第二章 鑄造鍛壓與焊接工藝基礎(chǔ)3

第二章鑄造、鍛壓和焊接工藝基礎(chǔ)

2.3焊接工藝基礎(chǔ)

焊接定義：焊接是將二個分離的金屬通過加熱、加壓（或加熱的同時加壓），產(chǎn)生原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用而形成永久性連接的工藝方法。按焊接原理分類:熔焊法、壓焊法、釬焊法按焊接操作方法分類：手工焊、自動焊視頻：焊接概述、自動焊接機(jī)器人2/3/20232（1）熔焊法利用局部加熱，使焊件接頭處熔化并加入填充金屬，待冷卻后連接成整體的焊接方法。如氣焊、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、激光焊等。氣體保護(hù)電弧焊機(jī)激光焊機(jī)2/3/20233（2）壓焊法利用加熱或其他方法，使焊件接頭處于半熔化或高塑性狀態(tài)，在足夠的壓力下產(chǎn)生塑性變形，通過原子間的結(jié)合連接金屬的焊接方法。如電阻焊、摩擦焊等。電阻焊機(jī)2/3/20234（3）釬焊法利用低熔點釬料在母材金屬中被加熱熔化，使之與母材相互擴(kuò)散而形成焊接接頭的焊接方法。高頻釬焊機(jī)高頻釬焊機(jī)的用途：

1、金剛石刀頭的焊接，硬質(zhì)合金鋸片的焊接及金剛石刀具、磨具、鉆具的焊接。

2、機(jī)械加工用硬質(zhì)合金刀具的焊接。如車刀、刨刀、銑刀、鉸刀等刃具的焊接。

3、礦山工具的焊接，如“一”字釬頭、柱齒釬頭、燕尾型煤鉆頭、鉚桿鉆頭、各種采煤機(jī)截齒、各種掘進(jìn)機(jī)截齒的焊接。

4、各種木工刀具的焊接，如各種木工刨刀、銑刀和各種木工鉆頭的焊接。

2/3/20235焊接與鉚接的比較生產(chǎn)率高，生產(chǎn)周期短，接頭質(zhì)量好，節(jié)省材料，密封性好，導(dǎo)電、熱、磁等。勞動強(qiáng)度低、便于機(jī)械化和自動化操作。2/3/202362.3.1手工電弧焊（手弧焊）手弧焊是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣的一種焊接方法。它是以外部涂有涂料的焊條作電極和填充金屬，電弧是在焊條的端部和被焊工件表面之間燃燒。涂料在電弧熱作用下一方面可以產(chǎn)生氣體以保護(hù)電弧，另一方面可以產(chǎn)生熔渣覆蓋在熔池表面，防止熔化金屬與周圍氣體的相互作用。視頻：手工電弧焊：對接平焊2/3/20237一、焊接過程及其冶金特點手弧焊時在焊條與工件之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。電弧引燃后，在電場力的作用下弧柱中充滿高溫電離物質(zhì)，放出大量的熱能和強(qiáng)烈的弧光。視頻：焊接用具2/3/20238焊接溫度高，合金元素強(qiáng)烈蒸發(fā)和燒損，氧化嚴(yán)重，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量。保證質(zhì)量的措施：保護(hù)焊區(qū)使之與大氣隔開，還原金屬，清除有害元素，補(bǔ)充被燒損的合金元素。視頻：引弧2/3/20239用直流電焊接時：陽極區(qū)——43%、2600K陰極區(qū)——36%、2400K弧柱區(qū)——21%、6000~8000K占總熱量百分比和溫度2/3/202310直流正接：工件接正極，焊條接負(fù)極。直流反接：工件接負(fù)極，焊條接正極。交流電：無正反接之分引弧電壓（空載電壓）：50—90V，工作電壓（電弧電壓）：16—35V電焊鉗作用是夾持電焊條，焊接時傳導(dǎo)焊接電流的器械。是與手弧焊機(jī)配套使用的，手工電弧焊時，用以夾持和操縱焊條，并保證與焊條電氣連接的手持絕緣器具。一般工件金屬熔化需較多熱量，故接正極2/3/202311焊條由焊芯及藥皮兩部分構(gòu)成。焊條是在金屬焊芯外將涂料(藥皮)均勻、向心地壓涂在焊芯上。焊芯作用：電極、熔化后填充焊縫焊條藥皮作用：氣體保護(hù)、熔渣保護(hù)、還原反應(yīng)、滲合金、穩(wěn)弧。二、電焊條2/3/202312焊條按牌號熔渣化學(xué)性質(zhì)分為酸性焊條和堿性焊條酸性焊條：熔渣呈酸性，焊縫含氧、氮多，脫硫能力差，含氫較多，焊縫塑性差、韌性差，易產(chǎn)生裂紋。但工藝性好，可交直流兩用。常用于在求不高的一般結(jié)構(gòu)的焊接。堿性焊條：熔渣呈堿性，熔渣氧化性小，脫氧、脫硫能力強(qiáng)，含氫少，抗裂性好。又稱為低氫焊條。但對銹、水、油敏感，易產(chǎn)生氣孔。常用直流電。常用于重要結(jié)構(gòu)的焊接。2/3/202313焊條按牌號編制分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條等。焊條的牌號：結(jié)422（J422）——表示結(jié)構(gòu)鋼焊條，其最低抗拉強(qiáng)度為420MPa，第三位數(shù)字表示藥皮種類和電源種類，2為鈦鈣類（屬酸性焊條1~5）、交直流兩用。牌號末位數(shù)字表示具體含義：0：不規(guī)定藥皮類型，不規(guī)定適用電流類型1：氧化鈦型藥皮，交直流兩用2：氧化鈦鈣型藥皮，交直流兩用3：鈦鈣型藥皮，交直流兩用4：氧化鐵型藥皮，交直流兩用5：高纖維素型藥皮，交直流兩用6：低氫鉀型藥皮，交直流兩用7：低氫鈉型藥皮，交直流兩用8：石墨型藥皮，交直流兩用9：鹽基型藥皮，直流專用2/3/202314J422焊條是普通叫法，對應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)型號E4303直徑從2.5mm到6.0mm不等，可以進(jìn)行全位置焊接，交直流兩用，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值43kg/mm2具有優(yōu)良的焊接工藝性能和力學(xué)性能，電弧穩(wěn)定，飛濺少，脫渣容易，焊縫成型美觀。主要用途:用于焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等級低的低合金鋼，一般用于焊接鋼結(jié)構(gòu)和普通碳鋼管道的焊接。2/3/202315焊條通常用型號和牌號來反映其主要性能特點及類別。焊條型號是以焊條國家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)、反映焊條主要特性的一種表示方法。焊條牌號是根據(jù)焊條的主要用途及性能特點，對焊條產(chǎn)品的具體命名。由焊條廠家制定。2/3/202316碳鋼焊條型號的編制方法：首位字母“E”表示焊條；前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值(kgf/mm2)；第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置：“0”和“1”表示焊條適用于全位置焊接；“2”表示焊條適用于平焊及平角焊；“4”表示焊條適用于向下立焊。第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型。在第四位數(shù)字后面附加字母或數(shù)字：“R”表示耐吸潮焊條，“M”表示對吸潮和力學(xué)性能有特殊規(guī)定的焊條，“-1”表示沖擊性能有特殊規(guī)定的焊條。2/3/202317焊條選用原則：（1）在焊接低碳鋼和低合金鋼時采用等強(qiáng)度原則（2）重要受力零件選用堿性焊條（6~9是堿性焊條）（3）易裂材料焊接選用堿性焊條（4）選用與母材化學(xué)成分相同的焊條2/3/202318三、焊接接頭的組織和性能熔焊時，焊件局部加熱和冷卻，焊件各部分受熱不同，產(chǎn)生的組織變化和性能也不同。焊接接頭可分為焊縫區(qū)和熱影響區(qū)。2/3/202319（1）焊縫區(qū)焊縫區(qū)的金屬被加熱熔化后進(jìn)行冷卻結(jié)晶，晶粒從底、側(cè)面向中心生長，呈層片狀的柱狀晶粒，使晶粒細(xì)化，焊縫金屬性能不低于母材。2/3/202320（2）熱影響區(qū)焊縫兩側(cè)金屬母材因焊接熱作用而產(chǎn)生的組織和性能變化的區(qū)域為熱影響區(qū)。熔合區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)部分相變區(qū)熔合區(qū)：0.1-1mm厚，金屬半熔化，在固、液兩相區(qū)熔化部分結(jié)晶為鑄態(tài)組織，未熔部分為過熱粗結(jié)晶。強(qiáng)度、塑性、韌性都下降。是最薄弱的區(qū)域。過熱區(qū)：為加熱到A氏體狀態(tài)，形成過熱粗晶組織，塑性、韌性都下降。也是最薄弱的區(qū)域，極易產(chǎn)生裂紋。正火區(qū)：相當(dāng)于加熱到正火溫度晶粒細(xì)化，形成細(xì)小的珠光體和鐵素體。部分相變區(qū)：珠光體和部分鐵素體重結(jié)晶，得細(xì)化晶粒。一部分鐵素體組織不變化晶粒粗大。整體晶粒大小不一，性能略差于母材。2/3/202321四、焊接應(yīng)力與變形1、焊接應(yīng)力產(chǎn)生原因和影響：焊接過程中對焊件的不均勻加熱而產(chǎn)生的膨脹、冷卻時產(chǎn)生的收縮，均受到周圍金屬的限制，使焊件產(chǎn)生應(yīng)力和變形，應(yīng)力會殘留。焊接應(yīng)力較大，整個焊件縮短。塑性好的材料產(chǎn)生變形，塑性差的材料容易產(chǎn)生裂紋。2/3/2023222、焊接變形的基本形式2/3/2023233、防止焊接變形和裂紋、減少內(nèi)應(yīng)力的工藝措施（1）焊前預(yù)熱焊后熱處理（2）選擇合理的焊接順序——使應(yīng)力和變形相互抵消，焊縫自由收縮。2/3/202324（3）剛性固定法：固定夾緊焊件，利用材料的塑性變形來減小焊接過程中的變形。只能用于塑性好的材料，塑性差、焊接應(yīng)力大的會產(chǎn)生裂紋。（4）反變形法（5）錘擊焊縫法：輕擊微量變形，減少應(yīng)力若已變形用機(jī)械矯正法、火焰加熱矯正法2/3/2023252.3.2其他焊接方法簡介一、埋弧自動焊二、氣體保護(hù)焊三、電渣焊四、等離子弧焊五、激光焊六、電阻焊七、摩擦焊八、釬焊2/3/202326一、埋弧自動焊埋弧焊是以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極和填充金屬。焊接時，在焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和局部母材熔化，形成焊縫。2/3/202327主要特點：效率高、質(zhì)量好、成本低、勞動條件好，準(zhǔn)備工作嚴(yán)格。主要應(yīng)用：焊接大型工件的直縫和環(huán)縫。視頻：埋弧自動焊、實例2/3/202328二、氣體保護(hù)焊利用連續(xù)送進(jìn)的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，由焊炬噴嘴噴出的氣體保護(hù)電弧來進(jìn)行焊接的。氣體保護(hù)電弧焊通常用的保護(hù)氣體有：氬氣、氦氣、CO2。二、氣體保護(hù)焊（氣電焊）2/3/202329氬保護(hù)性好，無冶金反應(yīng)，明弧便于觀察、控制、操作，變形小，質(zhì)量高。可全方位焊接。氬氣成本高，設(shè)備維修不便。主要用于不銹鋼和有色金屬等材料的焊接。1、氬弧焊視頻：氬弧焊、實例2/3/2023302、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊變形小，質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，成本低，可全方位焊接需用直流電源。主要用于低碳鋼或低合金鋼的焊接。視頻：二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊2/3/202331三、電渣焊電渣焊是利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。特點：生產(chǎn)率高、焊縫缺陷少、成本較低、焊后一般需要進(jìn)行正火和回火熱處理。應(yīng)用：適宜用于厚大件的焊接。視頻：電渣焊、實例2/3/202332四、等離子弧焊接和切割等離子弧是利用等離子弧發(fā)生裝置使電弧經(jīng)過噴嘴產(chǎn)生很細(xì)的能量高度集中的等離子電弧。既可用于焊接也可用于切割。焊接時離子氣和保護(hù)氣均為氬氣。所用電極一般為鎢極，有時還需填充金屬（焊絲）。一般均采用直流正接法（鎢棒接負(fù)極），故等離子弧焊接實質(zhì)上是一種具有壓縮效應(yīng)的鎢極氣體保護(hù)焊。2/3/202333特點：1）能量密度大，溫度高，穿透力強(qiáng)（焊、切厚度大）2）焊接電流、電弧可控性好（可焊0.025mm金屬箔材）3）生產(chǎn)率高4）焊接質(zhì)量高5）可焊接難熔、易氧化和熱敏性強(qiáng)的材料6）焊接設(shè)備復(fù)雜、耗氣量大、宜室內(nèi)焊接應(yīng)用：難焊接金屬材料的焊接與切割，非金屬材料的切割。視頻：等離子弧焊接與切割、等離子切割機(jī)2/3/202334五、激光焊激光焊是利用大功率相干單色光子流聚焦而成的激光束，將光能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使金屬熔化形成焊接接頭的方法。特點：生產(chǎn)率高變形小不易氧化質(zhì)量好屬非接觸性焊接2/3/202335可焊精密微型零件和熱敏感材料可焊異種金屬，甚至可將金屬與非金屬焊在一起。應(yīng)用：激光焊機(jī)視頻：激光焊、激光焊接、全自動化激光焊接機(jī)2/3/202336六、電阻焊電阻焊是使工件處在一定電極壓力作用下并利用電流通過工件時所產(chǎn)生的電阻熱將兩工件之間的接觸表面熔化而實現(xiàn)連接的焊接方法。

2/3/202337生產(chǎn)率高，變形小，勞動條件好，操作簡便，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。設(shè)備復(fù)雜，耗電大適用于大批量生產(chǎn)。視頻：電阻焊2/3/202338七、摩擦焊（屬于壓力焊）摩擦焊是利用焊件接觸表面的摩擦熱使金屬加熱到高溫塑性狀態(tài)，然后加壓進(jìn)行焊接的方法。摩擦焊的熱量集中在接合面處，因此熱影響區(qū)窄。兩表面間須施加壓力，多數(shù)情況是在加熱終止時增大壓力，使熱態(tài)金屬受頂鍛而結(jié)合，一般結(jié)合面并不熔化。2/3/202339特點：可焊接同種材料也可焊接異種材料焊接設(shè)備簡單、成本低、生產(chǎn)率較高、勞動條件好應(yīng)用：主要用于圓形工件、棒料及管子對接也可用于非等截面和非圓截面的焊接視頻：摩擦焊、實例、摩擦焊接機(jī)2/3/202340八、釬焊釬焊的能源可以是化學(xué)反應(yīng)熱，也可以是間接熱能。它是利用熔點比被焊材料的熔點低的金屬作釬料，經(jīng)過加熱使釬料熔化，靠毛細(xì)管作用將釬料及入到接頭接觸面的間隙內(nèi)，潤濕被焊金屬表面，使液相與固相之間互擴(kuò)散而形成釬焊接頭。因此，釬焊是一種固相兼液相的焊接方法。釬焊加熱溫度較低，母材不熔化，而且也不需施加壓力。視頻：釬焊、火焰釬焊2/3/202341軟纖焊：釬料熔點低于450°C，接頭強(qiáng)度低主要用于受力小，或工作溫度低的工件硬纖焊：釬料熔點高于450°C，接頭強(qiáng)度高主要用于受力大，或工作溫度高的工件主要應(yīng)用：儀表、儀器、電氣零部件的焊接異種金屬、刀具、換熱器等復(fù)雜簿板結(jié)構(gòu)的焊接精密的、微型的以及復(fù)雜的多釬縫的焊件的焊接2/3/2023422.3.3常用金屬材料的焊接金屬材料的焊接性碳鋼的焊接低合金鋼的焊接鑄鐵的補(bǔ)焊非鐵金屬的焊接2/3/202343一、金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性是指在一定的工藝條件下金屬材料獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。包括：1、工藝焊接性：金屬對形成焊接缺陷

的敏感性要小。2、使用性能：金屬的焊接接頭適應(yīng)使

用時的性能要求。金屬材料的焊接性與金屬材質(zhì)、工藝條件、焊接方法有關(guān)。2/3/202344一般金屬材料塑性好則焊接性好，強(qiáng)度高焊接性差。低碳鋼、低合金鋼采用任何焊接方法的焊接性能都很好鋁合金采用手弧焊焊接性能不好，采用氬弧焊焊接性能良好由于鋼材的化學(xué)成份直接影響鋼材的組織、強(qiáng)度、塑性、韌性、淬硬物及夾雜物，因而影響到焊縫冷裂縫的形成，故在很大程度上決定了鋼材的焊接性。2/3/202345將鋼中各種元素對焊接性的影響都折算成與碳作用相當(dāng)?shù)牧俊籍?dāng)量CE表示焊接性。CE<0.4%——焊接性良好，一般不必采用特別措施0.4%=<CE<=0.6%——焊接性差，焊縫易開裂，要采用一定的工藝措施CE>0.6%——焊接性很差，焊縫很易開裂，要采用嚴(yán)格的工藝措施2/3/202346二、碳鋼和低合金鋼的焊接1、碳鋼的焊接低碳鋼：CE<0.4%，焊接性能好，可得優(yōu)質(zhì)焊接頭。中碳鋼：0.4%=<CE<=0.6%，焊接性差。在150-400°C下預(yù)熱，用抗裂性好的低氫焊條、小電流、開坡口多層焊、緩冷、去應(yīng)力處理。主要用于鑄鋼件和鍛件。高碳鋼：CE>0.6%，焊接性很差，一般進(jìn)行焊補(bǔ)，不進(jìn)行結(jié)構(gòu)焊接。2/3/2023472、低合金鋼的焊接合金含量小，CE<0.4%，強(qiáng)度低，塑性好，焊接性好，常溫下焊接與低碳鋼差不多。合金含量大，0.4%=<CE<=0.6%，強(qiáng)度高，焊接性變差。焊接前都要進(jìn)行預(yù)熱，焊時工藝措施要求嚴(yán)格，選用低氫焊條，焊后進(jìn)行退火處理，以免產(chǎn)生裂紋和變形。2/3/202348三、鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵由于含碳和硅的量高，塑性差，故焊接性很差。焊接時容易出現(xiàn)白口和淬火馬氏體組織，容易出現(xiàn)裂紋、熔渣、氣孔、夾渣等缺陷。不用于作焊接結(jié)構(gòu)件。只用作焊補(bǔ)修復(fù)。焊補(bǔ)方法有熱焊法和冷焊法。2/3/2023491、熱焊法焊件在600~700oC下均勻預(yù)熱，緩慢冷卻，缺陷少，焊補(bǔ)質(zhì)量好，機(jī)械加工容易。但成本較高、勞動條件差，生產(chǎn)率低。采用手弧焊或氣焊。用在需機(jī)械加工的形狀復(fù)雜的和重要的鑄件發(fā)動機(jī)氣缸體、氣缸蓋等。2/3/2023502、冷焊法在400oC以下預(yù)熱焊補(bǔ)，采用手弧焊。采用細(xì)焊條小電流、短弧分段焊接工藝，焊后立即用小錘輕擊焊縫，松弛焊接應(yīng)力，防止裂紋對于焊補(bǔ)質(zhì)量要求不高或不重要的鑄件：用鋼芯或鑄鐵芯焊條。焊后不能加工。對于焊補(bǔ)質(zhì)量要求較高且焊后要加工的鑄件：用鎳基或銅基焊條。焊后可加工。2/3/202351四、非鐵金屬的焊接非鐵金屬的焊接性差主要原因：容易氧化吸氣性大導(dǎo)熱系數(shù)大線膨脹系數(shù)大2/3/202352鋁合金常用氬弧焊、氣焊、釬焊等焊接方式。以氬弧焊質(zhì)量最好。銅合金常用氬弧焊、氣焊、釬焊等焊接方式。以氬弧焊質(zhì)量最好。黃銅一般采用氣焊。2/3/2023