第五章 焊接與粘接

1、第五章 焊接和粘接第五章第五章 焊接和粘接焊接和粘接焊接的發(fā)展史焊接的發(fā)展史l我國是世界上應用焊接技術最早的國家之一。河南輝縣戰(zhàn)國墓戰(zhàn)國墓中的殉葬銅器的耳和足耳和足就是用鑄焊方法與本體連接的，比歐洲早早2000多年多年。l從秦始皇陵秦始皇陵陪葬坑出土的兩乘大型彩繪銅車馬彩繪銅車馬更是突出的例子。采用了鑄接、鉚接、焊接、銷釘連接鑄接、鉚接、焊接、銷釘連接等方法將零件組合成銅車馬。 焊接：焊接：通過加熱或加壓加熱或加壓，或兩者同時并用同時并用，使兩個分離的物體產(chǎn)生原子間結合力原子間結合力而連接成一體連接成一體的成形方法。材料連接方法材料連接方法：螺紋連接、銷釘連接、鉚接及焊接螺紋連接、銷釘連接、鉚

2、接及焊接等多種。等多種。焊接和其他連接方法焊接和其他連接方法最基本的區(qū)別最基本的區(qū)別：被焊的兩部分金屬產(chǎn)生了原子之間的互相溶解與擴散原子之間的互相溶解與擴散，并形成了共同晶體，在宏觀上建立了永久性的連接永久性的連接。分類分類（Classification）：）：根據(jù)焊接過程中加熱程度和工藝加熱程度和工藝特點特點的不同，焊接方法可以分為三大類三大類。熔焊熔焊 將待焊處母材金屬熔化以形成焊將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法縫的焊接方法壓焊壓焊 焊接過程中，必須對焊件施加壓焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。方法稱為壓焊。

3、釬焊釬焊 采用比母材金屬熔點低的金屬采用比母材金屬熔點低的金屬（稱為釬料），將焊件和釬料加熱到（稱為釬料），將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料填充接頭間隙并與固態(tài)利用液態(tài)釬料填充接頭間隙并與固態(tài)母材通過擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。母材通過擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。焊接方法分為焊接方法分為三大類三大類熔焊、壓力焊、釬焊等。熔焊、壓力焊、釬焊等。 （1 1）節(jié)省材料，降低成本；）節(jié)省材料，降低成本； （2 2）化大為小，拼小為大；）化大為小，拼小為大； （3 3）生產(chǎn)率高）生產(chǎn)率高 （4 4）滿足特殊連接要求；可實現(xiàn)不同材料間的連）滿足特殊連接

4、要求；可實現(xiàn)不同材料間的連 接成型；接成型； （1 1）制造金屬結構件；）制造金屬結構件； （2 2）制造機器零件和工具；）制造機器零件和工具； （3 3）修復。）修復。是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件達到原子結合的一種方法。不用填充材料，使焊接件達到原子結合的一種方法。應用應用（application）：焊接技術在機器制造、造船工業(yè)、機器制造、造船工業(yè)、建筑工程、航空及航天工業(yè)建筑工程、航空及航天工業(yè)等應用十分廣泛。如自行車三自行車三角架、鋼窗、鍋爐、壓力容器、船舶、車輛角架、鋼窗、鍋爐、壓力容器、船舶、車輛等。舊金山的金

5、門大橋，它是由舊金山的金門大橋，它是由8775087750噸鋼材焊接拼成的。噸鋼材焊接拼成的。 由焊接工藝制造全鋼結構由焊接工藝制造全鋼結構組成的帝國大廈建成。組成的帝國大廈建成。 采用焊接工藝制造的核潛艇采用焊接工藝制造的核潛艇 小資料小資料：靈山大佛高：靈山大佛高88m（含蓮花底座為含蓮花底座為101.5m）；）；重重800多噸；由多噸；由1560塊厚度為塊厚度為8mm的青銅焊接而成；的青銅焊接而成；焊縫長達焊縫長達30公里。公里。常用焊接方法常用焊接方法: 熔焊熔焊(fusion welding) 壓焊壓焊(pressure welding) 釬焊釬焊(brazing) 一、熔焊一、熔焊

6、:利用各種熱源將構利用各種熱源將構件的連接部分加熱，使之熔化件的連接部分加熱，使之熔化并熔合在一起，待其冷卻凝固并熔合在一起，待其冷卻凝固后形成焊縫從而將構件連接起后形成焊縫從而將構件連接起來的焊接方法。來的焊接方法。 電弧焊電弧焊 電弧焊是利用電弧來電弧焊是利用電弧來加熱和熔化金屬的。加熱和熔化金屬的。 電弧焊電弧焊氣焊氣焊電子束焊電子束焊激光焊激光焊 等等電源+ 焊條電弧焊的焊接回路由弧焊電源、電纜、焊鉗、焊條、電弧和焊件組成。 焊條電弧焊主要設備是弧焊電源主要設備是弧焊電源，它的作用是為焊接電弧穩(wěn)定燃燒提供所需要的、合適的電流和電壓。焊接電弧是負載，焊接電纜連接電源與焊鉗和焊件。 1)、

7、焊條電弧焊的基本原理、焊條電弧焊的基本原理 焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。它利用焊條與焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒的電弧，使焊條和焊件熔化，從而獲得牢固的焊接接頭。焊條電弧焊原理焊條電弧焊原理1藥皮；藥皮；2焊芯；焊芯；3保護氣；保護氣；4電??；電弧；5熔池；熔池；6母材；母材；7焊縫；焊縫；8焊渣；焊渣；9熔渣；熔渣；10熔滴熔滴 焊接過程中：焊接過程中：v 藥皮：藥皮：不斷地分解、熔化而生成氣體及熔渣，保護焊條端部、電弧、熔池及其附近區(qū)域，防止大氣對熔化金屬的有害污染。v 焊芯：焊芯：在電弧熱作用下不斷熔化，進入熔池，成為焊縫的填充金屬。 三、電焊條三、電焊條 是指在一定長

8、度的金屬絲外表層均勻地涂敷一定厚度的具有特殊作用涂料的手工電弧焊焊接材料，簡稱為“焊條焊條”。2、焊條的功能、焊條的功能 電焊條由焊芯、涂料藥皮焊芯、涂料藥皮兩部分組成。 目前在焊接生產(chǎn)中廣泛使用的基本上都是厚厚藥皮焊條藥皮焊條。 1）焊芯）焊芯 焊芯：焊芯：是指電焊條用的被藥皮包覆的金屬芯。 作用：作用： （1）傳導電流，產(chǎn)生焊接電??； （2）焊芯本身熔化形成焊縫中的填充金屬。焊條藥皮的作用可分為：焊條藥皮的作用可分為： (1) 穩(wěn)弧劑 (2) 造渣劑 (3) 脫氧劑(又稱還原劑) (4) 造氣劑 (5) 合金劑(6) 增塑劑(5) 合金劑2 2）埋弧焊）埋弧焊 埋弧焊埋弧焊是電弧在焊劑層下

9、燃燒進行焊接的方法，其電是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進和電弧移動都采用機械來完成?；〉囊肌⒑笚l送進和電弧移動都采用機械來完成。 埋弧焊焊接過程埋弧焊焊接過程1焊件焊件 2焊劑焊劑 3焊劑漏斗焊劑漏斗 4焊絲焊絲5送絲滾輪送絲滾輪 6導電嘴導電嘴 7焊縫焊縫 8渣殼渣殼過程：在焊縫處堆放焊劑過程：在焊縫處堆放焊劑焊絲送焊絲送入電弧區(qū)入電弧區(qū)選定的弧長選定的弧長電弧燃燒電弧燃燒焊機帶動焊絲勻速前移（或工件焊機帶動焊絲勻速前移（或工件勻速運動）勻速運動）埋弧焊的工藝埋弧焊的工藝 焊前準備焊前準備 板厚小于板厚小于14mm時，可不開坡口；時，可不開坡口； 板厚為板厚為14

10、22mm時，應時，應開開Y型坡口；型坡口； 板厚為板厚為2250mm時，可開雙時，可開雙Y型或型或U型坡口。型坡口。 Y型和雙型和雙Y型坡口的角度為型坡口的角度為5060。埋弧焊的應用埋弧焊的應用 埋弧焊主要用于埋弧焊主要用于壓力容器壓力容器的的環(huán)縫焊和直縫焊環(huán)縫焊和直縫焊，鍋，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體的焊接，起重機械（行車）和冶金機械（高爐爐身）的焊接起重機械（行車）和冶金機械（高爐爐身）的焊接。3）氣體保護焊）氣體保護焊氬弧焊氬弧焊 利用二氧化碳或氬氣保護電弧熱源及利用二氧化碳或氬氣保護電弧熱源及焊縫區(qū)焊縫區(qū)進進行焊接。行焊接。

11、特點及應用特點及應用機械保護效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質量優(yōu)良，焊縫機械保護效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質量優(yōu)良，焊縫 成成 型美觀。型美觀。電弧穩(wěn)定，可實現(xiàn)單面焊雙面成型。電弧穩(wěn)定，可實現(xiàn)單面焊雙面成型?？扇恢米詣雍附印？扇恢米詣雍附?。氬氣貴，成本高。氬氣貴，成本高。 氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁、鈦和不銹鋼等。鋁、鈦和不銹鋼等。CO2焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質量較好，主要用于低碳鋼焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質量較好，主要用于低碳鋼和低合金結構鋼薄板的焊接。和低合金結構鋼薄板的焊接。4）等離子弧焊）等離子弧焊 利用機械

12、壓縮效應（電弧通過噴嘴細小孔利用機械壓縮效應（電弧通過噴嘴細小孔道時的被迫收縮）、熱壓縮效應（在冷氣流的道時的被迫收縮）、熱壓縮效應（在冷氣流的強迫冷卻下，帶電粒子流離子和電子往弧強迫冷卻下，帶電粒子流離子和電子往弧柱中心集中）和電磁收縮效應（弧柱帶電粒子柱中心集中）和電磁收縮效應（弧柱帶電粒子的電流線為平行電流線，相互磁場作用使電流的電流線為平行電流線，相互磁場作用使電流線產(chǎn)生相互吸引而收縮）將電弧壓縮為細小的線產(chǎn)生相互吸引而收縮）將電弧壓縮為細小的等離子體。等離子體。 等離子弧溫度高達等離子弧溫度高達24000K以上，能量密度可達以上，能量密度可達105106 ，因而可一次性熔化較厚的材料

13、。，因而可一次性熔化較厚的材料。等離子弧可用于焊接和切割等離子弧可用于焊接和切割。2/cmw等離子弧焊的特點及應用等離子弧焊的特點及應用 等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強。等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強。1010 12mm12mm厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度厚鋼材可不開坡口，一次焊透雙面成型，焊接速度快，生產(chǎn)率高，應力變形小?？?，生產(chǎn)率高，應力變形小。 電流電流小到小到0.1A0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度與方向性，所以直度與方向性，所以可焊接很薄的箔材可焊接很薄的箔材。 等離子弧焊接在生產(chǎn)中已廣泛應用

14、等離子弧焊接在生產(chǎn)中已廣泛應用，特別是國防工業(yè)及，特別是國防工業(yè)及尖端技術所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金尖端技術所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼屬的焊接。如鈦合金導彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機上一些薄壁容器均可電器、電容器的外殼封焊以及飛機上一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。用等離子弧焊接。 但等離子弧焊接設備比較復雜，氣體耗量大，但等離子弧焊接設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室只宜于室內(nèi)焊接。內(nèi)焊接。2. 真空電子束焊真空電子束焊 電子束焊是利用高速運動的電子撞擊工件時，將動能轉電子束焊是利用高速運

15、動的電子撞擊工件時，將動能轉化為熱能將焊縫熔化進行的熔化焊方法?；癁闊崮軐⒑缚p熔化進行的熔化焊方法。 電子束焊一般不加填充金屬，如要求焊縫有突出表面的電子束焊一般不加填充金屬，如要求焊縫有突出表面的堆高可在接縫預加墊片。對接縫間隙為堆高可在接縫預加墊片。對接縫間隙為0.1倍的板厚，一倍的板厚，一般不能超過般不能超過0.2mm。電子束焊的特點及應用電子束焊的特點及應用 保護效果好，焊縫質量高，適用范圍廣。保護效果好，焊縫質量高，適用范圍廣。 能量密度大，穿透能力強，可焊接厚大截面工件和難熔能量密度大，穿透能力強，可焊接厚大截面工件和難熔金屬。金屬。 加熱小，焊接變形小。加熱小，焊接變形小。 電子

16、束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導彈外殼電子束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導彈外殼的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等的焊接。的焊接、核電站鍋爐汽包和精度要求高的齒輪等的焊接。3. 激光焊激光焊 利用光學系統(tǒng)將激光聚焦成微小光斑，使其能量密利用光學系統(tǒng)將激光聚焦成微小光斑，使其能量密度達度達1013 ，從而使材料熔化焊接。激光焊分為，從而使材料熔化焊接。激光焊分為脈沖和連續(xù)激光焊，脈沖激光焊主要用于微電子工業(yè)脈沖和連續(xù)激光焊，脈沖激光焊主要用于微電子工業(yè)中的薄膜、絲、集成電路內(nèi)引線和異材焊接。連續(xù)激中的薄膜、絲、集成電路內(nèi)引線和異材焊接。連續(xù)激光焊可焊較厚的板材，接縫間隙很小。

17、光焊可焊較厚的板材，接縫間隙很小。2/cmw激光焊接過程激光焊接過程激光焊激光焊的特點的特點 高能高速焊，無焊接變形。高能高速焊，無焊接變形。 靈活性大。靈活性大。 生產(chǎn)率高，材料不易氧化。生產(chǎn)率高，材料不易氧化。 設備復雜，目前主要用于薄板和微型件的焊接。設備復雜，目前主要用于薄板和微型件的焊接。 壓力焊壓力焊是指通過加熱等手段使金屬達到塑性狀態(tài)，是指通過加熱等手段使金屬達到塑性狀態(tài)，加壓使其產(chǎn)生塑性變形、再結晶和擴散等作用，使兩加壓使其產(chǎn)生塑性變形、再結晶和擴散等作用，使兩個分離表面的原子接近到晶格距離（個分離表面的原子接近到晶格距離（0.30.30.5nm)0.5nm)，形成金屬鍵，從而

18、獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。形成金屬鍵，從而獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。 熱源形式為熱源形式為：電阻熱、高：電阻熱、高頻熱、摩擦熱等。頻熱、摩擦熱等。電阻焊可分為點焊、縫焊、電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。對焊。點焊點焊 電阻點焊是指將焊件裝配成搭接接頭，電阻點焊是指將焊件裝配成搭接接頭， 并壓緊在兩極間，并壓緊在兩極間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊接方法。由利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊接方法。由于焊接處熔化的金屬不與外界空氣接觸，所以焊接強度高，于焊接處熔化的金屬不與外界空氣接觸，所以焊接強度高，工件表面光滑，變形較小。工件表面光滑，變形較小。 電阻點焊主要用于

19、板厚小于電阻點焊主要用于板厚小于 4mm 4mm 的薄板結構，特殊情況可達的薄板結構，特殊情況可達 10mm 10mm 。電阻點焊廣泛用。電阻點焊廣泛用于制造汽車車箱、飛機外殼和儀表等輕型結構。于制造汽車車箱、飛機外殼和儀表等輕型結構。 點焊接頭形式點焊接頭形式縫焊縫焊 縫焊過程與點焊相似都屬于搭接電阻焊?？p焊過程與點焊相似都屬于搭接電阻焊。縫焊一般只適用于焊接縫焊一般只適用于焊接3mm3mm以下的薄板結構，如油箱、煙道以下的薄板結構，如油箱、煙道焊接等。焊接等。 （1 1）電阻對焊）電阻對焊 先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達到塑先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達到塑性溫度性

20、溫度(950(9501000)1000)。在壓力下塑變和再結晶形成固態(tài)。在壓力下塑變和再結晶形成固態(tài)焊接接頭（圖焊接接頭（圖12-77a12-77a）。電阻對焊要求對接處焊前嚴格清）。電阻對焊要求對接處焊前嚴格清理，所焊截面積較小，理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。一般用于鋼筋的對接焊。對焊 （2 2）閃光對焊）閃光對焊 閃光對焊是兩焊件先不接觸，接通電源，再移動閃光對焊是兩焊件先不接觸，接通電源，再移動焊件使之接觸。由于工件表面不平，接觸點少，其電焊件使之接觸。由于工件表面不平，接觸點少，其電流密度很大，接觸點金屬迅速達到熔化、蒸發(fā)、爆破，流密度很大，接觸點金屬迅速達到熔化、蒸發(fā)、爆

21、破，以火化形式從接觸處飛射出來，形成以火化形式從接觸處飛射出來，形成“閃光閃光”，閃光，閃光一方面排除了氧化物和雜質，另一方面使對口處的溫一方面排除了氧化物和雜質，另一方面使對口處的溫度迅速升高。經(jīng)多次閃光加熱后，端面達到均勻半熔度迅速升高。經(jīng)多次閃光加熱后，端面達到均勻半熔化狀態(tài)，此時斷電并迅速對焊件加壓頂鍛，形成焊接化狀態(tài)，此時斷電并迅速對焊件加壓頂鍛，形成焊接接頭。接頭。 閃光對焊主要閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，所以性能高。組織，所以性能高。 釬焊

22、釬焊: :是利用熔點比焊件低的釬料作填充金屬，適是利用熔點比焊件低的釬料作填充金屬，適當加熱后，釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的當加熱后，釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的一種焊接方法。一種焊接方法。 1 1硬釬焊硬釬焊 釬料熔點在釬料熔點在450450以上，接頭強度較高，都在以上，接頭強度較高，都在200MPa200MPa以上，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。以上，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。 2 2軟釬焊軟釬焊 釬料熔點為釬料熔點為450450以下，接頭強度較低，一般不超以下，接頭強度較低，一般不超過過70MPa70MPa，所以只用于釬焊受力不大、工作溫度較低的，所以只用

23、于釬焊受力不大、工作溫度較低的工件。常用的釬料是錫鉛合金，所以通稱錫焊。工件。常用的釬料是錫鉛合金，所以通稱錫焊。 釬焊過程中，一般都需要使用釬焊過程中，一般都需要使用。釬劑的作用是：。釬劑的作用是：清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質，改善釬料流清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質，改善釬料流入間隙的性能（即潤濕性），保護釬料及焊件不被氧入間隙的性能（即潤濕性），保護釬料及焊件不被氧化，因此釬劑對釬焊質量影響很大?；?，因此釬劑對釬焊質量影響很大。時，時，常用的釬劑為松香或氯化鋅溶液。常用的釬劑為松香或氯化鋅溶液。 硬釬焊時，硬釬焊時，釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等組成，應根據(jù)釬料種類選擇應用。氟化物、氯化物等組成，應根據(jù)釬料種類選擇應用。 粘接粘接是利用是利用膠粘劑膠粘劑把兩種性質相同或不同的把兩種性質相同或不同的物質牢固地粘合在一起的連接方法。膠粘劑所