金屬焊接與切割基礎(chǔ)知識課件

浙江省特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)

第二講

焊接與切割基礎(chǔ)知識

浙江省特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)

第二講1第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（一）焊接的原理1.連接技術(shù)在金屬結(jié)構(gòu)和機(jī)械制造中，按一定形狀和位置通過機(jī)械、物理和化學(xué)方法，以及冶金方式，將兩個或多個零件連接成一個整體，并保持相互位置和有足夠的連接強(qiáng)度的工藝方法。連接的兩大類方法：一類是可以拆卸的連接方法，如螺栓連接；另一類是不可拆卸的連接方法，如鉚接和焊接。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（一）焊接的原2第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

機(jī)械連接可拆卸連接/不可拆卸連接物理化學(xué)方法釬焊/粘接冶金方式：焊接第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

機(jī)械連接3常見連接方法常見連接方法4第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.焊接發(fā)展史1）1885年俄國人別那爾道斯發(fā)明碳弧焊接，這可以看作是電弧作為工業(yè)熱源應(yīng)用的起步。2）電弧焊真正應(yīng)用于工業(yè)，是在1892年發(fā)現(xiàn)金屬極電弧以后。3）電阻焊是1886年由美國人發(fā)明的，它的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用也幾乎跟電弧焊同時代的。4）1930年以前，焊接在機(jī)器制造工業(yè)中的作用還是很微不足道的。當(dāng)時造船、鍋爐、飛機(jī)等制造工業(yè)基本上還是用鉚接方法。5)古埃及（約4000～6000年前）已開始使用焊接技術(shù)焊接金銀飾品。6)中國（約2000年前）秦始皇兵馬俑出土的銅車馬已采用焊接技術(shù)。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.焊接發(fā)展史5第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（二）焊接的分類1、什么是焊接：“焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法”。2、焊接分類：通常將焊接方法分為以下幾種：熔焊：將要焊接的工件局部加熱至融化，冷凝后形成焊縫而使構(gòu)件連接在一起的加工方法。如電弧焊、氣焊、電渣焊、電子束焊、激光焊等。壓力焊：焊接過程中必須要施加壓力，采用加熱或不加熱才能完成的焊接。其加熱的主要目的是為使金屬軟化，靠施加壓力使金屬塑變,讓原子接近到相互穩(wěn)固吸引的距離，這一點(diǎn)與熔焊時的加熱有本質(zhì)的不同。

第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（二）焊接的分6第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

釬焊：將熔點(diǎn)比母材低的釬料加熱至融化，但加熱溫度低于母材的熔點(diǎn)，用融化的釬料填充焊縫、潤濕母材并與母材相互擴(kuò)散形成一體的焊接方法。

釬焊分兩大類：硬釬焊和軟釬焊。1、硬釬焊的加熱溫度大于450度，抗拉強(qiáng)度大于200MPa，經(jīng)常用銀基、銅基釬料，適于工作應(yīng)力大，環(huán)境溫度高的場合，比如硬質(zhì)合金車刀、地質(zhì)鉆頭的焊接。2、軟釬焊的加熱溫度小于450度，抗拉強(qiáng)度小于70MPa適于應(yīng)力小，工作溫度低的環(huán)境。比如電路的錫基釬焊.第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

釬焊：將熔點(diǎn)比7金屬焊接與切割基礎(chǔ)知識課件8第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

焊接方法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：⑴節(jié)省金屬材料、減輕結(jié)構(gòu)重量，經(jīng)濟(jì)效益好；⑵簡化加工與裝配工序，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高；⑶結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高（能到達(dá)母材等強(qiáng)度），接頭密封性好；⑷為結(jié)構(gòu)設(shè)計提供較大的靈活性?？筛鶕?jù)需要在不同部位選用不同強(qiáng)度、不同耐磨、耐腐蝕及耐高溫等性能的材料。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

焊接方法的優(yōu)缺9第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

缺點(diǎn)：⑴焊接結(jié)構(gòu)容易引起變形，從而影響結(jié)構(gòu)的承載能力、加工精度和尺寸穩(wěn)定性。同時焊件與焊縫的交界處還會引起應(yīng)力集中，產(chǎn)生脆性斷裂。⑵焊縫中存在著一定數(shù)量的缺陷，如裂紋、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合等，是造成焊接結(jié)構(gòu)破壞的主要因素。⑶焊接接頭具有較大的性能不均勻性。⑷焊接接頭的整體性對一旦產(chǎn)生的裂紋起不到止裂的效果。⑸焊接過程中產(chǎn)生高溫、強(qiáng)光及一些有毒氣體，對人體有一定的損害。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

缺點(diǎn)：10第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（三）常用的熔化焊方法1.焊條電弧焊用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的電弧焊方法，簡稱手工電弧焊。焊接特點(diǎn)：（1）設(shè)備簡單、操作靈活。（2）焊接變形可控。（3）可焊金屬材料廣，如焊接碳鋼、低合金鋼、高強(qiáng)鋼、不銹鋼、也可以焊接鑄鐵、鋁、銅等合金。（4）焊接生產(chǎn)率低。（5）焊縫質(zhì)量依賴性強(qiáng)。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（三）常用的熔11金屬焊接與切割基礎(chǔ)知識課件12金屬焊接與切割基礎(chǔ)知識課件13第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.埋弧焊埋弧焊是指電弧掩埋在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。由于弧光不外露，稱為埋弧焊。1.母材2.坡口3.引弧板4.焊劑5.焊劑漏斗6.焊絲7.焊絲送進(jìn)輪8.導(dǎo)電嘴9.焊接電源10.焊絲盤11.焊劑回收12.渣殼13.焊縫埋弧自動焊、焊劑層下自動弧焊第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.埋弧焊1.14第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

埋弧焊主要特點(diǎn)：

（1）熔敷效率高，是手工電弧焊的5～10倍，焊縫質(zhì)量高、美觀；可采用大電流進(jìn)行焊接，能獲得較大熔深，節(jié)約了焊接材料，生產(chǎn)效率高；（2）自動化程度高，無弧光輻射，改善了焊工的勞動條件；（3）焊接條件的局限性：一般只能用于水平位置的焊接，對短焊縫、小直徑環(huán)焊縫、形狀不規(guī)則的焊縫、以及空間位置狹窄的焊接、薄板的焊接等均受到限制；（4）埋弧焊焊接時看不到電弧，對焊接坡口和裝備的要求比較高；（5）可焊接碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、耐熱鋼，還可以用于銅及銅合金的焊接；

第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

埋弧焊主要特點(diǎn)15第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是指使用熔化電極，用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法。3.1氣體保護(hù)焊原理熱源：電?。ㄔ诤附z與熔池間）焊縫：熔化焊絲+母材金屬保護(hù)：氣體保護(hù)、氣-渣聯(lián)合保護(hù)第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.氣16第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.2氣體保護(hù)焊方法分類及其應(yīng)用焊絲結(jié)構(gòu)：實(shí)心焊絲氣體保護(hù)焊、藥芯焊絲電弧焊；保護(hù)氣體：氬氣、氦氣、CO2氣體、混合氣體；操作過程：半自動焊、自動焊；適應(yīng)：碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鋁、銅及其他合金的焊接。保護(hù)氣體作用：保護(hù)（隔離空氣，使高溫焊接區(qū)免遭空氣侵害）；改善工藝性能（一定程度上影響甚至決定著電弧的能量特性、形態(tài)特征、工藝特性）；冶金作用。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.2氣體保17第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.3氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)（1）采用明弧焊，不用焊劑，無熔渣，適合全位置焊接。（2）電弧熱量集中，熔池和熱影響區(qū)小，焊件的變形和裂紋缺陷產(chǎn)生的可能性小，適用于薄板、管子的焊接，鎢極氬弧焊還常用于鍋爐及壓力容器及重要受壓元件根部的打底焊。（3）采用惰性氣體保護(hù)時，焊接質(zhì)量好。（4）不宜在野外操作。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

3.3氣體保18第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（三）其他焊接方法1.電阻焊利用電流流經(jīng)工件接觸面積鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱將其加熱到熔化或塑性狀態(tài)，同時對焊接處加壓完成焊接的一種方法。

1.1分類：點(diǎn)焊、縫焊、凸焊、電阻對焊、閃光對焊等。1.2特點(diǎn)是：電阻加熱，在壓力下焊合。物理本質(zhì)是利用焊接區(qū)本身電阻熱和大量塑性變形能量使兩個分離表面原子之間接近到晶格距離形成金屬鍵，在接觸面上產(chǎn)生共同晶粒而得到焊點(diǎn)、焊縫或?qū)咏宇^。質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、易于機(jī)械化自動化。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（三）其他焊接19a).點(diǎn)焊b).凸焊c).縫焊（滾焊）d).電阻對焊e).閃光對焊f).縫對焊a).點(diǎn)焊20電阻焊的優(yōu)點(diǎn)：

（1）熔核形成時，始終被塑性環(huán)包圍，熔化金屬與空氣隔絕，冶金過程簡單。

（2）加熱時間短，熱量集中，故熱影響區(qū)小，變形與應(yīng)力也小，通常在焊后不必安排校正和熱處理工序。

（3）不需要填充金屬，以及氧、乙炔、氫等焊接材料，焊接成本低。

（4）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，改善了勞動條件。（5）生產(chǎn)率高，且無噪聲及有害氣體，大批量生產(chǎn)中，可和其它制造工序一起編到組裝線上。但閃光對焊因有火花噴濺，需要隔離。電阻焊的優(yōu)點(diǎn)：（1）熔核形成時，始終被塑性21

電阻焊的缺點(diǎn)：焊接設(shè)備相對復(fù)雜，機(jī)械化、自動化程度較高。所需的電容量大（大功率單相交流焊機(jī)設(shè)備），對電網(wǎng)影響大。到目前無簡單快捷的無損檢測方法（只能靠工藝試樣和工件的破壞性試驗(yàn)來檢查）電阻焊的缺點(diǎn)：焊接設(shè)備相對復(fù)雜，機(jī)械化、自動化程度較高。22第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.釬焊釬焊是指采用熔點(diǎn)相對較低的釬料加熱至熔化狀態(tài)，將液體注入被焊金屬的焊縫中，使原子間相互結(jié)合，并形成焊接接頭，從而實(shí)現(xiàn)零件連接。2.1釬料的潤濕與鋪展釬焊時，只有熔化的液體釬料很好地潤濕母材表面才能填滿釬縫。衡量釬料對母材潤濕能力的大小，可用釬料（液相）與母材（固相）相接觸時的接觸夾角大小來表示。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.釬焊23第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.2影響釬料潤濕母材的主要因素有：（1）釬料和母材的成分如果釬料與母材在固態(tài)和液態(tài)下均不發(fā)生物理化學(xué)作用，則它們之間的潤濕作用就很差，如鉛和鐵。若釬料與母材能相互熔解或形成化合物，則認(rèn)為釬料能較好地潤濕母材，例如銀對銅。（2）母材表面氧化物如果母材表面存在氧化物，液態(tài)釬料往往會凝聚成球狀，不與母材發(fā)生潤濕，所以，釬焊前必須充分清楚氧化物，才能保證良好的潤濕作用。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

2.2影響24第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（3）釬焊溫度釬焊加熱溫度的升高，由于釬料表面張力下降等原因會改善釬料對母材的潤濕性，但釬焊溫度不能過高，否則會造成釬料流失，晶粒長大等缺陷。（4）釬劑焊接時使用釬劑可以清楚釬料和母材表面的氧化物，改善潤濕作用。（5）母材表面粗糙度當(dāng)釬料與母材之間作用較弱時，母材表面粗糙的溝槽起到了特殊的毛細(xì)作用，可以改善釬料在母材上的潤濕與鋪展。

第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（3）釬焊溫度25第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（6）釬料的毛細(xì)流動釬焊時，液體釬料要沿著間隙去填滿釬縫，由于間隙很小，如同毛細(xì)管，所以稱之流動。毛細(xì)流動能力的大小，能決定釬料能否填滿釬縫間隙。影響液體釬料毛細(xì)流動的因素很多，主要有釬料的潤濕能力和接頭間隙大小等，如釬料對母材潤濕性好，接頭有較小的間隙，都可以得到良好的釬料流動與填充性能。5.3釬料與母材的相互作用液態(tài)釬料在毛細(xì)填隙過程中與母材發(fā)生相互物理化學(xué)作用，這些相互作用對釬焊接接頭的性能影響很大，它們可以分為兩種：

第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（6）釬料的毛26第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

①釬料組份向母材擴(kuò)散釬焊時，也出現(xiàn)釬料組份向母材的擴(kuò)散，擴(kuò)散以兩種方式進(jìn)行，一種是釬料組元向整個母材晶粒內(nèi)部擴(kuò)散，在母材毗鄰釬縫處的一邊形成固溶體層，對接頭不會產(chǎn)生不良影響。另一種是釬料組元擴(kuò)散到母材的晶粒邊界，常常使晶界發(fā)脆，尤其是在薄件釬焊時比較明顯。②母材向釬料的溶解釬焊時一般都發(fā)生母材向液體釬料的溶解過程，可使釬料成份合金化，有利于提高接頭強(qiáng)度。但母材的過度溶解會使液體釬料的熔點(diǎn)和粘度升高，流動性變差，往往導(dǎo)致不能填滿釬縫間隙，同時可能使母材表面因過分溶解而出現(xiàn)凹陷等缺陷。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

①釬料組份向母27第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

釬焊的特點(diǎn)：(1)釬焊工藝的加熱溫度比較低，因此釬焊以后焊件的變形小，容易保證焊件的尺寸精度。同時，對于焊件母材的組織及性能的影響也比較小。(2)釬焊工藝可適用于各種金屬材料、異種金屬、金屬與非金屬的連接。(3)可以一次完成多個零件或多條釬縫的釬焊，生產(chǎn)率較高。(4)可以釬焊極薄或極細(xì)的零件，以及粗細(xì)、厚薄相差很大的零件。(5)釬焊的缺點(diǎn)是：釬焊接頭的耐熱能力比較差，接頭強(qiáng)度比較低，釬焊時表面清理及焊件裝配質(zhì)量的要求比較高。第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

釬焊的特點(diǎn)：28釬焊分類：1.烙鐵釬焊依靠烙鐵頭的頭部積蓄的熱量熔化釬料，并將它送進(jìn)給到焊件釬焊處，同時加熱釬焊處的金屬而完成釬焊接頭。

釬焊分類：292.火焰釬焊利用火焰的熱量來實(shí)現(xiàn)釬焊的方法。金屬焊接與切割基礎(chǔ)知識課件30典型釬焊工藝示例典型釬焊工藝示例31第一節(jié)金屬焊接和切割的原理、分類和方法

（四）切割的原理和分類金屬的切割方法很多，可分為機(jī)械切割（冷切割：剪切、鋸切、銑切）、火焰切割（又稱氣割熱切割）、電弧切割、水切割和激光切割等。1.火焰切割（見圖1-5）指利用氣體火焰的熱能，將工件切割處預(yù)熱到燃燒溫度后，噴出高速切