金屬工藝學(xué)（第3版）課件 單元八 焊接

金屬工藝學(xué)單元八

焊接模塊一

焊接概述一、焊接的分類●焊接是指通過加熱或加壓或同時(shí)加熱加壓，并且用或不用填充材料使工件達(dá)到結(jié)合的一種工藝方法。焊接方法的種類很多，通常分為三大類：熔焊、壓焊和釬焊?！袢酆甘侨刍傅暮喎Q，它是將兩個(gè)焊件的連接部位加熱至熔化狀態(tài)，加入（或不加入）填充金屬，在不加壓力的情況下，使其冷卻凝固成一體，從而完成焊接的方法?！窈附舆^程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱）以完成焊接的焊接方法，稱為壓焊?！癫捎帽饶覆娜埸c(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)，低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接焊件的的工藝方法，稱為釬焊?！駴_壓是指使坯料經(jīng)成形或分離而得到制件的工藝統(tǒng)稱。常用的金屬材料有低碳鋼，塑性好的合金鋼以及銅、鋁有色金屬等。沖壓設(shè)備主要有：剪床和沖床。模塊二焊條電弧焊●焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法。一、焊接電弧●焊接電弧是在電極與焊件之間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。在焊條與焊件之間形成的電弧熱，使焊件局部和焊條端部同時(shí)熔化成為熔池，藥皮熔化后與液體金屬發(fā)生物理化學(xué)作用，使液態(tài)熔渣不斷地從熔池中向上浮起，藥皮燃燒時(shí)產(chǎn)生的大量氣體環(huán)繞在電弧周圍。借助熔渣和氣體可防止空氣中氧、氮的侵入，起到保護(hù)液態(tài)金屬的作用。焊接電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成。陰極區(qū)溫度大約在2400K的范圍內(nèi)。陽極區(qū)溫度大約在2600K左右?；≈鶇^(qū)大約在6000K～8000K的范圍內(nèi)。●將焊件接陽極、焊條接陰極，則電弧熱量大部分集中在焊件上，焊件熔化加快，可保證足夠的熔深，適用于焊接厚焊件，這種接法稱為正接法?！駥⒑讣雨帢O，焊條接陽極，則焊條熔化快，適合于焊接較薄焊件或不需要較多熱量的焊件，這種接法稱為反接法。使用交流電焊機(jī)時(shí)，由于陰極和陽極在不斷地變化，焊件與焊條得到的熱是相等的，因此不存在正接或反接問題。●電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)，焊件與焊條之間所保持的電壓，稱為電弧電壓。一般電弧電壓在20V～35V范圍內(nèi)。由于電弧電壓變化較小，所以生產(chǎn)中主要是通過調(diào)節(jié)焊接電流來調(diào)節(jié)電弧熱量。焊接電流越大則電弧產(chǎn)生的總熱量越多，反之，則總熱量越少。二、焊條電弧焊設(shè)備及工具（一）焊條電弧焊的主要設(shè)備生產(chǎn)中按焊接電流種類的不同，焊條電弧焊的電源可分為弧焊變壓器（交流弧焊電源）和弧焊整流器（直流弧焊電源）兩類。1．弧焊變壓器弧焊變壓器實(shí)際上是一種特殊的降壓變壓器?；『缸儔浩鞯男瘦^高，結(jié)構(gòu)簡單，使用可靠，成本較低，噪音較小，維護(hù)與保養(yǎng)容易，但焊接時(shí)電弧的穩(wěn)定性不如弧焊整流器。2．弧焊整流器弧焊整流器是將交流電經(jīng)降壓整流后獲得直流電的電氣設(shè)備?；『刚髌骶哂兄圃旆奖恪r(jià)格較低、空載損耗小和噪音小等優(yōu)點(diǎn)，并且可遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)焊接參數(shù)，能自動(dòng)補(bǔ)償電網(wǎng)電壓波動(dòng)對輸出電壓和電流的影響，焊接過程中電弧比較穩(wěn)定，可作為各種弧焊方法的電源。弧焊整流器適宜焊接不銹鋼、薄板、較重要的焊件以及銅合金、鋁合金等。

（二）焊條電弧焊的工具焊鉗的作用是夾持焊條和傳導(dǎo)電流。焊接電纜的作用是傳導(dǎo)電流。面罩的作用是焊接時(shí)保護(hù)操作人員的面部免受強(qiáng)烈的電弧光照射和飛濺金屬的灼傷。護(hù)目玻璃的作用是減弱電弧光的強(qiáng)度，過濾紫外線和紅外線，使操作人員在焊接時(shí)既能通過護(hù)目玻璃觀察到熔池的情況，便于控制焊接過程，又避免眼睛受弧光的灼傷。三、焊條（一）焊條的組成與作用電焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。2．藥皮壓涂在焊芯表面上的涂料層稱為藥皮。焊條藥皮由穩(wěn)弧劑、造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、粘結(jié)劑等組成。它的主要作用是：（1）機(jī)械保護(hù)作用。（2）冶金處理和滲合金作用。（3）改善焊接工藝性能。（二）焊條的分類、型號及牌號1．焊條的分類根據(jù)焊條的化學(xué)成分和用途，焊條可分為：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鎳和鎳合金焊條、銅和銅合金焊條、鋁和鋁合金焊條等。按照焊條藥皮熔化后的酸堿度不同，焊條又可分為酸性焊條和堿性焊條兩類。2．焊條型號GB/T5117-2012規(guī)定非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條型號編制以字母“Ｅ”打頭表示焊條。例如，Ｅ4303表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度最小值是430（MPa），適用于全位置焊接，藥皮類型是鈦型，適合于交流或直流正、反接電源。熱強(qiáng)鋼焊條的型號由GB/T5118-2012規(guī)定，“E”后面的四位數(shù)字含義與非合金鋼及細(xì)晶粒鋼焊條型號相同，四位數(shù)字后面附加字母表示熔敷金屬的化學(xué)成分分類代號，并以短劃“－”與前面的四位數(shù)字分開。如果還有附加化學(xué)成分時(shí)，所附加的化學(xué)成分直接用元素符號表示，并以短劃“－”與前面的后綴字母分開，如Ｅ6215-2C1MH10表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值是620（MPa），熔敷金屬擴(kuò)散氫含量不大于10mL/100g，適用于全位置焊接，藥皮類型是堿型，采用直流反接電源。（三）焊條選用1．考慮母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分2．考慮焊件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和剛性3．考慮簡化焊接工藝、提高生產(chǎn)率和降低成本四、焊條電弧焊工藝（一）焊接接頭組成部分●焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分稱為焊縫。●被焊的焊件稱為母材；●兩個(gè)焊件的連接處稱為焊接接頭。（二）焊接位置●熔焊時(shí)焊件接縫所處的空間位置稱為焊接位置。按焊縫在空間位置的不同，焊接位置分為平焊位置、立焊位置、橫焊位置和仰焊位置四種。●在平焊位置、立焊位置、橫焊位置和仰焊位置進(jìn)行的焊接分別稱為平焊、立焊、橫焊和仰焊。（三）焊接接頭基本型式和坡口基本型式基本的焊接接頭型式有：對接接頭、角接接頭、T形接頭、搭接接頭等。基本的坡口型式有I型坡口（不開坡口）、V型坡口、X型坡口、U型坡口、雙U型坡口等。（四）焊接工藝參數(shù)的選擇●焊接工藝參數(shù)是焊接時(shí)為了保證焊接質(zhì)量而選定的各物理量的總稱。焊條電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要包括焊條直徑、電源種類與極性、焊接電流、電弧電壓、焊接層數(shù)、電弧長度和焊接速度等。1．焊條直徑的選擇焊條直徑的大小與焊件厚度、焊接位置、焊接層數(shù)及接頭型式有關(guān)。2．焊接電流的選擇●焊接時(shí)流經(jīng)焊接回路的電流稱為焊接電流。焊接電流的選擇主要取決于焊條直徑，焊條直徑越大，焊接電流也越大。3．電弧電壓與電弧長度的選擇電弧電壓主要由電弧長度決定。電弧長電弧電壓高，電弧短電弧電壓低。4．焊接速度的選擇●焊接速度是單位時(shí)間內(nèi)完成的焊縫長度。焊接速度不應(yīng)過快或過慢，應(yīng)以保證焊透，不燒穿，焊縫的外觀與內(nèi)在質(zhì)量及生產(chǎn)效率均達(dá)到要求為適宜。五、焊條電弧焊的基本操作技術(shù)焊接電弧焊的基本操作技術(shù)主要包括：引弧、運(yùn)條和焊道收尾等。1．引弧●引弧是指在弧焊開始時(shí)，引燃焊接電弧的過程。引弧的方法有劃擦法和敲擊法兩種。劃擦法一般適合于堿性焊條，其引弧動(dòng)作類似于劃火柴，初學(xué)者容易掌握，但容易損壞焊件表面。敲擊法一般適合于酸性焊條或狹窄的焊接環(huán)境，其操作方式是將焊條對準(zhǔn)引弧處，手腕下彎，用焊條末端垂直地輕擊焊件表面，使焊條與焊件接觸并形成短路，然后迅速將焊條向上提起2mm~4mm，電弧即可引燃。2．運(yùn)條●運(yùn)條是在焊接過程中，焊條相對于焊縫所作的各種動(dòng)作的總稱。引弧后，在操作過程中要使焊條同時(shí)完成三個(gè)基本運(yùn)條動(dòng)作，即：（1）焊條沿自身中心線向熔池方向的送進(jìn)運(yùn)動(dòng)。（2）焊條沿焊接方向逐漸移動(dòng)。（3）焊條沿焊縫橫向擺動(dòng)。常見的運(yùn)條方法有直線運(yùn)條法、鋸齒形運(yùn)條法、環(huán)形運(yùn)條法、月牙形運(yùn)條法、三角形運(yùn)條法等。3．焊道收尾焊道收尾是指一條焊道結(jié)束焊接時(shí)如何收尾。金屬工藝學(xué)單元八

焊接模塊三氣焊與氣割●氣焊是利用可燃?xì)怏w和助燃?xì)怏w（氧氣）混合燃燒的火焰所釋放出的熱量作為熱源，熔化母材和填充金屬，實(shí)現(xiàn)金屬焊接的一種熔焊接方法。●氣割是利用可燃?xì)怏w的熱能將工件切割處預(yù)熱到一定溫度，噴出高速切割氧流，使工件燃燒并放出熱量，實(shí)現(xiàn)金屬切割的方法。一、氣焊（一）氣焊所用設(shè)備和工具氣焊所用設(shè)備和工具主要包括：氧氣瓶、氧氣減壓器、乙炔氣瓶、乙炔減壓器、回火防止器、焊矩、橡皮管等。1．氧氣瓶及氧氣

氧氣瓶是一種儲(chǔ)存和運(yùn)輸氧氣用的高壓容器，瓶口上裝有開閉氧氣的閥門，并套有保護(hù)瓶閥的瓶帽。常用氧氣瓶容積一般為40升，在15MPa壓力下，可儲(chǔ)存6000升的氧氣。

2．乙炔氣瓶及乙炔氣

乙炔氣瓶是一種儲(chǔ)存和運(yùn)輸乙炔氣的高壓容器，瓶口裝有閥門并套有瓶帽保護(hù)。按規(guī)定乙炔氣瓶外表涂成白色并用紅色字樣標(biāo)明“乙炔火不可近”字樣。乙炔氣瓶的工作壓力是1.5MPa。

3．氧氣減壓器和乙炔氣減壓器●氧氣減壓器是將氧氣瓶內(nèi)的高壓氧氣調(diào)節(jié)成工作時(shí)所需要的低壓氧氣的調(diào)節(jié)裝置?！褚胰矚鉁p壓器是將乙炔氣瓶內(nèi)的高壓乙炔氣調(diào)節(jié)成工作時(shí)所需要的低壓乙炔氣的調(diào)節(jié)裝置。4．回火防止器

●在氣焊與氣割過程中，由于氣體供應(yīng)不足，或管道與焊嘴阻塞等原因，均會(huì)導(dǎo)致火焰沿乙炔導(dǎo)管向內(nèi)逆燃，這種現(xiàn)象稱為回火。為了防止回火發(fā)生，必須在導(dǎo)管與乙炔氣瓶（或乙炔發(fā)生器）之間裝上回火防止器。5．焊矩

●焊矩是氣焊時(shí)用于控制氣體與氧氣的混合比例、流量及火焰并進(jìn)行焊接的工具。按可燃?xì)怏w與氧氣混合方式的不同，焊矩可分為射吸式焊矩（或稱低壓焊矩）和等壓式焊矩兩類。（二）氣焊工藝

1．氣焊火焰

改變氧氣和乙炔氣體的體積比，可得到氧化焰、中性焰和碳化焰三種不同性質(zhì)的氣焊火焰?！窕鹧嬷杏羞^量的氧，在尖形焰芯外面形成一個(gè)有氧化性的富氧區(qū)的火焰稱為氧化焰。氧化焰溫度可達(dá)3100～3300℃，適合于焊接黃銅、錳黃銅、鍍鋅鐵皮等?！裨谝淮稳紵齾^(qū)內(nèi)既無過量氧又無游離碳的火焰稱為中性焰。中性焰的最高溫度可達(dá)3000～3200℃，適合于焊接低碳鋼、高碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、灰鑄鐵、紫銅、錫青銅、鋁及其合金、鉛錫、鎂合金等。

●火焰中含有游離碳，具有較強(qiáng)還原作用，也有一定滲碳作用的火焰為碳化焰。碳化焰溫度可達(dá)2700～3000℃，適于焊接高碳鋼、高碳合金鋼（如高速鋼）、鑄鐵及硬質(zhì)合金等。

2．接頭型式與坡口型式

氣焊時(shí)主要采用對接接頭，而角接接頭和卷邊接頭只是在焊薄板時(shí)使用。

3．焊絲直徑的選擇氣焊焊絲的化學(xué)成分要與焊件的化學(xué)成分基本相符；焊絲的直徑一般是根據(jù)焊件的厚度來決定的。4．焊炬的傾斜角度●焊炬的傾斜角度是指焊嘴長度方向與焊件之間的夾角，其大小主要取決于焊件厚度和母材的熔點(diǎn)與導(dǎo)熱性等。5．焊接速度焊接速度與焊件母材的熔點(diǎn)及厚度有關(guān)，一般當(dāng)焊件母材的熔點(diǎn)高、厚度大時(shí)焊速應(yīng)慢些。

6．焊接方向氣焊時(shí)，按照焊炬與焊絲的移動(dòng)方向不同，可分為右向焊法和左向焊法兩種。7．氣焊基本操作方法氣焊前，先調(diào)節(jié)好氧氣壓力和乙炔壓力，裝好焊矩，點(diǎn)火時(shí)，先微開氧氣閥門，再打開乙炔閥門，隨后點(diǎn)燃火焰，并將火焰調(diào)節(jié)成所需要的火焰。在點(diǎn)火過程中，如果有放炮聲或火焰熄滅現(xiàn)象，應(yīng)立即減少氧氣或放掉不純的乙炔氣后，再點(diǎn)火。滅火時(shí)，應(yīng)先關(guān)乙炔閥門，再關(guān)氧氣閥門，以免發(fā)生回火并減少煙塵。二、氣割（一）氣割所用設(shè)備和工具

割嘴的結(jié)構(gòu)與焊嘴不同，周圍一圈是預(yù)熱用氧-乙炔混合氣體出口，中間的通道是切割氧氣出口，兩者互不相通。按可燃?xì)怏w與氧氣混合方式的不同，割矩分為射吸式割矩（或稱低壓割矩）和等壓式割矩兩類。（二）氣割工藝氣割常用于純鐵、低碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼的下料，鑄鋼澆注冒口的切除氣割及板材開坡口等。1．氧-乙炔火焰切割金屬的條件利用氧-乙炔火焰切割金屬的條件是：（1）金屬材料的燃點(diǎn)必須低于其熔點(diǎn)。（2）燃燒生成的金屬氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)，這樣熔渣具有一定的流動(dòng)性，便于被高壓氧氣流吹掉。（3）金屬在氧氣中燃燒時(shí)所產(chǎn)生的熱量應(yīng)大于金屬本身由于熱傳導(dǎo)而散失的熱量，這樣才能保證有足夠高的預(yù)熱溫度，使切割過程不斷地進(jìn)行。2．氣割氧壓力氣割氧壓力一般根據(jù)割矩或板厚選擇，通常取0.2～0.6MPa。3．氣割速度割件越厚，氣割速度越慢；相反，割件越薄，氣割速度越快。4．割嘴與割件間的傾斜角●割嘴與割件間的傾斜角是指割嘴與氣割運(yùn)動(dòng)方向之間的夾角。割嘴傾斜角的大小由割件厚度來確定。一般割嘴離割件表面的距離是3mm～5mm，并要求在整個(gè)切割過程中保持一致。5．基本操作方法氣割時(shí)將預(yù)熱火焰對準(zhǔn)割件切口進(jìn)行預(yù)熱，待加熱到金屬表層即將氧化燃燒時(shí)，再以一定壓力的氧氣流吹入切割層，吹掉氧化燃燒產(chǎn)生的熔渣，不斷移動(dòng)割矩，切割便可以連續(xù)地進(jìn)行下去，直至切斷為止。模塊四其它焊接方法簡介一、埋弧焊●埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。埋弧焊分為埋弧自動(dòng)焊和埋弧半自動(dòng)焊兩種。埋弧焊的工作原理是，電弧在顆粒狀的焊劑下燃燒，焊絲由送絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)送入焊接區(qū)，電弧沿焊接方向的移動(dòng)靠手工操作或機(jī)械自動(dòng)完成。埋弧焊主要用于焊接低碳鋼、低合金高強(qiáng)度鋼，也可用于焊接不銹鋼、耐熱鋼、低溫鋼及紫銅等。特別適合于大批量焊接較厚的大型結(jié)構(gòu)件的直線焊縫和大直徑環(huán)形焊縫。二、氣體保護(hù)電弧焊●氣體保護(hù)電弧焊是利用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊，簡稱氣體保護(hù)焊或氣電焊。氣體保護(hù)焊按所用的電極材料不同，可分為熔化極氣體保護(hù)焊和非熔化極氣體保護(hù)焊兩種。氣體保護(hù)焊按所用保護(hù)氣體的不同，可分為氬弧焊、二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊、氮弧焊、氦弧焊等。1．氬弧焊●氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。按所用的電極材料不同，氬弧焊可分為非熔化極（鎢極）氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。氬弧焊應(yīng)用范圍廣泛，幾乎可以用于所有的鋼材，非鐵金屬及其合金。氬弧焊通常用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金，低合金鋼，耐熱合金等，但對于低熔點(diǎn)和易蒸發(fā)的金屬焊接困難。2．二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊●二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是用二氧化碳?xì)怏w作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊主要用于低碳鋼和低合金鋼薄板等材料的焊接。三、等離子弧焊●等離子弧是經(jīng)過壓縮的、高能量密度的自由電弧。●等離子弧焊就是利用等離子弧作為熱源的一種焊接方法。等離子弧可以焊接絕大部分金屬，主要適于焊接某些焊接性差的金屬材料和精細(xì)工件等。常用于不銹鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)度鋼及難熔金屬材料的焊接。此外，還可以焊接厚度為0.025mm～2.5mm的箔材及板材，也可進(jìn)行等離子切割。四、電阻焊（接觸焊）●電阻焊是工件組合后通過電極施加壓力，利用電流流過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。生產(chǎn)中根據(jù)接頭的型式不同，電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊和對焊三種。電阻焊主要用于低碳鋼、不銹鋼、鋁、銅等材料的焊接。其中點(diǎn)焊主要用于厚度在4mm以下的薄板的焊接；縫焊主要用于厚度在3mm以下的薄板的焊接；對焊主要用于較大截面(直徑或邊長小于20mm)焊件與不同種類的金屬和合金的對接。五、電渣焊電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱而進(jìn)行焊接的一種熔焊方法。根據(jù)所用電極形狀的不同，電渣焊可分為絲極電渣焊、熔嘴電渣焊、板極電渣焊和管極電渣焊。電渣焊主要用于厚壁壓力容器縱焊縫的焊接以及大型的鑄－焊、鍛－焊或厚板拼焊結(jié)構(gòu)的制造。六、釬焊釬焊根據(jù)釬料熔點(diǎn)的不同，可分為硬釬焊和軟釬焊。●所用釬料熔點(diǎn)在450℃以上的釬焊稱為硬釬焊。硬釬焊的焊接強(qiáng)度大約為300～500MPa。屬于硬釬焊的釬料有銅基、鋁基、銀基、鎳基、錳基釬料等，常用的為銅基。焊接時(shí)需要加釬劑，對銅基釬料常用硼砂、硼酸混合物。硬釬焊的加熱方式有火焰加熱、電阻加熱、爐內(nèi)加熱、電弧加熱、激光加熱等，適合于受力較大的工件及工具的焊接?！袼免F料熔點(diǎn)在450℃以下的釬焊稱為軟釬焊。軟釬焊的焊接強(qiáng)度一般不超過140MPa。屬于軟釬焊的釬料有錫鉛釬料、錫銀釬料、鉛基釬料、鎘基釬料等，常用的為錫鉛釬料。軟釬焊時(shí)所用的釬劑為松香、酒精溶液、氯化鋅或氯化鋅加氯化氨水溶液。軟釬焊時(shí)可用鉻鐵、噴燈或爐子加熱焊件。適合于焊接受力不大的儀表、導(dǎo)電元件等的焊接。金屬工藝學(xué)單元八

焊接模塊五常用金屬材料的焊接一、金屬材料的焊接性●焊接性是材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設(shè)計(jì)要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。焊接性包括兩方面的內(nèi)容，其一是使用焊接性：指在一定工藝條件下所獲得的焊接接頭或整體結(jié)構(gòu)，滿足技術(shù)條件所規(guī)定的各項(xiàng)使用性能的能力，如對強(qiáng)度、塑性等；其二是工藝焊接性：指在一定的焊接工藝條件下，金屬材料在焊接中由于受到熱作用和冶金作用，所得焊接接頭性能發(fā)生改變的程度，尤其是對產(chǎn)生裂紋等缺陷的敏感性。金屬材料的焊接性主要受其化學(xué)成分、焊接方法、構(gòu)件類型及使用條件四個(gè)因素影響。對于非合金鋼及低合金鋼，常用碳當(dāng)量來評定它的焊接性?！裉籍?dāng)量是指把鋼中的合金元素（包括碳）含量按其作用換算成碳的相當(dāng)含量的總和。國際焊接學(xué)會(huì)推薦的碳當(dāng)量CE的計(jì)算公式如下：CE=WC+WMn/6+（WCr+WMo+WV）/5+（WNi+WCu）/15碳當(dāng)量CE<0.4%時(shí)，淬硬傾向小，產(chǎn)生冷裂紋傾向小，焊接性良好，焊接時(shí)不需預(yù)熱；CE=0.4%～0.6%時(shí)，淬硬傾向較大，產(chǎn)生冷裂紋傾向明顯，焊接性較差，一般需要預(yù)熱；CE>0.6%時(shí)，淬硬傾向嚴(yán)重，產(chǎn)生冷裂紋傾向嚴(yán)重，焊接性差，需要較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。二、焊接接頭的組織與性能金屬材料焊接接頭包括焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分?！窈缚p是焊件經(jīng)焊接后所形成的結(jié)合部分?！袢酆蠀^(qū)是焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域，即焊縫與母材交接的過渡區(qū)。熱影響區(qū)是焊接或切割過程中金屬材料（但未熔化）因受熱影響而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。1．焊縫●焊縫組織是由熔池金屬結(jié)晶后得到的鑄態(tài)組織。熔池中金屬的結(jié)晶一般從液固交界的熔合線上開始，晶核從熔合線向兩側(cè)和熔池中心長大。2．熔合區(qū)●熔合區(qū)在焊接過程中始終處于半熔化狀態(tài)，熔合區(qū)晶粒粗大，塑性和韌性差，化學(xué)成分不均勻，容易產(chǎn)生裂紋，是力學(xué)性能最差的區(qū)域。3．熱影響區(qū)●熱影響區(qū)由于溫度分布不均勻，可以將熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。三、常用金屬材料的焊接

1．非合金鋼的焊接

（1）低碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，塑性好，一般沒有淬硬與冷裂傾向，所以，低碳鋼的焊接性良好。一般不需預(yù)熱，幾乎所有的熔焊和壓焊方法都可用于獲得優(yōu)良的焊接接頭。

（2）中碳鋼和高碳鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，淬硬與冷裂傾向較大，焊接性較差。因此，焊前必須預(yù)熱及焊后進(jìn)行熱處理。

2．低合金鋼和合金鋼的焊接

當(dāng)?shù)秃辖痄摰那姷燃壴?00MPa以下，碳當(dāng)量較小時(shí)，其焊接性良好；屈服強(qiáng)度等級在400MPa以上，碳當(dāng)量較大時(shí)，淬硬傾向較大，其焊接性較差。中、高合金鋼的碳當(dāng)量較大，其焊接性更差。

3．鑄鐵的焊接

鑄鐵的焊接性較差，焊接時(shí)焊縫金屬的碳和硅等元素?zé)龘p較多，易產(chǎn)生白口組織及裂紋。焊接時(shí)必須采取嚴(yán)格的工藝措施，一般是焊前預(yù)熱焊后保溫緩冷。

4．銅及銅合金的焊接

銅及銅合金的焊接性一般較差，必須采用大功率熱源，必要時(shí)還要采取預(yù)熱措施。常用氬弧焊焊接紫銅、黃銅、青銅及白銅；黃銅還可采用氣焊。也可以采用釬焊及等離子弧焊等方法進(jìn)行焊接。5．鋁及鋁合金的焊接

鋁及鋁合金的焊接一般較為困難，必須采用大功率的熱源。最常用的是氬弧焊，它適合于各類鋁合金。氣焊適用于不重要的結(jié)構(gòu)件，焊條電弧焊適合于焊接4mm以上的鋁板。等離子弧焊及電子束焊也適宜于焊接不同的鋁合金。

模塊六

焊接應(yīng)力、焊接變形及焊接缺陷

一、焊接應(yīng)力與焊接變形產(chǎn)生的原因●焊后殘存于焊件上的變形稱為焊接變形，焊接變形是由于焊接應(yīng)力超過焊件的屈服強(qiáng)度（ReH或ReL）時(shí)產(chǎn)生的。二、焊接變形的基本形式常見的焊接變形可歸納為收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形五種基本形式。三、預(yù)防和減少焊接應(yīng)力與焊接變形的措施

預(yù)防和消除焊接應(yīng)力與焊接變形一般從設(shè)計(jì)方面和工藝方面采取措施。

1．設(shè)計(jì)方面可采取的措施

（1）選用合理的焊縫尺寸和形狀。

（2）盡可能減少焊縫數(shù)量

（3）盡可能使焊縫分散，避免集中。

（4）合理安排焊縫位置。

（5）焊接接頭的厚薄處要逐漸過渡。

（6）采用剛性較小的接頭形式。

2．工藝方面可采取的措施

（1）焊前進(jìn)行預(yù)熱，焊后進(jìn)行保溫緩冷。（2）采用合理的焊接順序和焊接方向。

（3）采用反變形法。（4）采用剛性固定法。

（5）焊后及時(shí)消除應(yīng)力。

四、矯正焊接變形的方法常用的矯正焊接變形的方法有機(jī)械矯正法和火焰矯正法兩類。

●機(jī)械矯正法是在冷態(tài)或熱態(tài)下利用外力使焊件產(chǎn)生變形的部位，再產(chǎn)生相反的塑性變形以抵消原來的變形，使焊件恢復(fù)正常?！窕鹧娉C正法是利用火焰局部加熱焊件，使焊件局部產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變形，使較長的金屬在冷卻后收縮，從而達(dá)到矯正變形的目的。五、焊接缺陷●焊接缺陷是指焊接過程中在焊接接頭中產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，如未焊透與未焊合、氣孔與夾渣、咬邊、裂紋等缺陷。

模塊七

焊接結(jié)構(gòu)工藝性

一、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素

（1）在滿足使用性能的前提下，應(yīng)選用焊接性能好的金屬材料來制造焊接結(jié)構(gòu)件，保證焊縫和焊接接頭的質(zhì)量，保證焊接結(jié)構(gòu)具有較高的使用壽命。

（2）要考慮焊接接頭的工作環(huán)境和使用條件，如溫度、壓力、腐蝕性介質(zhì)、振動(dòng)及疲勞等。

（3）對于大型焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡可能減少焊前預(yù)熱和焊后