焊接技術(shù)基礎(chǔ)

焊接技術(shù)基礎(chǔ)第一節(jié)基本概念一、常用的金屬連接方法二、定義：利用加熱或加壓，或兩者并用，填充或不填充金屬，借助于原子間的結(jié)合以達到連接金屬的一種加工方法。三、優(yōu)點節(jié)約材料，降低成本；生產(chǎn)率高；能化大為小，拼小成大；不同材料、不同厚度拼接；具有良好的密封性。四、焊接方法分類：以焊接時的物理冶金特征進行分類，即以兩材料發(fā)生結(jié)合時的物理狀態(tài)為焊接過程最主要的特征：熔化焊(液相)壓力焊(固相)釬焊(固相兼液相）氣焊電弧焊電阻焊：點焊、縫焊、對焊摩擦焊感應(yīng)焊：高頻焊、中頻焊爆炸焊、超聲波焊、擴散焊、冷壓焊等等離子焊、電渣焊、電子束焊、激光焊等手工電弧焊埋弧自動焊氣體保護焊氬弧焊CO2氣體保護焊軟釬焊：錫焊硬釬焊：銅焊、銀焊第二節(jié)手工電弧焊一、原理和方法電弧在焊條與工件（母材）之間燃燒電弧熱使母材熔化形成熔池焊條金屬芯熔化滴入熔池焊條藥皮熔化后形成熔渣保護熔池不受空氣侵害藥皮分解產(chǎn)生氣體環(huán)繞在電弧周圍，隔絕空氣，保護電弧、熔池金屬二、焊接電弧電弧的產(chǎn)生：焊條和工件之間產(chǎn)生的強烈、持久、穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。電弧的結(jié)構(gòu)：陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)第二節(jié)手工電弧焊弧柱區(qū)的溫度高達5000K以上；陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度較低，分別約為2400K和2600K；陰極區(qū)和陽極區(qū)的幾何長度很小，僅為10-4～10-5cm；我們所看到的電弧實際上是電弧的弧柱區(qū)三、焊條（1）焊條的組成焊芯：作為電極傳導(dǎo)電流；熔化后作為填充金屬與母材形成焊縫藥皮：改善焊接工藝性；保護作用（2）焊條的分類、型號及牌號焊條分類按用途分：結(jié)構(gòu)鋼焊條；低溫鋼焊條；不銹鋼焊條等按藥皮性質(zhì)分：酸性焊條；堿性焊條焊條型號：國家標(biāo)準(zhǔn)碳鋼焊條型號由字母“E”和四位數(shù)字組成，如“E4301”焊條牌號：行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)手工電弧焊四、焊接接頭的組織和性能由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。（1）焊縫由熔池金屬結(jié)晶形成的焊件結(jié)合部分；屬于鑄造組織，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱狀晶硫、磷等低熔點雜質(zhì)容易在焊縫中心形成偏析，使焊縫塑性降低，易產(chǎn)生熱裂紋（2）熱影響區(qū)焊縫兩側(cè)處于固態(tài)的母材金相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化的區(qū)域由過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)組成（3）熔合區(qū)是焊縫與熱影響區(qū)之間的過渡區(qū)域熔化部分鑄態(tài)組織，未熔化部分嚴(yán)重過熱，粗晶組織，性脆越窄越好第二節(jié)手工電弧焊過熱區(qū)：1100～固相線；粗大的魏氏組織；塑性和韌性降低；薄弱部位正火區(qū)：AC3～1100；完全奧氏體化；細小晶粒；性能改進部分相變區(qū)：AC1～AC3；部分奧氏體化，組織不均勻；性能較差第二節(jié)手工電弧焊三、焊接應(yīng)力和變形

1、焊接應(yīng)力和變形的形成及危害（1）焊接應(yīng)力和焊接變形形成第三節(jié)焊接應(yīng)力和變形（2）焊接應(yīng)力和焊接變形的危害焊接應(yīng)力和焊接變形相互制約焊接應(yīng)力：導(dǎo)致熱裂紋；殘余應(yīng)力影響結(jié)構(gòu)的機械加工精度，降低承載能力、引發(fā)冷裂紋，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆斷事故的發(fā)生。焊接變形：降低結(jié)構(gòu)的裝配精度、可能引起應(yīng)力集中和附加應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)的承載能力下降；焊接變形過大會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)報廢合理選擇焊接順序和焊接方向2、減小和消除焊接應(yīng)力的措施：錘擊法：使焊縫金屬發(fā)生塑性變形從而減小殘余應(yīng)力預(yù)熱法加熱“減應(yīng)區(qū)”法熱處理法：高溫回火600～6502、焊接變形的基本形式收縮變形（縮短變形）角變形彎曲變形扭曲變形翹曲變形（波浪變形）3、控制和矯正焊接變形的措施

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)合理

減少不必要焊縫；

焊縫截面和長度盡量小；

焊縫布置和坡口型式盡量對稱

（2）反變形法（3）剛性固定法第三節(jié)焊接應(yīng)力和變形（4）選擇合理的裝配焊接順序（5）選擇合理的焊接方法和焊接工藝系數(shù)4、焊接缺陷四、金屬材料的焊接性1、定義：指被焊金屬材料在一定的焊接工藝條件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接規(guī)范、工藝措施等），獲得優(yōu)質(zhì)接頭的難易程度。工藝焊接性（結(jié)合性能）：能否形成完好焊接接頭；使用焊接性（使用性能）：焊接接頭能否安全工作。2、評價方法直接試驗法間接評估法碳當(dāng)量法冷裂敏感系數(shù)法第四節(jié)金屬材料的焊接性能第四節(jié)金屬材料的焊接性能C當(dāng)量<0.4%時，塑性好，淬硬傾向不明顯，焊接性能好。焊接時一般不需要預(yù)熱，只有焊厚板或低溫焊接時需要考慮預(yù)熱措施；C當(dāng)量=0.4%~0.6%時，塑性下降，淬硬傾向明顯，焊接性能較差。焊接時需要預(yù)熱，并控制焊接工藝參數(shù)；C當(dāng)量>0.6%時，塑性差，淬硬傾向很強，焊接性能極差。必須采取較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施，才能保證焊接質(zhì)量。一、碳鋼的焊接1、低碳鋼：優(yōu)2、中、高碳鋼：焊前預(yù)熱；焊后緩冷二、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接焊前預(yù)熱，焊后緩冷不銹鋼采用氬弧焊四、鑄鐵的焊補主要是焊補：熱焊法、冷焊法第四節(jié)金屬材料的焊接性能五、有色金屬的焊接1、銅及銅合金容易產(chǎn)生氣孔和焊不透；膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形；氬弧焊、氣焊、焊條電弧焊及釬焊；電阻值很小，不宜進行電阻焊；2、鋁及鋁合金容易產(chǎn)生氣孔和不良夾渣；膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形，甚至開裂；氬弧焊、氣焊、電阻焊及釬焊；第四節(jié)金屬材料的焊接性能第五節(jié)其他常用焊接方法一、埋弧自動焊第五節(jié)其他常用焊接方法埋弧自動焊的特點（1）生產(chǎn)率高焊接電流比手工電弧焊時大得多，可以高達1000A，一次熔深大，焊接速度大，且焊接過程可連續(xù)進行，無需頻繁更換焊條，因此生產(chǎn)率比手工電弧焊高5～20倍。（2）焊接質(zhì)量好熔渣對熔化金屬的保護嚴(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。（3）勞動條件好焊接時沒有弧光輻射，焊接煙塵小，焊接過程自動進行。缺點：埋弧自動焊一般只適用于水平位置的長直焊縫和直徑250mm以上的環(huán)形焊縫，焊接的鋼板厚度一般在6～60mm；不適合薄板和曲線焊接；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。第五節(jié)其他常用焊接方法埋弧焊的襯墊和手工封底引弧板和熄弧板第五節(jié)其他常用焊接方法用氣體將電弧、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)，以保證焊接質(zhì)量。保護氣體主要有Ar、He、CO2、N2等。

二、氣體保護焊（1）按電極是否熔化非熔化極氣體保護焊熔化極氣體保護焊（2）按保護氣體的性質(zhì)惰性氣體保護焊CO2氣體保護焊第五節(jié)其他常用焊接方法鎢極氬弧焊示意圖（自動焊）1-熔池2-焊絲3-送絲滾輪4-焊絲盤5-鎢極6-導(dǎo)電嘴7-焊炬8-噴嘴9-保護氣體10-電弧優(yōu)點：（1）采用純氬氣保護，焊縫金屬純凈，特別適合于非鐵合金、不銹鋼、鈦及鈦合金等材料的焊接。（2）焊接過程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)都能精確控制，明弧操作，易實現(xiàn)機械化、自動化。（3）焊縫成形好，特別適合3mm以下的薄板焊接、全位置焊接和不用襯墊的單面焊雙面成形。

鎢極氬弧焊第五節(jié)其他常用焊接方法熔化極氬弧焊示意圖（自動焊）1-焊接電弧2-保護氣體3-焊炬4-導(dǎo)電嘴5-焊絲6-送絲滾輪7-焊絲盤8-噴嘴9-熔池第五節(jié)其他常用焊接方法在電弧的高溫作用下，CO2會分解為CO和O，因而具有較強的氧化性；會使Mn、Si等合金元素?zé)龘p，焊縫增氧，力學(xué)性能下降，還會形成氣孔；電弧穩(wěn)定性差、金屬飛濺大、弧光強、煙霧大等缺點；只適合焊接低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼，不能用于焊接高合金鋼和非鐵合金。CO2氣體保護焊的優(yōu)點：（1）CO2氣體保護焊的成本僅為手工電弧焊和埋弧焊的40%～50%；（2）CO2電弧穿透能力強，熔深大，生產(chǎn)率比手工電弧焊高1～4倍；（3）焊縫氫含量低，焊絲中Mn含量高，脫硫作用好，因而焊接接頭的抗裂性好。

二氧化碳氣體保護焊第五節(jié)其他常用焊接方法利用電流通過液體熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源電渣焊焊接接頭處于垂直位置，在焊接的起始端和結(jié)束端裝有引弧板和引出板。將焊劑裝入接頭空間至一定高度，然后焊絲在引弧板上引燃電弧，將焊劑熔化形成渣池。當(dāng)渣池達到一定深度時，電弧被淹沒而熄滅，電流通過渣池產(chǎn)生電阻熱，進入電渣焊過程，渣池溫度可達1700℃～2000℃，可將焊絲和焊件邊緣迅速熔化，形成熔池。隨著熔池液面的升高，冷卻滑塊也向上移動，渣池則始終浮在熔池上面作為加熱的前導(dǎo)，熔池底部結(jié)晶，形成焊縫。三、電渣焊1-焊絲2-渣池3-熔池4-焊縫5-焊件6-冷卻水管7-冷卻滑塊第五節(jié)其他常用焊接方法1、電渣焊的特點

（1）優(yōu)點在電渣焊的焊接過程中，除開始階段有一電弧過程外，其余均為穩(wěn)定的電渣過程，與埋弧焊有本質(zhì)區(qū)別。任何厚度的焊件都能一次焊成，因而在焊接厚大工件時，生產(chǎn)率高，成本低。熔池保護嚴(yán)密，冷卻緩慢，因此冶金過程完善，氣體和熔渣能充分浮出，不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。（2）局限性由于焊接熔池大，加熱和冷卻緩慢，在焊縫及熱影響區(qū)容易過熱形成粗大組織，因此電渣焊通常焊后用正火處理消除接頭中的粗晶。電渣焊總是以立焊方式進行，不能平焊，電渣焊不適于厚度在30mm以下的工件，焊縫也不宜過長。2、電渣焊的應(yīng)用主要用于重型機械制造業(yè)中，制造鍛-焊結(jié)構(gòu)件和鑄-焊結(jié)構(gòu)件，如重型機床的機座、高壓鍋爐等，焊件厚度一般為40～450mm，材料為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼等第五節(jié)其他常用焊接方法利用電流通過焊件及其接觸處產(chǎn)生的電阻熱，將連接處加熱到塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成接頭的焊接方法。四、電阻焊點焊縫焊電阻對焊閃光對焊第五節(jié)其他常用焊接方法（1）點焊工件搭接后放在柱狀電極間，通電加壓，由于兩工件接觸面處電阻較大，通電后迅速加熱并局部熔化形成熔核，熔核周圍為塑性狀態(tài)，然后在壓力的作用下熔核結(jié)晶形成焊點。焊接第二點時，有一部分電流會流經(jīng)已焊好的焊點，稱點焊分流現(xiàn)象。因此在實際生產(chǎn)中對各種材料在不同厚度下的焊點最小間距有一定的規(guī)定。主要用于4mm以下的薄板沖壓殼體結(jié)構(gòu)及鋼筋結(jié)構(gòu)的焊接，尤其是汽車和飛機制造。影響因素：焊接電流、電極壓力、通電時間等點焊接頭形式第五節(jié)其他常用焊接方法（2）縫焊縫焊分流作用較大，對于材料、厚度相同的焊件，所需焊接電流一般比點焊增加15%～40%。由于縫焊所需的焊接電流較大，所以只適用于3mm以下有氣密性要求的薄板結(jié)構(gòu)，如油箱、管道等。（3）對焊電阻對焊：電阻對焊一般僅用于斷面簡單、截面積小于250mm2和強度要求不高的桿件對接，材料以碳鋼、純鋁為主。

電阻對焊的接頭形式閃光對焊：a.不僅能焊接同種金屬，還能焊接異種金屬（如鋁-銅、銅-鋼、鋁-鋼等）。b.焊件燒損較多，且焊后有毛刺需要清理。c.焊接單位面積焊件所需的焊機功率較電阻對焊小，有利于焊接大截面的焊件，從直徑0.01mm的金屬絲到直徑500mm的管材、截面20000mm2的型材均可焊接。d.用于桿狀件對接，如刀具、管子、鋼筋、鋼軌、車圈等。閃光對焊的接頭形式五、摩擦焊摩擦焊原理圖摩擦焊接頭形式第五節(jié)其他常用焊接方法優(yōu)點：（1）焊接質(zhì)量穩(wěn)定，焊件尺寸精度高，接頭廢品率低于電阻對焊和閃光對焊。（2）焊接生產(chǎn)率高，比閃光對焊高5～6倍。（3）適于焊接異種金屬。（4）加工費用低，省電，焊件無需特殊清理。（5）易實現(xiàn)機械化和自動化，操作簡單，焊接工作場地?zé)o火花，弧光及有害氣體。

應(yīng)用異種金屬和異種鋼產(chǎn)品，如電力工業(yè)中的銅-鋁過渡接頭，金屬切削用的高速鋼-結(jié)構(gòu)鋼刀具等；結(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品，如電站鍋爐蛇形管、閥門、拖拉機軸瓦等。

缺點：（1）靠工件旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，焊接非圓截面較困難。盤狀工件及薄壁管件，由于不易夾持也很難焊接。（2）受焊機主軸電機功率的限制，目前摩擦焊可焊接的最大截面為20000mm2。（3）摩擦焊機一次性投資費用大，適于大批量生產(chǎn)。六、釬焊采用熔點低于母材的合金作釬料，加熱時釬料熔化，并靠潤濕作用和毛細作用填滿并保持在接頭間隙內(nèi)，而母材處于固態(tài)，依靠液態(tài)釬料和固態(tài)母材間的相互擴散形成釬焊接頭。釬焊對母材的物理化學(xué)性能影響小，焊接應(yīng)力和變形較小?？珊附有阅懿顒e較大的異種金屬，能同時完成多條焊縫。接頭外表美觀整齊，設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資小。但釬焊接頭的強度較低，耐熱能力差。應(yīng)用：硬質(zhì)合金刀具、鉆探鉆頭、自行車車架、換熱器、導(dǎo)管及各類容器等；在微波波導(dǎo)、電子管和電子真空器件的制造中，釬