第九章材料的連接成型材料的連接分可拆卸和永久性兩種。可拆卸連接有：螺紋、鍵、銷等。永久性連接有：鉚接、焊接。焊接是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件（同種或異種材料），用或不用填充材料，通過(guò)局部加熱或加壓達(dá)到原子間的結(jié)合，造成永久性連接的工藝過(guò)程。第一節(jié)焊接概述一、焊接的特點(diǎn)1、節(jié)約金屬材料，2、密封性好3、以小拼大，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單4、便于制造雙金屬結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是焊縫處的力學(xué)性能有所降低，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形。二、焊接方法分類一般都根據(jù)熱源的性質(zhì)、形成接頭的狀態(tài)及是否采用加壓來(lái)劃分。1、熔化焊熔化焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。它包括氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。2、壓焊壓焊是通過(guò)對(duì)焊件施加壓力（加熱或不加熱）來(lái)完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。3、釬焊釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，在加熱溫度高于釬料低于母材熔點(diǎn)的情況下，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的方法。它包括硬釬焊、軟釬焊等。四、焊接的應(yīng)用1、制造金屬結(jié)構(gòu)2、制造金屬零件或毛坯3、連接電器導(dǎo)線

（2）電弧的組成電弧由三部分構(gòu)成。（見(jiàn)圖）即：陰極區(qū)：焊條端面的白亮斑點(diǎn)部位，產(chǎn)熱36%，是熔化焊條熱量的主要來(lái)源，平均溫度2400（K）。陽(yáng)極區(qū)：工件上對(duì)應(yīng)焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)，產(chǎn)熱43%，平均溫度2600（K）?；≈鶇^(qū)：為兩電極間空氣隙。平均溫度5000~8000（K）。（3）電極的極性采用直流電焊機(jī)焊接時(shí)，有正接和反接兩種方法。而交流電弧焊設(shè)備極性頻繁變化，不存在極性問(wèn)題。1）正接——焊件接電源正極，焊條接負(fù)極。焊件加熱多，適宜焊厚板。2）反接——焊件接電源負(fù)極，焊條接正極。適合焊薄板或有色金屬。二、焊接過(guò)程的冶金特點(diǎn)（1）反應(yīng)區(qū)溫度高，使合金元素強(qiáng)烈蒸發(fā)和氧化燒損。（2）金屬熔池體積小，處于液態(tài)的時(shí)間很短，導(dǎo)致氣體和雜質(zhì)來(lái)不及浮出而易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。（3）有害氣體容易侵入溶池，形成脆性氧化物，使焊縫的塑性、韌性明顯下降。為保證焊縫化學(xué)性能和力學(xué)性能，常采用氣體保護(hù)焊。三、焊條1、焊條的組成及作用手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。（1）焊芯①作為電弧焊的一個(gè)電極，與焊件之間導(dǎo)電形成電弧；②在焊接過(guò)程中不斷熔化，作為填充金屬與熔化的母材共同結(jié)晶形成焊縫；四、焊條電弧焊基本工藝

1、焊接接頭和坡口焊接中，由于焊件的厚度、結(jié)構(gòu)及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對(duì)接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等。

開(kāi)坡口的目的是為了保證工件焊透，方法有刨削、氣割、磨削等。如右圖，詳見(jiàn)P222圖9-4。2、焊縫的空間位置按操作的難易程度依次有：平焊、立焊、橫焊、仰焊。3、焊接參數(shù)選擇（1）焊條直徑：根據(jù)焊件厚度按表9-2選擇。（2）焊接電流：按P223公式計(jì)算。（3）焊接速度與電弧長(zhǎng)度：根據(jù)具體情況及經(jīng)驗(yàn)。（介紹速度快慢及電弧長(zhǎng)短的結(jié)果）

以低碳鋼為例，說(shuō)明焊接過(guò)程造成金屬組織和性能的變化。如圖4-6所示。受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材組織性能發(fā)生變化的區(qū)域，叫焊接熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。熔合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)，叫熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。圖4-6低碳鋼焊接接頭的組織變化五、焊接接頭組織與性能2.熔合區(qū)的組織和性能該區(qū)的溫度在液相線與固相線之間，寬度約有0.1-0.4mm，金屬處于局部熔化狀態(tài)，化學(xué)成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過(guò)熱組織或粗大的淬硬組織，使強(qiáng)度下降，塑性、韌性極差，是產(chǎn)生裂紋和脆性破壞的起源，其性能是焊接接頭中最差的。圖4-6低碳鋼焊接接頭的組織變化3.熱影響區(qū)的組織和性能

熱影響區(qū)各點(diǎn)的最高加熱溫度不同，其組織變化也不相同。如圖4-6所示，熱影響區(qū)可分為過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。1）過(guò)熱區(qū)：緊靠融合區(qū)，溫度在固相線與11000C之間，晶粒粗大，塑性和韌性明顯下降，易產(chǎn)生焊接裂紋，是熱影響區(qū)中力學(xué)性能最差的部位。2）正火區(qū)：最高加熱溫度在Ac3至11000C的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細(xì)小的正火組織，力學(xué)性能較好，優(yōu)于母材。3）部分相變區(qū)：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。

圖4-6低碳鋼焊接接頭的組織變化

六、焊接應(yīng)力與變形1.焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊件在焊接過(guò)程中受到局部加熱和冷卻時(shí)的凝固收縮是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。焊接變形降低了工件的精度，需重新校正。應(yīng)力降低焊件的性能，是造成焊件裂紋的主要原因之一。常見(jiàn)的變形基本形式見(jiàn)后頁(yè)圖。2、減小焊接應(yīng)力與變形的措施。1）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；2）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力3）采取合理的焊接順序，使焊縫能較自由的收縮，如后頁(yè)圖。

一般焊接順序?yàn)椋?）先焊收縮量較大的焊縫；2)工作時(shí)受力較大的焊縫；3)先焊錯(cuò)開(kāi)的短焊縫，后焊直通的長(zhǎng)焊縫。

圖4-10合理安排焊接順序

工字梁反變形平板對(duì)接焊反變形3、預(yù)防和校正焊接變形的措施：1）采用反變形法，焊前留出變形余量，如圖。埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進(jìn)和電弧移動(dòng)都采用機(jī)械來(lái)完成。埋弧焊設(shè)備由焊接電源、焊車、控制箱三部分組成。焊車由送絲機(jī)頭、行走小車、控制盤、焊絲盤和焊劑漏斗等組成。優(yōu)點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高、節(jié)省焊接材料，成本低；2）焊接質(zhì)量好；3）勞動(dòng)條件好。4）適于成批生產(chǎn)中、厚板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)直縫與直徑較大的環(huán)縫。缺點(diǎn)：1）適應(yīng)性較差，焊前準(zhǔn)備工作量大；2）因焊接電流強(qiáng)度大，不適于3mm以下薄板；3）難以完成鋁、鈦等強(qiáng)氧化性金屬及合金的焊接；4）設(shè)備一次性投資較大。第三節(jié)其他焊接方法簡(jiǎn)介一、埋弧焊圖4-17埋弧焊焊接過(guò)程1—焊件2—焊劑3—焊劑漏斗4—焊絲5—送絲滾輪6—導(dǎo)電嘴7—焊縫8—渣殼圖4-18埋弧焊焊縫成形示意圖焊接時(shí)，用與藥皮相同作用的化學(xué)焊劑覆蓋焊接區(qū)，對(duì)熔融金屬起保護(hù)和冶金反應(yīng)的作用。焊絲從導(dǎo)電嘴伸出，采用大電流焊接，比手工電弧焊高4倍，故適宜焊接較厚材料，也可焊接大直徑筒體。

氣體保護(hù)焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧區(qū)的熔滴和熔池及焊縫的電弧焊。常用的保護(hù)氣體有惰性氣體（氬氣、氦氣和混合氣體）和活性氣體（二氧化碳?xì)猓﹥煞N，分別成為惰性氣體保護(hù)焊和CO2焊。氣體保護(hù)焊焊接時(shí)在溶池上方的焊接區(qū)形成一個(gè)氣罩，使熔融金屬與外界隔絕而得到保護(hù)，焊絲和保護(hù)氣體由不同的機(jī)構(gòu)連續(xù)地分別送入焊接區(qū)域，透過(guò)氣體介質(zhì)，能看到焊接情況，比埋弧焊操作性好。但因空氣流動(dòng)的原因，不宜在室外進(jìn)行。二、氣體保護(hù)電弧焊中性焰是氧與乙炔體積的比值為1.1~1.2的混合氣燃燒形成的氣體火焰，內(nèi)焰溫度最高可達(dá)3150℃。用于焊接低、中碳合金鋼、純銅和鋁合金等。碳化焰是氧與乙炔的體積的比值小于1時(shí)形成的氣體火焰，因?yàn)橐胰灿羞^(guò)剩量，所以火焰比中性焰長(zhǎng)，溫度低，用于焊接高碳鑄鐵和硬質(zhì)合金。氧化焰氧氣與乙炔的比值>1.2時(shí)燃燒形成的火焰，溫度比中性焰高、火焰短。一般用于焊接青銅、黃銅等。氣焊焊接溫度低，加熱緩慢，變形嚴(yán)重，適宜焊接2mm以下的薄板。適用于無(wú)電源的施工場(chǎng)地。四、電阻焊電阻焊是利用電流通過(guò)焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。電阻焊可分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊。

電阻對(duì)焊

1、對(duì)焊對(duì)焊是利用電阻熱將焊件斷面對(duì)接焊合的一種電阻焊，如圖所示。五、電渣焊是利用電流通過(guò)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。在開(kāi)始焊接時(shí)，使焊絲與起焊槽短路起弧，不斷加入少量固體焊劑，利用電弧的熱量使之熔化，形成液態(tài)熔渣，待熔渣達(dá)到一定深度時(shí)，增加焊絲的送進(jìn)速度，并降低電壓，使焊絲插入渣池，電弧熄滅，從而轉(zhuǎn)入電渣焊焊接過(guò)程。電渣焊的特點(diǎn):適合焊40mm以上的焊縫；生產(chǎn)率高，焊接材料消耗少，不需開(kāi)坡口；因渣池覆蓋住熔池，焊縫金屬較純凈；焊縫金屬在高溫下停留時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)熱區(qū)大，焊縫金屬組織粗大，焊后應(yīng)進(jìn)行正火細(xì)化處理。圖4-23電渣焊過(guò)程示意圖六釬焊釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤(rùn)母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊按釬料熔點(diǎn)可分為軟釬焊、硬釬焊。釬劑能除去氧化膜和油污等雜質(zhì)，保護(hù)母材接觸面和釬料不