武漢理工大學,金屬工藝學第14章 常用的焊接方法

1、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)電焊條的選用原則：電焊條的選用原則：等強度原則等強度原則整個焊接接頭由整個焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)構成。構成。由于焊縫附近各點受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為由于焊縫附近各點受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為過熱過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等。焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度等因素。等因素。在保證焊接質(zhì)量的條件下，在保證焊接質(zhì)量的條件下，增加焊接速

2、度或減少焊接電增加焊接速度或減少焊接電流流都能減小焊接熱影響區(qū)。都能減小焊接熱影響區(qū)。上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧焊接應力的防止及消除焊接應力的防止及消除第第1414章章 常用的焊接方法常用的焊接方法 14.1 手工電弧焊和埋弧焊手工電弧焊和埋弧焊1 14.2 氣體保護焊氣體保護焊2 14.3 電渣焊電渣焊3 14.4 等離子弧焊與切割等離子弧焊與切割4 14.5 壓力焊壓力焊5 14.6 釬焊釬焊6手工電弧焊的原理圖手工電弧焊的原理圖 特點特點：手工電弧焊具有設備簡單，應用靈活方便，可焊各種金屬等優(yōu)點。生產(chǎn)率不如機械化的電弧焊高，焊縫質(zhì)量也不太穩(wěn)定。14.1.1 14.1.1 手工電弧焊（即

3、焊條電弧焊）手工電弧焊（即焊條電弧焊）14.1 14.1 手工電弧焊和埋弧焊手工電弧焊和埋弧焊 應用范圍和作用應用范圍和作用：仍然是目前電弧焊中應用最普遍的方法，尤其適用于操作不便的場合和短小焊縫的焊接，如在修理工作中更為方便。 14.1.2 14.1.2 埋弧焊埋弧焊一、埋弧焊的原理及特點一、埋弧焊的原理及特點 埋弧自動焊是用焊劑進行渣保護，焊絲為一電極在焊劑層下引燃電弧燃燒。焊接方向電源123456789101112埋弧焊示意圖 1-1-焊件焊件 2-2-焊縫焊縫 3-3-渣殼渣殼 4-4-焊劑焊劑 5-5-熔池熔池 6-6-熔渣熔渣 7-7-電弧電弧8-8-焊絲焊絲 9-9-導電嘴導電嘴

4、 10-10-焊接機頭焊接機頭 11-11-焊絲盤焊絲盤 12-12-焊劑漏頭焊劑漏頭 因電弧在焊劑包圍下燃燒，所以熱效率高；焊絲為連續(xù)的盤狀焊絲，可連續(xù)饋電；焊接無飛濺，可實現(xiàn)大電流高速焊接，生產(chǎn)率高；金屬利用率高，焊接質(zhì)量好，勞動條件好。埋弧焊適于平直長焊縫和環(huán)焊縫的焊接。埋弧焊適于平直長焊縫和環(huán)焊縫的焊接。二、二、埋弧自動焊埋弧自動焊工序工序焊前準備焊前準備 板厚小于14mm時，可不開坡口； 板厚為1422mm時，應開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。 焊縫間隙應均勻，焊直縫時，應安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產(chǎn)生的氣孔、

5、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進入工件焊縫之中。平板對接焊平板對接焊 一般采用雙面焊，可不留間隙直接進行雙面焊接，也可采用打底焊或焊劑墊或墊板。為提高生產(chǎn)率，也可采用水冷銅成型底板進行單面焊雙面成型。環(huán)焊縫環(huán)焊縫 焊接環(huán)焊縫時，焊絲起弧點應與環(huán)的中心線偏離一距離e，以防止熔池金屬的流淌。一般偏離距離為2040mm，直徑小于250mm的環(huán)縫一般不采用埋弧自動焊。多絲埋弧焊多絲埋弧焊 同時有兩個以上焊絲起焊接，焊接速度高，焊縫成型好。前一電弧保證熔深，后續(xù)電弧調(diào)節(jié)熔寬，使熔池形狀及焊縫成型較為合理。埋弧焊的應用埋弧焊的應用 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

6、焊接，起重機械（行車）和冶金機械（高爐爐身）的焊接。14.2 14.2 氣體保護焊氣體保護焊利用氬氣保護電弧熱源及焊縫區(qū)進行焊接。14.2.114.2.1氬弧焊氬弧焊 氬弧焊按所用電極的不同，可分為鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊和熔化極熔化極氬弧焊氬弧焊兩種。電源送絲氬氣81235674電源氬氣送絲910111213161514a)b)氬弧焊示意圖a)熔化極氬弧焊 b)不熔化極氬弧焊1，16焊絲 2，11導電嘴 3，10噴嘴 4，13進氣管 5，9氣流 6，14電弧 7，15焊件 8送絲輪 12鎢棒鎢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，陰極產(chǎn)熱少，鎢極壽命長

7、的特點，形成不熔化極氬弧焊。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（負極），焊絲熔滴通常呈很細顆粒的“噴射過渡”進入熔池，所用電流比較大，生產(chǎn)率高。保護效果很好，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。氬弧焊的特點及應用氬弧焊的特點及應用14.2.2 14.2.2 二氧化碳焊二氧化碳焊 以CO2為保護氣體，用焊絲作電極引燃電弧，靠焊絲和工件之間產(chǎn)生的電弧融化工件金屬與焊絲形成熔池，凝固成為焊縫。COCO2 2氣體保護焊氣體保護焊1-焊

8、絲 2-導電嘴 3-噴嘴 4-進氣管 5-氣流6-電弧 7-焊件 8-送絲輪 9-焊絲盤 CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。CO2焊時的飛濺：焊時的飛濺： CO2+Fe = FeO+CO FeO進入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應： 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焊絲來進行脫氧，合金化。為使電弧穩(wěn)定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲

9、，防止鐵的氧化。采用藥芯焊絲。 CO2焊成本低，生產(chǎn)率高，焊縫質(zhì)量較好，主要用于低碳鋼和低合金結(jié)構鋼薄板的焊接。 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行焊接的一種熔化焊方法。分為絲極、板極、熔嘴電渣焊等。14.3 14.3 電渣焊電渣焊進水出水送絲76543211289101112電渣焊示意圖電渣焊示意圖1-焊件 2-滑塊 3-熔池 4-渣池 5-焊絲 6-送絲輪7-引出板 8-冷卻出水管 9-焊縫 10-冷卻進水管11-引弧板 12-引入板 電渣焊的結(jié)晶特點電渣焊的結(jié)晶特點 電渣焊的線能量大，加熱和冷卻速度低，高溫停留時間長，所以電渣焊焊縫的一次結(jié)晶晶粒為粗大的樹枝狀組織，

10、熱影響區(qū)也嚴重過熱。 在焊接低碳鋼時焊縫和近縫區(qū)產(chǎn)生粗大的組織。為了改善焊接接頭的力學性能，焊后要進行（正火）熱處理。電渣焊電渣焊工藝工藝特點特點電渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生產(chǎn)率高、成本低。電渣焊焊縫產(chǎn)生氣孔，夾渣的傾向性較低。電渣焊時金屬熔池的凝固速率低，熔池中的氣體和雜質(zhì)較易浮出。電渣焊時，一般不需預熱。用電渣焊焊接易淬火鋼時，產(chǎn)生淬火裂紋的傾向小。焊后冷卻速度慢，焊接應力小。但熱影響區(qū)寬，晶粒粗大，要進行焊后熱處理。 電渣焊的不足之處：只適于厚板和立焊（或近似立焊），焊縫區(qū)和較寬的熱影響區(qū)，晶粒粗大，焊后必須進行熱處理。14.4 14.4 等離子弧焊與切割等離子弧焊與切割 等離子

11、弧是由普通電弧經(jīng)壓縮、集中而獲得的溫度更高、能量更集中的熱源，因此又稱壓縮電弧，它可以將工件迅速加熱到高溫，其熱能利用率高于普通電弧。 利用機械壓縮效應機械壓縮效應、熱壓縮效應熱壓縮效應和電磁收縮效應電磁收縮效應將電弧壓縮為細小的等離子體。穿孔型穿孔型等離子弧焊接等離子弧焊接 在大電流(100300A)和大的離子氣流量的工藝參數(shù)條件下,利用穿孔焊接可在不用襯墊的情況下實現(xiàn)單面焊雙面成形。等離子弧焊接工藝等離子弧焊接工藝熔入型熔入型等離子弧焊接等離子弧焊接 當?shù)入x子弧的離子氣流量較小時，穿孔效應消失，稱為熔入型等離子弧焊。 熔入型等離子弧焊適用薄板，多層焊縫的蓋面及角焊縫的焊接，填加或不加填充焊

12、絲，優(yōu)點是焊速較快。 等離子弧切割通常采用氮和壓縮空氣作離子氣，將切口金屬熔化并吹除。切割速度提高，切口質(zhì)量也很好。等離子弧切割低碳鋼的厚度為0.680mm。等離子弧切割等離子弧切割等離子弧焊的特點及應用等離子弧焊的特點及應用 等離子弧能量密度大，弧柱溫度高，穿透能力強。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)及尖端技術所用的銅合金、合金鋼、鎢、鉬、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金導彈殼體、波紋管及膜盒、微型繼電器、電容器的外殼封焊以及飛機上

13、一些薄壁容器均可用等離子弧焊接。 但等離子弧焊接設備比較復雜，氣體耗量大，只宜于室內(nèi)焊接。電子束焊接過程電子束焊接過程電子束焊是利用高速運動的電子撞擊工件時，將動能轉(zhuǎn)化為熱能將焊縫熔化進行的熔化焊方法。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。 電子束焊電子束焊電子束焊的特點及應用電子束焊的特點及應用 保護效果好，焊縫質(zhì)量高，適用范圍廣。 能量密度大，穿透能力強，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。

14、壓力焊是指通過加熱等手段使金屬達到塑性狀態(tài)，加壓使其產(chǎn)生塑性變形、再結(jié)晶和擴散等作用，使兩個分離表面的原子接近到晶格距離（0.30.5nm)，形成金屬鍵，從而獲得不可拆卸接頭的一類焊接方法。熱源形式為熱源形式為：電阻熱、高頻：電阻熱、高頻熱、摩擦熱等。熱、摩擦熱等。力的形式為力的形式為：靜壓力、沖擊力：靜壓力、沖擊力（鍛壓力）和爆炸力等。（鍛壓力）和爆炸力等。壓力焊為壓力焊為：冷壓焊、擴散焊：冷壓焊、擴散焊和熱壓焊和熱壓焊 14.5 14.5 壓力焊壓力焊14.5.1 14.5.1 電阻焊電阻焊 電阻焊是將焊件組裝后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域所產(chǎn)生的電阻熱，把工件加熱

15、到塑性或局部融化狀態(tài)，在壓力作用下形成接頭的焊接方法。 （1 1） 熱源熱源 電阻熱：Q=I2Rt ,其中電流和時間是外因，而電阻是內(nèi)因。 焊接區(qū)的總電阻為： R=Rc+2Rew+2Rw 其中Rc為焊件接觸電阻，Rew為電極與焊件間的接觸電阻，Rw為焊件電阻。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)工件表面狀態(tài) 表面愈粗糙、氧化愈嚴重、接觸電阻愈大。 電極壓力電極壓力 壓力愈高、接觸電阻愈小。 焊前預熱焊前預熱 焊前預熱將會使接觸電阻大大下降。 （2 2） 力力 靜壓力用來調(diào)整電阻大小，改善加熱。產(chǎn)生塑性變形或在壓力下結(jié)晶。 沖擊力（鍛壓力）用來細化晶粒，焊合缺陷等。電阻點焊熔核

16、形成過程電阻點焊熔核形成過程（3 3） 電阻焊過程電阻焊過程 預壓、通電加熱、在預壓、通電加熱、在壓力下冷卻結(jié)晶或塑性變壓力下冷卻結(jié)晶或塑性變形和再結(jié)晶。形和再結(jié)晶。一、電阻點焊一、電阻點焊 點焊是將工件裝配成搭接接頭，并緊壓在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成一個焊點的電阻焊方法。 點焊主要用于汽車、飛機等薄板結(jié)構的大批量生產(chǎn)。點焊主要用于汽車、飛機等薄板結(jié)構的大批量生產(chǎn)。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，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，導致熔核偏向厚板或?qū)岵畹牟牧系默F(xiàn)象稱為而散熱快

17、，導致熔核偏向厚板或?qū)岵畹牟牧系默F(xiàn)象稱為熔核偏移熔核偏移。防止熔核偏移的措施防止熔核偏移的措施 采用采用特殊電極特殊電極和和工藝墊片工藝墊片的措施。的措施。點焊工藝參數(shù)點焊工藝參數(shù) 點焊的工藝參數(shù)為點焊的工藝參數(shù)為電流、壓力和時間電流、壓力和時間。 大電流，短時間稱為強規(guī)范。大電流，短時間稱為強規(guī)范。 小電流，長時間稱為弱規(guī)范。小電流，長時間稱為弱規(guī)范。二、電阻縫焊二、電阻縫焊 縫焊是連續(xù)的點焊過程，它是用連續(xù)轉(zhuǎn)動的盤狀電極代替了柱狀電極，焊后獲得相互重疊的連續(xù)焊縫。 縫焊分流嚴重，通常采用強規(guī)范焊接，焊接電流比點焊大1.52倍。 縫焊主要用于低壓容器，如汽車、摩托車的油箱、氣體靜化器等的焊

18、接。三對焊三對焊 （1 1）電阻對焊）電阻對焊 先將工件夾緊并加壓，然后通電使接觸面溫度達到塑性溫度(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格清理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。 對焊即對接電阻焊，是利用電阻熱使兩個工件在整個接觸面上焊接起來的一種方法。 閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區(qū)和鑄態(tài)組織，所以性能高。（2 2）閃光對焊）閃光對焊 將兩工件夾在電極鉗口內(nèi)成對接接頭，接通電源并使兩工件輕微接觸。 因工件表面不平，首先只是某些點接觸，強電流通過時，這些接觸點的金屬即被迅速加熱融化，甚至蒸發(fā)，

19、在蒸汽壓力和電磁力作用下，液態(tài)金屬發(fā)生爆炸，以火花形式從接觸處飛出而形成“閃光”。1.1.摩擦焊的工藝過程原理摩擦焊的工藝過程原理 摩擦焊是利用焊件接觸面相對旋轉(zhuǎn)運動中相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端部達到塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。2.2.摩擦焊具有以下優(yōu)點：摩擦焊具有以下優(yōu)點：14.5.2 14.5.2 摩擦摩擦焊焊接頭的焊接質(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)構鋼-高速鋼、銅-不銹鋼、鋁-銅、鋁-鋼等。14.6 14.6 釬焊釬焊 釬焊與其他焊接方法的根本區(qū)別是焊接過程中工件不發(fā)生熔化，而依靠熔點低于工件的釬料熔化、填充來完成連接。通常按照釬料的熔點不同，將釬焊分為軟釬焊軟釬焊和硬釬焊硬釬焊。一、軟釬焊一、軟釬焊 釬料的熔點低于450的釬焊為軟釬焊。軟釬焊的接頭強度低，只適用于受力很小且工作溫度低的工件，如電器產(chǎn)品、電子導線、導電接頭、低溫熱交換器等。 軟釬焊常用釬料為錫鉛釬料，最常用的加熱方法為烙鐵加熱。二、硬釬焊二、硬釬焊 釬料熔點在450以上的釬焊為硬釬焊。硬釬焊的接頭強度較高，工作溫度也較高，可用于受力部件的連接，如天線、雷達、自行車架等。 硬釬焊常用釬料為銀基釬料、銅基釬料、鋁基釬料和鎳基釬