机械制造基础之焊接技术.ppt

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1、机 械 制 造 基 础,第4章 焊接,4.1概述,焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。,1、焊接方法的分类,焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊三大类。,2、焊接方法的主要特点,节省材料，减轻重量，焊接的金属结构件可比铆接节省材料1025；适应性强。满足特殊连接要求。降低劳动强度，改善劳动条件。,3、焊接方法在工业生产中主要应用,制造金属结构件 制造机器零件和工具 修复,4.2手工电弧焊,手工电弧焊按电极材料的不同可分为：熔化极手工电弧焊非熔化极手工电弧焊,1、手工电弧焊工作原理,右图为手工电弧焊示意图

2、，图中的电路是以弧焊电源为起点，通过焊接电缆、焊钳、焊条、工件、接地电缆形成回路。在有电弧存在时形成闭合回路，形成焊接过程。焊条和工件在这里既作为焊接材料，也作为导体。焊接开始后，电弧的高热瞬间熔化了焊条端部和电弧下面的工件表面，使之形成熔池，焊条端部的熔化金属以细小的熔滴状过渡到熔池中去，与母材熔化金属混合，凝固后成为焊缝。,手工电弧焊所用的设备需根据焊条和被焊材料选取。电源分为交流电和直流电两种。使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，应优先考虑选用价格低廉、维修方便的交流弧焊机；使用碱性焊条焊接高压容器、高压管道等重要钢结构，或焊接合金钢、有色金属、铸铁时，则应选用直流弧焊机。当采用某些碱性药

3、皮焊条时，如结507时，必须选用直流焊接电源，而且要注意此时应将电焊机的负极接工件，正极接焊条，称为直流反接法；反之称为正接法。如图所示。,（a）正接法（b）反接法,2、焊接电弧,焊接电弧是指发生在电极与工件之间的强烈、持久的气体放电现象。,（1）电弧的引燃,电弧是一种气体导电现象。气体在一般情况下是不导电的，要使气体导电，须将两个电极之间的气体电离，即将中性气体粒子分解为带电粒子，并在两电极间产生一定的电压，使这些带电离子在电场作用下做定向运动，两个电极间的气体中就能连续不断地通过很大的电流，从而形成连续燃烧的电弧。电极间的带电粒子可以通过阴极的电子发射与电极间气体的不断电离得到补充。电弧放

4、电时，产生大量的热量，同时发出强烈的弧光。,焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触，发生短路。强大的短路电流流经少数几个接触点，致使接触点处温度急剧升高并熔化，甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电粒子的定向运动形成了焊接电弧。,（2）电弧的组成,焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。在钢焊条的电弧中，电弧弧柱区的温度高达5000K以上；阴极区和阳极区的温度较低，分别约为2400K和2600K。阴极区和阳极区的几何长度很小，仅

5、为10-510-4cm。,3、焊缝的形成（1）焊缝的形成过程,焊接时，在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，再在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了熔池。由于焊接时焊条倾斜，在电弧的吹力作用下，熔池的金属被排向熔池后方，这样电弧就能不断地使深处的被焊金属熔化，达到一定的熔深。焊条药皮熔化过程中会产生某种气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔池的周围，起到隔绝空气的作用。液态熔渣浮在液体金属表面，起保护液体金属的作用。此外，熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。,4.2.3焊条 1.焊条组成和作用,焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是金属丝，药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。,焊芯的作用：一是作为电

6、极传导电流，二是熔化后作为填充金属与母材形成焊缝。药皮的作用：一是改善焊接工艺性，如药皮中含有稳弧剂，使电弧易于引燃和保持燃烧稳定。二是对焊接区起保护作用。药皮中含有造渣剂、造气剂等，造渣后熔渣与药皮中有机物燃烧产生的气体对焊缝金属起双重保护作用。三是起有益的冶金化学作用。药皮中含有脱氧剂、合金剂、稀渣剂等，使熔化金属顺利地进行脱氧、脱硫、去氢等冶金化学反应，并补充被烧损的合金元素。,2.焊条的分类,焊条按用途不同分为十大类：结构钢焊条，钼和铬钼耐热钢焊条，低温钢焊条，不锈钢焊条，堆焊焊条，铸铁焊条，镍及镍合金焊条，铜及铜合金焊条，铝及铝合金焊条，特殊用途焊条等。其中结构钢焊条分为碳钢焊条和低

7、合金钢焊条两部分。,结构钢焊条按药皮性质不同可分为酸性焊条酸性焊条的药皮中含有多量酸性氧化物（如SiO2，MnO2等）碱性焊条碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物（如CaO等）和萤石（CaF2）。由于碱性焊条药皮中不含有机物，药皮产生的保护气体中氢含量极少，所以又称为低氢焊条。,3.焊条型号与牌号,焊条型号是国家标准中规定的焊条代号。焊接结构生产中应用最广的碳钢焊条和低合金钢焊条，相应的国家标准为GB/T5117-1995和GB/T5118-1995。标准规定，碳钢焊条型号由字母“E”和四位数字组成。如“E4303”，其含义如下：,E 43 0 3,4.焊条的选用原则,等强度原则：焊接低碳钢和低合

8、金钢时。一般应使焊缝金属与母材等强度，即选用与母材同强度等级的焊条。同成分原则：焊接耐热钢、不锈钢等金属材料时，应使焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相同或相近，即按母材化学成分选用相应成分的焊条。抗裂缝原则：焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的焊接结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。抗气孔原则：受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。低成本原则：在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条。,此外，应根据焊件的厚度、焊缝位置等条件，选用不同直径的

9、焊条。一般焊件愈厚，选用焊条的直径就愈大。,4.2.4焊接接头的金属组织与性能 1.焊接工件上温度的变化与分布,在焊接过程中，焊缝区的金属都是由常温状态开始被加热到较高的温度，然后再逐渐冷却到常温。但随着各点金属所在位置的不同，其最高加热温度是不同的。由于各点离焊缝中心距离不同，所以各点的最高温度不同。又因热传导需要一定时间，所以各点是在不同时间达到该点最高温度的。,2.焊接接头金属组织与性能的变化,焊缝以及其周围受不同程度加热和冷却的母材是焊缝的热影响区，总称为焊接接头。,1）焊缝金属,因结晶是从熔池底壁的半熔化区开始逐次进行的，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析集中在焊缝中心区，将影响焊缝的

10、力学性能，因此对焊条或其他焊接材料应慎重选用。焊接时，熔池金属受电弧吹力和保护气体吹动，使熔池底壁的柱状晶体成长受到干扰，因此柱状晶体呈倾斜层状，晶粒有所细化。又因焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能比基本金属高，所以焊缝金属的性能可不低于基本金属。,2）焊接热影响区,是指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域。由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区等。,熔合区 是焊缝和基本金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间，焊接过程中母材部分熔化，所以也称为半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因加热温度过高而成为过热粗晶。

11、在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄（约0.11mm），但因强度、塑性和韧性都下降，而此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定着焊接接头的性能。,过热区 被加热到Ac3以上100200C至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因而过热区的塑性及韧性降低。对于易淬火硬化钢材，此区脆性更大。正火区 被加热到Ac3至Ac3以上100200C区间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其机械性能优于母材。部分相变区 相当于加热到Ac1Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发生重结晶，使晶粒细化；部分铁素体来不及转变，冷却后晶粒大小不匀，因此力学性能稍差。,4.2.5焊

12、接应力与变形,金属构件在焊接以后，总要发生变形和产生焊接应力，且二者是彼此伴生的。焊接应力的存在，对构件质量、使用性能和焊后机械加工精度都有很大影响，甚至导致整个构件断裂；焊接变形不仅给装配工作带来很大困难，还会影响构件的工作性能。变形量超过允许数值时必须进行矫正，矫正无效时只能报废。因此，在设计和制造焊接结构时，应尽量减小焊接应力和变形。,（1）焊接应力与变形的产生原因,焊接过程中，对焊接件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。,（2）焊接变形的基本形式,常见的焊接变形有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等五种形式。,收缩变形是由于焊缝金属沿纵向和横向的焊后收缩而

13、引起的；角变形是由于焊缝截面上下不对称，焊后沿横向上下收缩不均匀而引起的；弯曲变形是由于焊缝布置不对称，焊缝较集中的一侧纵向收缩较大而引起的；扭曲变形常常是由于焊接顺序不合理而引起的；波浪变形则是由于薄板焊接后焊缝收缩时，产生较大的收缩应力，使焊件丧失稳定性而引起的。,（3）减少焊接应力与变形的措施,除了设计时应考虑之外，可采取一定的工艺措施，有预留变形量、反变形法、刚性固定法、锤击焊缝法、加热“减应区”法等。重要的是，选择合理的焊接顺序，尽量使焊缝自由收缩。焊前预热和焊后缓冷也很有效。,4.3其它焊接方法 4.3.1埋弧自动焊,通过保持在光焊丝和工件之间的电弧将金属加热，使被焊件之间形成刚性

14、连接。按自动化程度的不同，埋弧焊分为半自动焊（移动电弧由手工操作）和自动焊。这里所指的埋弧焊都是指埋弧自动焊，半自动焊已基本上由气体保护焊代替。,1）埋弧自动焊的焊接过程,2）埋弧自动焊的特点及应用,焊接质量好 焊接过程能够自动控制。各项工艺参数可以调节到最佳数值。焊缝的化学成分比较均匀稳定。焊缝光洁平整，有害气体难以侵入，熔池金属冶金反应充分，焊接缺陷较少。生产率高 焊丝从导电嘴伸出长度较短，可用较大的焊接电流，而且连续施焊的时间较长，这样就能提高焊接速度。同时，焊件厚度在14mm以内的对接焊缝可不开坡口，不留间隙，一次焊成，故其生产率高。节省焊接材料 焊件可以不开坡口或开小坡口，可减少焊缝

15、中焊丝的填充量，也可减少因加工坡口而消耗掉的焊件材料。同时，焊接时金属飞溅小，又没有焊条头的损失，所以可节省焊接材料。易实现自动化，劳动条件好，劳动强度低，操作简单。,埋弧自动焊的缺点是：适应性差，通常只适用于水平位置焊接直缝和环缝，不能焊接空间焊缝和不规则焊缝，对坡口的加工、清理和装配质量要求较高。埋弧自动焊通常用于碳钢、低合金结构钢、不锈钢和耐热钢等中厚板结构的长直缝、直径大于300mm环缝的平焊。此外，它还用于耐磨、耐腐蚀合金的堆焊、大型球墨铸铁曲轴以及镍合金、铜合金等材料的焊接。,4.2.2气体保护电弧焊,气体保护焊是指用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。气体保护焊是明弧

16、焊接，焊接时便于监视焊接过程，故操作方便，可实现全位置自动焊接，焊后还不用清渣，可节省大量辅助时间，大大提高了生产率。另外，由于保护气流对电弧有冷却压缩作用，电弧热量集中，因而焊接热影响区窄，工件变形小，特别适合于薄板焊接。,（1）氩弧焊,氩气是一种惰性气体，在高温下，它不与金属和其他任何元素起化学反应，也不熔于金属，因此保护效果良好，所焊接头质量高。按使用的电极不同，氩弧焊可分为不熔化极氩弧焊即钨极氩弧焊（TIG焊）和熔化极氩弧焊（MIG）两种,氩弧焊是以氩(Ar)气作为保护气体的气体保护电弧焊。,1）钨极氩弧焊（TIG焊）,常采用熔点较高的钍钨棒或铈钨棒作为电极，焊接过程中电极本身不熔化，

17、故属不熔化极电弧焊。钨极氩弧焊又分为手工焊和自动焊两种。焊接时填充焊丝在钨极前方添加。当焊接薄板时，一般不需开坡口和加填充焊丝。,钨极氩弧焊的电流种类与极性的选择原则是：焊接铝、镁及其合金时，采用交流电；焊其他金属采用直流正接。由于钨极的载流能力有限，其电功率受到限制，所以钨极氩弧焊一般只适于焊接厚度小于6mm的工件。,2）熔化极氩弧焊（MIG）,熔化极氩弧焊是以连续送进的焊丝作为电极，电弧产生在焊丝与工件之间，焊丝不断送进，并熔化过渡到焊缝中去，因而焊接电流可大大提高。熔化极氩弧焊可分为半自动焊和自动焊两种，一般采用直流反接法。,（2）C02气体保护焊,CO2气体保护焊是利用廉价的CO2气体

18、作为保护气体的电弧焊。它是利用焊丝作电极，焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送出。电弧在焊丝与工件之间发生。CO2气体从喷嘴中以一定的流量喷出，包围电弧和熔池，从而防止空气对液体金属的有害作用。CO2保护焊可分为自动焊和半自动焊。目前应用较多的是半自动焊。,由于CO2气体是氧化性气体，高温时可分解成CO和氧原子，易造成合金元素烧损、焊缝吸氧，导致电弧稳定性差、飞溅较多、弧光强烈、焊缝表面成形不够美观等缺点。若控制或操作不当，还容易产生气孔。为保证焊缝的合金元素，须采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。,CO2气体保护焊除具有前述的气体保护焊的那些优点外，还有焊缝含氢量低，抗裂性

19、能好；CO2气体价格便宜、来源广泛，生产成本低等优点。,4.3.3气焊和气割 1.气焊,气焊是利用气体火焰作热源的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊，利用氧乙炔焰进行焊接。,乙炔(C2H2)为可燃气体，氧气为助燃气体。乙炔和氧气在焊炬中混合均匀后从焊嘴喷出燃烧，将焊件和焊丝熔化形成熔池，冷却凝固后形成焊缝。气焊时气体燃烧，产生大量的CO2、CO、H2气体笼罩熔池，起到保护作用。气焊使用不带药皮的光焊丝作填充金属。,气焊设备简单、操作灵活方便、不需电源，但气焊火焰温度较低（最高约3150C），且热量较分散，生产率低，工件变形大，所以应用不如电弧焊广泛。主要用于焊接厚度在3mm以下的薄钢板，铜、铝等有色

20、金属及其合金，低熔点材料以及铸铁焊补等。气焊设备由氧气瓶、乙炔瓶、减压器、回火保险器及焊炬等组成。,2.气割,气割是利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的加工方法。气割使用的气体和供气装置可与气焊通用。,气割时，先用氧-乙炔焰将金属加热到燃点，然后打开切割氧阀门，放出一股纯氧气流，使高温金属燃烧。燃烧后生成的液体熔渣，被高压氧流吹走，形成切口。金属燃烧放出大量的热，又预热了待切割的金属。所以气割过程是予热燃烧吹渣形成切口不断重复进行的过程。气割所用的割炬与焊炬有所不同，多了一个切割氧气管和切割氧阀门。,符合下列条件的金属才能进行气割：金属的燃点应低于本身的熔点，否则变为熔割，使切割质量降低，

21、甚至不能切割。碳素钢和低合金结构钢具有很好的气割性能。但气割铸铁时，因其燃点高于熔点，且渣中有大量的粘稠的SiO2防碍切割进行。金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。否则高熔点的氧化物会阻碍着下层金属与氧气流接触，使气割无法继续进行。另外，气割时所产生的氧化物应易于流动。又如气割铝和不锈钢，因存在高熔点Al2O3和Cr2O3膜，故亦不能用一般气割方法切割。金属的导热性不能太高，否则使气割处的热量不足，造成气割困难。金属在燃烧时所产生的大量热能应能维持气割的进行。,4.4常用金属材料的焊接 4.4.1碳钢的焊接1.低碳钢的焊接,低碳钢的焊接性良好，焊接时一般不需要采取特殊的工艺措施，用各种焊接方

22、法都能获得优质焊接接头。只有厚大结构件在低温下焊接时，才应考虑焊前预热，如20mm以下板厚、温度低于零下10或板厚大于50mm、温度低于0，应预热100150。,低碳钢结构件焊条电弧焊时，根据母材强度等级，一般选用酸性焊条E4303（J422）、E4320（J424）等；承受动载荷、结构复杂的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4215（J427）、E4316（J426）等。埋弧焊时，一般选用焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。采用电渣焊时，焊后应进行正火处理。沸腾钢焊接时裂纹倾向大，不宜作为焊接结构件，应改用镇静钢。,2.中、高碳钢焊接,中碳钢焊接时，热影响区组织淬硬倾向增大，较易出

23、现裂纹和气孔，为此要采取一定的工艺措施。如35、45钢焊接时，焊前应预热150250。根据母材强度级别，选用焊条E5015（J507）、E5016（J506）、E5515（J557）、E5516（J556）等（代表后缀字母，表示熔敷金属化学成分分类的代号）。为避免母材过量熔入焊缝中导致碳含量升高，要开坡口并采用细焊条，小电流，多层焊等工艺。焊后缓冷，并进行600650回火，以消除应力。,高碳钢碳当量数值在0.60%以上,淬硬倾向大,易出现各种裂纹和气孔,焊接性差,一般不用来制作焊接结构,只用于破损工件的焊补。焊补时通常采用焊条电弧焊或气焊，焊条选用E6015（J607）、E7015（J707）

24、等，预热250350，焊后缓冷，并立即进行650以上高温回火，以消除应力。中、高碳钢焊条电弧焊时，若焊件无法预热，应选用奥氏体不锈钢焊条进行焊接。,4.4.2低合金结构钢的焊接 1.强度用钢焊接,低、中碳调质钢的碳当量数值在0.45%以上，焊接时热影响区产生淬硬组织倾向较大，易产生冷裂纹，且钢的强度级别越高，冷裂倾向越大。因此，焊接前应预热。由于中碳调质钢的焊接性比低碳调质钢差，所以预热温度应更高，约为200350。焊接强度用钢的常用方法有焊条电弧焊、埋弧焊和CO2焊等。钨极氩弧焊可用于要求全焊透的管形工件的打底焊。焊接厚板工件如厚壁压力容器，可采用电渣焊。,2.不锈钢焊接,奥氏体型不锈钢如0

25、Cr18Ni9等，虽然Cr，Ni元素含量较高，但C含量低，焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施，因此它在不锈钢焊接中应用最广。焊条电弧焊、埋弧焊、钨极氩弧焊时，焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同。焊接时采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速，接触腐蚀介质的表面应最后施焊。铁素体型不锈钢如1Cr17等，焊接时热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化，使焊接接头的塑、韧性急剧下降甚至开裂。因此，焊前预热温度应在150以下，并采用小电流、快速焊等工艺，以降低晶粒粗大倾向。,马氏体型不锈钢焊接时，因空冷条件下焊缝就可转变为马氏体组织，所以焊后淬倾向大，易出现冷裂纹。如果碳含量较高，淬硬

26、倾向和冷裂纹现象更严重。因此，焊前预热温度200400，焊后要进行热处理。如果不能实施预热或热处理，应选用奥氏体不锈钢焊条。铁素体型不锈钢和马氏体型不锈钢焊接的常用方法是焊条电弧焊和氩弧焊。,4.4.4铸铁的焊补,铸铁中C、Si、Mn、S、P的含量比碳钢高，焊接性能差，不能作为焊接结构件，但对铸铁件的局部缺陷进行焊补很有经济价值。,铸铁焊补的主要问题有两个：一是焊接接头易生成白口组织和淬硬组织，难以机加工；二是焊接接头易出现裂纹。根据焊前预热温度，将铸铁焊补分为不预热焊法和热焊法两种。,4.4.5非铁金属的焊接1.铝及铝合金的焊接,目前，氩弧焊是焊接铝及铝合金最理想的熔焊方法。为保证焊接质量，

27、焊前要严格清洗焊件、焊丝，并一定要干燥后再焊，否则焊缝中易出现气孔。焊接时尽量选用与母材化学成分相近的专用焊丝。若没有专用焊丝也可从母材上切下窄条替代焊丝（钨极氩弧焊和气焊时）。还可使用电阻焊、钎焊方法焊接铝材，但焊前必须清除焊件表面的氧化膜，电阻焊时要采用气焊，气焊时需使用焊剂去除氧化物，但焊剂同时也使工件焊后的耐腐蚀性下降，且气焊生产率低，工件变形大。,2.铜及铜合金的焊接,焊接铜和铜合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、埋弧焊和钎焊。氩弧焊是焊接铜和铜合金应用最广的熔焊方法。厚度小于3mm的工件采用TIG焊；厚度312 mm的工件采用填丝TIG焊或MIG焊；厚度大于12mm的工件一般采用MI

28、G焊。选用焊丝除满足一般工艺、冶金要求外，应注意控制其杂质含量和提高脱氧能力。气焊黄铜采用弱氧化焰，其他均采用中性焰，由于温度较低，除薄件外，焊前应将工件预热至400以上，焊后应进行退火或锤击处理。埋弧焊适用于中、厚板长焊缝的焊接，厚度20mm以上的工件焊前应预热，单面焊时背面应加成形垫板。铜及铜合金的钎焊性优良，硬钎焊时采用铜基钎料、银基钎料，配合硼砂、硼酸混合物等作为钎剂；软钎焊时可用锡铅钎料，配合松香、焊锡膏作为钎剂。,3.钛及钛合金的焊接,由于钛及钛合金化学性质非常活泼，极易出现多种焊接缺陷，焊接性差，所以主要采用氩弧焊，此外还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等。钛及钛合金极易吸收

29、各种气体，使焊缝出现气孔。过热区晶粒粗化或钛马氏体生成以及氢、氧、氮与母材金属的激烈反应，都使焊接接头脆化，产生裂纹。氢是使钛及钛合金焊接出现延迟裂纹的主要原因。3mm以下薄板钛合金的钨极氩弧焊焊接工艺比较成熟，但焊前的清理工作，焊接中工艺参数的选定和焊后热处理工艺都要严格控制。,4.5焊接结构工艺设计 4.5.1焊接结构生产工艺过程概述,各种焊接结构，其主要的生产工艺过程为：备料装配焊接焊接变形矫正质量检验表面处理（油漆、喷塑或热喷涂等）。,备料：包括型材选择，型材外形矫正，按比例放样、划线，下料切割，边缘加工，成形加工（折边、弯曲、冲压、钻孔等）。装配：利用专用卡具或其他紧固件装置将加工好

30、的零件或部件组装成一体，进行定位焊，准备焊接。焊接：根据焊件材质、尺寸、使用性能要求、生产批量及现场设备情况选择焊接方法，确定焊接工艺参数，按合理顺序施焊。,2、焊接结构工艺设计,焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方面内容：焊缝布置焊接方法选择焊接接头设计,（1）焊缝布置,焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生产率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则：,1）焊缝应尽量处于平焊位置,各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位置施焊难度最大，不易

31、保证焊接质量。,2）焊缝要布置在便于施焊的位置,焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。设计时若忽略了这些问题，无法施焊。,3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形,尽量减少焊缝数量及长度,缩小不必要的焊缝截面尺寸；焊缝布置应避免密集或交叉；焊缝布置应尽量对称；,焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置；焊缝布置应避开机械加工表面,（2）焊接方法的选择,各种焊接方法都有其各自特点及适用范围，选择焊接方法时要根据焊件的结构形状及材质、焊接质量要求、生产批量和现场设备等，在综合分析焊件质量、经济性和工艺可能性之后，确定最

32、适宜的焊接方法。,常用焊接方法的特点及适用范围,选择焊接方法时应依据下列原则：,焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求 选择焊接方法时既要考虑焊件能否达到力学性能要求，又要考虑接头质量能否符合技术要求。,如点焊、缝焊都适于薄板轻型结构焊接，缝焊才能焊出有密封要求的焊缝。又如氩弧焊和气焊虽都能焊接铝材容器，但接头质量要求高时，应采用氩弧焊。又如焊接低碳钢薄板，若要求焊接变形小时，应选用CO2焊或点（缝）焊，而不宜选用气焊。,提高生产率，降低成本,若板材为中等厚度时，选择焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊均可，如果是平焊长直焊缝或大直径环焊缝，批量生产，应选用埋弧焊。如果是位于不同空间位置的短曲焊缝

33、，单件或小批量生产，采用焊条电弧焊为好。氩弧焊几乎可以焊接各种的金属及合金，但成本较高，所以主要用于焊接铝、镁、钛合金结构及不锈钢等重要焊接结构。焊接铝合金工件，板厚10mm采用熔化极氩弧焊为好，板厚6mm采用钨极氩弧焊适宜。若是板厚40mm钢材直立焊缝，采用电渣焊最适宜。,焊接现场设备条件及工艺可能性,选择焊接方法进，要考虑现场是否具有相应的焊接设备，野外施工有没有电源等。此外，要考虑拟定的焊接工艺能否实现。例如，无法采用双面焊工艺又要求焊透的工件，采用单面焊工艺时，若先用钨极氩弧焊（甚至钨极脉冲氩弧焊）打底焊接，更易于保证焊接质量。,（3）焊接接头设计,焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡

34、口形式设计。设计接头形式主要考虑焊件的结构形状和板厚、接头使用性能要求等因素。设计坡口形式主要考虑焊缝能否焊透、坡口加工难易程度、生产率、焊条消耗量、焊后变形大小等因素。,1）焊接接头形式设计,焊接接头按其结合形式分为对接接头、盖板接头、搭接接头、T形接头、十字形接头、角接接头和卷边接头等，如图所示。,其中常见的焊接接头形式有对接接头、搭接接头、角接接头和T形接头。,对接接头应力分布均匀，节省材料，易于保证质量，是焊接结构中应用较多的一种，但对下料尺寸和焊前定位装配尺寸要求精度高。锅炉、压力容器等焊件常采用对接接头。搭接接头不在同一平面，接头处部分相叠，应力分布不均匀，会产生附加弯曲力，降低了

35、疲劳强度，多耗费材料，但对下料尺寸和焊前定位装配尺寸要求精度不高，且接头结合面大，增加承载能力，所以薄板、细杆焊件如厂房金属屋架、桥梁、起重机吊臂等桁架结构常用搭接接头。点焊、缝焊工件的接头为搭接，钎焊也多采用搭接接头，以增加结合面。角接接头和T形接头根部易出现未焊透，引起应力集中，因此接头处常开坡口，以保证焊接质量，角接接头多用于箱式结构。对于12mm薄板，气焊或钨极氩弧焊时为避免接头烧穿又节省填充焊丝，可采用卷边接头。,2）焊接接头坡口形式设计,开坡口的根本目的是为使接头根部焊透，同时也使焊缝成型美观，此外通过控制坡口大小，能调节焊缝中母材金属与填充金属的比例，使焊缝金属达到所需的化学成分

36、。坡口的常用加工方法有气割、切削加工（车或刨）和碳弧气刨等。焊条电弧焊的对接接头、角接接头和T形接头中有各种形式的坡口，其选择主要取决于焊件板材厚度。,对接接头坡口形式设计 对接接头的坡口基本形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、带钝边U形坡口、带钝边双U形坡口、单边V形坡口、双单边V形坡口、带钝边J形坡口、带钝边双J形坡口等。此外，还有带垫板的I形坡口等。,角接接头坡口形式设计 角接接头的坡口基本形式有I形坡口、错边I 形坡口、Y形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双单边V形坡口等。,T形接头坡口形式设计 T形接头的坡口基本形式有：I形坡口、带钝边单边V形坡口、带钝边双单边V形坡口等。,焊条电

37、弧焊坡口形式：板厚6mm时，一般采用I形坡口。但重要结构件板厚3mm就需开坡口，以保证焊接质量；板厚在626mm之间可采用Y形坡口，这种坡口加工简单，但焊后角变形大。板厚在1260mm之间可采用双Y形坡口；同等板厚情况下，双Y形坡口比Y形坡口需要的填充金属量约少1/2，且焊后角变形小，但需双面焊。带钝边U形坡口比Y形坡口省焊条，省焊接工时，但坡口加工麻烦，需切削加工。,坡口形式的选择既取决于板材厚度，也要考虑加工方法和焊接工艺性。如要求焊透的受力焊缝，能双面焊尽量采用双面焊，以保证接头焊透，变形小，但生产率下降。若不能双面焊时才开单面坡口焊接。,对于不同厚度的板材，为保证焊接接头两侧加热均匀，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图所示。不同厚度钢板对接时允许厚度差见表所示。,