1、第五章第五章固态材料的固态材料的v一、一、焊接成形过程焊接成形过程v（一）焊接成形过程特性和理论基础（一）焊接成形过程特性和理论基础v1、金属的连接方法、金属的连接方法v2、焊接的定义、焊接的定义v焊接技术是指通过物理或化学的手段，使两个相互焊接技术是指通过物理或化学的手段，使两个相互分离的物体（同种材料或异种材料）产生原子（分分离的物体（同种材料或异种材料）产生原子（分子）间的结合而连接成一体的连接方法。子）间的结合而连接成一体的连接方法。v3、焊接的分类、焊接的分类v（1）熔化焊（液相）熔化焊（液相）v（2）压力焊（固相）压力焊（固相）v（3）钎焊（固相兼液相）钎焊（固相兼液相）v4、焊接
2、的特点、焊接的特点v结构重量轻、省工省料、密封性好等特点。结构重量轻、省工省料、密封性好等特点。v（二）（二）熔化焊接熔化焊接v熔化焊：熔化焊：利用局部加热的方法利用局部加热的方法,将工件的焊接将工件的焊接处加热到熔化状态处加热到熔化状态,形成熔池，然后冷却结晶，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝的焊接方法形成焊缝的焊接方法。由于所用热源的不同，熔化焊分为电弧焊、由于所用热源的不同，熔化焊分为电弧焊、电渣焊和气焊等。电渣焊和气焊等。v焊接电弧：焊接电弧：它是在具有一定电压的两电极间它是在具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，气体介质或电极与焊件间，气体介质 产生强烈而持久产生强烈而持久的放电现象
3、。的放电现象。电弧的实质：电弧的实质：它是一种气体放电。气体在一它是一种气体放电。气体在一般情况下是不导电的。要使气体导电，须将般情况下是不导电的。要使气体导电，须将两个电极之间的气体电离，并在两电极间加两个电极之间的气体电离，并在两电极间加上一定的电压，使这些带电离子在电场作用上一定的电压，使这些带电离子在电场作用下作定向运动，两个电极间的气体中能连续下作定向运动，两个电极间的气体中能连续不断地通过很大的电流，从而形成电弧。电不断地通过很大的电流，从而形成电弧。电弧导电时，产生大量的热量，同时发出强烈弧导电时，产生大量的热量，同时发出强烈的弧光。的弧光。v1、手工电弧焊：、手工电弧焊：是利用
4、焊条与工件间产生是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的工艺方法。工艺方法。（1）手工电弧焊焊接过程。手工电弧焊焊接过程。（2）手工电弧焊的主要优点有：手工电弧焊的主要优点有：v操作灵活，高焊接各种空间位置的焊缝。操作灵活，高焊接各种空间位置的焊缝。v焊接质量受焊工技术水平，施工条件等影响，焊接质量受焊工技术水平，施工条件等影响，变动幅度大。变动幅度大。v焊接辅助时间长，生产效率底。焊接辅助时间长，生产效率底。v焊接生产率低。焊接生产率低。v2、埋弧自动焊：、埋弧自动焊：v在焊接过程中，焊接电弧将焊剂在焊接过程中，焊接电弧将焊剂,焊丝及
5、工件焊丝及工件焊接处熔化后形成熔池，熔池冷却后形成焊焊接处熔化后形成熔池，熔池冷却后形成焊缝。缝。v（1）埋弧自动焊的焊接过程。埋弧自动焊的焊接过程。v（2）主要优点有：主要优点有：v生产率高：埋弧自动可用的电流比手工电弧焊大，所以生产生产率高：埋弧自动可用的电流比手工电弧焊大，所以生产率高。率高。v焊接质量好：由于电弧被液态溶渣泡所包围，可以防止空气焊接质量好：由于电弧被液态溶渣泡所包围，可以防止空气的浸害，因而焊缝质量好。的浸害，因而焊缝质量好。v电弧的热量损失小，能量集中。电弧的热量损失小，能量集中。v节省金属与电能：由于焊丝连续送进，从而节省金属材料，节省金属与电能：由于焊丝连续送进，
6、从而节省金属材料，节省辅助时间。埋弧焊熔化深度大。因而也节省了电节省辅助时间。埋弧焊熔化深度大。因而也节省了电能。能。v改善了劳动条件：埋弧焊焊接时没有弧光。送入与运条又实改善了劳动条件：埋弧焊焊接时没有弧光。送入与运条又实现了机械械化，从而减少了工人的劳动强度。改善了劳动条现了机械械化，从而减少了工人的劳动强度。改善了劳动条件。件。v适合中等厚度的板材的直、长缝或大圆圈环形焊缝的手工焊适合中等厚度的板材的直、长缝或大圆圈环形焊缝的手工焊缝焊接。缝焊接。v、气体保护焊：、气体保护焊：v用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，称为气体保护焊。外加气
7、体有区的电弧焊，称为气体保护焊。外加气体有以下二种：氩气焊与二氧化碳气体保护焊。以下二种：氩气焊与二氧化碳气体保护焊。v （1）氩弧焊：）氩弧焊：氩气是惰性气体，不与金属氩气是惰性气体，不与金属起化学反应；不溶解于液体金属。所以，氩起化学反应；不溶解于液体金属。所以，氩气是一种可靠的保护介质。氩弧焊可以获得气是一种可靠的保护介质。氩弧焊可以获得高质量的焊缝高质量的焊缝.氩弧焊是焊接不锈钢的主要方氩弧焊是焊接不锈钢的主要方法，也广泛用于焊接铝合金、钛合金、锆合法，也广泛用于焊接铝合金、钛合金、锆合金等材料；用于航空航天、核工业等部门。金等材料；用于航空航天、核工业等部门。v（2）二氧化碳气体保护
8、焊：）二氧化碳气体保护焊：v是以是以CO2气体作为保护介质的气体保护焊方气体作为保护介质的气体保护焊方法。法。v 1）二氧化碳气体保护焊的特殊性）二氧化碳气体保护焊的特殊性v因为因为CO2气体是一种氧化性气体，在焊气体是一种氧化性气体，在焊接过程中会使焊缝金属氧化接过程中会使焊缝金属氧化.故须采取脱氧措故须采取脱氧措施。施。由于由于CO2气体的特殊的物理性质，熔滴过气体的特殊的物理性质，熔滴过渡的形式是短路过渡。为了使焊接过程稳定渡的形式是短路过渡。为了使焊接过程稳定,需要对焊机电路进行特殊设计。需要对焊机电路进行特殊设计。v 2）二氧化碳气体保护焊的优缺点：）二氧化碳气体保护焊的优缺点：v生
9、产率高比手工电弧焊高生产率高比手工电弧焊高15倍。工作时连倍。工作时连续焊接续焊接,不需要换焊条不需要换焊条,不需要敲渣。不需要敲渣。v成本低成本低 CO2气体是很多工业部门的副产品，气体是很多工业部门的副产品，成本较低。成本较低。v二氧化碳气体保护焊是一种重要的焊接方法，二氧化碳气体保护焊是一种重要的焊接方法，主要用于焊接低碳钢和低合金钢。在汽车行主要用于焊接低碳钢和低合金钢。在汽车行业和其他工业部门中广泛应用。业和其他工业部门中广泛应用。v4、电渣焊电渣焊：v电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源来进行焊接的，一般总是在垂阻热作为热源来进行
10、焊接的，一般总是在垂直立焊位置进行焊接，其焊接过程示意图如直立焊位置进行焊接，其焊接过程示意图如526所示。两个工件位于垂直位置，相距所示。两个工件位于垂直位置，相距25-35mm，工件待焊端面两侧，装有冷却，工件待焊端面两侧，装有冷却铜滑块、使液态熔渣及金属不会外流，冷水铜滑块、使液态熔渣及金属不会外流，冷水从其内部通过，迫使熔池冷却凝固成为焊缝。从其内部通过，迫使熔池冷却凝固成为焊缝。固态焊剂熔化以后形成的渣池具有较大的电固态焊剂熔化以后形成的渣池具有较大的电阻，当电流通过时产生大量电阻热，使渣池阻，当电流通过时产生大量电阻热，使渣池温度保持在温度保持在1700一一2000。v焊丝与工件被
11、渣池加热熔化而形成熔池。焊焊丝与工件被渣池加热熔化而形成熔池。焊接过程中，焊丝不断送进并被熔化，熔池及接过程中，焊丝不断送进并被熔化，熔池及渣池逐渐上升（冷却滑块也同时逐渐升），渣池逐渐上升（冷却滑块也同时逐渐升），由于渣池热量多，温度高，与熔渣接触的金由于渣池热量多，温度高，与熔渣接触的金属都被熔化，而且焊丝在焊接时还可左右缓属都被熔化，而且焊丝在焊接时还可左右缓慢摆动，因此很厚的工件也可用电渣焊一次慢摆动，因此很厚的工件也可用电渣焊一次焊成。焊成。v电渣焊与其他焊接方法比较有以下特点：电渣焊与其他焊接方法比较有以下特点：v （1）很厚的工件也可一次焊成。这就从根）很厚的工件也可一次焊成。这
12、就从根本上改变了重型机械制造的工艺，可用铸一锻本上改变了重型机械制造的工艺，可用铸一锻一焊组合结构拼小成大以代替巨大的铸、锻整一焊组合结构拼小成大以代替巨大的铸、锻整体结构。体结构。v （2）生产率高，焊接材料消耗少。电渣焊）生产率高，焊接材料消耗少。电渣焊时任何厚度的工件都不需开坡口，只要使焊接时任何厚度的工件都不需开坡口，只要使焊接面之间保持；面之间保持；25-35mm的间隙就可一次焊成。的间隙就可一次焊成。v（3）焊缝金属比较纯净。电渣焊时，金属熔池上）焊缝金属比较纯净。电渣焊时，金属熔池上面覆盖着一定深度的渣池，可避免空气与金属熔池面覆盖着一定深度的渣池，可避免空气与金属熔池接触。另外
13、，金属熔池在液态存在的时间较长，熔接触。另外，金属熔池在液态存在的时间较长，熔池中的气体与杂质有较充分的时间排出。由于冷却池中的气体与杂质有较充分的时间排出。由于冷却条件差，焊缝金属结晶的方向也有利于排出低熔点条件差，焊缝金属结晶的方向也有利于排出低熔点杂质。因此焊缝金属比较纯净。杂质。因此焊缝金属比较纯净。v（4）由于较厚工件用电渣焊焊接是一次焊成，所）由于较厚工件用电渣焊焊接是一次焊成，所以焊接速度比较慢，焊缝区在高温停留较长的时间。以焊接速度比较慢，焊缝区在高温停留较长的时间。热影响区比其他焊接方法都宽，晶粒粗大、易产生热影响区比其他焊接方法都宽，晶粒粗大、易产生过热组织，机械性能有显著
14、下降所以对较重要的构过热组织，机械性能有显著下降所以对较重要的构件，焊后须进行正火处理。件，焊后须进行正火处理。v5、电子束焊电子束焊v随着科学技术的最新发展，尤其原子能和导随着科学技术的最新发展，尤其原子能和导弹技术的发展弹技术的发展,大量应用了锆、钛、钽、铂、大量应用了锆、钛、钽、铂、镍及其合金镍及其合金,焊接这些金属用一般的气体保护焊接这些金属用一般的气体保护焊常不能得到满意的结果。电子束焊接研制焊常不能得到满意的结果。电子束焊接研制成功才顺利地解决了上述稀有和难熔金属的成功才顺利地解决了上述稀有和难熔金属的焊接问题。焊接问题。v图图527为真空电子束焊接示意图。电子枪、为真空电子束焊接
15、示意图。电子枪、焊件及焊具全部装在真空室内。电子枪由加焊件及焊具全部装在真空室内。电子枪由加热灯丝、阴极、阳极及聚焦装置等组成。当热灯丝、阴极、阳极及聚焦装置等组成。当阴极被灯丝加热到阴极被灯丝加热到2600度时，能发出大量电度时，能发出大量电子。这些电子在阴极与阳极（焊件）间的高子。这些电子在阴极与阳极（焊件）间的高电压作用下，经电子透镜聚焦成电子流束，电压作用下，经电子透镜聚焦成电子流束，以极大的速度（可达以极大的速度（可达160000kmS）射向焊）射向焊件表面，电子的动能变为热能。能量密度比件表面，电子的动能变为热能。能量密度比普通电弧可大普通电弧可大5000倍，它使焊件金属迅速熔倍，
16、它使焊件金属迅速熔化甚至气化。根据焊件的熔化程度，逐渐移化甚至气化。根据焊件的熔化程度，逐渐移动焊件，即能得到要求的焊接接头。动焊件，即能得到要求的焊接接头。v真空电予束焊接的特点：真空电予束焊接的特点：v（1）在真空中进行焊接，金属不会氧化氮化。）在真空中进行焊接，金属不会氧化氮化。且无金属电极沾污，所以能保证焊缝金属的且无金属电极沾污，所以能保证焊缝金属的高纯度。表面平滑洁净，没有弧坑或其他表高纯度。表面平滑洁净，没有弧坑或其他表面缺陷。焊缝内部熔合得好，无气孔夹渣。面缺陷。焊缝内部熔合得好，无气孔夹渣。v（2）热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊）热源能量密度大、熔深大、焊速快、焊缝深而窄
17、，焊缝深宽比可达缝深而窄，焊缝深宽比可达20：1，能单道焊，能单道焊厚件。焊接热影响区很小，基本上不产生焊厚件。焊接热影响区很小，基本上不产生焊接变形。可防止难熔金属焊接时易产生的裂接变形。可防止难熔金属焊接时易产生的裂纹和泄漏。纹和泄漏。v（3）焊接时一般不加填充金属。因而接头要）焊接时一般不加填充金属。因而接头要加工得平整清洁、装配紧密，不留间隙。任加工得平整清洁、装配紧密，不留间隙。任何厚度的工件都不开坡口。何厚度的工件都不开坡口。v（4）电子束参数可在较宽范围内调节、控制）电子束参数可在较宽范围内调节、控制灵活、精度高、适应性强。灵活、精度高、适应性强。v（5）真空电子束焊接的缺点是设
18、备复杂、造）真空电子束焊接的缺点是设备复杂、造价高。使用维护技术要求高、焊件尺寸受真价高。使用维护技术要求高、焊件尺寸受真空室限制，对焊件清整装配质量要求严格，空室限制，对焊件清整装配质量要求严格，因而其应用受到一定限制。因而其应用受到一定限制。v6、等离子弧焊、等离子弧焊v（三）（三）压焊压焊v在焊接过程中，对焊件施加一定压力（加热在焊接过程中，对焊件施加一定压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。或不加热），以完成焊接的方法。v压力焊的主要方法有：压力焊的主要方法有：1、电阻焊电阻焊 v电阻焊是利用电流通过焊件时产生的电阻热，电阻焊是利用电流通过焊件时产生的电阻热，作为热源，加热焊件，在压
19、力下进行焊接的。作为热源，加热焊件，在压力下进行焊接的。电阻焊接头的形状不同分为点焊，缝焊和对电阻焊接头的形状不同分为点焊，缝焊和对焊等。焊等。v（1）点焊）点焊v点焊是利用上、下电极对焊件施加压力，通点焊是利用上、下电极对焊件施加压力，通电加热在压力下成形焊接的。电加热在压力下成形焊接的。1）焊点的形成过程焊点的形成过程 2）点焊是应用最广的焊接工艺之一，点焊是应用最广的焊接工艺之一，点点焊汽车驾驶室焊汽车驾驶室v（2）缝焊）缝焊v缝焊是利用滚盘对焊件进行加压，通电进行缝焊是利用滚盘对焊件进行加压，通电进行焊接的。缝焊最适合焊接要求密封件的薄板焊接的。缝焊最适合焊接要求密封件的薄板件生产，例
20、如件生产，例如:汽车油箱的焊接汽车油箱的焊接、自行车钢圈自行车钢圈的生产与缝焊的过程的生产与缝焊的过程 v（3）对焊）对焊v对焊是被焊工件两端面连接的电阻焊。它分对焊是被焊工件两端面连接的电阻焊。它分为闪光对焊与电阻对焊。为闪光对焊与电阻对焊。v ）闪光对焊：是将二件夹在两电极间经通电）闪光对焊：是将二件夹在两电极间经通电-爆裂闪光爆裂闪光-移动工件移动工件-连续产生爆裂闪光连续产生爆裂闪光-快速加压快速加压-切切断电流断电流-形成焊接。形成焊接。*闪光对焊的焊接过程闪光对焊的焊接过程v*自行车钢圈的焊接自行车钢圈的焊接v 2）电阻对焊：是将二件夹在两电极间经加压，）电阻对焊：是将二件夹在两电
21、极间经加压，通电，顶锻将焊件焊接起来。通电，顶锻将焊件焊接起来。*大功率三极管的外壳大功率三极管的外壳 *铁锚链铁锚链 v 2、摩擦焊摩擦焊 v（1）摩擦焊焊接过程。）摩擦焊焊接过程。v（2）摩擦焊的特点及应用。）摩擦焊的特点及应用。v1）焊接品质好且稳定。）焊接品质好且稳定。v2）焊接生产率高。）焊接生产率高。v3）可焊材料种类广泛。）可焊材料种类广泛。v4）焊机设备简单，功率小，电能消耗少。）焊机设备简单，功率小，电能消耗少。v（四）（四）钎焊钎焊v钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的金属，适当加热后，钎料熔化将
22、处于固态的焊件进行连接的焊接方法。焊件进行连接的焊接方法。v1、钎焊的过程、钎焊的过程v将表面清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，将表面清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，把钎料放在装配间隙内或间隙附近，然后加把钎料放在装配间隙内或间隙附近，然后加热，使钎熔化并借助毛细管作用被吸入和充热，使钎熔化并借助毛细管作用被吸入和充满固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在满固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内进行相互扩散，凝固后即形成钎焊接间隙内进行相互扩散，凝固后即形成钎焊接头。头。v2、钎焊的分类、钎焊的分类v（1）硬钎焊：是使用熔点高于）硬钎焊：是使用熔点高于450度的钎料度的钎料进行的钎焊。进行
23、的钎焊。v（2）软钎焊：是使用熔点低于）软钎焊：是使用熔点低于450度的钎料度的钎料进行的钎焊。进行的钎焊。v3、钎焊的特点及应用、钎焊的特点及应用v优点：钎焊只需要填充金属熔化，因此焊件加热温优点：钎焊只需要填充金属熔化，因此焊件加热温度较低，焊件的应力和变形较小，对材料的组织和度较低，焊件的应力和变形较小，对材料的组织和性能影响较小，易于保证焊件的尺寸。钎焊还可以性能影响较小，易于保证焊件的尺寸。钎焊还可以连接不同的金属，或金属与非金属的焊件，设备简连接不同的金属，或金属与非金属的焊件，设备简单。单。v缺点：接头强度较低，钎焊接头工作温度不高，钎缺点：接头强度较低，钎焊接头工作温度不高，钎
24、焊前对焊件的清洗和装配工作都要求较严；成本较焊前对焊件的清洗和装配工作都要求较严；成本较高。高。v应用：适宜于小而薄，且精度要求高的零件，广泛应用：适宜于小而薄，且精度要求高的零件，广泛应用于机械、仪表、电机、航空、航天等部门。应用于机械、仪表、电机、航空、航天等部门。v（五）（五）常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接v1、低碳钢的焊接、低碳钢的焊接v通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，各种方法都容易获得优质焊接接头。各种方法都容易获得优质焊接接头。v2、中、高碳钢的焊接、中、高碳钢的焊接v焊接碳钢时的主要问题是：焊接碳钢时的主要问题是：v（1）焊缝
25、易形成气孔；）焊缝易形成气孔；v（2）缝焊及焊接热影响区易产生淬硬）缝焊及焊接热影响区易产生淬硬组织和裂纹。组织和裂纹。v采取的技术措施：采取的技术措施：v焊前预热，焊后缓冷。焊前预热，焊后缓冷。v尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强度等级低的一些焊条。可选用比母材强度等级低的一些焊条。v选择合适的焊接方法和规范，降低焊件选择合适的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。冷却速度。v3、普通低合金钢的焊接、普通低合金钢的焊接v 由于我国低合金钢含碳量低，且大由于我国低合金钢含碳量低，且大部分含有一定的锰量，因此产生裂纹的部分含有一定的锰量，因此产生裂纹的
26、倾向不大。焊接高强度等级的低合金钢倾向不大。焊接高强度等级的低合金钢采取的技术措施是：采取的技术措施是：v（1）严格控制焊缝含氢量）严格控制焊缝含氢量v（2）焊前预热）焊前预热v4、奥氏体不锈钢的焊接、奥氏体不锈钢的焊接v 奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊接时一般不需要采取特殊技术措施，主接时一般不需要采取特殊技术措施，主要防止晶界腐蚀和热裂纹。要防止晶界腐蚀和热裂纹。v（1）防止焊接接头的晶界腐蚀）防止焊接接头的晶界腐蚀v合理选择母材。合理选择母材。v选择超低碳焊条，减少焊缝金属的含碳选择超低碳焊条，减少焊缝金属的含碳量，减少和避免形成铬的碳化物。量，减少和避免形
27、成铬的碳化物。v采取合理的焊接过程和规范。采取合理的焊接过程和规范。v焊后进行热处理焊后进行热处理v（2）防止焊接接头的热裂纹）防止焊接接头的热裂纹v减少杂质来源，避免焊缝中杂质的偏析减少杂质来源，避免焊缝中杂质的偏析和聚集。和聚集。v加入一定量的铁素体形成元素。加入一定量的铁素体形成元素。v采取合理的焊接过程和规范。采取合理的焊接过程和规范。v5、铸铁的焊补、铸铁的焊补v（1）铸铁焊补的主要困难）铸铁焊补的主要困难v焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊后很难进行机械加工。焊后很难进行机械加工。v焊接接头易产生裂纹，铸铁焊补时，其焊接接头易产生裂纹，铸铁焊补时
28、，其危害性比白口组织大。危害性比白口组织大。v在焊缝易出现气孔。在焊缝易出现气孔。v（2）铸铁的分类焊补）铸铁的分类焊补v 热焊热焊v 冷焊冷焊v6、铝及铝合金的焊接、铝及铝合金的焊接v（1）焊接特点：）焊接特点：v易氧化易氧化v易形成气孔易形成气孔v易变形、开裂易变形、开裂v操作困难操作困难v（2）焊接过程措施及焊接）焊接过程措施及焊接v常用氩弧焊、气焊、电阻焊和钎焊常用氩弧焊、气焊、电阻焊和钎焊等方法。等方法。v7、铜及铜合金的焊接、铜及铜合金的焊接v（1）焊接特点：）焊接特点：v难熔合难熔合v易变形开裂易变形开裂v易形成气孔和产生氢脆易形成气孔和产生氢脆v（2）焊接方法及技术特点）焊接方
29、法及技术特点v理想的是氩弧焊理想的是氩弧焊v（六）（六）塑料的焊接塑料的焊接v1、热气焊、热气焊v2、超声波焊接、超声波焊接v3、摩擦焊、摩擦焊v4、挤塑焊、挤塑焊v5、光致热能焊、光致热能焊v6、热工具焊、热工具焊v二、二、电弧焊工艺基础知识电弧焊工艺基础知识v不同的焊接方法，其焊接材料是不不同的焊接方法，其焊接材料是不同的。同的。v手工电弧焊的焊接材料是电焊条。手工电弧焊的焊接材料是电焊条。v埋弧自动焊的焊接材料是焊丝和焊埋弧自动焊的焊接材料是焊丝和焊剂。剂。v（一）（一）手工焊焊接材料：电焊条手工焊焊接材料：电焊条 v1、电焊条的组成与作用：、电焊条的组成与作用：v焊条由焊芯和药皮组成。
30、焊条由焊芯和药皮组成。v（1）焊芯：）焊芯：v是焊条中被药皮包覆的金属芯。手是焊条中被药皮包覆的金属芯。手工焊时，焊芯既是电极，又是填充工焊时，焊芯既是电极，又是填充金属。焊芯材料是经过特殊冶炼，金属。焊芯材料是经过特殊冶炼，有专门牌号的材料有专门牌号的材料,如结构钢焊芯的如结构钢焊芯的牌号为牌号为H08A。v（2）药皮：）药皮：v是压涂在焊芯表面上的涂料层，是是压涂在焊芯表面上的涂料层，是由多种矿石、铁合金、纤维素以及由多种矿石、铁合金、纤维素以及粘结剂组成。粘结剂组成。v 2、焊条的种类：、焊条的种类：v按国家标准、将焊条按用途划分按国家标准、将焊条按用途划分为十大类。详见下表为十大类。详
31、见下表v3、焊条的选用原则：、焊条的选用原则：v（1）根据母材的化学成分和力学性能）根据母材的化学成分和力学性能v（2）根据焊件的工作条件和焊接技术性）根据焊件的工作条件和焊接技术性能能v（3）根据焊接设备、施工条件和焊接技）根据焊接设备、施工条件和焊接技术性能术性能v v4、焊条的酸、碱性：、焊条的酸、碱性：v焊条按其药皮的性质分为酸性焊条、碱焊条按其药皮的性质分为酸性焊条、碱性焊条大类。药皮中含有多量酸性氧化性焊条大类。药皮中含有多量酸性氧化物的焊条为酸性焊条，药皮中含有多量物的焊条为酸性焊条，药皮中含有多量碱性氧化物的焊条为碱性焊条。碱性氧化物的焊条为碱性焊条。v（1）酸性焊条适合于焊接
32、一般的结构）酸性焊条适合于焊接一般的结构钢，工艺性能好、机械性能差。钢，工艺性能好、机械性能差。（2）碱性焊条焊成的焊缝金属中有）碱性焊条焊成的焊缝金属中有害元素（如害元素（如S、P）含量低，抗裂性）含量低，抗裂性 好、好、强度高。适合于焊重要的结构钢与合金强度高。适合于焊重要的结构钢与合金钢。但工艺性能差、抗气孔的能力差。钢。但工艺性能差、抗气孔的能力差。因此，采用碱性焊条时，必须将焊件在因此，采用碱性焊条时，必须将焊件在焊缝处的油污、铁锈清除干净，并烘干焊缝处的油污、铁锈清除干净，并烘干焊条去除水分。焊条去除水分。v（二）（二）埋弧焊焊接材料：埋弧焊焊接材料：焊丝和焊剂焊丝和焊剂v 1、焊
33、丝：、焊丝：除作为电极和填充金属外，除作为电极和填充金属外，还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。v2、焊剂：、焊剂：呈现玻璃状颗粒，主要起保呈现玻璃状颗粒，主要起保护作用；还有渗合金、脱氧、去硫护作用；还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。如表所示。等冶金作用。如表所示。v（三）焊接冶金过程（三）焊接冶金过程v1、焊缝金属氧化：、焊缝金属氧化：在焊接冶金反应在焊接冶金反应中，金属与氧的作用对焊接影响最中，金属与氧的作用对焊接影响最大。焊接时，由于电弧高温作用，大。焊接时，由于电弧高温作用，氧气分解为氧原子，氧原子要和多氧气分解为氧原子，氧原子要和多种金属发生氧化反应
34、，如：种金属发生氧化反应，如：vFe OFeO Mn OMnO Si 2OSiO2 2Al 3OAl2O3v在焊接过程中，我们将一定量的脱在焊接过程中，我们将一定量的脱氧剂，如氧剂，如 Ti、Si、Mn等加在焊丝或等加在焊丝或药皮中，药皮中，进行脱氧使其生成的氧化进行脱氧使其生成的氧化物不溶于金属液而成渣浮出，提高物不溶于金属液而成渣浮出，提高焊缝质量。焊缝质量。v2、氢的影响：、氢的影响：v在焊接冶金反应过程中，氢易在焊在焊接冶金反应过程中，氢易在焊缝中造成气孔。另外、固态焊缝中缝中造成气孔。另外、固态焊缝中多余的氢也会在焊缝中的微缺陷处多余的氢也会在焊缝中的微缺陷处集中形成氢分子，这种氢的
35、聚集往集中形成氢分子，这种氢的聚集往往在微小空往在微小空 间内形成局部的极大压间内形成局部的极大压力，使焊缝变脆（氢脆）。力，使焊缝变脆（氢脆）。v3、氮的影响：、氮的影响：v氮在液态金属中也会形成脆性氮化氮在液态金属中也会形成脆性氮化物，其中一部分以片状夹杂物的形物，其中一部分以片状夹杂物的形式残留于焊缝中，另一部分则使钢式残留于焊缝中，另一部分则使钢的固溶体中含氮量大大增加，使焊的固溶体中含氮量大大增加，使焊缝严重脆化。缝严重脆化。v4、焊缝的冶金特点：、焊缝的冶金特点：v焊缝的形成，实质是一次金属再熔焊缝的形成，实质是一次金属再熔炼的过程，它与炼钢和铸造冶金过炼的过程，它与炼钢和铸造冶金
36、过程比较，有以下特点：程比较，有以下特点：v（1）金属熔池体积很小，熔池处于）金属熔池体积很小，熔池处于液态的时间很短（液态的时间很短（10s左右），各种左右），各种冶金反应进行得不充分（例如冶金冶金反应进行得不充分（例如冶金反应产生的气体来不及析出）。反应产生的气体来不及析出）。v（2）熔池温度高，使金属元素产生）熔池温度高，使金属元素产生强烈的烧损和蒸发。同时，熔池周强烈的烧损和蒸发。同时，熔池周围又被冷的金属包围，使焊缝处产围又被冷的金属包围，使焊缝处产生应力和变形，严重时甚至会开裂。生应力和变形，严重时甚至会开裂。v 5、保证焊缝质量采取的工艺措施、保证焊缝质量采取的工艺措施 （1）减
37、少有害元素进入熔池。其主）减少有害元素进入熔池。其主要措施是机械保护，如气体保护焊中的要措施是机械保护，如气体保护焊中的保护气体、埋弧焊焊剂所形成的熔渣及保护气体、埋弧焊焊剂所形成的熔渣及焊条药皮产生的气体和熔渣等，使电弧焊条药皮产生的气体和熔渣等，使电弧空间的熔滴和熔池与空气隔绝，防止空空间的熔滴和熔池与空气隔绝，防止空气进入。此外，还应清理坡口及两侧的气进入。此外，还应清理坡口及两侧的锈、水、油污；烘干焊条，去除水分等。锈、水、油污；烘干焊条，去除水分等。v（2）清除已进人熔池中的有害元素，）清除已进人熔池中的有害元素，增添合金元素。主要通过焊接材料增添合金元素。主要通过焊接材料中的铁合金
38、等，进行脱氧、脱硫、中的铁合金等，进行脱氧、脱硫、脱磷、去氢和渗合金，从而保护和脱磷、去氢和渗合金，从而保护和调整焊缝的化学成分。调整焊缝的化学成分。v焊接接头可分为焊接接头可分为v焊缝、熔合区、热影响区等三个区焊缝、熔合区、热影响区等三个区域域 焊缝区：焊缝区：是由熔池内的液态金属凝固而成的。它属是由熔池内的液态金属凝固而成的。它属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶。硫、磷等低熔点杂质容易在焊缝中状晶。硫、磷等低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹。由于按等强度原则选用焊条，通过裂纹。由于按
39、等强度原则选用焊条，通过渗合金实现合金强化，因此，焊缝的强度渗合金实现合金强化，因此，焊缝的强度一般不低于母材。一般不低于母材。熔合区：熔合区：是焊缝与热影响区的过渡区，是焊缝与热影响区的过渡区，组织不均匀、晶粒粗大、强度组织不均匀、晶粒粗大、强度下降。下降。由熔池和母材共同形成的区域。由熔池和母材共同形成的区域。热影响区：热影响区：材料因受热的影响而发生金相组织和材料因受热的影响而发生金相组织和力学性能变化的区域，称为热影响力学性能变化的区域，称为热影响区。它包括：区。它包括：v1)过热区：过热区：生成过热组织、晶粒生成过热组织、晶粒粗大，使材料的塑性、韧性下降。粗大，使材料的塑性、韧性下降
40、。2)正火区：正火区：金属组织发生重结晶，金属组织发生重结晶，组织细化，金属的力学性能良好。组织细化，金属的力学性能良好。3)部分相变区：部分相变区：部分组织发生相部分组织发生相变，产生晶粒大小不一，力学性能变，产生晶粒大小不一，力学性能不均匀。不均匀。v v热影响区的大小和组织性能变热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法、焊接化的程度取决于焊接方法、焊接规范和接头形式等因素。在规范和接头形式等因素。在 热热源热量集中、焊接速度快时，热源热量集中、焊接速度快时，热影响区就小。所以电子束焊的热影响区就小。所以电子束焊的热影响区最小总宽度一般小于影响区最小总宽度一般小于1mm。气焊的热影
41、响区总宽度。气焊的热影响区总宽度一般达到一般达到27mm。v（四）（四）金属材料的焊接性金属材料的焊接性 金属的焊接性的基本概念：金属的焊接性的基本概念：指在一定的焊接工艺条件下，获得优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。质焊接接头的难易程度。可焊性受焊接材料、焊接方法、构件可焊性受焊接材料、焊接方法、构件类型及使用要求等四个方类型及使用要求等四个方 面因素的影面因素的影响，它包含工艺焊接性和使用焊接性响，它包含工艺焊接性和使用焊接性两方面内容。前者说明该金属材料能两方面内容。前者说明该金属材料能不能焊接问题，后者说明焊接后能不不能焊接问题，后者说明焊接后能不能使用问题。能使
42、用问题。v（1）工艺焊接性：）工艺焊接性：工艺焊接性是指工艺焊接性是指在某一焊接工艺条件下，能得到优在某一焊接工艺条件下，能得到优质焊接接头的能力。它不是金属材质焊接接头的能力。它不是金属材料所固有的性能，可随着新的焊接料所固有的性能，可随着新的焊接方法、焊接材料和工艺措施的不断方法、焊接材料和工艺措施的不断出现及其完善而变化。出现及其完善而变化。v某些原来不能焊接或不易焊接的金某些原来不能焊接或不易焊接的金属材料也会变成能够焊接或易于焊属材料也会变成能够焊接或易于焊接。如铝及铝合金，接。如铝及铝合金，若采用焊条电若采用焊条电弧焊或气焊时，难以获得优质焊接弧焊或气焊时，难以获得优质焊接接头，此
43、时该类金属的焊接性差，接头，此时该类金属的焊接性差，但改用氩弧焊焊接，则焊接接头质但改用氩弧焊焊接，则焊接接头质量良好，此时的焊接性好。量良好，此时的焊接性好。v焊接性可由碳当量法来判定：焊接性可由碳当量法来判定：v碳当量是把钢中合金元素（包括碳）含碳当量是把钢中合金元素（包括碳）含量按其对淬硬、冷裂及脆化等的影响换量按其对淬硬、冷裂及脆化等的影响换算成碳的相当含量。它可作为评定钢材算成碳的相当含量。它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标，用符号焊接性的一种参考指标，用符号Ceq表表示。国际焊接学会推荐的碳钢和低碳钢示。国际焊接学会推荐的碳钢和低碳钢适用的碳当量计算公式可表示为：适用的碳当量计算
44、公式可表示为：v Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Mi+Cu)/15(%)v式中化学元素的含量均为百分式中化学元素的含量均为百分数。数。Ceq大，则钢的工艺焊接性越大，则钢的工艺焊接性越差。差。v根据实践经验，当根据实践经验，当Ceq04时，时，钢的工艺焊接性良好；钢的工艺焊接性良好；Ceq在在0406时，钢的工艺焊接性中等。时，钢的工艺焊接性中等。Ceq06时，钢的时，钢的工艺焊接性较差。工艺焊接性较差。v（2）使用焊接性：）使用焊接性：v 是指整个焊接接头或整体结构是指整个焊接接头或整体结构满足技术条件规定的使用性能的程满足技术条件规定的使用性能的程度。度。v 其中包括力学
45、性能、缺口敏感其中包括力学性能、缺口敏感性及耐腐蚀性能等。性及耐腐蚀性能等。v焊接时，焊缝区被加热到很高的温焊接时，焊缝区被加热到很高的温度，离焊缝越远，温度越低。根据度，离焊缝越远，温度越低。根据金属热胀冷缩的规律，如果各部分金属热胀冷缩的规律，如果各部分的金属能自由膨胀而不受周围金属的金属能自由膨胀而不受周围金属的阻碍，则焊缝区将产生最大的纵的阻碍，则焊缝区将产生最大的纵向伸长量，但平板是一个整体，不向伸长量，但平板是一个整体，不可能自由膨胀，平板端面只能均衡可能自由膨胀，平板端面只能均衡地伸长地伸长L。v 于是焊缝区的高温金属就会被压于是焊缝区的高温金属就会被压缩而产生一定量的压缩塑性变
46、形，缩而产生一定量的压缩塑性变形，同时存在一部分压缩弹性变形，即同时存在一部分压缩弹性变形，即存在部分压应力。远离焊缝区的两存在部分压应力。远离焊缝区的两侧金属则受到拉应力，而使构件应侧金属则受到拉应力，而使构件应力处于平衡。力处于平衡。v冷却时，由于焊缝附近金属在焊接冷却时，由于焊缝附近金属在焊接过程中已发生了不可恢复的压缩塑过程中已发生了不可恢复的压缩塑性变形，它同样受到两侧金属的约性变形，它同样受到两侧金属的约束。为保持整体的一致性，而均衡束。为保持整体的一致性，而均衡地收缩了地收缩了L，且焊缝区要产生一，且焊缝区要产生一定量的弹性拉伸，两侧金属产生一定量的弹性拉伸，两侧金属产生一定量的
47、弹性压缩。定量的弹性压缩。v于是在焊缝区及其附近的金属中就于是在焊缝区及其附近的金属中就存在拉应力，在两侧金属中则存在存在拉应力，在两侧金属中则存在压应力。构件中的应力处于平衡状压应力。构件中的应力处于平衡状态。由此可知，平板对接焊后比焊态。由此可知，平板对接焊后比焊前缩短了前缩短了L，同时焊缝区产生了，同时焊缝区产生了拉应力，远离焊缝的两侧金属受压拉应力，远离焊缝的两侧金属受压应力。即室温下保留下来的焊接应应力。即室温下保留下来的焊接应力与变形。力与变形。v（五）（五）焊接的变形与矫正焊接的变形与矫正v1、防止焊接变形的措施：、防止焊接变形的措施：v（1）设计结构时，焊缝布置和坡口）设计结构
48、时，焊缝布置和坡口形式尽可能对称，焊缝截面和长度形式尽可能对称，焊缝截面和长度尽可能小，这样加热少，变形小。尽可能小，这样加热少，变形小。v（2）焊前组装时采用反变形法。经）焊前组装时采用反变形法。经验估算的焊接变形方向和大小，在验估算的焊接变形方向和大小，在组装时使工件反变形，以抵消焊接组装时使工件反变形，以抵消焊接变形。变形。v（3）采用刚性固定法，限制产生焊）采用刚性固定法，限制产生焊接变形。但刚性固定会产生较大的接变形。但刚性固定会产生较大的应力。应力。v（4）采用合理的焊接顺序。）采用合理的焊接顺序。v2、矫正焊接变形的方法：、矫正焊接变形的方法：v矫正变形的基本原理是产生新变形矫正
49、变形的基本原理是产生新变形抵消原来的焊接变形。抵消原来的焊接变形。v v（1）机械矫正法：机械矫正法是用）机械矫正法：机械矫正法是用机械加压或锤击的冷变形方法，产机械加压或锤击的冷变形方法，产生塑性变形来矫正焊接变形。生塑性变形来矫正焊接变形。v（2）火焰矫正法：火焰加热矫正法）火焰矫正法：火焰加热矫正法相反，它是利用火焰局部加热后的相反，它是利用火焰局部加热后的冷却收缩，来抵消该部分已冷却收缩，来抵消该部分已 产生的产生的伸长变伸长变 形。加热部位必须正确。火形。加热部位必须正确。火焰加热矫正的加热温度一般为焰加热矫正的加热温度一般为600800。v3、减少和消除焊接残余应力的措施：、减少和
50、消除焊接残余应力的措施：v （1）结构设计要避免焊缝密集交）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度也要尽可能小。叉，焊缝截面和长度也要尽可能小。vv v（2）将焊件预热到）将焊件预热到350400后再后再进行焊接，是一种减少焊接应力的进行焊接，是一种减少焊接应力的有效方法。有效方法。v（3）去应力退火加热温度为）去应力退火加热温度为550-650，该方法可消除残余应力的，该方法可消除残余应力的80左右，是最常用最有效的方法。左右，是最常用最有效的方法。v（六）（六）焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择v 1、在满足使用性能的前提下，、在满足使用性能的前提下，应优先选用焊接性较好的材料。应优
