1、第八章第八章 焊接成形焊接成形 第一第一节节 焊接成形基础焊接成形基础第二节第二节 焊接方法焊接方法第三节第三节 焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计第四节第四节 焊接技术新发展焊接技术新发展 返回返回 焊接焊接是利用加热或加压（或者加热和加压），使分是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子离的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接运用介绍焊接运用介绍 焊接的特点
2、焊接的特点：优点：优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高）连接性能好，密封性好，承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短）加工装配工序简单，生产周期短；4）易于实现机械化和自动化。）易于实现机械化和自动化。缺点缺点：1 1）焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便 ；2 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；焊接接头的组织和性能往往要变坏；3 3）要产生焊接残余应力和焊接变形；要产生焊接残余应力和焊接变形；4 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。焊接
3、方法可分为：焊接方法可分为：1）熔化焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热）熔化焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。两部分金属连接称为一个整体。2）压力焊：用加热和外加压力的作用克服两个构件表面）压力焊：用加热和外加压力的作用克服两个构件表面的不平度，通过塑性变形挤走表面氧化膜及其他污染物，的不平度，通过塑性变形挤走表面氧化膜及其他污染物，使两个构件表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态使两个构件表面的原子相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实现连接的方法。条
4、件下实现连接的方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。第一节第一节 焊接成形基础焊接成形基础一、熔焊的冶金过程一、熔焊的冶金过程（一）焊接电弧（一）焊接电弧 熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加热到熔熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加热到熔化状态，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体化状态，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。其焊接过程包括热过程、冶金属冷却结晶，形成焊缝。其焊接过程包括热过
5、程、冶金过程和结晶过程。根据热源的不同可分为气焊金过程和结晶过程。根据热源的不同可分为气焊、电弧、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等，以下焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等，以下以电弧焊为例来分析。以电弧焊为例来分析。1、焊接电弧的产生、焊接电弧的产生 焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接触触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属
6、发甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。子构成电弧。2、焊接电弧的结构、焊接电弧的结构 电弧由阴极区、阳极区和弧柱电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，区三部分组成，如图如图8-1所示所示。1）阴极区：电子发射区，热量约）阴极区：电子发射区，热量约占占36%，平均温度，平均温度2400K；2）阳极区：受电子轰击区域，热阳极区：受电子轰击区域，热量约占量约占43%，平均温度，平均温度2600K；3）弧柱区：阴、阳两极间区域，弧柱区：阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量几乎等
7、于电弧长度，热量21%，弧，弧柱中心温度可达柱中心温度可达6000-8000K。图8-1 电弧结构（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程 焊接的冶金过程焊接的冶金过程如图如图8-28-2所示所示,母材、焊条受电弧高温作用熔化母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。等物理、化学过程。金属与氧的作用对焊接质量金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧影响最大，氧与多种金属发生氧化反应：化反应：图图8-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程FeOOFeMnOOMn22SiOOSi3
8、232OCrOCr3232OAlOAl图图8-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程 能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量，时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量，如图如图8-38-3所所示；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态示；而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。陷处造成氢脆。其次空气中的氮气在高
9、温时大量溶于液体金属，冷却其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降，结晶时，氮溶解度下降，如图如图8-48-4所示所示；析出的氮在焊缝；析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（中形成气孔，部分还以针状氮化物（FeFe4 4N N）形式析出；焊形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。剧烈下降。焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：1 1）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金反应不充）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金
10、反应不充分；分；2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。快，易产生应力和变形，甚至开裂。为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：1 1）减少有害元素进入熔池。主要采用机械保护，如焊条）减少有害元素进入熔池。主要采用机械保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂、和气体保护焊的保护气体（药皮、埋弧焊焊剂、和气体保护焊的保护气体（COCO2 2,氩气）氩气）等）。等）。2 2）清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条）清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进
11、行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。（三）焊接热循环（三）焊接热循环 焊接热循环焊接热循环：在焊接加热和：在焊接加热和冷却过程中，焊接接头上某点的冷却过程中，焊接接头上某点的温度随时间变化的过程温度随时间变化的过程如图如图8-58-5所示所示。不同点，其热循环是不同，。不同点，其热循环是不同，即最高加热温度，加热速度和冷即最高加热温度，加热速度和冷却速度均不同。对焊接质量起重却速度均不同。对焊接质量起重要影响的参数有：要影响的参数有：最高加热温度最高加热温度、在过热温度在过热温度11001100以上停留时间以上停留时间和和冷却速度冷却速度等。其特点是加
12、热和等。其特点是加热和冷却速度都很快。对易淬火钢，冷却速度都很快。对易淬火钢，焊后发生空冷淬火，对其他材料，焊后发生空冷淬火，对其他材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。易产生焊接变形、应力及裂纹。图图8-5 焊接热循环曲线焊接热循环曲线 以低碳钢为例，说以低碳钢为例，说明焊接过程造成金属组明焊接过程造成金属组织和性能的变化。织和性能的变化。如图如图8-6所示所示，受焊接热循环，受焊接热循环的影响，焊缝附近的母的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化材组织或性能发生变化的区域，叫焊接热影响的区域，叫焊接热影响区，熔化焊焊缝和母材区，熔化焊焊缝和母材的交界线叫熔合线，熔的交界线叫熔合线，熔合线两侧有
13、一个很窄的合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区。焊接接区，叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。热影响区组成。图图8-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化(四）焊接接头组织和性能四）焊接接头组织和性能1 1、焊缝区、焊缝区 焊接热源向前移去后，熔焊接热源向前移去后，熔池液体金属迅速冷却结晶，结池液体金属迅速冷却结晶，结晶从熔池底部未熔化的半个晶晶从熔池底部未熔化的半个晶粒开始，垂直熔合线向熔池中粒开始，垂直熔合线向熔池中心生长，呈柱状树枝晶，心生长，呈柱状树枝晶，如图如图8-78-7所示所示；结晶过程中将在最；
14、结晶过程中将在最图图8-7 焊缝的柱状树枝晶焊缝的柱状树枝晶后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。2 2、熔合区、熔合区：化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过：化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的
15、淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性极差，热组织或粗大的淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性极差，产生裂纹和脆性破坏，性能是焊接接头中最差的。产生裂纹和脆性破坏，性能是焊接接头中最差的。3、热影响区热影响区 ：热影响区各点的最高加热温度不同，其组：热影响区各点的最高加热温度不同，其组织变化也不相同。织变化也不相同。如图如图8-68-6所示所示，热影响区可分为过热区、，热影响区可分为过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。正火区、部分相变区和再结晶区。图图8-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化1）过热区：最高加热温度）过热区：最高加热温度1100以上的区域，晶粒粗大，甚至产以上的区域，晶
16、粒粗大，甚至产生过热组织。塑性和韧性明显下生过热组织。塑性和韧性明显下降，是热影响区中机械性能最差降，是热影响区中机械性能最差的部位。的部位。2 2）正火区：最高加热温度从）正火区：最高加热温度从Ac3至至1100的区域，焊后空冷得到的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，机械性晶粒较细小的正火组织，机械性能较好。能较好。3 3）部分相变区：最高加热温度）部分相变区：最高加热温度从从AcAc1 1至至AcAc3 3的区域，只有部分组的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不均匀，性能织发生相变，晶粒不均匀，性能较差。较差。低碳钢焊接接头的组织、低碳钢焊接接头的组织、性能变化性能变化如图如图8-8所
17、示所示，熔合，熔合区和过热区性能最差，热影区和过热区性能最差，热影响区越小越好，其影响因素响区越小越好，其影响因素有焊接方法、焊接规范、接有焊接方法、焊接规范、接头形式等。头形式等。4、影响焊接接头性能的因素影响焊接接头性能的因素 焊接接头的力学性能决焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。定于它的化学成分和组织。具体有：具体有：1 1）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；）焊接材料，焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；2 2）焊接方法，一方面影响组织粗细，另一方面影响有害）焊接方法，一方面影响组织粗细，另一方面影响有害杂质含量；杂质含量；图图8-8 低碳钢焊接接头的性能分布低碳钢焊
18、接接头的性能分布3 3）焊接工艺，焊接时，为保证焊接质量而选定的物理量）焊接工艺，焊接时，为保证焊接质量而选定的物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数；叫焊接工艺参数；线能量线能量:指熔化焊时，焊接能源输入给单指熔化焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。和接头组织粗细。4 4）焊后热处理：如正火，能细化接
19、头组织，改善性能。）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。5 5）接头形式，工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响）接头形式，工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。二、金属的焊接性能二、金属的焊接性能1 1、金属焊接性的概念：、金属焊接性的概念：焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要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。包定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括括工艺焊接性工艺焊接性，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形，即在一定焊
20、接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性使用焊接性，焊接接头对使用要求，焊接接头对使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好。差，但氩弧焊则好。2 2、金属焊接性的间接评价方法、金属焊接性的间接评价方法 碳当量法碳当量法：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，
21、把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性影响程度换算成碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算影响程度换算成碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算公式如下：公式如下：1556CuNiVMoCrMncwwwwwwwCE 碳当量越高，焊接性越差。一般当碳当量越高，焊接性越差。一般当CECE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。值得注意的是钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力值得注意的是钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度的影响；故应
22、根据具体情况进行抗裂试验条件、环境温度的影响；故应根据具体情况进行抗裂试验及使用焊接性试验。及使用焊接性试验。三、焊接应力和变形三、焊接应力和变形1 1、焊接应力与变形产生的原因、焊接应力与变形产生的原因 焊件在焊接过程中受到局部加焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。主要原因。图图8-9是低碳钢平板对接是低碳钢平板对接焊时产生应力和变形的示意图。焊时产生应力和变形的示意图。平板焊接时，要产生热胀冷缩；平板焊接时，要产生热胀冷缩；加热时，如自由膨胀则如加热时，如自由膨胀则如a）中虚中虚线所示，但由于受到阻碍，产生同线所示，但由于受到阻碍
23、，产生同样伸长；故高温处产生压应力，低样伸长；故高温处产生压应力，低温处产生拉应力；两者平衡。冷却温处产生拉应力；两者平衡。冷却后，由于冷却速度不同，高温处冷后，由于冷却速度不同，高温处冷却慢，收缩大，同样最后在高温处却慢，收缩大，同样最后在高温处产生拉应力，低温处产生压应力。产生拉应力，低温处产生压应力。图图8-9 平板对接焊的应力平板对接焊的应力a)焊接过程中焊接过程中b)冷却后冷却后 一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。焊接变
24、形的基本形式应力大。焊接变形的基本形式如表如表8-18-1所示。所示。2、焊接应力与变形的危害焊接应力与变形的危害焊接应力焊接应力：1 1）增加结构工作时的应力，降低承载能力；）增加结构工作时的应力，降低承载能力；2 2）引起焊接裂纹，甚至脆断；）引起焊接裂纹，甚至脆断；3 3）促使产生应力腐蚀裂）促使产生应力腐蚀裂纹。纹。4 4）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。定。焊接变形焊接变形：1）使工件形状尺寸不合要求；）使工件形状尺寸不合要求；2）影响组装）影响组装质量；质量；3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头）矫正焊接变形很费工时
25、，增加成本，降低接头塑性；塑性；4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。承载能力。3 3、焊接应力和变形的防止、焊接应力和变形的防止焊接应力的防止及消除措施焊接应力的防止及消除措施1 1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；可能小；2 2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩；如图如图8-8-1010所示所示；3 3）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力；减
26、少残余应力；4 4）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；5 5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；6 6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。焊接变形的防止和消除措施焊接变形的防止和消除措施1）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；可能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；2 2）焊前组装时，采用反变形法）焊前组装时，采用反变形法 ，如图如图8-118-11，8
27、 8-1212，8 8-1313所示；所示；3 3）刚性固定法，但会产生较大的残余应力，）刚性固定法，但会产生较大的残余应力，如图如图8-148-14所所示；示；4 4）采用合理的焊接规范；）采用合理的焊接规范；5 5）选用合理的焊接顺序，）选用合理的焊接顺序，如图如图8-108-10的对称焊，的对称焊，图图8-158-15的的分段退焊。分段退焊。6 6）采用机械或火焰矫正发来减少变形。）采用机械或火焰矫正发来减少变形。如图如图8-168-16，8 8-17-17所示。所示。四、焊接缺陷四、焊接缺陷 由于焊接产生的焊接接头不完好的现象叫焊接缺陷，由于焊接产生的焊接接头不完好的现象叫焊接缺陷，主
28、要有焊接裂纹，未焊透，未熔合、夹渣，气孔，咬边，主要有焊接裂纹，未焊透，未熔合、夹渣，气孔，咬边，焊瘤等。焊瘤等。1 1、焊接缺陷的危害、焊接缺陷的危害 1 1）产生应力集中，增加焊接结构工作时的应力，降低承载）产生应力集中，增加焊接结构工作时的应力，降低承载能力；能力；2 2）引起裂纹，缩短使用寿命；）引起裂纹，缩短使用寿命；3 3）造成脆断。）造成脆断。2 2、焊接裂纹、焊接裂纹：一是热裂纹，指在固相线附近的高温产生的：一是热裂纹，指在固相线附近的高温产生的裂纹；二是冷裂纹，对钢指在马氏体开始转变温度以下产裂纹；二是冷裂纹，对钢指在马氏体开始转变温度以下产生的裂纹。生的裂纹。1 1）热裂纹
29、）热裂纹：经常发生在焊缝区，在结晶过程中产生的叫：经常发生在焊缝区，在结晶过程中产生的叫结晶裂纹；在热影响区的过热区，晶间低熔点杂质发生结晶裂纹；在热影响区的过热区，晶间低熔点杂质发生熔化，产生液化裂纹。其特征都是沿晶间开裂，有氧化熔化，产生液化裂纹。其特征都是沿晶间开裂，有氧化色。色。产生原因有产生原因有：a)a)晶间存在液态间层即晶间存在液态间层即硫磷低熔点共硫磷低熔点共晶晶，焊缝结晶时，低熔点杂质偏析；，焊缝结晶时，低熔点杂质偏析；b)b)存在焊接拉应力，存在焊接拉应力，将晶界液态间层拉裂。将晶界液态间层拉裂。防止措施防止措施：a a）限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，限制钢材和焊条、焊
30、剂的低熔点杂质，如硫磷含量；如硫磷含量；b b）控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数；控制焊接规范，适当提高焊缝成形系数；c c）调整焊缝化学成分，调整焊缝化学成分，加锰可避免低熔点共晶加锰可避免低熔点共晶，缩小结，缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性，减少偏析；减少偏析；d d）采用能减少焊接应力的工艺措施；采用能减少焊接应力的工艺措施；e e）操操作上填满弧坑。作上填满弧坑。2 2、冷裂纹：、冷裂纹：在焊缝区和热影响区均可能产生。冷裂纹的形在焊缝区和热影响区均可能产生。冷裂纹的形态有：焊道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹，态有：焊
31、道下裂纹、焊趾裂纹、焊根裂纹，如图如图8-188-18所示所示 ；其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。其特点是无分支，为穿晶型，无氧化色。图图8-18 焊接冷裂纹焊接冷裂纹a焊道下裂纹焊道下裂纹 b焊趾裂纹焊趾裂纹c焊根裂纹焊根裂纹产生原因产生原因：a a)焊接接头存在淬硬焊接接头存在淬硬组织，接头性能脆化；组织，接头性能脆化；b）扩散扩散氢的含量较多，使接头性能脆化，氢的含量较多，使接头性能脆化，并造成很大的局部压力并造成很大的局部压力。c）存存在较大的焊接拉伸应力。在较大的焊接拉伸应力。防止措施防止措施：a a）选用碱性焊条，选用碱性焊条，减少氢含量，提高焊缝金属塑性；减少氢含量，提高焊缝
32、金属塑性；b）焊条和焊剂使用前严格烘干，去除水分，减少扩散氢焊条和焊剂使用前严格烘干，去除水分，减少扩散氢含量；含量；c）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水，减少氢来源；氢来源；d）焊前预热，焊后缓冷；焊前预热，焊后缓冷；e）采用合理的焊接顺采用合理的焊接顺序和工艺措施，减少焊接应力；序和工艺措施，减少焊接应力；f)焊后立即进行消氢处理。焊后立即进行消氢处理。g）焊后进行热处理，消除残余应力。焊后进行热处理，消除残余应力。3、气孔、气孔：在熔池液体金属冷却结晶时，产生气体，气体来：在熔池液体金属冷却结晶时，产生气体，气体来不及逸出熔池表面而形成。焊接
33、气孔有：氢气孔，一氧化不及逸出熔池表面而形成。焊接气孔有：氢气孔，一氧化碳气孔，氮气孔。碳气孔，氮气孔。防止措施防止措施：1 1）焊条焊剂烘干；）焊条焊剂烘干；2 2）清除焊丝和坡口及两侧）清除焊丝和坡口及两侧母材的锈、油、水；母材的锈、油、水；3)3)采用短弧焊，注意操作技术，控制采用短弧焊，注意操作技术，控制焊接速度。焊接速度。其它缺陷大多是由于焊接规范不当，操作不良。其它缺陷大多是由于焊接规范不当，操作不良。4 4、焊接缺陷的检查：、焊接缺陷的检查：焊接缺陷按发生部位可分为表面缺陷和内部缺陷。焊接缺陷按发生部位可分为表面缺陷和内部缺陷。对表面缺陷对表面缺陷：一般用眼睛或低倍放大镜进行检查
34、，对：一般用眼睛或低倍放大镜进行检查，对表面微裂纹，用着色检验或磁粉探伤。表面微裂纹，用着色检验或磁粉探伤。1 1）着色检验）着色检验：是一种渗透探伤法，使用喷罐式气雾剂，先用：是一种渗透探伤法，使用喷罐式气雾剂，先用清洗气雾剂清洗，再用渗透气雾剂（红色）渗透，再清洗，清洗气雾剂清洗，再用渗透气雾剂（红色）渗透，再清洗，最后用显像气雾剂（白色）显示。最后用显像气雾剂（白色）显示。2 2）磁粉探伤）磁粉探伤：原理是利用外加磁场在焊件上产生的磁力线，：原理是利用外加磁场在焊件上产生的磁力线，遇有裂纹等缺陷时，会弯曲跑出焊件表面，形成漏磁场，产遇有裂纹等缺陷时，会弯曲跑出焊件表面，形成漏磁场，产生极
35、性，吸附磁粉，显示裂纹等缺陷的形貌、部位和尺寸；生极性，吸附磁粉，显示裂纹等缺陷的形貌、部位和尺寸；如图如图8-198-19所示。所示。对内部缺陷：有射线探伤和超声波探伤。对内部缺陷：有射线探伤和超声波探伤。3 3）射线探伤：有）射线探伤：有X-X-射线，射线，-射线和高能射线；其原理是利射线和高能射线；其原理是利用射线经过裂纹等缺陷时，衰减较小，在底片感光较强，而用射线经过裂纹等缺陷时，衰减较小，在底片感光较强，而显示出缺陷的形状、尺寸和位置。显示出缺陷的形状、尺寸和位置。如图如图8-208-20，8 8-21-21所示。所示。4 4）超声波探伤：其原理是向焊接接头发出定向的超声波，遇）超声
36、波探伤：其原理是向焊接接头发出定向的超声波，遇有缺陷时，在超声波到达接头底面之前，就返回接受器，在有缺陷时，在超声波到达接头底面之前，就返回接受器，在荧光屏上显示出脉冲波形，从而判断缺陷的位置和大小，但荧光屏上显示出脉冲波形，从而判断缺陷的位置和大小，但不能判断那种缺陷。不能判断那种缺陷。如图如图8-228-22所示。所示。思考题思考题1 1、焊接接头组织包括那几个部分，低碳钢焊接接头各部分、焊接接头组织包括那几个部分，低碳钢焊接接头各部分的性能如何？的性能如何？2 2、解释下列名词：焊接热循环、金属的焊接性、碳当量。、解释下列名词：焊接热循环、金属的焊接性、碳当量。3 3、焊接应力、变形和缺
37、陷有哪些危害，产生原因是什么？、焊接应力、变形和缺陷有哪些危害，产生原因是什么？第二节第二节 焊接方法焊接方法 焊接方法种类很多，按照焊接过程的物理特点可分焊接方法种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔化焊、压力焊和钎焊三类。常用焊接方法有为熔化焊、压力焊和钎焊三类。常用焊接方法有:熔化焊熔化焊 堆焊与喷涂堆焊与喷涂 高能焊高能焊 电渣焊电渣焊 电弧焊电弧焊 气焊气焊 激光焊激光焊 电子束焊电子束焊 等离子弧焊等离子弧焊 气体保护焊气体保护焊 埋弧自动焊埋弧自动焊 焊条电弧焊焊条电弧焊 压力焊压力焊 摩擦焊摩擦焊 扩散焊扩散焊 电阻焊电阻焊 超声波焊超声波焊 爆炸焊爆炸焊 对焊对焊 点焊点焊
38、 缝焊缝焊 钎焊钎焊 真空钎焊真空钎焊 感应钎焊感应钎焊 炉中钎焊炉中钎焊 电阻钎焊电阻钎焊 盐浴钎焊盐浴钎焊 火焰钎焊火焰钎焊 烙铁钎焊烙铁钎焊一、熔化焊一、熔化焊（一）焊条电弧焊（一）焊条电弧焊 焊条电弧焊是利用电弧作为热源，手工操纵焊条进焊条电弧焊是利用电弧作为热源，手工操纵焊条进行焊接的方法，又称手工电弧焊。其连接方式有正接和行焊接的方法，又称手工电弧焊。其连接方式有正接和反接两种，反接两种，如图如图8-23所示。所示。手工电弧焊的特点：手工电弧焊的特点：1）设备简单、操作灵活；）设备简单、操作灵活；2）可焊接多种金属材料；）可焊接多种金属材料；3）室内、外焊接效果相近；）室内、外焊接
39、效果相近；4）对焊工操作水平较高，生产率较低。）对焊工操作水平较高，生产率较低。（二）埋弧自动焊（二）埋弧自动焊 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。1 1、埋弧焊设备、埋弧焊设备：由焊接电源、焊车、控制箱三部分组成，：由焊接电源、焊车、控制箱三部分组成，焊车由送丝机头、行走小车、控制盘、焊丝盘和焊剂漏斗焊车由送丝机头、行走小车、控制盘、焊丝盘和焊剂漏斗等组成。等组成。2 2、埋弧焊的焊接过程及工艺、埋弧焊的焊接过程及工艺 埋弧焊焊接过程埋弧焊焊接
40、过程如图如图8-248-24所示；埋弧焊焊缝形成过程所示；埋弧焊焊缝形成过程如图如图8-258-25所示；埋弧焊焊丝从导电嘴深处长度较短，故可所示；埋弧焊焊丝从导电嘴深处长度较短，故可采用大电流焊接，比手工电弧焊高采用大电流焊接，比手工电弧焊高4 4倍；故适宜焊接较厚倍；故适宜焊接较厚材料；也可焊接大直径筒体，材料；也可焊接大直径筒体，如图如图8-268-26所示。所示。生产过程生产过程3、埋弧焊特点及应用、埋弧焊特点及应用埋弧焊与手工电弧焊相比，具有如下埋弧焊与手工电弧焊相比，具有如下优点优点：1 1）生产率高、热效率高（可达）生产率高、热效率高（可达95%95%）、节省焊接材料，成）、节省
41、焊接材料，成本低本低；2）焊接质量好；）焊接质量好；3）劳动条件好。）劳动条件好。缺点缺点：1）适应性较差适应性较差，焊前准备工作量大，只适合俯位焊；，焊前准备工作量大，只适合俯位焊；2）焊接电流强度大，不适于）焊接电流强度大，不适于3mm以下薄板；以下薄板；3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接；）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接；4）设备一次性投资较大。）设备一次性投资较大。适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池
42、及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体（氩气、氦气和混合气体）和活性气体（二氧化碳气）两（氩气、氦气和混合气体）和活性气体（二氧化碳气）两种，分别成为惰性气体保护焊和种，分别成为惰性气体保护焊和CO2焊。焊。（三）气体保护电弧焊（三）气体保护电弧焊1、惰性气体保护焊、惰性气体保护焊（1）保护气体和电极材料）保护气体和电极材料 保护气体有氩气（保护气体有氩气（Ar）和氦气（和氦气（He），），或其混合气或其混合气体，分别称为氩弧焊和氦弧焊，混合气体保护焊。体，分别称为氩弧焊和氦弧焊，混合气体保护焊。氩弧焊分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊；氩弧焊分为钨
43、极氩弧焊和熔化极氩弧焊；如图如图8-27所所示。示。钨极氩弧焊的电极材料可用纯钨或钨合金，一般采用钨极氩弧焊的电极材料可用纯钨或钨合金，一般采用铈钨极；其在焊接过程中不熔化，故需采用焊丝；焊接电铈钨极；其在焊接过程中不熔化，故需采用焊丝；焊接电流较小，适于薄板焊接。流较小，适于薄板焊接。熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极，可使用大电流，适熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极，可使用大电流，适于中厚板焊接。于中厚板焊接。氩弧焊设备由送丝系统、主电路系统、供气系统、水冷氩弧焊设备由送丝系统、主电路系统、供气系统、水冷系统、控制系统、焊枪等组成。系统、控制系统、焊枪等组成。如图如图8-28所示。所示。（2）电源种
44、类和极性）电源种类和极性 钨极氩弧焊一般采用直流正接，以减少钨极烧损，但钨极氩弧焊一般采用直流正接，以减少钨极烧损，但焊接铝、镁金属时，为去除氧化物而利用焊接铝、镁金属时，为去除氧化物而利用“阴极破碎阴极破碎”可采可采用直流反接。用直流反接。生产过程生产过程（3）惰性气体保护焊的特点及应用）惰性气体保护焊的特点及应用1）可焊化学性质活泼的非铁金属及其合金或特殊性能钢；）可焊化学性质活泼的非铁金属及其合金或特殊性能钢；2）电弧燃烧稳定、飞溅小，表面无熔渣，焊缝成形美观，）电弧燃烧稳定、飞溅小，表面无熔渣，焊缝成形美观，质量好。质量好。3 3）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊缝周围气流冷却，）电
45、弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊缝周围气流冷却，热影响区小，焊后变形小，适于薄板焊接；热影响区小，焊后变形小，适于薄板焊接；4 4）电弧为明弧可见，操作方便，易于自动控制焊缝。）电弧为明弧可见，操作方便，易于自动控制焊缝。5 5）氩气、氦气价格较贵，焊件成本高。）氩气、氦气价格较贵，焊件成本高。适于焊接铝、镁、钛及其合金，稀有金属锆、钼，不适于焊接铝、镁、钛及其合金，稀有金属锆、钼，不锈钢，耐热钢、低合金钢等。锈钢，耐热钢、低合金钢等。2、CO2气体保护焊气体保护焊 CO2焊采用焊采用CO2为保护气体，其焊接过程为保护气体，其焊接过程如图如图8-29所示。所示。CO2在高温下会分解氧化金属，故
46、不能焊接易氧化的非铁在高温下会分解氧化金属，故不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢；需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝。金属和不锈钢；需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝。可分为自动焊和半自动焊（送丝自动，电弧移动手可分为自动焊和半自动焊（送丝自动，电弧移动手工）。其设备包括：主电路系统、控制系统、焊枪、供气工）。其设备包括：主电路系统、控制系统、焊枪、供气系统、冷却系统。系统、冷却系统。普通CO2气体保护焊COCO2 2焊的特点是：焊的特点是：1 1）生产率高；电流大，易于自动化，无渣壳。）生产率高；电流大，易于自动化，无渣壳。2 2）成本低；无需涂料焊条和焊剂，）成本低；无需涂料焊条和焊剂，COCO2
47、2价廉；价廉；3 3）焊缝质量较好；）焊缝质量较好；4 4）采用气体保护，能全位置焊接，易于自动控制）采用气体保护，能全位置焊接，易于自动控制 ；5 5）焊缝成形差，飞溅大）焊缝成形差，飞溅大 ；6 6）不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢；不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢；7）设备较复杂，使用和维修不便。设备较复杂，使用和维修不便。适于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢。适于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢。（四）电渣焊（四）电渣焊 电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。按电极形状可
48、分母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。按电极形状可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊。为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊。丝极电渣焊过程丝极电渣焊过程如图如图8-308-30所示。焊接过程为先引弧，形所示。焊接过程为先引弧，形成渣池，电弧过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。成渣池，电弧过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。电渣焊的特点电渣焊的特点:1 1）可一次焊成很厚的焊缝；）可一次焊成很厚的焊缝；2 2）生产率高，焊接材料消耗少，不需开破口；）生产率高，焊接材料消耗少，不需开破口；3 3）焊缝金属较纯净，渣池覆盖住熔池，保护良好，有利于）焊缝金属较纯净，渣池覆
49、盖住熔池，保护良好，有利于气体和杂质浮出。气体和杂质浮出。4 4）接头金属在高温下停留时间长，过热区大，接头金属组）接头金属在高温下停留时间长，过热区大，接头金属组织粗大，焊后应进行正火处理。织粗大，焊后应进行正火处理。电渣焊主要用于厚壁压力容器和铸电渣焊主要用于厚壁压力容器和铸焊、锻焊、锻焊、厚焊、厚板拼焊等大型构件的制造，厚度应大于板拼焊等大型构件的制造，厚度应大于40mm40mm的碳钢、合金的碳钢、合金钢和不锈钢等。钢和不锈钢等。（五）高能焊（五）高能焊 高能焊是利用高能量密度的束流，如等离子弧、电高能焊是利用高能量密度的束流，如等离子弧、电子束、激光束等作为焊接热源的熔焊方法。子束、激
50、光束等作为焊接热源的熔焊方法。1、等离子弧焊和切割、等离子弧焊和切割1）等离子弧的产生）等离子弧的产生：等离子弧是一种电离度很高的压缩：等离子弧是一种电离度很高的压缩电弧；温度高，能量密度大；其发生装置如电弧；温度高，能量密度大；其发生装置如图图8-31所示，所示，在三个压缩作用下形成等离子弧：在三个压缩作用下形成等离子弧：1）机械压缩效应；）机械压缩效应；2）热压缩效应；热压缩效应；3）电磁压缩效应。温度可达）电磁压缩效应。温度可达24000K50000K。2 2）等离子切割）等离子切割：它利用能量密度高的高温高速的等离子：它利用能量密度高的高温高速的等离子流，将切割金属局部熔化并随即吹除，
