1、第三章第三章 金属焊接成形工艺金属焊接成形工艺一、焊接：一、焊接：通过通过加热加热或或加压加压或者或者两者并用两者并用，并且用或不用填充材，并且用或不用填充材料，使金属材料达到料，使金属材料达到原子结合原子结合的一种成形方法。的一种成形方法。二、分类二、分类 熔焊：熔焊：气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊电子束焊、激光焊等焊电子束焊、激光焊等压力焊：压力焊：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等钎焊：钎焊：软钎焊、硬钎焊软钎焊、硬钎焊三、特点三、特点1.1.焊接结构焊接结构重量轻，重量轻，
2、节省金属材料节省金属材料 。3.3.接头具有接头具有良好的力学性能和密封性良好的力学性能和密封性4.4.维修不便维修不便（焊接结构不可拆卸）（焊接结构不可拆卸）机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。航空及航天工业等应用十分广泛。5.5.焊接焊接应力变形大应力变形大，接头，接头易产生裂纹、夹渣、气孔易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷等缺陷四、应用：四、应用：2.2.可化大为小、可化大为小、以小拼大以小拼大第一节第一节 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础一、熔焊冶金过程一、熔焊冶金过程(一一)、焊接电弧、焊接电弧1.1
3、.电弧及形成条件电弧及形成条件两极间的两极间的气体处于电离状态气体处于电离状态(3)(3)引弧过程：引弧过程：一种强烈而持久的气体放电现象一种强烈而持久的气体放电现象(1)(1)电弧：电弧：(2)(2)形成条件形成条件两电极间具有两电极间具有一定的电压一定的电压焊条焊条工件工件焊接电弧+-d接触电阻接触电阻:R R短路电流短路电流:I I电阻热：Q=I2RtE=V/dd 焊接电弧的稳定燃烧焊接电弧的稳定燃烧 就是带电粒子产生、运就是带电粒子产生、运动、复合、燃烧的动态平衡过程。动、复合、燃烧的动态平衡过程。热电离热电离碰撞电离碰撞电离2.2.电弧特点：电弧特点：电压低电压低(20(2030V)
4、30V)，电流大电流大(几十几千几十几千A)A)温度高温度高(5000K(5000K以上以上)，3.3.电弧组成电弧组成 阴极区：阴极区：发射电子，发射电子，温度约温度约2400K2400K 热量热量 36%36%温度高于阴极区，温度高于阴极区，约约2600K2600K，热量，热量43%43%温度达温度达600060008000K8000K 热量热量21%21%阳极区：阳极区：弧柱区：弧柱区：4.4.弧焊电源：弧焊电源：交流、直流、脉冲、逆变交流、直流、脉冲、逆变能量密度大、移动性好能量密度大、移动性好5.5.两极接法两极接法(直流焊机直流焊机)工件工件正极；正极；焊条焊条负极负极工件工件负极
5、；负极；焊条焊条正极正极直流正接：直流正接：适合焊接厚大工件、适合焊接厚大工件、酸性焊条酸性焊条直流反接：直流反接：适合焊接薄小工件、适合焊接薄小工件、碱性低氢焊条、碱性低氢焊条、易氧化的有色金属易氧化的有色金属(二二)焊接冶金过程焊接冶金过程 1.1.特点特点冶金温度高，相界大，反应速度快冶金温度高，相界大，反应速度快2000k2000k使金属元素强烈蒸发、烧损。使金属元素强烈蒸发、烧损。液态金属会发生强烈氧化、氮化反应液态金属会发生强烈氧化、氮化反应夹渣夹渣氢原子易溶入液态金属中氢原子易溶入液态金属中形成氢脆。形成氢脆。各种化学反应难以达到平衡状态，各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不
6、够均匀，化学成分不够均匀，易产生气孔和夹杂等缺陷。易产生气孔和夹杂等缺陷。熔池小熔池小(约约2 23cm3cm3 3)，冷却快，冷却快(液态时间液态时间10s10s左右左右)。2.2.工艺措施工艺措施对熔化金属进行机械保护对熔化金属进行机械保护气体保护气体保护熔渣保护熔渣保护气气-渣联合保护渣联合保护清理坡口及两侧的锈、水、油污清理坡口及两侧的锈、水、油污烘干焊条，去除水分烘干焊条，去除水分(1)(1)减少有害元素进入熔池减少有害元素进入熔池(2)(2)对熔池进行冶金处理对熔池进行冶金处理焊接材料中加入一定量的焊接材料中加入一定量的脱氧剂脱氧剂锰铁和硅铁锰铁和硅铁加入一定量的加入一定量的合金元
7、素补偿合金元素补偿烧损烧损(三三)焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能接头组成：接头组成：焊接热影响区焊接热影响区1.1.焊缝金属焊缝金属 由由母材和焊条（丝）熔化形成母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶而成的的熔池冷却结晶而成的 组织：组织：铸态柱状晶组织铸态柱状晶组织性能：性能：力学性能不低于母材。力学性能不低于母材。焊缝金属、熔合区、焊缝金属、熔合区、11焊缝区（熔化区）焊缝区（熔化区）22熔合区（半熔化区）熔合区（半熔化区）33热影响区热影响区44母材母材2.2.熔合区：熔合区：加热温度：加热温度：组织：组织：强度、塑性、韧性极差强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断发源地是裂纹
8、和局部脆断发源地焊缝与热影响区的过渡区。焊缝与热影响区的过渡区。部分部分铸态组织铸态组织 +部分部分过热组织过热组织T T液液T T固固 ，宽度，宽度 0.10.11mm1mm。性能：性能：3.3.焊接热影响区：焊接热影响区：焊缝两侧的母材，由于焊焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，接热的作用，其组织和性能其组织和性能发生变化的区域发生变化的区域。(1)(1)过热区过热区T T固固1100 1100，宽度约宽度约1 13mm3mm粗大过热组织粗大过热组织(奥氏奥氏体晶粒严重长大体晶粒严重长大)加热温度：加热温度：组织：组织：性能：性能：塑性和韧度明显下降。塑性和韧度明显下降。是裂纹的发源地。是裂
9、纹的发源地。(2)(2)正火区：正火区：加热温度：加热温度：1100 1100 AcAc3 3，宽度约宽度约1.21.24.0mm4.0mm。组织：组织：均匀而细小的均匀而细小的F+PF+P性能：性能：力学性能优于母材。力学性能优于母材。(3)(3)部分相变区部分相变区 (也称部分正火区也称部分正火区)加热温度：加热温度：A Ac c3 3A Ac c1 1之间之间组织：组织：细小的细小的(F+P)+(F+P)+原始组织原始组织性能：性能：晶粒大小不均匀，晶粒大小不均匀，力学性能较差力学性能较差(较较母材稍差母材稍差)。(4)(4)再结晶区再结晶区加热温度加热温度:A Ac c1 145045
10、0之间之间塑性有所增加。塑性有所增加。小结：小结：力学性能最差的区域力学性能最差的区域:熔合区和过热区熔合区和过热区(四四)改善焊接接头组织和性能的主要措施：改善焊接接头组织和性能的主要措施：1.1.选用选用低低C C、P P、S S的钢材作为焊接结构材料的钢材作为焊接结构材料2.2.热影响区热影响区冷却速度恰当冷却速度恰当3.3.采用多层焊采用多层焊 后层对前层有回火作用后层对前层有回火作用4.4.焊后热处理焊后热处理 退火或正火处理可以细化晶粒，退火或正火处理可以细化晶粒，改善焊接接头的力学性能改善焊接接头的力学性能二、焊接应力与变形二、焊接应力与变形1.1.原因：原因：在焊接过程中对焊件
11、进行的在焊接过程中对焊件进行的不均匀加热和冷却不均匀加热和冷却。2.2.机理机理3.3.焊接应力分布规律：焊接应力分布规律：同铸造热应力同铸造热应力(一一)焊接应力产生的原因焊接应力产生的原因4.4.变形方向：变形方向：同铸造应力变形方向同铸造应力变形方向1)1)收缩变形收缩变形2)2)角变形角变形3)3)弯曲变形弯曲变形4)4)扭曲变形扭曲变形5)5)波浪形变形波浪形变形焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝宽度方向）收缩引起和横向（沿焊缝宽度方向）收缩引起 焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起焊缝横向收缩不均引起 T T形
12、梁焊接时，焊缝布置不对称，形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起由焊缝纵向收缩引起工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭曲接方向不合理引起结构上出现扭曲 薄板焊接时，焊接应力使薄板薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起局部失稳而引起5.5.焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式 6.6.焊接应力和变形危害：焊接应力和变形危害：造成焊件的尺寸、形状变化；造成焊件的尺寸、形状变化；矫正变形会使性能降低，成本增加；矫正变形会使性能降低，成本增加；焊接应力会降低承载能力；焊接应力会降低承载能力；引起焊接裂纹；引起焊接裂纹；应力衰减会产生变形。应
13、力衰减会产生变形。(二二)减小和预防焊接应力和变形的工艺措施减小和预防焊接应力和变形的工艺措施1.1.尽可能减少不必要的焊缝尽可能减少不必要的焊缝3.3.合理地选择焊缝的尺寸和形式合理地选择焊缝的尺寸和形式 4.4.焊前预热焊前预热 2.2.合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置 焊缝数量焊缝数量 多，焊件所受多，焊件所受的热量相应多，的热量相应多，变形大变形大合合 理理焊缝对称分布，收焊缝对称分布，收缩变形可相互抵消，缩变形可相互抵消，焊件整体不会产生焊件整体不会产生挠曲变形挠曲变形不合不合理理预热温度：预热温度：400400以下以下 5.5.选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序(1)(1)尽量使
14、焊缝自由收缩尽量使焊缝自由收缩采用采用分散对称焊分散对称焊工艺工艺（）（）（）1 12 21 12 23 34 41 4 3 21 12 23 34 41 2 3 4对称焊可使对称于截面中性轴的两侧焊缝的对称焊可使对称于截面中性轴的两侧焊缝的收收缩缩能够互相抵消或减弱，以减小焊接变形。能够互相抵消或减弱，以减小焊接变形。长焊缝尽可能采用分长焊缝尽可能采用分段段退焊退焊或或跳焊跳焊工艺工艺 6.6.采用小电流，快速焊采用小电流，快速焊分散焊加热时间短、分散焊加热时间短、温度低且分布均匀，温度低且分布均匀，可减小焊接应力和变形可减小焊接应力和变形 分段退焊使温度分布均匀，分段退焊使温度分布均匀，能
15、减小焊接变形能减小焊接变形7.7.加热减应区加热减应区8.8.散热法散热法 对厚大焊件采用对厚大焊件采用多层多道焊多层多道焊9.9.锤击或碾压焊缝锤击或碾压焊缝10.10.焊后拉伸或振动工件焊后拉伸或振动工件11.11.焊后焊后去应力退火去应力退火12.12.预先反变形预先反变形13.13.刚性固定法刚性固定法(三三)矫正焊接变形的措施矫正焊接变形的措施 1.1.机械矫正法机械矫正法 适用于塑性较好、厚度不大的焊件。适用于塑性较好、厚度不大的焊件。2.2.火焰加热矫正法火焰加热矫正法用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢矫正工艺：矫正工艺：以点状、线状和三角形加热变形
16、伸长部分以点状、线状和三角形加热变形伸长部分加热温度为加热温度为600600800800动画动画 会产生较大焊接应力。会产生较大焊接应力。只用于塑性较好的低碳钢结构只用于塑性较好的低碳钢结构三、焊接质量检验三、焊接质量检验(一一)常见焊接缺陷常见焊接缺陷表表3-23-2 影响美观，减小有效承载面积，造成应力集中影响美观，减小有效承载面积，造成应力集中危害：危害：常见缺陷：常见缺陷：咬边、焊瘤、未焊透、气孔、裂纹、夹渣咬边、焊瘤、未焊透、气孔、裂纹、夹渣 (二二)焊接质量检验过程焊接质量检验过程1.1.焊前检验焊前检验 2.2.生产过程中的检验生产过程中的检验 3.3.成品检验成品检验 主要是外
17、观检验主要是外观检验 (三三)焊接质量焊接质量检验方法检验方法破坏性破坏性非破坏性非破坏性用于科研和新产品试造用于科研和新产品试造外观检验外观检验 肉眼或用低倍数放大镜检查肉眼或用低倍数放大镜检查磁粉检验磁粉检验 用于检验磁性焊件材料用于检验磁性焊件材料 着色检验着色检验 检验磁性、非磁性材料检验磁性、非磁性材料 超声波探伤超声波探伤 射线探伤射线探伤 致密性检验致密性检验 水压试验水压试验 用于高压容器、管道用于高压容器、管道气压试验气压试验 用于低压容器、管道用于低压容器、管道 煤油试验煤油试验 用于不受压的焊逢用于不受压的焊逢四、金属的焊接性四、金属的焊接性1.1.焊接性焊接性:在一定的
18、焊接工艺条件在一定的焊接工艺条件(焊接方法、焊接材料、焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式焊接工艺参数和结构形式)下，获得优质焊接下，获得优质焊接 接头的难易程度。接头的难易程度。焊接性焊接性焊接接头在焊接接头在使用中的可靠性使用中的可靠性。包括力学性能及其它特殊性能。包括力学性能及其它特殊性能。焊接接头产生工艺缺陷的倾向。焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种尤其指出现各种裂纹裂纹的可能性。的可能性。(一一)焊接性的概念焊接性的概念工艺焊接性工艺焊接性使用性能使用性能2.2.影响焊接性的因素影响焊接性的因素(1)(1)焊接方法焊接方法(2)(2)焊接材料焊接材料(3)(3)焊件化学
19、成分焊件化学成分(4)(4)工艺参数工艺参数(二二)钢的焊接性评定方法钢的焊接性评定方法1.1.碳当量法碳当量法 15)(5)(6CuNiVMoCrMnWWWWWWCCEWWC C 影响最显著影响最显著 基本元素基本元素 折合成碳的折合成碳的相当含量相当含量对焊接性的影响对焊接性的影响其它元素其它元素C CE E0.4%0.6%0.6%焊接性能良好焊接性能良好焊接性能较差焊接性能较差 焊前预热，焊后缓冷焊前预热，焊后缓冷焊接性能很差焊接性能很差焊前必须预热，焊后要适当热处理焊前必须预热，焊后要适当热处理 一般不用于生产焊接结构。一般不用于生产焊接结构。%010)60H600h5w10w15w2
20、0w60w20w20w30w(wPBVMoCrNiCuMnSiCc2.2.冷裂纹敏感系数法冷裂纹敏感系数法 PcPc考虑了合金元素的含量、板厚及氢含量考虑了合金元素的含量、板厚及氢含量预热温度预热温度T=1440Pc-392T=1440Pc-392式中式中 hh板厚，板厚，mmmm；HH焊缝金属扩散氢含量焊缝金属扩散氢含量(ml/100g)(ml/100g)PcPc越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。第二节第二节 金属焊接成形工艺方法金属焊接成形工艺方法一、熔焊一、熔焊1.1.工艺过程工艺过程(一一)手工电弧焊手工电弧焊 也称为焊条电弧焊也称
21、为焊条电弧焊引弧引弧形成熔池形成熔池形成焊缝形成焊缝2.2.特点与应用特点与应用(1)(1)设备简单，应用灵活方便设备简单，应用灵活方便(2)(2)焊条系列完整，焊条系列完整，可焊接大多数常用金属。可焊接大多数常用金属。(3)(3)劳动条件差，强度大劳动条件差，强度大(4)(4)焊接厚度一般在焊接厚度一般在3 320mm20mm生产率较低，质量不稳定生产率较低，质量不稳定(5)(5)不适合焊接一些活泼金属、难熔金属及低熔点金属不适合焊接一些活泼金属、难熔金属及低熔点金属动画动画 (二二)埋弧焊埋弧焊电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。焊接电源焊接电源控制箱控制箱
22、焊接小车焊接小车焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热1.1.埋弧自动焊设备及焊接过程埋弧自动焊设备及焊接过程溶池保护：溶池保护：焊剂焊剂(气、渣气、渣)2.2.埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺坡口坡口间隙均匀间隙均匀一致，一致，高低平整高低平整。单面焊：单面焊：14mm14mm双面焊：双面焊：28mm28mm不开不开坡口，一次焊成坡口，一次焊成动画动画 坡口形式：坡口形式：V V、X X形形单面焊时，应采用单面焊时，应采用反面衬垫反面衬垫。要有要有引弧板和熄弧板引弧板和熄弧板防止烧穿、保证焊缝反面成形防止烧穿、保证焊缝反面成形 防止起弧和熄弧时产生防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂等缺陷进入的气孔、夹杂
23、等缺陷进入工件焊缝之中工件焊缝之中电弧引燃位置向旋转电弧引燃位置向旋转反反方向偏离方向偏离焊件中心线焊件中心线一定距离一定距离e=20e=2040mm40mm(6)(6)大型环焊缝：大型环焊缝：3.3.特点特点与手工电弧焊相比与手工电弧焊相比(1)(1)生产率高生产率高(手弧焊的手弧焊的5 52020倍）倍）(2)(2)焊接质量好且稳定焊接质量好且稳定(3)(3)劳动条件好劳动条件好4.4.应用应用适于适于钢、钢、NiNi基合金、基合金、CuCu合金合金等。等。不能焊不能焊AlAl、TiTi等活泼金属及合金（焊剂为等活泼金属及合金（焊剂为MnOMnO、SiOSiO2 2）适用于适用于批量生产批
24、量生产钢板厚度钢板厚度6 660mm60mm的的水平长直水平长直焊缝和焊缝和直径直径250mm250mm以上以上的环形焊缝的环形焊缝（焊缝内气孔、夹渣少，焊缝美观）（焊缝内气孔、夹渣少，焊缝美观）（无弧光、飞溅，劳动强度低）（无弧光、飞溅，劳动强度低）(三三)气体保护焊气体保护焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊1.CO1.CO2 2气体保护焊气体保护焊(1)(1)工艺过程工艺过程焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：保护介质：COCO2 2(2)(2)特点特点成本低成本低(为手工电弧焊和埋弧为手工电弧焊和埋弧 焊的焊的4040
25、5050)COCO2 2作为保护气体，焊丝作电极作为保护气体，焊丝作电极焊接时操作性能好焊接时操作性能好明弧焊，适于全位置焊接明弧焊，适于全位置焊接焊接质量较好焊接质量较好 接头的抗裂性好；焊件变形小接头的抗裂性好；焊件变形小 生产率高生产率高(比手工电弧焊提高比手工电弧焊提高1 14 4倍倍)氧化严重氧化严重飞溅严重，焊缝成形差；烟雾大，弧光强；飞溅严重，焊缝成形差；烟雾大，弧光强；容易产生容易产生COCO气孔。气孔。(3)(3)工艺措施工艺措施焊丝中含有焊丝中含有Si Si、MnMn元素元素(脱氧和渗合金脱氧和渗合金)低碳钢用低碳钢用H08MnSiAH08MnSiA焊丝，低合金钢用焊丝，低
26、合金钢用H08Mn2SiAH08Mn2SiA焊丝焊丝采用直流反接采用直流反接直流：直流：保证电弧稳定燃烧保证电弧稳定燃烧(CO(CO2 2气流对电弧冷却作用较强气流对电弧冷却作用较强)反接：反接：减小飞溅减小飞溅(工件温度低工件温度低)(4)(4)应用应用适合焊接钢板厚度适合焊接钢板厚度1 130mm30mm低碳钢和低合金结构钢低碳钢和低合金结构钢不宜焊接非铁金属和合金钢不宜焊接非铁金属和合金钢2.2.氩弧焊氩弧焊 使用高纯度氩气作为保护气体的气体保护焊使用高纯度氩气作为保护气体的气体保护焊不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：保护介质：ArAr种类种类熔化极氩
27、弧焊熔化极氩弧焊工艺要点工艺要点a.钢钢、钛合金、钛合金和和铜合金铜合金直流正接直流正接 减少减少WW烧损，烧损，有有利于焊件的熔化利于焊件的熔化b.b.铝、镁合金铝、镁合金交流电源交流电源“阴极破碎阴极破碎”作用作用c.c.适用于适用于0.50.56mm6mm的薄板的薄板为减少钨极烧损，电流不宜过大为减少钨极烧损，电流不宜过大(1)(1)不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊(W(W极氩弧焊极氩弧焊)原理：原理：钨棒作电极，焊丝作填充金属钨棒作电极，焊丝作填充金属(2)(2)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊原理：原理：焊丝作电极并兼作充填金属焊丝作电极并兼作充填金属动画动画 动画动画 工艺要点工艺要点a.a.
28、均采用均采用直流反接直流反接(无电极烧损问题无电极烧损问题)提高了电弧稳定性；对易氧化合金有提高了电弧稳定性；对易氧化合金有“阴极破碎阴极破碎”作用作用b.b.焊接电流范围增大焊接电流范围增大可焊接可焊接中厚板，中厚板，板厚为板厚为8 825mm25mm(3)(3)脉冲氩弧焊脉冲氩弧焊 电流为脉冲形式电流为脉冲形式原理：原理：利用高脉冲电流熔焊件形成焊点，低脉冲利用高脉冲电流熔焊件形成焊点，低脉冲电流时焊点凝固，并维持电弧稳定燃烧。电流时焊点凝固，并维持电弧稳定燃烧。a.a.可降低热输入，避免薄板烧穿，实现可降低热输入，避免薄板烧穿，实现单面焊双面成单面焊双面成 形形，并能进行，并能进行全位置
29、焊接全位置焊接。工艺要点工艺要点b.b.适于焊接适于焊接0.10.15mm5mm的管材和薄板。的管材和薄板。(4)(4)氩弧焊的特点和应用：氩弧焊的特点和应用：电弧电弧燃烧稳定燃烧稳定，飞溅小飞溅小。焊缝焊缝金属金属纯净纯净(Ar(Ar保护保护)，焊缝成形美观，焊缝成形美观，焊接焊接质量优良质量优良。焊接热影响区和焊接热影响区和变形变形小小操作性能好操作性能好(明弧、全位置焊明弧、全位置焊)焊接焊接成本较高成本较高(氩气价格高氩气价格高)焊前清理焊前清理要求要求严格严格(氩气无冶金作用氩气无冶金作用)应用：应用：适用于易氧化的适用于易氧化的有色金属及合金钢有色金属及合金钢材料，材料，如如铝、镁
30、、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等铝、镁、钛及其合金、耐热钢、不锈钢等。3.3.药芯焊丝气体保护焊药芯焊丝气体保护焊(1)(1)原理：原理：同普通熔化极气体保护焊同普通熔化极气体保护焊采用纯采用纯COCO2 2或或COCO2 2+Ar+Ar混合气体作为保护气。混合气体作为保护气。采用内部装有焊剂的采用内部装有焊剂的药芯焊丝药芯焊丝，实现气，实现气渣联合保护渣联合保护(2)(2)特点和应用特点和应用飞溅少，电弧稳定，焊缝成形美观飞溅少，电弧稳定，焊缝成形美观生产率比手工电弧焊高生产率比手工电弧焊高3 35 5倍倍可以焊接多种材料可以焊接多种材料抗气孔能力较强抗气孔能力较强药芯焊丝制造较困难，药芯焊丝
31、制造较困难，且易变潮，使用前应在且易变潮，使用前应在250250 300300下烘烤下烘烤采用直流反接、半自动焊，可进行全位置焊接。采用直流反接、半自动焊，可进行全位置焊接。用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和铸铁等用于焊接碳钢、低合金钢、不锈钢和铸铁等。1.1.工艺过程工艺过程 2.2.分类分类 根据电极形式根据电极形式(四四)电渣焊电渣焊利用电流通过液态熔渣产生的电阻热利用电流通过液态熔渣产生的电阻热进进行焊接的一种熔焊方法。行焊接的一种熔焊方法。焊接热源：焊接热源：电阻热电阻热保护介质：保护介质：液态熔渣液态熔渣(1)(1)丝极电渣焊丝极电渣焊 焊丝作电极焊丝作电极动画动画 单丝可焊厚度单丝
32、可焊厚度404060mm60mm横向摆动后可焊横向摆动后可焊6060150mm150mm三丝三丝摆动可焊摆动可焊450mm450mm。用于厚度用于厚度4040450mm450mm的的长焊缝长焊缝、大型焊件的、大型焊件的环焊缝环焊缝 (2)(2)板极电渣焊板极电渣焊适用于焊接大断面短焊缝。适用于焊接大断面短焊缝。成本低，生产率高；成本低，生产率高；但电源但电源功率大，焊缝长度功率大，焊缝长度1.5m1.5m3.3.特点及应用特点及应用(1)(1)大厚度工件可一次焊成大厚度工件可一次焊成(2)(2)生产率高，成本低生产率高，成本低(3)(3)焊接质量好焊接质量好(气体和熔渣能充分浮出气体和熔渣能充
33、分浮出)(4)(4)焊缝力学性能较差，焊件需正火热处理焊缝力学性能较差，焊件需正火热处理(5)(5)不能平焊，不适于厚度不能平焊，不适于厚度30mm30mm工件，焊缝不宜过长工件，焊缝不宜过长 应用：应用：厚度厚度4040450mm450mm的的碳钢、合金钢、不锈钢碳钢、合金钢、不锈钢等材料等材料用金属板作为熔化电极用金属板作为熔化电极(五五)高能焊高能焊如等离子弧、电子束、激光束等如等离子弧、电子束、激光束等利用高能量密度的束流作为焊接热源的熔焊方法的总称利用高能量密度的束流作为焊接热源的熔焊方法的总称1.1.等离子弧焊接与切割等离子弧焊接与切割一种压缩的、能量更为集中的电弧一种压缩的、能量
34、更为集中的电弧(1)(1)等离子弧等离子弧特点：特点：热量集中，温度高热量集中，温度高(24000K)(24000K)，电弧挺度高、冲击力大电弧挺度高、冲击力大(流达数倍音速流达数倍音速)等离子弧的产生等离子弧的产生 三种压缩效应三种压缩效应a.a.机械压缩效应机械压缩效应b.b.热压缩效应热压缩效应c.c.电磁压缩效应电磁压缩效应弧柱中气体完全电离，获得弧柱中气体完全电离，获得等离子弧等离子弧(2)(2)等离子弧焊等离子弧焊 电极：电极：钨极钨极工作气体：工作气体：氩气氩气工艺方法工艺方法穿孔型等离子弧焊穿孔型等离子弧焊微束等离子弧焊微束等离子弧焊a.a.穿孔型穿孔型等离子弧焊等离子弧焊工艺
35、特点：工艺特点：电流电流100100300A300A；无需开坡口，不要留间隙；无需开坡口，不要留间隙；单面焊双面一次成形；单面焊双面一次成形；板厚上限为：碳钢板厚上限为：碳钢7mm7mm，不锈钢，不锈钢10mm10mm。动画动画 利用电弧压缩效应，获得较高能量利用电弧压缩效应，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法密度的等离子弧进行焊接的方法电流电流0.10.130A30A，焊接，焊接厚度为厚度为0.0250.0252.5mm2.5mm。b.b.微束等离子弧微束等离子弧工艺特点：工艺特点：焊接过程基本与钨极氩弧焊相似焊接过程基本与钨极氩弧焊相似等离子弧能量密度大，弧柱温度高，一次熔深大，等离
36、子弧能量密度大，弧柱温度高，一次熔深大，热影响区小热影响区小b.b.可焊超薄焊件可焊超薄焊件 最小厚度可达最小厚度可达0.025mm0.025mm电流电流0.1A0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，度和方向性，c.c.设备复杂，气体消耗量大，只适用于室内焊接设备复杂，气体消耗量大，只适用于室内焊接应用应用适用于适用于难熔、易氧化、热敏感性强的材料难熔、易氧化、热敏感性强的材料，如如MoMo、WW、CrCr、TiTi及其合金、不锈钢等及其合金、不锈钢等特点特点a.a.生产率高，焊缝质量好，应力变形小生产率高，焊缝质量好，应力变形小(3)
37、(3)等离子弧切割等离子弧切割 利用等离子弧的高温高速弧流使切口的金属局部熔利用等离子弧的高温高速弧流使切口的金属局部熔化以致蒸发，并借助高速气流或水流将熔化的材料吹化以致蒸发，并借助高速气流或水流将熔化的材料吹离基体形成切口的切割方法。离基体形成切口的切割方法。特点：特点：工件工件切口狭窄，切口狭窄，边缘边缘光滑平整，变形小光滑平整，变形小等等。切割切割速度快速度快，生产率高生产率高，用途：用途：主主要用于要用于不锈钢、非铁合金、铸铁等难以用氧乙炔不锈钢、非铁合金、铸铁等难以用氧乙炔火焰切割火焰切割的金属材料以及非金属材料的切割。的金属材料以及非金属材料的切割。切割切割厚度可达厚度可达200
38、mm200mm2.2.电子束焊电子束焊利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法的焊件所产生的热能进行焊接的方法(1)(1)电子束焊过程电子束焊过程(2)(2)种类种类高真空电子束焊高真空电子束焊 工作室与电子枪同在一室，工作室与电子枪同在一室，真空度为真空度为1010-2-21010-1-1PaPa适用于适用于难熔、活性、高纯金属难熔、活性、高纯金属及小零件的精密焊接。及小零件的精密焊接。例：锆、钼、钛、钽、镍、铂、铍例：锆、钼、钛、钽、镍、铂、铍动画动画 低真空电子束焊低真空电子束焊工作室与电子枪被分为两个真空室
39、，工作室与电子枪被分为两个真空室，工作室真空度为工作室真空度为1010-1-115Pa15Pa。适用于较适用于较大型的结构件大型的结构件和和对氧、氮不太敏感的难熔金属对氧、氮不太敏感的难熔金属非真空电子束焊非真空电子束焊 不设真空工作室不设真空工作室 适用于适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、难熔金属及铜、碳钢、低合金钢、不锈钢、难熔金属及铜、铝合金铝合金等的焊接。等的焊接。(3)(3)特点及应用特点及应用 能量密度为普通电弧的能量密度为普通电弧的500050001000010000倍，热量集中，倍，热量集中，热影响区小热影响区小(0.05(0.050.75mm)0.75mm)，焊缝窄而深，焊缝窄而
40、深(1(120)20)，可对，可对精加工后的零件进行焊接。精加工后的零件进行焊接。焊接变形小，可进行装配焊接焊接变形小，可进行装配焊接焊接质量高焊接质量高真空中焊接，金属不会被氧化、氮化，接头强度高真空中焊接，金属不会被氧化、氮化，接头强度高 焊接设备复杂，成本高，且焊件尺寸受真空室限制焊接设备复杂，成本高，且焊件尺寸受真空室限制激发激发X X射线，焊接辅助时间长，生产率低射线，焊接辅助时间长，生产率低可焊板厚可焊板厚0.10.1300mm300mm；可焊形状复杂件；能焊一般金；可焊形状复杂件；能焊一般金属材料，也可焊难熔金属属材料，也可焊难熔金属(如钛、钼等如钛、钼等)、活性金属、活性金属(
41、除除锡、锌等低沸点元素较多的合金外锡、锌等低沸点元素较多的合金外)、复合材料及异种、复合材料及异种金属构件。金属构件。应用：应用：适合焊接一些适合焊接一些难熔难熔、活性或高纯度活性或高纯度金属以及金属以及热敏感性热敏感性强的金属。强的金属。焊接适应性强焊接适应性强(工艺参数调节范围宽工艺参数调节范围宽)主要用于焊接原子能、航空航天部门中特殊的材料和结构主要用于焊接原子能、航空航天部门中特殊的材料和结构3.3.激光焊激光焊 利用聚集的激光束作为能源轰击焊件所产利用聚集的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量将焊件熔化，进行焊接的方法生的热量将焊件熔化，进行焊接的方法(1)(1)激光焊过程激光焊过程
42、激光单色性好、方向性好，能量密度大。激光单色性好、方向性好，能量密度大。激光器产生激光束，通过聚焦系统激光器产生激光束，通过聚焦系统聚焦在焊件上，光能转化为热能，聚焦在焊件上，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。使金属熔化形成焊接接头。激光焊有点焊和缝焊两种激光焊有点焊和缝焊两种(2)(2)激光焊的特点及应用激光焊的特点及应用焊接操作灵活焊接操作灵活 动画动画 激光不受电磁场的影响，不产生激光不受电磁场的影响，不产生X X射线，射线，无需真空保护无需真空保护(焊接极快，被焊材料不易氧化焊接极快，被焊材料不易氧化)，可以用于大型结构的焊接。可以用于大型结构的焊接。可直接焊接可直接焊接绝缘导体
43、绝缘导体；也能焊接物理性能差别较大；也能焊接物理性能差别较大 的的异种材料异种材料(如金如金硅、锗硅、锗金、钼金、钼钛等钛等)。广泛用于电子、仪表工业的微型器件焊接广泛用于电子、仪表工业的微型器件焊接 能量密度大，热影响区、变形小。能量密度大，热影响区、变形小。特别特别适于光敏材料适于光敏材料设备复杂，价格昂贵，能量转化率低设备复杂，价格昂贵，能量转化率低(5%(5%20%)20%)，输出功率较小，焊件厚度受到一定限制，并且对激输出功率较小，焊件厚度受到一定限制，并且对激 光束吸收率低的材料和低沸点材料不宜采用光束吸收率低的材料和低沸点材料不宜采用。(六六)堆焊堆焊 为增大或恢复焊件尺寸或使焊
44、件表面为增大或恢复焊件尺寸或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接特点：特点：可修复已失去精度或表面破损的零件可修复已失去精度或表面破损的零件省材料、省费用、省工时，延长零件的使用寿命省材料、省费用、省工时，延长零件的使用寿命。可提高零件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能，可提高零件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能，发挥材料的综合性能工作潜力。发挥材料的综合性能工作潜力。应用：应用：已遍及各种机械产品的制造和维修部门。在冶已遍及各种机械产品的制造和维修部门。在冶 金机械、重型机械、汽车、动力机械、石油化金机械、重型机械、汽车、动力机械、石油化 工设备等领域均有
45、广泛的应用。工设备等领域均有广泛的应用。焊接工艺及其参数焊接工艺及其参数要求较高要求较高(异种金属焊接异种金属焊接)利用利用电阻热电阻热将连接处加热到塑性状态或局部将连接处加热到塑性状态或局部熔化状态，再熔化状态，再施加压力施加压力形成接头的焊接方法。形成接头的焊接方法。二、压焊二、压焊(一一)电阻焊电阻焊 通过通过加压、或同时加热加压加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原子间的结合，实现连接的焊接方法。子间的结合，实现连接的焊接方法。电阻焊的特点：电阻焊的特点：(1)(1)电压低，电流大
46、，生产率高电压低，电流大，生产率高(2)(2)无需填充金属，焊接变形小无需填充金属，焊接变形小(加热迅速且温度较低加热迅速且温度较低)(3)(3)劳动条件好，操作简单，易于实现自动化生产劳动条件好，操作简单，易于实现自动化生产(4)(4)设备复杂，投资大，只适用于成批大量生产设备复杂，投资大，只适用于成批大量生产(5)(5)接头质量不稳定，限制了在受力较大的构件上的应用接头质量不稳定，限制了在受力较大的构件上的应用电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种1.1.点焊点焊(1)(1)点焊过程：点焊过程：预压预压通电通电断电维持断电维持休止休止焊接第二点时，有一部分电流会流焊接
47、第二点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点经已焊好的焊点(2)(2)分流现象：分流现象：分流分流使焊接区电流减小，使焊接区电流减小，影响焊点质量。影响焊点质量。危害：危害：控制焊点距离控制焊点距离太近太近分流现象严重分流现象严重太远太远强度不够强度不够措施：措施：(3)(3)接头形式：接头形式：搭接搭接动画动画 如汽车驾驶室、车厢、电器、仪表、飞机制造如汽车驾驶室、车厢、电器、仪表、飞机制造(4)(4)应用：应用：4mm4mm以下的低碳钢、合金钢、铜合金、以下的低碳钢、合金钢、铜合金、铝镁合金等薄板。铝镁合金等薄板。2.2.缝焊缝焊(1)(1)缝焊过程：缝焊过程：与点焊相似，与点焊相似，盘状电极
48、代替柱状电极盘状电极代替柱状电极(2)(2)特点：特点：分流现象严重分流现象严重(焊点互相重叠约焊点互相重叠约5050以上以上),),焊接电流大焊接电流大，约为点约为点焊的焊的1.51.52 2倍左右倍左右。厚度厚度0.10.12mm2mm有有气密性气密性要求的要求的低碳钢、不锈钢、耐热钢、铝低碳钢、不锈钢、耐热钢、铝合金等，如合金等，如油箱、净化器和管道油箱、净化器和管道等等。(3)(3)应用：应用：动画动画 用于接头用于接头强度和质量要求不太高、强度和质量要求不太高、断面简单断面简单，直径小于直径小于20mm20mm的碳钢、的碳钢、不锈钢、铜和铝等棒料、管材不锈钢、铜和铝等棒料、管材。3.
49、3.对焊对焊即对接电阻焊即对接电阻焊(1)(1)电阻对焊电阻对焊电阻对焊过程电阻对焊过程b.b.端面加工、清理要求高，质量不易保证。端面加工、清理要求高，质量不易保证。应用应用预先加压预先加压通电通电断电同时施加顶锻力断电同时施加顶锻力特点特点a.a.操作简单，接头外观光滑、毛刺小。操作简单，接头外观光滑、毛刺小。如钢筋、门窗等。如钢筋、门窗等。(2)(2)闪光对焊闪光对焊闪光对焊过程闪光对焊过程特点特点a.a.接头质量高接头质量高b.b.焊前对端面清理要求不高焊前对端面清理要求不高c.c.焊件烧损较多，焊后毛刺需清理焊件烧损较多，焊后毛刺需清理d.d.适应性强适应性强应用应用可用于同种金或异
50、种金属焊接；可用于同种金或异种金属焊接；可焊可焊直径小于直径小于0.01mm0.01mm的金属丝，也可焊截面的金属丝，也可焊截面2000mm2000mm2 2的金属棒或金属型材。的金属棒或金属型材。用于用于重要杆状重要杆状件的焊接。件的焊接。工件直径工件直径0.01mm200mm0.01mm200mm。如刀具、管子、钢筋、钢轨、车圈等。如刀具、管子、钢筋、钢轨、车圈等。动画动画 利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热，利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速施加使端面达到热塑性状态，然后迅速施加顶锻力实现焊接的一种固相压焊方法。顶锻力实现焊接的一种固相压焊方法。(二二)摩
