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1、第第第第8 8章章章章 焊接与胶接成形焊接与胶接成形焊接与胶接成形焊接与胶接成形概概 述述 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子间结合的一种加工方法。充材料，使焊件达到原子间结合的一种加工方法。焊焊 接接特特 点点 节省金属、减轻结构重量、密封性好、改善劳节省金属、减轻结构重量、密封性好、改善劳动条件、提高产品质量，易实现机械化和自动化生产。动条件、提高产品质量，易实现机械化和自动化生产。焊接方法焊接方法 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理一、焊接电弧焊接电弧 由焊接电源供给、具有一定电压的两极间或电极由焊接电源供给、具有
2、一定电压的两极间或电极与母材间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象与母材间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。称为焊接电弧。焊接电弧由焊接电弧由阴极区阴极区、阳极区阳极区和和弧柱弧柱三部分组成三部分组成 焊条电弧示意图焊条电弧示意图 二、焊接过程焊接过程 熔焊按其所用的焊接热源不同分为电弧焊熔焊按其所用的焊接热源不同分为电弧焊（如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等）、（如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等）、电渣焊、气焊、等离子弧焊、电子束焊、激光电渣焊、气焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等多种方法。其冶金过程、结晶过程和接头焊等多种方法。其冶金过程、结晶过程和接头组织的变化规律
3、是相似的。组织的变化规律是相似的。8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理 为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程中通常会为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程中通常会采取以下措施：采取以下措施：（1）在焊接过程中，对熔化金属进行机械保护，使）在焊接过程中，对熔化金属进行机械保护，使之与空气隔开。保护方式有三种：气体保护、熔之与空气隔开。保护方式有三种：气体保护、熔渣保护和气渣保护和气-渣联合保护。渣联合保护。（2）对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材）对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定
4、量的合金元素，氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补偿烧损，同时补偿烧损的合金元素。的合金元素。8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理三、焊接热循环和焊接接头的组成三、焊接热循环和焊接接头的组成 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理影响焊接质量的主要影响焊接质量的主要参数是参数是加热速度加热速度、最最高加热温度高加热温度、高温高温（1100以上）停以上）停留时间留时间和和冷却速度冷却速度。焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。四、焊接接头的组织和性能四、焊接接头的组织和性能（1）焊缝焊缝组织
5、是铸态组织，故晶粒粗大、成分组织是铸态组织，故晶粒粗大、成分偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用，所以焊缝金属的力学性能量低及合金化作用，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材。一般不低于母材。8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理（2）熔合区及热影响区的组织和性能）熔合区及热影响区的组织和性能 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化 改善焊接热影响区组织性能的措施：改善焊接热影响区组织性能的措施：（1）低碳钢的焊接结构，用手工电弧焊或埋弧自动焊）低碳钢的焊接结构，用手工电弧焊或埋弧自动焊时，
6、热影响区尺寸较小，对焊接产品质量影响较小，时，热影响区尺寸较小，对焊接产品质量影响较小，焊后可不进行热处理；焊后可不进行热处理；（2）低合金钢焊接结构或用电渣焊焊接的结构，热影）低合金钢焊接结构或用电渣焊焊接的结构，热影响区较大，焊后必须进行处理，通常可用正火的方法，响区较大，焊后必须进行处理，通常可用正火的方法，细化晶粒，均匀组织，改善焊接接头的质量；细化晶粒，均匀组织，改善焊接接头的质量；（3）对于焊后不能进行热处理的焊接结构，只能通过）对于焊后不能进行热处理的焊接结构，只能通过正确选择焊接方法，合理制定焊接工艺来减小焊接热正确选择焊接方法，合理制定焊接工艺来减小焊接热影响区影响区，以保证
7、焊接质量。，以保证焊接质量。8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理五、焊接应力与变形焊接应力与变形（1）焊接应力与变形的产生）焊接应力与变形的产生 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理平板对接时应力和变形的形成过程焊接应力和变形是同时存在的，当母材塑性较好且结焊接应力和变形是同时存在的，当母材塑性较好且结构刚度较小时，则焊接结构在焊接应力的作用下会产构刚度较小时，则焊接结构在焊接应力的作用下会产生较大的变形而残余应力较小；反之则变形较小而残生较大的变形而残余应力较小；反之则变形较小而残余应力较大。余应力较大。(2)焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式 变形形式 示意图产生原因 收缩变形由焊接后焊
8、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 角变形由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起 弯曲变形T形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起 扭曲变形 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 波浪变形 薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起(3)预防焊接变形的工艺措施预防焊接变形的工艺措施（1）焊前预热，焊后处理）焊前预热，焊后处理（2）选择合理的焊接顺序）选择合理的焊接顺序 尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应力较小。力较小。采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能
9、采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接段退焊或跳焊的方法进行焊接（3）加热减应区）加热减应区（4）反变形法）反变形法（5）刚性固定法）刚性固定法 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理(4)消除焊接应力和矫正焊接变形的方法消除焊接应力和矫正焊接变形的方法 1）消除焊接应力的方法：）消除焊接应力的方法：锤击焊缝锤击焊缝 焊后热处理焊后热处理 机械拉伸法机械拉伸法 2）焊接变形的矫正）焊接变形的矫正 机械矫正法机械矫正法 火焰矫正法火焰矫正法 8.1 焊接的基本原理焊接的基本原理常用的焊接方法有手工电弧焊、气焊、埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊、电阻焊、钎焊等。其他焊接技术如电渣焊、电阻焊、钎焊、离子弧焊、
10、真空电子束焊、激光焊和扩散焊等。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法一、手工电弧焊手工电弧焊 8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程 手工电弧焊电源种类手工电弧焊电源种类 常用手工电弧焊电源有交流弧焊机、直流弧焊机和逆变焊机。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法焊条焊条（1）焊条的组成和作用）焊条的组成和作用 焊条由心部的金属焊条由心部的金属焊芯焊芯和表面和表面药皮药皮涂层组成。涂层组成。焊芯焊芯在焊接过程中既是导电的电极，同时本身又在焊接过程中既是导电的电极，同时本身又熔化作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属。熔化作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属。焊
11、芯的质量直接影响焊缝的质量。焊芯的质量直接影响焊缝的质量。药皮药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，主要作用是在是压涂在焊芯表面的涂料层，主要作用是在焊接过程中造气造渣，起保护作用，防止空气进入焊焊接过程中造气造渣，起保护作用，防止空气进入焊缝，防止焊缝高温金属被空气氧化。缝，防止焊缝高温金属被空气氧化。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法（2）焊条的分类）焊条的分类 焊条按熔渣的化学性质分为两大类：焊条按熔渣的化学性质分为两大类：酸性焊条和碱性焊条酸性焊条和碱性焊条 焊条按用途可分为十一大类：焊条按用途可分为十一大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低
12、温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法（3）焊条的选用）焊条的选用 若按若按强度等级强度等级和和化学成分化学成分选用焊条：选用焊条：焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一般选用与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成般选用与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成分相同或相近。分相同或相近。焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条
13、。焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。焊件的碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊焊件的碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。条。焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复杂，故一般选用碱性焊条。杂，故一般选用碱性焊条。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法 若按若按焊件的工作条件焊件的工
14、作条件选用焊条：选用焊条：焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，应选用碱性焊条。应选用碱性焊条。焊接承受静载的结构件时，可选用酸性焊条。焊接承受静载的结构件时，可选用酸性焊条。焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸性焊条。应选用酸性焊条。焊接在特殊条件（如在腐蚀介质、高温等条件）下焊接在特殊条件（如在腐蚀介质、高温等条件）下工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法 若按若按焊件的形状、刚度及焊接位置焊件的形状、刚度及焊接
15、位置选用焊条：选用焊条：厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。条。厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊的结构件，应选用适当的酸性焊条。的结构件，应选用适当的酸性焊条。除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件，除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件，应选用全位置焊条。应选用全位置焊条。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法手工电弧焊焊接工艺规范手工电弧焊焊接工艺规范 焊接工艺规范指制造焊件所有有关的加工焊接工艺规范指制造焊件所有有关的加工和实践要求的细则文件，可保证由熟练工操作和实践
16、要求的细则文件，可保证由熟练工操作时质量的再现性。时质量的再现性。焊接工艺规范包括焊接工艺规范包括焊条型号（牌号）、焊焊条型号（牌号）、焊条直径、焊接电流、坡口形状、焊接层数条直径、焊接电流、坡口形状、焊接层数等参等参数的选择。数的选择。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法二、埋弧自动焊埋弧自动焊 埋弧焊是将焊条电弧焊的引弧、焊条送进、埋弧焊是将焊条电弧焊的引弧、焊条送进、电弧移动几个动作改由机械自动完成，焊丝作电弧移动几个动作改由机械自动完成，焊丝作为填充金属，而焊剂则对焊接区起保护和合金为填充金属，而焊剂则对焊接区起保护和合金化作用，电弧在焊剂层下燃烧，故称为埋弧自化作用，电弧在焊剂层下燃
17、烧，故称为埋弧自动焊，简称埋弧焊。动焊，简称埋弧焊。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法焊接材料焊接材料 埋弧自动焊焊接材料有焊丝和焊剂。焊丝埋弧自动焊焊接材料有焊丝和焊剂。焊丝除了作电极和填充材料外，还可以起到渗合金、除了作电极和填充材料外，还可以起到渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。焊剂的作用相当于焊脱氧、去硫等冶金作用。焊剂的作用相当于焊条药皮，分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非条药皮，分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非熔炼焊剂又可分为烧结焊剂和粘结焊剂两种。熔炼焊剂又可分为烧结焊剂和粘结焊剂两种。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法埋弧焊工艺埋弧焊工艺 埋弧焊对下料、坡口准备和装配要求均较高。
18、装埋弧焊对下料、坡口准备和装配要求均较高。装配时要求用优质焊条点固。由于埋弧焊焊接电流大、配时要求用优质焊条点固。由于埋弧焊焊接电流大、熔深大，因此板厚在熔深大，因此板厚在24mm以下的工件可以采用以下的工件可以采用I形坡形坡口单面焊或双面焊。但一般板厚口单面焊或双面焊。但一般板厚10mm就开坡口，常就开坡口，常用用V形坡口、形坡口、X形坡口、形坡口、U形坡口和组合形坡口。能采形坡口和组合形坡口。能采用双面焊的均采用双面焊，以便焊透。减少焊接变形。用双面焊的均采用双面焊，以便焊透。减少焊接变形。焊接前，应清除坡口及两侧焊接前，应清除坡口及两侧5060mm内的内的切油切油垢和铁锈，以避免产生气孔
19、。垢和铁锈，以避免产生气孔。埋弧焊一般都在平焊位置焊接。由于引弧处和断埋弧焊一般都在平焊位置焊接。由于引弧处和断弧处焊缝质量不易保证，焊前可在接缝两端焊上引弧弧处焊缝质量不易保证，焊前可在接缝两端焊上引弧板和引出板，焊后再去掉。为保证焊缝成形和防止烧板和引出板，焊后再去掉。为保证焊缝成形和防止烧穿，生产中常用焊剂垫和垫板或用焊条电弧焊封底。穿，生产中常用焊剂垫和垫板或用焊条电弧焊封底。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法埋弧焊的特点埋弧焊的特点（1）生产率高）生产率高（2）焊接质量好）焊接质量好（3）劳动条件好）劳动条件好 8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法缺点：缺点：埋弧自动焊一般只适用于
20、水平位置的长直焊缝和直埋弧自动焊一般只适用于水平位置的长直焊缝和直径径250mm以上的环形焊缝，焊接的钢板厚度一般在以上的环形焊缝，焊接的钢板厚度一般在660mm，适焊材料局限于钢、镍基合金、铜合金，适焊材料局限于钢、镍基合金、铜合金等，不能焊接铝、钛等活泼金属及其合金。等，不能焊接铝、钛等活泼金属及其合金。三、气体保护焊三、气体保护焊 气体保护电弧焊是用气体将电弧、熔化金气体保护电弧焊是用气体将电弧、熔化金属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发生冶金反应，以保证焊接质量的一种焊接方法。生冶金反应，以保证焊接质量的一种焊接方法。保护气体主要有保护气体主
21、要有Ar、He、CO2、N2等。等。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法分类分类 按按电极材料电极材料的不同，可分为两大类：的不同，可分为两大类：非熔化极气体保护焊：非熔化极气体保护焊：通常用钨棒或钨合金棒通常用钨棒或钨合金棒作电极，以惰性气体（氩气或氦气）作保护气作电极，以惰性气体（氩气或氦气）作保护气体，焊缝填充金属（即焊丝）根据情况另外添体，焊缝填充金属（即焊丝）根据情况另外添加，其中应用较广的是氩气为保护气的钨极氩加，其中应用较广的是氩气为保护气的钨极氩弧焊；弧焊；熔化极气体保护焊：熔化极气体保护焊：以焊丝作为电极以焊丝作为电极 8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法分类分类 根据根据采
22、用的保护气采用的保护气不同，可分为不同，可分为熔化极惰熔化极惰性气体保护焊、熔化极活性气体保护焊和性气体保护焊、熔化极活性气体保护焊和CO2气体保护焊。气体保护焊。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法氩弧焊氩弧焊示意图示意图 特点：特点：（1）机械保护效果特别好，焊缝金属纯净，成形美观，质量优）机械保护效果特别好，焊缝金属纯净，成形美观，质量优良。良。（2）电弧稳定，特别是小电流时也很稳定。因此，熔池温度容）电弧稳定，特别是小电流时也很稳定。因此，熔池温度容易控制，做到单面焊双面成形。尤其现在普遍采用的脉冲氩弧焊，易控制，做到单面焊双面成形。尤其现在普遍采用
23、的脉冲氩弧焊，更容易保证焊透和焊缝成形。更容易保证焊透和焊缝成形。（3）采用气体保护，电弧可见（称为明弧），易于实现全位置）采用气体保护，电弧可见（称为明弧），易于实现全位置自动焊接。自动焊接。（4）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池小，焊速快，热）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池小，焊速快，热影响区小，焊接变形小。影响区小，焊接变形小。（5）氩气价格较高，因此成本较高。）氩气价格较高，因此成本较高。CO2气体保护焊气体保护焊:CO2在在1000以上的高温下分解成以上的高温下分解成CO与与O2，有，有一定的氧化作用。因此，焊接钢材时，必须用一定的氧化作用。因此，焊接钢材时，必须用Si、M
24、n量较高的焊丝补充被烧损的元素，以保证焊缝的力学量较高的焊丝补充被烧损的元素，以保证焊缝的力学性能。性能。特点特点:（1）成本低）成本低 （2）生产率高）生产率高 （3）操作性能好）操作性能好（4）焊接质量比较好）焊接质量比较好 （5）焊缝成形差，飞溅大。）焊缝成形差，飞溅大。（6）设备使用和维修不便）设备使用和维修不便 8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法四、电渣焊四、电渣焊 电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢源，将填充金属和母材熔化，凝固后形成金属原子间牢固连接。固连接。开始焊接时，使焊丝
25、与起焊槽短路起弧，不断加入开始焊接时，使焊丝与起焊槽短路起弧，不断加入少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔少量固体焊剂，利用电弧的热量使之熔化，形成液态熔渣，待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送进速度，并渣，待熔渣达到一定深度时，增加焊丝的送进速度，并降低电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，从而转入电渣降低电压，使焊丝插入渣池，电弧熄灭，从而转入电渣焊焊接过程。焊焊接过程。电渣焊主要有熔嘴电渣焊、非熔嘴电渣焊、丝极电渣电渣焊主要有熔嘴电渣焊、非熔嘴电渣焊、丝极电渣焊、板极电渣焊等。焊、板极电渣焊等。缺点缺点是输入的热量大，接头在高温下停留时间长、是输入的热量大，接头在高温下停留时间长、焊
26、缝附近容易过热，焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织，焊缝附近容易过热，焊缝金属呈粗大结晶的铸态组织，冲击韧性低，焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处冲击韧性低，焊件在焊后一般需要进行正火和回火热处理。理。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法五、电阻焊五、电阻焊 电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。结合的一种方法。电阻焊的显著电阻焊的显著特征特征是：是：（1
27、）热效率高）热效率高（2）焊缝致密）焊缝致密 焊接电源、电极压力焊接电源、电极压力是形成电阻焊接头的最基本条件。是形成电阻焊接头的最基本条件。电阻焊方法主要有四种，即电阻焊方法主要有四种，即点焊、凸焊、缝焊、对焊点焊、凸焊、缝焊、对焊。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法点焊焊接接头点焊焊接接头 凸焊原理示意图凸焊原理示意图 8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法缝缝 焊焊 对焊的形成过程对焊的形成过程 电阻焊的电阻焊的优点优点：（1）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属）熔核形成时，始终被塑性环包围，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单。与空气隔绝，冶金过程简
28、单。（2）加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形）加热时间短，热量集中，故热影响区小，变形与应力小。与应力小。（3）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、）不需要焊丝、焊条等填充金属，以及氧、乙炔、氢等焊接材料，焊接成本低。氢等焊接材料，焊接成本低。（4）操作简单，易于实现机械化和自动化。）操作简单，易于实现机械化和自动化。（5）生产率高，且无噪声及有害气体。但闪光对焊）生产率高，且无噪声及有害气体。但闪光对焊因有火花喷溅，需要隔离。因有火花喷溅，需要隔离。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法电阻焊的电阻焊的缺点缺点 （1）目前还缺乏可靠的无损检测方法，焊接质量只）目前还缺乏可靠的无损检
29、测方法，焊接质量只能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各能靠工艺试样和工件的破坏性试验来检查，以及靠各种监控技术来保证。种监控技术来保证。（2）点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，）点、缝焊的搭接接头不仅增加了构件的重量，且因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉且因在两板焊接熔核周围形成夹角，致使接头的抗拉强度和疲劳强度均较低。强度和疲劳强度均较低。（3）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设）设备功率大，机械化、自动化程度较高，使设备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交备成本较高、维修较困难，并且常用的大功率单相交流焊机不利于电网的平衡运行。流焊机不利于电网的平衡
30、运行。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法六、钎焊六、钎焊 钎焊用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎焊用比母材熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互钎料润湿母材和填充工件接口间隙并使其与母材相互扩散的焊接方法。扩散的焊接方法。特点：特点：（1）钎焊加热温度较低，接头光滑平整，组织和机械性）钎焊加热温度较低，接头光滑平整，组织和机械性能变化小，变形小，工件尺寸精确。能变化小，变形小，工件尺寸精确。（2）可焊异种金属，也可焊异种材料。）可焊异种金属，也可焊异种材料。（3）有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，生产率很）有些钎焊方法可同时焊多焊件、多接头，
31、生产率很高。高。（4）钎焊设备简单，生产投资费用少。）钎焊设备简单，生产投资费用少。（5）接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎）接头强度低，耐热性差，且焊前清整要求严格，钎料价格较贵。料价格较贵。8.2 常用电弧焊方法常用电弧焊方法一、金属材料的焊接性金属材料的焊接性 金属焊接性金属焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，是是金属材料对焊接加工的适应性，是指金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结指金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括两个方面内容：一是包括两个方面内容：一是工艺性能工艺性能，
32、即在一定工，即在一定工艺条件下，焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出艺条件下，焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现裂纹的可能性；二是现裂纹的可能性；二是使用性能使用性能，即焊接接头在使用，即焊接接头在使用中的可靠性，包括力学性能及耐热、耐蚀等待殊件能。中的可靠性，包括力学性能及耐热、耐蚀等待殊件能。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接（1）用）用碳当量碳当量法估钢材焊接性法估钢材焊接性 把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳把其它合金元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称
33、为当质量分数之和称为碳当量碳当量。（2）焊接性试验）焊接性试验 8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接金属焊接性的评定金属焊接性的评定 二、碳素结构钢和低合金高强度结构钢的焊接碳素结构钢和低合金高强度结构钢的焊接1低碳钢的焊接低碳钢的焊接 wc0.25%，碳当量小，塑性好，没有淬硬倾向，冷裂，碳当量小，塑性好，没有淬硬倾向，冷裂倾向小，焊接性良好。倾向小，焊接性良好。2中碳钢的焊接中碳钢的焊接 wc0.25%0.6%，有一定的淬硬倾向，冷裂纹倾向较，有一定的淬硬倾向，冷裂纹倾向较大；焊缝金属热裂倾向较大，焊接性较差。大；焊缝金属热裂倾向较大，焊接性较差。3、高碳钢的焊接、高碳钢的焊接 含
34、碳量大于含碳量大于0.60%，其焊接特点与中碳钢基本相同，但，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。4低合金高强度结构钢的焊接低合金高强度结构钢的焊接 低合金结构钢含碳量较低，对硫、磷控制较严。低合金结构钢含碳量较低，对硫、磷控制较严。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接三、不锈钢的焊接三、不锈钢的焊接 不锈钢中都含有不少于不锈钢中都含有不少于12%的铬的铬，还含有镍、锰、，还含有镍、锰、钼等合金元素，以保证其耐热性和耐腐蚀性。按组织钼等合金元素，以保证其耐热性和耐腐蚀性。按组织状态，不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和状态，
35、不锈钢可分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等，其中以马氏体不锈钢等，其中以奥氏体不锈钢的焊接性最好奥氏体不锈钢的焊接性最好。奥氏体不锈钢焊接的主要问题是容易产生奥氏体不锈钢焊接的主要问题是容易产生晶间腐晶间腐蚀和热裂纹。蚀和热裂纹。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接四、铸铁的焊补四、铸铁的焊补 铸铁含碳量高，硫、磷杂质含量高，因此，焊铸铁含碳量高，硫、磷杂质含量高，因此，焊接性差，容易出现白口组织、焊接裂纹、气孔等接性差，容易出现白口组织、焊接裂纹、气孔等焊接缺陷。焊接缺陷。铸铁一般采用铸铁一般采用手工电弧焊、气焊手工电弧焊、气焊来焊补，按焊来焊补，按焊前是否预热分为前是否
36、预热分为热焊热焊和和冷焊冷焊两类。两类。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接五、非铁金属的焊接五、非铁金属的焊接 1铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接焊接时的主要问题是：焊接时的主要问题是：（1）铝及铝合金表面极易生成一层致密的氧化膜（）铝及铝合金表面极易生成一层致密的氧化膜（Al2O3），其熔），其熔点（点（2050）远远高于纯铝的熔点（）远远高于纯铝的熔点（657），在焊接时阻碍金），在焊接时阻碍金属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。属的熔合，且由于密度大，容易形成夹杂。（2）液态铝可以大量溶解氢，铝的高导热性又使金属迅速凝固，因）液态铝可以大量溶解氢，铝的高导热性又使金属迅速凝固
37、，因此液态时吸收的氢气来不及析出，极易在焊缝中形成气孔。此液态时吸收的氢气来不及析出，极易在焊缝中形成气孔。（3）铝及铝合金的线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，因）铝及铝合金的线膨胀系数和结晶收缩率很大，导热性很好，因而焊接应力很大，对于厚度大或刚性较大的结构，焊接接头容易而焊接应力很大，对于厚度大或刚性较大的结构，焊接接头容易产生裂纹。产生裂纹。（4）铝及铝合金高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，且高温）铝及铝合金高温时强度和塑性极低，很容易产生变形，且高温液态无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度，容易出现烧液态无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度，容易出现烧穿、焊瘤等缺陷。
38、穿、焊瘤等缺陷。焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广。焊接方法：氩弧焊、电阻焊、气焊，其中氩弧焊应用最广。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 为保证焊接质量，铝及铝合金在焊接时应采取以下为保证焊接质量，铝及铝合金在焊接时应采取以下工艺措施：工艺措施：（1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分，）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分，便于焊接时的熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。清理方法便于焊接时的熔合，防止气孔、夹渣等缺陷。清理方法有化学清理和物理清理。有化学清理和物理清理。（2）对厚度超过）对厚度超过58 mm的焊件，预热至的焊件，预热至100300，以减小焊接
39、应力，避免裂纹，且有利于氢的逸，以减小焊接应力，避免裂纹，且有利于氢的逸出，防止气孔的产生。出，防止气孔的产生。（3）焊后清理残留在接头处的焊剂和焊渣，防止其与空）焊后清理残留在接头处的焊剂和焊渣，防止其与空气、水分作用，腐蚀焊件。可用气、水分作用，腐蚀焊件。可用10%的硝酸溶液浸洗，的硝酸溶液浸洗，然后用清水冲洗、烘干。然后用清水冲洗、烘干。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接2铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 主要问题是：主要问题是：（1）难熔合）难熔合 铜的导热系数大，焊接时散热快，要求焊接热源集中，且铜的导热系数大，焊接时散热快，要求焊接热源集中，且焊前必须预热，否则，易产生未
40、焊透或未熔合等缺陷。焊前必须预热，否则，易产生未焊透或未熔合等缺陷。（2）裂纹倾向大）裂纹倾向大 铜在高温下易氧化，形成的氧化亚铜（铜在高温下易氧化，形成的氧化亚铜（Cu2O）与铜形成低）与铜形成低熔共晶体（熔共晶体（Cu2O+Cu）分布在晶界上，容易产生热裂纹。）分布在晶界上，容易产生热裂纹。（3）焊接应力和变形较大）焊接应力和变形较大 因为铜的线胀系数大，收缩率也大，且焊接热影响区宽的因为铜的线胀系数大，收缩率也大，且焊接热影响区宽的缘故。缘故。（4）容易产生气孔）容易产生气孔 气孔主要是由氢气引起的。气孔主要是由氢气引起的。焊接方法：氩弧焊、气焊和手工电弧焊，其中氩弧焊是焊焊接方法：氩弧
41、焊、气焊和手工电弧焊，其中氩弧焊是焊接紫铜和青铜最理想的方法。接紫铜和青铜最理想的方法。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 在焊接铜及铜合金时应采取以下在焊接铜及铜合金时应采取以下措施措施：（1）为了防止）为了防止Cu2O的产生，可在焊接材料中加入脱的产生，可在焊接材料中加入脱氧剂，如采用磷青铜焊丝，即可利用磷进行脱氧。氧剂，如采用磷青铜焊丝，即可利用磷进行脱氧。（2）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来）清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来源，避免气孔的形成。源，避免气孔的形成。（3）厚板焊接时，应以焊前预热来弥补热量的损失，）厚板焊接时，应以焊前预热来弥补热量的损失，
42、改善应力的分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余应力。改善应力的分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余应力。焊后进行再结晶退火，以细化晶粒，破坏低熔共晶。焊后进行再结晶退火，以细化晶粒，破坏低熔共晶。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接3钛和钛合金的焊接钛和钛合金的焊接 主要问题是氧化、脆化开裂，气孔也较明显。主要问题是氧化、脆化开裂，气孔也较明显。普通的手工电弧焊、气焊等均不适合钛及钛合金普通的手工电弧焊、气焊等均不适合钛及钛合金的焊接。的焊接。目前主要方法是钨极氩弧焊、等离子焊和真空目前主要方法是钨极氩弧焊、等离子焊和真空电子束焊。电子束焊。8.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接8.4
43、焊接结构工艺性焊接结构工艺性 焊接结构工艺性，是指在一定的生产焊接结构工艺性，是指在一定的生产规模条件下，如何选择零件加工和装配的规模条件下，如何选择零件加工和装配的最佳工艺方案。最佳工艺方案。焊接件的结构工艺性一般包括焊接件的结构工艺性一般包括焊接结构焊接结构材料选择、焊接方法、焊缝的布置和焊接材料选择、焊接方法、焊缝的布置和焊接接头设计接头设计等几个方面。等几个方面。焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择 焊接方法的选择焊接方法的选择 焊接接头设计焊接接头设计 8.4 焊接结构工艺性焊接结构工艺性1接头形式设计接头形式设计 焊接碳钢和低合金钢的基本接头形式有对接、搭接、焊接碳钢和低合金钢的基
44、本接头形式有对接、搭接、角接和角接和T形接四种。形接四种。2焊缝布置焊缝布置 焊缝布置的一般工艺设计原则如下：焊缝布置的一般工艺设计原则如下：（1）焊缝布置应尽可能分散，避免过分集中和交叉。）焊缝布置应尽可能分散，避免过分集中和交叉。（2）焊缝应避开应力集中部位）焊缝应避开应力集中部位（3）焊缝应尽可能对称布置）焊缝应尽可能对称布置（4）焊缝布置应便于焊接操作）焊缝布置应便于焊接操作（5）尽量减小焊缝长度和数量）尽量减小焊缝长度和数量（6）焊接应尽量避开机械加工表面）焊接应尽量避开机械加工表面 8.4 焊接结构工艺性焊接结构工艺性3坡口形式设计坡口形式设计8.4 焊接结构工艺性焊接结构工艺性常
45、见的坡口形式常见的坡口形式 8.4 焊接结构工艺性焊接结构工艺性不同厚度钢板的对接不同厚度钢板的对接 坡口的加工方法常有气割、切削加工（刨削和切削等）、坡口的加工方法常有气割、切削加工（刨削和切削等）、碳弧气刨等。碳弧气刨等。一、焊接接头缺陷分析一、焊接接头缺陷分析 1.焊接缺陷大致可分为下列几类：焊接缺陷大致可分为下列几类：（1）坡口和装配的缺陷）坡口和装配的缺陷 坡口表面有深的切痕、龟裂或有熔渣、锈、污物等。坡口表面有深的切痕、龟裂或有熔渣、锈、污物等。（2）焊缝形状、尺寸和接头外部的缺陷）焊缝形状、尺寸和接头外部的缺陷 焊缝截面不丰满或余高过高；焊缝宽度沿长度方向不恒定；焊缝截面不丰满或
46、余高过高；焊缝宽度沿长度方向不恒定；满溢；咬边；表面气孔；表面裂纹；接头变形和翘曲超过满溢；咬边；表面气孔；表面裂纹；接头变形和翘曲超过产品允许的范围。产品允许的范围。（3）焊缝和接头内部的工艺性缺陷）焊缝和接头内部的工艺性缺陷 气孔、裂纹、未焊透、夹渣、未熔合、接头金属组织的缺气孔、裂纹、未焊透、夹渣、未熔合、接头金属组织的缺陷（过热、偏析等）。陷（过热、偏析等）。（4）接头的力学性能低劣，耐腐蚀性能、物理化学性能不）接头的力学性能低劣，耐腐蚀性能、物理化学性能不合要求；合要求；（5）接头的金相组织不合要求。）接头的金相组织不合要求。8.5常见焊接缺陷产生原因分析及常见焊接缺陷产生原因分析及
47、预防措施预防措施 二、焊接缺陷的产生原因及预防措施二、焊接缺陷的产生原因及预防措施（1）未焊透）未焊透 原因：原因：输入焊缝焊接区的相对热量过少，熔池尺寸输入焊缝焊接区的相对热量过少，熔池尺寸小，熔深不够。小，熔深不够。措施措施：正确选用和加工坡口尺寸，保证良好的装配：正确选用和加工坡口尺寸，保证良好的装配间隙；采用合适的焊接参数；保证合适的焊条摆动间隙；采用合适的焊接参数；保证合适的焊条摆动角度；仔细清理层间的熔渣。角度；仔细清理层间的熔渣。8.5常见焊接缺陷产生原因分析及常见焊接缺陷产生原因分析及预防措施预防措施（2）夹渣）夹渣 原因：原因：各类残渣的量多且没有足够的时间浮出熔池各类残渣的
48、量多且没有足够的时间浮出熔池表面。表面。措施措施：选用合适的焊条型号；焊条摆动方式要正确；：选用合适的焊条型号；焊条摆动方式要正确；适当增大线能量；注意层间的清理，特别是低氢碱适当增大线能量；注意层间的清理，特别是低氢碱性焊条，一定要彻底清除层间焊渣。性焊条，一定要彻底清除层间焊渣。8.5常见焊接缺陷产生原因分析及常见焊接缺陷产生原因分析及预防措施预防措施（3）气孔）气孔 原因原因：工件和焊接材料有油、锈，焊条约皮或焊剂：工件和焊接材料有油、锈，焊条约皮或焊剂潮湿、焊条或焊剂变质失效、操作不当引起保护效潮湿、焊条或焊剂变质失效、操作不当引起保护效果不好、线能量过小，使得熔池存在时间过短。果不好
49、、线能量过小，使得熔池存在时间过短。措施措施：清除焊件焊接区附近及焊丝上的铁锈、油污、：清除焊件焊接区附近及焊丝上的铁锈、油污、油漆等污物；焊条、焊剂在使用前应严格按规定烘油漆等污物；焊条、焊剂在使用前应严格按规定烘干；适当提高线能量，以增加熔池的高温停留时间；干；适当提高线能量，以增加熔池的高温停留时间；不采用过大的焊接电流，以防止焊条药皮发红失效；不采用过大的焊接电流，以防止焊条药皮发红失效；不使用偏心焊条；尽量采用短弧焊。不使用偏心焊条；尽量采用短弧焊。8.5常见焊接缺陷产生原因分析及常见焊接缺陷产生原因分析及预防措施预防措施（4）裂纹）裂纹 裂纹分为两类：在焊缝冷却结晶以后生成裂纹分为
50、两类：在焊缝冷却结晶以后生成的冷裂纹；在焊缝冷却凝固过程中形成的热裂的冷裂纹；在焊缝冷却凝固过程中形成的热裂纹。热裂纹的产生跟纹。热裂纹的产生跟S、P等杂质太多有关。冷等杂质太多有关。冷裂纹的产生原因较为复杂，其主要原因有三：裂纹的产生原因较为复杂，其主要原因有三：含含H量；拘束度；淬硬组织。量；拘束度；淬硬组织。8.5常见焊接缺陷产生原因分析及常见焊接缺陷产生原因分析及预防措施预防措施 焊接检验内容包括从图纸设计到产品加工完焊接检验内容包括从图纸设计到产品加工完成整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、成整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、工艺过程和成品质量的检验。工艺过程和成品质量的检