漳职院金属工艺学课件07焊接

第七章焊

接

通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。按照焊接过程的特点，分为：熔焊——局部加热至熔化状态，然后冷却结晶；压焊——施加压力，产生塑性变形；钎焊——低熔点的钎料熔化湿润母材，填充间隙与扩散。

二.焊接的主要特点及应用

1.节约材料与工时，减轻结构的质量；

2.焊接接头的致密性好，可以制造密封容量，以及双金属结构；

3.生产率高，便于机械化、自动化生产；但焊接接头组织性能不均匀，易产生焊接应力、变形及焊接缺陷。§7.1手弧焊与气焊

一、手弧焊（一）焊接电弧利用电弧的热量，使金属熔化而进行焊接的一种焊接方法。适宜焊接厚

≥3mm的碳钢、低合金结构钢、不锈钢等，以及铸铁的焊补。

（1）电弧的产生由焊接电源供给，在气体介质中产生强烈持久的放电现象。瞬时短接——短路电流——热——电离——运动——碰撞——电弧

焊接电弧

（2）电弧的构造阴极区——热量占36%，温度约为2400K；

阳极区——热量占43%，温度约为2600K；

弧柱——中心温度可达6000K~8000K。（3）电弧的极性直流弧焊机正接：焊件接正极，热量集中在工件上，适合焊厚件；反接：焊条接正极，适合焊薄件。交流弧焊机因阳极与阴极交替变化，故不存在正、反接。

焊接极性

焊接极性

（二）弧焊机（1）交流弧焊机（BX系列）

(a)外形图(b)线路图

BX1—330交流弧焊机

1—初级绕组2、3—次级绕组4—动铁芯

5—静铁芯6—接线板7—摇把

满足焊接要求的特殊降压变压器。

BX系列电焊机是供单人手工操作单相动铁式交流弧焊机。具有结构紧凑、噪声低、振动小、效率高、电流调节范围广、使用方便、耐久性好等优点，但电弧稳定性较差。

适用于多种低碳钢，低合金钢金属构件的焊接，也可作电弧切割用。广泛用于船舶、化工、农机、建筑安装及金属结构等行业。

（2）直流弧焊机（ZX7系列）

1）焊接发电机：动力机——直流发电机组焊接发电机，可用柴油机、汽油机或电动机作为原动机，用三角皮带轮或联轴器与焊接发电机进行联接，作为手工电弧焊接的电源。适用于Ø6mm以下的光焊条及优质涂药焊条进行焊接及堆焊各种金属零件及结构。该焊机具有体积小、重量轻、焊接性能好等特点，特别适应于无电源的场所或野外流动施工及建筑施工场地使用。电弧稳定性好，但结构复杂，噪声大，成本高，维修困难。

AXD系列型焊接发电机

2）整流弧焊机：交流电经变压、整流后获得直流电。质量高，结构简单，无噪声，制造维修比较方便。采用进口晶闸管模块.

极强的电网补偿能力·超强的溶深、高效的引弧、飞溅小.

动特性好，焊缝成型美观.·管道纤维素焊接与国外焊机相媲美.

备有线损耗补偿功能.

1—硅整流器组

2—三相变压器

3—磁饱和电抗器

4—输出电抗器

5—通风机组硅整流电弧焊机

（三）焊条（1）电焊条的组成及其作用

1)焊芯——传导电流，填充焊缝金属；

2)药皮——保证焊缝的化学成分和力学性能。（2）电焊条的分类与牌号

1)焊条按药皮的性质及其作用分为：酸性焊条——焊缝金属塑性和韧性较差，适于焊接低碳钢和不重要的结构件；碱性焊条——要求采用直流焊接电源，主要用于重要结构件。

2）按药皮的组成分为：氧化钛型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化铁型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠型、石墨型、盐基型和不规定类型。

3）按用途分为：结构钢（J）、钼和铬钼耐热钢（R）、低温钢（W）、堆焊（D）、不锈钢（B）、铸铁（Z）、镍和镍合金（N）、铝和铝合金（L）、铜和铜合金（T）、特殊用途（TS）等十大类。

（四）手弧焊工艺（1）焊接接头及坡口焊接接头分为：对接、角接、丁字接和搭接；坡口有：单边V型、X型、K型等。（2）焊缝的空间位置根据焊缝在空间位置的不同，可分为平焊、横焊、立焊和仰焊。（3）焊接规范

1）焊条直径——取决于工件的厚度，厚度大焊条直径也大；

2）焊接电流——根据焊条直径和焊缝位置决定。

I=k.dA

I形坡口Y形坡口双Y形坡口带钝边U形坡口

对接接头形式

I形坡口带钝边双单边V形坡口丁字接头搭接接头

I形坡口带钝边单边V形坡口

Y形坡口带钝边双单边V形坡口角接接头

引弧点的选择

引弧方法

直线往返形运条法锯齿形运条法

月牙形运条法

(a)斜三角形运条法

(b)正三角形运条法三角形运条法

(a)正圆圈运条法

(b)斜圆圈运条法

圆圈运条法

二、气焊（一）气焊的实质、特点及应用（二）氧—乙炔焰（1）中性焰——氧与乙炔体积混合比为1.1～1.2，适合焊接碳钢、紫铜和低合金结构钢。（2）碳化焰——氧与乙炔体积混合比＜1.1，适合焊接高碳钢、铸铁、硬质合金和镁合金等。（3）氧化焰——氧与乙炔体积混合比＞1.2，适合焊接黄铜与镀锌铁板。

（三）气焊设备氧气瓶——贮存高压氧气的容量。表面涂天蓝色一般容积40L

贮氧最高压力14.7MPa

气焊、气割设备的组成

1—焊炬（割炬）2—橡胶管3—回火防止器

4—乙炔瓶和乙炔减压器5—氧气减压器6—氧气瓶

乙炔瓶——贮存乙炔气体。

1—瓶口

2—瓶盖

3—瓶阀

4—石棉

5—瓶体

6—多孔填料

7—瓶座

8—瓶底乙炔瓶

减压器——

减压、稳压

QD1单级反作用式减压器

1—低压表2—高压表3—外壳4—调压螺母

5—进气接头6—出气接头

焊（割）炬——混合气体，调节比例射吸式割炬构造

1—割嘴2—混合气管3—切割氧气管

4—切割氧气阀5—氧气6—乙炔气

7—乙炔阀8—预热氧气阀9—喷嘴

10—射吸管

焊割嘴系列

（四）气焊工艺空间位置分为平、横、立、仰四种。焊接低碳钢用普通低碳钢丝作焊丝。（1）确定乙炔的消耗量焊接钢时计算出乙炔消耗量后选择相应的焊炬及其焊嘴。（2）施焊方法左焊法——焊丝与焊炬同时向左移动；右焊法——焊丝与焊炬同时向右移动；

§7.2其他焊接方法

一、埋弧焊将手弧焊焊接过程中的引燃电弧、送进和移动焊丝、电弧移动等动作由机械化和自动化来完成，且电弧在焊剂层下燃烧的一种熔焊方法。埋弧自动焊常用于成批生产中，焊接在水平位置上厚度为6~60mm焊件的长直焊缝及较大直径（一般不小于250mm）的环形焊缝。

氩弧焊示意图1—焊丝或电极2—导电嘴3—喷嘴4—进气管5—氩气流

6—电弧7—工件8—填充焊丝9—送丝辊轮

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。（一）氩（Ar）弧焊用氩气作为保护气体的气体保护焊。又分为熔化极和不熔化极。常用于焊接化学性质活泼的金属及其合金（铝、镁、钛等），以及不锈钢、耐热钢、低合金钢，也可焊接稀有金属（锆、钼、钽等）。

氩弧焊机（RilTIG系列）

（二）二氧化碳气体保护焊利用二氧化碳气体作为保护气体的气体保护焊。主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢，焊接厚度一般为0.8~4mm，最大可达25mm。

二氧化碳气体保护焊机（SKR系列）

RilMIG200Y

RilMIG250L

接丝枪二氧化碳气体保护焊机（RilMIG系列）

三、电渣焊利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和管极电渣焊。电渣焊广泛用于制造锻—焊和铸—焊结构件，焊件厚度为40~450mm，一般用于直缝焊接，也可焊接环缝，焊件材料为碳钢、低合金钢和不锈钢等。

1—工件

2—焊丝

3—渣池

4—熔池

5—冷却铜滑块

6—焊缝

7—冷却水进水管

8—冷却水出水管

电渣焊示意图

电渣焊工件装配图

四、等离子弧焊借助机械、电磁和冷却效应对电弧的压缩作用，获得高能量密度的等离子弧以进行焊接的方法。能量密度大，穿透能力强，焊接速度高，生产率高，焊接变形小等优点。主要应用于国防工业和尖端技术中焊接难熔、易氧化、热敏感性强的材料（如铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛及其合金）和不锈钢等，也可焊接一般钢材或有色金属。

五、电子束焊把工件放在真空（真空度必须保持在666×10-4Pa以上）内，由真空室内的电子枪产生的电子束经聚焦和加速，撞击工件后动能转化为热能的一种焊接方法。具有焊接能量密度高，焊接速度快，焊缝深而窄，能单道焊接钢件，焊接区纯净，热影响区小，焊件变形小等优点。能够焊接特种金属和高熔点金属。

真空电子束焊示意图

六、激光焊利用原子受激辐射的原理，使工作物质（激光材料）受激而产生一种单色性好、方向性强、强度很高的激光束，在短时间内将光能转换为热能，对焊件进行焊接的方法。

激光焊接示意图

七、电阻焊焊接过程中，必须对工件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。电阻焊——利用电流通过接触处产生电阻热加热焊件（一）点焊搭接接头压紧在两电极间，利用电阻热熔化母材，形成焊点。用于4mm以下薄板冲压壳体结构及钢筋焊接

（二）缝焊搭接接头或对接接头，并置于两滚轮之间，滚轮加压工件并滚动，连续或断续通电，形成连续焊缝。用于焊接3mm以下薄板结构。缝焊示意图

对焊示意图

（三）对焊（1）电阻对焊对接接头电阻热顶锻力用于断面简单、直径小于20mm和强度要求不高的工件。（2）闪光对焊对接接头闪光熔化顶锻力用于杆状零件对焊。

八、钎焊加热把低熔点的钎料熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头之间并与母材相互扩散实现连接工件的方法。（1）软钎焊——钎料熔点在450℃以下，用于电子线路的焊接。（2）硬钎焊——钎料熔点在450℃以上，用于受力较大的钢铁和铜合金构件焊接。

钎焊的接头形式§7.3常用金属材料的焊接

一、金属材料的焊接性能（一）焊接性金属材料的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性。金属的焊接性能包括两方面的内容：接合性能和使用性能。金属材料的焊接性与焊接时焊接接头中产生的组织及其性能有关。

（二）焊接接头

1.焊缝——焊缝金属的化学成分和力学性能一般不低于焊件；

2.热影响区的组织和性能

1）过热区——固相线与1100℃之间，塑性和韧性差，易产生裂纹；

2）正火区——1100℃至Ac3之间，力学性能优焊件；

3）部分相变区——温度Ac1和Ac3之间，晶粒不均匀，力学性能较差。

3.熔合区——产生裂纹的起源处；

焊接接头的组织和性能变化

低碳钢焊接接头的组织

（三）焊接性的评定（1）碳当量法：当C<0.4%时，钢材塑性好，焊接性能良好，不需要采取工艺措施能获得优良接头；当C=0.4%~0.6%时，钢材塑性较差，易出现淬硬组织，产生裂纹，焊接性能较差。需采用预热、缓冷等工艺措施；当C>0.6%时，钢材塑性差，淬硬和冷裂现象严重，焊接性能很差。需采取严格的工艺措施。（2）焊接性试验

二、钢的焊接（一）碳钢的焊接（1）低碳钢的焊接含碳量小于0.25%，焊接性优良，不需要采用特殊工艺措施。（2）中、高碳钢的焊接中碳钢含碳量较高，焊接性较差，常用预热，选用低氢焊条。高碳钢含碳量大于0.60%，焊接性更差，一般仅用修补。（二）合金钢的焊接（1）低合金结构钢的焊接（2）不锈钢的焊接

三、铸铁的焊补

1.热焊法——预热到400℃~700℃，过程不低于400℃，焊后缓冷，防止白口和裂纹。

2.冷焊法——不预热或较低温度，用铸铁或非铸铁焊条，用于非加工面。四、有色金属及其合金的焊接（一）铜及其合金的焊接性采用一般焊接方法，焊接性不好。（二）铝及其合金的焊接