第四章 焊接生产.ppt

1、第四章 焊接生产,第一节 概述,一、焊接的实质,将金属的接头部分加热或加压（或两者兼用），借助于金属原子的结合，使分离的金属材料牢固地连接起来的方法称为焊接。 分离的金属焊接以后，之所以能连接得很牢固，是由于被焊接的两部分金属产生了原子之间的互相溶解与扩散，并形成了共同晶体之故。 加热或加压则是为了促进两部分金属原子之间的接近和结合。 焊接是现代工业生产中应用很广泛的一种连接金属的工艺方法。主要用来制造各种金属结构和机器零件。,二、焊接的分类,焊接的方法很多，根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压可分为三大类：熔化焊、压力焊、钎焊。 1.熔化焊（又称熔焊）：是将焊件连接部位局部加热至熔化

2、状态，加入填充金属，随后冷却凝固连成一整体。 它包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。 熔焊的加热温度较高，焊接缝两边金属变形较大，焊件易变形，适于各种金属材料的焊接，而且要求金属接头部分表面质量不高情况。 焊接操作简便，适用范围广泛。因此它是现代工业生产中的主要焊接方法，其中电弧焊是最常见的焊接方法。,二、焊接分类,2.压力焊 压焊是通过对焊件施加压力（加热或不加热）使接合面紧密地接触并产生一定的塑性变形而完成焊接的方法。 它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。 压力焊过程中不需要外加填充金属。 压力焊适用于塑性较高的材料，焊接时

3、接头表面应清理干净，以免影响接合面原子的扩散和再结晶。,二、焊接分类,3.钎焊 钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热温度高于钎料低于母材熔点的情况下，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。 它包括硬钎焊、软钎焊等。 钎焊时，焊接件表面并不熔化，所以温度较低，为了有利于金属原子的溶解与扩散，金属接头表面应清理十分干净。,二、焊接的分类,三、焊接的特点,优点： 1与铆接相比节省材料与工时 2可化大为小、以小拼大。 3可实现异种金属的连接。 4连接性能好。焊缝具有良好的力学性能，能耐高温高压、有良好的密封性、导电性和耐腐蚀性等。 缺点： 1. 焊接是一种不

4、可拆卸地连接，不便于重复装卸和维修更换。 2. 由于影响焊接质量的因素较多，焊后较易产生各种缺陷。 3. 焊接时对材料要求较严，某些材料的焊接难度较大。 4. 焊接过程中产生的弧光、有毒气体和烟尘、射线等会造成环境的污染，有害人体健康。 5. 焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。,钢结构的连接方法,钢结构的连接方法有焊接、铆钉连接和螺栓连接三种。,钢结构连接方法,(a) 焊接；(b) 铆接；(c) 栓接,铆钉连接是将一端带有预制钉头的铆钉，插入被连接件的钉孔中，用铆钉枪或压铆机将另一端压成封闭钉头而成。 焊接是钢结构最主要的连接方式，优点是任何形状的结构都可以用焊缝连接，构造简单

5、，省工省料，而且能实现自动化操作，生产效率高。 螺栓连接分普通螺栓连接和高强螺栓连接。普通螺栓是用A3F(Q235AF）钢制造的，按加工精度分为A、B、C三级。,高强螺栓系用高强钢材制成，可对栓杆施加很大的紧固预拉力，使板叠压得很紧，利用板间的摩擦阻力传递剪力，这就是摩擦型高强螺栓连接。,焊接的应用,其应用非常广泛，如制造各种机械零件、金属结构、桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、箱体、飞机、火箭、宇宙飞船等。焊接还可用于修补铸件与锻件缺陷，修复局部磨损零件，这在生产中具有很好的经济意义。,第二节 手工电弧焊,手工电弧焊：是用手工操作焊条来进行焊接的方法，简称电弧焊。 它是用电弧作为热源的熔焊，

6、是应用最广的一种焊接方法。 其特点是： 1 . 设备简单、应用灵活方便。 2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。,引弧,一、手工电弧焊焊接过程,焊接时，电弧9在焊条7与工件1之间燃烧，电弧热使工件接口处熔成熔池10，熔化的焊条金属熔滴8，借重力和电弧气体5的吹力作用过渡到熔池中。与此同时，药皮6在熔化中，与液体金属产生复杂的物理化学反应，形成的熔渣4因比重小而不断从熔池中浮起，同时，药皮燃烧产生大量的CO2气体围绕于电弧9周围。熔渣4和气流可防止空气中氧、氮等有害气体的浸入，起保护熔化金属液的作用。,焊条不断向前移动，电弧也向前移动，工件和焊条金属不断熔化形成新的熔池。原先的熔池随着电弧的

7、远离则不断地冷却凝固，形成连续的焊缝2。熔池表面上的熔渣4也逐渐凝固成渣壳3。熔渣和渣壳直接影响着焊件的质量，对于焊缝2成型的好坏及减缓金属的冷却速度起重要作用。,焊后敲去渣壳，就可以露出表面呈鱼鳞纹状的焊缝金属。如下图所示：,二、焊接电弧,电弧是在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生的一种强烈而持久的放电现象。,形成电弧应具备两个条件：,电阻热：Q=I2Rt,二、焊接电弧,电弧的形成： 两电极（焊条和焊件）瞬时接触，造成短路， 强大的短路电流使两电极接触的表面迅速加热，温度急剧上升，至熔化状态， 这时，两电极分离一定的距离（2-4mm）， 由于两电极的气体介质电离成导电体，于是电弧形成

8、。 只要保持两极之间有一定的电压，即可维持电弧燃烧。,1.两极之间的气体介质要形成导电体,2.两极之间具有一定的电压,2 . 电弧的构造及热量分布,2400k 36%,2600k 42%,50008000k 21%,3 . 电弧的极性,正接：工件接正极（阳极）、焊条接负极（阴极）。,反接：工件接负极（阴极）、焊条接正极（阳极）。,阳极区温度高于阴极区，但只有直流电弧才具有这种特征，因其阳极区和阴极区是固定不变的。因此当用直流电源弧焊时，焊件和焊条至电源之间的导线就有两种方法。,一般情况下都用正接，因焊件上温度高、热量大，可提高生产率；反接只有在特定要求时才使用，例如要求焊件熔深较小，用于薄板金

9、属的焊接。,交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。,正接和反接,温度： 阳极：2600K 阴极：2400K 电弧中心：6000K 8000K 直流焊接 正接法：工件温度高 反接法 交流焊接：两极温度均为2500K 引弧电压：5090V 电弧电压：1635V,三、电焊条,1. 电焊条的组成及作用,电焊条,焊条芯,药皮,焊缝的填充材料 填充焊缝,电极传导电流 导电,机械保护的作用,冶金的作用,稳定电弧的作用,手弧焊所使用的电焊条，既是产生电弧的电极，又是填充焊件接头的金属。,焊条有焊芯和药皮组成。,形成熔渣，保护熔池，防治空气中的氧和氮对熔池金属的有害作用,增加合金元素，提高焊缝金属的力学性

10、能。, 氧化钛型； 氧化钛钙型； 钛铁矿型； 氧化钛型； 纤维素型；, 低氢钾型； 低氢钠型； 石墨型； 盐基型。,药皮的种类：,药皮的成分： 稳弧剂 造渣剂 造气剂 脱氧剂 合金剂 粘结剂,焊条药皮的作用,2. 电焊条的分类（十大类）,结构钢焊条J； 钼和铬耐热钢焊条R； 低温钢焊条W； 不锈钢焊条A； 堆焊焊条D； 铸铁焊条Z； 镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T； 铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TS,焊条的规格,焊条芯具有一定的直径和长度。 焊条芯的直径和长度就是焊条的直径和长度。 直径有：1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、 8.0等几种。 长度有：250m

11、m、300mm、350mm、400mm、450mm等几种。,在熔渣中以酸性氧化物为主 （TiO2、SiO2、Fe2O3）,在熔渣中以碱性氧化物为主 （K2O、Na2O、CaO、MnO）,3、电焊条的选用,1. 根据被焊工件的强度选用,2. 根据被焊工件的化学成分选用,3. 根据被焊工件工作条件和结构选用,4. 根据实际生产状况选用,按照焊条药皮焊接后形成的熔渣性质，可以将焊条分为酸性和碱性两个类别。,焊条种类,按熔渣性质 酸性焊条 酸性氧化物比碱性氧化物多 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件 碱性焊条 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 要求直流电源、操作性差、

12、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件,焊条工艺参数, 焊接电流 =（3045）d焊条（A）, 焊条（焊芯）直径与被焊件厚度相当。 d件=3mm； d焊条=2.5，3mm； d件=47mm； d焊条=3.2，4mm；,在实际施焊时，要根据焊件厚度、焊条种类、焊接位置等因素，通过试焊来调整焊接电流的大小。焊接电流的大小通过弧焊机的调节手柄在施焊前调节。,焊接电流太小，电弧不易引燃，燃烧不稳定。熔宽和熔深减小，焊缝成型不良；焊接电流太大，则燃烧剧烈，飞溅增多。熔宽和熔深增大，焊薄件时容易烧穿。,焊条工艺参数, 焊接速度：是指焊条沿焊接方向移动的速度。 手弧焊中，焊接速度是由焊工凭经验来掌握。 焊接速度

13、太慢时，熔宽和熔深增大，焊薄件时易烧穿； 太快时，熔宽和熔深减小，焊缝成型不良。 保护焊透，焊缝良好前提下尽量快速施焊。, 焊机空载电压：6070V。 电弧工作电压：2035V。,下面是四个工艺参数对焊缝形状的影响：,焊接电流对焊缝形状的影响,对熔深影响最大（正比），熔宽和增高量影响不大,对熔宽影响最大（正比），熔深和增高量有所下降,电弧电压对焊缝形状的影响,焊接速度对焊缝形状的影响,随着焊接速度的增加，焊接线能量减小，熔宽明显变窄，增高量有所增加，熔深逐渐减小。,焊接速度对焊缝形状的影响,焊丝直径对焊缝形状的影响,焊丝直径增加，电弧摆动作用加强，熔宽增加，当焊接电流不变，随着焊丝直径的减小，

14、电流密度有所增加，熔深也相应增加。,1. 引弧,(1)划擦法：先将焊条对准焊件，再将焊条像划火柴似的在焊件表面轻轻划擦，引燃电弧，然后迅速将焊条提起2-4mm，并使之稳定燃烧， (2) 敲击法：将焊条末端对准焊件，然后手腕下弯，使焊条轻微碰一下焊件，再迅速将焊条提起24mm，引燃电弧后手腕放平，使电弧保持稳定燃烧。这种引弧方法不会使焊件表面划伤，又不受焊件表面大小、形状的限制, 所以是在生产中主要采用的引弧方法。但操作不易掌握，需提高熟练程度。,引弧时需注意如下事项： 1) 引弧处应无油污、水锈，以免产生气孔和夹渣。 2) 焊条在与焊件接触后提升速度要适当，太快难以引弧，太慢焊条和焊件粘在一起

15、造成短路。,2运条,运条是焊接过程中最重要的环节，它直接影响焊缝的外表成形和内在质量。电弧引燃后，一般情况下焊条有三个基本运动：1朝熔池方向逐渐送进、2沿焊接方向逐渐移动、3横向摆动。见下图b) 焊条朝熔池方向逐渐送进既是为了向熔池添加金属，也为了在焊条熔化后继续保持一定的电弧长度，因此焊条送进的速度应与焊条熔化的速度相同。否则，会发生断弧或粘在焊件上。 焊条沿焊接方向移动随着焊条的不断熔化，逐渐形成一条焊道。若焊条移动速度太慢，则焊道会过高、过宽、外形不整齐，焊接薄板时会发生烧穿现象；若焊条的移动速度太快，则焊条与焊件会熔化不均匀，焊道较窄，甚至发生未焊透现象。焊条移动时应与前进方向成 70

16、80度的夹角，以使熔化金属和熔渣推向后方，否则熔渣流向电弧的前方，会造成夹渣等缺陷。 焊条的横向摆动为了对焊件输入足够的热量以便于排气、排渣，并获得一定宽度的焊缝或焊道。焊条摆动的范围根据焊件的厚度、坡口形式、焊缝层次和焊条直径等来决定。,a）平焊焊条角度 b）运条基本动作,手弧焊常用的运条方法：,手弧焊常用的运条方法：,（1）直线形运条法 焊接时焊条不作横向摆动，沿焊接方向作直线运动，常用于开I形坡口的对接平焊、多层焊的第一层焊道或多层多道焊。 （2）直线往复运条法 焊接时焊条末端沿焊缝的纵向作来凹直线形摆动，特点是焊接速度快、焊缝窄、散热快，适一薄板和接头间隙较大的多层焊的第一层焊道 。

17、（3）锯齿形运条法 焊接时焊条未端作锯齿形连续摆动及向前移动，并在两边稍停片刻，摆动焊条是为了控制熔化金属的流动和得到必要的焊缝宽度，特点是操作容易掌握，各种焊接位置基本上均可采用。 （4）月牙形运条法 焊接时焊条末端沿着焊接方向作月牙形的左、右摆动，特点是金属熔化良好，有较长的保温时间，气体容易析出，熔渣易上浮，焊缝质量较高。 （5）三角形运法 焊接时焊条末端分别作连续的斜三角或正三角形运动，并向前移动。斜三角形运条法适于焊接平、仰位置的T形接头焊缝和有坡口的横焊缝，特点是能够借焊条的摆动来控制熔化金属、焊缝成形良好。正三角形运条法只适于开坡口的对接接头和T 形接头焊缝的立焊，特点是一次就能

18、焊出较厚的焊缝断面，焊缝不易产生夹渣，生产率较高。 （6）圆圈形运条法 焊接时焊条末端作圆圈形运动，并不断地前移。特点是熔池存在时间长，熔池金属温度高，气体和熔渣容易上浮，适用于焊接较厚焊件的平焊缝,基本运条方法,3焊缝收尾,焊缝收尾时，为了不出现尾坑，焊条应停止向前移动，而采用划圈收尾法或反复断弧法自下而上地慢慢拉断电弧，以保证焊缝尾部成形良好。 (1) 划圈收尾法：焊条移至焊道的终点时，利用手腕的动作做圆圈运动，直到填满弧坑再拉断电弧。该方法适用于厚板焊接，用于薄板焊接会有烧穿危险。 (2) 反复断弧法：焊条移至焊道终点时，在弧坑处反复熄弧、引弧数次，直到填满弧坑为止。该方法适用于薄板及大

19、电流焊接，但不适用于碱性焊条，否则会产生气孔。,五种基本接头形式 a) 对接接头 b) 搭接接头 c) 角接接头 d)T 形接头 e) 端接接头,常用焊接接头形式,图11-11 常用焊接接头形式（a）,图11-11 常用焊接接头形式(b),图11-11 常用焊接接头形式(c),图11-11 常用焊接接头形式(d),焊缝的施焊位置（平、立、横、仰）,平焊 横焊 立焊 仰焊,焊条电弧焊的基本操作技术,焊条电弧焊是在面罩下观察和进行操作的。由于视野不清，工作条件较差。因此要保证焊接质量，不仅要求有较为熟练的操作技术，还应注意力高度集中。初学者练习时应注意：电流要合适，焊条要对正，电弧要短，焊速不要快

20、，力求均匀。 焊接前，应把工件接头两侧20mm范围内的表面清理干净（消除铁锈、油污、水分），并使焊条芯的端部金属外露，以便进行短路引弧。引弧方法有敲击法和摩擦法两种；其中摩擦法比较容易掌握，适宜于初学者引弧操作。,第三节 气焊与气割,一、气焊,气焊是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产生的高热熔化焊件和焊丝而进行金属连接的一种焊接方法。 所用的可燃气体主要有乙炔气，液化石油气，天然气和氢气等。 目前常用的是乙炔气，因为乙炔在纯氧中燃烧时放出的有效热量最多。 叫做氧乙炔焊,二、气割,氧气气割是利用金属在高温（金属燃点）下与纯氧燃烧的原理而进行气割。 气割开始时，用氧乙炔焰（预热火焰）将金属预热到

21、燃点（在纯氧中燃烧的温度），然后通过气割氧（纯氧），使金属剧烈燃烧生成氧化物（熔渣）。同时放出大量热，熔渣被氧气流吹掉，所产生的热量和预热火焰一起将下层金属加热到燃点，如此继续下去就可将整个厚度切开。,气割,气割是根据高温的金属能在纯氧中燃烧的原理来进行的。 它与气焊是本质不同的过程，气焊是熔化金属，而气割是金属在纯氧中的燃烧。 切割的过程实际上就是预热燃烧去渣重复进行的过程。,常用的气焊（割）设备及工具,1乙炔发生器 是水与电石相互作用，产生并储存乙炔的设备。按乙炔的压力P可分为低压式乙炔发生器（P0.045Mpa）和中压式乙炔发生器（P=0.0450.15Mpa）。 2氧气瓶 储存和运输高

22、压氧气的高压容器，外表面图天蓝色。常用容积为40公斤，工作压力为15Mpa，可容6Nm3。 3双气体燃料发生器 这是一种推广使用的新产品，在发生器内可将水电解成氢气和氧气，然后按最佳比例混合，从而取代氧气瓶和乙炔发生器。 4氧气减压器 用于显示氧气瓶内氧气及减压后氧气的压力，并将高压氧气降到工作所需要的压力，并且保持压力稳定。 5焊炬 是气焊时用来混合气体很产生火焰的工具。按可燃气体与氧气的混合方式分为射吸式焊炬和等压式焊炬两类。 6割炬 是氧乙炔火焰进行气割的主要工具。火焰中心喷嘴喷射切割氧气流对金属进行切割。也分射吸式和等压式。,气焊所用材料主要是焊丝和电石，其次是气焊粉。焊丝的化学成分直

23、接影响焊缝金属的机械性能，应根据工件成分来选择焊丝。气焊丝的直径为24mm，电石可用水解法制取乙炔气；为保护熔池与提高焊缝质量需采用气焊粉，其作用是除去气焊时熔池中形成的高熔点氧化物等杂质，并以熔渣覆盖在焊缝表面，使熔池与空气隔离，防止熔池金属氧化。在焊铸铁，合金钢及 各种有色金属时必须采用气焊粉，低碳钢的气焊不必用气焊粉。 气焊规范只要指对焊气直径，火焰能率，操作时的焊嘴倾斜角和焊接速度根据不同工件正确选用，并严格执行。,第四节 其它焊接方法,主要内容：,一、埋弧自动焊 二、气体保护焊 三、压力焊 四、钎焊,一、埋弧焊,一、埋弧焊的焊接过程 焊丝不断地被送丝机构送入 电弧区，并保持选定的弧长

24、。 焊接时焊机移动或工件移动， 焊剂从漏斗中不断流出洒在 被焊部位，电弧在焊剂下燃 烧，熔化后形成熔渣覆盖在 焊缝表面。 电弧燃烧后，工件和焊丝形 成较大体积的熔池，熔池金 属被电弧气体排挤向后堆积 形成焊缝。由于高温焊剂被熔化成熔渣，与熔池金属发生物理化学作 用。部分焊剂被蒸发形成气体，将电弧周围熔渣排开，形成一个封闭 的熔渣泡。它具有一定粘度，能承受一定压力，保护池，不与空气接 触，又防止了金属飞溅。焊丝上没有涂料，允许提高电流密度，电流 密度增加，电弧吹力也增加，同时热量也增加，熔池深度大，熔池体 积也大。,二、气体保护焊,（一）氩弧焊 氩弧焊以氩气作保护气体的电弧焊，焊接质量较高。 按

25、所用的电极不同，氩弧焊可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊两种。 1. 不熔化极氩弧焊：铈钨棒作电极，只适于厚度6mm以下工件。焊接3mm以下薄件时，常用卷边直接焊接。焊接较厚工件时，需添加填充金属。焊接钢材时，多用直流正接以减少钨极的烧损。焊接铝、镁及其合金时则希望用直流反接或交流电源。 2.熔化极氩弧焊： 以连续送进的焊丝作为电极进行焊接。此时可用较大电流焊接厚度25mm以下工件。 对氩气要求纯度99.7以上，焊前必须把接头表面清理干净。,特点： 1.适于各种合金钢、易氧化的非铁合金及镐、钼等稀有金属。 2.电弧稳定，飞溅小，表面没有熔渣，成型美观。 3.明弧可见，易于操作，易实现全位置自动

26、焊接。 4.热影响区窄，因而工件变形小。 5.氩气昂贵，设备造价高。 目前主要用于： 焊接易氧化的有色金属和合金钢，如铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。为了防止保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。,（二）二氧化碳气体保护焊 以CO2 作为保护气体的电弧焊。焊丝作电极，焊丝的送进靠送丝机构实现。, 特点 1.成本低 CO2的价格低。 2.生产率高 焊丝的送进是机械化或自动化；电流密度大，电弧热量集中， 故焊接速度较快；焊后无渣壳，节约了清理时间。 3.操作性能好 明弧焊接，易于观察。适于各种位置的焊接。 4.质量较好 焊接热影响区较小，变形和产生裂纹的倾向小。 5.飞溅较严重，焊缝不够光滑，

27、易有气孔。 主要用于30mm以下低碳钢、部分低合金钢焊件，尤其适宜薄板。不适于焊接有色金属和高合金钢。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。,三、压力焊,焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。 一、 电阻焊 二、摩擦焊,（一）电阻焊,工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。 电阻焊分为对焊、点焊和缝焊。 1.对焊 对焊是使用两个被焊工件沿整个接触面焊合的电阻工艺。按工艺不同可分为电阻对焊和闪光对焊。见图3-8。 （1） 电阻对焊 电阻对焊是将工件装配成对接接头，使其端面紧密接 触，利用电

28、阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。电阻对焊适用于直径20mm以下的棒料和管材的焊接。 （2） 闪光对焊 工件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，迅速施加顶锻力完成焊接的方法，称为闪光对焊。 闪光对焊广泛应用于建筑、机械制造、电气工程等部门，如钢筋、钢管、汽车轮缘、自行车轮圈、切削刀具，以及铝铜电缆过渡接头的焊接等。,图 对焊,图 点焊,2.电阻点焊 电阻点焊是焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法，见下图。 电阻点焊主要适用于各种薄板、板料冲压结构及钢筋构件，广泛应用于飞机、汽车、拖拉机、农机、轻工、电子器件、仪表和日常生活用品的生产中。,3.胶接点焊 胶接点焊是以胶接加强电