机械基础 第3版 课件19-1-3 焊接

第十九章金属加工基础第一节铸造、锻压、焊接基础*（焊接）【学习目标】1.了解焊接的特点、分类、应用和安全操作规程。2.了解焊接加工一般工艺过程。三、焊接焊接是通过加热或加压、或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到结合的方法。焊接是一种不可拆连接，可以连接各种同类金属，也可以连接不同类金属。按焊接过程中金属所处的状态不同，分为熔焊、压焊和钎焊三种熔焊：是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法，又有电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊等。压焊：是焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法，应用最广是电阻焊。钎焊：是采用比母材料熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材料熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充焊接间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法。焊接特点及应用：焊接设备简单、操作方便，生产成本低，接头密封性好，易于实现机械化和自动化。此外，可用型材等拼接成焊接构件，替代大型复杂铸件，生产周期短，劳动强度低。由于焊接有以上优点，在现代工业中得到广泛应用，如建筑、桥梁、船舶、化工容器、冶金、航天等领域。1.焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊接前，把焊钳和焊件分别接到电焊机输出端的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接原理：在焊条和焊件间引燃电弧，通过电弧热同时将焊条和焊件熔化形成熔池。随着焊条沿焊接方向移动，新的熔池陆续形成，原先的熔池金属不断冷却凝固构成了焊缝，从而将两块金属焊接在一起。特点：焊条电弧焊设备简单，操作灵活，应用广泛，缺点是生产效率低，劳动强度较大、质量不易保证。（1）焊接设备焊条电弧焊最主要的设备是焊接电源，即电焊机，它有交流焊机和直流焊机两大类。交流焊机又称为弧焊变压器，输出的焊接电流是交流电，它结构简单、成本低，电弧稳定性差，用于低碳钢、低合金钢等普通材料及普通机械零件的焊接。直流焊机又有弧焊发电机和弧焊整流器两种，输出的焊接电流是直流电，直流焊机电弧稳定，焊缝质量高，用于不锈钢、铸铁等材料及薄壁、压力容器等焊接。其中，弧焊整流器因成本低、制造和维修容易，应用已日趋普及。（2）焊条焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是一根金属丝，根据用途不同，焊芯有钢丝、有色金属丝和铸铁线材等。焊芯起的作用是:作为电极传导电流，引燃和维持电弧，作为填充材料药皮由各种不同的矿物粉、铁合金粉和有机物等原料，按一定比例配制而成，主要作用有：1）机械保护。药皮熔化时放出大量气体并形成熔渣，气体在电弧周围形成气层，隔绝空气，熔渣覆盖在熔池金属上面，2）冶金处理。通过药皮中的合金元素，去除熔池里的杂质（如S、P），同时向焊缝补充合金元素，提高焊缝的机械性能。3）改善焊接工艺性能。焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。酸性焊条中药皮以酸性氧化物为主，焊接时电弧稳定，易操作，焊缝成形美观，但焊缝抗裂性和力学性能较差，主要用于低碳钢等不重要结构的焊接。碱性焊条中药皮以碱性氧化物为主，焊接时需直流反接，焊缝抗裂性、强度和韧性好，但电弧稳定性差、易产生气孔，主要用于合金钢、高强度钢等重要结构的焊接。（3）焊接工艺过程1）焊接接头形式与坡口焊接接头形式是指焊件连接处采用的形式。常用的接头基本形式有对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头等当焊件较厚时（大于6mm），为保证焊件能焊透，需要在接头处开坡口，常见的坡口形式：2）焊接电弧极性当采用直流焊机焊接时，焊接电弧将分为阳极区、弧柱区和阴极区三部分，一般焊接电弧阳极区温度较高，阴极区温度较低；当焊件接焊机的正极，焊条接焊机的负极称为正接，反之称为负接。对于较厚的焊件应采用正接，铸铁、有色金属及薄钢板应采用反接。3）焊接方法①引弧。焊接时，首先需要引弧，即将焊条的末端与焊件表面接触形成短路,然后迅速将焊条向上提起至与焊件表面距离2～4mm的位置，电弧即能引燃。引弧的方法有直击法和划擦法两种，②运条。电弧引燃后，开始进入正常的焊接过程，此时，焊条因燃烧变短需下不断向下送进，避免电弧熄灭，同时焊条需沿焊缝方向均匀移动，以完成整条焊缝的焊接。为获得一定宽度的焊缝，焊条还需作横向摆动，焊条横向摆动的形式：4）焊接工艺参数焊接工艺参数主要：焊条直径、焊接电流、焊接速度①焊条直径。焊条直径的大小取决于焊件厚度。厚度愈大，则焊缝需要填充的金属也愈多，因此应选用较大直径的焊条。在立焊、横焊和仰焊时，为防止熔池过大和铁水下淌，焊条直径一般不超过4mm。②焊接电流。焊接电流大小主要取决于焊条直径。焊条直径越大，则焊接电流也相应越大。③电弧电压。电弧电压由弧长决定，电弧长，则电弧电压高，反之则电弧电压低，一般力求使用短弧。④焊接速度。焊接速度由焊工视操作情况而灵活掌握，保证既要焊透又不焊穿。5）焊接缺陷。焊前如果接头处未清理干净、焊条未烘干、焊接工艺参数选择不当或操作方法不正确，会造成各种焊接缺陷。常见的缺陷有未焊透、咬边、焊瘤、夹渣、气孔和裂纹等。2.其他焊接方法简介（1）气焊 气焊是利用气体火焰作热源的焊接法，最常见的是氧－乙炔焊，近年来液化气或丙烷燃气的焊接也在迅速发展。气焊不需要电源，气体火焰温度低，火焰易控制，但火焰热量分散，焊接变形大，生产率低，主要用于薄钢板、有色金属和焊补铸铁以及野外无电作业场景。（2）埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊工作稳定，焊缝质量高，生产率高，劳动条件好，在厚板焊接及大批量生产中得到广泛应用，但适应性差，只适用于水平位置焊接。（3）氩弧焊氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊，有非熔化电极和熔化电极两种。氩气是一种惰性气体，不与金属发生化学反应，故氩弧焊适应于焊接各类合金及易氧化的有色金属。（4）真空电子束焊真空电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。真空电子束焊能量密度极高，工件热影响区小，变形极小，适合精加工后零件的焊接；广泛应用于航天航空、原子能、精密机械等领域，缺点是设备成本高，真空室限制工件尺寸的大小，抽真空时间长。（5）激光焊激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法，激光焊接能量密度高，加热集中，热影响区小，较传统焊接工件变形小；焊接精度高，可实现微小、复杂焊缝焊接；适应性强，能焊钢、铝、钛及部分非金属及异种材料；焊接速度快，易于自动化，适合批量生产，较真空电子束焊设备成本低，现广泛用于航空、航天、医疗设备等领域。（6）焊接机器人焊接机器人是配备焊枪或多轴机械臂的工业机器人，通过编程实现精准焊接作业，包括点焊机器人、弧焊机器人、切割机器人和喷涂机器人等。焊接机器人的主要优点有：稳定性极强，焊缝质量一致性高；效率高，可24小时连续作业，合适批量生产；改善工人的劳动强度，可在有害环境下工作；降低对工人的技术要求；柔性化生产，通过修改程序即可切换焊接工件，适配多品种、小批量生产需求。3.锻压安全操作规程2025年发布《焊接与切割安全》新版国家标准，标准号GB/T9448-2025，（1）焊接操作人员必须进行专业培训并考核合格取得焊接与热切割或建筑焊工特种作业操作资格证书且按规定持证上岗。（2）焊接前需仔细检查设备，确认焊机、电缆、焊钳无破损，焊机接地/接零保护可靠，严禁使用氧气、乙炔等易燃易爆气体管道作为接地装置。（3）焊接前需清理作业场地，确保10m内无易燃、易爆物，同时备配足够的灭火设备。3.锻压安全操作规程（4）焊接场地必须具备良好的通风条件，否则需加装排风装置。（5）做好个人防护。按要求配备手持面罩、护目镜、专用防护服、绝缘手套、防滑绝缘鞋等防护用品。（6）作业过程中，严禁用手触摸焊钳带电部位。（7）改变焊机接法时必须在切断电源的情况下进行，调节电流时必须在空载状况下进行。（8）需要移动焊机时，应首先切断其输入端的电源。3.锻压安全操作规程（9）严禁让焊机超负荷作业，带病作业；当焊机发生故障时，应立即切断电源，及时进行检查和修理。（10）有限空间内未进行良好通风前人员不得进入。（11）有限空间内实施焊接时，除了正常的通风要求外，还应防止可燃混合气的聚集及大气中的富氧。（12）有限空间内的通风不仅需要确保操作人员自身的安全，还需要确保区域内所有人员的安全。3.锻压安全操作规程（13）有限空间内作业时，气瓶及焊接电源必须放置在有限空间的外面。若存在严重危害生命安全的气体，有限空间外面必须设置监护人员。（14）当焊接工作中止（如工间休息时），必须关闭设备或焊机的输出端或者切断电源。工作完毕，必须及时切断焊机电源。（15）金属焊条和碳极在不用时必须从焊钳上取下，以消除人员或导电物体的触电危险。3.锻压安全操作规程（16）焊钳在不使用时应置于与人员、导电体、易燃物体或压缩空气瓶接触不到的地方。（17）焊钳不得在水中浸透冷却。（18）焊工不得将