第四篇焊接(1)

1、焊接實質是通過加熱或加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使工件達到原子結合的一種加工方法。焊接方法種類很多，按焊接過程的特點可分為三大類。(1)熔焊 焊接過程中，將工件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法，如電弧焊、氣焊、電子束焊等。熔化焊適用于各種常用金屬材料的焊接，是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中主要的焊接方法。w (2)壓焊 焊接過程中，必須對工件施加壓力(加熱或不加熱)以完成焊接的方法，如電阻焊、摩擦焊、冷壓焊等。壓力焊只適用于塑性較高的金屬材料的焊接w (3)釬焊 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)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相

2、互擴散實現(xiàn)焊接的方法，如銅焊、銀焊、錫焊等。釬焊適用于各種異類金屬的焊接。w 在金屬結構和機械制造過程中，經(jīng)常需要將分離的金屬連接成整體，其連接方法有機械連接(如螺紋連接、銷釘連接、鉚接等)和焊接。焊接與機械連接方法有著本質的區(qū)別。焊接與鉚接等其它加工方法相比，具有如下特點 w (1)減輕結構重量，節(jié)省金屬材料，降低成本。w (2)工序簡單，生產(chǎn)率高，勞動強度低。(3)焊接接頭氣密性好。w (4)能拼焊復雜、大型鑄鍛件。w (5)便于實現(xiàn)機械化與自動化 第一章第一章 電弧焊電弧焊 第一節(jié)第一節(jié) 焊接電弧w 焊條電弧焊引弧時，將焊條末端與工件接觸，然后迅速將焊條提起一段距離，在焊條末端和工件之間

3、即可產(chǎn)生明亮耀眼的電弧。這實質上是一種在兩電極間的空氣中發(fā)生的持久而強烈的放電現(xiàn)象。w 焊接電弧分為三個區(qū)域，即陰極區(qū)6、陽極區(qū)5和弧柱區(qū)3，如圖所示。w 由于電弧三個區(qū)域中所進行的物理過程不同，因而各區(qū)域產(chǎn)生的熱量是不同的，溫度的分布也不均勻。陰極區(qū)因為發(fā)射電子要消耗一定的能量，所以產(chǎn)生的熱量較少，約占總熱量的36%，陽極區(qū)所產(chǎn)生的熱量約占43%，弧柱區(qū)產(chǎn)生的熱量約占21%。但是，陰極和陽極受電極材料沸點的限制，而且它們的散熱條件較好，因而溫度不可能升得太高。一般陰極區(qū)的溫度約為24003500K，陽極區(qū)約為26004200K?；≈鶇^(qū)產(chǎn)生的熱量較集中，且散熱差，所以溫度反而比兩極高，可達60

4、008000K。第二節(jié) 焊接接頭的組織與性能 w 1. 焊接工件上溫度的變化與分布w 1）距焊縫中心不同，受熱最高溫度不同。w 2）各點到達最高溫度的時間不同。w 3）各點均經(jīng)過冷-熱冷，相當于受到一次不同規(guī)范的熱處理。w 因此，必然有相應的組織和性能的變化。 w 2.焊接接頭金屬組織與性能的變化低碳鋼焊接接頭組織與性能的變化示意圖 2. 接頭組織與性能的變化 w 以低碳鋼為例 w 1）焊縫金屬w （1）熔化溫度在1500以上。（2）形成柱狀晶，約與池壁垂直（鑄造）w 藥皮滲合金，焊縫中硅，錳合金元素可能高于母材，且藥皮保護。w 焊縫性能一般不低于母材（尤其強度）w 2）溶合區(qū) 焊縫與母材交界

5、區(qū)，局部熔化（半熔化區(qū)）w 組織：鑄造組織+受熱長大的粗晶。晶粒大小不均，化學成分不均（尤其異種金屬）w 性能；接頭中性能最差。決定接頭性能w 3）過熱區(qū)：溫度遠高于相變溫度，晶粒產(chǎn)生急劇長大。過熱組織。w 性能：塑性韌性 對于易淬硬鋼材，危害更大。接頭中性能較差w 4）正火區(qū)：組織：發(fā)生重結晶，晶粒細化，正火組織w 性能：機械性能提高w 5）部分相變區(qū)：組織：部分相變（F、P）晶粒不均（部分F和P重結晶成為較細晶粒，未轉變的F長大）w 性能：稍差w 3）5）為熱影響區(qū) w l總之，熔合區(qū)與熱影響區(qū)中的過熱區(qū)對焊接質量影響最大，應盡量減少它們的寬度。w l熱影響區(qū)大小和組織變化程度決定于焊接方

6、法、焊接規(guī)范、接頭形式、焊后冷卻等因素，在保證焊接質量的前提下，增加焊接速度，減少焊接電流，減少熱影響區(qū)尺寸。w 措施：焊后熱處理，正火，退火-細化晶粒 第三節(jié) 焊接應力與變形w 1. 產(chǎn)生應力與變形原因w 根本原因：加熱不均, 各處熱脹量不同，又是整體，各部分互相限制w （與鑄造熱應力聯(lián)系講）內應力通過變形自發(fā)釋放趨勢，拉應力部分縮短，壓應力部分伸長。w 2.焊接變形基本形式w 1） 收縮變形：縱 橫w 2）角變形：V型坡口對接時，因焊縫截面上下不對稱，焊后收縮不均引起。w 3）彎曲變形：如丁字梁，焊縫在一端w 4）波浪變形；薄板焊縫收縮板材失穩(wěn)（聯(lián)系自由鍛高坯鐓粗、拉深起皺）w 5）扭曲變

7、形：如工字梁，焊接順序不當。w 3. 防止和減少焊接變形措施w 1 合理結構設計w 1）盡量減少焊縫，焊縫長度，截面厚的件兩面開坡口。w 2）焊縫對稱w 3）避免密集交叉w 4）利用型材、沖壓件代替，減少焊縫。w 2 工藝措施w 1) 加余量法：在工件尺寸加大，通常0.10.2%w 2)反變形法:焊前使焊件處于反變形位置,以抵消焊后變形.(聯(lián)系沖壓彎曲)w 3) 剛性固定法: 將工件固定夾緊, 或點焊在工作臺上, 焊后變形大大減少. 這種方法適于塑性好的低碳鋼件.w 4)選擇合理的焊接順序: 對稱兩側都有焊縫,盡量使收縮能互相抵消.w 5)焊前預熱: 工件預熱150350, 減少溫差,顯著減少

8、焊接應力.拼焊時的焊接順序 4.焊接變形的矯正方法 w 基本原理: 新變形抵消焊接變形.w 1 機械矯正法: 用機械力矯正, 壓力機 手錘敲擊.w 2 火焰矯正法: 乙炔焰加熱焊件,使其產(chǎn)生反向等量變形.主要低碳鋼,部分低合金鋼.5. 減少和消除焊接殘余應力的方法w 1） 焊前預熱,減少溫差w 2） 焊后退火(去應力退火) 600650 保溫 8090%殘余應力消除, 可整體,局部.第四節(jié) 焊條電弧焊 w 焊條電弧焊是用手工操縱電焊條，以電焊條和工件之間產(chǎn)生的電弧做熱源進行焊接的熔焊方法。w 焊條電弧焊可在室內、室外、高空和各種焊接位置進行，設備簡單，容易維護，焊鉗小，使用靈便，適于焊接高強度

9、鋼、鑄鋼、鑄鐵和非鐵合金，其焊接接頭可與工件的強度相近，是焊接生產(chǎn)中應用最廣泛的焊接方法。一.焊條電弧焊的焊接過程二.電焊條 w 1.焊條芯 焊條芯是用焊接專用鋼絲制成，用作電極和填充金屬。焊條芯的鋼材是經(jīng)過特殊冶煉的，并專門規(guī)定了它的牌號和成分。常用的焊條芯用鋼牌號有H08、H08A、H08MnA。焊條的直徑即為焊條芯的直徑，其大小為1.68mm，常用的為35mm。一般焊條的長度為200450mm。w 2.藥皮 焊條芯表面的涂料稱為藥皮。其作用是：使電弧容易引燃并穩(wěn)定燃燒；產(chǎn)生足夠的氣體和熔渣保護溶池，防止空氣侵入溶池；保證焊縫金屬的脫氧和加入合金元素，以保護焊縫金屬的力學性能。3.電焊條的

10、分類 w 焊條型號的編制方法。根據(jù)GB/T5117-95規(guī)定，現(xiàn)將碳鋼焊條型號說明如下。用大寫字母E和四位數(shù)字表示，E表示焊條，前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為kgf；第三位數(shù)字表示焊條適用的焊接位置；第三位和第四位數(shù)字的組合表示藥皮類型及焊接電流種類。如下例所示。4.焊條的選用原則 w 選用焊條首先是根據(jù)被焊金屬的化學成分、強度等級和使用要求選擇相應的焊條，再考慮焊接結構的形狀、工作條件、焊接設備、生產(chǎn)率、勞動條件和經(jīng)濟性等確定焊條的牌號。具體考慮如下：w (1)焊件母材的化學成分和力學性能 若焊件是結構鋼，則焊條應滿足焊縫和母材“等強度”；若為特殊性能鋼，如不銹鋼，耐熱鋼等時

11、，則焊條應盡量與焊縫和母材化學成分相同或相近。 w (2)焊件的工作條件和使用性能 當焊件受動載荷或在高溫、高壓等情況下工作時，除保證焊縫同母材等強度外，對塑性和韌性也有嚴格要求。應該選用堿性低氫型焊條。當焊件在腐蝕介質中工作時，應根據(jù)介質的種類、濃度、溫度等情況，選擇相應的耐腐蝕、不銹鋼焊條。第五節(jié)第五節(jié) 埋弧自動焊w 一.埋弧自動焊的焊接過程w 埋弧自動焊是電弧在顆粒狀焊劑層下燃燒的自動電弧焊接方法。w 自動焊機頭將光焊絲自動送入,保證弧長. 電弧在焊劑下燃燒,靠焊機移動(或工件動). 焊劑從漏斗中不斷流出,撒在焊絲前工件上,焊劑熔化成熔渣,部分未熔可回收.w 焊絲-相當于焊芯. 焊劑-相

12、當于藥皮. 常用焊劑見書上 二.埋弧焊特點 w 埋弧自動焊與焊條電弧焊相比有以下優(yōu)點。w （1）焊接生產(chǎn)率高 埋弧焊接采用較大的焊接電流(可達1000A以上)和較高的焊接速度，因此，熔深大。另外，焊絲成卷使用還節(jié)省了更換焊條的時間。 w (2)焊接質量高且穩(wěn)定 由于焊劑層保護效果好，焊接程序可自動控制，焊接過程自動進行。因此，焊接質量高，焊縫成形美觀，并保持穩(wěn)定。 (3)節(jié)省金屬材料 埋弧自動焊，厚度在25mm以下的焊件可以不開坡口，一次焊透。另外，沒有焊條頭，金屬飛濺損失也很少。因此，可以節(jié)省大量金屬材料。w (4)勞動條件好 埋弧自動焊時，因為電弧在焊劑層下燃燒，煙霧少，而且免除了弧光對人

13、的傷害。所以，勞動強度大大降低，勞動條件得到改善。w 但是，埋弧自動焊的靈活性差，只能適用于長而規(guī)則的水平焊縫及規(guī)則的環(huán)形焊縫，不適宜短的，不規(guī)則焊縫和空間焊縫，也不適用于薄的工件，接頭的裝配要求較高。另外，埋弧自動焊的設備較復雜，價格高。w 目前，埋弧自動焊常用于碳鋼、普通低合金鋼、不銹鋼，和耐熱鋼等中、厚板結構的水平長的直焊縫和較大直徑環(huán)焊縫的焊接，生產(chǎn)批量越大，經(jīng)濟效果越佳。 三.埋弧焊的焊絲與焊劑四.埋弧焊工藝w 1 下料，準備坡口，裝配要嚴格準確。w 2 焊前工件焊縫兩側5060mm內的一切油污、鐵銹除去，以免產(chǎn)生氣孔。w 3 一般適于長規(guī)則平焊、對接、搭接、 丁字接頭，規(guī)則環(huán)焊縫。

14、w 應用：碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、耐熱鋼，中、厚板平焊長直縫，大直徑 d250mm環(huán)縫。第六節(jié) 氣體保護焊 w 在氣體保護焊中，常用的氣體保護介質有氦、氬和二氧化碳。一.氬弧焊 w 以氬氣作為保護氣體的電弧焊稱為氬弧焊。氬弧焊時，氬氣從噴嘴噴出后，便形成氣體保護層，使電弧和熔池與大氣隔絕，起到了保護作用。氬弧焊根據(jù)使用的電極不同，分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊 1 不熔化極氬弧焊w 電極：鎢or鎢合金，（熔點：33803600）只導電產(chǎn)生電弧，必要時需另加焊絲。w （1） 直流正接： 陰極3000，陽極4200鎢熔點，鎢陰極，w 工件陽極，以減少鎢損耗。w （2） 交流或直流反接：焊鋁鎂及其

15、合金，在焊件和熔池表面易形成熔點很高的氧化物薄膜，阻礙金屬熔合和電弧穩(wěn)定燃燒，采用“陽極破碎”用較大氬正離子撞擊氧化膜，使之破碎以利于焊合，多用交流，I不能太大，鎢極氬弧焊口適用于6mm薄板。2 熔化極氬弧焊w 用焊絲做電極，并填焊縫，I可大，=325mm均可焊，多直流反接：電弧穩(wěn)定，自動、半自動焊接。 3 氬弧焊特點及其應用 w 氬弧焊除具有氣體保護焊的共同特點外，還具有以下特點。w 保護效果好，焊接質量高 氬氣是惰性氣體。因此，保護效果非常好，焊縫不易出現(xiàn)氣孔和夾雜。w 電弧燃燒很穩(wěn)定。因此，金屬液飛濺少，焊縫成形美觀。w 焊接成本較高 氬弧焊設備較復雜，氬氣來源少，價格高，因此焊接成本較

16、高。w 目前，氬弧焊主要用于焊接易氧化的有色金屬、稀有金屬和合金鋼，如鋁、銅、鎂、鈦、不銹鋼、耐熱鋼等的焊接。二.二氧化碳氣體保護焊 采用CO2氣體作為保護氣體的電弧焊稱為二氧化碳氣體保護焊。w 1.工藝方法 如圖所示，CO2氣體保護焊常用焊絲作為熔化極與工件間產(chǎn)生電弧熔化，同時CO2從噴嘴噴出包圍電弧，對熔池進行保護。2.CO2焊特點及應用 w 二氧化碳氣體保護焊最大的優(yōu)點是CO2來源廣泛，價格低廉。因此，焊接成本低，只相當于埋弧自動焊和焊條電弧焊的40%左右。另外，由于CO2具有氧化性，使氫氣也很容易被氧化，故氫氣溶入溶池的傾向減小，焊縫的抗裂性好，而且對鐵銹和水分不如埋弧自動焊時那樣敏感

17、。但是，CO2具有氧化性，用大電流焊接時，具有飛濺大、煙霧大、焊縫成形不良及容易產(chǎn)生氣孔等缺陷。w 目前，二氧化碳氣體保護焊廣泛用于焊接低碳鋼和普通低合金鋼。第七節(jié) 等離子弧焊 w 一般焊接電弧，未受到外界的約束，稱為自由電弧。自由電弧內的氣體尚未完全電離，因而能量密度和電弧溫度較低。而等離子弧弧柱區(qū)內的氣體被完全電離成為等離子體，即氣體僅由電子和離子所組成。等離子弧能量高度集中，其溫度可高達15000K以上。等離子弧一般是由自由電弧經(jīng)過三種壓縮效應而得到的。w 在三種效應作用下，弧柱被壓縮到很細的范圍內，使電弧能量高度集中，而成為等離子弧。把等離子弧用于焊接，就形成了獨特、高效能的等離子弧焊

18、。等離子弧焊除具有氬弧焊的優(yōu)點外，還有以下優(yōu)點。等離子弧焊接與切割等離子弧焊示意圖 w (1)等離子弧由于能量集中、穿透力強，焊接厚度12mm的工件時，可不開坡口，能一次焊透雙面成形，焊接效率高、變形小。w (2)電流小于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0.0252.5mm的箔材及簿板。w (3)等離子弧穩(wěn)定性好，焊接速度快，又有充足的氬氣保護，所以焊接質量好，并可焊接絕大多數(shù)金屬材料。w 等離子弧焊的缺點是焊接設備復雜，要消耗大量價格較貴的氬氣，并僅適用于室內焊接。因此，應用推廣受到一定限制。第二章第二章 其它常用焊接方法其它常用焊接方法第一節(jié) 電阻焊w

19、電阻焊是利用電流通過工件的接頭處所產(chǎn)生的電阻熱，把工件加熱到塑性或熔融狀態(tài)，再在壓力作用下實現(xiàn)焊接的一種壓焊方法。w 電阻焊分為點焊、縫焊和對焊三種形式 一.點焊w 1 電極：柱狀 工件：搭接w 2 焊接過程：電極壓緊工件通電加熱 斷電保持原壓力（加大）去壓。w 分流：兩點之間距離小，分流大。w 3 特點：生產(chǎn)率高、易自動化、焊接變形小、設備復雜，焊前要嚴格清理工件表面。w 應用：薄件、鋼筋 4mm。 三 對焊 w 對焊的形式如圖所示。工件以對接形式設置，利用電阻熱在工件的整個接觸面上加熱。溫度達到一定值后，加大壓力，使結合面緊密接觸并造成塑性變形，依靠再結晶過程和原子的擴散實現(xiàn)連接。w 根據(jù)

20、工藝過程的不同，對焊分為電阻對焊和閃光對焊，如圖所示。w (1)電阻對焊 將工件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，通電后，利用電阻熱將工件對接接頭處加熱，達到塑性狀態(tài)，然后斷電、施壓、冷卻而形成接頭。這種方法要求工件端面必須平整光潔，使對焊時接觸良好，保證接頭質量。對焊 四 電阻焊的特點與應用 w 與其它焊接方法相比，電阻焊具有生產(chǎn)率高、易于機械化和自動化的優(yōu)點。焊接變形小，焊接時不需要添加焊接材料。但設備較復雜，耗電量大，適用的接頭型式及工件厚度受到限制。 第二節(jié) 摩擦焊w 摩擦焊是利用工件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。摩擦焊的特點及應用

21、 w 接頭中不易產(chǎn)生夾渣、氣孔及其它缺陷，質量好且穩(wěn)定；尺寸精確，焊接生產(chǎn)率高。不需要填充金屬，接頭的焊前準備要求不高，設備易于機械化，勞動條件好?？珊附赢惙N材料。摩擦焊的接頭形式基本上與電阻對焊相同，但兩件截面可以不等。最宜焊接圓截面件及管子，在建筑、電站，切削刀具生產(chǎn)、紡織機械等部門都有應用。第三節(jié) 釬焊 w 釬焊的定義如前所述。釬焊與其它焊接方法的根本區(qū)別是焊接過程中工件不熔化，而依靠熔點低于工件的釬料熔化、填充，完成連接。1.工藝方法 w 通常按照釬料的熔點不同，將釬焊分為軟釬焊和硬釬焊。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較低的工件，如電

22、器產(chǎn)品、電子導線、導電接頭、儀表等。軟釬焊常用的釬料有錫鉛釬料，最常用的加熱方法有烙鐵加熱；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，可用于受力大的部件，如天線、自行車架等。硬釬焊常用的釬料有銀基釬料、銅基釬料、鋁基釬料和鎳基釬料。常用的加熱方法有火焰加熱、爐內加熱、鹽浴加熱、高頻加熱和電阻加熱。2.釬焊的特點及應用 w 釬焊的主要特點是焊接溫度低，工件的組織性能變化小，焊接變形小。釬焊可以焊接不同成分、不同厚度、不同尺寸的工件，而且焊縫尺寸精確，一般無需焊后加工。釬焊設備簡單，生產(chǎn)投資小。但是由于釬焊接頭的結合強度低于熔焊和壓焊，而且焊前的清理和焊縫裝配要求高

23、，因此使其應用受到一定限制。釬焊不適合于一般鋼結構和重載、動載機件的焊接，目前釬焊主要應用于機械、電氣、無線電、精密儀表、航空和空間技術等。第四節(jié) 電渣焊w 電渣焊是利用電流通過溶渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進行焊接的方法。電渣焊一般都在垂直立焊位置進行焊接。w 電渣焊過程可分為三個階段：w 建立渣池 w 正常焊接過程 w 焊縫的收尾第五節(jié) 真空電子束焊 w 利用高速和聚焦的電子束轟擊工件時，由電子動能轉變而成的熱能進行焊接的方法稱電子束焊。w 隨著原子能、導彈和宇航技術的發(fā)展，大量應用了鋯、鈦、鉭、鉬、鉑、鈮、鎳及其合金，對這些金屬的焊接質量提出更高的要求，一般的氣體保護焊已不能得到滿意的結果。

24、1956年真空電子束焊接方法研制成功，解決了上述稀有金屬的焊接問題。真空電子束焊接的優(yōu)點如下 w (1)能量集中、溫度高、沖擊力大。因此，焊速快，熔深大(可達200mm)，厚件也不必開坡口，一次焊透，一般無需另外填充金屬?；旧喜划a(chǎn)生焊接變形。w (2)在真空中焊接，工件金屬不會氧化、氮化，且無金屬電極沾污。因此，焊縫純潔，無氣孔，夾雜內部熔合得好，焊接質量好，接頭強度高。w (3)電子束參數(shù)可在較大范圍內調節(jié)，而且焊接過程控制靈活，適應性強，薄板、厚板均能焊接，且焊接過程易于實現(xiàn)自動化。w 真空電子束焊接的缺點是設備復雜、造價高、使用與維護要求高，對焊件接頭要求加工得平整潔凈，裝配緊密、不留

25、間隙，焊件尺寸還受到真空室制約。因而，限制了它的應用范圍。真空電子束焊可焊接高熔點金屬如鎢、鉬、鉭、鈮，和活潑金屬如鈦、鋯等，在原子能、航空、空間技術等工業(yè)部門得到應用。 第六節(jié) 激光焊 w 激光焊是利用激光進行焊接的一種現(xiàn)代焊接方法。利用原子受激輻射原理，使物質受激而產(chǎn)生波長均一、方向一致和強度很高的光束激光。產(chǎn)生激光的器件稱為激光器，焊接用激光器有固態(tài)和氣態(tài)兩種，常用的激光材料為紅寶石、釹玻璃和二氧化碳。w 激光焊接的基本原理是：利用激光器受激產(chǎn)生的激光束，通過聚焦系統(tǒng)可聚焦成十分微小的焦點(光斑)，其能量密度大于105W/cm2。當調焦到工件接縫時，光能轉換為熱能，從而使金屬熔化形成焊接

26、接頭，如圖4.45所示。w 按激光器的工作方式，激光焊可分為脈沖激光點焊和連續(xù)激光焊兩種。目前，脈沖激光點焊應用較廣泛，它適宜于焊接厚度為0.5mm以下的金屬薄板和直徑0.6mm以下的金屬線材?？珊附愉X、銅、不銹鋼，以及難熔金屬鎢、鉬等。w 激光焊是近三十余年才發(fā)展起來的先進焊接方法。它具有如下優(yōu)點。 w (1)激光輻射時放出能量極其迅速，能量集中，溫度高。因此，焊接效率高，焊接變形小。w (2)激光通過光學系統(tǒng)反射和聚焦，可以在用其它焊接方法很難焊接的地方焊接；還可以使激光通過透明材料后，再聚焦到封閉結構的內部進行焊接，例如對真空管的電極連接和顯像管內部接線的連接等。焊件表面若有絕緣層(如漆

27、包線)可不必清除。w (3)可用于多種金屬和合金以及異種金屬的焊接，甚至能把金屬和非金屬焊接在一起。w 激光焊接的主要缺點是焊接設備的有效系數(shù)低，功率較小，只適合于焊接薄板和細絲，對鎢、鉬等材料還難以焊接，且設備投資大等。w 目前，激光焊接主要應用于電子工業(yè)、精密儀表、放射性化工等部門的小型或微型件的焊接。如集成電路內外引線焊接，微型繼電器、電容器、石英晶體的管殼封焊，以及儀表游絲的焊接等。第三章 常用金屬材料的焊接 第一節(jié)金屬材料的焊接性w 一.焊接性的概念w 金屬材料的焊接性能是指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下獲得優(yōu)質焊接接頭的能力。它有兩個方面的含義：其一是指金屬材料通過焊接加工形成完整

28、焊接接頭的能力；其二是指所形成的焊接接頭在使用條件下安全運行的能力。金屬材料的焊接性能，與焊接方法、焊接材料和工藝措施密切相關。這就是說同一種被焊金屬，采用不同的焊接方法，選用不同的焊接材料或采取不同的工藝措施，焊接性能會表現(xiàn)不同。各種金屬材料的焊接性能如表所示。 二.鋼材焊接性的估算 w 在焊接結構生產(chǎn)中，常用的金屬材料是鋼材。通常把鋼材在焊接過程中產(chǎn)生裂紋的傾向作為評價焊接性能的指標。因此鋼材的焊接性能常用碳當量法來進行估算。w C當量CMn/6（CrMoV）/5（NiCu）/15（%）w 式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu為質量百分數(shù)上限。 w 實踐證明，隨著碳當量的增加，鋼材的

29、焊接性能逐漸變差。根據(jù)碳當量范圍，鋼的焊接性能大致可分為下列三種情況。w C當量0.4% , 塑性好，淬硬性不明顯，可焊性優(yōu)良，不預熱。w C當量0.40.6%，淬硬性，可焊性，加工藝措施。w C當量0.6%，塑性，淬，可焊性，工藝措施，熱處理。w 實際，除上述估算外，對新材料還應試驗，以合理制定工藝方案。第二節(jié) 碳鋼的焊接w 一.低碳鋼的焊接w 隨著碳的含量增加，鋼在迅速冷卻的條件下易形成硬化組織，焊接性能逐漸變差。w 低碳鋼在加熱冷卻前后不會形成硬化組織，因而用各種方法焊接都可獲得合格的焊縫性能。低碳鋼焊接時，幾乎所有的焊接方法都能運用，并獲得良好的焊接接頭。最常用的有焊條電弧焊、埋弧自動

30、焊、CO2焊和電阻焊。焊接材料的選擇應按焊縫與母材等強度原則確定。采用焊條電弧焊焊接一般結構時，可選用酸性焊條；焊接承受動載結構、復雜結構、厚板結構或重要結構時，可選用堿性焊條；采用埋弧自動焊時，一般采用H08A或H08MnA焊絲配合焊劑431進行焊接；采用CO2焊時，常采用H08Mn2SiA焊絲焊接。w 在一般生產(chǎn)情況下，焊接低碳鋼不需要采取特殊的工藝措施，就能獲得優(yōu)質的焊接接頭。但對于厚度大于50mm的低碳鋼結構，尤其是在低溫環(huán)境(-10以下)下施焊時，由于焊件在焊接過程中各部分溫差較大，勢必產(chǎn)生較大內應力。因此焊前應考慮適當預熱(50)，焊后要進行去應力退火或正火，以改善焊接接頭的組織與

31、性能。二.中、高碳鋼的焊接w 中碳鋼含碳量在0.25%0.6%之間，鋼的焊接性能逐漸變差。除了形成硬化組織外，碳燃燒生成的氣泡，焊接金屬易于過熱以及導熱性的降低，阻礙溫度均勻而引起溫度應力，都是使焊接性能變壞的原因。高碳鋼的含碳量大于0.6%，焊接困難，在寒冷天氣或厚度大的焊件焊前應預熱并進行焊后熱處理。鋼中雜質磷和硫，會造成鋼的冷脆和熱脆。焊接中、高碳鋼應采取的工藝措施： w (1)焊前預熱 預熱可使焊件各部分的溫差減小，從而減小焊接應力，并使熱影響區(qū)的冷卻速度減慢，避免或減少馬氏體組織。中碳鋼的預熱溫度一般為150250，焊件厚度愈大，材料含碳量愈高，預熱溫度則愈高。高碳鋼應采用更高的預熱

32、溫度。w (2)選用合適的焊條 焊接時，盡可能選用抗裂性好的低氫型焊條或鉻鎳不銹鋼焊條。要求焊縫與母材等強度時，可根據(jù)母材強度選用堿性焊條，如不要求等強度，可選用J427型焊條，以提高焊縫的塑性。在不允許預熱時，可選用A102、A302等鉻鎳不銹鋼焊條。 w (3)降低焊縫金屬中的含碳量 焊接時，若能防止母材金屬過多地熔入焊縫，即可降低焊縫金屬中的含碳量，減小淬硬傾向，提高焊縫的塑性，防止產(chǎn)生裂紋。因此，應使用小電流、細焊條、開坡口及多層焊等方法進行焊接，以防止母材過多地熔入焊縫。w (4)焊后緩冷和進行去應力退火或正火 焊后緩冷可減輕焊接接頭的淬硬傾向，減小焊接應力，防止產(chǎn)生裂紋。焊后去應力

33、退火或正火處理，可消除焊接應力，改善焊接接頭的力學性能。 第三節(jié) 合金鋼的焊接 w 在焊接結構生產(chǎn)中，應用十分廣泛的合金鋼是普通低合金結構鋼(以下簡稱低合金結構鋼)。w (1)低強度低合金結構鋼的焊接 這類鋼的屈服強度400MPa，其碳當量低于0.4%，焊接性良好。常用的焊接方法是焊條電弧焊和埋弧自動焊，通常不需要采取特殊的工藝措施。如Q345鋼，在一般情況下的焊接可與焊接低碳鋼同樣對待。但在低溫環(huán)境或在剛性大、厚度大等結構上進行焊接時，需進行100150預熱；對于壓力容器等重要焊件，當板厚大于200mm時，還應考慮焊后的去應力退火。w (2)高強度低合金結構鋼的焊接 這類鋼的屈服強度450M

34、Pa，碳當量在0.4%0.6%范圍，其淬硬傾向和冷裂傾向隨強度增高而逐漸增大，焊接性逐漸變差。因此焊接這類鋼時與中碳鋼相當，常用的焊接方法是焊條電弧焊和埋弧自動焊。焊前一般應預熱到150以上，焊條電弧焊時要選用強度等級相近的低氫型焊條，焊條焊前還需嚴格烘干；埋弧自動焊時，應選用堿度較高的焊劑。而且，焊接時應調整焊接工藝，嚴格控制熱影響區(qū)的冷卻速度，焊后還應及時進行去應力退火。中、高合金鋼的焊接裂紋傾向，隨著合金元素含量的增多而變大。此外還因鋼種不同而各有不同的問題，要選用不同的焊接方法和規(guī)范。例如不銹鋼較少用氣焊，應采用焊條電弧焊和氬弧焊。若用焊條電弧焊則應選用低氫焊條，采取強迫冷卻、快速施焊

35、、小的電流等措施。 第四節(jié) 鑄鐵的補焊 w 鑄鐵含碳量高，組織不均勻，塑性差，焊接性十分低劣。因此，生產(chǎn)上不采用鑄鐵來制造焊接結構。但在鑄鐵件生產(chǎn)中出現(xiàn)的鑄造缺陷，以及鑄鐵件在使用過程中產(chǎn)生的局部損傷和斷裂，如能修復，則其經(jīng)濟效益很大。因此，鑄鐵的焊接一般只限于補焊工作。鑄鐵的焊接特點為：w (1)焊接接頭易產(chǎn)生白口組織 由于焊接是局部加熱，鑄鐵焊縫區(qū)在焊后的冷速比鑄造時大得多，而且焊接時碳、硅元素大量燒損，因此焊后很容易產(chǎn)生白口組織和淬火組織，硬度很高，難以進行切削加工。w (2)焊接接頭易產(chǎn)生裂紋 由于鑄鐵強度低，塑性極差，焊接時又易產(chǎn)生白口組織和淬硬組織，當焊接應力超過鑄鐵強度極限時，就

36、會在焊接接頭中產(chǎn)生裂紋，甚至沿焊縫完全斷裂。w (3)焊縫中易產(chǎn)生氣孔和夾渣 焊接時，鑄鐵中的碳、硅劇烈氧化，會生成大量的CO氣體和硅酸鹽熔渣，焊后冷速很快，氣體和熔渣往往來不及排出而留在焊縫中形成氣孔和夾渣。w 鑄鐵可以用熱焊和冷焊法進行焊接。熱焊時將鑄鐵加熱到600700用高碳、硅焊條并用熔劑防止氧化，焊后隨爐緩冷。熱焊可用氣焊或電弧焊，焊接質量好，但較費事。鑄鐵冷焊是焊補前不需預熱工件或在低于400的溫度下預熱的焊補方法。用低碳鋼焊條焊接，質量不如熱焊好，但施工快，成本低。第五節(jié) 非鐵金屬及其合金的焊接 一.鋁及鋁合金 w 鋁及鋁合金焊接特點：w (1)鋁極易氧化生成難熔的氧化鋁(Al2

37、O3)薄膜，焊接時，氧化鋁覆蓋在金屬表面，阻礙金屬熔合，而且氧化鋁密度大，不易浮出熔池而排除，易形成夾渣存在于焊縫中。w (2)液態(tài)鋁能大量熔解氫，焊接時溶入鋁液中的氫在隨后的冷卻過程中來不及析出，易在焊縫中形成氣孔。w (3)鋁的熱導率較大，熱量易散失，焊接時不易焊透。因此，要求使用大功率或能量集中的熱源，焊件厚度較大時，還應考慮焊前預熱。w (4)鋁在高溫時強度及塑性很低，鋁及其合金由固態(tài)加熱到液態(tài)時無顏色變化，故施焊時難以掌握加熱溫度，易產(chǎn)生燒穿或引起焊縫塌陷，因此焊接時常需采用墊板。 w (5)鋁及其合金的線脹系數(shù)和收縮率比較大，焊接時易產(chǎn)生較大的焊接應力和變形。因此，焊接結晶溫度范圍

38、較寬的鋁合金和焊縫中雜質過多而形成低熔點共晶體的鋁合金，可能產(chǎn)生熱裂紋。w 焊接鋁及其合金的常用方法有氬弧焊、氣焊和電阻焊，有時也用釬焊。w 氬弧焊是焊接鋁及其合金較為理想的方法。由于氬弧焊保護效果好，以及采用適當電源極性可對焊件表面產(chǎn)生“陰極破碎”作用，自動去除氧化鋁薄膜，焊接時可不用熔劑。因此，焊縫質量好，成形美觀，焊接變形小，接頭耐蝕性好。必須指出，為保證焊接質量，所用的焊絲成分應與焊件成分相同或相近，而且氬氣的純度要求大于99.9%。氬弧焊主要用于焊接質量要求高的焊件。w 對焊接質量要求不高的焊件，也可采用氣焊。氣焊時，一般采用中性焰。氣焊質量不如氬弧焊，焊接變形大，接頭耐蝕性差，但操

39、作方便，成本低。因此，常用于焊接薄板(厚度0.52mm)焊件和補焊鑄鋁件。w 此外，實際生產(chǎn)中也常采用點焊和縫焊方法焊接鋁及其合金薄板。焊接時，為了減小分流現(xiàn)象，應采用大電流、短時間通電的強工藝規(guī)范。w 不論采用哪種方法焊接鋁及其合金，焊前都必須用化學方法或機械方法嚴格清理焊件焊接處和焊絲表面的油污及其它臟物，并使焊件和焊絲干燥，以確保焊接質量。二.銅及銅合金 w 銅及銅合金的焊接特點：w (1)易氧化和產(chǎn)生熱裂紋 高溫液態(tài)銅極易氧化，生成氧化亞銅(Cu2O)，它與銅能形成低熔點共晶體(Cu2OCu)，分布在晶界上，降低晶界強度，加上銅及其合金的線脹系數(shù)和收縮率較大，容易產(chǎn)生較大的焊接應力。因

40、此，在焊縫中易產(chǎn)生熱裂紋。w (2)難焊透和難熔合 銅及其合金導熱性很高，如銅在100時熱導率比鐵大10倍多。焊接過程中，熱量極易散失，達不到焊接溫度，使焊件和填充金屬難以熔合或產(chǎn)生焊不透缺陷。因此，焊接銅及其合金時要采用大功率熱源，當焊件厚度和剛性較大時，還要進行預熱。w (3)易產(chǎn)生氣孔 液態(tài)銅吸氣性很強，特別容易吸收氫。但在冷卻凝固時，氫在銅液中的溶解度急劇下降，若來不及析出，能夾雜在焊縫中形成氣孔。因此，高溫時，氧化亞銅與溶解在銅液中的氫反應，生成不溶于銅液的水蒸汽，也易引起氣孔。w (4)焊接接頭性能降低 焊接過程中，由于合金中元素的燒損和蒸發(fā)，加之焊縫及近縫區(qū)晶粒粗大，致使焊接接頭的力學性能降低，尤其是塑性、韌性顯著降低。而且，焊縫中存在雜質、組織疏松以及晶界上存在的共晶體(Cu2OCu)，還會降低接頭的導電能力和耐蝕性能。w 目前，銅及其合金常采用氬弧焊、氣焊、焊條電弧焊和釬焊等方法。w 焊接銅及其