工程材料与机械制造基础-苏子林课件 第4章 焊接

教学内容

4.1

焊接理论基础

4.2焊接方法4.3焊接结构工艺设计

4.4焊接技术新发展

焊接：通过加热或加压或者两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。其实质是通过适当的物理-化学过程，使两个分离固体表面的金属原子接近到晶格距离（0.3～0.6nm），形成金属键，从而使两个分离的固体实现永久性的连接。第4章焊接

概述

焊接的优点：1）可将不同类型、不同形状尺寸的材料连接起来，接头强度较高，生产成本低；2）刚度大，整体性好，在外力作用下变形小，气密性、水密性好；3）投资少、见效快，既适用于大批量生产，又适用于小批量生产；4）适用于几何尺寸大而材料较分散的制品，工作面较大，加工工艺简单，加工周期短。

第4章焊接

概述

焊接的分类：1）熔焊利用热源，将构件的被连接位局部熔化成液体，然后再冷却结晶成一体的方法；2）压焊利用摩擦、扩展和加压等物理作用，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法；3）钎焊通过将焊件和钎料加热至高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料充满接头间隙，冷却后结晶形成冶金结合的方法。第4章焊接概述

第1节焊接理论基础4.1.1熔焊冶金过程特点4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化4.1.3

金属的焊接性能4.1.4

焊接应力与变形4.1.1熔焊冶金过程特点1.熔焊冶金过程特点在加热、熔化和冷却结晶过程中，焊接区内会发生一系列的物理化学反应，具有以下特点：1）熔池体积小，存在时间短；2）熔池金属不断更新；3）反应接触面大，搅拌激烈；4）反应时间短；5）焊接热源和熔池温度高。4.1.1熔焊冶金过程特点2.保证焊缝质量措施：1)为防止空气对焊接区的有害影响，可在焊接区外围采用气体保护层防止空气侵入焊接区，也可采用渣覆盖在液体金属表面以防止空气对液体金属的有害影响，还可以在真空条件下进行焊接，如真空电子束焊等；2)为了保证焊缝金属的化学成分，可以通过焊条药皮或焊剂向焊缝金属中过渡合金元素，或通过焊芯、焊丝将合金元素加入焊缝金属中。3)进行脱氧脱硫和脱磷；4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

1.熔焊的热过程：

所有熔化焊都是经过热源的加热，使被焊工件局部母材及填充金属熔化，并形成熔池，随后又冷却结晶，形成焊缝的过程，这个过程是一个热的传递过程，称为焊接热过程。4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

1.熔焊的热过程：焊接热过程不同于一般的整体均匀加热，它是一个复杂的热过程，存在着如下三个特点。1）加热极不均匀，热过程比较复杂；2）各点金属最高加热温度不同，各点达到最高温度的时间不同；3）传热过程不稳定。4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

2.焊缝金属的形成焊接过程中，当热源离开后，熔池金属开始结晶，焊缝金属形成。焊接熔池的金属由液态变为固态的过程称为一次结晶，主要包括晶核形成和晶核长大两个过程。开始结晶时总是从靠近熔合线处的母材上联生长大起来。结晶过程中，由于熔池的体积很小，周围又都是冷金属所以冷却速度很大，并且液态金属总是处于过热状态，合金元素烧损严重。结晶开始出现的晶体总是向着散热方向相反的方向长大，垂直于熔合线并指向金属熔池，形成柱状结晶，由铁素体和少量珠光体组成。

4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

2.焊缝金属的形成焊池底壁的柱状晶体成长受干扰，因而柱状晶体呈倾斜层状，晶粒有所细化，得到致密而性能良好的焊缝。

一次结晶完成以后，液体熔池转变为固体焊缝。高温的焊缝冷却到室温时，要经过一系列相变过程，称为二次结晶。二次结晶完成后，焊缝金属基本形成。通过改善一次结晶和二次结晶的组织可以改善焊缝金属组织的性能。

4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

3.熔焊的热影响区在焊接热源的作用下，焊缝两侧发生组织性能变化的区域称为热影响区，往往是焊接性能的薄弱区域。

1）低碳钢接头的热影响区组织和性能熔合区过热区正火区部分相变区

2）淬硬倾向较大的钢种接头的热影响区组织和性能完全淬火区不完全淬火区回火区4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化

3.熔焊的热影响区焊接热影响区的大小和组织性能变化还决定于焊接方法、焊接规范、接头型式和焊接冷却速度等。同一焊接方法使用不同焊接规范时，热影响区大小不同。一般地说，在保证焊接质量的条件下，增加焊接速度、减小热源发热都能减小焊接热影响区。

4.1.2熔焊接头金属组织与性能的变化4.改善焊缝金属性能与热影响区组织性能的方法焊接热影响区在焊接过程中是不能避免的。对重要钢结构、合金钢构件或用电渣焊焊接的构件，则必须注意热影响区带来的不利影响。碳素钢与低合金结构钢构件，一般采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组织能转变成为均匀的细晶，以改善焊接接头性能。对焊后不能进行热处理的金属材料或构件，则只能在正确选择焊接方法与焊接工艺上来减少焊接热影响区的范围。

4.1.3金属的焊接性能1.金属焊接性的概念金属可焊接性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优良接头的难易程度。即金属材料在一定焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。焊接性概念是与具体工艺条件有关的相对性概念，不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料与焊接工艺，其焊接性差别很大。金属焊接性包含有两个方面的内容：一是工艺可焊性，指金属在焊接加工中是否容易形成缺陷；二是使用可焊性，主要指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的机械性能及其他特殊性能。4.1.3金属的焊接性能2.估算金属焊接性的方法

碳当量法，碳当量Ceq的计算如下：Ceq<0.45%，塑性良好，淬硬倾向不明显，则焊接性良好；Ceq=0.45%～0.60%，塑性下降，淬硬倾向明显，焊接性较差；Ceq>0.60%，塑性较低，淬硬倾向很强，焊接性不好。

4.1.3金属的焊接性能3.碳钢的焊接

（1）低碳钢的焊接

焊接这类钢时，不需采用特殊的工艺措施，通常在焊后不需要进行热处理（电渣焊除外）。厚度大于50mm的低碳钢结构，需用大电流多层焊，焊后应进行消除应力退火。低温环境下，应焊前预热。焊接材料及工艺的选择主要应保证焊接接头与母材等强度。低碳钢结构也不许用强力进行组装。

4.1.3金属的焊接性能3.碳钢的焊接

（2）中、高碳钢的焊接中碳钢的焊接特点：热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝；焊缝金属热裂缝倾向较大。焊前必须进行预热，使焊接时各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。焊接时，应选用抗裂能力较强的低氢型焊条，开坡口进行多层焊，以防止母材过多的溶入焊缝，同时减小焊接热影响区的宽度。焊后要进行相应的热处理。4.1.3金属的焊接性能4.合金结构钢的焊接

合金结构钢分为机械制造用合金结构钢和普通低合金结构钢两大类。用于机械制造的合金结构钢零件可焊性与中碳钢相似，所以用于保证焊接质量的工艺措施与焊接中碳钢基本相同。我国低合金钢含碳量都较低，但因其它元素种类与含量不同，所以性能上的差异很大，可焊性的差别比较显著。强度级别较低的低合金钢，含合金量较少，碳当量低，具有良好的可焊性；但强度级别高的低合金钢，碳当量较高，可焊性较差，焊接时应采取严格的工艺措施。4.1.3金属的焊接性能4.合金结构钢的焊接

低合金钢的焊接特点：热影响区的淬硬倾向钢中含碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。焊接接头的裂缝倾向随着钢材强度级别的提高，产生冷裂缝的倾向也加剧。措施：对于16Mn等强度级别较低的钢材，在常温下焊接时与对待低碳钢一样。在低温或在大刚度、大厚度构件上进行小焊脚、短焊缝焊接时，要适当增大焊接电流、减慢焊接速度、选用抗裂性强的低氢型焊条。对强度级别高的低合金钢，焊接前一般均进行预热。

4.1.3金属的焊接性能5.铸铁的焊补

铸铁含碳量高，组织不均匀，塑性很低，属于可焊性很差的金属材料，因此，铸铁的焊接主要是焊补工作。铸铁的焊接特点：1）焊合区易产生白口组织，焊后很难进行机械加工；2）易产生裂缝；3）易产生气孔4）铸铁流动性好，一般只适于平焊。4.1.3金属的焊接性能5.铸铁的焊补

按焊前是否预热可分为热焊法和冷焊法两类。1）热焊法是焊前将工件进行整体或局部预热到600～700℃，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可进行机械加工。但热焊法成本较高，生差率低，焊工劳动条件差。2）焊补之前，工件不预热或只进行400℃以下低温预热的焊补方法通称为冷焊法，主要依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。4.1.3金属的焊接性能5.铸铁的焊补

冷焊法一般是用手工电弧焊进行焊补的，应根据铸铁材料性能、焊后对切削加工的要求及工件的重要性考虑选择焊条，常用的有：1）钢芯铸铁焊条2）镍基铸铁焊条3）铜基铸铁焊条4.1.3金属的焊接性能6.有色金属的焊接

1）铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜的导热性很高；铜在液态易氧化；铜的膨胀系数大，容易产生较大的焊接应力；铜在液态时吸气性强，容易生成气孔；铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方法进行焊接。4.1.3金属的焊接性能6.有色金属的焊接

2）铝及铝合金的焊接工业上用于焊接的主要是纯铝、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难,其焊接的特点是:铝与氧的亲和力很大，氧化铝比重大，易使焊缝夹渣；铝的导热系数较大，厚度较大时应考虑预热，易生成焊接应力与变形；易生成气孔；铝在高温时强度及塑性很低，因此常需采用垫板。目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。4.1.4焊接应力与变形

1.焊接应力与变形的概念

当物体没有受到外力作用时，其内部单位截面积上所受到的自身存在的力称为内应力。在焊接过程结束后，焊件内部存在不同程度的内应力，称为焊接应力。和其他任何一种内应力一样，焊接应力在结构内自相平衡，满足静力学的平衡条件，即各方向的内应力总和等于零，内应力对任何一点的力矩总和等于零。由于焊接而引起焊接尺寸和形状的改变称为焊接变形。4.1.4焊接应力与变形

2.焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形是一对彼此紧密相连的力学概念，其影响因素很多。定性地分析，影响焊接应力与焊接变形的最主要的因素是焊件受热不均匀，造成不均匀的变形。这种不均匀的变形使得焊件内部相邻部位互相拘束，导致内应力。当这种拘束内应力超过了材料的屈服极限时，则发生不可恢复的塑性变形，进而产生残余应力和残余变形。此外，焊接热循环引起相变，此时，由于相变后金属材料因比容改变导致体积变化也会引起焊接变形，产生焊接应力。4.1.4焊接应力与变形

2.焊接应力与变形产生的原因平板对接焊缝的应力分布情况

4.1.4焊接应力与变形

2.焊接应力与变形产生的原因长方形钢板边缘焊接时产生弯曲变形。4.1.4焊接应力与变形

2.焊接应力与变形产生的原因圆筒形工件环焊缝焊接以后产生的焊接应力，其切向应力的大小与圆筒直径D、工件厚度S有关，直径愈大、厚度愈厚则焊接应力也愈大。

4.1.4焊接应力与变形

2.焊接应力与变形产生的原因常见的焊接变形。

4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施1）防止和减少焊接变形的工艺措施反变形法用试验或计算方法，预先确定焊后可能发生的变形大小和方向，将工件安放在相反的位置上，或在焊前使工件反方向变形，以抵消焊后所发生的变形。

4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施1）防止和减少焊接变形的工艺措施加裕量法根据经验，在工件下料尺寸上加一定裕量，通常为0.1～0.2%，以补充焊后的收缩。刚性夹持法焊前将工件固定夹紧，焊后变形即可大大缩小。固定夹紧的方法较多，可用简单的夹具或刚性支撑，甚至可将工件临时点固焊在工作平台上。批量生产时，则常用装配焊接专用胎夹具。但刚性夹持法只适用于塑性较好的低碳钢结构，对淬硬性较大的刚才及铸铁不能使用，以免焊后产生裂缝。4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施1）防止和减少焊接变形的工艺措施选择合理的焊接次序如构件的对称两侧都有焊缝，应该设法使两侧焊缝的收缩能互相抵消或减弱。4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施2）矫正焊接变形的方法机械矫正法是利用机械外力的作用来矫正变形。火焰加热矫正法利用氧——乙炔火焰在焊件适当部位上加热，使工件在冷却收缩时产生新的变形，以矫正焊接所产生的变形。4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施3）减少焊接应力的工艺措施选择合理的焊接次序焊接平面形工件上的焊缝，应保证焊缝的纵向与横向收缩能过比较自由，如变形受阻，焊接应力就要加大。4.1.4焊接应力与变形

3.减少焊接应力和变形的工艺措施3）减少焊接应力的工艺措施预热法最有效的减少焊接应力的方法是焊前预热，即在焊前将工件预热到350～400℃，然后再进行焊接。焊后退火处理焊后退火是最常用的也最有效的消除焊接应力的一种方法。它是焊后将工件均匀加热到600～650℃，保温一定时间（不小于1小时），而后缓慢冷却。第2节焊接方法4.2.1电弧焊4.2.2电渣焊4.2.3

压焊4.2.4

钎焊4.2.5

其他常用焊接方法4.2.1电弧焊

电弧焊是利用电弧作为热源的熔焊方法，简称弧焊。电弧能有效而简便地把电能转变为热能和机械能。是现代焊接方法中应用最为广泛。

1．焊接电弧焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。电弧放电过程中放出大量的热和光。电弧放出热量的多少与焊接电流与电压的乘积成正比。焊接电流越大，电弧放出的热量就越多。电弧的各个部分产生的热量和温度分布是不一样的。4.2.1电弧焊1.焊接电弧焊接电弧阳极区与阴极区的温度，因电极材料不同而有所不同。在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：正接和反接。如采用交流焊接电源，由于极性是交替变化的，因此两极（焊条与工件）的热量与温度分布基本相同。4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊1）焊接过程焊条电弧焊将焊条为一电极，工件为另一电极，利用焊条与工件间产生的电弧将工件和焊条融化而进行焊接的。电弧热使工件和焊条同时熔化形成熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用过渡到熔池中。当电弧向前移动时，工件和焊条不断熔化形成新的熔池，原先的溶池则不断冷却凝固形成焊缝。4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊1）焊接过程手工焊条电弧焊可以在室内、室外、高空和各种方位进行，设备简单，容易维护，焊钳小，使用灵活，适合于各种碳钢、低合金钢，不锈钢及耐热钢，也可用于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和有色金属。焊接接头可与母材的强度相等，是焊接生产中应用最为广泛的一种方法。

4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊2）电焊条焊条电弧焊用的焊条由焊芯与药皮（涂料）两部分组成。焊芯起导电和填充金属的作用。药皮则用于保证焊接的顺利进行，并使焊缝得到满意的焊接质量。焊芯是组成焊缝金属的主要材料，它的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝的质量。4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊2）电焊条焊条药皮在焊接过程中的主要作用是：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对融化金属的有害作用，对溶池脱氧加入合金元素。根据焊条的化学成分和用途，焊条可分为十类：结构钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条和特殊用途焊条。

4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊2）电焊条焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。焊条牌号一般用一个大写拼音字母和三个数字表示。拼音字母表示焊条的大类。牌号的前两位数字表示各大类中若干小类。牌号的第三位数字表示药皮类型和电流种类。4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊2）电焊条电焊条选择原则对低碳钢和低合金高强度结构钢焊件，要求焊缝金属与焊件的强度相等，可以根据焊件强度来选用相同强度等级的焊条。焊接异种钢结构时，应按强度等级低的钢种选用焊条。对承受交变载荷或冲击载荷、形状复杂、刚度大的焊接结构，要求塑性好，冲击韧性高，抗裂性能强，要选用碱性焊条；对于薄板和刚性较小、构件受力不复杂、母材质量较好以及焊接表面带有油、锈、水等难以清理的结构件时，应尽量选择酸性焊条。4.2.1电弧焊2.手工焊条电弧焊2）电焊条电焊条选择原则对于加工过程中需经热加工或焊后需作各种热处理的焊件，应选择能保证热加工或热处理后焊缝强度及韧性的焊条。焊接耐热钢焊件或不锈钢焊件等，应选择具有相同或相近化学成分的专用焊条，以保证焊接接头的特殊性能要求。4.2.1电弧焊3.埋弧自动焊在手工焊条电弧焊过程中，主要焊接动作是引燃电弧、送进焊条以维持一定弧长和向前移动电弧，如果这几个动作都由机械自动完成，则称为自动焊。1）埋弧焊的焊接过程埋弧焊的电弧是在焊丝与工件之间燃烧，并且电弧是埋在厚度为40～60mm的颗粒状焊剂层下面，电弧造成的气体将熔渣排开形成一个封闭的空间（熔渣泡），这样就使电弧、溶池与空气隔绝，不但防止了空气中氧和氮的侵入以及金属熔滴的飞溅，而且可以减少电弧热能的散失。

4.2.1电弧焊3.埋弧自动焊1）埋弧焊的焊接过程电弧是在焊丝与工件之间燃烧，并且电弧是埋在厚度为40～60mm的颗粒状焊剂层下面，电弧造成的气体将熔渣排开形成一个封闭的空间。

自动焊机头将焊丝不断地送入电弧区并维持一定弧长。电弧依靠自动焊机小车沿轨道均匀地向前移动（或者焊机不动，工件以匀速运动）。在电弧前面，焊剂不断从漏斗中流出撒在工件接合处的表面上。4.2.1电弧焊3.埋弧自动焊2）焊丝与焊剂埋弧焊的焊丝相当于焊条中的焊芯，焊剂与焊条药皮的作用相同。焊剂分为熔炼焊剂和烧结焊剂两大类。熔炼焊剂由于具有颗粒度高，化学成分均匀，不易吸潮，适于大量生产等优点。烧结焊剂是用矿石、铁合金、粘接剂按一定比例配制成颗粒状，在高温下烧结而成，它易于向焊缝金属补充或添加合金元素，但颗粒强度较低，容易吸潮。由于焊丝与焊剂是分开的，因而使用时是焊丝与焊剂要适当配合才能获得优质焊缝。4.2.1电弧焊3.埋弧自动焊3）埋弧焊工艺埋弧焊一般适用在平焊位置。工件厚度小于20mm，可以采用单面焊接。工件厚度大于20mm，可进行双面焊接，或者开坡口后进行单面焊接。单面焊接时，为了保证焊透而又不会发生烧穿现象，常采取焊条电弧焊封底、铜垫板法及焊剂衬垫法。4.2.1电弧焊3.气体保护焊气体保护焊就是利用某种气体作为保护介质的一种电弧焊方法。焊接时将保护气体送入焊接区，在电弧周围形成气体保护层，防止有害气体侵入融化金属，以获得高质量的焊缝。保护介质的气体有：He、Ar、H、N及CO2等。这些气体可以单独使用，也可以混合使用。目前，气体保护焊中应用较广的是氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。

4.2.1电弧焊3.气体保护焊1）氩弧焊氩弧焊是以氩气作为保护气体的气体保护焊，使用的电极有两种：一种是不融化的钨极，如果焊缝需要填充金属就另外加金属丝；另一种电极是与被焊金属成分相近的金属丝，称为融化极，既作电极，又作填充金属。

4.2.1电弧焊3.气体保护焊1）氩弧焊根据氩弧焊的操作方法又分为自动氩弧焊和半自动氩弧焊。操作方便，可实现全位置自动化焊接。电弧热量集中，焊接速度快，热影响区较窄，工件焊后变形小。一般只限于在室内进行焊接，以防有风破坏保护气流。氩弧焊可以焊接所有钢材、有色金属及其合金。但设备及控制系统较复杂，氩气价格较贵，所以主要用于焊接Al、Mg、Ti及其合金、不锈钢、耐热钢。以及Zr、Ta、Mo等稀有金属。

4.2.1电弧焊3.气体保护焊2）二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是利用CO2气体作为保护气体的电弧焊。利用焊丝作电极，焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出。CO2气体从喷嘴中以一定流量喷出。焊丝与工件之间产生电弧。4.2.1电弧焊3.气体保护焊2）二氧化碳气体保护焊CO2气是一种氧化性气体，在电弧高温下能分解为CO和O，使钢中的C、Mn、Si及其他合金元素被烧毁。当熔池中Si、Mn被烧损，又没有足够的脱氧元素时，熔池中的FeO与C反应生成CO，如冷却太快，CO来不及逸出就会在焊缝中形成气孔。为了保证焊缝金属具有足够的力学性能和防止产生气孔，二氧化碳保护焊须采用含Si、Mn量较高的合金钢焊丝。4.2.1电弧焊3.气体保护焊2）二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊的特点：成本低生产率高操作性能好热影响区及焊接变形小抗锈能力强，焊缝含氢量低，抗裂性能好。设备较复杂，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢。4.2.2电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源来进行焊接的。一般都是在垂直焊位进行焊接固态焊剂熔化后形成渣池3，当电流通过时产生大量电阻热，。焊丝2和工件1被渣池加热熔化而形成金属熔池4。工件待焊端面两侧，各装有冷却系铜块5，使液态熔渣及金属并凝固成位焊缝6。在焊接过程中，焊丝不断的送进并被熔化，熔池及渣池逐渐上升，冷却滑块也同时配合上升，从而使立焊缝由上向下顺次形成。4.2.2电渣焊电渣焊特点：很厚的工件可一次焊成。生产效率高、成本低。焊缝金属比较纯净。焊接速度比较慢，焊缝区焊接后冷却速度较慢，焊接应力较小，适于焊接塑性较差的中碳钢与合金结构钢；焊缝区在高温停留时间较长，热影响区比其他焊法都宽，晶粒粗大，易产生过热组织，因此一般都要进行焊后热处理。4.2.2电渣焊进行电渣焊之前，应很好清整焊接端面，并将侧面边缘加工到一定光滑程度，以利于冷却滑块贴附和滑行。在工件下边应加焊引入板和引弧板，在工件上端加焊引出板。为了固定两工件相对位置，防止焊接收缩变形，在工件上常常焊上∩形“马”。焊接接近终了时，应将渣池升到引出板中，当金属熔池高出工件边缘一定尺寸后停机。终止焊接。最后将引入板，引出板∩形“马”等切掉。

4.2.3压焊利用摩擦、扩展和加压等物理作用，克服两个连接表面的不平度，除去氧化膜及其他污染物，使两个连接表面上的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。1．电阻焊电阻焊是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溶化状态，然后在压力形成焊接接头的焊接方法。

电阻焊生产率高、焊接变形小、劳动条件较好、不需另加焊接材料、操作简单，易于实现机械化，但设备较一般熔化焊复杂、耗电量大、适用的接头型式与可焊工件厚度受到限制。4.2.3压焊1.电阻焊电阻焊可分为点焊、缝焊和对焊三种形式。

点焊是利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点的一种焊接方法。点焊时，先加压使二工件紧密接触，然后接通电流。电阻热使该处温度迅速升高，金属熔化，形成液态熔核。断电后，应继续保持或加大压力，使熔核在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。4.2.3压焊1.电阻焊焊完一点后，当焊接下个焊点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称之为分流现象。分流使焊接处电流减小，能影响焊接质量，因此二焊点之间应有一定距离。工件活度愈大、材料导电性愈好、分流现象则愈严重，点距应该加大。4.2.3压焊1.电阻焊影响点焊质量的主要因素有焊接电流、通电时间、电极压力及工件表面清理状况等。点焊电极压力应保持工件紧密接触顺利通电，同时依据压力消耗液态熔核凝固时可能产生的疏松与缩孔。工件厚度愈大，材料高温强度愈大，电极压力也应该愈大。但压力过大时将使焊件电阻减小，从电极散失的热量增加，电极在工件表面的压坑加深，因此电极压力应选择合适。焊件表面状态对质量影响很大。4.2.3压焊1.电阻焊点焊接头形式4.2.3压焊1.电阻焊缝焊过程与点焊相似，只是用旋转的圆盘滚动电极代替了柱状电源，焊接时，盘状电极压紧焊件并转动，配合继续通电，即形成连续重矢的焊点，因此称为缝焊。缝焊，密封性好，主要用于制造要求密封性的薄壁结构。缝焊过程分流现象严重，焊接电流大，因此使用大功率焊机，用精确的电器设备控制间断通电时间，只适用于3mm以下的薄板结构。

4.2.3压焊1.电阻焊对焊是利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来的一种方法。根据焊接操作方法的不同可分为电阻对焊和闪光对焊。

电阻对焊是将两个工件装夹在对焊机的电极钳口当中，先施加预压力压紧，然后通电，当电流通过工件和接触端面时产生电阻热，将工件接触处迅速加热到塑性状态，再向工件施加较大的顶端压力并同时断电，使高温端面产生一定的塑性变形而焊接起来。4.2.3压焊1.电阻焊闪光对焊是将两工件断面稍加清整夹在电极钳口内，通电并使两个工件逐渐接触，因工件表面不平，首先只是某些点接触，强电流通过时，这些点被迅速加热溶化。在电磁力作用下，液态金属发生爆破，以火花形式从接触处飞出，形成闪光；此时应继续进行工作，保持一定闪光时间，待焊件端面全部被加热熔化时，迅速对焊件加压并切断电流。焊件即在压力下产生塑性变形而焊在一起。

4.2.3压焊1.电阻焊对焊主要用于刀具，管子，钢筋，钢轨，链条等的焊接。不论那种对焊，焊接端面形状应尽量相同。圆棒直径、方钢边长和管子壁厚之差不应超过15%。4.2.3压焊2.摩擦焊摩擦焊是利用工件相互摩擦产生的热量同时加压进行焊接的。先将两焊件夹在焊机上，加一定压力使焊件紧密接触，然后焊件1旋转运动，使焊件接触面相对摩擦产生热量，待工件端面被加热至高温塑性状态时，利用刹车装置使焊件1停止旋转，并在焊件2的端面加大压力使两焊件产生塑性变形而焊接起来。4.2.3压焊2.摩擦焊摩擦焊特点：在摩擦过程中，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。可焊接的金属范围较广，不仅可焊接同种金属，而且可焊不同的金属。焊接操作简单，不需焊接材料，容易实现自动控制，生产率高。设备简单、电能消耗少、但要求刹车及加压装置控制灵敏。4.2.3压焊2.摩擦焊摩擦焊接头一般是等断面的，也可以是不等断面的，但需要有一个焊件为圆形或管状。

4.2.4钎焊钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件联结起来的一种方法。钎焊的过程是：将表面清洗好的工件以搭接型式装配在一起，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（此时工件未熔化）并借助毛细作用被吸入和充满固态工件间隙之间，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。

4.2.4钎焊根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊与软钎焊两类。

1）硬钎焊钎料熔点在450℃以上，接头强度较高，都在200Mpa以上。属于这类的钎料有铜基、银基、和镍基等。2）软钎焊钎料熔点在450℃以下，接头强度较低，一般不超过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料时锡铅合金，所以统称锡焊。4.2.4钎焊钎焊构件的接头形式都采用板料搭接和套件镶接接头之间要有良好的配合和适当的间隙。间隙太小，会影响钎料的渗入与润湿，达不到全部焊合。间隙太大，不但浪费钎料，而且会降低钎焊接头强度。

4.2.4钎焊钎焊过程中，一般都需要使用熔剂。熔剂的作用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其他杂质，改善钎料流入间隙的性能，保护钎料及焊接不被氧化，因此焊剂对钎焊质量影响很大。钎焊加热方法可分为烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热等，可根据钎料种类、工件形状与尺寸、接头数量、质量要求与生产批量等综合考虑选择。4.2.4钎焊钎焊的特点：1）钎焊过程中，工件加热温度较低，因此组织和机械性能变化很小，变形也小，接头光滑平整，工件尺寸精确。2）钎焊可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度差也没有严格限制。3）对工件整体加热钎焊时，可同事钎焊由多条接缝做成的复杂形状构件，生产率很高。4）钎焊设备简单，生产投资少。4.2.5其他常用焊接方法1.等离子弧焊与切割一般电弧焊所产生的电弧，未受到外界约束，称之为自由电弧，电弧区的气体尚未完全电离，能量也未高度集中。如果利用一些装置使自由电弧的弧柱受到压缩（通称为压缩效应）弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧高的多的等离子电弧。4.2.5其他常用焊接方法1.等离子弧焊与切割机械压缩效应热压缩效应电磁收缩效应等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。

4.2.5其他常用焊接方法1.等离子弧焊与切割等离子弧焊接特点：1）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。所以10～12mm厚度钢材可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接速度快，生产率高，应力变形小。2）电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。3）等离子弧焊接的设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于室内焊接。4.2.5其他常用焊接方法2.真空电子束焊接随着原子能、导弹和宇航技术的发展，大量应用了锆、钛、钼、铌、镍及其合金，对这些金属的焊接质量要求很高，用一般的气体保护焊常不能得到满意的结果。直到1956年真空电子束焊接研制成功，才顺利的解决了上述稀有和难熔金属的焊接问题。

4.2.5其他常用焊接方法2.真空电子束焊接电子枪、工件及夹具全部装在真空室中。电子枪加热灯丝、阴极、阳极、及聚焦装置等组成。当阴极被灯丝加热到2006K时，能发出大量电子。这些电子在阴极和阳极间的高压下，经电磁透镜聚焦成电子流束，以极大速度射向焊接表面，电子的动能变为热能，能量密度比普通电弧大1000倍，能使焊件金属迅速熔化甚至汽化。4.2.5其他常用焊接方法2.真空电子束焊接真空电子束焊接特点：1）在真空中进行焊接，焊件金属不会氧化氮化，且金属电极不被玷污，所以，能保证焊缝金属的高纯度。焊缝表面平滑洁净，没有弧坑或其他表面缺陷，内部熔合的好，无气孔夹渣。2）热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深而窄，焊缝宽度比可达1：20，能单道焊厚件。因此焊接热影响区很小，基本上不产生焊接变形，可防止难熔金属焊接时易产生的裂纹与泄露，可对精加工后的零件进行焊接。4.2.5其他常用焊接方法2.真空电子束焊接真空电子束焊接特点：3）厚件也不必开坡口，焊接时一般不必另加填充金属，但焊头要加工的平整整洁、装配紧密、不留间隙。4）电子束参数可在较宽范围内调节，而且焊接过程的控制灵活，适应性强。5）设备复杂、造价高、使用与维护技术要求高，焊件尺寸受真空室限制，对焊件的消整与装配要求严格。4.2.5其他常用焊接方法3.激光焊接利用原子受激辐射原理，使物质受激而产生波长均一、方向一致和强度很高的光束称为激光。产生激光的器件称为激光器。激光和普通光不同，它具有单色性好、方向性好以及被成功地利用金属或非金属材料的焊接、穿孔和切割。在焊接中应用激光器，目前有固体及气体介质两种。固体激光器常用的激光材料是红宝石、钕玻璃，气体的则有二氧化碳。4.2.5其他常用焊接方法3.激光焊接利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统可聚焦到十分微小的焦点，其能量密度大于105w/cm2，当调焦到焊件焊缝时，光能转换为热量，从而使金属熔化形成焊接接头。

4.2.5其他常用焊接方法3.激光焊接激光焊接特点：1）激光辐射的能量放出迅速，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，因此可以在大气中焊接，而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，所以焊接影响区极小，焊件不变形。特别适用于热敏感材料的焊接。4.2.5其他常用焊接方法3.激光焊接激光焊接特点：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的接头或无法安置的焊点。4）激光可对绝缘材料直接焊接，焊接异种金属材料比较容易，甚至能把金属和非金属焊在一起。第3节焊接结构工艺设计方法4.3.1焊件的选材原则4.3.2焊接方法的选择4.3.3

焊件的结构工艺性4.3.1焊件的选材原则1）尽量选用焊接性好的材料在满足工作性能要求的前提下，应优先考虑选择焊接性好的材料。2）辅助工艺的可行性3）注意材料与焊接方法的匹配性4）尽量不选用异种材料相互焊接4.3.2焊件的选材原则焊接方法的选择，应根据材料可焊性、生产率要求、各种焊接方法的适用范围和现场设备条件等综合考虑决定。4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置1）焊缝位置应便于操作

焊缝分平焊、横焊、立焊和仰焊四种类型焊条电弧焊时，应留有足够的焊接操作空间点焊或缝焊时，应方便电极深入4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置2）减少焊缝的数量在焊接结构中，应多采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成型材料，它不仅能减少焊缝数量和简化焊接工艺，而且能够增加结构间的强度和刚性。对形状比较复杂的部分，还可以考虑用铸钢件、锻件或冲压件来焊接。4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置3）焊缝应尽量布置在焊件的薄壁处在焊接结构中，有时焊接件的厚度不一样，这时应将焊缝布置在薄壁处，以减少焊接工作量和焊接缺陷，也可将厚壁部分加工成一定斜度，使其厚度过渡到与薄壁处一样在进行焊接。4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置4）焊缝应尽量均匀、对称，避免密集和交叉

焊缝对称可以防止因焊接应力分布不对称而产生的变形避免焊缝交叉和过于密集可防止焊件局部热量过于集中而引起较大的焊接应力4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置5）焊缝应避开最大应力与应力集中位置4.3.3焊件的结构工艺性1.焊缝的布置6）焊缝应远离机械加工表面

4.3.3焊件的结构工艺性2.焊接接头形式的选择1）接头形式

接头型式应根据结构形状、强度要求、工作厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等方面因素综合考虑决定。在焊条电弧焊时，常用的接头形式有四种：对接接头、角接接头、T形接头及搭接接头，

4.3.3焊件的结构工艺性2.焊接接头形式的选择2）坡口形式

坡口的形式与焊件厚度有关。第4节焊接技术新发展4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用4.4.2先进无损检测技术4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用1.计算机焊接参数控制以点焊为例，目前在点焊过程中通常采用恒电流控制，以保证焊接区产生的热量基本不变，从而获得稳定的焊点熔核的一种质量技术。由于恒电流控制是使焊机回路中的电流有效值为恒定，所以该方法适应于焊机回路中电参数易变的场合。对会影响焊接过程中电流密度的因素，如电流分流，电极磨损等，则这种控制不但不宜采用，甚至有不好的作用（如电极磨损）。该控制技术适用于点焊、缝焊，也可用于对焊。它是目前既简单又方便，应用广泛的一种控制方法。

4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用1.计算机焊接参数控制4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用1.计算机焊接参数控制4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用2.焊接机器人焊接机器人的优点:1）能代替人在危险、污染或特殊情况下进行焊接工作；2）能代替人从事简单而单调重复的焊接工作；3）焊接工作具有相当高的重复再现精度，能保证焊接质量稳定可靠。4）具有相当高的运动精度和焊接规范参数控制精度，可实现超小型的精密焊接。

4.4.1计算机控制技术在焊接中的应用3.电弧焊自动跟踪控制

采用微计算机代替常规数控来控制焊接工卡具自动定位和焊机（或焊件）运动轨迹