第4章-焊接工艺基础知识

1、 焊接是将两个分离的金属通过焊接是将两个分离的金属通过加热熔化加热熔化或或加热、加压加热、加压，产生原子的结合与扩散作用而形成产生原子的结合与扩散作用而形成永久性连接永久性连接的工艺方法。的工艺方法。 根据根据焊接原理焊接原理可归纳为三大类：可归纳为三大类： (1)(1)熔焊熔焊 利用局部加热，使利用局部加热，使焊件接头处熔化焊件接头处熔化并加入填充金并加入填充金属，待其冷却凝固后连接成整体的焊接方法，如属，待其冷却凝固后连接成整体的焊接方法，如气焊、电弧气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊和激光焊焊、电渣焊、等离子弧焊和激光焊等。等。 (2)(2)压焊压焊 利用加热或其他方法使金属利用加热或其他

2、方法使金属接头处于半熔化或高接头处于半熔化或高塑性塑性状态，在足够的压力下产生塑性变形，通过原子间的结状态，在足够的压力下产生塑性变形，通过原子间的结合连接金属的焊接方法，如合连接金属的焊接方法，如电阻焊、摩擦焊电阻焊、摩擦焊等。等。 (3)(3)钎焊钎焊 利用利用低熔点钎料被加热熔化低熔点钎料被加热熔化，在焊件接头处与母，在焊件接头处与母材相互扩散而形成焊接接头的方法。材相互扩散而形成焊接接头的方法。一、焊接电弧及其冶金过程特点一、焊接电弧及其冶金过程特点 焊接电弧焊接电弧是在焊条与工件之间的气体介质中所产生是在焊条与工件之间的气体介质中所产生的强烈而持久的的强烈而持久的放电现象放电现象。4

3、.1 手弧焊手弧焊-(手工电弧焊手工电弧焊)焊接电弧可由直流电或交流电产生：焊接电弧可由直流电或交流电产生： 直流电焊机直流电焊机可产生的焊接温度阳极区约可产生的焊接温度阳极区约2600K，阴极区约阴极区约2400K，弧柱区的温度可达，弧柱区的温度可达60008000K 交流电焊机交流电焊机可产生的焊接温度可产生的焊接温度两极都在两极都在2500K左右左右电焊机的引弧电压电焊机的引弧电压( (空载电压空载电压) )，一般为，一般为5090V5090V。正常工作电压正常工作电压( (电弧电压电弧电压) )，一般为，一般为1635V1635V。电弧柱电弧柱工件工件(+)焊条焊条(-)溶池溶池焊壳焊

4、壳保护气体保护气体焊滴焊滴焊缝焊缝l焊接电弧和熔池温度比一般冶炼温度高，容易形成焊接电弧和熔池温度比一般冶炼温度高，容易形成有害杂质有害杂质；l熔池体积小、冷却快，冶金反应不充分，易形成熔池体积小、冷却快，冶金反应不充分，易形成气孔和夹渣气孔和夹渣；l电弧和熔池暴露在空气中，如果没有保护措施，空气中的氧、电弧和熔池暴露在空气中，如果没有保护措施，空气中的氧、氮会渗入焊缝形成氧化物、氮化物等杂质和气孔，焊缝周围的氮会渗入焊缝形成氧化物、氮化物等杂质和气孔，焊缝周围的水、油等杂质分解渗入焊缝，导致水、油等杂质分解渗入焊缝，导致气孔和氢脆性气孔和氢脆性。 因此，焊接时必须采取措施保护焊缝，以保证焊缝

5、质量。因此，焊接时必须采取措施保护焊缝，以保证焊缝质量。与炼钢过程相比，与炼钢过程相比，电弧焊时，在焊缝形成的小电弧焊时，在焊缝形成的小熔池熔池里的里的冶金过程冶金过程特点是：特点是：焊条的金属上带药皮就是焊条的金属上带药皮就是保护措施之一保护措施之一二、电焊条二、电焊条 电焊条由电焊条由焊芯焊芯和和药皮药皮两部分组成两部分组成l焊芯焊芯用作用作电极电极和熔化后的焊缝和熔化后的焊缝填充金属填充金属；l药皮药皮其作用是：其作用是： (1) (1) 引燃电弧和提高电弧的稳定性；引燃电弧和提高电弧的稳定性； (2) (2) 造气、造渣包围和覆盖熔池，保护焊缝；造气、造渣包围和覆盖熔池，保护焊缝； (

6、3) (3) 提供合金元素渗入焊缝，保证焊缝的力学性能。提供合金元素渗入焊缝，保证焊缝的力学性能。焊芯的材料见表焊芯的材料见表4-l4-l。按按焊芯焊芯的材料有：的材料有： 结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条等。等。按按熔渣熔渣的化学性质分为的化学性质分为酸性焊条酸性焊条和和碱性焊条碱性焊条。 l焊缝中含氢量少，抗裂性好，力学性能高；焊缝中含氢量少，抗裂性好，力学性能高； 根据金属被加热时根据金属被加热时的状态不同，焊接接的状态不同，焊接接头可分为：头可分为：焊缝区焊缝区和和热影响区热影响区、 熔焊时，由于焊件局部的加热和冷却，使焊件各部分被加熔焊时，由于焊件局部

7、的加热和冷却，使焊件各部分被加热的温度不同，导致它们产生的组织变化和性能也不同。热的温度不同，导致它们产生的组织变化和性能也不同。焊缝区焊缝区金属熔化后金属熔化后再结晶的区域再结晶的区域热影响区热影响区受焊接热受焊接热影响的区域影响的区域() 焊缝区焊缝区热影响区热影响区四、焊接应力和变形四、焊接应力和变形、 焊接时，焊件的受热膨胀和冷却收缩过程中，均受到周围焊接时，焊件的受热膨胀和冷却收缩过程中，均受到周围金属的限制，使焊件产生了应力和变形。金属的限制，使焊件产生了应力和变形。焊接过程中焊缝处受压焊接过程中焊缝处受压冷却以后焊缝处受拉冷却以后焊缝处受拉焊缝周围的金属所受应焊缝周围的金属所受应

8、力与焊缝的相反力与焊缝的相反焊缝周围的金属所受焊缝周围的金属所受应力与焊缝的相反应力与焊缝的相反因此焊件产生了因此焊件产生了焊接应力和变形焊接应力和变形焊件常见的焊件常见的纵、横向膨胀纵、横向膨胀角变形角变形弯曲弯曲扭曲扭曲翘曲翘曲减少或防止焊接变形、裂纹和内应力工艺措施：减少或防止焊接变形、裂纹和内应力工艺措施：(1)(1)焊前预热及焊后热处理焊前预热及焊后热处理 (2)(2)选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序 (3)(3)刚性固定法刚性固定法 (4)(4)反变形法反变形法 (5)(5)锤击焊缝法锤击焊缝法 4.2 4.2 1. 1. 埋弧焊埋弧焊埋弧自动焊埋弧自动焊2. 2. 气体保护焊

9、气体保护焊氩气、二氧化碳气体保护焊氩气、二氧化碳气体保护焊3. 3. 电渣焊电渣焊4. 4. 等离子弧焊接和切割等离子弧焊接和切割5. 5. 激光焊激光焊6. 6. 电阻焊电阻焊7. 7. 摩擦焊摩擦焊8. 8. 钎焊钎焊其他焊接方法还有其他焊接方法还有1. 埋弧焊埋弧焊埋弧自动焊埋弧自动焊焊丝焊丝焊剂焊剂l电弧被埋在焊剂下面电弧被埋在焊剂下面埋弧焊埋弧焊l用焊接小车自动走缝用焊接小车自动走缝埋弧自动焊埋弧自动焊 适用于长直缝和小曲率弯缝适用于长直缝和小曲率弯缝 2. 气体保护焊气体保护焊 气体保护焊是利用气体保护焊是利用外加气体外加气体来保护电弧和焊缝的来保护电弧和焊缝的电弧焊电弧焊。 目前

10、常用的保护气体是氩气和二氧化碳，称之为目前常用的保护气体是氩气和二氧化碳，称之为氩弧焊和二氧化碳保护焊。氩弧焊和二氧化碳保护焊。焊丝焊丝电极电极(焊丝焊丝)保护气体保护气体保护气流保护气流电极电极(不熔不熔) 3. 电渣焊电渣焊电渣焊是电渣焊是利用利用电流通过液态电流通过液态熔渣所产生的熔渣所产生的电阻热电阻热为热源为热源来进行焊接的来进行焊接的方法方法焊丝焊丝(导线导线)溶池溶池保护水套保护水套渣池渣池(剖开的剖开的)焊件焊件 4. 等离子弧焊接和切割等离子弧焊接和切割等离子弧等离子弧工件工件钨钨(电电)极极带水套的喷嘴带水套的喷嘴等离子气等离子气 5. 5. 工件工件激光器激光器聚焦光束聚

11、焦光束激光束激光束 6. 6. 电阻热电阻热在压力在压力下结晶凝固下结晶凝固对焊焊缝对焊焊缝焊点焊点电阻焊的基本形式可分为电阻焊的基本形式可分为点焊、缝焊和对焊。点焊、缝焊和对焊。上焊件上焊件下焊件下焊件焊缝焊缝点焊点焊 广泛用于汽车、飞机、机车、电子仪表和日常生活用品等生产部门。广泛用于汽车、飞机、机车、电子仪表和日常生活用品等生产部门。缝焊缝焊 只适用于只适用于3 mm3 mm以下要求密封性好的薄壁结构。以下要求密封性好的薄壁结构。 闪光对焊闪光对焊 常用于重要焊接件的对接。常用于重要焊接件的对接。 ( (如刀具、涡轮轴、锅炉管道、发动机排气门等如刀具、涡轮轴、锅炉管道、发动机排气门等)

12、) 左焊件左焊件右焊件右焊件 7. 7. 摩擦焊广泛应用于圆形工件、棒料及管子的对接，也可摩擦焊广泛应用于圆形工件、棒料及管子的对接，也可以焊接非等截面和非圆截面的焊件。以焊接非等截面和非圆截面的焊件。8. 8. 钎焊是将熔点比焊件低的钎料加热熔化后渗入固态焊件间钎焊是将熔点比焊件低的钎料加热熔化后渗入固态焊件间的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。 (1)(1)硬钎焊硬钎焊 钎料熔点高于钎料熔点高于450450，接头强度较高，接头强度较高( (200MPa)200MPa)，主要用于受力较大或工作温度较高的工件主要用于受力较大或工作温度较高的工件( (刀具、工

13、具刀具、工具 ) ) 。(2)(2)软钎焊软钎焊 钎料熔点低于钎料熔点低于450450，接头强度低，接头强度低( (100MPa)100MPa)，主，主要用于受力较小或工作温度较低的工件。要用于受力较小或工作温度较低的工件。 4.3 4.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性 金属材料的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金金属材料的焊接性是指在一定的焊接工艺条件下金属材料获得优质焊接接头的难易程度。属材料获得优质焊接接头的难易程度。包括可焊性和可用性包括可焊性和可用性(焊缝的质量和力学性能焊缝的质量和力学性能) 低碳钢和低合金钢低碳钢和低合金钢都具有良好

14、的焊接性，都可用作结构都具有良好的焊接性，都可用作结构件焊接。件焊接。 高碳钢高碳钢的焊接性很差，一般只对高碳钢工件进行焊补。的焊接性很差，一般只对高碳钢工件进行焊补。 二、碳钢及低合金钢的焊接二、碳钢及低合金钢的焊接三、铸铁的补焊三、铸铁的补焊4.4 4.4 焊接件的结构工艺性焊接件的结构工艺性一、焊接结构材料的选择一、焊接结构材料的选择选材原则选材原则 在满足焊接结构件使用性能的前提下，应尽量选在满足焊接结构件使用性能的前提下，应尽量选用焊接性良好的材料。用焊接性良好的材料。 在设计焊接结构在设计焊接结构件时，应多采用工件时，应多采用工字钢、槽钢和钢管字钢、槽钢和钢管等成型材料。对于等成型

15、材料。对于形状比较复杂的部形状比较复杂的部分可采用铸钢、锻分可采用铸钢、锻钢和冲压件来焊接。钢和冲压件来焊接。二、焊接接头形式二、焊接接头形式 熔化焊接头基本形式有熔化焊接头基本形式有对接对接接头、接头、搭接搭接接头、接头、角接角接接接头和头和T T形接头形接头。接头形式的选择主要根据结构形状、使用。接头形式的选择主要根据结构形状、使用要求和焊接生产工艺而定。要求和焊接生产工艺而定。 对于对接、对于对接、角接和角接和T T形接形接的焊件，的焊件，当焊当焊件厚度较大时，件厚度较大时，为了保证焊透，为了保证焊透，接头处应根据接头处应根据工件厚度加工工件厚度加工出各种坡口出各种坡口l焊缝的位置应便于

16、操作焊缝的位置应便于操作 焊缝位置要考虑到有足够的操作空焊缝位置要考虑到有足够的操作空间，至少电焊条能伸入到待焊部位。间，至少电焊条能伸入到待焊部位。l焊缝应避开应力最大和应力集中的部位焊缝应避开应力最大和应力集中的部位 焊接接头由于存在焊接接头由于存在某些缺陷和残余应力，成为焊接结构中的薄弱环节。某些缺陷和残余应力，成为焊接结构中的薄弱环节。焊缝的布置焊缝的布置焊条没法伸入焊条没法伸入焊条可伸入焊条可伸入最大受力在焊缝处最大受力在焊缝处焊缝远离最大受力处焊缝远离最大受力处焊缝在应力集中处焊缝在应力集中处焊缝位置合理焊缝位置合理l焊缝布置应尽可能分散焊缝布置应尽可能分散 。l焊缝位置应尽可能对

17、称焊缝位置应尽可能对称 。l如必须先加工后进行焊接时，焊缝应远离加工表面。如必须先加工后进行焊接时，焊缝应远离加工表面。焊缝的布置焊缝的布置焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝密集焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝分散焊缝位置应尽可能对称焊缝位置应尽可能对称焊缝应远离已加工表面4-1 4-1 直流电焊接时焊接电弧分为哪几个区域直流电焊接时焊接电弧分为哪几个区域? ?各区温度为多少各区温度为多少? ?交流电焊接时有什么变化交流电焊接时有什么变化? ?4-2 4-2 电弧焊冶金过程的特点是什么电弧焊冶金过程的特点是什么? ?4-3 4-3 电焊条各组成部分的作用是什么电焊条各组成部分的作用是什么? ?酸性焊条与碱性焊条有酸性焊条与碱性焊条有何区别何区别? ?各应用在什么场合各应用在什么场合? ?4-4 4-4 低碳钢焊接后，焊缝区和热影响区各部分的组织和性能发低碳钢焊接后，焊缝区和热影响区各部分的组织和性能发生什么变化生什么变化? ?4-5 4-5 焊接应力和变形产生的原因是什么焊接应力和变形产生的原因是什么? ?焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式有哪些有哪些? ?如何防止和减少焊接应力和变形？如何防止和减少焊接应力和变形？4-6 4-6