武漢理工大學(xué),金屬工藝學(xué)第14章 常用的焊接方法

酸性藥皮與堿性藥皮兩者的性質(zhì)電焊條的選用原則：等強(qiáng)度原則整個(gè)焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)構(gòu)成。由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等。焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度等因素。在保證焊接質(zhì)量的條件下，增加焊接速度或減少焊接電流都能減小焊接熱影響區(qū)。上次課內(nèi)容回顧焊接應(yīng)力的防止及消除第14章常用的焊接方法

14.1手工電弧焊和埋弧焊1

14.2

氣體保護(hù)焊2

14.3電渣焊3

14.4

等離子弧焊與切割4

14.5壓力焊5

14.6

釬焊6手工電弧焊的原理圖特點(diǎn)：手工電弧焊具有設(shè)備簡單，應(yīng)用靈活方便，可焊各種金屬等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)率不如機(jī)械化的電弧焊高，焊縫質(zhì)量也不太穩(wěn)定。14.1.1手工電弧焊（即焊條電弧焊）14.1手工電弧焊和埋弧焊應(yīng)用范圍和作用：仍然是目前電弧焊中應(yīng)用最普遍的方法，尤其適用于操作不便的場合和短小焊縫的焊接，如在修理工作中更為方便。14.1.2埋弧焊一、埋弧焊的原理及特點(diǎn)

埋弧自動(dòng)焊是用焊劑進(jìn)行渣保護(hù)，焊絲為一電極在焊劑層下引燃電弧燃燒。埋弧焊示意圖

1-焊件2-焊縫3-渣殼4-焊劑5-熔池6-熔渣7-電弧8-焊絲9-導(dǎo)電嘴10-焊接機(jī)頭11-焊絲盤12-焊劑漏頭

因電弧在焊劑包圍下燃燒，所以熱效率高；焊絲為連續(xù)的盤狀焊絲，可連續(xù)饋電；焊接無飛濺，可實(shí)現(xiàn)大電流高速焊接，生產(chǎn)率高；金屬利用率高，焊接質(zhì)量好，勞動(dòng)條件好。埋弧焊適于平直長焊縫和環(huán)焊縫的焊接。二、埋弧自動(dòng)焊工序焊前準(zhǔn)備

板厚小于14mm時(shí)，可不開坡口；板厚為14～22mm時(shí)，應(yīng)開Y型坡口；板厚為22～50mm時(shí)，可開雙Y型或U型坡口。

Y型和雙Y型坡口的角度為50°～60°。焊縫間隙應(yīng)均勻，焊直縫時(shí)，應(yīng)安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時(shí)產(chǎn)生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進(jìn)入工件焊縫之中。平板對接焊

一般采用雙面焊，可不留間隙直接進(jìn)行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產(chǎn)率，也可采用水冷銅成型底板進(jìn)行單面焊雙面成型。環(huán)焊縫

焊接環(huán)焊縫時(shí)，焊絲起弧點(diǎn)應(yīng)與環(huán)的中心線偏離一距離e，以防止熔池金屬的流淌。一般偏離距離為20~40mm，直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動(dòng)焊。多絲埋弧焊

同時(shí)有兩個(gè)以上焊絲起焊接，焊接速度高，焊縫成型好。前一電弧保證熔深，后續(xù)電弧調(diào)節(jié)熔寬，使熔池形狀及焊縫成型較為合理。埋弧焊的應(yīng)用埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機(jī)械（行車）和冶金機(jī)械（高爐爐身）的焊接。14.2氣體保護(hù)焊利用氬氣保護(hù)電弧熱源及焊縫區(qū)進(jìn)行焊接。14.2.1氬弧焊

氬弧焊按所用電極的不同，可分為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。鎢極氬弧焊

以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔點(diǎn)高，發(fā)射電子能力強(qiáng)，陰極產(chǎn)熱少，鎢極壽命長的特點(diǎn)，形成不熔化極氬弧焊。熔化極氬弧焊以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負(fù)極），焊絲熔滴通常呈很細(xì)顆粒的“噴射過渡”進(jìn)入熔池，所用電流比較大，生產(chǎn)率高。保護(hù)效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊縫成型美觀。電弧穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型?？扇恢米詣?dòng)焊接。氬氣貴，成本高。氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁、鈦和不銹鋼等。氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用14.2.2二氧化碳焊以CO2為保護(hù)氣體，用焊絲作電極引燃電弧，靠焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧融化工件金屬與焊絲形成熔池，凝固成為焊縫。CO2氣體保護(hù)焊1-焊絲2-導(dǎo)電嘴3-噴嘴4-進(jìn)氣管5-氣流6-電弧7-焊件8-送絲輪9-焊絲盤

CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護(hù)效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導(dǎo)致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。CO2焊時(shí)的飛濺：

CO2+Fe=FeO+CO↑

FeO進(jìn)入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應(yīng)：

FeO+C=Fe+CO

生成的CO在熔池和熔滴內(nèi)體積急劇膨脹而爆破，導(dǎo)致飛濺。防止飛濺的措施：CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進(jìn)行脫氧，合金化。為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。采用藥芯焊絲。CO2焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量較好，主要用于低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼薄板的焊接。利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱加熱和熔化焊絲和母材來進(jìn)行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極、板極、熔嘴電渣焊等。14.3電渣焊電渣焊示意圖1-焊件2-滑塊3-熔池4-渣池5-焊絲6-送絲輪7-引出板8-冷卻出水管9-焊縫10-冷卻進(jìn)水管11-引弧板12-引入板電渣焊的結(jié)晶特點(diǎn)

電渣焊的線能量大，加熱和冷卻速度低，高溫停留時(shí)間長，所以電渣焊焊縫的一次結(jié)晶晶粒為粗大的樹枝狀組織，熱影響區(qū)也嚴(yán)重過熱。在焊接低碳鋼時(shí)焊縫和近縫區(qū)產(chǎn)生粗大的組織。為了改善焊接接頭的力學(xué)性能，焊后要進(jìn)行（正火）熱處理。電渣焊工藝特點(diǎn)電渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生產(chǎn)率高、成本低。電渣焊焊縫產(chǎn)生氣孔，夾渣的傾向性較低。電渣焊時(shí)金屬熔池的凝固速率低，熔池中的氣體和雜質(zhì)較易浮出。電渣焊時(shí)，一般不需預(yù)熱。用電渣焊焊接易淬火鋼時(shí)，產(chǎn)生淬火裂紋的傾向小。焊后冷卻速度慢，焊接應(yīng)力小。但熱影響區(qū)寬，晶粒粗大，要進(jìn)行焊后熱處理。電渣焊的不足之處：只適于厚板和立焊（或近似立焊），焊縫區(qū)和較寬的熱影響區(qū)，晶粒粗大，焊后必須進(jìn)行熱處理。14.4等離子弧焊與切割等離子弧是由普通電弧經(jīng)壓縮、集中而獲得的溫度更高、能量更集中的熱源，因此又稱壓縮電弧，它可以將工件迅速加熱到高溫，其熱能利用率高于普通電弧。利用機(jī)械壓縮效應(yīng)、熱壓縮效應(yīng)和電磁收縮效應(yīng)將電弧壓縮為細(xì)小的等離子體。穿孔型等離子弧焊接

在大電流(100～300A)和大的離子氣流量的工藝參數(shù)條件下,利用穿孔焊接可在不用襯墊的情況下實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成形。等離子弧焊接工藝熔入型等離子弧焊接

當(dāng)?shù)入x子弧的離子氣流量較小時(shí)，穿孔效應(yīng)消失，稱為熔入型等離子弧焊。熔入型等離子弧焊適用薄板，多層焊縫的蓋面及角焊縫的焊接，填加或不加填充焊絲，優(yōu)點(diǎn)是焊速較快。

等離子弧切割通常采用氮和壓縮空氣作離子氣，將切口金屬熔化并吹除。切割速度提高，切口質(zhì)量也很好。等離子弧切割低碳鋼的厚度為0.6～80mm。等離子弧切割等離子弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強(qiáng)。10～12mm厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應(yīng)力變形小。電流小到0.1A時(shí)，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度與方向性，所以可焊接很薄的箔材。等離子弧焊接在國防工業(yè)及尖端技術(shù)所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導(dǎo)彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機(jī)上一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。但等離子弧焊接設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。電子束焊接過程電子束焊是利用高速運(yùn)動(dòng)的電子撞擊工件時(shí)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能將焊縫熔化進(jìn)行的熔化焊方法。電子束焊一般不加填充金屬，如要求焊縫有突出表面的堆高可在接縫預(yù)加墊片。對接縫間隙為0.1倍的板厚，一般不能超過0.2mm。

電子束焊電子束焊的特點(diǎn)及應(yīng)用保護(hù)效果好，焊縫質(zhì)量高，適用范圍廣。能量密度大，穿透能力強(qiáng)，可焊接厚大截面工件和難熔金屬。加熱小，焊接變形小。電子束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導(dǎo)彈外殼的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等的焊接。

壓力焊是指通過加熱等手段使金屬達(dá)到塑性狀態(tài)，加壓使其產(chǎn)生塑性變形、再結(jié)晶和擴(kuò)散等作用，使兩個(gè)分離表面的原子接近到晶格距離（0.3～0.5nm)，形成金屬鍵，從而獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。熱源形式為：電阻熱、高頻熱、摩擦熱等。力的形式為：靜壓力、沖擊力（鍛壓力）和爆炸力等。壓力焊為：冷壓焊、擴(kuò)散焊和熱壓焊

14.5壓力焊14.5.1電阻焊電阻焊是將焊件組裝后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域所產(chǎn)生的電阻熱，把工件加熱到塑性或局部融化狀態(tài)，在壓力作用下形成接頭的焊接方法。（1）熱源

電阻熱：Q=I2Rt,其中電流和時(shí)間是外因，而電阻是內(nèi)因。焊接區(qū)的總電阻為：R=Rc+2Rew+2Rw

其中Rc為焊件接觸電阻，Rew為電極與焊件間的接觸電阻，Rw為焊件電阻。影響接觸電阻的因素：

工件表面狀態(tài)

表面愈粗糙、氧化愈嚴(yán)重、接觸電阻愈大。

電極壓力

壓力愈高、接觸電阻愈小。

焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱將會(huì)使接觸電阻大大下降。（2）力

靜壓力用來調(diào)整電阻大小，改善加熱。產(chǎn)生塑性變形或在壓力下結(jié)晶。沖擊力（鍛壓力）用來細(xì)化晶粒，焊合缺陷等。電阻點(diǎn)焊熔核形成過程（3）電阻焊過程預(yù)壓、通電加熱、在壓力下冷卻結(jié)晶或塑性變形和再結(jié)晶。一、電阻點(diǎn)焊點(diǎn)焊是將工件裝配成搭接接頭，并緊壓在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成一個(gè)焊點(diǎn)的電阻焊方法。

點(diǎn)焊主要用于汽車、飛機(jī)等薄板結(jié)構(gòu)的大批量生產(chǎn)。點(diǎn)焊時(shí)的熔核偏移

在焊接不同厚度或不同材料時(shí)，因薄板或?qū)嵝院玫牟牧?，吸熱少，而散熱快，?dǎo)致熔核偏向厚板或?qū)岵畹牟牧系默F(xiàn)象稱為熔核偏移。防止熔核偏移的措施采用特殊電極和工藝墊片的措施。點(diǎn)焊工藝參數(shù)點(diǎn)焊的工藝參數(shù)為電流、壓力和時(shí)間。大電流，短時(shí)間稱為強(qiáng)規(guī)范。小電流，長時(shí)間稱為弱規(guī)范。二、電阻縫焊

縫焊是連續(xù)的點(diǎn)焊過程，它是用連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的盤狀電極代替了柱狀電極，焊后獲得相互重疊的連續(xù)焊縫。

縫焊分流嚴(yán)重，通常采用強(qiáng)規(guī)范焊接，焊接電流比點(diǎn)焊大1.5～2倍。

縫焊主要用于低壓容器，如汽車、摩托車的油箱、氣體靜化器等的焊接。三．對焊（1）電阻對焊

先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達(dá)到塑性溫度(950～1000℃)。在壓力下塑變和再結(jié)晶形成固態(tài)焊接接頭。電阻對焊要求對接處焊前嚴(yán)格清理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。對焊即對接電阻焊，是利用電阻熱使兩個(gè)工件在整個(gè)接觸面上焊接起來的一種方法。閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，所以性能高。（2）閃光對焊

將兩工件夾在電極鉗口內(nèi)成對接接頭，接通電源并使兩工件輕微接觸。

因工件表面不平，首先只是某些點(diǎn)接觸，強(qiáng)電流通過時(shí)，這些接觸點(diǎn)的金屬即被迅速加熱融化，甚至蒸發(fā)，在蒸汽壓力和電磁力作用下，液態(tài)金屬發(fā)生爆炸，以火花形式從接觸處飛出而形成“閃光”。1.摩擦焊的工藝過程原理

摩擦焊是利用焊件接觸面相對旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達(dá)到塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。2.摩擦焊具有以下優(yōu)點(diǎn)：14.5.2摩擦焊接頭的焊接質(zhì)量好、穩(wěn)定，其廢品率是閃光對焊的1%左右。適于焊接異種鋼和異種金屬，如碳素結(jié)構(gòu)鋼-高速鋼、銅-不銹鋼、鋁-銅、鋁-鋼等。14.6釬焊釬焊與其他焊接方法的根本區(qū)別是焊接過程中工件不發(fā)生熔化，而依靠熔點(diǎn)低于工件的釬料熔化、填充來完成連接。通常按照釬料的熔點(diǎn)不同，將釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。一、軟釬焊釬料的熔點(diǎn)低于450℃的釬焊為軟釬焊。軟釬焊的接頭強(qiáng)度低，只適用于受力很小且工作溫度低的工件，如電器產(chǎn)品、電子導(dǎo)線、導(dǎo)電接頭、低溫?zé)峤粨Q器等。軟釬焊常用釬料為錫鉛釬料，最常用的加熱方法為烙鐵加熱。二、硬釬焊釬料熔點(diǎn)在450℃以上的釬焊為硬釬焊。硬釬焊的接頭強(qiáng)度較高，工作溫度也較高，可用于受力部件的連接，如天線、雷達(dá)、自行車架等。硬釬焊常用釬