熔池 2-焊丝 3-送丝滚轮 4-焊丝盘 5-钨极 6-导电嘴 7-焊炬 8-喷嘴 9-保护气体 10-电弧,28,高等教育,钨极氩弧焊的优点,（1）采用纯氩气保护，焊缝金属纯净，特别适合于非铁合金、不锈钢、钛及钛合金等材料的焊接。 （2）焊接过程稳定，所有焊接参数都能精确控制，明弧操作，易实现机械化、自动化。 （3）焊缝成形好，特别适合3mm以下

10、的薄板焊接、全位置焊接和不用衬垫的单面焊双面成形。,29,高等教育,工艺参数：钨极直径、焊接电流、电源种类和极性、喷嘴直径和氩气流量、焊丝直径等。 应用：易氧化的非铁合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金以及难熔的活性金属（钼、铌、锆）等材料的薄壁结构的焊接和钢结构的打底焊。,30,高等教育,2）熔化极氩弧焊,采用焊丝作电极并兼作填充金属，焊丝在送丝滚轮的输送下，进入到导电嘴，与焊件之间产生电弧，并不断熔化，形成很细小的熔滴，以喷射形式进入熔池，与熔化的母材一起形成焊缝。 焊接方式有半自动焊和自动焊两种,31,高等教育,熔化极氩弧焊示意图（自动焊） 1-焊接电弧 2-保护气体 3-焊炬 4-导电嘴

11、 5-焊丝 6-送丝滚轮 7-焊丝盘 8-喷嘴 9-熔池,32,高等教育,熔化极氩弧焊均采用直流反接，以提高电弧的稳定性，没有电极烧损问题，焊接电流的范围大大增加，因此可以焊接中厚板。 例如焊接铝镁合金时，当焊接电流为450A左右时，不开坡口可一次焊透20mm，同样厚度用钨极氩弧焊时则要焊67层。,33,高等教育,熔化极氩弧焊的焊接工艺参数：,焊丝直径、焊接电流和电弧电压、送丝速度、保护气体的流量等。 熔化极氩弧焊主要用于焊接高合金钢、化学性质活泼的金属及合金。 如铝及铝合金、铜及铜合金、钛、锆及其合金等。,34,高等教育,脉冲氩弧焊,将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲来焊接，低脉冲用来维弧和

12、凝故，可控制焊缝的尺寸与焊件品质。,35,高等教育,二氧化碳气体保护焊,以CO2作为保护介质的气体保护焊方法。 （1）二氧化碳气体保护焊的特殊性 *氧化性气体，会使焊缝金属氧化，故须采取脱氧措施。如用Si、Mn较高的焊丝或合金钢焊丝H08MnSiA、 H10MnSiMo等。 *由于CO2气体的特殊的物理性质，在熔滴中反应生成的CO气体，会在电弧高温作用下急剧膨胀，使熔滴爆破引起金属飞溅。 故要求使用直流焊机，且大多直流反接。 （2） 汽车传动轴的焊接,36,高等教育,CO2气体保护半自动焊示意图 1-焊接电源及控制箱 2- CO2钢瓶 3-加热器 4-送丝机构 5-焊枪 6-焊件,37,高等教

13、育,（3）二氧化碳气体保护焊的特点,生产率高 比手工电弧焊高15倍。工作时连续焊接,不需要换焊条,不需要敲渣。 成本低 CO2气体是很多工业部门的副产品，成本较低。,38,高等教育,焊接时CO2流量通常为515 L/min，保护气体流量偏大或偏小均会使保护效果变差。 二氧化碳气体保护焊是一种重要的焊接方法，主要用于焊接低碳钢和低合金钢。 在汽车行业和其他工业部门中广泛应用。,39,高等教育,4、电子束焊 当阴极被灯丝加热到2600K时，能发出大量电子，这些电子在阴极与阳极（焊件）间的高电压作用下，经电子透镜聚焦成电子流束，以极大的速度（可达160000kmS）射向焊件表面，电子的动能变为热能。

14、能量密度比普通电弧可大5000倍，它使焊件金属迅速熔化甚至气化。根据焊件的熔化程度，逐渐移动焊件，即能得到要求的焊接接头。,（点击 观看动画）,40,高等教育,真空电子束焊接的特点 （1）在真空中进行焊接，金属不会氧化氮化。且无金属电极沾污，能保证焊缝金属的高纯度。表面平滑洁净，没有孤坑或其他表面缺陷。焊缝内部熔合得好，无气孔夹渣 。 （2）热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深而窄，焊缝深宽比可达20：1，能单道焊厚件。焊接热影响区很小，基本上不产生焊接变形。可防止难熔金属焊接时易产生的裂纹和泄漏。,41,高等教育,（3）焊接时一般不加填充金属。因而接头要加工得平整清洁、装配紧密，不留间隙。

15、任何厚度的工件都不开坡口。 （4）电子束参数可在较宽范围内调节、控制灵活、精度高、适应性强。 （5）真空电子束焊接的缺点是设备复杂、造价高。使用维护技术要求高、焊件尺寸受真空室限制，对焊件清整装配质量要求严格，因而其应用受到一定限制。,42,高等教育,5、电渣焊 两个工件位于垂直位置，工件待焊 端面两侧，装有冷却铜滑块，使液 态熔渣及金属不会外流，冷水从其 内部通过，迫使熔池冷却凝固成为 焊缝。 固态焊剂熔化后形成的渣池具有 较大的电阻，当电流通过时产生大 量电阻热，使渣池温度保持在1700 一2000。焊丝与工件被渣池加热 熔化而形成熔池。 焊接过程中，焊丝不断送进并被 熔化，熔池及渣池逐渐

16、上升（冷却 滑块也同时逐渐上升），下面的金 属则逐渐凝固组成焊缝从而使焊缝 一次焊成。,（点击 观看动画）,43,高等教育,电渣焊特点： （1）很厚的工件可一次焊成。 改变了重型机械制造的工艺，可用铸一锻一焊组合结构代替巨大的铸、锻整体结构。 （2）生产率高。 焊接材料消耗少。任何厚度的工件都不需开坡口，只要使焊接面之间保持25-35mm的间隙就可一次焊成。,44,高等教育,（3）焊缝金属比较纯净。 渣池覆盖在熔池上保护作用良好，熔池存在的时间较长，熔池中的气体与杂质有较充分的时间逸出。且焊缝自下而上结晶也有利于排出低熔点杂质和气体。 （4）热影响区大 由于较厚工件用电渣焊焊接是一次焊成，焊接

17、速度比较慢，焊缝区在高温停留较长的时间。热影响区比其他焊接方法都大，晶粒粒大、易产生过热组织，力学性能有显著下降所以对较重要的构件，焊后须进行正火处理。,45,高等教育,6、等离子弧焊和切割,等离子弧实质是一种导电截面被压缩得很小、能量转换非常激烈、电离度很大、热量非常集中的压缩电弧。这种电弧受三种压缩作用： 一 是两极间的电弧通过喷嘴细孔道的机械压缩，称为机械压缩效应； 二 是水冷喷嘴使弧柱外层冷却，迫使带电粒子流向弧柱中心收缩称为 热压缩效应； 三 是无数根平行导体所产生的自身磁场，使弧柱进一步压缩，称磁压缩效应。,46,高等教育,电弧压缩成能量高度集中的高温等离子弧，温度可达240005

18、0000K，能量密度可达l05-106W/cm2。 弧柱内的气体被充分电离，形成离子化的导电气体，即等离子体。等离子弧焰流速可达数倍音速，表现出强大的冲击力。 等离子弧技术可应用于切割。即利用等离子弧的高温将被割件熔化，并借助弧焰的机械冲击力把熔融金属强制排除，从而形成割缝以实现切割。 等离子切割特别适用于切割高合金钢、铸铁、铜、铝、镍、钛及其合金、难熔金属。,47,高等教育,（点击 观看动画）,48,高等教育,压力焊工艺方法,在焊接过程中，对焊件施加一定压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。 压力焊的主要方法有： 【电阻焊】【 摩擦焊】【扩散焊】 【爆炸焊】 （）爆炸焊原理 （）爆炸焊生产

19、过程,49,高等教育,电阻焊 利用电流通过焊件时产生的电阻热加热焊件，在压力下进行焊接。 电阻焊接头的形状不同分为 点焊、缝焊和对焊等。 一、点焊：利用上、下电极对焊件施加压力，通电加热在压力下成形焊接。 1、焊点的形成过程 2、点焊是应用最广的焊接工艺之一。 点焊汽车驾驶室,50,高等教育,二、缝焊,利用滚盘对焊件进行加压，通电进行焊接。 缝焊最适合焊接要求密封的薄板件生产。 例如: 1、汽车油箱的焊接 2、自行车钢圈的生产与缝焊的过程,51,高等教育,三、对焊,被焊工件两端面连接的电阻焊。 它分为闪光对焊与电阻对焊 、闪光对焊 将二件夹在两电极间经通电-爆裂闪光-移动工件-连续产生爆裂、闪

20、光-快速加压-切断电流-形成焊接。 *闪光对焊的焊接过程 *自行车钢圈的焊接 *铁锚链,52,高等教育,2、电阻对焊,将二件夹在两电极间经加压、通电、顶锻将焊件焊接起来。 *大功率三极管的外壳,53,高等教育,钎焊工艺方法,利用熔点比工件材料低的填充金属熔化以后，填充接头间隙并与工件材料相互扩散实现连接的焊接方法。 【钎焊的定义】,54,高等教育,钎焊的主要方法有：,（1）硬钎焊 钎料的熔点高于450的钎焊，接头强度较高，都在200MPa以上。 属于此类钎料有铜基、银基、镍基等。 一般焊件多采用黄铜钎料。 【 车刀的焊接 】 【 铣刀的焊接】 【 自行车三角架盐液钎焊】,55,高等教育,（2）软钎焊,钎料的熔点低于450 的钎焊。接头强度较低，一般不超过70MPa，它具有良好的润湿性和导电性。 常用钎料锡铅合金，通称锡焊。 广泛用于焊接受力不大的常温工作的仪表、导电元件及钢铁、铜及铜合金等制造的构件。 【锡焊】【印刷电路