钢材焊接工艺常识课件

©2004金工教研室机械制造基础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金工教研室机械制造基础第四讲：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金工教研室机械制造基础本讲内容一、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金工教研室机械制造基础一、电弧焊工艺常识1、焊接电弧气体介质中导电现象©2004金工教研室机械制造基础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金工教研室机械制造基础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金工教研室机械制造基础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金工教研室机械制造基础焊缝的热影响区1－融合区0.1~1mm，关键2－过热区脆性比融合区更大3－正火区力学性能优于母材4－部分相变区比正火区稍差不同焊接方法热影响区宽度不同焊后正火改善接头性能©2004金工教研室机械制造基础5、焊接应力与变形极不平衡的热循环过程应力分布规律先冷受压，后冷受拉©2004金工教研室机械制造基础消除焊接应力提高母材塑性避免焊缝交叉避免焊缝过宽过长合理焊接顺序先焊短焊缝后焊长焊缝预热焊件、振动焊缝焊后退火©2004金工教研室机械制造基础焊接变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形©2004金工教研室机械制造基础防止焊接变形减小焊接应力提高结构刚度对称焊缝分布焊前反变形©2004金工教研室机械制造基础防止焊接变形焊后校正©2004金工教研室机械制造基础二、焊条电弧焊焊条电弧焊过程药皮燃烧：电弧周围气体：CO2、CO、H2熔池中熔渣，冷却形成渣壳保护熔池中的熔化金属©2004金工教研室机械制造基础焊条药皮作用提高电弧燃烧的稳定性防止空气对熔化金属的有害作用对熔池脱氧、加入合金元素保证焊缝金属的化学成分和力学性能稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、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金工教研室机械制造基础焊条药皮的作用©2004金工教研室机械制造基础焊条种类按化学成分分成七大类碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金焊条型号E4303：E碳钢焊条43：焊缝抗拉43kgf/mm20：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流©2004金工教研室机械制造基础焊条种类焊条牌号J422、J507J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z）42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80）2：药皮和电流种类©2004金工教研室机械制造基础焊条种类按熔渣性质酸性焊条酸性氧化物比碱性氧化物多适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件碱性焊条焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件©2004金工教研室机械制造基础焊条选用原则选择依据：根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能结构形状、受力情况、焊接设备条件低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准）酸性/碱性：根据重要性铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热）不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条©2004金工教研室机械制造基础埋弧焊特点大电流（1000A）、生产率高焊接质量高且稳定节约金属热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少改善劳动条件无弧光、烟雾自动化程度高工艺装备复杂，适合批量生产©2004金工教研室机械制造基础焊丝与焊剂焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能熔炼焊剂、陶质焊剂©2004金工教研室机械制造基础防止烧穿－焊剂垫、垫板©2004金工教研室机械制造基础环缝焊接©2004金工教研室机械制造基础3、气体保护焊－氩弧焊©2004金工教研室机械制造基础气体保护焊－CO2保护焊©2004金工教研室机械制造基础4、等离子弧焊接与切割电弧压缩机械压缩热压缩电磁收缩中心区域温度极高16000K焊接/切割熔点很高的金属不锈钢钛、钨©2004金工教研室机械制造基础5、焊接自动化数控轨迹控制焊接质量监控©2004金工教研室机械制造基础焊接机器人焊接机器人演示©2004金工教研室机械制造基础用电弧焊焊接钢板的问题如图拼焊一张大钢板焊缝布置合理吗？如何改进？对称，错开如何合理安排焊缝顺序？先短后长12345678©2004金工教研室机械制造基础三、特种焊接工艺方法简略了解其它焊接方法电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊真空电子束焊接、激光焊接讨论可以用于焊接的能源形式©2004金工教研室机械制造基础1、电阻焊电阻热Q=I2Rt特点生产率高、焊接变形小操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）设备复杂、耗电量大接头形式、工件厚度受到限制点焊、缝焊、对焊©2004金工教研室机械制造基础点焊局部高温焊合分流现象焊点的分布最小距离限制©2004金工教研室机械制造基础点焊的接头形式硬规范软规范电极压力表面清洗接头形式©2004金工教研室机械制造基础缝焊©2004金工教研室机械制造基础对焊©2004金工教研室机械制造基础对焊接头形式©2004金工教研室机械制造基础讨论这个问题铜及铜合金可以采用电阻焊吗？©2004金工教研室机械制造基础2、摩擦焊©2004金工教研室机械制造基础摩擦焊的接头形式©2004金工教研室机械制造基础3、钎焊焊接过程示意图－毛细管作用©2004金工教研室机械制造基础钎焊硬钎焊450℃以上、接头强度200MPa以上自行车架、工具、刀具软钎焊450℃以下、接头强度70MPa以下仪表、导电元件、各种低载荷构件加热方式烙铁、火焰、电阻、感应©2004金工教研室机械制造基础钎焊的常见接头形式©2004金工教研室机械制造基础钎焊接头的比较©2004金工教研室机械制造基础4、电渣焊©2004金工教研室机械制造基础5、真空电子束焊接©2004金工教研室机械制造基础6、激光焊接©2004金工教研室机械制造基础题外话：关于铝热剂什么是铝热剂通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂有什么特性难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热有什么用？©2004金工教研室机械制造基础焊接钢轨原理铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3

还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨优点这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头©2004金工教研室机械制造基础焊接钢轨过程铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。当铝热钢冷却下来后，进行进一步的热处理来提高它的机械特性。

©2004金工教研室机械制造基础铝热焊设备©2004金工教研室机械制造基础其它用途冶炼难熔金属军事用途在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。在前苏联科学家编写的《火箭炮》一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。©2004金工教研室机械制造基础选择焊接方法自行车车架钢窗家用液化气罐主缝自行车圈电子线路板锅炉壳体钢轨对接不锈钢储罐硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊埋弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊©2004金工教研室机械制造基础四、金属材料的焊接性焊接性概念设定相同（焊接方法、材料、参数、结构）易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定方法工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）©2004金工教研室机械制造基础钢材焊接性的估算碳当量计算公式计算结果<0.4%：良好0.4%～0.6%：相对较差>0.6%：焊接性不好©2004金工教研室机械制造基础小型抗裂实验法©2004金工教研室机械制造基础碳钢焊接低碳钢（C%<0.25%）焊接性好、淬硬倾向小、无需特别处理大于50mm多层焊接－>应力、变形开裂焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊保证焊接接头与母材等强度焊条：E4313(J421)E4303(J422)E4315(J427)等埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA)/431©2004金工教研室机械制造基础碳钢焊接中碳钢：C%＝（0.25%～0.6%）焊接性变差、淬硬倾向变大工艺特点：容易开裂：冷裂纹、热裂纹必须预热，减小工件各个部分的温差细焊条、小电流、开坡口多层焊接焊条电弧焊、电渣焊（厚件）选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度焊条：E5016(J506)、E6015－D1(J607)©2004金工教研室机械制造基础合金钢焊接合金结构钢焊接件较少工艺与中碳钢近似低合金结构钢焊接工艺特点热影响区的淬硬倾向：合金含量大小焊接接头的裂纹倾向：冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn）强度级别决定工艺低：同低碳钢低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理©2004金工教研室机械制造基础铸铁补焊铸铁焊接性很差，只能进行补焊焊接特点焊缝易形成白口、难以切削加工易开裂、易产生气孔流动性好，只能进行平焊热焊法（600～700）：防止开裂，补焊后可切削加工冷焊法（450以下）©2004金工教研室机械制造基础非铁金属及其合金的焊接铜及铜合金困难导热性太好，容易焊不透易氧化、易开裂、易形成气孔电阻很小，难以采用电阻焊铜合金比纯铜更难焊接氩弧焊（紫铜、青铜）气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊©2004金工教研室机械制造基础非铁金属及其合金的焊接铝及铝合金也比较困难极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣导热性较好，需预热、使用大功率热源容易产生气孔（易吸收H2）高温下强度塑性很低，焊缝塌陷氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊©2004金工教研室机械制造基础选择焊接方法－圆筒低压容器Q235钢板20mm批量生产埋弧自动焊20钢板2mm批量生产缝焊45钢板6mm单件生产焊条电弧焊紫铜板4mm单件生产氩弧焊铝合金板20mm单件生产氩弧焊不锈钢板10mm小批生产氩弧焊©2004金工教研室机械制造基础讨论焊接工艺问题如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊才能既不开裂，又能切削加工？©2004金工教研室机械制造基础五、焊接结构设计焊接结构件材料的选择应选碳当量小于0.4的金属材料优选强度等级低的低合金结构钢优选镇静钢（脱氧完全）异种金属间焊接以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺各种金属材料的焊接性能可查表©2004金工教研室机械制造基础1、合理选用型材减少焊缝数量©2004金工教研室机械制造基础2、焊接接头设计分散布置焊缝©2004金工教研室机械制造基础3、对称布置焊缝©2004金工教研室机械制造基础对称布置焊缝©2004金工教研室机械制造基础对称布置焊缝©2004金工教研室机械制造基础4、避开应力集中的位置©2004金工教研室机械制造基础避开应力集中的位置©2004金工教研室机械制造基础避开应力集中的位置©2004金工教研室机械制造基础5、避开机械加工位置©2004金工教研室机械制造基础6、便于电弧焊的设计©2004金工教研室机械制造基础便于电弧焊的设计©2004金工教研室机械制造基础便于电弧焊的设计©2004金工教研室机械制造基础7、便于埋弧焊的设计©2004金工教研室机械制造基础8、便于点焊及缝焊的设计©2004金工教研室机械制造基础其他布置原则尽可能平焊避免仰焊减少横焊一次装配，尽可能完成大部分焊接©2004金工教研室机械制造基础9、焊条电弧焊接头形式对接接头©2004金工教研室机械制造基础焊条电弧焊接头形式T型接头©2004金工教研室机械制造基础焊条电弧焊接头形式角接接头©2004金工教研室机械制造基础焊条电弧焊接头形式搭接接头©2004金工教研室机械制造基础接头过渡形式©2004金工教研室机械制造基础接头过渡形式©2004金工教研室机械制造基础电渣焊接头形式©2004金工教研室机械制造基础讨论如图三个焊件这三个焊件结构设计都有问题©2004金工教研室机械制造基础六、连接技术综述通过机械、物理和化学方法，以及冶金方式，将多个零件连接成一个整体，并保持相互位置的工艺方法机械连接可拆卸连接/不可拆卸连接物理化学方法钎焊/粘接冶金方式：焊接©2004金工教研室机械制造基础机械连接－可拆卸连接©2004金工教研室机械制造基础机械连接－不可拆卸连接©2004金工教研室机械制造基础物理化学方法－钎焊©2004金工教研室机械制造基础物理化学方法－粘接©2004金工教研室机械制造基础讨论：汽车中的连接举例说明汽车中的连接可拆卸连接不可拆卸连接粘接焊接©2004金工教研室机械制造基础总结电弧焊工艺焊条电弧焊的各种方法特种焊接工艺方法金属材料的焊接性焊接结构设计连接技术常用公文参考模版常用公文参考模版—通知【指示性通知】关于XXXXXX（拟采取措施）的通知XXXX（主送单位）：根据XXXXXX（依据），为了XXXXXX（目的主旨），经研究，决定XXXXXX（拟采取的措施）。现将有关事项通知如下：一、XXXXXX

二、XXXXXX……（通知的具体内容）

XXXXXX（提出希望和要求）（印章）

XXXX年X月X日【周知性通知】关于成立XXXX（机构）的通知XXXX（主送单位）：为了XXXXXX（目的），根据XXXXXX（依据），决定成立XXXXXX（机构），负责XXXXXX工作。现将有关事项通知如下：一、XXXX（机构）的人员组成

XXXXXX。、XXXX（机构）的主要职责

XXXXXX。

XXXX（机构）下设办公室，负责XXXXXX工作

XXXXXX（其他需要说明的事项）

XXXX年X月X日常用公文参考模版—通报【表彰通报》关于表彰XXX（集体或个人）的通报XXXX（主送单位）：

XXXXXX（表彰奖励对象的先进事迹）。XXXXXX（产生的积极影响和表现出的精神）。为了XXXXXX（目的），根据XXXXXX（依据），经XXXXXX研究，决定对XXX等予以通报表彰。希望XXXXXX（号召向先进学习，提出更高的工作要求和希望）。（公章）

XXXX年X月X日【批评通报》关于XXXXXX问题的通报XXXX（主送单位）：

XXXXXX（通报XXXX违规违纪的事实和做法）。经查，XXXXXX（调查结果）。为了XXXXXX（目的），根据XXXXXX（依据），经研究，XXXXXX（对通报对象的结论和处理意见）。

XXXXXX（警示教育和杜绝措施）。（公章）

XXXX年X月X日常用公文参考模版—通报【情况通报》关于XXXXXX情况的通报XXXX（主送单位）：

XXXX年X月X日，XXXX（单位）在XXXX（地点）发生XXXXXX事故（或事件）。XXXXXX（事故或事件的性质）。为XXXXXX（目的），进一步加强XXXXXX工作，防止此类事故（事件）的发生，现将XXXXXX事故（事件）情况通报如下：一、XXXXXX（事故或事件的原因分析）。二、XXXXXX（对有关单位和人员的处理情况）。三、XXXXXX（应吸取的教训和拟采取的措施等）。（公章）

XXXX年X月X日常用公文参考模版—报告【工作报告】XXXX（单位）关于XXXXX工作情况的报告XXXX（主送单位）：根据XXXXXX要求（或XXX以来），我们XXXXXX（概述工作背景或基本情况），对XXXXXX工作进行了认真总结。现将有关情况报告如下：一、XXXXXX（工作基本情况）。二、XXXXXX（主要做法和成绩）。三、XXXXXX（存在的问题和拟采取的措施）。四、下一步工作安排和思路。特此报告。（公章）

XXXX年X月X日【答复上级询问和交办事项的报告】关于XXXXXX有关情况的报告XXXX（主送单位）：根据XXXXXX要求（或根据XXX批示精神，或根据传来的《XXXXXX》要求），我们对XXXXXX情况进行了认真研究（或我们对XXXXXX问题进行了调查核实）。现将有关情况报告如下：一、XXXXXX（事件的过程、原因等）二、XXXXXX（经调查核实的情况或处理的依据、结果等）。三、XXXXXX（下一步拟采取的措施）特此报告。（公章）

XXXX年X月X日常用公文参考模版—请示（签报）【请求批准的请示》XXXX（单位）关于XXXX（事由）的请示XXXX（主送单位）：为了XXXXXX（目的），根据XXXXXX（依据），我单位拟XXXXXX（意图主旨）。现将有关情况和意见报告如下：一、XXXXXX（基本情况）。二、XXXXXX（请示事项的必要性、可行性及其意义）。三、XXXXXX（具体方案和请示事项）（联系人：XXX，电话）妥否，请批示。

【请求解决问题的请示》XXX（单位）关于请求协调解决XXXXXX问题的请示XXXX（主送单位）：目前，我公司XXXXXX（遇到的问题或困难）。为了XXXXXX（目的），根据XXXXXX（依据），现就XXXXXX（意图主旨）请示如下：一、XXXXXX（问题的由来）。二、XXXX（问题的不利影响）。三、XXXXXX（解决问题的积极意义）。四、XXXXXX（请示内容，即请求协调解决的问题及解决问题的有关建议）。妥否，请批示。

常用公文参考模版—批复关于XXXX有关问题的批复XXXX（主送单位）：你公司《关于XXXX的请示》（文号）收悉。根据XXXXXX（依据），经研究，同意你们关于XXXXXX（主旨）。请你们在XXXXXX工作中切实加强领导，确保XXXXXX。（公章）

XXXX年X月X日关于XXXXXX有关问题的批复XXXX（主送单位）：你公司《关于XXXX的请示》（文号）收悉。鉴于XXXXXX，根据XXXXXX的有关规定（依据），现就XXXXXX（主旨）有关问题批复如下：一、原则同意XXXXXX。二、XXXXXX（具体要求）。请你们XXXXXX（提出进一步做好此项工作的要求，以及从长远或整体上提出有关要求。）（公章）

XXXX年X月X日常用公文参考模版—会议纪要XXXXXX会议纪要（XXXX年第XX期）

XXXX年X月X日，XXX同志主持召开XXXXXX会议，XXX、XXX等同志（领导）参加了会议。XXX同志传达了XXXXXX精神，通报了XXXXXX有关工作情况，并作了重