16焊接工藝(68)

1、,1,4,2,5,3,概述,手工電弧焊,其他焊接方法,常用金屬材料的焊接,焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),模塊一 鑄、鍛、焊工藝及應(yīng)用,4.1 概述,焊接是利用加熱或加壓（或者加熱和加壓），使分離的兩部分金屬靠得足夠近，原子互相擴(kuò)散，形成原子間的結(jié)合的連接方法。在機(jī)械制造、建筑、車輛、石油化工、原子能、航空航天等部門得到廣泛運(yùn)用。 焊接的特點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)： 1）連接性能好，密封性好，承壓能力高 ； 2）省料，重量輕，成本低； 3）加工裝配工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短 ； 4）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 缺點(diǎn)： 1）焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，更換修理不便 ； 2）焊接接頭的組織和性能往往要變壞； 3）要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變

2、形； 4）會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等。,焊接方法可分為： 1）熔焊：利用局部加熱的方法，把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，將兩部分金屬連接成為一個(gè)整體的工藝方法。 2）壓焊：在焊接過(guò)程中需要加壓的一類焊接方法。 3）釬焊：利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法。 焊接方法在工業(yè)中主要用于： 1）制造金屬結(jié)構(gòu)件。 2）制造機(jī)器零件和工具。 3）修復(fù)。,4.1 概述,手工電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法。利用電弧作為熱源，手工操縱焊條進(jìn)行焊接的方法。 手工電弧焊的特點(diǎn)： 1）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活；

3、 2）可焊接多種金屬材料； 3）室內(nèi)、外焊接效果相近； 4）對(duì)焊工操作水平要求較高，生產(chǎn)率較低。 4.2.1 焊接電弧 1. 電弧的引燃 焊接電弧是在焊條與工件之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈、持久又穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。焊接引弧時(shí)，焊條和工件瞬間接觸形成短路，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生強(qiáng)烈電阻熱使接觸點(diǎn)熔化甚至蒸發(fā)，當(dāng)焊條提起時(shí)，在電場(chǎng)作用下，熱的金屬發(fā)射大量電子，電子碰撞氣體使之電離，正、負(fù)離子和電子構(gòu)成電弧。,4.2 手工電弧焊,2. 焊接電弧的結(jié)構(gòu) 電弧由陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成，如圖4-1所示。 1）陰極區(qū)：電子發(fā)射區(qū)，熱量約占36%，平均溫度2400K； 2）陽(yáng)極區(qū)：受電子轟擊區(qū)域，熱量約占43%，平均溫

4、度2600K； 3）弧柱區(qū)：陰、陽(yáng)兩極間區(qū)域，幾乎等于電弧長(zhǎng)度，熱量21%，弧柱中心溫度可達(dá)60008000K。,4.2 手工電弧焊,圖4-1 電弧的結(jié)構(gòu)示意圖,4.2.2 焊接接頭 1.焊縫形成過(guò)程 熔焊焊縫的形成經(jīng)歷了局部加熱熔化，使分離工件的結(jié)合部位產(chǎn)生共同熔池，再經(jīng)凝固結(jié)晶為一個(gè)整體的過(guò)程。 2.焊接的冶金過(guò)程 焊接的冶金過(guò)程如圖4-2所示, 母材、焊條受電弧高溫作用熔化形成金屬熔池， 將進(jìn)行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金 化等物理、化學(xué)過(guò)程。金屬與氧的作用對(duì)焊接 質(zhì)量影響最大，氧與多種金屬發(fā)生氧化反應(yīng)：,4.2 手工電弧焊,圖4-2 焊條電弧焊過(guò)程,能溶解在液態(tài)金屬中的氧化物（如

5、氧化亞鐵），冷凝時(shí)因溶解度下降而析出，嚴(yán)重影響焊縫質(zhì)量；而大部分金屬氧化物（如硅、錳化合物）不溶于液態(tài)金屬，可隨渣浮出，凈化熔池，提高焊縫質(zhì)量。 氫易溶入熔池，在焊縫中形成氣孔，或聚集在焊縫缺陷處造成氫脆。 其次空氣中的氮?dú)庠诟邷貢r(shí)大量溶于液體金屬，冷卻結(jié)晶時(shí)，氮溶解度下降；析出的氮在焊縫中形成氣孔，部分還以針狀氮化物（Fe4N）形式析出；焊縫中含氮量提高，使焊縫的強(qiáng)度和硬度增加，塑性和韌性劇烈下降。,4.2 手工電弧焊,4.2.3 焊條 1. 焊條的組成和作用 焊條由焊芯和藥皮組成。 1）焊芯：一方面作電極，起導(dǎo)電作用，產(chǎn)生電弧，提供焊接熱源；另一方面作為填充金屬，與熔化的母材共同組成焊縫金

6、屬。焊芯采用焊接專用金屬絲。如H08C等。 2）藥皮：焊條藥皮的主要作用有：改善焊接工藝性；機(jī)械保護(hù)作用；冶金處理作用。焊條藥皮的組成物按其作用分為：穩(wěn)弧劑、造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、粘結(jié)劑、稀渣劑、增塑劑等。 2. 焊條分類 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、鎳和鎳合金焊條、銅合銅合金焊條、鋁和鋁合金焊條等。 按藥皮性質(zhì)分為：酸性焊條（酸性氧化物為主）、堿性焊條（堿性氧化物和螢石CaF2為主）。,4.2 手工電弧焊,3. 焊條型號(hào)與牌號(hào) 焊條型號(hào)：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號(hào)。如E4303，E表示焊條，43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值（kgf/mm2

7、 ）；03表示焊接位置為全位置、電流種類為交直流及藥皮類型為鈦鐵礦型 。 焊條牌號(hào)：焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號(hào)，用一個(gè)大寫漢語(yǔ)拼音字母和三個(gè)數(shù)字表示。如J422，J表示結(jié)構(gòu)鋼焊條；42表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級(jí)（kgf/mm2 ）；2表示藥皮類型和電流種類。 4.焊條的選用原則 1）等強(qiáng)度原則； 2）同成分原則； 3）抗裂性要求； 4）抗氣孔要求； 5）低成本要求。,4.2 手工電弧焊,4.2.4 焊接接頭的金屬組織與性能 1.焊接工件溫度的變化與分布 在焊接加熱和冷卻過(guò)程中，焊接接頭上某點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化的過(guò)程如圖4-3所示。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。對(duì)焊接質(zhì)

8、量起重要影響的參數(shù)有：最高加熱溫度、在過(guò)熱溫度11000C以上停留時(shí)間和冷卻速度等。其特點(diǎn)是加熱和冷卻速度都很快。對(duì)易淬火鋼，焊后發(fā)生空冷淬火，對(duì)其他材料，易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。,4.2 手工電弧焊,圖4-3 焊縫區(qū)各點(diǎn)溫度變化示意圖,2.焊接接頭金屬組織與性能的變化 以低碳鋼為例，說(shuō)明焊接過(guò)程造成金屬組織和性能的變化。如圖4-4所示。受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材組織或性能發(fā)生變化的區(qū)域，叫焊接熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。熔合線兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)，叫熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。,4.2 手工電弧焊,圖4-4 低碳鋼焊接熱影響區(qū)組

9、織變化,（1）.焊縫區(qū) 焊接熱源向前移去后，熔池液體金屬迅速 冷卻結(jié)晶，結(jié)晶從熔池底部未熔化的半個(gè)晶粒 開始，垂直熔合線向熔池中心生長(zhǎng)，呈柱狀樹 枝晶，如圖4-5所示；結(jié)晶過(guò)程中將在最后結(jié)晶 部位產(chǎn)生成分偏析。同時(shí)焊縫組織是從液體金屬結(jié)晶 的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于熔池小，冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、硫、磷都較低，并含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。 （2）焊接熱影響區(qū) 1）.熔合區(qū) 化學(xué)成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過(guò)熱組織或粗大的淬硬組織，使強(qiáng)度下降，塑性、韌性極差，產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，其性能是焊接接頭中最差的。 2）過(guò)熱區(qū)： 最高加熱溫度

10、在Ac3以上100200的區(qū)域，晶粒粗大，甚至產(chǎn)生過(guò)熱組織。塑性和韌性明顯下降，是熱影響區(qū)中力學(xué)性能最差的部位。,4.2 手工電弧焊,圖4-5 焊縫的柱狀樹枝晶,3）正火區(qū)：最高加熱溫度在Ac3至Ac3 以上100200的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細(xì)小的正火組織，力學(xué)性能較好。 4）部分相變區(qū)：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。 4.2.5焊接應(yīng)力和變形 金屬構(gòu)件在焊接以后，總要發(fā)生變形和產(chǎn)生焊接應(yīng)力，且二者是伴生的。 （1）焊件在焊接過(guò)程中受到局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。 （2）焊接變形的基本形式如表4-1所示。 （3）焊接應(yīng)力的

11、防止及消除措施： 1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長(zhǎng)度要盡可能??； 2）采取合理的焊接順序，使焊縫較自由的收縮，如圖4-6所示； 3）焊縫仍處在較高溫度時(shí)，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長(zhǎng)，減少殘余應(yīng)力； 4）采用小線能量焊接，多層焊，減少殘余應(yīng)力； 5）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力； 6）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力。,4.2 手工電弧焊,4.3.1 埋弧自動(dòng)焊 埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進(jìn)和電弧移動(dòng)都采用機(jī)械來(lái)完成。 1.埋弧自動(dòng)焊的焊接過(guò)程 埋弧焊焊接過(guò)程如圖4-7所示。 2. 埋弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用 優(yōu)點(diǎn)： 1）焊接質(zhì)量好； 2）生產(chǎn)率高

12、； 3）節(jié)省焊接材料 4）易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，勞動(dòng)條件好，強(qiáng)度低，操作簡(jiǎn)單。,4.3 其他焊接方法,缺點(diǎn)： 1）適應(yīng)性較差 ，焊前準(zhǔn)備工作量大； 2）焊接電流強(qiáng)度大，不適于3mm以下薄板； 3）難以完成鋁、鈦等強(qiáng)氧化性金屬及合金的焊接； 4）設(shè)備一次性投資較大。 埋弧自動(dòng)焊通常用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)直縫、直徑大于300mm環(huán)縫的平焊。此外，它還用于耐磨、耐腐蝕合金的堆焊、大型球墨鑄鐵曲軸以及鎳合金、銅合金等材料的焊接。 4.3.2氣體保護(hù)電弧焊 氣體保護(hù)焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧區(qū)的熔滴和熔池及焊縫的電弧焊。常用保護(hù)氣體有惰性氣體（氬氣、氦氣和混合氣體）和活

13、性氣體（二氧化碳?xì)猓﹥煞N，分別成為惰性氣體保護(hù)焊和CO2焊。,4.3 其他焊接方法,1. 氬弧焊 保護(hù)氣體有氬氣（Ar）和氦氣（He），或其混合氣體，分別稱為氬弧焊和氦弧焊及混合氣體保護(hù)焊。 氬弧焊分為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊，如圖4-8所示。 （1）鎢極氬弧焊：電極材料可用純鎢或鎢合金，一般采用鈰鎢極，其在焊接過(guò)程中不熔化，故需采用焊絲。焊接電流較小，適于薄板焊接。鎢極氬弧焊一般采用直流正接，以減少鎢極燒損，但焊接鋁、鎂金屬時(shí)，為去除氧化物而利用“陰極破碎”可采用直流反接。 （2）熔化極氬弧焊采用焊絲作為電極，可使用大電流，適于中厚板焊接。熔化極氬弧焊一般采用直流反接。 氬弧焊適于焊接鋁、鎂

14、、鈦及其合金，稀有金屬鋯、鉬，不銹鋼，耐熱鋼，低合金鋼等。,4.3 其他焊接方法,2. CO2氣體保護(hù)焊 CO2焊采用CO2為保護(hù)氣體，其焊接過(guò)程如圖4-9所示。 CO2在高溫下會(huì)分解氧化金屬，故不能焊接易氧化的非鐵金屬和不銹鋼。同時(shí)需采用能脫氧和滲合金的特殊焊絲。 CO2焊可分為自動(dòng)CO2焊和半自動(dòng)CO2焊（送絲自動(dòng)，電弧移動(dòng)手工）。其設(shè)備包括：主電路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、焊槍、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。,CO2焊的特點(diǎn)： 1）生產(chǎn)率高；電流大，易于自動(dòng)化，無(wú)渣殼。 2）成本低；無(wú)需涂料焊條和焊劑， CO2價(jià)廉； 3）焊縫質(zhì)量較好； 4）采用氣體保護(hù)，能全位置焊接，易于自動(dòng)控制 ； 5）焊縫成形差，飛濺

15、大 ； 6）不能焊接易氧化的非鐵金屬和不銹鋼； 7）設(shè)備較復(fù)雜，使用和維修不便。 CO2焊適于焊接低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。,4.3 其他焊接方法,4.3.3 氣焊和氣割 1.氣焊 氣焊是利用氣體火焰作熱源的焊接方法。最常用的是氧-乙炔焊，氧-乙炔焰進(jìn)行焊接。 氣焊設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活方便、不需電源，但氣焊火焰溫度較低，且熱量較分散，工件變形大，所以應(yīng)用不如電弧焊廣泛。,4.3 其他焊接方法,（1）氣焊火焰的種類 1）中性焰：最適宜氣焊工作，如焊接低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、紫銅、鋁合金等。 2）碳化焰：通常用于焊接高碳鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金等。 3）氧化焰：除焊接黃銅之外，一般很少使用

16、。,4.3 其他焊接方法,（2）接頭形式和焊接準(zhǔn)備 氣焊可以進(jìn)行立、橫、仰等各種空間位置的焊接。 其接頭形式也有對(duì)接、搭接、角接和T型接頭等。 （3）焊絲和焊劑 在焊劑時(shí)，氣焊的焊絲作為填充金屬，與熔化的母材一起形成焊縫，因此對(duì)焊絲質(zhì)量對(duì)焊件性能有很大的影響。 焊劑的作用是保護(hù)熔池金屬，除去焊接過(guò)程中的氧化物，增加液態(tài)金屬的流動(dòng)性。,2.氣割 氣割是利用高溫的金屬在純氧中燃燒而將工件分離的方法。 符合下列條件的金屬才能進(jìn)行氣割： 1）金屬的燃點(diǎn)應(yīng)低于本身的熔點(diǎn)，否則變?yōu)槿鄹睿骨懈钯|(zhì)量降低，甚至不能切割。 2）金屬氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬本身的熔點(diǎn)。 3）金屬的導(dǎo)熱性不能太高，否則使氣割處的熱量

17、不足，造成氣割困難。 4）金屬在燃燒時(shí)所產(chǎn)生的大量熱能應(yīng)能維持氣割的進(jìn)行。 碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼具有很好的氣割性能。,4.3 其他焊接方法,4.3 其他焊接方法,4.3.4.電渣焊 電渣焊是利用電流通過(guò)熔渣產(chǎn)生的熔渣電阻熱加熱熔化母材與電極（填充金屬）的一種焊接方法。按電極形狀可分為絲極電渣焊、板極電渣焊、熔嘴電渣焊和熔管電渣焊。 絲極電渣焊過(guò)程如圖4-10所示。焊接過(guò)程為先引弧，形成渣池，電弧過(guò)程變?yōu)殡娫^(guò)程，熔化金屬凝固成形。 電渣焊的特點(diǎn): 1）可一次焊成很厚的焊縫； 2）生產(chǎn)率高，焊接材料消耗少，不需開坡口； 3）焊縫金屬較純凈，渣池覆蓋住熔池，保護(hù)良好，有利于氣體和雜質(zhì)浮出； 4）接頭

18、金屬在高溫下停留時(shí)間長(zhǎng)，過(guò)熱區(qū)大，接頭金屬組織粗大，焊后應(yīng)進(jìn)行正火處理。 電渣焊主要用于厚壁壓力容器和鑄焊、鍛焊、厚板拼焊等大型構(gòu)件的制造，厚度應(yīng)大于40mm的碳鋼、合金鋼和不銹鋼等。,4.3 其他焊接方法,4.3.5.等離子弧焊 1）等離子弧的產(chǎn)生： 等離子弧是一種電離度很高的壓縮電弧，溫度高，能量密度大，其發(fā)生裝置如圖4-11所示。在三個(gè)壓縮作用下形成等離子弧。 a）機(jī)械壓縮效應(yīng)； b）熱壓縮效應(yīng)； c）電磁壓縮效應(yīng)。溫度可達(dá)24000K 50000K。 2）等離子切割。它利用能量密度高的高溫高速的等離子流，將切割金屬局部熔化并隨即吹除，形成整齊的切口。常用于切割不銹鋼、鋁、銅、鈦、鑄鐵及

19、鎢、鋯等難熔金屬和非金屬材料。 2）等離子弧焊接：需用等離子弧焊電源和等離子焊槍及填充金屬。分為 大電流等離子弧焊。這種焊接又可分為穿孔型等離子弧焊和熔入型等離子弧焊。 微束等離子弧焊。 其特點(diǎn)是： 有小孔效應(yīng)，能較好實(shí)現(xiàn)單面焊雙面自由成形； 微束等離子弧焊可焊接箔材和薄板。 能量集中，熱影響區(qū)小，焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)率高。 3）等離子弧焊用于航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術(shù)的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接。,4.3 其他焊接方法,4.3.6.壓焊與釬焊 1.壓焊是指在加熱或不加熱狀態(tài)下對(duì)組合焊件加壓，使其產(chǎn)生塑性變形，并通過(guò)再結(jié)晶和擴(kuò)散等作用，使兩個(gè)分離表面的原子達(dá)到形成金屬

20、鍵而連接的焊接方法。常用的有電阻焊和摩擦焊。,（1）電阻焊是利用電流通過(guò)焊接接頭的接觸面及鄰近區(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。電阻焊可分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊。,1.點(diǎn)焊 點(diǎn)焊：是利用電流通過(guò)兩圓柱形電極和搭接的兩焊件產(chǎn)生電阻熱，將焊件加熱并局部熔化，形成一個(gè)熔核（其周圍為塑性狀態(tài)），然后在壓力下熔核結(jié)晶，形成一個(gè)焊點(diǎn)的焊接方法。如圖4-12所示。點(diǎn)焊的接頭形式如圖4-13所示，均為搭接接頭，焊接前應(yīng)清理。 點(diǎn)焊的主要焊接參數(shù)是電極壓力、焊接電流和通電時(shí)間。壓力過(guò)大、電流過(guò)小，會(huì)使熱量少，焊點(diǎn)強(qiáng)度下降；壓力過(guò)小、電流大會(huì)使熱量大而不穩(wěn)定，

21、易飛濺，燒穿。 點(diǎn)焊時(shí)會(huì)發(fā)生點(diǎn)焊分流現(xiàn)象，如圖4-14所示，故焊點(diǎn)間距不宜過(guò)小。,4.3 其他焊接方法,(2).縫焊 縫焊與點(diǎn)焊同屬于搭接電阻焊，焊接過(guò)程與點(diǎn)焊相似，采用滾盤作電極，邊焊邊滾，相鄰兩個(gè)焊點(diǎn)重疊一部分，形成一條有密封性的焊縫。焊接原理如圖4-15所示。焊接接頭形式如圖4-16所示。焊接分流現(xiàn)象較嚴(yán)重，故同等條件下焊接電流較大，主要用于有密封性要求的薄板件。 (3). 對(duì)焊 對(duì)焊是利用電阻熱將焊件斷面對(duì)接焊合的一種電阻焊，可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。如圖4-17所示。對(duì)焊的應(yīng)用可見(jiàn)圖4-18所示。,1）電阻對(duì)焊：先加預(yù)壓，使兩端面壓緊，再通電加熱，使待焊處達(dá)到塑性溫度后，再斷電加壓頂

22、鍛，產(chǎn)生一定塑性變形而焊合。適于截面簡(jiǎn)單、直徑小于20mm和強(qiáng)度要求不高的桿件。 2）閃光對(duì)焊：兩焊件不接觸，先加電壓，再移動(dòng)焊件使之接觸，由于接觸點(diǎn)少，其電流密度很大，接觸點(diǎn)金屬迅速達(dá)到熔化、蒸發(fā)、爆破，呈高溫顆粒飛射出來(lái)，稱為閃光；經(jīng)多次閃光加熱后，端面均勻達(dá)到半熔化狀態(tài)，同時(shí)多次閃光把端面的氧化物也清除干凈，于是斷電加壓頂鍛，形成焊接接頭。 對(duì)焊斷面形狀應(yīng)相近，以保證斷面均勻加熱。 其焊接質(zhì)量較高，常用于重要零件焊接。,4.3 其他焊接方法,4. 電阻焊特點(diǎn)及應(yīng)用 1）加熱迅速，溫度較低，焊接熱影響區(qū)及變形小，易獲得優(yōu)質(zhì)接頭； 2）不需外加填充金屬和焊劑； 3）電阻對(duì)焊無(wú)弧光，噪聲小，煙

23、塵、有害氣體少，勞動(dòng)條件好； 4）焊件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、氣密性好，易于獲得形狀復(fù)雜的零件； 5）易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。 6）焊接接頭質(zhì)量不穩(wěn)定； 7）焊機(jī)復(fù)雜，造價(jià)較高； 點(diǎn)焊適于低碳鋼、不銹鋼、銅合金、鋁鎂合金，厚度4mm以下的薄板沖壓結(jié)構(gòu)及鋼筋的焊接?？p焊適于板厚3mm以下，焊縫規(guī)則的密封結(jié)構(gòu)的焊接。對(duì)焊主要用于制造封閉形零件，軋制材料接長(zhǎng)、異種材料制造的焊接。,4.3 其他焊接方法,(2)摩擦焊:是利用工件金屬焊接表面相互摩擦產(chǎn)生的熱量，將金屬局部加熱到塑性狀態(tài)，然后在壓力下完成焊接的一種熱壓焊接方法。 1). 摩擦焊的工藝過(guò)程 摩擦焊過(guò)程如圖4-19所示，分為連續(xù)驅(qū)動(dòng)式和儲(chǔ)能

24、式。,2). 摩擦焊接頭形式 接頭一般是等斷面，也可為不等斷面，但其中必須有一個(gè)為圓形。如圖4-20所示。,3). 摩擦焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 a）接頭質(zhì)量好且穩(wěn)定； b）生產(chǎn)率高、成本低； c）適用范圍廣； d）生產(chǎn)條件好； e）焊機(jī)所需功率小，省電。 摩擦焊用于圓形工件、棒料管子的對(duì)接。,4.3 其他焊接方法,2.釬焊是采用比母材熔點(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)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤(rùn)母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊按釬料熔點(diǎn)可分為軟釬焊、硬釬焊。釬劑能除去氧化膜和油污等雜質(zhì)，保護(hù)母材接觸面和釬料不受氧化，并增加釬料濕潤(rùn)性和毛細(xì)流動(dòng)性。

25、,（1）釬料 1）. 易熔釬料 釬料熔點(diǎn)在4500C以下的釬焊；常用錫鉛釬料，松香、氯化鋅溶液作釬劑。其接頭強(qiáng)度低，工作溫度低，具較好的焊接工藝性，用于電子線路的焊接。 2）. 難熔釬料 釬料熔點(diǎn)在4500C以上的釬焊；常用銅基和銀基釬料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物組成釬劑。接頭強(qiáng)度較高，工作溫度也高，用于機(jī)械零部件的焊接。,4.3 其他焊接方法,（2）釬焊方法 1）焊件去膜：常用的方法有釬劑去膜法和機(jī)械去膜法。 2）接頭形式：釬焊的接頭形式有板料搭接、套件鑲接等，如圖4-21所示。 （3）加熱方法：釬焊的加熱方式有：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。 4. 釬焊特點(diǎn)

26、及應(yīng)用 1）采用低熔點(diǎn)的釬料作為填充金屬，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(gè)結(jié)構(gòu)的全部焊縫，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)化。 5）釬焊設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)投資費(fèi)用少。 釬焊主要用于焊接精密、微型、復(fù)雜、多焊縫、異種材料的焊件。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.1碳鋼的焊接 1.低碳鋼：焊接性能優(yōu)良，可采用任何一種焊接方法。 2.中碳鋼：焊接性能中等，焊縫易產(chǎn)生熱裂，熱影響區(qū)易產(chǎn)生脆硬組織甚至冷裂。常采用手工電弧焊和氣焊，須預(yù)熱。 3.高碳鋼：焊接性能差，

27、采用焊條電弧焊對(duì)其補(bǔ)焊，應(yīng)預(yù)熱。 4.4.2低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接 1.強(qiáng)度用鋼焊接 常用方法有焊條電弧焊、埋弧焊和CO2焊等。 2.專用鋼焊接 珠光體耐熱鋼常用焊條電弧焊時(shí)，要選用與母材成分相近的焊條，預(yù)熱溫度150400，焊后應(yīng)及時(shí)機(jī)進(jìn)行高溫回火處理。 低溫鋼含鉛不需預(yù)熱，焊條成分要與母材匹配。 耐蝕鋼不需預(yù)熱或焊后熱處理。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.3 不銹鋼的焊接 奧氏體型不銹鋼焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要采取工藝措施，焊條、焊劑和焊絲的選用應(yīng)保證與母材成分類型相同。 鐵素體不銹鋼焊前預(yù)熱溫度應(yīng)在150以下，并采用小電流、快速焊等工藝。 馬氏體不銹鋼焊前預(yù)熱溫度200400，焊后

28、要進(jìn)行熱處理。 4.4.4 鑄鐵的焊補(bǔ) 鑄鐵的焊接性能差。 1）焊接接頭易產(chǎn)生白口和脆硬組織； 2）裂紋傾向大； 3）焊縫中易產(chǎn)生氣孔和夾渣。 鑄鐵不宜作焊接結(jié)構(gòu)材料，只進(jìn)行修復(fù)性補(bǔ)焊。 常采用不預(yù)熱焊法和熱焊法兩種。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.5 非鐵金屬的焊接 1.鋁及鋁合金的焊接 焊接特點(diǎn)如下： 1）極易氧化，應(yīng)清除氧化物，采用氬氣保護(hù)； 2）容易形成氣孔； 3）容易產(chǎn)生熱裂紋； 4）易產(chǎn)生焊縫塌陷，須采用墊板。 目前，氬弧焊是焊接鋁合金最理想的熔焊方法。在氬弧焊條件下，純鋁、防銹鋁合金、少部分鑄造鋁合金焊接性較好。 2. 鈦及鈦合金 1）焊接時(shí)易吸收氣體使接頭變脆。 2）易產(chǎn)

29、生裂紋。 常采用氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊、點(diǎn)焊。,4.4 常用金屬材料的焊接,3.銅及銅合金的焊接 焊接性能比低碳鋼差，焊接的主要問(wèn)題是： 1）導(dǎo)熱性好，熱容量大，易產(chǎn)生焊不透現(xiàn)象； 2）線膨脹系數(shù)大，凝固收縮率大，焊接應(yīng)力或變形大； 3）易生成氫氣孔； 4）銅在高溫易氧化，引起熱裂紋； 5）銅合金中的合金元素易氧化和蒸發(fā)，降低焊縫力學(xué)性能，易產(chǎn)生熱裂、氣孔和夾渣。 常采用氬弧焊、氣焊和釬焊。焊前預(yù)熱，焊后熱處理?？刹扇∪缦麓胧?1）嚴(yán)格控制母材和填充金屬的有害成分，可采用脫氧銅； 2）清除焊件、焊絲等表面上的油、銹和水分，減少氫的來(lái)源； 3）焊前預(yù)熱，焊后再結(jié)晶退火。,4.5 焊接

30、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),4.5.1 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)工藝過(guò)程概述 焊接結(jié)構(gòu)的主要生產(chǎn)工藝過(guò)程為： 備料裝配焊接焊接變形矯正質(zhì)量檢驗(yàn)表面處理。 （1）備料 包括型材選擇，型材外形校正，按比例放樣、畫線，下料切割，邊緣加工，成形加工等。 （2）裝配 利用專用卡具或其他緊固件裝置將加工好的零件或部件組裝成一體，進(jìn)行定位焊，準(zhǔn)備焊接。 （3）焊接 根據(jù)焊件材質(zhì)、尺寸、使用性能要求、生產(chǎn)批量及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況選擇焊接方法，確定焊接工藝參數(shù)，按合理順序施焊。,4.5 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),4.5.2 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 1. 焊縫的布置 焊縫布置影響結(jié)構(gòu)件的焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)考慮下列原則： 1. 焊縫應(yīng)盡量處于平焊位置 2.

31、焊縫要布置在便于施焊的位置 如圖4-22，如圖4-23所示。 3. 焊縫布置要有利于減少焊接應(yīng)力與變形 1）盡量減少焊縫數(shù)量及長(zhǎng)度，縮小不必要的焊縫截面尺寸，如圖4-24所示。 2）焊縫布置應(yīng)避免密集或交叉，如圖4-25所示。 3）焊縫布置應(yīng)盡量對(duì)稱，如圖4-26所示。 4）焊縫布置應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力位置或應(yīng)力集中位置，如圖4-27所示。 5）焊縫布置應(yīng)避開機(jī)械加工表面。如圖4-28所示。,4.5 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),2.焊接方法的選擇 選擇焊接方法時(shí)應(yīng)根據(jù)下列原則： 1）焊接接頭使用性能及質(zhì)量要符合結(jié)構(gòu)技術(shù)要求。 2）提高生產(chǎn)率，降低成本。 3. 焊接接頭設(shè)計(jì) 焊接接頭設(shè)計(jì)包括焊接接頭形式設(shè)計(jì)

32、和坡口形式設(shè)計(jì)。 1.焊接接頭形式設(shè)計(jì) 常用的基本接頭形式有對(duì)接接頭、蓋板接頭、搭接接頭、角接接頭、T形接頭、十字接頭和卷邊接頭等，如圖4-29所示。其選擇應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的形狀和焊接生產(chǎn)工藝而定，要考慮易于保證焊接質(zhì)量和盡量降低成本。 對(duì)于釬焊，電阻焊的點(diǎn)焊和縫焊采用搭接；對(duì)焊采用對(duì)接；熔化焊可采用對(duì)接、搭接，角接和T形接對(duì)比選擇。壓力容器一般采用對(duì)接，桁架結(jié)構(gòu)一般采用搭接。對(duì)于氣焊和鎢極氬弧焊可采用卷邊接頭。,4.5 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),2. 焊接接頭坡口形式設(shè)計(jì) 開坡口的目的是為了使接頭根部焊透，使焊縫成形美觀，通過(guò)控制坡口大小調(diào)節(jié)母材金屬和填充金屬的比例。加工方法有氣割、切削加工、碳弧氣刨等。

33、坡口形式主要取決于板料厚度。 1）對(duì)接接頭坡口形式設(shè)計(jì)。 對(duì)接接頭的基本坡口形式有I形坡口、Y形坡口、雙Y形坡口、U形坡口、雙U形坡口等，如圖4-30所示。同樣板厚條件下：雙Y形坡口比V形坡口所需金屬少，焊接工時(shí)也少，焊接變形也小；U形坡口也比V形坡口省焊條，省工時(shí)，焊接變形也小。 2）角接接頭坡口形式設(shè)計(jì)。 角接接頭基本坡口形式有I形坡口、錯(cuò)邊I形坡口、Y形坡口、V形坡口等，如圖4-31所示。 3）T形接頭坡口形式設(shè)計(jì)。 T形接頭基本坡口形式有I形坡口、V形坡口等，如圖4-32所示。 4）對(duì)不同厚度的板材，接頭兩側(cè)板厚截面應(yīng)盡量相同或相近，如圖4-33所示。,4.5 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì),4.5

34、.3 焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)實(shí)例 例題 圖4-34所示為低壓儲(chǔ)氣罐，壁厚為8mm，壓力為1.0MPa，常溫工作，壓縮空氣，大批量生產(chǎn)。 1）結(jié)構(gòu)分析：筒體由筒節(jié)、封頭焊合。整個(gè)結(jié)構(gòu)由筒體再加四個(gè)法蘭管座焊合而成，如圖4-34所示。 2）選擇母材材料：封頭需拉伸，筒節(jié)卷圓，故需較好塑性，再考慮焊接工藝及成本，故筒節(jié)、封頭、法蘭選用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q235A），短管選用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（10鋼）。 3）設(shè)計(jì)焊縫位置及焊接接頭、坡口形式： 筒節(jié)縱焊縫與環(huán)焊縫采用對(duì)接I型坡口雙面焊，法蘭與短管采用不開坡口角焊縫；法蘭管座與筒體采用開坡口角焊縫。如圖4-34所示。 4）選擇焊接方法和焊接材料： 角焊縫采用手工電

35、弧焊，選用結(jié)構(gòu)鋼焊條J422；選用弧焊變壓器；對(duì)接焊縫采用埋弧焊，焊絲選用H08A，配合焊劑HJ431。 5）主要工藝流程如圖4-35。,表4-1 焊接變形的基本形式,返回文檔,一般焊接順序?yàn)椋?）先焊收縮量較大的焊縫；2) 工作時(shí)受力較大的焊縫；3) 先焊錯(cuò)開的短焊縫，后焊直通的長(zhǎng)焊縫。,圖4-6 合理安排焊接順序,返回文檔,圖4-7 埋弧焊焊接過(guò)程 1焊件 2焊劑 3焊劑漏斗 4焊絲 5送絲滾輪 6導(dǎo)電嘴 7焊縫 8渣殼,返回文檔,圖4-8 氬弧焊示意圖 1焊絲或電極 2導(dǎo)電嘴 3噴嘴 4進(jìn)氣管 5氬氣流 6電弧 7焊件 8填充焊絲 9送絲滾輪,返回文檔,圖4-9 CO2焊示意圖,返回文檔

36、,圖4-10 電渣焊過(guò)程示意圖,返回文檔,圖4-11 等離子弧焊,返回文檔,圖4-12 點(diǎn)焊示意圖,返回文檔,圖4-13 點(diǎn)焊接頭形式,返回文檔,圖4-14 點(diǎn)焊分流現(xiàn)象,返回文檔,圖4-15 電阻縫焊,返回文檔,圖4-16 縫焊接頭形式,返回文檔,圖4-17對(duì)焊示意圖,Fj夾緊力 Fw擠壓力 Fd頂鍛力,返回文檔,圖4-18 對(duì)焊應(yīng)用實(shí)例,a）對(duì)焊工件 b) 對(duì)焊管材,1焊縫 2滾盤 3擠壓滾 4焊件 5絕緣層,返回文檔,圖4-19 摩擦焊工藝過(guò)程,1工件1 2工件2 3旋轉(zhuǎn)夾頭 4移動(dòng)夾頭 n工件轉(zhuǎn)速 p軸向壓力,a) 連續(xù)驅(qū)動(dòng)式 b) 儲(chǔ)能式,返回文檔,圖4-20 摩擦焊接頭形式,返回文檔,圖4-21 釬焊接頭形式,返回文檔,圖4-22 焊條電弧焊的焊縫位置,a) 不合理 b) 合理,返回文檔,圖4-23 點(diǎn)焊、縫焊的焊縫位置,a) 、c)電極難以伸入 b) 、d)方便操作的設(shè)計(jì),返回文檔,圖4-24 減少焊縫數(shù)量示例,返回文檔,圖4-25焊縫布置避免密集和交叉,a)不合理 b)合理,返回文檔,圖4-26 焊縫對(duì)稱