第1-3章 焊接成形

1、3.1 3.1 焊接成形焊接成形 3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理3.3 3.3 常用焊接方法常用焊接方法3.4 3.4 金屬材料切割金屬材料切割3.5 3.5 焊接件結(jié)構(gòu)工藝性焊接件結(jié)構(gòu)工藝性3.6 3.6 焊接新技術(shù)及其發(fā)展焊接新技術(shù)及其發(fā)展3.7 3.7 焊接技術(shù)選用原則焊接技術(shù)選用原則3.1.1 3.1.1 焊接概念焊接概念( (Welding)Welding)1.1.焊接焊接是指通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程使兩是指通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程使兩個(gè)分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間個(gè)分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合力而連接成一體的連接成形方法。結(jié)合力而連接成一體的連接成形方法。2.2.

2、微觀上講可以這樣定義焊接：兩種或兩微觀上講可以這樣定義焊接：兩種或兩種以上的材料種以上的材料( (同種或異種同種或異種) )，通過加熱，通過加熱或加壓或加壓( (或并用或并用) )，使接頭處產(chǎn)生原子或，使接頭處產(chǎn)生原子或分子間的結(jié)合和擴(kuò)散，從而造成永久性分子間的結(jié)合和擴(kuò)散，從而造成永久性聯(lián)接的工藝過程。聯(lián)接的工藝過程。3.1.1 3.1.1 焊接概念焊接概念( (Welding)Welding)3.3.焊接本質(zhì)焊接本質(zhì) 固體之所以能夠保持其穩(wěn)定的形狀固體之所以能夠保持其穩(wěn)定的形狀, ,是因是因?yàn)槠鋬?nèi)部的原子之間距離非常小為其內(nèi)部的原子之間距離非常小, ,原子之原子之間形成了牢固的結(jié)合力。間形成

3、了牢固的結(jié)合力。 要把兩分離金屬物體連接在一起，就要要把兩分離金屬物體連接在一起，就要使兩物體連接表面的原子彼此接近到金使兩物體連接表面的原子彼此接近到金屬原子的晶格距離（即屬原子的晶格距離（即0.30.30.5nm0.5nm）; ; 兩個(gè)物體放在一起不會(huì)自動(dòng)連接起來，兩個(gè)物體放在一起不會(huì)自動(dòng)連接起來，是因?yàn)楸砻娲嬖诖植诙群脱趸?，焊接是因?yàn)楸砻娲嬖诖植诙群脱趸ぃ附拥谋举|(zhì)就是破壞阻礙達(dá)到的本質(zhì)就是破壞阻礙達(dá)到原子結(jié)合原子結(jié)合。3.1.2 3.1.2 焊接技術(shù)應(yīng)用焊接技術(shù)應(yīng)用 焊接是一種材料永久連接成形方法。幾乎所有焊接是一種材料永久連接成形方法。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬噸巨輪到不足的產(chǎn)品，

4、從幾十萬噸巨輪到不足1 1g g的電子元件的電子元件，在生產(chǎn)中都不同程度地依賴于焊接。，在生產(chǎn)中都不同程度地依賴于焊接。 動(dòng)力設(shè)備和機(jī)械制造中，焊接占著十分重要的動(dòng)力設(shè)備和機(jī)械制造中，焊接占著十分重要的地位，尤其是鍋爐產(chǎn)品地位，尤其是鍋爐產(chǎn)品, ,幾乎所有的焊接方法幾乎所有的焊接方法都曾在鍋爐制造過程中發(fā)揮著不同程度作用。都曾在鍋爐制造過程中發(fā)揮著不同程度作用。 鍋爐制造中，焊接工作量約鍋爐制造中，焊接工作量約50%50%以上。其次，以上。其次，鍋爐制造中采用的焊接方法種類特別多。焊接鍋爐制造中采用的焊接方法種類特別多。焊接是動(dòng)力機(jī)械制造中的關(guān)鍵工藝，它直接影響產(chǎn)是動(dòng)力機(jī)械制造中的關(guān)鍵工藝，它

5、直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本。品的質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本。 化工機(jī)械制造中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，化工裝置焊接的構(gòu)化工機(jī)械制造中，據(jù)統(tǒng)計(jì)，化工裝置焊接的構(gòu)件量，約占整個(gè)裝置重量的件量，約占整個(gè)裝置重量的7575左右；焊接已左右；焊接已在能源、電力、石油、化工廣泛應(yīng)用。在能源、電力、石油、化工廣泛應(yīng)用。 三峽水電站三峽水電站世界最大最重水輪機(jī)不世界最大最重水輪機(jī)不銹鋼焊接轉(zhuǎn)輪：重銹鋼焊接轉(zhuǎn)輪：重440440t t、直徑、直徑10.710.7m m、高、高5.45.4m m，需消耗，需消耗1212t t焊絲焊絲( (MIG,Ar+COMIG,Ar+CO2 2) ) 斜流式水輪機(jī)斜流式水輪機(jī)3.1.3 3.1.3

6、 焊接技術(shù)特點(diǎn)焊接技術(shù)特點(diǎn) 焊接最重要的結(jié)構(gòu)連接成形工藝焊接最重要的結(jié)構(gòu)連接成形工藝: :連接成形方式連接成形方式a)a)鍵連接鍵連接; ; b)b)螺栓連接螺栓連接; ; c)c)焊接焊接; ; d)d)鉚接鉚接1 1輪輪;2;2鍵鍵;3;3軸軸;4,8,11;4,8,11零件零件;5;5墊圈墊圈; ;6 6螺母螺母;7;7螺栓螺栓;9;9焊縫焊縫;10;10坡口坡口;11;11鉚釘鉚釘3.1.3 3.1.3 焊接技術(shù)特點(diǎn)焊接技術(shù)特點(diǎn) 與鉚接、鑄造、鍛造結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)與鉚接、鑄造、鍛造結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)(1)(1)構(gòu)造合理，應(yīng)力集中系數(shù)小，接頭連接效率構(gòu)造合理，應(yīng)力集中系數(shù)小，接

7、頭連接效率高對(duì)接接頭可達(dá)高對(duì)接接頭可達(dá)100100，鉚接很難達(dá)到，鉚接很難達(dá)到7070。(2)(2)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕自重。由于焊接的強(qiáng)度較高簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減輕自重。由于焊接的強(qiáng)度較高，在同樣承載條件下，可更輕、更薄，對(duì)交通，在同樣承載條件下，可更輕、更薄，對(duì)交通運(yùn)輸工具來說還可因此而節(jié)約能量。運(yùn)輸工具來說還可因此而節(jié)約能量。(3)(3)密封性好。焊接結(jié)構(gòu)對(duì)水、油、氣密性都很密封性好。焊接結(jié)構(gòu)對(duì)水、油、氣密性都很好，是理想密封結(jié)構(gòu)，適合于制造各類容器。好，是理想密封結(jié)構(gòu)，適合于制造各類容器。(4)(4)板厚限制小。鉚接在板厚大于板厚限制小。鉚接在板厚大于5050mmmm時(shí)將會(huì)十時(shí)將會(huì)十分困難分困難;

8、;而焊接結(jié)構(gòu)高壓容器的單層壁厚可達(dá)而焊接結(jié)構(gòu)高壓容器的單層壁厚可達(dá)300300mmmm以上。以上。3.1.3 3.1.3 焊接技術(shù)特點(diǎn)焊接技術(shù)特點(diǎn)(5)(5)設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單、靈活。鉚接結(jié)構(gòu)的連接部分在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單、靈活。鉚接結(jié)構(gòu)的連接部分在設(shè)計(jì)上相當(dāng)復(fù)雜，而焊接結(jié)構(gòu)可將結(jié)構(gòu)元件比設(shè)計(jì)上相當(dāng)復(fù)雜，而焊接結(jié)構(gòu)可將結(jié)構(gòu)元件比較簡(jiǎn)單地對(duì)接、角接、較簡(jiǎn)單地對(duì)接、角接、T T形接或搭接起來，同形接或搭接起來，同時(shí)可制成任意結(jié)構(gòu)，也較靈活，不像鑄、鍛工時(shí)可制成任意結(jié)構(gòu)，也較靈活，不像鑄、鍛工藝對(duì)工件形狀有很多限制。藝對(duì)工件形狀有很多限制。(6)(6)制造周期短，成本低，經(jīng)濟(jì)效益好。焊接結(jié)制造周期短，成本低，經(jīng)濟(jì)效

9、益好。焊接結(jié)構(gòu)的制造工藝比鉚接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，可省鉆孔構(gòu)的制造工藝比鉚接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，可省鉆孔和劃埋頭孔等工作。采用現(xiàn)代的焊接制造工藝和劃埋頭孔等工作。采用現(xiàn)代的焊接制造工藝，很容易實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和批量生產(chǎn)。，很容易實(shí)現(xiàn)專業(yè)化和批量生產(chǎn)。(7)(7)可焊接不同金屬材料。采用焊接工藝能把不可焊接不同金屬材料。采用焊接工藝能把不同金屬連接起來，有效利用材料。焊接結(jié)構(gòu)還同金屬連接起來，有效利用材料。焊接結(jié)構(gòu)還可在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮可在不同部位采用不同性能的材料，充分發(fā)揮各種性能不同材料的優(yōu)勢(shì)。各種性能不同材料的優(yōu)勢(shì)。3.1.4 3.1.4 焊接技術(shù)分類焊接技術(shù)分類 根據(jù)焊接過程是否施加壓

10、力，可以把焊接分根據(jù)焊接過程是否施加壓力，可以把焊接分為為熔化焊接熔化焊接和和壓力焊接壓力焊接，前者則利用熱源把母，前者則利用熱源把母材局部或焊條合金熔化成液態(tài)，在不加壓的情材局部或焊條合金熔化成液態(tài)，在不加壓的情況下，互相熔合在一起。后者主要靠壓力作用況下，互相熔合在一起。后者主要靠壓力作用，在固態(tài)下連接，每一種焊接又可以根據(jù)加壓，在固態(tài)下連接，每一種焊接又可以根據(jù)加壓、加熱方式的不同分為幾十種具體的焊接工藝、加熱方式的不同分為幾十種具體的焊接工藝。1.1.熔化焊熔化焊母材和焊絲熔化，分為氣焊、電弧母材和焊絲熔化，分為氣焊、電弧焊、氣體保護(hù)焊焊、氣體保護(hù)焊, ,電渣焊、等離子弧焊等等。電渣焊

11、、等離子弧焊等等。2.2.壓力焊壓力焊依靠固相加壓；鍛焊、摩擦焊、爆依靠固相加壓；鍛焊、摩擦焊、爆炸焊、接觸焊、超聲波焊炸焊、接觸焊、超聲波焊, ,冷壓焊。冷壓焊。3.3.釬焊釬焊母材不熔化，填充材料熔化；分為高母材不熔化，填充材料熔化；分為高溫釬焊和低溫釬焊溫釬焊和低溫釬焊 3.1.4 3.1.4 焊接技術(shù)分類焊接技術(shù)分類 氣焊氣焊 電弧焊電弧焊 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 熔化焊熔化焊 電渣焊電渣焊 等離子弧、高頻焊等離子弧、高頻焊 電子束、激光焊電子束、激光焊 電阻焊電阻焊 壓力焊壓力焊 摩擦焊摩擦焊, ,攪拌摩擦焊、擴(kuò)散焊攪拌摩擦焊、擴(kuò)散焊 爆炸焊爆炸焊 接觸焊接觸焊 超聲波焊、冷壓焊超聲波

12、焊、冷壓焊 3.1.4 3.1.4 焊接技術(shù)分類焊接技術(shù)分類3. 焊接技術(shù)的發(fā)展焊接技術(shù)的發(fā)展 1880s氣焊、碳弧焊；氣焊、碳弧焊； 1920s藥皮焊條電弧焊；藥皮焊條電弧焊； 1940s鎢極氬弧焊、埋弧焊、電阻焊；鎢極氬弧焊、埋弧焊、電阻焊； 1950s等離子切割、電渣焊、等離子切割、電渣焊、CO2氣保焊；氣保焊； 1960s等離子焊接、電子束焊接；等離子焊接、電子束焊接； 1970s激光焊接、太陽能焊接；激光焊接、太陽能焊接； 1980s高頻脈沖電源、離子束、微波焊接高頻脈沖電源、離子束、微波焊接 1990s攪拌摩擦焊攪拌摩擦焊 ,激光電弧復(fù)合熱源焊接激光電弧復(fù)合熱源焊接 4.4.焊接方

13、法代號(hào)焊接方法代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 代代 號(hào)號(hào)焊焊 接接 方方 法法1 電弧焊電弧焊 11 無氣體保護(hù)電弧焊無氣體保護(hù)電弧焊 111 手弧焊手弧焊 112 重力焊重力焊 113 光焊絲電弧焊光焊絲電弧焊 114 藥芯焊絲電弧焊藥芯焊絲電弧焊 115 涂層焊絲電弧焊涂層焊絲電弧焊 116 熔化極電弧點(diǎn)焊熔化極電弧點(diǎn)焊 118 躺焊躺焊 12 埋弧焊埋弧焊 121 絲極埋弧焊絲極埋弧焊 122 帶極埋弧焊帶極埋弧焊 13 熔化極氣體保護(hù)電弧焊熔化極氣體保護(hù)電弧焊 131 MIG焊焊:熔化極惰性氣體保護(hù)焊熔化極惰性氣體保護(hù)焊135 MAG焊焊:熔化極非惰性氣體保護(hù)焊熔化

14、極非惰性氣體保護(hù)焊136 非惰性氣體保護(hù)藥芯焊絲電弧焊非惰性氣體保護(hù)藥芯焊絲電弧焊 137 非惰性氣體保護(hù)熔化極電弧點(diǎn)焊非惰性氣體保護(hù)熔化極電弧點(diǎn)焊 14 非熔化極氣體保護(hù)電弧焊非熔化極氣體保護(hù)電弧焊 141 TIG焊焊:鎢極惰性氣體保護(hù)焊鎢極惰性氣體保護(hù)焊142 TIG點(diǎn)焊點(diǎn)焊 149 原子氫焊原子氫焊 4.4.焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 15 等離子弧焊等離子弧焊 151 大電流等離子弧焊大電流等離子弧焊 152 微束等離子弧焊微束等離子弧焊 153 等離子弧粉末堆焊等離子弧粉末堆焊(噴焊噴焊) 154 等離子弧填絲堆焊等離子弧填絲堆焊(冷、

15、熱絲冷、熱絲) 155 等離子弧等離子弧MIG焊焊 156 等離子弧點(diǎn)焊等離子弧點(diǎn)焊 18 其它電弧焊方法其它電弧焊方法 181 碳弧焊碳弧焊 185 旋弧焊旋弧焊 4.4.焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 2 電阻焊電阻焊 21 點(diǎn)焊點(diǎn)焊 22 縫焊縫焊 221 搭接縫焊搭接縫焊 223 加帶縫焊加帶縫焊 23 凸焊凸焊 24 閃光焊閃光焊 25 電阻對(duì)焊電阻對(duì)焊 29 其它電阻焊方法其它電阻焊方法 291 高頻電阻焊高頻電阻焊 4. 4. 焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 4. 4. 焊接方法的代號(hào)焊接方法

16、的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 3 氣焊氣焊 31 氧氧-燃?xì)夂溉細(xì)夂?311 氧氧-乙炔焊乙炔焊 312 氧氧-丙烷焊丙烷焊 313 氫氫-氧焊氧焊 32 空氣空氣-燃?xì)夂溉細(xì)夂?321 空氣空氣-乙炔焊乙炔焊 322 空氣空氣-丙烷焊丙烷焊 33 氧氧-乙炔噴焊乙炔噴焊(堆焊堆焊) 4.4.焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 4 壓焊壓焊 41 超聲波焊超聲波焊 42 摩擦焊摩擦焊 43 鍛焊鍛焊 44 高機(jī)械能焊高機(jī)械能焊 441 爆炸焊爆炸焊 45 擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊 47 氣壓焊氣壓焊 48 冷壓焊冷壓焊 7 其它焊接方法其它焊

17、接方法 71 鋁熱焊鋁熱焊 72 電渣焊電渣焊 73 氣電立焊氣電立焊 74 感應(yīng)焊感應(yīng)焊 75 光束焊光束焊 751 激光焊激光焊 752 弧光光束焊弧光光束焊 753 紅外線焊紅外線焊 76 電子束焊電子束焊 77 儲(chǔ)能焊儲(chǔ)能焊 78 螺柱焊螺柱焊 781 螺柱電弧焊螺柱電弧焊 782 螺柱電阻焊螺柱電阻焊 4.4.焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 4.4.焊接方法的代號(hào)焊接方法的代號(hào)( (GB5185-85)GB5185-85) 9 硬、軟釬焊硬、軟釬焊 91 硬釬焊硬釬焊 911 紅外線硬釬焊紅外線硬釬焊 912 火焰硬釬焊火焰硬釬焊 913

18、爐中硬釬焊爐中硬釬焊 914 浸沾硬釬焊浸沾硬釬焊 915 鹽浴硬釬焊鹽浴硬釬焊 916 感應(yīng)硬釬焊感應(yīng)硬釬焊 917 超聲波硬釬焊超聲波硬釬焊 918 電阻硬釬焊電阻硬釬焊 919 擴(kuò)散硬釬焊擴(kuò)散硬釬焊 923 摩擦硬釬焊摩擦硬釬焊 924 真空硬釬焊真空硬釬焊 93 其它硬釬焊方法其它硬釬焊方法 94 軟釬焊軟釬焊 941 紅外線軟釬焊紅外線軟釬焊 942 火焰軟釬焊火焰軟釬焊 943 爐中軟釬焊爐中軟釬焊 944 浸沾軟釬焊浸沾軟釬焊 945 鹽浴軟釬焊鹽浴軟釬焊 946 感應(yīng)軟釬焊感應(yīng)軟釬焊 947 超聲波軟釬焊超聲波軟釬焊 948 電阻軟釬焊電阻軟釬焊 949 擴(kuò)散軟釬焊擴(kuò)散軟釬焊

19、951 波峰澆注軟釬焊波峰澆注軟釬焊 952 烙鐵軟釬焊烙鐵軟釬焊 953 摩擦軟釬焊摩擦軟釬焊 954 真空軟釬焊真空軟釬焊 3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理 焊接電弧是一種強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象，同時(shí)產(chǎn)焊接電弧是一種強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象，同時(shí)產(chǎn)生大量熱能和強(qiáng)烈光輝，電弧焊接就是利用這生大量熱能和強(qiáng)烈光輝，電弧焊接就是利用這種熱量加熱、熔化焊條或焊絲以及母材，使之種熱量加熱、熔化焊條或焊絲以及母材，使之形成焊接接頭的。形成焊接接頭的。 氣體通常是不導(dǎo)電的，但在電場(chǎng)和高溫條件氣體通常是不導(dǎo)電的，但在電場(chǎng)和高溫條件下，可以使電弧空間氣體介質(zhì)發(fā)生電離，中性下，可以使電弧空間氣體介質(zhì)發(fā)生電離，中性

20、原子被離解為正離子和電子，這兩種帶電質(zhì)點(diǎn)原子被離解為正離子和電子，這兩種帶電質(zhì)點(diǎn)分別向電場(chǎng)兩極運(yùn)動(dòng)，形成了電流，電弧空間分別向電場(chǎng)兩極運(yùn)動(dòng)，形成了電流，電弧空間就成為一個(gè)導(dǎo)電通道，形成電弧放電現(xiàn)象。就成為一個(gè)導(dǎo)電通道，形成電弧放電現(xiàn)象。氣體電離氣體電離陰極發(fā)射電子陰極發(fā)射電子3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理1.1.氣體電離氣體電離 A+U1 A+e- A+U2 A+e- 使一個(gè)外層電子脫離原子核的靜電引力而電使一個(gè)外層電子脫離原子核的靜電引力而電離所需要的最小能量離所需要的最小能量電離勢(shì)電離勢(shì) 第一個(gè)電子電離的電離勢(shì)第一個(gè)電子電離的電離勢(shì)一次電離勢(shì)一次電離勢(shì) 一次電離后獲得一價(jià)正離子一

21、次電離后獲得一價(jià)正離子A A+ + 相同外加能量條件下，電離勢(shì)低的氣體容易相同外加能量條件下，電離勢(shì)低的氣體容易電離，有利于電弧的穩(wěn)定。電離，有利于電弧的穩(wěn)定。電離電離復(fù)合復(fù)合電離電離復(fù)合復(fù)合3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理 電弧區(qū)域氣體電離的主要途徑：電弧區(qū)域氣體電離的主要途徑：(1)(1)熱電離熱電離, ,電弧溫度為電弧溫度為500050003000030000K,K,主要主要(2)(2)電場(chǎng)電離電場(chǎng)電離, ,弧柱區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度較弱弧柱區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度較弱, ,次要次要(3)(3)光電離光電離, ,一般氣體不會(huì)直接光電離一般氣體不會(huì)直接光電離, ,次要次要x氣體電離度，單位體積內(nèi)被電離的

22、電氣體電離度，單位體積內(nèi)被電離的電子數(shù)與氣體電離前粒子總數(shù)的比率子數(shù)與氣體電離前粒子總數(shù)的比率3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理3.2.13.2.1焊接電弧焊接電弧2.2.陰極發(fā)射電子陰極發(fā)射電子 維持焊接電弧穩(wěn)定燃燒的另一個(gè)條件。維持焊接電弧穩(wěn)定燃燒的另一個(gè)條件。 使一個(gè)電子由陰極金屬表面逸出所需最使一個(gè)電子由陰極金屬表面逸出所需最低外加能量低外加能量“逸出功逸出功”或或“逸出電逸出電位位” 陰極發(fā)射電子的主要途徑：陰極發(fā)射電子的主要途徑：(1)(1)熱發(fā)射熱發(fā)射, ,沸點(diǎn)高的陰極時(shí)，熱陰極沸點(diǎn)高的陰極時(shí)，熱陰極, ,主要主要(2)(2)電場(chǎng)發(fā)射電場(chǎng)發(fā)射, ,沸點(diǎn)低的陰極沸點(diǎn)低的陰極,

23、 , 冷陰極冷陰極, ,主要主要(3)(3)光發(fā)射光發(fā)射, ,依靠光輻射，弧光能量弱依靠光輻射，弧光能量弱, ,次要次要(4)(4)撞擊發(fā)射撞擊發(fā)射, ,陰極受正離子的撞擊陰極受正離子的撞擊, ,次要次要某些金屬及氧化物的逸出電位某些金屬及氧化物的逸出電位金屬種類金屬種類W Fe Al Ba K Ca Mg純金屬純金屬氧化物氧化物4.54 4.48 4.25 2.00 2.02 2.12 3.78 3.92 3.90 1.00 0.46 1.80 3.31金屬種類金屬種類W W-Cs W-Ba W-Th W-Zr純金屬純金屬4.54 1.36 1.56 2.63 3.14鎢及合金鎢極的逸出電位

24、鎢及合金鎢極的逸出電位3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理3.3.焊接電弧引燃焊接電弧引燃接觸和非接觸引弧接觸和非接觸引弧( (1)1)接觸引弧即短路引弧接觸引弧即短路引弧，當(dāng)焊條與工件接觸形，當(dāng)焊條與工件接觸形成短路，形成極大的電流密度，產(chǎn)生大量熱量成短路，形成極大的電流密度，產(chǎn)生大量熱量，使接觸點(diǎn)處的金屬很快被加熱、熔化和蒸發(fā)，使接觸點(diǎn)處的金屬很快被加熱、熔化和蒸發(fā)，當(dāng)焊條迅速拉開時(shí)，焊條端頭與工件之間的，當(dāng)焊條迅速拉開時(shí)，焊條端頭與工件之間的空隙內(nèi)充滿了金屬蒸氣。與此同時(shí)，陰極將發(fā)空隙內(nèi)充滿了金屬蒸氣。與此同時(shí)，陰極將發(fā)射電子，電子與電弧空間的氣體介質(zhì)撞擊，使射電子，電子與電弧空間的

25、氣體介質(zhì)撞擊，使之電離，從而引燃電弧。之電離，從而引燃電弧。( (2)2)非接觸引弧非接觸引弧通常是依靠高頻或高壓脈沖引弧通常是依靠高頻或高壓脈沖引弧器將電弧引燃的。引弧器在電極和工件之間施器將電弧引燃的。引弧器在電極和工件之間施加高頻高壓或工頻高壓脈沖電場(chǎng)，使陰極表面加高頻高壓或工頻高壓脈沖電場(chǎng)，使陰極表面發(fā)射出電子。依靠電子把氣體介質(zhì)撞擊電離，發(fā)射出電子。依靠電子把氣體介質(zhì)撞擊電離，從而引燃電弧。從而引燃電弧。3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理4.4.焊接電弧的物理特性焊接電弧的物理特性 焊接電弧三個(gè)區(qū)域焊接電弧三個(gè)區(qū)域: :陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)3.2 3.2

26、 電弧焊接原理電弧焊接原理4.4.焊接電弧的物理特性焊接電弧的物理特性(1)(1)陰極區(qū)陰極區(qū)(Cathode Zone)(Cathode Zone) 陰極區(qū)是緊緊靠近陰極表面的一段很短的區(qū)域陰極區(qū)是緊緊靠近陰極表面的一段很短的區(qū)域, ,其長度只有其長度只有1010-5-5cmcm； 在陰極區(qū)的陰極表面上，往往有一個(gè)白熾、光在陰極區(qū)的陰極表面上，往往有一個(gè)白熾、光亮、劇烈活動(dòng)的斑點(diǎn)，稱為陰極斑點(diǎn)，陰極就亮、劇烈活動(dòng)的斑點(diǎn)，稱為陰極斑點(diǎn)，陰極就是從這個(gè)斑點(diǎn)發(fā)射電子的；是從這個(gè)斑點(diǎn)發(fā)射電子的； 斑點(diǎn)大小和電流有關(guān)，具有較大的電壓降。斑點(diǎn)大小和電流有關(guān)，具有較大的電壓降。(2)(2)弧柱區(qū)弧柱區(qū)(A

27、rc (Arc CollumnCollumn Zone) Zone) 弧柱是一段呈圓錐狀氣柱，其長度幾乎等于弧柱是一段呈圓錐狀氣柱，其長度幾乎等于電弧的長度；具有較高的溫度，鋼電極電弧焊電弧的長度；具有較高的溫度，鋼電極電弧焊，5000500080008000K K，隨焊接電流增大而升高隨焊接電流增大而升高( (圖圖) ) 在鋼焊條的電弧中，電弧弧柱區(qū)的溫度高達(dá)在鋼焊條的電弧中，電弧弧柱區(qū)的溫度高達(dá)50005000K K80008000K K以上。陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度以上。陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度較低，分別約為較低，分別約為24002400K K和和26002600K K。3.2 3.2 電弧焊接

28、原理電弧焊接原理4.4.焊接電弧的物理特性焊接電弧的物理特性 弧柱是由中性原子與電荷數(shù)量相等的、分別弧柱是由中性原子與電荷數(shù)量相等的、分別向兩極方向運(yùn)動(dòng)的電子和正離子組成；向兩極方向運(yùn)動(dòng)的電子和正離子組成； 弧柱具有很好的導(dǎo)電性能，電壓降很小；弧柱具有很好的導(dǎo)電性能，電壓降很?。?沿弧柱軸線方向，電離度和溫度均勻一致。沿弧柱軸線方向，電離度和溫度均勻一致。(3)(3)陽極區(qū)陽極區(qū)(Anode Zone)(Anode Zone) 陽極區(qū)是緊緊靠近陽極表面的一段很短的區(qū)陽極區(qū)是緊緊靠近陽極表面的一段很短的區(qū)域域, ,其長度比陰極區(qū)稍大其長度比陰極區(qū)稍大； 在陽極區(qū)的陽極表面上，有一個(gè)光亮的陽極在陽

29、極區(qū)的陽極表面上，有一個(gè)光亮的陽極輝斑，稱為陽極斑點(diǎn)，電流集中在陽極斑點(diǎn)輝斑，稱為陽極斑點(diǎn)，電流集中在陽極斑點(diǎn) 陽極斑點(diǎn)具有很高溫度，陽極斑點(diǎn)能量來源陽極斑點(diǎn)具有很高溫度，陽極斑點(diǎn)能量來源于高速電子與正離子復(fù)合放出電離能和動(dòng)能。于高速電子與正離子復(fù)合放出電離能和動(dòng)能。3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理5.5.焊接電弧的靜特性曲線焊接電弧的靜特性曲線 在焊接電弧維持在焊接電弧維持 一定長度燃燒時(shí)一定長度燃燒時(shí) ，電弧電壓和電，電弧電壓和電 流的關(guān)系曲線流的關(guān)系曲線 三個(gè)區(qū)域：三個(gè)區(qū)域： 下降段下降段 水平段水平段 上升段上升段3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理5.5.焊接電弧的靜特性

30、曲線焊接電弧的靜特性曲線 實(shí)際焊接過程中，下降段只在引弧的一實(shí)際焊接過程中，下降段只在引弧的一瞬間出現(xiàn)，引弧時(shí)，電流密度大，電離瞬間出現(xiàn)，引弧時(shí)，電流密度大，電離度增加后，電弧電壓降低；度增加后，電弧電壓降低； 手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊所用的焊條比手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊所用的焊條比較粗，直徑較粗，直徑為為3 38 8mmmm，電流密度小，電流密度小，工作在靜特性曲線的水平段；工作在靜特性曲線的水平段； 熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)所用的焊條比較細(xì)熔化極氣體保護(hù)焊時(shí)所用的焊條比較細(xì)，直徑，直徑為為0.80.82.22.2mmmm，電流密度大，電流密度大，同時(shí)由于氣體對(duì)電弧的冷卻作用，一般同時(shí)由于氣體對(duì)電弧的

31、冷卻作用，一般工作在靜特性曲線的上升段。工作在靜特性曲線的上升段。 3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理6.6.焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理 焊接電源輸出的電能通過電弧轉(zhuǎn)變成熱焊接電源輸出的電能通過電弧轉(zhuǎn)變成熱能，電弧弧柱、陰極區(qū)、陽極區(qū)導(dǎo)電機(jī)能，電弧弧柱、陰極區(qū)、陽極區(qū)導(dǎo)電機(jī)理不同，產(chǎn)熱機(jī)理也不同：理不同，產(chǎn)熱機(jī)理也不同：(1)(1)陰極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理陰極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理 電子在陰極壓降作用下逸出陰極并受到電子在陰極壓降作用下逸出陰極并受到加速作用加速作用, ,除一部分熱能消耗于逸出陰極除一部分熱能消耗于逸出陰極表面，所產(chǎn)生的熱能主要用于加熱陰極表面，所產(chǎn)生的熱能主要用于加熱陰極，焊接過程中，

32、直接加熱焊條（絲）或，焊接過程中，直接加熱焊條（絲）或工件的熱量由此提供。工件的熱量由此提供。3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理6.6.焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理(2)(2)弧柱區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理弧柱區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理 弧柱導(dǎo)電依靠電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)，弧柱導(dǎo)電依靠電子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)，外加電場(chǎng)能量大部分轉(zhuǎn)變成熱能。與弧柱的散外加電場(chǎng)能量大部分轉(zhuǎn)變成熱能。與弧柱的散熱損失相平衡，只有一部分熱能通過輻射對(duì)流熱損失相平衡，只有一部分熱能通過輻射對(duì)流傳遞給焊條和工件。傳遞給焊條和工件。(3)(3)陽極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理陽極區(qū)產(chǎn)熱機(jī)理 電子到達(dá)陽極，帶給陽極三部分熱能：電子到達(dá)陽極，帶給陽極三部分熱能

33、： 電子發(fā)射時(shí)吸收的逸出功；電子發(fā)射時(shí)吸收的逸出功； 陽極區(qū)壓降加速的動(dòng)能；陽極區(qū)壓降加速的動(dòng)能； 從弧柱溫度帶來的熱量；陽極產(chǎn)生的熱量主要從弧柱溫度帶來的熱量；陽極產(chǎn)生的熱量主要用于陽極的加熱、熔化和散熱損失。用于陽極的加熱、熔化和散熱損失。3.2 3.2 電弧焊接原理電弧焊接原理6.6.焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理焊接電弧產(chǎn)熱機(jī)理(4)(4)焊接熱平衡焊接熱平衡陰極區(qū)和陽極區(qū)雖然幾陰極區(qū)和陽極區(qū)雖然幾何長度很小，但是對(duì)于焊接時(shí)熱量產(chǎn)生何長度很小，但是對(duì)于焊接時(shí)熱量產(chǎn)生很重要。在陰極區(qū)和陽極區(qū)所產(chǎn)生的熱很重要。在陰極區(qū)和陽極區(qū)所產(chǎn)生的熱量占電弧產(chǎn)熱的近量占電弧產(chǎn)熱的近50508080?；≈鶇^(qū)?；≈鶇^(qū)產(chǎn)生

34、熱量約占產(chǎn)生熱量約占202050%50%。焊接焊接方法方法產(chǎn)熱產(chǎn)熱/ /耗熱耗熱/ /極極區(qū)區(qū)弧弧柱柱輻輻射射飛飛濺濺熔化熔化焊條焊條熔化熔化母材母材母材母材傳熱傳熱熔化藥熔化藥皮焊劑皮焊劑SMAWSMAW666634342222 101023238 830307 7SAWSAW545446461 11 1282845457 71818藥皮焊條藥皮焊條( (I=150I=150250A,U=35V250A,U=35V) )埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊( (I=1000A,U=36V,=36m/hI=1000A,U=36V,=36m/h) )3.3.2 2 電弧焊接原理電弧焊接原理3.3.2.2 2.2

35、 焊接冶金過程焊接冶金過程對(duì)于鋼鐵材料的熔化焊對(duì)于鋼鐵材料的熔化焊，一般要經(jīng)歷加熱熔化，一般要經(jīng)歷加熱熔化 冶金反應(yīng)冶金反應(yīng) 結(jié)晶結(jié)晶 固態(tài)相變固態(tài)相變 形成接頭。形成接頭。 3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程1.1.焊接過程分析焊接過程分析 熔焊工藝發(fā)展過程就是焊接熱源發(fā)展過程熔焊工藝發(fā)展過程就是焊接熱源發(fā)展過程 焊接熱源種類焊接熱源種類: : 電弧熱、電阻熱、化學(xué)熱、電弧熱、電阻熱、化學(xué)熱、 摩擦熱、等離子熱、電子束、激光束。摩擦熱、等離子熱、電子束、激光束。 (1)(1)焊接熱過程焊接熱過程 焊接熱過程貫穿整個(gè)焊接過程的始終焊接熱過程貫穿整個(gè)焊接過程的始終, ,焊接物焊接物

36、 理化學(xué)過程都是在熱過程發(fā)展理化學(xué)過程都是在熱過程發(fā)展; ; 焊接溫度場(chǎng)焊接溫度場(chǎng)決定決定焊接應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)焊接應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)，特點(diǎn)：，特點(diǎn)： 熱過程局部集中性局部加熱到熔化狀態(tài)；熱過程局部集中性局部加熱到熔化狀態(tài)； 熱過程瞬時(shí)性加熱、冷卻速度極快；熱過程瞬時(shí)性加熱、冷卻速度極快； 熱源的運(yùn)動(dòng)性邊焊接邊加熱邊冷卻，焊接熱源的運(yùn)動(dòng)性邊焊接邊加熱邊冷卻，焊接熱熱 源具有最小加熱面積、最大功率密度和溫度源具有最小加熱面積、最大功率密度和溫度 3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程/ /1.1.焊接過程分析焊接過程分析(2)(2)焊接化學(xué)冶金過程焊接化學(xué)冶金過程 熔化金屬、熔渣、氣相之間進(jìn)行

37、一系列化學(xué)冶熔化金屬、熔渣、氣相之間進(jìn)行一系列化學(xué)冶金反應(yīng)，金屬的氧化、還原、脫硫、氮化、滲金反應(yīng)，金屬的氧化、還原、脫硫、氮化、滲合金、氫作用等。這些冶金反應(yīng)將直接影響焊合金、氫作用等。這些冶金反應(yīng)將直接影響焊縫金屬的成分、組織和性能?？p金屬的成分、組織和性能。(3)(3)焊接時(shí)金屬的凝固結(jié)晶和相變過程焊接時(shí)金屬的凝固結(jié)晶和相變過程隨著熱源的離開，熔化金屬就開始凝固結(jié)晶。隨著熱源的離開，熔化金屬就開始凝固結(jié)晶。 焊縫凝固結(jié)晶始于熔池邊緣的最低溫度處，以焊縫凝固結(jié)晶始于熔池邊緣的最低溫度處，以半熔化的母材金屬晶粒為非自發(fā)晶核，開始結(jié)半熔化的母材金屬晶粒為非自發(fā)晶核，開始結(jié)晶生長，即所謂晶生長，

38、即所謂“聯(lián)生結(jié)晶聯(lián)生結(jié)晶”。 由于冷卻速度快，結(jié)晶從半熔化晶粒表面開始由于冷卻速度快，結(jié)晶從半熔化晶粒表面開始后，沿著與散熱相反方向，以柱狀晶形態(tài)向熔后，沿著與散熱相反方向，以柱狀晶形態(tài)向熔池中心迅速生長，直到柱狀晶互相接觸為止。池中心迅速生長，直到柱狀晶互相接觸為止。3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程/1.焊接過程分析焊接過程分析 由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。對(duì)于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)。對(duì)于具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬，隨著溫度的下降還將發(fā)生固態(tài)相變。例金屬，隨著溫度的下降還將發(fā)生固態(tài)相變。例如，鋼將發(fā)生如，鋼將發(fā)生相的轉(zhuǎn)變。有可能在相的轉(zhuǎn)變。有可能在這些過程中產(chǎn)生諸如偏析、夾雜、

39、氣孔、熱裂這些過程中產(chǎn)生諸如偏析、夾雜、氣孔、熱裂紋、淬硬脆化、冷裂紋等缺陷。紋、淬硬脆化、冷裂紋等缺陷。凝固結(jié)晶示意圖凝固結(jié)晶示意圖3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.12.2.1焊接冶金過程特點(diǎn)焊接冶金過程特點(diǎn) 焊接冶金過程實(shí)質(zhì)上是金屬在焊接條件下的再焊接冶金過程實(shí)質(zhì)上是金屬在焊接條件下的再熔煉過程，其中不僅包括化學(xué)變化，而且包括熔煉過程，其中不僅包括化學(xué)變化，而且包括物質(zhì)在作用相之間的遷移和分布過程。物質(zhì)在作用相之間的遷移和分布過程。 以手工電弧焊為例以手工電弧焊為例, ,說明焊接冶金特點(diǎn)：說明焊接冶金特點(diǎn)：1.1.藥皮反應(yīng)區(qū)藥皮反應(yīng)區(qū) 溫度低溫度低藥皮反應(yīng)區(qū)

40、的溫度不超過藥皮的熔藥皮反應(yīng)區(qū)的溫度不超過藥皮的熔化溫度（鋼焊條化溫度（鋼焊條12001200）。）。 藥皮的分解及相互作用藥皮的分解及相互作用超過超過100，水分開水分開始蒸發(fā)，超過始蒸發(fā)，超過200，藥皮中的有機(jī)物質(zhì)開始分藥皮中的有機(jī)物質(zhì)開始分解，析出大量的氣體；另一方面，鐵合金開始解，析出大量的氣體；另一方面，鐵合金開始氧化。氧化。3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.12.2.1焊接冶金過程特點(diǎn)焊接冶金過程特點(diǎn)2.2.熔滴反應(yīng)區(qū)熔滴反應(yīng)區(qū)金屬液體以細(xì)滴狀進(jìn)入熔池。金屬液體以細(xì)滴狀進(jìn)入熔池。 電弧焊時(shí)，弧柱溫度可達(dá)電弧焊時(shí)，弧柱溫度可達(dá)50005000K K以上

41、，熔滴溫度以上，熔滴溫度可達(dá)可達(dá)1800180024002400，由于焊接電弧溫度很高，由于焊接電弧溫度很高，焊條溶化形成熔滴，由焊條頂端滴入熔池，熔焊條溶化形成熔滴，由焊條頂端滴入熔池，熔化金屬基本上暴露在空氣中，熔滴的比表面積化金屬基本上暴露在空氣中，熔滴的比表面積比較大，這使得金屬熔滴與氣體、熔渣的接觸比較大，這使得金屬熔滴與氣體、熔渣的接觸面積大大超過一般的煉鋼過程。面積大大超過一般的煉鋼過程。 接觸面加大可以加速冶金反應(yīng)，細(xì)滴狀的金屬接觸面加大可以加速冶金反應(yīng)，細(xì)滴狀的金屬液體和熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的冶金反應(yīng)，細(xì)滴在過渡液體和熔渣發(fā)生強(qiáng)烈的冶金反應(yīng)，細(xì)滴在過渡的同時(shí)發(fā)生的同時(shí)發(fā)生滲錳、硅，增

42、氧滲錳、硅，增氧( (圖圖) )反應(yīng)。熔滴反反應(yīng)。熔滴反應(yīng)區(qū)，冶金過程基本進(jìn)行完畢。應(yīng)區(qū)，冶金過程基本進(jìn)行完畢。氣體高度分解氣體高度分解滲錳、硅，增氧反應(yīng)滲錳、硅，增氧反應(yīng)3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.3.3.2.1 1焊接冶金過程特點(diǎn)焊接冶金過程特點(diǎn)3.3.熔池反應(yīng)區(qū)熔池反應(yīng)區(qū)熔池反應(yīng)區(qū)體積小，冷卻速度快熔池反應(yīng)區(qū)體積小，冷卻速度快熔池平均溫度在熔池平均溫度在20002000以上，反應(yīng)溫度較低，液以上，反應(yīng)溫度較低，液體金屬和熔渣接觸面積小，冶金反應(yīng)較弱，但熔體金屬和熔渣接觸面積小，冶金反應(yīng)較弱，但熔池反應(yīng)卻是重要的冶金反應(yīng)，它決定焊縫金屬化池反應(yīng)卻是重要的冶金

43、反應(yīng)，它決定焊縫金屬化學(xué)成分。熔池反應(yīng)對(duì)焊縫是否形成氣孔、夾渣等學(xué)成分。熔池反應(yīng)對(duì)焊縫是否形成氣孔、夾渣等缺陷具有很大影響。溶池反應(yīng)包括：缺陷具有很大影響。溶池反應(yīng)包括：(1)(1)氣體的逸出氣體的逸出 液體金屬在凝固時(shí)，氣體的溶解度會(huì)隨著溫度的液體金屬在凝固時(shí)，氣體的溶解度會(huì)隨著溫度的下降明顯降低，氣體將以氣泡形式向外逸出，若下降明顯降低，氣體將以氣泡形式向外逸出，若逸出的速度小于熔池的結(jié)晶速度，氣體來不及析逸出的速度小于熔池的結(jié)晶速度，氣體來不及析出而形成氣孔。出而形成氣孔。3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.12.2.1焊接冶金過程特點(diǎn)焊接冶金過程特點(diǎn)(1)(

44、1)氣體的逸出氣體的逸出 熔池反應(yīng)區(qū)脫氧反應(yīng)產(chǎn)生的熔池反應(yīng)區(qū)脫氧反應(yīng)產(chǎn)生的COCO氣體亦將析出：氣體亦將析出： FeOFeO + C Fe + CO + C Fe + CO (2)(2)夾雜物的形成夾雜物的形成 一般熔渣在高溫下直接形成夾雜物的機(jī)會(huì)很少一般熔渣在高溫下直接形成夾雜物的機(jī)會(huì)很少，熔渣的比重一般為，熔渣的比重一般為3.83.8g/cmg/cm3 3，而而FeFe的比重為的比重為7.87.8g/cmg/cm3 3，而且熔渣受氣流的作用向焊接的反而且熔渣受氣流的作用向焊接的反方向移動(dòng)，容易浮在熔池表面。因此焊縫中的方向移動(dòng)，容易浮在熔池表面。因此焊縫中的夾雜物具有夾雜物具有“內(nèi)生內(nèi)生”

45、特性，主要成分是特性，主要成分是SiOSiO2 2。 Si + Si + 2 2FeOFeO 2 2Fe + SiOFe + SiO2 2 3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.12.2.1焊接冶金過程特點(diǎn)焊接冶金過程特點(diǎn)(2)(2)夾雜物的形成夾雜物的形成 SiOSiO2 2是否形成夾渣主要決定于其顆粒性質(zhì)，而是否形成夾渣主要決定于其顆粒性質(zhì)，而熔池中的熔池中的MnMn/Si/Si比例對(duì)顆粒度大小有影響，當(dāng)比例對(duì)顆粒度大小有影響，當(dāng)MnMn/Si=3/Si=36 6時(shí)時(shí)SiOSiO2 2顆粒最大，不易形成夾渣，顆粒最大，不易形成夾渣，另外，由于另外，由于SiOSiO

46、2 2是酸性氧化物，因此提高溶渣是酸性氧化物，因此提高溶渣的堿度有利于吸收的堿度有利于吸收SiOSiO2 2，從而降低焊縫中金屬從而降低焊縫中金屬夾雜物的數(shù)量。夾雜物的數(shù)量。(3)(3)合金元素的過渡合金元素的過渡 該元素在焊縫中的實(shí)際含量該元素在焊縫中的實(shí)際含量合金過渡系數(shù)合金過渡系數(shù)= = 向焊縫中摻入的該元素的計(jì)算含量向焊縫中摻入的該元素的計(jì)算含量 向焊縫摻合金目的是：補(bǔ)償焊接過程中合金元向焊縫摻合金目的是：補(bǔ)償焊接過程中合金元素由于氧化和蒸發(fā)而造成損失，以維持焊縫金素由于氧化和蒸發(fā)而造成損失，以維持焊縫金屬合金成分和力學(xué)性能，或者為了使焊縫金屬屬合金成分和力學(xué)性能，或者為了使焊縫金屬得

47、到某些特殊性能，如抗裂性、耐磨性等。得到某些特殊性能，如抗裂性、耐磨性等。 摻合金的方法：二種摻合金方法：摻合金的方法：二種摻合金方法：a a通過合金焊條芯摻合金：通過合金焊條芯摻合金：摻入量穩(wěn)定、均勻、合金元素的利用率高。摻入量穩(wěn)定、均勻、合金元素的利用率高。缺點(diǎn)是焊芯需專門熔煉，同時(shí)有些合金還不易缺點(diǎn)是焊芯需專門熔煉，同時(shí)有些合金還不易軋制、拔絲。軋制、拔絲。b b通過藥皮摻合金：通過藥皮摻合金：合金摻入焊條藥皮，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便靈活。缺點(diǎn)合金摻入焊條藥皮，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)便靈活。缺點(diǎn)是合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，有的還可能殘留于渣中是合金元素?zé)龘p嚴(yán)重，有的還可能殘留于渣中, ,故合金元素的利用率低，合金過渡

48、系數(shù)還受到故合金元素的利用率低，合金過渡系數(shù)還受到焊接規(guī)范的影響，均勻性也較差。焊接規(guī)范的影響，均勻性也較差。 提高合金過渡系數(shù)的措施：提高合金過渡系數(shù)的措施：由于合金元素常因氧化、蒸發(fā)或殘留于渣中而由于合金元素常因氧化、蒸發(fā)或殘留于渣中而造成損失，使合金過渡系數(shù)較低，降低了經(jīng)濟(jì)造成損失，使合金過渡系數(shù)較低，降低了經(jīng)濟(jì)性。因此為提高合金過渡系數(shù)，就必須設(shè)法減性。因此為提高合金過渡系數(shù)，就必須設(shè)法減少上述各項(xiàng)損失。少上述各項(xiàng)損失。a a正確選擇合金劑：在同樣條件下，應(yīng)盡量選正確選擇合金劑：在同樣條件下，應(yīng)盡量選用與用與氧親和力小的元素為合金劑氧親和力小的元素為合金劑( (圖圖) )。 b b根據(jù)

49、合金元素氧化物的性質(zhì)來選擇焊條藥皮根據(jù)合金元素氧化物的性質(zhì)來選擇焊條藥皮的酸堿性。在摻合金時(shí)要防止由于酸堿中和作的酸堿性。在摻合金時(shí)要防止由于酸堿中和作用使合金元素氧化，降低合金過渡系數(shù)。用使合金元素氧化，降低合金過渡系數(shù)。c c選擇氧化性最小的焊接方法來過渡合金元素選擇氧化性最小的焊接方法來過渡合金元素。在使用同樣焊接材料的情況下，氬弧焊的過。在使用同樣焊接材料的情況下，氬弧焊的過渡系數(shù)大，埋弧焊次之，渡系數(shù)大，埋弧焊次之，COCO2 2焊再次之。焊再次之。3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld join

50、t)(1)(1)焊接接頭結(jié)構(gòu)焊接接頭結(jié)構(gòu) 焊縫金屬焊縫金屬( (Weld MetalWeld MetalWM)WM)、 熔合區(qū)熔合區(qū)( (Fusion ZoneFusion ZoneFZ)FZ)、 焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)( (Heat Affected ZoneHeat Affected ZoneHAZ)HAZ)電弧焊焊接接頭電弧焊焊接接頭對(duì)接接頭專用術(shù)語對(duì)接接頭專用術(shù)語3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)(2)(2)專業(yè)術(shù)語專業(yè)術(shù)語T T形焊接接頭專用術(shù)語形焊接接頭專用術(shù)語3.3.2.2

51、.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)(2)(2)專業(yè)術(shù)語專業(yè)術(shù)語3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)1.1.焊縫金屬焊縫金屬(Weld Metal) (Weld Metal) 焊絲熔化母材焊絲熔化母材(1)(1)熔合比熔合比d ：指母材金屬在焊縫金屬中所占比例指母材金屬在焊縫金屬中所占比例 改變?nèi)酆媳瓤筛淖兒缚p金屬中改變?nèi)酆媳瓤筛淖兒缚p金屬中 母材金屬與填充金屬的比例母材金屬與填充金屬的比例, , 改變化學(xué)成分、組織和性能。改變化學(xué)成分、組織和性能。dPPAAAd3.3.2.2 2.2 焊接冶金過

52、程焊接冶金過程3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)(2)(2)影響熔合比的因素影響熔合比的因素 1) 1)接頭形式接頭形式, ,對(duì)接大于角接；對(duì)接大于角接； 2) 2)坡口情況坡口情況, ,不開坡口大于開坡口；不開坡口大于開坡口； 3) 3)焊接方法焊接方法, ,熱量輸入量大??；熱量輸入量大?。?4) 4)母材性能母材性能, ,導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性, ,奧氏體大于珠光體鋼；奧氏體大于珠光體鋼； 5) 5)焊接層次焊接層次, ,從下至上從下至上, ,從兩側(cè)至中間從兩側(cè)至中間, ,依次減小。依次減小。(3)(3)焊縫形狀系數(shù)焊縫形狀系數(shù)(form F

53、actor)(form Factor) 指焊縫熔寬和熔深之比指焊縫熔寬和熔深之比; ; 影響雜質(zhì)在焊縫中心偏析影響雜質(zhì)在焊縫中心偏析; ; 影響焊縫抗裂性。影響焊縫抗裂性。HW3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)1.1.焊縫金屬焊縫金屬(Weld Metal)(Weld Metal)(4)(4)影響焊縫形狀系數(shù)的因素影響焊縫形狀系數(shù)的因素1)1)熔深和焊接電流近于熔深和焊接電流近于 成正比關(guān)系成正比關(guān)系, ,焊接電焊接電 流增加時(shí)流增加時(shí), ,熔深和焊熔深和焊 縫余高增加縫余高增加, ,熔寬略有增加熔寬略有增加; ;2)2)電壓升高時(shí)電壓

54、升高時(shí), ,熔寬增加熔寬增加, ,熔深和余高只略有增加。熔深和余高只略有增加。3)3)焊接速度提高時(shí)焊接速度提高時(shí), ,熔寬和熔深都減小熔寬和熔深都減小, ,熔寬和焊接熔寬和焊接速度的根號(hào)速度的根號(hào)( (1/21/2) )成反比。成反比。 但從提高生產(chǎn)率考慮但從提高生產(chǎn)率考慮, ,速度提高速度提高, ,應(yīng)相應(yīng)提高電壓應(yīng)相應(yīng)提高電壓和電流和電流, ,這三個(gè)量是相互聯(lián)系的。這三個(gè)量是相互聯(lián)系的。 3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)(5)(5)焊縫金屬的組織和性能焊縫金屬的組織和性能 焊縫金屬由

55、熔池的液態(tài)金屬凝固而成。熔池金焊縫金屬由熔池的液態(tài)金屬凝固而成。熔池金屬由高溫冷卻到室溫要經(jīng)過兩次組織變化。屬由高溫冷卻到室溫要經(jīng)過兩次組織變化。 第一次：液態(tài)第一次：液態(tài) 固態(tài)固態(tài), ,稱為一次結(jié)晶稱為一次結(jié)晶 第二次：固相線第二次：固相線 常溫，稱為二次結(jié)晶常溫，稱為二次結(jié)晶焊縫組織就是二次結(jié)晶的結(jié)果。焊縫組織就是二次結(jié)晶的結(jié)果。1)1)焊縫金屬的一次結(jié)晶焊縫金屬的一次結(jié)晶焊縫金屬結(jié)晶時(shí)，上有液態(tài)熔渣覆蓋，下有固焊縫金屬結(jié)晶時(shí)，上有液態(tài)熔渣覆蓋，下有固態(tài)金屬散熱，呈鑄態(tài)組織。晶粒開始生長于熔態(tài)金屬散熱，呈鑄態(tài)組織。晶粒開始生長于熔合線母材上半熔化晶粒，垂直于熔合線向散熱合線母材上半熔化晶粒

56、，垂直于熔合線向散熱方向的反方向生長發(fā)展，形成柱狀晶組織。方向的反方向生長發(fā)展，形成柱狀晶組織。3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭(weld joint)(weld joint)(5)(5)焊縫金屬的組織和性能焊縫金屬的組織和性能焊縫金屬中存在偏析和夾雜物。焊縫金屬中存在偏析和夾雜物。焊縫金屬體積雖小，具有化學(xué)成份不均勻性。焊縫金屬體積雖小，具有化學(xué)成份不均勻性。2)2)焊縫金屬的二次結(jié)晶焊縫金屬的二次結(jié)晶 結(jié)晶組織類型、特征和形態(tài)直接影響焊縫性能結(jié)晶組織類型、特征和形態(tài)直接影響焊縫性能; ; 粗大的柱狀晶，晶粒性能具有方向性，這是焊粗大的柱狀晶，晶粒性能具有方向性，這是焊接的不可控

57、制性；接的不可控制性； 性能和組織特征有關(guān)，細(xì)小而均勻的組織性能性能和組織特征有關(guān)，細(xì)小而均勻的組織性能高于粗大而不均勻組織；高于粗大而不均勻組織；強(qiáng)度性能：強(qiáng)度性能：M M B B P P F F或或A A；而塑性和韌性；而塑性和韌性( (抗裂性抗裂性) )：A A或或F F P P B B M M；3.3.2.2.2 2.2.2 焊接接頭焊接接頭2.2.熔合區(qū)熔合區(qū)(Fusion (Fusion Zone,lineZone,line) )(1)(1)熔合區(qū)熔合區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下，在焊縫和熱在焊接熱循環(huán)作用下，在焊縫和熱影響區(qū)之間的一個(gè)薄層影響區(qū)之間的一個(gè)薄層( (圖圖) )。(2)(2)

58、熔合區(qū)金屬的組織和性能熔合區(qū)金屬的組織和性能 屬于固液兩相共存的半熔化區(qū)域。屬于固液兩相共存的半熔化區(qū)域。 化學(xué)不均勻性化學(xué)不均勻性溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移；溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移； 物理不均勻性物理不均勻性導(dǎo)熱、線膨脹系數(shù)；導(dǎo)熱、線膨脹系數(shù)； 力學(xué)不均勻性力學(xué)不均勻性屈服強(qiáng)度，彈性模量。屈服強(qiáng)度，彈性模量。 這些不均勻性，引起組織和性能的不均勻性，這些不均勻性，引起組織和性能的不均勻性，還將在熔合區(qū)還存在較大的殘余應(yīng)力。還將在熔合區(qū)還存在較大的殘余應(yīng)力。 熔合區(qū)是焊接接頭最薄弱的部位，脆性斷裂和熔合區(qū)是焊接接頭最薄弱的部位，脆性斷裂和焊接裂紋都容易在熔合區(qū)發(fā)生和發(fā)展。焊接裂紋都容易在熔合區(qū)發(fā)生和發(fā)

59、展。3.3.2.2.22.2.2焊接接頭焊接接頭3.3.熱影響區(qū)熱影響區(qū)(Heat Affected Zone)(Heat Affected Zone)(1)(1)焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫在焊接熱循環(huán)作用下，焊縫兩側(cè)處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織和性能變兩側(cè)處于固態(tài)的母材發(fā)生明顯的組織和性能變化的區(qū)域?；膮^(qū)域。3.3.2.2 2.2 焊接冶金過程焊接冶金過程(2)(2)熱影響區(qū)金屬的組織與性能熱影響區(qū)金屬的組織與性能 材料成分和熱處理狀態(tài)影響材料成分和熱處理狀態(tài)影響HAZHAZ的組織分布的組織分布1) 1) 低碳鋼及不易淬火鋼低碳鋼及不易淬火鋼不完全熔化區(qū)不完全熔化區(qū)(

60、 (半熔化區(qū)半熔化區(qū)) )：14901490以上以上過熱區(qū)：固相線過熱區(qū)：固相線11001100上上, ,晶粒粗大晶粒粗大, ,過熱組織過熱組織正火區(qū)：正火區(qū)：A AC3C3到到1100,1100,細(xì)小均勻的珠光體組織細(xì)小均勻的珠光體組織部分相變區(qū)：部分相變區(qū)：A AC1C1與與A AC3C3之間，粗細(xì)晶粒混雜。之間，粗細(xì)晶?；祀s。再結(jié)晶區(qū)：再結(jié)晶區(qū)：450450到到Ac1Ac1，未有奧氏體的轉(zhuǎn)變，未有奧氏體的轉(zhuǎn)變藍(lán)脆區(qū)：藍(lán)脆區(qū)：200200500500。鐵素體內(nèi)析出細(xì)小的滲。鐵素體內(nèi)析出細(xì)小的滲碳體，冷卻時(shí)可能出現(xiàn)裂紋。碳體，冷卻時(shí)可能出現(xiàn)裂紋。 因組織和性能變化不大，因組織和性能變化不大，