焊接分类及焊接原理

1、焊接分类和焊接原理，简介第1节焊接基本原理第2节焊条电弧焊第3节其他焊接方法第4节压力焊接和钎焊第5节堆焊和热喷涂第6节常用金属材料的焊接第7节焊接结构设计参考材料，简介，1。什么是焊接？焊接是一种通过加热或加压或两者结合的方法，有或没有填充材料。1)。熔焊将待焊接部位的母材熔化形成焊缝的焊接方法称为熔焊。2)在压力焊接过程中，必须对焊接部位施加压力(加热或加热)来完成焊接，这称为压力焊接。3)钎焊是钎焊和软钎焊的总称。熔点低于基体金属的金属材料被用作钎料，焊件和钎料被加热到高于钎料的熔点且低于基体金属的熔化温度。液态钎料用于润湿母材，填充接头间隙，并与母材扩散，实现焊件的连接。2.焊接分类，

2、1。焊接的本质。焊接热处理对焊接接头组织和性能的影响。焊接应力和变形，第1节。焊接的基本原理。焊接的本质，焊接的本质是通过加热或加压，或两者兼有，有或没有填充材料，借助原子或分子之间的连接和粒子的扩散，使两个分离的物体形成一个整体过程。1.焊接电弧由焊接电源提供，在具有一定电压的两极之间或电极与母材之间的气体介质中产生的强而持久的放电现象称为焊接电弧。电弧燃烧后，电弧柱充满高温电离气体，释放出大量热能和强光。焊接电弧由阴极区、阳极区和电弧柱组成。如图3-1所示。阴极区域是电弧靠近负电极的区域。阴极区域非常窄，约为0.1 m-0.01 m，温度约为2400K。阳极区域是指电弧靠近正极的区域。阳极

3、区域比阴极区域宽，约10 m-1 m，温度约2600K。电弧的阳极和阴极之间的部分称为电弧柱，电弧柱的温度最高，可达6000 K-8000 K。焊接电弧两端(电极尖端和熔池表面之间)的最短距离称为电弧长度。图11-1是焊接电弧的示意图。2.焊接的冶金特性。1)熔池中冶金反应不充分，化学成分不均匀，经常出现偏析、夹杂等缺陷。2)在高温电弧的作用下，氧、氢、氮等气体分子吸收电弧的热量，分解成化学性质非常活跃的原子或离子，容易溶解在液态金属中，造成气孔、氧化、脆化等缺陷。3)在熔剂或涂层中加入硅铁、锰铁等比铁氧化能力强的物质，不仅可以渗透合金，补充燃烧元素，还可以脱氧。4)当焊缝中硫或磷的质量分数超

4、过0.04%时，容易产生裂纹。因此，应选用低硫、低磷的焊接原料，并在焊剂或涂层中加入石灰石和萤石，以保证焊接质量。图11-2低碳钢焊接热影响区的组织变化；2.焊接热处理对焊接接头组织和性能的影响：(1)在焊接热循环焊接过程中，电弧沿焊件逐渐移动，局部加热焊件。焊件焊接后形成的接头称为焊缝。焊缝及其邻近区域的通称称为焊接区域。在焊接过程中，焊接区的金属从常温加热到最高温度，然后逐渐冷却到常温。由于焊件上各点的位置不同，加热的最高温度也不同；热传递需要一定的时间，因此每个点达到其最高温度的时间是不同的。在焊接热源的作用下，焊件上某一点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。(2)焊接区1的金属结构和

5、性能。焊缝金属区是指在机翼横截面上测量的焊缝金属面积冷却结晶是以熔池与母材交界处的半熔融状态的母材晶粒为结晶核心的铸态组织，沿垂直于散热面的相反方向生长，成为柱状晶。2.熔合区焊缝和母材之间的过渡区是熔合线处显微显示的母材半熔化区。该区域是焊缝和母材的边界区域，温度在固相线和液相线之间，母材在焊接过程中部分熔化，因此也称为半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织，而未熔化的金属由于加热温度过高而变成过热的粗晶，其塑性和韧性明显下降，容易产生裂纹和脆性破坏。虽然该区域只有0.1-0.4毫米，但对焊接接头的性能有很大影响，是焊接接头的危险区域之一。热影响区(HAZ)是指在焊接或切割过程中，由于热的影响(

6、但未熔化)，材料的金相组织和机械性能发生变化的区域。根据其结构特点，可分为以下四个区域：(1)过热区是指焊接热影响区内组织过热或晶粒明显粗大的区域。这个区域的温度范围是从固相线到1100。由于加热温度高，奥氏体晶粒迅速长大，使其塑性明显下降，特别是冲击韧性下降20-30。对于易硬化钢，该区域更脆，是热影响区性能最差的地方。焊接高刚度构件时，该区域容易产生裂纹。(2)细晶区的温度范围在Ac3以上，但尚未达到过热温度。焊后空冷相当于热处理后的正火组织，也称为正火区。该区域的机械性能优于母材。(3)不完全再结晶区该区的温度范围在Ac3和Ac1之间。在此范围内，珠光体转变为奥氏体，部分铁素体深入奥氏体

7、，未溶解在奥氏体中的铁素体晶粒不断长大。在空气冷却过程中，奥氏体折叠成更细的铁素体。当到达Ar1线时，残余奥氏体直接转变为共析珠光体，而未深入奥氏体的铁素体保持粗大晶粒，这也称为局部转变区。该区域的金相组织非常不均匀，机械性能差。(4)再结晶区该区的温度范围在Ac1和500-450之间。焊接前冷变形后，由于母材的晶格畸变和晶体结构断裂，当加热到该温度时，它将恢复再结晶和细化，其机械性能将得到改善。焊接前未通过冷加工变形的焊件中没有再结晶区。s，图113板焊接过程中应力和变形形成原理示意图，(2)当焊接以焊接裂纹和焊接变形的形式进行时，焊接应力在任何情况下都始终存在。当焊接应力超过相应温度下材料

8、的屈服应力时，焊件将变形；当超过材料的断裂应力时，焊件会开裂甚至断裂。焊接裂纹包括纵向裂纹、横向裂纹、内部裂纹、根部裂纹等。焊接变形的基本形式包括角变形、弯曲变形、波浪变形、收缩变形、变形和错位变形，如图11-4所示。图11-4焊接变形表(a)、图11-4焊接变形表(b)、图11-4焊接变形表(c)、图11-4焊接变形表(d)、图11-4防止和减少焊接应力和焊接变形的措施(3)1。合理设计焊接结构，使焊缝的长度和横截面积最小化，并使结构中的所有焊缝尽可能对称。焊前预热焊前预热焊件可以减小焊件各部分的温差，对减小焊接应力和变形更有效。重要的焊件可以整体预热，也可以局部预热，即焊件的合理部位可以在

9、焊前局部加热使其伸长，焊后冷却时，加热区和焊缝同时收缩。3.反向变形我5.选择合理的焊接顺序，应尽可能使焊缝的纵向和横向收缩自如，避免因横向焊缝应力过大而产生裂纹；采用对称焊接顺序，减少变形；长焊缝可采用分段背焊或跳焊。6.锤击焊接法：用小圆头锤对炽热的焊缝金属进行均匀适度的锤击，以扩大变形，补偿收缩，释放一些能量，减少焊接应力和变形。7.强制冷却法可快速驱散焊接区域的热量，从而减少焊接过程中金属的受热面积。这种方法也叫散热法。8.焊接热处理后，整体或局部焊件应通过应力消除退火加热至600-650，保持一定时间(不少于1小时)后缓慢冷却，使焊接残余应力消除80-90。(4)变形校正1。机械校正

10、法是用机械方法校正变形。生产中常用的设备有辊道、压机和矫直机；薄板焊接最常见的变形是波浪变形，这种变形很难矫正。一般情况下，采用锤击法进行校正。2.火焰矫正法利用局部加热焊件的某些部分，使其受热时膨胀，受周围冷金属的限制而在长度方向上压缩，冷却时收缩以矫正变形。电弧焊是一种以电弧为热源的熔焊方法。焊条电弧焊是一种手工操作焊条的电弧焊方法。电极电弧焊具有设备简单、操作灵活、成本低、可焊性好、对焊接接头的装配尺寸无特殊要求等优点，可在各种条件下焊接在各种位置。这是生产中使用最广泛的焊接方法。然而，电极电弧焊存在弧光强、烟尘污染大、工作条件差、生产率低、对工人技术水平要求高、焊接质量不稳定等问题。因

11、此，主要用于小批量生产中碳钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢的焊接和铸铁的补焊。合适的厚度为3毫米至20毫米。1.焊条电弧焊电源2。焊条3。电极电弧焊技术规范。第二节。焊条电弧焊电源1。电源要求焊条电弧焊的电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧和保证安全。当电弧稳定燃烧时，焊接电流增加，电弧电压急剧下降。还应确保当电极与焊件短路时，短路电流不应过大；同时，焊接电流应灵活调整，以满足不同焊件和焊条的要求。2.电源类型(1)交流弧焊机是一种特殊的降压变压器，具有结构简单、噪声低、成本低的优点，但其电弧稳定性差。(2) DC弧焊机DC弧焊机有两种类型：弧焊发电机(由一台三相感应电动机和一

12、台DC弧焊发电机组成)和焊接整流器(整流器DC弧焊机)。焊条的组成和作用焊条是一种涂有电弧焊接涂层的熔化极，它由涂层和芯体两部分组成。在焊接过程中，芯线不仅是导电电极，而且作为填充金属熔化，与熔化的基底金属一起形成焊接金属；涂层是压在焊芯表面的涂层，主要用于焊接过程中产生气体，起到保护作用，防止空气进入焊缝；同时，它还具有冶金功能，如脱氧、脱硫、脱磷和合金化；它还具有稳弧和除渣的功能，以保证焊条具有良好的工艺性能，形成美观的焊缝。焊条的分类(1)焊条根据熔渣的化学性质分为两类(1)酸性焊条熔渣呈酸性，涂层中含有大量的二氧化硅、二氧化钛和氧化锰等氧化物。2)碱性电极的熔渣呈碱性，涂层的主要成分为

13、碳酸钙和氟化钙。(2)焊条按用途可分为11类：碳钢焊条、低合金钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、低温焊条例如，标准规定碳钢电极的型号为E，其中字母E表示电极；前两位数字代表沉积金属的最小抗拉强度；第三位数字表示焊接位置，0和1表示焊条适用于全位置焊接(平焊、立焊、平焊和仰焊)，2表示平焊和直角焊，4表示焊条适用于向下立焊；第三个数字和第四个数字的组合表示焊接电流的类型和涂层的类型。在第四位数字后加r表示防潮电极；附加m表示具有特殊防潮性和机械性能的电极；附加-1表示具有特殊冲击性能的电极。3.焊条的选择(1)根据强度等级和化学成分进行选择(1)焊接一般结构时，如低碳钢和低合金钢结构，一般选择与焊件强

14、度等级相同的焊条，无论化学成分相同或相似。2)焊接异种结构钢时，应根据强度等级低的钢种选择焊条。3)焊接不锈钢、耐热钢等特殊性能钢时，应选用与焊件化学成分相同或相似的特殊焊条。4)当焊缝中碳、硫、磷的质量分数较大时，应选用碱性焊条。5)焊接和铸造碳钢或合金钢时，由于碳和合金元素的质量分数较高，且大多数铸件厚度大、硬度大、形状复杂，一般采用碱性焊条。(2)根据焊接件的工作条件选择焊条1)焊接承受动荷载、交变荷载和冲击荷载的结构件时，应选择碱性焊条。2)焊接承受静载荷的构件时，应选用酸性焊条。3)用油、锈、污垢等焊接结构件时。在难以清洁的表面上，应选择酸性焊条。4)焊接在特殊条件下工作的结构件时，

15、如腐蚀性介质和高温，应选用专用焊条。(3)根据焊件的形状、刚度和焊接位置选择焊条1)对于厚度大、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。2)厚度和刚度不大，形状一般，特别是可以采用平焊结构，应选择合适的酸性电极。3)除水平焊接外，结构构件在垂直焊接、水平焊接、仰焊等焊接位置应选用全位置焊条。3。焊条电弧焊技术规范。焊条直径的选择焊条直径主要取决于焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊接层数等因素。根据焊接焊件厚度时焊条的选择原则：一般来说，当焊件厚度为t4mm时，焊条直径为d=t；当使用t4mm时，通常使用多层焊接，电极直径为4 mm-6 mm。焊接电流的选择焊接电流的大小是根据电极的直径来选择的

16、。焊接电流的选择也可以用经验公式估算，即：I=Kd，其中I-焊接电流(a)；D-电极直径(mm)；经验系数，通常为30-40(安/毫米)。1.埋弧焊2。气体保护电弧焊3。电渣焊4。等离子弧焊接。电子束焊接6。激光焊接3。其他焊接方法1。埋弧焊1。定义：焊剂层下燃烧电弧的焊接方法称为埋弧焊。2.特点：1)生产率高；2)焊接质量高且稳定；3)节约金属材料；4)改善工作条件。3.用途：常用于焊接厚度为6mm-60mm的长直焊缝和直径较大(一般不小于250mm)的环焊缝。二是气体保护电弧焊，即以外部气体为电弧介质，保护电弧和焊接区域的电弧焊，简称气体保护焊。(1)氩弧焊1。定义：氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。2.特点：1)焊件不易氧化；2)操作简单，实现全位置自动化；3)焊接热影响区小，焊件不易变形；4)焊缝I用途：适用于各种位置的焊接。目前，CO2焊在我国已得到广泛推广，在短时间内替代焊条电弧焊有很大的发展势头。3.电渣焊1。定义：电渣焊是一种利用电流通过液态渣产生的电阻热的焊接方法。2.特点：1)厚大断面可一次焊接