焊接工艺常识二

机械制造基础金工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

©2004金工教研室第四讲：焊接工艺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：属于熔化焊其他焊接方法：压力焊、钎焊©2004金工教研室本讲内容一、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、连接技术©2004金工教研室一、电弧焊工艺常识1、焊接电弧气体介质中导电现象©2004金工教研室焊接电弧的热量热量来源于阳极43％阴极36％弧柱21％热量扩散65％～85％加热熔化金属其余散失在电弧周围飞溅的金属液©2004金工教研室2、正接和反接温度：阳极：2600K阴极：2400K电弧中心：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：50－90V电弧电压：16－35V©2004金工教研室3、焊接接头的组织与性能焊接工件上温度的变化与分布©2004金工教研室焊接接头组织低碳钢焊缝焊接热影响区©2004金工教研室4、焊缝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在焊缝中心，影响焊缝质量©2004金工教研室焊缝的热影影响区1－融合区区0.1~1mm，关关键2－过热区区脆性比融合合区更大3－正火区区力学性能优优于母材4－部分相相变区比正火区稍稍差不同焊接方方法热影响响区宽度不不同焊后正火改改善接头性性能©2004金工工教研室5、焊接应应力与变形形极不平衡的的热循环过过程应力分布规规律先冷受压，，后冷受拉拉©2004金工工教研室消除焊接应应力提高母材塑塑性避免焊缝交交叉避免焊缝过过宽过长合理焊接顺顺序先焊短焊缝缝后焊长焊缝缝预热焊件、、振动焊缝缝焊后退火©2004金工工教研室焊接变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形©2004金工工教研室防止焊接变变形减小焊接应应力提高结构刚刚度对称焊缝分分布焊前反变形形©2004金工工教研室防止焊接变变形合理焊接操操作平衡温度分分布利用变形©2004金工工教研室防止焊接变变形焊后校正©2004金工工教研室二、焊条电电弧焊焊条电弧焊焊过程药皮燃烧：：电弧周围气气体：CO2、CO、H2熔池中熔渣渣，冷却形形成渣壳保护熔池中中的熔化金金属©2004金工工教研室1、电焊条条焊芯导电和填充充焊缝焊接用钢丝丝低碳钢、合合金结构钢钢、不锈钢钢药皮焊接过程顺顺利进行焊缝化学成成分、力学学性能©2004金工工教研室焊条药皮作用提高电弧燃燃烧的稳定定性防止空气对对熔化金属属的有害作作用对熔池脱氧氧、加入合合金元素保证焊缝金金属的化学学成分和力力学性能稳弧、造气气、造渣、、脱氧、合合金、稀渣渣、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©2004金工工教研室焊条药皮的的作用©2004金工工教研室焊条种类按化学成分分分成七大大类碳钢、低合合金钢、不不锈钢、堆堆焊、铸铁铁、铜及铜铜合金、铝铝及铝合金金焊条型号E4303：E碳钢焊条条43：焊缝缝抗拉43kgf/mm20：(0/1)全位位置焊接、、(2)平平焊、(4)向下立立焊03：3、、4为组合合表示焊接接电流种类类和药皮类类型，03为钛钙型型药皮、交交流或直流流©2004金工工教研室焊条种类焊条牌号J422、、J507J：结构钢钢焊条（奥奥氏体不锈锈钢A、铸铸铁Z）42：抗拉拉强度等级级MPa（（50、55、60、70、、80）2：药皮和和电流种类类©2004金工工教研室焊条种类按熔渣性质质酸性焊条酸性氧化物物比碱性氧氧化物多适合各种电电源、易操操作、电弧弧稳定、成成本低焊缝塑性韧韧性差、不不宜用于重重要构件碱性焊条焊缝塑性韧韧性好、抗抗冲击能力力强要求直流电电源、操作作性差、电电弧不够稳稳定、价格格高，适于于重要构件件©2004金工工教研室焊条选用原原则选择依据：根据焊件件化学成分、、力学性能能、抗裂性性、耐腐蚀蚀耐高温性性能结构形状、、受力情况况、焊接设设备条件低碳钢和低低合金钢构构件：根据强度度（两构件件强度较低低者为准））酸性/碱性性：根据重要要性铸铁：碱性焊条条和适当工工艺（预热热）不锈钢和耐耐热钢：特殊、专专用焊条©2004金工工教研室2、埋弧焊焊埋弧焊演示示©2004金工工教研室埋弧焊特点点大电流（1000A）、生产产率高焊接质量高高且稳定节约金属热量集中、、可无坡口口、无焊条条头、飞溅溅少改善劳动条条件无弧光、烟烟雾自动化程度度高工艺装备复复杂，适合合批量生产产©2004金工工教研室焊丝与焊剂剂焊丝焊剂决决定焊缝化化学成分、、力学性能能熔炼焊剂、、陶质焊剂剂©2004金工工教研室埋弧焊工艺艺仔细下料、、准备（清清理）坡口口、装配引弧板与引引出板－焊焊后去掉©2004金工工教研室防止烧穿－－焊剂垫、、垫板©2004金工工教研室环缝焊接©2004金工工教研室3、气体保保护焊－氩氩弧焊©2004金工工教研室气体保护焊焊－CO2保护焊©2004金工工教研室4、等离子子弧焊接与与切割电弧压缩机械压缩热压缩电磁收缩中心区域温温度极高16000K焊接接/切切割割熔熔点点很很高高的的金金属属不锈锈钢钢钛、、钨钨©2004金金工工教教研研室室5、、焊焊接接自自动动化化数控控轨轨迹迹控控制制焊接接质质量量监监控控©2004金金工工教教研研室室焊接接机机器器人人焊接接机机器器人人演演示示©2004金金工工教教研研室室用电电弧弧焊焊焊焊接接钢钢板板的的问问题题如图图拼拼焊焊一一张张大大钢钢板板焊缝缝布布置置合合理理吗吗？？如何何改改进进？？对称称，，错错开开如何何合合理理安安排排焊焊缝缝顺顺序序？？先短短后后长长12345678©2004金金工工教教研研室室三、、特特种种焊焊接接工工艺艺方方法法简略略了了解解其其它它焊焊接接方方法法电阻阻焊焊、、摩摩擦擦焊焊、、钎钎焊焊、、电电渣渣焊焊真空空电电子子束束焊焊接接、、激激光光焊焊接接讨论论可以以用用于于焊焊接接的的能能源源形形式式©2004金金工工教教研研室室1、、电电阻阻焊焊电阻阻热热Q=I2Rt特点点生产产率率高高、、焊焊接接变变形形小小操作作简简便便、、易易实实现现自自动动（（汽汽车车外外壳壳焊焊接接））设备备复复杂杂、、耗耗电电量量大大接头头形形式式、、工工件件厚厚度度受受到到限限制制点焊焊、、缝缝焊焊、、对对焊焊©2004金金工工教教研研室室点焊焊局部部高高温温焊焊合合分流流现现象象焊点点的的分分布布最最小小距距离离限限制制©2004金金工工教教研研室室点焊焊的的接接头头形形式式硬规规范范软规规范范电极极压压力力表面面清清洗洗接头头形形式式©2004金金工工教教研研室室缝焊焊©2004金金工工教教研研室室对焊焊©2004金金工工教教研研室室对焊焊接接头头形形式式©2004金金工工教教研研室室讨论论这这个个问问题题铜及及铜铜合合金金可可以以采采用用电电阻阻焊焊吗吗？？©2004金金工工教教研研室室2、、摩摩擦擦焊焊©2004金金工工教教研研室室摩擦擦焊焊的的接接头头形形式式©2004金金工工教教研研室室3、、钎钎焊焊焊接接过过程程示示意意图图－－毛毛细细管管作作用用©2004金金工工教教研研室室钎焊焊硬钎钎焊焊450℃以以上上、、接接头头强强度度200MPa以以上上自行行车车架架、、工工具具、、刀刀具具软钎钎焊焊450℃以以下下、、接接头头强强度度70MPa以以下下仪表表、、导导电电元元件件、、各各种种低低载载荷荷构构件件加热热方方式式烙铁铁、、火火焰焰、、电电阻阻、、感感应应©2004金金工工教教研研室室钎焊焊的的常常见见接接头头形形式式©2004金金工工教教研研室室钎焊焊接接头头的的比比较较©2004金金工工教教研研室室4、、电电渣渣焊焊©2004金金工工教教研研室室5、、真真空空电电子子束束焊焊接接©2004金金工工教教研研室室6、、激激光光焊焊接接©2004金金工工教教研研室室题外外话话：：关关于于铝铝热热剂剂什么么是是铝铝热热剂剂通常常把把铝铝粉粉和和氧氧化化铁铁的的混混合合物物叫叫铝铝热热剂剂用某某些些金金属属氧氧化化物物(如如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代代替替氧氧化化铁铁也也可可以以做做铝铝热热剂剂有什什么么特特性性难熔熔的的金金属属氧氧化化物物与与混混合合物物中中的的铝铝反反应应时时放放出出大大量量热热有什什么么用用？？©2004金金工工教教研研室室焊接接钢钢轨轨原理理铝热热反反应应公公式式示示例例：：使使用用铝铝粉粉可可还还原原氧氧化化铁铁Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3还原原反反应应产产生生大大量量的的热热能能，，无无需需外外部部的的能能源源，，就就能能熔熔化化金金属属，，可可以以用用来来焊焊接接钢钢轨轨优点点这些些原原料料完完全全彻彻底底地地和和合合金金元元素素混混合合在在一一起起形形成成铝铝热热剂剂，，它它可可以以组组成成与与钢钢轨轨化化学学、、冶冶金金、、和和机机械械方方面面相相匹匹配配的的焊焊接接接接头头©2004金金工工教教研研室室焊接接钢钢轨轨过程程铝热热剂剂被被投投入入到到一一个个耐耐火火坩坩埚埚中中，，用用点点火火器器点点燃燃，，开开始始铝铝热热反反应应。。反应应结结束束后后，，液液态态钢钢自自动动从从坩坩埚埚底底部部释释放放到到耐耐火火模模具具，，从从而而连连接接钢钢轨轨的的两两端端。。模具具带带有有几几何何形形状状特特征征，，能能控控制制铸铸造造和和固固化化的的过过程程。。当铝铝热热钢钢冷冷却却下下来来后后，，进进行行进进一一步步的的热热处处理理来来提提高高它它的的机机械械特特性性。。©2004金金工工教教研研室室铝热热焊焊设设备备©2004金金工工教教研研室室其它它用用途途冶炼炼难难熔熔金金属属军事事用用途途在炮炮弹弹导导弹弹弹弹头头一一但但装装进进铝铝热热剂剂成成分分，，可可极极大大地地提提高高杀杀伤伤力力。。在前苏苏联科科学家家编写写的《《火箭箭炮》》一书书中，，谈到到火箭箭炮弹弹头装装药就就有铝铝热剂剂的成成分。。在中国国人民民革命命军事事博物物馆里里，展展品中中就有有美军军的钢钢盔、、卡宾宾枪、、被烧烧熔在在一起起，除除了火火箭弹弹以外外，其其它炸炸弹没没有如如此大大的能能量。。©2004金金工工教研研室选择焊焊接方方法自行车车车架架钢窗家用液液化气气罐主主缝自行车车圈电子线线路板板锅炉壳壳体钢轨对对接不锈钢钢储罐罐硬钎焊焊（盐盐浴））硬钎焊焊、对对焊、、电弧弧焊缝焊缝焊外外边、、闪光光对焊焊软钎焊焊埋弧焊焊、电电渣焊焊闪光对对焊、、铝热热焊等离子子弧焊焊接、、氩弧弧焊©2004金金工工教研研室四、金金属材材料的的焊接接性焊接性性概念念设定相相同（（焊接接方法法、材材料、、参数数、结结构））易焊、、难焊焊：获获得优优质焊焊接接接头的的难易易程度度焊接性性并非非一定定焊接方方法、、焊接接材料料、焊焊接工工艺评定方方法工艺焊焊接性性：出出现工工艺缺缺陷的的倾向向使用焊焊接性性：使使用中中的可可靠性性（力力学、、特殊殊性能能要求求）©2004金金工工教研研室钢材焊焊接性性的估估算碳当量量计算算公式式计算结结果<0.4%：：良好好0.4%～～0.6%：：相对对较差差>0.6%：：焊接接性不不好©2004金金工工教研研室小型抗抗裂实实验法法©2004金金工工教研研室碳钢焊焊接低碳钢钢（C%<0.25%））焊接性性好、、淬硬硬倾向向小、、无需需特别别处理理大于50mm多多层焊焊接－－>应应力、、变形形开裂裂焊条电电弧焊焊、埋埋弧焊焊、电电渣焊焊、气气体保保护焊焊电阻阻焊保证焊焊接接接头与与母材材等强强度焊条：：E4313(J421)E4303(J422)E4315(J427)等等埋弧焊焊丝/焊剂剂：H08A(H08MnA)/431©2004金金工工教研研室碳钢焊焊接中碳钢钢：C%＝＝（（0.25%～～0.6%））焊接性性变差差、淬淬硬倾倾向变变大工艺特特点：：容易开开裂：：冷裂裂纹、、热裂裂纹必须预预热，，减小小工件件各个个部分分的温温差细焊条条、小小电流流、开开坡口口多层层焊接接焊条电电弧焊焊、电电渣焊焊（厚厚件））选择抗抗裂能能力较较强的的低氢氢型焊焊条、、等强强度焊条：：E5016(J506)、、E6015－D1(J607)©2004金金工工教研研室合金钢钢焊接接合金结结构钢钢焊接接件较较少工艺与与中碳碳钢近近似低合金金结构构钢焊焊接工工艺特特点热影响响区的的淬硬硬倾向向：合合金含含量大大小焊接接接头的的裂纹纹倾向向：冷裂纹纹倾向向大小小：含含氢量量、淬淬硬程程度、、应力力热裂纹纹倾向向不大大（我我国合合金都都含Mn））强度级级别决决定工工艺低：同同低碳碳钢低温大大厚度度高刚刚度构构件：：大电电流、、慢速速、低低氢焊焊条、、退火火高：焊焊前预预热、、焊后后先消消氢处处理，，再退退火处处理©2004金金工工教研研室铸铁补补焊铸铁焊焊接性性很差差，只只能进进行补补焊焊接特特点焊缝易易形成成白口口、难难以切切削加加工易开裂裂、易易产生生气孔孔流动性性好，，只能能进行行平焊焊热焊法法（600～700）：：防止开开裂，，补焊焊后可可切削削加工工冷焊法法（450以下下）©2004金金工工教研研室非铁金金属及及其合合金的的焊接接铜及铜铜合金金困难导热性性太好好，容容易焊焊不透透易氧化化、易易开裂裂、易易形成成气孔孔电阻很很小，，难以以采用用电阻阻焊铜合金金比纯纯铜更更难焊焊接氩弧焊焊（紫紫铜、、青铜铜）气焊（（黄铜铜）、、碳弧弧焊、、钎焊焊©2004金金工工教研研室非铁金金属及及其合合金的的焊接接铝及铝铝合金金也比较较困难难极易氧氧化、、Al2O3阻碍金金属熔熔和、、易夹夹渣导热性性较好好，需需预热热、使使用大大功率率热源源容易产产生气气孔（（易吸吸收H2）高温下下强度度塑性性很低低，焊焊缝塌塌陷氩弧焊焊、气气焊、、点焊焊、缝缝焊、、钎焊焊©2004金金工工教研研室选择焊焊接方方法－－圆筒筒低压压容器器Q235钢钢板20mm批批量生生产埋弧自自动焊焊20钢钢板2mm批量量生产产缝焊45钢钢板6mm单件件生产产焊条电电弧焊焊紫铜板板4mm单单件生生产氩弧焊焊铝合金金板20mm单单件生生产氩弧焊焊不锈钢钢板10mm小小批生生产氩弧焊焊©2004金金工工教研研室讨论焊焊接工工艺问问题如图铸铸件补补焊后后还是是开裂裂，怎怎么样样补焊焊才能能既不不开裂裂，又又能切切削加加工？？©2004金金工工教研研室五、焊焊接结结构设设计焊接结结构件件材料料的选选择应选碳碳当量量小于于0.4的的金属属材料料优选强强度等等级低低的低低合金金结构构钢优选镇镇静钢钢（脱脱氧完完全））异种金属属间焊接接以焊接性性较差的的金属材材料设计计焊接工工艺各种金属属材料的的焊接性性能可查查表©2004金金工教教研室1、合理理选用型型材减少少焊缝数数量©2004金金工教教研室2、焊接接接头设设计分散布置置焊缝©2004金金工教教研室3、对称称布置焊焊缝©2004金金工教教研室对称布置置焊缝©2004金金工教教研室对称布置置焊缝©2004金金工教教研室4、避开开应力集集中的位位置©2004金金工教教研室避开应力力集中的的位置©2004金金工教教研室避开应力力集中的的位置©2004金金工教教研室5、避开开机械加加工位置置©2004金金工教教研室6、便于于电弧焊焊的设计计©2004金金工教教研室便于电弧弧焊的设设计©2004金金工教教研室便于电弧弧焊的设设计©2004金金工教教研室7、便于于埋弧焊焊的设计计©2004金金工教教研室8、便于于点焊及及缝焊的的设计©2004金金工教教研室其他布置置原则尽可能平平焊避免仰焊焊减少横焊焊一次装配配，尽可可能完成成大部分分焊接©2004金金工教教研室9、焊条条电弧焊焊接头形形式对接接头头©2004金金工教教研室焊条电弧弧焊接头头形式T型接头头©2004金金工教教研室焊条电弧弧焊接头头形式角接接头头©2004金金工教教研室焊条电弧弧焊接头头形式搭接接头头©2004金金工教教研室接头过渡渡形式©2004金金工教教研室接头过渡渡形式©2004金金工教教研室电渣焊接接头形式式©2004金金工教教研室讨论如图图三个焊焊件这三个焊焊件结构构设计都都有问题题©2004金金工教教研室六、连接接技术综综述通过机械械、物理理和化学学方法，，以及冶冶金方式式，将多多个零件件连接成成一个整整体，并并保持相相互位置置的工艺艺方法机械连接接可拆卸连连接/不不可拆卸卸连接物理化学学方法钎焊/粘粘接冶金方式式：焊接接©2004金金工教教研室机械连接接－可拆拆卸连接接©2004金金工教教研室机械连接接－不可可拆卸连连接©2004金金工教教研室物理化学学方法－－钎焊©2004金金工教教研室物理化学学方法－－粘接©2004金金工教教研室讨论：汽汽车中的的连接举例说明明汽车中中的连接接可拆卸连连接不可拆卸卸连接粘接焊接©2004金金工教教研室总结电弧焊工工艺焊条电弧弧焊的各各种方法法特种焊接接工艺方方法金属材料料的焊接接性焊接结构构设计连接技术术©2004金金工教教研室9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中中黄叶叶树，，灯下下白头头人。。。15:36:4715:36:4715:3612/29/20223:36:47PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2215:36:4715:36Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。15:36:4715:36:4715:36Thursday,December29,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2215:36:4715:36:47December29,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。29十二月月20223:36:47下午15:36:4712月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月223:36下下午12月-2215:36December29,202216、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2022/12/2915:36:4715:36:4729December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。3:36:47下午3:36下下午15:36:4712月-229、没有失败，，只有暂时停停止成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。15:36:4715:36:4715:3612/29/20223:36:47PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2215:36:4715:36Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。15:36:4715:36:4715:36Thursday,December2