焊接工艺基础课件

1、柳州五菱汽车有限责任公司 技术中心柳州五菱汽车工业有限公司 技术中心焊接工艺基础目录第一章 焊接概述1.1 现代焊接无处不在1.2 焊接基本原理奥运会鸟巢1.1 现代焊接无处不在1.1 现代焊接无处不在三峡大坝水轮机组白车身机器人焊接GP50机器人焊接1.1 现代焊接无处不在太空焊接微连接：激光焊接系统钻戒的焊接焊接是一门包括材料、结构、力学、电子、热能、检验等的综合学科1.2.1 焊接的定义 传统意义上的焊接，是指采用物理或化学方法使分离的材料产生原子或分子结合，形成具有一定性能要求的整体。而焊接发展到今天已有各种焊接工艺技术近百种，并采用了力、热、电、光、声及化学等一切可利用的能源，实现焊

2、接的目的。1.2.2 焊接、钎焊、粘接的区别： 焊接焊接是一种不可拆的连接方法，它是工件在加热或加压作用下，或者在加热与加压共同作用下实现材料连接的方法。在连接区，材料一般被熔化和/或产生塑性变形，焊接可分为 熔化焊接（采用加热方法时）， 压力焊接（采用加压或加压与加热共同作用时）1.2 焊接基本原理根据能量载体形式分类根据母材种类分类根据焊接目的分根据焊接过程分类根据生产形式分类气体（火焰）电流气体放电能量束运动液体金属塑料复合材料连接（焊接）堆焊熔化焊压力焊手工焊半机械化焊全机械化焊接自动焊一、 焊接方法的分类（DIN1910 第1 部分）2.1 焊接方法及标记二、金属材料的焊接2.1 焊

3、接方法及标记2.1 焊接方法及标记三、 常用焊接方法的数字标记（ISO4063）及缩写（DIN1910）2.3 焊条电弧焊三、 焊接工艺参数1)为保证焊接质量而选定的诸物理量的总称,叫焊接工艺参数；2) 焊条电弧焊的工艺参数主要包括：焊条直径、焊接电流、焊接电压、焊接速度、热输入等；3)焊条直径与焊接电流的关系举例见下表。 符号标记为E,数字标记为111实芯焊丝 ISO 14341-A G 46 5 M G3Si1保护气体 ISO 14175/EN439图2 熔化极气体保护焊设备示意图 图3 熔化极（金属极）气体保护焊一、 熔化极（金属极）气体保护焊 电弧在连续送进的熔化电极（同时也是填充材料

4、）和工件之间燃烧，保护气体为惰性或活性气体2.4 MIG/MAG焊（熔化极气体保护焊）实芯焊丝 ISO 14341-A G 46 5 M G3Si1保护气体 ISO 14175/EN439图4 在经过不同台阶时，电弧长度的变化 二、 熔化极气体保护焊电弧长度的调节 在气体保护焊与埋弧焊等机械化或半自动化焊接方法中，焊接参数（如焊接电流、焊接电压）在焊接过程中应保持不变，而其先决条件是保持电弧长度不变。对于熔化极气体保护焊而言，保持电弧长度不变的调节方式称为I（内调节）调节，这种调节方式是送丝速度在焊接过程中保持不在预先调定的位置不变，当电弧长度发生变化时，电弧电压将发生变化，这一较小的变化将导

5、致焊接电流的大幅度变化（ I ）参见图4。2.4 MIG/MAG焊（熔化极气体保护焊）三、 二氧化碳气体保护焊 特点溶深大熔深是手弧焊的三倍,坡口加工小。溶敷效率高手弧焊焊条熔敷效率是60%CO2焊焊丝熔敷效率是90%引弧性能好能量集中，引弧容易，连续送丝电弧不中断。焊接质量好对铁锈不敏感，焊缝含氢量低，抗裂性能好，受热变形小。焊接范围广可适用低碳钢高强度钢普通铸钢全方位焊焊接速度快单位时间内熔化焊丝比手工电弧焊快一倍缺点：飞溅较大、抗风能力差、设备较复杂、不能焊接容易氧化的金属。2.4 MIG/MAG焊（熔化极气体保护焊）2.4 MIG/MAG焊（熔化极气体保护焊）2、 二氧化碳气体保护焊焊

6、常见缺陷及其产生原因 焊接飞溅大焊接回路接触不良各连接处应连接牢固焊枪操作不当保持正确的角度和角度焊丝质量不好化学成分及机械性能不合格焊件及焊丝污物过多及时清除或更换导电嘴、送丝轮、焊丝直径使用不当导电嘴磨损、送丝轮规格不对、焊丝直径选用过粗。焊接规范设置不当根据焊接条件正确设定焊接电流和焊接电压，确认丝径选择开关SW5的位置。2.4 电阻点焊一、 电阻焊原理及特点电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及临近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊具有生产效率高、低成本、节省材料、易于自动化等特点，因此广泛应用于航空、航天、能

7、源、电子、汽车、轻工等各工业部门，是重要的焊接工艺之一。点焊示意图2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊二、 电阻焊分类1. 按接头形式分：点焊凸焊缝焊对焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.按对焊件供电的方式可分为：单面点焊、双面点焊、间接点焊（如：引出焊）a) 单点点焊b) 三板点焊c) 双面双点焊d) 带平衡器的双面点焊双面点焊2.4 电阻点焊二、 电阻焊分类2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊a)使用高导电性底板的双点焊b) 多点焊c) 单面单点焊单面点焊2.4 电阻点焊二、 电阻焊分类2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊3.按电流波形可分为：2.4 电阻点焊二、 电阻焊分类直流焊交流焊： 低频 3

8、 10HZ 工频: 50 或 60HZ（中频） 高频: 10 500 kHZ脉冲焊： 直流冲击波焊 电容储能焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊三、 电阻焊应用 随着航空航天、电子、汽车、家用电器等工业的发展、电阻焊越加受到广泛的重视。同时，对电阻焊的质量也提出了更高的要求。可喜的是，中国微电子技术的发展和大功率可控硅、整流器的开发，给电阻焊技术的提高提供了条件。目前中国已生产了性能优良的次级整流焊机。由集成电路和微型计算机构成的控制箱已用于新焊机的配套和老焊机的改造。恒流、动态电阻，热膨胀等先进的闭环监控技术已开始在生产中推广应用。这一切都将有利于提高电阻焊质量，并扩大其应用领

9、域。2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊 四、焊接热的产生及影响产热的因素 Q=I2Rt（J）（1） 式中 Q产生的热量（j） I焊接电流（A） R电极间电阻（欧姆） T焊接时间（s） 1. 产热公式2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊四、焊接热的产生及影响产热的因素点焊过程中各部分阻值动态电阻分布2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊四、焊接热的产生及影响产热的因素4.电极压力的影响电极压力对两电极间总电阻R有显著的影响，随着电极压力的增大，R显著减小，此时焊接电流虽略有增加，但不能影响因R减小而引起的产热的减小，因此，焊接强度总是随着电极压力的增大而降低。

10、解决办法： 在增大电极压力的同时，适当地增大焊接电流或延长焊接时间，以弥补电阻减小 的影响，可以保持焊接强度不变。电极压力过小将引起飞溅，也会使焊点的强度降低。5.电极形状及材料性能的影响随着电极端头的变形和磨损，接触面积增大，焊点强度降低。6.工件表面状况的影响工件表面的氧化物、污垢、油和其他杂质增大了接触电阻，从而影响焊接强度2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊五、热平衡及散热点焊时，产生的热量只有一小部分用于形成焊点，较大部分因向临近物质传导或辐射而损失掉了，其热平衡方程式： Q=Q1+Q2（3）其中：Q1形成熔核的热量、Q2损失的热量有效热量Q1取决与金属的热物理性能及熔化

11、金属量，而与所用的焊接条件无关。Q1=10%-30%Q，导热性好的金属（铝、铜合金等）取下限；电阻率高、导热性差的金属（不锈钢、高温合金等）取上限。损失热量Q2主要包括通过电极传导的热量（30%-50%Q）和通过工件传导的热量（20%Q左右）。辐射到大气中的热量5%左右。2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊六、点焊焊接循环过程a)预压时间T1由电极开始下降到焊接电流开始接通的时间。这一时间是为了确保在通电之前的电极压紧工件，使工件之间有适当的压力。b)焊接时间T2焊接电流通过工件并产生熔核的时间。c)维持时间T3焊接电流切断以后，电极压力继续保持的时间。点焊和凸焊一样，其焊接循环有

12、四个基本阶段组成。d）休止时间T4由电极开始提起到电极再次开始下降，准备在下一个待焊点压紧工件的时间。 压力时间段与 电流时间段关系通电开始时间 滞后于加压时间 目的:保证加压稳定时(接触电阻稳定时) 放电加压结束时间滞后于通电结束时间,目的: 保证在压力作用下结晶2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊六、点焊焊接循环过程T1T2T3T4压力曲线电流曲线点焊焊接循环过程 放电时间过早：预压未稳定时就已先放电, 由于放电时接触不稳 ,会将焊件烧穿加压结束过早:1. 放电后, 锻压时间过早结束, 结晶不好而强度低甚至虚焊2. 还在放电时就已减小加压不但会发生上述不良，还会造成焊件烧穿2.

13、4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊为了改善焊接接头的性能，有时需要将下列各项中的一个或多个加于基本循环：1）加大预压力以消除厚工件之间的间隙，使之紧密贴合。2）用预热脉冲提高金属的塑性，使工件易于紧密贴合、防止飞溅；凸焊时这样做可以使多个凸点在通电焊接前与平板均匀接触，以保证各点加热的一致。3）加大锻压力以压实熔核，防止产生裂纹或缩孔。4）用回火或缓冷脉冲消除合金钢的淬火组织，提高接头的力学性能，或在不加大锻压力的条件下，防止裂纹和缩孔。六、点焊焊接循环过程2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊1点焊的方法通常分为双面点焊和单面点焊。双面点焊时电极由工件的两侧向焊接处馈电，

14、点焊完成时，工件的两侧均有电极压痕。 七、点焊的方法及工艺介绍 2点焊工艺及其参数的选择 1）点焊工艺参数的调整及确定: （1）根据工件的材料、板厚按前述的工艺参数选择。 （2）根据工艺参数修整电极直径到确定尺寸。 （3）利用与被焊件相同材料及板厚的试板进行试焊，检查质量合格后方可进行焊接生产 3.选择工艺参数的具体步骤如下 a.定电极的端面形状和尺寸 b.初步选定电极压力和焊接时间，然后调节焊接电流，以不同的电流焊接试样； c.经检验熔核直径符合要求后，再在适当的范围内调节电极压力，焊接时间和电流， 进行试样的焊接和检验，直到焊点质量完全符合技术要求所规定的要求为止。 此外，在试样选择工艺、

15、参数时，要充分考虑试样和工件在分流、铁磁性物质影响，以及装配间隙方面的差异，并适当加以调整。 2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊板厚（mm） 电极直径（mm） 焊接压力（N） 通电时间（s） 焊接电流（A） 1.051000-2000 0.20.4 6000-80001.251000-2500 0.250.5 7000-100001.361500-3500 0.25-0.5 8000-120002.082500-5000 0.350.69000-140003.0105000-8000 0.61.0014000-180004.0116000-9000 0.81.215000-200005.0138

16、000-10000 0.91.517000-240006.0151000-14000 1.22.0020000-260002.4 电阻点焊七、点焊的方法及工艺介绍点焊工艺参数参考表2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊八、焊接质量检查焊点质量要求：焊点外观直径6-8mm，焊接熔核应该在4-6mm，焊点不允许有烧穿、半点和大量的毛刺等缺陷，焊点表面要平整，不允许有明显的扭曲变形现象焊点强度：利用扁铲和铁锤对焊点进行非破坏性检验，在两焊点之间用扁铲敲进，直至焊点开始变形，看是否开焊，之后用铁锤敲击恢复原状2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊九、焊接产生飞溅的原因1.电流过大2. 电极端部面积

17、较小或表面不平，3. 电极压力偏小4. 板件表面有油污5. 板件间有间隙6. 电极与板件不垂直7. 打点在板件边部8. 连续打点使电极生温较高 2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊十、焊点表面缺陷及其产生原因1.未熔透：电极端部直径过大，焊接电流过小。2.焊点过小：焊接电流不够大，焊接通电时间太短，电极压力过大。3.焊点压坑太深：焊接电流太大，电极端部太小，电极压力不适当。4.焊点不正：上下电极未对正，电极端部在通电时滑移，电极端部整形不良，工件与电极不垂直。5.焊点表面喷溅：电极压力不足，焊接电流过大，电极压力不足，通电时电极移动，上下电极错位。6.电极工件粘连：工件表面污染，电

18、极压力太小，焊接电流太大，焊接通电时间太长，电极水冷不良。7.裂纹、缩孔、针孔：焊点未凝固前卸去电极压力，电极压力不足，焊接电流过大，通电时电极移动。8.焊点周围上翘：焊接电流过大，电极压力太大， 电极端部过小，工件接触不良，上下电极不正。2.4 电阻点焊2.4 电阻点焊第三章 焊缝及焊接接头3.1 金属的焊接性3.2 焊接接头的分类3.3 焊接接头的组织3.4 焊缝厚度的相关规定3.5 焊缝的标识3.1 金属的焊接性一、金属焊接性定义 金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备一定使用性能的焊接接头的特性 含义 金属在焊接加工中形成完整焊接接头的能力即金属对形成缺陷的敏感性（结合性能） 焊成的

19、接头在一定的使用条件下可靠运行的能力 （使用性能） 评价标准： 如果某种金属采用简单的焊接工艺就可获得优质焊接接头并且具有良好的使用性能或满足技术条件的要求，就称其焊接性好；如果只有采用特殊的焊接工艺才能不出缺陷，或者焊接热过程会使接头热影响区性能显著变坏以至不能满足使用要求，则称其焊接性差。 3.1 金属的焊接性 焊接性工艺焊接性：在一定焊接工艺条件下，能否获得优质致密、无缺陷的焊接接头的能力。使用焊接性：焊接接头或整体结构满足某种使用性能的程度二、焊接性的分类三、焊接性的影响因素1化学成份伴生元素的含量和合金元素的含量2钢材生产制造方法和热处理工艺方法生产制造方法，脱氧方法，热处理3物理性

20、能熔点、导热性、强度、可变形性、韧性3.1 金属的焊接性焊接接头的分类3.2 焊接接头的分类用焊接方法连接的接头叫做焊接接头（简称接头）。焊接接头是由焊缝、熔合区和热影响区所组成，如下图所示。一、焊接接头的结构焊接接头示意图（a）熔焊接头（b）点焊接头（c）对焊接头1焊缝 2熔合区 3热影响区焊接接头的分类 熔焊焊接接头可有多种形式，最常见的典型接头有对接接头、角接接头、丁字接头、搭接接头等。为使待焊部位满足焊接施工工艺要求（如熔透、成形及焊接电弧可达性等），以形成优质焊接接头，常需要将待焊部位预加工成一定形状，即坡口加工。常见坡口形式如I形坡口、V形坡口、U形坡口、X形坡口。3.2 焊接接头

21、的分类a）对接接头 b)角接接头 c)丁字接头 d)搭接接头熔焊焊接接头的基本类型a）d）c）b）焊接接头的分类3.2 焊接接头的分类焊接接头的分类3.2 焊接接头的分类3.3 焊接接头的组织焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。图 低碳钢焊接接头的组织变化3.3 焊接接头的组织焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶而成的。焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。一、焊缝区焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶而成的。焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的

22、半熔化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。由于焊缝组织是铸态组织，故晶粒粗大、成分偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材。3.3 焊接接头的组织温度处于液相线与固相线之间，是焊缝金属到母材金属的过渡区域，宽度只有0.10.4mm。化学成分不均匀，晶粒粗大，力学性能差。 热影响区按加热温度的不同,可划分为过热区、正火区、部分相变区等区域。二、熔合区三、热影响区1、过热区 温度在固相线至1100之间，宽度约13mm。焊接时，该区域内奥氏体晶粒严重长大，冷却后得

23、到晶粒粗大的过热组织，塑性和韧度明显下降。2、正火区 温度在1100Ac3之间，宽度约1.24.0mm。焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火处理，故其组织为均匀而细小的组织，力学性能优于母材。 3、不完全相变区 加热温度在Ac3Ac1之间。焊接时，只有部分组织冷却后获得细小的组织，其余部分仍为原始组织，因此晶粒大小不均匀，力学性能也较差。3.3 焊接接头的组织 在对接焊缝中，焊缝计算厚度通过被连接构件的厚度确定，在焊接不同厚度的构件是，焊缝厚度等于板厚较薄构件的厚度。下图所示的对接焊缝结构的承受静载荷的构件中，按DIN18800T1的要求，其厚度差不允许超过10mm。 不等厚度板连接3.4

24、焊缝厚度的相关规定焊缝厚度按ISO 2553 的要求，对接焊缝的厚度用“S”表示。 在承受动载荷的构件中，两对接接头的板厚差不允许超过3mm，如必须进行厚度差大于3mm部件的对接焊接时，需将厚板加工成斜坡状。一、对接焊缝最小焊缝厚度amin按DIN18800T1钢结构 amin=2.0 DS 952铁路车辆制造 amin=3.0 DS 804铁路桥梁 amin=3.5 最大焊缝厚度amax最大焊缝厚度一般不应超过最小壁厚的0.7 倍。 amax=0.7tmin角焊缝厚度限定3.4 焊缝厚度的相关规定二、角焊缝 通常，角焊缝接头施焊时，其焊缝厚度应用静力学计算。不仅在计算上而且在角焊缝接头制作中

25、，都应注意确定极限尺寸。 但是，在角焊缝接头施焊时应注意，这些焊缝不一定要达到amax这一极限尺寸，而仅需达到必需的计算厚度。这不仅是出于经济因素，而且是制造技术上的要求。3.5 焊缝的标识 焊缝符号一般由基本符号和指引线组成，传达了焊缝的基本信息，属于必须标注的内容。此外，在必要时还应加上辅助符号、补充符号、焊缝尺寸符号等。 3.5 焊缝的标识一、基本符号 焊缝基本符号是表示焊缝横断面形状的符号，共有13个。 序号名称 示意图 符号 1卷边焊缝 2I形焊缝 3V形焊缝 4单边V形焊缝 3.5 焊缝的标识序号名称 示意图 符号 5带钝边V形焊缝 6带钝边单边V形焊缝 7带钝边U形焊缝 8带钝边

26、J形焊缝 3.5 焊缝的标识序号名称 示意图 符号 9封底焊缝 10角焊缝 11塞焊缝 12点焊缝 3.5 焊缝的标识二、辅助符号 辅助符号是表示焊缝表面形状特征的符号。辅助符号有3个。 不需要确切说明焊缝的表面形状时可以不标注辅助符号3.5 焊缝的标识施焊的辅助符号3.5 焊缝的标识三、补充符号 补充符号是为了补充说明焊缝的某些特征而采用的符号，共有6个。序号名称示意图符号说明1带垫板符号 表示焊缝底部有垫板 2三面焊缝符号 表示三面有焊缝 3周围焊缝符号 表示环绕工件周围焊缝 3.5 焊缝的标识序号名称示意图符号说明4现场符号表示在现场或工地进行焊接5尾部符号标准工艺方法、相同焊缝数量6交

27、错断续焊接符号表示两侧交错断续焊接3.5 焊缝的标识四、指引线及标注基准 指引线由箭头线和两条基准线（一条实线、一条虚线）组成。3.5 焊缝的标识 箭头线：箭头线指向接头焊缝的位置，可由接头的焊缝侧引出，也可由接头的非焊缝侧引出。箭头线可由基准线的左端引出，也可由基准线的右端引出。箭头线相对焊缝坡口的位置一般没有特殊的要求，但对一侧接头是直坡口而另一侧接头是斜坡口的单边焊缝，箭头线应指向带有坡口一侧的工件。 当标注位置受到限制时，箭头线允许弯折一次。 基准线：基准线包括实线基准线和虚线基准线。虚线基准线可画在实线基准线的上方或下方。焊缝符号标注在实线基准线上表示焊缝在箭头侧，焊缝符号标注在虚线

28、基准线上表示焊缝在非箭头侧。 标注对称焊缝或者双面焊缝时，虚线可以省略不画。符号名称示意图符号名称示意图工作厚度e焊缝间距坡口角度k焊角尺寸b根部间隙d熔核直径p钝边s焊缝有效厚度焊缝的标识3.5 焊缝的标识五、焊缝尺寸符号及其标注（1）焊缝标注有必要时可附带有焊缝尺寸符号及数据。焊缝尺寸符号共 有16个（详见GB/324-88），例如： 焊缝的标识3.5 焊缝的标识符号名称示意图符号名称示意图c焊缝宽度N相同焊缝数量R根部半径H坡口深度l焊缝长度h余高n焊缝段数坡口面角度焊缝的标识3.5 焊缝的标识（2）焊缝尺寸符号及数据的标注原则(如图)： 焊缝横截面上的尺寸标在基本符号的左侧； 焊缝长度方向尺寸标在基本符号的右侧； 坡口角度、坡口面角度、根部间隙等尺寸标在基本符号的上侧 或下侧； 相同焊缝数量符号标在尾部； 当需要标注的尺寸数据较多又不易分辩时，可在数据前面增加相应的尺寸符号。在基本符号的右侧无任何标注且又无其他说明时，意味着焊缝在工件的整个长度上是连续的；在基本符号的左侧无任何标注且又无其他说明时，表示对接焊缝要完全焊透。 焊缝的标识3.5 焊缝的标识六、符号和数值在图样上的标注位置 标准中对焊缝符号、