《加工工艺学》2-3焊接生产

焊接焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。1）.熔焊将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。2）.压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或加热），以完成焊接的方法称为压焊。3）.钎焊钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。2、焊接分类一、

焊接的实质

焊接的实质是使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。1.焊接电弧焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。阴极区是电弧紧靠负电极的区域，阴极区很窄，约为0.1um-0.01um，温度约为2400K。阳极区是指电弧紧靠正电极的区域，阳极区较阴极区宽，约为10um-1um，温度约为2600K。电弧阳极区和阴极区之间的部分称为弧柱，弧柱区温度最高，可达6000K-8000K。

图11-1焊接电弧示意图二、

焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响1.焊接加热时，焊缝金属区的温度在液相线以上，母材金属和填充金属熔化后共同形成液态熔池。冷却结晶是以熔池和母材交界处半熔化状态的母材金属晶粒为结晶核心，沿着垂直于散热面的反方向生长，成为柱状晶的铸态组织。2.熔合区焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。此区是焊缝和母材金属的交界区，温度在固相线和液相线之间，焊接过程中母材金属部分熔化，故亦称半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属因加热温度过高成过热粗晶，其塑性和韧性明显变差，容易产生裂纹和脆性破坏。虽然此区只有0.1mm-0.4mm，但它对焊接接头的性能影响很大，是焊接接头的危险区域之一。3.热影响区是焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为以下四个区域：（1）过热区指焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。此区的温度范围为固相线至1100℃，因加热温度过高，奥氏体晶粒急剧长大，使其塑性明显下降，尤其是冲击韧度下降20％-30％，对于易淬火钢，此区脆性更大，是热影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件，此区容易产生裂纹。（2）细晶区此区温度范围为Ac3以上，而尚未达到过热温度。由于焊后为空冷，相当于热处理后的正火组织，亦称正火区。此区的力学性能优于母材金属。（3）不完全重结晶区此区温度范围为Ac3至Ac1之间。在此区间珠光体已转变为奥氏体，部分铁素体深入奥氏体，尚未溶入奥氏体的铁素体晶粒不断长大。空冷时，奥氏体又折出较细的铁素体，到Ar1线时，残余奥氏体直接转变为共析组织珠光体，未深入奥氏体的铁素体却将粗大晶粒保持下来，亦称部分相变区。该区金相组织很不均匀，力学性能较差。（4）再结晶区此区温度范围在Ac1至500℃-450℃之间。焊前经过冷变形加工的焊件，由于母材中有晶格畸变及碎晶组织，当加热到该温度时，就会产生回复及再结晶而细化，其力学性能提高。焊前未经冷加工变形的焊件不存在再结晶区。s平板焊接过程中的应力与变形形成原理示意图(二)焊接裂纹与焊接变形的形式焊接时，在任何情况下焊接应力总是存在的。当焊接应力超过该材料相应温度的屈服应力时，焊件将产生变形；超过材料的断裂应力时，焊件将会产生裂纹甚至断裂。焊接裂纹包括纵向裂纹、横向裂纹、内部裂纹、根部裂纹等；焊接变形的基本形式有角变形、弯曲变形、波浪变形、收缩变形、扭曲变形、错边变形等，见图11-4。焊接变形形式(a)

电弧焊是利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊具有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，是生产中应用最广的焊接方法。但焊条电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，劳动条件差，生产率低，对工人技术水平要求较高，焊接质量不够稳定。因此，主要应用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊等。适宜板厚为3mm-20mm。电弧焊一、

埋弧焊1.定义：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称为埋弧焊。2.特点：1）生产率高；2）焊接质量高、稳定；3）节约金属材料；4）改善劳动条件。3.应用：常用来焊接厚度为6mm-60mm的长直焊缝和较大直径（一般不小于250mm）的环形焊缝。二、

气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。（一）氩弧焊1.定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。2.特点：1）焊件不易氧化；2）便于操作，容易实现全位置自动化；3）焊接热影响区小，焊件不易变形；4）焊缝致密，成形美观；5）焊接成本高。3.应用：主要用于焊接易氧化的有色金属和合金钢，如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。为了防止保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。（二）二氧化碳气体保护焊1.定义：利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。2.特点：1）电流密度大，生产效率高；2）焊接热影响区小，焊件不易变形；3）焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好；4）焊接成本低。3.应用：适合于各种位置的焊接，目前，CO2焊已在全国广泛普及，大有在短时间内取代焊条电弧焊的发展势头。四、

等离子弧焊1.定义：借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法称为等离子弧焊。2.特点：1）焊件不易氧化；2）便于操作，容易实现全位置自动化；3）焊接热影响区小，焊件不易变形；4）焊缝致密，成形美观；5）电弧挺直度和方向性好，可焊接薄壁结构；6）弧柱温度高，焊接速度快，生产率高。3.应用：等离子弧焊接已日益广泛应用于生产中，特别是国防工业和尖端技术所用铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。如钛合金的导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封接及飞机上一些薄壁容器等均可用等离子弧焊。五、

电子束焊定义：利用加速和聚焦电子束轰击置于真空或非真空中焊件所生的热能进行焊接的方法称为电子束焊。2.特点：1）焊缝金属纯度高；2）焊缝表面质量好，内部熔合性好；3）焊接热影响区小，焊件不易变形；4）控制灵活，精度高，适应性强。3.应用：电子束焊应用广泛，从微型电子线路组件、真空膜盒、钼箔蜂窝结构、原子燃料器件到大型的导弹外壳都可以采用电子束焊接。此外，熔点、导热性、溶解度相差很大的异种金属，在真空中使用的器件和内部要求真空的密封器件等，用真空电子束焊接也能得到良好接头。六、

激光焊1.原理：利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统聚焦到十分微小的焦点，当调焦到焊件接头处时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成接头。2.特点：1）焊接热影响区极小，焊件难于变形；2）焊件不易被氧化，可在