1、焊接定义焊接定义焊接是通过焊接是通过加热加热或或加压加压，或两者并用，并且用或不用，或两者并用，并且用或不用填充材料使焊件达到原子结合的一种填充材料使焊件达到原子结合的一种 加工方法。加工方法。根据工艺特点，焊接可分为三类：根据工艺特点，焊接可分为三类：n熔化焊：熔化焊：熔化焊是将焊接接头加热至熔化状态而不加熔化焊是将焊接接头加热至熔化状态而不加压力的一类焊接方法。压力的一类焊接方法。n压力焊：压力焊：是对焊件施加压力，加热或不加热的焊接方是对焊件施加压力，加热或不加热的焊接方法。法。n钎焊：钎焊：采用熔点比焊件金属低的钎料，采用熔点比焊件金属低的钎料，熔化后填充接熔化后填充接头间隙，并与母材
2、金属相互扩散的焊接方法。头间隙，并与母材金属相互扩散的焊接方法。3.1 3.1 概述概述3.1 3.1 概述概述 节省材料，减轻重量节省材料，减轻重量 简化复杂零件和大型零件的制造过程简化复杂零件和大型零件的制造过程 适应性强适应性强、连接性能好、连接性能好 满足特殊连接要求满足特殊连接要求 降低劳动强度，改善劳动条件降低劳动强度，改善劳动条件3.1 3.1 概述概述焊接方法在工业生产中主要应用于：焊接方法在工业生产中主要应用于：制造金属结构件制造金属结构件 制造机器零件和工具制造机器零件和工具 修复修复 3.1 3.1 概述概述3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础图图3-
3、2 低碳钢焊接接头的组织低碳钢焊接接头的组织焊接热影响区焊接热影响区受焊接热循环的影响，焊缝附受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化近的母材组织或性能发生变化的区域的区域熔合线熔合线熔焊焊缝和母材的交界线熔焊焊缝和母材的交界线熔合区熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区与热影响区的过渡区焊接接头焊接接头焊缝区、熔合区和热影响区焊缝区、熔合区和热影响区3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础（1）焊缝区）焊缝区n结晶从熔池壁开始逐次进行，形成柱状晶粒，结晶从熔池壁开始逐次进行，形成柱状晶粒，并垂直于熔池壁，由铁素体和珠光体组成。
4、并垂直于熔池壁，由铁素体和珠光体组成。n由于焊缝由于焊缝冷却速度快冷却速度快，晶粒有所细化。又因，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，所以焊等合金元素含量可能比基本金属高，所以焊缝金属的缝金属的性能可不低于基本金属性能可不低于基本金属。n焊缝中易存在杂质、气孔、缩松等缺陷。焊缝中易存在杂质、气孔、缩松等缺陷。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础（2）熔合区）熔合区n是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到是焊缝和基体金属的交界区，相当于加热到固相线和液相线之间固相线和液相线之间，焊接过程
5、中母材部分，焊接过程中母材部分熔化，所以也称为熔化，所以也称为半熔化区半熔化区。n熔化的金属凝固成铸态组织，熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化金属因未熔化金属因加热温度过高而成为过热粗晶加热温度过高而成为过热粗晶。在低碳钢焊。在低碳钢焊接接头中，熔合区虽然很窄（约接接头中，熔合区虽然很窄（约0.11mm），但因），但因强度、塑性和韧性都下降强度、塑性和韧性都下降，而，而此处接头断面变化，引起应力集中，在很大此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上程度上决定着焊接接头的性能决定着焊接接头的性能。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础（3）热影响区）热影响区n过热区过热区：被加
6、热到被加热到Ac3以上以上100200至固相线温至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，因度区间，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，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。此区脆性更大。n正火区正火区：被加热到被加热到Ac3至至Ac3以上以上100200区间，区间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体金属发生重结晶，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。和珠光体组织，其机械性能优于母材。n部分相变区：部分相变区：相当于加热到相当于加热到Ac1Ac3温度区间。珠温度区间。珠光体和部分铁
7、素体发生重结晶，使晶粒细化；部分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。学性能稍差。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础焊接应力与变形的产生原因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，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。是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式(1)收缩变形收缩变形(2)角变形角变形(3)弯曲变形弯曲变形(4)波浪变形波浪变形(5)扭曲变形扭曲变形3.2 3.2 金
8、属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础图图3-4 焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式a）收缩变形）收缩变形 b）角变形）角变形 c）弯曲变形）弯曲变形 d）扭曲变形）扭曲变形 e）波浪变形）波浪变形3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础减少焊接应力与变形的措施减少焊接应力与变形的措施n除了设计时应考虑之外，可采取一定的工艺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、刚性固定措施，有预留变形量、反变形法、刚性固定法、锤击焊缝法、加热法、锤击焊缝法、加热“减应区减应区”法等。重法等。重要的是，选择合
9、理的焊接顺序，尽量使焊缝要的是，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。自由收缩。焊前预热和焊后缓冷也很有效。详细可参阅有关资料。详细可参阅有关资料。焊接性的概念焊接性的概念n材料在一定焊接条件下，采用一定的焊接方材料在一定焊接条件下，采用一定的焊接方法，法，获得优质焊接头的难易程度获得优质焊接头的难易程度。金属焊接性的分类金属焊接性的分类n工艺焊接性工艺焊接性：一定焊接工艺条件下，形成焊：一定焊接工艺条件下，形成焊接工艺缺陷的可能性。接工艺缺陷的可能性。n使用焊接性使用焊接性：一定焊接工艺条件下，获得的：一定焊接工艺条件下，获得的焊接接头在使用过程中的可靠性。焊接
10、接头在使用过程中的可靠性。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础（1）影响焊接性的因素）影响焊接性的因素n主要是化学成分，特别是主要是化学成分，特别是碳含量碳含量。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础碳含量碳含量淬硬倾向淬硬倾向 焊接性焊接性 0.6%强强差差焊接时需较高预热温度和采焊接时需较高预热温度和采取严格的工艺措施取严格的工艺措施（2）焊接性的估算）焊接性的估算其他元素对焊接性的影响可转化为相同影响的碳含量，利其他元素对焊接性的影响可转化为相同影响的碳含量，利用用碳当量碳当量估算被焊钢的估算被焊钢的 焊接性。焊接性。（3）常见钢材的焊接性）常见钢材
11、的焊接性n低碳钢，含碳量不大于低碳钢，含碳量不大于0.25%，焊接性好，焊接性好n中碳钢，含碳量中碳钢，含碳量0.250.6%，需适当预热和工艺措施，需适当预热和工艺措施n高碳钢，需要较高温度预热和严格的工艺措施高碳钢，需要较高温度预热和严格的工艺措施3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础。元素在钢材中的百分比公式中元素符号代表该当量15CuNi5VMoCr6MnCC(4)有色金属的焊接性有色金属的焊接性n有色金属（铝、铜、锌、镁等）焊接性有色金属（铝、铜、锌、镁等）焊接性一般一般比钢差比钢差。问题是易氧化，焊接应力大，易产。问题是易氧化，焊接应力大，易产生气孔等。生气孔等。
12、(5)铸铁的焊接性铸铁的焊接性n碳当量高，塑性很差，组织不均匀，碳当量高，塑性很差，组织不均匀，焊接性焊接性能很差能很差，很少用于焊接，只用于补焊。，很少用于焊接，只用于补焊。3.2 3.2 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础1.手工电弧焊手工电弧焊n原理：原理：3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n电焊机：分为交流和直流两种。电焊机：分为交流和直流两种。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n电焊条：由电焊条：由焊芯焊芯和和药皮药皮两部分组成。两部分组成。n焊芯的作用：一是作为电极焊芯的作用：一是作为电极传导电流传导电流；二是熔化；二是熔化后作为后作为填充金属填充
13、金属与母材形成焊缝。与母材形成焊缝。n药皮的作用：一是药皮的作用：一是改善焊接工艺性改善焊接工艺性；二是对焊接；二是对焊接区起区起保护作用保护作用；三是起有益的；三是起有益的冶金化学作用冶金化学作用。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n焊接过程：焊接过程：焊接时，在电弧高热的作用下，被焊金属焊接时，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，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熔
14、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。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，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，不断填充焊熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊缝。缝。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n焊条选用原则焊条选用原则(1)等强度原则：等强度原则：选用与母材同强度等
15、级的焊条。选用与母材同强度等级的焊条。(2)同成分原则：同成分原则：按母材化学成分选用相应成分的焊条。按母材化学成分选用相应成分的焊条。(3)抗裂缝原则：抗裂缝原则：焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的焊接结焊接刚度大、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。生裂纹。(4)抗气孔原则：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，以免焊接过污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的
16、酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。(5)低成本原则：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、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。成本低和效率高的焊条。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n手工电弧焊的特点及应用手工电弧焊的特点及应用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、外焊接效果相近；4）对焊工操作水平要求较高，劳动条件差，生产）对焊工操作水平要求较高，劳动条件差，生产率较低。率较低。3.3 3.3
17、金属焊接成形方法金属焊接成形方法2.埋弧埋弧自动自动焊焊n焊接过程：焊接过程：3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法埋弧自动焊焊接过程纵截面图埋弧自动焊焊接过程纵截面图 1-焊丝焊丝 2-电弧电弧 3-焊件焊件 4-熔池熔池 5-焊缝焊缝 6-渣壳渣壳 7-液态熔渣液态熔渣 8-焊剂焊剂n埋弧自动焊特点：埋弧自动焊特点：（1）生产率高：生产率高：大电流连续送进焊丝。大电流连续送进焊丝。（2）焊接质量高：焊接质量高：焊剂供应充足，对熔化金属的保焊剂供应充足，对熔化金属的保护严密，且焊接稳定。护严密，且焊接稳定。（3）可节省焊接材料：可节省
18、焊接材料：没有焊条头的损失，薄焊件没有焊条头的损失，薄焊件可以不开坡口或开小坡口。可以不开坡口或开小坡口。（4）劳动条件好：劳动条件好：焊接时没有弧光辐射，焊接烟尘焊接时没有弧光辐射，焊接烟尘小，焊接过程自动进行。小，焊接过程自动进行。（5）适应范围：一般只适用于）适应范围：一般只适用于水平位置水平位置的的长直焊缝长直焊缝和和直径较大的环形焊缝直径较大的环形焊缝，不适于焊接短缝和小直径曲缝。，不适于焊接短缝和小直径曲缝。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法3.气体保护电弧焊气体保护电弧焊3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法直接电弧法直接电弧法（熔化极气体保护焊）（熔化极
19、气体保护焊）间接电弧法间接电弧法（非熔化极气体保护焊）（非熔化极气体保护焊）n气体保护焊分类：气体保护焊分类：氩弧焊氩弧焊、CO2气体保护焊气体保护焊（1）氩弧焊：以纯度为）氩弧焊：以纯度为99.9%的氩气为保护气，的氩气为保护气，主要用于非熔化极气体保护焊焊接薄板。主要用于非熔化极气体保护焊焊接薄板。氩弧焊特点：氩弧焊特点：隔离空气，隔离空气，适于焊接易氧化有色金属适于焊接易氧化有色金属；气流压缩电弧，气流压缩电弧，热量集中热量集中，熔池较小，焊接速，熔池较小，焊接速度快，热影响区窄，工件变形小；度快，热影响区窄，工件变形小；电弧稳定、飞溅小，焊缝致密，电弧稳定、飞溅小，焊缝致密，表面无熔渣
20、表面无熔渣；明弧可见，操作方便。明弧可见，操作方便。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n（2）二氧化碳气体保护焊）二氧化碳气体保护焊利用廉价的利用廉价的CO2气体气体作为保护气体，利用作为保护气体，利用焊丝焊丝作电作电极，焊丝由极，焊丝由送丝机构送丝机构通过软管经导电嘴送出。电通过软管经导电嘴送出。电弧在焊丝与工件之间发生。弧在焊丝与工件之间发生。CO2气体从喷嘴中以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。气对液体金属的有害作用。CO2保护焊可分为自保护焊可分为自动焊和半自动焊。目前应用较多的是半自
21、动焊。动焊和半自动焊。目前应用较多的是半自动焊。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n二氧化碳气体保护焊的特点：二氧化碳气体保护焊的特点：二氧化碳二氧化碳成本低廉成本低廉，焊接成本低；，焊接成本低；气流压缩电弧，焊接质量好；气流压缩电弧，焊接质量好；焊丝自动送进焊丝自动送进，生产率高；，生产率高；明弧可见，便于操作。明弧可见，便于操作。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法电阻焊电阻焊工件组合后通过电极施加工件组合后通过电极施加压力压力，利用电流通过，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的接头的接触面及邻近区域产生的电阻热电阻热进行焊接进行焊接的方法。的方法。n分类：主
22、要有点焊、对焊、缝焊。分类：主要有点焊、对焊、缝焊。n优点：生产效率高，焊接变形小，劳动条件好，优点：生产效率高，焊接变形小，劳动条件好，不需要填充材料和焊剂，易于实现机械化、自动不需要填充材料和焊剂，易于实现机械化、自动化。化。n缺点：设备复杂、耗电量大。缺点：设备复杂、耗电量大。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法主要用于无密封主要用于无密封要求的薄板搭接要求的薄板搭接用于有密封要用于有密封要求的薄板搭接求的薄板搭接用于小直径棒材、用于小直径棒材、管材、线材对接管材、线材对接钎焊钎焊n将低熔点的金属材料作将低熔点的金属材料作钎料钎
23、料和工件共同加热和工件共同加热到高于钎料熔点，在到高于钎料熔点，在工件不熔化工件不熔化的情况下，的情况下，使使钎料熔化钎料熔化后填满被焊工件连接处的间隙，后填满被焊工件连接处的间隙，并与被焊工件相互扩散形成接头的焊接方法。并与被焊工件相互扩散形成接头的焊接方法。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法焊接电路板焊接电路板特点特点n加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工件变形小；件变形小；n能焊接同种金属或不同种金属；能焊接同种金属或不同种金属；n设备简单，易实现自动化；设备简单，易实现自动化；n焊接过程简单，生产效率高。焊接过程简单，生产效率高
24、。n接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。应用应用n主要用于精密仪表、电气零部件、异种金属构主要用于精密仪表、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。件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法软钎焊软钎焊n钎料熔点钎料熔点低于低于450，常用铅锡合金。，常用铅锡合金。n钎剂钎剂n作用：清除氧化物；保护焊件和液态钎料在作用：清除氧化物；保护焊件和液态钎料在钎焊过程中免于氧化；改善液态钎料对焊件的钎焊过程中免于氧化；改善液态钎料对焊件的润湿性。润湿性。n种类：氯化锌溶液、氯化锌膏剂、松香等。种
25、类：氯化锌溶液、氯化锌膏剂、松香等。n加热源：常用电烙铁。加热源：常用电烙铁。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法硬钎焊硬钎焊n钎料钎料n熔点熔点高于高于450，种类很多。，种类很多。n钎剂钎剂n粉状和糊状两种。粉状和糊状两种。n加热源：焊炬火焰、电阻、感应、烙铁、焊加热源：焊炬火焰、电阻、感应、烙铁、焊接炉、盐浴、金属浴等。接炉、盐浴、金属浴等。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法1.电子束焊接电子束焊接n高强度电子束高强度电子束n真空真空中进行中进行n焊件焊件尺寸受限尺寸受限n无需填充料无需填充料n焊透能力强焊透能力强n热影响区小热影响区小n可焊：可焊：n易氧化材料
26、易氧化材料n高熔点金属高熔点金属3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法 阴极阴极 聚束极聚束极 阳极阳极 观察系统观察系统 聚焦透镜聚焦透镜 偏转透镜偏转透镜 焊接工件焊接工件 枪室真空枪室真空系统系统 焊室真空焊室真空系统系统 隔离阀隔离阀电子束焊电子束焊接原理接原理3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法2.激光束焊接激光束焊接n原理类似电子束焊接，但无需真空环境原理类似电子束焊接，但无需真空环境n激光束强度：激光束强度：1091012W/m2。n可焊金属、非金属可焊金属、非金属n设备昂贵设备昂贵n生产率高生产率高3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法 激光加工
27、原理图电源3.爆炸焊爆炸焊n利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰利用炸药爆炸产生的冲击力造成工件迅速碰撞而实现焊接的方法撞而实现焊接的方法3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法n爆炸焊所需装置简单，操作方便，成本低廉，爆炸焊所需装置简单，操作方便，成本低廉，适用于野外作业适用于野外作业。n爆炸焊对工件表面清理要求不太严，而结合爆炸焊对工件表面清理要求不太严，而结合强度却比较高，强度却比较高，适合于焊接异种金属适合于焊接异种金属，如铝、，如铝、铜、钛、铜、钛、镍、钽、不锈钢与碳钢的焊接，镍、钽、不锈钢与碳钢的焊接，铝与铜的焊接等。铝与铜的焊接等。n爆炸焊已广泛用于导电母线过渡接头、换
28、热爆炸焊已广泛用于导电母线过渡接头、换热器管与管板的焊接和制造大面积复合板。器管与管板的焊接和制造大面积复合板。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法4.超声波焊超声波焊n利用超声波的利用超声波的高频振荡高频振荡能对焊件接头进行能对焊件接头进行局部局部加热和表面清理加热和表面清理，然后施加，然后施加压力压力实现焊接的一实现焊接的一种压焊方法，叫超声波焊。种压焊方法，叫超声波焊。n进行超声波焊时，焊件在较低的静压力下，由进行超声波焊时，焊件在较低的静压力下，由声极发出的高频振动能使接合面产生强烈摩擦声极发出的高频振动能使接合面产生强烈摩擦并加热到焊接温度而形成接合。并加热到焊接温度而形成接合。n超声波焊可以用于大多数金属材料之间的焊接，超声波焊可以用于大多数金属材料之间的焊接，能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。可适用于金属丝、箔或接。可适用于金属丝、箔或23mm以下的薄板以下的薄板金属接头的重复生产。金属接头的重复生产。3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法3.3 3.3 金属焊接成形方法金属焊接成形方法
