第三篇 金属的焊接成形

第三篇材料的焊接成形工艺二焊接优点1焊缝体积小、重量轻、性能优越；2能简化复杂件、大型件的制造工艺；铸－焊锻〔压〕－焊联合结构3修补铸件、锻件以及局部受损坏的零件；三缺点：焊接应力、变形。一连接技术别离构件：原子间结合机械连接焊接粘结熔化焊钎焊压力焊焊接－工业的裁缝.第一章熔焊工艺一手弧焊〔又称焊条电弧焊〕〔一〕焊接电弧1组成：阴极区、阳极区和弧柱区2影响电弧稳定性的主要因素①电源性质－直流反接稳定性最好②极间气氛的电离能碱与碱土金属电离能低〔K、Na、Ca〕，常为引弧剂、稳弧剂

③焊接电流I惰性气体〔He、Ar〕卤族元素〔F、Cl等〕电离能高，难于电离有利于气体热电离电场力过大，熔池金属飞溅3焊接电源的选择酸性焊条——尽量选交流——本钱低碱性焊条——多项选择直流反接

△直流电源的正、反接法．碱性焊条药皮中含CaF2，电离能高，反接，焊条端为阳极区，促进CaF2电离。正接法：工件接正极反接法：工件接负极〔二〕电焊条

碱性焊条含CaF2，目的：去氢。依据熔渣性质焊芯：其直径为焊条规格作用电极填充材料药皮气渣联合保护隔绝大气缓冷防止气孔、夹渣

冶金处理脱氧、脱硫、脱磷、渗合金调整焊缝成分、补充烧损改善焊接工艺性引弧性、稳弧、脱渣焊接位置适应性平、立、横、仰四种位置.1电焊条组成与作用2焊条分类①按用途：结构钢、不锈钢、铸铁……十大类②按熔渣性质：酸性焊条、碱性焊条③按药皮类型：钛钙型、高钛钾型、低氢钠〔钾〕型

3焊条的编号原那么①典型的酸性焊条E4313钢芯熔化后形成的物质最低抗拉强度420MPa。0、1全位置焊接．药皮类型：高钛钾型熔敷金属行业标准J421，其中J表示“结构钢〞交直流两用，用于一般低碳钢焊接

②典型的碱性焊条E501

5：只能用直流反接、防止氢脆低氢钠型低氢药皮中不含有机物及结晶水的物质在药皮中参加CaF2，分解F-+H+→HF↑〔不溶于金属液〕力学性能特点：〔与同强度级别的酸性焊条比较〕优点：塑性δ提高14％，韧性αk提高108％弱点：工艺性差电弧稳定性↓直流反接F烟尘有毒NF、KF过热蒸汽剧毒对水分、铁锈、油污敏感性大对焊接部位要严格清理对焊条严格烘干350～450℃，1～2h4焊条的选用原那么〔1〕焊接结构钢构件－主要考虑焊缝的力学性能强度－焊缝与母材“等强度级别〞原那么焊条的强度级别：42、50、55、60、70、80等塑性韧性焊缝的重要性↑动载荷结构钢的刚度↑选用碱性焊条厚5mm酸性焊条厚100mm碱性焊条例：〔2〕焊接不锈钢、耐热钢材料主要考虑焊缝的化学成分要求遵循“焊缝与母材同化学成分类型〞原那么例：1Cr18Ni9Ti焊条E0-19-10-16〔最新标准：E308-16〕

低氢钾型药皮

熔敷金属化学成分分类代号焊接接头焊缝区热影响区HAZ焊件材料焊件原始状态热处理知识应能够依据正确分析热影响区过热区正火区局部相变区晶粒粗大常为裂纹源〔脆性大、强度低〕〔三〕焊接接头的组织和性能以低碳钢为例分析.熔合区

改善热影响区组织、性能的方法①焊后热处理－主要适于中小型重要件②采用正确的焊接方法或作特殊处理－适于大型构件例：过热区宽度〔mm〕氧炔焊手弧焊真空电子束焊212.2~3.00.05~0.72弹簧钢工具钢通常不直接焊接原因CE〔焊接碳当量〕受热处理条件限制激光焊接焊点可小到几十至几百微米二其他常用的熔化焊〔一〕埋弧焊优点：效率高、焊接质量好。例：8～10mm钢板单位：30～50m/h而手弧焊6～8m/h△应用：成批生产的中、厚板，长的直、环缝平焊。焊接位置：平焊

.〔三〕氩弧焊〔1〕氩气的特征.单原子气体〔保护性气要求〕比空气重25％，不易漂散既不与金属化合，也不溶于金属弱点：电离能高优点：高温时不分解、不吸热氩气特征〔2〕阴极破碎作用.工件端：阴极区发射电子〔直流反接〕—正离子轰击目标－破碎气化〔3〕应用①极易氧化的有色金属〔Al、Ti、Mg〕②难熔的活性金属〔Mo、Nb、Zr〕③不锈钢和高温合金

熔化极氩弧焊—直流反接〔为使电弧稳定〕钨极氩弧焊—交流〔钨使电弧稳定〕—直流正接：难熔金属〔4〕具体接法铝及其合金第二章压力焊与钎焊一、电阻焊——利用焊件接触处的电阻热将焊件加热到高塑性或半熔状态，并在压力下形成焊接接头的方法。〔四〕CO2气体保护焊CO2高温易分解，易使Fe及其它合金元素烧损，故不宜焊接有色金属和不锈钢，适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢，主要是薄板焊接。直流？接答：直流反接。

判断题：电渣焊是利用电流通过焊件所产生的电阻热作为热源来进行焊接的。〔〕注意：钎焊：钎料熔化，工件不熔化〔不是熔化焊〕。压力焊主要包括电阻焊〔点焊、缝焊、对焊〕和摩擦焊。注意：压力焊不需填充金属和焊剂。二、钎焊——依靠液态钎料填满固态焊件之间的间隙，并与之相互扩散而结合的方法。〔一〕分类：1、软钎焊钎料熔点<450℃，接头强度<70MPa例：锡铅合金钎焊2、硬钎焊钎料熔点>450℃，接头强度>200MPa；。例：硬质合金刀片与刀杆的焊接。〔二〕应用：异种材料的焊接、电子线路的焊接等。第三章常用金属材料的焊接一金属材料的焊接性能1根本概念

2焊接性能的主要影响因素〔1〕化学成分碳当量估算法—使用范围工艺焊接性—形成焊接缺陷的敏感性使用焊接性—力学性能与特殊性能

碳素结构钢低合金结构钢CE=C+Cr+Mo+V5+Mn6Ni+Cu15+单位：％塑性↓工件不能通过自身变形缓解应力导热性↓

温差↑，热应力↑快速冷却淬硬组织，脆性↑CE↑≤0.25%，W良好CE0.25～0.40%，W较好0.40～0.60%，W较差，焊前低温预热150～250℃，焊后缓冷，以减少热应力>0.60%，W差：焊前高温预热600～700℃，保温至不低于400℃，施焊，焊后缓冷，立即去应力退火〔2〕焊接工艺条件①焊接方法如焊铝合金：气焊、手弧焊时，W极差氩弧焊时，W良好②环境温度③结构的刚度★焊接应力产生机理①局部快速加热与冷却→大的热应力②焊缝冷却时的收缩受到阻碍CE<0.4%，当厚度>30mm，＜0℃焊接时，须预热100~150℃。→二常用金属材料的焊接1碳素结构钢与低合金结构钢①依据焊条选择原那么，确定适宜的焊条。②依据材料的CE和环境温度，采取相应的措施。2不锈钢①依据焊条选择原那么，确定适宜的焊条。②采用氩弧焊。3铸铁的焊补快冷，易出现白口组织，脆性↑W极差脆性大、强度低，易裂碳、硅剧烈氧化→气孔〔CO2〕硅酸盐夹杂物所以，铸铁不能用作焊接结构材料。铸铁流动性好，立焊时溶池金属易流失，因此铸铁焊补只适合于平焊。问：埋弧焊焊接位置一般为焊？

铸铁不能用作焊接结构材料只能对铸铁件的局部铸造缺陷局部破损进行修复性焊补①热焊法与CE>0.60％的钢的焊法相同；采用铸铁焊条焊缝为铸铁应用：焊缝要求与母材同质、同力学性能的重要铸件。②冷焊法：不预热或低温预热采用Ni基焊条，原因如下：Ni促进石墨化，熔合处不产生白口组织焊缝软且塑性好，固态收缩后期，能以焊缝的塑性变形缓解应力，抗裂性好应用a允许焊缝与母材不同材质b焊后不需要切削加工c对焊缝的力学性能要求不高，高温局部预热会引发变形的铸铁件∵焊缝切削加工性能较差，∴焊接方法：原那么上采用氩弧焊铝合金焊条优先也可采用钎焊钎料：Al-Si合金Zn基合金还可用电阻焊4铝及铝合金的焊接主要问题：1〕氧化Al2O3溶点2050℃，远高于铝的熔点660.4℃。2)气孔铝合金导热性↑↑冷却速度↑↑，氢气来不及逸出。焊前应将工件严格清洗和枯燥。第四章焊接结构的设计§4-1焊接材料及焊接方法的选择一、焊接材料选择原那么1、在满足使用性能要求的前提下，尽量采用焊接性能好的材料。例： ≤0.25%C低碳钢； CE≤0.4%的低合金结构钢。2、尽量采用工字钢、槽钢、角钢等型材。原因：减少焊缝，简化工艺；保证结构件的强度与刚性。3、尽量选用同种材料焊接。假设必须采用异种金属焊接，须尽量选择化学成分、物理性能相近的材料。§4-2焊接结构工艺性一、焊接接头设计◆四种根本形式：对接接头、搭接接头、角接接头、丁字接头。◆各自的特点：对接接头受力均匀，应力集中较小，易于保证焊接质量。塔接接头的接头处受附加弯矩，但无需开坡口。角接与丁字接主要用于空间连接。

◆选择原那么：应依据具体条件确定。如：焊接结构的形状、焊接方法、焊缝部位、坡口加工等。焊接方法选择的原那么：在保证焊件质量的前提下，优先选择常用的焊接方法，生产批量较大时还需考虑提高生产率和降低生产本钱。

二、坡口形式设计☆坡口的形式有：Y型、双Y型、U型、双U型、K型等。

☆厚件开坡口的目的：保证焊透；调整母材成份。☆选择坡口的依据：焊件厚度；焊缝位置(要便于焊接操作)。

1焊缝防止密集、交叉三、焊缝布置2焊缝呈对称分布3使焊缝避开应力集中及应力最大位置4焊缝应远离机加工外表5焊缝分布便于操作

阴极区2400°K

弧柱区5000~50000°K

阳极区2600°K电弧中的阳离子受阴极电场加速，以很高的速度冲击阴极外表，使阴极外表的氧化膜破碎并去除掉，在惰性气体的保护下，形成清洁的金属外表，这种现象称为阴极破碎现象。氩弧焊不仅有良好的保护作用，且有阴极破碎作用，可去除氧化铝膜，使合金很好的熔