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1、第四篇焊接第四篇焊接焊接实质是通过加热或加压，或两者并用，用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。焊接方法种类很多，按焊接过程的特点可分为三大类。(1)熔焊 焊接过程中，将工件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法，如电弧焊、气焊、电子束焊等。熔化焊适用于各种常用金属材料的焊接，是现代工业生产中主要的焊接方法。(2)压焊 焊接过程中，必需对工件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的方法，如电阻焊、摩擦焊、冷压焊等。压力焊只适用于塑性较高的金属材料的焊接w(3)钎焊接受比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间
2、隙并与母材相互扩散实现焊接的方法，如铜焊、银焊、锡焊等。钎焊适用于各种异类金属的焊接。w在金属结构和机械制造过程中，常常须要将分别的金属连接成整体，其连接方法有机械连接(如螺纹连接、销钉连接、铆接等)和焊接。焊接与机械连接方法有着本质的区分。焊接与铆接等其它加工方法相比，具有如下特点w(1)减轻结构重量，节约金属材料，降低成本。w(2)工序简洁，生产率高，劳动强度低。(3)焊接接头气密性好。w(4)能拼焊困难、大型铸锻件。w(5)便于实现机械化与自动化 第一章第一章 电弧焊电弧焊 第一节第一节 焊接电弧w焊条电弧焊引弧时，将焊条末端与工件接触，然后快速将焊条提起一段距离，在焊条末端和工件之间即
3、可产生光明刺眼的电弧。这实质上是一种在两电极间的空气中发生的长久而猛烈的放电现象。w焊接电弧分为三个区域，即阴极区6、阳极区5和弧柱区3，如图所示。w由于电弧三个区域中所进行的物理过程不同，因而各区域产生的热量是不同的，温度的分布也不匀整。阴极区因为放射电子要消耗确定的能量，所以产生的热量较少，约占总热量的36%，阳极区所产生的热量约占43%，弧柱区产生的热量约占21%。但是，阴极和阳极受电极材料沸点的限制，而且它们的散热条件较好，因而温度不行能升得太高。一般阴极区的温度约为24003500K，阳极区约为26004200K。弧柱区产生的热量较集中，且散热差，所以温度反而比两极高，可达60008
4、000K。其次节焊接接头的组织与性能w1.焊接工件上温度的变更与分布w1）距焊缝中心不同，受热最高温度不同。w2）各点到达最高温度的时间不同。w3）各点均经过冷-热冷，相当于受到一次不同规范的热处理。w因此，必定有相应的组织和性能的变更。w2.焊接接头金属组织与性能的变更低碳钢焊接接头组织与性能的变更示意图 2.接头组织与性能的变更w以低碳钢为例w1）焊缝金属w（1）熔化温度在1500以上。（2）形成柱状晶，约与池壁垂直（铸造）w药皮渗合金，焊缝中硅，锰合金元素可能高于母材，且药皮爱护。w焊缝性能一般不低于母材（尤其强度）w2）溶合区焊缝与母材交界区，局部熔化（半熔化区）w组织：铸造组织+受热
5、长大的粗晶。晶粒大小不均，化学成分不均（尤其异种金属）w性能；接头中性能最差。确定接头性能w3）过热区：温度远高于相变温度，晶粒产生急剧长大。过热组织。w性能：塑性韧性对于易淬硬钢材，危害更大。接头中性能较差w4）正火区：组织：发生重结晶，晶粒细化，正火组织w性能：机械性能提高w5）部分相变区：组织：部分相变（F、P）晶粒不均（部分F和P重结晶成为较细晶粒，未转变的F长大）w性能：稍差w3）5）为热影响区wl总之，熔合区与热影响区中的过热区对焊接质量影响最大，应尽量削减它们的宽度。wl热影响区大小和组织变更程度确定于焊接方法、焊接规范、接头形式、焊后冷却等因素，在保证焊接质量的前提下，增加焊接
6、速度，削减焊接电流，削减热影响区尺寸。w措施：焊后热处理，正火，退火-细化晶粒第三节焊接应力与变形w1.产生应力与变形缘由w根本缘由：加热不均,各处热胀量不同，又是整体，各部分相互限制w（与铸造热应力联系讲）内应力通过变形自发释放趋势，拉应力部分缩短，压应力部分伸长。w2.焊接变形基本形式w1）收缩变形：纵横w2）角变形：V型坡口对接时，因焊缝截面上下不对称，焊后收缩不均引起。w3）弯曲变形：如丁字梁，焊缝在一端w4）波浪变形；薄板焊缝收缩板材失稳（联系自由锻高坯镦粗、拉深起皱）w5）扭曲变形：如工字梁，焊接依次不当。w3.防止和削减焊接变形措施w1合理结构设计w1）尽量削减焊缝，焊缝长度，截
7、面厚的件两面开坡口。w2）焊缝对称w3）避开密集交叉w4）利用型材、冲压件代替，削减焊缝。w2工艺措施w1)加余量法：在工件尺寸加大，通常0.10.2%w2)反变形法:焊前使焊件处于反变形位置,以抵消焊后变形.(联系冲压弯曲)w3)刚性固定法:将工件固定夹紧,或点焊在工作台上,焊后变形大大削减.这种方法适于塑性好的低碳钢件.w4)选择合理的焊接依次:对称两侧都有焊缝,尽量使收缩能相互抵消.w5)焊前预热:工件预热150350,削减温差,显著削减焊接应力.拼焊时的焊接依次 4.焊接变形的矫正方法w基本原理:新变形抵消焊接变形.w1机械矫正法:用机械力矫正,压力机手锤敲击.w2火焰矫正法:乙炔焰加
8、热焊件,使其产生反向等量变形.主要低碳钢,部分低合金钢.5.削减和消退焊接残余应力的方法w1）焊前预热,削减温差w2）焊后退火(去应力退火)600650保温8090%残余应力消退,可整体,局部.第四节 焊条电弧焊w焊条电弧焊是用手工操纵电焊条，以电焊条和工件之间产生的电弧做热源进行焊接的熔焊方法。w焊条电弧焊可在室内、室外、高空和各种焊接位置进行，设备简洁，简洁维护，焊钳小，运用敏捷，适于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和非铁合金，其焊接接头可与工件的强度相近，是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。一.焊条电弧焊的焊接过程二.电焊条w1.焊条芯 焊条芯是用焊接专用钢丝制成，用作电极和填充金属。焊条芯的钢材
9、是经过特殊冶炼的，并特地规定了它的牌号和成分。常用的焊条芯用钢牌号有H08、H08A、H08MnA。焊条的直径即为焊条芯的直径，其大小为1.68mm，常用的为35mm。一般焊条的长度为200450mm。w2.药皮 焊条芯表面的涂料称为药皮。其作用是：使电弧简洁引燃并稳定燃烧；产生足够的气体和熔渣爱护溶池，防止空气侵入溶池；保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素，以爱护焊缝金属的力学性能。3.电焊条的分类w焊条型号的编制方法。依据GB/T5117-95规定，现将碳钢焊条型号说明如下。用大写字母E和四位数字表示，E表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为kgf；第三位数字表示焊条适用的焊
10、接位置；第三位和第四位数字的组合表示药皮类型及焊接电流种类。如下例所示。4.焊条的选用原则w选用焊条首先是依据被焊金属的化学成分、强度等级和运用要求选择相应的焊条，再考虑焊接结构的形态、工作条件、焊接设备、生产率、劳动条件和经济性等确定焊条的牌号。具体考虑如下：w(1)焊件母材的化学成分和力学性能若焊件是结构钢，则焊条应满足焊缝和母材“等强度”；若为特殊性能钢，如不锈钢，耐热钢等时，则焊条应尽量与焊缝和母材化学成分相同或相近。w(2)焊件的工作条件和运用性能当焊件受动载荷或在高温、高压等状况下工作时，除保证焊缝同母材等强度外，对塑性和韧性也有严格要求。应当选用碱性低氢型焊条。当焊件在腐蚀介质中
11、工作时，应依据介质的种类、浓度、温度等状况，选择相应的耐腐蚀、不锈钢焊条。第五节第五节 埋弧自动焊w一.埋弧自动焊的焊接过程w埋弧自动焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。w自动焊机头将光焊丝自动送入,保证弧长.电弧在焊剂下燃烧,靠焊机移动(或工件动).焊剂从漏斗中不断流出,撒在焊丝前工件上,焊剂熔化成熔渣,部分未熔可回收.w焊丝-相当于焊芯.焊剂-相当于药皮.常用焊剂见书上二.埋弧焊特点w埋弧自动焊与焊条电弧焊相比有以下优点。w（1）焊接生产率高埋弧焊接接受较大的焊接电流(可达1000A以上)和较高的焊接速度，因此，熔深大。另外，焊丝成卷运用还节约了更换焊条的时间。w(2)焊接质量
12、高且稳定由于焊剂层爱护效果好，焊接程序可自动限制，焊接过程自动进行。因此，焊接质量高，焊缝成形美观，并保持稳定。(3)节约金属材料埋弧自动焊，厚度在25mm以下的焊件可以不开坡口，一次焊透。另外，没有焊条头，金属飞溅损失也很少。因此，可以节约大量金属材料。w(4)劳动条件好埋弧自动焊时，因为电弧在焊剂层下燃烧，烟雾少，而且免除了弧光对人的损害。所以，劳动强度大大降低，劳动条件得到改善。w但是，埋弧自动焊的敏捷性差，只能适用于长而规则的水平焊缝及规则的环形焊缝，不适宜短的，不规则焊缝和空间焊缝，也不适用于薄的工件，接头的装配要求较高。另外，埋弧自动焊的设备较困难，价格高。w目前，埋弧自动焊常用于
13、碳钢、一般低合金钢、不锈钢，和耐热钢等中、厚板结构的水平长的直焊缝和较大直径环焊缝的焊接，生产批量越大，经济效果越佳。三.埋弧焊的焊丝与焊剂四.埋弧焊工艺w1下料，准备坡口，装配要严格精确。w2焊前工件焊缝两侧5060mm内的一切油污、铁锈除去，以免产生气孔。w3一般适于长规则平焊、对接、搭接、丁字接头，规则环焊缝。w应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径d250mm环缝。第六节气体爱护焊w在气体爱护焊中，常用的气体爱护介质有氦、氩和二氧化碳。一.氩弧焊w以氩气作为爱护气体的电弧焊称为氩弧焊。氩弧焊时，氩气从喷嘴喷出后，便形成气体爱护层，使电弧和熔池与大气隔绝，起到了
14、爱护作用。氩弧焊依据运用的电极不同，分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊w1不熔化极氩弧焊w电极：钨or钨合金，（熔点：33803600）只导电产生电弧，必要时需另加焊丝。w（1）直流正接：阴极3000，阳极4200钨熔点，钨阴极，w工件阳极，以削减钨损耗。w（2）沟通或直流反接：焊铝镁及其合金，在焊件和熔池表面易形成熔点很高的氧化物薄膜，阻碍金属熔合和电弧稳定燃烧，接受“阳极裂开”用较大氩正离子撞击氧化膜，使之裂开以利于焊合，多用沟通，I不能太大，钨极氩弧焊口适用于6mm薄板。2熔化极氩弧焊w 用焊丝做电极，并填焊缝，I可大，=325mm均可焊，多直流反接：电弧稳定，自动、半自动焊接。3氩弧焊特
15、点及其应用w氩弧焊除具有气体爱护焊的共同特点外，还具有以下特点。w爱护效果好，焊接质量高氩气是惰性气体。因此，爱护效果特别好，焊缝不易出现气孔和夹杂。w电弧燃烧很稳定。因此，金属液飞溅少，焊缝成形美观。w焊接成本较高氩弧焊设备较困难，氩气来源少，价格高，因此焊接成本较高。w目前，氩弧焊主要用于焊接易氧化的有色金属、稀有金属和合金钢，如铝、铜、镁、钛、不锈钢、耐热钢等的焊接。二.二氧化碳气体爱护焊接受CO2气体作为爱护气体的电弧焊称为二氧化碳气体爱护焊。1.工艺方法如图所示，CO2气体爱护焊常用焊丝作为熔化极与工件间产生电弧熔化，同时CO2从喷嘴喷出包围电弧，对熔池进行爱护。2.CO2焊特点及应
16、用w二氧化碳气体爱护焊最大的优点是CO2来源广泛，价格低廉。因此，焊接成本低，只相当于埋弧自动焊和焊条电弧焊的40%左右。另外，由于CO2具有氧化性，使氢气也很简洁被氧化，故氢气溶入溶池的倾向减小，焊缝的抗裂性好，而且对铁锈和水分不如埋弧自动焊时那样敏感。但是，CO2具有氧化性，用大电流焊接时，具有飞溅大、烟雾大、焊缝成形不良及简洁产生气孔等缺陷。w目前，二氧化碳气体爱护焊广泛用于焊接低碳钢和一般低合金钢。第七节等离子弧焊w一般焊接电弧，未受到外界的约束，称为自由电弧。自由电弧内的气体尚未完全电离，因而能量密度和电弧温度较低。而等离子弧弧柱区内的气体被完全电离成为等离子体，即气体仅由电子和离子
17、所组成。等离子弧能量高度集中，其温度可高达15000K以上。等离子弧一般是由自由电弧经过三种压缩效应而得到的。w在三种效应作用下，弧柱被压缩到很细的范围内，使电弧能量高度集中，而成为等离子弧。把等离子弧用于焊接，就形成了独特、高效能的等离子弧焊。等离子弧焊除具有氩弧焊的优点外，还有以下优点。等离子弧焊接与切割等离子弧焊示意图 w(1)等离子弧由于能量集中、穿透力强，焊接厚度12mm的工件时，可不开坡口，能一次焊透双面成形，焊接效率高、变形小。w(2)电流小于0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度与方向性，所以可焊接0.0252.5mm的箔材及簿板。w(3)等离子弧稳定性好，焊接速度快
18、，又有足够的氩气爱护，所以焊接质量好，并可焊接绝大多数金属材料。w等离子弧焊的缺点是焊接设备困难，要消耗大量价格较贵的氩气，并仅适用于室内焊接。因此，应用推广受到确定限制。其次章其次章 其它常用焊接方法其它常用焊接方法第一节第一节 电阻焊电阻焊w电阻焊是利用电流通过工件的接头处所产生的电阻热，把工件加热到塑性或熔融状态，再在压力作用下实现焊接的一种压焊方法。w电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式一.点焊w1电极：柱状工件：搭接w2焊接过程：电极压紧工件通电加热断电保持原压力（加大）去压。w分流：两点之间距离小，分流大。w3特点：生产率高、易自动化、焊接变形小、设备困难，焊前要严格清理工件表面。w
19、应用：薄件、钢筋4mm。三对焊w对焊的形式如图所示。工件以对接形式设置，利用电阻热在工件的整个接触面上加热。温度达到确定值后，加大压力，使结合面紧密接触并造成塑性变形，依靠再结晶过程和原子的扩散实现连接。w依据工艺过程的不同，对焊分为电阻对焊和闪光对焊，如图所示。w(1)电阻对焊将工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，通电后，利用电阻热将工件对接接头处加热，达到塑性状态，然后断电、施压、冷却而形成接头。这种方法要求工件端面必需平整光滑，使对焊时接触良好，保证接头质量。对焊 四电阻焊的特点与应用w与其它焊接方法相比，电阻焊具有生产率高、易于机械化和自动化的优点。焊接变形小，焊接时不须要添加焊接材
20、料。但设备较困难，耗电量大，适用的接头型式及工件厚度受到限制。其次节摩擦焊w摩擦焊是利用工件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后快速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊的特点及应用w接头中不易产生夹渣、气孔及其它缺陷，质量好且稳定；尺寸精确，焊接生产率高。不须要填充金属，接头的焊前准备要求不高，设备易于机械化，劳动条件好。可焊接异种材料。摩擦焊的接头形式基本上与电阻对焊相同，但两件截面可以不等。最宜焊接圆截面件及管子，在建筑、电站，切削刀具生产、纺织机械等部门都有应用。第三节钎焊w钎焊的定义如前所述。钎焊与其它焊接方法的根本区分是焊接过程中工件不熔化，而依靠熔点低于工件的钎料熔化
21、、填充，完成连接。1.工艺方法w通常依据钎料的熔点不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。钎料的熔点低于450的钎焊为软钎焊。软钎焊的接头强度低，只适用于受力很小且工作温度较低的工件，如电器产品、电子导线、导电接头、仪表等。软钎焊常用的钎料有锡铅钎料，最常用的加热方法有烙铁加热；钎料熔点在450以上的钎焊为硬钎焊。硬钎焊的接头强度较高，工作温度也较高，可用于受力大的部件，如天线、自行车架等。硬钎焊常用的钎料有银基钎料、铜基钎料、铝基钎料和镍基钎料。常用的加热方法有火焰加热、炉内加热、盐浴加热、高频加热和电阻加热。2.钎焊的特点及应用w钎焊的主要特点是焊接温度低，工件的组织性能变更小，焊接变形小。钎焊可
22、以焊接不同成分、不同厚度、不同尺寸的工件，而且焊缝尺寸精确，一般无需焊后加工。钎焊设备简洁，生产投资小。但是由于钎焊接头的结合强度低于熔焊和压焊，而且焊前的清理和焊缝装配要求高，因此使其应用受到确定限制。钎焊不适合于一般钢结构和重载、动载机件的焊接，目前钎焊主要应用于机械、电气、无线电、精密仪表、航空和空间技术等。第四节电渣焊w电渣焊是利用电流通过溶渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的方法。电渣焊一般都在垂直立焊位置进行焊接。w电渣焊过程可分为三个阶段：w建立渣池w正常焊接过程w焊缝的收尾第五节真空电子束焊w利用高速和聚焦的电子束轰击工件时，由电子动能转变而成的热能进行焊接的方法称电子束焊。w随
23、着原子能、导弹和宇航技术的发展，大量应用了锆、钛、钽、钼、铂、铌、镍及其合金，对这些金属的焊接质量提出更高的要求，一般的气体爱护焊已不能得到满足的结果。1956年真空电子束焊接方法研制成功，解决了上述稀有金属的焊接问题。真空电子束焊接的优点如下w(1)能量集中、温度高、冲击力大。因此，焊速快，熔深大(可达200mm)，厚件也不必开坡口，一次焊透，一般无需另外填充金属。基本上不产生焊接变形。w(2)在真空中焊接，工件金属不会氧化、氮化，且无金属电极沾污。因此，焊缝纯净，无气孔，夹杂内部熔合得好，焊接质量好，接头强度高。w(3)电子束参数可在较大范围内调整，而且焊接过程限制敏捷，适应性强，薄板、厚
24、板均能焊接，且焊接过程易于实现自动化。w真空电子束焊接的缺点是设备困难、造价高、运用与维护要求高，对焊件接头要求加工得平整齐净，装配紧密、不留间隙，焊件尺寸还受到真空室制约。因而，限制了它的应用范围。真空电子束焊可焊接高熔点金属如钨、钼、钽、铌，和活泼金属如钛、锆等，在原子能、航空、空间技术等工业部门得到应用。第六节激光焊w激光焊是利用激光进行焊接的一种现代焊接方法。利用原子受激辐射原理，使物质受激而产生波长均一、方向一样和强度很高的光束激光。产生激光的器件称为激光器，焊接用激光器有固态和气态两种，常用的激光材料为红宝石、钕玻璃和二氧化碳。w激光焊接的基本原理是：利用激光器受激产生的激光束，通
25、过聚焦系统可聚焦成特别微小的焦点(光斑)，其能量密度大于105W/cm2。当调焦到工件接缝时，光能转换为热能，从而使金属熔化形成焊接接头，如图4.45所示。w按激光器的工作方式，激光焊可分为脉冲激光点焊和连续激光焊两种。目前，脉冲激光点焊应用较广泛，它适宜于焊接厚度为0.5mm以下的金属薄板和直径0.6mm以下的金属线材。可焊接铝、铜、不锈钢，以及难熔金属钨、钼等。w激光焊是近三十余年才发展起来的先进焊接方法。它具有如下优点。w(1)激光辐射时放出能量极其快速，能量集中，温度高。因此，焊接效率高，焊接变形小。w(2)激光通过光学系统反射和聚焦，可以在用其它焊接方法很难焊接的地方焊接；还可以使激
26、光通过透亮材料后，再聚焦到封闭结构的内部进行焊接，例如对真空管的电极连接和显像管内部接线的连接等。焊件表面若有绝缘层(如漆包线)可不必清除。w(3)可用于多种金属和合金以及异种金属的焊接，甚至能把金属和非金属焊接在一起。w激光焊接的主要缺点是焊接设备的有效系数低，功率较小，只适合于焊接薄板和细丝，对钨、钼等材料还难以焊接，且设备投资大等。w目前，激光焊接主要应用于电子工业、精密仪表、放射性化工等部门的小型或微型件的焊接。如集成电路内外引线焊接，微型继电器、电容器、石英晶体的管壳封焊，以及仪表游丝的焊接等。第三章常用金属材料的焊接第一节金属材料的焊接性w一.焊接性的概念w金属材料的焊接性能是指被
27、焊金属在确定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的实力。它有两个方面的含义：其一是指金属材料通过焊接加工形成完整焊接接头的实力；其二是指所形成的焊接接头在运用条件下平安运行的实力。金属材料的焊接性能，与焊接方法、焊接材料和工艺措施亲密相关。这就是说同一种被焊金属，接受不同的焊接方法，选用不同的焊接材料或实行不同的工艺措施，焊接性能会表现不同。各种金属材料的焊接性能如表所示。二.钢材焊接性的估算w在焊接结构生产中，常用的金属材料是钢材。通常把钢材在焊接过程中产生裂纹的倾向作为评价焊接性能的指标。因此钢材的焊接性能常用碳当量法来进行估算。wC当量CMn/6（CrMoV）/5（NiCu）/15（%）w式
28、中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为质量百分数上限。w实践证明，随着碳当量的增加，钢材的焊接性能渐渐变差。依据碳当量范围，钢的焊接性能大致可分为下列三种状况。wC当量0.4%,塑性好，淬硬性不明显，可焊性优良，不预热。wC当量0.40.6%，淬硬性，可焊性，加工艺措施。wC当量0.6%，塑性，淬，可焊性，工艺措施，热处理。w实际，除上述估算外，对新材料还应试验，以合理制定工艺方案。其次节碳钢的焊接w一.低碳钢的焊接w随着碳的含量增加，钢在快速冷却的条件下易形成硬化组织，焊接性能渐渐变差。w低碳钢在加热冷却前后不会形成硬化组织，因而用各种方法焊接都可获得合格的焊缝性能。低碳钢焊接时，几乎全
29、部的焊接方法都能运用，并获得良好的焊接接头。最常用的有焊条电弧焊、埋弧自动焊、CO2焊和电阻焊。焊接材料的选择应按焊缝与母材等强度原则确定。接受焊条电弧焊焊接一般结构时，可选用酸性焊条；焊接承受动载结构、困难结构、厚板结构或重要结构时，可选用碱性焊条；接受埋弧自动焊时，一般接受H08A或H08MnA焊丝协作焊剂431进行焊接；接受CO2焊时，常接受H08Mn2SiA焊丝焊接。w在一般生产状况下，焊接低碳钢不须要实行特殊的工艺措施，就能获得优质的焊接接头。但对于厚度大于50mm的低碳钢结构，尤其是在低温环境(-10以下)下施焊时，由于焊件在焊接过程中各部分温差较大，势必产生较大内应力。因此焊前应
30、考虑适当预热(50)，焊后要进行去应力退火或正火，以改善焊接接头的组织与性能。二.中、高碳钢的焊接w中碳钢含碳量在0.25%0.6%之间，钢的焊接性能渐渐变差。除了形成硬化组织外，碳燃烧生成的气泡，焊接金属易于过热以及导热性的降低，阻碍温度匀整而引起温度应力，都是使焊接性能变坏的缘由。高碳钢的含碳量大于0.6%，焊接困难，在寒冷天气或厚度大的焊件焊前应预热并进行焊后热处理。钢中杂质磷和硫，会造成钢的冷脆和热脆。焊接中、高碳钢应实行的工艺措施：w(1)焊前预热预热可使焊件各部分的温差减小，从而减小焊接应力，并使热影响区的冷却速度减慢，避开或削减马氏体组织。中碳钢的预热温度一般为150250，焊件
31、厚度愈大，材料含碳量愈高，预热温度则愈高。高碳钢应接受更高的预热温度。w(2)选用合适的焊条焊接时，尽可能选用抗裂性好的低氢型焊条或铬镍不锈钢焊条。要求焊缝与母材等强度时，可依据母材强度选用碱性焊条，如不要求等强度，可选用J427型焊条，以提高焊缝的塑性。在不允许预热时，可选用A102、A302等铬镍不锈钢焊条。w(3)降低焊缝金属中的含碳量焊接时，若能防止母材金属过多地熔入焊缝，即可降低焊缝金属中的含碳量，减小淬硬倾向，提高焊缝的塑性，防止产生裂纹。因此，应运用小电流、细焊条、开坡口及多层焊等方法进行焊接，以防止母材过多地熔入焊缝。w(4)焊后缓冷和进行去应力退火或正火焊后缓冷可减轻焊接接头
32、的淬硬倾向，减小焊接应力，防止产生裂纹。焊后去应力退火或正火处理，可消退焊接应力，改善焊接接头的力学性能。第三节合金钢的焊接w在焊接结构生产中，应用特别广泛的合金钢是一般低合金结构钢(以下简称低合金结构钢)。w(1)低强度低合金结构钢的焊接这类钢的屈服强度400MPa，其碳当量低于0.4%，焊接性良好。常用的焊接方法是焊条电弧焊和埋弧自动焊，通常不须要实行特殊的工艺措施。如Q345钢，在一般状况下的焊接可与焊接低碳钢同样对待。但在低温环境或在刚性大、厚度大等结构上进行焊接时，需进行100150预热；对于压力容器等重要焊件，当板厚大于200mm时，还应考虑焊后的去应力退火。w(2)高强度低合金结
33、构钢的焊接这类钢的屈服强度450MPa，碳当量在0.4%0.6%范围，其淬硬倾向和冷裂倾向随强度增高而渐渐增大，焊接性渐渐变差。因此焊接这类钢时与中碳钢相当，常用的焊接方法是焊条电弧焊和埋弧自动焊。焊前一般应预热到150以上，焊条电弧焊时要选用强度等级相近的低氢型焊条，焊条焊前还需严格烘干；埋弧自动焊时，应选用碱度较高的焊剂。而且，焊接时应调整焊接工艺，严格限制热影响区的冷却速度，焊后还应刚好进行去应力退火。中、高合金钢的焊接裂纹倾向，随着合金元素含量的增多而变大。此外还因钢种不同而各有不同的问题，要选用不同的焊接方法和规范。例如不锈钢较少用气焊，应接受焊条电弧焊和氩弧焊。若用焊条电弧焊则应选
34、用低氢焊条，实行强迫冷却、快速施焊、小的电流等措施。第四节铸铁的补焊w铸铁含碳量高，组织不匀整，塑性差，焊接性特别低劣。因此，生产上不接受铸铁来制造焊接结构。但在铸铁件生产中出现的铸造缺陷，以及铸铁件在运用过程中产生的局部损伤和断裂，如能修复，则其经济效益很大。因此，铸铁的焊接一般只限于补焊工作。铸铁的焊接特点为：w(1)焊接接头易产生白口组织由于焊接是局部加热，铸铁焊缝区在焊后的冷速比铸造时大得多，而且焊接时碳、硅元素大量烧损，因此焊后很简洁产生白口组织和淬火组织，硬度很高，难以进行切削加工。w(2)焊接接头易产生裂纹由于铸铁强度低，塑性极差，焊接时又易产生白口组织和淬硬组织，当焊接应力超过
35、铸铁强度极限时，就会在焊接接头中产生裂纹，甚至沿焊缝完全断裂。w(3)焊缝中易产生气孔和夹渣焊接时，铸铁中的碳、硅猛烈氧化，会生成大量的CO气体和硅酸盐熔渣，焊后冷速很快，气体和熔渣往往来不及排出而留在焊缝中形成气孔和夹渣。w铸铁可以用热焊和冷焊法进行焊接。热焊时将铸铁加热到600700用高碳、硅焊条并用熔剂防止氧化，焊后随炉缓冷。热焊可用气焊或电弧焊，焊接质量好，但较费事。铸铁冷焊是焊补前不需预热工件或在低于400的温度下预热的焊补方法。用低碳钢焊条焊接，质量不如热焊好，但施工快，成本低。第五节非铁金属及其合金的焊接一.铝及铝合金w铝及铝合金焊接特点：w(1)铝极易氧化生成难熔的氧化铝(Al
36、2O3)薄膜，焊接时，氧化铝覆盖在金属表面，阻碍金属熔合，而且氧化铝密度大，不易浮出熔池而解除，易形成夹渣存在于焊缝中。w(2)液态铝能大量熔解氢，焊接时溶入铝液中的氢在随后的冷却过程中来不及析出，易在焊缝中形成气孔。w(3)铝的热导率较大，热量易散失，焊接时不易焊透。因此，要求运用大功率或能量集中的热源，焊件厚度较大时，还应考虑焊前预热。w(4)铝在高温时强度及塑性很低，铝及其合金由固态加热到液态时无颜色变更，故施焊时难以驾驭加热温度，易产生烧穿或引起焊缝塌陷，因此焊接时常需接受垫板。w(5)铝及其合金的线胀系数和收缩率比较大，焊接时易产生较大的焊接应力和变形。因此，焊接结晶温度范围较宽的铝
37、合金和焊缝中杂质过多而形成低熔点共晶体的铝合金，可能产生热裂纹。w焊接铝及其合金的常用方法有氩弧焊、气焊和电阻焊，有时也用钎焊。w氩弧焊是焊接铝及其合金较为志向的方法。由于氩弧焊爱护效果好，以及接受适当电源极性可对焊件表面产生“阴极裂开”作用，自动去除氧化铝薄膜，焊接时可不用熔剂。因此，焊缝质量好，成形美观，焊接变形小，接头耐蚀性好。必需指出，为保证焊接质量，所用的焊丝成分应与焊件成分相同或相近，而且氩气的纯度要求大于99.9%。氩弧焊主要用于焊接质量要求高的焊件。w对焊接质量要求不高的焊件，也可接受气焊。气焊时，一般接受中性焰。气焊质量不如氩弧焊，焊接变形大，接头耐蚀性差，但操作便利，成本低
38、。因此，常用于焊接薄板(厚度0.52mm)焊件和补焊铸铝件。w此外，实际生产中也常接受点焊和缝焊方法焊接铝及其合金薄板。焊接时，为了减小分流现象，应接受大电流、短时间通电的强工艺规范。w不论接受哪种方法焊接铝及其合金，焊前都必需用化学方法或机械方法严格清理焊件焊接处和焊丝表面的油污及其它脏物，并使焊件和焊丝干燥，以确保焊接质量。二.铜及铜合金w铜及铜合金的焊接特点：w(1)易氧化和产生热裂纹 高温液态铜极易氧化，生成氧化亚铜(Cu2O)，它与铜能形成低熔点共晶体(Cu2OCu)，分布在晶界上，降低晶界强度，加上铜及其合金的线胀系数和收缩率较大，简洁产生较大的焊接应力。因此，在焊缝中易产生热裂纹
39、。w(2)难焊透和难熔合 铜及其合金导热性很高，如铜在100时热导率比铁大10倍多。焊接过程中，热量极易散失，达不到焊接温度，使焊件和填充金属难以熔合或产生焊不透缺陷。因此，焊接铜及其合金时要接受大功率热源，当焊件厚度和刚性较大时，还要进行预热。w(3)易产生气孔 液态铜吸气性很强，特殊简洁吸取氢。但在冷却凝固时，氢在铜液中的溶解度急剧下降，若来不及析出，能夹杂在焊缝中形成气孔。因此，高温时，氧化亚铜与溶解在铜液中的氢反应，生成不溶于铜液的水蒸汽，也易引起气孔。w(4)焊接接头性能降低 焊接过程中，由于合金中元素的烧损和蒸发，加之焊缝及近缝区晶粒粗大，致使焊接接头的力学性能降低，尤其是塑性、韧
40、性显著降低。而且，焊缝中存在杂质、组织疏松以及晶界上存在的共晶体(Cu2OCu)，还会降低接头的导电实力和耐蚀性能。w目前，铜及其合金常接受氩弧焊、气焊、焊条电弧焊和钎焊等方法。w焊接铜及其合金的最好方法也是氩弧焊。焊接时，焊丝可用特制的含硅、锰等脱氧元素的紫铜焊丝和磷青铜焊丝。此外，还需配用熔剂以保证焊接质量。w焊接质量要求不高的工件时，也常用气焊。此外，紫铜和铜合金也可接受焊条电弧焊，选用相应成分的铜及铜合金焊条。w运用性能焊接工艺 综合考虑质量、成本、生产率w第一节 焊接结构件材料的选择w尽量选择低碳钢和低合金钢。w冷静钢可做重要的焊接结构。w各种材料的焊接性如表4-8所示。w设计焊接结
41、构时，应多接受工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材。第四章焊接结构设计其次节 焊接接头的工艺设计w一焊缝的布置w结构设计关键，合理，削减应力、变形，强度，生产率，成本，劳动条件改善。w以下为原则：w1焊缝位置应便于操作w手弧焊焊条能伸入待焊部位。w埋弧焊放住焊剂。w点、缝电极能放入。w焊缝位置保证焊接装配简洁。w2焊缝应尽量分散w焊缝密集交叉接头交叉处过热，加大热影响区，降低力学性能，增大变形、应力。w3 焊缝尽量对称，使各焊缝变形相互抵消 w4 焊缝尽量避开最大应力或应力集中位置 w5 焊缝转角处应平缓过渡，避开应力集中。w6 焊缝尽量避开切削加工。w7 焊缝位置尽量平焊w二.焊接接头设计w依据结
42、构形态，运用性能，焊件厚度，坡口加工，难易程度，焊接方法等确定，应易于保证质量，降低成本。w1 接头型式：w常用型式：对接、搭接、角接和T型接头等。w对接受力简洁、匀整，节约材料、接头质量易保证。w搭接受力时产生弯矩。w2 坡口型式：w依据材料厚度定，还考虑坡口加工难易及焊接工艺。w手弧常用：V X Kw埋弧：坡口比手弧小，I，熔深大w钨氩气、焊薄板 卷边接头。w3 不同厚度金属材料焊接的过渡型式：w接头厚度尽量相同，避开应力集中，加热不均。w4.其它焊接方法的接头与坡口形式手工电弧焊操作空间 点焊或缝焊的焊缝设置 避开焊缝密集 避开最大应力部位 避开应力集中的部位 避开焊缝交汇 不同厚度板的
43、对接 8.5.5焊接件结构工艺设计示例w1.确定焊缝位置w2.设计焊接接头w3.选择焊接方法和焊接材料w4.瓶体装配图w5.主要工艺措施w6.主要工艺过程1.确定焊缝位置瓶体焊缝布置方案 2.设计焊接接头气瓶主环缝的接头形式 3.选择焊接方法和焊接材料w瓶体的焊接接受生产率高、焊接质量稳定的埋弧自动焊。焊接材料可用焊丝H08A、H08MnA或H10Mn2A，协作HJ431。w瓶嘴的焊接因焊缝直径小，用手弧焊焊接。构件材料选用20钢时，焊条可用E4303(J422)；构件材料为16Mn钢时，焊条可取E50l5(J507)。4.瓶体装配图5.主要工艺措施w上、下封头拉深成形后，因开口端变形大，冷变形强化严峻，加上板材纤维组织的影响，在残余应力作用下很简洁发生裂纹。为防止裂纹产生，拉深后应进行再结晶退火。w为削减焊接缺陷，焊件接缝旁边必需严格清除铁锈油污。w为去除焊接残余应力并改善焊接接头的组织与性能，瓶体焊后应进行整体正火处理，至少要进行去应力退火。6.主要工艺过程w落料谱拉深再结晶退火（冲孔）除锈装焊衬环、瓶嘴装配上、下封头除锈焊主环缝正火水压试验气密试验