第四章 金属连接成型

第四章金属连接成型连接成型指将简单型材或零件连接成复杂零件和机器部件的加工工艺。根据连接成型原理不同，分为：机械连接、冶金连接和物化连接。1.机械连接——利用螺钉、螺栓和铆钉连接成型，接头可以拆卸，主要用于装配。2.物化连接——利用粘结剂，通过物理、化学作用将材料连接成型，接头不可拆卸。主要用于异种材料。3.冶金连接——通过加热或加压（或即加热又加压），使分离表面的原子间距足够小形成金属键而获得永久性接头，主要用于金属材料的连接。第1节金属连接方法概述第2节手工电弧焊第3节其他焊接方法简介第4节常用金属材料的焊接性能第5节焊接结构设计第6节机器零件毛坯的选择第一节金属连接方法的概述4.1.1铆接铆接的实质是把铆钉穿入零件铆钉孔内，利用轴向力将铆钉头部镦粗成钉头，或通过零件间的过盈量使两个或两个以上的零件固接起来的连接方法。

铆接的分类紧固铆接，又称强固铆接。这种铆接要求铆钉具有一定的强度来承受相应的载荷，但对接缝处的密封性要求较低。多用于房架、桥梁、起重机车辆等。又可分为活动铆接和固定铆接。紧密铆接，这种铆接对铆钉承载要求不高，但对于接缝处要求具有较高的密封性，以防止泄漏。多用于水箱、气罐、油罐等容器的铆接。固密铆接，又称强密铆接。既要求铆钉具有足够的强度来承受相应的载荷，又要求接缝处有良好的密封性，即在一定的压力作用下，液体或气体均不得渗漏。多用于锅炉、压缩空气罐等高压容器的铆接。

铆接的基本形式（1）搭接。（2）对接。（3）角接。铆钉所用材料应具有高的塑性和不可淬透性，钢铆钉常用Q215、Q235等低碳钢制成。在要求高强度时，也可使用低碳合金钢。铆钉也可用其它塑性金属制成，如铜、铝等。但铆钉材料应和被铆件材料相同，以避免由于线膨胀系数不同而使铆缝恶化，并避免产生电化腐蚀。常见铆钉铆接后的形式见下图。图4-2常见铆钉铆接后的形式（a）单排搭接（b）双排搭接（c）三排搭接（d）单排单搭板对接（e）双排双搭板对接图4-3铆缝的基本形式4.1.2胶接

利用胶粘剂在联接面上产生的机械结合力、物理吸附力和化学键合力而使两个胶接件联接起来的工艺方法。胶接不仅适用于同种材料，也适用于异种材料。胶接工艺简便，不需要复杂的工艺设备，胶接操作不必在高温高压下进行，因而胶接件不易产生变形，接头应力分布均匀。在通常情况下，胶接接头具有良好的密封性、电绝缘性和耐腐蚀性。胶接的工艺过程比较简单，但为获得理想的胶接效果，还应注意以下几点：①接头形式：增大胶接面积，提高接头抗冲击、抗剥离能力是设计胶接接头的原则。因此，搭接、套接、嵌接等是较好的胶接接头形式。图4-4胶接基本形式②表面处理：材料的胶接表面状况对胶接质量有直接影响，胶接前需要对材料进行表面处理,其主要工序包括：清洗除油和除锈；喷砂或机械加工，使胶接面具有一定的粗糙度；化学处理形成活性易胶接表面等。其中机械或化学处理有时可以省去，例如铝蜂窝结构胶接时可不经机械处理；某些钢铁工件经喷砂处理后，不需化学处理也能获得良好的胶接效果。③胶粘剂的选择：胶粘剂品种繁多、性能各异。选择时要考虑胶接件材料的种类和性质（金属或非金属、刚性或柔性等）、接头使用环境（受力状况、温度、湿度、介质等）、允许的胶接工艺条件（固化温度、压力等），以及胶粘剂的价格。目前，胶接在机床、汽车、拖拉机、造船、化工、仪表、航空、航天等工业部门中的应用日渐广泛，其应用实例如上图所示。胶接接头的受力情况如下图所示。（c）锥形接头（d）角接头图4-7胶接接头形式4.1.3胀接指根据金属具有塑性变形这一特点，用胀管器将管子胀牢固定在管板上的连接方法。多用于管束与锅筒的连接。工作过程是：将胀管器插入管子头，使管子头发生塑性变形，直至完全贴合在管板上，并使管板孔壁周围发生变形，然后拔出胀管器。由于管子发生的是塑性变形，而管板仍然处在弹性变形状态，扩大后的管径不能缩小，而管板孔壁则要弹性恢复而使孔径变小（复原），这样就使管子与管板紧紧地连接在一起了。利用管端与管板孔沟槽间的变形来达到紧固和密封的连接方法。用外力使管子端部发生塑性变形，将管子与管板连接在一起，又叫胀管。目前，多采用胀管器胀接。图4-8胀接结构形式（1）光孔胀接如下图（a）所示，一般用于工作压力小于0.6MPa、温度低于300℃、胀接长度小于20mm的场合。（2）翻边胀接如下图（b）所示，即管子胀紧后，将管端扳成喇叭形或翻打成半圆形，以提高接头的连接强度。（3）开槽胀接如下图（c）所示，在管板孔内开环形槽，使管子胀接时能镶嵌到槽中，以提高抗拉脱力。（4）胀接加端面焊。4.1.4焊接将分离的金属用局部加热或加压，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来形成永久性接头的过程。金属材料的焊接性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出易焊和难焊的差别。

金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料及焊接工艺（包括预热和热处理等），其焊接性可能有很大差别。优点：节省材料，接头密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，容易实现机械化和自动化生产。缺点：焊接结构有残余应力和变形，焊接接头性能不均匀，焊接质量检验困难。

焊接用于机械制造中的毛坯生产和制造各种金属结构件。还用于零件修补。

焊接的特点焊接的本质：小范围的金属熔炼与铸造

焊接的分类

焊接的三要素热源：要求能量集中，温度高，以保证金属快速熔化，减小高温对金属性能的影响。熔池的保护与净化：

保护：采用熔渣、惰性气体、真空等保护措施，将熔池与大气隔离，阻止焊接缝金属氧化与杂质进入焊缝。净化：降低焊缝中氧、硫磷等元素的含量。填充金属：一方面保证填满焊缝，另一方面可向焊缝过渡有益的合金元素，以弥补金属的烧损，并调整焊缝金属的化学成分，满足性能要求。第二节手工电弧焊手工电弧焊是利用电弧释放的热量为热源，使焊件和焊条局部融化形成共同的熔池，冷却凝固后实现焊接的工艺。4.2.1手工电弧焊的焊接过程焊接电弧电弧是在两电极之间的气体介质内产生的一种强烈而持久的放电现象。即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。电弧焊以焊条和工件为两电极。一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极约36%，弧柱约21%。温度：用钢焊条焊钢材时，阳极区约2600K；阴极区约2400K；电弧中心约6000~8000K。使用直流电源焊接时有正接、反接两种：正接——正极接工件（工件温度可稍微高一些）；反接——负极接工件（工件温度稍低一些）。交流焊机无正反接，温度均为2500K。

手工电弧焊的焊接过程手工电弧焊的焊接过程主要包括焊条和焊件的熔化、焊滴过渡、熔池的形成和冷却结晶（焊缝与渣壳的形成）等几个阶段。4.2.2手工电弧焊冶炼过程的特点电弧焊时，母材和焊条受到高温作用而熔化，形成熔池。熔池可看作是一个微型冶金炉，其内要进行一系列物理、化学过程，其冶金过程特点如下：（1）金属熔池很小，且周围是冷金属，熔池处于液态的时间很短；

①由于化学反应难于在如此短的时间内达到平衡状态，所以成分不均匀。②气体和夹杂来不及浮出，导致容易产生气孔和夹杂等缺陷。③焊缝金属组织结晶后易产生粗大的柱状晶。（2）熔池金属温度高于一般冶炼温度，因此金属元素蒸发和烧损强烈；（3）金属熔池体积小，散热快，熔池处于液态的时间很短，使得各种冶金反应进行不彻底，造成焊缝金属组织化学成分不均匀；（4）空气在高温电弧作用下分解出原子状态的氧、氮和氢。当熔化金属与空气接触时，会产生氧化物，使钢中合金元素（C、Si、Mn）烧蚀，并使焊缝金属含氧量增加，严重降低焊缝力学性能。第二章概述保证焊缝质量，应采取的措施4.2.3电焊条由焊条芯和药皮组成二.焊条药皮“作用”非常重要焊条钢芯性能、化学成分、规格GB1300—77

已标准化第二章概述焊条药皮作用焊条药皮成分与作用第二章概述电弧的构造阴极：发射电子36％阳极：电子撞击43％平2600K。弧柱区：21％6000-8000K第二章概述焊条的分类和型（牌）号：

我国生产的焊条按其用途分为结构钢焊条（J）、钼及铬钼耐热钢焊条（R）、铬不锈钢焊条（G）、铬镍不锈钢焊条（A），堆焊焊条（D）、铸铁焊条（z）、镍及镍合金焊条（Ni）、低温钢焊条（W）、铜及铜合金焊条（T），铝及铝合金焊条（L）和特殊用途焊条（S）十大类。其中，结构钢焊条应用最广泛。根据药皮中熔渣酸性氧化物和碱性氧化物比例不同，焊条又分为酸性焊条和碱性焊条两大类。焊条的分类酸性焊条和碱性焊条的特点酸性焊条：

氧化性强，具有优良的焊接性能，如稳弧性好，脱渣力强，飞溅小，焊缝成形美观等，对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质敏感性较低。碱性焊条：

有较强的脱氧、去氧、除硫和抗裂纹的能力，焊缝力学性能好，但焊接性能不如酸性焊条，如引弧较困难，电弧稳定性较差。对油污、铁锈和水分较敏感等，一般要求用直流电源。而且药皮熔点较高，还应采用直流反接法。●焊接位置平焊立焊横焊仰焊船形焊接全位置焊焊条的牌号

根据GB5117一1995和GB5118—1995，低碳钢和低合金钢焊条型号的形式为：

“E××××”其中“E”表示焊条；第一、二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最低值；第三位数字表示焊条适用的焊接位置，“0”和“1”表示焊条适用于全位置焊接；“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”表示适用于向下立焊；第四位数字表示焊接电流种类及药皮类型（见表5.5）。例如，E4315所表示的焊条，熔敷金属抗拉强度的最低值为420MPa，适用于全位置焊接；药皮类型为低氢钠型，应采用直流反接焊接。部分碳钢焊条药皮类型和焊接电流种类焊条的选择原则一考虑母材的化学成分与力学性能1.一般要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。2.焊接特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同（等成分原则）。3.焊接异种钢时，采用低匹配原则。低碳钢与低合金钢焊接时，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用焊条。二考虑结构的使用条件

对承受动载荷或冲击载荷的焊缝，或结构复杂、大厚度的焊件，为保证焊缝具有较高的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高时，应选用碱性焊条，否则，选用酸性焊条。三考虑焊条的工艺性对焊前清理困难，且容易产生气孔的焊接件，应选用酸性焊条；若母材中含有碳、硫磷等较高，则选用抗裂性较好的碱性焊条。四考虑焊接设备条件没有直流电焊机，则只能选择交直流两用的焊条。在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件的厚度、焊接位置等条件选择焊条直径，板件越厚，焊条直径越大。4.2.4焊接接头金属组织与性能的变化2、焊接接头的组成：焊缝金属熔合区焊接热影响区1、焊接工件上温度的变化与分布低碳钢焊接接头的组织变化越靠近焊缝，加热温度越高1、焊缝金属的组织及性能焊缝是由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。其金属的结晶是从熔池底壁开始的。晶粒是柱状晶，生长方向与最大冷却方向相反，垂直于熔池底壁。由于熔池金属受电弧吹力和保护气体的吹动，晶粒有所细化。加之焊接材料的渗合金作用，所以焊缝金属的力学性能可能不低于基体金属。另外，焊缝成分不均匀，焊缝中心区容易偏析硫、磷等杂质，导致力学性能变差。2、熔合区和热影响区的组织与性能的变化焊缝与母材交接的过渡区，其加热的温度介于液-固两相线之间，加热时，金属处于半熔化状态，其成分不均匀，组织粗大，塑性、韧性很差，是焊接接头中性能最差的区域。根据热影响区离焊缝的距离可划分为如下几个区域：2.2熔合区和热影响区的组织与性能的变化受到不同规范的热处理经历了一次冶金过程！散热太快了，.......力学性能最差晶粒粗大，塑性和韧性下降正火处理晶粒细化组织均匀晶粒大小不均匀低碳钢焊接接头的组织变化焊接热影响区越小，焊接接头的力学性能越好影响因素：

加热的最高温度，相变温度停留时间，焊件大小，厚度，焊接方法，材料等。3、改善热影响区组织性能的方法在焊接过程中热影响区是不可避免的。对于普通焊接结构件，热影响区造成的不利影响对使用功能影响不大，因此焊后不用特别处理。但对于重要结构件，则必须采取措施，保证焊接性能。

1）一般采用焊后退火或正火热处理，改善焊缝及热影响区的组织性能，使其晶粒细化。

2）采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组织和性能得到改善。

3）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材为焊接结构材料

4）采用正确选择焊接方法和焊接过程。4.2.5焊接应力与变形与铸造过程产生热应力相似，焊接过程中由于热作用也将产生焊接应力和变形。焊接应力与变形产生的原因是焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。

焊接应力超过材料的屈服强度极限，将产生塑性变形；焊接应力超过材料的抗拉强度极限，会产生裂纹。V（u）形坡口对接焊时，由于焊缝截面形状上下不对称，焊后收缩不均而引起的。T形梁和单边焊缝焊接后，由于焊缝布置不对称，纵向收缩引起的。焊缝布置不对称或焊接过程不合理焊接薄板结构时，丧失稳定性而引起。防止与减少焊接变形的措施①合理设计焊接构件。在保证结构有足够承载能力情况下，尽量减少焊缝数量、焊缝长度及焊缝截面积；要使结构中所有焊缝尽量处于对称位置。厚大件焊接时，应开两面坡口进行焊接，避免焊缝交叉或密集。尽量采用大尺寸板料及合适的型钢或冲压件代替板材拼焊，以减少焊缝数量，减少变形。②采取必要的技术措施。A.反变形法：经过计算或凭实际经验预先判断焊后的变形大小和方向，或焊前进行装配时，将焊件安置在与焊接变形方向相反的位置。B加裕量法：焊前对焊件加放0.1%‾0.2%的收缩量，以补充焊后的收缩。图4.8防止壳体局部塌陷的反变形(a)焊前预弯反变形；（b）焊后

C.刚性固定法利用夹具、胎具等强制手段，以外力固定被焊工件来减小焊接变形。该法能有效的减小焊接变形，但会产生较大的焊接应力，所以一般只用于塑性较好的低碳钢结构。D.选用合理的焊接顺序合理选择焊接顺序能大大减小变形，如构件的对称两侧都有焊缝，应该设法使两侧焊缝的收缩量能互相抵消或减弱。e.采用合理的焊接方法：焊接长焊缝时，为了减少焊接变形，常采用“逆向分段焊法”，即：把整个长焊缝分为长度为150‾200mm的小段，分段进行焊接，每一段都朝着与总方向相反的方向施焊，如图5.12所示。图5.12长缝的焊接(a)逐步退焊法；(b)跳焊法；（c）分中逐步退焊法；(d)分中对称焊法矫正焊接变形的措施产生新的变形抵消原来的焊接变形。1）机械矫正变形：用手工锤击，矫正机，辊床，压力机等机械外力，使焊件产生与焊接变形反向的塑性变形而达到矫正。适用于塑性较好、厚度不大的焊件。2）火焰矫正变形：原理：利用金属局部受热后的冷却收缩来抵消已发生的焊接变形。应用：主要用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢。设备：火焰矫正一般采用气焊焊炬，不需专门设备。减少和消除焊接应力的措施A合理的选择焊接顺序

尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。B.焊前预热

目的是减小焊件上各部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，从而减小焊接应力和变形。焊前将焊件预热到350‾400℃，然后再进行焊接。c.焊后热处理：

去应力退火可以消除焊接应力，即将工件均匀加热到600‾650℃，保温缓慢冷却。整体高温回火消除焊接应力的效果最好，一般可将80%‾90%以上的残余应力消除掉。D.加热“减应区”：在焊接结构上选择合适的部位加热后再焊接，可大大减少焊接应力。所选的加热部位称“减应区”。

5.焊接缺陷及防护措施第二章概述（2）焊接缺陷及其产生原因焊瘤

焊缝边缘上存在多余的未与焊件熔合的堆积金属。焊条熔化太快，电弧过长，电流过大，运条不正确，焊速太慢。夹渣

焊缝内部存在着非金属夹杂物或氧化物。施焊中焊条未搅拌熔池，焊件不洁，电流过小，焊缝冷却太快，多层焊时各层熔渣未清除干净。咬边在焊件与焊缝边缘的交界处有小的沟槽。电流过大，焊条角度不对，运条方法不正确，电弧过长。裂纹

在焊缝和焊件表面或内部存在裂纹。焊件含碳、硫、磷高，焊接结构设计不合理，焊缝冷速太快，焊接顺序不正确，焊接应力过大，存在咬边、气泡、夹渣，未焊透。气孔

焊缝的表面或内部存在气泡。焊件不洁，焊条潮湿，电弧过长，焊速过快，含碳量高。未焊透

被焊金属和填充金属之间在局部末熔合。装配间隙太小，坡口间隙太小，运条太快，电流过小，焊条未对准焊缝中心，电弧过长。（2）焊接缺陷的防止防止焊接缺陷的主要途径：一是制订正确的焊接技术指导文件；二是针对焊接缺陷产生的原因在操作中采取防止措施。焊缝尺寸不符合要求应从恰当选择坡口尺寸、装配间隙及焊接规范入手，并辅以熟练操作技术。采用夹具固定、定位焊和多层多道焊有助于焊缝尺寸的控制和调节。6.焊接结构设计主要内容焊缝的布置焊接接头及坡口形式的选择焊缝布置的原则A、手工电弧焊应具有足够的焊条操作空间第二章概述无法运行焊条！B、点焊或缝焊应考虑电极引入方便C、气体保护焊：要考虑气体的保护作用D、埋弧焊是接头处有利于熔渣形成封闭空间

焊缝布置应该有利于减少焊接应力和变形

（一）尽量减少焊缝的数量（二）尽可能分散布置焊缝密集、交叉的焊缝，会加大热影响区。（三）尽量对称分布焊缝（四）焊缝应尽量避免最大应力和应力集中部位最大应力处易产生应力集中！已加工表面受热后，会破坏原有精度！（五）焊缝应尽量避开机械加工面（2）

焊接接头与坡口形式选择接头形式的选择与设计焊接接头是焊接结构最基本的组成部分，接头设计应根据结构形状及强度要求、工件厚度、可焊性、焊后变形大小，焊条消耗，坡口加工难易程度等各方面因素综合考虑决定。通常手工电弧焊采用的接头型式有

对接、搭接、T形接头和角接4大类。①对接接头及坡口选择。手工电弧焊对接接头形式可分为Ⅰ形坡口，V形坡口，X形坡口，U形坡口和双U形坡口5种形式。每种坡口的尺寸和所适用的钢板厚度都有明确的规定，如图5.16所示。手工电弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件时，若采用对接接头，则应在较厚的板上作出单面或双面削薄，然后再选择适宜的坡口形式和尺寸（见图5.17）。图5.17不同厚度钢板对接②搭接接头及坡口选择搭接接头不需要开坡口，焊前准备和装配工作比对接接头简单得多。但是搭接接头应力分布复杂，往往产生弯曲附加应力，降低接头强度，搭接接头常用于焊前准备和装配要求简单的板类焊件结构中，如桥梁、房架等多采用搭接接头的形式，如图5.18所示。图5.18搭接接头③T形接头及坡口形式T形接头广泛采用在空间类焊件上，T形接头及坡口如图5.19所示。完全焊透的单面坡口和双面坡口的T形接头在任何一种载荷下都具有很高的强度。根据焊件的厚度，T形接头可选I形（不开坡口）、单边V形、K形、单边双U形坡口形式。第二章概述④角接头及坡口选择

角接头通常只起连接作用，不能用来传递工作载荷，且应力分布很复杂，承载能力低。根据焊件厚度不同，角接头可选择I形坡口（不开坡口）、单边V形、单边U形、V形及K形等5种坡口形式，如图5.20所示。图5.20角接头的坡口形式(a）I形坡口；(b)K形坡口；（c）V形坡口单边；（d）U形坡口单边；（e）V形坡口焊接接头形式的选择（1）首先决定于焊缝位置之间的对应关系。但在结构设计时，设计者应综合考虑结构形状、使用要求、焊件厚度、变形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度等因素。（2）对接与搭接相比，具有受力简单均匀、节省金属等优点，故应用最多。但对接对下料尺寸和组装要求比较严格。第三节其他焊接方法简介4.3.1埋弧自动焊——当今生产效率较高的机械化焊接方法之一。是指电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。焊丝与焊剂埋弧自动焊的焊丝同手工电弧焊焊芯的作用一样，其成分标准也相同。常用焊丝牌号有H08A，H08MnA，H10Mn2等。

焊剂与焊条药皮的作用也相同，在焊接过程中起稳弧、保护、脱氧、渗合金等作用。自动焊剂按制造方法分为熔炼焊剂、陶质焊剂和烧结焊剂。2焊接材料●焊丝——钢芯(与手工焊钢芯同属一个国家标准)

根据化学成分和用途不同:例：

H08A(E)钢焊丝高级优质钢平均含碳量0.08%高级优质钢第二章概述埋弧自动焊的焊接特点

但是，埋弧自动焊的灵活性差，只能焊接长而规则的水平焊缝，不能焊短的、不规则焊缝和空间焊缝，也不能焊薄的工件。焊接过程中，无法观察焊缝成形情况，因而对坡口的加工、清理和接头的装配要求较高。埋弧自动焊设备较复杂，价格高，投资大。

通常用于碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等中厚板（6～60mm）结构的长直焊缝及直径大于250mm环缝的平焊。生产批量越大，经济效果越佳。

4.3.2气体保护焊

以惰性气体—氩气/CO2作为保护气体将电弧、熔化金属与周围空气隔离，防止空气与金属发生冶金反应的电弧焊。气体保护焊属于电弧焊。它以气体代替手工电弧焊中的熔渣做焊缝的保护介质，避免残留熔渣对焊件的腐蚀作用以及焊后繁琐的清渣工作。气体保护电弧焊的特点：（1）采用明弧焊、熔池可见性好，适用于全位置焊接，有利于焊接过程的机械化、自动化。（2）电弧热量集中，熔池小，热影响区窄，焊件变形小，尤其适用于薄板焊接。（3）可焊材料广泛，可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接。氩弧焊（1）不熔化极保护焊，也称钨极氩弧焊，是以高熔点的铈钨棒作为电极。焊接时，铈钨极不熔化，只起导电与产生电弧作用，易实现机械化，因电极所能通过的电流有限，所以只适合于焊接6mm以下的工件。图5.24不熔化极氩弧焊1-焊丝或电极2-导电嘴3-喷嘴4-进气管5-氩气流6-电弧7-焊件9-焊丝图5.24熔化极氩弧焊1-焊丝或电极2-导电嘴3-喷嘴4-进气管5-氩气流6-电弧7-焊件8-送丝轮（2）熔化极保护焊，熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极，电流密度和气体流量都较大，上产率高，多用于25mm以下的中厚板焊接。焊接时多用直流电源反接，可使电弧稳定。第二章概述氩弧焊的特点

（1）可以焊接各种金属，尤其是易氧化的有色金属和稀有金属。（2）电弧稳定，飞溅小，焊缝致密、美观。（3）保护中的电弧可见，便于操作。（4）热量集中，熔池小、焊接速度快，热影响区窄，工件焊后变形小。

二氧化碳气体保护焊如右图，焊丝由焊丝盘经送丝机构通过软管从导电嘴送出，CO2气体由气瓶经过减压器从焊炬喷嘴中以一定流量喷出，电弧引燃后，焊丝末端、电弧及熔池被CO2气体所包围，可防止空气对高温金属的有害作用。A、CO2来源广，价格低，生产率比手工电弧焊提高1—4倍。B、CO2电弧穿透能力强，熔深大，焊接速度快。C、焊缝氢含量低，焊丝中Mn含量高，脱硫作用好，因而焊接接头的抗裂性好，品质良好。D、电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区较小。E、CO2气体保护焊是明弧焊，可以清楚的看见焊接过程，容易发现问题及时处理。且CO2气体保护焊半自动适于各种位置的焊接。二氧化碳气体保护焊特点第二章概述二氧化碳气体保护焊应用应用：用于焊接低碳钢和低合金钢，也可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的补焊，但是不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。注意事项：

CO2气体保护焊时，为了减少飞溅、保护电弧稳定，要求使用直流焊机，且大多采用直流反接，焊接时，CO2流量通常为5—15L/min，保护气体偏大或偏小均会使保护效果变差。二氧化碳气体保护焊特点4.3.3电渣焊电渣焊---利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的工艺方法。电渣焊一般都是在垂直立焊位置进行焊接的，其焊接过程如图所示前后成形铜板伴着渣池缓慢上升，形成垂直焊缝电渣焊特点①生产效率高，成本低：电渣焊焊件不需开坡口，只需使焊接端面之间保持适当的间隙便可一次焊接完成，因此既提高了生产率，又降低了成本。②焊接品质好：由于渣池覆盖在熔池上，保护作用良好，而且熔池金属保护液态时间长，有利于焊缝化学成分的均匀和气体杂质的上浮排除。因此，出现气孔，夹渣等缺陷的可能性小，焊缝成分较均匀，焊接品质好。③焊接应力小：焊接速度慢，焊件冷却速度相应降低，因此焊接应力小。④热影响区大：电渣焊由于熔池在高温停留时间较长，热影响区较其他焊接方法都宽，造成接头处晶粒粗大，力学性能有所降低。所以，一般电渣焊后都要进行热处理或在焊丝、焊剂中配入钒、钛等元素以细化焊缝组织。4.3.4电阻焊电阻焊---利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热、将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。电阻焊分为：点焊、缝焊和对焊。点焊是利用柱状铜合金电极，在两块搭接焊件接触面之间形成焊点，而将工件连接在一起的焊接方法。通电、加压，电阻发热---金属熔化—形成焊点。包括预压－通电－断电维持－休止。焊接第二点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称点焊分流现象。点焊的应用主要适用于厚度小于4mm的薄板、冲压结构及线材的焊接。广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构以及罩壳和轻工业。缝焊缝焊的应用与缺点主要用于制造厚度小于3mm、要求密封性的薄壁结构。如：油箱、小型容器、管道等。缺点：焊接分流作用大，需要焊接电流比点焊增加15-40%。电阻对焊闪光对焊4.3.5摩擦焊摩擦焊---利用焊件相互摩擦产生的热量，同时加压进行焊接的焊接方法。焊接两个圆形横断面工件时，首先使一工件以中心线为轴高速旋转，然后将另一工件向旋转工件施加轴向压力，开始摩擦加热。达到给定的摩擦焊时间或规定的摩擦变形量，即接头加热到焊接温度时，立即停止工件的转动，同时施加更大的轴向压力，进行顶锻焊接。通常，全部焊接过程只要几秒钟。摩擦焊焊接原理摩擦焊的特点(1)在摩擦焊过程中，焊件接触表面的氧化膜与杂质被清除，因此接头组织致密，不易产生气孔、夹渣等缺陷，接头质量好而且稳定。(2)可焊接的金属范围较广，不仅可焊同种金属，也可以焊接异种金属。(3)焊接操作简单，不需焊接材料，容易实现自动控制，生产率高(4)电能消耗少(只有闪光对焊的1/10一l/15)。(5)易于实现机械化和自动化缺点：设备复杂，一次性投资大；只适合于圆盘状。4.3.6钎焊钎焊---利用熔点比焊件低的钎料（钎丝）作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件联结起来的焊接方法。钎焊的种类A软钎焊---钎料熔点在450℃以下，接头强度低。用于焊接电子元件等。60-140MPa

钎剂：松香和氯化锌溶液B、硬钎焊---钎料熔点在450℃以上，焊接强度较高。用于焊接钢、铜合金等。200-490MPa

钎剂：硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。钎焊的过程将表面清理好的工件以搭接形式装配在一起，把钎料放在接头间隙附近或接头间隙之间。当工件与钎料被加热到稍高于钎料的熔点温度后，钎料熔化(此时工件不熔化)，借助毛细管作用钎料被吸入并充满固态工件间隙，液态钎料与工件金属相互扩散溶解、冷凝后即形成钎焊接头。钎焊的特点(1)工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。广泛应用于机械，电子，航空和航天等小而薄，精度高的零件。(2)可焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别也没有严格限制。(3)工件整体加热钎焊时，可同时钎焊多条(甚至上千条)接缝组成的复杂形状构件．生产率很高。(4)设备简单，投资费用少。

但钎焊的接头强度较低，尤其是动载强度低，允许的工作温度不高，焊前清整要求严格．4.3.7真空电子束焊对于锆、钛、铌、钼等稀有金属及其合金的焊接难题直到真空电子束焊接技术出现，才得到解决。焊接原理：通过材料的熔融和汽化使材料达到牢固地结合。利用经过聚焦的高速运动的电子束撞击焊件时，动能转化为热能，从而使焊件连接处熔化形成焊缝。图5.27真空电子束焊示意图1—真空室；2—焊件；3—电子束；4—磁性偏转装置；5—聚焦透镜；6—阳极；7—阴极；8—灯丝；9—交流电源；10—直流高压电源；11，12—直流电源；13—排气装置集束功率密度可达109瓦/厘米2

，束径可达几微米！被光斑照射的局部范围内，在几分之一微秒时间内温度可达几千度以上。特别适合焊接难熔、活性、高纯度金属及小零件的焊接缺点：设备复杂，成本高，尺寸受限制，生产效率低。4.3.8激光焊

它以高能量密度的激光束作为热源，对金属进行熔化形成焊接接头的特种熔化焊接方法。激光焊接基本原理图5.28激光焊接示意图1—激光器；2—信号器；3—激光束；4—聚集系统；5—辅助能源；6—焊件；7—工作台；8—信号器；9—观测瞄准器；10—程控设备激发具有亚稳态能级结构的物质产生受激辐射，输出大量的光能。其作用是使激光束准确聚焦并且可以调整聚焦位置。

激光焊接的特点(1)激光辐射的能量释放极其迅速，点焊过程只有几毫秒。这不仅提高了生产率，而且被焊材料不易氧化。因此可以在大气中进行焊接，不需要气体保护或真空环境。(2)激光焊接的能量密度很高，热量集中，作用时间很短。所以焊接热影响区极小，焊件不变形，特别适用于热敏感材料的焊接。

(3)激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，可以用光导纤维引到难以接近的部位。激光还可以通过透明材料壁进行聚焦，因此可以焊接一般焊法难以接近或无法安置的焊点。(4)激光可对绝缘材料直接焊接，焊接异种金属材料也比较容易，甚至能把金属与非金属焊在一起。缺点：设备昂贵，能量转化率低（5-20％），功率较小，可焊接的厚度受到一定限制，而且操作与维护的技术要求较高。激光焊接应用激光焊接技术被用于对金属和非金属材料的焊接、切割、穿孔。激光焊接(主要是脉冲激光点焊)特别适合焊接微型、精密、排列非常密集和热敏感材料的焊件，已广泛应用于微电子元件的焊接。如集成电路内外引线焊接，微型继电器、电容器、石英晶体管壳封焊，以及仪表游丝的焊接等。4.3.8气焊

是利用可燃性气体在氧气中燃烧时所产生的热量，将母材焊接处熔化而实现连接的一种熔焊方法。

由氧气瓶、氧气减压器、乙炔发生器（或乙炔瓶和乙炔减压器）、回火保险器、焊炬和橡皮管等组成。

目前，主要用于薄钢板（厚度0.5~3ｍｍ）、铜及铜合金的焊接和铸铁的补焊。用于野外维修。应用设备氧－乙炔气焊氧－乙炔焊的分类（１）中性焰：氧气与乙炔体积混合比为１－１．２，乙炔充分燃烧，适合焊接碳钢和非铁合金。（２）碳性焰：氧气与乙炔体积混合比小于１，乙炔过剩，使用于焊接高碳钢，铸铁和高速钢。（３）氧化焰：氧气与乙炔体积混合比大于１．２，氧气过剩，适用于黄铜和青铜的钎焊。气焊特点

Ａ、与焊接电弧比，气体火焰的温度低，热量分散。因此，气焊的生产率低，变形严重，街头显微组织粗大，性能较差。

Ｂ、但气焊熔池温度容易控制，容易实现单面焊双面成形。

Ｃ、气焊还便于预热和后热，不需要电源。Ｄ、气焊常用于薄板焊接，管子焊接，铸铁补焊等。各种焊接方法的特点和应用4.4

常用金属材料的焊接4.4.1

金属材料的焊接性一.焊接性的概念焊接性---是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下（焊接方法、焊接材料、工艺参数、结构型式），获得优质焊接接头的难易程度。即对焊接加工的适应性。包括接合性能和使用性能。可焊性是一个相对的概念：表现为---1.工艺条件相同时，材料经焊接后产生缺陷、裂纹等的倾向性大小。2.材料对某种焊接工艺所表现出的可焊性，主要是指焊接接头在使用中的可靠性。影响金属材料焊接性的因素很多，焊接性的评定一般是通过估算或试验方法确定。通常用碳当量法和冷裂纹敏感系数法。①碳当量法一般常用碳当量法估算可焊性，即把影响焊接性能的元素对可焊性的影响折算为碳的影响相当的量。经验公式为：1）C当量＜0.4%时，可焊性好。一般的焊接工艺条件下，不会产生裂纹。2）C当量=0.4～0.6%时，可焊性较差。焊前需采取适当的工艺措施。3）C当量＞0.6%时，可焊性差。焊接前后需都需采取措施。②冷裂纹敏感系数法。

由于碳当量法仅考虑了钢材的化学成分，忽略了焊件板厚，焊缝含氢量等其他影响焊接性的因素，因此，无法直接判断冷裂纹产生的可能性大小。由此提出了冷裂纹敏感系数的概念。其计算公式为：

冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。低碳钢的碳含量≤0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，可焊性良好。可用各种焊接方法进行焊接而不需采取特殊的工艺措施。注意:Ａ、在低温环境下焊接厚度大，刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。Ｂ、重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。Ｃ、电渣焊的焊件，焊后应进行正火处理，以细化晶粒。低碳钢的焊接C≤0.25～0.6%（C当量更大），随着含碳量的增加，可焊性明显变差。焊接前后需采取一定的工艺措施，以保证焊接质量。存在问题A、焊缝易产生气孔。B、焊缝及焊接热影响区易产生淬硬组织和裂纹。中碳钢的焊接中碳钢的焊接特点（1）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝。（2）焊缝金属热裂缝倾向较大。工艺措施：焊前：必须预热。（150～250℃）焊后：热处理。（重要结构件）焊条：低氢型。焊接规范：细焊条、小电流、开坡口、多层焊。高碳钢的焊接（１）焊接特点：高碳钢Ｗｃ大于０．６０％，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性比中碳钢更差。（２）焊接方法：一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件，且焊接时注意焊前预热和焊后缓冷。普通低合金结构钢的焊接一般用于焊接结构件的合金结构钢，用得最多的是普通低合金结构钢，简称低合金钢。低合金钢的含碳量虽然较低，但因其他元素的含量不同，可焊性差别很大。其特点为：1.热影响区的淬硬倾向：

钢材的强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。2.焊接接头的裂纹倾向：

随着钢材强度级别的提高，产生裂纹的倾向也增加。不锈钢的焊接１、定义：

指具有优良的化学稳定性和一定的抗腐蚀性的高合金钢，它的Ｗｃｒ＞１２％，还含有镍，猛，钼等合金元素。２、分类：（按组织状态进行分类）

奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等，其中一奥氏体不锈钢的焊接性最好。３、牌号：

常见的有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti等。不锈钢的焊接特性（1）焊接接头的晶界腐蚀：①产生原因：

焊接时，在450~850C温度范围停留一定时间的接头部位，在晶界处h会析出高铬碳化物（Cr23C6）,引起晶粒表层含铬量降低，形成贫铬区,当晶界附近的金属含铬量低于临界值12％时，便会发生明显的晶界腐蚀。②防止措施：

A、增加焊缝中稳定碳化物形成元素的含量。

B、选择超低碳焊条或母材。

C、采取合理的焊接过程和规范，采用小电流快速焊，强制冷却。

D、焊后进行热处理：固溶处理或稳定化处理（2）热裂纹：①产生原因：焊接是产生较大拉应力，同时晶界处可能形成低熔点共晶，导致焊接时容易出现热裂纹。②防止措施：A、选用含碳量很低的母材和焊接材料。B、减少母材和焊材中杂质来源，避免焊缝中杂质偏析和聚集。C、加入一定量的铁素体形成元素。D、采取合理的焊接过程和规范，采用小电流快速焊，不横向摆动。铸铁的焊补铸铁的含碳量很高，可焊性很差。通常铸铁不用作焊接结构件，但在铸造生产中，常会遇到一些有缺陷的铸件。在铸造标准中，对可焊补的缺陷作出了规定。铸铁的焊接特点：（1）熔合区易产生白口组织，硬度高，很难加工（2）易产生裂缝；（3）易产生气孔。第二章概述铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊，焊接工艺分为：

热焊法和冷焊法。

1.热焊法焊前将工件预热600～700℃，焊接过程中>400℃,

焊后缓慢冷却。（1）焊件受热均匀，焊接应力小；（2）冷却速度慢，可防止焊接区产生白口组织和裂纹；（3）焊接质量好，易机加工。（4）缺点：焊接技术复杂，生产率低，成本高，焊件易变形，焊工劳动条件差。焊接特点应用一般仅用于焊后要求机械加工或形状复杂的重要工件。冷焊法第二章概述焊前不预热或只进行400℃以下的低温预热的焊补方

冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产生白口组织和裂缝。焊接特点（1）生产率高，劳动条件好，成本低。（2）焊件变形小。（3）焊接品质不易保证，易产生白口组织，加工性较差。应用生产中冷焊多用于补焊要求不高的铸件或用于补焊高温预热易引起变形的工件。5.2铝及铝合金的焊接第二章概述铝的可焊性与铜的可焊性相似---焊接困难。焊接特点---（1）易氧化。（2）易在焊缝中形成气孔。（3）焊接接头易开裂。（4）铝及铝合金高