《機(jī)械制造基礎(chǔ)》 自考 課件 第9章 焊接

第9章焊接本章要點(diǎn)19.1焊接的工藝基礎(chǔ)9.2熔化焊9.3壓力焊

9.4釬焊9.5常用金屬材料的焊接9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接29.1.1焊接的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用焊接的主要方法為熔化焊、壓力焊和釬焊。熔化焊（熔焊）是利用局部加熱的手段，將工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫的焊接方法。壓力焊（壓焊）是在焊接過程中對(duì)工件加壓（加熱或不加熱）完成焊接的方法。釬焊是利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化以后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。1.焊接方法分類焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用），使焊件形成原子（分子）間結(jié)合的一種成形方法，是一種不可拆卸的永久性連接方法，可以使用（或不用）填充材料。9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接39.1.1焊接的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用（1）工藝的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省金屬材料，結(jié)構(gòu)重量輕。簡化復(fù)雜零件和大型零件的制造過程。以小拼大、化大為小，制造重型、復(fù)雜的機(jī)器零部件，簡化鑄造、鍛造及切削加工工藝，獲得最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。焊接接頭具有良好的力學(xué)性能和密封性。適應(yīng)性強(qiáng)。能夠制造雙金屬結(jié)構(gòu)，使材料的性能得到充分利用。（2）存在的問題：焊接接頭的組織和性能與母材相比會(huì)發(fā)生變化；容易產(chǎn)生焊接裂紋等缺陷；焊接后會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力與變形；焊接結(jié)構(gòu)不可拆卸，給維修帶來不便。2.特點(diǎn)切削刀具的刀頭和刀體可用不同材料制造后焊接在一起；電子產(chǎn)品中的芯片和印刷電路板之間的連接，要求導(dǎo)電并具有一定的強(qiáng)度，到目前為止，只能用釬焊連接。9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接49.1.1焊接的分類、特點(diǎn)和應(yīng)用焊接工藝廣泛應(yīng)用于汽車、船舶、飛機(jī)、鍋爐、壓力容器、建筑和電子等工業(yè)部門，如汽車車身、飛機(jī)起落架、艦船船體、高爐爐殼等產(chǎn)品的制造，都離不開焊接。全球鋼產(chǎn)量的50%~60%要經(jīng)過焊接才最終投入使用。焊接方法在制造大型結(jié)構(gòu)構(gòu)件或復(fù)雜機(jī)器部件時(shí)，更顯優(yōu)越?？梢杂没鬄樾　⒒瘡?fù)雜為簡單的方法來準(zhǔn)備坯料，然后用逐次裝配焊接的方法拼小成大、拼簡單成復(fù)雜，這是其他工藝方法難以做到的。在制造大型機(jī)器設(shè)備時(shí)，可以采用鑄焊或鍛焊復(fù)合工藝。制成雙金屬構(gòu)件，如具有復(fù)合層的容器。對(duì)不同材料進(jìn)行焊接。3.應(yīng)用9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接59.1.2焊接冶金過程焊接化學(xué)冶金反應(yīng)過程從焊接材料被加熱、熔化開始，經(jīng)熔滴過渡，最后到達(dá)熔池中，該過程是分區(qū)域（藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)、熔池反應(yīng)區(qū)）連續(xù)進(jìn)行的。1.熔焊的化學(xué)冶金金屬熔池可以看成一個(gè)微型冶煉爐，熔池內(nèi)要進(jìn)行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金化等一系列的物理和化學(xué)過程。由于大多數(shù)的熔化焊是在大氣中進(jìn)行的，金屬熔池中的液態(tài)金屬與周圍的熔渣及空氣接觸，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜、激烈的化學(xué)反應(yīng)，這就是焊接的冶金過程。I-藥皮反應(yīng)區(qū)；Ⅱ-熔滴反應(yīng)區(qū)；Ⅲ-熔池反應(yīng)區(qū)焊接冶金反應(yīng)區(qū)9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接69.1.2焊接冶金過程（1）藥皮反應(yīng)區(qū)。主要發(fā)生水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解、鐵合金的氧化等。反應(yīng)析出的大量氣體，一方面隔絕了空氣，另一方面，也對(duì)被焊金屬和藥皮中的鐵合金產(chǎn)生了很大的氧化作用，結(jié)果，將顯著改變焊接區(qū)氣相的氧化性。（2）熔滴反應(yīng)區(qū)。包括熔滴形成、長大到過渡至熔池前的整個(gè)階段。發(fā)生氣體的分解和溶解、金屬的蒸發(fā)、金屬及其合金成分的氧化和還原、焊縫金屬的合金化等。反應(yīng)時(shí)間雖短（0.01~0.1s），但平均溫度高（2000~2800K），液態(tài)金屬與氣體及熔渣的接觸面積大，所以是冶金反應(yīng)最激烈的部位，對(duì)焊縫成分的影響也最大。1.熔焊的化學(xué)冶金9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接79.1.2焊接冶金過程（3）熔池反應(yīng)區(qū)。熔滴金屬和熔渣以很高的速度落入熔池后，即同熔化了的母材混合或接觸，各反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。該區(qū)溫度較熔滴反應(yīng)區(qū)低，約為1800~2200K，反應(yīng)時(shí)間較長，為數(shù)秒。有兩個(gè)顯著特點(diǎn)：一是溫度分布極不均勻，熔池頭部和尾部存在溫度差，因而冶金反應(yīng)可以同時(shí)向相反的方向進(jìn)行。二是反應(yīng)過程不僅在液態(tài)金屬與氣、渣界面上進(jìn)行，而且也在液態(tài)金屬與固態(tài)金屬和液態(tài)熔渣的界面上進(jìn)行。1.熔焊的化學(xué)冶金9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接89.1.2焊接冶金過程（1）焊接區(qū)內(nèi)的氣體來源焊接區(qū)內(nèi)的氣體來源主要有：焊接材料、熱源周圍的氣體介質(zhì)、焊絲和母材表面的雜質(zhì)、材料的蒸發(fā)。產(chǎn)生的氣體中，對(duì)焊接質(zhì)量影響最大的是N2、H2、O2、CO2、H2O。（2）保證焊縫質(zhì)量減少有害元素進(jìn)入熔池。主要措施是機(jī)械保護(hù)，使電弧空間的熔滴和熔池與空氣隔絕，防止空氣進(jìn)入；還應(yīng)清理坡口及兩側(cè)的銹、水、油污；烘干焊條，去除水分等。清除已進(jìn)入熔池中的有害元素，增添合金元素。主要通過焊接材料中的合金元素進(jìn)行脫氧、脫硫、脫磷、去氫和滲合金等，從而保證和調(diào)整焊縫的化學(xué)成分。2.對(duì)熔池的保護(hù)和冶金處理9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接99.1.3熔池結(jié)晶和接頭組織焊接熔池的結(jié)晶過程服從液相金屬凝固理論的一般規(guī)律，熔池金屬結(jié)晶后形成焊縫。結(jié)晶首先從熔池底壁開始，沿垂直于熔池和母材（基體金屬）的交界線向熔池中心長大，形成柱狀結(jié)晶。在熔池的結(jié)晶過程中，由于冷卻快（從熔化到結(jié)晶的時(shí)間約10s），已經(jīng)結(jié)晶的焊縫金屬中的化學(xué)元素來不及擴(kuò)散，造成合金元素偏析，從而影響焊縫性能。1.熔池結(jié)晶的特點(diǎn)和結(jié)晶形態(tài)焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)熔池的柱狀結(jié)晶示意圖9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接109.1.3熔池結(jié)晶和接頭組織焊縫組織是由液態(tài)金屬結(jié)晶而成的鑄態(tài)組織（由鐵素體和少量珠光體組成），具有晶粒粗大、成分偏析和組織不致密等缺點(diǎn)。由于焊接熔池小（2~3cm3）、冷卻快，且碳、硫和磷等的含量都較低，而且可以通過焊接材料（焊條、焊絲和焊劑等）向熔池金屬中滲入某些細(xì)化晶粒的合金元素以調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，從而保證焊縫性能。（1）焊縫屬于鑄造組織，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱狀晶，硫、磷等形成的低熔點(diǎn)雜質(zhì)容易在焊縫中心形成偏析，使焊縫塑性降低，易產(chǎn)生熱裂紋。由于按等強(qiáng)度原則選用焊條，通過滲合金實(shí)現(xiàn)合金強(qiáng)化，焊縫的強(qiáng)度一般不低于母材。（2）熔合區(qū)焊接接頭中，焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。此區(qū)成分及組織極不均勻，晶粒長大嚴(yán)重，冷卻后為粗晶粒，強(qiáng)度下降，塑性和沖擊韌度很差，往往成為裂紋的發(fā)源地。雖然熔合區(qū)只有0.1~1mm，但它對(duì)焊接接頭的性能有很大影響。2.焊接接頭的組織和性能9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接119.1.3熔池結(jié)晶和接頭組織（3）熱影響區(qū)。焊接過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域，包括過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)。2.焊接接頭的組織和性能a）焊縫區(qū)各點(diǎn)溫度的變化b）低碳鋼焊接接頭的組織變化焊接接頭及熱影響區(qū)9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接129.1.3熔池結(jié)晶和接頭組織（1）過熱區(qū)具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域，溫度范圍為固相線至1100℃，寬度約1~3mm。由于溫度高，晶粒粗大，使塑性和韌性降低。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)時(shí)，常在過熱區(qū)產(chǎn)生裂紋。（2）相變重結(jié)晶區(qū)溫度范圍為1100℃~Ac3之間，寬度約為1.2~9.0mm。由于金屬發(fā)生了重結(jié)晶（即同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變），隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細(xì)小的正火組織。該區(qū)的金屬力學(xué)性能良好。（3）不完全重結(jié)晶區(qū)溫度范圍在Ac1~Ac3之間，只有部分組織發(fā)生相變。由于部分金屬發(fā)生了重結(jié)晶，冷卻后可獲得細(xì)化的鐵素體和珠光體，而未重結(jié)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。由于晶粒大小不一，故力學(xué)性能不均勻。2.焊接接頭的組織和性能9.1焊接的工藝基礎(chǔ)機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接139.1.3熔池結(jié)晶和接頭組織焊縫及熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式等因素。根據(jù)焊接過程的特點(diǎn)，改善其組織性能措施：加強(qiáng)對(duì)焊縫金屬的保護(hù)，防止焊接時(shí)各種雜質(zhì)進(jìn)入焊接區(qū)。對(duì)焊縫進(jìn)行合金化及冶金處理，以獲得要求的焊縫金屬組織性能。合理選擇焊接方法和焊接工藝，盡量使熔合區(qū)和熱影響區(qū)減至最小。焊前預(yù)熱工件，可減緩焊件上的溫差及冷卻速度。對(duì)焊件進(jìn)行整體或局部熱處理，以消除焊件應(yīng)力，細(xì)化晶粒，提高焊接接頭的性能。3.改善焊接接頭組織和性能的措施9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接14電弧是一種氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。電弧放電時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)發(fā)出強(qiáng)烈的弧光。焊條電弧焊就是利用電弧的熱量熔化熔池和焊條的。手弧焊操作包括引燃電弧、送進(jìn)焊條和沿焊縫移動(dòng)焊條。電弧在焊條與工件（母材）之間燃燒，電弧熱使母材和焊芯熔化形成熔池。燃燒、熔化的藥皮進(jìn)入熔池成為熔渣浮在熔池表面，藥皮受熱分解產(chǎn)生大量的CO2、CO和H2等保護(hù)性氣體，包圍在電弧周圍。熔渣和保護(hù)性氣體能防止空氣中氧和氮的進(jìn)入，起到保護(hù)熔化金屬的作用。當(dāng)焊條向前移動(dòng)熔化新母材時(shí)，原熔池和熔渣冷卻凝固，形成焊縫和渣殼。1.焊接原理焊條電弧焊是用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，也稱手弧焊9.2.1焊條電弧焊焊接的冶金過程（手弧焊）設(shè)備簡單、操作靈活，可焊接多種金屬材料，室內(nèi)外焊接效果相近，是焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的方法。但焊條電弧焊對(duì)焊工操作水平要求較高，生產(chǎn)率較低。9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接15（1）焊條的組成焊條由焊芯與藥皮組成，焊芯是一根具有一定長度與直徑的專用鋼絲，稱為焊絲，如H08A、H08MnA等。焊條的直徑就是指焊芯的直徑。結(jié)構(gòu)鋼焊條直徑從Φ1.6mm~Φ8mm，共分8種規(guī)格。焊條的長度是指焊芯的長度，一般均在200~550mm之間。藥皮的主要作用：藥皮中的穩(wěn)弧劑可以使電弧穩(wěn)定燃燒，飛濺少，焊縫成形好。藥皮中有造氣劑，熔化時(shí)釋放的氣體可以隔離空氣，保護(hù)電弧空間。藥皮中的造渣劑熔化后產(chǎn)生熔渣。熔渣覆蓋在熔池上可以保護(hù)熔池。藥皮中有脫氧劑（主要是錳鐵、硅鐵、鈦鐵等）、合金添加劑，通過冶金反應(yīng)，可以去除有害雜質(zhì)。添加合金元素，可以改善焊縫的力學(xué)性能。堿性焊條中的氟石CaF2可以通過冶金反應(yīng)去氫。2.焊條9.2.1焊條電弧焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接16（2）焊條的種類按用途分為：碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鎳合金焊條、銅合金焊條、鋁合金焊條等。按熔渣的性質(zhì)分為：酸性焊條與堿性焊條。如果熔渣的組成物主要以酸性氧化物為主，則對(duì)應(yīng)的焊條為酸性焊條；如果以堿性氧化物和氟石為主，則對(duì)應(yīng)的焊條為堿性焊條。2.焊條9.2.1焊條電弧焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接17（3）焊條的型號(hào)和牌號(hào)焊條型號(hào)根據(jù)焊縫金屬的力學(xué)性能、藥皮類型、焊接位置和焊接電流種類劃分。碳鋼焊條用E××××表示。E表示焊條；前兩位數(shù)字表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度的最小值；第三位數(shù)字表示焊條適用于的焊接位置（0和1表示全位置焊，2表示平焊，4表示向下立焊），第三、四位數(shù)字組合表示藥皮類型和使用的焊接電源種類。如E4301、E1100。焊條牌號(hào)是對(duì)焊條產(chǎn)品的具體命名。是根據(jù)焊條的主要用途及性能特點(diǎn)來命名的。每種焊條產(chǎn)品只有一個(gè)牌號(hào)，但多種牌號(hào)的焊條可以同時(shí)對(duì)應(yīng)于一種型號(hào)。焊條牌號(hào)通常以一個(gè)漢語拼音字母（或漢字）與三位數(shù)字表示。如：結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)J422，其中“J”表示結(jié)構(gòu)鋼焊條，第一、二位數(shù)字＂42＂則表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度等級(jí)，末位數(shù)字“2”表示藥皮類型及焊接電源的種類。2.焊條9.2.1焊條電弧焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接18（4）焊條的選用焊條的選用原則：要求焊縫和母材具有相同水平的使用性能。結(jié)構(gòu)鋼焊條的選用，一般是根據(jù)母材的抗拉強(qiáng)度，選擇相同強(qiáng)度等級(jí)的焊條。例如，Q345的σb為520MPa，因此選用E5003、E5015或E5016焊條。焊接重要的結(jié)構(gòu)，如壓力容器、橋梁等，或所焊對(duì)象的焊接性能較差、結(jié)構(gòu)剛度大、工件厚度大易產(chǎn)生裂紋時(shí)，應(yīng)該選用堿性焊條。焊接一般的結(jié)構(gòu)可選用酸性焊條。2.焊條9.2.1焊條電弧焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接19埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，也稱埋弧自動(dòng)焊。焊接時(shí)，工件被焊處覆蓋著一層30~50mm厚的顆粒狀焊劑，焊接機(jī)頭將光焊絲自動(dòng)送入電弧區(qū)并保持選定的弧長。電弧在顆粒狀焊劑層下燃燒，焊機(jī)帶著焊絲均勻地沿坡口移動(dòng)（或者焊機(jī)機(jī)頭不動(dòng)，工件勻速運(yùn)動(dòng)）。在焊絲前方，焊劑從漏斗中不斷流出鋪撒在被焊部位。焊接時(shí)，部分焊劑熔化形成熔渣覆蓋在焊縫表面，大部分焊劑不熔化，可回收重新使用。1.埋弧焊的焊接過程9.2.2埋弧焊埋弧焊焊接過程示意圖9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接20埋弧焊焊縫的形成過程：焊絲端部與工件之間接觸并引燃電弧后，焊絲端部周圍的焊劑被熔化，并有一部分蒸發(fā)。生成的氣體將電弧周圍熔渣排開，形成一個(gè)封閉的空間，使電弧與外界空氣隔絕。電弧在此空間內(nèi)繼續(xù)燃燒，不斷地熔化焊絲和母材接頭處的金屬，形成焊接熔池。電弧向前移動(dòng)后，熔池金屬冷卻凝固后形成焊縫，熔渣冷卻凝固后形成渣殼。1.埋弧焊的焊接過程9.2.2埋弧焊埋弧焊焊縫的形成過程9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接21（1）埋弧焊的優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)率高埋弧焊的焊接電流可達(dá)1000A以上，比焊條電弧焊高6~8倍，使用連續(xù)送進(jìn)的光焊絲，生產(chǎn)率比手弧焊提高5~10倍。焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定焊劑對(duì)熔池金屬保護(hù)得比較嚴(yán)密，空氣較難進(jìn)入，熔池保持液態(tài)的時(shí)間較長，冶金過程進(jìn)行得比較徹底，氣體和熔渣也易于浮出。節(jié)省金屬材料埋弧焊的電弧熱量集中，熔深較大，厚度為20~25mm以下的工件，可以不開坡口直接進(jìn)行焊接，而且無焊條頭浪費(fèi)，飛濺很小。改善了勞動(dòng)條件埋弧焊看不到弧光，焊接煙霧也很少。焊接時(shí)，焊工只要調(diào)整、管理焊機(jī)就可以進(jìn)行自動(dòng)焊接，勞動(dòng)條件得到很大改善。2.埋弧焊的特點(diǎn)與手弧焊相比，埋弧焊有三點(diǎn)不同，即用“顆粒狀焊劑”代替“焊條藥皮”、用“連續(xù)自動(dòng)送進(jìn)的光焊絲”代替“焊條焊芯”、用“焊機(jī)自動(dòng)操作”代替“焊工的手工操作”。9.2.2埋弧焊（2）埋弧焊的缺點(diǎn)一次性投資較大，設(shè)備比較復(fù)雜，焊接成本較高。焊前的準(zhǔn)備工作量較大，對(duì)焊件坡口加工、接縫裝配均勻性等要求較高。適應(yīng)性較差，只能進(jìn)行平焊，且不能焊接任意彎曲的焊縫。不能焊接薄的工件，否則，會(huì)產(chǎn)生燒穿缺陷。9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接22焊接前，應(yīng)將焊縫兩側(cè)50~60mm內(nèi)的銹、水和油污除掉，以免產(chǎn)生氣孔。一般在平焊位置焊接長的直線焊縫，采用對(duì)接接頭或T形接頭。工件厚度小于20mm時(shí)，采用單面焊。如果設(shè)計(jì)上有要求（如鍋爐與容器），也可采用雙面焊。工件厚度大于20mm時(shí)，采用雙面焊，或采用開坡口單面焊。由于引弧處和斷弧處質(zhì)量不易保證，焊前應(yīng)在焊縫兩端焊上引弧板和引出板，焊后再去掉。為保證焊縫成形和防止燒穿，生產(chǎn)中常采用各種類型的焊劑墊和墊板，或者先用焊條電弧焊封底。3.埋弧焊工藝9.2.2埋弧焊埋弧焊的引弧板和引出板a）焊劑墊b）鋼墊板c）銅墊板埋弧焊的焊劑墊和墊板9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接23二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是以CO2氣體作為保護(hù)介質(zhì)的氣體保護(hù)焊方法。用可熔化的焊絲作為電極和填充金屬，靠焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧熔化工件金屬和焊絲形成熔池，冷卻凝固后成為焊縫，它屬于熔化極氣體保護(hù)焊。1.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是利用特定的某種氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法。常用的保護(hù)氣體有氬氣和二氧化碳?xì)鈨煞N。9.2.3氣體保護(hù)焊CO2氣體保護(hù)焊示意圖焊絲由送絲機(jī)構(gòu)送入送絲軟管，再經(jīng)導(dǎo)電嘴送出。CO2氣體從焊炬噴嘴中以一定流量噴出。電弧引燃后，焊絲端部及熔池被CO2氣體所包圍，可以防止空氣對(duì)高溫金屬的侵害。9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接24（1）優(yōu)點(diǎn)成本低。焊接時(shí)不需要藥皮焊條和焊劑，且CO2氣體價(jià)廉，盡管焊絲成本高一些，但總成本僅為焊條電弧焊和埋弧焊的40%左右。生產(chǎn)率高。焊接電流密度大，電弧熱量集中，熔深較大，焊接速度快，使用連續(xù)送進(jìn)的光焊絲，且焊后無需清渣，生產(chǎn)率比焊條電弧焊提高1~3倍。操作性能好。明弧可見，容易發(fā)現(xiàn)問題，并及時(shí)調(diào)整處理，適于各種空間位置的焊接。質(zhì)量較好。由于電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，因而焊接熱影響區(qū)小，變形和產(chǎn)生裂紋的傾向較小。（2）缺點(diǎn)CO2的氧化作用使熔滴飛濺較為嚴(yán)重，導(dǎo)致接頭處不夠光滑。此外，如果控制或操作不當(dāng)，容易產(chǎn)生氣孔。廣泛應(yīng)用于造船、機(jī)車車輛、汽車和農(nóng)業(yè)機(jī)械等工業(yè)部門，主要焊接厚度為30mm以下的低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼工件。1.二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊9.2.3氣體保護(hù)焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接25氬弧焊是用氬氣作為保護(hù)氣體的一種氣體保護(hù)焊方法。氬氣是惰性氣體，不與金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于液體金屬。所以，氬氣是一種可靠的保護(hù)介質(zhì)。氬弧焊可以獲得高質(zhì)量的焊縫。氬弧焊是焊接不銹鋼的主要方法，也廣泛用于焊接鋁合金、鈦合金、鋯合金等材料；用于航空航天、核工業(yè)等部門。2.氬弧焊9.2.3氣體保護(hù)焊氬弧焊的特點(diǎn)電弧穩(wěn)定，金屬熔滴飛濺少，焊縫致密，表面沒有熔渣，成形美觀。明弧焊接，便于觀察，操作靈活，可進(jìn)行各種空間位置的焊接，易于實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接。電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熔池較小，焊接速度較快，熱影響區(qū)較小，工件焊后變形小。氬弧焊主要用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金，也用于焊接不銹鋼、耐熱鋼和一部分重要的低合金鋼工件。9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接26按照所用電極的不同，氬弧焊可分為：（1）不熔化極氬弧焊（鎢極氬弧焊）用稀土鈰-鎢或稀土釷-鎢棒作為電極。鎢極在焊接時(shí)不熔化，僅起產(chǎn)生電弧、發(fā)射電子的作用。焊接時(shí)，在鎢極與工件之間建立電弧，填充焊縫的焊絲從一側(cè)進(jìn)入。一般用于焊接4mm以下的薄板。（2）熔化極氬弧焊利用金屬焊絲作為電極，焊絲自動(dòng)送進(jìn)并熔化。焊接電流大，適合焊接3~25mm的中、厚板。主要用于焊接不銹鋼與非鐵合金。熔化極氬弧焊焊絲熔化后，以噴射過渡的形式過渡到熔池。噴射過渡不產(chǎn)生焊絲和工件的短路現(xiàn)象。電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺很小。2.氬弧焊9.2.3氣體保護(hù)焊a）不熔化極氬弧焊；b）熔化極氬弧焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接27氣焊是利用氧氣與可燃性氣體（最常用的是乙炔氣）混合燃燒產(chǎn)生的高溫火焰，熔化金屬，進(jìn)行焊接的一種加工方法。特點(diǎn)及用途：氣焊主要用于熔焊或釬焊小件、薄板、鑄鐵及有色金屬。還可用氣焊火焰進(jìn)行噴涂、滲碳和熱處理的加熱，并能切割鋼件。氣焊設(shè)備簡單，操作方便，不需電能，適用于各種材料的全位置焊接。但這種方法火焰溫度低，加熱時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，熱影響區(qū)寬，焊后變形大，焊接質(zhì)量差，只適用于薄板、有色合金的焊接及釬焊刀具、鑄鐵件修補(bǔ)等。最常用的是氧乙炔焊。乙炔和氧氣在焊炬（即焊槍）中混合，然后從焊嘴噴出燃燒，將工件和焊絲熔化形成熔池，冷卻凝固后形成焊縫。氣體燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的CO2和CO氣體籠罩熔池，起到保護(hù)熔池的作用。9.2.4氣焊氣焊示意圖9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接28根據(jù)氧和乙炔的混合比值不同，可將氧乙炔焰分為以下三種。（1）碳化焰氧、乙炔混合比小于1的火焰?；鹧孀罡邷囟瓤蛇_(dá)2700~3000℃，整個(gè)火焰比中性焰長。這種火焰適用于碳含量較高的高碳鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金及高速工具鋼的焊接。（2）中性焰氧、乙炔混合比（體積比）為1~1.2時(shí)燃燒所形成的火焰。中性焰最高溫度可達(dá)3000~3150℃，這種火焰在生產(chǎn)上應(yīng)用最廣，適用于低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、純銅和鋁及鋁合金等材料的焊接。（3）氧化焰氧、乙炔的混合比大于1.2的火焰。整個(gè)火焰很短，燃燒時(shí)發(fā)出“嘶嘶”聲。氧化焰最高溫度可達(dá)3100~3300℃。只在焊接黃銅和錫青銅時(shí)采用，焊接時(shí)生成一層氧化物膜覆蓋在熔池上，以防止鋅、錫在高溫下蒸發(fā)。9.2.4氣焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接29焊接時(shí)將工件分開一定的距離，用兩塊水冷滑塊和工件一起構(gòu)成熔渣池與金屬熔池。電流通過液態(tài)熔渣時(shí)產(chǎn)生電阻熱，熔化焊絲和母材從而形成焊縫。由于焊縫金屬和近縫區(qū)在高溫（1000℃以上）停留時(shí)間長，易引起晶粒粗大，產(chǎn)生過熱組織，造成焊接接頭沖擊韌度降低。所以對(duì)某些鋼種焊后一般都要求進(jìn)行正火或回火熱處理。在制造業(yè)中，用于板厚在30mm以上的厚板拼接，大斷面結(jié)構(gòu)、圓筒形結(jié)構(gòu)和變斷面結(jié)構(gòu)的焊接。在機(jī)器制造、重型機(jī)械、鍋爐壓力容器、船舶、高層建筑等工業(yè)部門中經(jīng)常遇到。9.2.5電渣焊電渣焊結(jié)構(gòu)示意圖9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接30電渣焊的特點(diǎn)生產(chǎn)率高可以一次焊接很厚的工件，從而可以提高焊接生產(chǎn)率。常焊的板厚約在30~50mm。工件不需開坡口，只要兩工件之間有一定裝配間隙即可，因而可以節(jié)約大量填充金屬和加工時(shí)間。以立焊位置焊接。由于熔渣密度較輕，底部熔池凝固后，浮在頂部的熔渣產(chǎn)生的電阻熱又不斷熔化金屬母材而建立新的熔池，立焊位置能保證焊接不斷進(jìn)行。焊縫組織均勻。金屬液純凈熔池中的氣體和雜質(zhì)較易通過熔渣析出，故一般不易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。由于焊接速度較慢，近縫區(qū)加熱和冷卻速度緩慢，減少了近縫區(qū)產(chǎn)生淬火裂縫的可能性。便于調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分。由于母材熔深較易調(diào)整和控制，所以使焊縫金屬中的填充金屬和母材金屬的比例可在很大范圍內(nèi)調(diào)整，這對(duì)于調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分及降低有害雜質(zhì)具有特殊意義。9.2.5電渣焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接31電子束焊是利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空的工件所產(chǎn)生的熱能進(jìn)行焊接的方法。真空電子束焊是目前應(yīng)用最廣的一種電子束焊，它需要把工件置于真空室內(nèi)。電子槍由加熱燈絲、陰極、陽極積聚焦裝置等組成，其陰極被燈絲加熱到高溫而發(fā)射大量電子，這些電子在陰極和陽極（與工件等電位）間的高壓作用下加速，經(jīng)透鏡聚焦成高能量密度（106~108W/cm2）的電子束，以極大的速度射向工件極小的面積上，使電子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其能量密度是普通電弧?00~1000倍，因而使工件金屬迅速熔化，甚至汽化。根據(jù)工件的熔化程度，適當(dāng)移動(dòng)工件，即得到要求的焊接接頭。9.2.6真空電子束焊真空電子束焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接32真空電子束焊的特點(diǎn)保護(hù)效果極佳，焊接質(zhì)量好。焊接在真空中進(jìn)行，焊縫不會(huì)氧化、氮化，也不會(huì)吸氫，無焊縫金屬污染問題，保證了焊縫金屬的高純度。熱源能量密度大、熔深大、速度快、焊縫深而窄（寬深比可達(dá)1：20），能單道焊厚件。熱影響區(qū)小，基本上不產(chǎn)生焊接變形，從而防止難熔金屬焊接時(shí)產(chǎn)生裂紋。厚件不必開坡口，一般不需填充焊絲。但要求接頭平整潔凈、裝配緊、不留間隙。電子束焊接工藝參數(shù)可在較寬范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，焊接過程的控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)。真空電子束焊設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)高，對(duì)工件的加工、清整與裝配要求高，且焊接尺寸受真空室尺寸限制，因而其應(yīng)用也受到一定限制。9.2.6真空電子束焊9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接339.2.7激光焊激光焊激光焊是以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行焊接的方法。激光聚焦后的激光束能量密度可達(dá)105~1015W/cm2，用于金屬或非金屬材料的焊接、穿孔和切割。在焊接中應(yīng)用的激光器，主要有固體和氣體兩種介質(zhì)。固體激光器的激光材料是紅寶石、釹玻璃等，適合對(duì)電子工業(yè)及儀表工業(yè)的微型焊件進(jìn)行焊接。氣體激光器常使用CO2，適合縫焊，可進(jìn)行從薄板到50mm厚板的多種焊接。激光器受激產(chǎn)生激光束，通過聚焦系統(tǒng)聚焦到十分微小的焦點(diǎn)（光斑）上，其能量進(jìn)一步集中，能量密度級(jí)別為106W/cm2。當(dāng)把激光束調(diào)焦到工件接縫處時(shí)，光能被工件材料吸收后轉(zhuǎn)化成熱能，在焦點(diǎn)附近產(chǎn)生高溫使金屬瞬間熔化，冷凝后形成焊接接頭。9.2熔化焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接34激光焊的特點(diǎn)能量密度大、熱量集中、作用時(shí)間短，焊接熱影響區(qū)極小，工件變形小，尤其適于熱敏材料的焊接。激光輻射能量的釋放極其迅速，不僅焊接生產(chǎn)率高，而且被焊材料不易氧化，可在空氣中焊接，不需要?dú)怏w保護(hù)或真空環(huán)境。靈活性好。激光焊時(shí)，焊接裝置不需要和焊件接觸，激光束能用反射鏡、偏轉(zhuǎn)棱鏡或通過光導(dǎo)纖維引導(dǎo)到難接近的部位進(jìn)行焊接。此外，激光還可以穿透透明材料進(jìn)行焊接，如真空管中電極的焊接?？蓪?duì)絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料也比較容易，甚至能將金屬與非金屬焊在一起。激光焊設(shè)備的功率較小，可焊接的厚度受到一定的限制，而且操作與維護(hù)的技術(shù)要求較高。9.2.7激光焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接35電阻焊是利用電流通過工件及其接觸處所產(chǎn)生的電阻熱，將工件加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后在一定壓力下實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。電阻焊的主要方法有點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、對(duì)焊。電阻焊的生產(chǎn)率高，不需要填充金屬，焊接變形較小，操作簡便，易于實(shí)行機(jī)械化和自動(dòng)化。焊接時(shí)，加在工件上的電壓很低（幾伏至十幾伏），但焊接電流很大（幾千安至幾萬安），因而要求電源功率大。主要適于大批量生產(chǎn)棒料、管料的對(duì)接和薄板的搭接。9.3.1電阻焊a）點(diǎn)焊b）縫焊e）凸焊d）對(duì)焊電阻焊示意圖1-電極2-工件3-極夾具9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接36點(diǎn)焊是利用柱狀電極加壓、通電，將搭接好的工件逐點(diǎn)焊合的電阻焊方法。焊接時(shí)，先加壓使兩工件緊密接觸，然后接通電流。由于兩工件接觸處電阻較大，電流流過所產(chǎn)生的電阻熱使該處溫度迅速升高，局部金屬可達(dá)熔點(diǎn)溫度，熔化形成液態(tài)熔核。斷電后，繼續(xù)保持壓力或加大壓力，使熔核在壓力下冷卻結(jié)晶，形成組織致密的焊點(diǎn)。焊完一個(gè)點(diǎn)后，電極再移至另一點(diǎn)進(jìn)行焊接。工件的表面狀態(tài)對(duì)焊接質(zhì)量影響很大。如工件表面存在氧化膜、油污等，將使工件間電阻顯著增大，甚至存在局部不導(dǎo)電而影響電流通過。因此，點(diǎn)焊前必須對(duì)工件進(jìn)行酸洗、噴砂或打磨處理等。點(diǎn)焊都采用搭接接頭形式。1.點(diǎn)焊9.3.1電阻焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接371.點(diǎn)焊9.3.1電阻焊點(diǎn)焊接頭形式點(diǎn)焊主要適用于厚度為4mm以下的薄板、沖壓結(jié)構(gòu)及線材的焊接，每次焊一個(gè)點(diǎn)或一次焊多個(gè)點(diǎn)?？梢院附犹间?、不銹鋼、鋁合金等。已廣泛用于制造汽車、車廂、飛機(jī)等的薄壁結(jié)構(gòu)以及輕工和生活用品等。9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接38縫焊與點(diǎn)焊相似，只是用旋轉(zhuǎn)的圓盤狀電極代替了柱狀電極。焊接時(shí)，圓盤狀電極壓緊工件并轉(zhuǎn)動(dòng)（也帶動(dòng)工件連續(xù)移動(dòng)），配合斷續(xù)通電，即形成連續(xù)的焊縫?？p焊常采用搭接接頭形式。2.縫焊（滾焊）9.3.1電阻焊縫焊接頭形式縫焊時(shí)的焊點(diǎn)相互重疊50%以上，密封性好，焊縫平整，主要用于制造要求密封性的薄壁結(jié)構(gòu)，如油箱、小型容器與管道等?？p焊只適用于厚度為3mm以下的薄板。9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接39凸焊的特點(diǎn)是在焊接處事先加工出一個(gè)或多個(gè)突起點(diǎn)，這些突起點(diǎn)在焊接時(shí)和另一被焊工件緊密接觸。通電后，突起點(diǎn)被加熱，壓塌后形成焊點(diǎn)。由于突起點(diǎn)接觸提高了凸焊時(shí)焊點(diǎn)的壓力，并使焊接電流比較集中。所以凸焊可以焊接厚度相差較大的工件。多點(diǎn)凸焊可以提高生產(chǎn)率，并且焊點(diǎn)的距離可以設(shè)計(jì)得比較小。3.凸焊9.3.1電阻焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接40對(duì)焊是利用電阻熱將兩個(gè)對(duì)接好的工件在整個(gè)斷面上進(jìn)行焊接的一種電阻焊方法。對(duì)焊采用對(duì)接接頭形式。對(duì)焊分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊兩種。4.對(duì)焊9.3.1電阻焊對(duì)焊接頭形式9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接41（1）電阻對(duì)焊電阻對(duì)焊的焊接過程：在電極夾具中裝工件并夾緊-加壓，使兩個(gè)工件緊密接觸-通電流-接觸電阻熱加熱接觸面到塑性狀態(tài)-切斷電流-增加壓力-形成接頭。電阻對(duì)焊焊接接頭較光滑，不需去毛刺，但焊前需清理工件，適于小截面金屬型材的對(duì)接，如直徑小于20mm的低碳鋼棒料或管材的對(duì)接。（2）閃光對(duì)焊閃光對(duì)焊的焊接過程：在電極夾具中裝工件并夾緊-使工件不緊密地接觸，真正接觸的是一些點(diǎn)-通電流-接觸點(diǎn)受電阻熱熔化及汽化-液體金屬發(fā)生爆裂，產(chǎn)生火花與閃光-繼續(xù)移動(dòng)工件-連續(xù)產(chǎn)生閃光-端面全部熔化-迅速加壓工件-切斷電流-工件在壓力下產(chǎn)生塑性變形-形成接頭。閃光對(duì)焊的熱量集中在接頭表面，焊接熱影響區(qū)較小，焊接質(zhì)量較高，但焊后需處理毛刺。適于低碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及銅鋁等有色金屬重要工件的對(duì)接，焊件可以是直徑小于0.01mm的金屬絲，也可以是截面大于20mm2的金屬棒或型材。廣泛用于焊接鋼筋、車圈、管道等。4.對(duì)焊9.3.1電阻焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接42摩擦焊是利用兩個(gè)相對(duì)高速旋轉(zhuǎn)工件的斷面接觸摩擦而產(chǎn)生的熱量，將金屬斷面加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速加壓使工件連接的焊接方法。9.3.2摩擦焊摩擦焊裝置9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接439.3.2摩擦焊a）焊接準(zhǔn)備

b）摩擦加熱開始c）摩擦加熱終了

d）頂鍛焊接摩擦焊焊接過程a）棒-管；b）管-管；c）棒-棒；d）管-管；e）管-板；f）桿-板摩擦焊的接頭形式摩擦焊焊接過程：工件1高速旋轉(zhuǎn)-工件2向工件1方向移動(dòng)-兩工件接觸時(shí)減慢移動(dòng)速度，加壓-摩擦生熱-接頭被加熱到一定溫度-工件1迅速停止旋轉(zhuǎn)-進(jìn)一步加壓工件2-保壓一定時(shí)間-接頭形成。9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接44摩擦焊的特點(diǎn)：接頭質(zhì)量好且穩(wěn)定。摩擦焊溫度低于焊件金屬熔點(diǎn)，熱影響區(qū)??；接頭在頂鍛力作用下，完成塑性變形，組織致密；焊件接觸面的氧化膜與雜質(zhì)被摩擦清除，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。生產(chǎn)率高、成本低。焊接操作簡單，不需填充材料，且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。同時(shí)，設(shè)備簡單，能耗少（只有閃光對(duì)焊的1/15~1/10）。生產(chǎn)條件好。摩擦焊無火花、弧光及塵毒，操作方便，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小。適用范圍較廣。不僅可焊接同種金屬，也可以焊接異種金屬，甚至金屬件與非金屬件、非金屬件與非金屬件。廣泛應(yīng)用于圓形工件、棒料及管料的對(duì)接?？珊附訉?shí)心工件直徑為2~100mm，管件外徑可達(dá)150mm。在發(fā)動(dòng)機(jī)、石油鉆桿等產(chǎn)品的軸桿類零件中應(yīng)用較多。9.3.2摩擦焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接45高頻焊是利用流經(jīng)工件接觸面的高頻電流（10~500kHz）所產(chǎn)生的電阻熱加熱，實(shí)現(xiàn)工件間相互連接的焊接方法。焊接時(shí)，可以在工件接觸面施加一定壓力。高頻焊利用了高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)兩大特性來實(shí)現(xiàn)焊接。集膚效應(yīng)是高頻電流傾向于在金屬導(dǎo)體表面流動(dòng)的一種現(xiàn)象。鄰近效應(yīng)是當(dāng)高頻電流在兩導(dǎo)體中彼此反向流動(dòng)或在一個(gè)往復(fù)導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，電流集中流動(dòng)于導(dǎo)體鄰近側(cè)的一種奇異現(xiàn)象。集膚效應(yīng)可使高頻電流能量集中于工件表層，鄰近效應(yīng)又可控制高頻電流流動(dòng)路線的位置和范圍。9.3.3高頻焊9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接46無論是對(duì)接接頭還是T形接頭，兩相鄰邊彼此平行且留有小間隙，并將兩邊與高頻電源相連，使之組成往復(fù)回路，在集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)作用下，使電流集中從工件兩邊表面層流過而被迅速加熱到熔化或焊接溫度，然后在外壓力作用下即形成焊接接頭。9.3.3高頻焊接縫長度有限的高頻焊焊接過程示意9.3壓力焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接47高頻焊的特點(diǎn)焊接速度高。電流高度集中于焊接區(qū)，加熱速度極快，焊接速度可達(dá)150~200mm/min。熱影響區(qū)小。因焊接速度高，熱量輸入少，集中在很窄的連接面上，而且工件的自冷作用強(qiáng)，因而不僅熱影響區(qū)小，而且不易氧化，可獲得具有良好組織與性能的焊縫。焊前可不清除工件待焊處表面氧化膜及污物。因?yàn)楦哳l電流的電壓很高，對(duì)表面氧化膜能導(dǎo)通，且焊接時(shí)一般能把它們從接縫中擠出去。焊接的金屬種類廣泛，產(chǎn)品的形狀規(guī)格多。不僅能焊碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅、鋁、鎳、鋯及其合金等，也能進(jìn)行異種金屬的焊接。高頻焊的電源回路的高壓部分對(duì)人體與設(shè)備的安全有威脅，因而對(duì)絕緣有較高要求。另外，回路中的振蕩管等元件的工作壽命較短，且維修費(fèi)用較高。高頻焊在管材制造方面獲得了廣泛應(yīng)用。9.3.3高頻焊9.4釬焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接48釬焊是利用熔點(diǎn)比母材低的釬料作為填充金屬，加熱時(shí)，釬料熔化而母材不熔化，液態(tài)釬料浸潤固態(tài)母材，填充工件接頭間隙并與母材金屬原子相互擴(kuò)散來焊接工件的焊接方法。釬焊的加熱溫度稍高于釬料的熔點(diǎn)，而低于母材金屬的熔點(diǎn)。釬劑的作用是去除母材和釬料表面的氧化膜，覆蓋在母材和釬料的表面，隔絕空氣，具有保護(hù)作用。釬劑同時(shí)可以改善液體釬料對(duì)母材的潤濕性能。按釬焊的加熱方式，釬焊可分為烙鐵釬焊、爐中釬焊、感應(yīng)釬焊、真空釬焊等。釬焊都采用板料搭接或套件鑲接的接頭形式。釬焊接頭形式9.4釬焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接49釬焊可分為硬釬焊和軟釬焊兩類。釬料熔點(diǎn)高于450℃的釬焊稱為硬釬焊（又稱為高溫釬焊），常用的硬釬料有銅基、銀基和鎳基等釬料。接頭的強(qiáng)度大，用于受力較大、工作溫度較高的場合，如鋼鐵和銅合金件以及刀具、工具等的焊接。釬料熔點(diǎn)低于450℃的釬焊稱為軟釬焊（又稱為低溫釬焊），常用的軟釬料有鉛基和錫基釬料。主要用于受力不大、工作溫度較低的儀器儀表、電子元件、電路等的焊接。焊接電子零件時(shí)，釬料是焊錫，釬劑是松香。9.4釬焊機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接50釬焊的特點(diǎn)工件加熱溫度較低，接頭組織和力學(xué)性能變化很小，焊接變形小。接頭光滑平整，焊件尺寸精確?？珊附有阅懿町惔蟮漠惙N金屬，甚至非金屬，焊件厚度沒有嚴(yán)格限制。生產(chǎn)率高。對(duì)工件整體加熱釬焊時(shí)，可同時(shí)釬焊由多條焊縫組成的復(fù)雜構(gòu)件。設(shè)備簡單，投資費(fèi)用少。由于釬焊的接頭強(qiáng)度較低，尤其是動(dòng)載強(qiáng)度低，允許的工作溫度不高，焊前清理要求嚴(yán)格，而且釬料價(jià)格較貴。因此，釬焊主要用于精密、微型、復(fù)雜、多焊縫或異種材料的焊件，如硬質(zhì)合金刀頭的焊接以及電子工業(yè)、電機(jī)、航空航天等工業(yè)。9.5焊接性和常用金屬材料的焊接機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接51焊接結(jié)構(gòu)件在選材時(shí)，總的原則是在滿足使用性能的前提下，選擇焊接性好的材料。對(duì)于不同部位選用不同強(qiáng)度和性能材料拼焊而成的復(fù)合構(gòu)件，應(yīng)充分注意不同材料焊接性的差異，一般要求焊接接頭強(qiáng)度不低于被焊材料中的強(qiáng)度較低者。焊接性是金屬材料對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，主要指在一定的焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性的影響因素有焊接材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求等，包含工藝焊接性和使用焊接性兩方面的內(nèi)容。9.5.1金屬焊接性的概念9.5焊接性和常用金屬材料的焊接機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接52（1）工藝焊接性指焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)各種裂縫的可能性。（2）使用焊接性指焊接接頭在使用中的可靠性，包括焊接接頭的力學(xué)性能及其他特殊性能（如耐熱、耐腐蝕性能等）。前者說明該金屬材料能不能焊接的問題，后者說明焊接后能不能使用的問題。金屬材料的焊接性不是一成不變的。同一種金屬材料采用不同的焊接方法、焊接材料與焊接工藝（包括預(yù)熱和熱處理等），其焊接性可能有很大的差別。如化學(xué)活潑性極強(qiáng)的鈦的焊接是比較困難的，曾一度認(rèn)為其焊接性不好，但自從氬弧焊應(yīng)用比較成熟以后，鈦及其合金的焊接結(jié)構(gòu)已在航空等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。9.5.1金屬焊接性的概念9.5焊接性和常用金屬材料的焊接機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接539.5.2常用金屬材料的焊接金屬材料常用焊接方法低碳鋼焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊等。焊條電弧焊，一般結(jié)構(gòu)可選用酸性焊條，焊接動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)選用堿性焊條中碳鋼焊條電弧焊，選用抗裂能力較強(qiáng)的低氫型焊條，焊后應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。焊前應(yīng)預(yù)熱，使焊接時(shí)工件各部分溫差變小。當(dāng)要求焊縫與工件材料等強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)鋼材強(qiáng)度選擇E5015、E5016、E6015和E6016等焊條。如果不要求等強(qiáng)度，選用E4315和E4316等低強(qiáng)度焊條，以提高焊縫塑性高碳鋼一般僅限于用焊條電弧焊或氣焊進(jìn)行修補(bǔ)工作。焊條電弧焊，當(dāng)要求強(qiáng)度高時(shí)，選用E7015或E6015焊條；要求低時(shí)，可選用E5016或E5015焊條，并預(yù)熱至更高溫度（250~350℃或以上）低合金結(jié)構(gòu)鋼焊條電弧焊、埋弧焊或氣體保護(hù)焊焊接9.5焊接性和常用金屬材料的焊接機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接549.5.2常用金屬材料的焊接鑄鐵焊條電弧焊和氣焊，個(gè)別大件可采用電渣焊。熱焊法，焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600~700℃，焊后緩冷。能防止工件產(chǎn)生白口組織和裂紋，補(bǔ)焊質(zhì)量較好，焊后可進(jìn)行機(jī)械加工。采用鑄鐵焊條Z248等。冷焊鑄鐵可采用鎳基鑄鐵焊條，焊接前不預(yù)熱。采用小電流、分段焊等工藝措施不銹鋼多采用氬弧焊或焊條電弧焊，焊接時(shí)采用化學(xué)成分接近的焊條或焊絲銅及銅合金氬弧焊、氣焊和釬焊等。其中，氬弧焊主要用于焊接紫銅和青銅，氣焊主要用于焊接黃銅鋁及鋁合金氬弧焊、氣焊、電阻焊和釬焊等。氬弧焊較好，焊接時(shí)可不用溶劑，但要求氬氣純度大于99.9%。8mm之下的鋁合金板可采用鎢極氬弧焊，8mm以上的鋁合金板可采用熔化極氬弧焊。氣焊常用于焊接要求不高的鋁及鋁合金工件鈦及鈦合金氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊等。9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接55不同的焊接方法都具有各自的特點(diǎn)及適用范圍，選擇時(shí)，應(yīng)根據(jù)焊件的結(jié)構(gòu)形狀、材質(zhì)、焊接質(zhì)量要求、生產(chǎn)批量和現(xiàn)場設(shè)備等進(jìn)行選擇，以保證獲得優(yōu)良質(zhì)量的焊接接頭，并具有較高的生產(chǎn)率。選擇焊接方法時(shí)，應(yīng)遵循的原則：焊接接頭使用性能及質(zhì)量符合要求。提高生產(chǎn)率，降低成本。9.6.1焊接方法的選擇9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接569.6.1焊接方法的選擇焊接方法熱影響區(qū)大小變形大小生產(chǎn)率可焊接空間位置適用板厚（一般鋼材）/mm設(shè)備費(fèi)用焊條電弧焊較大較小較低全可焊1以上，常用3~20較低埋弧焊小小高平可焊3以上，常用6~60較高氬弧焊小小較高全0.5~25較高CO2氣體保護(hù)焊小小較高全0.8~30較低～較高等離子弧焊小小高全可焊0.025~1000以上，常用1~12高電子束焊極小極小高平5~60高點(diǎn)焊小小高全可焊10以下，常用0.5~3較低～較高縫焊小小高平3以下較高電渣焊大大高立可焊25~1000以上，常用35~450較高氣焊大大低全0.5~3低9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接57合理的焊縫位置是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，與產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、成本及勞動(dòng)條件等密切相關(guān)。焊縫的布置應(yīng)考慮以下原則：焊縫位置應(yīng)便于焊接操作。焊縫應(yīng)盡量處于平焊位置。各種位置的焊縫，其操作難度不同。以焊條電弧焊焊縫為例，焊縫應(yīng)盡量在平焊位置，盡量避免仰焊焊縫，并減少橫焊焊縫。焊縫要布置在便于施焊的位置。焊縫應(yīng)盡量避開機(jī)械加工面。有些焊件的某些表面需切削加工，為加工方便，有時(shí)應(yīng)先機(jī)械加工，后焊接，為避免已加工表面的加工精度受焊接變形的影響，焊縫布置應(yīng)離加工面遠(yuǎn)些。對(duì)機(jī)械加工面要求高的零件，為避免焊接接頭的硬化組織影響加工質(zhì)量，焊縫布置應(yīng)避開機(jī)械加工面。1.焊縫的布置焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)包括焊縫的布置、接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)等。9.6.2焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)a）平焊縫；b）橫焊縫；c）立焊縫；d）仰焊縫焊縫的空間位置9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接589.6.2焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)2.接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)焊接接頭形式應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、強(qiáng)度要求、工件厚度、焊后變形大小、焊條消耗量、坡口加工的難易程度和焊接方法等因素綜合考慮決定。主要包括接頭形式和坡口形式等。碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼常用的接頭形式分為對(duì)接接頭、搭接接頭、T形接頭和角接接頭，還有蓋板接頭、十字接頭、卷邊接頭等。9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接59（1）對(duì)接接頭最常用的接頭形式，接頭受力比較均勻，重要的受力焊縫應(yīng)盡量選用此接頭形式。（2）搭接接頭兩工作面不在同一平面，接頭處部分相疊，應(yīng)力分布不均勻，受力時(shí)產(chǎn)生附加彎矩，降低了疲勞強(qiáng)度，且金屬消耗量大，一般應(yīng)避免采用。但接頭不需開坡口，裝配尺寸要求不高，對(duì)某些受力不大的平面連接與空間構(gòu)架，采用搭接接頭可節(jié)省工時(shí)。（3）T形接頭同角接接頭，接頭處也常開坡口。當(dāng)接頭成直角或一定斜角連接時(shí)使用。2.接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)9.6.2焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接60（4）角接接頭根部易出現(xiàn)未焊透缺陷，引起應(yīng)力集中，因而接頭處常開坡口，保證焊縫質(zhì)量。受力比對(duì)接接頭復(fù)雜，當(dāng)接頭成直角或一定斜角連接時(shí)使用，多用于箱式結(jié)構(gòu)。2.接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)9.6.2焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)a）對(duì)接接頭；b）搭接接頭；c）T形接頭；d）角接接頭e）蓋板接頭；f）十字接頭；g）卷邊接頭焊接接頭形式9.6焊接結(jié)構(gòu)的工藝性機(jī)械制造基礎(chǔ)第9章焊接61當(dāng)工件厚度較大時(shí)，無法焊透，需要開坡口。焊條電弧焊對(duì)接接頭的坡口形式。當(dāng)兩焊接母材厚度相同時(shí)，可采用V形坡口、U形坡口、V形坡口（帶鈍邊）及雙V形坡口（帶鈍