機(jī)械制造基礎(chǔ) 課件 第4章 焊接

1第4章焊接主要內(nèi)容：

焊接的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用焊接的基本原理常用焊接方法的特點(diǎn)及應(yīng)用常用金屬材料的焊接性能焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)24.1概述主要內(nèi)容：

常用的連接方法焊接的實(shí)質(zhì)焊接的分類、特點(diǎn)及應(yīng)用3一、常用連接方法1.機(jī)械連接

利用螺紋連接、鉚接、銷釘連接、鍵連接、等。2.膠接：利用膠黏劑。3.焊接：是借助于原子之間的結(jié)合力而實(shí)現(xiàn)的金屬間的連接。銷釘鍵鉚釘4

通過加熱、加壓等工藝措施，使用或不用填充材料，使焊件連接處達(dá)到原子間力的相互作用，使分離的物體連接成一個整體的加工工藝，是不可拆卸的永久性連接。二、焊接的實(shí)質(zhì)1.制作各種金屬結(jié)構(gòu)件；2.制造機(jī)器零件和工具；3.修復(fù)。三、焊接的分類熔焊壓焊（教材圖示）釬焊三大類四、應(yīng)用5

焊接的特點(diǎn)

與鉚接結(jié)構(gòu)相比，優(yōu)點(diǎn)：可拼小成大，重量輕，省材料；剛度大，密封性好，特別適合制造高強(qiáng)度、大剛度的中空結(jié)構(gòu)，如壓力容器、管道、鍋爐等；焊接方法多，適應(yīng)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和施工比較簡單；等。缺點(diǎn)：焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和變形較大，影響焊接質(zhì)量；焊接接頭性能不均勻、止裂性能不如鉚接結(jié)構(gòu)好；焊接質(zhì)量檢驗(yàn)比較困難；等。64.2熔焊的基本原理主要內(nèi)容：

焊接電弧的產(chǎn)生及其特點(diǎn)焊接接頭的組織和性能特點(diǎn)焊接應(yīng)力與變形及其預(yù)防措施金屬的焊接性一、焊接電?。ㄒ唬┖附与娀〉漠a(chǎn)生定義：指電極與工件間氣體介質(zhì)強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。特點(diǎn)：放電電壓低，電流大，熱量高而集中，發(fā)光強(qiáng)；用作焊接熱源，既安全，加熱效率又高。產(chǎn)生和存在的兩個條件電源供給能量—焊接電源氣體介質(zhì)中存在大量電子或離子—帶電質(zhì)點(diǎn)傳導(dǎo)電流焊條、焊絲、鎢極、碳棒8電弧的產(chǎn)生過程

實(shí)質(zhì)：使兩極間氣體介質(zhì)產(chǎn)生電子和離子（電離）的過程。焊條工件焊接電弧+-d例如：手工電弧焊時，焊條與工件瞬時接觸短路，短路時強(qiáng)大的電阻熱瞬時產(chǎn)生的高溫使周圍氣體電離；拉開時，在兩極間電場作用下，帶電粒子向兩極運(yùn)動形成電流，電弧被引燃。電弧長度稱為弧長d，一般2～6mm；d↑電弧電壓↑。9三個區(qū)溫度/K 熱量分布陽極區(qū)260043％弧柱區(qū)5000～800021％陰極區(qū)240036％

熱量分布：陽極區(qū)>陰極區(qū)（二）焊接電弧的結(jié)構(gòu)

由于電弧在陽極區(qū)和陰極區(qū)的產(chǎn)熱有一定差異，在使用直流電焊機(jī)焊接時，可有兩種接線方法：

（1）直流正接：工件（＋），焊條（－）；熔深大，用于酸性焊條，或厚板的焊接。（2）直流反接：工件（－），焊條（＋）；熔深較小，用于堿性低氫焊條，或薄板、低合金結(jié)構(gòu)鋼、鋁合金的焊接。提示：二、熔焊冶金過程的特點(diǎn)（一）焊縫形成過程

在電弧高溫作用下，焊條(焊絲)和工件同時產(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；電弧沿焊接方向移動形成動態(tài)熔池，熔池前部的加熱熔化與后部的順序冷卻結(jié)晶同時進(jìn)行，從而形成焊縫。12（二）焊接冶金過程

在焊接過程中，液態(tài)金屬、熔渣和氣體之間進(jìn)行著一系列復(fù)雜的冶金反應(yīng)，如合金元素的氧化與還原、氣體的溶解與析出、有害雜質(zhì)的去除等。其特點(diǎn)是：1.電弧和熔池金屬溫度遠(yuǎn)高于一般的冶煉溫度，使金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)與燒損；2.熔池體積小，液態(tài)金屬的熔化和結(jié)晶速度快，各種冶金反應(yīng)難以達(dá)到平衡，使化學(xué)成分不均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出，易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷；3.氧、氫、氮在高溫時能溶解于液態(tài)金屬內(nèi)，使合金元素?zé)龘p，同時易于在焊縫中產(chǎn)生氣孔，使焊縫金屬的力學(xué)性能，尤其是塑性、韌性顯著降低。

焊接過程中必須采取必要的工藝措施，保護(hù)熔池，并補(bǔ)充一些燒損的合金元素，以保證焊縫質(zhì)量。如焊條藥皮、埋弧焊劑、保護(hù)氣體（CO2、Ar等）（一）焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)

接頭上不同點(diǎn)，其熱循環(huán)不同，即最高加熱溫度、加熱速度和冷卻速度均不同。特點(diǎn)：焊接是對焊件的局部加熱，

不均勻，且加熱和冷卻速

度都很快。是焊件產(chǎn)生焊接應(yīng)力、變形及裂紋的主要原因。三、熔焊接頭的組織和性能

14（二）接頭的組成

接頭上離焊縫越近處，最高溫度越高；越遠(yuǎn)，溫度越低。圖示：焊接接頭由3個區(qū)組成：焊縫區(qū)熔合區(qū)（半熔化區(qū)）熱影響區(qū)低碳鋼焊接接頭的組織變化151.焊縫區(qū)：柱狀晶，力學(xué)性能與母材接近。（按等強(qiáng)度原則選用焊接材料）2.熔合區(qū)：又稱半熔化區(qū)。晶粒粗大，成分和組織不均勻。是接頭中力學(xué)性能最差、最薄弱部位。3.熱影響區(qū)：因各點(diǎn)熱作用不同，又可分為：（1）過熱區(qū)：粗大過熱組織，塑韌性差，是性能最差區(qū)域。（2）正火區(qū)：晶粒細(xì)小均均，強(qiáng)韌性好，力學(xué)性能優(yōu)于母材。（3）部分相變區(qū)：晶粒大小不一致，組織不均勻，力學(xué)性能比母材稍差。（三）接頭的組織和性能16（四）改善焊接接頭性能的措施1.盡量選用低碳和低硫、低磷的鋼材作焊接結(jié)構(gòu)材料；2.使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。對低碳鋼，采用細(xì)焊

絲、小電流、快速焊等措施，可提高接頭韌性，減

輕接頭脆化。對易淬硬鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的

前提下適當(dāng)?shù)丶涌炖鋮s速度，有利于改善接頭性能。3.采用多層焊，利用后層對前層的回火作用，使前層

的組織和性能得到改善。4.進(jìn)行焊后熱處理。重要的焊接結(jié)構(gòu)，可采用焊后退

火或正火等改善接頭韌性。（一）產(chǎn)生原因

焊接過程中，焊件局部加熱和冷卻，受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹的收縮所致。加熱時，焊縫區(qū)（－），周圍（＋）冷卻后，焊縫區(qū)（＋），周圍（－）當(dāng)焊接應(yīng)力>抗拉強(qiáng)度時，焊縫區(qū)會有裂紋產(chǎn)生。四、焊接應(yīng)力與變形（a）（b）（c）

平板對接焊時的應(yīng)力與變形（a）各區(qū)自由狀態(tài)時；(b）整體狀態(tài)下加熱I區(qū)；（c）冷卻后的狀態(tài)。18（二）焊接變形的基本形式

（三）危害

1.承載能力大為降低；2.對于接觸腐蝕性介質(zhì)的焊件，應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象加劇，減少壽命；3.使焊件形狀尺寸不穩(wěn)定；4.矯正變形使工序和工時增加，成本增加

若焊接區(qū)能較自由地變形，則產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小，而焊接變形較大；若焊接區(qū)受到的剛性拘束較大，自由變形較困難，則產(chǎn)生的焊接變形較小，而殘余應(yīng)力較大，焊件易產(chǎn)生裂紋。19（四）減小焊接殘余應(yīng)力的工藝措施1.采用合理的焊接順序和方向

先焊1、2短焊縫，再焊3長焊縫。

2.降低接頭剛度3.整體預(yù)熱法

減小溫度差，降低應(yīng)力。4.加熱減應(yīng)區(qū)法

焊前把支承座周圍的殼壁向外頂出，接頭剛度降低。減應(yīng)區(qū)指工件上需要預(yù)熱以減小焊接應(yīng)力的區(qū)域。（五）消除焊接殘余應(yīng)力的方法焊后去應(yīng)力退火，消除應(yīng)力。20（六）減少焊接變形的工藝措施1.反變形法2.采用合理的焊接順序和焊接方向3.剛性固定法4.選用適當(dāng)?shù)暮附臃椒ê凸に噮?shù)5.錘擊法21（七）焊接變形的矯正1.機(jī)械矯正法。利用外力（如用大錘錘擊、壓力機(jī)壓等）使構(gòu)件產(chǎn)生塑性變形，以抵消焊接變形，多用于厚度不大的構(gòu)件。2.火焰矯正法。利用火焰對焊件上焊后尺寸較大的部位局部加熱，緊接著水冷或空冷，由于冷卻后產(chǎn)生的拉應(yīng)力作用，使焊接變形得到矯正。此法簡便靈活，工件厚薄不受限制，應(yīng)用較廣。（一）焊接性的概念

指金屬材料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，即“好焊”“不好焊”。（二）評定方法碳當(dāng)量估算法：對碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，可用碳當(dāng)量經(jīng)驗(yàn)公式為：式中，各元素符號為鋼中相應(yīng)元素的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。影響的主要因素是化學(xué)成份五、金屬的焊接性23★根據(jù)經(jīng)驗(yàn)：CE↑焊接性↓CE＜0.4％時，焊接性良好。除厚大焊件或在低溫下焊接時，應(yīng)考慮預(yù)熱外，一般焊接工藝即可。CE＝0.4％～0.6％時，焊接性較差。鋼淬硬傾向較大，需要采取焊前預(yù)熱或焊后緩冷等工藝措施，防止焊接裂紋產(chǎn)生。CE＞0.6％時，焊接性很差。鋼淬硬傾向明顯，焊前必須較高溫度預(yù)熱；焊接時采取嚴(yán)格的工藝措施，減少焊接應(yīng)力和防止開裂，焊后適當(dāng)熱處理。注意：估算是粗略的，實(shí)際工作中，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行抗裂試驗(yàn)及焊接接頭使用焊接性的試驗(yàn)。手工電弧焊埋弧自動焊氣體保護(hù)焊等離子弧焊電渣焊；等氬弧焊CO2氣體保護(hù)焊熔化極氬弧焊鎢極氬弧焊

4.3熔焊主要區(qū)別在于：焊接材料焊接設(shè)備

常用熔焊方法

利用電弧作為熱源，手工操縱焊條進(jìn)行焊接的方法，又稱手工電弧焊，簡稱手弧焊。

一、焊條電弧焊（一）

焊接過程

焊接時，焊條和焊件間產(chǎn)生電弧并局部熔化形成熔池，焊條端部的熔滴在電弧中過渡到熔池；焊條移動，新熔池不斷形成，舊熔池不斷凝固，形成連續(xù)焊縫；在電弧作用下，焊條藥皮熔化形成的熔渣與液態(tài)金屬進(jìn)行物理、化學(xué)反應(yīng)并浮出熔池，凝固后覆蓋在焊縫表面，藥皮燃燒產(chǎn)生大量CO2氣體籠罩在電弧周圍對熔化金屬起到保護(hù)作用。（二）特點(diǎn)及應(yīng)用（1）設(shè)備簡單，操作靈活；（2）適應(yīng)性強(qiáng)。焊接位置、接頭形狀不受限制；（3）可焊接多種金屬材料；（4）缺點(diǎn)：對焊工操作水平要求較高，焊接質(zhì)量不穩(wěn)定，生產(chǎn)效率較低。（5）應(yīng)用：主要用于單件、小批量生產(chǎn)，板厚一般在1.5mm以上。最適于焊接碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和耐熱鋼，也用于焊接高強(qiáng)度鋼和鑄鐵。（三）焊接材料—焊條

一、焊條電弧焊271.焊條的組成及作用焊芯藥皮①作為導(dǎo)電電極；②填充金屬，與熔化母材共同形成焊縫。①造氣造渣，保護(hù)焊縫；②穩(wěn)弧、脫渣等，使焊縫美觀；③參與焊縫冶金反應(yīng)：脫O、去S、去P、補(bǔ)充燒損合金元素。④改善熔滴過渡，提高焊接工藝性2.焊條的分類、型號和牌號28焊條型號牌號藥皮類型焊接電源焊接位置用途E4303J422鈦鈣型

交流或直流全位置焊接

用于較重要的低碳鋼和強(qiáng)度等級較低的低合金鋼，如09Mn2。E5015J507低氫鉀型交流或直流全位置焊接

用于中碳鋼和低合金鋼的焊接，如16Mn，9Mn2Si。舉例：

焊條型號：指國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號，按化學(xué)成分分類。焊條牌號：指焊接行業(yè)的焊條代號，按用途分類。按熔渣性質(zhì)，焊條可分為兩大類：酸性焊條：熔渣中酸性氧化物較多；交直流電源適用，工藝性好，但焊縫的塑性、韌性較差，常用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接。堿性焊條：熔渣中堿性氧化物多；適于直流電源。焊縫塑韌性好，抗裂性強(qiáng)，但工藝性較差，只適用于重要結(jié)構(gòu)件的焊接。29（三）常用結(jié)構(gòu)鋼焊條的性能1.結(jié)422焊條。對應(yīng)型號為E4303，最常用酸性焊條。其藥皮中含有較多酸性氧化物(TiO2、SiO2等）和穩(wěn)弧劑。

主要特點(diǎn)：①抗氣孔能力較強(qiáng)。酸性熔渣氧化作用較強(qiáng)，焊接時碳氧化生成大量CO氣體可使熔池沸騰，有利于熔池中氣體的逸出，不易形成氣孔，對焊條烘干和焊前清理（即清除焊件表面的鐵銹、油污）要求不嚴(yán)。②工藝性能較好。引弧容易，穩(wěn)弧性好，電源可交、直流兩用，且不苛求短弧施焊。③缺點(diǎn)：酸性渣對金屬的氧化作用較強(qiáng)，且難以去除熔敷金屬中的硫、磷，使焊縫中氧化物夾雜較多；同時，酸性焊條藥皮中含有較多有機(jī)物（木粉等）和含結(jié)晶水的礦物（如白泥等），使接頭中含氫量較大，因此酸性焊條焊接接頭的沖擊韌性較差，抗裂性能一般。30（三）常用結(jié)構(gòu)鋼焊條的性能2.結(jié)507焊條對應(yīng)型號為E5015，最常用的堿性焊條。藥皮主要成分為大理石（CaCO3）和螢石（CaF2），穩(wěn)弧劑較少。優(yōu)點(diǎn)：接頭中氫、氧、氮、硫等有害元素含量比酸性焊條

的低，具有好的韌性和抗裂性能。缺點(diǎn)：

焊接工藝性較差，不如酸性焊條。應(yīng)采取措施：①對焊條烘干和焊件焊前清理要求嚴(yán)，否則接頭易產(chǎn)生氣孔、裂紋；②要求直流反接，并必須短弧施焊，否則飛濺大、電弧不穩(wěn)、接頭質(zhì)量不能保證。③堿性焊條焊接時產(chǎn)生的粉塵及有毒的氟化物較多，生產(chǎn)現(xiàn)場必須采取良好的通風(fēng)和排氣措施。31（四）焊條選用的基本原則（1）等強(qiáng)度原則。結(jié)構(gòu)鋼焊接時，一般應(yīng)使焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，即焊條的強(qiáng)度等級等于或稍高于母材的抗拉強(qiáng)度。對不要求等強(qiáng)度的接頭，可選用強(qiáng)度等級比母材低的焊條。（2）同成分原則。對特殊用鋼（如耐熱鋼、低溫鋼、不銹鋼等）的焊接，為保證接頭的特殊性能，應(yīng)使焊縫金屬的主要合金成分與母材相同或相近。（3）抗裂性要求。對焊接或使用過程中容易產(chǎn)生裂紋的結(jié)構(gòu)，如焊件形狀復(fù)雜、厚度大、剛度大、高強(qiáng)鋼、受動載荷或沖擊、母材中碳或硫、磷雜質(zhì)含量較多，以及在低溫環(huán)境中施焊或使用的結(jié)構(gòu)等，應(yīng)選用抗裂性能優(yōu)良的低氫型焊條。（4）抗氣孔要求。對于難以焊前清理、容易產(chǎn)生氣孔的焊件，應(yīng)選用酸性焊條。（5）低成本要求。在酸性、堿性焊條都能滿足要求時，一般應(yīng)選用酸性焊條，降低成本。焊接材料焊絲：導(dǎo)電電極，填充金屬，并參與冶金反應(yīng)。常用H08A、H08MnA焊劑：造渣、造氣，保護(hù)焊縫，同時參與冶金反應(yīng)。最常用焊劑431。焊接設(shè)備

由焊接電源、焊接小車、控制箱三部分組成。焊接小車由送絲機(jī)頭、行走小車、控制盤、焊絲盤和焊劑漏斗等組成。簡稱埋弧焊，是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。

二、埋弧自動焊33（一）埋弧自動焊原理及焊接過程下燃燒，靠焊接小車控制均勻地向前移動，母材和焊絲熔化形成熔池，冷卻后形成焊縫；同時，焊劑不斷從漏斗中流出撒在工作面上，一部分焊劑熔化成為熔渣覆蓋在焊縫表面，保護(hù)焊縫，大部分未熔化可重復(fù)利用。

焊接時，開動焊機(jī)頭將光焊絲送入電弧區(qū)自動引弧，并通過焊機(jī)弧長自動調(diào)節(jié)裝置保證選定的弧長；電弧在焊劑層34

與焊條電弧焊比較，1.相同之處

①具有相同的電源特性。陡降特性，電壓取決于弧長。②對熔池的保護(hù)方式相同。渣—?dú)獗Ｗo(hù)。2.優(yōu)點(diǎn)埋弧、自動焊接，保護(hù)效果好，焊縫質(zhì)量高；焊接電流大，焊機(jī)的功率也大，生產(chǎn)率大大提高；焊接殘余應(yīng)力和變形??；節(jié)省材料，工人勞動條件好。（三）埋弧自動焊的特點(diǎn)3.缺點(diǎn)不能全位置焊接，焊接位置受到限制，靈活性比手弧焊差；對焊件邊緣的加工、裝配精度（錯邊、間隙等）要求比手弧焊高；為防止燒穿并保證焊縫背面成形良好，需要采取特殊工藝措施。

鎖底對接351.適于焊接3mm以上的中、厚板，用于平焊長焊縫和直徑大（直徑在300mm以上）的環(huán)焊縫。2.適于大批量生產(chǎn)。3.主要用于焊接碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，也可焊接不銹鋼等特殊性能鋼。（三）埋弧自動焊的應(yīng)用

埋弧自動焊是常見的一種自動化焊接方法，在造船、鍋爐、車輛、容器制造等工業(yè)生產(chǎn)中獲得廣泛應(yīng)用。36氣體保護(hù)焊是為解決埋弧焊不能實(shí)現(xiàn)全位置焊接的問題而發(fā)展起來，以電弧作為熱源，用外加氣體來保護(hù)熔池和焊縫的熔焊方法。特點(diǎn)

電流密度大，生產(chǎn)率高。可實(shí)現(xiàn)全位置焊接，適應(yīng)性強(qiáng)。常用的氣體保護(hù)焊方法：

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊：保護(hù)氣體為CO2

氬弧焊：氬氣作保護(hù)氣體氣體保護(hù)焊

三、CO2氣體保護(hù)焊（一）CO2氣體保護(hù)焊過程CO2作為保護(hù)氣體+焊絲電極，引燃電弧

焊絲由送絲滾輪4自動送進(jìn)，CO2氣體經(jīng)噴嘴2沿焊絲周圍噴射出來，在電弧周圍造成局部氣體保護(hù)層，使熔滴、熔池與空氣機(jī)械地隔離開來，從而保證了焊接過程穩(wěn)定持續(xù)地進(jìn)行。CO2氣體的保護(hù)作用

CO2氣體比重較大，被電弧加熱后體積膨脹又較大，隔離空氣、保護(hù)熔化金屬效果好。

38（二）CO2氣體保護(hù)焊特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)

（1）生產(chǎn)率高。用氣體保護(hù)，實(shí)現(xiàn)全位置焊接，不用清渣，

多層焊時可連續(xù)進(jìn)行；另外可采用大電流焊接，焊接速度快（2）焊接質(zhì)量較好。電弧能量集中，熱影響區(qū)窄，焊接變形小。（3）適應(yīng)性強(qiáng)。焊接電流范圍廣，薄板、厚板都可以焊接。

（4）成本低。CO2氣是釀造廠和化工廠的副產(chǎn)品，價(jià)格低。2.缺點(diǎn)（1）CO2在高溫下可分解出原子氧，使電弧氣氛具有強(qiáng)烈的氧化性，造成合金元素?zé)龘p、氣孔和飛濺。解決方法是必須采用含錳、硅等脫氧元素較多的焊絲（最常用H08Mn2SiA）和專用直流電源，不能使用一般低碳焊絲。（2）不適宜焊接易氧化金屬材料，如銅、鋁等有色金屬材料。（3）焊縫表面成形較差，不能在有風(fēng)的場地施焊。39（三）CO2氣體保護(hù)焊的應(yīng)用（1）CO2保護(hù)焊在造船、機(jī)車車輛、汽車制造、石油化工、工程機(jī)械等工業(yè)部門獲得廣泛應(yīng)用。（2）主要用于焊接低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼等黑色金屬，也可用于堆焊磨損件、補(bǔ)焊鑄鐵件等。（3）適宜焊接的厚度一般為0.8mm以上焊件。（4）不宜焊接不銹鋼、耐熱鋼等高合金鋼。由于焊縫金屬有增碳現(xiàn)象，使鋼的抗腐蝕性降低。（5）不能焊接容易氧化的有色金屬，如鋁及鋁合金。

四、氬弧焊

利用氬氣作為保護(hù)氣體的一種電弧焊方法。氬弧溫度高，可達(dá)10000～24000K。熔化極氬弧焊（GMAW）：金屬焊絲作為電極熔化鎢極氬弧焊（GTAW）：非熔化極，鎢極不熔化。鎢極氬弧焊熔化極氬弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用：1.氬氣保護(hù)效果好，但成本高。2.鎢極氬弧焊的焊接電流小，可焊接薄板（如厚度零點(diǎn)幾毫米的不銹鋼薄板）。3.熔化極氬弧焊的焊絲為一極，焊接過程中熔化填充焊縫，可采用大電流焊接，生產(chǎn)率高。4.氬氣為保護(hù)氣體，沒有氧化，是一種對被焊材料適應(yīng)性最強(qiáng)的焊接方法，幾乎可用于焊接所有的金屬材料，尤其對易氧化難焊材料，如鋁、銅、鈦、不銹鋼等。

四、氬弧焊

五、等離子弧焊（一）等離子弧機(jī)械壓縮熱收縮磁壓縮自由電弧等離子弧特點(diǎn)：

①能量密集，溫度高；②電弧穩(wěn)定，挺度好，方向性強(qiáng)；③可控性好。等離子弧的熱量、溫度可控。通過調(diào)整焊接工藝參數(shù)，可得到柔性?。ㄓ糜诤附樱┗騽傂曰。ㄓ糜谇懈睿；≈睆胶芗?xì)、氣體高度電離、能量高度密集的約束電弧43（二）等離子弧焊等離子氣和保護(hù)氣體都是氬氣。1.等離子弧焊接方法（1）穿透法：靠強(qiáng)勁的等離子弧穿透焊件實(shí)現(xiàn)焊接，多用于板厚3～12mm的金屬。（2）熔透法：電弧壓縮較輕，不穿透鋼板，多用于板厚3mm以下的金屬。

（3）微束等離子弧焊：

指焊接電流在30A以下的熔透法焊接；電弧似針狀，溫度較低，且柔和；適于焊接0.02～1.5mm厚的箔材及薄板。442.特點(diǎn)及應(yīng)用與鎢極氬弧焊相比：①焊接質(zhì)量好。焊接熱影響區(qū)小，焊件變形??；鎢極縮入噴嘴內(nèi)，可避免鎢污染焊縫。②生產(chǎn)率高。焊接速度較快，板厚12mm以下可不開坡口，一次焊透，雙面成形，背面不需襯墊，生產(chǎn)率較高。③可焊微型器件。微束等離子弧可焊接直徑0.01mm的細(xì)絲和箔材，是目前焊接微型器件的最有效方法之一。④

操作簡單。電弧呈圓柱形，發(fā)散極小，焊炬與焊件間的距離要求不十分嚴(yán)格，操作比較容易。⑤可焊材料廣泛?？珊附痈黝愪摗㈣T鐵及有色金屬。采取一定措施，還可焊接鎢、鉑、鉭、鈮、鋯等合金。主要用于高合金鋼及鎢、鉑、鈷等難熔及特種金屬材料的焊接。⑥缺點(diǎn)：設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，氬氣消耗量大，費(fèi)用高，靈活性差。4.4壓焊主要內(nèi)容：

電阻點(diǎn)焊電阻縫焊電阻對焊閃光對焊摩擦焊4.4壓焊

指在加熱或不加熱狀態(tài)下對焊件加壓，使其產(chǎn)生塑性變形，并通過再結(jié)晶和擴(kuò)散等作用，使兩個分離表面的原子達(dá)到形成金屬鍵而連接的焊接方法。常用方法

定義電阻焊摩擦焊點(diǎn)焊縫焊對焊

電阻焊是利用電流通過焊件接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。主要有點(diǎn)焊、凸焊、縫焊、對焊。點(diǎn)焊和對焊焊接區(qū)等效電路圖R-焊接區(qū)總電阻

Rc-焊件間接觸電阻；Rew-電極與焊件間接觸電阻；Rw-焊接內(nèi)部電阻

一、電阻焊（一）點(diǎn)焊

將焊件裝配成搭接接頭，并被壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，冷卻后形成焊點(diǎn)的電阻焊連接方法。電阻點(diǎn)焊原理圖1—阻焊變壓器；2—電極；3—焊件；4—熔核1.接頭形成過程

焊件3壓緊在電極2之間，施加電極壓力后，阻焊變壓器1向焊接區(qū)通過焊接電流加熱，在焊件接觸處形成熔核4；停止加熱，熔核結(jié)晶，獲得牢固的金屬鍵合。同時，液態(tài)熔核周圍的高溫固態(tài)金屬，在電極壓力作用下產(chǎn)生塑性變形和強(qiáng)烈再結(jié)晶的塑性環(huán)。該塑性環(huán)先于熔核形成且伴隨熔核一起長大，將熔核與大氣隔離，保護(hù)液態(tài)金屬，并防止飛濺。2.影響點(diǎn)焊質(zhì)量的因素（1）工藝參數(shù)：焊接電流、電極壓力和通電時間等；（2）焊件導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高溫塑性等；（3）焊件表面狀態(tài)。焊前必須仔細(xì)清理氧化膜及油污；（4）焊點(diǎn)間距。由于部分電流可能流經(jīng)已焊好的焊點(diǎn)，使焊接處電流減小，這種現(xiàn)象稱為分流。為減少分流的影響，焊點(diǎn)間距不應(yīng)太小。(a)電流過小(b)電流合適(c)電流過大焊接電流對點(diǎn)焊質(zhì)量的影響4.應(yīng)用：①適于制造可采用搭接接頭、不要求氣密性、厚度一般小于3mm的沖壓、軋制的薄板構(gòu)件。3.點(diǎn)焊接頭的設(shè)計(jì)電阻點(diǎn)焊接頭形式接頭形式：搭接接頭和折邊接頭。接頭設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮電極的可達(dá)性、邊距、點(diǎn)距、搭接量、裝配間隙等因素。②廣泛用于汽車、金屬車廂復(fù)合板、家具等低碳鋼產(chǎn)品的焊接。③在航空航天工業(yè)中，多用于連接飛機(jī)、噴氣發(fā)動機(jī)、導(dǎo)彈、火箭等，由合金鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等材料制成的部件。（二）縫焊

也是點(diǎn)焊的一種演變，是用一對滾輪電極代替點(diǎn)焊的圓柱形電極，將焊件被裝配成搭接或?qū)咏宇^并置于兩滾輪電極之間，滾輪電極加壓并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一個個熔核相互搭疊的密封焊縫的電阻焊連接方法。縫焊示意圖接頭密封性好；主要用于要求密封性或普通非密封性的板金件連接接頭。只適用于3mm以下的薄壁結(jié)構(gòu)件。如油桶、罐頭罐、暖氣片、飛機(jī)和汽車油箱以及噴氣發(fā)動機(jī)、火箭、導(dǎo)彈中密封容器的薄板焊接。特點(diǎn)及應(yīng)用：（三）對焊

對焊是利用電阻熱將兩焊件沿整個端面同時焊接起來的電阻焊方法。生產(chǎn)率高，易于實(shí)現(xiàn)自動化，應(yīng)用廣泛。分類：電阻對焊和閃光對焊兩大類。應(yīng)用實(shí)例：鋼軌b)管道

c)汽車輪輞d)鏈環(huán)e)萬向軸殼f)汽車排氣閥（異種金屬）

g)鉆頭1.電阻對焊（1）原理（示意圖）

將兩工件端面始終壓緊，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛壓力(或不加頂鍛壓力，只保持焊接壓力)完成焊接過程。（3）應(yīng)用

只用于焊接截面形狀簡單、直徑或邊長小于20mm、強(qiáng)度要求不高的桿件。（2）特點(diǎn)

焊接過程簡單、接頭光滑、毛刺小，但其接頭的力學(xué)性能較低，對工件端面的準(zhǔn)備工作要求較高。

2.閃光對焊（示意圖）（1）原理：把兩工件夾在通電的夾具內(nèi)，保持工件端面輕微接觸，達(dá)到擊穿電壓后發(fā)生閃光或電弧，并與產(chǎn)生的電阻熱一起使對接端部加熱到熔點(diǎn)。當(dāng)對接兩端達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟葧r，采用足夠大的頂鍛力，迅速使塑性金屬連同未被閃光噴出的氧化物和雜質(zhì)一起從接頭中被擠出，并使工件實(shí)現(xiàn)連接。（2）應(yīng)用：主要用于各種材料重要工件的焊接，如錨鏈、管子等。因接頭中夾雜少，無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，力學(xué)性能好。

閃光對焊時，兩工件對接面的幾何形狀和尺寸應(yīng)基本一致。（教材圖）

二、摩擦焊

摩擦焊是在壓力作用下，利用焊件相對摩擦運(yùn)動產(chǎn)生的熱量，使待焊工件摩擦界面及其附近的溫度升高，從而使材料的變形抗力降低，塑性提高，并隨著頂鍛力的作用界面氧化膜破碎，材料發(fā)生塑性流變，通過界面的原子擴(kuò)散和再結(jié)晶而實(shí)現(xiàn)焊接的固態(tài)焊接方法。特點(diǎn)及應(yīng)用①焊接質(zhì)量好。接頭中雜質(zhì)少，組織致密，不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，接頭強(qiáng)度、塑性、韌性都很高，質(zhì)量穩(wěn)定，廢品率低。②生產(chǎn)效率高。摩擦焊完成一個焊縫的總循環(huán)時間一般在30秒以內(nèi)，每小時可生產(chǎn)幾百甚至上千件。③適于異種金屬焊接，應(yīng)用廣泛。④缺點(diǎn)：焊件形狀、尺寸受到限制，目前僅限于焊接圓截面的棒料和管孔或?qū)?、管焊到平板上。摩擦焊機(jī)價(jià)格貴，只適于批量生產(chǎn)。

釬焊是利用熔點(diǎn)比焊件低的釬料作填充金屬，適當(dāng)加熱后，釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的焊接方法。1．硬釬焊

釬料熔點(diǎn)為450℃以下，接頭強(qiáng)度較低（<70MPa)，只用于釬焊受力不大、工作溫度較低的工件。常用的釬料是錫鉛合金，通常稱為錫焊。

釬料熔點(diǎn)在450℃以上，接頭強(qiáng)度較高（>200MPa)，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。2．軟釬焊

4.5釬焊3.釬劑的作用

(1)清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質(zhì)，改善釬料流入間隙的性能（即潤濕性）;(2)保護(hù)釬料及焊件不被氧化。軟釬焊常用的釬劑：松香、氯化鋅溶液。

硬釬焊的釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等組成，應(yīng)根據(jù)釬料種類選擇使用。釬焊材料：釬料和釬劑接頭形式：板料搭接、套件鑲接等，圖示。4.釬焊接頭及加熱方式加熱方式：火焰加熱、電阻加熱、感應(yīng)加熱、爐內(nèi)加熱、鹽浴加熱和烙鐵加熱。

裝配間隙要適當(dāng)，間隙過大過小都會使接頭強(qiáng)度降低。適宜的接頭間隙一般為0.02～0.4mm。焊接前應(yīng)清除焊件表面的污物和氧化膜。5.釬焊特點(diǎn)及應(yīng)用

1）釬料熔化，母材不熔化；

2）工件加熱溫度較低，接頭組織、性能變化小，焊件變形小，接頭光滑平整，焊件尺寸精確；

3）可焊接異種金屬，焊件厚度不受限制；

4）生產(chǎn)率高，可整體加熱，一次焊成整個結(jié)構(gòu)的全部焊縫，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動化。

5）釬焊設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費(fèi)用少。

應(yīng)用：主要用于焊接精密、微型、復(fù)雜、多焊縫、異種材料的焊件。不適于鋼結(jié)構(gòu)件、重載動載零件的焊接。

4.6常用金屬材料的焊接低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

不銹鋼的焊接

鑄鐵的焊補(bǔ)

有色金屬的焊接主要內(nèi)容：1.低碳鋼：wC≤0.25%，CE＜0.4％，焊接性優(yōu)良。采用任何一種焊接方法都可以。剛性大的結(jié)構(gòu)應(yīng)預(yù)熱。2.中碳鋼：wC＝0.25％－0.6%，焊接性中等，焊縫易產(chǎn)生熱裂紋，熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬火組織甚至冷裂。常采用焊條電弧焊和氣焊，須預(yù)熱。3.高碳鋼：wC＞0.6%，焊接性差，一般只是對其進(jìn)行補(bǔ)焊，應(yīng)預(yù)熱。4.低合金結(jié)構(gòu)鋼：強(qiáng)度級別低的焊接性好，強(qiáng)度級別較高的焊接性較差。常用焊條電弧焊和埋弧焊。5.鑄鐵：焊接性差。不宜作焊接結(jié)構(gòu)材料，只進(jìn)行修復(fù)性補(bǔ)焊。采用預(yù)熱到4000C以上熱焊或冷焊，防止白口產(chǎn)生。焊接方法可采用焊條電弧焊和氣焊。7.銅及銅合金：焊接性比低碳鋼差得多?？捎脷寤『?、氣焊、碳弧焊、釬焊等焊接方法。6.奧氏體不銹鋼：焊接性良好?？刹捎煤笚l電弧焊、埋弧自動焊和氬弧焊。8.鋁及鋁合金：焊接特點(diǎn)

1）極易氧化，應(yīng)清除氧化物，采用氬氣保護(hù)；

2）容易產(chǎn)生熱裂紋，易形成氣孔；

常采用氬弧焊、等離子弧焊、電子束焊、點(diǎn)焊。

4.7焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：

合理選擇焊接結(jié)構(gòu)材料焊接材料和焊接方法的選擇合理布置焊縫正確設(shè)計(jì)焊接接頭選擇原則：盡量選用焊接性能好的材料

1.wC＜0.25%的低碳鋼，或CE＜0.4%的低合金鋼。淬硬傾向很小，塑性好，焊接工藝簡單。

2.盡量選用鎮(zhèn)靜鋼。含氣量低，特別是含H2、O2量低，可防止氣孔和裂紋等缺陷。3.異種金屬焊接時，焊縫應(yīng)與強(qiáng)度低的