焊接課件講義

1、焊接培訓(xùn)課件高華瓊n 焊接是使相互分離的金屬材料借助于原子間的結(jié)合力連接起來的一焊接是使相互分離的金屬材料借助于原子間的結(jié)合力連接起來的一種熱加工工藝方法。焊接連接性好、省工省料、結(jié)構(gòu)重量輕，廣泛應(yīng)種熱加工工藝方法。焊接連接性好、省工省料、結(jié)構(gòu)重量輕，廣泛應(yīng)用于鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、化工設(shè)備等的制造。焊接方法很用于鍋爐、壓力容器、船舶、橋梁、化工設(shè)備等的制造。焊接方法很多，本章主要介紹各種焊接的工藝原理和方法以及常用金屬材料的焊多，本章主要介紹各種焊接的工藝原理和方法以及常用金屬材料的焊接性能和焊接結(jié)構(gòu)工藝性。接性能和焊接結(jié)構(gòu)工藝性。概述：概述：焊接方法的主要特點(diǎn)是： 節(jié)省材料，減輕重量

2、，焊接的金屬結(jié)構(gòu)件可比鉚接節(jié)省材料1025；采用點(diǎn)焊的飛行器結(jié)構(gòu)重量明顯減輕，降低油耗，提高運(yùn)載能力。 簡(jiǎn)化復(fù)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(jiǎn)拼繁，加工快，工時(shí)少，生產(chǎn)周期短。許多結(jié)構(gòu)都以鑄焊、鍛焊形式組合，簡(jiǎn)化了加工工藝。 適應(yīng)性強(qiáng)。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?？珊阜秶^廣，而且連接性能較好。焊接接頭可達(dá)到與工件金屬等強(qiáng)度或相應(yīng)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具備不同的性能，達(dá)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(jī)葉片耐磨表面堆焊等。 降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條

3、件。盡管如此，焊接加工在應(yīng)用中仍存在某些不足。例如不同焊接方法的焊接性有較大差別，焊接接頭的組織不均勻，焊接熱過程造成的結(jié)構(gòu)應(yīng)力與變形以及各種裂紋問題等，都有待進(jìn)一步研究和完善。焊接方法在工業(yè)生產(chǎn)中主要用于： 制造金屬結(jié)構(gòu)件 焊接方法廣泛應(yīng)用于各種金屬結(jié)構(gòu)的制造，如橋梁、船 、壓力容器、化工設(shè)備、機(jī)動(dòng)車輛、礦山機(jī)械、發(fā)電設(shè)備及飛行器等。 制造機(jī)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(diǎn)，適合于單件或小批量生產(chǎn)加工各類機(jī)器零件和工具。如機(jī)床機(jī)架和床身、大型齒輪和飛輪、各種切削工具等。 修復(fù) 采用焊接方法修復(fù)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。

4、近年來，焊接技術(shù)迅速發(fā)展，新的焊接方法不斷出現(xiàn)，在應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)后，使其功能大增。焊接的精密化和智能化必將效力無比。 手工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)生的熱熔化被焊金屬，使之形成永久結(jié)合。由于它所需要的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活,可以對(duì)不同焊接位置、不同接頭形式的焊縫方便地進(jìn)行焊接，因此是目前應(yīng)用最為廣泛的焊接方法。手工電弧焊按電極材料的不同可分為熔化極手工電弧焊和非熔化極手工電弧焊。非熔化極手工電弧焊如手工鎢極氣體保護(hù)焊。溶化極手工電弧焊是以金屬焊條作電極，電弧在焊條端部和母材表面燃燒的方法。圖4.2.1是手工電弧焊示意圖，圖中的電路是以弧焊電源為起點(diǎn)，通過焊接電纜、焊鉗、焊

5、條、工件、接地電纜形成回路。在有電弧存在時(shí)形成閉合回路,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(dǎo)體。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，使之形成熔池，焊條端部的熔化金屬以細(xì)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。圖4.2.1 手工電弧焊示意圖圖4.2.1 手工電弧焊示意圖手工電弧焊所用的設(shè)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。使用酸性焊條焊接低碳鋼一般構(gòu)件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮選用價(jià)格低廉、維修方便的交流弧焊機(jī)；使用堿性焊條焊接高壓容器、高壓管道等重要鋼結(jié)構(gòu)，或焊接合金鋼、有色金屬、鑄鐵時(shí)，則應(yīng)選用直流弧焊機(jī)。購置能力有限

6、而焊件材料的類型繁多時(shí)，可考慮選用通用性強(qiáng)的交、直流兩用弧焊機(jī)。當(dāng)采用某些堿性藥皮焊條時(shí)，如結(jié)507時(shí)，必須選用直流焊接電源，而且要注意此時(shí)應(yīng)將電焊機(jī)的負(fù)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4.2.2所示。圖4.2.2 采用直流電焊接的極性接法（a）正接法 （b）反接法4.2.1 焊接電弧 焊接電弧是指發(fā)生在電極與工件之間的強(qiáng)烈、持久的氣體放電現(xiàn)象。 電弧的引燃 常態(tài)下的氣體由中性分子或原子組成，不含帶電粒子。要使氣體導(dǎo)電，首先要有一個(gè)使其產(chǎn)生帶電粒子的過程。產(chǎn)生中一般采用接觸引弧。先將電極（鎢棒或焊條）和焊件接觸形成短路（圖4.2.3（a），此時(shí)在某些接觸點(diǎn)上產(chǎn)生很大的

7、短路電流，溫度迅速升高，為電子的逸出和氣體電離提供能量條件，而后將電極提起一定距離（5mm圖4.2.3（b）。在電場(chǎng)力的作用下，被加熱的陰極有電子高速逸出，撞擊空氣中的中性分子和原子，使空氣電離成陽離子、陰離子和自由電子。這些帶電粒子在外電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)，陽離子奔向陰極，陰離子和自由電子奔向陽極。在它們的運(yùn)動(dòng)過程中，不斷碰撞和復(fù)合，產(chǎn)生大量的光和熱，形成電?。▓D4.2.3（c）。電弧的熱量與焊接電流和電壓的乘積成正比，電流愈大，電弧產(chǎn)生的總熱量就愈大。 圖4.2.3 電 弧 的 引 燃 電弧的組成 焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)3部分組成（圖4.2.3（c）。陰極區(qū)因發(fā)射大量電子而消耗一定

8、能量，產(chǎn)生的熱量較少，約占電弧熱的36%，陽極表面受高速電子的撞擊，傳入較多的能量，因此陽極區(qū)產(chǎn)生的熱量較多，占電弧熱的43%。其余21%左右的熱量在弧柱區(qū)產(chǎn)生。電弧中陽極區(qū)和陰極區(qū)的溫度因電極的材料（主要是電極熔點(diǎn)）不同而有所不同。用鋼焊條焊接鋼材料時(shí)，陽極區(qū)熱力學(xué)溫度約2600K，陰極區(qū)熱力學(xué)溫度約2400K，弧柱區(qū)熱力學(xué)溫度高達(dá)50008000K。正接時(shí)，電弧熱量主要集中在焊件（陽極）上，有利于加快焊件熔化，保證足夠的熔深，適用于焊接較厚的工件。反接時(shí)，焊條接陽極，適用于焊接有色金屬及薄鋼板，以避免燒穿焊件。三 焊接接頭 焊縫以及其周圍受不同程度加熱和冷卻的母材是焊縫的熱影響區(qū)，總稱為焊

9、接接頭。 焊縫形成過程熔焊焊縫的形成經(jīng)歷了局部加熱熔化，使分離工件的結(jié)合部位產(chǎn)生共同熔池，再經(jīng)凝固結(jié)晶成為一個(gè)整體的過程。圖4.2.4為焊縫形成示意圖。在電弧高溫作用下，焊條和工件同時(shí)產(chǎn)生局部熔化，形成熔池。熔化的填充金屬呈球滴狀過渡到熔池。電弧在沿焊接方向移動(dòng)中，熔池前部（-區(qū)）不斷參與熔化，并依靠電弧吹力和電磁力的作用，將熔化金屬吹向熔池后部（- -區(qū)），逐步脫離電弧高溫而冷卻結(jié)晶。所以電弧的移動(dòng)形成動(dòng)態(tài)熔池，熔池前部的加熱熔化與后部的順序冷卻結(jié)晶同時(shí)進(jìn)行，形成完整的焊縫。 焊接冶金過程電弧焊時(shí)，焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)在高溫下相互作用，產(chǎn)生一系列變化的過程稱為冶金過程。象在小型電弧煉鋼爐中煉鋼一

10、樣，熔池中進(jìn)行著熔化、氧化、還原、造渣、精練和滲合金等一系列物理化學(xué)過程。焊接的冶金過程與一般的冶煉過程相比較，有以下特點(diǎn)：溫度遠(yuǎn)高于一般冶煉溫度，因此金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)，并使電弧區(qū)的氣體分解成原子狀態(tài)，使氣體的活性大為增強(qiáng)，導(dǎo)致金屬元素?zé)龘p或形成有害雜質(zhì)。冷卻速度快，熔池體積小，四周又是冷的金屬，溶池處于液態(tài)時(shí)間很短，一般在10秒鐘左右焊條藥皮在電弧高溫下一部分分解為氣體，包圍電弧空間和熔池，形成保護(hù)層。另一部分直接進(jìn)入熔池，與熔池金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，并形成渣而浮于焊縫表面，構(gòu)成渣保護(hù)。 圖4.2.4 電弧焊焊縫形成示意圖各種化學(xué)反應(yīng)難以達(dá)到平衡狀態(tài)致使化學(xué) 1已凝固的焊縫金屬；2熔渣；成分不均

11、勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出， 3熔化金屬（熔池）4焊條藥皮燃燒產(chǎn)生的保護(hù)氣體；從而產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。 5焊條藥皮；6焊條芯；7金屬熔滴；8母材由于上述特點(diǎn)，所以在焊接過程中如不加以保護(hù)，空氣中的氧、氮和氫等氣體就會(huì)侵入焊接區(qū)，并在高溫作用下分解出原子狀態(tài)的氧、氮和氫，與金屬元素發(fā)生一系列物理化學(xué)用：Fe+OFeO， 4FeOFe3O4+Fe；C+OCO， C+FeOFe+CO；Mn+OMnO， Mn+FeOFe+MnO；Si+2OSiO2， Si+2FeO2Fe+SiO2； 其結(jié)果是，鋼中的一些元素被氧化，形成FeOSiO2、MnSiO2等熔渣，使焊縫中C、Mn、Si等大量燒損。當(dāng)熔池迅速冷

12、卻后，一部分氧化物熔渣殘存在焊縫金屬中，形成夾渣，顯著降低焊縫的力學(xué)性能。氫和氮在高溫時(shí)能溶解于液態(tài)金屬內(nèi)，氮和鐵還可以形成Fe4N、Fe2N。冷卻后，一部分氮保留在鋼的固溶體中，F(xiàn)e4N則成片狀?yuàn)A雜物留存在焊縫中，使焊縫的塑性和韌性下降。氫的存在則引起氫脆性，促進(jìn)冷裂紋的形成，并且易造成氣孔。綜上所述，為了保證焊縫質(zhì)量，焊接過程中必須采取必要的工藝措施，來限制有害氣體進(jìn)入焊縫區(qū)，并補(bǔ)充一些燒損的合金元素。手工電弧焊焊條的藥皮、埋弧自動(dòng)焊的焊劑等均能起到這類作用。氣體保護(hù)焊的保護(hù)氣體雖不能補(bǔ)充金屬元素，但也能起到保護(hù)作用。4.2.3 焊條 1. 焊條組成和作用 焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊芯

13、是金屬絲，藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層。 焊芯 焊芯的作用，一是作為電極傳導(dǎo)電流，二是熔化后作為填充金屬與母材形成焊縫。焊芯的化學(xué)成分和雜質(zhì)含量直接影響焊縫質(zhì)量。生產(chǎn)中有不同用途的焊絲（焊芯），如焊條焊芯、埋弧焊焊絲、CO2焊焊絲、電渣焊焊絲等。 藥皮 藥皮的作用，一是改善焊接工藝性，如藥皮中含有穩(wěn)弧劑，使電弧易于引燃和保持燃燒穩(wěn)定。二是對(duì)焊接區(qū)起保護(hù)作用。藥皮中含有造渣劑、造氣劑等，造渣后熔渣與藥皮中有機(jī)物燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)焊縫金屬起雙重保護(hù)作用。三是起有益的冶金化學(xué)作用。藥皮中含有脫氧劑、合金劑、稀渣劑等，使熔化金屬順利地進(jìn)行脫氧、脫硫、去氫等冶金化學(xué)反應(yīng)，并補(bǔ)充被燒損的合金元素。2. 焊條

14、分類 焊條按用途不同分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條，鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條，低溫鋼焊條，不銹鋼焊條，堆焊焊條，鑄鐵焊條，鎳及鎳合金焊條，銅及銅合金焊條，鋁及鋁合金焊條，特殊用途焊條等。其中結(jié)構(gòu)鋼焊條分為碳鋼焊條和低合金鋼焊條兩部分。結(jié)構(gòu)鋼焊條按藥皮性質(zhì)不同可分為酸性焊條和堿性焊條兩種。酸性焊條的藥皮中含有多量酸性氧化物（如SiO2，MnO2等），堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物（如CaO等）和螢石（CaF2）。由于堿性焊條藥皮中不含有機(jī)物，藥皮產(chǎn)生的保護(hù)氣體中氫含量極少，所以又稱為低氫焊條。3. 焊條型號(hào)與牌號(hào) 焊條型號(hào)是國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的焊條代號(hào)。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的碳鋼焊條和低合金鋼焊條，相應(yīng)的國家

15、標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5117-1995和GB/T5118-1995。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，碳鋼焊條型號(hào)由字母“E”和四位數(shù)字組成。如“E4301”，其含義如下：第三位和第四位數(shù)字組合時(shí)代表焊接電流種類和藥皮類型，符號(hào)0代表焊條適用的焊接位置（“0”、“1”適于全位置焊接，“2”適于平焊及平角焊，“4”適于向下立焊）43代表熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于430Mpa。E代表焊條。在我國已公布的碳鋼焊條型號(hào)中，代表熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值的數(shù)字僅有“43”和“50”系列兩種。表4.2.1 焊條用途類別與焊條牌號(hào)表示方法名 稱焊條牌號(hào)名 稱焊條牌號(hào)結(jié)構(gòu)鋼焊條鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條低溫鋼焊條不銹鋼焊條 堆焊焊條JRWGAD鑄鐵焊條鎳

16、及鎳合金焊條鋁及鋁合金焊條銅及銅合金焊條特殊用途焊條ZNiLTTS 焊條牌號(hào)是焊條生產(chǎn)行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號(hào)。表4.2.1 為焊條用途不同的分類與對(duì)應(yīng)牌號(hào)。焊條牌號(hào)前的字母表示焊條類別，“”代表數(shù)字，前兩位數(shù)字代表焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級(jí)。末尾數(shù)字表示焊條的藥皮類型和焊接電流種類（表4.2.2 ）。表4.2.3 列舉出部分常用碳鋼焊條型號(hào)與對(duì)應(yīng)的焊條牌號(hào)及數(shù)字含義表4.2.2焊條牌號(hào)末尾數(shù)字與焊條藥皮類型及焊接電流種類之間的關(guān)系末尾數(shù)字藥皮類型焊接電流種類末尾數(shù)字藥皮類型焊接電流種類0不屬已規(guī)定的類型5纖維素型交流或直流正、反接1氧化鈦型 交流或直流正、反接6低氫鉀型交流或直流反接2氧化鈦鈣型7低氫鈉

17、型直流反接3鈦鐵礦型8石墨型交流或直流正、反接4氧化鐵型9鹽基型直流反接表4.2.3 部分常用碳鋼焊條型號(hào)與牌號(hào)對(duì)應(yīng)表 焊條型號(hào) 焊條牌號(hào)熔敷金屬抗拉強(qiáng)度數(shù)值（） 藥皮種類 焊條類別 電流種類與極性 用途kgf / mm2MPaE4301J42343420鈦鐵礦型 酸性焊條交流或直流正、反接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)E5001J50350490E4303J42243420鈦鈣型E5003J50250490E4311J42543420高纖維素鉀型交流或直流反接一般碳鋼結(jié)構(gòu)E5011J50550490E4320J42443420氧化鐵型交流或直流正接較重要的碳鋼結(jié)構(gòu)E4327J424Fe43420鐵粉氧化鐵

18、型E4315J42743420低氫鈉型 堿性焊條直流反接重要碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)E5015J50750490E4316J42643420低氫鉀型交流或直流反接E5016J50650490E5018J506Fe50490鐵粉低氫鉀型焊條型號(hào)是根據(jù)熔敷金屬抗拉強(qiáng)度、藥皮類型、焊接位置、電流種類及極性劃分的，以便供用戶選焊條時(shí)參考。但同一種焊條型號(hào)可能有不同性能的幾種焊條牌號(hào)與之對(duì)應(yīng)，如J427和J427Ni屬于同一種焊條型號(hào)E4315。4. 焊條的選用原則： 等強(qiáng)度原則 焊接低碳鋼和低合金鋼時(shí)。一般應(yīng)使焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，即選用與母材同強(qiáng)度等級(jí)的焊條。 同成分原則 焊接耐熱鋼、不銹鋼等金屬材料時(shí)，

19、應(yīng)使焊縫金屬的化學(xué)成分與母材的化學(xué)成分相同或相近，即按母材化學(xué)成分選用相應(yīng)成分的焊條。 抗裂縫原則 焊接剛度大、形狀復(fù)雜、要承受動(dòng)載荷的焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用抗裂性好的堿性焊條，以免在焊接和使用過程中接頭產(chǎn)生裂紋。 抗氣孔原則 受焊接工藝條件的限制，如對(duì)焊件接頭部位的油污、鐵銹等清理不便，應(yīng)選用抗氣孔能力強(qiáng)的酸性焊條，以免焊接過程中氣體滯留于焊縫中，形成氣孔。 低成本原則 在滿足使用要求的前提下，盡量選用工藝性能好、成本低和效率高的焊條。此外，應(yīng)根據(jù)焊件的厚度、焊縫位置等條件，選用不同直徑的焊條。一般焊件愈厚，選用焊條的直徑就愈大。 4.2.4 焊接接頭的金屬組織與性能 1. 焊接工件上溫度的變化

20、與分布焊接時(shí)，電弧沿著工件逐漸移動(dòng)并對(duì)工件進(jìn)行局部加熱。因此在焊接過程中，焊縫區(qū)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(diǎn)金屬所在位置的不同，其最高加熱溫度是不同的。圖4.2.5是焊接時(shí)焊件橫截面上不同點(diǎn)的溫度變化情況，由于各點(diǎn)離焊縫中心距離不同，所以各點(diǎn)的最高溫度不同。又因熱傳導(dǎo)需要一定時(shí)間，所以各點(diǎn)是在不同時(shí)間達(dá)到該點(diǎn)最高溫度的。但總的看來，在焊接過程中，焊縫受到一次冶金過程，焊縫附近區(qū)相當(dāng)于受到一次不同規(guī)范的熱處理，因此必然有相應(yīng)的組織與性能的變化。 2. 焊接接頭金屬組織與性能的變化現(xiàn)以低碳鋼為例，來說明焊縫和焊縫附近區(qū)由于受到電弧不同加熱而產(chǎn)生的金屬

21、組織與性能的變化。如圖4.2.6，左側(cè)下部是焊件的橫截面，上部是相應(yīng)各點(diǎn)在焊接過程中被加熱的最高溫度曲線（并非某一瞬時(shí)該截面的實(shí)際溫度分布曲線）。圖中1、2、3等各段金屬組織性能的變化，可從右側(cè)所示的部分鐵碳合金狀態(tài)圖來對(duì)照分析。工件截面圖上已示出了相應(yīng)各點(diǎn)的金屬組織變化情況。 圖4.2.5 焊縫區(qū)各點(diǎn)溫度變化示意圖 圖4.2.6 低碳鋼焊接熱影響區(qū)組織變化示意圖 焊縫金屬 焊縫金屬的結(jié)晶過程，首先從熔池和母材的交界處開始，然后以聯(lián)生結(jié)晶的方式，即依附于母材晶?，F(xiàn)成表面而形成共同晶粒的方式向熔池中心生長，形成柱狀晶，如圖4.2.7所示。因結(jié)晶時(shí)各個(gè)方向冷卻速度不同，因而形成柱狀的鑄態(tài)組織，由鐵

22、素體和少量珠光體所組成。因結(jié)晶是從熔池底壁的半熔化區(qū)開始逐次 進(jìn)行的，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析 圖4.2.7 焊縫的柱狀晶集中在焊縫中心區(qū)，將影響焊縫的力學(xué)性能，因此對(duì)焊條或其他焊接材料應(yīng)慎重選用。焊接時(shí)，熔池金屬受電弧吹力和保護(hù)氣體吹動(dòng)，使熔池底壁的柱狀晶體成長受到干擾，因此柱狀晶體呈傾斜層狀，晶粒有所細(xì)化。又因焊接材料的滲合金作用，焊縫金屬中錳、硅等合金元素含量可能比基本金屬高，所以焊縫金屬的性能可不低于基本金屬。 焊接熱影響區(qū) 是指焊縫兩側(cè)因焊接熱作用而發(fā)生組織性能變化的區(qū)域。由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等。 熔合區(qū) 是焊縫和基本

23、金屬的交界區(qū)，相當(dāng)于加熱到固相線和液相線之間，焊接過程中母材部分熔化，所以也稱為半熔化區(qū)。熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織，未熔化金屬因加熱溫度過高而成為過熱粗晶。在低碳鋼焊接接頭中，熔合區(qū)雖然很窄（約0.11mm），但因強(qiáng)度、塑性和韌性都下降，而此處接頭斷面變化，引起應(yīng)力集中，在很大程度上決定著焊接接頭的性能。 過熱區(qū) 被加熱到Ac3以上100200C至固相線溫度區(qū)間，奧氏體晶粒急劇長大，形成過熱組織，因而過熱區(qū)的塑性及韌性降低。對(duì)于易淬火硬化鋼材，此區(qū)脆性更大。 正火區(qū) 被加熱到Ac3至Ac3以上100200C區(qū)間，金屬發(fā)生重結(jié)晶，冷卻后得到均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體組織，其機(jī)械性能優(yōu)于母材。 部

24、分相變區(qū) 相當(dāng)于加熱到Ac1Ac3溫度區(qū)間。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，使晶粒細(xì)化；部分鐵素體來不及轉(zhuǎn)變，冷卻后晶粒大小不勻，因此力學(xué)性能稍差。從圖4.2.6所示的性能變化曲線可以看出，在焊接熱影響區(qū)中，熔合區(qū)和過熱區(qū)的性能最差，產(chǎn)生裂縫和局部破壞的傾向性也最大，應(yīng)使之盡可能減小。因結(jié)晶是從熔池底壁的半熔化區(qū)開始逐次 進(jìn)行的，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析4.2.5 焊接應(yīng)力與變形 金屬構(gòu)件在焊接以后，總要發(fā)生變形和產(chǎn)生焊接應(yīng)力，且二者是彼此伴生的。焊接應(yīng)力的存在，對(duì)構(gòu)件質(zhì)量、使用性能和焊后機(jī)械加工精度都有很大影響，甚至導(dǎo)致整個(gè)構(gòu)件斷裂；焊接變形不僅給裝配工作帶來很大困難，還會(huì)影響構(gòu)件的工

25、作性能。變形量超過允許數(shù)值時(shí)必須進(jìn)行矯正，矯正無效時(shí)只能報(bào)廢。因此，在設(shè)計(jì)和制造焊接結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量減小焊接應(yīng)力和變形。 焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因：焊接過程中，對(duì)焊接件進(jìn)行不均勻加熱和冷卻，是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。 焊接變形的基本形式：常見的焊接變形有收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形等五種形式（圖4.2.8）。 圖4.2.8 焊接變形的基本形式a）收縮變形 b）角變形 c）彎曲變形 d）扭曲變形 e）波浪變形 收縮變形是由于焊縫金屬沿縱向和橫向的焊后收縮而引起的；角變形是由于焊縫截面上下不對(duì)稱，焊后沿橫向上下收縮不均勻而引起的；彎曲變形是由于焊縫布置不對(duì)稱，焊縫較集中的一側(cè)

26、縱向收縮較大而引起的；扭曲變形常常是由于焊接順序不合理而引起的；波浪變形則是由于薄板焊接后焊縫收縮時(shí)，產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，使焊件喪失穩(wěn)定性而引起的。 減少焊接應(yīng)力與變形的措施：除了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮之外，可采取一定的工藝措施，有預(yù)留變形量、反變形法、剛性固定法、錘擊焊縫法、加熱“減應(yīng)區(qū)”法等。重要的是，選擇合理的焊接順序，盡量使焊縫自由收縮。焊前預(yù)熱和焊后緩冷也很有效。詳細(xì)可參閱有關(guān)資料。 4.3 其它焊接方法 4.3.1 埋弧自動(dòng)焊 埋弧焊（SAW）又稱焊劑層下電弧焊。它是通過保持在光焊絲和工件之間的電弧將金屬加熱，使被焊件之間形成剛性連接。按自動(dòng)化程度的不同，埋弧焊分為半自動(dòng)焊（移動(dòng)電弧由手工操

27、作）和自動(dòng)焊。這里所指的埋弧焊都是指埋弧自動(dòng)焊，半自動(dòng)焊已基本上由氣體保護(hù)焊代替。 埋弧自動(dòng)焊的焊接過程 如圖4.3.1 所示，埋弧自動(dòng)焊時(shí)，焊劑由給送焊劑管流出，均勻地堆敷在裝配好的焊件（母材）表面。焊絲由自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)送進(jìn)，經(jīng)導(dǎo)電嘴進(jìn)入電弧區(qū)。焊接電源分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上，以便產(chǎn)生電弧。給送焊劑管、自動(dòng)送絲機(jī)構(gòu)及控制盤等通常都裝在一臺(tái)電動(dòng)小車上。小車可以按調(diào)定的速度沿著焊縫自動(dòng)行走。插入顆粒狀焊劑層下的焊絲末端與母材之間產(chǎn)生電弧，電弧熱使鄰近的母材、焊絲和焊劑熔化，并有部分被蒸發(fā)。焊劑蒸氣將熔化的焊劑（熔渣）排開，形成一個(gè)與外部空氣隔絕的封閉空間，這個(gè)封閉空間不僅很好地隔絕了空氣與電弧

28、和熔池的接觸，而且可完全阻擋有礙操作的電弧光的輻射。電弧在這里繼續(xù)燃燒，焊絲便不斷地熔化，呈滴狀進(jìn)入熔池與母材熔化的金屬和焊劑提供的合金化元素混合。熔化的焊絲不斷地被補(bǔ)充，送入到電弧中，同時(shí)不斷地添加焊劑。隨著焊接過程的進(jìn)行，電弧向前移動(dòng)，焊接熔池隨之冷卻而凝固，形成焊縫。密度較小的熔化焊劑浮在焊縫表面形成熔渣層。未熔化的焊劑可回收再用。圖4.3.1 埋弧自動(dòng)焊方法 埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 焊接質(zhì)量好 焊接過程能夠自動(dòng)控制。各項(xiàng)工藝參數(shù)可以調(diào)節(jié)到最佳數(shù)值。焊縫的化學(xué)成分比較均勻穩(wěn)定。焊縫光潔平整，有害氣體難以侵入，熔池金屬冶金反應(yīng)充分，焊接缺陷較少。 生產(chǎn)率高 焊絲從導(dǎo)電嘴伸出長度較短，可用較

29、大的焊接電流，而且連續(xù)施焊的時(shí)間較長，這樣就能提高焊接速度。同時(shí)，焊件厚度在14mm以內(nèi)的對(duì)接焊縫可不開坡口，不留間隙，一次焊成，故其生產(chǎn)率高。 節(jié)省焊接材料 焊件可以不開坡口或開小坡口，可減少焊縫中焊絲的填充量，也可減少因加工坡口而消耗掉的焊件材料。同時(shí)，焊接時(shí)金屬飛濺小，又沒有焊條頭的損失，所以可節(jié)省焊接材料。 易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好，勞動(dòng)強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)單。埋弧自動(dòng)焊的缺點(diǎn)是：適應(yīng)性差，通常只適用于水平位置焊接直縫和環(huán)縫，不能焊接空間焊縫和不規(guī)則焊縫，對(duì)坡口的加工、清理和裝配質(zhì)量要求較高。埋弧自動(dòng)焊通常用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板結(jié)構(gòu)的長直縫、直徑大于300mm環(huán)縫的平

30、焊。此外，它還用于耐磨、耐腐蝕合金的堆焊、大型球墨鑄鐵曲軸以及鎳合金、銅合金等材料的焊接。4.3.2 氣體保護(hù)電弧焊 氣體保護(hù)焊是指用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。氣體保護(hù)焊是明弧焊接，焊接時(shí)便于監(jiān)視焊接過程，故操作方便，可實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接，焊后還不用清渣，可節(jié)省大量輔助時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)率。另外，由于保護(hù)氣流對(duì)電弧有冷卻壓縮作用，電弧熱量集中，因而焊接熱影響區(qū)窄，工件變形小，特別適合于薄板焊接。 1. 氬弧焊 氬弧焊是以氬(Ar)氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)電弧焊。氬氣是一種惰性氣體，在高溫下，它不與金屬和其他任何元素起化學(xué)反應(yīng)，也不熔于金屬，因此保護(hù)效果良好，所焊接頭質(zhì)量

31、高。按使用的電極不同，氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊即鎢極氬弧焊（TIG焊）和熔化極氬弧焊（MIG）兩種，如圖4.3.2 所示。圖4.3.2 氬弧焊示意圖（a） 熔化極氬弧焊；（b）鎢極氬弧焊1 送絲輪；2焊絲；3導(dǎo)電嘴；4噴嘴；5進(jìn)氣管；6氬氣流；7電?。?工件；9鎢極；10填充焊絲 鎢極氬弧焊（TIG焊） 常采用熔點(diǎn)較高的釷鎢棒或鈰鎢棒作為電極，焊接過程中電極本身不熔化，故屬不熔化極電弧焊。鎢極氬弧焊又分為手工焊和自動(dòng)焊兩種。焊接時(shí)填充焊絲在鎢極前方添加。當(dāng)焊接薄板時(shí)，一般不需開坡口和加填充焊絲。鎢極氬弧焊的電流種類與極性的選擇原則是：焊接鋁、鎂及其合金時(shí)，采用交流電；焊其他金屬（低合金鋼、不

32、銹鋼、耐熱鋼、鈦及鈦合金、銅及銅合金等）采用直流正接。由于鎢極的載流能力有限，其電功率受到限制，所以鎢極氬弧焊一般只適于焊接厚度小于6mm的工件。 熔化極氬弧焊（MIG） 熔化極氬弧焊是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極，電弧產(chǎn)生在焊絲與工件之間，焊絲不斷送進(jìn)，并熔化過渡到焊縫中去，因而焊接電流可大大提高。熔化極氬弧焊可分為半自動(dòng)焊和自動(dòng)焊兩種，一般采用直流反接法。與TIG焊相比，MIG焊可采用高密度電流，母材熔深大，填充金屬熔敷速度快，生產(chǎn)率高。MIG焊和TIG焊一樣，幾乎可焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。主要用于中、厚板的焊接。目前采用熔化極脈沖氬弧焊可以焊接薄

33、板，進(jìn)行全位置焊接、實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型以及封底焊。 C02氣體保護(hù)焊 CO2氣體保護(hù)焊是利用廉價(jià)的CO2氣體作為保護(hù)氣體的電弧焊。CO2保護(hù)焊的焊接裝置如圖4.3.3所示。它是利用焊絲作電極，焊絲由送絲機(jī)構(gòu)通過軟管經(jīng)導(dǎo)電嘴送出。電弧在焊絲與工件之間發(fā)生。CO2氣體從噴嘴中以一定的流量噴出，包圍電弧和熔池，從而防止空氣對(duì)液體金屬的有害作用。CO2保護(hù)焊可分為自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊。目前應(yīng)用較多的是半自動(dòng)焊。 CO2氣體保護(hù)焊除具有前述的氣體保護(hù)焊的那些優(yōu)點(diǎn)外，還有焊縫含氫量低，抗裂性能好；CO2氣體價(jià)格便宜、來源廣泛，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于CO2氣體是氧化性氣體，高溫時(shí)可分解成CO和氧原子，易造成合金

34、元素?zé)龘p、焊縫吸氧，導(dǎo)致電弧穩(wěn)定性差、飛濺較多、弧光強(qiáng)烈、焊縫表面成形不夠美觀等缺點(diǎn)。若控制或操作不當(dāng)，還容易產(chǎn)生氣孔。為保證焊縫的合金元素，須采用含錳、硅較高的焊接鋼絲或含有相應(yīng)合金元素的合金鋼焊絲。常用的CO2焊焊絲是H08Mn2SiA，適于圖4.3.3 CO2焊示意圖焊接低碳鋼和普通低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼（b600MPa）。還可使用Ar和CO2氣體混合保護(hù)，焊接強(qiáng)度級(jí)別較高的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。為了穩(wěn)定電弧，減少飛濺，CO2焊采用直流反接。 由于CO2保護(hù)焊的優(yōu)點(diǎn)較多，目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)各部門中。n乙炔(C2H2)為可燃?xì)怏w，氧氣為助燃?xì)怏w。乙炔和氧氣在焊炬中混合均勻后從焊嘴噴出燃燒，將焊

35、件和焊絲熔化形成熔池，冷卻凝固后形成焊縫，如圖4.3.4所示。氣焊時(shí)氣體燃燒，產(chǎn)生大量的CO2、CO、H2氣體籠罩熔池，起到保護(hù)作用。氣焊使用不帶藥皮的光焊絲作填充金屬。 4.3.3 4.3.3 氣焊和氣割氣焊和氣割 1氣焊氣焊是利用氣體火焰作熱源的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊，利用氧乙炔焰進(jìn)行焊接。圖4.3.4 氣焊示意圖氣焊設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活方便、不需電源，但氣焊火焰溫度較低（最高約3150），且熱量較分散，生產(chǎn)率低，工件變形大，所以應(yīng)用不如電弧焊廣泛。主要用于焊接厚度在3mm以下的薄鋼板，銅、鋁等有色金屬及其合金，低熔點(diǎn)材料以及鑄鐵焊補(bǔ)等。氣焊設(shè)備由氧氣瓶、乙炔瓶、減壓器、回火保險(xiǎn)器及焊

36、炬等組成。如圖4.3.5、圖4.3.6所示。圖 4.3.5 氣焊設(shè)備及其連接 圖 4.3.6 焊炬氣焊火焰的種類及應(yīng)用。 氣焊時(shí)通過調(diào)節(jié)氧氣閥和乙炔閥，可以改變氧氣和乙炔的混合比例，從而得到三種不同的氣焊火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰，如圖4.3.7 所示。中性焰（正常焰） 中性焰是指在一次燃燒區(qū)內(nèi)既無過量氧又無游離碳的火焰（最高溫度31003200）,中性焰中氧和乙炔的比例為11.2。其火焰由焰芯、內(nèi)焰、外焰三部分組成。焰心呈亮白色清晰明亮的圓錐形，內(nèi)焰的顏色呈淡桔紅色，外焰為橙黃色不甚明亮。由于內(nèi)焰溫度高（約3150），又具有還原性（含有一氧化碳和氧氣），故最適宜氣焊工作。中性焰使用較多，如

37、焊接低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、紫銅、鋁合金等碳化焰 當(dāng)氧氣和乙炔的比例小于1時(shí)， 圖 4.3.7 氣焊火焰得到的火焰是碳化焰。向火焰中提供的氧量不足而乙炔過剩，使火焰焰芯拉長，白熾的碳層加厚呈羽翅狀延伸入內(nèi)焰區(qū)中。整個(gè)火焰燃燒軟弱無力，冒有黑煙。用此種火焰焊接金屬能使金屬增碳，通常用于焊接高碳鋼、高速鋼、鑄鐵及硬質(zhì)合金等。氧化焰 當(dāng)氧氣和乙炔的比例大于1.2時(shí)，得到的火焰是氧化焰?；鹧嬷杏羞^量的氧，焰芯變短變尖，內(nèi)焰區(qū)消失，整個(gè)火焰長度變短，燃燒有力并發(fā)出響聲。用此種火焰焊接金屬能使熔池氧化沸騰，鋼性能變脆，故除焊接黃銅之外，一般很少使用。接頭形式和焊接準(zhǔn)備 氣焊可以進(jìn)行平、立、橫、仰等各種空

38、間位置的焊接。其接頭型式也有對(duì)接、搭接、角接和T型接頭等。在氣焊前，必須徹底清除焊絲和焊件接頭處表面的油污、油漆、鐵銹以及水分等，否則不能進(jìn)行焊接。 焊絲與焊劑 在焊接時(shí)，氣焊的焊絲作為填充金屬，與熔化的母材一起形成焊縫，因此焊絲質(zhì)量對(duì)焊件性能有很大的影響。焊接時(shí)常根據(jù)焊件材料選擇相應(yīng)的焊絲。焊劑的作用是保護(hù)熔池金屬，去除焊接過程中形成的氧化物，增加液態(tài)金屬的流動(dòng)性。焊接低碳鋼時(shí)，由于中性焰本身具有相當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)作用，可不用焊劑。我國氣焊焊劑的主要牌號(hào)有CJ101（用于焊接不銹鋼、耐熱鋼）、CJ201（用于焊接鑄鐵）、CJ301（用于焊接銅合金）、CJ401（用于焊接鋁合金）。焊劑的主要成分有硼酸

39、、硼砂、碳酸鈉等。 2氣割 氣割是利用高溫的金屬在純氧中燃燒而將工件分離的加工方法。氣割使用的氣體和供氣裝置可與氣焊通用。 氣割時(shí)，先用氧-乙炔焰將金屬加熱到燃點(diǎn)，然后打開切割氧閥門，放出一股純氧氣流，使高溫金屬燃燒。燃燒后生成的液體熔渣，被高壓氧流吹走，形成切口，如圖4.3.8所示。金屬燃燒放出大量的熱，又預(yù)熱了待切割的金屬。所以氣割過程是予熱燃燒吹渣形成切口不斷重復(fù)進(jìn)行的過程。氣割所用的割炬與焊炬有所不同，多了一個(gè)切割氧氣管和切割氧閥門。符合下列條件的金屬才能進(jìn)行氣割。 金屬的燃點(diǎn)應(yīng)低于本身的熔點(diǎn)，否則變?yōu)?熔割，使切割質(zhì)量降低，甚至不能切割。 圖4.3.8 氣割 (2) 金屬氧化物的熔點(diǎn)

40、應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)。否則高熔點(diǎn)的氧化物會(huì)阻礙著下層金屬與氧氣流接觸，使氣割無法繼續(xù)進(jìn)行。另外，氣割時(shí)所產(chǎn)生的氧化物應(yīng)易于流動(dòng)。 (3) 金屬的導(dǎo)熱性不能太高，否則使氣割處的熱量不足，造成氣割困難。 (4) 金屬在燃燒時(shí)所產(chǎn)生的大量熱能應(yīng)能維持氣割的進(jìn)行。 碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼具有很好的氣割性能，因鋼中主要成分的鐵，其燃燒時(shí)生成FeO,Fe3O4和Fe2O3放出大量的熱。并且熔點(diǎn)低流動(dòng)性好，故切口光潔整齊而質(zhì)量好。但氣割鑄鐵時(shí)，因其燃點(diǎn)高于熔點(diǎn)，且渣中有大量的粘稠的SiO2防礙切割進(jìn)行。氣割鋁和不銹鋼，因存在高熔點(diǎn)Al2O3和Cr2O3膜，故亦不能用一般氣割方法切割。4.3.4 電渣焊 電渣焊

41、是利用電流通過液態(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。它與電弧焊不同，除引弧外，焊接過程中不產(chǎn)生電弧。 電渣焊一般在立焊位置進(jìn)行，焊前將邊緣經(jīng)過清理、側(cè)面經(jīng)過加工的焊件裝配成相距2040mm的接頭如圖4.3.9所示。焊接過程如圖4.3.10所示。焊件與填充焊絲接電源兩極，在接頭底部焊有引弧板，頂部裝有引出板。在接頭兩側(cè)還裝有強(qiáng)制成形裝置即冷卻滑塊(一般用銅板制成、并通水冷卻)，以利熔池冷卻結(jié)晶。焊接時(shí)將焊劑裝在引弧板、冷卻滑塊圍成的盒狀空間里。送絲機(jī)構(gòu)送入焊絲，同引弧板接觸后引燃電弧。電弧高溫使焊劑熔化，形成液態(tài)熔渣池。當(dāng)渣池液面升高淹沒焊絲末端后，電弧自行熄滅，電流通過熔渣

42、，進(jìn)入電渣焊過程。由于液態(tài)熔渣具有較大電阻，電流通過時(shí)產(chǎn)生的電阻熱將使熔渣溫度升高達(dá)17002000，使與之接觸的那部分焊件邊緣及焊絲末端熔化。熔化的金屬在下沉過程中，同熔渣進(jìn)行一系列冶金反應(yīng)，最后沉集于渣池底部、形成金屬熔池。以后隨著焊絲不斷送進(jìn)與熔化，金屬熔池不斷升高并將渣池上推，冷卻滑塊也同步上移，渣池底部則逐漸冷卻凝固成焊縫，將兩焊件 連接起來。比重輕的渣池浮在上面既作為熱源，又隔離空氣，保護(hù)熔池金屬不受侵害。 圖4.3.9 電渣焊工件裝配圖 圖4.3.10 絲極電渣焊示意圖 1工件；2引弧板； 1工件；2金屬熔池；3熔渣；4導(dǎo)絲管； 3門形板；4引出板。 5焊絲；6強(qiáng)制成形裝置；7冷

43、卻水管； 8焊縫；9引出板；10金屬熔滴；11引弧板電渣焊的特點(diǎn)： (1)對(duì)于厚大截面的焊件可一次焊成，生產(chǎn)率高。工件不開坡口，焊接同等厚度的工件，焊劑消耗量只是埋弧自動(dòng)焊的1/501/20。電能消耗量是埋弧焊的1/31/2、焊條電弧焊的1/2，因此，電渣焊的經(jīng)濟(jì)效果好，成本低。 由于熔渣對(duì)熔池保護(hù)嚴(yán)密，避免了空氣對(duì)金屬熔池的有害影響，而且熔池金屬保持液態(tài)時(shí)間長，有利于冶金反應(yīng)充分，焊縫化學(xué)成分均勻和氣體雜質(zhì)上浮排除。因此焊縫金屬比較純凈，質(zhì)量較好。 焊接速度慢，焊件冷卻慢，因此焊接應(yīng)力小。但焊接熱影響區(qū)卻比其他焊接方法的寬，造成接頭晶粒粗大，力學(xué)性能下降。所以電渣焊后，焊件要進(jìn)行正火處理，以

44、細(xì)化晶粒。 電渣焊主要用于焊接厚度大于30mm的厚大工件。由于焊接應(yīng)力小，它不僅適合低碳鋼的焊接，還適合于中碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。目前電渣焊是制造大型鑄焊、鍛焊復(fù)合結(jié)構(gòu)，如水壓機(jī)、水輪機(jī)和軋鋼機(jī)上大型零件的重要工藝方法。4.3.5 等離子弧焊 等離子弧的產(chǎn)生原理如圖4.3.11所示。鎢極與工件之間加一高壓，經(jīng)高頻振蕩器的激發(fā)，使氣體電離形成電弧，電弧通過細(xì)孔噴嘴時(shí)，弧柱截面縮小，產(chǎn)生機(jī)械壓縮效應(yīng)；向噴嘴內(nèi)通入高速保護(hù)氣流(如氬氣、氮?dú)獾?，此冷氣流均勻地包圍著電弧，使弧柱外圍受到強(qiáng)烈冷卻，于是弧柱截面進(jìn)一步縮小、產(chǎn)生了熱壓縮效應(yīng)。此外，帶電離子在弧柱中的運(yùn)動(dòng)可看成是無數(shù)根平行的通電“導(dǎo)體”，

45、其自身磁場(chǎng)所產(chǎn)生的電磁力使這些“導(dǎo)體”互相吸引靠攏，電弧受到進(jìn)一步壓縮，這種作用稱為電磁壓縮效應(yīng)。這三種壓縮效應(yīng)作用在弧柱上，使弧柱被壓縮得很細(xì)，電流密度極大提高，能量高度集中，弧柱區(qū)內(nèi)的氣體完全電離、從而獲得等離子弧。這種等離子弧的溫度可高達(dá)1500016000K，能夠用于焊接和切割。 利用等離子弧作為熱源的焊接方法稱為等離子弧焊。焊接時(shí)，在等離子弧周圍還要噴射保護(hù)氣體以保護(hù)熔池，一般保護(hù)氣體和等離子氣體相同，通常為氬氣。 按焊接電流大小，等離子弧焊分為微束等離子弧焊和大電流等離子弧焊兩種。微束等離子弧的電流一般為0.130A，可用于厚度為0.0252.5mm箔材和薄板的焊接。大電流等離子弧

46、主要用于焊接厚度大于2.5mm的焊件。等離子弧焊具有能量集中，穿透能力強(qiáng)， 圖 4.3.11 等離子弧焊原理圖 電弧穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。因此，焊接12mm厚的工件可不開坡口，能一次單面焊透雙面成型；其焊接熱影響區(qū)小，焊件變形??；而且焊接速度快，生產(chǎn)率高。但等離子弧焊設(shè)備復(fù)雜，氣體消耗大，焊接成本較高，并且只適宜于室內(nèi)焊接，因此應(yīng)用范圍受到一定限制。 現(xiàn)在等離子弧焊已廣泛應(yīng)用于化工、原子能、精密儀器儀表及尖端技術(shù)領(lǐng)域的不銹鋼、耐熱鋼、銅合金、鋁合金、鈦合金及鎢、鉬、鉆、鉻、鎳、鈦的焊接。 此外，利用高溫高速的等離子弧還可以切割任何金屬和非金屬材料，包括氧乙炔焰不能切割材料，而且切口窄而光滑，切割效率比氧

47、乙炔焰切割提高13倍。 4.3.6 壓焊與釬焊 壓焊 利用加壓(或同時(shí)加熱)的方法使兩工件的結(jié)合面緊密接觸并產(chǎn)生一定的塑性變形，借用原子之間的結(jié)合力將它們牢固地連接起來。這類焊接方法稱為壓力焊。根據(jù)加熱加壓的方式不同，壓力焊可分為電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、擴(kuò)散焊和爆炸焊等。 電阻焊 電阻焊是利用電流通過焊件及其接觸面產(chǎn)生的電阻熱作熱源，將焊件局部加熱到塑性或熔融狀態(tài)，然后在壓力下形成焊接接頭的一種焊接方法。 根據(jù)焦耳楞次定律電阻焊在焊接過程中產(chǎn)生的熱量為Q0.24I2Rt (J) 由于電阻R(包括工件本身電阻和工件間接觸電阻)有限，為使工件在極短的時(shí)間(t0.01秒至幾秒)內(nèi)迅速加熱到焊接溫度

48、，以減少散熱損失，必須采用很大的焊接電流(Il03104A)，因此電阻焊設(shè)備的特點(diǎn)就是低電壓、大功率。 電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊三種形式，其示意圖如圖4.3.12所示。 與其他焊接方法相比，電阻焊具有生產(chǎn)率高、焊件變形小、勞動(dòng)條件好、不需填充材料和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)。但設(shè)備較一般熔化焊復(fù)雜，耗電量大，適用的接頭形式和可焊工件厚度受到一定限制，且焊前清理要求高。 1) 點(diǎn)焊 如圖4.3.12 a）所示，點(diǎn)焊是利用柱狀電極在兩塊搭接工件接觸面之間形成焊點(diǎn)而將工件焊在一起的焊接方法。 點(diǎn)焊的焊接過程分預(yù)壓、通電加熱和斷電冷卻幾個(gè)階段。 預(yù)壓 將表面已清理好的工件疊合起來，置于兩電極之間預(yù)壓夾緊，

49、使工件欲焊處緊密接觸。 通電加熱 由于電極內(nèi)部通水，電極與被焊工件之間所產(chǎn)生的電阻熱被冷卻水帶走，故熱量主要集中在兩工件接觸處，將該處金屬迅速加熱到熔融狀態(tài)而形成熔核，熔核周圍的金屬被加熱塑性狀態(tài)，在壓力作用下發(fā)生較大塑性變形。 斷電冷卻 當(dāng)塑性變形量達(dá)到一定程度后，切斷電源，并保持壓力一段時(shí)間，使熔核在壓力作用下冷卻結(jié)晶，形成焊點(diǎn)。焊完一點(diǎn)后，移動(dòng)工件焊第二點(diǎn)，這時(shí)候有一部分電流流經(jīng)已焊好的焊點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為分流。分流會(huì)使第二點(diǎn)處電流減小，影響焊接質(zhì)量，因而兩點(diǎn)間應(yīng)有一定距離。被焊材料的導(dǎo)電性越好，焊件厚度越大，分流現(xiàn)象越嚴(yán)重，因此兩點(diǎn)間的間距就應(yīng)該越大。 圖4.3.12 電阻焊示意圖點(diǎn)焊主

50、要用于薄板結(jié)構(gòu)，板厚一般在4mm以下，特殊情況下可達(dá)l0mm。這種焊接方法廣泛用來制造汽車車箱、飛機(jī)外殼等輕型結(jié)構(gòu)。 2） 縫焊 縫焊過程與點(diǎn)焊基本相似?？p焊焊縫是由許多焊點(diǎn)相互依次重疊而形成的連續(xù)焊縫。由于縫焊機(jī)的電極是兩個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的盤狀電極，所以縫焊又稱滾焊。 如圖4.3.12 b)所示，當(dāng)兩工件的搭接處被兩個(gè)圓盤電極以一定的壓力夾緊并反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，自動(dòng)開關(guān)按一定的時(shí)間間隔斷續(xù)送電，兩工件接觸面間就形成許多連續(xù)而彼此重疊的焊點(diǎn)，這樣就獲得了縫焊焊縫，焊點(diǎn)相互重疊率在50以上。 縫焊在焊接過程中分流現(xiàn)象嚴(yán)重。因此縫焊只適于焊接了3mm以下的薄板焊件。 縫焊焊縫表面光滑美觀，氣密性好?？p焊已廣泛

51、應(yīng)用于家用電器(如電冰箱殼體)、交通運(yùn)輸(如汽車、拖拉機(jī)油箱)及航空航天(如火箭燃料貯箱)等工業(yè)部門中要求密封的焊件的焊接。 3） 對(duì)焊 對(duì)焊是利用電阻熱將兩工件端部對(duì)接起來的一種壓力焊方法。根據(jù)焊接過程不同，對(duì)焊又可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。 電阻對(duì)焊 把工件裝在對(duì)焊機(jī)的兩個(gè)電極夾具上對(duì)正、夾緊，并施加預(yù)壓力，使兩工件的端面擠緊，然后通電。由于兩工件接觸處實(shí)際接觸面積較小，因而電阻較大，當(dāng)電流通過時(shí)，就會(huì)在此產(chǎn)生大量的電阻熱，使接觸面附近金屬迅速加熱到塑性狀態(tài)，然后增大壓力，切斷電源，使接觸處產(chǎn)生一定的塑性變形而形成接頭。 電阻對(duì)焊具有接頭光滑、毛刺小、焊接過程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但接頭的機(jī)械性能較低

52、。焊前必須對(duì)焊件端面進(jìn)行除銹、修整，否則焊接質(zhì)量難以保證。電阻對(duì)焊主要用于截面尺寸小且截面形狀簡(jiǎn)單(如圓形、方形等)的金屬型材的焊接。 閃光對(duì)焊 閃光對(duì)焊時(shí)，將工件在電極夾頭上夾緊，先接通電源，然后逐漸靠攏。由于接頭端面比較粗糙，開始只有少數(shù)幾個(gè)點(diǎn)接觸，當(dāng)強(qiáng)大的電流通過接觸面積很小的幾點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量的電阻熱，使接觸點(diǎn)處的金屬迅即熔化甚至氣化，熔化金屬在電磁力和氣體爆炸力作用下連同表面的氧化物一起向四周噴射，產(chǎn)生火花四濺的閃光現(xiàn)象。繼續(xù)推進(jìn)焊件，閃光現(xiàn)象便在新的接觸點(diǎn)處產(chǎn)生，待兩工件的整個(gè)接觸端面部有一薄層金屬熔化時(shí)，迅速加壓并斷電，兩工件便在壓力作用下冷卻凝固而焊接在一起。 閃光對(duì)焊對(duì)工件

53、端面的平整度要求不高，接頭質(zhì)量也較電阻對(duì)焊的好，但操作比較復(fù)雜，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成一定污染。 摩擦焊 摩擦焊是利用兩工件焊接端面之間相互摩擦而產(chǎn)生的熱量將工件接合端加熱到塑性狀態(tài)后，在壓力作用下使它們連接起來的一種壓力焊方法。 摩擦焊過程 如圖4.3.13所示，將工件、分別夾持在焊機(jī)的旋轉(zhuǎn)夾頭和移動(dòng)夾頭上，加上預(yù)壓力使兩工件緊密接觸。然后使工件高速旋轉(zhuǎn)，工件在一定的軸向壓力作用下不斷向工件方向緩緩移動(dòng)。于是兩工件接觸端面強(qiáng)烈摩擦而發(fā)出大量的熱并被加熱到塑性狀態(tài)，同時(shí)在軸向壓力作用下逐步發(fā)生塑性變形。變形的結(jié)果使覆蓋在端面上的氧化物和雜質(zhì)迅速破碎并被擠出焊接區(qū)，露出純凈的金屬表面。 圖4.3.13

54、摩擦焊工作原理隨著焊接區(qū)金屬塑性變形的增加，接觸端 部很快被加熱到焊接溫度。這時(shí)、立即剎車，停止工件的旋轉(zhuǎn)并加大軸向壓力，使兩工件在高溫高壓下焊接起來。 摩擦焊特點(diǎn)： 1) 焊接接頭質(zhì)量高且穩(wěn)定。由于工件接觸表面強(qiáng)烈摩擦，使工件接觸表面的氧化膜和雜質(zhì)擠出焊縫之外，因而接頭質(zhì)量好，焊件尺寸精度高。 2) 不僅可以實(shí)現(xiàn)同種金屬的焊接，還可實(shí)現(xiàn)異種金屬的焊接，如高速鋼與45鋼焊接，銅合金與鋁合金焊接等。 3) 生產(chǎn)率高。焊好一個(gè)接頭所需時(shí)間一般不超過1min，與閃光焊相比，生產(chǎn)率可提高幾倍甚至幾十倍。 4) 摩擦焊操作技術(shù)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，且沒有火花和弧光，勞動(dòng)條件好。 5) 焊機(jī)所需功率小，

55、省電。與閃光焊相比，可節(jié)約電能510倍以上。 摩擦焊的接頭形式 摩擦焊接頭一般是等截面的，也可以是不等截面的。摩擦焊作為一門新技術(shù)，在國內(nèi)外已得到很大發(fā)展，世界各國投入使用的摩擦焊機(jī)逐年增多。我國目前已能焊接直徑168mm的大型石油鉆桿，并對(duì)摩擦焊機(jī)實(shí)現(xiàn)了微機(jī)控制。改善了接頭質(zhì)量，提高了產(chǎn)品合格率。隨著研究的深入和生產(chǎn)的發(fā)展，摩擦焊將會(huì)得到更廣泛應(yīng)用。 釬焊 釬焊是通過加熱，使被焊工件接頭處溫度升高，但不熔化，同時(shí)使熔點(diǎn)較低的釬料熔化并滲入到被焊工件的間隙之中，通過原子擴(kuò)散相互相溶解，冷卻凝固后將兩工件連接起來的一類焊接方法。 與一般焊接方法相比，釬焊的加熱溫度較低，焊件的應(yīng)力和變形較小。對(duì)材

56、料的組織和性能影響很小，易于保證焊件尺寸。釬焊還能實(shí)現(xiàn)異種金屬甚至金屬與非金屬的連接。因此釬焊在電工、儀表、航空相機(jī)械制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。 釬科 按熔點(diǎn)不同，釬料可分為易熔釬料和難熔釬料兩大類。 1）易熔釬料 熔點(diǎn)在450以下，又稱軟釬料，常用的軟釬料有錫基和鉛基釬料。這種釬料的焊縫強(qiáng)度較低，用于強(qiáng)度要求低或無強(qiáng)度要求的焊件，如電子產(chǎn)品和儀表中線路的焊接。 2）難熔釬料 熔點(diǎn)高于450，又稱硬釬料。常用的硬釬料有銀基和銅基釬料。這種釬料的接頭強(qiáng)度較高，常用于受力較大或工作溫度較高的工件焊接，如車刀上硬質(zhì)合金刀頭與刀桿的焊接。 釬焊方法： 1）焊件去膜 大氣中的金屬表面都覆蓋著一層氧化膜。氧化

57、膜的存在會(huì)使液態(tài)釬料不能浸潤工件而難于焊接，因此必須設(shè)法清除。常用的去膜法有釬劑去膜法(如錫焊時(shí)采用松香、銅焊時(shí)采用硼酸或硼砂)和機(jī)械去膜法(如利用器械刮除)。 2）接頭形式 釬焊接頭的強(qiáng)度往往低于釬焊金屬的強(qiáng)度，因此釬焊常采用搭接接頭形式。依靠增大搭接面積，可以在接頭強(qiáng)度低于釬焊金屬強(qiáng)度的條件下，達(dá)到接頭與焊件具有相等的承載能力的目的。另外，它的裝配要求也比較簡(jiǎn)單。 加熱方法： 1）烙鐵加熱 利用烙鐵頭積聚的熱量來熔化釬料并加熱工件釬焊部位。烙鐵釬焊只適用于軟釬料焊接薄件和小件，多用于電工、儀表等線路連接。烙鐵釬焊一般采用釬劑去膜。 2）火焰加熱 利用可燃性氣體或液體燃料燃燒所形成的火焰來加

58、熱焊件和熔化釬料。這種加熱方法常用于銀基和銅基釬料，釬焊碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅及銅合金的薄壁和小型焊件。火焰釬焊主要由手工操作，對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高。 3）電阻加熱 依靠電阻熱加熱焊件和熔化釬料，并在壓力作用下完成焊接過程。電阻釬焊加熱迅速、生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但接頭尺寸不能太大。目前主要用于釬焊刀具、帶鋸、導(dǎo)線端、各種電觸點(diǎn)，以及集成電路塊和晶體管等元件的焊接。 4）感應(yīng)加熱 將工件的釬焊部分置于交變磁場(chǎng)中，通過工件在磁場(chǎng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的電阻熱來實(shí)現(xiàn)釬焊焊接。感應(yīng)加熱的速度快，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。特別適用于管件套接、管子和法蘭、軸和軸套之類接頭的焊接。4.4 常用金屬材

59、料的焊接 4.4.1碳鋼的焊接 1. 低碳鋼的焊接低碳鋼的含碳量小于0.25% ，碳當(dāng)量數(shù)值小于0.40% ，所以這類鋼的焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要采取特殊的工藝措施，用各種焊接方法都能獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。只有厚大結(jié)構(gòu)件在低溫下焊接時(shí)，才應(yīng)考慮焊前預(yù)熱，如20mm以下板厚、溫度低于零下10或板厚大于50mm、溫度低于0，應(yīng)預(yù)熱100150。低碳鋼結(jié)構(gòu)件焊條電弧焊時(shí)，根據(jù)母材強(qiáng)度等級(jí)，一般選用酸性焊條E4303（J422）、E4320（J424）等；承受動(dòng)載荷、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的厚大焊件，選用抗裂性好的堿性焊條E4215（J427）、E4316（J426）等。埋弧焊時(shí)，一般選用焊絲H08A或H08MnA

60、配合焊劑HJ431。采用電渣焊時(shí)，焊后應(yīng)進(jìn)行正火處理。沸騰鋼脫氧不完全，含氧量較高，S，P等雜質(zhì)分布不均勻，局部區(qū)域S，P含量可能超出規(guī)定范圍，焊接時(shí)裂紋傾向大，不宜作為焊接結(jié)構(gòu)件，應(yīng)改用鎮(zhèn)靜鋼。2. 中、高碳鋼焊接中碳鋼焊接時(shí)，熱影響區(qū)組織淬硬傾向增大，較易出現(xiàn)裂紋和氣孔，為此要采取一定的工藝措施。如35、45鋼焊接時(shí)，焊前應(yīng)預(yù)熱150250。根據(jù)母材強(qiáng)度級(jí)別，選用焊條E5015（J507）、E5016（J506）、E5515（J557）、E5516（J556）等（代表后綴字母，表示熔敷金屬化學(xué)成分分類的代號(hào)）。為避免母材過量熔入焊縫中導(dǎo)致碳含量升高，要開坡口并采用細(xì)焊條，小電流，多層焊等工