第九章 焊接成型

1、 第九章 焊接成型概述一、定義：焊接是在兩塊金屬之間，用局部加熱或加壓等 手段借助于金屬內部原子間的結合力，使金屬連接成 牢固整體的一種加工方法。二、分類：熔化焊利用金屬熔化和凝固時的相互結晶而形成連接按實現(xiàn)原子間產生結合的方式不同可拆卸連接不可拆卸連接金屬連接方式 壓力焊依靠壓力，使接頭處的金屬材料產生塑性 變形而形成原子間的結合。釬焊依靠低熔點釬料熔化后，與高熔點被焊金屬 在一定溫度下相互間產生一定的物理化學作 用而形成原子間的連接。1.與作為金屬連接方法的鉚接相比：省工省料、密封性好、勞動條件好 2.與作為零件成形工藝的鑄、鍛相比 可制造雙金屬結構 能化大為小，拼小成大，簡化鑄、鍛、沖工

2、藝, 被喻為神奇的“鋼鐵裁縫”。三、特點 焊接時局部加熱，而產生焊接殘余應力和焊接變形。 焊接缺陷的隱避性，易導致焊接結構的意外破壞。 汽車駕駛室是由許多沖壓件焊接成形的。 我國12000 噸水壓機上的立柱高達十幾米分成六 段分別鍛出再用焊接的方法連接成整體。 座落在香港大嶼山下的天壇大佛是由兩百多塊 青銅鑄件用焊接的方法連接制成的。 例如： 9.1 熔焊的理論基礎二、產生與存在的條件 1. 氣體電離2. 陰極發(fā)射電子（電源）熱電離碰撞電離1.1 焊接電弧一、概念三、構造與極性1、構造弧柱區(qū) 21% 6008000k陰極區(qū) 36% 2400k陽極區(qū) 43% 2600k2、極性直流正接：焊件(+

3、)焊條(-)焊件熱量多，溶池深，用于焊高熔點或厚大焊件直流反接：焊件(-)焊條(+)溶深淺，用于焊薄板，有色合金、不銹鋼、鑄鐵等五、電弧對電源的要求 應有適當?shù)目蛰d電壓 應具有陡降的外特性 焊接電流應能方便地調節(jié)六、焊接設備 直流弧焊機 交流弧焊機四、電弧的靜特性：在電弧長度一定時，電弧兩端的電壓 與電弧中通過的電流之間的關系。七、手工電弧焊焊接過程及特點1.焊接過程 引弧焊條送進焊條移動 操作靈活方便2.焊接特點 所用設備簡單，維修方便被焊材料 適應性廣 生產率低，焊接質量取決于焊工操作水平 勞動條件差，勞動強度大焊接位置焊縫形狀不限一、熔焊冶金過程特點1.溶池溫度高且處于大氣之中2.溶池體

4、積小且在運動下結晶1.2 熔焊冶金過程與焊縫質量二、保證焊縫質量的措施對溶池和電弧區(qū)域造成有效的 保護Fe O FeOMn O MnOSi 20 SiO2C0 C0 向溶池過渡有益的合金元素1.3 電焊條一、組成：傳導電流形成焊縫 5070%1、焊芯機械保護氣渣聯(lián)合保護添加合金元素脫O.S.P改善工藝性2、藥皮二、分類1、按用途分為九大類： 碳鋼焊條； 低合金鋼焊條； 不銹鋼焊條； 鑄鐵焊條； 鋁及鋁合金焊條； 銅及銅合金焊條； 鎳和鎳合金焊條；2、按藥皮熔渣的酸堿性分1.酸性焊條 氧化性較強， 工藝性能較好合金元素燒損嚴重，焊縫機械性能差。 勞動條件好焊接一般鋼結構焊前清理和焊條烘干要求不太

5、嚴，50200烘干1小時即可，若不吸潮也可不烘干交、直流兩用 焊縫抗裂性能優(yōu)良2. 堿性焊條 氧化性較小CaCO3CaO+CO2FeS+CaOCO2FeS+MnMnS+FeCaF2H2OCaO+2HF 工藝性能比較差焊前清理和焊條烘干要求很嚴300350烘干12小時而且要放在保溫筒中保存使用直流反接CaF2(反電離元素)4.勞動條件較差煙塵多，產生HF有毒氣體，應加強通風三、選用2.工作條件1.等性能原則3.焊件結構特點4.其它四、牌號結或J 結構鋼焊條焊縫金屬的b，MPa藥皮類型、電源種類J 4 2 2結構鋼焊條b420MPa藥皮為氧化鈦鈣型，交、直流兩用J 5 0 7結構鋼焊條b500MP

6、a藥皮為低氫型，直流反接15酸性焊條 67堿性焊條1.4 焊接接頭金屬組織與性能的變化焊接接頭焊接接頭的中心部分焊縫區(qū)緊接焊縫的母材熱影響區(qū)熱影響區(qū)各點相當于受到一次不同規(guī)范的熱處理。一、焊縫在焊接過程中，焊縫受到一次冶金的過程二、熱影響區(qū)（焊縫兩側因焊接熱作 用而發(fā)生組織性能變化的區(qū)域）1.熔合區(qū)2.過熱區(qū)3.正火區(qū)4.部分相變區(qū)性能最差強度愈高，淬硬傾向愈大的鋼種，熔合區(qū)和過熱區(qū)的硬度峰值愈高，塑性愈低，產生焊接裂縫的傾向愈大三、改善焊接接頭組織性能的措施 對焊縫滲透合金，加強脫氧、 脫硫、脫磷；加強對焊縫的保 護。 焊后熱處理 選擇焊接方法，控制焊接加熱溫度和加熱時間，盡量減小 熱影響區(qū)

7、寬度。一、形成1.5 焊接應力與變形 1.原因：焊縫拉應力兩側金屬壓應力焊接過程局部不均勻的加熱、冷卻2.結論：s變形b裂紋5.扭曲變形 三、減小焊接應力和變形的工藝措施3.彎曲變形 4.波浪式變形 二、變形的基本形式1.收縮變形2.角變形 1.焊前預熱、焊后緩冷 2.焊后退火3.反變形法 4.加裕量法5.剛性固定法 6.選擇合理的焊接順序 7.選用合適的焊接方法和焊接 規(guī)范 8.錘擊焊縫2.火焰矯正法四、矯正焊接變形的方法1.機械矯正法9.2 其他常用焊接方法2.1 埋弧焊一、 焊接過程 焊條焊芯焊絲 人手的送進自動送絲藥皮焊劑人手的移動焊接小車二、 特點及應用1.生產率高 Q=I2Rt2.

8、焊縫質量好且穩(wěn)定4.改善了勞動條件3.省電省材5.設備費用較貴，工藝準備復雜， 對接頭加工與裝配要求嚴格主要用于生產批量大、厚度較大(660mm)且長的直焊縫和大直徑的環(huán)形焊縫6.靈活性較差焊位，焊縫形狀受限制只能平焊，長的直線焊縫和大直徑的環(huán)形焊縫2.2 氣體保護焊一、特點1.明弧焊，溶池可見度好，操作方便，易實現(xiàn)自動化和半 自動化 2.電弧受到保護氣流壓縮，熱量集中，焊接速度快；熔池小， 溶深大，熱影響區(qū)窄；焊后變形小，適于薄件及有色件。3.焊縫表面無渣，可以節(jié)約大量清渣時間 4.適于全位置焊接，并有利于焊接過程自動化 5.氣體保護焊設備較復雜，焊接時，容易受氣流干擾二、種類不熔化極氬弧焊

9、（鎢極氬弧焊）)熔化極氬弧焊 1.氬弧焊采用直流電流正接法：用于焊接低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼、鈦合金等。采用交流電源：用于焊接鋁、鎂合金(具有“陰極破碎”作用)。 保護效果最好，但氬氣成本高主要用于焊接易氧化的有色金屬、稀有金屬、高強度合金鋼及一些特殊性能的合金鋼。 2、CO2氣體保護焊 成本低，但具有一定的氧化性，故焊接時,需采用脫氧元素較高的焊絲。 主要用于低碳鋼和普通低合金鋼薄板的焊接2.3 電渣焊一、焊接過程二、特點及應用 1.厚大焊件一次焊成且生產率高2.焊縫質量好3.成本低 4.熱影響區(qū)寬，晶粒粗大 主要用于焊接厚度大于40mm的工件2.4 電阻焊一、特點及主要應用1、生產率高，焊

10、接變形小 2、不開坡口，不用填充金屬、無需保護3、操作簡單、勞動條件好、易實現(xiàn)自動化 4、設備復雜耗電多、焊件尺寸受限制 適于成批大量生產二、種類1、點焊（柱狀電極）多用于焊接薄板沖壓件（S4mm ） 2、縫焊（滾輪電極）多用于焊接有密封性要求的薄壁結構(S3mm)。3、對焊 （利用電阻熱使兩個工件在整個斷面上焊接起來） 電阻對焊接頭性能較差，多用于對接頭強度和質量要求不很高，直徑小于20mm的棒料、管材、門窗等構件的焊接。(加壓 通電 加壓) 閃光對焊 （通電 移動 加壓）多用于焊接重要管道、鋼軌、錨鏈、刀具、鋼筋等。 焊接質量好，生產率高； 可焊同種金屬或異種金屬(鋼-鋼、銅-鋼、鋁-鋼、

11、鋁-銅 等)； 可焊直徑為0.01mm的金屬絲和斷面 為上萬平方毫米的金屬棒、管或異 型材料。對焊要求焊件截面形狀應盡量相同，圓棒直徑、方料邊長、管子壁厚之差不應超過15%。2.5 摩擦焊（利用摩擦熱將兩焊件焊在一起）一、焊接過程二、特點及應用 加熱溫度低，接頭質量好； 焊接生產率高(1200件/h)，成本低(耗電為閃光焊的 1020%,焊接成本為CO2電弧焊的70%左右)；一些用熔焊、電阻焊不能焊的異種金屬，可用摩擦焊焊接(如銅-鋁摩擦焊等)。 能焊同種金屬、異種金屬及某些非金屬材料； 焊接過程可控性好，質量穩(wěn)定，焊件精度高； 勞動條件好，無弧光、煙塵、射線污染； 要求被焊工件至少應有一件是

12、旋轉體(如棒料、管材)； 摩擦焊設備的一次投資大，適用于成批大量生產。在各種回轉體結構焊接中，可逐步取代電弧焊、電阻焊、閃光焊；2.6 釬焊一、釬焊過程二、釬焊種類 1、硬釬焊 T熔450 接頭強度 較高，適于釬焊接頭受力較大或 工作溫度較高的工件。如刀具、冰箱壓縮機管道等。四、釬焊特點及應用1、加熱溫度低，組織性能變化小、變形小 2、可焊接性能差異很大的異種金屬和厚薄懸殊的工件 2、軟釬焊 T熔450 接頭強度較低，適于釬焊接頭 受力不大或工作溫度較低的工件如各種電器導線的連接，儀表、儀器元件的焊接等。三、釬焊熔劑(簡稱釬劑)2、改善釬料充填接頭間隙的性能(潤濕性)；3、防止被焊金屬氧化。硬

13、釬焊用釬劑由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物所組成。1、清除氧化膜及雜質；軟釬焊用釬劑有松香、氯化鋅與氯化銨溶液等。4、接頭強度較低、成本高3、設備簡單，對工件整體加熱可同時釬焊很多條焊縫和很多個焊件，生產率高 主要用于精密儀表，電氣零部件、異種金屬焊件及空間技術 領域 9.3 常用金屬的焊接3.1 金屬的可焊性一、可焊性的概念可焊性是指被焊金屬在一定的焊接工藝下，獲得優(yōu)質接頭的難易程度。二、焊接性的影響因素2、焊接方法 1、母材優(yōu)質接頭接頭無缺陷接頭要有好的使用性能 3、焊接材料（焊條、焊絲、焊劑和保護性氣體） 4、工藝措施三、焊接性的評定 1、碳當量法（只適于碳鋼，低合金鋼） CE0.25時，焊

14、接性良好 CE=0.250.4時，焊接性較好CE=0.40.6時，焊接性較差 CE 0.6時，焊接性差 2、試驗法（適于所有金屬）3.2 碳鋼的焊接一、低碳鋼C0.25 、無淬硬傾向，焊接性好二、中碳鋼 工藝措施： 1、預熱，緩冷 2、采用小規(guī)范措施0.25C0.4 焊接性較好0.4C0.6 焊接性較差3、選用堿性焊條4、焊后熱處理三、高碳鋼C0.6 淬硬傾向焊接性差 一般不作為焊接結構件，只用于修復的場合3.3 合金結構鋼的焊接一、強度級別低，合金元素少的合金鋼，焊接性能與 低碳鋼類似二、強度級別高的合金鋼，焊接性與高碳鋼類似3.4 鑄鐵的焊補一、主要問題 1、易產生白口和淬硬組織2、易產生

15、裂縫3、易產生氣孔和夾渣二、方法質量好、成本高、生產率低，勞動條件差 一般用于焊補形狀復雜焊后需加工的重要鑄件生產率高、成本低、勞動條件好一般用于焊補要求不高的鑄件以及怕高溫預熱引起變形的工件1、熱焊法2、冷焊法3.5 有色金屬的焊接一、焊接性 1、易氧化Cu2O和Cu形成低熔點共晶體引起熱裂 Al2O3比重大，沉入液態(tài)焊縫中，凝固后形成夾渣2、易出氣孔 CuAl及其合金溫度高時溶解氣體多，溫度低時溶解度急劇下降 導熱性 V冷氣體來不及析出形成氣孔2、加強保護3、易產生裂紋CuAl是單向組織，過熱時晶粒粗大，脆性大線膨脹系數(shù)大，收縮率大，應力大易裂二、工藝措施1、選擇熱源（氬弧焊）9.4 焊接

16、結構設計4.1 焊接結構件材料的選擇一、盡量選焊接性能好的材料二、最好不選用兩種性能相差很遠的材料三、接頭處的材料厚度應盡量相等四、應盡量選近似焊接結構的型材4.2 焊接方法的選擇4.3 焊接接頭工藝設計一、焊縫的布置1、焊縫應盡量分散2、焊縫應盡量對稱3、焊縫應避開最大應力處與應力 集中處4、焊縫應盡量 避開加工 部位5、焊縫位置應便于操作二、接頭型式的選擇與設計4.4 焊接結構工藝設計舉例結構名稱：中壓容器材 料：16MnR（原材料尺寸為12005000mm2)件 厚：筒身12mm；封頭14mm；人孔圈20mm;管接頭7mm。生產數(shù)量：小批生產9.5 焊接檢驗 5.1 焊接缺陷特征 特征 缺陷種類 特征 焊縫外形尺寸及形狀的缺陷 焊縫外形尺寸(如焊縫長度、寬度、余高、焊腳等)不符合要求，