焊接機(jī)械零件的材料選擇

1、機(jī)械零件的材料選擇焊 接機(jī)制教研室2011年2月19日 第十二章 焊 接焊接是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛的一種連接金屬的方法。其實(shí)質(zhì)是用加熱或加壓等措施，借助于原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使兩塊分離的金屬連接成一個(gè)牢固整體的過(guò)程。焊接的方法很多，按焊接生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)可分為熔化焊、壓力焊、釬焊三大類(lèi)。熔化焊是最基本的焊接方法，在焊接生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位。壓力焊與釬焊具有成本低，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。隨著焊接技術(shù)的發(fā)展，焊接方法已有幾十種，現(xiàn)將常用方法分類(lèi)如下(見(jiàn)囪12-1)。 圖121 常用焊接方法分類(lèi)框圖焊接與鉚接等其他連接方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省金屬材料。(2)生產(chǎn)率高，生產(chǎn)

2、周期短，勞動(dòng)強(qiáng)度低。(3)焊縫氣密性高，利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。(4)能化“大”為“小”或以“小”拼“大”(5)可以制造雙金屬結(jié)構(gòu)。(6)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。焊接工藝廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、電氣技術(shù)、船舶、橋梁、建筑工程、化工設(shè)備、宇航技術(shù)、軍事工程等各個(gè)部門(mén)。第一節(jié) 熔化焊 熔化焊是將金屬的接頭處加熱到熔化或半熔化狀態(tài)，形成共同的熔池，并加入填充金屬，從而連接成整的焊接工藝方法。它適于焊接各種碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及耐熱鋼，也可以熔接鑄鐵和非金屬。焊接接頭機(jī)械性能高，氣密性好，是焊接生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的類(lèi)方法。一、手工電弧焊 電弧焊是利用電弧加熱熔化金屬進(jìn)行焊接的方法。手工電弧焊是電弧焊中的一種主要

3、工藝，具有操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、可就地操作等優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)應(yīng)用很廣泛。1電弧焊原理 焊接電弧是在焊條與工件間的氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強(qiáng)烈放電現(xiàn)象。 焊接操作時(shí)，先使電焊條與焊件瞬時(shí)接觸，由于短路產(chǎn)生高熱，使接觸處金屬迅速融化并產(chǎn)生金屬蒸氣。將焊條提起，離開(kāi)焊條24nun時(shí)，在電焊條與焊件之間充滿(mǎn)了高溫氣體和金屬蒸氣，由于焊接電壓的作用，從高溫金屬表面發(fā)射出電子，電子撞擊氣體分子和金屬蒸氣，使其電離成匯離子和負(fù)離子，正離子流向陰極，負(fù)離子和電子流向陽(yáng)極， 于是便形成了電弧。2手工電弧焊設(shè)備手工電弧焊設(shè)備主要是交流弧焊機(jī)和直流弧焊機(jī)、整流器式直流電焊機(jī)等。(1)交流弧焊機(jī) 交流弧焊機(jī)是一種裝有特殊變壓器的電弧

4、焊設(shè)備。常用BX1-330型漏磁式交流弧焊機(jī)。焊接空載電壓為60-70V，工作電壓為30V，工作電流可在50-450A范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 (2)直流弧焊機(jī) 直流弧焊機(jī)是提供直流電進(jìn)行焊接的電弧焊設(shè)備。此類(lèi)焊機(jī)有兩種類(lèi)型的產(chǎn)品。一種是發(fā)電機(jī)式直流弧焊機(jī)，常用型號(hào)AX330型，其焊接空載電壓為5080V，工作電壓30V，電流調(diào)節(jié)范圍為45-320A。另種整流器式直流電焊機(jī)，其原理是用大功率整流元件組成整流器，將工頻交流電整流成符合焊接需要的直流電。這種焊機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單維修方便，噪音小，是一種很有發(fā)展前途的焊接電源。直流弧焊機(jī)輸出端有正、負(fù)兩極之分?；『笝C(jī)與焊條、工件有兩種不同的接線法。將工件接焊機(jī)正極，焊條

5、接焊機(jī)負(fù)極，這種接法稱(chēng)為正接，反之稱(chēng)為反接，或稱(chēng)為正極性接法、反極性接法。焊接厚板時(shí)，一般采用直流正接。這是因?yàn)殡娀≌龢O的溫度和熱量比負(fù)極高，采用正接能獲得較大的熔深。焊接薄板時(shí)，為防止燒穿，常采用反接，在使用堿性焊條時(shí)(如結(jié)427、結(jié)507)，均采用直流反接。 3電焊條 電焊條是由金屬焊條芯和涂覆在焊條芯外面的藥皮組成的(見(jiàn)圖122)。 (1)焊條芯 焊條芯是用金屬或合金制成的金屬絲，在焊接過(guò)程中起填充金屬和傳導(dǎo)電流的作用。焊條的化學(xué)成分和非金屬夾雜物的含量多少對(duì)焊縫質(zhì)量影響很大，因此要嚴(yán)格控制，以保證焊縫金屬各方面的性能不低于基體金屬。焊條芯的直徑最小為0.4 mm,最大為9mm，直徑為3

6、5mm的應(yīng)用最廣，見(jiàn)表121。圖12-2 電焊條表12-1 焊接碳素鋼焊條鋼芯成分示例(2)藥皮 藥皮是用礦石粉、鐵合金粉籌多種原料按比例配制的包裹在焊條芯外面的層蒙皮。藥皮的作用是：提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，保護(hù)熔池金屬不被氧化，向焊縫金屬添加合金元素，改善焊縫質(zhì)量。常用焊條藥皮的作用及成分如表122、表123所示。表12-2 焊條藥皮原料的種類(lèi)名稱(chēng)及其作用(3)焊條種類(lèi) 按GB9801976規(guī)定，焊條分九大類(lèi)：結(jié)構(gòu)鋼焊條(J)、耐熱鋼焊條(R)、不銹鋼焊條(B)、堆焊焊條(D)、低溫鋼焊條(W)、鑄鐵焊條(Z)、鎳合金焊條(N)、銅及銅合金焊條(T)、鋁及鋁合金焊條(L)等。 焊條牌號(hào)的表示方

7、法：類(lèi)別代號(hào)加三位數(shù)，前兩位數(shù)表示焊縫金屬的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，第三位表示藥皮類(lèi)型及適用電源種類(lèi)。例“結(jié)422”或“J422”，其含義為結(jié)構(gòu)鋼焊條，焊縫最低抗拉強(qiáng)度為420MPa，鈦鈣型藥皮，適用于交、直流電源。 4焊接規(guī)范 焊接規(guī)范是影響焊接質(zhì)量和生產(chǎn)率的各種工藝參數(shù)的總稱(chēng)。分別簡(jiǎn)述如下。 (1)焊條直徑的選擇 主要根據(jù)被焊金屬件的厚度決定，如表124所示。表124 焊條直徑的選擇(2)焊接電流大小選擇 主要根據(jù)焊條直徑?jīng)Q定，如表125所示。表125 各種直徑焊條使用電流值 (3)焊接速度和電弧長(zhǎng)度選擇 焊接速度一般根據(jù)焊縫尺寸和焊條特性憑經(jīng)驗(yàn)掌握，太快和太慢都會(huì)降低焊接縫的外觀質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，

8、焊速適當(dāng)時(shí)，焊道的熔寬約等于焊條直徑的兩倍，表面平整，波紋細(xì)密。焊速過(guò)高時(shí)，焊道窄而高，波紋粗糙，熔合不良。焊速過(guò)低時(shí)，熔寬過(guò)大，工件易被燒穿。焊接電弧的長(zhǎng)度約等于焊條直徑。5接頭型式和坡口形狀 (1)接頭型式 常用焊接接頭型式為對(duì)接接頭、搭接接頭、角接接頭如圖123所示。根據(jù)焊接件的結(jié)構(gòu)性要求和工藝性要求確定接頭型式。丁字接頭等，圖123 常見(jiàn)焊接接頭型式 (2)對(duì)接接頭的坡口形狀 對(duì)接接頭是各種焊接結(jié)構(gòu)中采用最多的一種接頭型式。為確保焊接質(zhì)量，對(duì)于較厚的工件，要把兩個(gè)工件間的待焊處加工成一定的幾何形狀，稱(chēng)為坡口。常見(jiàn)坡口形狀如圖124所示。6焊縫的空間位置 在生產(chǎn)實(shí)踐中，焊縫可以處于空間的

9、不同位向，如圖125所示。平焊位置最佳，操作方便，勞動(dòng)條件好，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量易保證。立焊、橫焊次之，仰焊最差。圖125 焊縫的空間位置 圖126 埋弧焊焊縫形成過(guò)程示意圖（1一被焊件；2一焊絲；3一焊劑；4熔化了的焊劑；5熔池；6一焊縫；7一渣殼；）二、埋弧自動(dòng)焊1埋接過(guò)程和特點(diǎn) 埋弧自動(dòng)焊以連續(xù)送進(jìn)的焊絲代替手弧焊的焊條芯，以焊劑代替焊條藥皮。焊縫形成過(guò)程如圖126所示。焊絲末端與工件之間產(chǎn)生電弧，電弧熱量使焊絲、工件及焊劑熔化，其中一部分達(dá)到沸點(diǎn)，蒸發(fā)形成高溫氣體，在熔池外圍形成一個(gè)封閉的空間。電弧在封閉空間燃燒時(shí)，焊絲與基體金屬不斷熔化，形成熔池，隨著電弧前移，熔池金屬冷凝成焊縫。密

10、度較輕的熔渣浮在熔池表面，冷凝成渣殼。2埋弧焊的特點(diǎn) (1)焊絲導(dǎo)電長(zhǎng)度短，焊接電流大，熔深較大，即使較厚的工件也可以不開(kāi)坡口直接焊接。 (2)生產(chǎn)率高，節(jié)約材料和工時(shí)，電弧熱量集中，熱能利用率高。(3)焊接過(guò)程穩(wěn)定，焊接能有效地保護(hù)熔池，防止外界空氣侵入，焊接質(zhì)量奸，焊縫光潔、平直、美觀。(4)埋弧焊熱能集中，速度快，焊接變形小。 (5)焊接過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，改善了勞動(dòng)條件，降低了工人的勞動(dòng)條件。埋弧焊廣泛使用在鍋爐、壓力容器、造船等行業(yè)中。3.埋弧焊設(shè)備 目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)使用的以單絲自動(dòng)焊機(jī)為主，雙絲、多絲焊機(jī)應(yīng)用較少。埋弧焊因其生產(chǎn)率高，正日益受到人們的重視。 國(guó)產(chǎn)埋弧自動(dòng)焊機(jī)原理

11、如圖127所示。圖127 埋弧焊設(shè)備示意圖1一焊接小車(chē)底座；2一立柱；3一料斗支承臂；4控制盤(pán)；5一焊絲盤(pán)；6一焊絲機(jī)頭；7一焊劑漏斗；8一焊縫；9一渣殼；10一焊劑；11一焊接電纜三、氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊是利用某種氣體作為保護(hù)介質(zhì)的一種電弧焊方法。常用氬弧焊和C0氣體保護(hù)焊。 1氬弧焊 氬弧焊以氬氣作為保護(hù)氣體，根據(jù)電極的不同又分為熔化極氬弧焊和非熔化極氬弧焊，如圖128所示。氬弧焊的原理是：從噴嘴流出的氬氣在電弧及熔池周?chē)纬蛇B續(xù)封閉的氣流圈，保護(hù)電極和熔池金屬不被氧化，氬氣是惰性氣體，它既不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不溶解于金屬，是種高質(zhì)量的焊接方法。氬弧焊是明弧焊，便于觀察。操作靈

12、活，適用于各種空間位置的焊接。氬氣價(jià)格較高，生產(chǎn)成本較高，因而主要應(yīng)用于不銹鋼和非鐵金屬材料的焊接。 2C0氣體保護(hù)焊 C0氣體保護(hù)焊以C0氣體作為保護(hù)氣體，其原理與氬弧焊相似。這種焊接方法成本低，電流密度大，生產(chǎn)率高，操作靈活，適用于各種空間位置的焊接，主要用于低碳鋼和普通低合金鋼的焊接。四、氣焊與氣割 1氣焊 氣焊是利用氧氣和可燃性氣體混合燃燒所產(chǎn)生的熱量，將焊件接頭和焊絲熔化，使焊件連接在起的種焊接方法。 氣焊屬熔化焊?？扇夹詺怏w主要有乙炔、丙烷及氫氣等。乙炔與純氧混合燃燒放出的有效熱量最多，火焰溫度可達(dá)3300C，應(yīng)用最廣。 氣焊火焰溫度較電弧焊低，加熱速度也較慢，火焰熱量分散，熱影響

13、區(qū)較寬，焊件易變形。氣焊火焰中的氫、氧能與熔池金屬發(fā)生作用，氧化或溶入金屬液體。氣焊焊縫質(zhì)量不如電弧焊奸。氣焊火焰易于調(diào)控，熱量不像電弧焊那么集中，因而適用于焊接薄鋼板、非鐵金屬、鑄鐵及堆焊硬質(zhì)合金等。 為適應(yīng)不同情況的焊接要求，需要調(diào)整氣焊火焰。改變氧氣與乙炔的體積比可獲得三種不同性質(zhì)的火焰，如圖129所示。 (1)氧化焰VoVcH1.2，由于氧氣比例高，火焰短，溫度高(31003300)，對(duì)熔池金屬有氧化作用，只適用于焊接黃銅。 (2)中性焰VoVcH=1.01.2，供氧充分，燃燒完全，內(nèi)焰溫度可達(dá)30003200。中性焰溫度高，對(duì)熔池金屬氧化作用較微，應(yīng)用較廣，適用于焊接低碳鋼、中碳鋼、

14、合金鋼、紫銅和鋁合金等材料。 (3)碳化焰VoVcH1.0，供氧不足，燃曉不完全，火焰長(zhǎng)，溫度低(27003000)。由于乙炔燃燒不充分，對(duì)工件有增碳作用，適用于焊接高碳鋼、鑄鐵和硬質(zhì)合金等材料。2氧氣切割氧氣切割是根據(jù)某些金屬在氧氣流中能劇烈氧化的原理，利用割炬切割金屬的：藝方法。 氣割時(shí)用割炬代替焊炬，其設(shè)備與氣焊相同。割炬外形如圖1210所示。 氧氣切割的過(guò)程如圖1211所示。首先用氧化焰將割口始端附近的金屬預(yù)熱到燃點(diǎn)，然后打開(kāi)切割氧閥門(mén)，氧氣射流使高溫金屬立即劇烈氧化燃燒，生成熔融狀態(tài)的氧化物被氧氣流吹走。如此移動(dòng)割炬，即可形成割口。 金屬材料只有滿(mǎn)足下列條件時(shí)才能采用氧氣切割：金屬材

15、料的燃點(diǎn)低于其熔點(diǎn)，燃燒生成的金屬氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬的熔點(diǎn)，而且流動(dòng)性也好，金屬燃燒時(shí)能放出大量的熱，金屬本身的導(dǎo)熱性不應(yīng)太高。 圖129 氣焊火焰示意圖 圖12-10 割炬 圖12-11 氣割過(guò)程示意圖 能滿(mǎn)足上述條件的金屬材料有純鐵、低碳鋼、中碳鋼和普通低合金鋼。高碳鋼、鑄鐵、高合金鋼，銅、鋁等非鐵金屬及其合金均難以進(jìn)行氧氣切割。五、其他熔化焊簡(jiǎn)介1.電渣焊電渣焊是利用電流通過(guò)熔融液渣所產(chǎn)生的電阻熱對(duì)焊件進(jìn)行焊接的方法?；驹砣鐖D圖1212圖1212 電渣焊原理圖l焊件；2焊絲；3焊劑；4渣池；5冷卻滑塊；6焊縫；7冷卻水管；8電弧 將電源分別接在焊件1和電極2上，在焊件待焊焊縫的兩

16、側(cè)，裝著不使液態(tài)金屬和熔渣外流的銅滑塊5，滑塊內(nèi)通水冷卻。電流由電極(焊絲)2流經(jīng)能導(dǎo)電的熔渣和工件。巨大電流產(chǎn)生的電阻熱使焊絲和焊縫金屬熔化，金屬熔池在滑塊冷卻下，迅速凝固結(jié)晶成細(xì)晶粒組織的焊縫。 電渣焊能使厚大焊件開(kāi)開(kāi)坡口一次焊成，生產(chǎn)率高，焊縫平整光潔，缺陷少，質(zhì)量好。主要應(yīng)用于重型機(jī)械制造和鑄鐵件焊補(bǔ)。2等離子弧焊等離子弧焊是一種鎢極壓縮氣體保護(hù)焊接方法。工作原理如圖1213所示。在鎢電極與焊件間產(chǎn)生的電弧在水冷噴嘴孔道中，受到機(jī)械壓縮、熱收縮、磁收縮效應(yīng)的綜合作用，弧度截面小，電流密度大，弧內(nèi)氣體電離度高，成為溫度很高、能量很大的等離子弧。1012mm厚的焊件可不開(kāi)坡口，不加填充金屬

17、，一次焊成。由于氬氣流保護(hù)，熔池金屬不會(huì)被腐蝕，因而焊縫質(zhì)量好。因?yàn)榧訜崴俣瓤?，熱量集中，熱量響區(qū)小，變形也小。此種焊接方法生產(chǎn)率高，可在任意空間位置施焊，適用于各種鋼及鈦、鎳、銅、錫、鉬、鉆等多種材料焊接，廣泛應(yīng)用于尖端技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)。如鈦合金導(dǎo)彈殼體、微型繼電器和電容器外殼、航天工業(yè)中的薄壁容器焊接等。 3電子束焊 電子束焊是利用高壓電子流束加熱焊件進(jìn)行焊接的一種先進(jìn)焊接方法。工作原理如圖12-14所示。圖1213 等離子弧焊原理圖 圖12-14 真空電子束焊接原理示意圖1鎢極(負(fù)極)；2氬氣進(jìn)氣管；3冷卻水進(jìn)口；4噴嘴；5等離子?。?冷卻水出口；7焊件；8振蕩器1電源；2燈絲電源；3加熱

18、絲(即燈絲)；4陰極；5陽(yáng)極；6電磁聚焦透鏡；7電子束；8焊件；9真空焊接室；10真空系統(tǒng)；11電磁聚焦電源 電子槍、焊件和夾具均裝在真空室內(nèi)。電子槍由燈絲、陰極、陽(yáng)極、電源、聚焦透鏡等組成。當(dāng)陰極被燈絲加熱到高溫時(shí)，開(kāi)始大量發(fā)射電子，電子在電極與聚焦透鏡組成的聚焦裝置作用下形成電子流束，電子流束在高壓電場(chǎng)的作用下，以極大速度(160000Km/s)射向焊件(陽(yáng)極)表面，電子流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，能量密度為普通電弧? 000倍，它使焊件金屬迅速熔化甚至汽化。根據(jù)焊件的熔化情況，均勻移動(dòng)焊件，即可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的焊接。 電子束焊熔深可達(dá)200 mm，即使300 mm厚的工件亦可不開(kāi)坡口一次焊成，也可

19、焊厚度小于01mm的箔材，焊件厚度范圍很寬，焊接質(zhì)量很好，但成本高昂。主要應(yīng)用于鈦、鋯、鉭、鉬、鈮、鉑、鎳等高熔點(diǎn)金屬及合金的焊接。在原子能、導(dǎo)彈技術(shù)、航天工業(yè)等尖端技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。 4激光焊接 激光焊接是利用原子受激輻射的原理，產(chǎn)生波長(zhǎng)均一、方向一致的高能激光束進(jìn)行金屬與非金屬材料的焊接、穿孔和切割的工藝方法。 激光焊接原理如圖1215所示。激光器發(fā)出的激光束經(jīng)聚焦系統(tǒng)作用，聚焦于焊件接頭處微小的一點(diǎn)，該點(diǎn)能量密度達(dá)10W/cm，光能轉(zhuǎn)換成熱能，使金屬熔化形成焊接接頭。激光焊接特別適用于焊接微小、精密、排列密集、對(duì)過(guò)熱敏感的焊件。日前已廣泛應(yīng)用于微電子元件(集成電路引線)焊接，微型繼電器、

20、電容器、儀表游絲等的焊接。圖12-15 激光焊接示意圖1電源；2激光器；3聚焦光束；4瞄準(zhǔn)鏡；5-聚焦系統(tǒng)；6激光束；7外門(mén)第二節(jié) 其他焊接方法在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的焊接方法，除熔化焊外還有電阻焊、摩擦焊和釬焊等。一、電阻焊 電阻焊又稱(chēng)接觸焊，是利用低壓大電流通過(guò)焊件接縫處所產(chǎn)生的電阻熱加熱金屬，將按縫處加熱到塑性狀態(tài)或熔化狀態(tài)，在壓力作用下使焊件連成體的焊接方法。具體工藝分為對(duì)焊、點(diǎn)焊、縫焊三種類(lèi)型，如圖1216所示。電阻焊采用大電流(數(shù)萬(wàn)安培)加熱，能量密度高，可在極短時(shí)間內(nèi)(0.01秒至幾秒)獲得焊接接頭，生產(chǎn)率高，焊件變形小，不需填充金屬和焊劑，接頭表面平整光潔，操作簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械

21、化、自動(dòng)化。對(duì)焊適用于棒料、型鋼、管件等焊接。點(diǎn)焊適用于厚度小于6mm的板料搭接?？p焊適用于厚度小于3mm的薄板焊接。二、摩擦焊 摩擦焊是利用焊件接觸面相對(duì)運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)烈摩擦產(chǎn)生的熱量，使接觸面加熱到塑性狀態(tài)，在壓力作用下連成一體的焊接方法。 圖1217為摩擦焊原理示意圖。焊件1和2被夾在焊機(jī)上，施加一定壓力使兩焊件緊密接觸，再使焊件l旋轉(zhuǎn)，兩焊件接觸面因相對(duì)摩擦而產(chǎn)生高熱，待接觸面加熱成塑性狀態(tài)時(shí)，使焊件1停轉(zhuǎn)，在焊件2一側(cè)加壓力，使兩焊件產(chǎn)生塑性變形而焊接起來(lái)。 摩擦焊接頭一般為等截面的，也可以是不等截面的，但必須有一工什為圓形或管形。如圖1218所示為摩擦焊常用接頭型式。摩擦焊廣泛用于圓形工

22、件及管子的對(duì)接，可焊實(shí)心焊件直徑為2100mm，管子外徑達(dá)數(shù)百毫米。圖1217 摩擦焊原理示意圖 圖1218 摩擦焊接頭型式三、釬焊 釬焊是利用熔點(diǎn)比焊件金屬低的釬料作填充金屬，加熱使釬料熔化將固態(tài)金屬工件連接起來(lái)的一種焊接方法。 1釬焊過(guò)程 將表面清潔的工件(見(jiàn)圖1219)搭接在起，把釬料放入裝配間隙或附近，適當(dāng)加熱，使釬枓熔化。熔融釬料借助毛細(xì)管作用被吸入并充滿(mǎn)固態(tài)金屬工件間隙內(nèi)，金屬原子相互擴(kuò)散，凝固后即形成釬焊接頭。圖1219 釬焊接頭型式 2釬料 (1)硬釬料。熔點(diǎn)在450以上的釬料為硬焊料。硬釬料焊接強(qiáng)度高，適于焊接受力較大或工作溫度較高的工件。屬硬釬料的有銅基、銀基、鋁基、鎳基釬

23、料等。(2)軟釬料。熔點(diǎn)在450以下的釬料為軟釬料。軟釬料強(qiáng)度較低，一般不超過(guò)70MPa，用于焊接受力不大或工件溫度較低的工件。錫鉛焊料即屬此類(lèi)。 3熔劑 熔劑的作用是清除被焊金屬表面氧化膜及雜質(zhì)，改善釬料流動(dòng)性，保護(hù)釬料及焊件免于氧化。熔劑對(duì)釬焊質(zhì)量影響很大。硬釬料配用熔劑為硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。軟釬料配用熔劑為松香或氯化鋅溶液等。 4加熱 釬焊的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、鹽浴加熱等。釬焊加熱溫度不高，釬件組織和性能變化不大，變形小，接頭光滑平整，尺寸精確，既可釬接同種金屬，也可釬接異種金屬。其主要缺點(diǎn)是接頭強(qiáng)度較低，工作溫度不能過(guò)高。 釬焊在機(jī)械、

24、電氣技術(shù)及儀表制造等行業(yè)應(yīng)用廣泛。第三節(jié) 常用金屬材料的焊接一、金屬材料的焊接性 金屬材料的焊接性是指被焊金屬材料在定的焊接工藝條件下獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度。金屬材料的焊接性是一個(gè)相對(duì)概念，同一種金屬材料，采用不同的焊接方法，其焊接性將有大差別。 1工藝焊接性與使用焊接性人們所說(shuō)的金屬材料的焊接性有兩方面的具體含義，即工藝焊接性和使用焊接性。(1)工藝焊接性 主要指焊接接頭出現(xiàn)各種裂縫的可能性，也稱(chēng)抗裂性。(2)使用焊接性 主要指焊接接頭在使用中的可靠性，包括機(jī)械性能和其他特殊性金屬材料的焊接性是產(chǎn)品設(shè)計(jì)、施工準(zhǔn)備及正確擬訂焊接工藝的重要依據(jù)。2鋼焊接性估算碳鋼及低合金鋼的焊接性可通過(guò)試驗(yàn)

25、測(cè)定或運(yùn)用碳當(dāng)量公式進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算。國(guó)際焊接學(xué)會(huì)推薦使用的碳當(dāng)量公式如下。注意，式中各化學(xué)元素符號(hào)表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 當(dāng)C0.4時(shí)，鋼的淬硬傾向不明顯，焊接性好，焊接時(shí)不必預(yù)熱，能用各種方法施焊。 當(dāng)C為0.4一0.6時(shí)，鋼的淬硬傾向較明顯，為防止產(chǎn)生焊接微裂紋，焊前要適當(dāng)預(yù)熱，施焊時(shí)應(yīng)采取有效控制措施。 當(dāng)C0.6時(shí)，鋼的淬硬傾向大，屬于較難焊材料，需要采取較高溫度預(yù)熱和更嚴(yán)格的工藝措施。常用金屬材料的焊接性見(jiàn)表126。二、焊接接頭組織與性能焊接接頭由焊縫和近縫區(qū)(熱影響區(qū))組成。焊接過(guò)程中，焊接及近縫區(qū)金屬都經(jīng)歷了一次升溫和降溫過(guò)程，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于經(jīng)受一次不同溫度的熱處理，組織和性能都發(fā)生

26、了相應(yīng)的變化。其溫度分布如圖1220所示?，F(xiàn)以低碳鋼為例，說(shuō)明焊件接頭處金屬組織和性能變化情況。如圖1221所示，焊縫區(qū)溫度最高，冷凝時(shí)液態(tài)金屬的結(jié)晶從熔池壁開(kāi)始，沿著垂直于池壁方向形成柱狀晶粒組織。熱影響區(qū)由半熔化區(qū)，過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)、再結(jié)晶區(qū)組成。半熔化區(qū)和過(guò)熱區(qū)晶粒粗大，機(jī)械性能不佳，容易發(fā)生應(yīng)力集中和產(chǎn)生微裂紋，對(duì)焊接質(zhì)量影響很大，應(yīng)盡可能減小熱影響區(qū)。圖12-20 鋼焊接接頭處溫度分布圖表127列出了低碳鋼熱影響區(qū)的大約數(shù)值。改變焊接規(guī)范或通過(guò)焊后熱處理可以控制熱影響區(qū)的寬度和消除熱影響區(qū)過(guò)熱組織缺陷。表12-7 各種焊接方法熱影響區(qū)的大小三、常用金屬的焊接1碳鋼的焊接 (

27、1)低碳鋼焊接 低碳鋼焊接性好，適于各種焊接方法，般不需采取特殊工藝措施，就能獲得良好的焊接接頭。當(dāng)焊件厚度大于30mm或環(huán)境溫度低于-10時(shí)，若采用普通手工電弧焊，焊前應(yīng)將焊件適當(dāng)預(yù)熱。 (2)中碳鋼焊接 隨著鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋼的焊接性逐漸變差。中碳鋼因焊接性不如低碳鋼，焊縫和熱影響區(qū)中容易產(chǎn)生脆性的淬火組織，若工藝措施不當(dāng)，還可能出現(xiàn)裂紋。為了獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭，焊前應(yīng)將焊件預(yù)熱150250，焊后緩冷，采用抗裂性能好的低氫型電焊條。 (3)高碳鋼焊接 高碳鋼由于鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，淬硬傾向大，焊接性差。這類(lèi)鋼一般只適用于進(jìn)行修補(bǔ)性焊接。補(bǔ)焊時(shí)要注意焊接工藝，選用碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的小直徑焊條

28、，直流反接，焊前預(yù)熱300500，焊速慢，焊后緩冷。 2普通低合金鋼焊接 這類(lèi)鋼因含有定量的合金元素，熱影響區(qū)淬硬傾向和焊接接頭的開(kāi)裂傾向較大，焊接性較差。鋼中碳與合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，焊接性愈差。此類(lèi)鋼焊接前須預(yù)熱300500，選用抗裂性好的低氫型堿性焊條。焊條使用前應(yīng)用300400烘干。采用較大的焊接電流和較慢的焊接速度，焊后及時(shí)回火(550650)消除應(yīng)力。若用氣焊，宜用中性火焰。 3鑄鐵的焊補(bǔ) 鑄鐵焊接主要用于鑄鐵件的修復(fù)和焊補(bǔ)。鑄鐵因碳硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，組織不均勻，強(qiáng)度低，塑性差，焊接性不好。鑄鐵焊接的主要困難是焊接時(shí)碳硅元素易燒損，形成硬脆的白口組織，裂紋傾向大。因此，必須采取合理

29、的焊接方法與工藝規(guī)范以保證焊補(bǔ)質(zhì)量。常用下述兩種方法。 (1)熱焊法 將待焊鑄件先經(jīng)600700預(yù)熱再施焊。灰鑄鐵熱焊時(shí)宜采用鋼芯或鑄鐵芯石墨型藥皮電焊條，焊接電流要大，速度要慢。球墨鑄鐵熱焊時(shí)宜采用細(xì)直徑鋼芯強(qiáng)石墨型藥皮鑄鐵焊條，小電流，慢速度。鑄鐵若用氣焊，宜用中性焰或輕微碳化焰。 (2)冷焊法 鑄件不預(yù)熱或經(jīng)低溫預(yù)熱(400以下)后施焊。用手弧焊進(jìn)行冷焊時(shí)，焊條可用鋼芯強(qiáng)石墨型藥皮鑄鐵焊條或鑄鐵芯焊條、銅基、鎳基、鎳銅合金(蒙乃爾合金)焊條等。選用小電流斷續(xù)焊法，焊后立即用小鐵錘敲擊焊縫，以減小焊接應(yīng)力。4非鐵金屬及其合金的焊接 (1)銅及銅合金的焊接 銅及銅合金焊接性差，比低碳鋼焊接困

30、難得多。銅因?qū)嵝院谩⑸峥?，因而不易焊透；銅線膨脹系數(shù)大，凝固收縮率也大，因而焊接應(yīng)力大、變形大，易產(chǎn)生裂紋；焊接時(shí)熔池金屬易氧化、吸氣造成氣孔和夾渣等。銅及其合金因具有上述不利于焊接的特點(diǎn)，用般手弧焊難以獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、碳弧焊、釬焊等方法焊接。采用氬弧焊是保證紫銅及青銅焊接質(zhì)量的有效方法。氬弧焊時(shí)，焊絲用特制紫銅焊絲(絲201)，溶劑用硼酸或硼砂(如氣劑301)。 氣焊紫銅和青銅時(shí)應(yīng)用中性焰，氧過(guò)多時(shí)會(huì)加上銅氧化的傾向，熔池吸氫增多，接頭質(zhì)量不佳。氣焊用焊絲和熔劑與氬弧焊相同。 黃銅焊接目前最常用的方法是氣焊，因?yàn)闅夂笢囟容^低，焊接過(guò)程中鋅的蒸發(fā)少。氣焊黃銅一

31、般用輕微氧化焰，采用含硅的焊絲(絲221、絲222)有利于在熔池表面形成一層致密的氧化硅薄膜，以阻礙鋅蒸發(fā)，焊劑用硼酸和硼砂的混合劑。 (2)鋁及鋁合金焊接 鋁及其合金因具有與銅相似的特點(diǎn)而不利于焊接，雖可用氣焊、電弧焊、氬弧焊、電阻焊、釬焊、埋弧焊等方法施焊，但以氬弧焊質(zhì)量最好。施焊時(shí)須用熔劑除去氧化膜及雜質(zhì)，常用溶劑為氯化物和氟化物組成的混合物(如氣劑401)。焊前預(yù)熱(200300)，焊后退火(300400)。焊前認(rèn)真清除接頭部位的油垢、污物，焊后用熱水或10的NaOH水溶液清洗焊縫。第四節(jié) 焊件質(zhì)量分析一、焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力所引起的變形和開(kāi)裂是影響焊接質(zhì)量的主要原因之一。1焊接應(yīng)力

32、的產(chǎn)生原因 焊接過(guò)程為什么會(huì)產(chǎn)生很大的應(yīng)力呢?現(xiàn)以平板對(duì)接為例說(shuō)明焊接應(yīng)力的產(chǎn)生及導(dǎo)致變形開(kāi)裂的過(guò)程。如圖222所示，兩塊金屬材料對(duì)焊時(shí)，由于電弧的熱作用，焊縫區(qū)附近溫度急劇升高，而較遠(yuǎn)處溫度仍較低，這樣導(dǎo)致焊件各部分金屬出現(xiàn)不均勻的熱膨脹。如果焊縫區(qū)金屬不受阻礙，熱膨脹將能自由進(jìn)行，如圖1222(a)所示。但實(shí)際上受到周?chē)饘俚淖璧K，焊縫區(qū)金屬不能自由地伸長(zhǎng)，此時(shí)焊縫區(qū)金屬受壓應(yīng)力，周?chē)饘偈芾瓚?yīng)力。焊縫區(qū)金屬本身處在熱塑性狀態(tài)，容易變形，當(dāng)壓應(yīng)力大于其屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生壓縮性塑性變形，如圖1222(b)所示，此時(shí)金屬的伸長(zhǎng)并沒(méi)有圖1222(a)那么長(zhǎng)。焊件冷卻時(shí)，焊縫區(qū)金屬因在加熱時(shí)產(chǎn)生

33、了壓縮塑性變形，冷卻收縮后的長(zhǎng)度在自然收縮的情況下為L(zhǎng)，但具收縮又受到周?chē)饘俚臓恐?，?shí)際長(zhǎng)度L比L長(zhǎng)，比原長(zhǎng)L短。L- L即為變形量。此時(shí)焊縫區(qū)金屬受拉應(yīng)力，周?chē)饘偈軌簯?yīng)力，此即為焊件的殘余應(yīng)力，如圖1222(c)所示。當(dāng)然，焊接過(guò)程中應(yīng)力與變形的實(shí)際情況比我們上面分析的還要復(fù)雜。 綜上所述，可見(jiàn)焊件不均勻的局部加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力的根本原因，而當(dāng)應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生開(kāi)裂。(a)加熱時(shí)自由伸長(zhǎng) (b)加熱時(shí)的變形 (c)冷卻后的變形圖1222 焊接應(yīng)力與變形示意圖2焊接變形的基本形式焊接變形是多種多樣的，最常見(jiàn)的有以下五種形式，如圖1223所示。 (1

34、)收縮變形 焊件縱向和橫向尺寸縮短，如圖1223(a)所示。 (2)角變形 V形坡口對(duì)接施焊時(shí)，由于焊縫截面形狀上下不對(duì)稱(chēng)，焊后收縮不均勻而引起角變形，如圖1223(b)所示。 (3)彎曲變形 T形梁焊接時(shí)，由于焊縫布置不對(duì)稱(chēng)，焊縫縱向收縮引起彎曲變形，蟲(chóng)口圖1223(c)所示。 (4)扭曲變形。由于焊縫在焊件橫截面上布置不對(duì)稱(chēng)，焊接工藝不合理產(chǎn)生的復(fù)雜變形，如圖1223(d)所示。 (5)波浪形變形 由于焊縫的縱、橫向收縮引起角變形，這些變形連貫起來(lái)就形成了波浪變形，這類(lèi)變形多產(chǎn)生在薄板的焊接結(jié)構(gòu)中，如圖1223(e)所示。圖12-23 常見(jiàn)焊接變形形式 3預(yù)防和減小焊接變形的措施 為了預(yù)防

35、和減小焊接變形，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用合理的結(jié)構(gòu)型式，焊接時(shí)采用必要的工藝措施。人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中創(chuàng)造的如下幾點(diǎn)措施是可行的。 (1)對(duì)易產(chǎn)生變形和裂紋的焊件，焊前應(yīng)預(yù)熱，焊后應(yīng)緩冷。 (2)選用正確的焊接次序。例如焊縫為對(duì)稱(chēng)性焊縫時(shí)，應(yīng)按對(duì)稱(chēng)焊接順序施焊，長(zhǎng)焊縫應(yīng)采用逆向分段焊接法，如圖1224和圖1225所示。 (3)利用反變形法抵消焊接變形，如圖1226所示。 (4)將焊件固定，限制其變形，如圖1227所示。 (5)在焊接過(guò)程中，趁熱用小錘輕輕敲擊，使應(yīng)力松弛，減小變形。(a) (b) (c)圖12-24 對(duì)稱(chēng)性焊縫的焊接順序(6)焊后及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火，可使應(yīng)力消除80一90。圖12-27

36、用固定法減小焊接變形二、焊接接頭的缺陷 合格焊接接頭的要求是：焊縫有足夠的熔深，合適的熔寬與堆高。焊縫與母材表面過(guò)渡平滑，弧坑飽滿(mǎn)。機(jī)械性能及其他所要求的使用性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)裂紋，無(wú)未焊透，無(wú)燒穿，夾渣和氣孔數(shù)量不超過(guò)允許值范圍。 在焊接生產(chǎn)中，由于材料選擇不當(dāng)、焊前準(zhǔn)備工件做得不好、焊接規(guī)范不合適、操作方法不正確等原因，會(huì)造成各種焊接缺陷。焊接接頭主要缺陷及產(chǎn)生原因如表128所示。 焊接缺陷影響接頭的性能，對(duì)于重要接頭，上述缺陷一經(jīng)發(fā)現(xiàn)必須修補(bǔ)，否則可能產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。在任何情況下，裂縫、未焊透、燒穿都是不允許的。三、焊接接頭質(zhì)量檢查方法 對(duì)焊接接頭進(jìn)行必要的檢驗(yàn)是保證焊接質(zhì)量的重要措施。

37、(1)外觀檢驗(yàn)。用肉眼或低倍放大鏡觀察焊縫有無(wú)可見(jiàn)缺陷，如表面氣孔、咬邊焊透、裂縫等，并檢查外形尺寸。 (2)焊縫內(nèi)部檢驗(yàn)。焊縫內(nèi)部氣孔、夾渣、裂紋和未焊透等缺陷對(duì)焊縫質(zhì)量影響很大，尤其當(dāng)焊接接頭承受載荷或較大載荷的情況下，這種內(nèi)部缺陷更需嚴(yán)格控制。常用檢驗(yàn)方法如表12-9所示。 (3)機(jī)械性能檢驗(yàn)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試接頭的機(jī)械性能，如強(qiáng)度、塑性、韌性等。 (4)密封性檢驗(yàn)。要求密封和承受壓力的容器、管道，應(yīng)進(jìn)行焊縫致密性檢驗(yàn)。檢驗(yàn)方法有煤油試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)等。第五節(jié) 焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性 焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性是指從焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)特點(diǎn)出發(fā)，按產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)和使用要求，用簡(jiǎn)便而可

38、靠的方法制作出優(yōu)質(zhì)的焊接接頭的可能性及可行性。 合理的焊接構(gòu)件建立在合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上。合理結(jié)構(gòu)一方面要考慮結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、工件要求等性能條件，另一方面還要考慮到焊接生產(chǎn)過(guò)程的特殊性。一、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工藝原則(1)應(yīng)利于減少焊接工作量，施焊方便和保證質(zhì)量。(2)應(yīng)利于減小焊接應(yīng)力與變形，切忌應(yīng)力集中。(3)充分考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的條件。(4)盡可能使結(jié)構(gòu)新穎合理。二、焊件材料的選擇(1)在滿(mǎn)足工作性能要求的前提下，盡可能選用焊接性較好的材料。(2)盡量選用型材或尺寸規(guī)格的原材料，這樣有利于減少焊縫，簡(jiǎn)化工藝。(3)盡可能選用同種材料作焊件。三、焊接方法選擇 各種材料的焊接性差別很大，焊接性好的低碳鋼焊件無(wú)論用何種焊法都容易獲得優(yōu)質(zhì)接頭，而焊接性不好的高碳鋼、鑄鐵、銅鋁等材料則應(yīng)慎重選擇焊接方法和嚴(yán)格的工藝措施才能獲得滿(mǎn)意的焊接接頭。焊接方法的選擇是一個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)人員必須注意的問(wèn)題。選擇焊接方法要考慮材料的焊接性、生產(chǎn)率、現(xiàn)場(chǎng)條件等因素后再?zèng)Q定。各種焊接方法的特點(diǎn)及適用范圍如表1210所示。表1210 各種焊接方法特點(diǎn)比較四、焊縫布置 焊縫布置對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率、工人勞動(dòng)條件有很大影響，設(shè)計(jì)人員應(yīng)慎重考慮。以下幾點(diǎn)原則應(yīng)予遵循。 1焊縫位置盡可能分散 焊縫集中易造成焊縫近區(qū)金屬?lài)?yán)重過(guò)熱，組織和性能不良，應(yīng)力集中，變形增大