金属材料与热处理-项目十一

1、焊接方法分类常用的焊接方法有；1、

熔化焊：电弧焊（手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊）、电渣焊、气焊、等离子弧焊、真空电子束焊等2、

压力焊：电阻焊（点焊、缝焊、对焊）、摩擦焊等3、钎焊：硬钎焊、软钎焊2、特点1)

省工省料(与铆接比)可省料12-20%.2)

能化大为小,拼小为大.大型结构,复杂零件,用焊接组合结构,焊接可将铸件,锻件连接起来,简化铸锻工艺和设备.3)可以制造双金属结构,节省贵重金属.如：车刀,钻头

、硬质合金刀片4)

生产率高

便于实现机械化,自动化.3、应用

焊接不仅可以用于各种钢材的连接，而且还可以用于铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。据统计,全球每年仅需要进行焊接加工后使用的钢材就占钢总产量的45%左右。第一节

手工电弧焊

定义：利用焊条与焊件之间产生的电弧热,将工件和焊条熔化而进行焊接的手工操作。手工电弧焊简称“手弧焊”。1、手弧焊焊接过程手弧焊机的两输出端分别连接焊钳和工件，焊钳夹持焊条，焊条与工件之间产生电弧，在电弧的高温（可达6000K以上）作用下，焊条和工件同时熔化形成熔池，焊条向前移动，熔池金属开始逐渐凝固，形成焊缝。

2、手弧焊的优缺点及适用范围手弧焊设备简单，操作方便灵活，制造成本低，适用性强，所以在工业生产、民用建筑等行业得到了广泛的应用。但手弧焊生产效率相对较低、焊缝质量波动大、工人劳动环境差、对一些特殊材料焊接存在一定的困难，所以手弧焊的应用也受到了一定的限制。

一、焊接电弧电弧是在一定条件下电荷通过两电极间气体空间的一种导电过程，或者说是一种气体放电现象。借助这种气体放电过程，电能转换为热能、机械能和光能。1、焊接电弧的构造焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成阴极区：温度约2400K阳极区：温度约2600K弧柱区：6000K—8000K电弧引燃后，弧柱中就充满了高温电离的气体，放出大量的热和强烈的光。电弧热量决定于焊接电流和电压。2、焊接电弧的极性对于用直流焊机焊接时有正接和反接之分直流正接：工件接电源的阳极，厚件直流反接：工件接电源的阴极，薄件交流焊机无正反之分。二、手弧焊设备1、直流焊机：用于重要结构的焊接直流发电机整流直流焊机2、交流焊机：用于普通结构的焊接直流发电机整流直流焊机交流焊机三、焊条手弧焊焊条组成：焊条芯和药皮焊条芯起导电、填充金属的作用；药皮的主要作用是产生气、渣保护焊缝，向焊缝过渡有益元素提高焊缝性能，及改善引弧性能、减少飞溅并稳定电弧等。1、焊条芯焊条直径是指焊条芯的直径，常用的有Φ2.5mm、Φ3.2mm和Φ4.0mm；长度通常用300mm、350mm和400mm等几种。焊接低碳钢和低合金钢时，一般选用低碳钢丝作为焊芯。其牌号有H08和H08A两种。2、药皮药皮是焊芯上的涂敷层。药皮有八种类型：氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢型、石墨型和盐基型。组成药皮的主要物质有矿物类、铁合金和金属粉类、有机物、化工产品等四类。3、焊条的分类和牌号根据国家标准，焊条分为十类：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。最常用是结构钢焊条，如：E4303，E表示焊条；前两位数字43表示焊接后焊缝的最低抗拉强度为430Mpa；第三位数字表示焊接位置，0表示可全位置焊接；第三、四位数字配合表示药皮类型和焊条适用的电源种类，03表示焊条药皮为氧化钛钙型、焊条可交、直流两用。4、焊条选择原则根据被焊零件的化学成分和机械性能等要求，考虑结构、工作条件、受力、焊缝位置、生产量、生产率和经济性等因素合理选择具体牌号的焊条。结构钢：强度同等级特殊用途钢：化学成分相同四、手弧焊工艺手弧焊工艺包括焊接工艺参数的选定和焊接操作手法的选择焊接工艺参数包括焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、焊接层数、焊前预热和焊后热处理等。实际中最常用的是焊条直径、焊接电流的选择。

（1）焊条直径：焊条直径是根据焊件的板厚及接头形式确定的。一般来讲，板厚越大，焊条直径也应越大，但在非水平焊接或多层焊的打底焊时焊条直径应选择小直径的。另外焊条直径的选择还要考虑焊机的能力、是否开坡口以及坡口的形式等因素。（2）焊接电流：焊接电流是根据焊条直径和焊接生产效率要求确定的。增大焊接电流，可以提高熔透深度，提高生产率，但焊接飞溅也增多，薄件容易烧穿，焊条易发红，焊缝易出现咬边、不光滑等情况；电流过小，则不易引弧、电弧不稳定，焊缝变浅变窄，易出现夹渣、未焊透现象。一般焊接低碳钢和低合金钢时，焊接电流I按如下公式确定：I=(30-50)d(A)式中d为焊条直径（mm）。1、焊前准备焊接前要做好准备工作。①操作人员要穿长袖工作服，戴上焊接手套，穿胶底鞋，并应会正确使用焊接防护帽。②检查焊机接线是否正确牢固，直流焊接时的极性是否正确；调整焊接电流到规定值。③焊接表面要清理铁锈、油污和积水等，防止由此引起焊接缺陷

2、引弧引弧方法有两种，一种是点击法，一种是摩擦法。点击法是先将焊条对准焊缝，轻轻一点，短路以后迅速将焊条提起几毫米，产生电弧。摩擦法是将焊条在空中画一圆弧，端部与工件保持基本相切，接触摩擦后产生短路。产生电弧。如图所示。

3、运条引弧后，电弧就在焊条和工件间燃烧，电弧热使焊条和工件局部同时熔化形成熔池，焊条填充了焊缝。当电弧向前移动，熔池也跟着向前移动，经不断冷却，形成焊缝。运条的好坏直接影响到焊缝成型的质量。

运条的基本动作①焊条下降，以保持焊条熔化后电弧长度；②焊条向前移动，以形成长焊缝；③焊条沿焊缝宽度方向摆动，以保证焊缝的宽度。运条方法有很多种，除了直线运条方法外，还经常用的方法见图图4-5常见运条方法焊缝端部处理①焊缝的起点

熔池的大小从零增加到某个理想值需要一定的时间，所以应在引弧后稍稍停顿，这样既保证了焊缝始端饱满，又防止了出现始端未焊透的现象。②焊缝终点焊缝达到规定的长度后，还要对焊缝进行收尾，填满弧坑，以保持焊缝强度均匀并防止产生裂纹。对一些重要的结构或焊缝端部与其他零件有密封性结合要求时，引弧、熄弧不宜在工件上进行，就要加设引弧板和熄弧板。收尾方法主要有以下几种：反转收尾就是在焊缝终点维持电弧燃烧的同时，反方向调整焊条角度，直到焊条立起来正好填满弧坑。旋转收尾将焊条做环状旋转，直到填满弧坑再熄弧。反复断弧收尾在弧坑处反复熄弧、引弧，直到填满弧坑。③焊缝接头焊条长度是有限的，往往一条焊缝需要多根焊条的接力才能完成，因此就出现了焊接接头。前一根焊条留下的弧坑要尽量小而陡，下一根焊条引弧前应先对弧坑局部清渣，再在弧坑斜坡上引弧，填满弧坑后再向前移动。另外更换焊条越快，温度下降越少，接头处产生焊接缺陷的几率也越少。第二节气焊和气割一些可燃性气体，在氧气助燃下，其火焰可达到相当高的温度，如氧—乙炔火焰温度可达3500K。这样的温度可用于焊接，称为气焊。而用于金属切割时，其原理则是：开始时高温加热被气割材料，然后通入氧气，使高温金属发生燃烧，并在氧气流的作用下形成切口，切开金属。

1、氧—乙炔火焰氧气和乙炔气体混合燃烧得到的火焰。改变氧气和乙炔气的混合比例，可获得不同性质的三种火焰

图4-9氧乙炔火焰种类中性焰氧气和乙炔气的体积比为1.0~1.2。此时氧气和乙炔基本消耗彻底，燃烧区内既无过量的氧，又无游离的乙炔分解产生的碳。火焰由焰芯、内焰和外焰三部分组成。焰芯白炽明亮，呈尖锥状。内焰温度高，所以工作时一般都用内焰来加热。碳化焰氧气和乙炔气的体积比小于1.0，氧被彻底消耗，过量的乙炔在高温分解出游离碳，对高温金属有增碳作用。碳化焰也是由焰心、内焰和外焰三部分组成，但其最高温度比中性焰低，过量的乙炔还会引起冒黑烟。氧化焰氧气和乙炔气的体积比大于1.2，乙炔被消耗干净，过量的氧对高温金属有氧化作用。火焰只有焰心和外焰两部分，其最高温度比其它两种火焰要高。

2、气焊设备气焊和气割的主要设备、工具基本相同，都有氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火防止器、焊炬等。图4-6气焊、气割设备图4-7焊炬结构示意图3、气焊操作用气焊的方法加热母材到熔化状态，再将焊丝伸入火焰区使之受热熔化，过渡到熔池中形成焊接接头（或者不加焊丝直接形成焊接接头）。气焊质量的好坏，主要取决于热量控制。可采用调整火焰移动速度、调整焊嘴角度、调整焊嘴与母材之间的距离等方法控制热量输入和均匀程度。4、气割设备气割设备与气焊设备基本相同，所不同的是割炬。它比焊炬多了一根切割氧气管。如图：5、气割操作1）气割时，要先用中性焰或轻微氧化焰加热被割件的端部至燃点（低碳钢燃点约为1300℃），然后打开切割氧阀门，使氧气喷出。这时，金属就会产生燃烧，生成熔融状态的金属氧化物，并随着高速氧气流一同溅出。金属燃烧产生的热量又预热邻近的金属到燃点。这样，移动割炬形成切口，最终完成切割。2）切割过程中应注意：割炬移动速度要均匀，否则会引起局部割不透现象；割炬应尽量不摆动，以防止热量无谓地损失；割炬与工件之间的距离要保持恒定，因为火焰的各个区域温度不同，距离变化会引起热量输入变化，影响切割质量。3）切割完毕，要先关闭高压氧气阀并抬起割炬，然后关闭乙炔阀门，最后关闭预热氧气阀。第三节其他焊接方法1、二氧化碳气体保护焊

2、氩弧焊

3、埋弧自动焊

4、压力焊5、钎焊

摩擦焊、爆炸焊、激光焊、电渣焊1、

二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊）是以二氧化碳（CO2）为保护气体的电弧焊，它用焊丝代替手弧焊中的焊条作为电极，靠焊丝和工件之间产生电弧来熔化金属进行焊接。

图4-10二氧化碳气体保护焊设备示意图二氧化碳气体保护焊设备示意图：CO2焊的特点保护效果好，热量集中，熔池可见性好，适用于全位置焊接，热影响区小，焊接变形小，不需清渣，生产效率高，易实现自动化，CO2来源丰富、价格低廉，所以成本低。但由于CO2是氧化性气体，所以焊接时焊缝中的合金元素易烧损，并有飞溅大、烟雾较多、弧光强烈、成型不够美观等缺点。

CO2焊焊接过程先让CO2气体从喷嘴中喷出，保护焊接区域，再使送丝机构送丝并引燃电弧进行焊接。焊丝的端部、电弧、熔池及已凝固的高温焊缝就被CO2气体包围，阻止了空气的入侵所带来的有害影响。焊接结束时，应先熄弧，再停气，用以保护焊缝冷却过程不受氧化。

2、

氩弧焊氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊。根据所用电极的差异，可将氩弧焊分为两种：

熔化极氩弧焊以连续送给的焊丝作为电极。

非熔化极氩弧焊以高熔点的钨棒作为电极，又称为钨极氩弧焊。氩弧焊设备氩弧焊设备一般由焊接电源、焊枪、供气和供水系统组成。如图是手工钨极氩弧焊的结构示意图。图4-11手工钨极氩弧焊设备示意图氩弧焊具有以下特点氩弧焊电弧稳定，飞溅小、焊缝致密、成型美观，热影响区小，工件变形小，由于氩气稳定的化学性质，特别适用于焊接各类合金钢和有色金属；但氩弧焊设备及控制系统较复杂，而且氩气价格较高，所以氩弧焊成本较高。

氩弧焊的焊接过程先让氩气从喷嘴射出在焊接区域起到保护作用，再引燃氩弧。氩弧一经引燃就很稳定，而且热量集中。氩弧焊主要用于有色金属和不锈钢等的焊接。3、

埋弧自动焊埋弧自动焊是电弧在焊剂下燃烧，并自动控制引弧、焊丝送进和行走焊接的一种自动电弧焊方法。

埋弧自动焊主要用于要求熔敷金属多，焊缝长的场合，如造船、锅炉、化工设备、起重机械和冶金机械等行业。埋弧自动焊焊接过程首先在焊缝处堆放焊剂，焊丝伸入焊剂中选定弧长，电弧在焊剂层下引燃，电弧将焊丝、母材和部分焊剂熔化，冷却后形成带溶渣壳保护层的焊缝。焊机带动焊丝向前匀速移动（或工件匀速运动），形成焊缝。埋弧自动焊的特点（1）生产效率高。焊接电流可达1000A以上（是焊条电弧焊的6～8倍），焊接速度快。生产率提高5~10倍（不必更换焊条头）。（2）焊接质量好且稳定。焊剂供给充足，电弧区保护严密。熔池保持液态时间长，冶金过程比较充分，气体及杂质易于浮出。焊接参数可自动控制调整。（3）节省金属材料。埋弧焊热量集中，焊件熔深较大，可以不开坡口或开小坡口，减少了焊丝的填充量，节省因开坡口而消耗掉的焊件材料。金属飞溅小，无焊条头。（4）改善了劳动条件。看不到弧光，烟雾也少，可自动控制。（5）设备及控制较复杂，且一般只适用于水平位置焊接。4、

压力焊压力焊是利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，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。

压力焊包括：点焊、缝焊、对焊1）点焊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焊接方法。

点焊一般用于厚度小于4mm的薄板冲压结构及线材的焊接。点焊过程两柱状电极压紧在两紧密接触的工件上，然后接通电流，接触处温度升高形成熔核，此时断电并继续保持压力或加大压力，使液态熔核在压力下凝固结晶，形成焊点。当焊接下一个焊点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称为分流现象，因此两个相邻焊点之间应有一定距离。2）缝焊缝焊是用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，精确控制通、断电时间，形成连续重叠焊点。缝焊一般应用于板厚在3mm以下的箱体、小型容器等有密封性要求的工件焊接。缝焊的特点：（1）分流现象严重，电流约为点焊时的1.5-2倍。（2）密封性好，用于制造有密封性要求的薄壁结构。3）对焊对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法，见右图对焊分为：电阻对焊和闪光对焊两种。电阻对焊两个接头平滑的工件，施加预压力，使端面紧密接触，压紧后通电，产生电阻热使工件接触处迅速加热到塑性状态，在压力作用下，接头产生塑性变形而形成焊接接头。

电阻对焊要求端面清洁，光滑。主要用于焊接断面简单，直径小于20mm和强度要求不高的工件。

闪光对焊先通电，接头不平，点接触，接触点金属迅速熔化，蒸发。在蒸汽压力和电磁力作用下，液体金属发生爆破，以火花形式从接触处飞出而形成“闪光”。继续送进工件，保持一定闪光时间，待焊件端面全部加热熔化时，迅速对焊件施加顶镦力，并切断电源，焊件在压力作用下产生塑性变形而焊在一起。闪光对焊对接头端面要求不高，接头中夹渣较少，质量较高。缺点是金属损耗多，工件需要留出较大的余量，另外毛刺较多，多数情况下需要清理。

5、钎焊钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，加热时钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。钎焊焊接过程焊件表面清理好，以搭接接头形式安装，将钎料放在接头的间隙附近或接头的间隙中，以一定的方式加热至钎料熔点，使钎料熔化（工件不熔化）并渗入到接头间隙中，液态钎料与工件金属相互溶解扩散，经冷凝后即形成钎焊接头。钎焊的分类和应用(1)硬钎焊钎料熔点高于450°C，焊接接头强度在200MPa以上。常用钎料有镍基、铝基、银基和铜基等硬钎焊主要用于受力较大的钢铁铜合金结构件、工具以及刀具的焊接。(2)软钎焊钎料熔点低于450°C，焊接接头强度一般不超过70MPa。常用钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。主要用于受力不大的常温工作的仪表、导电元件的连接。特点及应用范围（1）工件加热温度低，组织和力学性能变化小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。（2）可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别没有严格的限制。（3）复杂形状构件，生产率高（可同时焊接上千条焊缝）（4）设备简单，投资少（5）接头强度尤其是动载强度低，耐热性差，且焊前清理及组装要求较高

钎焊加热方式钎焊的加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热等。烙铁加热加热温度低，只适用于软钎焊。

钎剂钎剂用于去除钎料及被焊金属表面的氧化膜、油污，改善钎料的润湿性，保护钎料及焊件不被氧化。(1)软钎焊：松香、氧化锌溶液(2)硬钎焊：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等注意钎料和钎剂的区别接头形式钎焊一般采用搭接和套接的形式。接头要保证有较大钎接面，且间隙要适当，以利于钎料铺展形成足够强度的钎焊接头。右图是钎焊常用的接头形式。6、摩擦焊、爆炸焊、激光焊、电渣焊1）摩擦焊：利用摩擦产生热量使接头处