焊接課(理論)

1、第一節(jié) 焊接基礎一、焊接的實質(zhì)焊接是指兩個或兩個以上的零件（同種或異種材料），通過局部加熱或加壓達到原子間的結合，造成永久性連接的工藝過程。具體措施：（1）加壓用以破壞結合面上的氧化?；蚱渌綄?，并是接觸面發(fā)生塑性變形，以擴大接觸面。在變形足夠時，也可直接形成原子間結合，得到牢固接頭。（2）加熱對連接處進行局部加熱，使之達到塑性或熔化狀態(tài)，激勵并加強原子的能量，從而通過擴散、結晶和再結晶的形成與發(fā)展，以獲得牢固接頭。二、焊接方法分類一般都根據(jù)熱源的性質(zhì)、形成接頭的狀態(tài)及是否采用加壓來劃分。1、熔化焊熔化焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。它包括氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、

2、電子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。2、壓焊壓焊是通過對焊件施加壓力（加熱或不加熱）來完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。3、釬焊釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，在加熱溫度高于釬料低于母材熔點的情況下，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。它包括硬釬焊、軟釬焊等。三、焊接的特點1、節(jié)約金屬材料，產(chǎn)品密封性好2、以小拼大，化復雜為簡單3、便于制造雙金屬結構缺點是焊縫處的力學性能有所降低，個別焊接方法的焊接質(zhì)量檢驗仍有困難。四、焊接的應用1、制造金屬結構2、制造金屬零件或毛坯3、連接電器導線第二節(jié) 熔化焊熔化

3、焊是利用電弧產(chǎn)生的熱量使連接處金屬局部熔化而實現(xiàn)連接的焊接方法。一、焊條電弧焊1、焊接電弧電弧是兩帶電導體之間持久而強烈的氣體放電現(xiàn)象。1）電弧的形成（1）焊條與工件接觸短路短路時，電流密集的個別接觸點被電阻熱Q=I2Rt所加熱，極小的氣隙的電場強度很高。結果：少量電子逸出。個別接觸點被加熱、熔化，甚至蒸發(fā)、汽化。出現(xiàn)很多低電離電位的金屬蒸汽。（2）提起焊條保持恰當距離在熱激發(fā)和強電場作用下，負極發(fā)射電子并作高速定向運動，撞擊中性分子和原子使之激發(fā)或電離。結果：氣隙間的氣體迅速電離，在撞擊、激發(fā)和正負帶電粒子復合中，其能量轉(zhuǎn)換，發(fā)出光和熱。2）電弧的構造與溫度分布電弧由三部分構成，即陰極區(qū)（一

4、般為焊條端面的白亮斑點）、陽極區(qū)（工件上對應焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)）和弧柱區(qū)（為兩電極間空氣隙）。3、電弧穩(wěn)定燃燒的條件（1）應有符合焊接電弧電特性要求的電源a）當電流過小時，氣隙間氣體電離不充分，電弧電阻大，要求較高的電弧電壓，方能維持必需的電離程度。b）隨著電流增大，氣體電離程度增加，導電能力增加，電弧電阻減小，電弧電壓降低。但當降低到一定程度后，為了維持必要的電場強度，610026002400平均溫度（K）4產(chǎn)熱21%不是焊接熱量的主要來源。產(chǎn)熱43%是熔化工件金屬熱量的主要來源。產(chǎn)熱36%是熔化焊條熱量的主要來源。產(chǎn)生的熱量（%）3電子和正離子不斷形成和復合；帶電粒子在電場作用下作定

5、向運動；釋放強烈的光和熱。電子撞擊工件熔池的薄亮區(qū)，并與正離子復合放出光和熱；撞擊個別電子和正離子；無發(fā)射電子任務，不消耗大量能量。發(fā)射電子；正離子撞擊焊條、端頭熔化金屬的白亮區(qū)、與表面電子復合放出熱和光。所進行的物理過程2氣隙間工件熔池上的薄亮區(qū)焊條端頭白熱區(qū)正接時所處位置1弧柱區(qū)陽極區(qū)陰極區(qū)項目序號保證電子的發(fā)射與帶電粒子的運動能量，電壓須不隨電流增大而變化。（2）做好清理工作，選用合適藥皮的焊條。（3）防止偏吹。4、電極的極性在焊接中，采用直流電焊機時，有正接和反接兩種方法。而大量使用的是交流電弧焊設備，電極的極性頻繁交變，不存在極性問題，（1）正接焊件接電源正極，焊條接負極。一般焊接作

6、業(yè)均采用正接法。（2）反接焊件接電源負極，焊條接正極。一般焊接薄板時，為了防止燒穿，采用反接法進行焊接作業(yè)。2、焊條電弧焊的焊接過程1）焊接過程2）焊條電弧焊加熱特點（1）加熱溫度高，而且使局部加熱。焊縫附近金屬受熱極不均勻，可能造成工件變形、產(chǎn)生殘余應力以及組織轉(zhuǎn)變與性能變化的不均勻。（2）加熱速度快（1500度/秒），溫度分布不均勻，可能出現(xiàn)在熱處理中不應出現(xiàn)的組織和缺陷。（3）熱源是移動的，加熱和冷卻的區(qū)域不斷變化。3、電弧焊的冶金特點（1）反應區(qū)溫度高，使合金元素強烈蒸發(fā)和氧化燒損。（2）金屬熔池體積小，處于液態(tài)的時間很短，導致化學成分均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出而易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷

7、。4、焊條1）焊條的組成手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。（1）焊芯作為電弧焊的一個電極，與焊件之間導電形成電??；在焊接過程中不斷熔化，并過渡到移動的熔池中，與熔化的母材共同結晶形成焊縫；（2）焊條藥皮藥皮的作用 a）對熔池造成有效的氣渣聯(lián)合保護； b）使熔池內(nèi)金屬液脫氧、脫硫以及向熔池金屬中滲合金，提高焊縫的力學性能； c）起穩(wěn)弧作用，以改善焊接的工藝性。藥皮的組成 a）穩(wěn)弧劑：主要使用易于電離的鉀、鈉、鈣的化合物。 b）造渣劑：形成熔渣覆蓋在熔池表面，不讓大氣侵入熔池，且起冶金作用。 c）造氣劑：分解出CO和H2等氣體包圍在電弧和熔池周圍，起到隔絕大氣、保護熔滴和熔池的作用。 d）脫氧劑：

8、主要應用錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁鐵和石墨等，脫去熔池中的氧。 e）合金劑：主要應用錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢鐵等鐵合金。 f）粘結劑：常用鉀、鈉水玻璃。（3）焊條藥皮的種類a）酸性焊條藥皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。b）堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。2）焊條的種類焊條共分為十大類，即結構鋼焊條、低溫鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條。3）焊條的選用原則（1）選擇與母材化學成分相同或相近的焊條（2）選擇與母材等強度的焊條（3）根據(jù)

9、結構的使用條件選擇焊條藥皮的類型5、焊接接頭的金屬組織和性能的變化1）焊件上溫度的變化與分布焊縫區(qū)金屬經(jīng)受有償穩(wěn)狀態(tài)開始被加熱大較高的溫度，然后在逐漸冷卻到常溫這樣一個熱循環(huán)。2）焊接接頭處的組織和性能的變化（以低碳鋼為例）3）焊接接頭的主要缺陷（1）氣孔氣孔是焊接時熔池中的氣泡在焊縫凝固時未能逸出而留下來形成的空穴。防治措施：a）烘干焊條，仔細清理焊件的帶焊表面及附近區(qū)域；b）采用合適的焊接電流，正確操作。（2）夾渣夾渣是焊后殘留在焊縫中的熔渣。預防措施：a）仔細清理帶焊表面；b）多層焊時層間要徹底清渣；c）減緩熔池的結晶速度。（3）焊接裂紋a）熱裂熱裂是焊接過程中，焊接接頭的金屬冷卻到固相

10、線附近的高溫區(qū)產(chǎn)生的焊接裂紋。預防措施：減小結構剛度、焊前預熱、減小合金化、選用抗裂性好的低氫型焊條等。b）冷裂焊接接頭冷卻到較低溫度時產(chǎn)生的焊接裂紋。預防措施：a）用低氫型焊條并烘干、清除焊件表面的油污和銹蝕；b）焊前預熱、焊后熱處理。（4）未焊透未焊透是焊接接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：坡口角度或間隙太小、鈍邊過厚、坡口不潔、焊條太粗、焊速過快、焊接電流太小以及操作不當?shù)人隆＃?）未溶合未溶合是焊縫與母材之間未完全熔化結合的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：坡口不潔、焊條直徑過大及操作不當?shù)仍斐?。?）咬邊咬邊是沿焊趾的母材部分產(chǎn)生的溝槽或凹陷的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：焊接電流過大、電弧過長、焊條角度不當?shù)?/p>

11、所致。6、焊接變形1）焊接應力與變形的原因焊接時局部加熱是焊件產(chǎn)生焊接應力與變形的根本原因。2）焊接變形的基本形式3）防止與減小焊接變形的工藝措施（1）反變形法（2）加余量法（3）剛性夾持法（4）選擇合理的焊接工藝4）減小焊接應力的工藝措施（1）選擇合理的焊接順序（2）預熱法（3）焊后退火處理二、埋弧自動焊電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，稱為埋弧焊。埋弧焊的引弧、送進焊條一般均由自動裝置來完成，因此又稱為埋弧自動焊。1、埋弧自動焊的焊接過程2、埋弧自動焊的主要特點（1）生產(chǎn)率高（2）焊接質(zhì)量高而且穩(wěn)定（3）節(jié)約焊接材料（4）改善了勞動條件（5）適用于平焊長直焊縫和較大直徑的環(huán)形焊縫。對于短焊

12、縫、曲折焊縫、狹窄位置及薄板的焊接，不能發(fā)揮其長處。3、焊絲和焊劑4、埋弧自動焊的工藝特點（1）焊前準備工作要求嚴格（2）焊接熔深大（3）采用引弧板和引出板（4）采用焊劑墊或鋼墊板（5）采用導向裝置三、氣體保護焊1、氬弧焊使用氬氣作為保護氣體的氣體保護焊稱為壓弧焊。氬氣是惰性氣體，可保護電極和熔化金屬不受空氣的有害作用。氬弧焊按所用電極的不同分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊兩種。（1）非熔化極氬弧焊電極只作為發(fā)射電子、產(chǎn)生電弧用，填充金屬另加。常用摻有氧化釷或氧化鈰的鎢極，其特點是電子熱發(fā)射能力強，熔點沸點高（為3700K和5800K）。（2）熔化極氬弧焊鎢極氬弧焊電流小、熔深淺。中厚以上的鈦

13、、鋁、銅等合金的焊接多選用高生產(chǎn)率的熔化極氬弧焊。（3）氬弧焊的特點a）由于氬氣的保護，它適于各類合金鋼、易氧化的有色金屬，以及鋯、鉭、鉬等稀有金屬的焊接。b）氬弧焊電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面沒有熔渣，成形美觀，焊接變形小。c）明弧可見，便于操作，容易實現(xiàn)全位置自動焊接。d）鎢極脈沖氬弧焊接可焊接0.8mm以下的薄板及某些異種金屬。2、二氧化碳氣體保護焊利用CO2作為保護氣體的氣體保護焊，稱為二氧化碳氣體保護焊。它的保護作用主要是使焊接區(qū)與空氣隔離，防止空氣中的氮氣對熔化金屬的有害作用。焊接時： 2CO2=2CO+O2 CO2=C+O2因此焊接是在CO2、CO、O2氧化氣氛中進行的。二氧

14、化碳氣體保護焊的特點：（1）焊速高，可實現(xiàn)自動焊，生產(chǎn)率高。（2）為明弧焊接，易于控制焊縫成形。（3）對鐵銹敏感性小、焊后熔渣少。（4）價格低廉。（5）焊接飛濺與氣孔仍是生產(chǎn)中的難點。第三節(jié) 其它常用焊接方法一、電渣焊電渣焊就是利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的方法。1、焊接過程2、電渣焊的特點（1）可一次焊成很厚的焊件。（2）生產(chǎn)率高，成本低。（3）焊縫金屬比較純凈。（4）適于焊接中碳鋼與合金結構鋼。（5）焊縫區(qū)高溫停留時間長，晶粒粗大，焊后需熱處理來細化晶粒。二、等離子弧焊與切割1、等離子弧的概念（1）一般焊接電弧為自由電弧，電弧區(qū)只有部分氣體被電離，溫度不夠集中。（2） 當自由

15、電弧壓縮成高能量密度的電弧，弧柱氣體被充分電離，成為只含有正離子和負離子的狀態(tài)時，即出現(xiàn)物質(zhì)的第四態(tài)等離子體。等離子弧具有高溫（1500030000K）、高能量密度（480千瓦/厘米2）和等離子流高速運動（最大可數(shù)倍與聲速）（3）等離子弧焊的三種壓縮效應a）機械壓縮效應在等離子槍中，當高頻震蕩引弧以后，氣體電離形成的電弧通過焊嘴細小噴孔，受到噴嘴內(nèi)壁的機械壓縮。b）熱壓縮效應由于噴嘴內(nèi)冷卻水的作用，使靠近噴嘴內(nèi)壁處的氣體溫度和電離度急劇降低，迫使電弧電流只能從弧柱中心通過，使弧柱中心電流密度急劇增加，電弧截面進一步減小，這是對電弧的第二次壓縮。c）電磁收縮效應因為弧柱電流密度大大提高而伴生的電

16、磁收縮力使電弧得到第三次壓縮。因三次壓縮效應，使等離子弧直徑僅有3mm左右，而能量密度、溫度及氣流速度大為提高。2、等離子弧焊的特點（1）能量密度大，溫度梯度大，熱影響區(qū)小，可焊接熱敏感性強的材料或制造雙金屬件。（2）電弧穩(wěn)定性好，焊接速度高，可用穿透式焊接，使焊縫一次雙面成型，表面美觀，生產(chǎn)率高。（3）氣流噴速高，機械沖刷力大，可用于焊接大厚度工件或切割大厚度不銹鋼、鋁、銅、鎂等合金。（4）電弧電離充分，電流下限達0.1A以下仍能穩(wěn)定工作，適合于用微束等離子?。?.230A）焊接超薄板（0.012mm），如膜盒、熱電偶等。三、真空電子束焊真空電子束焊是利用定向高速運動的電子束流撞擊工件使動能

17、轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化，形成焊縫。真空電子束焊的特點：（1）在真空中進行焊接，焊縫純凈、光潔，呈鏡面，無氧化等缺陷。（2）電子束能量密度高達108瓦/厘米2，能把焊件金屬迅速加熱到很高溫度，因而能熔化任何難熔金屬與合金。熔深大、焊速快，熱影響區(qū)極小，因此對接頭性能影響小，接頭基本無變形。四、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)生的熱量進行焊接的方法。激光焊的特點：（1）激光焊能量密度大，作用時間短，熱影響區(qū)和變形小，可在大氣中焊接，而不需氣體保護或真空環(huán)境。（2）激光束可用反光鏡改變方向，焊接過程中不用電極去接觸焊件，因而可以焊接一般電焊工藝難以焊到的部位。（3）激光可對絕緣材料直

18、接焊接，焊接異種金屬材料比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。（4）功率較小，焊接厚度受一定限制。五、電阻焊電阻焊是在焊件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進行焊接的工藝方法。電阻焊的種類很多，常用的有點焊、縫焊和對焊三種。1、點焊點焊是將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。點焊主要用于薄板焊接。點焊的工藝過程：（1）預壓，保證工件接觸良好。（2）通電，使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。（3）斷點鍛壓，使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結晶，形成組織致密、無縮孔、裂紋的焊點。2、縫焊縫焊是將焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^，并置于

19、兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法?？p焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則、要求密封的結構，板厚一般在3mm以下。3、對焊對焊是使焊件沿整個接觸面焊合的電阻焊方法。（1）電阻對焊電阻對焊是將焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，電阻對焊主要用于截面簡單、直徑或邊長小于20mm和強度要求不太高的焊件。（2）閃光對焊閃光對焊是將焊件裝配成對接接頭，接通電源，使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點，在大電流作用下，產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預定溫度時，斷電

20、并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。閃光焊的接頭質(zhì)量比電阻焊好，焊縫力學性能與母材相當，而且焊前不需要清理接頭的預焊表面。閃光對焊常用于重要焊件的焊接?？珊竿N金屬，也可焊異種金屬；可焊0.01mm的金屬絲，也可焊20000mm的金屬棒和型材。六、摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量，使端面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛完成焊接的一種壓焊方法。摩擦焊的特點：（1）由于摩擦，焊件接觸表面的氧化膜和雜質(zhì)被清楚，使焊接接頭組織致密，不產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。（2）即可焊同種金屬，更適合于異種金屬的焊接。（3）生產(chǎn)率高。七、釬焊1、釬焊的種類根據(jù)釬料熔點不同，釬焊分為硬釬焊和軟釬焊兩種。（1）硬釬焊

21、釬料熔點高于450的釬焊為硬釬焊。硬釬料有銅基、銀基、鋁基等合金。釬劑常用鵬砂、硼酸、氟化物、氯化物等。加熱方法有火焰加熱、鹽浴加熱、電阻加熱、高頻感應加熱等。硬釬焊接接頭強度高達490MPa，適用于受力較大及工作溫度較高的工件。（2）軟釬焊釬料熔點低于450 的釬焊為軟釬焊。常用軟釬料為錫鉛合金。常用釬劑為松香、氯化銨溶液等。常用烙鐵及其它火焰加熱。2、釬焊的特點（1）焊件加熱溫度低，金屬組織和力學性能變化小，焊件變形小，接頭光滑平整，焊件尺寸精確。（2）可以焊同種或異種金屬。（3）可焊由多條焊縫組成的復雜形狀的焊件。（4）設備簡單，投資少。第四節(jié) 常用金屬材料的焊接一、金屬材料的焊接性1、

22、焊接性的概念焊接性就是金屬材料在一定工藝條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力，或指獲得優(yōu)質(zhì)接頭所采取工藝措施的復雜程度。金屬材料的焊接性的好壞包括兩方面內(nèi)容：（1）結合性能（2）使用性能影響金屬材料焊接性的主要因素是母材的化學成分。二、碳鋼的焊接性1、低碳鋼的焊接低碳鋼的塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感，焊接性良好。一般不需要采取特殊工藝措施，也不需要進行焊前（后）熱處理。但有兩種情況例外：（1）在焊接厚度大于50mm的焊件需焊后去應力退火。（2）在低溫條件下焊接較大剛度結構鋼時，需焊前預熱。常用焊接方法有：手工電弧焊、埋弧自動焊、電渣焊、氣體保護焊和電阻焊等。2、中碳鋼的焊接隨著含碳量的增加，淬硬傾向增大，焊接性變差。中碳鋼的焊接特點：（1）熔合區(qū)和熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋。（2）焊縫金屬熱裂傾向較大防止措施：（1）焊前預熱，焊后緩冷。（2）選用抗裂性好的堿性焊條。（3）選用細焊條小電流、開坡口、多層焊工藝。中碳鋼焊接方法有：手工電弧焊、電渣焊等。3、高碳鋼的焊接高碳鋼焊接性差，一般只限于修補。三、低合金結構鋼的焊接1、焊接特點低合金結構鋼的含碳量都