焊接培训焊接工艺常识

1、焊接(hnji)培训1金工(jngng)教研室制造科学与工程学院2005年春季学期第四讲：焊接工艺常识 共一百零二页第四讲：焊接工艺(gngy)常识焊接工艺永久性连接起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）现代工业的基础工艺造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车基本焊接方法电弧焊：属于(shy)熔化焊其他焊接方法：压力焊、钎焊共一百零二页本讲内容(nirng)一、电弧焊工艺常识二、焊条电弧焊三、特种焊接工艺方法四、金属材料的焊接性五、焊接结构设计六、连接(linji)技术共一百零二页一、电弧焊工艺(gngy)常识1、焊接(hnji)电弧气体介质中导电现象共一百零二页焊接电弧(dinh)的热量热量(rli

2、ng)来源于阳极43阴极36弧柱21热量扩散6585加热熔化金属其余散失在电弧周围飞溅的金属液共一百零二页2、正接和反接(fn ji)温度：阳极：2600K阴极：2400K电弧中心(zhngxn)：6000K 8000K直流焊接正接法：工件温度高反接法交流焊接：两极温度均为2500K引弧电压：5090V电弧电压：1635V共一百零二页3、焊接接头的组织(zzh)与性能焊接工件上温度的变化(binhu)与分布共一百零二页焊接接头(ji tu)组织低碳钢焊缝(hn fn)焊接热影响区共一百零二页4、焊缝(hn fn)从熔池底向中心凝固各个方向凝固速度不同柱状铸态组织铁素体少量珠光体杂质集中(jzh

3、ng)在焊缝中心，影响焊缝质量共一百零二页焊缝(hn fn)的热影响区1融合区0.11mm，关键2过热区脆性比融合区更大3正火区力学性能优于母材4部分相变区比正火区稍差不同焊接方法热影响区宽度(kund)不同焊后正火改善接头性能共一百零二页5、焊接应力(yngl)与变形极不平衡(pnghng)的热循环过程应力分布规律先冷受压，后冷受拉共一百零二页消除焊接(hnji)应力提高母材塑性避免焊缝交叉避免焊缝过宽过长合理(hl)焊接顺序先焊短焊缝后焊长焊缝预热焊件、振动焊缝焊后退火共一百零二页焊接(hnji)变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲(ni q)变形波浪变形共一百零二页防止焊接(hnji)变形减小

4、焊接应力提高结构(jigu)刚度对称焊缝分布焊前反变形共一百零二页防止焊接(hnji)变形合理焊接(hnji)操作平衡温度分布利用变形共一百零二页防止焊接(hnji)变形焊后校正(jiozhng)共一百零二页二、焊条(hntio)电弧焊焊条电弧焊过程药皮燃烧：电弧周围气体：CO2、CO、H2熔池中熔渣，冷却形成渣壳保护(boh)熔池中的熔化金属共一百零二页1、电焊条焊芯导电(dodin)和填充焊缝焊接用钢丝低碳钢、合金结构钢、不锈钢药皮焊接过程顺利进行焊缝化学成分、力学性能共一百零二页焊条(hntio)药皮作用提高(t go)电弧燃烧的稳定性防止空气对熔化金属的有害作用对熔池脱氧、加入合金元素

5、保证焊缝金属的化学成分和力学性能稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接原料种类原料名称作用稳弧剂碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白粉、钠水玻璃、钾水玻璃改善引弧性能、提高电弧燃烧的稳定性造气剂淀粉、木屑、纤维素、大理石造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴与熔池造渣剂大理石、长石、萤石、菱苦石、锰矿、钛铁矿、粘土、钛白粉、金红石造成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊缝，碱性渣中的CaO可脱硫、磷共一百零二页焊条(hntio)药皮的作用共一百零二页焊条(hntio)种类按化学成分分成(fn chn)七大类碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金焊条型号E4303：E碳钢焊条

6、43：焊缝抗拉43 kgf/mm20：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流共一百零二页焊条(hntio)种类焊条牌号J422、J507J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z）42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80）2：药皮和电流(dinli)种类共一百零二页焊条(hntio)种类按熔渣性质酸性焊条酸性氧化物比碱性氧化物多适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件碱性焊条焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强要求直流电源、操作性差、电弧不够(bgu)稳定、价格高，适于重要构件共

7、一百零二页焊条选用(xunyng)原则选择依据(yj)：根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能结构形状、受力情况、焊接设备条件低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准）酸性/碱性：根据重要性铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热）不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条共一百零二页2、埋弧焊埋弧焊演示(ynsh)共一百零二页埋弧焊特点(tdin)大电流（1000A）、生产率高焊接质量高且稳定节约金属热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少改善劳动条件无弧光、烟雾自动化程度高工艺装备(zhungbi)复杂，适合批量生产共一百零二页焊丝(hn s)与焊剂焊丝焊剂决定焊缝(hn fn)化学成分、

8、力学性能熔炼焊剂、陶质焊剂共一百零二页埋弧焊工艺(gngy)仔细下料、准备（清理(qngl)）坡口、装配引弧板与引出板焊后去掉共一百零二页防止(fngzh)烧穿焊剂垫、垫板共一百零二页环缝焊接(hnji)共一百零二页3、气体(qt)保护焊氩弧焊共一百零二页气体(qt)保护焊CO2保护焊共一百零二页4、等离子弧焊接(hnji)与切割电弧压缩机械压缩热压缩电磁收缩中心区域温度极高16000K焊接/切割(qig)熔点很高的金属不锈钢钛、钨共一百零二页5、焊接(hnji)自动化数控轨迹控制焊接质量(zhling)监控共一百零二页焊接(hnji)机器人焊接(hnji)机器人演示共一百零二页用电弧焊焊接钢

9、板(gngbn)的问题如图拼焊一张大钢板焊缝布置合理(hl)吗？如何改进？对称，错开如何合理安排焊缝顺序？先短后长12345678共一百零二页三、特种焊接工艺(gngy)方法简略了解其它焊接(hnji)方法电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊真空电子束焊接、激光焊接讨论可以用于焊接的能源形式共一百零二页1、电阻(dinz)焊电阻热Q=I2Rt特点生产率高、焊接变形小操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）设备复杂(fz)、耗电量大接头形式、工件厚度受到限制点焊、缝焊、对焊共一百零二页点焊(din hn)局部高温(gown)焊合分流现象焊点的分布最小距离限制共一百零二页点焊(din hn)的接头形式硬规范软

10、规范电极压力表面清洗(qngx)接头形式共一百零二页缝焊共一百零二页对焊共一百零二页对焊接(hnji)头形式共一百零二页讨论(toln)这个问题铜及铜合金可以采用(ciyng)电阻焊吗？共一百零二页2、摩擦(mc)焊共一百零二页摩擦焊的接头(ji tu)形式共一百零二页3、钎焊(qin hn)焊接过程(guchng)示意图毛细管作用共一百零二页钎焊(qin hn)硬钎焊450以上、接头强度200MPa以上自行车架、工具、刀具软钎焊450以下、接头强度70MPa以下仪表、导电元件、各种低载荷构件加热(ji r)方式烙铁、火焰、电阻、感应共一百零二页钎焊的常见(chn jin)接头形式共一百零二页

11、钎焊(qin hn)接头的比较共一百零二页4、电渣焊共一百零二页5、真空(zhnkng)电子束焊接共一百零二页6、激光(jgung)焊接共一百零二页题外话：关于(guny)铝热剂什么是铝热剂通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂用某些金属(jnsh)氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂有什么特性难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热有什么用？共一百零二页焊接(hnji)钢轨原理铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁Fe2O3 + 2 Al = 2Fe + Al2O3 还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属(jnsh)，可以用来焊接钢轨优点这些原

12、料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头共一百零二页焊接(hnji)钢轨过程铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。当铝热钢冷却下来后，进行(jnxng)进一步的热处理来提高它的机械特性。 共一百零二页铝热焊设备(shbi)共一百零二页其它(qt)用途冶炼难熔金属(jnsh)军事用途在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。在前苏联科学家编写的火箭炮一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。在

13、中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。共一百零二页选择(xunz)焊接方法自行车车架钢窗家用液化气罐主缝自行车圈电子(dinz)线路板锅炉壳体钢轨对接不锈钢储罐硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊埋弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊共一百零二页四、金属材料的焊接(hnji)性焊接性概念设定相同（焊接方法、材料、参数、结构）易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度(chngd)焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定方法工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向使用焊接性：使用中的可靠性（力

14、学、特殊性能要求）共一百零二页钢材(gngci)焊接性的估算碳当量计算公式计算结果0.6% ：焊接(hnji)性不好共一百零二页小型(xioxng)抗裂实验法共一百零二页碳钢焊接(hnji)低碳钢（C% 应力、变形开裂焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊保证焊接接头与母材等强度焊条：E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427)等埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA) / 431共一百零二页碳钢焊接(hnji)中碳钢：C% （0.25% 0.6%）焊接性变差、淬硬倾向变大工艺特点：容易开裂：冷裂纹、热裂纹必须预热，减小工件各个(gg)部分的温差细焊条、小电流、

15、开坡口多层焊接焊条电弧焊、电渣焊（厚件）选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度焊条：E5016(J506)、 E6015D1(J607)共一百零二页合金钢焊接(hnji)合金结构钢焊接件较少工艺与中碳钢近似低合金结构钢焊接工艺特点热影响区的淬硬倾向：合金含量(hnling)大小焊接接头的裂纹倾向：冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn）强度级别决定工艺低：同低碳钢低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理共一百零二页铸铁(zhti)补焊铸铁焊接性很差，只能进行补焊焊接特点焊缝易形成白口、难以(nny)切削加工易开裂、

16、易产生气孔流动性好，只能进行平焊热焊法（600700）：防止开裂，补焊后可切削加工冷焊法（450以下）共一百零二页非铁金属(jnsh)及其合金的焊接铜及铜合金困难导热性太好，容易焊不透易氧化、易开裂(ki li)、易形成气孔电阻很小，难以采用电阻焊铜合金比纯铜更难焊接氩弧焊（紫铜、青铜）气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊共一百零二页非铁金属及其合金(hjn)的焊接铝及铝合金也比较困难(kn nn)极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣导热性较好，需预热、使用大功率热源容易产生气孔（易吸收H2）高温下强度塑性很低，焊缝塌陷氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊共一百零二页选择(xunz)焊接方法圆筒低压容器Q

17、235钢板(gngbn)20mm批量生产埋弧自动焊20钢板2mm批量生产缝焊45钢板6mm单件生产焊条电弧焊紫铜板4mm单件生产氩弧焊铝合金板20mm单件生产氩弧焊不锈钢板10mm小批生产氩弧焊共一百零二页讨论焊接工艺(gngy)问题如图铸件补焊后还是开裂(ki li)，怎么样补焊才能既不开裂(ki li)，又能切削加工？共一百零二页五、焊接(hnji)结构设计焊接结构件材料的选择应选碳当量小于0.4的金属材料优选强度等级低的低合金结构钢优选镇静钢（脱氧完全）异种(y zhn)金属间焊接以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺各种金属材料的焊接性能可查表共一百零二页1、合理选用型材(xn ci)减少

18、焊缝数量共一百零二页2、焊接接头(ji tu)设计分散(fnsn)布置焊缝共一百零二页3、对称(duchn)布置焊缝共一百零二页对称(duchn)布置焊缝共一百零二页对称(duchn)布置焊缝共一百零二页4、避开应力(yngl)集中的位置共一百零二页避开应力(yngl)集中的位置共一百零二页避开(b ki)应力集中的位置共一百零二页5、避开(b ki)机械加工位置共一百零二页6、便于(biny)电弧焊的设计共一百零二页便于(biny)电弧焊的设计共一百零二页便于(biny)电弧焊的设计共一百零二页7、便于(biny)埋弧焊的设计共一百零二页8、便于(biny)点焊及缝焊的设计共一百零二页其他布置(bzh)原则尽可能平焊避免仰焊减少(jinsho)横焊一次装配，尽可能完成大部分焊接共一百零二页9、焊条(hntio)电弧焊接头形式对接(du ji)接头共一百零二页焊条电弧焊接(dinhhnji)头形式T型接头(ji tu)共一百零二页焊条(hntio)电弧焊接头形式角接接头(ji tu)共一百零二页焊条(hntio)电弧焊接头形式搭接(d ji)接头共一百零二页接头(ji tu)过渡形式共一百零二页接头(ji tu)过渡形式共一百零二页电渣焊接头(ji tu)形式共一百零二页讨论(toln)如图三个焊件这三个焊件结构设计都有问题(wnt)共一百零