機械制造基礎第4章焊接

1、機械制造基礎機械制造基礎 第第4 4章章 焊接焊接 4.1 4.1 概概述述 焊焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充填充 材材料，料，使工使工件達到結合的一種方法件達到結合的一種方法。焊接的實質就是通過適當?shù)?。焊接的實質就是通過適當?shù)?物理物理- -化學過程，使兩個分離表面的金屬原子接近到晶格距離化學過程，使兩個分離表面的金屬原子接近到晶格距離 （0.30.30.5nm0.5nm）形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體。）形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體。 1 1、焊接方法的分類、焊接方法的分類 焊焊接方法的種類很多，根據(jù)實現(xiàn)金屬原子間結

2、合的方式不同，可分為熔接方法的種類很多，根據(jù)實現(xiàn)金屬原子間結合的方式不同，可分為熔 化焊、壓力焊和釬焊三大類?；?、壓力焊和釬焊三大類。 2 2、焊接方法的主要特點、焊接方法的主要特點 節(jié)省材料，減輕重量，焊接的金屬結構件可比鉚接節(jié)省材料 節(jié)省材料，減輕重量，焊接的金屬結構件可比鉚接節(jié)省材料10102525；采；采 用點焊的飛行器結構重量明顯減輕，降低油耗，提高運載能力。用點焊的飛行器結構重量明顯減輕，降低油耗，提高運載能力。 簡化復雜零件和大型零件的制造過程。焊接方法靈活，可化大為小，以簡拼 簡化復雜零件和大型零件的制造過程。焊接方法靈活，可化大為小，以簡拼 繁，加工快，工時少，生產(chǎn)周期短。

3、許多結構都以鑄繁，加工快，工時少，生產(chǎn)周期短。許多結構都以鑄焊、鍛焊、鍛焊形式組合，焊形式組合， 簡化了加工工藝。簡化了加工工藝。 適應性強。多樣的焊接方法幾乎可焊接所有的金屬材料和部分非金屬材料。 適應性強。多樣的焊接方法幾乎可焊接所有的金屬材料和部分非金屬材料。 可焊范圍較廣，而且連接性能較好。焊接接頭可達到與工件金屬等強度或相可焊范圍較廣，而且連接性能較好。焊接接頭可達到與工件金屬等強度或相 應的特殊性能。應的特殊性能。 滿足特殊連接要求。不同材料焊接在一起，能使零件的不同部分或不同位置 滿足特殊連接要求。不同材料焊接在一起，能使零件的不同部分或不同位置 具備不同的性能，達到使用要求。如

4、防腐容器的雙金屬筒體焊接、鉆頭工作具備不同的性能，達到使用要求。如防腐容器的雙金屬筒體焊接、鉆頭工作 部分與柄的焊接、水輪機葉片耐磨表面堆焊等。部分與柄的焊接、水輪機葉片耐磨表面堆焊等。 降低勞動強度，改善勞動條件。 降低勞動強度，改善勞動條件。 3 3、焊接方法在工業(yè)生產(chǎn)中主要應用、焊接方法在工業(yè)生產(chǎn)中主要應用 制造金屬結構件 制造金屬結構件 焊接方法廣泛應用于各種金屬結構的制造，如橋梁、船舶、壓力容器、化工焊接方法廣泛應用于各種金屬結構的制造，如橋梁、船舶、壓力容器、化工 設備、機動車輛、礦山機械、發(fā)電設備及飛行器等。設備、機動車輛、礦山機械、發(fā)電設備及飛行器等。 制造機器零件和工具 制造

5、機器零件和工具 焊接件具有剛性好、改型快、周期短、成本低的優(yōu)點，適合于單件或小批量焊接件具有剛性好、改型快、周期短、成本低的優(yōu)點，適合于單件或小批量 生產(chǎn)加工各類機器零件和工具。如機床床身和機架、大型齒輪和飛輪、各種生產(chǎn)加工各類機器零件和工具。如機床床身和機架、大型齒輪和飛輪、各種 切削工具等。切削工具等。 修復 修復 采用焊接方法修復某些有缺陷、失去精度或有特殊要求的工件，可延長其使采用焊接方法修復某些有缺陷、失去精度或有特殊要求的工件，可延長其使 用壽命，提高使用性能。用壽命，提高使用性能。 近年來，焊接技術迅速發(fā)展，新的焊接方法不斷出現(xiàn)，在應用了計算近年來，焊接技術迅速發(fā)展，新的焊接方法

6、不斷出現(xiàn)，在應用了計算 機技術后，使其功能大增。焊接的精密化和智能化必將效力無比。機技術后，使其功能大增。焊接的精密化和智能化必將效力無比。 4.2 4.2 焊條電焊條電弧焊弧焊 焊條電焊條電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法。它利用電弧產(chǎn)生的熱熔化弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法。它利用電弧產(chǎn)生的熱熔化 被焊金屬，使之形成永久結合。由于它所需要的設備簡單、操作靈活，可以被焊金屬，使之形成永久結合。由于它所需要的設備簡單、操作靈活，可以 對不同焊接位置、不同接頭形式的焊縫方便地進行焊接，因此是目前應用最對不同焊接位置、不同接頭形式的焊縫方便地進行焊接，因此是目前應用最 為廣泛的焊接方法。為廣

7、泛的焊接方法。 焊條電焊條電弧焊按電極材料的不同可分為：弧焊按電極材料的不同可分為： 熔化 熔化極焊條電極焊條電弧焊弧焊 非熔化 非熔化極焊條電極焊條電弧焊弧焊 1 1、焊條電、焊條電弧焊工作原理弧焊工作原理 右右圖圖為焊條電為焊條電弧焊示意圖，圖中弧焊示意圖，圖中 的電路是以弧焊電源為起點，通過焊的電路是以弧焊電源為起點，通過焊 接電纜、焊鉗、焊條、工件、接地電接電纜、焊鉗、焊條、工件、接地電 纜形成回路。在有電弧存在時形成閉纜形成回路。在有電弧存在時形成閉 合回路，形成焊接過程。焊條和工件合回路，形成焊接過程。焊條和工件 在這里既作為焊接材料，也作為導體。在這里既作為焊接材料，也作為導體。

8、 焊接開始后，電弧的高熱瞬間熔化了焊接開始后，電弧的高熱瞬間熔化了 焊條端部和電弧下面的工件表面，使焊條端部和電弧下面的工件表面，使 之形成熔池，焊條端部的熔化金屬以之形成熔池，焊條端部的熔化金屬以 細小的熔滴狀過渡到熔池中去，與母細小的熔滴狀過渡到熔池中去，與母 材熔化金屬混合，凝固后成為焊縫。材熔化金屬混合，凝固后成為焊縫。 焊條電焊條電弧焊所用的設備需根據(jù)焊條和被焊材料選取。電源分為交流電和直弧焊所用的設備需根據(jù)焊條和被焊材料選取。電源分為交流電和直 流電兩種。流電兩種。 使用酸性焊條焊接低碳鋼一般構件時，應優(yōu)先考慮選用價格低廉、維修方便 使用酸性焊條焊接低碳鋼一般構件時，應優(yōu)先考慮選用

9、價格低廉、維修方便 的交流弧焊機；的交流弧焊機； 使用堿性焊條焊接高壓容器、高壓管道等重要鋼結構，或焊接合金鋼、有色 使用堿性焊條焊接高壓容器、高壓管道等重要鋼結構，或焊接合金鋼、有色 金屬、鑄鐵時，則應選用直流弧焊機。當采用某些堿性藥皮焊條時，如結金屬、鑄鐵時，則應選用直流弧焊機。當采用某些堿性藥皮焊條時，如結507507 時，必須選用直流焊接電源，而且要注意此時應將電焊機的負極接工件，正極時，必須選用直流焊接電源，而且要注意此時應將電焊機的負極接工件，正極 接焊條，稱為直流反接法；反之稱為正接法。如圖所示。接焊條，稱為直流反接法；反之稱為正接法。如圖所示。 （a a）正接法）正接法 （b

10、b）反接法）反接法 4.2.1 4.2.1 焊焊接電弧接電弧 焊接電弧是指發(fā)生在電極與工件之間的強烈、持久的氣體放電現(xiàn)象。焊接電弧是指發(fā)生在電極與工件之間的強烈、持久的氣體放電現(xiàn)象。 1. 1.電電弧的引燃弧的引燃 電電弧是一種氣體導電現(xiàn)象。氣體在一般情況下是不導電的，要使氣體導弧是一種氣體導電現(xiàn)象。氣體在一般情況下是不導電的，要使氣體導 電，須將兩個電極之間的氣體電離，即將中性氣體粒子分解為帶電粒子，并電，須將兩個電極之間的氣體電離，即將中性氣體粒子分解為帶電粒子，并 在兩電極間產(chǎn)生一定的電壓，使這些帶電離子在電場作用下做定向運動，兩在兩電極間產(chǎn)生一定的電壓，使這些帶電離子在電場作用下做定向

11、運動，兩 個電極間的氣體中就能連續(xù)不斷地通過很大的電流，從而形成連續(xù)燃燒的電個電極間的氣體中就能連續(xù)不斷地通過很大的電流，從而形成連續(xù)燃燒的電 弧。電極間的帶電粒子可以通過陰極的電子發(fā)射與電極間氣體的不斷電離得弧。電極間的帶電粒子可以通過陰極的電子發(fā)射與電極間氣體的不斷電離得 到補充。電弧放電時，產(chǎn)生大量的熱量，同時發(fā)出強烈的弧光。到補充。電弧放電時，產(chǎn)生大量的熱量，同時發(fā)出強烈的弧光。 焊焊接時接時, ,先將焊條與焊件瞬時接觸，發(fā)生短路。強大的短路電流流經(jīng)少數(shù)先將焊條與焊件瞬時接觸，發(fā)生短路。強大的短路電流流經(jīng)少數(shù) 幾個接觸點，致使接觸點處溫度急劇升高并熔化，甚至部分發(fā)生蒸發(fā)。當焊幾個接觸點

12、，致使接觸點處溫度急劇升高并熔化，甚至部分發(fā)生蒸發(fā)。當焊 條迅條迅速提起一定距離（速提起一定距離（5mm250 mm250 mm環(huán)環(huán) 焊縫焊縫 氬氬 弧焊弧焊 電弧電弧 全全 位置位置 0.50.52525好好 中中 等等 較高較高 鋁、銅、鈦、鋁、銅、鈦、 及其合金、不及其合金、不 銹鋼、耐熱鋼銹鋼、耐熱鋼 焊接質量好，成本高焊接質量好，成本高 常用焊接方法的特點及適用范圍常用焊接方法的特點及適用范圍 焊接焊接 方法方法 焊接焊接 熱源熱源 可焊空可焊空 間位置間位置 適用鋼板厚適用鋼板厚 度（度（mmmm） 焊縫成焊縫成 形性形性 生生 產(chǎn)產(chǎn) 率率 設備設備 費用費用 可焊材料可焊材料適用

13、范圍及特點適用范圍及特點 COCO2 2焊焊電弧電弧 全全 位置位置 0.80.85050 常用于薄板常用于薄板 較好較好高高較高較高碳鋼、低合金鋼碳鋼、低合金鋼 生產(chǎn)率高，無渣殼，成本低，宜生產(chǎn)率高，無渣殼，成本低，宜 焊薄板，也可焊中厚板，長直或焊薄板，也可焊中厚板，長直或 短曲焊縫短曲焊縫 電渣焊電渣焊電阻熱電阻熱立焊立焊 252510001000 常用常用4040450450 好好 高高 高高 碳鋼、低合金鋼、鑄碳鋼、低合金鋼、鑄 鐵鐵 較厚工件立焊縫較厚工件立焊縫 點焊點焊 電阻熱電阻熱 全位置全位置常用常用0.50.56 6 好好 很很 高高 較低較低 較高較高 碳鋼、低合金鋼、鋁

14、碳鋼、低合金鋼、鋁 及鋁合金及鋁合金 焊接薄板，接頭為搭接焊接薄板，接頭為搭接 縫焊縫焊 平焊平焊 3 3較高較高 焊接有密封要求的薄板容器和管焊接有密封要求的薄板容器和管 道，接頭為搭接道，接頭為搭接 對焊對焊 高高較低較低 較高較高 焊接桿狀零件，接頭為對接焊接桿狀零件，接頭為對接 釬焊釬焊 各種熱源（常各種熱源（常 用烙鐵和氧用烙鐵和氧 乙炔焰）乙炔焰） 平、立平、立 焊焊 好好高高 一般為金屬材料一般為金屬材料 常用于電子元件、儀器、儀表及常用于電子元件、儀器、儀表及 精密機械零件的焊接，還可完成精密機械零件的焊接，還可完成 其他焊接方法難以完成的異種金其他焊接方法難以完成的異種金 屬

15、間焊接。但接頭強度較低，接屬間焊接。但接頭強度較低，接 頭多為搭接頭多為搭接 選擇焊接方法時應依據(jù)下列原則：選擇焊接方法時應依據(jù)下列原則： 焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求 焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求 選擇焊接方法時既要考慮焊選擇焊接方法時既要考慮焊 件能否達到力學性能要求，又要考慮接頭質量能否符合技術要求。件能否達到力學性能要求，又要考慮接頭質量能否符合技術要求。 如點焊、縫焊都適于薄板輕型結構焊接，縫焊才能焊出有密封要求的 如點焊、縫焊都適于薄板輕型結構焊接，縫焊才能焊出有密封要求的 焊縫。焊縫。 又如氬弧焊和氣焊雖都能焊接鋁材容器，但接頭質量要求高時，應采 又如氬弧

16、焊和氣焊雖都能焊接鋁材容器，但接頭質量要求高時，應采 用氬弧焊。用氬弧焊。 又如焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時，應選用 又如焊接低碳鋼薄板，若要求焊接變形小時，應選用COCO2 2焊或點（縫）焊或點（縫） 焊，而不宜選用氣焊。焊，而不宜選用氣焊。 提高生產(chǎn)率，降低成本 提高生產(chǎn)率，降低成本 若板材為中等厚度時，選擇焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護焊均可，如 若板材為中等厚度時，選擇焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護焊均可，如 果是平焊長直焊縫或大直徑環(huán)焊縫，批量生產(chǎn)，應選用埋弧焊。如果是位果是平焊長直焊縫或大直徑環(huán)焊縫，批量生產(chǎn)，應選用埋弧焊。如果是位 于不同空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產(chǎn)，采用焊條電弧焊為好。于不同空間位置的短曲焊縫，單件或小批量生產(chǎn)，采用焊條電弧焊為好。 氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊 氬弧焊幾乎可以焊接各種的金屬及合金，但成本較高，所以主要用于焊 接鋁、鎂、鈦合金結構及不銹鋼等重要焊接結構。焊接鋁合金工件，板厚接鋁、鎂、鈦合金結構及不銹鋼等重要焊接結構。焊接鋁合金工件，板厚 10mm10mm采用熔化極氬弧焊為好，板厚采用熔化極氬弧焊為好，板厚6mm6mm采用鎢極氬弧焊適宜。若是板采用鎢極氬弧焊適宜。若是板 厚厚40mm40mm鋼材直立焊縫，采用電渣焊最適宜。鋼材直立焊縫，采用電渣焊最適宜。 焊接現(xiàn)場設