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1、金属工艺学金属工艺学第二章：焊接工艺基础第二章：焊接工艺基础克拉玛依职业技术学院克拉玛依职业技术学院机械工程系机械工程系加米纳加米纳第二章第二章 焊接成形工艺焊接成形工艺一一.概概述述1 1、焊焊接接：焊焊接接是是通通过过加加热热或或加加压压或或两两者者并并用用，借借助助于于金金属属原原子子扩扩散散结结合合，使使分分离离的的材材料料牢牢固固的的连连接接在在一一起起的的加工方法。加工方法。2.1 2.1 焊接工艺基础焊接工艺基础焊接：焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料，使焊接件达到原子结
2、合的一种方法。焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：焊接的主要特点是：（1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量；（2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造；（3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型；（5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：焊接方法的应用：（1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件；（2 2）制造机器零件和工具；）
3、制造机器零件和工具；（3 3）修复。）修复。焊接方法焊接方法压压力力焊焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎钎焊焊及及封封粘粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊10.1 10.1 焊接工艺基础焊接工艺基础3 3、焊接成形特点、焊接成形特点1 1）节省材料，连接质量好；）节省材料，连接质量好；2 2）工序简单，生产周期短；）工序简单，生产周期短；3 3）加工余量小，尺寸精度高；）加工余量小，尺寸精度高；4 4）、焊接工艺能实现
4、双金属材料的结构）、焊接工艺能实现双金属材料的结构5 5）结构不可拆卸，接头组织性能变坏，易产生焊接应力；）结构不可拆卸，接头组织性能变坏，易产生焊接应力；4 4、焊接分类、焊接分类1 1）熔焊：电弧焊、气焊、电渣焊、激光焊等；）熔焊：电弧焊、气焊、电渣焊、激光焊等；2 2）压焊：电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊等；）压焊：电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊等；3 3）钎焊：）钎焊：软钎焊：锡焊软钎焊：锡焊硬钎焊：铜焊硬钎焊：铜焊15 5、焊接生产的应用、焊接生产的应用10.1 10.1 焊接工艺基础焊接工艺基础克拉玛依石化克拉玛依石化2 2、焊接接头的组织和性能、焊接接头的组织和性能10.1 10
5、.1 焊接工艺基础焊接工艺基础1 1）焊接热循环和焊接接头的组成）焊接热循环和焊接接头的组成 焊接热循环是指在焊接热源作用下，焊接接头上某点的焊接热循环是指在焊接热源作用下，焊接接头上某点的温度随时间的变化。如图所示，由图可知，离焊缝越近的温度随时间的变化。如图所示，由图可知，离焊缝越近的点被加热温度越高，反之越低。点被加热温度越高，反之越低。焊接热循环曲线焊接热循环曲线受热循环的影响，焊缝附近的受热循环的影响，焊缝附近的母材组织和性能发生变化的区域母材组织和性能发生变化的区域称为焊接热影响区。熔焊焊缝和称为焊接热影响区。熔焊焊缝和母材交界线叫熔合线，熔合线两母材交界线叫熔合线，熔合线两侧有一
6、个很窄的焊缝与热影响区侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，叫熔合区，因此，的过渡区，叫熔合区，因此，焊焊接接头由焊缝、熔合区和热影响接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。区组成。焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域
7、。低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。1）熔合区位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。加热温度约为14901530C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。2）过热区紧靠着熔合区，加热温度约为11001490C。由于温度大大超过Ac3，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25%75%左右。3）正火区加热温度约为8501100C，属于正常的正火加热温度范围。冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。4）部分相变区加热温度约为727850C。只有部分组织发生转变，冷却后组
8、织不均匀，力学性能较差。2 2）焊缝的组织和性能）焊缝的组织和性能10.1 10.1 焊接工艺基础焊接工艺基础 焊缝组织是由熔池金属结晶得到的铸造组织。熔池的结焊缝组织是由熔池金属结晶得到的铸造组织。熔池的结晶首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿晶首先从熔合区中处于半熔化状态的晶粒表面开始，晶粒沿着与散热最快方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大着与散热最快方向的相反方向长大，因受到相邻的正在长大的晶粒的阻碍，向两侧生长受到限制，因此，焊缝中的晶体的晶粒的阻碍，向两侧生长受到限制，因此，焊缝中的晶体方向是指向熔池中心的柱状晶体。方向是指向熔池中心的柱状晶体。3 3）热影响区及熔
9、合区的组织和性能（低碳钢）热影响区及熔合区的组织和性能（低碳钢）过热区：晶粒粗大，热影响区中性能最差，容易出现裂纹；过热区：晶粒粗大，热影响区中性能最差，容易出现裂纹；正火区：性能优于母材；正火区：性能优于母材；部分相变区：晶粒不均，机械性能差；部分相变区：晶粒不均，机械性能差；部分相变区：晶粒不均，机械性能差；部分相变区：晶粒不均，机械性能差；10.1 10.1 焊接工艺基础焊接工艺基础注：注：影响焊接接头组织和性能影响焊接接头组织和性能的因素有焊接材料、焊接方法和焊的因素有焊接材料、焊接方法和焊接工艺。焊接工艺主要参数有焊接接工艺。焊接工艺主要参数有焊接电流、电弧电压、焊接速度等。焊电流、
10、电弧电压、焊接速度等。焊接工艺参数影响焊接热循环，从而接工艺参数影响焊接热循环，从而影响焊接头的组织和性能。影响焊接头的组织和性能。4 4）改善焊接热影响区组织和性能）改善焊接热影响区组织和性能 的措施的措施根据焊接材料选择合适的焊接方法；根据焊接材料选择合适的焊接方法；合理制定焊接工艺；合理制定焊接工艺；2 2 常用焊接方法常用焊接方法复习复习:2.1 2.1 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）1.1.什么是焊接？什么是焊接？2.2.焊接接头由哪几部分组成？焊接接头由哪几部分组成？3.3.焊接按其工艺特征的分为哪几种？焊接按其工艺特征的分为哪几种？新课新课:焊条电弧焊简称手弧焊
11、，是利用焊条与焊件之间产生焊条电弧焊简称手弧焊，是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，将焊条和焊件熔化，冷却凝固后获得牢固的焊的电弧热，将焊条和焊件熔化，冷却凝固后获得牢固的焊接接头的一种手工焊接方法。接接头的一种手工焊接方法。相对于其他焊接方法，焊条电弧焊具有以下特点：相对于其他焊接方法，焊条电弧焊具有以下特点：设备简单，操作灵活方便；设备简单，操作灵活方便；适合多种材料，能进行各种位置焊接；适合多种材料，能进行各种位置焊接；生产效率低，工人劳动强度较大；生产效率低，工人劳动强度较大；1.1.焊接过程焊接过程(电弧的产生）电弧的产生）10.2 10.2 常用焊接方法常用焊接方法10.2.1 10
12、.2.1 焊条电弧焊焊条电弧焊 将工件和焊钳分别接到电焊机的两个电极上，并用焊钳将工件和焊钳分别接到电焊机的两个电极上，并用焊钳夹持焊条。焊接时，先将焊条与工件瞬时接触，然后将焊条夹持焊条。焊接时，先将焊条与工件瞬时接触，然后将焊条提高一定距离（提高一定距离（2-42-4）mmmm，于是在焊条，于是在焊条端部与工件之间便产生明亮的电弧，端部与工件之间便产生明亮的电弧，电弧热将工件接头处和焊条熔化成熔电弧热将工件接头处和焊条熔化成熔池。随着焊条向前移动，新的熔池不池。随着焊条向前移动，新的熔池不断产生，旧熔池不断冷却凝固，从而断产生，旧熔池不断冷却凝固，从而形成连续的焊缝使工件牢固的连接在形成连
13、续的焊缝使工件牢固的连接在一起。一起。10.2 10.2 常用焊接方法常用焊接方法10.2.1 10.2.1 焊条电弧焊焊条电弧焊焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图所示。阴极区在阴极端部向外逸出电子部分，阳极区靠图所示。阴极区在阴极端部向外逸出电子部分，阳极区靠近阳极端部，阳极受电子轰击和近阳极端部，阳极受电子轰击和吸入电子获得大量能量，因此温吸入电子获得大量能量，因此温度的热量均比同材料阴极高，处度的热量均比同材料阴极高，处于阴、阳极之间的气体空间区域于阴、阳极之间的气体空间区域为弧柱区，其长度相当于整个电为弧柱区，其长度相当于整个
14、电弧长度。弧长度。焊接电弧焊接电弧电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度焊接电弧的温度CC和热量分布和热量分布温度温度C热量分布热量分布阳极区：阳极区：260043弧柱区：弧柱区：6000800021阴极区阴极区：2400362.2.焊接设备与工具焊接设备与工具2.2 2.2 焊
15、条电弧焊焊条电弧焊1 1）弧焊设备）弧焊设备 主要设备是电焊机，它实际上是一种弧焊电源。主要设备是电焊机，它实际上是一种弧焊电源。A A、焊设备应具备的性能：、焊设备应具备的性能：(1)、具有一定的陡降特性；电压急剧下降时，电流不至于过大，是工作电流的、具有一定的陡降特性；电压急剧下降时，电流不至于过大，是工作电流的1.5倍，以防焊工的安全。倍，以防焊工的安全。(2)、有一定的空载电压、有一定的空载电压(60-80)；(3)、结构简单，易于维修；、结构简单，易于维修；(4)、电流易于调节。、电流易于调节。B、弧焊设备的类型：、弧焊设备的类型：交流交流弧焊变压器（特殊的变压器）弧焊变压器（特殊的
16、变压器）直流直流弧焊发电机弧焊发电机整流器整流器弧焊变压器弧焊变压器弧焊整流器弧焊整流器2）、焊接电弧）、焊接电弧电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度焊接电弧的温度CC和热量分布和热量分布温度温度C热量分布热量分布阳极区：阳极区：260043弧柱区：弧柱区：6000800021
17、阴极区阴极区：240036用直流电焊机焊接时，由于正、负极上的热用直流电焊机焊接时，由于正、负极上的热量不同，所以有不同的接线方法。直流焊机量不同，所以有不同的接线方法。直流焊机的接线方法如下：的接线方法如下：正接法：正接法：焊件接正极，焊条接负极，适合焊厚板，加速熔焊件接正极，焊条接负极，适合焊厚板，加速熔化，保证熔深；化，保证熔深；反接法：反接法：焊件接负极，焊条接正极，适合焊件接负极，焊条接正极，适合焊薄板，防止烧穿。焊薄板，防止烧穿。由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时
18、，有两种接线方法：直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）3 3）焊钳：）焊钳：用来夹持焊条、传导焊接电流，其结构如图所示：用来夹持焊条、传导焊接电流，其结构如图所示：焊接生产对焊钳的要求：焊接生产对焊钳的要求：在任何角度都能迅速、牢固的在任何角度都能迅速、牢固的夹持不同直径的焊条；夹持不同直径的焊条；夹持的地方导电要好；夹持的地方导电要好；手柄要有良好的绝缘和隔热手柄要有良好的绝缘和隔热性能
19、；性能；重量要轻，装换焊条要方便；重量要轻，装换焊条要方便；5 5）辅助工具：）辅助工具：敲渣锤敲渣锤除渣除渣钢丝刷钢丝刷清除铁锈、油污清除铁锈、油污錾子錾子清除焊渣、铲除焊镏清除焊渣、铲除焊镏4 4）面罩：）面罩：防止焊接时飞溅、弧光等辐防止焊接时飞溅、弧光等辐射对焊工面部、颈部损伤的射对焊工面部、颈部损伤的一种遮盖式工具，有手持式一种遮盖式工具，有手持式和头盔式。和头盔式。6 6）焊接电缆：）焊接电缆：传导焊接电流，进行引弧焊接。传导焊接电流，进行引弧焊接。焊接生产对焊接电缆的要求：焊接生产对焊接电缆的要求：由多股紫铜软线组成，具有足够的导电截由多股紫铜软线组成，具有足够的导电截面积，截面
20、积根据焊接电流选择面积，截面积根据焊接电流选择。容易弯曲、柔性好、便于操作，减轻工容易弯曲、柔性好、便于操作，减轻工人劳动强度；人劳动强度；绝缘性好，以免发生短路，损坏焊机；绝缘性好，以免发生短路，损坏焊机；长度不应过长，一般不超过长度不应过长，一般不超过20米，否则米，否则会在电缆中产生较大电压降，使电弧不会在电缆中产生较大电压降，使电弧不稳定；稳定；3.3.电焊条电焊条1 1）焊条的组成）焊条的组成(焊芯和药皮）焊芯和药皮）焊芯：焊接专用金属丝，焊芯：焊接专用金属丝，组成焊缝金属主要材料。组成焊缝金属主要材料。焊芯的作用：焊芯的作用：导电，产生电弧；导电，产生电弧；熔化后作为填充金属，与熔
21、化的母材一起形成焊缝；熔化后作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝；药皮：焊芯表面的涂料药皮：焊芯表面的涂料药皮的作用：药皮的作用：保证焊接电弧的稳定燃烧，防止空气进入焊保证焊接电弧的稳定燃烧，防止空气进入焊接熔池，添加合金元素，保证焊缝具有良好的力学性能。接熔池，添加合金元素，保证焊缝具有良好的力学性能。电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用组成：组成：焊芯和药皮焊芯和药皮作用：作用：焊芯焊芯填充金属填充金属 药皮药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱
22、硫剂和去氢剂等。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。焊条的种类和编号焊条的种类和编号种种类类：结结构构钢钢焊焊条条、钼钼及及铬铬钼钼耐耐热热钢钢焊焊条条、不不锈锈钢钢焊焊条条、堆堆焊焊焊焊条条、低低温温钢钢焊焊条条、铸铸铁铁焊焊条条、钛钛及及钛钛合合金金焊焊条条、铝铝及及铝铝合合金金焊焊条条、铜铜及及铜铜合合金金焊条、特殊用途焊条。焊条、特殊用途焊条。编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中：结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等于焊缝金属抗拉强度大于等于 药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流
23、）507 7 507 7 低氢，直流低氢，直流3.3.电焊条电焊条2 2）焊条的分类）焊条的分类用途：结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条等；用途：结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条等；药皮碱度程度（性质）分类：药皮碱度程度（性质）分类：酸性焊条：交、直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝酸性焊条：交、直流两用，焊接工艺性能较好，但焊缝力学性能功能较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合力学性能功能较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金机构钢焊接，应用最广；金机构钢焊接，应用最广；碱性焊条：直流焊接，焊接接头含氢量低，焊缝具有良碱性焊条：直流焊接，焊接接头含氢量低，焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺
24、性能较差，主要用于重要好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，主要用于重要结构（锅炉、压力容器）的焊接；结构（锅炉、压力容器）的焊接；讨论讨论:生产中选择电焊条时生产中选择电焊条时要考虑那些因素？要考虑那些因素？4.4.焊接工艺焊接工艺1 1）焊接接头形式）焊接接头形式对接对接 搭接搭接 角接角接 T T形接形接2 2）焊缝空间位置）焊缝空间位置按焊缝空间位置的不同，电按焊缝空间位置的不同，电弧焊可分为平焊、立焊、横弧焊可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。焊和仰焊四种。4.4.焊接工艺焊接工艺3 3）焊接参数）焊接参数为保证焊接质量和提高生产率，必须正确选择焊接参数。为保证焊接质量和提高生产率，必
25、须正确选择焊接参数。焊条直径：焊条直径：焊焊件板厚件板厚/mm2 23 34 54 56 126 121212焊焊条直径条直径/mm2 23.23.23.2 43.2 44 54 55 65 6主要根据焊件板厚和焊缝的空间位置选择，平焊低碳主要根据焊件板厚和焊缝的空间位置选择，平焊低碳钢时，焊条直径和按下表选取。钢时，焊条直径和按下表选取。4.4.焊接工艺焊接工艺3 3）焊接参数）焊接参数焊接电流焊接电流焊接电流主要根据焊条直径和焊缝的空间位置选取，焊接电流主要根据焊条直径和焊缝的空间位置选取，平焊低碳钢时，焊接电流与焊条直径的关系为：平焊低碳钢时，焊接电流与焊条直径的关系为：焊接电流是影响接
26、头质量和生产率的主要因素。电流焊接电流是影响接头质量和生产率的主要因素。电流过大，金属熔化快，金属飞溅打，同时易产生烧穿、过大，金属熔化快，金属飞溅打，同时易产生烧穿、咬边等缺陷；电流过小，则易产生未焊透、夹渣等缺咬边等缺陷；电流过小，则易产生未焊透、夹渣等缺陷，而且生产率低。陷，而且生产率低。4.4.焊接工艺焊接工艺3 3）焊接参数）焊接参数焊接速度焊接速度焊接速度是指焊条沿焊缝长度方向移动的速度，它对焊焊接速度是指焊条沿焊缝长度方向移动的速度，它对焊接质量影响很大。接质量影响很大。焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、焊缝宽度小及未焊透焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、焊缝宽度小及未焊透等缺陷；焊速过
27、慢，焊缝熔深、焊缝宽度增加，特别是等缺陷；焊速过慢，焊缝熔深、焊缝宽度增加，特别是薄件容易烧穿。焊接速度一般由工人凭经验掌握，一般薄件容易烧穿。焊接速度一般由工人凭经验掌握，一般在保证焊透的前提下，应尽可能快速施焊。在保证焊透的前提下，应尽可能快速施焊。讨论讨论：焊接电流和焊接速度对焊接质量的影响？：焊接电流和焊接速度对焊接质量的影响？气门芯气门芯4.1.1.2电焊条电焊条电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用组成：组成：焊芯和药皮焊芯和药皮作用：作用：焊芯焊芯填充金属填充金属 药皮药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮必
28、须含有造气剂和造渣剂。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。焊条的种类和编号焊条的种类和编号种种类类：结结构构钢钢焊焊条条、钼钼及及铬铬钼钼耐耐热热钢钢焊焊条条、不不锈锈钢钢焊焊条条、堆堆焊焊焊焊条条、低低温温钢钢焊焊条条、铸铸铁铁焊焊条条、钛钛及及钛钛合合金金焊焊条条、铝铝及及铝铝合合金金焊焊条条、铜铜及及铜铜合合金金焊条、特殊用途焊条。焊条、特殊用途焊条。编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中：结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等于焊缝金属抗拉强度大于等于 药皮类
29、型（钛钙型）和电源种类（交直流）药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）507 7 507 7 低氢，直流低氢，直流酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮工艺性好，而酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差碱性药皮工艺性差。碱性药皮中有益元素多，碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高能使焊接接头力学性能提高。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊可以提高焊缝金属的抗裂性。缝金属的抗裂性。碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和溅和CO气孔。气孔。碱性药
30、皮在高温下，易生成较多的有毒物质（碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因等），因而应注意通风。而应注意通风。电焊条的选用原则电焊条的选用原则等等强强度度原原则则：低低碳碳钢钢和和普普通通低低合合金金钢钢构构件件，一一般般都都要要求求焊焊缝缝金金属属与与母母材材等等强强度度，因因此此可可根根据据钢钢材材强强度度等等级级来来选选用用相应的焊条。相应的焊条。同同一一强强度度等等级级的的酸酸性性焊焊条条和和碱碱性性焊焊条条的的选选用用。主主要要应应考考虑虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。低低碳碳钢钢与与低低合合金金结
31、结构构钢钢焊焊接接，可可按按某某一一种种钢钢接接头头中中强强度度较较低低的钢材来选用相应的焊条。的钢材来选用相应的焊条。焊焊接接不不锈锈钢钢或或耐耐热热钢钢等等有有特特殊殊性性能能要要求求的的钢钢材材，应应选选用用相相应的专用焊条。应的专用焊条。2.2 2.2 金属材料的可焊性金属材料的可焊性可焊性的概念可焊性的概念 金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出头的难易程度，即金属材
32、料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差别。的差别。估算钢材可焊性的方法估算钢材可焊性的方法碳当量法：碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：公式为：根据经验：根据经验：C C当量当量0.4%0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。热。C C当量当量=0.4%=0.4%0.6%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向时，钢
33、材塑性下降，淬硬倾向明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。C C当量当量0.6%0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。适当的热处理，才能保证焊接接头质量。2.2.2 2.2.2 碳钢的焊接
34、碳钢的焊接 低碳钢含碳量不大于低碳钢含碳量不大于0.25%0.25%，塑性好，一般没有淬硬，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。热处理（电渣焊除外）。中、高碳钢的焊接中、高碳钢的焊接 中碳钢含碳量在中碳钢含碳量在0.25%0.25%0.6%0.6%之间，随含碳量的增之间，随含碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产当中，主要是焊接各
35、种中碳钢的铸钢件与锻件。当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。中碳钢中碳钢的焊接特点：的焊接特点：低碳钢的焊接低碳钢的焊接热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝 中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂缝。温度
36、以下或冷却到常温后产生裂缝。焊缝金属热裂缝倾向较大焊缝金属热裂缝倾向较大 焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降塑性下降.因此，因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接低合金钢的焊接特点：低
37、合金钢的焊接特点：热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向 低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金元素越多碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响，钢材强度级别越高，焊后热影响区的区的淬硬倾向也越大淬硬倾向也越大。强度级别大于。强度级别大于450MPa450MPa级的低合级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。形成淬火区，硬度明显增加，塑性、
38、韧性则下降。焊接接头的裂缝倾向焊接接头的裂缝倾向 不同环境温度的预热要求：不同环境温度的预热要求：工件厚度工件厚度/mm/mm：1616以下，不低于以下，不低于-10-10不预热不预热,-,-1010以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：16-2416-24，不低于，不低于-5-5不预热不预热 ,-,-55以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：24-4024-40，不低于，不低于00不预热不预热,0,0以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：4040以上，均应预热以上，均应预热100100150
39、150 铸铁的焊补铸铁的焊补铸铁的焊接特点：铸铁的焊接特点：熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔产生气孔热焊法热焊法 热焊法是焊前将工件整体或局部预热到热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600600700700，焊后缓慢冷却。，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。较高，生产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件
40、，如床头箱、汽缸体等。件，如床头箱、汽缸体等。冷焊法冷焊法 焊补之前，工件不预热或只进行焊补之前，工件不预热或只进行400400以下低温以下低温预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。焊接时，应尽
41、量采用小电流、短弧、窄焊缝、焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊道（每段不大于短焊道（每段不大于50mm50mm）并在焊后及时轻轻锤击）并在焊后及时轻轻锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。有色金属的焊接有色金属的焊接铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8 8倍），焊接时热倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰，否则容易造成焊不透
42、缺陷。大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。铜在液态易氧化，生成的铜在液态易氧化，生成的Cu2OCu2O与铜组成低熔点共晶，分与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。程中极易引起开裂。铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔液中析出，来不及逸出就会生成气孔。液中析出，来不及逸出就会生成气孔。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。
43、铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化锌（蚀蒸发并生成氧化锌（ZnOZnO）。改变接头化学成分、降）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。度，生成气孔和夹渣。铜及铜合金铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等可用氩弧焊、气焊、碳弧焊
44、、钎焊等方法进行焊接。方法进行焊接。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。法。铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658658）、铝）、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：困难，其焊接特点是：铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（Al2O3Al2O3）。氧）。氧化铝组织致密，熔点高达化铝组织致密，熔点高达20502050，它覆盖在金属表面，能，它覆盖在金属表面，能阻
45、碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，因此在溶池凝固时易生成气孔。因此在溶池凝固时易生成气孔。铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常
46、由于不能支持熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。目前焊接铝及铝合金的目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。焊、点焊、缝焊和钎焊。不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。异种金属的焊接性分析异种金属的焊接性分析 异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，因为除了
47、金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，因为除了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之间的焊接。间的焊接。结晶化学性的差异结晶化学性的差异物理性能的差异物理性能的差异熔点熔点线膨胀系数线膨胀系数导热率和比热导热率和比热金属的氧化性金属的氧化性金属间化合物金属间化合物焊缝与母材不等强性焊缝与母材不等强性 为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工艺外，还可采取如下一些艺外，还可采取如下一些工艺措
48、施：工艺措施：尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止或减少尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止或减少生成金属间化合物。生成金属间化合物。熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空气的相熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空气的相互作用。互作用。采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆焊中间采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆焊中间过渡层，以防止生成金属间化合物。过渡层，以防止生成金属间化合物。在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物相的产在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物相的产生和增长。生和增长。异种金属的焊接方法异种金属的焊接方法熔焊熔焊 采用
49、熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化采用熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产生。因此，为了减少稀释率，降低熔合合物的产生。因此，为了减少稀释率，降低熔合比或控制不同金属母材的熔化量，常可选用热源比或控制不同金属母材的熔化量，常可选用热源能量密度较高的电子束焊、激光焊、等离子弧焊能量密度较高的电子束焊、激光焊、等离子弧焊等方法。等方法。解决母材金属稀释问题，可用解决母材金属稀释问题，可用堆焊堆焊隔离层隔离层的的方法实现。方法实现。对一些熔合不理想的属，可通过增加过渡层对一些熔合不理想的属，可通过增加过渡层金属，使其能更好地熔合在一起。金属，使其能更好地熔合在一起。堆焊堆焊隔离层隔离层的应用的
50、应用2.3焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能焊缝区高温金属向工件金属传导热量，必焊缝区高温金属向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。性能发生变化。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上在焊接接头横截面上 测量的焊缝金属的区域。测量的焊缝金属的区域。熔合熔合区区熔合线两侧有一个很熔合线两侧有一个很 窄的焊缝与窄的焊缝与热影响区热影响区的过渡区。的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生焊缝附近的母材因焊接热作用发生 组织或性能变化的区域组织或性能变化的区域（过热区、（过热区、正火区