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1、第四篇第四篇 焊接焊接焊接是应用最广泛的金属不可拆卸连接焊接是应用最广泛的金属不可拆卸连接方法方法 焊接过程的实质是利用加热、加压等手段，借助金属的原子结合与扩散作用，使分离的金属牢固地结合起来的成形方法。焊接方法分类焊接方法分类第一章第一章 电弧焊电弧焊第一节第一节 焊接电弧焊接电弧焊接电弧是在焊接电弧是在电极与工件之电极与工件之间的气体介质间的气体介质中长时间的放中长时间的放电现象。电现象。电焊机不同，电焊机不同，阳极区、阴极阳极区、阴极区的温度分布区的温度分布不同。不同。直流弧焊机，由于阳极和阴极上有差异，所直流弧焊机，由于阳极和阴极上有差异，所以有正接和反接两种接线方法。以有正接和反接
2、两种接线方法。焊条电弧焊只有焊条电弧焊只有65%85%的热量用于加热和的热量用于加热和溶化金属。溶化金属。第二节第二节 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能1焊缝宽度；2热影响区；A熔合区；2-1过热区；2-2完全重结晶区（正火区）；2-3部分重结晶区（部分相变区）；2-4再结晶区；2-5时效区；3母材组织低碳钢焊接接头的组成低碳钢焊接接头的组成焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能（1 1）焊缝）焊缝 由于焊接熔池小，冷却快，焊缝组织的晶粒由于焊接熔池小，冷却快，焊缝组织的晶粒有所细小。渗合金的作用。有所细小。渗合金的作用。焊缝金属的性能焊缝金属的性能可能不低于母材可能不低于母材。焊缝
3、结晶是从低部的半熔。焊缝结晶是从低部的半熔化区开始逐渐进行，各个方向的冷却速度不化区开始逐渐进行，各个方向的冷却速度不同，因此形成同，因此形成柱状晶柱状晶。低熔点的硫、磷和氧。低熔点的硫、磷和氧化铁等易偏析集中在化铁等易偏析集中在焊缝中心区焊缝中心区，这会影响，这会影响到焊缝的力学性能。到焊缝的力学性能。（2 2）热影响区）热影响区焊接热影响区是指焊缝附近因焊接热作用而焊接热影响区是指焊缝附近因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。低碳钢的热影发生组织和性能变化的区域。低碳钢的热影响区可分为响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分熔合区、过热区、正火区和部分相变区。相变区。1）熔合区（半溶化区）
4、熔合区（半溶化区）熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属成为过热粗晶。虽然该区很窄，但因其强度、塑成为过热粗晶。虽然该区很窄，但因其强度、塑性和韧性都下降，并且是应力集中处，所以是性和韧性都下降，并且是应力集中处，所以是焊焊接接头性能最薄弱的区域。接接头性能最薄弱的区域。2）过热区）过热区 奥氏体晶粒急剧长大的区域。该区材料较母奥氏体晶粒急剧长大的区域。该区材料较母材的塑性及韧性降低。材的塑性及韧性降低。3）正火区）正火区 加热时金属发生再结晶，冷却后得到均匀细加热时金属发生再结晶，冷却后得到均匀细小的组织，力学性能优于母材。小的组织，力学性能优于母材。4
5、）部分相变区）部分相变区 部分铁素体晶粒长大，力学性能比正火区稍部分铁素体晶粒长大，力学性能比正火区稍差。差。第三节第三节 焊接应力与变形焊接应力与变形原因：焊件被局部的不均匀加热原因：焊件被局部的不均匀加热一一.焊接应力的分布焊接应力的分布平板对接焊缝平板对接焊缝圆筒环形焊缝圆筒环形焊缝二二.预防和减少焊接应力预防和减少焊接应力在设计和施工中必须采取相应措施。首先，在在设计和施工中必须采取相应措施。首先，在结构设计时应该选用塑性好的材料，要避免使结构设计时应该选用塑性好的材料，要避免使焊缝密集交叉，避免焊缝截面过大和焊缝过长。焊缝密集交叉，避免焊缝截面过大和焊缝过长。其次，在施焊时应采用正确
6、的其次，在施焊时应采用正确的焊接参数和焊接焊接参数和焊接次序次序。焊前对焊件进行适当预热，以减小焊件各部位焊前对焊件进行适当预热，以减小焊件各部位之间的温差。之间的温差。对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接以后可以采用焊后消除应力退火的热处理方法。以后可以采用焊后消除应力退火的热处理方法。交叉平板焊接次序对焊接应力的影响交叉平板焊接次序对焊接应力的影响三三.焊件的变形焊件的变形 变形种类：变形种类：上图所示为焊接变形的基本类型。具体焊件会出现上图所示为焊接变形的基本类型。具体焊件会出现哪种变形，与焊件结构、焊缝布置、焊接工艺和应哪种变形，与焊件结构、
7、焊缝布置、焊接工艺和应力分布等因素有关。力分布等因素有关。一般情况下，结构简单的小型焊件，焊后仅出现收一般情况下，结构简单的小型焊件，焊后仅出现收缩变形，焊件尺寸减小。缩变形，焊件尺寸减小。当焊件坡口横截面的上下尺寸相差较大或焊缝分布当焊件坡口横截面的上下尺寸相差较大或焊缝分布不对称，以及焊接次序不合理时，则焊件容易发生不对称，以及焊接次序不合理时，则焊件容易发生角变形、弯曲变形或扭曲变形。角变形、弯曲变形或扭曲变形。对于薄板焊件，最容易产生不规律的波浪变形。对于薄板焊件，最容易产生不规律的波浪变形。四四.防止和消除焊接变形防止和消除焊接变形主要方法有：主要方法有：(1)(1)预防和减小焊接应
8、力；预防和减小焊接应力；(2)(2)当对焊接变形有比较严格的限定时，在结构设当对焊接变形有比较严格的限定时，在结构设计中，计中，应采用对称结构、大刚度结构或焊缝对称应采用对称结构、大刚度结构或焊缝对称分布结构；分布结构；(3)(3)施焊中，采用反变形措施或刚性夹持法；施焊中，采用反变形措施或刚性夹持法；(4)(4)对于焊后变形量不大，但已经超过允许值的焊对于焊后变形量不大，但已经超过允许值的焊件，可以采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除件，可以采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除焊接变形。焊接变形。五五.焊接裂纹焊接裂纹焊接裂纹存在于焊缝或熔合区。焊接裂纹存在于焊缝或熔合区。对于重要焊件，焊后应进
9、行焊接接头的对于重要焊件，焊后应进行焊接接头的内部探伤检查。内部探伤检查。裂纹的产生也与焊接材料的成分、焊缝裂纹的产生也与焊接材料的成分、焊缝金属的结晶特点和含氢量的多少有关。金属的结晶特点和含氢量的多少有关。第四节第四节 焊条电弧焊（手工电弧焊）焊条电弧焊（手工电弧焊）一一.原理及过程原理及过程 电弧热电弧热形成形成熔池熔池药皮药皮的冶金反应的冶金反应药皮产生保药皮产生保护气体护气体熔熔渣上浮渣上浮二二.电焊条电焊条1.普通焊条的组成及其作用普通焊条的组成及其作用焊芯焊芯：作为：作为电弧电极电弧电极和焊缝的和焊缝的填充金属填充金属；焊芯焊芯的直径即为焊条直径（的直径即为焊条直径（1.6mm8
10、mm),其中以其中以3.25mm的焊条应用最广。一般长度为的焊条应用最广。一般长度为350-400mm了解常用结构钢焊条焊芯的牌号和成分药皮药皮的作用的作用：a.帮助引弧，使电弧稳定；帮助引弧，使电弧稳定；b.产产生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化；c.向向焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度。焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度。了解焊条药皮原料的种类及其作用2.焊条种类焊条种类3.焊条型号和牌号焊条型号和牌号焊条型号焊条型号是国家标准中的焊条代号。E5516焊缝金属抗拉强度550MPa焊条的焊接位置，0、1表示适全位置焊接焊条电流种类和药皮类型。16表示低氢甲型药
11、皮，交流或直流反接；碳钢焊条焊条牌号焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。以结构钢焊条为例：J422焊条电流种类和药皮类型（见表4-4）；15为酸性焊条、6和7为碱性焊条。结构钢焊条焊缝金属的抗拉强度大于或等于420MPa4.5.手工电弧焊接特点及应用手工电弧焊接特点及应用焊接质量受焊工技术水平、施工条件等影响，变动幅度大。操作简单、灵活，可焊接各种空间位置的焊缝。是焊接生产中应用最广泛的方法。一般适用于单件小批生产2mm以上厚度的各种常用金属、各种焊接位置的焊缝和一些不规则的焊缝。第五节第五节 埋弧焊埋弧焊埋弧焊与手工电弧焊的特点比较埋弧焊与手工电弧焊的特点比较生产率高生产率高 焊丝上没有涂料，
12、可通过较大的电流；焊丝上没有涂料，可通过较大的电流；自动送丝，节省辅助时间自动送丝，节省辅助时间焊接质量高而且稳定焊接质量高而且稳定 熔池被液态焊渣泡包围；熔池被液态焊渣泡包围；熔池大而深，冶金过程进行的较为完善，气体与熔池大而深，冶金过程进行的较为完善，气体与杂质易于浮出；杂质易于浮出；焊接参数实现自动控制；焊接参数实现自动控制；埋弧焊与手工电弧焊的特点比较（续）埋弧焊与手工电弧焊的特点比较（续）节能、节材节能、节材 电弧的热量损失小，能量集中，节能；电弧的热量损失小，能量集中，节能；厚度在厚度在20mm以下的工件可不开坡口进行焊接；以下的工件可不开坡口进行焊接；没有焊头的浪费；很少金属溶滴
13、飞溅，节材。没有焊头的浪费；很少金属溶滴飞溅，节材。改善劳动条件改善劳动条件设备费用高，工艺装备复杂。设备费用高，工艺装备复杂。p适合中等厚度板材的长、直焊缝或大圆周环适合中等厚度板材的长、直焊缝或大圆周环形焊缝的平焊的焊接位置，通常采用焊接对形焊缝的平焊的焊接位置，通常采用焊接对接和接和T形形接头。不适于狭窄位置的焊缝以及接头。不适于狭窄位置的焊缝以及薄板的焊接。可焊钢板厚度为薄板的焊接。可焊钢板厚度为660mm第六节第六节亚弧焊焊接特点亚弧焊焊接特点非熔化极氩弧焊采用非熔化极氩弧焊采用铈钨棒铈钨棒作为电极，也称钨作为电极，也称钨极氩弧焊。焊接时电极不熔化，只起导电和产极氩弧焊。焊接时电极不
14、熔化，只起导电和产生电弧的作用，另有焊丝熔化充填熔池。因电生电弧的作用，另有焊丝熔化充填熔池。因电极通过的电流有限，所以只适用于极通过的电流有限，所以只适用于焊接厚度焊接厚度6mm以下的工件以下的工件。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极进行熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极进行焊接，因此可以采用较大的电流，适用于焊接焊接，因此可以采用较大的电流，适用于焊接厚度厚度25mm以下的工件。以下的工件。氩弧焊的主要特点是：氩弧焊的主要特点是：）适适用用于于焊焊接接各各类类合合金金钢钢、易易氧氧化化的的有有色色金金属属及及稀有金属。稀有金属。）氩氩弧弧焊焊电电弧弧稳稳定定，飞飞溅溅少少，焊焊缝缝致致
15、密密，表表面面没没有熔渣，成形美观。有熔渣，成形美观。）电电弧弧和和熔熔池池区区用用气气流流保保护护，明明弧弧可可见见，便便于于操操作，容易实现自动化焊接。作，容易实现自动化焊接。）电电弧弧在在气气流流压压缩缩下下燃燃烧烧，热热量量集集中中，熔熔池池小小，焊接速度快，热影响区较窄，工件焊接变形小。焊接速度快，热影响区较窄，工件焊接变形小。由由于于氩氩气气价价格格较较高高，目目前前氩氩弧弧焊焊主主要要用用于于铝铝合合金金、钛钛合合金金、镁镁合合金金，以以及及不不锈锈钢钢、耐耐热热钢钢的的焊焊接接和和一部分重要的低合金结构钢焊件一部分重要的低合金结构钢焊件。钨极脉冲氩弧焊钨极脉冲氩弧焊钨极脉冲氩弧
16、焊是近年来发展起来的新工艺，钨极脉冲氩弧焊是近年来发展起来的新工艺，特点特点（1）脉冲式电源的能量，易于控制，可避免烧）脉冲式电源的能量，易于控制，可避免烧穿工件，适合于焊接穿工件，适合于焊接0.15mm的钢材或管材，的钢材或管材，并能实现单面焊双面成形，保证根部焊透。并能实现单面焊双面成形，保证根部焊透。（2）适合各种空间位置的焊接）适合各种空间位置的焊接（3）焊接易淬火钢材和高强度钢，可减少裂纹）焊接易淬火钢材和高强度钢，可减少裂纹倾向和焊接变形。倾向和焊接变形。CO2保护焊保护焊 CO2保护焊是一保护焊是一种比较便宜的气种比较便宜的气体保护焊方法，体保护焊方法，它常用于它常用于30mm以
17、以下厚度的低碳钢下厚度的低碳钢和低合金结构钢和低合金结构钢的焊接的焊接。第七节第七节等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极氩等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊。等离子弧焊接不仅具有氩弧焊的优点，还具弧焊。等离子弧焊接不仅具有氩弧焊的优点，还具有以下特点：有以下特点：1）等等离离子子弧弧能能量量密密度度大大，弧弧柱柱温温度度高高，穿穿透透能能力力强强，因因此此焊焊接接厚厚度度1020mm的的钢钢材材可可以以不不开开坡坡口口，一一次次焊透双面成形。焊透双面成形。2）等等离离子子弧弧焊焊焊焊接接速速度度快快，生生产产率率高高，焊焊后后焊焊缝缝宽宽度度和高度均匀一致，焊缝表面光洁。和
18、高度均匀一致，焊缝表面光洁。3）电流小到）电流小到0.1A时，电弧仍然能稳定燃烧，并保持良时，电弧仍然能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。箔材。等等离离子子弧弧焊焊需需要要应应用用专专用用的的焊焊接接设设备备和和焊焊丝丝，设设备备比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。第二章第二章 其它常用焊接方法其它常用焊接方法 电阻焊的优点是：焊接电压低（电阻焊的优点是：焊接电压低（112伏特），伏特），焊接电流大（几千焊接电流大（几千几万安培），热量集中，几万安培），热量集中，焊接变
19、形小，不需要充填金属，对操作者技术焊接变形小，不需要充填金属，对操作者技术要求不高，易于实现机械化和自动化。不足之要求不高，易于实现机械化和自动化。不足之处是设备费用高，一些形状复杂的工件需要用处是设备费用高，一些形状复杂的工件需要用特殊装备，如专用夹具等。特殊装备，如专用夹具等。第一节第一节 电阻焊电阻焊 利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头。成焊接接头。电阻焊的形式电阻焊的形式点点 焊焊缝缝 焊焊对对 焊焊凸凸 焊焊第二节第二节第三节第三节第
20、三章第三章 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接第四章焊接结构设计第一节焊接结构件材料的选择自学第二节第二节 焊接接头的工艺设计焊接接头的工艺设计作业及习题作业及习题1.1.低碳钢的热影响区可分为低碳钢的热影响区可分为熔合区、过熔合区、过热区、正火区和部分相变区。热区、正火区和部分相变区。2.预防和减少焊接应力的方法预防和减少焊接应力的方法3.3.防止和消除焊接变形的主要方法防止和消除焊接变形的主要方法4.4.焊条电弧焊的焊接过程焊条电弧焊的焊接过程5 5、焊接要求有密封性的焊接要求有密封性的3mm3mm以下的薄以下的薄板结构，最佳的焊接方法板结构，最佳的焊接方法()()(A)(A)手工电弧焊手工电弧焊 (B)(B)气体保护焊气体保护焊 (C)(C)电电渣焊渣焊 (D)(D)电阻焊电阻焊 （E E）摩擦焊摩擦焊