1、第三章 連接成形 緒論 3.1 焊接成形基礎(chǔ) 3.2 焊接成形方法 3.3 特種焊接與切割技術(shù) 3.4 常用工程材料的焊接 3.5 焊接件生產(chǎn)與檢驗（實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容） 3.6 膠接與機械連接,連接成形是將若干個構(gòu)件連接為一體的成形方法，按其機理不同，可分為焊接、膠接和機械連接等三大類，如下列框圖所示，也可按課本（P90）分為機械、物理化學(xué)和冶金連接。,緒論,*（4）重量輕、省料、省工、成本低:比鉚接可節(jié)省材料10%20%； （5）便于實現(xiàn)機械化和自動化。 不足： （1）焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸，修理和更換不方便。 （2）易產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形、裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等焊接缺陷。 （3）焊接接頭的組織和性

2、能較差。,焊接的特點： （1）成形方便：能短時間內(nèi)生產(chǎn)出復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)。 （2）適應(yīng)性強：能生產(chǎn)各種型號、批量設(shè)備。 *（3）連接性能好:焊縫可滿足各種性能要求。,焊接方法分三大類： （1）熔焊 指焊接過程中將焊件加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力而完成焊接的方法。熔焊適用于各種金屬和合金的焊接加工，常見的熔焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊等。 （2）壓焊 指焊接過程中對焊件施加壓力（加熱或不加熱）而完成焊接的方法。壓焊適用于塑性較好的金屬材料的焊接，常見的壓焊方法有電阻焊、摩擦焊等。 （3）釬焊 指將比母材（被焊接的材料的總稱）熔點低的填充金屬（稱作釬料）熔化之后填充工件接頭間隙，并與固態(tài)母材相互擴散以實

3、現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊不僅適合于同種材料的焊接加工，也適合于異種金屬或異類材料的焊接。,3-1 焊接成形基礎(chǔ),3.1.1 熔焊冶金過程及其特點 3.1.2 焊接接頭的組織和性能 3.1.3 焊接應(yīng)力與變形 3.1.4 焊接裂紋 3.1.5 材料的焊接性,3.1.1 熔焊冶金過程及其特點,熔焊冶金特點 ：,1、熔焊冶金過程和特點：在熔焊過程中，焊接接頭金屬將發(fā)生 一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，稱為熔焊冶金過程。,（化學(xué)冶金過程）空氣易發(fā)生各種冶金反應(yīng)，O、 N、H+Fe、C、Si、Mn、Cr、S、p；溫度高，金屬燒損 ；冶 金過程短，易出現(xiàn)成分偏析，渣、氣等不易排除，如Fe4N,H脆。 為了保證焊縫質(zhì)

4、量，采取的工藝措施： 1、機械保護：氣、渣，清理銹、水、油，烘干焊條等； 2、清除已進入熔池的有害元素：如Mn、Si鐵等合金，置換 Fe元素； 3、彌補燒損：如加入錳鐵等，提高焊縫性能。 造氣、造渣、滲合金；脫氧、脫氫、去SP。,藥皮：造氣、造渣、滲合金；脫氧、脫氫、去SP；稀渣、穩(wěn)弧。,焊接材料,碳鋼電焊條的型號用字母（大寫）”表示； 字母表示焊條類型（詳見表4.2.1）； 前兩位數(shù)字：表示熔敷金屬抗拉強度最小值的十分之一，單位為Mpa； 第三位數(shù)字；表示焊條適用的焊接位置（0和1表示焊條適于全位置焊接，2表示適于平焊及平角焊，4表示適于向下立焊）， 后兩位數(shù)字的組合表示焊接電源種類及藥皮類

5、型。如：E5015表示焊縫金屬抗拉強度不低于500MPa，適于全位置焊接，藥皮類型為低氫鈉型，電流種類為直流反接。,電焊條的牌號用“符號（或漢字）”表示； 符號表示焊條的類型（詳見表4.2.1）； 前兩位數(shù)字表示各大類中的若干小類（結(jié)構(gòu)鋼焊條表示焊縫金屬抗拉強度最小值的十分之一，單位為MPa）； 最后一位數(shù)字表示藥皮類型及焊接電源。 如：J422表示結(jié)構(gòu)鋼焊條焊縫金屬抗拉強度不低于420MPa，藥皮類型為氧化鈦鈣型，電源為直流或交流電源。,3）焊條的選用原則 選用焊條通常是根據(jù)焊件化學(xué)成分、力學(xué)性能、抗裂性、耐腐蝕性以及高溫性能等要求，選用相應(yīng)的焊條種類。再考慮焊接結(jié)構(gòu)形狀、受力情況、焊接設(shè)備

6、條件和焊條售價來選定具體型號。,兩種焊條特點 1、從力學(xué)性能考慮： 酸性焊條氧化性強，焊縫質(zhì)量差； 2、從焊接工藝考慮： 酸性焊條穩(wěn)弧性好，飛濺小，易脫渣，焊縫處理要求不嚴(yán)格，交、直流均可； 3、從經(jīng)濟性考慮： 酸性焊條價格便宜。,選擇（按鋼種）： 1、低碳鋼和普通低合金鋼：焊縫與母材等強度，按鋼材強度等級選相應(yīng)強度級別的焊條，注意：鋼材按屈服強度定等級，結(jié)構(gòu)鋼焊條等級按是指焊縫金屬抗拉強度最低保證值；不同鋼種的接頭，按較低強度者選用焊條，提高,塑韌性。,2、 鑄鋼含炭量一般較大，且形狀復(fù)雜，厚度較大，焊接時易產(chǎn)生應(yīng)力和裂紋，用堿性焊條。 3、不銹、耐熱鋼等用專用焊條。 4、受力復(fù)雜、高溫高壓

7、，應(yīng)選用堿性焊條。,3.1.2 焊接接頭的組織和性能 （物理冶金過程）,焊接接頭是由相互聯(lián)系，而在組織和性能上又有區(qū)別的三部分所組成，包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。,圖4.1.2 焊接接頭組織變化示意圖,一、焊接工件上溫度的變化與分布（熱循環(huán)） 焊接時，電弧沿著工件逐漸移動并對工件進行局部加熱。因此在焊接過程中，焊縫及其附近的金屬都是由常溫狀態(tài)開始被加熱到較高的溫度，然后再逐漸冷卻到常溫。但隨著各點金屬所在位置的不同，其最高加熱溫度是不同的。圖43給出了焊接時焊件橫截面上不同點的溫度變化情況。最高溫度不同，達到最高溫度的時間也不同。,1.焊縫區(qū) 熔焊焊縫的組織為柱狀鑄態(tài)組織,其結(jié)晶示意圖如3.

8、1.1所示.,以低碳鋼為例說明焊縫和焊縫附近區(qū)域由于受到電弧不同程度的加熱而產(chǎn)生的組織與性能的變化。,圖3.1.1焊縫金屬結(jié)晶示意圖,圖3.1.1焊縫金屬結(jié)晶示意圖,由于熔池冷卻速度較快,所以柱狀晶粒較細小，加上焊接材料滲入的合金如Mn、Si等高于母材，使得焊縫金屬的力學(xué)性能一般不低于母材性能，但易產(chǎn)生裂紋。,焊縫的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心成長的。因結(jié)晶時各個方向的冷卻速度不同，從而形成柱狀的鑄態(tài)組織，由鐵素體和少量珠光體所組成。因結(jié)晶是從熔池底部的半熔化區(qū)開始逐次進,行的，低熔點的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析物集中在焊縫中心區(qū)，將影響焊縫的力學(xué)性能。因此，應(yīng)慎重選用焊條或其它焊接材料。,2.熔

9、合區(qū) 又稱半熔化區(qū) 是焊縫與母材交接的過渡區(qū)，組織由粗大的過熱組織-粗晶和部分新結(jié)晶的鑄態(tài)組織構(gòu)成。該區(qū)很窄，化學(xué)成分和組織不均勻，接頭斷面變化，應(yīng)力集中，因此，強度低，脆性大，是焊接接頭中最薄弱的部位之一。,3 熱影響區(qū) 是指焊縫兩側(cè)因焊接熱作用沒有熔化但發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。對于低碳鋼，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。,（1）過熱區(qū)：組織為粗大的過熱組織，塑性和韌性較差。 （2）正火區(qū)：組織為正火組織，力學(xué)性能優(yōu)于母材。 （3）部分相變區(qū)：晶粒大小不均勻，力學(xué)性能較差。,二、影響焊接接頭質(zhì)量的因素分析 焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊接方法（如書P95-96表

10、3-4）、焊接參數(shù)、接頭形式和焊后冷卻速度等因素。 1、焊接材料：焊芯、焊絲、藥皮、焊劑； 2、焊接方法：熱源溫度高低、熱量集中程度，如激光焊熱量集中，熱影響區(qū)??；熔池保護如：氬弧焊； 3、焊接工藝：電流、電壓、焊接速度、線能量等直接影響接頭熱量大??；熔合比（坡口大小、形狀等）影響焊縫金屬成分，如：高碳鋼 “I”型坡口焊縫碳含量過高，易裂； 4、焊后熱處理：正火細化晶粒，退火降低應(yīng)力。,焊接熱影響區(qū)在電弧焊焊接接頭中是不可避免的。用焊條電弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)時，因熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進行熱處理即可使用。但對重要的碳鋼構(gòu)件、合金鋼構(gòu)件或用電渣焊焊接的構(gòu)件，則必須注意熱影

11、響區(qū)帶來的不利影響。為消除其影響，一般采用焊后正火處理，使焊縫和焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變成為均勻的細晶結(jié)構(gòu)，以改善焊接接頭的性能。 對焊后不能進行熱處理的金屬材料或構(gòu)件，則只能在正確選擇焊接方法與焊接工藝上來減少焊接熱影響區(qū)的范圍。,3.1.3 焊接應(yīng)力與變形,1、焊接應(yīng)力與變形的影響(書中3.2.4.2)：,2、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因：,當(dāng)焊縫及其相鄰區(qū)金屬處于加熱階段時都會膨脹，但受到焊件冷金屬的阻礙，不能自由伸長而受壓，形成壓應(yīng)力。該壓應(yīng)力使處于塑性狀態(tài)的金屬產(chǎn)生壓縮變形。隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，不能縮短到自由收縮所應(yīng)達到的位置，因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力(焊接應(yīng)力)。

12、下圖所示為平板對接焊縫和圓筒環(huán)形焊縫的焊接應(yīng)力分布狀況。,圖4.1.3 焊接應(yīng)力和焊接變形,2、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因：,焊后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力和變形稱為焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形。焊接應(yīng)力和焊接變形總是同時存在。 對于承受重載的重要結(jié)構(gòu)件、壓力容器等，焊接應(yīng)力必須加以防止和消除。,焊接時,焊縫和近縫區(qū)：產(chǎn)生壓應(yīng)力，同時產(chǎn)生壓縮變形。 近縫區(qū)兩側(cè)：產(chǎn)生拉應(yīng)力。,焊縫和近縫區(qū)：產(chǎn)生拉應(yīng)力。 兩側(cè)：產(chǎn)生壓應(yīng)力。,冷卻時,3、焊接應(yīng)力的減少和消除（3.2.4.4）： 考察由設(shè)計 焊接整個過程。 設(shè)計（*下述 其他弄懂為什么，看懂圖）、焊接方法、參數(shù)（電流）、順序、預(yù)熱、錘擊、退火。,首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)

13、計時應(yīng)選用塑性好的材料; 滿足需要時，接頭剛性要??； 盡量減少焊縫數(shù)量和尺寸，并避免焊縫密集（均勻）和交叉（ 少、小、短、不交叉、不密集）； 合理的焊接方法（釬焊、焊條電弧焊）焊接參數(shù)（電流、電壓、焊接速度、線能量（如激光）、焊條直徑等）；,采用合理的焊接順序，使焊縫自由收縮（先橫后縱，先內(nèi)后外）； 加熱減應(yīng)區(qū)（預(yù)熱）； 錘擊焊縫；相似 預(yù)熱（相似）和后熱（加熱到200-350保溫2-6h，主要消H）。 去應(yīng)力退火：加熱溫度為500650，可進行整 體或局部去應(yīng)力退火。,（10）機械拉伸法：對焊件施加載荷，使焊縫區(qū)產(chǎn)生塑性拉伸如：壓力容器的水壓試驗。 溫差拉伸法：利用溫差使焊縫兩側(cè)金屬受熱膨脹

14、以對焊縫區(qū)進行拉伸，使其產(chǎn)生拉伸塑性變形，減少或消除應(yīng)力。 振動法：通過激振器使焊接結(jié)構(gòu)發(fā)生共振產(chǎn)生循環(huán)應(yīng)力來降低或消除內(nèi)應(yīng)力。 相似，錘擊伸長，塑性變形.,圖4.1.7 溫度拉伸法示意圖 1噴水排管；2焊件；3、4氧乙炔焰炬,4、焊接變形的防止和矯正（3.2.4.3）：,（1）焊接變形的基本形式（如圖4.1.4所示）,圖4.1.4 焊接變形,（2）防止焊接變形的措施：,1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計上：,2）在工藝上：,反變形法 ；,結(jié)構(gòu)對稱、剛度要大 盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理地安排焊縫位置； （少、小、短、對稱、不交叉、不密集）； 合理選用焊縫的截面形狀，厚大截面兩面開坡口，對稱；,*結(jié)構(gòu)設(shè)計上 其

15、他看懂圖。,下頁圖 反變形法示例 a)預(yù)置反變形；b）塑性預(yù)彎反變形； c）強制預(yù)彎反變形（1螺旋夾頭）。,焊件產(chǎn)生變形主要是由焊接應(yīng)力引起的，預(yù)防焊接應(yīng)力的措施，除和自由伸縮外，都對防止焊接變形有效。,也可加余量法（像機床導(dǎo)軌鑄造時那樣） ；,2）在工藝上：,剛性固定法 ；合理選用焊接方法和焊接規(guī)范 ；選用合理的裝配焊接順序；預(yù)熱以減少溫差；捶擊高溫焊縫使其伸長。,圖4.1.9 剛性固定法防止角度變形示例 a）用夾具夾緊凸緣 b）用壓鐵壓緊薄板 1固定夾 2壓鐵 3焊件 4平臺5定位焊點,3.1.4 焊接裂紋（暫略）,熱裂紋（在固相線附近高溫下產(chǎn)生的裂紋）,限制母材和焊接材料的低熔點雜質(zhì)；

16、提高焊縫成形系數(shù)（即焊道的寬度與計算厚度之比）； 細化焊縫晶粒，減少偏析 ； 減少焊接應(yīng)力（預(yù)熱）； 操作上填滿弧坑。,產(chǎn)生的原因,防止措施,2、冷裂紋（在馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度以下產(chǎn)生的裂紋）,最常見的冷裂紋為延遲裂紋。冷裂紋的特征為無分支、穿晶開裂、斷口表面無氧化色等。,產(chǎn)生的原因 焊接接頭存在淬硬組織；焊接接頭氫含量較高；較大的焊接拉應(yīng)力,減少氫來源。用堿性焊條，要烘干，接頭要清潔； 避免產(chǎn)生淬硬組織，如采用焊前預(yù)熱、焊后緩冷的方法； 降低焊接應(yīng)力，采用合理的焊接工藝規(guī)范和焊后熱處理等 ； 焊后立即進行消氫處理（即加熱到250，保溫一定時間，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面），減少氫的危害。

17、,防止措施,3-2 焊接成形方法,3.2.1 熔焊 3.2.2 壓焊和釬焊,1.焊條電弧焊 2.埋弧焊 3.氣體保護電弧焊 4.氣焊 5.電渣焊,3.2.1 熔 焊,熔焊 指焊接過程中將焊件加熱至熔化狀態(tài)，而完成焊接的方法。熔焊在焊接生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，適用于各種金屬和合金的焊接加工，常見的熔焊方法有電弧焊、氣焊、和電渣焊等。,焊條電弧焊（習(xí)慣稱為手弧焊）是以焊接電弧為熱源，利用手工操作焊條進行焊接的方法。焊接過程如圖3.2.1所示。,圖3.2.1 焊條電弧焊示意圖,1.焊條電弧焊（日常電路的電蝕現(xiàn)象，由俄羅斯人發(fā)明）,焊接電弧,2）焊條電弧焊的焊接過程 焊條電弧焊的焊接過程如圖所示（幻燈片P4

18、3）。電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件和焊芯同時熔化 形成熔池，同時也使焊條的藥皮熔化和分解。藥皮熔化后與液態(tài)金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，所形成的熔渣不斷從熔池中浮起；藥皮受熱分解產(chǎn)生大量的CO2、CO和H2（有時要消H）等保護氣體，圍繞在電弧周圍，熔渣和氣體能防止空氣中氧和氮的侵入，起保護熔化金屬的作用。,3）焊接電弧的構(gòu)成及熱量分布（如圖3.2.3所示）,圖3.2.3 焊接電弧的構(gòu)成,問題： 1、交流電那極溫度高？2、工件一般應(yīng)用那種接法？ 3、交流比直流電弧穩(wěn)定嗎？,焊條電弧焊設(shè)備投資小，工藝適應(yīng)性強（如平、立、橫、仰和不規(guī)則焊縫等）； 但焊接質(zhì)量取決于工人的技術(shù)水平，不穩(wěn)定； 生產(chǎn)

19、率也不高； 飛濺、四射的弧光和散熱使用于加熱和熔化金屬的熱量只有6585%、產(chǎn)生的有毒氣體對工人的健康是有害的。因此，發(fā)明了埋弧自動焊（也稱熔劑層下電弧焊）。,研究思路：簡單地用一種機械代替人來引弧和運條？-不停換焊條不換焊條可以嗎？-想到買來的鐵絲、細鋼筋都是成卷的藥皮是脆性的，怎么辦？-將藥皮和焊絲分開焊劑撒在焊弧上，撲滅焊弧-事先在焊縫上鋪設(shè)一層焊劑，讓焊絲在焊基層下燃燒。,2、埋弧焊,埋弧焊，多為埋弧自動焊：指利用連續(xù)送進的焊絲在焊劑層下產(chǎn)生電弧而自動進行焊接的方法。是生產(chǎn)效率較高的機械化焊接方法之一。,一、埋弧焊的焊接過程 送絲入弧區(qū)、保持定弧長、弧在劑下燃、焊絲（或工件）勻速移、焊

20、劑前方撒。 部分焊劑熔化形成熔渣覆蓋焊縫表面，未熔化焊劑回收利用。 電弧燃燒焊劑融化成稀渣并于熔池金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)。,1-焊件；2-V形坡口；3-墊板；4-焊劑；5-焊劑斗；6-焊絲 7-送絲輪；8-導(dǎo)電器；9-電纜；10-焊絲盤；11-焊劑回收器；12-焊渣；13-焊縫；,埋弧焊的工藝過程示意圖,其中部分焊劑被蒸發(fā)，生成的氣體將電弧周圍的溶渣排開封閉的熔渣泡。有黏度，能承受一定壓力，使熔化金屬與空氣隔離（保護作用），并阻止金屬熔滴向外飛濺，減少熱能損失，阻止弧光四射。,比較手工電弧焊：板厚焊條直徑電流太大則條發(fā)紅。這里無藥皮散熱好、焊絲導(dǎo)電的長度短， 允許提高電流密度； 密度導(dǎo)致電弧吹力

21、增大。,因此，埋弧焊熔池深度很大。板厚小于25可不開坡口。,二、埋弧焊的特點（每一點由焊接過程進行考察）,(2)生產(chǎn)率高 （原因？） 熔深大，2025mm以下的工件可不開坡口進行焊接，節(jié)省了開坡口時間；更換焊條的時間； 減少熔滴向外飛濺和弧光四射，降低熱能損失； 無藥皮、焊絲導(dǎo)電長度短，無焊條發(fā)紅缺陷，埋弧焊的電流常用到1 000A以上，比焊條電弧焊高6-8倍，所以埋弧焊比焊條電弧焊提高生產(chǎn)率510倍。,(1)焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定 埋弧焊焊劑供給充足， 焊接參數(shù)能自動控制調(diào)整，焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定，焊縫成形美觀； 電弧區(qū)保護嚴(yán)密，渣、氣、熔渣泡，侵害小； 保護嚴(yán)密，散熱慢，熔池保持液態(tài)時間較長，冶

22、金過程進行得較為完善，氣體與雜質(zhì)易于浮出。,一般情況下，這一類特點問題：把握 “優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗”，再加一條： 勞動條件； 其他。其中 是基本的答案。,(3) 改善了勞動條件 無弧光，無飛濺，煙霧 少，自動化。焊接時只要焊工調(diào)整、管理焊機 就可自動進行焊接，勞動條件得到很大改善。 (4)節(jié)省金屬材料 埋弧焊熱量集中， 熔深大，20 25mm以下的工件可不開坡口進行焊接；而且 沒有焊條頭的浪費；飛濺很??；所以能節(jié)省大 量金屬材料。,圖3.2.6 埋弧焊示意圖,焊接設(shè)備 焊機，控制箱和焊接小車。,不同牌號焊絲不能混用。以防產(chǎn)生氣孔等缺陷。,三、焊接材料 焊絲和焊劑。 1）焊絲 作用與焊芯相同。,

23、2.埋弧焊,埋弧焊設(shè)備,埋弧焊焊絲,2）焊劑(簡介) 即焊接時所用的溶劑， 其作用為保護焊縫和對焊縫進行脫氧和滲合金；,按制造方法不同分：,焊劑的分類：,按化學(xué)成分不同分:,一般焊劑在使用前必須在250下烘干，并保溫12小時左右，保溫、烘干后立即使用。,四、埋弧焊工藝,（1）焊前準(zhǔn)備 清潔 焊接前，應(yīng)將焊縫兩側(cè)5060mm內(nèi)的一切污垢與鐵銹除掉，以免產(chǎn)生氣孔; 坡口 25可不開，為保證焊接質(zhì)量，10可開坡口，對接厚20mm以下工件時，可以采用單面焊接。如果設(shè)計上有要求(如鍋爐或容器)也可雙面焊接，工件厚度超過20mm時，可進行雙面焊接，或采用開坡口單面焊接。； 25時，Y坡口； 50，X或U；

24、 50雙U。,由于引弧處和斷弧處質(zhì)量不易保證，焊前應(yīng)在接縫兩端焊上引弧板與引出板(圖416)，焊后再去掉。,埋弧焊一般在平焊位置焊接，用以焊接對接接頭的長直線焊縫和環(huán)形焊縫。,（2）為了保持焊縫成形和防止燒穿，生產(chǎn)中常采用各種類型的焊劑墊和墊板(圖417)，或者先用焊條電弧焊封底。也可采用鎖底坡口；高生產(chǎn)率時，也可用水冷銅成型底板。,（3）環(huán)焊縫（一般直徑大于250） 焊接簡體對接焊縫時(圖418)，工件以一定的焊接速度旋轉(zhuǎn)，焊絲位置不動。為防止,熔池金屬流失，焊絲位置應(yīng)逆旋轉(zhuǎn)方向偏離焊件中心線一定距離a，其大小視筒體直徑與焊接速度等而定。,3.氣體保護電弧焊（簡稱氣體保護焊）,埋弧焊因焊劑問

25、題，不能全方位焊，而且，無論是焊條電弧焊還是埋弧焊，保護氣體（堿性焊條CO、CO2;酸性CO、H2。）會發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致保護不力。,問題：所選氣體必須滿足的條件,不易發(fā)生反應(yīng)；不溶解進入熔池；不易吸熱。,常用的惰性氣體是氬氣，可保護電極和熔池金屬不受空氣的有害作用。在高溫下，氬氣不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，因此氬弧焊的質(zhì)量比較高。Ar價格低于He，電弧穩(wěn)定，但He溫度高。 Ar+ He（10%）。,氣體保護電弧焊：是指利用外加氣體作電弧介質(zhì)來保 護電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法。,（1）氬弧焊 以氬氣作為保護氣體的氣體保護焊方法。氬弧焊按照電極材料不同分為不熔化極（鈰鎢極）氬弧焊和熔化

26、極氬弧焊，如圖3.2.7所示。,1）鎢極氬弧焊 指采用高熔點的鎢的合金（鈰鎢）棒作電極的惰性氣體保護焊，又稱TIG焊。如圖3.2.7a）所示。,圖3.2.7 氬弧焊示意圖,明弧操作，好控制，易實現(xiàn)機械化和自動化； 電流小，適用于焊接厚度6mm以下薄板,生產(chǎn)率低； 焊接鋼件時，多采用直流正接，以減少鎢極燒損； 焊接鋁、鎂及其合金時，應(yīng)采用交流電源或直流反接，以便獲得“陰極破碎”（也叫陰極霧化）作用； 焊厚件需加填充金屬；,鎢極氬弧焊特點,2）熔化極氬弧焊 指用連續(xù)送進的金屬焊絲作電極并兼作填充金屬的隋性氣體保護焊，簡稱MIG焊。如圖3.2.7（b）。,3）鎢極脈沖氬弧焊（PC-TIG） 采用可控

27、的脈沖電流來加熱工件的氬弧焊方法。(輸入能量小),氬弧焊設(shè)備和焊接材料：焊機和焊絲,總結(jié)：由于氬氣價格較高，氬弧焊目前主要用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金，也用于焊接不銹鋼、耐熱鋼和一部分重要的低合金結(jié)構(gòu)鋼焊件。,工藝特點： （1）焊薄板（不熔化極） 卷邊、母材夾條或焊絲夾條，也可像氣焊一樣，手拿焊絲。 （2）電流較小（不熔化極一般焊薄板，小于4） 防鎢極燒損。 （3）鋁、鎂及合金焊接時用直流反接或交流焊接，使正離子撞擊破碎氧化膜，以利融合。 （4）其他材料用正接，減少鎢極損耗。,氬弧焊焊機,氬弧焊焊絲,1）特點：,（2）CO2氣體保護焊 利用CO2作為保護氣體的一種熔化極氣體保護焊。,焊接成本低，

28、是埋弧焊、焊條電弧焊40%； 生產(chǎn)率高，自動化； 變形小，焊接質(zhì)量好； 明弧焊接，易于控制，適于全位置焊接；,優(yōu)點,適用于低碳鋼和強度級別不高的普通低合金鋼的焊接，常用的焊絲為H08Mn2SiA。,2）應(yīng)用：,飛濺大，焊縫成形差； 設(shè)備使用與維修不便； 易產(chǎn)生氣孔； 合金元素易氧化、燒損，不宜焊接非鐵金屬及合金和高合金鋼。,缺點（與氬弧焊比）：,由于C02的氧化作用，熔滴飛濺較為嚴(yán)重，因此焊縫成形不夠光滑。另外，如果控制或操作不當(dāng)，容易產(chǎn)生氣孔。,CO2氣體保護焊焊接設(shè)備,CO2氣體保護焊焊絲,氣焊特點及應(yīng)用：,1）特點：,電渣焊是利用電流通過液體熔渣產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的一種方法。,5.電渣

29、焊 （如圖3.2.9所示）,焊接材料：,進行電渣焊之前，應(yīng)很好地清理焊接端面，并將側(cè)面邊緣加工到一定光滑程度，以利于冷卻滑塊貼附和滑行。在工件下邊應(yīng)加焊引入板或引弧板，在工件上端應(yīng)加焊引出板。,電渣焊（與其它焊接方法相比有以下）工藝措施： 立焊； 利用熔化的焊劑產(chǎn)生的電阻加熱（正常焊接無電?。?安裝強制成型裝置（冷卻銅滑塊），引弧板和引出板。,3.2.2 壓焊和釬焊,1.壓焊 （1）電阻焊 （2）摩擦焊 2.釬焊,點焊焊件都采用搭接接頭。圖425為幾種典型的點焊接頭形式。,3）對焊 指把兩工件端部相對放置，利用焊接電流加熱，然后加壓完成焊接的電阻焊方法。,根據(jù)加壓和通電方式的不同：,對焊設(shè)備：

30、對焊機,對焊機,焊接過程：“通電 閃光加熱 頂鍛、斷電、頂鍛”。,火焰釬焊機,3.3 特種焊接與切割技術(shù),3.3.1 等離子弧焊接和切割 3.3.2 電子束焊接 3.3.3 激光焊接與切割 3.3.4 超聲波焊接 3.3.5 擴散焊 3.3.6 水射流切割,等離子弧,等離子焊接,等離子切割設(shè)備：等離子切割機,原子能、導(dǎo)彈、宇航技術(shù)，大量使用了一些稀 有金屬和難熔金屬，前述焊接方法因能量不足保護 不好，難以滿足焊接質(zhì)量，直到1956年真空電子束 焊的發(fā)明，才解決了這些稀有和難熔金屬的焊接問題。 利用高速（16萬千米/秒）、集中（106108W/cm2）的電子束轟擊焊件表面，電子動能變?yōu)楣ぜ崮堋?/p>

31、 熱影響區(qū)寬度0.050.75mm，（低碳鋼電弧焊僅熔合區(qū)就有0.11mm，還說“融合區(qū)雖然很窄”）,3.3.2 電子束焊接,電子束焊接,還有一種能量密度更高、焊接速度更快，焊接材料來不及氧化，可在大氣中焊接，不需保護的焊接方法。,利用原子受激輻射原理，使物質(zhì)受激而產(chǎn)生波長均一、方向一致和強度很高的光束稱為激光。,產(chǎn)生激光的器件稱為激光器。激光具有單色性好、方向性好以及能量密度高(可達105 1013 Wcm2 )等特點。,3.3.3 激光焊接與切割,(1)生產(chǎn)率高：激光輻射的能量釋放極其迅速，點焊過程只有幾毫秒。這不僅提高了生產(chǎn)率，而且被焊材料不易氧化。因此可以在大氣中進行焊接，不需要氣體保

32、護或真空環(huán)境。 (2)質(zhì)量好：激光焊接的能量密度很高，熱量集中，作用時間很短。所以焊接熱影響區(qū)極小，焊件不變形，特別適用于熱敏感材料的焊接。,(3)操作靈活：激光束可用反射鏡或偏轉(zhuǎn)棱鏡將其在任何方向上彎曲或聚焦，可以用光導(dǎo)纖維引到難以接近的部位。激光還可以通過透明材料壁進行聚焦，因此可以焊接一般焊法難以接近或無法安置的焊點。 (4)適應(yīng)性廣：激光可對絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料也比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。,激光焊接的特點是（詳細）：,激光切割機,激光焊接機,激光切割,激光切割產(chǎn)品,3.3.6 水射流切割,水射流切割是指利用高壓水(200400MPa)噴射工件進行切割的一種方

33、法，如圖3.3.3所示。設(shè)備為水射流切割機 應(yīng)用：可以切割金屬、玻璃、陶瓷、塑料等幾乎所有的材料，沒有熱變形，割縫整潔，切割質(zhì)量高。,圖3.3.3 水射流切割示意圖,水射流切割,水射流切割機,3.4 常用工程材料的焊接,3. 4. 1 材料的焊接性 3.4.2 常用金屬材料的焊接 1.非合金鋼的焊接 2.低合金鋼的焊接 3.不銹鋼的焊接 4.鑄鐵的焊接 5.非鐵金屬及合金的焊接 3.4.3 非金屬材料的焊接 1.塑料的焊接 2.陶瓷的焊接,3.5 黏結(jié)技術(shù)見后面PPT，緩講,3.4.1 材料的焊接性,材料的焊接性是指材料對焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。

34、,接合性能（工藝焊接性即在一定焊接工藝條件下，焊接接頭產(chǎn)生焊接缺陷的敏感性）；,使用性能（使用焊接性即在一定焊接工藝條件下，焊接接頭對使用要求的適應(yīng)性）；,2.焊接性的評價方法 常用間接法和直接法 （1）間接法 大多數(shù)被焊接材料是鋼，C對鋼的焊接性影響最大。碳當(dāng)量法是把鋼中合金元素的含量換算成碳的相當(dāng)含量來評估焊接時可能產(chǎn)生裂紋和硬化傾向的計算方法。計算公式為：,當(dāng)CE0.6%時，鋼的淬硬傾向大，焊接性更差，需采取較高的預(yù)熱溫度熱處理及前所述嚴(yán)格的工藝措施。,（2）直接試驗法(了解、用時再按標(biāo)準(zhǔn)試驗) 將被焊金屬做成一定形狀和尺寸的試樣，在規(guī)定的工藝條件施焊，鑒定產(chǎn)生缺陷傾向的程度。,先檢查焊

35、縫表面及熱影響區(qū)表面有無裂縫，再從垂直方向 切取金相磨片兩塊，進行低倍放大的裂縫檢驗。,3.4.2 常用金屬材料的焊接,1.非合金鋼的焊接 （1）低碳非合金鋼的焊接：,焊接性 良好,焊接時，一般不需要預(yù)熱和其它特殊的工藝措施。但低溫下焊接厚度大于50mm的工件時，應(yīng)采用大電流、多層焊，同時適當(dāng)預(yù)熱或焊后熱處理；電渣焊焊后應(yīng)進行正火處理等等?？刹捎盟械暮附臃椒ā２捎萌酆笗r，焊接材料可根據(jù)等強度原則，選擇焊條或焊絲。（詳見下頁）,焊接工藝,廣泛用于一般的工程結(jié)構(gòu)和強度要求不高的機器零件。,應(yīng)用,低碳鋼的焊接： 低碳鋼含碳量0.25，其塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接過程不敏感，焊接性好。焊這類鋼

36、時，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需進行熱處理(電渣焊除外)。 厚度大于50 mm的低碳鋼結(jié)構(gòu)，常用大電流多層焊，焊后應(yīng)進行消除內(nèi)應(yīng)力退火。 低溫環(huán)境下焊接剛度較大的結(jié)構(gòu)時，由于焊件各部分溫差較大，變形又受到限制，焊接過程容易產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件開裂，因此應(yīng)進行焊前預(yù)熱。 低碳鋼可以用各種焊接方法進行焊接。,（2）中碳非合金鋼的焊接,1、開坡口； 2、焊前預(yù)熱150-250，如 45鋼；不能預(yù)熱的工件可采用奧氏體不銹鋼焊條，A407，焊芯Cr18Ni9，Cr使E、S點向左下移，材料室溫下處于A狀態(tài)。以避免淬硬。 3、選用低氫型焊條或堿度較高的焊劑；如 J607、J557

37、.若不要求等強度可選擇J427強度低些的焊條； 3、使用細焊條、小電流、多層焊； 4、焊后立即進行熱處理（去應(yīng)力退火或高溫回火）； 常用焊接方法為焊條電弧焊，厚件可應(yīng) 用電渣焊，減輕淬硬傾向。,焊接工藝,（1）強度級別低（碳當(dāng)量低，s400MPa）的焊接,（2）強度級別較高（碳當(dāng)量高s400MPa）的焊接,用于在低溫或動載下工作的較重要的焊接結(jié)構(gòu)。,應(yīng)用,2.合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接,合金結(jié)構(gòu)鋼分為機械制造用合金結(jié)構(gòu)鋼（滲碳、調(diào)質(zhì)、彈簧、軸承鋼）-焊接結(jié)構(gòu)較少，若要焊接類似中碳鋼； 低合金結(jié)構(gòu)鋼：,低合金鋼焊接特點總結(jié)： (1)熱影響區(qū)的淬硬傾向：與鋼材化學(xué)成分和強度級別有關(guān)。碳及合金元素越多，強度級

38、別越高，焊后熱影響區(qū)淬硬傾向越大，09錳鋼淬硬傾向不大，而16錳鋼過熱區(qū)常出現(xiàn)馬氏體淬硬組織；強度級別大于450Mp級的低合金鋼，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組織，形成淬火區(qū)。 (2)焊接接頭的裂紋傾向：我國低合金鋼系列含碳量較低，且大部分含有一定量的錳，（MnS不溶于液態(tài)鐵進入熔渣）脫S，因此熱裂傾向不大；鋼材強度級別越高，產(chǎn)生冷裂紋傾向加劇，受焊縫及熱影響區(qū)含H量影響；淬硬程度；接頭應(yīng)力大小；其中H影響最大，液態(tài)合金易吸H，凝固后H在合金中擴散、聚集并誘發(fā)裂紋，但需要一定時間，形成所謂延遲裂縫。生產(chǎn)中若不能立即去應(yīng)力熱處理，可先進行消H處理（書P122）。,1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti

39、 00Cr18Ni11,3.不銹鋼的焊接（重點介紹奧氏體不銹鋼的焊接）,1）奧氏體不銹鋼的焊接：,具有較好的焊接性，但易出現(xiàn)焊縫的熱裂傾向和焊接接頭的晶間腐蝕傾向。,焊接性,11C,一般熔焊方法均可，其中氬弧焊最好；焊材與母材相配套的不銹鋼焊條或焊絲；為防止和減少接頭處的晶間腐蝕： 1、采用超低碳的焊材和母材， 00Cr18Ni11-A002 2、采用含有Ti、Nb等元素的焊材和母材； 1Cr18Ni9Ti A132、A137 ； 3、采用小電流、短弧快速焊、 焊條不擺動； 4、雙面焊時后焊與腐蝕介質(zhì)接觸的工作面； 對于耐蝕性要求較高的重要結(jié)構(gòu)，焊后要進行高溫固溶處理。,焊接工藝,2）馬氏體不

40、銹鋼和鐵素體不銹鋼的焊接（略）,焊接時，應(yīng)采取焊前預(yù)熱焊后熱處理等工藝，焊接材料選擇與母材同質(zhì)或奧氏體不銹鋼焊條；常用的焊接方法為焊條電弧焊和氬弧焊。,焊接工藝,均較差。易出現(xiàn)裂紋和脆化現(xiàn)象。,焊接性,1Cr13G202，焊前預(yù)熱250-350焊后700730回火；或用A102不預(yù)熱。 1Cr17-G302，焊前預(yù)熱120-200焊后780800回火、空冷；或用A102， A302不預(yù)熱。,4.鑄鐵的焊接,鑄鐵含碳量高，組織不均勻，塑性很低，屬于焊接性很差的材料。因此不應(yīng)用鑄鐵設(shè)計和制造焊接構(gòu)件。但鑄鐵件常出現(xiàn)鑄造缺陷，鑄鐵零件在使用過程中有時會發(fā)生局部損壞或斷裂，用焊接手段將其修復(fù)，經(jīng)濟效益

41、是很大的。所以，鑄鐵的焊接主要是焊補工作。,鑄鐵的焊接特點：,(1)熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織。 (2)易產(chǎn)生裂紋。 (3)易產(chǎn)生氣孔。 此外，鑄鐵的流動性好，立焊時熔池金屬容易流失，所以一般只應(yīng)進行平焊。 根據(jù)鑄鐵的焊接特點，采用氣焊、焊條電弧焊(個別大件可采用電渣焊)進行焊補較為適宜。按焊前是否預(yù)熱，鑄鐵的補焊可分為熱焊法（整體或局部加熱到600700）和冷焊法（不預(yù)熱或只預(yù)熱到400 以下）兩大類。,5.非鐵金屬及合金的焊接,銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多。其特點有： (1)銅的導(dǎo)熱性很高(紫銅為低碳鋼的8倍)，焊接時熱量極易散失。因此，焊前工件要預(yù)熱，焊接中要選用較大的電流或火焰。否則容易

42、造成焊不透的缺陷。 (2)液態(tài)銅易氧化，生成的Cu20與銅可組成低熔點共晶體，分布在晶界上形成薄弱環(huán)節(jié)。又因為銅的膨脹系數(shù)大，冷卻時收縮率也大，容易產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力。因此，焊接過程中極易引起開裂。 (3)銅在液態(tài)時吸氣性強，特別容易吸收氫氣。凝固時，氣體將從熔池中析出，來不及逸出去就會在工件中形成氣孔。 (4)銅的電阻極小，木適于電阻焊。 (5)某些銅合金比純銅更容易氧化，使焊接的困難增大。,（2）鋁及鋁合金的焊接：,焊接鋁、及其合金時，應(yīng)采用交流電源或直流反接，因為反接或工件處于負極半周時，質(zhì)量較大的氬離子撞擊熔池表面，使熔池表面極易形成的高熔點氧化膜破碎有利于焊接熔合和保證質(zhì)量，此現(xiàn)象稱為“陰極破碎”（也叫陰極霧化）作用。,工業(yè)中主要對純鋁、鋁錳合金、鋁鎂合金和鑄鋁件進行