工程材料連接成形課件

焊接技術(shù)在工業(yè)部門中應(yīng)用的歷史并不長(zhǎng)，但其發(fā)展卻非常迅速。短短的幾十年中，焊接已在許多工業(yè)部門的金屬結(jié)構(gòu)中，如建筑鋼結(jié)構(gòu)，船體，鐵道車輛、壓力容器等幾乎全部取代了鉚接。此外，在機(jī)械制造業(yè)中，以往由整鑄整鍛方法生產(chǎn)的大型毛坯改成了焊接結(jié)構(gòu)，目前，世界主要工業(yè)國(guó)家生產(chǎn)的焊接結(jié)構(gòu)占到鋼產(chǎn)量的45%。第八章

連接成形基本連接方式常見的連接成形工藝：焊接、膠接和機(jī)械聯(lián)接等。

焊接：通常是指金屬的焊接。是通過(guò)加熱或加壓，或兩者同時(shí)并用，使兩個(gè)分離的物體產(chǎn)生原子間結(jié)合力而連接成一體的成形方法。

膠接技術(shù)：使用膠粘劑來(lái)連接各種材料。膠接不受材料類型的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)各種材料之間的連接

焊接結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于：石油與化工業(yè)礦山機(jī)械起重與運(yùn)輸設(shè)備鍋爐及壓力容器汽車與船舶業(yè)鐵路交通航空與航天國(guó)防工業(yè)建筑結(jié)構(gòu)焊接分類：實(shí)現(xiàn)途徑不同︱焊接方法不同與鉚接、螺栓連接的結(jié)構(gòu)相比較，或者與鑄造鍛造的結(jié)構(gòu)相比較，焊接結(jié)構(gòu)有下列特點(diǎn)（優(yōu)點(diǎn)）：1、焊接接頭強(qiáng)度高鉚接、螺栓連接的結(jié)構(gòu)，要在母材上鉆孔，削弱了工作截面，強(qiáng)度下降約20%

焊接:接頭強(qiáng)度可達(dá)到與母材等強(qiáng)度甚至高于母材強(qiáng)度。2、焊接接頭密封性好氣密性，水密性均優(yōu)于其它方法，特別是在高溫，高壓容器上，只有焊接接頭才是最理想的連接形式。3、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性大主要表現(xiàn)在：①焊接結(jié)構(gòu)的幾何形狀不受限制：如鉚、鑄、鍛等方法無(wú)法制造空心結(jié)構(gòu)，焊接則可以；②結(jié)構(gòu)的壁厚不受限制：兩被連接構(gòu)件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；③結(jié)構(gòu)的外形尺寸不受限制：大型結(jié)構(gòu)可分段制成部件，現(xiàn)場(chǎng)組焊、鍛、鑄、工藝則不允許④可利用標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)型材組焊接成所需要結(jié)構(gòu)，段結(jié)構(gòu)重量減輕。焊縫減少；⑤可與其它工藝方法聯(lián)合使用：鑄—焊,鍛—焊,栓——焊,沖壓—焊接等聯(lián)合的金屬結(jié)構(gòu)；⑥可實(shí)現(xiàn)異種材料的連接：同一結(jié)構(gòu)的不同部位可按需要配置不同性能的材料，做到物盡其用4、焊前準(zhǔn)備工作簡(jiǎn)單由于近年來(lái)數(shù)控精密氣割設(shè)備的發(fā)展，對(duì)于各種厚度或形式狀復(fù)雜的待焊接，不必預(yù)劃線就能直接從板料上切割出來(lái)，一般不用再機(jī)械加工就可投入裝配焊接。5、易于結(jié)構(gòu)的變更和改型鑄造—鑄型（木型）鍛造—開模具周期長(zhǎng)、成本高焊接、則快速、簡(jiǎn)便、投資少6、適用于制作大型或重型、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且是單件小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)大簡(jiǎn)單批量小焊接占優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)小復(fù)雜批量大鑄鍛占優(yōu)勢(shì)7、成品率高一旦出現(xiàn)缺陷，可以修復(fù)、很少產(chǎn)生廢品焊接結(jié)構(gòu)所存在的問(wèn)題（缺點(diǎn)）：1、存在較大的焊接應(yīng)力和變形焊接（局部加熱）—內(nèi)應(yīng)力—變形—工藝缺欠—承載能力（剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性）下降—尺寸精度，尺寸穩(wěn)定性下降—校形—增加工作量—增加成本2、對(duì)應(yīng)力集中敏感焊接結(jié)構(gòu)具有整體性，其剛度大，焊縫的布置、數(shù)量和次序等都會(huì)影響到應(yīng)力分布，對(duì)應(yīng)力集中敏感，而應(yīng)力集中是疲勞，脆斷等破壞的起源，因此在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要妥善處理3、焊接接頭的性能不均勻焊接金屬是由母材料和填充金屬在焊接熱作用下熔合而成的鑄造組織，靠近焊接金屬的母材（近縫區(qū)）受焊接熱的影響，組織和性能發(fā)生變化（謂之熱影響區(qū)），因此，焊接接頭在成分，組織和性能上都是一個(gè)不均勻體，其不均勻程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鑄、鍛件，這種不均勻性對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為，特別是斷裂行為有重要影響焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程是指從投料開始，經(jīng)過(guò)一系列工序，最后加工成焊接產(chǎn)品的過(guò)程。

在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)焊接產(chǎn)品質(zhì)量有決定影響的是焊接工藝過(guò)程。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過(guò)程

一、（熔化）電弧焊成形原理

電弧放電產(chǎn)生熱，造成局部高溫，熔化電極（焊條）與工件連接處材料，冷卻凝固后使被焊材料形成永久性連接。1、焊接電弧的產(chǎn)生

電?。涸趦蓸O與工件間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。正負(fù)電極間具有一定的電壓，而且兩電極間的氣體介質(zhì)應(yīng)處在電離狀態(tài)。

引燃焊接電弧:通常是將兩電極（一極為工件，另一極為填充金屬絲或焊條）接通電源，短暫接觸并迅速分離，兩極相互接觸時(shí)發(fā)生短路，造成接觸點(diǎn)處電流密度瞬間增大到相當(dāng)大并產(chǎn)生極大的電阻熱，迅速將焊條藥皮和兩極金屬熔化并蒸發(fā)，抬起焊條（電極分離）－在兩極間充滿了藥皮已電離的電荷和金屬蒸汽，在磁場(chǎng)和高溫的作用下，電荷運(yùn)動(dòng)電流，引燃了電弧。

------這種方式稱為接觸引弧。

瞬間的高能量使（局部）溫度急劇升高（5000-8000K）－只要電源保持兩極之間一定的電位差，即可維持電弧的燃燒產(chǎn)生過(guò)程：按電流種類：交流電弧、直流電弧、脈沖電弧按電弧的狀態(tài)：自由電弧和壓縮電?。ǖ入x子弧）按電極材料：熔化電弧和不熔化電弧焊接電弧是在兩極與工件間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。

電極與工件間長(zhǎng)時(shí)間、穩(wěn)定存在的電弧。

------熔化焊的熱源2、電弧構(gòu)造與溫度一般情況下，電弧熱量在陽(yáng)極區(qū)產(chǎn)生的較多，約占總熱量的43%，陰極約36%，弧柱約21%。溫度：用鋼焊條焊鋼材時(shí)陽(yáng)極區(qū)—2600K

陰極區(qū)—2400K

電弧中心—5000~8000K

電弧的特點(diǎn)：電壓低、電流大、局部高溫、能量密度大、移動(dòng)性好等，一般20～30V的電壓即可維持電弧的穩(wěn)定燃燒，而電弧中的電流可以從幾十安培到幾千安培以滿足不同工件的焊接要求，電弧的溫度可達(dá)5000K以上，可以熔化各種金屬電弧焊熱源

電弧焊時(shí)，熱量產(chǎn)生于陽(yáng)極與陰極斑點(diǎn)之間氣體柱（弧柱、熱等離子體）的放電過(guò)程。焊接過(guò)程采用的是直接弧，陽(yáng)極斑點(diǎn)和陰極斑點(diǎn)直接加熱母材和焊絲（或電極材料）。電弧柱產(chǎn)生的輻射和對(duì)流（氣流效應(yīng)）傳熱和電極斑點(diǎn)產(chǎn)生的輻射傳熱也起輔助作用。等離子弧焊時(shí)，應(yīng)用非直接弧，也就是電弧是間接加熱被焊工件。直接弧：陰、陽(yáng)極斑點(diǎn)直接加熱母材和焊絲；輔助作用：弧柱產(chǎn)生的輻射、對(duì)流，電極斑點(diǎn)產(chǎn)生的輻射等。間接?。褐饕揽枯椛浜蛯?duì)流加熱。由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽(yáng)極與陰極有差異，使用直流電源焊接時(shí)有正接、反接兩種：正接：正極接工件—工件溫度可稍高一些。反接：負(fù)極接工件—工件溫度可稍低一些。交流焊機(jī)、無(wú)正反接特點(diǎn)，溫度均為2500K。焊機(jī)的空載電壓就是焊接時(shí)引弧電壓，一般為50~90V，電弧穩(wěn)定燃燒時(shí)電壓為電弧電壓。電弧長(zhǎng)度越大，電弧電壓也越高，一般為16~35V。

（二）焊接冶金過(guò)程

在電弧焊時(shí)，液態(tài)金屬、熔渣和氣體三者相互作用，是金屬再冶煉的過(guò)程

A、特點(diǎn)

局部高溫：焊接區(qū)的溫度高于冶金溫度，尤其是熔滴（焊絲先端受熱熔化所形成的液態(tài)金屬滴），并發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，過(guò)熱狀態(tài)：氧化嚴(yán)重、燒損強(qiáng)烈。

速度快：熔池的體積?。?0cm3)冷卻速度快，局部加熱溫度分布不均勻；10S時(shí)間反應(yīng)不完全，雜質(zhì)、氣體來(lái)不及浮出。

復(fù)雜和不平衡型：處于不斷的更新和激烈攪拌狀態(tài)，在熔池中金屬的熔化和結(jié)晶是同時(shí)進(jìn)行的----運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下結(jié)晶

空氣環(huán)境：Fe的氧化、氮化。

（1）藥皮反應(yīng)區(qū)溫度：100-1200℃（鋼材）反應(yīng)：水分的蒸發(fā)、某些物質(zhì)的分解和鐵合金的氧化（2）熔滴反應(yīng)區(qū)熔滴平均溫度：1800-2400℃熔滴金屬與氣體和熔渣的接觸面積：比面積：1000-10000cm2/kg,比煉鋼時(shí)大1000倍各相之間的反應(yīng)時(shí)間（接觸時(shí)間）：0.01-0.1s反應(yīng)：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與還原以及焊縫金屬的合金化。特點(diǎn)：反應(yīng)激烈、反應(yīng)物含量離平衡濃度較遠(yuǎn)。（3）熔池反應(yīng)區(qū)熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池溫度：1600-1900℃比表面積：1300cm2/kg反應(yīng)時(shí)間：3-8S（SMAW）特點(diǎn)：熔池金屬有規(guī)律的對(duì)流和攪拌運(yùn)動(dòng)，冶金反應(yīng)比較激烈、熔池溫度不均勻、同一反應(yīng)在不同區(qū)域可能向相反方向進(jìn)行。溫度變化范圍大停留時(shí)間短基本排除了整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱力學(xué)平衡的可能性不同條件下焊接冶金反應(yīng)離平衡的遠(yuǎn)近程度不同B、工藝措施

1、對(duì)熔化金屬形成保護(hù)氣氛，使之與空氣隔開保護(hù)方法：氣體：CO2,電子束焊

熔渣：埋弧焊氣-渣：手工焊、自保護(hù)藥芯焊

2、焊前清理:3、補(bǔ)充合金：

對(duì)焊接熔池進(jìn)行冶金處理，主要通過(guò)在焊接材料（焊條藥皮、焊絲、焊劑）中加入一定量的脫氧劑（主要是錳鐵和硅鐵）和一定量的合金元素，在焊接過(guò)程中排除熔池中的FeO，同時(shí)補(bǔ)償合金元素的燒損。

4.加入脫氧劑等，排出氣體（三）焊接材料（電焊條）組成：由心部的金屬焊芯和表面藥皮涂層焊芯：作為電極，產(chǎn)生電弧，并傳導(dǎo)焊接電流，焊芯熔化后作為填充金屬成為焊縫的一部分。鋼焊條的焊芯采用專門的焊接用鋼絲。焊條直徑是由焊絲直徑來(lái)表示的，一般為1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等規(guī)格，長(zhǎng)度為300～450mm。

牌號(hào)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(%)用途CMnSiCrNiSPH08≤0.1

0.35～0.55

≤0.03

≤0.20

≤0.30

≤0.04

≤0.040

一般焊接結(jié)構(gòu)

H08A≤0.10

0.35～0.55

≤0.03

≤0.20

≤0.30

≤0.030

≤0.030

重要焊接結(jié)構(gòu)及埋弧焊焊絲

H08E≤0.10

0.35～0.55

≤0.03

≤0.20.

≤0.30

≤0.025

≤0.025

H08Mn2Si≤0.11

1.7～2.1

0.65～0.95

≤0.20

≤0.30

≤0.040

≤0.040

二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲

H08Mn2SiA≤0.11

1.80～2.10

0.65～0.95

≤0.20

≤0.30

≤0.030

≤0.030常用焊接用鋼絲的牌號(hào)和化學(xué)成分

藥皮：保證焊接順利進(jìn)行并使焊縫具有一定的化學(xué)成分和機(jī)械性能

(1)有引導(dǎo)和提高電弧穩(wěn)定性:

含有電離點(diǎn)位低的鉀、鈉（2）保護(hù)焊接熔池：產(chǎn)生氣體及造渣，隔絕空氣以保護(hù)熔池及凝固后的焊縫不被氧化或氮化（3）脫除有害雜質(zhì)（如氧、氫、硫、磷等）：還原劑（4）補(bǔ)充合金元素，熔渣與液態(tài)金屬形成冶金處理作用：補(bǔ)充電弧的高溫的燒損（5）使熔滴增加而減少飛濺：藥皮的熔點(diǎn)比焊芯低，并處于電弧的中心區(qū)，焊芯先熔化，藥皮自然形成套管，熱量更集中

基本成分型號(hào)編制：

分類號(hào)－最小抗拉強(qiáng)度－焊接位置－適用電源及藥皮種類

E4303焊條的種類：據(jù)熔渣化學(xué)性質(zhì)：酸性焊條和堿性焊條。

酸性：熔渣中以酸性氧化物為主，氧化性強(qiáng)，合金元素?zé)龘p大，故焊縫的塑性和韌度不高，且焊縫中氫含量高，抗裂性差，但酸性焊條具有良好的工藝性，對(duì)油、水、銹不敏感，交直流電源均可用，廣泛用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接

堿性（又稱低氫焊條）：

藥皮中以堿性氧化物以瑩石為主，并含較多鐵合金，脫氧、除氫、滲金屬作用強(qiáng)，與酸性焊條相比，其焊縫金屬的含氫量較低，有益元素較多，有害元素較少，因此焊縫力學(xué)性能與抗裂性好，但堿性焊條工藝性較差，電弧穩(wěn)定性差，對(duì)油污、水、銹較敏感，抗氣孔性能差，一般要求采用直流焊接電源，主要用于焊接重要的鋼結(jié)構(gòu)或合金鋼結(jié)構(gòu)

D、選用：在同種材料的基礎(chǔ)上，主要以“等強(qiáng)”為原則。二、焊接接頭的組織與性能

焊接接頭:焊縫金屬、熔合區(qū)和焊接熱影響區(qū)組成。

1、焊件上溫度的分布：焊接過(guò)程中熱源沿焊件移動(dòng)時(shí)，焊件上某點(diǎn)溫度由低而高，達(dá)到最高值后，又由高而低隨時(shí)間的變化1.加熱溫度高2.加熱速度快3.高溫停留時(shí)間短4.焊接時(shí)，一般都是在自然條件下連續(xù)冷卻，個(gè)別情況下才進(jìn)行焊后保溫或焊后熱處理5.局部加熱2、焊縫金屬：

焊縫金屬是由母材和焊條（絲）熔化形成的熔池冷卻結(jié)晶而成的。

焊縫金屬在結(jié)晶時(shí)，是以熔池和母材金屬的交界處的半熔化金屬晶粒為晶核，沿著垂直于散熱面方向反向生長(zhǎng)為柱狀晶，最后這些柱狀晶在焊縫中心相接觸而停止生長(zhǎng)。

由于焊縫組織是鑄態(tài)組織，故成分偏析，組織不致密。但由于焊絲本身的雜質(zhì)含量低及合金化作用以及藥皮保護(hù)，冷卻速度快，晶粒比較細(xì)小，使焊縫化學(xué)成分優(yōu)于母材，所以焊縫金屬的力學(xué)性能一般不低于母材

3、熔合區(qū)：

焊縫與熱影響區(qū)的的過(guò)渡區(qū)，也稱半熔化區(qū)。寬度只有0.1～0.4mm。焊接時(shí)，該區(qū)內(nèi)液態(tài)金屬與未熔化的母材金屬共存，冷卻后，其組織為部分鑄態(tài)組織和部分過(guò)熱組織，化學(xué)成分和組織極不均勻，是焊接接頭中力學(xué)性能最差的薄弱部位之一。A、過(guò)熱區(qū)：溫度在固相線至1100℃之間，寬度約1～3mm。焊接時(shí)，該區(qū)域內(nèi)奧氏體晶粒嚴(yán)重長(zhǎng)大，冷卻后得到晶粒粗大的過(guò)熱組織，塑性和韌度明顯下降。固相高溫、奧氏體、晶粒大4、熱影響區(qū)（母材上）

:

熔焊時(shí)在集中熱源的作用下，焊縫兩側(cè)發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域（過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)、再結(jié)晶區(qū)

C、部分相變區(qū)：

（不完全重結(jié)晶區(qū)）也稱部分正火區(qū)，加熱溫度在Ac3～Ac1之間。焊接時(shí)，只有部分組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；冷卻后獲得細(xì)小的鐵素體和珠光體，其余部分仍為原始組織，因此晶粒大小不均勻，力學(xué)性能也較差。部分重結(jié)晶、部分粗晶D、再結(jié)晶區(qū)

溫度在Ac1～450℃之間。只有焊接前經(jīng)過(guò)冷塑性變形（如冷軋、冷沖壓等）的母材金屬，才會(huì)在焊接過(guò)程中出現(xiàn)再結(jié)晶現(xiàn)象。該區(qū)域金屬的力學(xué)性能變化不大，只是塑性有所增加如果焊前未經(jīng)冷塑性變形，則熱影響區(qū)中就沒有再結(jié)晶。B、正火區(qū)：溫度在1100℃～Ac3之間，寬度約1.2～4.0mm。焊后空冷使該區(qū)內(nèi)的金屬相當(dāng)于進(jìn)行了正火處理，故其組織為均勻而細(xì)小的鐵素體和珠光體，力學(xué)性能優(yōu)于母材。Ac3線以上、重結(jié)晶、正火

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)、接頭形式和焊后冷卻速度等因素。

焊接接頭上塑性和韌度最低的區(qū)域在熔合區(qū)和過(guò)熱區(qū)，這主要是由于粗大的過(guò)熱組織所造成的；又由于在這兩個(gè)區(qū)域，拉應(yīng)力最大，所以它們是焊接接頭中最薄弱的部位，往往成為裂紋發(fā)源地。

對(duì)于焊接接頭來(lái)說(shuō)影響質(zhì)量最大的是熱影響區(qū)，尤其是過(guò)熱區(qū)

改善焊接接頭組織和性能的措施：A、盡量選擇低碳且硫、磷含量低的鋼材作為焊接材料B、使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)對(duì)于低碳鋼，采用細(xì)焊絲、小電流、高焊速，可提高接頭韌度，減輕接頭脆化；對(duì)于易淬硬鋼，在不出現(xiàn)硬脆馬氏體的前提下適當(dāng)提高冷卻速度，可以細(xì)化晶粒，有利于改善接頭性能。C、減少熱影響區(qū)寬度：改變焊接方法、增加速度、減少電流D、采用多層焊，利用后層對(duì)前層的回火作用，使前層的組織和性能得到改善。

E、進(jìn)行焊后熱處理。焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的力學(xué)性能。焊接熱影響區(qū)在電弧焊焊接接頭中是不可避免的。焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，用焊條電弧焊或埋弧焊方法，熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進(jìn)行熱處理即可使用。但對(duì)重要的碳鋼構(gòu)件、合金鋼構(gòu)件、電渣焊焊接的構(gòu)件為消除熱影響區(qū)影響，一般采用焊后正火處理。對(duì)焊后不能進(jìn)行熱處理金屬材料或構(gòu)件，則只能在正確選擇焊接方法與焊接工藝上來(lái)減少焊接熱影響區(qū)的范圍三、焊接應(yīng)力與變形1.應(yīng)力—物體單位截面上表現(xiàn)的內(nèi)力。分類熱應(yīng)力應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力工作應(yīng)力殘余應(yīng)力裝配應(yīng)力相變應(yīng)力焊接應(yīng)力和變形的存在會(huì)降低結(jié)構(gòu)的使用性能，引起結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的改變，影響結(jié)構(gòu)精度，甚至?xí)鸷附恿鸭y，造成事故，還會(huì)影響到焊后機(jī)械加工的精度。減小焊接應(yīng)力和變形，可以改善焊接質(zhì)量，大大提高焊接結(jié)構(gòu)的承載能力。

2.變形—物體在外力的作用下，其內(nèi)部原子的相對(duì)位置發(fā)生變化，其宏觀表現(xiàn)為形狀和尺寸的變化。分類

按物體變形的性質(zhì)分為：

按變形的拘束條件分為：彈性變形塑性變形自由變形非自由變形焊接變形：由焊接而引起焊件的尺寸改變稱為焊接變形。焊接變形分類焊接瞬時(shí)變形焊接殘余變形1、應(yīng)力的產(chǎn)生：根本原因——焊接過(guò)程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮局部高溫－膨脹受限－塑性變形－冷卻不均－收縮受限－縫拉板壓2、變形的發(fā)生與防止分為5種基本變形形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形收縮變形

:

由焊接后焊縫的縱向（沿焊縫長(zhǎng)度方向）和橫向（沿焊縫寬度方向）收縮引起角變形:

由于焊縫橫截面形狀上下不對(duì)稱，焊縫橫向收縮不均引起彎曲變形:T形梁焊接時(shí)，焊縫布置不對(duì)稱，由焊縫縱向收縮引起扭曲變形

:

工字梁焊接時(shí)，由于焊接順序和焊接方向不合理引起結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)扭曲

波浪變形:

薄板（板厚小于6mm）焊接時(shí)，焊接應(yīng)力使薄板局部失穩(wěn)而引起

防止：A、共同加熱（HT）B、熱處理1．焊前預(yù)熱：預(yù)熱的目的是減小焊件上各部分的溫差，降低焊縫區(qū)的冷卻速度，從而減小焊接應(yīng)力和變形,預(yù)熱溫度一般為400℃以下。預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施

2、反變形法：

焊接前預(yù)測(cè)焊接變形量和變形方向，在焊前組裝時(shí)將被焊工件向焊接變形相反的方向進(jìn)行人為的變形，以達(dá)到抵消焊接變形的目的

3、剛性固定法：

利用夾具、胎具等強(qiáng)制手段，以外力固定被焊工件來(lái)減小焊接變形。該法能有效地減小焊接變形，但會(huì)產(chǎn)生較大的焊接應(yīng)力，所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)4．選擇合理的焊接順序

A、盡量使焊縫能自由收縮，這樣產(chǎn)生的殘余應(yīng)力較小。大型容器底板的拼焊順序

B、采用分散對(duì)稱焊工藝，長(zhǎng)焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊的方法進(jìn)行焊接，這樣加熱時(shí)間短、溫度低且分布均勻，可減小焊接應(yīng)力和變形若先焊縱橫向焊縫3，再焊橫向焊縫1和2，則焊縫1和2在橫向和縱向的收縮都會(huì)受到阻礙，焊接應(yīng)力增大，焊縫交叉處和焊縫上都極易產(chǎn)生裂紋5、加熱減應(yīng)區(qū)鑄鐵補(bǔ)焊時(shí)，在補(bǔ)焊前可對(duì)鑄件上的適當(dāng)部位進(jìn)行加熱，以減少焊接時(shí)對(duì)焊接部位伸長(zhǎng)的約束，焊后冷卻時(shí)，加熱部位與焊接處一起收縮，從而減小焊接應(yīng)力。被加熱的部位稱為減應(yīng)區(qū)，這種方法叫做加熱減應(yīng)區(qū)法，利用這個(gè)原理也可以焊接一些剛度比較大的焊縫

a）焊接時(shí)b）冷卻時(shí)6、加余量法：增加焊縫尺寸的0.1-0.2%，以彌補(bǔ)焊后收縮消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法

1．消除焊接應(yīng)力的方法（1）錘擊焊縫：紅熱狀態(tài)的焊縫（2）焊后熱處理（3）機(jī)械拉伸法：微量的塑性變形（4）振動(dòng)法：利用振動(dòng)產(chǎn)生的交變應(yīng)力2．矯正焊接變形的措施：（1）手工矯正法（2）機(jī)械矯正（3）火焰矯正留余量法主要用于防止焊件的收縮變形。四、各種材料的焊接性能工藝性能：

主要指在給定的焊接工藝條件下，形成完好焊接接頭的能力，特別是接頭對(duì)產(chǎn)生裂紋的敏感性；使用性能：

在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭在使用條件下安全運(yùn)行的能力，包括焊接接頭的力學(xué)性能和其它特殊性能（如耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等）金屬焊接性:在一定焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度

焊接性是金屬的工藝性能在焊接過(guò)程中的反映，了解及評(píng)價(jià)金屬材料的焊接性，是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、確定焊接方法、制定焊接工藝的重要依據(jù)由于鋼的裂紋傾向與其化學(xué)成分有密切關(guān)系，因此，可以根據(jù)鋼的化學(xué)成分評(píng)定其焊接性的好壞

-----碳當(dāng)量wCE評(píng)定焊接性的方法

碳當(dāng)量越高，裂紋傾向越大，鋼的焊接性越差。

wCE<0.4%，鋼的淬硬和冷裂傾向不大,焊接性良好

wCE=0.4%～0.6%，鋼的淬硬和冷裂傾向逐漸增加,焊接性較差,焊接時(shí)需要采取一定的預(yù)熱、緩冷等工藝措施，以防止產(chǎn)生裂紋

wCE>0.6%，鋼的淬硬和冷裂傾向嚴(yán)重，焊接性很差，一般不用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。

在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)通過(guò)直接試驗(yàn)，模擬實(shí)際情況下的結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀況和施焊條件，在試件上焊接，觀察試件的開裂情況，并配合必要的接頭使用性能試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)定。

不同材料的焊接性能

(1)低碳鋼：

Q235、10、15、20等低碳鋼是應(yīng)用最廣泛的焊接結(jié)構(gòu)材料，由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬傾向小，不易產(chǎn)生裂紋，所以焊接性最好。焊接時(shí)，任何焊接方法和最普通的焊接工藝即可獲得優(yōu)質(zhì)的焊接接頭。（1）在低溫環(huán)境下焊接厚度大、剛性大的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行預(yù)

熱，否則容易產(chǎn)生裂紋。（2）重要結(jié)構(gòu)焊后要進(jìn)行去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力。塑性好，冷裂傾向小焊接方法：幾乎沒有限制，應(yīng)用最多的是手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊和電阻焊

(2)中碳鋼：含碳量在0.25%～0.60%之間的中碳鋼，有一定的淬硬傾向焊接接頭容易產(chǎn)生低塑性的淬硬組織和冷裂紋，焊接性較差。中碳鋼的焊接結(jié)構(gòu)多為鍛件和鑄鋼件，或進(jìn)行補(bǔ)焊。

焊接方法：手工電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊和電渣焊。以手工電弧焊和埋弧焊較常用

焊條選用：

抗裂性好的低氫型焊條（如J426、J427、J506、J507等），焊縫有等強(qiáng)度要求時(shí)，選擇相當(dāng)強(qiáng)度級(jí)別的焊條。對(duì)于補(bǔ)焊或不要求等強(qiáng)度的接頭，可選擇強(qiáng)度級(jí)別低、塑性好的焊條，以防止裂紋的產(chǎn)生。焊接時(shí)，應(yīng)采取焊前預(yù)熱、焊后緩冷等措施以減小淬硬傾向，減小焊接應(yīng)力。

接頭處開坡口進(jìn)行多層焊，采用細(xì)焊條小電流，可以減少母材金屬的熔入量,降低裂紋傾向。（3）高碳鋼的焊接：（大于0.60%）

其焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相同，但淬硬和裂紋傾向更大，焊接性更差。一般這類鋼不用于制造焊接結(jié)構(gòu)焊接方法：

用手工電弧焊或氣焊來(lái)補(bǔ)焊修理一些損壞件。焊接時(shí)，應(yīng)注意焊前預(yù)熱和焊后緩冷。(4)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接：

強(qiáng)度≤400MPa，wCE<0.4%：焊接性良好，其焊接工藝和焊接材料的選擇與低碳鋼基本相同，只有焊件較厚、結(jié)構(gòu)剛度較大和環(huán)境溫度較低時(shí)，才進(jìn)行焊前預(yù)熱，以免產(chǎn)生裂紋。

強(qiáng)度≥450MPa的低合金結(jié)構(gòu)鋼，wCE>0.4%，存在淬硬和冷裂問(wèn)題，其焊接性與中碳鋼相當(dāng)焊后熱處理能消除殘余應(yīng)力，避免冷裂(5)不銹鋼的焊接

不銹鋼中都含有不少于12%的鉻，還含有鎳、錳、鉬等合金元素，以保證其耐熱性和耐腐蝕性。按組織狀態(tài)，不銹鋼可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等，其中以?shī)W氏體不銹鋼的焊接性最好奧氏體不銹鋼的焊接性缺陷：在焊接接頭處發(fā)生晶間腐蝕：在450～850℃在晶界處析出高鉻碳化物（Cr23C6），引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區(qū)，貧鉻區(qū)受到腐蝕而形成晶間腐蝕。

受力時(shí)則會(huì)沿晶界斷裂，幾乎完全失去強(qiáng)度熱裂紋：原因是焊縫中的樹枝晶方向性強(qiáng)，有利于S、P等元素的低熔點(diǎn)共晶產(chǎn)物的形成和聚集

焊接方法：手工電弧焊、氬弧焊、埋弧自動(dòng)化（6）鑄鐵鑄鐵在制造和使用中容易出現(xiàn)各種缺陷和損壞。鑄鐵補(bǔ)焊是對(duì)有缺陷鑄鐵件進(jìn)行修復(fù)的重要手段鑄鐵的含碳量高，脆性大，焊接性很差，在焊接過(guò)程中易產(chǎn)生白口組織和裂紋

采用含碳、硅量高的鑄鐵焊接材料或鎳基合金、銅鎳合金等非鑄鐵焊接材料，或補(bǔ)焊時(shí)進(jìn)行預(yù)熱緩冷使石墨充分析出，或采用釬焊，可避免出現(xiàn)白口組織

防止裂紋：采用純鎳或銅鎳焊條、焊絲，以增加焊縫金屬的塑性；加熱減應(yīng)區(qū)以減小焊縫上的拉應(yīng)力；采取預(yù)熱、緩冷、小電流、分散焊等措施減小焊件的溫度差手工電弧焊和氣焊是最常用的鑄鐵補(bǔ)焊方法

鑄鐵按焊前是否預(yù)熱分為：熱焊和冷焊1、熱焊：焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃，補(bǔ)焊過(guò)程中不低于400℃，焊后緩慢冷卻至室溫。

采用熱焊法可有效減小焊接接頭的溫差2、冷焊：此方法是焊前不對(duì)工件進(jìn)行預(yù)熱，或預(yù)熱溫度不超過(guò)400℃。常用焊條電弧焊進(jìn)行鑄鐵冷焊。

主要依靠焊條調(diào)整化學(xué)成分（7）銅及銅合金的焊接

存在問(wèn)題：1）難熔合：易產(chǎn)生未焊透或未熔合等缺陷

2）裂紋傾向大

3）焊接應(yīng)力和變形較大

4）容易產(chǎn)生氣孔

焊接方法：氬弧焊、氣焊和手工電弧焊，其中氬弧焊是焊接紫銅和青銅最理想的方法，黃銅焊接常采用氣焊

（8）鋁及鋁合金的焊接

存在問(wèn)題：

1）表面極易生成一層致密的氧化膜（Al2O3），其熔點(diǎn)（2050℃）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純鋁的熔點(diǎn)（657℃），在焊接時(shí)阻礙金屬的熔合，且由于密度大，容易形成夾雜

2）液態(tài)鋁可以大量溶解氫，吸收的氫氣來(lái)不及析出，極易在焊縫中形成氣孔。

3）導(dǎo)熱性很好，因而焊接應(yīng)力很大，對(duì)于厚度大或剛性較大的結(jié)構(gòu)，焊接接頭容易產(chǎn)生裂紋

4）鋁及鋁合金高溫時(shí)強(qiáng)度和塑性極低，很容易產(chǎn)生變形

焊接方法：氬弧焊、電阻焊、氣焊，其中氬弧焊應(yīng)用最廣反接或交流電源為保證焊接質(zhì)量，鋁及鋁合金在焊接時(shí)應(yīng)采取以下工藝措施：（1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分（2）對(duì)厚度超過(guò)5～8mm的焊件，預(yù)熱至100℃～300℃（3）焊后清理殘留在接頭處的焊劑和焊渣，防止其與空氣、水分作用，腐蝕焊件五、各種熔化焊

1、埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒

焊絲不斷地被送絲機(jī)構(gòu)送進(jìn)并引弧，并保持選定的弧長(zhǎng)。焊接時(shí)焊機(jī)移動(dòng)或工件移動(dòng)，焊劑從漏斗中不斷流出灑在被焊部位(電弧在粒狀焊劑覆蓋下燃燒)，母材與焊絲電弧熔化成熔池而后凝固，焊絲自動(dòng)均勻向前并移動(dòng)形成焊縫部分焊劑被蒸發(fā)形成氣體，將電弧周圍熔渣排開，形成一個(gè)封閉的熔渣泡。它具有一定粘度，能承受一定壓力，保護(hù)熔池，不與空氣接觸，又防止了金屬飛濺焊絲上沒有涂料，允許提高電流密度，電流密度增加，電弧吹力也增加，同時(shí)熱量也增加，熔池深度大，熔池體積也大埋弧焊工藝要求：下料、坡口加工要求較嚴(yán)，以保證組裝間隙均勻，焊前將焊縫兩側(cè)50~60mm內(nèi)一切污垢和鐵銹除掉，以免產(chǎn)生氣孔一般在平焊位置焊接。對(duì)20mm以下工件可單面焊，如有要求可雙面焊焊接材料：焊絲與焊劑對(duì)20mm以上工件可雙面焊，或開坡口單面焊。焊縫兩頭應(yīng)加引弧板和引出板，焊后去除特點(diǎn)：電流大，不需更換焊條，沒有飛濺焊劑供給充足保護(hù)好，冶金過(guò)程完善焊接質(zhì)量好，而且穩(wěn)定，對(duì)操作者要求低焊縫成形美觀。埋弧焊適應(yīng)性差，只焊平焊位置只適于焊接長(zhǎng)的直線焊縫，較大直徑環(huán)形和縱向焊縫。厚板為主，薄板焊接受到限制，不能焊空間位置焊縫和不規(guī)則焊縫。節(jié)省金屬材料因熔池較大，20～25mm以下的工件可不開坡口進(jìn)行焊接。改善了勞動(dòng)條件看不見弧光，煙霧很少，可改善了勞動(dòng)條件看不見弧光，煙霧很少，可進(jìn)行自動(dòng)焊接。設(shè)備費(fèi)用較貴，工藝裝備較復(fù)雜。在生產(chǎn)中廣泛用于大型容器和鋼結(jié)構(gòu)焊接中MZ-1000為保持焊縫成型和防止燒穿，焊接時(shí)要用焊劑墊

2、CO2氣體保護(hù)焊

以CO2作為保護(hù)氣體的電弧焊。焊絲作電極，焊絲的送進(jìn)靠送絲機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)：

熱量集中、冷卻好變形少、適應(yīng)性好（位置、尺寸）、成本低，飛濺較嚴(yán)重（短路過(guò)渡）、CO2在電弧高溫下能分解，焊縫不夠光滑，易有氣孔主要用于30mm以下低碳鋼、部分低合金鋼焊件，尤其適宜薄板不能用來(lái)焊接有色金屬和合金鋼

3、氬弧焊

利用惰性氣體－氬氣作為保護(hù)氣體，電弧產(chǎn)熱進(jìn)行焊接。按所用的電極不同，可分為不熔化極（鎢極）氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種鎢極氬弧焊：高熔點(diǎn)鎢棒作為電極不熔化（不采用直流反接），另熔化焊絲做為補(bǔ)充材料。對(duì)氬氣要求純度99.7％以上，焊前必須把接頭表面清理干凈

★特點(diǎn)：

1.適于各種合金鋼、易氧化的非鐵合金及鎬、鉬等稀有金屬

2.電弧穩(wěn)定，飛濺小，表面沒有熔渣，成型美觀

3.明弧可見，易于操作，易實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接

4.熱影響區(qū)窄，因而工件變形小目前主要用于：焊接鋁、鎂、鈦及其合金，也用于焊接不銹鋼、耐熱鋼、一些重要低合金鋼熔化極氬弧焊：以連續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極進(jìn)行焊接。此時(shí)可用較大電流焊接厚度25mm以下工件只適于厚度6mm以下工件。焊接3mm以下薄件時(shí)，常用卷邊直接焊接。焊接較厚工件時(shí)，需添加填充金屬。焊接鋼材時(shí)多用直流正接以減少鎢極的燒損。焊接鋁、鎂及其合金時(shí)則希望用直流反接或交流電源

4、氣焊

用可然氣體（乙炔）與助然氣體（氧）混合燃燒產(chǎn)生的熱量（火焰），熔化焊絲與被焊材料進(jìn)行焊接特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，熱量分散、熱影響大變形大、生產(chǎn)效率低。常用作加熱源5、等離子弧焊利用離子氣壓縮電弧，形成小面積內(nèi)的極大電流密度，造成壓縮電弧溫度極高。三個(gè)壓縮：水冷噴嘴、氣流包圍、磁場(chǎng)吸引。特點(diǎn)：焊接難焊接材料、單面雙焊（小孔效應(yīng)）、電弧穩(wěn)定、熱量集中變形小、生產(chǎn)率高。6、激光焊位置、深度準(zhǔn)確

7、其他超聲波焊、擴(kuò)散焊爆炸焊8、電渣焊：是利用電流通過(guò)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行焊接的方法電渣焊一般都是在直立位置焊接（由下而上），兩個(gè)工件接頭相距25～35mm，固態(tài)溶劑熔化后形成的渣池具有較大的電阻，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)產(chǎn)生大量的電阻熱，使渣池溫度保持在1700～2000℃焊接時(shí)焊絲不斷被送進(jìn)并被熔化，熔池和渣池逐漸上升，冷卻塊也同時(shí)配合上升，從而使立焊縫由下向上順次形成。特點(diǎn)：

1)可一次焊很厚的工件；

2)生產(chǎn)率高，成本低，工件不需要開坡口；

3)焊縫金屬比較純凈，電渣焊的熔池保護(hù)嚴(yán)密，保持液態(tài)的時(shí)間較長(zhǎng)冶金過(guò)程較完善，熔池中的氣體和雜質(zhì)有充分時(shí)間浮出

4)焊接后冷卻速度較慢，焊接應(yīng)力較小，相應(yīng)晶粒粗大一般要焊后熱處理，如正火處理單絲不擺動(dòng)可焊厚度40~60mm，單絲擺動(dòng)可焊厚度為60～150mm，三絲擺動(dòng)可焊450mm工件可使厚件的焊件一次焊成六、壓力焊

1、電阻焊：(對(duì)焊、點(diǎn)焊、縫焊）

利用電流通過(guò)接觸處及焊件附近產(chǎn)生的電阻熱，使局部金屬熔化后，再在壓力下形成焊接接頭。先通電再施加壓力

A、對(duì)焊：電阻對(duì)焊、閃光對(duì)焊先壓后電電阻對(duì)焊：

將兩個(gè)工件裝夾在對(duì)焊機(jī)的電機(jī)鉗口中，使兩個(gè)工件的端面接觸，并壓緊，然后通電，產(chǎn)生電阻熱加熱到塑性狀態(tài)，再施以較大的力，并同時(shí)斷電，使接頭在高溫下產(chǎn)生一定的塑性變形而焊接起來(lái)閃光對(duì)焊：將兩工件稍加清理后夾在電極鉗口內(nèi)，輕微接觸，因工件表面不平，使某些點(diǎn)接觸，通以電流，接觸點(diǎn)的金屬被迅速加熱熔化，甚至蒸發(fā)，液體金屬發(fā)生爆破，形成閃光，保持一定時(shí)間，迅速對(duì)焊件施加頂鍛力，并切斷電源焊件在壓力作用下產(chǎn)生塑性變形而焊在一起先電后壓。小面積－熔化閃光對(duì)焊常用于重要工件的焊接，可焊相同金屬，也可焊異種金屬，被焊工件小到0.01mm的金屬絲，也可焊端面大20000mm2的金屬棒和金屬型材焊接時(shí)兩柱狀電極壓緊工件，接通電流，電阻熱使局部金屬熔化形成熔核，斷電后繼續(xù)保持壓力或加大壓力，使熔核凝固形成焊點(diǎn)。分流現(xiàn)象：一個(gè)點(diǎn)焊好后，焊另一個(gè)點(diǎn)，有一部分電流流經(jīng)已焊好的點(diǎn)處，稱為分流現(xiàn)象。焊接質(zhì)量的主要因素有焊接電流、通電時(shí)間、電極壓力及工件表面清理情況等。B、點(diǎn)焊點(diǎn)焊主要適于厚度為4mm以下薄板、沖壓結(jié)構(gòu)以及線材的焊接。每次焊一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)工件越厚，焊件導(dǎo)電性越好分流現(xiàn)象越嚴(yán)重影響焊接質(zhì)量。所以點(diǎn)焊有焊點(diǎn)間最小距離限制C、縫焊縫焊和點(diǎn)焊過(guò)程相似，只是用旋轉(zhuǎn)的圓盤狀滾動(dòng)電極代替柱狀電極。盤狀電極壓緊焊件并滾動(dòng)，同時(shí)也帶動(dòng)焊件向前移動(dòng)配合斷續(xù)通電，形成連續(xù)重疊的焊縫。焊點(diǎn)相互重疊50％以上，密封性好主要用于要求密封性好的薄壁結(jié)構(gòu)。縫焊只適用于3mm以下的薄壁結(jié)構(gòu)

2、摩擦焊是利用工件之間相互摩擦產(chǎn)生高溫，使接觸區(qū)熔化，同時(shí)加壓而進(jìn)行焊接的方法方法是對(duì)工件施以壓力并轉(zhuǎn)動(dòng)工件，產(chǎn)生熱量，驟然停止轉(zhuǎn)動(dòng)工件并加大壓力，使兩焊件產(chǎn)生塑性變形而焊接起來(lái)特點(diǎn)：

組織致密、可焊不同材料（固溶及擴(kuò)散），氧化層、摩擦系數(shù)小不易焊摩擦焊廣泛用于圓形工件、棒料及管件類焊接。實(shí)心焊件的直徑為2mm～100mm，管類焊件外徑最大可達(dá)150mm七、釬焊

采用熔點(diǎn)比母材低的金屬材料為釬料，加熱至高于釬料熔點(diǎn)低于母材熔點(diǎn)的溫度，釬料與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接

接頭質(zhì)量取決于釬料：應(yīng)有合適的熔點(diǎn)及良好的潤(rùn)濕性1、硬釬焊：釬料熔點(diǎn)在450℃以上，接頭強(qiáng)度在200Mpa以上釬料有銅基、銀基和鎳基等。主要用于受力較大的鋼鐵和銅合金的焊件，如自行車架、帶鋸鋸條等以及工具、刀具的焊接。2、軟釬焊：釬料熔點(diǎn)在450℃以下，接頭強(qiáng)度較低，一般不超過(guò)70MPa。只用于焊接受力不大、工作溫度較低的工件常用的釬料是錫鉛合金，所以通常稱錫焊常用的焊劑為松香或氯化鋅溶液

加熱方法有烙鐵加熱、火焰加熱電阻加熱、感應(yīng)加熱、爐內(nèi)加熱等。主要用于制造精密儀表、電器部件異種金屬構(gòu)件復(fù)雜薄板構(gòu)件等。

釬焊一般不適于鋼結(jié)構(gòu)件、重載動(dòng)載零件的焊接。機(jī)械連接方式藥皮成分焊條分類及代號(hào)焊接熱影響組織火焰矯正的原理與機(jī)械矯正相反，它