材料性能及其加工第10章焊接.ppt

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1、第10章 焊接,本章知识点先导案例第一节 焊接工艺基础第二节 焊条电弧焊第三节 其他焊接方法第四节 常用金属材料的焊接,下一页,第10章 焊接,知识扩展先导案例解决本章小结思考题,上一页,返回,本章知识点,1掌握焊接工艺基础知识。2掌握常用的焊接方法和特点。3了解金属材料的焊接特点。,返回,先导案例,试分析飞机、轮船等体积庞大的装置是如何制成的，为什么？焊接是指通过加热、加压或两者并用（用或不用填充材料）使工件达到结合的一种加工方法。,返回,第一节 焊接工艺基础,一、焊接的特点与分类焊接与铆接等其他加工方法相比，具有减轻结构质量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性

2、能高；工作过程中无噪声等优点。其不足之处是会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点，可归纳为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。熔焊是将两个焊件局部加热到熔化状态，并加入填充金属，冷却凝固后形成牢固的接头，常用的熔焊有电弧焊、气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊和等离子弧焊等。压焊是在焊接时，不论焊件是否加热，必须对焊件施加一定的压力，使两者结合面紧密接触并产生一

3、定的塑性变形，从而将两焊件焊接在一起。常用的压焊有电阻焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊、冷压焊和超声波焊等。,上一页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,钎焊是指采用比焊件熔点低的钎料和焊件一起加热，使钎料熔化，焊件不熔化，钎料熔化后填充到与焊件连接处的间隙，待钎料凝固后，两焊件就被连接成整体的方法。常用的钎焊有锡焊、铜焊等。主要焊接方法分类见图10-1所示。,上一页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,二、焊接接头的组织与性能用焊接方法连接的接头称焊接接头（简称接头）。它是由焊缝、熔合区、热影响区三部分组成的。焊接接头组织与性能对焊接质量影响很大。现以低碳钢为例，来说明其接头组织、性能变化。,上一

4、页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,1焊缝的组织、性能焊缝是指焊件经焊接形成的结合部分。熔焊时，随着焊接热源的向前移动，熔池中的液态金属开始迅速冷却结晶，而后形成焊缝。焊缝金属的结晶，首先从熔池底壁上许多未熔化的半个晶粒开始，向着散热反方向的熔池中心生长，生成柱状树枝晶，最后，这些柱状树枝晶前沿一直伸展到焊缝中心，相互接触后停止生长。结晶结束后，所得到的铸态组织晶粒粗大，组织不致密，当焊缝形状窄而深时，S、P等低熔点杂质易集中在焊缝中心上形成偏析，而导致焊缝塑性降低，且易产生热裂纹。在焊接过程中，由于熔池体积小，冷却速度快，再加上严格控制焊芯的S、P含量，并通过焊接材料渗合金，补偿合金元素

5、的烧损，所以，焊缝的力学性能不低于母材金属。,上一页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,2焊接热影响区和熔合区的组织与性能（1）熔合区，熔合区是指在焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域。该区的金属组织粗大，处在熔化和半熔化状态，化学成份不均匀，其力学性能最差。（2）热影响区，热影响区是指焊缝附近的金属，在焊接热源作用下，发生组织和性能变化的区域。热影响区各点温度不同，其组织、性能也不同，低碳钢的焊接接头热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区，如图10-2所示。,上一页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,过热区温度在1100以上，金属处于严重过热状态，晶粒粗大，其塑性、韧度很低，容易产生焊接

6、裂纹。正火区温度在Ac3至1100之间，金属发生重结晶，晶粒细化，力学性能好。部分相变区温度在AclAc3，部分金属组织发生相变，此区晶粒大小不均匀，力学性能稍差。,上一页,下一页,返回,第一节 焊接工艺基础,对于易淬火钢的热影响区分为淬火区（Ac3以上的区域）和部分淬火区（Ac1至Ac3区域）。由于冷却速度过快，焊后在淬火区形成马氏体组织，易产生冷裂纹。综上所述，在焊接热影响区中，熔合区、过热区及淬火区对焊接接头影响最大。因此，在焊接过程中，应尽量减小热影响区的宽度，其大小和组织变化的程度与焊接方法、焊接材料及焊接工艺参数等因素有关。,上一页,返回,第二节 焊条电弧焊,焊条电弧焊是利用电弧热

7、作为热源，并用手工操纵焊条进行焊接的一种方法。它使用的设备简单，操作灵活方便，适应各种条件下的焊接，在工业生产中应用极为广泛。,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,一、焊接电弧焊条电弧焊的焊接过程如图10-3所示，焊接时，首先将焊条夹在焊钳上，把焊件同电焊机相连接。引弧时，使电焊条与焊件相互接触而造成短路，随即提起焊条24mm，在焊条端部和焊件之间产生电弧，电弧产生的热量将焊条、焊件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池，随着电弧的向前移动，新的熔池开始形成，原来的熔池随着温度的降低开始凝固，从而形成连续的焊缝。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,焊接电

8、弧是指由焊接电源供给的、具有一定电压的两极间或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。从电弧的外貌看，似乎是一团光亮刺眼的弧焰，但实际上它存在3个不同区域，即阴极区、阳极区和弧柱区，3个区域所产生的热量和温度的分布是不均匀的，如图10-4所示。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（1）阴极区，焊接时，电弧紧靠负极的区域称为阴极区。阴极区很窄，为10-510-6cm，阴极区温度约为2 400K，其产生的热量约占电弧总热量的38。（2）阳极区，焊接时，电弧紧靠正极的区域称为阳极区。阳极区比阴极区宽，为10-310-4cm，阳极区温度约为2 600K，其产生的热量约占电弧总热量的

9、42。（3）弧柱区，阴极区与阳极区之间的弧柱为弧柱区。弧柱区中心的热量比较集中，故温度比两极高，为6 0008 000K，但弧柱区产生的热量仅占电弧总热量的20。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,手弧焊时，使金属熔化的热量主要集中在两极，约占6585，弧柱区的大部分热量散失于气体中。上面所述的是直流电弧的热量和温度分布情况。至于交流电弧，由于电源极性快速交替变化，所以，两极的温度基本相同，约为2 500K。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,二、焊条电弧焊设备焊条电弧焊的主要设备是电焊机，实际上是一种弧焊电源。按产生的电流种类不分为直流弧焊机和交流弧焊机。1直流弧焊机直流弧焊

10、机分焊接发电机和弧焊整流器两种。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（1）焊接发电机。焊接发电机由交流电动机和直流电焊发电机组成。采用焊接发电机焊接时电弧稳定，能适应各种焊条，但结构较复杂，噪声大，成本高。主要适用于小电流焊接，在用低氢型焊条焊接合金结构钢和有色金属时，需选用直流电焊机。（2）弧焊整流器。弧焊整流器是一种将交流电通过整流转换为直流电的直流弧焊机。与焊接发电机相比，弧焊整流器没有旋转部分，结构简单，维修容易，噪声小，其使用已趋普遍。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,用直流电焊机焊接时，由于正极和负极上的热量不同，有正接和反接两种接线方法，如图10-5所示。若把阳

11、极接在工件上，阴极接在焊条上，则电弧热量大部分集中在工件上，使工件熔化，适于厚板焊接，称为正接法。反之，称为反接法，适于薄板和有色金属的焊接。但在使用碱性焊条时，均采用直流反接。用交流电源焊接时，不存在正反接问题。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,2交流弧焊机交流电焊机又称弧焊变压器，它实际上是一种特殊的降压变压器。它将220V或380V的电压降到6080V（即焊机的空载电压），以满足引弧的需要。焊接时，电压会自动下降到电弧正常工作时所需的工作电压2030V。交流电焊机结构简单，制造方便，价格便宜，节省电能，使用可靠，维修方便，但电弧不太稳定。是常用的焊条电弧焊设备。3焊钳和面罩焊钳

12、是用来夹持焊条和传递电流的。面罩是用来保护眼睛和面部，以避免弧光伤害，其结构见图10-6所示。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,三、电焊条电焊条是焊条电弧焊的重要焊接材料，它直接影响到焊接电弧的稳定性以及焊缝金属的化学成份和力学性能。电焊条的优劣是影响焊条电弧焊质量的主要因素之一。1电焊条的组成及作用电焊条由焊芯和药皮两部分组成。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,1）焊芯焊条电弧焊使用的焊条由焊芯和药皮组成，如图10-7所示。焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯，主要作用是导电，产生电弧，提供焊接电源，并作为焊缝的填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。焊芯的化学成份和杂质直接影响到

13、焊缝的质量。因此，焊芯都是专门冶炼的，碳、硅含量较低，硫、磷含量极少。焊芯用钢丝通常采用专用钢丝。直径为3.25.0mm的焊芯应用最广。2）药皮药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成。它的作用是使电弧容易引燃并且稳定燃烧，保护熔池内金属不被氧化，保证焊缝金属具有良好的力学性能。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,2电焊条的种类、型号和牌号1）电焊条的种类焊条按用途不同共分九类，见表10-1所列。焊条按焊条药皮熔化后的特性分两类，见表10-2所列。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,2）焊条的型号和牌号碳钢焊条和低合金钢焊条型号用E加四位数字表示

14、，E表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，第三位数字表示焊接位置，“0”、“1”表示全位置焊接（平、立、仰、横），“2”表示平焊及平角焊，“4”表示向下立焊，第三位和第四位数字组合表示焊接电流种类及药皮类型。举例如下：,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,焊条牌号一般用相应的大写拼音字母（或汉字）和三位数字表示，如结422、结507等。拼音字母（或汉字）表示焊条类别，如“结”表示结构钢焊条；前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位MPa，第三位数字表示药皮类型和电源种类。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,结构钢焊条牌号中数字的意义见表10-3所列。常用的焊条型号

15、和牌号对照见表10-4所列。3）焊条牌号焊条牌号一般用一个大写拼音字母和三个数字表示，如J422、J506等。拼音字母表示焊条的各大类，如“J”表示结构焊条；前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最小值，单位MPa，第三位数字表示药皮类型和电流种类。一般来说，型号和牌号是对应的，但一种型号可以有多种牌号，因牌号比较简明，所以生产中常用牌号表示。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,3电焊条的选用焊条的种类很多，合理选用焊条对焊接质量、产品成本和劳动生产率都有很大影响。焊条选择应根据被焊结构的材料及使用性能、工作条件、结构特点和工厂的具体情况综合考虑。（1）根据被焊件的化学成份和性能要求选择相应

16、的焊条种类，焊接碳钢或普通低合金钢时应选用结构钢焊条；焊接铸铁时，应选用铸铁焊条等。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（2）焊缝性能要和母材具有相同的使用性能。结构钢焊件，一般按“等强”原则选用相同强度等级的焊条。对承受动载荷、冲击载荷或形状复杂，厚度、刚度大的焊件时，应选用碱性焊条。不锈钢、钼和铬耐热钢焊件，应根据母材化学成份选用相同成份的焊条。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（3）根据被焊件的工作条件和结构特点选用焊条，如向下立焊、重力焊时可选用专用焊条；对于焊前难以清理的焊件，应选用酸性焊条等，以满足施焊操作的需要，保证焊接质量。此外，应考虑焊接工人的劳动条件、生产

17、率及经济合理性等，在满足使用性能要求的前提下，尽量选用无毒（或少毒）、生产率高、价格便宜的焊条，一般结构通常选用酸性焊条。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,四、焊条电弧焊工艺1）接头形式焊接碳钢和低合金钢的基本接头形式有：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等，如图10-8所示。一般根据结构形状、强度要求，工件厚度，焊接材料消耗量及其焊接工艺等来选择接头形式。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,2）坡口形式焊条电弧焊对接板厚度在6mm以下时一般不开坡口，只需在接口处留有一定间隙，以保证焊透。对于较厚的工件，为了使焊条能深入到接头底部起弧，保证焊透，焊前应把接头处加工成所需要

18、的几何形状，成为坡口。为了防止烧穿坡口的根部，一般要留23mm的直径，称钝边。常用的坡口形式如图10-9所示。一般采用形坡口直接对接，Y形坡口通常只需单面施焊，但焊后变形较大，焊条消耗量大些。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,3）焊缝的空间位置焊接时，根据焊缝在空间所处的位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种，如图10-10所示。平焊时，操作方便，易保证焊接质量，生产率高，尽可能采用；立焊时焊缝成形较困难，不易操作；横焊时易产生咬边、焊瘤及未焊透等缺陷；仰焊时，焊缝成形困难，最不易操作。所以，立焊、横焊、仰焊尽可能避免。如果必须采用这些焊接时，因选择较小直径的焊条，较小的电流，短

19、弧操作等工艺措施。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,4）焊接参数的选择焊条电弧焊时，焊接参数主要是焊接电压、焊接电流、焊接速度等。焊接电压实际是反映电弧长度。此外，根据实际生产情况，还要确定电源种类（直流或交流）、焊接的层数（单层和多层）等。（1）焊条直径的选择。焊条直径主要根据所焊构件的厚度来决定，并综合考虑接头形式、焊缝在空间的位置（如平焊、仰焊等）、对焊缝质量要求等各方面因素。一般情况下，可按工件厚度参考表10-5来决定。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,此外，在焊厚板结构时，需要采用多层焊，在这种情况下，焊第一层时不能采用大直径焊条，以便使焊条能伸入根部，避免焊不透

20、。在立焊和仰焊时，由于熔化金属易于下滴，也不宜用大直径焊条。立焊和仰焊时一般采用34mm直径的焊条。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（2）焊接电流的选择。焊接电流大小主要是根据焊条直径、焊条种类、焊件厚度、焊缝在空间的位置等来选择的。有时还要考虑到所焊金属材料的性质（如导热性等）以及焊件变形等问题。焊接电流选择恰当与否，直接影响焊缝质量、焊接操作及生产率。焊接电流太小，则焊接速度慢，生产率低，且容易出现夹渣、气孔和未焊透等缺陷。操作时，表现为电弧燃烧不稳定，容易短路和断弧，焊缝中钢液与熔渣不易区分，焊缝熔合、成形不良等。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,焊接电流太大，首先

21、是熔深增大，如操作不慎则容易烧穿。此外，焊缝附近热影响区增加，焊接应力与变形也增大。同时，焊接过程中金属和熔渣飞溅严重，易于出现气孔、裂纹等缺陷。电流太大，操作时，表现为电弧发出明显的爆裂声和产生过多的飞溅物，焊条不待烧完就被加热到发红，熔渣不能紧紧覆盖焊缝表面，焊缝表面粗糙，焊接质量也不良。焊接电流选择可参考表10-6。上述焊接电流的选择是指平焊而言。在焊接立焊缝和横焊缝时，电流大小应比平焊时减小1015，仰焊时则要减小1520。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,5）操作过程（1）引弧。即电弧的引燃，就是使被焊工件和焊条之间产生稳定的电弧。将焊条与工件表面接触形成短路，然后迅速提起

22、焊条并保持24mm，即可产生电弧。引弧方法有碰撞引弧法和摩擦引弧法。（2）运条。即焊条的运动。电弧引燃后，进入正常焊接过程，这时焊条作3个方向的运动；焊条向下均匀送进，以保证弧长不变；焊条沿焊缝方向逐渐向前移动；焊条作横向摆动，以利于熔渣和气体的浮出。,上一页,下一页,返回,第二节 焊条电弧焊,（3）焊缝的连接与收尾。焊条电弧焊时，不可能用一根焊条完成一条焊缝，因而需要将前后两段焊缝连接起来。衔接时，更换焊条动作要快并选择恰当的连接方法。焊缝收尾时，焊条应停止向前移动，采用划弧收尾法自下而上慢慢地拉断电弧，以便将结尾处的弧坑填满，保证焊缝尾部成形良好。,上一页,返回,第三节 其他焊接方法,一、

23、埋弧焊埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极和填充金属。焊接时，在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂，电弧在焊剂层下燃烧，将焊丝端部和局部母材熔化，形成焊缝。其焊接过程如图10-11所示。在电弧热的作用下，一部分焊剂熔化成熔渣，并与液态金属发生冶金反应。熔渣浮在金属熔池的表面，一方面，可以保护焊缝金属，防止空气的污染，并与熔化金属产生物理化学反应，改善焊缝金属的成份及性能；另一方面，还可以使焊缝金属缓慢冷却。,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与焊条电弧焊相比，其最大的优点是焊缝质量好，焊接速度高。因此，它特别适于焊接大型工件的直缝和环缝。而且，多数采用机械化焊接。埋弧焊

24、已广泛用于碳钢、低合金结构钢和不锈钢的焊接。由于熔渣可降低接头冷却速度，故某些高强度结构钢、高碳钢等也可采用埋弧焊焊接。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,二、钨极气体保护电弧焊钨极气体保护电弧焊是利用钨极和工件之间的电弧使金属熔化而形成焊缝的。焊接进程中，钨极不熔化，只起电极的作用。同时，由焊枪的喷嘴送进氩气或氦气作保护。还可根据需要另外添加填充金属。在国际上通称为TIG焊。图10-12为TIG焊示意图。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,钨极气体保护电弧焊由于能很好地控制热输入，所以，它是连接薄板金属和打底焊的一种极好的方法。这种方法几乎可以用于所有金属的连接，尤其适用

25、于焊接铝、镁这些能形成难熔氧化物的金属，以及像钛和锆这些活泼金属。这种焊接方法的焊缝质量高，但与其他电弧焊相比，其焊接速度较慢。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,三、等离子弧焊等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊。它是利用电极和工件之间的压缩电弧（叫转移电弧）实现焊接的，所用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气可用氩气、氮气、氦气或其中二者之混合气，同时，还通过喷嘴用惰性气体保护。焊接时，可以外加填充金属，也可以不加填充金属。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,等离子弧焊焊接时，由于其电弧挺直，能量密度大，因而电弧穿透能力强。等离子弧焊焊接时产生的小孔效应，对于一定厚度范

26、围内的大多数金属，可以进行不开坡口对接，并能保证熔透和焊缝均匀一致。因此，生产率高，焊缝质量好。但等离子弧焊设备（包括喷嘴）比较复杂，对焊接工艺参数的控制要求较高。通常情况下，钨极气体保护电弧焊可焊接的绝大多数金属，均可采用等离子弧焊接。与之相比，对于1mm以下的极薄的金属的焊接，用等离子弧焊更容易进行。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,四、熔化极气体保护电弧焊熔化极气体保护电弧焊是利用连续送进的焊丝与工件之间燃烧的电弧作热源，由焊枪喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接的。熔化极气体保护电弧焊通常用的保护气体有：氩气、氦气、CO2气或这些气体的混合气。以氩气或氦气为保护气时，称为熔化极

27、惰性气体保护电弧焊（在国际上简称为MIG焊）；以惰性与氧化性气体（O2、CO2）混合气为保护气时，或以CO2气体或CO2+O2混合气为保护气时，统称为熔化极活性气体保护电弧焊（在国际上简称为MAG焊）。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,熔化极气体保护电弧焊的主要优点是可以方便地进行各种位置的焊接，同时，也具有焊接速度较快、熔敷率较高等优点。熔化极活性气体保护电弧焊可适用于大部分主要金属，包括碳钢、合金钢等。熔化极惰性气体保护焊适用于不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金等。利用这种焊接方法还可以进行电弧点焊。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,五、电阻焊电阻焊是指焊件组合后通

28、过施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生电阻热进行焊接的方法。其特点是：焊接电流大，生产效率高；焊缝表面平整光洁，质量好；焊接过程简单，易于实现机械化和自动化；焊接变形小，不需填充金属，劳动条件好；但设备复杂，耗电量大，对工件厚度和接头形式有一定限制。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,1电阻点焊电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法，如图10-13所示。由于焊接处熔化的金属不与外界空气接触，所以焊接强度高，工件表面光滑，变形较小。2缝焊缝焊是将焊件装配成塔接接头或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮对焊件边施压边滚动

29、，同时给予连续通电以形成连续焊缝的电阻焊方法。缝焊适用于焊接3mm以下，有密封要求的薄壁塔接结构，如油箱、管道等。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,3对焊对焊是利用电阻热使两个被焊工件沿整个接触面焊合的电阻焊方法。按工艺不同分为电阻对焊和闪光对焊。其中电阻对焊适用于焊接直径小于20mm的强度要求不高的低碳钢棒料、管材；闪光对焊适用于焊接受力大的重要工件，如切削刀具、异种金属的焊接等。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,六、电渣焊如前面所述，电渣焊是以熔渣的电阻热为能源的焊接方法。焊接过程是在立焊位置，在由两工件端面与两侧面水冷铜滑块形成的装配间隙内进行。焊接时，利用电流通

30、过熔渣产生的热将工件端部熔化。根据焊接时所用的电极形状，电渣焊分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊。电渣焊的优点是：可焊的工件厚度大（301000mm），生产率高，主要用于大断面对接接头及T形接头的焊接。电渣焊可用于各种钢结构的焊接，也可用于铸件的组合焊接。电渣焊接头由于加热及冷却均较慢，热影响区宽，显微组织粗大，韧性低，因此，焊接以后一般须进行正火处理。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,七、高能束焊高能束焊包括电子束焊和激光焊。1电子束焊电子束焊是以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法。电子束焊接时，由电子枪产生电子束并加速。常用的电子束焊有高真空电子束焊、

31、低真空电子束焊和非真空电束焊。前两种方法都是在真空室内进行。焊接准备时间（主要是抽真空时间）较长，工件尺寸受真空室内大小限制。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,电子束焊与电弧焊相比，主要的特点是焊缝熔深大，熔宽小，焊缝金属纯度高。它既可以用在很薄材料的精密焊接，又可以用在很厚的（最厚达300mm）构件焊接。所有用其他焊接方法能进行熔化焊的金属及合金都可以用电子束焊接。主要用于要求高质量的产品焊接，还能解决异种金属、易氧化金属及难熔金属的焊接，但不适于大批量产品的生产。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,2激光焊激光焊是利用大功率单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。

32、这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。激光焊的优点是不需要在真空中进行，缺点则是穿透力不如电子束焊强。在进行激光焊时，能进行精确的能量控制，因而，可以实现精密微型器件的焊接。它能应用于很多金属，而且，能解决一些难焊金属及异种金属的焊接。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,八、气焊气焊是利用气体火焰作为热源，将工件和焊丝熔化而进行焊接的一种方法。最常用的是氧乙炔焊。用乙炔和氧气在焊炬中混合，然后从焊嘴喷出燃烧，将工件和焊丝熔化形成熔池，冷却凝固后形成焊缝，如图10-14（a）所示。气体燃烧时产生大量的CO2和CO气体笼罩熔池，从而起到保护熔池的作用。气焊使用不带药皮的光焊丝

33、作填充金属。气焊时通过调节氧和乙炔的混合比值，可得到三种不同性质的气焊火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰如图10-14（b）所示。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,1中性焰当氧和乙炔混合比为1.11.2时，燃烧获得中性焰，又称正常焰。由焰心、内焰和外焰三部分组成。焰心温度约900，内焰温度最高约3 150，焊接时应使熔池和焊丝末端处于内焰这一最高温度区。中性焰在生产上应用最广，适用于低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢、纯铜和铝合金等材料的焊接。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,2氧化焰当氧和乙炔混合比大于1.2时，燃烧获得氧化焰。内焰和外焰层次不清，燃烧时有噪声，最高温度可达3

34、 1003300。由于氧化焰中有过量的氧气存在，因而对熔池有氧化作用，从而影响焊缝质量。所以这种火焰应用较少。只在焊接黄铜和锡青铜时才采用，生成一层氧化物膜覆盖在熔池上，以防止锌、锡在高温下蒸发。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,3碳化焰当氧和乙炔的混合比小于1.1时，燃烧获得碳化焰。整个火焰长而柔软，最高温度可达2 7003 000。由于氧气比较少，燃烧不充分，因而火焰中含有过剩乙炔并分离成游离状态的碳和氢，从而导致焊缝产生气孔和裂纹，所以这种火焰适用于含碳量较高的高碳钢、铸铁、硬质合金及高速钢的焊接。气焊的特点是设备简单，操作方便，通用性强，不需电能；加热面积大，接头热影响区宽

35、，工件变形大；接头晶粒较粗，综合力学性能较差；生产效率低，不易实现机械化，适用于单件或小批量生产。主要用于焊接板厚0.53mm的薄板、有色金属及合金，钎焊刀具和铸铁补焊等。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,九、钎焊钎焊是将熔点低的金属材料作钎料和工件共同加热到高于钎料熔点，在工件不熔化的情况下，使钎料熔化后填满被焊工件连接处的间隙，并与被焊工件相互扩散而形成接头的焊接方法。钎焊按钎料熔点不同，分为硬钎焊和钎焊，硬钎焊钎料熔点高于450，有铜基、铝基、银基钎料等，适用于焊接工作温度较高，受力较大的工件，如受力较大的钢铁和铜合金构件以及刀具的焊接；软钎焊钎料熔点低于450，有锡铅钎料等

36、，主要用于焊接工作温度较低，受力较小的工件，如电子线路的焊接。,上一页,下一页,返回,第三节 其他焊接方法,钎焊与熔焊相比，优点是加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工件变形小；能焊接同种金属或不同种金属；设备简单，易实现自动化；焊接过程简单，生产效率高；钎焊接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。钎焊主要用于精密仪表、电气零部件、异种金属构件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。,上一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性焊接性是指金属材料在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，也是指金属材料对焊接加工的适应性。它包括焊接接头的结合性能和使用性能两方面的内容。结

37、合性能是指在一定焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性，尤其是出现裂纹的可能性；使用性能是指在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性，包括力学性能以及耐热、耐蚀等特殊性能。,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,不同的金属材料，其焊接性有很大的差别。例如，对于低碳钢的焊接，在简单工艺条件下，应用任意一种焊接方法都能获得良好的焊接接头，说明低碳钢的焊接性好；而对于铝的焊接，采用一般的焊接方法（手弧焊、气焊）容易产生气孔、裂纹等缺陷，说明铝的焊接性差，但采用氩弧焊时，却能获得满意的焊接接头，焊接性又变好了。由此可见，金属材料的焊接性是一个相对概念，不仅取决于金属材料的化学成份，还与焊接

38、方法、焊接材料、焊接工艺条件、焊件结构及使用条件有着密切的关系。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,钢的焊接性取决于碳及合金元素的含量，常用碳当量来作为评定钢材焊接性的一种参考指标。国际焊接协会推荐计算碳素结构钢和低合金结构钢的碳当量公式为根据经验，当WCE0.4时，钢材塑性好，焊接性良好，焊接时一般不需要预热；当WCE 0.40.6时，钢材的塑性下降，易产生淬硬组织及裂纹，焊接性较差，焊接时需采用预热和一定工艺措施；当WCE 0.6时，钢材塑性较低，淬硬和裂纹倾向严重，焊接性很差，焊接时需要采用较高的预热温度和严格的工艺措施。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接

39、,二、常用金属材料的焊接1低碳钢的焊接低碳钢的碳质量分数小于0.25%（碳当量小于0.4%），塑性好，淬硬倾向不明显，焊接性优良。一般情况下，不需要焊前预热和焊后热处理等特殊的工艺措施，采用任意一种焊接方法，都能得到优质焊接接头。低碳钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2气体保护焊和电阻点焊等。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,2低合金高强度结构钢的焊接低合金高强度结构钢因其化学成份差异很大，所以焊接性也不同。强度级别低的低合金高强度结构钢，当WCE0.4时，焊接性良好；当WCE 0.4时，焊接性差，焊前需预热；焊接时增大焊接电流，减慢焊接速度，选用低氢型焊条，减少

40、冷裂纹；焊后及时进行去应力退火，以消除应力。低合金高强度结构钢常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等，在选用时要考虑被焊的钢材种类、结构特点、使用性能要求及生产批量等。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,3奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢虽然Cr、Ni元素含量较高，但C含量低，具有良好的焊接性。焊接时一般不需要采取工艺措施。常用的焊接方法有焊条电弧焊、埋弧焊和氩弧焊等。焊接时采用小电流、快速焊，焊条不作横向摆动，运条要稳，收弧时注意填满弧坑，焊接电流比焊低碳钢时要降低20左右。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,4有色金属的焊接1）铝及铝合金的焊接铝

41、及铝合金的焊接性较差，主要表现在铝极易氧化，易使焊缝产生夹渣；液态铝能吸收大量的氢，易产生气孔；铝及铝合金熔化时无明显颜色变化而不易被察觉，焊接时易烧穿，造成焊接困难；易产生焊接应力和变形，而导致裂纹等。所以进行铝及铝合金的焊接时，必须采取特殊工艺措施，才能保证焊接质量。铝及铝合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、焊条电弧焊和钎焊等。其中氩弧焊是应用最普遍的方法。不管采用哪种焊接方法，焊前都必须严格清洗工件，清除被焊部位的氧化物和杂质。,上一页,下一页,返回,第四节 常用金属材料的焊接,2）铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性较差，焊接时易产生焊接应力与变形、未焊透、不熔合、夹渣、裂、气孔等缺陷。焊

42、接时需采用大功率热源，焊前预热，适当的焊接顺序，焊后需进行热处理，以减小应力，防止变形。铜及铜合金常用的焊接方法有氩弧焊、气焊、焊条电弧焊、钎焊等，其中氩弧焊的接头质量最好。,上一页,返回,知识拓展,铸铁的焊接。铸铁中碳的含量高，含硫、磷等杂质多，其强度低，塑性差，焊接性差。铸铁一般不能用于制造焊接构件，焊接只用来修补铸铁件的缺陷及在使用中发生的局部损坏或断裂。对铸铁缺陷进行焊接修补有很大的经济意义。铸铁焊补的常用方法是气焊和焊条电弧焊。铸铁焊补时的主要问题是：易产生白口组织、产生裂纹和形成气孔,下一页,返回,知识拓展,铸铁的焊补方法有热焊和冷焊两种。热焊是将铸件预热到600700，焊接过程中

43、温度不低于400，焊后在炉中缓冷。热焊能有效防止白口组织和裂纹的产生，从而获得良好的焊补质量。其缺点是生产率低、成本高，劳动条件差，主要用于焊补结构较复杂、焊补后要切削加工和要求承受较大载荷的铸件。冷焊焊前不需预热，与热焊相比，生产效率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量不如热焊，焊缝易产生白口组织和裂纹。因此主要用于焊补要求不高和怕高温预热引起变形的铸件及非加工表面。,上一页,返回,先导案例解决,由于飞机、轮船等是体积庞大的装置，在生产制造过程中是必须由小到大逐步搭建焊接而成，为了焊接移动方便牢固，一般采用电弧焊。,返回,本章小结,了解焊接的方法和特点，掌握焊接的工艺性能和焊接原理，学会灵活应

44、用各种焊接的方式。本章重点是介绍焊接的原理和工艺，同时也是本章的难点，这部分知识是毛坯成形方法的必要基础知识。,返回,思考题,（1）何谓焊接？它有哪些特点？主要分为哪几类？（2）什么叫焊接电弧？焊接电弧基本构造及温度、热量分布怎样？（3）什么是直流弧焊机的正接法、反接法？应如何选用？（4）焊芯的作用是什么？焊条药皮有哪些作用？（5）什么叫热影响区？低碳钢焊接热影响区的组织与性能如何？,下一页,返回,思考题,（6）影响焊接接头性能的因素有哪些？如何影响？（7）什么叫焊接应力与变形？分哪几类？防止和减小焊接应力与变形的措施有哪些？（8）什么是金属材料的焊接性？低碳钢的焊接性如何？（9）埋弧焊与焊条

45、电弧焊相比具有哪些特点？埋弧焊为什么不能代替焊条电弧焊？,上一页,返回,图10-1 主要焊接方法分类框图,返回,图10-2 低碳钢的焊接接头热影响区的组织与性能变化,返回,图10-3 焊条电弧焊示意图,返回,图10-4 焊接电弧示意图,返回,图10-5 直流电焊机接线法,返回,图10-6 焊钳和面罩,返回,图10-7 电焊条的组成,返回,图10-8 常用焊接接头形式,（a）对接接头；（b）角接接头；（c）T形接头；（d）搭接接头,返回,图10-9 常用的坡口形式,返回,图10-10 焊缝的空间位置,（a）平焊；（b）立焊；（c）横焊；（d）仰焊,返回,图10-11 埋弧焊示意图,返回,图10-12 TIG焊示意图,1填充金属丝；2电弧；3氨气流；4喷嘴；5导电嘴；6钨极；7进气管；8焊件,返回,图10-13 电阻点焊示意图,返回,图10-14 气焊火焰示意图,（a）气焊示意图；（b）气焊火焰示意图,返回,表10-1 焊条按用途分类,返回,表10-2 焊条按熔渣特性分类,返回,表10-3 结构钢焊条牌号中数字的意义,返回,表10-4 常用焊条型号和牌号对照表,返回,表10-5 焊条直径选择的参考数值,返回,表10-6 焊接电流参考数值,返回,