1、工程问题1、复杂件、大型件分拆部件拼接；如汽车、航母、飞机2、不同材料间连接，如轻量化汽车3、密封性要求高的构件构件的联接方法：各种联接方法均有其优点，均适用于一定场合。不可拆卸联接：过盈配合，铆接、粘接。可拆卸联接：螺纹、销接、铰接。如飞机的机翼的蒙皮就是铆接为主如飞机的机翼的蒙皮就是铆接为主-冷加工冷加工 特种车辆（密封）焊接特种车辆（密封）焊接-热加工热加工汽车用焊接代替铆接一般可节省金属材料汽车用焊接代替铆接一般可节省金属材料15-20%一辆车焊点一辆车焊点5000-12000个个美国美国F4-U飞机焊点飞机焊点100多万个多万个第三篇 焊 接 一、定义：采取加热加热、加压加压或者两者
2、并用两者并用的方法使分离的构件（同种或异种材料）通过原子（或分子）之间的结合原子（或分子）之间的结合形成永久性联连的工艺。二、焊接的优点与应用 焊缝体积小，重量轻，性能（力学性能，耐蚀性、耐高温性）优良。能简化复杂件、大型件的制造工艺。锻焊，铸焊联合结构。能修复某些磨损、破损的零件。四、焊接方法分类 熔化焊：电弧焊、埋弧焊、电渣焊、氩弧焊、激光焊、等离子焊 压力焊：电阻焊、冷压焊、爆炸焊、扩散焊 钎焊：软钎焊（烙铁、火焰）、硬钎焊（烙铁、火焰、电阻、盐浴、感应）第一章 熔 化 焊工艺基础 1-1 电 弧 焊一、焊接电弧 电极与工件之间的气体受电场、热的激发而电离，发生强烈、持续的放电，而形成焊
3、接电弧。熔化焊 焊接过程中，将焊接件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。（一）焊接电弧的组（一）焊接电弧的组成成 阴极区：可达2400K 弧柱区（电弧中心）：60008000 K 阳极区 ：2600K电弧温度因电极材料不同而改变。钢焊条焊接钢材时：电弧温度因电极材料不同而改变。钢焊条焊接钢材时：（二）影响电弧稳定的主要因素：1、电源性质直流、交流。2、极间气氛的电离能。碱和碱土金属：K，Na，Ca电离能低，常作为稳弧剂加入药皮。3、焊接电流 电离能高，难于电离。惰性气体：He，Ar卤族元素：F，ClI电弧温度气体热电离程度自然断弧的弧长I熔池飞溅应适当。（三）焊接电源的选择：酸性焊条尽
4、量选交流成本低；碱性焊条多选直流反接。直流电源的正、反接法 碱性焊条药皮中含CaF2，电离能高，反接，焊条端为阳极区，促进CaF2电离。正接法：工件（焊接件）接正极；适宜焊件较厚时反接法：工件接负极；适宜焊件较薄钢板或非铁件二、电焊条钢芯+药皮组成 （一）组成和作用 1.焊芯：被药皮包覆的金属芯 作用：手弧焊时：钢芯既是电极，又是 焊缝填充金属 2.药皮：压涂在焊芯表面的涂料层 作用：（1）提高电弧稳定性；（2）保护熔渣及气体；（3）保证焊缝脱氧、脱硫、脱磷；（4）补偿焊接时被烧损的合金元素。由稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、成形剂、粘接剂组成。（二）焊条分类1按用途：碳钢、低合金钢、
5、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金、镍及镍合金、特殊用途（九大类）。2.3按药皮类型：钛钙型、钛铁矿型、纤维素型，低氢型、石墨型等。4按性能特征：交流、直流、低尘低毒、抗潮、水下等。酸性焊条熔渣中以酸性氧化物为主；碱性焊条熔渣中以碱性氧化物为主。按熔渣性质（三）焊条的编号原则：典型的碳钢焊条(行业标准：结构钢焊条)举例 E4313（J422）酸性焊条（焊渣中含多量酸性氧化物的焊条）熔敷金属min420MPa；高钛钾型药皮：交直流两用；气渣联合保护，气体中以CO（50.7%）和H2（37.7%）为主；全方位施焊；主要用于一般低碳钢焊接。在我国，该焊条约占焊条总产量的80%。E5015（J
6、507）碱性焊条（低氢型焊条）熔敷金属，全方位施焊 低氢钠型药皮，直流反接。气渣联合保护，气体中CO（79.8%），CO2(16.9%)，1.8%H2（110烘干2h）。低氢：药皮中不加有机物和含结晶水的物质；CaF2，分解，F-+H+HF（不溶于金属）；药皮中48%大理石（CaCO3），分解大量CO2，电弧气氛中氢分压。熔敷金属力学性能特点（与同强度级别钛钙型焊条比较）：塑性（）提高14%；韧性（akU）提高108%。碱性焊条的弱点：工艺性能差稳弧性差F；烟尘有毒NaF，KF过热蒸发；对水分、铁锈、油污敏感性大 350450烘干；对焊接处除锈去油污。（四）焊条的选用原则：1焊接结构钢（低、中
7、碳钢、低合金结构钢）主要考虑焊缝的力学性能要求。强度按“焊缝与母材等强度级别”原则。即：焊条熔敷金属强度不低于母材，但应相近，不宜高出太多。焊条熔敷金属抗拉强度级别：43，50，55，60，70，80，（90，10）塑性、韧性 重要的焊缝动载荷结构刚度大选用碱性焊条2焊接不锈钢、耐热钢 按“同化学成分类型”原则 主要考虑焊缝的化学成分要求。例：1Cr18Ni9Ti 选用：E0-19-10-16（A102）；全方位；低氢钾型药皮。三、焊接接头的组织和性能焊接接头由焊缝区焊缝区、热影响区热影响区组成。可见：（1）在焊接过程中，实际自发地进行了一次冶金和热处理。（2）焊接接头中最薄弱最薄弱的区域是：
8、半熔合区半熔合区与过热区过热区 常为裂纹与脆性破坏的策源地。如果母材的化学成分、焊前的组织状态不同，则会有不同的区域划分。例：对淬硬倾向大的钢进行焊接，将会出现“淬硬区”和“部分淬硬区”。（三）改善热影响区组织，性能的方法：例：能量密度大、热量集中的焊接方法可降低过热区的宽度：过热区宽度（mm）焊后热处理主要适合于重要的中、小型焊件。选择适当的焊接方法主要适合于大型焊件。氧炔焊 电渣焊 手弧焊 真空电子束焊 21 1820 2.23.0 几乎没有（0.050.72）1-2 其它常用的熔化焊一、埋弧自动焊 定义：电弧在焊定义：电弧在焊剂层下燃烧进行剂层下燃烧进行焊接的方法焊接的方法应用：成批生产
9、的中、厚板的长的直、环缝平焊。应用：成批生产的中、厚板的长的直、环缝平焊。1.工件，工件，2.可回收的焊剂，可回收的焊剂，3.渣壳，渣壳，4.埋弧焊剂，埋弧焊剂，5.熔池，熔池，7.电弧，电弧，8.焊丝，焊丝，9.导电嘴，导电嘴，10.焊接小车，焊接小车，11.焊丝盘，焊丝盘，12.焊剂漏斗焊剂漏斗 环缝的埋弧焊二、氩弧焊：利用氩气将熔池保护起来不受空气污染的电弧焊。（一）Ar的特性：2、比空气重25%，不易漂散。3、既不与金属化合也不溶于金属使焊接冶金过程变得简单和易于控制。电离能高；高温电离不分解、不吸热。但一旦引燃，电弧热损失少，电弧稳定。1、单原子（二）种类与接法(三)突出优点：Ar保
10、护保护+阴极破碎阴极破碎（阴极雾化）直流反接：氧化膜电子逸出功低电子发射中心（阴极斑）阳离子自动寻找这些斑点轰击。熔化极Ar弧焊直流反接；钨极Ar弧焊电弧稳定，可用交流。(四)应用 焊接：极易氧化的有色合金（Al、Ti、Mg）；难熔的活性金属（Mo、Nb、Zr）；不锈钢，高温合金。三、电渣焊 特点：数十数百（450）毫米的厚件可一次焊成，生产率高成本低；冷却速度较慢，焊接应力较小。热影响区大，晶粒粗大，焊后需进行热处理。第二章 压力焊和钎焊 一、电阻焊 焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及临近区域产生的电阻热电阻热进行焊进行焊接的方法接的方法点焊点焊棒状电极棒状电极缝焊，圆
11、盘状电极缝焊，圆盘状电极对焊，焊件截面是圆形、方形等简单现状，对焊，焊件截面是圆形、方形等简单现状，且截面积不可过大（过大加热会不均匀）且截面积不可过大（过大加热会不均匀）压力焊的优点：1、不需填充金属和焊剂；2、焊缝小，结构轻；3、热量集中，加热时间短，工件变形小；4、熔核形成时，被塑性区包围，隔绝空气。所以，可焊铝、铜、不锈钢；5、动作简单，生产率高，易于实现机械化，自动化生产。二、钎焊 依靠液态钎料（熔点低于焊件）填满固态焊件之间的间隙，并与焊件相互扩散扩散而实现连接焊件的方法。（一）分类：1、软钎焊 钎料熔点450，接头强度450，如Cu基、Ag基和Al基钎料；接头强度200MPa；热
12、源：氧炔焰、高频感应加热，喷灯。常用钎剂：硼砂、硼酸氯化物。例：硬质合金刀片与刀杆的焊接。（二）钎焊的优点优点：1、焊接温度低，焊件变形小。2、可焊3、可焊某些复杂的特殊结构。例：汽车水箱散热片，盐浴浸渍法。（三）应用应用：受力不大，精密微型，形状复杂，异类材料的焊接；电子线路的焊接。异种金属：钢Cu、Cu镀NiAl合金，结构钢不锈钢；异种材料：钢陶瓷或金刚石。第三章 常用金属材料的焊接3-1 焊接应力与变形焊接应力是焊件开裂与变形的根本原因。一、形成焊接应力的原因1、局部快速加热及冷却；2、焊缝冷却时的收缩受到阻碍。二、焊接应力与焊件变形的关系：焊件变形小（刚性大、强度高、塑性小）则焊接应力
13、大。反之，亦然。3-2 金属材料的焊接性 一、基本概念 金属材料的焊接性的基本内容 二、焊接性的主要影响因素：（一）化学成分化学成分内部因素对于钢材料的接合性能形成焊接缺陷的倾向性；焊接接头使用的可靠性力学性能和特殊性能。碳当量估算法（CE）冷裂纹敏感系数（PC）碳当量估算法 国际焊接学会推荐碳钢碳钢和低合金钢低合金钢的CE计算公式：CE（%）：(%)1556CuNiVMoCrMnCCE0.25，焊接性良好良好0.250.4，焊接性较好较好0.40.6，焊接性较差较差 焊前低温预热150250，焊后缓冷0.6，焊接性差差 焊前600700高温预热；保温，400施焊；焊后缓冷。随着CE，材料焊接
14、性原因：（二）焊接工艺条件工艺条件外部因素 同样的金属材料在不同的工艺条件下，会表现出不同的焊接性能。2、环境温度环境温度和焊件刚度焊件刚度的影响：例：CE30mm，0焊接时，须预热100150。强度硬度，塑性不能通过变形来缓解应力导热性温差，热应力快速冷却，易出现淬火组织脆性1、焊接方法焊接方法的影响：Al合金气焊、手弧焊焊接性能差氩弧焊焊接性能好。3-3 常用金属材料的焊接 一、碳素结构钢及低合金结构钢的焊接 1、据“焊条选用原则”，选用适当的焊条。2、据CE和环境温度，采取相应的工艺措施。二、不锈钢的焊接1、按“母材化学成分相同”原则选择焊条。2、一般采用手弧焊、钨极氩弧焊，也可采用埋弧
15、自动焊；三、铸铁的焊补 所以，铸铁不能不能用做焊接结构材料。但是，对铸铁零件的：脆性大，强度低易产生裂纹C、Si剧烈氧化易形成快速冷却易产生白口组织气孔（CO2）硅酸盐夹渣（SiO2）铸造缺陷局部破损可以进行修复性修复性焊补。（一）热焊法：1、整体或局部预热预热600700 焊接过程保持温度保持温度 400，焊后缓冷缓冷。2、手弧焊手弧焊采用铸铁焊条（焊条芯为铸铁）或气焊气焊：采用铸铁棒及高C、Si量焊粉。应用应用：要求焊缝与母材同材质、同强度且焊后须进行切削加工的重要铸件。（二）冷焊法：工艺：不预热或较低温度预热（400）手弧焊，采用镍基焊条 原理：应用：焊缝切削加工性能较差 多用于：Ni促
16、进G化，熔合处一般不会产生白口组织；焊缝为Ni基合金塑性好，有良好的抗裂性。允许焊缝材质与母材不同焊后不需切削加工对焊缝力学性能要求不高，高温局部预热会引发变形的工件四、铝及铝合金的焊接 铝合金焊接的主要问题主要问题 1）氧化 Al2O3溶点2050，远高于铝的熔点660.4。2)气孔 铝合金导热性冷却速度，氢气来不及逸出。焊接方法焊接方法：氩弧焊；电阻焊；钎焊（Al-Si、Zn基钎料)。焊前将工件严格清洗和干燥。第四章 焊接结构设计焊接结构件焊接结构件：构件的主体是用焊接的方法联接在一起的。例：油罐、钢梁，船体。焊接结构已广泛地应用于工程，并向大型化，高强化大型化，高强化的方向发展。许多国家
17、都发生过焊接结构的脆性断裂事故，其后果十分严重后果十分严重，甚至是灾难性的。1938年3月14日比利时Albert运河银装素裹，Hesselt大桥上只有一辆电车和一些行人，大桥突然在六分钟内断为三截。当时气温为零下20。美国海军部公布：二战期间，美国制造的4694艘船中，970艘船上出现1442道大的裂纹，多发生在万吨轮上，其中：24艘甲板横断，8艘拦腰截断，4艘沉没。造成焊接结构脆断有多方面的原因：材料，焊接工艺，焊接结构设计(例如严重的应力集中、服役条件下韧性不足)等焊接成形方法的选择应充分考虑材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短、生产批量及产品质量等因素，并结合各种焊接方法的特点和应用范围来
18、确定。4-1 焊接结构材料的选择 焊接结构件材料选择原则材料选择原则 1、在满足使用性能要求的前提下，尽量采用焊接性能好的材料。例：0.25%C低碳钢；CE0.4%的低合金结构钢。2、尽量采用工字钢、槽钢、角钢等型材。原因：减少焊缝，简化工艺；保证结构件的强度与刚性。3、对于复杂结构 可采用铸焊、锻焊等联合结构。4-2 焊接工艺设计一、焊接接头形式四种基本形式基本形式：对接接头、搭接接头、角接接头、丁字接头。各自的特点特点：对接接头受力均匀，应力集中较小，易于保证焊接质量。塔接接头的接头处受附加弯矩，但无需开坡口。角接与丁字接主要用于空间连接。选择原则原则：应依据具体条件确定。如：焊接结构的形
19、状、焊接方法、焊缝部位、坡口加工等。二、焊件坡口形式坡口的形式形式有：Y型、双Y型、U型、双U型、K型等。厚件开坡口的目的目的：保证焊透；减少焊缝中母材的成份。选择坡口的依据依据：焊件厚度；焊缝位置(要便于焊接操作)。三、焊缝分布设计 1、缝位置应便于操作。2、避免焊缝密集或交叉。3、焊缝应对称分布。4、焊缝应尽量避开最大应力或应力集中处。例：粱的中间位置，弯矩最大，不宜设焊缝。例：压力罐的封头，应有折边。5、对于切削加工后才焊接的工件，焊缝应远离机加工表面。焊缝分布设计示例油罐体；厚大的盘套件。l计算机在焊接中的应用l焊接机器人和智能化l能源开发l提高焊接生产率计算机用于焊接过程控制；计算机
20、模拟技术用于焊接热过程、焊接冶金过程、焊接应力和变形等的模拟；数据库技术被用于建立焊接工艺评定文件、焊接材料检索文件、焊接符号检索文件及焊工档案管理文件等，计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、柔性制造系统(FMS)及计算机综合自动化制造系统(CIMS)等均是计算机在自动化生产中应用的高级形式。焊接机器人主要优点为；稳定和提高焊接质量，保证其均一性；提高生产率，24小时连续生产；可在有害环境下长期工作，改善了工人的劳动条件；可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性线生产提供技术基础。新一代焊接机器人正朝着智能化方向发展，能自动检测材料的厚度、工件形状、焊缝轨迹和位置、坡口的尺寸和形
21、式、对缝的间隙等，并自动设定焊接规范参数，焊枪运动点位或轨迹、填丝或送丝速度、焊钳摆动方式等；亦可实时检测是否形成所要求的焊点或焊缝，是否有内部或外部焊接缺陷及排除等情况。焊接专家系统是具有相当于专家的知识和经验水平，以及具有解决焊接专门问题能力的计算机软件系统。焊接工艺几乎运用了世界上大多数可以利用的热源，如火焰、电弧、超声波、摩擦、等离子体、电子束、激光、微波等。q新的发展方向可概括为三个方面：1)对现有热源的改善，使它更为有效、方便、经济实用，在这方面电子束和激光焊接的发展较显著；2)开发更好、更有效的热源，采用两种热源叠加以求获得更强的能量密度，如电子束焊中加入激光；3)节能技术。节能
22、技术在焊接工业中是重要的发展方向之一。如太阳能焊接、电阻点焊中利用电子技术的发展提高焊机的功率因数等。q提高生产率的途径有两个方面：1)提高焊接熔敷率。如手弧焊中直接应用铁粉焊条、重力焊条和躺焊条等工艺；埋弧焊中采用多丝焊、热丝焊，其效果显著。2)减少坡口截面及熔敷金属量。近10年来最突出的成就是窄间隙焊接。窄间隙焊接以气体保护焊为基础，利用单丝、双丝或三丝进行焊接。无论接头厚度如何，均可采用对接形式。如钢板厚度为50300mm，间隙均可设计为13mm左右，因而所需熔敷金属量成数倍、数十倍的降低，从而大大提高了生产率。中国汽车工程研究院中国汽车工程研究院钢制车轮：失效钢制车轮：失效铸造铝车轮：失效铸造铝车轮：失效锻造铝车轮：完好锻造铝车轮：完好抗冲击性能好：日本抗冲击性能好：日本JWL标准（标准（CHIGI-15I-15III）为）为50公里公里/小时速度撞向路边小时速度撞向路边基石基石
