金屬工藝第四章焊接課件講述

1、第四章第四章 焊接焊接材料連接的方法有螺紋連接、銷釘連接、鉚接及焊接等多種。本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.1 熔焊熔焊4.2 壓焊與釬焊壓焊與釬焊4.3 常用金屬的焊接常用金屬的焊接4.4 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計本章重點：較深刻地理解焊接工程的基本理論；對焊接接頭的組織與性能、焊接應(yīng)力與變形的形成過程有清楚的認(rèn)識；掌握防止和消除焊接變形的常用方法。1. 能夠根據(jù)材料的特性正確選擇焊 接方法。對可焊性 差的材料在焊接時 應(yīng)采取哪些措施。焊接：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(dá)到原子結(jié)合的一種方法。焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊等。1）熔焊：利用局部加熱的方法，把工件的焊接處

2、加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接成為一個整體的工藝方法。 2）壓焊：在焊接過程中需要加壓的一類焊接方法。3）釬焊：利用熔點比母材低的填充金屬熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接的一種焊接方法。 焊接方法焊接的主要特點是：（1）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量；（2）簡化復(fù)雜零件和大型零件的制造；（3）適應(yīng)性好；可實現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)；（4）滿足特殊連接要求；可實現(xiàn)不同材料間的連接成型；（5）降低勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。缺點：1）焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，更換修理不便 ；2）焊接接頭的組織和性能往往要變壞；3）要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形； 4）會產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋

3、、未焊透、夾渣、氣孔等。 焊接方法的應(yīng)用：在機(jī)械制造、建筑、車輛、石油化工、原子能、航空航天等部門得到廣泛運(yùn)用。（1）制造金屬結(jié)構(gòu)件（2）制造機(jī)器零件和工具（3）制造電子產(chǎn)品（4）修復(fù)零部件4.1熔焊熔焊的焊接過程是利用熱源先把工件局部加熱到熔化狀態(tài),形成熔池,然后隨著熱源向前移去,熔池液體金屬冷卻結(jié)晶，形成焊縫。其焊接過程包括熱過程、冶金過程和結(jié)晶過程。根據(jù)熱源的不同可分為氣焊 、電弧焊、電渣焊、激光焊、電子束焊、等離子弧焊等。熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶的過程。熔池存在時間短，溫度 高；冶金過程進(jìn)行不充 分，氧化嚴(yán)重；熱影響區(qū) 大。冷卻速度快，應(yīng)力大，結(jié)晶后易生成粗大的

4、柱狀晶。熔化焊的三要素?zé)嵩茨芰恳?，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣 熱、電子束和激光。熔池的保護(hù)可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣-氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。填充金屬保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到力學(xué)性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。熔池的保護(hù)熔池的保護(hù)根據(jù)焊接方法的不同成型原理，焊接過程中對焊縫熔池的保護(hù)一般有三種：熔渣保護(hù)、氣體保護(hù)和氣-渣保護(hù)。焊劑是由SiO2，MnO、MgO及CaF等組成的硅酸鹽。焊劑保護(hù)的效果：形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含 氣量，提高

5、焊縫韌性。延長熔池存在時間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。熔渣保護(hù)熔渣保護(hù) 熔渣對焊接熔池起機(jī)械保護(hù)作用,為了使熔池與空氣隔離，可在熔池上覆蓋一層熔渣。一方面防止金屬氧化和吸氣另一方面向熔池過渡合金元素，提高焊縫性能同時，還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射。焊接方法中的埋弧焊、電渣焊就是采用這種熔渣保護(hù)熔池的機(jī)理。氣保護(hù)氣保護(hù)用于保護(hù)熔池和溶滴的氣體應(yīng)是惰性氣體，并在高溫下不分解，或是低氧化 性的不溶于金屬液體的雙 原子氣體(如Ar或CO2)。噴嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使氣體以層流流出。氬氣氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反 應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護(hù)氣體。由

6、于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)99.9%氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格CO2為無色無味氣體，密度是空氣的1.5倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下易分解。CO2氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護(hù)焊接熔池和電弧方面，效果良好。但CO2氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為CO和O2：CO2 CO + O2所以二氧化碳在高溫時有強(qiáng)烈的氧化性。CO2氣體渣-氣聯(lián)合保護(hù)利用渣的良好的冶金反應(yīng)和焊縫成型特點以及氣體 的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)弧 作用，可獲得良好的熔池 保護(hù)效果。如焊條的藥皮 及二氧化碳加藥芯。填滿焊縫，提高焊縫性能，使焊縫與母材等強(qiáng)度

7、，用焊絲和焊芯（填充金屬）過渡 合金元素。填充金屬填充金屬4.1.1焊接電弧焊接電弧1.焊接電弧的產(chǎn)生 焊接電弧是在焊條與工件之間產(chǎn)生的強(qiáng)烈、持久又穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。焊接引弧時，焊條和工件瞬間接觸形成短路，強(qiáng)大的電流產(chǎn)生強(qiáng)烈電阻熱使接觸點熔化甚至蒸發(fā)，當(dāng)焊條提起時，在電場作用下，熱的金屬發(fā)射大量電子，電子碰撞氣體使之電離，正、負(fù)離子和電子構(gòu)成電弧。2. 焊接電弧的結(jié)構(gòu)電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成，如圖所示。1）陰極區(qū)：電子發(fā)射區(qū)，熱量約占36%，平均溫度2400K；2）陽極區(qū)：受電子轟擊區(qū)域，熱量約占43%，平均溫度2600K；3）弧柱區(qū)：陰、陽兩極間區(qū)域，幾乎等于電弧長度，熱量2

8、1%，弧柱中心溫度可達(dá)50008000K。電弧的結(jié)構(gòu)示意圖電弧的結(jié)構(gòu)示意圖由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽極和陰極上有一定的差異，在使用直流電焊機(jī)焊接時，有兩種接線方法：直流正接：焊件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條）直流負(fù)接：焊件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和鋁合金）電弧焊的焊接過程：電弧焊的焊接過程：手工電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件熔化而進(jìn) 行焊接的。 電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件（基本 金屬）和焊條同時熔化成為熔池，焊條金屬熔滴借重力 和電弧氣體吹力的作用逐漸過渡到熔池當(dāng)中。 藥皮燃燒后與液體金屬起物理化學(xué)作用，所形成的熔渣和 氣體可防止空氣中氧

9、、氮的侵入，其保護(hù)熔化金屬的作用電弧焊的冶金過程特點：電弧焊的冶金過程特點： 焊接的冶金過程如圖所示,母材、焊條受電弧高溫作用熔化形成金屬熔池，將進(jìn)行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金化等物理、化學(xué)過程。焊條電弧焊過程焊條電弧焊過程 電弧和熔池金屬溫度高于一般的冶煉溫度。使金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)，導(dǎo)致金屬燒損或形成有害雜質(zhì)。 金屬熔池體積小，熔池處于液態(tài)的時間很短，一般在秒左右。導(dǎo)致化學(xué)成分不夠均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出，易產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷。 熔池不斷更新，有害氣體容易進(jìn)入熔池，形成氧化物、氣孔、雜質(zhì)等缺陷。焊條作為一個電極，一方面起引導(dǎo)電流和引弧的作用，另一方面作為填充金屬與熔化的母材形成焊縫

10、。4.1.2電焊條電焊條1 電焊條的組成電焊條由外覆藥皮中間焊芯組成焊芯焊芯藥皮藥皮2.作用：焊芯一方面作電極，起導(dǎo)電作用，產(chǎn)生電弧，提供焊接熱源；另一方面作為填充金屬，與熔化的母材共同組成焊縫金屬。焊芯采用焊接專用金屬絲。如H08C等。藥皮焊條藥皮的主要作用有：改善焊接工藝性；機(jī)械保護(hù)作用；冶金處理作用。焊條藥皮的組成物按其作用分為：穩(wěn)弧劑、造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、粘結(jié)劑、稀渣劑、增塑劑等。2. 2. 電焊條的分類電焊條的分類按用途分：按用途分：結(jié)構(gòu)鋼焊條結(jié)構(gòu)鋼焊條JJ； 鉬和鉻耐熱鋼焊鉬和鉻耐熱鋼焊RR；低溫鋼焊條低溫鋼焊條WW； 奧氏體不銹鋼焊條奧氏體不銹鋼焊條AA；堆焊焊條堆焊

11、焊條DD； 鑄鐵焊條鑄鐵焊條ZZ；鎳及鎳合金焊條鎳及鎳合金焊條Ni Ni ； 銅及銅合金焊條銅及銅合金焊條TT；鋁及鋁合金焊條鋁及鋁合金焊條LL； 特殊用途焊條特殊用途焊條TSTS 按藥皮性質(zhì)分為：按藥皮性質(zhì)分為：酸性焊條（酸性氧化物為主）、堿酸性焊條（酸性氧化物為主）、堿性焊條（堿性氧化物和螢石性焊條（堿性氧化物和螢石CaF2為主）。為主）。 2）焊條型號。國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號。國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號。如E4303，E表示焊條，43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值（kgf/mm2 ）；03表示焊接位置為全位置、電流種類為交直流及藥皮類型為鈦鐵礦型 。3）焊條牌號。焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號，用一個大寫漢

12、語拼音字母和三個數(shù)字表示。如J422，J表示結(jié)構(gòu)鋼焊條；42表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度等級（kgf/mm2 ）；2表示藥皮類型和電流種類。 酸性藥皮與堿性藥皮兩者的性質(zhì)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?？梢蕴岣吆缚p金屬的抗裂性。 堿性藥皮氧化性強(qiáng)，對銹、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)。電焊條的選用原則電焊條的選用原則等強(qiáng)度原則：低碳鋼和普通低合金鋼構(gòu)件，一般都要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度， 因此可根據(jù)鋼材強(qiáng)

13、度 等級來選用相應(yīng)的焊條。同一強(qiáng)度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用。主要應(yīng)考慮：焊接件的結(jié)構(gòu)形狀、鋼板厚度、載荷性質(zhì)和抗裂性能而定。低碳鋼與低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接，可按某一種鋼接頭中強(qiáng)度較低的鋼材來選用相應(yīng)的焊條。焊接不銹鋼或耐熱鋼等有特殊性能要求的鋼材，應(yīng)選用相應(yīng)的專用焊條。4.1.3 4.1.3 焊接的接頭焊接的接頭焊接是一個局部加熱的過程，熔池中的金屬凝固形成焊縫，在焊縫兩側(cè)一定范圍內(nèi)的焊件也因溫度升高并發(fā)生金相組織和力學(xué)性能的變化，形成熱影響區(qū)。焊縫與母材的過渡區(qū)為熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。焊縫的形成實際上在焊接處發(fā)生局部加熱熔化，由欲焊接的兩工件結(jié)合部位形成熔池，然后再

14、冷凝結(jié)晶而使兩工件成為一個整體的過程。1.1.焊縫的形成焊縫的形成2.2.焊接接頭的組織與性能焊接接頭的組織與性能 以低碳鋼為例,說明焊接過程造成金屬組織和性能的變化。如圖所示。受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材組織或性能發(fā)生變化的區(qū)域,叫焊接熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。熔合線兩側(cè)有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū),叫熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。熔合區(qū)和過熱區(qū)性能最差，熱影響區(qū)越小越好，其影響因素有焊接方法、焊接規(guī)范、接頭形式等。圖圖4-6 低碳鋼焊接接頭的組低碳鋼焊接接頭的組織變化織變化1.焊縫區(qū) 焊接熱源向前移去后，熔池液體金屬迅速冷卻結(jié)晶，結(jié)晶從熔池底部

15、未熔化的半個晶粒開始，垂直熔合線向熔池中心生長，呈柱狀樹枝晶，如圖所示；結(jié)晶過程中將在焊縫的柱狀樹枝晶焊縫的柱狀樹枝晶最后結(jié)晶部位產(chǎn)生成分偏析。同時焊縫組織是從液體金屬結(jié)晶的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于熔池小，冷卻快，化學(xué)成分控制嚴(yán)格，碳、硫、磷都較低，并含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學(xué)性能不低于母材。2. 熱影響區(qū) 熱影響區(qū)各點的最高加熱溫度不同，其組織變化也不相同。如圖所示，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。 1）過熱區(qū)：最高加熱溫度在11000C以上的區(qū)域，晶粒粗大，甚至產(chǎn)生過熱組織。塑性和韌性明顯下降，是熱影響區(qū)中力學(xué)性能最差的部位。2）正火

16、區(qū)：最高加熱溫度在Ac3至11000C的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細(xì)小的正火組織，力學(xué)性能較好。3）部分相變區(qū)：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。 低碳鋼焊接接頭的組織變化低碳鋼焊接接頭的組織變化焊接接頭熱循環(huán)的特點是：加熱和冷卻速度很 快，對易淬火鋼，易導(dǎo)致馬氏體相變；對其它材料，易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。3.熔合區(qū) 化學(xué)成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織，使強(qiáng)度下降，塑性、韌性極差，產(chǎn)生裂紋和脆性破壞，其性能是焊接接頭中最差的 低碳鋼焊接接頭的組織、性能變化如圖所示，熔合區(qū)很窄，但因強(qiáng)度、塑性和韌性都下降，而且此處接頭斷

17、面變化，引起應(yīng)力集中，在很大程度上決 定焊接接頭的性能。低碳鋼焊接接頭的性能分布低碳鋼焊接接頭的性能分布4. 影響焊接接頭性能的因素 焊接接頭的力學(xué)性能決定于它的化學(xué)成分和組織。具體有：1）焊接材料、焊絲和焊劑都要影響焊縫的化學(xué)成分。2）焊接方法，一方面影響組織粗細(xì)，一方面影響有害雜質(zhì)含量。3）焊接工藝。焊接時,為保證焊接質(zhì)量而選定的諸物理量（如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等)的總稱，叫焊接工藝參數(shù)。線能量:指熔焊時,焊接能源輸入給單位長度焊縫上的能量。顯然焊接工藝參數(shù)，影響焊接接頭輸入能量的大小，影響焊接熱循環(huán)，從而影響熱影響區(qū)的大小和接頭組織粗細(xì)。4）焊后熱處理：如正火，能細(xì)化接頭

18、組織，改善性能。5）接頭形式、工件厚度、施焊環(huán)境溫度和預(yù)熱等均會影響焊后冷卻速度，從而影響接頭的組織和性能。 4.1.4 4.1.4 焊接應(yīng)力和變形焊接應(yīng)力和變形1.焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 焊件在焊接過程中受到局部加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。左圖是低碳鋼平板對接焊時產(chǎn)生應(yīng)力和變形的示意圖。 平板焊接時，要產(chǎn)生熱脹冷縮。加熱時，如自由膨脹則如圖a中虛線所示，但由于受到阻礙，產(chǎn)生同樣伸長，故高溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生拉應(yīng)力，兩者平衡。冷卻后，由于冷卻速度不同，高溫處冷卻慢，收縮大。同樣最后在高溫處產(chǎn)生拉應(yīng)力，低溫處產(chǎn)生壓應(yīng)力。平板對接焊的應(yīng)力平板對接焊的應(yīng)力a) 焊接過程中焊接過

19、程中b) 冷卻后冷卻后 變形規(guī)律一般情況下，焊件塑性好，結(jié)構(gòu)剛度小時，焊件收縮容易，焊件變形大，焊接應(yīng)力??；反之焊接變形小，焊接應(yīng)力大。當(dāng)拘束很大時（如大平板對接）,則會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，無殘余變形。當(dāng)拘束較?。ㄈ缧“鍖雍福r，既產(chǎn)生殘余應(yīng)力，又產(chǎn)生殘余變形。焊件焊后的變形形式主要有：尺寸收縮、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。焊接變形與應(yīng)力的危害產(chǎn)生焊接變形，可能使焊接結(jié)構(gòu)尺寸不合要求，組裝困難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質(zhì)量。焊接殘余應(yīng)力會增加工件工作時的內(nèi)應(yīng)力，降低承載能力；還會引起裂紋，甚至造成脆斷，應(yīng)力的存在會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋。殘余應(yīng)力是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會衰減而

20、產(chǎn)生一定的變形，使構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定，所以減少和防止焊接變形和應(yīng)力是十分必要的。焊接應(yīng)力的防止及消除焊接應(yīng)力的防止及消除1)采取合理的焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少應(yīng)力（圖a）。而圖b因先焊焊縫1導(dǎo)致對焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應(yīng)力。2）結(jié)構(gòu)設(shè)計要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可能?。?）焊縫仍處在較高溫度時，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長，減少殘余應(yīng)力；4）采用小線能量焊接，多層焊，減少殘余應(yīng)力；5）焊前預(yù)熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；6）焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力。 7）焊前組裝時，采用反變形法 8）剛性固定法，但會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力工字梁反變形工字梁反變形剛性固定法剛

21、性固定法多層多道焊層道示意圖多層多道焊層道示意圖4.4.矯正焊接變形的方法矯正焊接變形的方法機(jī)械矯正法機(jī)械矯正法 火焰矯正法火焰矯正法思考題 減少焊接應(yīng)力考慮，拼焊如題圖1所示的鋼板時，應(yīng)怎樣確定焊接順序？試在圖中標(biāo)出，并說明理由。上次課內(nèi)容的回顧焊接接頭的組織與性能焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)（過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)）。焊縫的組織和性能：有柱狀樹枝晶生成、偏析焊接變形和焊接應(yīng)力原因？危害？防止？焊接順序、不要有密集交叉、焊前預(yù)熱、焊后緩冷、退火消除？采用反變形方法、對稱焊、多層多道焊、剛性固定、機(jī)械矯正、火焰矯正4.1.5其它熔焊方法簡介其它熔焊方法簡介1.埋弧自動焊 埋弧焊是電弧在焊劑層下

22、燃燒進(jìn)行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進(jìn)和電弧移動都采用機(jī)械來完成。1.埋弧焊設(shè)備 埋弧焊設(shè)備由焊接電源、焊車、控制箱三部分組成。焊車由送絲機(jī)頭、行走小車、控制盤、焊絲盤和焊劑漏斗等組成。 2.埋弧焊的焊接過程及工藝 埋弧焊焊接過程如圖所示。埋弧焊焊絲從導(dǎo)電嘴深處長度較短，故可采用大電流焊接，比手工電弧焊高4倍，故適宜焊接較厚材料，也可焊接大直徑筒體。焊前準(zhǔn)備板厚小于14mm時，可不開坡口；板厚為1422mm時，應(yīng)開Y型坡口；板厚為2250mm時，可開雙Y型或U 型坡口。Y型和雙Y型坡口的角度為5060。埋弧焊的工藝焊縫間隙應(yīng)均勻，焊直縫時，應(yīng)安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產(chǎn)生的氣孔

23、、夾雜、縮孔、縮 松等缺陷進(jìn)入工件焊縫之中3. 埋弧焊特點及應(yīng)用優(yōu)點： 生產(chǎn)效率高。電流大,熔深大,焊接速度快, 焊絲自動進(jìn)給。 焊縫質(zhì)量好，焊縫均勻美觀； 節(jié)省焊接材料,中厚板不開坡口,一次焊透,多余焊劑回收使用,降低了損耗。 勞動條件較好，暗弧操作，實現(xiàn)了機(jī)械化，減少了煙塵。缺點：1）適應(yīng)性較差 ，焊前準(zhǔn)備工作量大；2）焊接電流強(qiáng)度大，不適于3mm以下薄板；3）難以完成鋁、鈦等強(qiáng)氧化性金屬及合金的焊接；4）設(shè)備一次性投資較大。應(yīng)用埋弧焊主要用于壓力容器的環(huán)縫焊和直縫焊，鍋爐冷卻壁的長直焊縫焊接，船舶和潛艇殼體 的焊接，起重機(jī)械（行車）和冶 金機(jī)械（高爐爐身）的焊接。不適合薄板、曲線焊縫。2

24、.氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧區(qū)的熔滴和熔池及焊縫的電弧焊。常用保護(hù)氣體有惰性氣體（氬氣、氦氣和混合氣體）和活性氣體（二氧化碳?xì)猓﹥煞N，分別成為惰性氣體保護(hù)焊和CO2焊。1）氬弧焊 氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)（熔池）氣體的電弧焊。高溫下，Ar不與金屬起反應(yīng)，不溶于金屬。氬弧焊質(zhì)量很高。氬弧焊分為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊。鎢極氬弧焊以鎢釷合金和鎢鈰合金為陰極，利用鎢合金熔 點高，發(fā)射電子能力強(qiáng)， 陰極產(chǎn)熱少，鎢極壽命長 的特點，形成不熔化極氬弧焊。熔化極氬弧焊 以焊絲為一電極（正極）， 工件為另一電極（負(fù)極）， 焊絲熔滴通常呈很細(xì)顆粒的 “噴射過渡”進(jìn)入熔

25、池，所 用電流比較大，生產(chǎn)率高。 適用于板厚8mm以上的鋁容器。為使 電弧穩(wěn)定，熔化極氬弧焊通 常采用直流反接。氬弧焊的特點及應(yīng)用氬弧焊的特點及應(yīng)用機(jī)械保護(hù)效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量優(yōu)良， 焊縫成型美觀。電弧穩(wěn)定，可實現(xiàn)單面焊雙面成型。可全位置自動焊接。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。 如鋁、鈦和不銹鋼等。2 2）COCO2 2氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊以CO2為保護(hù)氣體，用焊絲為電極引燃電弧，實現(xiàn)半自動焊或自動焊。CO2氣體CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護(hù)效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導(dǎo)致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純

26、度要大于99.8%。CO2焊時的飛濺CO2+Fe = FeO+COFeO進(jìn)入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應(yīng)：FeO+C = Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴內(nèi)體積急劇膨脹而爆破，導(dǎo)致飛濺。防止飛濺的措施防止飛濺的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進(jìn)行脫氧，合金化。采用藥芯焊絲。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。CO2焊的特點：1）生產(chǎn)率高；電流大，易于自動化，無渣殼。2）成本低；無需涂料焊條和焊劑， CO2價廉；3）焊縫質(zhì)量較好；4）采用氣體保護(hù)，能全位置焊接，易于自動控制 ；5）焊縫成形差，飛濺大 ；6）不能焊接易氧化的非鐵金屬和

27、不銹鋼；7）設(shè)備較復(fù)雜，使用和維修不便。 CO2焊適于焊接低碳鋼和強(qiáng)度級別不高的普通低合金結(jié)構(gòu)鋼。 3.電渣焊電渣焊利用電流通過熔渣時產(chǎn)生的電阻熱加熱和熔化焊絲和母材來進(jìn)行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極、板極、熔嘴和熔管電渣焊。焊接過程為先引弧，形成渣池，電弧過程變?yōu)殡娫^程，熔化金屬凝固成形。電渣焊的特點:1）可一次焊成很厚的焊縫；2）生產(chǎn)率高，焊接材料消耗少，不需開坡口；3）焊縫金屬較純凈，渣池覆蓋住熔池，保護(hù)良好，有利于氣體和雜質(zhì)浮出；4）接頭金屬在高溫下停留時間長，過熱區(qū)大，接頭金屬組織粗大，焊后應(yīng)進(jìn)行正火處理。電渣焊主要用于厚壁壓力容器和鑄焊、鍛焊、厚板拼焊等大型構(gòu)件的制造，厚度應(yīng)大

28、于40mm的碳鋼、合金鋼和不銹鋼等。4.4.等離子弧焊等離子弧焊等離子弧是借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。1）等離子弧的產(chǎn)生。 等離子弧是一種電離度很高的壓縮電弧，溫度高，能量密度大，其發(fā)生裝置如圖所示。在三個壓縮作用下形成等離子弧。a）機(jī)械壓縮效應(yīng)；b）熱壓縮效應(yīng)；c）電磁壓縮效應(yīng)。溫度可達(dá)24000K 50000K。等離子弧焊的特點及應(yīng)用等離子弧焊的特點及應(yīng)用等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強(qiáng)。10 12mm 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(yīng)力變形小。電流小到0.1A時，電弧仍能穩(wěn)定燃燒，能保持良好的挺直度 與方

29、向性，所以可焊接很薄的箔材。等離子弧焊接在國防工業(yè)及尖端技術(shù)所用的銅合金、合金鋼、 鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導(dǎo)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(jī)上一些薄 壁容器均可用等離子弧焊接。但等離子弧焊接設(shè)備比較復(fù)雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊 接。5.5.真空電子束焊真空電子束焊電子束焊接過程 電子束焊是利用高速運(yùn)動的電子撞擊工件時，將動 能轉(zhuǎn)化為熱能將焊縫熔化 進(jìn)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 面的堆高可在接縫預(yù)加墊 片。對接縫間隙為0.1倍的板厚，一般不能超過 0.2mm。電子束焊的特點及應(yīng)用保護(hù)效果好，焊縫質(zhì)量高，適用范圍廣。能

30、量密度大，穿透能力強(qiáng)，可焊接厚大截面工件和難熔金屬。加熱小，焊接變形小。電子束焊成本高，主要用于微電子器件焊裝、導(dǎo)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。6.6.激光焊激光焊激光焊：利用聚焦后的激光束的高能量密度（1013W/cm2)，對工件進(jìn)行焊接。分為脈沖激光焊接和連續(xù)激光焊接。激光焊的特點： 能量密度大，適合于高速加工，能避免熱損傷和焊接變形； 靈活性比較大； 激光輻射放出能量極其迅速，不僅焊接生產(chǎn)率高，而且被焊材料不易氧化，可以在大氣中焊接，不需真空環(huán)境或氣體保護(hù)； 裝置復(fù)雜，效率較低。 激光焊示意圖激光焊示意圖4.3壓焊與釬焊壓焊與釬焊 壓焊是指在加熱或不加熱狀態(tài)下對

31、組合焊件加壓，使其產(chǎn)生塑性變形，并通過再結(jié)晶和擴(kuò)散等作用，使兩個分離表面的原子達(dá)到形成金屬鍵而連接的焊接方法。常用的有電阻焊和摩擦焊。 1.電阻焊電阻焊電阻焊是利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。 電阻熱：電阻熱： Q= RT式中Q電阻熱； 電流（幾千安至幾十萬安）；R電阻（接觸電阻與工件電阻和）；T通電時間（短）。影響接觸電阻的因素：影響接觸電阻的因素：工件表面狀態(tài) 表面愈粗糙、氧化 愈嚴(yán)重、接觸電阻愈大。電極壓力 壓力愈高、接觸電阻愈小。焊前預(yù)熱 焊前預(yù)熱將會使接觸電 阻

32、大大下降。1.點焊點焊：是利用電流通過兩圓柱形電極和搭接的兩焊件產(chǎn)生電阻熱，將焊件加熱并局部熔化，形成一個熔核（其周圍為塑性狀態(tài)），然后在壓力下熔核結(jié)晶，形成一個焊點的焊接方法。點焊的接頭形式均為搭接接頭，焊接前應(yīng)清理。電阻點焊形熔核形成過程電阻點焊形熔核形成過程（3） 電阻焊過程預(yù)壓、通電加熱、在壓力下冷卻結(jié)晶或塑 性變形和再結(jié)晶。點焊時的熔核偏移點焊時的熔核偏移在焊接不同厚度或不同材料時，因薄板或?qū)嵝院玫牟牧?，吸熱少?而散熱快，導(dǎo)致熔核偏向厚板或?qū)岵畹牟牧系默F(xiàn)象稱為熔核偏移。防止熔核偏移的措施采用特殊電極和工藝墊片的措施。點焊時會發(fā)生點焊分流現(xiàn)象，故焊點間距不宜過小。 點焊的主要焊接

33、參數(shù)是電極壓力、焊接電流和通電時間。壓力過大、電流過小，會使熱量少，焊點強(qiáng)度下降；壓力過小、電流大會使熱量大而不穩(wěn)定，易飛濺，燒穿。大電流，短時間稱為強(qiáng)規(guī)范。小電流，長時間稱為弱規(guī)范。2.2.縫焊縫焊縫焊與點焊同屬于搭接電阻焊，焊接過程與點焊相似，采用滾盤作電極，邊焊邊滾，相鄰兩個焊點重疊一部分，形成一條有密封性的焊縫。焊接分流現(xiàn)象較嚴(yán)重，故同等條件下焊接電流較大，主要用于有密封性要求的薄板件?？p焊分流嚴(yán)重,通常采用強(qiáng)規(guī)范焊接，焊接電流比點焊大 1.52倍。主要用于3mm以下的薄板結(jié)構(gòu),主要要求密封性容器的焊接，如汽車油箱、化工容器等。3. 3. 對焊對焊對焊是利用電阻熱將焊件斷面對接焊合的一

34、種電阻焊，可分為電阻對焊和閃光對焊。（1）電阻對焊先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面 溫度達(dá)到塑性溫度 (9501000)。在壓力下塑變和再結(jié)晶形成固態(tài)焊接接頭。電阻對焊 要求對接處焊前嚴(yán)格清 理，所焊截面積較小,一般用于鋼筋的對接焊。（2）閃光對焊先通電,后接觸,因個別點接觸,個別點通過的電流密度很 高,可使其瞬間熔化或汽化, 形成液態(tài)過梁。電磁收縮力和 電磁引力及斥力而使過梁爆破 飛出,形成閃光。閃光一方面 排除了氧化物和雜質(zhì),另一方 面使對口處的溫度迅速升高。閃光對焊因氧化夾雜物被閃光帶走被擠出，故夾雜少，閃光對焊因氧化夾雜物被閃光帶走被擠出，故夾雜少，質(zhì)量好，強(qiáng)度高，常用于質(zhì)量好，強(qiáng)

35、度高，常用于相同相同或或異種異種材料的焊接。材料的焊接。常用對接焊頭形式常用對接焊頭形式2.2.摩擦焊摩擦焊摩擦焊是利用工件金屬焊接表面相互摩擦產(chǎn)生的熱量,將金屬局部加熱到塑性狀態(tài),然后在壓力下完成焊接的一種熱壓焊接方法。 分分連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和儲能式摩擦焊。連續(xù)驅(qū)動摩擦焊和儲能式摩擦焊。連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝過程連續(xù)驅(qū)動摩擦焊的工藝過程 連續(xù)驅(qū)動摩擦焊是使一個工件高速旋轉(zhuǎn)，另一個工件則以相當(dāng)大的壓力壓向旋轉(zhuǎn)件，使接頭摩擦升溫。當(dāng)加熱到塑性狀態(tài)時，利用制動器或斷電使旋轉(zhuǎn)件停轉(zhuǎn)，同時保持和增大軸向壓力進(jìn)行頂鍛，直至焊接完成。儲能式摩擦焊的工藝過程儲能式摩擦焊的工藝過程 是將飛輪和一個焊件加速到預(yù)定速

36、度，使飛輪與電動機(jī)脫開或斷電，同時使兩工件接觸并加壓，飛輪的動能轉(zhuǎn)化成熱能，當(dāng)飛輪停止轉(zhuǎn)動時，加壓頂鍛，完成焊接。2.2.摩擦焊具有以下優(yōu)點：摩擦焊具有以下優(yōu)點：接頭的焊接質(zhì)量好、穩(wěn)定,其 廢品率是閃光對焊的1%左右。適于焊接異種鋼和異種金屬， 如碳素結(jié)構(gòu)鋼-高速鋼、銅-不 銹鋼、鋁-銅、鋁-鋼等。焊件尺寸精度高，可以實現(xiàn)直接裝配焊接。焊接生產(chǎn)率高，是閃光焊的45倍。三相負(fù)載均衡，節(jié)能，改善了三相供電電網(wǎng)的供電條件。與 閃光對焊比較，節(jié)省電能80%90%左右。由于摩擦焊金屬焊接變形小，接頭焊前不需特殊清理，接頭 上的飛邊有時可以不必去除，焊接不需要填充材料和保護(hù)氣 體，加工成本顯著降低。摩擦焊

37、機(jī)容易實現(xiàn)機(jī)械化,自動化；操作技術(shù)簡單,容易掌 握摩擦焊的工作場地衛(wèi)生，沒有火花，弧光；沒有有害氣體， 有利于環(huán)境保護(hù)，適于設(shè)置在自動生產(chǎn)線上。4.2.24.2.2釬焊釬焊 釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤母材,填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊按釬料熔點可分為軟釬焊、硬釬焊。釬劑能除去氧化膜和油污等雜質(zhì)，保護(hù)母材接觸面和釬料不受氧化，并增加釬料濕潤性和毛細(xì)流動性。 1. 軟釬焊 釬料熔點在4500C以下的釬焊；常用錫鉛釬料，松香、氯化鋅溶液作釬劑。其接頭強(qiáng)度低，工作溫度低，具較好的焊接工藝性，軟釬焊

38、常用于儀表器件、導(dǎo)電板及銅合金焊接。比如汽車儀表、電器、銅質(zhì)蜂窩散熱器等。2. 硬釬焊 釬料熔點在4500C以上的釬焊；常用銅基和銀基釬料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物組成釬劑。接頭強(qiáng)度較高，工作溫度也高，釬焊工作溫度為900 1100。主要用于鋼質(zhì)或銅類構(gòu)件的焊接，如自行車架、帶鋸鋸條以及硬質(zhì)合金刀片與刀頭的焊接等。釬焊過程中，一般都需要使用釬劑。釬劑的作用是：清除被焊金屬表面的氧化膜及其它雜質(zhì)，改善釬料流入間隙的性能 （即潤濕性），保護(hù)釬料及焊件不被氧化，因此釬劑對釬焊質(zhì) 量影響很大。軟釬焊時，常用的釬劑為松香或氯化鋅溶液。硬釬焊時，釬劑種類較多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等組成，應(yīng)根

39、據(jù)釬料種類選擇應(yīng)用。釬焊的特點及應(yīng)用范圍釬焊的特點及應(yīng)用范圍 釬焊過程中，工件加熱溫度較低，因此組織和力 學(xué)性能變化很小，變形也小。接頭光滑平整，工件尺寸 精確。 釬焊可以焊接性能差異很大的異種金屬，對工件 厚度差也沒有嚴(yán)格限制。 對工件整體加熱釬焊時，可同時釬焊由多條（甚 至上千條）接縫組成的復(fù)雜形狀構(gòu)件，生產(chǎn)率很高。 釬焊設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費(fèi)用少。釬焊不適于一般鋼結(jié)構(gòu)和重載動載機(jī)件的焊接。釬焊主要用于制造精密儀表、電氣零部件、異種金屬構(gòu)件以及某些復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)，如夾層構(gòu)件和汽車水箱散 熱器等，也常用于釬焊各類導(dǎo)線與硬質(zhì)合金刀具。上次課內(nèi)容的回顧焊接接頭的組織與性能焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)（過

40、熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)）。焊縫的組織和性能：有柱狀樹枝晶生成、偏析焊接變形和焊接應(yīng)力原因？危害？防止？焊接順序、不要有密集交叉、焊前預(yù)熱、焊后緩冷、退火消除？采用反變形方法、對稱焊、多層多道焊、剛性固定、機(jī)械矯正、火焰矯正4.34.3常用金屬材料的焊接常用金屬材料的焊接 主要內(nèi)容：4.3.1金屬材料的焊接性4.3.1碳鋼的焊接4.3.3 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接4.3.4鑄鐵的補(bǔ)焊4.3.5有色金屬的焊接4.3.6焊接缺陷與檢驗4.3.14.3.1金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性 1. 焊接性的定義焊接性的定義金屬材料的焊接性是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得

41、優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。（即金屬材料在一定的焊接工藝條件下表現(xiàn)出的“好焊”或“不好焊”）。焊接性包括兩方面：工藝焊接性是指焊接接頭產(chǎn)生缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)各種裂紋的可能性； 使用焊接性是指焊接接頭在使用過程中的可靠性，包括焊接接頭的力學(xué)性能及其它性能（耐熱、耐蝕性能等）。 影響焊接性的因素： 材料因素 設(shè)計因素工藝因素 使用因素 2.2.金屬焊接性的評定方法金屬焊接性的評定方法金屬焊接性的評定方法主要有直接試驗法和間接評估法兩類。1）直接試驗法直接試驗法直接試驗法是在正確控制焊接工藝參數(shù)條件下，按規(guī)定要求焊接試驗樣件、然后檢測焊接接頭對裂紋、氣孔、夾渣等缺陷的敏感性來評定焊接性。常用的試驗方

42、法有Y形坡口對接焊縫裂紋試驗方法、T形接頭焊接裂紋試驗方法、焊接熱影響區(qū)最高硬度試驗方法、焊縫和焊接接頭常規(guī)力學(xué)性能試驗方法等。2 2）間接評估法）間接評估法在大量生產(chǎn)和科學(xué)研究的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的理論計算方法。主要依據(jù)母材或焊縫金屬的化學(xué)成分和某些其它條件（如接頭拘束度、焊縫擴(kuò)散氫含量），通過一定的經(jīng)驗公式計算，估計冷裂、熱裂、再熱裂紋的傾向大小。由于是經(jīng)驗公式，這類方法的應(yīng)用是有條件限制的，而且大多是間接、粗略估計焊接性問題。 常用方法：碳當(dāng)量法、冷裂敏感指數(shù)法、熱影響區(qū)最高硬度法等1 1）碳當(dāng)量法）碳當(dāng)量法碳當(dāng)量(Ceq) ：將鋼材中各種元素對淬硬傾向和冷裂紋的作用按照相當(dāng)于若干含碳量

43、的作用折合，并把折合后的碳量迭加起來。國際焊接協(xié)會推薦 Ceq =C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 (%) 適用范圍：中等強(qiáng)度的非調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)鋼（強(qiáng)度為 500700MPa）美國焊接學(xué)會（AWS）推薦 Ceq = C + Mn/6 + Si/24 + Ni/15 + Cr/5 + Mo/4 + (Cu/13 + P/2)(%) 適用范圍：適用于含碳量較高的低合金高強(qiáng)鋼 C0.6 %；Mn1.6%；Ni3.3%；Cr1.0%；Mo0.6%；Cu0.51%，P =0.050.15%，當(dāng)Cu0.5或P0.5%時，鋼材易淬硬，焊接性變差，焊接時需預(yù)熱才能防止裂紋，隨板厚增大

44、預(yù)熱溫度相應(yīng)提高。 Ceq0.6% 鋼材的冷裂傾向大，焊接性差，采取嚴(yán)格的工藝措施,如焊前預(yù)熱,焊后熱處理，嚴(yán)格控制線能量等。 2) 使用日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）的碳當(dāng)量公式時，當(dāng)鋼板厚度25mm和采用焊條電弧焊時（焊接熱輸入為17kJ/cm）,對于不同強(qiáng)度級別的鋼材規(guī)定了不產(chǎn)生裂紋的碳當(dāng)量界限和相應(yīng)的預(yù)熱措施。2 2 冷裂敏感指數(shù)冷裂敏感指數(shù)日本學(xué)者采用Y形坡口“鐵研試驗”對200多種不同成分的鋼材、不同厚度及不同的焊縫含氫量進(jìn)行試驗，提出了與化學(xué)成分、擴(kuò)散氫和拘束度（或板厚）相聯(lián)系的冷裂紋敏感性指數(shù)等公式。H擴(kuò)散氫含量（擴(kuò)散氫含量（ml/100g）；）；h板厚（板厚（mm）；）； Pw考慮到

45、拘束度的焊接裂紋敏感指數(shù)（）；考慮到拘束度的焊接裂紋敏感指數(shù)（）；Pc焊接裂紋敏感指數(shù)（）；焊接裂紋敏感指數(shù)（）；RF焊縫拉伸拘束度焊縫拉伸拘束度N/(mm2)；Pcm為合金元素的冷裂敏感系數(shù)（）為合金元素的冷裂敏感系數(shù)（） 冷裂敏感指數(shù)越小，鋼材的冷裂傾向越小，利用冷裂敏感指數(shù)可以確定斜Y坡口對接裂紋試驗條件下，為防止冷裂紋所需的最低預(yù)熱溫度T0（）： T0 = 1440 Pc - 392 （）該公式適用的鋼材有一定的化學(xué)成分范圍，對焊縫的擴(kuò)散氫含量、板厚以及焊接線能量也有規(guī)定.適用范圍： C：0.070.22%；Si：00.60 %；Mn：0.41.4%；Cu：00.50%；Ni：01.2

46、0%；Cr：01.20%；Mo：00.07 %；V：00.12%；B：00.005。 此外擴(kuò)散氫1.05.0ml/100g；板厚1950mm；焊接線能量1730kJ/cm。 Y形坡口對接裂紋形坡口對接裂紋試驗坡口及焊縫試驗坡口及焊縫由于Y形坡口焊接裂紋試件的拘束狀態(tài)遠(yuǎn)超過了實際對接接頭的拘束度，且試件坡口為斜Y型，應(yīng)力集中程度大，其試驗條件苛刻，一般認(rèn)為試驗中裂紋率20%，實際構(gòu)件不發(fā)生冷裂紋3 3熱裂紋敏感性指數(shù)法熱裂紋敏感性指數(shù)法考慮化學(xué)成分對焊接熱裂紋敏感性的影響，在試驗研究的基礎(chǔ)上提出可預(yù)測或評估低合金結(jié)構(gòu)鋼熱裂紋敏感性指數(shù)的方法。(1) 熱裂紋敏感系數(shù)（簡稱HCS），其計算公式為：3

47、10VMoCrMn3100Ni25SiPSCHCS）（當(dāng)HCS4時，一般不會產(chǎn)生熱裂紋。HCS越大的金屬材料，其熱裂紋敏感性越高。(2) 臨界應(yīng)變增長率（簡稱CST），其計算公式為： CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn+ 65.7Nb-618.5B+7.0)10-4當(dāng)CST6.510-4時，可以防止產(chǎn)生熱裂紋，但這僅是按化學(xué)成分來考慮的。4.3.24.3.2碳鋼的焊接碳鋼的焊接1.低碳鋼的焊接低碳鋼的焊接低碳鋼焊碳量0.25%，塑性好，一般沒有淬硬性傾向，對焊接熱過程不敏感，可焊性良好。焊這類鋼不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進(jìn)行熱處理（電渣焊除

48、外）。 因此低碳鋼可以用于各種焊接方法進(jìn)行焊接，因此低碳鋼可以用于各種焊接方法進(jìn)行焊接，用得用得最廣泛的是手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護(hù)最廣泛的是手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護(hù)焊和電阻焊。焊和電阻焊。2.中碳鋼的焊接中碳鋼的焊接 中碳鋼碳量在中碳鋼碳量在0.250.6%之間，隨含碳量的增加，之間，隨含碳量的增加，淬硬傾向增大，可焊性變差，在焊縫及熱影響區(qū)淬硬傾向增大，可焊性變差，在焊縫及熱影響區(qū)中會分別出現(xiàn)中會分別出現(xiàn)熱裂紋熱裂紋和和冷裂紋冷裂紋。 中碳鋼的焊接特點：熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區(qū)被加熱超過淬火溫度的區(qū)段時，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現(xiàn)馬

49、氏體等 淬硬組織。如焊件剛性較大或工藝不恰當(dāng)時，就會在淬火區(qū) 產(chǎn)生冷裂紋，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到 常溫后產(chǎn)生裂紋?？p金屬熱裂紋傾向較大 焊接中碳鋼時，因母材含碳量與硫、磷雜質(zhì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于焊條鋼芯，母材熔化后進(jìn)入熔池，使焊縫金屬含碳量增加塑性下降。為保證接頭質(zhì)量，需采取下列措施進(jìn)行保護(hù)： 焊前預(yù)熱、焊后緩冷(相應(yīng)的熱處理)。（減小應(yīng)力、防止裂紋的產(chǎn)生） 選用堿性低氫型焊條（焊條中較多的CaO能有效的脫去硫和磷，防止裂紋的產(chǎn)生） 焊件開坡口。且采用細(xì)焊絲、小電流、多焊層。（能獲得良好的接頭）3.高碳鋼的焊接高碳鋼中的含碳量大于0.6%，焊接性能更差，需采用更高的預(yù)熱溫度，更嚴(yán)格的工藝

50、措施來保護(hù)，通常不用于作焊接結(jié)構(gòu)，只限于修補(bǔ)工作。高碳鋼常采用焊條電弧焊或氣焊的方法，并選用J857和J857Cr焊條，焊接后立即進(jìn)行去應(yīng)力退火。4.3.34.3.3合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼的焊接特點：熱影響區(qū)的淬硬傾向低合金鋼焊接時，熱影響區(qū)可能產(chǎn)生淬硬組織， 淬硬程度與鋼材的化學(xué)成分和強(qiáng)度級別有關(guān)。鋼中含 碳及合金元素越多，鋼材強(qiáng)度級別越高，焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向也越大。強(qiáng)度級別大于450MPa級的低合金鋼，淬硬傾向增加，熱影響區(qū)容易產(chǎn)生馬氏體組 織，形成淬火區(qū)，硬度明顯增加，塑性、韌性則下降。焊接接頭的裂縫傾向不同環(huán)境溫度的預(yù)熱要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10

51、不預(yù)熱, - 10以下預(yù)熱100150工件厚度/mm：16-24，不低于-5不預(yù)熱,- 5以下預(yù)熱100150工件厚度/mm：24-40，不低于0不預(yù)熱, 0 以下預(yù)熱100150工件厚度/mm：40以上，均應(yīng)預(yù)熱1001502.珠光體耐熱鋼的焊接性珠光體耐熱鋼的焊接性珠光體耐熱鋼以鉻、鉬為主要合金元素的低合金熱鋼，其供貨狀態(tài)(正火或正火加回火)組織是珠光體(或珠光體加鐵素體). 珠光體耐熱鋼一般在預(yù)熱狀態(tài)下焊接,焊后大多要進(jìn)行高溫回火處理. 珠光體耐熱鋼焊接時在焊縫及熱影響區(qū)易產(chǎn)生硬脆的馬氏體組織,這不僅影響焊接接頭的力學(xué)性能,還會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，常導(dǎo)致焊縫和熱影響區(qū)出現(xiàn)冷裂紋。硬化傾向還

52、與下列因素有關(guān)：鋼中碳、鉻含量，構(gòu)件厚度、剛性及焊件拘束度等。焊接時預(yù)熱是防止冷裂紋的有效措施，焊件未預(yù)熱或預(yù)熱溫度太低，工件冷卻速度加快都會加重焊縫及熱影響區(qū)硬化。常用的焊接方法的焊接材料常用的焊接方法的焊接材料焊接方法:焊條電弧焊、埋弧焊、熔化極氣體保護(hù)焊、電渣焊、鎢極氬弧焊。焊接材料的選用 焊接材料具有必要的熱強(qiáng)性，珠光體耐熱鋼的縫焊成分應(yīng)與母體相近，還應(yīng)嚴(yán)格控制焊接材料的含水量。預(yù)熱及焊后熱處理 ：預(yù)熱溫度的確定主要是依據(jù)鋼的合金成分、接頭的拘束度和焊縫金屬的氫含量。耐熱鋼焊后熱處理的目的：1.消除焊接殘余應(yīng)力2。改善焊接區(qū)組織和接頭的綜合力學(xué)性能、包括提高接頭的高溫蠕變強(qiáng)組織穩(wěn)定性，

53、降低焊縫及熱影響區(qū)硬度等。3.3.不銹鋼的焊接不銹鋼的焊接不銹鋼按正火后的組織可分為奧氏體、馬氏體和鐵素體不銹鋼。奧氏體不銹鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，焊接性良好，焊接時一般不需要采取工藝措施 。焊條、焊絲和焊劑的選用應(yīng)保證焊縫金屬與母材成分類型相同。大型化工儲罐大型化工儲罐(304)(304)管板換熱器管板換熱器 ( 304 )焊接材料選擇不合適或焊接工藝不合理時，會產(chǎn)生晶間腐蝕和熱裂紋。馬氏體不銹鋼在焊接時有較大的晶粒粗化傾向，特別是多數(shù)馬氏體鋼其成分特點使其組織往往處在馬氏體鐵素體的邊界上。在冷卻速度較小時近縫區(qū)會出現(xiàn)粗大的鐵素體和碳化物組織，使其塑性和韌性顯著下降； 冷卻速度過大時，由于馬氏體

54、不銹鋼具有較大的淬硬傾向，會產(chǎn)生粗大的馬氏體組織，使塑性和韌性下降。 馬氏體不銹鋼導(dǎo)熱性差，焊接時的殘余應(yīng)力也大，容易產(chǎn)生冷裂紋。 有氫存在時，馬氏體不銹鋼還會產(chǎn)生更危險的氫致延遲裂紋。鋼中碳含量越高，冷裂紋傾向也越大。馬氏體不銹鋼常用的焊接方法是焊條電弧焊，還可以采用埋弧焊、氬弧焊和CO2氣體保護(hù)焊等方法。焊前注意焊接材料的烘干（如焊條應(yīng)經(jīng)100400 烘干）。鐵素體型不銹鋼以18Cr鋼為代表。在含碳量低的情況下有良好的焊接性能，焊接裂紋內(nèi)敏感性也較低。但由于被加熱至900以上的焊接熱影響區(qū)晶粒顯著變粗，使得在室溫下缺少延伸性和韌性,易發(fā)生低溫裂紋。一般來講鐵素體型不銹鋼有475脆化、700

55、800長時間加熱下發(fā)生 “相脆性、夾雜物和晶粒粗化引起的脆化、低溫脆化、碳化物析出引起耐蝕性下降”以及高合金鋼中易發(fā)生的延遲裂紋等問題。通常應(yīng)在焊接時進(jìn)行焊前預(yù)熱(低于150)和焊后熱處理，并在具有良好韌性的溫度范圍進(jìn)行焊接。475脆性 ：在475附近(370540)長時間保溫時，使FeCr合金分解為低鉻濃度的固溶體和高鉻濃度的固溶體。當(dāng)固溶體中鉻濃度大于75%時形變由滑移變形轉(zhuǎn)變?yōu)閷\晶變形，從而發(fā)生475脆化預(yù)防：避免焊接區(qū)在450-525溫度范圍內(nèi)停留時間過長;在700-800短時加熱后水冷，可以消除475脆性4.3.44.3.4鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的碳含量高,（大于2.11%）塑性差

56、，組織不均勻，焊接性能很差，不用做結(jié)構(gòu)鋼，但由于其在機(jī)械行業(yè)中應(yīng)用廣泛，如能對其在生產(chǎn)中的缺陷或使用中的破損進(jìn)行焊接修補(bǔ)，可顯著提高其經(jīng)濟(jì)效益。 因此 鑄鐵的焊接主要是焊補(bǔ)。鑄鐵焊補(bǔ)的特點（困難）1. 熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織和淬硬組織；鑄鐵碳的質(zhì)量分布高,力學(xué)性能差,焊接性差,在焊補(bǔ)中具有以下特點:2. 焊縫區(qū)易產(chǎn)生裂紋；3. 焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔；4. 熔池金屬易流失；一般采用氣焊、焊條電弧焊。分熱焊法和 冷焊法。1 ）熱焊法熱焊法是焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600 700,焊后緩慢冷卻。熱焊法可防止工件產(chǎn)生白口組織和裂縫，焊后可以進(jìn)行機(jī)械加工。但熱焊法成本較高，生產(chǎn)率 低，焊工勞動條件差。一般用

57、于焊補(bǔ)形狀復(fù)雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭箱、汽缸體等。2.2.鑄鐵焊補(bǔ)的方法鑄鐵焊補(bǔ)的方法2 ）冷焊法）冷焊法焊補(bǔ)之前，工件不預(yù)熱或只進(jìn)行400以下低溫預(yù)熱的焊補(bǔ)方法通常稱為冷焊法。主要依靠焊條來調(diào)整焊縫化學(xué)成分以防止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產(chǎn)率高、 成本低、勞動條件好。但焊接處切削加工性能較差。生產(chǎn)中多用于焊補(bǔ)要求不高的鑄件以及怕高溫預(yù)熱 引起變形的工件。焊接時，應(yīng)盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及時輕輕錘 擊焊縫以松弛應(yīng)力，防止焊后開裂。鑄鐵補(bǔ)焊時產(chǎn)生白口的原因及預(yù)防措施鑄鐵補(bǔ)焊時產(chǎn)生白口的原因及預(yù)防措施防止白口的措施有以下幾種：（1

58、）減緩冷卻速度 延長熔合區(qū)處于紅熱狀態(tài)時間，使石墨化充分進(jìn)行。 具體措施是焊前對焊件進(jìn)行預(yù)熱和焊后保溫緩冷。（2）增加有利于石墨化元素的含量 鑄鐵中常存的C、Si、Mn、S、P元 素中,C和Si是強(qiáng)烈的石墨化元素，只有當(dāng)（C+Si）含量達(dá)到一定值時，在適當(dāng)冷卻速度配合下，才能使焊縫獲得灰鑄鐵組織。因此,選擇含硅、碳較高的材料是防止產(chǎn)生白口的常見方法之一。（3）采用異質(zhì)材料焊接 采用鎳基、銅基、鋼基焊縫的焊接材料，使 焊縫不是鑄鐵組織，因而從根本上避免了白口組織的產(chǎn)生。4.3.5有色金屬的焊接有色金屬的焊接1.鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接工業(yè)上用于焊接的主要是純鋁（熔點658）、鋁錳合金、鋁

59、鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較 困難，其焊接特點是：鋁與氧的親和力很大,極易氧化生成氧化鋁（Al2O3）。氧化鋁組織致密，熔點高達(dá)2050，它覆蓋在金屬表面，能 阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較大,要求使用大功率或能量集中的熱 源，厚度較大時應(yīng)考慮預(yù)熱。易產(chǎn)生變形和裂紋：鋁的高溫強(qiáng)度低，塑性差，在接頭中容易形成較大的拘束應(yīng)力，易 產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，并可能導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。液態(tài)鋁能吸收大量的氫，鋁在固態(tài)時又幾乎不溶解氫， 因此在溶池凝固時易生成氣孔。鋁在高溫時強(qiáng)度及塑性很低，焊接時常由于不能支持熔 池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板。焊接接頭的力學(xué)性能和耐

60、蝕性降低：鋁和鋁合金焊接接頭的組織疏松且晶粒粗大，性能比母材低。目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊和釬焊。不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前必須徹底清理焊件的焊接部位和焊絲表面的氧化膜 與油污，清理質(zhì)量的好壞將直接影響焊縫性能。2.2.銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，其原因是：銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，其原因是：銅的導(dǎo)熱性很高（紫銅約為低碳鋼的8倍），焊接時熱 量極易散失。因此，焊前工件要預(yù)熱，焊接時要選用較 大電流或火焰，否則容易造成焊不透缺陷。銅在液態(tài)易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點共晶，分布在晶界形成薄弱環(huán)節(jié)；又因銅