材料成型技术-第五章-固态材料的连接过程.ppt

第5章 固态材料的连接过程,51 概述,一、固态材料的连接方法固态材料的连接可分为永久性的或非永久性的两种。1、非永久性（可拆式）连接：螺纹联接、铆接。2、永久性（不可拆式）连接：焊接、粘接。,二、焊接的定义 将分离的金属用局部加热或加压等手段，借助于金属内部原子的结合与扩散作用牢固地连接起来，形成永久性接头的过程称为焊接。,三、焊接方法的分类,四、焊接的特点及应用1、特点与铆接比较，焊接具有节省材料、减轻重量；接头的密封性好，可承受高压；简化加工与装配工序，缩短生产周期，易于实现机械化和自动化生产等优点。焊接技术一般还存在一些问题，主要有焊接结构的残余应力和变形、焊接接头性能不够均匀、焊接品质检验比较困难等。,2、应用焊接在现代化工业生产中具有十分重要的作用，广泛应用于机械制造中的毛坯生产和制造各种金属结构件，如高炉炉壳、建筑构件、锅炉与受压容器、汽车车身、桥梁等。此外，焊接还用于零件的修复焊补等。,汽车制造,舰船制造,石化建设,摩天大厦的建造离不开焊接技术,521焊接成形过程特性和理论基础,一、电弧焊的冶金过程及特点1、电弧焊的冶金过程：电弧焊时，焊接区各种物资在高温下相互作用，产生一系列变化的过程。焊条药皮,2、电弧焊冶金过程特点电弧焊焊接钢材的过程是进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼和渗合金等一系列物理化学的冶金过程。（1）焊接的冶金过程有以下特点：焊接电弧和熔池金属的温度高于一般的冶炼温度，金属蒸发、氧化和吸气现象严重。熔池体积小，周围又是温度较低的冷金属，因此，熔池处于液态的时间很短，冷却速度快，不利于焊缝金属化学成分的均匀和气体、杂质的排除，从而产生气孔和夹渣等缺陷。,（2）电弧焊过程中的冶金反应氧化氧主要来源于空气，空气中的氧在高温电弧中分解出氧原于(O)。电弧越长,侵入的氧愈多，氧化愈严重，吸氧亦愈多。氧与金属发生一系列反应，结果造成钢中一些元素被氧化，形成FeO SiO2,MnOSiO2等熔渣，使焊缝中C、Mn、Si等元素大量烧损。当熔池迅速冷却后，一部分氧化物熔渣残存在焊缝金属中形成夹渣，显著降低了焊缝的力学性能。,吸气熔池在高温时熔解大量气体，冷却时，熔池冷却极快，使气体来不及排出而存在焊缝中形成气孔。焊缝中气相成分主要是CO、CO2、H2、O2及H2O，其中对金属有不利影响的是H2、O2、N2。蒸发熔池中的液态金属和落入熔池的焊条熔滴的各种元素在高温下，有时接近或达到沸点，会强烈蒸发，由于各种元素成分不同，沸点不同，因此蒸发的数量也不同，其结果改变了焊缝的化学成分，降低了接头的性能。,3、电弧焊冶金过程采取的技术措施（1）防：对焊接区金属实行隔离保护。药皮、焊剂、保护气体。（2）脱：加入合金元素脱氧、脱硫、脱磷。Mn+FeO MnO+FeSi+2FeO SiO2+2FeMnOFeSMnSFeOCaOFeSCaS+FeO（3）补：向焊缝补充合金元素(Si、Mn)，提高焊缝力学性能。,二、焊接接头的金属组织和性能1、焊接接头的温度分布及其组成焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区，热影响区包括过热区、相变重结晶区（正火区）、不完全重结晶区（部分相变区）。,2、焊接接头的组成和性能熔化焊的焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。（1）焊缝的组织和性能焊缝是由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。焊缝金属的结晶是从熔池底壁开始的，形成的晶粒是柱状晶，柱状晶粒的生长方向与最大冷却方向相反，垂直于熔池底壁。熔池结晶过程中，由于冷却速度很快，已凝固的焊缝金属中的化学成分来不及扩散，易造成合金元素分布的不均匀。如硫、磷等有害元素易集中到焊缝中心区，将影响焊缝的力学性能。由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰、硅等合金元素的含量可能比基体金属高，所以，焊缝金属的力学性能可不低于基体金属。,（2）焊接热影响区的组织和性能在电弧热的作用下，焊缝两侧处于固态的母材发生组织或性能变化的区域，称为焊接热影响区。热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区。,过热区 过热区紧靠熔合区，低碳钢过热区的最高加热温度在1100至固相线之间。母材金属加热到这个温度，结晶组织全部转变成为奥氏体，奥氏体急剧长大，冷却后得到过热粗晶组织。因而，过热区的塑性和冲击韧度很低。焊接刚度大的结构或碳的质量分数较高的易淬火钢材时，易在此区产生裂纹。,正火区 该区紧靠过热区，是焊接热影响区内相当于受到正火热处理的区域。低碳钢此区的加热温度在Ac3-1100之间。由Fe-C相图可知此温度下金属发生重结晶加热，形成细小的奥氏体组织。由于焊接过程中金属的热传导，使该区的冷却速度较空冷快，相当于进行一次正火处理，使晶粗细小而均匀。因此，一般情况下，焊接热影响区内的正火区的力学性能高于未经热处理的母材金属。,部分相变区 紧靠正火区，是母材金属处于如Ac1Ac3的区域为部分相变区。加热和冷却时，该区结晶组织中只有珠光体和部分铁素体发生重结晶转变，而另一部分铁素体仍为原来的组织形态。因此，已相变组织和未相变组织在冷却后晶粒大小不均匀对力学性能有不利影响。,（3）熔合区 熔合区是焊接接头中焊缝与母材交接的过渡区，这个区域的焊接加热温度在液相线和固相线之间，又称半熔化区。焊接过程中仅部分金属被熔化，熔化的金属将凝固成铸态组织，而未熔化的金属因加热温度过高而成为过热粗晶组织。因而熔合区的塑性、韧度极差，成为裂纹和局部脆性破坏的源点，在很大程度上决定着焊接接头的性能。,熔合区和过热区是焊接接头中力学性能很差的区域，对焊接接头有不利影响。应尽量缩小这两区间的范围，以减小和消除其不利影响。热影响区是不可避免的，但为了提高焊接品质希望它愈小愈好。焊接接头各区域的大小及组织性能的变化程度决定于焊接方法、焊接规范、接头型式、焊后冷却速度等因素。一般来说，在保证焊接接头品质的前提下，增加焊接速度、减少焊接电流都能使熔合区、过热区变小。,3、改善焊接接头组织性能的方法焊接热影响区在焊接过程中是不可避免的。低碳钢焊接时因其塑性很好，热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行处理就能保证使用。对重要的钢结构或用电渣焊焊接的构件，则必须充分注意到热影响区带来的不利影响，要用焊后热处理办法以消除焊接热影响区。对碳素钢与低合金钢构件，可用焊后正火处理来消除热影响区，以改善焊接接头的性能。焊后不能进行热处理的金属材料或构件，采用正确选择焊接方法和焊接过程来减少焊接接头内不利区域的影响，达到提高焊接接头性能的目的。,三、焊接应力与变形1、焊接应力和变形产生的原因焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，是产生生焊接应力和变形的根本原因。当焊接应力材料抗拉强度裂纹；焊接应力材料屈服强度变形。,l,l,l,l,低碳钢平板对焊理论分析模型,（+）,（+）,（-）,（+）,（-）,（-）,焊接中,冷却后,三、焊接应力与变形1、焊接应力和变形产生的原因焊接过程中对焊件进行了局部的不均匀的加热，是产生生焊接应力和变形的根本原因。,2、焊接变形的基本形式：最常见的焊接变形形式有5种：收缩变形角变形弯曲变形波浪变形扭曲变形,3、防止和减少焊接变形的措施主要从焊接结构设计和焊接过程两方面采取措施。（1）合理设计焊接构件保证构件承载能力的情况下，尽量减少焊缝数量、焊缝长度及焊缝截面积；焊缝尽量处于对称位置；厚大件焊接时，两面开坡口进行焊接；尽量选用型材和冲压件。,2）采取必要的技术措施反变形法加裕量法刚性夹持法选择合理的焊接顺序采用合理的焊接方法,平板焊接的反变形,防止壳体焊接局部塌陷的反变形,夹固法1-钢板；2-夹具；3-铜垫板,X形坡口焊接次序,梁的焊接次序,4、焊接变形的矫正方法（1）机械矫正法 用手工锤击，矫正机，铜床，压力机等机械外力，使焊件产生与焊接变形反向的塑性变形而达到矫正。,（2）火焰加热矫正法利用氧乙炔火焰在焊件适当部位加热，使工件在冷却收缩时产生与焊接变形反方向的变形，以矫正焊接变形。火焰加热矫正法主要用于低碳钢和部分普通低碳钢。加热温度一般在600-800之间。,5、减少与消除焊接应力的措施（1）选择合理的焊接顺序 合理选择焊接顺序，可以减少焊接应力的产生。,(a)合理的焊接顺序(b)不合理的焊接顺序,（2）焊前预热 焊前将焊件预热到350-400，然后再进行焊接。预热可使焊缝部分金属和周围金属的温差减小，焊后又可比较均匀地同时冷却收缩，因此可显著减少焊接应力，同时可减少焊接变形。（3）加热“减应区”在焊接结构上选择合适的部位加热后再焊接，可大大减少焊接应力。（4）焊后热处理 去应力退火过程可以消除焊接应力。即将工件均匀加热到600-650，保温一定时间，然后缓慢冷却。整体高温回火消除焊接应力的效果最好，一般可将8090以上的残余应力消除掉。,四、焊接缺陷及防治措施1、焊接接头的缺陷在焊接结构生产中，由于结构设计不当，原材料不符合要求，接头准备不仔细、焊接过程不合理或焊后操作等原因，常使焊接接头产生各种缺陷。常见的焊接缺陷有焊缝外形尺寸不符合要求、咬边、焊瘤、气孔、夹渣、未焊透和裂缝等缺陷。其中以未焊透和裂缝的危害性最大。,2、焊接缺陷的防止防止焊接缺陷的主要途径：一是制订正确的焊接技术指导文件；二是针劝焊接缺陷产生的原因在操作中防止。（1）焊缝尺寸不符合要求应从恰当选择坡口尺寸、装配间隙及焊接规范入手，并辅以熟练操作技术。采用夹具固定、定位焊和多层多道焊有助于焊缝尺寸的控制和调节。（2）咬边、焊瘤、气孔、夹渣、末焊透等缺陷。必须正确选择焊接规范参数。手工电弧焊规范参数中，以电流和焊速的控制影响最大，其次是预热温度。,（3）焊接裂纹各类焊接裂纹都是由于冶金因素和应力因素造成的，因此防止焊接裂纹也必须从这两方面入手。所有防止和减少应力的措施都能防止和减少焊接裂纹。在冶金方面:防止热裂纹 应控制焊缝金属中有害杂质的含量，如碳素结构钢C0.10，P、S0.03；焊接时应选择合适的技术参数和坡口参数；采用碱性焊条和焊剂。防止冷裂纹，采用碱性低氢焊条严格按规定烘干焊条和焊剂，并防止在使用过程中受潮。采用预热、后热等技术措施。,（4）气孔必须仔细清除焊件表面的污物，焊条和焊剂一定要严格按照规定的温度进行烘烤。酸性焊条抗气孔性能优于碱性焊条，如结构要求抗裂性好的碱性焊条时，应选用低氢焊条。焊接规范参数必须选择合适，电流过大会使焊条发热，药皮提前熔化或分解，影响保护效果。（5）夹渣保证合适的坡口参数和装配品质；焊前清理；操作方法要恰当；焊接电流选择要适当。,五、焊接构件结构设计1、焊缝的布置焊接结构件的焊缝布置是否合理，对焊接品质和生产率有很大影响。对具体焊接结构件进行焊缝布置时，应便于焊接操作，有利于减小焊接应力和变形，提高结构强度。,（1）焊缝位置应便于操作焊缝位置便于电弧焊的设计焊缝布置必须保证焊缝周围有供焊工自由操作和焊接装置正常运行的条件。,焊缝便于埋弧焊的设计埋弧焊时，要考虑存放焊剂。,便于点焊及缝焊的设计点焊与缝焊时，应考虑电极方便入。,（2）有利于减小焊接应力和变形焊缝分散布置的设计 避免过分密集焊缝和交叉焊缝，以免造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。一般两条焊缝的间距要大于三倍的板厚且不小于100mm。,焊缝对称布置设计,焊缝避开最大应力断面与应力集中位置的设计,焊缝布置应不影响机械切削加工表面有些焊接构件的某些部位需先机械加工再焊接，如焊接轮毂、管配件、传动支架等，则焊缝位置应尽量远离已加工表面，以避免或减少焊接应力与变形对已加工表面精度的影响。如果焊接结构要求整体焊后再进行切削加工，则焊后一般要先消除应力处理,然后再进行切削加工,在机加工要求较高的表面上,尽量不要设置焊缝。,2、焊接接头及坡口形式的选择（1）焊接接头的形式有对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等四大类。（2）焊接接头的选择接头设计应根据结构形状及强度要求、工件厚度、可焊性、焊后变形大小，焊条消耗，坡口加工难易程度等方面因素综合考虑决定。,（3）焊接接头的功能：对接接头受力均匀，在静载和动载作用下都具有很高的强度，且外形平整美观，是应用最多的接头形式。但对焊前准备和装配要求较高。搭接接头焊前准备简便，但受力时产生附加弯曲应力，降低了接头强度。角接接头通常只起连接作用，只能用来传递工作载荷。T形接头广泛采用在空间类焊件上，具有较高的强度，如船体结构中约70的焊缝采用了T形接头。,（4）焊接坡口形式：坡口的作用：使厚度较大的焊件能够焊透，常将金属材料边缘加工成一定形状的坡口，并且坡口能起到调节母材金属和填充金属比例即调整焊缝成分的作用。,焊条电弧焊接头形式与坡口形式,不同厚度金属材料对接的过渡形式,522 熔化焊接,利用热源局部加热的方法，将两工件接合处加热到熔化状态，形成共同的熔池，凝固冷却后，使分离的工件牢固结合起来的焊接称为熔化焊。熔化焊适合于各种金属材料任何厚度焊件的焊接，且焊接强度高，因而获得广泛应用。熔化焊包括电弧焊、电渣焊、气焊等。,一、手工电弧焊1、焊接过程 利用电弧作为焊接热源的熔焊方法称为电弧焊。用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，称为手工电弧焊。,基本工艺装备,焊机,焊钳,焊条,焊接电源交流弧焊电源直流弧焊电源脉冲弧焊电源逆变弧焊电源,直流电源接法直流正接：工件接阳极，焊条接阴极。特点：工件受热大，用于焊接厚大工件、难熔工件。,直流反接：工件接阴极，焊条接阳极。特点：工件受热小，适合焊接薄小工件。,2、焊条,（1）焊条的组成及作用电焊条由焊芯和药皮组成。焊芯作用：作电极传导电流起弧；熔化后作填充金属。材料：H08、H08A(焊芯材料严格限制C、S、P杂质含量，如H08A中，C0.10%、S0.03%，P0.03%)。焊条的规格(焊条直径)有：1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0mm等，长度为200450mm。,药皮药皮的作用A 改焊接工艺性能：易引弧、稳弧，减小飞溅，使焊缝成形美观；B 机械保护作用：气体、熔渣隔离空气，保护熔液和熔池金属；C 冶金处理作用：药皮中的某些元素可起到渗合金、脱氧、脱硫、去氢作用。药皮的组成主要有稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等。主要原料有矿石、铁合金、有机物和化工产品等四类。,焊条药皮原料的种类、名称及其作用,（2）焊条的分类和牌号分类我国生产的焊条按其用途分为：结构钢焊条(J)耐热钢焊条(R)、不锈钢焊条(G或A)堆焊焊条(D)、镍及镍合金焊条(N)铸铁焊条(z)低温钢焊条(w)铜及铜合金焊条(T)、铝及铝合金焊条(L)特殊用途焊条(T)十大类。其中，结构钢焊条应用最广泛。,按药皮中含酸性氧化物和碱性氧化物的比例不同，电焊条可分为酸性焊条和碱性焊条两大类。熔渣以酸性氧化物为主的焊条，称为酸性焊条。酸性焊条的氧化性强，焊接时具有优良的焊接性能，如稳弧性好，脱渣力强，飞溅小，焊缝成形美观等，对铁锈、油污和水分等容易导致气孔的有害物质敏感性较低。熔渣以碱性氧化物为主的焊条，称为碱性焊条。碱性焊条有较强的脱氧、去氧、除硫和抗裂纹的能力，焊缝力学性能好，但焊接技术性能不如酸性焊条，如引弧较困难，电弧稳定性较差等，一般要求用直流电源。而且药皮熔点较高，还应采用直流反接法。,两类焊条比较,表示药皮类型和允许使用电流种类(交流或直流)，其中：05酸性焊条，69分别属于高纤维素纳型和低氢纳型，规定必须采用直流电流反接，其它编号均可用交流或直流电源焊接。,表示焊条适合的焊接位置(0、1表示可用于全位置焊接；2表示平焊和平角焊位；4用于向下立焊位)。,表示熔敷金属抗拉强度的最低保证值(常用42、50、55、60、70、75、85等，如E42表示b420MPa，E50表示b500MPa)。,表示为药皮焊条,焊条代号（型号）,40,（3）焊条的选用原则首先根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐蚀性及高温性能等要求，选用相应的焊条种类。再考虑焊接结构形状、受力情况、焊接设备条件和焊条售价来选定具体型号。一般原则为：根据母材的化学成分和力学性能根据焊件的工作条件和结构特点根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能,根据母材的化学成分和力学性能 若焊件为结构钢时，则焊条的选用应满足焊缝和母材“等强度”，且成分相近的焊条；异种钢焊接时，应按其中强度较低的钢材选用焊条；若焊件为特殊钢，如不锈钢、耐热钢等时，一般根据母材的化学成分类型按“等成分原则”选用与母材成分类型相同的焊条。若母材中碳、琉、磷含且较高，则选用抗裂性能好的碱性焊条。,根据焊件的工作条件与结构特点 对于承受交变载荷、冲击载荷的焊接结构，或者形状复杂、厚度大，刚性大的焊件，应选用碱性低氢型焊条。根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能 无法清理或在焊件坡口处有较多油污、铁锈、水分等赃物时，应选用酸性焊条。在保证焊缝品质的前提下，应尽量选用成本低、劳动条件好的焊条。无特殊要求时应尽量选用焊接技术性能好的酸性焊条。,3、手工电弧焊的特点手工电弧焊的设备简单，操作灵活，能进行全位置焊接，能焊接不同的接头、不规则焊缝。但生产效率低，焊接品质不够稳定，对焊工操作技术要求较高，劳动条件差。手工电弧焊多用于单件小批生产和修复，一般适用于2mm以上各种常用金属的焊接。,二、埋弧自动焊 埋弧自动焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。1、焊接过程焊接时，送丝机构将焊丝自动送入电弧区，并保证选定的弧长，电弧在颗粒状熔剂（焊剂）层下燃烧。焊机带着焊丝相对工件均匀移动，焊剂从漏斗中不断流出撒在被焊部位。,1-自动焊机头;2-焊丝;3-焊丝盘;4-导电嘴;5-焊剂;6-焊接漏斗;7-工件;8-焊缝;9-渣壳,2、焊丝与焊剂埋弧自动焊的焊丝同手工电弧焊焊芯的作用一样，其成分标准也相同。常用焊丝牌号有H08A、H08MnA和H10Mn等。焊剂与焊条药皮的作用也相同，在焊接过程中起稳弧、保护、脱氧、渗合金等作用。按制造方法分为熔炼焊剂、陶质焊剂和烧结焊剂。目前我国使用的焊剂多为熔炼焊剂。,国产焊剂作用范围及配用焊丝,3、埋弧自动焊的特点及应用（1）特点埋弧自动焊与手工电弧焊相比有以下特点：生产率高 生产率比手工电弧焊高5-10倍。焊接品质高而且稳定 节省金属材料 劳动条件好但是埋弧自动焊的灵活性差，只能焊接长而规则的水平焊缝，不能焊短的、不规则焊缝和空间焊缝，也不能焊薄的工件。焊接过程中，无法观察焊缝成形情况，因而对坡口的加工、清理和接头的装配要求较高。埋弧自动焊设备较复杂，价格高，投资大。,（2）应用埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等中厚板(6-60mm)结构的长焊缝及直径大于250mm环缝的平焊，生产批量越大，经济效果越佳。,三、气体保护电弧焊气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。在气体保护电弧焊中，用作保护介质的气体有氩气和二氧化碳。CO2虽具有一定氧化性，但其价廉易得，且对不易氧化的低碳钢仍然具有很好的保护作用，所以，它的应用也较普遍。,1、氩弧焊 氩弧焊是使用氩气为保护气体的电弧焊。氩弧焊按所用电极不同，分为熔化极氩弧焊和不熔化极(或钨极)氩弧焊。,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送丝滚轮,（1）不熔化极氩弧焊钨极氩弧焊(TIG)不熔化极氨弧焊以高熔点的钨(或钨合金)棒作为电极，焊接时，钨棒不熔化，只起导电产生电弧的作用。焊丝只起填充金属作用，从钨极前方向熔池中添加，焊接方式既可手工操作，也可自动化操作。通常适用于焊接厚度为0.5-6mm的薄壁工件。采用直流电流正接法：用于焊接低合金钢、不锈钢、耐热钢、钛合金等。采用交流电源：用于焊接铝、镁合金(具有“阴极破碎”作用)；“阴极破碎”作用利用钨极射向焊件的正离子撞击工件表面，使焊件表面形成的高熔点氧化物(Al2O3,MgO)膜破碎而去除。,（2）熔化极氩弧焊(MIG)用焊丝作电极，焊丝熔化后作焊缝填充金属，可用较大的电流，熔深较大，生产率高，适用于焊接厚度为325mm的工件。（3）氩弧焊的特点焊缝品质好，成形美观；能量集中，热影响区小，应力、变形倾向小；操作性能好可适应各种焊位，便于实现自动化焊接；适于焊接易氧化金属最适于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属以及锆、钽、钼等稀有金属；焊接成本高氩气成本较高，不宜在室外焊接。,（4）应用目前，氩弧焊主要用于焊接易氧化的非铁金属(如铝、镁、锡、钛及合金)和稀有金属，以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。焊件的厚度一般25mm。,2、CO2气体保护焊利用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊称为二氧化碳气体保护焊。它以连续送进的焊丝作为电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化金属与焊丝，以自动或半自动方式进行焊接。二氧化碳气体保护焊分为细丝二氧化碳气体保护焊（焊丝直径0.51.2mm,用得较多，主要用于焊接0.84.0mm的薄板）和粗丝二氧化碳气体保护焊（焊丝直径1.65.0mm，多用于焊325mm厚的钢板）。,焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送进，CO2气体以一定流量从环行喷嘴中喷出。电弧引燃后，焊丝末端、电极及熔池被CO2气体所包围，使之与空气隔绝，起到保护作用。,CO2是最经济的焊接保护气体CO2气体在高温下要分解，具有氧化性。焊接低碳钢和低合金结构钢用CO2作保护气体，可有效地隔离空气中的氮气。采用硅锰合金焊丝(H08MnSiA，H08Mn2SiA)对焊缝渗合金、脱氧、脱硫，可阻止CO2气体对金属的氧化，保证焊缝质量。焊接低碳钢使用合金钢焊丝如H08MnSiA，焊接普通低合金钢使用H08Mn2SiA焊丝。,CO2保护焊的特点 焊接成本低(约为手弧焊的40%)；生产率高(约为手弧焊的25倍)；焊接质量好(焊缝含气量低，热影响区较小)；能全位焊，易于实现焊接过程的自动化；焊缝表面粗糙，粗丝CO2焊飞溅大；不能焊易氧化的有色金属和合金钢。,应用CO2气体保护焊广泛应用于造船、汽车制造、工程机械等工业部门，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢构件，也可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的焊补等。但是，CO2焊不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。,四、电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热作为热源的一种熔化焊接的方法。跟据焊接时使用电极的形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔咀电渣焊等。,1、电渣焊的焊接过程 焊接时，先将颗粒焊剂放入焊接接头的间隙，然后送入焊丝，焊丝同引弧板接触后引燃电弧。电弧将不断加入的焊剂熔化成熔渣，当熔渣液面升高到一定高度，形成渣池。渣池形成后，迅速将电极(焊丝)埋入渣池中，并降低焊接电压，使电弧熄灭，进行电渣焊过程。,1-工件;2-冷却铜块;3-引弧板;5-凝固层;6-熔池;7-熔渣;8-引出板;9-焊丝;10-直流电源,2、电渣焊的特点及应用 生产效率高，成本低 焊接品质好 焊接应力小 热影响区大，晶粒粗大。电渣焊主要用于焊接厚度大于30mm的厚大件。适合于低碳钢、普通低合金钢、中碳钢和合金结构钢的焊接。目前电渣焊是制造大型铸焊、锻焊复合结构的重要技术方法。例如制造大吨位压力机、大型机座、水轮机转子和轴等。,五、电子束焊、激光束焊 1、电子束焊 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束，轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。2、激光束焊 激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法。,特点：1）焊缝金属纯度高，无气孔和夹杂。2）焊接热影响区小，不变形。3）焊接时不加填充金属、不开坡口。4）焊接过程的控制灵活，适应性好。,真空电子束焊接示意图,激光焊接示意图,特点：1）速度快，生产率高 2）不需气体保护 3）热影响区小、不变形 4）焊接材料广泛 5）可通过透明材料璧进行聚焦；6）适合微型元件的焊接,六、气焊气焊是利用可燃气体乙炔(C2H2)和氧气温合燃烧时所产生的高温火焰作为热源的熔化焊接方法。气焊时，熔焊所需热量是通过氧气和乙炔在特制的氧炔焊矩(或焊枪)中混合燃烧而产生的。改变氧气和乙快的比例可获得三种类型的火焰。中性焰、氧化焰(氧气过量)以及碳化焰(乙炔过量)。中性焰近乎完全燃烧适用于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢、纯铜和铝合金等材料。氧化焰的氧气与乙炔混合的体积比大于1.2,由于燃烧时有过剩氧气，对金属熔池有氧化作用，降低了焊缝品质，故只适用于焊接黄铜。碳化焰的氧气和乙快混合的体积比小于1.0，由于有乙炔过剩，故适用于焊接高碳钢、硬质合金、焊补铸铁等。气焊主要用于野外维修工作，气焊在很大程度上已被电焊所代替。,523 压 焊,在焊接过程中，对焊件施加一定压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。压力焊的主要方法有：电阻焊和摩擦焊两类。一、电阻焊电阻焊是利用电流通过焊件时产生的电阻热，作为热源，加热焊件，在压力下进行焊接的。电阻焊接头的形状不同分为点焊，缝焊和对焊等。,1、点焊点焊是利用上、下电极对焊件施加压力，通电加热在压力下成形焊接的。（1）焊点的形成过程用两柱状电极压紧工件通电接触面发生点状熔化(熔核)断电，在压力下完成一个焊点的结晶过程。多用于薄板的非密封性连接。,（2）点焊分流现象焊接第二点时，一部分电流会流经旁边已焊好的焊点，这称为点焊分流现象。分流会使实际的焊接电流减小，影响焊接质量。两个焊点之间保持一定的距离可以减弱分流现象。,（3）点焊方式,（4）应用目前，点焊已广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳和日常生活用品的生产之中。可焊接低碳钢、不锈钢、钢合金、铝镁合金等。主要适用于厚度为4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。,2、缝焊 缝焊的特点是在被焊工件的接触面之间形成多个连续重叠的焊点。缝焊过程与点焊类似，可以看成连续的点焊。缝焊在焊接过程中分流现象严重，一般只适用于焊接3mm以下的薄板焊件。缝焊件表面光滑美观，气密性好。目前主要用于制造要求密封性的薄壁结构，加油箱、小型容器和管道等。,3、对焊对焊是把焊件装配成对接的接头，使其端面紧密接触，利用电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。根据焊接过程不同，又可分为电阻对焊和闪光对焊。,（1）电阻对焊 在电极夹具中装工件并夹紧加压，使两个工件紧密接触通电流接触电阻热加热接触面到塑性状态切断电流增加压力形成接头。,电阻对焊操作简便，接头外形较光滑，但焊前对被焊工件表面清理工作要求较高，高温端面易发生氧化夹渣，品质不易保证。电阻对焊主要用于断面简单的圆形、方形等截面小的金属型材的焊接。,（2）闪光对焊 闪光对焊的焊接过程如下：在电极夹具中装工件并夹紧使工件不紧密地接触，真正接触的是一些点通电流接触点受电阻热熔化及气化液体金属发生爆裂，产生火花与闪光继续移动工件连续产生闪光端面全部熔化迅速加压工件切断电流工件在顶锻压力下产生塑性变形形成接头。,1固定电极；2可移动电极；3焊件,闪光焊的特点及应用 焊接质量好，生产率高；可焊同种金属或异种金属(钢-钢、铜-钢、铝-钢、铝-铜等)；可焊直径为0.01mm的金属丝和断面为上万平方毫米的金属棒、管或异型材料。多用于焊接重要管道、钢轨、锚链、刀具、钢筋等。对焊要求焊件截面形状应尽量相同，圆棒直径、方料边长、管子壁厚之差不应超过15%。,二、摩擦焊摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到塑性状态，然后在压力下使金属连接在一起的焊接方法。1、摩擦焊焊接过程先把两工件同心地安装在焊机的夹头上，加一定压力使两工件紧密接触，然后使工件1高速旋转，工件2随之向工件1方向移动，并施加一定的轴向压力，两工件接触端有相对运动，发生了摩擦而产生热，在压力、相对摩擦的作用下，原来覆盖在焊接表面的异物迅速破碎并挤出焊接区，露出纯净的金属表面。随着焊缝区金属塑性变形的增加，焊接表面很快被加热到焊接温度，这时，立即刹车，同时对接头施加较大的轴向压力进行顶锻，使两焊件产生塑性变形而焊接起来。,2、摩擦焊的特点及应用。特点：焊接接着品质好且稳定。焊接生产率高。可焊材料种类广泛。焊机设备简单，功率小，电能消耗少。应用摩擦焊广泛应用于圆形工件、棒料及管子的对接，可焊实心焊件的直径为2100mm以上，管子外径可达几百毫米。,524 钎焊,钎焊是采用熔点比母材低的金属作钎料，将焊件加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，使钎料填充接头间隙，与母材产生相互扩散，冷却后实现连接焊件的方法。,一、钎焊的过程1、钎焊过程将表面清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，把钎料放在装配间隙内或间隙附近，然后加热，使钎熔化并借助毛细管作用被吸入和充满固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内进行相互扩散，凝固后即形成钎焊接头。2、钎剂的作用钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎剂是钎焊时使用的溶剂，它的作用是清除被焊金属表面的氧化膜及其他杂质，改善钎料对焊件的湿润性，保护钎料及焊件免于氧化。3、钎焊的加热方法主要有火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热，其中烙铁加热温度很低，一般只运用于软钎焊。,2、钎焊的分类（1）硬钎焊是使用熔点高于450度的钎料进行的钎焊。常用的硬钎焊有铜基、银基、铝基合金。硬钎焊使用的钎剂主要有硼砂、硼酸、氟化物、氮化物等。硬钎焊接头强度较高(200MPa)，工作温度也较高，常用于焊接受力较大或工作温度较高的焊件。如车刀上硬质合金刀片与刀杆的焊接。（2）软钎焊是使用熔点低于450度的钎料进行的钎焊。常用的软钎料有锡金和锌铝合金。软钎剂主要有松香、氧化锌镕液等。软钎焊接头强度低，用于无强度要求的焊件，如各种仪表中线路的焊接。,3、钎焊的特点及应用优点：钎焊只需要填充金属熔化，因此焊件加热温度较低，焊件的应力和变形较小，对材料的组织和性能影响较小，易于保证焊件的尺寸。钎焊还可以连接不同的金属，或金属与非金属的焊件，设备简单。缺点：接头强度较低，钎焊接头工作温度不高，钎焊前对焊件的清洗和装配工作都要求较严；成本较高。应用：适宜于小而薄，且精度要求高的零件，广泛应用于机械、仪表、电机、航空、航天等部门。,525 常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性1、金属的焊接性的基本概念：指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。2、衡量焊接性的主要指标有两个：一是在一定的焊接技术条件下接头产生缺陷，尤其是裂纹的倾向或敏感性；二是焊接接头在使用中的可靠性。,金属材料的焊接性与母材的化学成分、厚度、焊接方法及其他技术条件密切相关。同一种金属材料采用不同的焊接方法、焊接材料、技术参数及焊接结构形式，其焊接性有较大差别。如铝及铝合金采用手工电弧焊焊接时，难以获得优质焊接接头，但如采用氩弧焊焊接则焊接接头品质好，此时焊接性好。,3、焊接性的评定影响金属材料焊接性的因素很多，焊接性的评定一般是通过估算或试验方法确定。通常用碳当量法和冷裂纹敏感系数法。（1）碳当量法碳当量是把钢中合金元素（包括碳）含量按其对淬硬、冷裂及脆化等的影响换算成碳的相当含量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标，用符号表示。,国际焊接学会推荐的碳钢和低碳钢适用的碳当量计算公式可表示为：,式中各元素的含量都取其成分范围的上限。碳当量越大，钢材的焊接性越差。根据实践经验：当04时，钢的工艺焊接性良好；在0406时，钢的工艺焊接性中等。06时，钢的工艺焊接性较差。,（2）冷裂纹敏感系数法 由于碳当量法仅考虑了钢材的化学成分，忽略了焊件板厚，焊缝含氢量等其他影响焊接性的因素，因此，无法直接判断冷裂纹产生的可能性大小。由此提出了冷裂纹敏感系数的概念，其计其式为：,式中：h板厚；H焊缝金属扩散氢含量。冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。,二、低碳钢的焊接通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，各种方法都容易获得优质焊接接头。在低温下焊接刚性较大的低碳钢结构时，应考虑采取焊前预热，以防止裂纹的产生。厚度大于50mm的低碳钢结构或压力容器等重要构件，焊后要进行去应力退火处理。电渣焊的焊件，焊后要进行正火处理。,三、中、高碳钢的焊接1、焊接碳钢时的主要问题是：（1）焊缝易形成气孔；（2）缝焊及焊接热影响区易产生碎硬组织和裂纹。2、采取的技术措施：（1）焊前预热，焊后缓冷。（2）尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强度等级低的一些焊条。（3）选择合适的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。,四、普通低合金钢的焊接由于我国低合金钢含碳量低，且大部分含有一定的锰量，因此产生裂纹的倾向不大。焊接高强度等级的低合金钢采取的技术措施是：严格控制焊缝含氢量。焊前预热，一般预热温度150。,五、奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊接时一般不需要采取特殊技术措施，主要防止晶界腐蚀和热裂纹。1、防止焊接接头的晶界腐蚀，应该采取的技术措施是：合理选择母材；选择超低碳焊条；采取合理的焊接过程和规范；焊后进行热处理。,2、防止焊接接头热裂纹，一般应采取的措施是：减少杂质来源，避免焊缝中杂质的偏析和聚集；加入一定量的铁素体形成元素，如Mo、Nb等，使焊缝成为奥氏体+铁素体双相组织，防止柱状晶的形成；采取合理的焊接过程和规范。奥氏体不锈钢焊接方法主要有手工电弧焊、手工钨极氩弧焊、埋弧焊等。,六、铸铁的焊补1、铸铁焊补的主要困难焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊后很难进行机械加工。焊接接头易产生裂纹，铸铁焊补时，其危害性比白口组织大。在焊缝易出现气孔。2、铸铁的分类焊补热焊：焊前把焊件整体或局部预热到600-700，焊接过程温度不低于400，焊后使焊件缓慢冷却的技术方法称之为热焊。冷焊：焊前不预热或采取低温度(400以下)预热的焊补方法。,七、铝及铝合金的焊接1、焊接特点：易氧化易形成气孔易变形、开裂操作困难2、焊接过程措施及焊接常用氩弧焊、气焊、电阻焊和钎焊等方法。,八、铜及铜合金的焊接1、焊接特点：难熔合易变形开裂易形成气孔和产生氢脆2、焊接方法及技术特点导热性强、易氧化、易吸氢是焊接铜及其合金时应解决的主要问题。目前焊接铜及其合金较理想的方法是氩弧焊。对品质要求不高时，也常采用气焊，手工电弧焊和钎焊等。,