1、第十章 焊 接 焊接 通过加热或加压，使焊件达到原子 结合的一种加工方法。 焊接的种类： 焊接的定义： 焊接方法 熔焊 压焊 钎焊 第一节 概 述 第一节 概 述 焊接的特点与应用 优点缺点 第一节 概 述 机器部件轴、 齿轮、刀具等。 应用： 金属结构件自 行车三角架、钢窗 、锅炉、压力容器 、管道、船舶、车 辆等； 第一节 概 述 第一节 概 述 第一节 概 述 一、焊接冶金过程和电焊条一、焊接冶金过程和电焊条 1 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 2 三、焊接变形和焊接应力三、焊接变形和焊接应力 3 第二节 熔焊过程和焊接质量 O2 2O 发生氧化反应，焊缝性能降低； N
2、2 2N 高温熔入液态金属，冷却后形成气孔； H2O 2H+O 形成气孔，产生氢脆。 一、熔焊冶金过程和电焊条 1、熔焊的冶金过程 空气中的O2、N2、H2O在电弧的作用下： 保证焊缝质量措施： 减少有害元素进入熔池 消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素 第二节 熔焊过程和焊接质量 2、电焊条 作电极传导电流，产生电弧 作填充金属（调整成分） 保证焊接电弧的稳定燃烧； 改善焊接工艺性能，有利于进行各种位置的焊接； 向焊缝金属渗某些合金元素，提高焊缝的力学性能； 保护熔池与熔滴不受空气侵入； 使焊缝金属顺利脱氧、脱硫、脱磷、去氢等。 焊条的组成: 焊芯的作用： 药皮的作用： 专用焊接 金属丝
3、由多种矿石粉 铁合金配成 第二节 熔焊过程和焊接质量 焊条的种类、型号与牌号 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 铸铁焊条 堆焊焊条 镍和镍合金焊条 铜和铜合金焊条 铝和铝合金焊条 酸性焊条（SiO2、MnO等） 碱性焊条（CaO、FeO等） 种 类 按用途分 按熔渣性质分 第二节 熔焊过程和焊接质量 3、碱性焊条和酸性焊条的特性 机械性能好（韧性高，抗裂性好）； 焊接工艺性能差；（用直流电） 对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干） 排出有毒烟尘 H F 。（通风良好） 碱性焊条： 酸性焊条与碱性焊条相反 第二节 熔焊过程和焊接质量 4、焊条的选用 v 不绣钢、耐热钢焊条 按相同成分选择焊条
4、v 结构钢焊条 按等强原则选相同强度等级焊条 焊缝和母材具有相同水平 的使用性能。 选用原则： 第二节 熔焊过程和焊接质量 第二节 熔焊过程和焊接质量 二 、焊缝的空间位置 第二节 熔焊过程和焊接质量 三、焊接接头的组织和性能 1、低碳钢焊接接头的组成： 焊缝区：焊缝区：结晶从熔池壁向中心推结晶从熔池壁向中心推 进，形成柱状的铸态组织。进，形成柱状的铸态组织。 与基体金属性能接近，但熔池中与基体金属性能接近，但熔池中 心易出现杂质、疏松等。心易出现杂质、疏松等。 熔合区：熔合区：未熔化的过未熔化的过 热组织和部分熔化的热组织和部分熔化的 结晶铸态组织。很大结晶铸态组织。很大 程度上决定焊件接头
5、程度上决定焊件接头 的性能。的性能。 第二节 熔焊过程和焊接质量 v 过热区（1100 ）组织粗 大，机械性能很低, v 正火区（Ac31100）晶 粒细小，机械性能高， v 部分相变区（Ac1Ac3）晶 粒不均匀，机械性能低。 热影响区的组织和性能 可见，熔合区、过热区是接头中 性能最差的薄弱的部位，会严重 影响焊接接头的质量。 第二节 熔焊过程和焊接质量 2、影响焊接接头性 能的因素 v焊接工艺（焊接电流、电压、速度 ） 焊接方法（热源不同、保护效果不同） 焊接材料（焊条、焊丝、焊剂） v焊后热处理（正火后细化晶粒） 第二节 熔焊过程和焊接质量 四、焊接变形和焊接应力 1、焊接变形和残余
6、应力的不利影响 焊接应力会降低承载能力； 矫正变形会使性能降低，成本增加； 造成焊件的尺寸、形状变化； 引起焊接裂纹； 应力衰减会产生变形。 第二节 熔焊过程和焊接质量 2、焊接变形和残余应力产生原因 在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀 加热，会产生焊接应力和变形。下图为平板对 接焊缝的应力和变形过程示意图. 第二节 熔焊过程和焊接质量 3、焊接变形的基本形式 第二节 熔焊过程和焊接质量 反变形法 采用机械矫正和火焰矫正 锤击焊缝法 选择合理的焊接顺序 刚性固定法 焊前预热及焊后热处理 4 4、减少焊接应 力与变形的工 艺措施 第二节 熔焊过程和焊接质量 (1) 采用反变形方法 通过试验或计
7、算，预先确定焊后可能发生变形的 大小和方向，将工件安装在相反方向位置上。 第二节 熔焊过程和焊接质量 (2) 加裕量法 根据经验在工件下料尺寸上加一定裕量 ，通常为0.1%0.2%，以弥补焊后的收缩变 形。 (3) 刚性固定法 当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定 组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产 生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防 止焊接变形。 第二节 熔焊过程和焊接质量 采用定位焊组装也可防止 焊接变形。 第二节 熔焊过程和焊接质量 (4)选择合理的焊接顺序 合理的焊接顺序 第二节 熔焊过程和焊接质量 (5)强制冷却法 使焊缝处热量迅速散走，减小金属受热 面，以减少焊接变形。 第二
8、节 熔焊过程和焊接质量 (6)焊前预热，焊后处理 预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷 却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊 后进行去应力退火或用锤子均匀迅速的敲击焊 缝，使之得到延伸，均可有效的减小残余应力 ，从而减小焊接变形。 第二节 熔焊过程和焊接质量 5、焊接变形的矫正 常用的方法有：机械矫正法和火焰矫正法 图10-20 机械矫正法示意图 图10-21 火焰矫正法示意图 第二节 熔焊过程和焊接质量 常用焊接方法常用焊接方法 摩擦焊 手工焊 埋弧自 动焊 气体保护焊 电阻焊 钎焊 电渣焊 第三节 常用焊接方法 一、手工电弧焊 1、焊接电弧 电弧的温度 阴极区 2400 ， 弧柱 5
9、000-8000 ， 阳极区 2600 电弧区热量 阳极占43%, 阴极区占36%, 弧 柱区占21% 。 第三节 常用焊接方法 2、焊接过程 (3) 当电弧向前移动时, 熔池冷却凝固而新的熔池 不断产生, 形成连续的焊缝。 (1)电弧在焊条与被焊件之 间 燃烧, 电弧热使工件和 焊条同时熔化成熔池; (2) 电弧使焊条的药皮熔 化或燃烧, 产生熔渣和气 体, 对熔化金属和熔池起 保护作用； 第三节 常用焊接方法 3、手工电弧焊的特点 手工电弧焊有何特点？使用哪种设备？ 优点：设备简单，操作灵活，适应性强。 缺点： 生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。 电焊机： 直流电焊机： 交流电焊机：
10、引弧容易，电弧稳定，焊接质量好 结构简单，使用可靠，维修方便 第三节 常用焊接方法 直流电焊机 第三节 常用焊接方法 交流电焊机 第三节 常用焊接方法 二、埋弧自动焊 1. 埋弧自动焊的焊接过程 自动焊焊接动作由机械装置自动完成。 埋弧焊电弧在颗粒状焊剂层下燃烧进行焊接。 图10-26 埋弧自动焊焊接过程示意图 第三节 常用焊接方法 压力容器环缝和纵缝的埋弧自动焊 纵 缝 环缝 第三节 常用焊接方法 容器的埋弧焊接 三、气体保护焊 1、氩弧焊及其特点 保护气体 氩气 CO2 氩弧焊 CO2气体保护焊 第三节 常用焊接方法 非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊 焊接电流不能过大，只能焊4mm以下的薄板；
11、 焊接钢材板：直流正接法； 焊铝、镁合金：直流反接法或交流电源。 钨极熔点高， 发射电子能力强 直流正接 ： 钨极烧损小。 直流反接 ： 钨极烧损大， 电弧不稳，但有“阴极破 碎” 作用（焊铝时有利）。 应 用 第三节 常用焊接方法 熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 1、以连续送进的金属丝做 电极并填充焊缝； 2、焊接电流较大,生产效率高， 适用焊接较厚的焊件；（板厚为8-25mm） 3、采用直流反接，电弧稳定，焊铝时有“阴极 破碎”作用; 4、可采用自动焊或半自动焊。 第三节 常用焊接方法 氩弧焊特点氩弧焊特点 1) 保护效果好，电弧稳定，焊接质量好； 2) 电弧热量集中，热影响区小，焊后变形小；
12、3) 可全方位焊接，便于观察、易于自动控制； 4) 氩气成本高，一般情况下不采用。 应用： 用于焊接易氧化的有色金属 、合金钢和不锈钢。 第三节 常用焊接方法 2、 CO2气体保护焊 CO2气体保护焊的焊接过程 CO2 电弧 CO + O 使金属氧化， 合金元素烧损，不 能焊接有色金属和 合金钢。 应用： 用于低碳钢、低合金钢薄板的焊接。必须采用 含脱氧剂的焊丝H08Mn2SiA，直流反接。 第三节 常用焊接方法 CO2气体保护焊的特点 第一第一 成本低 第二第二效率高 第三第三焊接质量好 第四第四采用气体保护，能全位置焊接 第五第五 焊缝成形差，飞溅大 第六第六 设备使用维修不方便 第三节
13、常用焊接方法 四、电渣焊 v 生产率高 （板厚 40mm的焊接一次焊成 ） v 焊缝缺陷少,焊接质量好 （不易产生气孔、夹渣和裂纹 ） v 成本低 （省电和省熔剂） v 焊件需正火热处理 (热影响区较大,组织粗大 ) 1. 电渣焊工艺过程2. 电渣焊的特点 第三节 常用焊接方法 五、电阻焊 电阻焊分为：点焊、缝焊、对焊。 是利用焊件接触面的电阻热，将焊件局部加热到塑 性或熔化状态，在压力下形成接头的焊接方法。 第三节 常用焊接方法 点焊的应用 点焊主要适用于薄 板冲压结构和钢筋构件。 点焊过程 手提点焊 第三节 常用焊接方法 2、缝焊 与点焊相同，只是采用 滚轮做电极，边焊边滚。 焊点互相重叠
14、，分流现 象严重。焊件厚度3mm。 有密封要求的薄壁结构， 缝焊： 特点： 应用： 第三节 常用焊接方法 3、对焊 电阻对焊端面加工要 求高，质量不易保证 。 闪光对焊 对端面加工要 求低，质量较 高，用于重要 零件的焊接。 杆状零件的对接，如刀具、管子、钢轨、钢筋 、异种金属。（端面形状尺寸要相同或相近） 应用： 第三节 常用焊接方法 六、钎焊 是利用低熔点的钎料作填充金属， 加热 熔化后渗入固态焊件间的间隙内，将焊件连 接起来的焊接方法。 接 头 形 式 第三节 常用焊接方法 1、焊接过程 v 将工件和钎料适当加热 （烙铁、火焰、炉子、 电阻、高频加热）； v 钎料熔化，借助毛细管 的作用
15、被吸入和充满间 隙； v 被焊金属和钎料在间隙 内相互扩散； v 凝固后，形成钎焊接头 。 第三节 常用焊接方法 气体电离 电极发射电子 正接法: 工件接正 极, 焊条接负极 第三节 常用焊接方法 2、钎焊分类 种类 特点 软钎焊 （锡、铅钎料） 硬钎焊 （铜基、银基钎料） 钎料熔点 450 450 性能特点 接头强度 100MPa 工作温度较低 接头强度 200MPa 工作温度较高 应用 用于受力不大的仪 表、导电元件的焊接。 用于受力较大的构 件、刀具、工具的焊接。 第三节 常用焊接方法 3、钎焊特点 v 加热温度低，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确； v 钎焊接头强度低； v 可焊接
16、性能差异很大的异种金属, 对工件厚 度无限制； v 可整体加热，同时钎焊由多条焊缝组成的复杂形状构件，生产率 高； v 钎焊设备简单，生产投资费用少。 第三节 常用焊接方法 七、摩擦焊 摩擦焊的焊接过程如动画所示。摩擦焊的热能来源于焊接端面的摩 擦。其焊接过程如下： 工件1高速旋转工件2向工件1方向移动两工件接触时减慢 移动速度，加压摩擦生热接头被加热到一定温度工件1迅 速停止旋转进一步加压工件2保压一定时间接头形成。 第三节 常用焊接方法 金属材料的焊接性 碳素钢和普低钢的焊接 不锈钢的焊接 铸铁的焊补 铝及铝合金的焊接 第四节 常用金属材料焊接 一、金属材料的焊接性 1、金属材料焊接性的概
17、念 是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。 金属焊接性 ： 焊接性 形成焊接缺陷的敏感性（裂纹） 使用性能（机械性能） 影响焊接性的因素： 金属材料本身性质 焊接方法、焊接材料、焊接工艺 第四节 常用金属材料焊接 2、钢的焊接性评价方法碳当量 CE 0.4%时，冷裂纹倾向不明显, 焊接性良好； CE 0.4%0.6%时，冷裂倾向明显，焊接性较差； CE 0.6%时，冷裂倾向很强, 焊接性很差。 碳、合金元素含量焊接性 碳当量： CE =C+Mn/6+(Cr+Mo+ V) /5+ (Ni+Cu)/15 碳钢及低 合金钢 碳当量越高，焊接性越差 第四节 常用金属材料焊接 二、碳
18、素钢和普低钢的焊接 1、碳钢的焊接 CE 0.4% ，焊接性良好。各种焊接方法 都能获得优质焊接接头。 低碳钢 ： 中碳钢 ： CE 0.4%，冷裂倾向很强，焊接性较差。 焊前预热150250，焊后缓冷， 采用细E5015焊条、小电流、开坡口、多层 多道焊，降低焊缝的含碳量。 焊接裂纹产生？ 内部条件：碳当量CE 外部条件：环境温度 第四节 常用金属材料焊接 2、低合金结构钢的焊接 焊接方法: a.一般用手工电弧焊、埋弧自动焊 b.板厚 40mm时，用电渣焊 c.批量大时，用CO2气体保护焊 16Mn的焊接 CE= 0.4%焊接性良好，不需预热 板厚 3238mm 环境温度低时，需预热 重要结
19、构（锅炉、压力容器） 焊后应消除应力退火 第四节 常用金属材料焊接 三、不锈钢的焊接 马氏体不锈钢 奥氏体不锈钢 铁素体不锈钢 不锈钢的种类 （Cr13型） （Cr18Ni9型 ） （Cr17型） 焊接性较差 （冷裂纹和淬硬脆化） 焊前预热，焊后缓冷及热处理 ，采用奥氏体不锈钢焊条。 焊接性良好 焊接性较差 （过热晶粒引起脆化和裂纹） 低温预热（ 150 ） 减少高温停留时间 第四节 常用金属材料焊接 四、铸铁的焊补 v 易产生白口组织和淬火组织; v 铸铁强度低、塑性差，易产生裂纹; v 铸铁碳、硅含量高，易产生气孔和夹渣缺陷; 铸铁的焊接性 铸铁碳含量高，杂质多，塑性差，故焊接性差。 铸铁
20、焊补的问题： 铸铁的焊补： 热焊、冷焊 第四节 常用金属材料焊接 1、热焊 热焊 铸件预热到600700进行焊接，焊后缓冷。 焊接方法： 气焊、手工电弧焊（铸铁焊条） 焊补质量好， 成本高，劳动条件差，生产率低， 中等厚度铸件及焊后要加工的复杂、重要 的铸件, 如：内燃机缸盖、气缸体、机床 床身等。 特点： 应用： 第四节 常用金属材料焊接 2、冷焊 冷焊 铸件一般不预热或较低温度预热。 特点：依靠焊条来调整焊缝的化学成分 ，以防止白口组织和裂纹。 应用 ： 镍基焊条 结构钢焊条 补焊质量好，成本高。 用于重要铸铁件加工表面焊补 焊补质量低，用于非加工表面，（ 采用小直径、小电流、短弧） 第四
21、节 常用金属材料焊接 五、铝及铝合金的焊接 工业纯铝 不能热处理强化铝合金 热处理强化铝合金 焊接性好 分类 焊接性差 接头软化 热裂纹 问题 氧化：形成Al2O3，阻碍融合 气孔：铝液大量溶解氢气，结晶时形成气孔 焊接方法：电阻焊、钎焊、氩弧焊 保护效果好， 有“阴极破碎 ”作用 第四节 常用金属材料焊接 一、一、焊接结构材料的选择1 二、二、焊缝的布置2 三、接头设计 3 四、典型工艺设计实例4 第五节 焊接结构工艺性 一、焊接结构材料的选用 在满足焊接件使用性能的前提下，应 尽量选用焊接性好的材料。如低碳钢、低 合金钢。 影响焊接性的因素 ： 金属材料本身性质 焊接方法、焊接材料、焊接工
22、艺 焊接结构选材原则： 第五节 焊接结构工艺性 焊接方法 合金材料 气 焊 手工 电弧 焊 埋 弧 焊 CO2 保 护 焊 氩 弧 焊 电 渣 焊 点 焊 缝 焊 对 焊 钎 焊 低碳钢AAAAAAAAA 中碳钢AABBAABAA 低合金钢BAAAAAAAA 不锈钢AABBABAAA 铸铁BBCCBBDB 铝合金BCCDADAAC 第五节 焊接结构工艺性 二、焊接结构工艺设计 焊接结构件种类各式各样，在其材料确定以 后，对焊接结构件进行工艺设计主要包括三方 面内容： 焊缝布置 焊接方法选择 焊接接头设计 第五节 焊接结构工艺性 （1）焊缝布置 焊缝布置是否合理，直接影响结构件的焊接质量和生 产
23、率。因此，设计焊缝位置时应考虑下列原则： 1）焊缝应尽量处于平焊位置 各种位置的焊缝，其操作难度不同。以焊条电弧焊焊 缝为例，其中平焊操作最方便，易于保证焊接质量，是焊 缝位置设计中的首选方案，立焊、横焊位置次之，仰焊位 置施焊难度最大，不易保证焊接质量。 第五节 焊接结构工艺性 2）焊缝要布置在便于施焊的位置 焊条电弧焊时，焊条要能伸到焊缝位置。 点焊、缝焊时，电极要能伸到待焊位置。 埋弧焊时，要考虑焊缝所处的位置能否存放焊剂。 设计时若忽略了这些问题，无法施焊。 第五节 焊接结构工艺性 3）焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形 尽量减少焊缝数量及长度,缩小不必要的焊缝截面尺寸； 焊缝布置应避免密集或交叉； 焊缝布置应尽量对称； 第五节 焊接结构工艺性 焊缝布置应尽 量避开最大应力位 置或应力集中位置 ； 焊缝布置应避 开机械加工表面 第五节 焊接结构工艺性 三、接头设计 1、接头形式设计 对接接头、搭接接头、角接接头、T形接头 受力简单、均匀，节省 材料；下料尺寸精度要求较 高；用于锅炉、压力容器受 力焊缝的焊接。 受力复杂，接 头产生附加弯矩；下料 尺寸精度要求低；应用 于受力不大的行架结构 。 用于构 成直角或一定角 度连接的接头。 接头基本形式： 第五节 焊接结构工艺性 2、坡口形式设计 第五节 焊接结构工艺性
