材料工程基礎(chǔ)：4-1 材料的焊接

1、第4章 材料的連接什么是連 接？指將兩個或兩個以上同質(zhì)或異質(zhì)的零件通過連接形成具有確定功能的部件，不同功能的部件通過連接構(gòu)成各種工業(yè)產(chǎn)品的過程。 連接涉足領(lǐng)域連接成為材料加工制成產(chǎn)品過程中的重要手段。 小到計算機芯片；大到汽車、飛機、火箭、航天器等連接方法有 4.1 材料的焊接 焊 接指通過適當?shù)奈锢砘瘜W過程（加熱、加壓或兩者并用）使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接方法。 焊接技術(shù)主要是金屬連接 被焊接的物體叫焊件，包括：4.1.1 焊接方法的分類4.1.2 焊接材料4.1.3 焊接設(shè)備4.1.4 焊接工藝411 焊接方法的分類 根據(jù)焊件（母材）是否熔化可將現(xiàn)今的焊

2、接方法分為三大類：熔化焊壓 焊 釬 焊1熔 焊 什么是熔焊 ？ 利用電能、化學能或其它形式的能量等熱源，將待焊處母材局部加熱至熔化，在不加壓下，冷卻結(jié)晶后熔為一體形成焊縫的方法。屬于液相焊接。根據(jù)熔化使用的能量，熔化焊接方法可分為： 可燃性氣體與氧氣燃燒產(chǎn)生化學能作熱源空氣放電形成電弧，將電能熱能，中心溫度可達5000K（2）焊條電弧焊（1）氣 焊1）手工電弧焊2）埋弧焊3）氣體保護焊焊劑焊劑管道送絲機構(gòu)導(dǎo)電塊焊件地線焊絲焊道焊劑擋板渣殼坡口焊接方向（3）埋弧焊原理示意圖埋弧焊生產(chǎn)率高，節(jié)省焊接材料。 焊接質(zhì)量好。 勞動條件好。 不適用于立焊、橫焊、仰焊和不規(guī)則形狀焊縫。另外，焊前的準備工作量

3、較大，對焊件坡口加工、接縫裝配均勻性等要求較高。 不適于焊接3mm以下厚度的薄板。 難以焊接Al、Ti等氧化性極強金屬及合金。設(shè)備費用一次性投資較大。 埋弧焊特點及其應(yīng)用（3）氣體保護焊（Gas Shielded Arc Welding） 用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧和焊接區(qū)的電弧焊優(yōu)點：電弧、熔池可見性好 無需焊后清理缺點：防風措施 1） 惰性氣體保護焊 保護氣體和電極材料在惰性氣體中燃燒的電弧熱量損失較少。Ar：成本低，電弧燃燒非常穩(wěn)定，熔滴很容易呈穩(wěn)定的軸向射流過渡，飛濺極小。He：電弧燃燒溫度高，焊速較快，但飛濺大，成本高。 鎢極氬弧焊（TIG焊 ）釷鎢極或鈰鎢極電極不熔化焊接電流

4、不能太大，易焊薄板熔化極氬弧焊 （MIG焊）焊絲做電極電流大，母材熔深大，生產(chǎn)率高，易焊中厚板電源種類和極性工件為負極，利用“陰極破碎”作用消除氧化膜 鎢極氬弧焊 ，除鋁合金、鎂合金以外其它金屬焊接以直流正接為好，交流電源次之 2）CO2焊Carbon-Dioxide Arc Welding 焊接過程 原理、設(shè)備、焊接材料特點及應(yīng)用為了穩(wěn)定電弧，減少飛濺，CO2焊采用直流反接 （3）電渣焊：特點：1）大厚件2）成本低，生產(chǎn)率高3）大型設(shè)備制造中應(yīng)用利用熔融渣產(chǎn)生的電阻熱熔化金屬進行焊接的工藝。（4）等離子弧焊： 將高溫、高電離度、高能量密度的離子弧作熱源?；≈鶞囟雀哌_上萬度，能量更集中，效率更

5、高，適用于終焊；（5）電子束焊 利用加速聚焦的電子束轟擊焊接縫產(chǎn)生的熱量，適用于終焊。（6）激光焊 利用聚焦的激光轟擊焊接縫，動能熱能產(chǎn)生的熱量，適用于終焊。首選投資少，可任意選擇焊位置的手工或自動、半自動電弧焊，對于鋁、鈦、鎂或要求焊縫接頭質(zhì)量高的要采用氣體保護焊，電阻焊僅限于裝配線上應(yīng)用。焊接方法的選擇2壓 焊 焊接過程需對焊件加壓（加熱或不加熱）以完成焊接的方法。加壓使焊件接頭處發(fā)生塑變，兩界面接近至原子間可作用到的距離，達到原子間接合，形成兩焊件連成一體的接頭。加熱為了焊件接頭更易產(chǎn)生塑變。特適于異種材料的連接材料連接壓焊分類 用途（1）熱壓焊電阻焊：電阻熱作為熱源（2）冷壓焊釬料決定

6、了釬焊焊縫化學成分。根據(jù)釬料熔點不同有：3. 釬 焊 將熔點低于母材的金屬釬料，在介于釬料熔點與母材熔點的溫度下熔融后，潤濕母材，填充接頭縫隙，并與母材相互擴散實現(xiàn)連接。屬于液固相焊接。硬釬焊450硬釬料軟釬焊450軟釬料釬料、釬劑、焊件常用于異種材料的連接。 用途分類常用的釬焊方法，按加熱方式不同分類 常用焊接方法的特點及適用范圍 412 焊接材料 焊接材料焊接過程中消耗材料的總稱。焊條焊絲焊劑電極氣體等其中焊條、焊絲對焊縫化學成分、組織性能起著重要影響1焊 條 藥皮的作用： a) 保護熔滴，熔池，防止空氣中氮的侵入b) 冶金處理，脫O、S、P、去H等c) 調(diào)整合金系統(tǒng)d) 改善焊接工藝性能

7、 ，包括穩(wěn)弧、成形、脫渣1) 焊條分類： a) 結(jié)構(gòu)鋼焊條b) 不銹鋼焊條c) 耐熱鋼焊條d) 低溫鋼焊條e) 銅及銅合金焊條f) 鎳及鎳合金焊條g) 鑄鐵焊條h) 堆焊焊條i) 鋁及鋁合金焊條按藥皮造渣性質(zhì)分：堿性焊條、酸性焊條。 焊條型號是國家標準中規(guī)定的焊條代號。標準規(guī)定，焊條型號由字母“E”和四位數(shù)字組成焊條型號焊條牌號是焊條生產(chǎn)行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號。焊條牌號前的字母表示焊條類別，“”代表數(shù)字，前二位數(shù)字代表焊縫金屬抗拉強度，末尾數(shù)字表示焊條的藥皮類型和焊接電流種類 如J422、J507等.焊條牌號2）選擇焊條的原則： 等強度原則，焊條與母材金屬的抗拉強度屬同一等級。 結(jié)構(gòu)的重要性。重要

8、結(jié)構(gòu)（受力焊縫）、室外運行結(jié)構(gòu)選用力性優(yōu)的堿性焊條，室內(nèi)結(jié)構(gòu)選用酸性焊條。 施工條件。室外使用設(shè)備選用堿性焊條，室內(nèi)使用設(shè)備選用工藝性優(yōu)的酸性焊條。 2實心焊絲 主要用于各種自動、半自動電弧焊方法（CO2氣體保護，埋弧焊）。1）組成：低碳及合金鋼 2）作用：單獨采用氣體保護或渣保護 3）分類：H08，H10，H12，H13，H14系列 4）注意事項： 為保證焊縫金屬化學成分與性能，應(yīng)注意：保護介質(zhì)（埋弧焊劑）、母材、焊絲三者合理匹配。3藥芯焊絲 低碳鋼帶外皮、芯部藥粉，軋制、拔制而成。為新一代焊接材料1）優(yōu)點： 適于各種自動、半自動焊接方法。 高效、節(jié)能、環(huán)保、綜合成本低。 焊接工藝性能優(yōu)，焊

9、縫成分易調(diào)整適于強度級別高鋼種。2）分類：有兩種：用外加保護介質(zhì)的藥芯焊絲、不用外加介質(zhì)的自保護藥芯焊絲據(jù)所用保護介質(zhì)可分為：CO2、氬氣、混合氣保護與埋弧焊用藥芯焊絲。3）注意事項：焊絲，保護介質(zhì)，被焊母材，施工條件間匹配問題。413 焊接設(shè)備 1）焊接設(shè)備？ 焊接設(shè)備包括焊機和裝夾移動工件的輔助裝置。焊接設(shè)備的種類很多，不同焊接方法使用不同的設(shè)備。2）電弧焊 電弧焊是非常廣泛的焊接方法，弧焊電源是電弧焊的關(guān)鍵設(shè)備。電弧為焊接過程提供能量。 焊接電弧的產(chǎn)生電弧是一種放電行為，它本身是一個負載。 焊接電弧的一般特性： 一般氣體放電的伏安特性見圖87圖。焊接電弧是一種強烈的、持久的氣體放電現(xiàn)象。

10、 焊接電弧的引燃： 接觸引?。航佑|電阻熱，熔化金屬蒸發(fā)與空氣產(chǎn)生空隙時，高溫的作用，使陰極發(fā)射電子，高速向陽極運動，使蒸氣和空氣電離，電弧引燃。當維持一定 V 時放電過程連續(xù)進行，使電弧連續(xù)燃燒。非接觸引弧：高頻或高壓脈沖引弧裝置，使陽極產(chǎn)生強場發(fā)射，發(fā)射的電子與氣體撞擊，使其離解導(dǎo)電。穩(wěn)定的鋼焊條焊接電弧形態(tài)。 正接（上圖）：焊厚件反接（工件負極）：焊薄件焊接電弧的結(jié)構(gòu)陰極區(qū)Negative Polarity Zone：電子供應(yīng)區(qū)。電弧熱的36% 陽極區(qū)Anode Region：受電子轟擊區(qū)域。電弧熱的43% 弧柱區(qū)Arc Colume：電弧熱的21%左右。 當電弧穩(wěn)定燃燒時，電弧兩端V和通

11、過電弧的I之間表現(xiàn)出一定的關(guān)系。U = f（I）,這種U與I間的關(guān)系叫電弧的靜特性；用靜特性曲線表示，如圖所示 靜特性：下降特性（）平特性（）上翹特性（） 電弧的靜特性 靜特性曲線受很多因素影響，焊接電弧是一個動態(tài)負載，在焊接過程中要保證電弧的穩(wěn)定燃燒，要求其電流和電壓隨負載迅速改變。 相應(yīng)焊接電源有三種外特性類型設(shè)計 弧焊電源具有下列特性： 具有一定的空載電壓 80-100V具有一定的外特性。即穩(wěn)定狀態(tài)下電流輸出電流電壓關(guān)系。具有適當?shù)亩搪冯娏鞣奖阏{(diào)節(jié)焊接規(guī)范參數(shù)（焊接電流，電壓）具有良好的動態(tài)品質(zhì)。 常見弧焊類焊例： 手工電弧焊CO2氣體保護焊埋弧焊CO2價廉易得，焊接成本低，生產(chǎn)率高Ar

12、弧具有較好電弧穩(wěn)定性，同時具有“陰極霧化”作用，焊接易氧化的有色金屬特別有利。焊條電弧焊電弧(Electric Arc)燃燒，加熱熔化母材（Base Metal）和焊條（Covered Electrod）熔滴(Droplet)的產(chǎn)生和過渡熔池(Fused Bath)的形成、停留和結(jié)晶藥皮(Coating)燃燒、熔化，成為熔渣(Slag)，保護熔池。熔池和熔渣凝固，形成焊縫和渣殼。 熔滴的形成手工電弧焊埋弧焊接手工點焊414 焊接工藝 焊接工藝包括焊前準備、材料選用、焊接方法、焊接參數(shù)選定、操作要求等制定焊接工藝時應(yīng)考慮以下幾個方面： 1材料的焊接性 2. 焊接方法，規(guī)范參數(shù)的選擇 3. 焊接質(zhì)

13、量控制 4焊接安全生產(chǎn)焊接性的影響因素： 材料 （化學成分、組織狀態(tài)等）內(nèi)因焊接方法外因構(gòu)件類型外因使用要求外因研究材料的焊接性就是研究焊接接頭質(zhì)量。焊接接頭的示意圖 1材料的焊接性 材料焊接性是指材料對焊接加工的適應(yīng)性，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。 其中，熱影響區(qū)或熔合區(qū)晶粒粗大是最薄弱環(huán)節(jié)。解決此問題主要是解決材料的焊接性問題，主要通過材料的設(shè)計，化學成分，冶煉、軋制過程中對組織狀態(tài)加以控制來解決。 碳鋼 C0.25% 焊接性良好 C=0.25-0.6% 稍差 C0.6% 焊接性較差 低合金鋼 Ce0.4% 焊接性好 Ce=0.4-0.6% 稍差 Ce0.6% 較差Ce = W(C)+W(MN)/6 + W(Cr)+W(MO)+W(V)/5 + W(Ni)+w(Cu)/152. 焊接方法，規(guī)范參數(shù)的選擇 1）設(shè)備 設(shè)備不同，設(shè)備投入，維修費用不同。 2）焊接規(guī)范參數(shù)的確定 接頭形式。見圖89對接接頭坡口形狀見圖810 3. 焊接質(zhì)量控制 1）焊接接頭常出現(xiàn)的焊接缺陷 裂紋氣孔夾雜未熔合、未焊透形狀缺陷：咬邊、焊瘤