1、第四章第四章 焊接焊接 4.1 4.1 概述概述4.24.2焊接方法焊接方法.3 .3 金属材料焊接性金属材料焊接性.4 .4 焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计1、汽车上常有哪些焊接方法有？、汽车上常有哪些焊接方法有？2、最常用的方法有哪些？用在汽车什么部件上？、最常用的方法有哪些？用在汽车什么部件上？焊接焊接 是利用加热或加压（或者加热和加压），使是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属结合的方法。分离的两部分金属结合的方法。实质是：实质是：原子互相扩散，形成原子间的结合原子互相扩散，形成原子间的结合第节第节 概述概述 在机械制造、建筑、车辆、石油化工、国防、航空航天等在机械制
2、造、建筑、车辆、石油化工、国防、航空航天等部门得到广泛运用。部门得到广泛运用。n 全世界所有大工业的产业，像航天航空、造船、全世界所有大工业的产业，像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备等等，焊接都是最主要的工艺。器装备等等，焊接都是最主要的工艺。n 世界上从外层空间到深海水下，从一百万吨世界上从外层空间到深海水下，从一百万吨的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一，的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一，这么粗的细线的集成电路片的引线，焊接都是主这么粗的细线的集成电路片的引线，焊接都是主要工艺。要工艺。焊接的特点：焊接的
3、特点：优点：优点：1）连接性能好，密封性好，连接性能好，密封性好，承压能力高承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；）省料，重量轻，成本低；3)可以可以制造双金属结构制造双金属结构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，更换修理不便焊接结构是不可拆卸的，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
4、纹、未焊透、夹渣、气孔等。焊接方法可分为焊接方法可分为：1 1）熔焊：熔焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到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，将两熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。部分金属连接成为一个整体的工艺方法。2）压力焊：）压力焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接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头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接
5、的一种焊接方法。法。第节第节 手工电弧焊手工电弧焊l焊接电弧焊接电弧l焊接接头焊接接头l焊条焊条l焊接缺陷及防止焊接缺陷及防止手工电弧焊手工电弧焊 手工操纵焊条进行焊接手工操纵焊条进行焊接 操作灵活操作灵活 方便，目前使用最广。方便，目前使用最广。电弧焊电弧焊 利用电弧作为热源的一种熔焊方法利用电弧作为热源的一种熔焊方法。演示手弧焊焊钳和面罩焊钳和面罩焊接示意图焊接示意图一、焊接电弧一、焊接电弧 形成形成演示阴极区：热量约占阴极区：热量约占36%，平均温度，平均温度2400K；阳极区：热量约占阳极区：热量约占43%，平均温度，平均温度2600K；弧柱区：热量弧柱区：热量21%，中心温度，中心温
6、度60008000K钢焊条焊接钢材时：钢焊条焊接钢材时：焊机焊机演示二、焊接接头二、焊接接头图图4-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程1.焊缝的形成过程焊缝的形成过程空气中的空气中的N.O.HN.O.H，与熔池金属发生反，与熔池金属发生反应：应：FeOOFeMnOOMn2SiO2OSi图图4-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程2.焊接冶金过程焊接冶金过程COO Cu O O 使合金元素烧损；氧化物冷凝时残留在焊缝金属中；使合金元素烧损；氧化物冷凝时残留在焊缝金属中；COCO形成气孔形成气孔u H H 在焊缝中形成气孔，或造成氢脆。在焊缝中形成气孔，或造成氢脆。u N N 在高温时大量溶于液体金属，
7、冷却形成气孔，部分以针状氮在高温时大量溶于液体金属，冷却形成气孔，部分以针状氮 化物形式析出化物形式析出大大降低缝金属的力学性能：塑性和韧性剧烈下降。大大降低缝金属的力学性能：塑性和韧性剧烈下降。所以所以为保证焊缝质量，采取了措施：为保证焊缝质量，采取了措施：1 1）减少减少N.O.H进入熔池，主要采用进入熔池，主要采用机械保护机械保护.如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体（COCO2 2，氩气）等）。，氩气）等）。2 2）清除已进入熔池的有害元素清除已进入熔池的有害元素,增加合金元素增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、
8、渗如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。合金等。回答焊接为什么要有回答焊接为什么要有焊条药皮、气体或焊剂焊条药皮、气体或焊剂物质保护？物质保护？以以低碳钢低碳钢为例为例图图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化3.焊接接头的组织和性能焊接接头的组织和性能1)1)焊缝区焊缝区焊缝金属的力学性能不低于母材。焊缝金属的力学性能不低于母材。2）热影响区热影响区 熔合区熔合区:是接头中的薄弱区域是接头中的薄弱区域过热区：也是接头中的薄弱区域过热区：也是接头中的薄弱区域正火区：力学性能较好正火区：力学性能较好部分相变区：力学性能稍差部分相变区：力学性能稍差 应尽可能减小应
9、尽可能减小熔合区、过热区熔合区、过热区图图4-8 低碳钢焊接接头的性能分布低碳钢焊接接头的性能分布应尽可能减小应尽可能减小熔合区、过热区熔合区、过热区三、三、焊条焊条 演示演示起导电和填充焊缝作用起导电和填充焊缝作用,直径最小为直径最小为0.4，最大为，最大为5。常用。常用35焊条焊条1.1.组成组成2.2.分类分类结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等力学性能好；工艺性能差；焊缝金属抗裂性好；对力学性能好；工艺性能差；焊缝金属抗裂性好；对 锈、锈、
10、油、油、水的敏感性大，易出气孔；有毒烟尘多。水的敏感性大，易出气孔；有毒烟尘多。用于重要的结构钢或合金用于重要的结构钢或合金钢结构。钢结构。力学性能较差，但工艺性能好力学性能较差，但工艺性能好，用于一般结构钢。用于一般结构钢。3.3.型号与牌号型号与牌号J422表12.3 结构焊条牌号中数字的含义牌号中第一、第二位数字焊缝金属抗拉强度等级MPa牌号中第三位数字药皮类型焊接电源种类424200不属已规定类型不规定504901氧化钛型交流或直流反接555402氧化钛钙型交流或直流反接605903钛铁矿型交流或直流反接706904氧化铁型交流或直流反接757406低氢钾型交流或直流反接807807低
11、氢钠型直流反接表12.4 常用焊条型号和牌号对照表型号牌号型号牌号E4303结422E6016结606E4316结426E6015结607E4315结427E7015结707E5003结502E308奥102E5016结506E308L奥002E5015结507E347奥132E515结557E316L奥0224.4.焊条的选择原则焊条的选择原则（1）等强度原则）等强度原则:低碳钢、低合金钢低碳钢、低合金钢（2）同成分原则：不锈钢、耐热钢等）同成分原则：不锈钢、耐热钢等（3）刚度大，形状复杂，要承受动载荷的结构，应选用抗裂性）刚度大，形状复杂，要承受动载荷的结构，应选用抗裂性好的碱性焊条好的碱
12、性焊条1.焊接与其他连接方法的本质区别是（焊接与其他连接方法的本质区别是（）。）。A.所采用的热源不同 B.使被连接件之间形成原子间的结合 C.所用压力不同 D.只能连接金属材料2.手弧焊采用直流焊机焊薄件时，工件与焊条的接法用（）：手弧焊采用直流焊机焊薄件时，工件与焊条的接法用（）：正接法 反接法 Y接法 接法3.采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时，通常选用碱性焊采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时，通常选用碱性焊条，原因是（条，原因是（）A.焊缝成形好 B.焊接电弧稳定 C.焊接接头抗裂性能好 D.交、直流电焊机都可以使用4.具有较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的具有
13、较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的焊条是（）：焊条是（）：酸性焊条 结构钢焊条 碱性焊条 不锈钢焊条选择题：选择题：5.下列各项中，焊条金属芯所起的作用是（下列各项中，焊条金属芯所起的作用是（）。）。A、改善焊条公艺性 B、防止空气对熔池的侵入 C、参与渗合合金等冶金反应 D、填充金属6.焊接热影响区中，对焊接接头性能不利的区域是（焊接热影响区中，对焊接接头性能不利的区域是（），对焊接），对焊接接接性能有利的区域是（接接性能有利的区域是（）焊缝金属 部分相变区 熔合区 正火区7.焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械性能也得到改善的区域是焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械性能也得到
14、改善的区域是（）：（）：正火区 熔合区 过热区 部分相变区五、焊接缺陷五、焊接缺陷1、焊接应力与变形、焊接应力与变形2、接头的缺陷、接头的缺陷四、焊接缺陷四、焊接缺陷1、焊接应力与变形、焊接应力与变形1 1）结构设计要避免焊缝密集交叉结构设计要避免焊缝密集交叉；2 2）采取合理的焊接顺序，采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩使焊缝较自由的收缩3 3）焊前预热可，焊前预热可，减少工件温差，减少残余应力；减少工件温差，减少残余应力；4 4）焊后进行去应力退火焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。，消除焊接残余应力。5）焊前组装时，）焊前组装时，采用反变形法采用反变形法 6）刚性固定法刚性固定法，
15、但会产生较大的残余应力，但会产生较大的残余应力7）采用）采用机械或火焰矫正机械或火焰矫正法来减少变形。法来减少变形。2.焊接应力和变形的防止焊接应力和变形的防止 一般焊接顺序为：一般焊接顺序为：1 1）先焊收缩量较大的焊缝；）先焊收缩量较大的焊缝；2)2)工作时受力较大工作时受力较大的焊缝；的焊缝；3)3)先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。图图4-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺序 图图4-11 平板对接焊反变形平板对接焊反变形图图4-12 工字梁反变形工字梁反变形图图4-13 刚性固定防止变形刚性固定防止变形图图4-15 机械矫正法机械矫正法 图图4
16、-16 火焰矫正法火焰矫正法3.焊接接头缺陷的防止焊接接头缺陷的防止l 烘干焊条烘干焊条l 焊件清理焊件清理l 选用碱性焊条选用碱性焊条l 改变电流大小改变电流大小l 改变坡口形态、大小改变坡口形态、大小l 改变焊条直径改变焊条直径思考题思考题1.1.焊接接头包括哪几部分？低碳钢焊接接头各部分的性能焊接接头包括哪几部分？低碳钢焊接接头各部分的性能如何？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.焊接应力和变形有哪些危害，产生原因是什么？焊接应力和变形有哪些危害，产生原因是什么？第第3 3节节 焊接方法焊接方法 焊接方法的
17、种类很多，按照焊接过程的物理特点可焊接方法的种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。分为熔焊、压焊和钎焊三类。熔焊熔焊 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 气气 焊焊 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 埋弧焊埋弧焊 焊条电弧焊焊条电弧焊演示演示演示演示演示 演示演示演示演示把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（）电路板（电路板（）汽车车厢（汽车车厢（）汽车油箱汽车油箱 （）供水管道维修（供水管道维修（）铝合金装饰薄板的焊接（铝合金装饰薄板的焊接（）a.手工电弧
18、焊 b.埋弧自动焊 c.点焊 d.缝焊 e.氩弧焊 f.软钎焊 g.硬钎焊下列情况应选用什么焊接方法：下列情况应选用什么焊接方法：一一 、埋弧焊、埋弧焊 埋弧焊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、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。焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。演示 埋弧焊埋弧焊:适于适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。径较大的环缝。是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。和熔池及焊缝的电弧焊。惰性气体保护焊
19、、惰性气体保护焊、CO2焊。焊。二、气体保护电弧焊二、气体保护电弧焊1.氩弧焊氩弧焊 演示演示钨极氩弧焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极，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。可使用大电流，适于中厚板焊接。电极材料可用纯钨或钨合金，需采用焊丝。电极材料可用纯钨或钨合金，需采用焊丝。焊接电流较小，适于薄板焊接。焊接电流较小，适于薄板焊接。惰性气体保护焊适于惰性气体保护焊适于焊接铝、镁、钛及其合金，稀有金属锆、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。钼，不锈钢，耐热钢，低合金钢等。2.CO2气体保护焊气体保护焊 演示演
20、示 1）CO2在高温下会分解氧化金属，故不能焊接易氧化的非铁金属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。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝；和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝；2）生产率高；）生产率高；3）成本低；无需涂料焊条和焊剂，）成本低；无需涂料焊条和焊剂，CO2焊适于焊适于:广泛，广泛，焊接低碳钢和强度级别不高的普焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢通低合金结构钢 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。母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。丝极电渣焊过程。
21、焊接过程为先引弧，形成渣池，电弧丝极电渣焊过程。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。过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。三、电渣焊三、电渣焊演示演示 电渣焊主要用于：厚壁压力容器；电渣焊主要用于：厚壁压力容器；铸铸焊、锻焊、锻焊、厚板拼焊焊、厚板拼焊等大型构件的制造，等大型构件的制造，三、气焊与气割三、气焊与气割演示演示 压焊压焊 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 缝焊缝焊 压焊压焊 是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等
22、作用，使两个分离其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。演示演示演示五、电阻焊五、电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊。电阻焊可分为可分为点焊、缝焊、点焊、缝焊、对焊对焊。演示 图图4-29 点焊接头形式点焊接头形式图图4-28 点焊示意图点焊示意图适于低碳钢
23、、不锈钢、铜合金、适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度铝镁合金，厚度4mm以下的薄板冲以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。压结构及钢筋的焊接。点焊点焊搭接接头搭接接头点焊分流现点焊分流现象象图图4-31 电阻缝焊电阻缝焊图图4-32 缝焊接头形式缝焊接头形式缝焊缝焊适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度镁合金，厚度mm以下的薄板焊件。以下的薄板焊件。主要用于有密封性要求的薄板件主要用于有密封性要求的薄板件。Fj夹紧力夹紧力 Fw挤压力挤压力 Fd顶锻力顶锻力 a)电阻对焊电阻对焊 b)闪光对焊闪光对焊对焊：对焊：是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊是利
24、用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊图图4-34 对焊应用实例对焊应用实例 a）对焊工件）对焊工件 b)对焊管材对焊管材 1焊缝焊缝 2滚盘滚盘 3挤压滚挤压滚 4焊件焊件 5绝缘层绝缘层对焊：对焊：主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。摩擦焊摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。六、摩擦焊六、摩擦焊演示演示摩擦焊用于摩擦焊用于圆形工
25、件、棒料管子的对接圆形工件、棒料管子的对接,也可用于异种金属的焊也可用于异种金属的焊接。接。图图4-36 摩擦焊接头形式摩擦焊接头形式 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 钎焊钎焊 是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。的焊接方法。演
26、示演示七、钎焊七、钎焊演示演示1.软钎焊软钎焊 钎料熔点在钎料熔点在4500C以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌溶液作钎剂。溶液作钎剂。其接头强度低，用于电子仪表线路的焊接。其接头强度低，用于电子仪表线路的焊接。2.硬钎焊硬钎焊 钎料熔点在钎料熔点在4500C以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。接头强度较高，用于机械零部件接头强度较高，用于机械零部件的焊接。的焊接。（如车刀硬质合金刀头与刀杆的焊接）（如车刀硬质合金刀头与刀杆的焊接）应力和变形小，易于保证
27、焊件质量，应力和变形小，易于保证焊件质量，能实现金属与非金属的焊接。能实现金属与非金属的焊接。把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（）电路板（电路板（）汽车车厢（汽车车厢（）汽车油箱汽车油箱 （）供水管道维修（供水管道维修（）铝合金装饰薄板的焊接（铝合金装饰薄板的焊接（）a.手工电弧焊 b.埋弧自动焊 c.点焊 d.缝焊 e.氩弧焊 f.软钎焊 g.硬钎焊下列情况应选用什么焊接方法：下列情况应选用什么焊接方法：思考题思考题1.埋弧自动焊和手工电弧焊相比有何特点，应用范围怎样？埋弧自动焊和手工电弧焊相比有何特点，应用范围怎样？2.试简要介绍电阻焊中的
28、点焊、缝焊和对焊？试简要介绍电阻焊中的点焊、缝焊和对焊？3.钎焊和熔焊比有何根本区别？钎剂有何作用？钎焊和熔焊比有何根本区别？钎剂有何作用？电阻焊(1)点焊 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等.(2)多点焊 用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等.(3)凸焊及滚凸焊 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等.(4)缝焊 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等.(5)对焊 用于钢圈、排进气阀杆、刀具等.电弧焊(1)CO2保护焊 用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等的焊接.(2)氩弧焊 用于机
29、油盘、铝合金零部件的焊接和补焊.(3)焊条电弧焊 用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等.(4)埋弧焊 用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等.一、金属焊接性的概念一、金属焊接性的概念 在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。程度。焊接性能随焊接性能随焊接方法焊接方法、焊接材料焊接材料和和焊接工艺焊接工艺而变，不而变，不同条件下焊接性能有很大差别。同条件下焊接性能有很大差别。第节第节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性 二二 、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：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊碳当量法：在粗略
30、估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其接性能时，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。其计算公式如下：当量。其计算公式如下：1556CCuNiVMoCrMncEwwwwwwwCECE0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采用较高的预时，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。热温度和其他严格的工艺措施。碳当量越高，焊接性越差。碳当量越高，焊接性越差。值得注意的是：钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条值得注意的是：钢材的焊接性还受结构刚度、焊
31、后应力条件、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。接性试验。1.1.碳素结构钢和低合金结构钢的焊接碳素结构钢和低合金结构钢的焊接性能性能1）低碳钢：）低碳钢：焊接性能优良，焊接性能优良，可采用任何一种焊接方法。可采用任何一种焊接方法。2）中碳钢：）中碳钢：焊接性能中等，焊接性能中等，焊缝易产生热裂，热影响区易产焊缝易产生热裂，热影响区易产生脆硬组织甚至冷裂。常采用手工电弧焊和气焊，须预热。生脆硬组织甚至冷裂。常采用手工电弧焊和气焊，须预热。3）高碳钢：）高碳钢：焊接性能差，焊接性能差，采用焊条电弧焊对其补焊，应预热
32、。采用焊条电弧焊对其补焊，应预热。4）低合金结构钢：）低合金结构钢：强度级别低的焊接性好，强度级别较高的强度级别低的焊接性好，强度级别较高的焊接性较差焊接性较差。常用手工电弧焊和埋弧焊。常用手工电弧焊和埋弧焊。三、常用金属材料的焊接性能三、常用金属材料的焊接性能2.铸铁的焊接性能铸铁的焊接性能 铸铁的焊接性能差铸铁的焊接性能差。1）焊接接头易产生白口和脆硬组织；）焊接接头易产生白口和脆硬组织；2）裂纹倾向大；）裂纹倾向大；3）焊缝中易产生气孔和夹渣。）焊缝中易产生气孔和夹渣。铸铁不宜作焊接结构材料，只进行修复性补焊。铸铁不宜作焊接结构材料，只进行修复性补焊。可采用可采用热焊（热焊（4000C以
33、上）和冷焊。焊接方法可采用电弧焊和气焊。以上）和冷焊。焊接方法可采用电弧焊和气焊。3.常用有色金属及其合金的焊接性能常用有色金属及其合金的焊接性能（1）铜及铜合金）铜及铜合金 焊接性能比低碳钢差。焊接性能比低碳钢差。1）导热性好，热容量大，易产生焊不透现象；）导热性好，热容量大，易产生焊不透现象；2）线膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接应力或变形大；）线膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接应力或变形大；3）易生成氢气孔；）易生成氢气孔；4）铜在高温易氧化，引起热裂纹；）铜在高温易氧化，引起热裂纹；5）铜合金中的合金元素易氧化和蒸发，降低焊缝力学性能，易）铜合金中的合金元素易氧化和蒸发，降低焊缝力学性能，
34、易产生热裂、气孔和夹渣。产生热裂、气孔和夹渣。常采用氩弧焊、气焊和钎焊。常采用氩弧焊、气焊和钎焊。焊前预热，焊后热处理。可采取焊前预热，焊后热处理。可采取如下措施：如下措施：1）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜；）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜；2）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源；）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源；3）焊前预热，焊后再结晶退火。）焊前预热，焊后再结晶退火。（2 2）铝及铝合金）铝及铝合金 焊接特点如下：焊接特点如下：1 1）极易氧化，应清除氧化物，采用氩气保护；）极易氧化，应清除氧化物，采用氩气保护；2 2）
35、容易形成气孔；）容易形成气孔；3）容易产生热裂纹；）容易产生热裂纹；4）易产生焊缝塌陷，须采用垫板。）易产生焊缝塌陷，须采用垫板。（3）钛及钛合金）钛及钛合金1）焊接时易吸收气体使接头变脆。）焊接时易吸收气体使接头变脆。2）易产生裂纹。）易产生裂纹。常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。第节第节 焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计 焊接工艺设计的主要内容是根据焊接结构工作时的负荷大小和焊接工艺设计的主要内容是根据焊接结构工作时的负荷大小和种类、工作环境、工作温度等使用要求，种类、工作环境、工作温度等使用要求，合理选择结构材料后进行合理选择结构
36、材料后进行焊封布置、焊接方法选择和焊接接头设计焊封布置、焊接方法选择和焊接接头设计焊接结构的主要生产工艺过程为：焊接结构的主要生产工艺过程为：备料备料装配装配焊接焊接焊接变形矫正焊接变形矫正质量检验质量检验表面处理表面处理一、焊缝布置一、焊缝布置焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则：焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则：1.焊缝应焊缝应尽量处于平焊位置尽量处于平焊位置2.焊缝要布置在焊缝要布置在便于施焊便于施焊的位置，的位置，如图如图4-38，如图如图4-39所示。所示。3.焊缝布置要焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形有利于减少焊接应力与变形1）尽量减少焊缝数量
37、及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸）尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸2）焊缝布置应避免密集或交叉）焊缝布置应避免密集或交叉3）焊缝布置应尽量对称）焊缝布置应尽量对称4）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置5）焊缝布置应避开机械加工表面）焊缝布置应避开机械加工表面图图4-38 焊条电弧焊的焊缝位置焊条电弧焊的焊缝位置图图4-39 点焊、缝焊的焊缝位置点焊、缝焊的焊缝位置 a)、c)电极难以伸入电极难以伸入 b)、d)方便操作的设计方便操作的设计 图图4-40 减少焊缝数量示例减少焊缝数量示例图图4-41焊缝布置避免密集和交叉焊缝
38、布置避免密集和交叉图图4-42 焊缝对称布置焊缝对称布置图图4-43 焊缝避开最大应力或应力集中位置焊缝避开最大应力或应力集中位置a)不合理不合理 b)b)合理合理图图4-44 焊缝布置避开或远离机械加工表面焊缝布置避开或远离机械加工表面c)不合理不合理 d)合理合理二、二、焊接方法的选择焊接方法的选择 选择焊接方法时应根据下列原则：选择焊接方法时应根据下列原则：1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求2）提高生产率，降低成本）提高生产率，降低成本3）现场设备条件及工艺可能性）现场设备条件及工艺可能性1.1.焊接接头形式设计焊接接头形式设计 常用的
39、基本接头形式有常用的基本接头形式有对接接头、盖板接头、搭接接头、对接接头、盖板接头、搭接接头、角接接头、角接接头、T T形接头、十字接头和卷边接头形接头、十字接头和卷边接头等等 钎焊，电阻焊的点焊和缝焊：采用搭接；钎焊，电阻焊的点焊和缝焊：采用搭接；对焊：采用对接；对焊：采用对接；熔化焊：可采用对接、搭接，角接和熔化焊：可采用对接、搭接，角接和T T形接对比选择。形接对比选择。压力容器：一般采用对接；桁架结构：一般采用搭接。压力容器：一般采用对接；桁架结构：一般采用搭接。气焊和钨极氩弧焊：可采用卷边接头。气焊和钨极氩弧焊：可采用卷边接头。三、焊接接头设计三、焊接接头设计 焊接接头设计包括焊接接
40、头设计包括 焊接接头形式设计焊接接头形式设计和和坡口形式设计。坡口形式设计。图图4-45 焊接接头形式焊接接头形式2.焊接接头坡口形式设计焊接接头坡口形式设计 开坡口的目的：是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观；开坡口的目的：是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观；通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有气割、切削加工、碳弧气刨等。气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要取决于：板料厚度。坡口形式主要取决于：板料厚度。1）对接接头坡口形式设计。）对接接头坡口形式设计。对接接头的基本坡口形式有对接接头的基本坡口形式有I形形坡口
41、、坡口、Y形坡口、双形坡口、双Y形坡口、形坡口、U形坡口、双形坡口、双U形坡口形坡口等，等，如如图图4-46所示。所示。同样板厚条件下：同样板厚条件下：双双Y形坡口比形坡口比V形坡口所需金形坡口所需金属少，焊接工时也少，焊接变形也小；属少，焊接工时也少，焊接变形也小；U形坡口也比形坡口也比V形坡口形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。省焊条，省工时，焊接变形也小。2）角接接头坡口形式设计角接接头坡口形式设计。角接接头角接接头基本坡口形式有基本坡口形式有I形坡形坡口、错边口、错边I形坡口、形坡口、Y形坡口、形坡口、V形坡口形坡口等，等，如图如图4-47所示。所示。3）T形接头坡口形式设计。形接头坡
42、口形式设计。T形接头基本坡口形式有形接头基本坡口形式有I形坡形坡口、口、V形坡口形坡口等，等，如图如图4-48所示。所示。4 4）对不同厚度的板材，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，）对不同厚度的板材，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图如图4-494-49所示所示。图图4-46 几种对接接头坡口形式几种对接接头坡口形式带钝边带钝边U形坡口形坡口 带钝边双带钝边双U形坡口形坡口 图图4-47 角接接头坡口形式角接接头坡口形式I 形坡口形坡口 错边错边I 形坡口形坡口 带钝边单边带钝边单边V形坡口形坡口 Y形坡口形坡口 带钝边双单边带钝边双单边V形坡口形坡口图图4-48 T形接头坡口形式形接头
43、坡口形式 I 形坡口形坡口 带钝边单边带钝边单边V 形坡口形坡口 带钝边双单边带钝边双单边V形坡口形坡口图图4-49 不同板厚对接不同板厚对接a)不合理不合理 b)合理合理四、四、焊接参数选择焊接参数选择 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫总称，叫焊接参数焊接参数。1 1）焊条直径和焊接电流选择。）焊条直径和焊接电流选择。焊条直径根据焊件厚度选焊条直径根据焊件厚度选择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流一般按择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流
44、一般按I I=（3030 6060）d d选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种类，通过试焊调整。类，通过试焊调整。2 2）焊接速度。）焊接速度。根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过慢。慢。3 3）弧长。）弧长。焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。五、焊接实例五、焊接实例例题例题 图图4-50所示为低压储气罐，壁厚为所示为低压储气罐，壁厚为8mm，压力为，压力为1.0MPa，常温工作，压缩空气，大批量生产。，常温工作，压缩空气，大批量生产。1）结构分析。）结构分析。筒体
45、由筒节、封头焊合。整个结构由筒体筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体再加四个法兰管座焊合而成，再加四个法兰管座焊合而成，如图如图4-50所示。所示。2）选择母材材料。）选择母材材料。封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用普通碳素结构钢（普通碳素结构钢（Q235A），短管选用优质碳素结构钢），短管选用优质碳素结构钢（10钢）。钢）。返回文档返回文档图图4-50 低压储气罐装配示意图低压储气罐装配示意图a)设计图设计图b)装配图装配图返回文档返回文档图图4-51 低压储气罐主要
46、工艺流程低压储气罐主要工艺流程3 3）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式。）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式。筒节纵焊缝与环筒节纵焊缝与环焊缝采用对接焊缝采用对接I I型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。如图如图4-504-50所示。所示。4 4）选择焊接方法和焊接材料。）选择焊接方法和焊接材料。角焊缝采用手工电弧焊，选角焊缝采用手工电弧焊，选用结构钢焊条用结构钢焊条J422J422；选用弧焊变压器；对接焊缝采用埋弧焊，；选用弧焊变压器；对接焊缝采用埋弧焊，焊丝选用焊丝选用H08A
47、H08A，配合焊剂，配合焊剂HJ431HJ431。5 5）主要工艺流程）主要工艺流程如图如图4-514-51。思考题：思考题：1.简述碳素钢和低合金结构钢的焊接性能。简述碳素钢和低合金结构钢的焊接性能。2.简述焊缝布置的基本原则。简述焊缝布置的基本原则。3.试为下列情况选择焊接方法。试为下列情况选择焊接方法。1）钢板（厚度）钢板（厚度20mm）拼成大型工字梁；）拼成大型工字梁；2）角钢组成的汽车吊臂（桁架结构）；）角钢组成的汽车吊臂（桁架结构）；3）铝制压力容器；）铝制压力容器；4）电路板；）电路板；5）薄板焊成的带轮、胶带罩。）薄板焊成的带轮、胶带罩。u 能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚
48、铁），冷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。凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量。u 而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液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。态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。u 氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。缺陷处造成氢脆。u 其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷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，析出的氮在焊缝中形成气孔，却结晶时，氮溶解度
49、下降，析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（部分还以针状氮化物（FeFe4 4N N）形式析出；焊缝中含氮量提）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。注意：注意：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
50、产生应力和变形，甚至开裂。4.2.1.5 4.2.1.5 高能焊高能焊 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，其发生装置电弧，温度高，能量密度大，其发生装置如图如图4-24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。a）机械压缩效应；）机械压缩效应；b）热压缩效应；）热压缩效应；c）电
