第十一章焊接

1、第十一章第十一章焊焊 接接化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達(dá)到原子間結(jié)合的一種連接方法。 焊接的種類 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第一節(jié) 焊條電弧焊 采用手工操縱焊條，利用焊條和焊件之間建立起來(lái)的穩(wěn)定燃燒電弧，使焊條和焊件局部熔化，冷卻后形成焊縫而獲得牢固的焊接接頭。 一、焊接電弧 電極與工件之間的氣體介質(zhì)中長(zhǎng)時(shí)間的放電現(xiàn)象。 （一）焊接電弧的產(chǎn)生 （二）焊接電弧的組成 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 陰極區(qū) 電弧中靠近負(fù)電極的區(qū)域。碳鋼焊條焊接時(shí)，該區(qū)的平均溫度為2400K。 陽(yáng)極區(qū) 電弧中靠近正電極的區(qū)域。用碳鋼焊條焊接時(shí)，

2、該區(qū)的平均溫度為2600K。 弧柱區(qū) 陰極區(qū)和陽(yáng)極區(qū)之間的部分，弧柱區(qū)溫度較高，約為60008000K。（三）電弧的極性 直流電源焊接時(shí)，有兩種極性的接法： 正接法 焊件接直流電源正極，焊條接負(fù)極。反接法 焊件接直流電源負(fù)極，焊件接正極。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 二、電弧焊的冶金過(guò)程 焊接的冶金過(guò)程的特點(diǎn)： 金屬熔池的體積很小，各種冶金反應(yīng)進(jìn)行得不充分； 熔池溫度高，使金屬元素產(chǎn)生強(qiáng)烈的熔損和蒸發(fā)，同時(shí)，熔池周圍又被冷的金屬所包圍，使焊縫處產(chǎn)生應(yīng)力和變形，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)_(kāi)裂。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 三、焊條 （一）焊條的組成及作用 1.焊芯 焊條中被藥皮包覆的金屬芯。 焊芯

3、作為電極，起導(dǎo)電作用，產(chǎn)生電弧，提供焊接熱量；作為填充金屬，與熔化的被焊工件共同組成焊縫。 2.藥皮 壓涂覆在焊芯表面的涂料層。主要作用：改善焊接工藝性機(jī)械保護(hù)作用冶金作用 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）焊條的種類、型號(hào)和牌號(hào) 1.焊條的分類 酸性焊條 堿性焊條 2.焊條的型號(hào)和牌號(hào) 焊條型號(hào) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)。 焊條牌號(hào) 行業(yè)統(tǒng)一代號(hào)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 3.焊條的選用 一般應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分 等成分原則。結(jié)構(gòu)的使用條件和特點(diǎn) 焊條的工藝性焊接設(shè)備條件 四、焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和焊接熱影響區(qū)三部分組成 （一）焊接接頭的組織與性能 1.焊縫的組

4、織和性能 由母材和焊條熔化形成的熔池在冷卻結(jié)晶后形成的結(jié)合部分。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 2.熔合區(qū)的組織和性能 熔合區(qū)溫度處于液相線與固相線之間，是焊縫金屬到母材金屬的過(guò)渡區(qū)域。 焊接接頭中力學(xué)性能最低的部位。 3.熱影響區(qū)的組織和性能 在焊接過(guò)程中，材料因受熱影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。 過(guò)熱區(qū)粗大的過(guò)熱組織，強(qiáng)度、塑性和韌性明顯下降。正火區(qū) 力學(xué)性能優(yōu)于母材。部分相變區(qū) 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）影響焊接接頭性能的因素 主要因素有 焊接材料（焊條、焊絲、焊劑等）、焊接方法、焊接工藝參數(shù)、坡口形式、焊后冷卻速度和焊后熱處理等。 （三）改善焊接

5、接頭組織和性能的措施 盡量選擇低碳，且硫、磷含量低的鋼材作為焊接結(jié)構(gòu)材料。 使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。 采用多層焊。 進(jìn)行焊后熱處理，焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的力學(xué)性能。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 五、焊接應(yīng)力與變形 （一）焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 在焊接過(guò)程中，對(duì)焊件局部進(jìn)行不均勻的加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）焊接變形的基本形式 （三）減少焊接應(yīng)力和變形的措施 1.焊前預(yù)熱 2.選擇合理的焊接順序： 3.加熱減應(yīng)區(qū) 4.錘擊焊縫 5.焊后熱處理 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （四）焊接變形的防止和矯正

6、1.加余量法 2.反變形法 3.剛性固定法 4.機(jī)械矯正法 5.火焰矯正法 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第二節(jié) 其他熔焊方法 一、埋弧焊電弧埋在焊劑層下燃燒并進(jìn)行焊接的方法。 （一）埋弧自動(dòng)焊的焊接過(guò)程 （二）埋弧焊的焊接材料 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （三）埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用埋弧自動(dòng)焊的優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高 焊接質(zhì)量好勞動(dòng)條件好 節(jié)省焊接材料 埋弧自動(dòng)焊一般只適用于水平位置的長(zhǎng)直焊縫和直徑250mm以上的環(huán)形焊縫?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 二、氣體保護(hù)電弧焊 用外加氣體將電弧、熔化金屬與周圍的空氣隔離，以保護(hù)電弧區(qū)的熔化金屬和焊縫的電弧焊 。（一）氬弧焊以氬氣作為保護(hù)氣

7、體的氣體保護(hù)焊。 1.不熔化極氬弧焊 2.熔化極氬弧焊 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 氬弧焊的特點(diǎn)： 焊縫金屬純凈，可用于各種合金鋼、易氧化的非鐵合金及稀有金屬。 焊接過(guò)程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)都能精確控制，明弧操作，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)。 電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，周圍氣流對(duì)焊縫有冷卻作用，因此焊接接頭的熱影響區(qū)小，焊后變形小，可對(duì)3mm以下薄板進(jìn)行焊接。氬氣價(jià)格較貴，焊件成本高。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）CO2氣體保護(hù)焊（簡(jiǎn)稱CO2焊）采用CO2作為保護(hù)氣體的電弧焊。 CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)：成本低 生產(chǎn)效率高質(zhì)量好操作性能好 CO2氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn)是飛濺大，成

8、形較差，煙霧多，弧光強(qiáng)烈，容易產(chǎn)生氣孔。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 三、氣焊 利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w氧混合燃燒形成的火焰作為熱源進(jìn)行熔化焊的一種方法。 （一）氣焊過(guò)程 （二）氣焊火焰的種類及應(yīng)用 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （三）氣焊的特點(diǎn) 氣焊設(shè)備簡(jiǎn)單，不需電源，靈活方便。 氣焊火焰溫度低，加熱緩慢，工件受熱面積大，熱影響區(qū)較寬，因此焊接變形大。 火焰對(duì)熔池保護(hù)差，焊縫易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。 生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 四、電渣焊 利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣時(shí)所產(chǎn)生的電阻熱熔化母材和填充金屬進(jìn)行焊接的方法。 （一）電渣焊焊接過(guò)程 電渣焊的特點(diǎn)：

9、焊接厚板時(shí)，生產(chǎn)效率高，成本低 焊縫金屬潔凈 熱影響區(qū)寬，晶粒較粗大 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 五、等離子弧焊 等離子弧的產(chǎn)生原理 等離子弧焊的特點(diǎn)： 等離子弧焊具有能量密度大、弧柱溫度高、穿透能力強(qiáng)、電弧穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)， 等離子弧焊的生產(chǎn)率高，焊后的焊縫寬度和高度均勻一致，焊縫表面光潔。 電弧穩(wěn)定燃燒，具有良好的挺直度和方向性。 等離子弧焊設(shè)備復(fù)雜，氣體消耗大，焊接成本較高?；瘜W(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第三節(jié) 壓焊與釬焊 一、壓焊 在焊接過(guò)程中，對(duì)焊件施加一定壓力（加熱或不加熱）以實(shí)現(xiàn)焊接的方法。 （一）電阻焊 利用電流通過(guò)焊件及其接觸面產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將焊件局部加熱到塑性或

10、熔化狀態(tài)，然后在外界壓力作用下形成焊接接頭的一種焊接方法。 1.點(diǎn)焊 將工件裝配成搭接接頭，并壓緊在柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 2.縫焊 3.對(duì)焊 電阻對(duì)焊 閃光對(duì)焊 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）摩擦焊 利用兩工件焊接端面之間相互摩擦而產(chǎn)生的熱量將工件端面加熱到塑性狀態(tài)后，在壓力作用下使它們連接起來(lái)的一種壓焊方法。 1.摩擦焊原理 2.摩擦焊的特點(diǎn)：焊接接頭質(zhì)量高接頭不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。適用范圍廣 生產(chǎn)效率高 摩擦焊操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 二、釬焊 采用比母材熔點(diǎn)低的金屬

11、材料做釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料的熔點(diǎn)，但低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材、填充間隙，并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。 軟釬焊 釬料熔點(diǎn)在450以下的釬焊 。硬釬焊 釬料熔點(diǎn)在450以上的釬焊。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第四節(jié) 常用金屬材料的焊接 一、金屬材料的焊接性 （一）焊接性的概念 材料在限定的施工條件下焊接成滿足設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并達(dá)到預(yù)期使用要求的能力。 材料的焊接性包括工藝焊接性 和使用焊接性 （二）金屬焊接性的評(píng)定方法 通常是檢測(cè)金屬材料焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋傾向的程度。 碳鋼和普通低合金鋼可以用碳當(dāng)量等來(lái)粗略預(yù)測(cè)其焊接性的好壞。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n

12、 國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦碳鋼和普通低合金鋼焊接的碳當(dāng)量（CE）計(jì)算公式為：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15 當(dāng)CE0.6%時(shí)，鋼的焊接性差。 表表11-6 常常見(jiàn)見(jiàn)金金屬屬材材料料的的可可焊焊性性比比較較 二、碳鋼的焊接 （一）低碳鋼的焊接 低碳鋼的含碳量小于0.25%，一般沒(méi)有淬硬、冷裂傾向，所以低碳鋼的焊接性良好。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）中碳鋼的焊接 中碳鋼的碳當(dāng)量在0.4%以上，淬硬傾向增大，焊接時(shí)一般要預(yù)熱到150250左右。 （三）高碳鋼的焊接 高碳鋼的含碳量大于0.60%，焊接性更差。這類鋼一般不用來(lái)制作焊接結(jié)構(gòu)件。 三、合金鋼的焊接（一

13、）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接 含碳量低，合金元素含量也較低，焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱。 對(duì)于強(qiáng)度級(jí)別大于390MPa的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，一般都要進(jìn)行預(yù)熱。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）不銹鋼的焊接 1.奧氏體不銹鋼的焊接 奧氏體不銹鋼具有較好的焊接性，一般不需要采取特殊的工藝措施。 2.鐵素體不銹鋼的焊接 主要問(wèn)題是過(guò)熱區(qū)晶粒長(zhǎng)大引起的脆化和裂紋。 3.馬氏體不銹鋼的焊接 焊接性較差，其主要問(wèn)題是焊接接頭冷裂紋和淬硬傾向較大。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 四、鑄鐵的焊補(bǔ) （一）熱焊 把工件整體或局部預(yù)熱到600700，在焊接過(guò)程中保持預(yù)熱溫度，焊后緩慢冷卻的焊接方法。

14、 （二）冷焊鑄鐵在冷焊時(shí)一般不預(yù)熱或采用較低的溫度預(yù)熱。 （一）鋁及鋁合金的焊接 五、有色金屬的焊接 氬弧焊是熔焊中焊接鋁及鋁合金較為理想的焊接方法。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）銅及銅合金的焊接 焊接銅和銅合金常用的焊接方法有氬弧焊、氣焊、埋弧焊和釬焊。 氬弧焊是焊接銅和銅合金應(yīng)用最廣的熔焊方法。 （三）鈦及鈦合金的焊接應(yīng)用最多的是鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊， 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第五節(jié) 焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性 一、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇 （一）載荷條件如果承受沖擊載荷，應(yīng)選擇韌性較好的材料。 （二）工作環(huán)境 主要包括工作溫度、工作介質(zhì)情況。 （三）體積和重量要求 對(duì)體積和重

15、量有要求的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用比強(qiáng)度高的材料。 （四）工藝性能 包括金屬的焊接性能、切削加工性能、熱處理性能等。（五）經(jīng)濟(jì)性 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 二、焊接接頭形式的確定 焊接接頭的基本形式：對(duì)接接頭、搭接接頭、角接接頭和T形接頭 。三、焊縫的布置 根據(jù)焊縫在空間的位置不同，焊縫可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等四種類型。 焊接時(shí)，應(yīng)盡量使焊縫處于平焊位置。 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 3.焊縫應(yīng)盡可能對(duì)稱分布，盡量避免密集和交叉 4.盡量減少焊縫的數(shù)量和焊縫的總長(zhǎng)度 5.焊縫應(yīng)避開(kāi)切削加工表面 6.不同厚度的焊件在焊接時(shí)，應(yīng)使接頭處平滑過(guò)渡 布置焊縫時(shí)考慮以下原則：1.焊縫位置應(yīng)便于焊接操作 2.焊縫應(yīng)避開(kāi)應(yīng)力最大或者應(yīng)力集中的部位 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n 第六節(jié) 焊接件中常見(jiàn)的缺陷 一、焊接缺陷概述 優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備的條件：一是使用性能不低于母材；二是沒(méi)有技術(shù)條件中規(guī)定不允許存在的缺陷。 焊接過(guò)程中，在焊接接頭中產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，稱為焊接缺陷。 二、常見(jiàn)焊接缺陷的產(chǎn)生原因和防止措施（一）焊接裂紋 1.焊接熱裂紋 2.焊接冷裂紋 化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社 n （二）未焊透