熱加工工藝第三章 焊接

1、第三章 焊接(hnji)一 焊接生產(chǎn)(shngchn)的實質(zhì)焊接，就是在兩塊金屬之間，用局部加熱或加壓等手段，借助于金屬內(nèi)部原子的結合力，使分離的金屬連接成牢固整體的一種工藝方法。 概述 兩個物體只有相互接近到0.30.5nm的距離，才有可能實現(xiàn)原子力的結合。共四十四頁二 焊接(hnji)方法的分類1 熔化(rnghu)焊：利用熱源，將焊件接頭熔化，并加入填充金屬，凝固后彼此焊合在一起。2 壓力焊：加熱或不加熱，接頭受壓力作用，產(chǎn)生塑性變形，使原子間產(chǎn)生結合力（組成新的晶格），將兩工件連接起來。熔化焊、壓力焊和釬焊3 釬焊：接頭只加熱不加壓，焊件不熔化，釬料加熱到熔化狀態(tài)擴散到接頭中去。硬釬焊

2、：軟釬焊：釬料的熔點450以上。釬料的熔點450以下。共四十四頁二 焊接(hnji)生產(chǎn)的特點1 省工省料，重量輕；2 可以(ky)化大為小，以小拼大；3 可以制造雙金屬結構，節(jié)省貴金屬；4 存在問題：影響質(zhì)量的因素較多，易產(chǎn)生缺陷。 提高質(zhì)量，消除缺陷是焊接生產(chǎn)的關鍵問題。 共四十四頁1 焊接(hnji)的基本原理一 熔化焊的冶金反應(fnyng)特點及對質(zhì)量的影響1 冶金特點：a 溫度高 Fe+OFeO FeO+O Fe3O4 C+O CO Mn+O MnO Si+O SiO2空氣中的氮氣亦可與鐵發(fā)生反應，生成Fe2N或Fe4N（兩極2500K，弧柱區(qū)60008000K）, 金屬元素蒸發(fā)、

3、燒損強烈，氧化、氮化嚴重，改變焊縫成分 ，容易產(chǎn)生氣孔和夾渣，降低焊縫的力學性能，使其變脆。b 熔池體積小， 冷卻快，反應不平衡，成分不均勻，渣氣不易浮出，形成氣孔、夾渣，進一步導致焊縫力學性能下降。熔池共四十四頁2 保證質(zhì)量的措施(cush)：a 對熔化金屬進行(jnxng)保護，防空氣侵入；氣體保護：熔渣保護：用化學性質(zhì)不活波的氣體充滿焊縫周圍，排開空氣。手工電弧焊中，焊條藥皮燃燒產(chǎn)生CO2保護氣體。焊接過程中產(chǎn)生的熔渣覆蓋在焊縫表面，以防金屬被氧化、氮化。c 補充易燒損的元素，保證焊縫的化學成分；d 脫硫、磷 (石灰石 氟石等脫硫磷) 。b 脫氧；共四十四頁二 焊接(hnji)接頭的組織

4、和性能（低碳鋼） 焊接接頭包括(boku)焊縫， 熔合區(qū) (靠近焊縫的半熔化區(qū))，熱影響區(qū) (臨近熔合區(qū))。1 焊縫：(熔化區(qū))組織特點：鑄態(tài)組織，晶粒粗大，力學性能：不低于基本金屬。2 熔合區(qū)：(半熔化區(qū))此區(qū)的高溫組織為A+L，A體晶粒粗大，塑性差，易產(chǎn)生應力集中，出現(xiàn)裂紋，力學性能最差。3 熱影響區(qū)：焊縫兩側受焊接熱循環(huán)作用而發(fā)生組織性能變化的區(qū)域。接頭各點： 加熱 迅速冷卻共四十四頁過熱(u r)區(qū)：最高加熱(ji r)溫度1100 AE線。受高溫影響，晶粒急劇長大，甚至產(chǎn)生過熱組織。塑性、韌性明顯下降，易出現(xiàn)裂紋，力學性能最差。正火區(qū)：最高加熱溫度Ac3 1100，相當受到正火處理。

5、A體晶粒細小，冷卻后組織細化，力學性能好。部分相變區(qū)：高溫組織為F+A，相變不充分，晶粒不均，性能稍差。再結晶區(qū)：溫度范圍在AC1 500。工件焊經(jīng)過冷塑性變形，在此區(qū)再結晶，細化晶粒，提高性能。加熱溫度AC1 AC3，組織發(fā)生部分相變。共四十四頁4 影響焊接接頭(ji tu)性能的因素焊接(hnji)材料：焊絲和藥皮，影響焊縫的化學成份。焊接方法：不同的焊接方法其熱影響區(qū)的寬度不同。焊接工藝：焊接速度快，電流小，則熱影響區(qū)窄。5 改善接頭性能的方法：采用合適的焊接材料，以保證焊縫的化學成份；焊接方法和工藝：采用熱影響區(qū)小的焊接方法，工藝上可用細焊條，多層焊。調(diào)整焊接規(guī)范；減小焊接電流，加快焊

6、接速度 以減少熱輸入；焊后熱處理。共四十四頁 三 焊接應力(yngl)和變形1 焊接應力和變形(bin xng)產(chǎn)生的原因：對工件進行了不均勻的加熱和冷卻。3 減少和消除變形、應力的措施： a 合理設計焊接結構:減少焊縫長度、數(shù)量和斷面積；焊縫對稱布置；2 焊接變形的基本形式：避免交叉焊縫；收縮變形 角變形 彎曲變形 扭曲變形 波浪變形拉 壓 壓 共四十四頁 b 工藝(gngy)措施： c 矯正(jiozhng)變形的方法反變形法；加余量法；剛性固定；合理的焊接順序；機械矯正火焰加熱矯正焊前預熱，碳鋼件可預熱到350400；消除應力的方法 焊后熱處理。加0.10.2%的補縮量。先條后塊原則共四

7、十四頁2 常用熔化(rnghu)焊方法一 焊條(hntio)電弧焊（一）焊條1 組成：焊條由焊絲（焊芯）和藥皮兩部分組成。2 焊絲的作用：導電、填充焊縫金屬。3 藥皮的作用：主要是保證焊縫質(zhì)量。保護作用：藥皮熔化，產(chǎn)生氣體、熔渣，隔絕空氣，保護熔滴和熔池。穩(wěn)弧作用：藥皮中的K、Na的鹽類電離，提高電弧的穩(wěn)定性。脫氧、脫硫磷、滲合金，提高焊縫金屬的機械性能。共四十四頁4 焊條的分類、型號(xngho)與牌號：焊條(hntio)的種類：按焊條的用途分十一大類：碳鋼焊條、低合金焊條、耐熱鋼焊條、鑄鐵焊條、不銹鋼焊條按藥皮的主要成份分八類：Ti型、TiCa型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、低氫鉀型、低氫鈉型按熔

8、渣的酸堿性分兩類：酸性焊條：酸性氧化物（FeO、TiO2）多于堿性氧化物（CaO、CaF2）特點：氧化性強，合金燒損大，焊縫機械性能（、ak）低； 焊接工藝性好，對接頭的清理要求不高（好焊）； 價格便宜。用途：廣泛用于低碳鋼、低合金鋼和要求不高的結構件。堿性焊條：藥皮以堿性氧化物和螢石為主的焊條。特點：藥皮成份中CaCO3、CaF2、鐵合金含量較多； 有機物含量少（低氫）；焊縫的抗裂性能好（ak）； 機械性能好（有益元素含量多）； 工藝性能差，對接頭清理要求較嚴格； 價格較貴。用途：要求較高的易裂材料和結構； 合金結構鋼的焊接。共四十四頁焊條(hntio)的型號：國家標準(u ji bio z

9、hn)中的焊條代號。(以碳鋼焊條為例)E 焊接電流種類和藥皮類型表示焊接位置焊縫金屬抗拉強度的最小值表示碳鋼焊條例：E4316表示為碳鋼焊條，焊縫b430MPa，用于全位置焊接，藥皮為低氫鉀型。焊條的牌號：焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號。用一個大寫字母（或漢字）加三個數(shù)字來表示。 如 J 4 2 2（結422）藥皮類型（鈦鈣型）焊縫金屬抗拉強度的最小值（ b430MPa ）表示焊條的大類（結構鋼焊條）共四十四頁5 焊條(hntio)的選用原則（以結構鋼為例）按照(nzho)使用要求選大類；焊接結構鋼，使用結構鋼焊條根據(jù)工作條件選強度，遵循等強度原則；根據(jù)載荷性質(zhì)、焊件形狀、剛度、結構本身的材質(zhì)、環(huán)境等

10、情況選焊條的酸堿性。受動載（沖擊、交變） ：結構形狀復雜、厚度大、剛度大：碳、硫、磷含量高：環(huán)境溫度低、脆性大、冷卻速度快：堿性焊條除此之外：應選酸性焊條（二）特點：設備簡單；操作靈活；生產(chǎn)率低；質(zhì)量不穩(wěn)定 共四十四頁二 埋弧自動(zdng)焊1 焊接(hnji)過程：焊機將焊絲自動送入電弧區(qū)并保證選定的弧長（運條自動）；焊接電弧在焊劑層下面燃燒（埋?。?。滾輪共四十四頁2 埋弧自動(zdng)焊的特點和應用：生產(chǎn)率高：電流可以很大，常用到1000A， 厚度小于25mm不開坡口。 運條自動，輔助(fzh)時間少。焊接質(zhì)量好：保護比較嚴密，電弧穩(wěn)定， 熱影響區(qū)窄，焊縫成型美觀。金屬消耗少：沒有焊條

11、頭，熔深大，勞動條件好：看不到弧光，很少有煙霧。不能實現(xiàn)全位置焊接，位置窄時難焊。焊前裝配要求高。設備復雜，一次性投資較大。應用：成批焊接厚度為660mm的長直焊縫、 較大直徑（D250mm）的環(huán)形焊縫水平位置焊接。共四十四頁三 氣體(qt)保護焊：利用化學性質(zhì)不活波的氣體保護熔池和熔滴，免受空氣(kngq)有害作用的電弧焊。（一）氬弧焊用氬氣（Ar）來保護熔化金屬。1 特點：保護效果好，焊接質(zhì)量高；電弧穩(wěn)定，溫度易控制，單面焊雙面成型；可進行全位置焊接；氬氣成本高。2 應用：焊接鋁合金、鎂合金、鈦合金、不銹鋼等易氧化的有色金屬和合金鋼。只能在室內(nèi)焊接。W極共四十四頁（二）二氧化碳(r yng

12、 hu tn)氣體保護焊：用CO2作為保護氣體方法。1 特點(tdin)：成本低，僅為焊條電弧焊的45%；焊接質(zhì)量較好（指低碳鋼和低合金鋼）；不用清渣，生產(chǎn)率高，可進行全位置焊接。電流過大時，金屬飛濺較大，煙霧較多，焊縫成型差；2 應用：焊接低碳鋼和低合金鋼，特別適合厚度小于3mm薄板。CO2在高溫下具有氧化性，燒損合金元素！不能焊接有色金屬和合金鋼共四十四頁四 電渣焊利用(lyng)電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱熔化母材與電極1 特點(tdin)：厚大截面焊縫一次焊成，故生產(chǎn)率高，成本低；焊縫金屬純凈；組織粗大，熱影響區(qū)寬。焊后應熱處理。2 應用：用于厚板（厚度40mm）的立縫焊接，焊后熱處理

13、。引出板引入板引弧板焊藥熔化渣池工件和電極熔化熔池熔池在下渣池在上共四十四頁3 壓力(yl)焊與釬焊一 電阻(dinz)焊利用強大的電流（幾千到幾萬A）通過焊件，在其接頭處產(chǎn)生電阻熱，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后在壓力的作用下形成焊接接頭的焊接方法。1 電阻焊的分類：點焊：在兩塊搭接工件接觸面間形成焊點，而將工件焊在一起。點焊應用于不要求密封的薄板（小于4mm）的焊接。共四十四頁縫焊：采用(ciyng)滾盤作電極，邊焊邊滾，形成連續(xù)的焊縫?？p焊應用(yngyng)于厚度小于3mm的要求密封件，如油箱等。對焊：棒料對接，兩工件的斷面形狀應盡量相同。包括電阻對焊和閃光對焊。共四十四頁2 電

14、阻(dinz)焊的特點：節(jié)省焊接材料，成本低；熱影響區(qū)小，時間(shjin)短（0.01幾秒），變形??；生產(chǎn)率高；設備復雜，耗電量大。二 摩擦焊利用兩工件相互磨擦所產(chǎn)生的熱，使工件端面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速加壓完成焊接的一種壓力焊方法。接頭質(zhì)量好；不用焊接材料；同種或異種金屬都可以焊生產(chǎn)率高共四十四頁三 釬焊：加熱(ji r)工件不熔化，釬料熔化。（三）特點：溫度低，應力和變形小，接頭(ji tu)非常美觀； 生產(chǎn)率高； 同種、異種金屬均可焊； 接頭強度較低，耐熱溫度較低。 （四）應用： 要求接頭美觀，對強度要求不高、形狀復雜的電器和工具。 分類釬料熔點釬料舉例釬劑軟釬焊450錫、鉛松香、氯

15、化鋅硬釬焊450銀、銅、鋁、鎳硼砂、硼酸、氯化物、氟化物共四十四頁3 常用(chn yn)金屬材料的焊接一 金屬材料的焊接(hnji)性（可焊性）（一） 概念：被焊金屬材料在一定焊接工藝條件下， 獲得優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。 優(yōu)質(zhì)接頭：接頭缺陷少，最主要是焊后不裂。接頭具有所要求的使用性能。（二 ）可焊性的影響因素1 主要決定于化學成分：影響焊接性的主要因素。例如：鋼中含碳量、合金元素 淬硬傾向，接頭脆 化，形成裂紋的傾向 焊接性凡是使材料發(fā)脆、易淬火的元素 可焊性共四十四頁3 焊接(hnji)工藝：焊件預熱(y r)，可焊性提高；中、高碳鋼焊前預熱。板厚增加，可焊性下降； 焊接材料(焊條等) （

16、三） 估算鋼料可焊性的方法碳當量法：此公式由國際焊接學會推薦，用于碳鋼和低合金鋼。當C當0.4%時：冷裂傾向不大，焊接性良好，一般不需采取工藝措施。當C當=0.40.6%時：冷裂傾向明顯，焊接性較差，需 采用工藝措施來防止裂紋的產(chǎn)生。例如焊前預熱，采用低氫型焊條。2 焊接方法：焊接方法對金屬材料的焊接性能有很大的關系。共四十四頁當C當0.6%時：冷裂傾向嚴重，可焊性更差。 提高預熱溫度，采用(ciyng)堿性焊條，焊后緩冷。 用碳當量法估計材料的可焊性是粗略的。因為可焊性除成分外，還受其它(qt)幾方面因素的影響。在實際中，除用此方法初步估計外，還應進行抗裂性、可焊性試驗，為制定合理的工藝方案

17、提供依據(jù)。共四十四頁當C當0.6%時：冷裂傾向嚴重，可焊性更差。 提高(t go)預熱溫度，采用堿性焊條，焊后緩冷。二 常用(chn yn)金屬材料的焊接特點 （一）低碳鋼C0.25%，焊接性良好，沒有淬硬、冷裂傾向。1 常用焊接方法：所有焊接方法都能焊好，常用手工電弧焊、埋弧自動焊。2 工藝措施：一般情況下不需采取特殊措施，當板厚大于50mm，低溫（0以下）焊接時，應預熱到100150 。大剛度結構件低溫焊接時，應考慮焊前預熱或采用低氫型焊條。常用焊條牌號：J422、J427共四十四頁（二）中碳鋼C=0.25%0.6% C當0.4%焊接時易產(chǎn)生淬硬組織(zzh)：過熱區(qū)和正火區(qū)產(chǎn)生M體組織(

18、zzh)。冷裂和熱裂傾向明顯(mngxin)，焊接性能差。1 常用焊接方法：手工電弧焊、氣焊。2 工藝措施：焊前預熱，如45鋼預熱到150250。焊后緩冷，如結構不允許預熱，可用不銹鋼焊條。采用堿性焊條，如J507、J607。細焊條、小電流、開坡口、多層多道焊。（三）高碳鋼焊接性能更差，一般不采用這類鋼做焊接結構。C當0.6%其焊接只用于工件的修補，焊接工藝措施和中碳鋼相似。共四十四頁（四）合金(hjn)結構鋼焊接(hnji)結構中，用得最多的是低合金結構鋼1 常用焊接方法：焊條電弧焊、埋弧自動焊。2 焊接特點：強度級別較低：淬硬傾向小，可焊性好，同低碳鋼；強度級別較高：淬硬傾向較大，可焊性較

19、差，形成淬火區(qū)，易產(chǎn)生冷裂紋。級別裂紋傾向。3 工藝措施：強度級別低的同低碳鋼；強度級別高的：焊前預熱，預熱溫度T150；用堿性焊條；焊后回火，T回=600650 ；消氫處理：加熱200300 ，保溫26小時。共四十四頁（五）鑄鐵(zhti)焊接(hnji)性十分惡劣，主要用于鑄鐵件的修補。1 特點：熔化區(qū)易產(chǎn)生白口，難于加工；易產(chǎn)生裂紋和氣孔。2 焊接工藝和方法：熱焊法：焊件預熱到600700，焊后緩冷。焊條電弧焊：采用鑄鐵芯焊條（Z248）或 鋼芯石墨化鑄鐵焊條（Z208）。氣焊：采用含硅高的鑄鐵焊條，C+Si=7%。熱焊法成本高，勞動條件差，但質(zhì)量能保證，焊后可加工。冷焊法：不預熱或只預

20、熱到400 以下。如焊后加工，采用鎳基焊條，如Z308、Z508，有良好的抗裂性和加工性，但Ni比較貴重。如焊后不加工，則可采用結構鋼焊條，如J507，亦可采用銅基鑄鐵焊條。薄小件可用氣焊。共四十四頁設計(shj)焊接結構，需要做四方面的工作：一 結構(jigu)材料的選擇在滿足工作性能要求的前提下，盡可能選用焊接性好的材料。4 焊接結構設計結構材料的選擇；焊接方法的選擇； 焊縫的布置； 接頭及坡口形式設計。含碳量0.25%碳鋼、含碳量0.2%低合金結構鋼可焊性較好，盡量選用。含碳量0.5%碳鋼、含碳量0.4%合金鋼可焊性不好，盡量避免采用。同一個結構盡量選用同一種材料。鑄鐵不能制作焊接結構。

21、共四十四頁二 焊接(hnji)方法的選擇依據(jù)(yj)：材料的焊接性、工件的結構形式、厚度和各種焊接方法的適用 范圍、生產(chǎn)率等。例如：焊低碳鋼，各種方法都能用，但不要用氬弧焊。中厚板（1020mm）：手工電弧焊、埋弧焊、CO2氣保焊都可以；長直焊縫，大環(huán)縫批量較大應選埋弧焊；單件生產(chǎn)、焊縫較短，處于不同空間位置用手工電弧焊、 半自動CO2氣保焊；薄板輕型結構用點焊或縫焊；厚度40mm用電渣焊焊接鋁合金、鎂合金、鈦合金、不銹鋼等：最好采用氬弧焊。稀有、高熔點金屬：采用等離子弧焊、真空電子束焊。微型箔材：微束等離子弧焊、激光焊。共四十四頁1 盡量減少焊接(hnji)工作量；2 利于(ly)方便焊接，

22、留有操作空間；3 焊縫遠離或避開加工面；用型材代替板材拼焊，以減少焊縫的數(shù)量。三 焊縫布置4 避開應力最大位置；共四十四頁5 不同壁厚件的焊接(hnji)要平滑過渡。4 對稱(duchn)布置焊縫，分散布置焊縫；對接共四十四頁四 接頭形式設計(shj)與坡口（實習內(nèi)容）1 接頭(ji tu)形式：常用的有對接、搭接、角接和T型接頭。根據(jù)結構的形狀和工藝選用接頭形式。2 坡口形式：開坡口的目的是保證焊透，如手弧焊熔深34mm。3 接頭的過渡：結構最好兩板厚度一致，不等厚應逐步過渡。共四十四頁第四章 毛坯(mop)的選擇 一 毛坯的種類(zhngli)：型材、鑄件、鍛壓件、焊接件。 1 型材：組織

23、致密、力學性能好。形狀較簡單受力較大的重要件。2 鑄件：力學性能不夠好，用于受力不大或以受壓應力為主的零件， 如支架、箱體類件。 3 鍛件：力學性能好，用于受重載、動載及復雜載荷的重要零件。 4 沖壓件：適于加工形狀復雜、批量較大的板料零件。 5 焊接件：鑄焊、鍛焊、沖焊結合可以彌補相應毛坯制造 方法的不足。 二 常用機械零件毛坯的成型方法：P178表41 共四十四頁三 毛坯(mop)的選擇: 原則(yunz)：適用性、經(jīng)濟性。 具體選擇應考慮 零件類別、用途、零件工作條件、零件的形狀尺寸、生產(chǎn)批量等 1 軸桿類：光軸、階梯軸、空心軸、曲軸和桿件等 按承載類型 ：轉軸：既承受彎矩又傳遞轉矩的軸，如車床主軸，帶輪的軸等。 傳動軸：主要傳遞轉矩而不承受或承受很小彎矩的軸。 心軸：承受彎矩而不傳遞轉矩的軸，如自行車、汽車的前軸等。 軸桿類零件： 一般均為重要的受力和傳動用零件。毛坯形式：