第12講常用焊接成形方法

材料成型基礎(chǔ)劉志衛(wèi)單位：機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械制造與自動(dòng)化教研室手機(jī)箱：418884924@安徽理工大學(xué)材料成型基礎(chǔ)第12講常見(jiàn)的焊接方法焊接成形工藝基礎(chǔ)主要內(nèi)容一、電弧焊

焊條電弧焊埋弧焊氣體保護(hù)焊二、等離子弧焊與切割三、氣焊四、激光焊五、電阻焊六、摩擦焊七、釬焊電弧焊-焊條電弧焊焊條電弧焊定義：用手工操作焊條進(jìn)行焊接的方法（手工電弧焊）電弧焊-焊條電弧焊焊縫空間位置電弧焊-焊條電弧焊焊縫空間位置電弧焊-焊條電弧焊接頭和坡口基本形式設(shè)備簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，可全位置及各種不規(guī)則焊縫的焊接；可焊接大多數(shù)常用金屬材料；焊接電流為20～500A，焊接厚度一般在3～20mm之間，生產(chǎn)率較低，焊接質(zhì)量很大程度上取決于焊工的操作技能；焊工需要在高溫、塵霧環(huán)境下工作，勞動(dòng)條件差，強(qiáng)度大；適合焊碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等焊接和鑄鐵的補(bǔ)焊等。不適合焊接活潑金屬、難熔金屬及低熔點(diǎn)金屬。參數(shù)：焊條牌號(hào)和直徑；電流（電源）種類和極性；焊接電流大??；焊接層（道）次等。電弧焊-焊條電弧焊焊條電弧焊特點(diǎn)電弧焊-焊條電弧焊焊條組成與作用鋼焊條的焊芯采用專門的焊接用鋼絲。焊條直徑：由焊絲直徑表示1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、6.0、8.0mm等，長(zhǎng)度300～450mm。電弧焊-焊條電弧焊焊條組成與作用焊條直徑（mm）焊條長(zhǎng)度（mm）碳鋼焊條低合金鋼焊條允許長(zhǎng)度偏差1.6200、250～±2.02.0250、300250～3002.5250、300250～3003.2（3.0）350、400340～3604.0350、400390～4105.0400、450390～4106.0（5.8）400、450400～4508.0500、560400～450常用碳鋼和低合金鋼焊條規(guī)格

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB1300-77）規(guī)定的“焊接用鋼絲”有44種，分為碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼三大類，如:H08、H08Mn為碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲H10Mn2Si、H08CrMoA為合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲H1Cr13、H1Cr19Ni9為不銹鋼焊絲。電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類常用焊接用鋼絲的牌號(hào)和化學(xué)成分注：化學(xué)成分摘自GB1300-77《焊接用鋼絲》電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類牌號(hào)化學(xué)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(%)用途CMnSiCrNiSPH08≤0.10.35～0.55≤0.03≤0.20≤0.30≤0.04≤0.040一般焊接結(jié)構(gòu)H08A≤0.100.35～0.55≤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≤0.100.35～0.55≤0.03≤0.20.≤0.30≤0.025≤0.025H08Mn2Si≤0.111.7～2.10.65～0.95≤0.20≤0.30≤0.040≤0.040二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊焊絲H08Mn2SiA≤0.111.80～2.100.65～0.95≤0.20≤0.30≤0.030≤0.030a)焊條按用途分類一覽表電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類分類特性或用途型號(hào)舉例碳鋼焊條熔敷金屬在自然氣候下具有一定力學(xué)性能E4301低合金鋼焊條熔敷金屬在自然氣候環(huán)境中具有較強(qiáng)力學(xué)性能E5018-A不銹鋼焊條熔敷金屬具有抗腐蝕能力和一定力學(xué)性能E308-15堆焊焊條熔敷金屬具有一定程度的耐磨損或腐蝕等性能EDRCrW-15鑄鐵焊條專門用作焊補(bǔ)或焊接鑄鐵EZCQ鎳及鎳合金焊條用作鎳及鎳合金焊補(bǔ)、焊接、堆焊，焊補(bǔ)鑄鐵等ENiCrFe-1-15銅及銅合金焊條用作鋼及鋼合金焊補(bǔ)、焊接、堆焊，焊補(bǔ)鑄鐵等ECuSi-A鋁及鋁合金焊條用作鋁及鋁合金的焊接、焊補(bǔ)或堆焊TA2Mn特殊用途焊條用于水下焊接、切割及管狀焊條和鐵錳鋁焊條等a)兩種焊條分類的對(duì)應(yīng)關(guān)系電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類按用途分類（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）（牌號(hào)）按成分分類（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)）（型號(hào)）類別名稱代號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)名稱代號(hào)一結(jié)構(gòu)鋼焊條J(結(jié))GB5117-85碳鋼焊條

E

GB5118-85低合金鋼焊條二鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條R(熱)三低溫鋼焊條W(溫)四不銹鋼焊條G(鉻)A(奧)GB983-85不銹鋼焊條五堆焊焊條D(堆)GB984-85堆焊焊條ED六鑄鐵焊條Z(鑄)GB10044-88鑄鐵焊條EZ七鎳及鎳合金焊條Ni(鎳)—

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八銅及銅合金焊條T(銅)GB3670-83銅及銅合金焊條TCu九鋁及鋁合金焊條L(鋁)GB3669-83鋁及鋁合金焊條TAl十特殊用途焊條TS(特)—

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電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類第3、4位組合表示焊接電流種類、藥皮類型表示抗拉強(qiáng)度Kgf/mm2——牌號(hào)（焊接行業(yè)中焊條代號(hào)）E4303第3位表示焊接位置表示焊條抗拉強(qiáng)度420MPaJ422藥皮類型、電流種類、1—5酸性、6、7堿性結(jié)構(gòu)鋼焊條?！吞?hào)（焊接國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中焊條代號(hào)）a)焊條藥皮類型及焊接電源種類編號(hào)電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類編號(hào)0123456789藥皮類型不規(guī)定酸性氧化鈦型酸性氧化鈦鈣型酸性鈦鐵礦型酸性氧化鐵型酸性纖維素型酸性低氫鉀型堿性低氫鈉型堿性石墨型鹽基型電源種類——交直流交直流交直流交直流交直流交流/直流反接直流

反接交直流直流反接b)焊條按熔渣分類：電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類酸性焊條堿性焊條熔渣中酸性氧化物多于堿性氧化物，如SiO2、Fe2O3等。熔渣中堿性氧化物多于酸性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O等。操作性、適應(yīng)性好，但焊縫質(zhì)量差；操作性、適應(yīng)性差，但焊縫質(zhì)量好；所謂酸性、堿性焊條，是由其焊渣中的氧化物來(lái)決定的，酸性氧化物多的，稱為酸性焊條，堿性氧化物多的，稱為堿性焊條b)焊條按熔渣分類：電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類分類熔渣主要成分焊接特性舉例應(yīng)用酸性焊條SiO2等酸性氧化物及在焊接時(shí)易放出氧的物質(zhì)，藥皮里造氣劑為有機(jī)物，焊接時(shí)產(chǎn)生保護(hù)氣體焊縫沖擊韌度差，合金元素?zé)龘p多，電弧穩(wěn)定，易脫渣，金屬飛濺少E4303適合于焊接，低碳鋼和不重要的結(jié)構(gòu)件堿性焊條CaCO3等堿性氧化物，并含有較多的鐵合金作為脫氧劑和合金劑合金化效果好，抗裂性能好，直流反接，電弧穩(wěn)定性差，飛濺大，脫渣性差E5015主要用于焊接重要結(jié)構(gòu)件、如壓力容器等酸性藥皮與堿性藥皮兩者的性質(zhì)酸性藥皮工藝性好，而堿性藥皮工藝性差。堿性藥皮中有益元素多，能使焊接接頭力學(xué)性能提高。堿性藥皮中因不含有機(jī)物，也稱低氫型藥皮。可以提高焊縫金屬的抗裂性。堿性藥皮氧化性強(qiáng)，對(duì)銹、油、水的敏感性大，易產(chǎn)生飛濺和CO氣孔。堿性藥皮在高溫下，易生成較多的有毒物質(zhì)（HF等），因而應(yīng)注意通風(fēng)。電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類電弧焊-焊條電弧焊焊條的種類酸性：牌號(hào)：J422或型號(hào)：E4303牌號(hào)：J結(jié)構(gòu)鋼類42熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥420MPa2鈦鈣型藥皮型號(hào)：E焊條43熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥430MPa03適用全位置焊接3鈦鈣型藥皮堿性：牌號(hào)：J507或型號(hào)：E5015牌號(hào)：J結(jié)構(gòu)鋼類焊條50熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥500MPa7低氫鈉型藥皮適合使用電源為直流反接型號(hào)：E焊條50熔敷金屬抗拉強(qiáng)度≥500MPa15適用全位置焊接5低氧鈉型藥皮，直流反接電弧焊-焊條電弧焊焊條的選用原則考慮母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分。等強(qiáng)度原則：低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。等成分原則：耐熱鋼、不銹鋼等。考慮結(jié)構(gòu)的使用條件和特點(diǎn)沖擊載荷或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、厚度大的焊件，應(yīng)選擇堿性焊條?？紤]焊條的工藝性：焊前清理困難，易產(chǎn)生氣孔，應(yīng)選擇酸性焊條；如母材中含碳、硫、磷量高，應(yīng)選擇堿性焊條。慮焊接設(shè)備條件

如果沒(méi)有直流焊機(jī)，則只能選擇交直流兩用的焊條。電弧焊-焊條電弧焊手工電弧焊焊接參數(shù)焊條直徑與被焊件厚度相當(dāng)。

d件=3mm；d焊條=2.5，3mm；焊接電流主要由焊條直徑和焊縫位置確定.I＝K·d

式中：

d---焊條直徑；K---經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般為25－60；焊接速度

保護(hù)焊透，焊縫良好前提下盡量快速施焊。定義：電弧埋在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。

電弧焊-埋弧焊埋弧焊焊劑從漏斗中流出，均勻堆敷在焊件表面焊絲由送絲機(jī)構(gòu)自動(dòng)送進(jìn)，經(jīng)導(dǎo)電嘴進(jìn)入電弧區(qū)焊接電源分別接在導(dǎo)電嘴和焊件上以產(chǎn)生電弧埋弧自動(dòng)焊有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）生產(chǎn)率高焊接電流可以高達(dá)1000A，一次熔深大，焊接速度大，可連續(xù)進(jìn)行，生產(chǎn)率比焊條電弧焊高5～20倍。電弧焊-埋弧焊埋弧焊特點(diǎn)埋弧自動(dòng)焊有以下優(yōu)點(diǎn)：（2）焊接質(zhì)量好熔渣的保護(hù)嚴(yán)密，冶金反應(yīng)較徹底，且焊接工藝參數(shù)穩(wěn)定，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量穩(wěn)定。電弧焊-埋弧焊埋弧焊特點(diǎn)埋弧自動(dòng)焊有以下優(yōu)點(diǎn)：（3）勞動(dòng)條件好焊接時(shí)沒(méi)有弧光輻射，焊接煙塵小。電弧焊-埋弧焊埋弧焊特點(diǎn)缺點(diǎn)：只適用于水平位置的長(zhǎng)直焊縫和直徑250mm以上的環(huán)形焊縫，焊接的鋼板厚度一般在6～60mm，適焊材料局限于鋼、鎳基合金、銅合金等，不能焊接鋁、鈦等活潑金屬及其合金。電弧焊-埋弧焊埋弧焊特點(diǎn)用氣體將電弧、熔化金屬與周圍的空氣隔離，防止空氣與熔化金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，保證焊接質(zhì)量?！睞r、He、CO2、〕。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊1)MIG(MetalInertGas)惰性氣體保護(hù)2)MAG(MetalActiveGas)活性氣體保護(hù)（1）采用明弧焊，熔池可見(jiàn)性好，適用于全位置焊接，有利于焊接過(guò)程的機(jī)械化、自動(dòng)化。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊特點(diǎn)（2）電弧熱量集中，熔池小，熱影響區(qū)窄，焊件變形小，焊后無(wú)熔渣，尤其適用于薄板焊接。（3）可用于各種黑色金屬和非鐵合金的焊接。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊特點(diǎn)定義：使用氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。

分類：分熔化極氬弧焊和鎢極氬弧焊。特點(diǎn)保護(hù)效果好，焊接質(zhì)量好；熱影響區(qū)小，焊后變形??；易于自動(dòng)控制；氬氣成本高。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊氬弧焊應(yīng)用氬弧焊幾乎可以焊接所有金屬，尤其是易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊氬弧焊原理：以鎢棒為電極不熔化，只起導(dǎo)電和引弧作用。應(yīng)用：適于6mm以下的有色合金和不銹鋼等薄板。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊鎢極氬弧焊（TIG）電流如何連接？原理：以焊絲作為電極，電流大。應(yīng)用：焊接厚度25mm以下的高合金鋼、有色金屬中厚板。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊熔化極氬弧焊（MIG）電流如何連接？定義：利用CO2作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。1）焊接過(guò)程電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊（MAG）焊絲經(jīng)軟導(dǎo)管、導(dǎo)電嘴送出→從噴嘴中噴出CO2氣體→包圍焊絲端部及熔池。

電流如何連接？特點(diǎn)成本低；效率高；易于控制焊縫成形；適用范圍廣，能全位置焊接。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊應(yīng)用主要用于焊接30mm以下厚度的低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接。電弧焊-氣體保護(hù)電弧焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等離子?。航柚谒鋰娮?、保護(hù)氣流等外部拘束條件，使弧柱受到壓縮，弧柱氣體完全電離而得到的電弧，其溫度遠(yuǎn)高于一般電弧，可達(dá)到30000K。等離子弧焊接等離子弧焊接特點(diǎn)：等離子弧熱量集中、熱影響區(qū)??；溫度高、熔深大，生產(chǎn)率高；可焊接金屬箔；0.025mm但：設(shè)備復(fù)雜，投資高，氣體消耗多，主要用于國(guó)防工業(yè)及尖端技術(shù)中，焊接一些難容、易氧化、熱敏性強(qiáng)的金屬。（Mo/W/Cr/Ti）等離子弧焊接等離子弧焊接切削速度快，生產(chǎn)率高工件切口小，邊緣光滑平整，變形小主要用于不銹鋼、非鐵合金、鑄鐵等難以用氧乙炔火焰切割的金屬及非金屬材料厚度可達(dá)200mm等離子弧焊接等離子弧切割電渣焊電渣焊定義：利用電流通過(guò)液體熔渣產(chǎn)生電阻熱進(jìn)行焊接方法電渣焊電渣焊特點(diǎn)生產(chǎn)率高；焊接質(zhì)量好；成本低(1/15-1/20)。缺點(diǎn)：熱影響區(qū)大。電渣焊電渣焊應(yīng)用

厚度﹥40mm的碳鋼、合金鋼、不銹鋼等焊件，如厚壁壓力容器和鑄—焊、鍛—焊等大型構(gòu)件。氣焊氣焊定義：利用可燃性氣體燃燒的高溫火焰來(lái)熔化母材和填充金屬的一種焊接方法?？扇?xì)怏w：乙炔、液化石油氣等。乙炔在氧氣中燃燒時(shí)的火焰溫度可達(dá)3200℃。氣焊氣焊特點(diǎn)a.加熱緩慢，生產(chǎn)率低。b.熱影響區(qū)較寬。c.焊縫質(zhì)量不高。d.不需電源應(yīng)用適于焊接厚度在3mm以下的低碳鋼薄板、高碳鋼、鑄鐵以及銅、鋁等有色金屬及其合金。氣焊氣割本質(zhì)：金屬在純氧中燃燒應(yīng)用：只適用于低碳鋼、中碳鋼和低合金鋼，鑄鐵高碳鋼、不銹鋼和銅鋁及其合金不能進(jìn)行氣割單色性好、方向性好、能量密度高，激光經(jīng)透射或反射鏡聚焦后，可獲直徑小于0.01mm、功率密度高達(dá)1013W/cm2的能束，可以作為焊接、切割、鉆孔及表面處理的熱源。激光焊激光特點(diǎn)激光器產(chǎn)生激光束，聚焦系統(tǒng)聚焦在焊件上，光能轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬熔化形成焊接接頭。激光焊有點(diǎn)焊和縫焊兩種。主要焊接0.5mm以下的金屬薄板和金屬絲。激光焊激光特點(diǎn)（1）能通過(guò)透明材料進(jìn)行焊接。激光焊激光特點(diǎn)（2）能量密度高，可實(shí)現(xiàn)高速焊接，熱影響區(qū)和焊接變形都很小，特別適用于熱敏感材料的焊接。激光焊激光特點(diǎn)（3）可直接焊接表面帶有絕緣膠的導(dǎo)體，而不必預(yù)先剝掉絕緣層；也能焊接物理性能差別較大的異種材料。（4）激光束借助平面反射鏡可實(shí)現(xiàn)彎曲，可對(duì)一般焊接方法難以達(dá)到的部位進(jìn)行焊接。激光焊激光特點(diǎn)缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴，能量轉(zhuǎn)化率低(5%～20%)，對(duì)焊件接口加工、組裝、定位要求均很高，目前主要用于電子工業(yè)和儀表工業(yè)中的微型器件的焊接，以及硅鋼片、鍍鋅鋼板等的焊接。激光焊激光特點(diǎn)激光還可以用于各種金屬材料和部分非金屬材料的切割和打孔加工，割縫窄，切口光整，加工質(zhì)量好，切割速度快，生產(chǎn)效率高。激光焊激光切割電子束焊電子束焊電子束焊是一種高效率的熔焊方法，它利用經(jīng)過(guò)聚焦的高速運(yùn)動(dòng)的電子束，在撞擊工件時(shí)，其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使工件連接處熔化形成焊縫。電子束焊電子束焊電子束能量密度大，比普通電弧高出上千倍，熱量集中，效率高，焊接速度快，焊縫窄而深，熱影響區(qū)小，焊接變形極小。電子束焊電子束焊接頭不開(kāi)坡口，裝配不留間隙，焊接時(shí)不加填充金屬，接頭光滑整潔。電子束焊電子束焊電子束控制靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，可焊接0.05mm的薄件，也可進(jìn)行其他焊接方法難以進(jìn)行的深入、穿入成形焊接。電子束焊電子束焊真空電子束焊適合焊接一些難容金屬，活性或高純度及熱敏性強(qiáng)的金屬，但設(shè)備復(fù)雜，成本高，工件尺寸受真空室限制，裝配精度高，焊接輔助時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。定義：利用電流通過(guò)工件及焊接接觸面間產(chǎn)生電阻熱，將焊件加熱至塑性狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的方法。電阻焊電阻焊按其接頭形式可分點(diǎn)焊縫焊對(duì)焊電阻對(duì)焊閃光對(duì)焊電阻焊點(diǎn)焊電阻焊縫焊電阻焊電阻對(duì)焊電阻焊閃光對(duì)焊電阻焊電阻焊特點(diǎn)：生產(chǎn)率高；焊接質(zhì)量好；缺點(diǎn)是設(shè)備功率大，耗電高，適用的接頭形式與焊件厚度受到限制。應(yīng)用：主要適用于成批大量生產(chǎn)，目前已在航天、航空領(lǐng)域、汽車工業(yè)等行業(yè)。摩擦焊摩擦焊利用焊件接觸端面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力，實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法摩擦焊摩擦焊（1）質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高，廢品率低。（2）焊接生產(chǎn)率高，比閃光對(duì)焊高5～6倍。（3）可焊異種金屬，如碳素鋼、低合金鋼與不銹鋼、高速鋼之間的連接，銅-不銹鋼、銅-鋁、鋁-鋼、鋼-鋯等之間連接。（4）加工費(fèi)用