材料成形基礎(chǔ)10-焊接部分

第八章焊接方法與工藝焊接是兩個分離的工件，通過局部加熱或加壓，利用原子間或分子間的結(jié)合形成不可拆的永久連接的工藝方法實質(zhì)：原子、分子間形成牢固結(jié)合條件：表面間距縮短到原子間距表面光潔激活原子，擴散、躍遷，--共有晶格措施：加熱、加壓1千年前，銅釬焊、鍛焊十九世紀(jì)，氣焊、碳弧焊20c，40年代初，優(yōu)質(zhì)電焊條20c，40年代末，埋弧、電阻焊50，氣體保護焊、電渣焊、超聲波60，等離子、真空電子束、激光70，太陽能冷壓焊每年：6千萬噸鋼結(jié)構(gòu)

100萬噸焊件材料

30萬臺焊機機器人100萬臺，焊接機器人40萬一、焊接方法分類

焊接熔化焊壓力焊釬焊氣電電等電激電摩冷超高爆軟硬

離子

弧渣子束光阻擦壓聲頻炸釬釬

弧波

焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊

二、焊接方法的優(yōu)缺點（1）節(jié)省金屬材料和加工工序。（2）焊接件氣密性比鉚接件好（3）可化大為小，拼小為大。（4）可聯(lián)接異種材料

焊接方法也存在一些缺點：①應(yīng)力、變形焊接結(jié)構(gòu)往往存在較大的殘余應(yīng)力,并引起變形;②焊接接頭的組織不均勻,質(zhì)量控制比較困難;第一節(jié)手工電弧焊1、優(yōu)點：工藝靈活，適應(yīng)性強質(zhì)量較好設(shè)備簡單，操作方便2、缺點：生產(chǎn)率低質(zhì)量不穩(wěn)定勞動條件差3-8mm----20mm(max)

一、手工電弧焊接過程

二、電弧焊冶金特點

1.溫度高>2000oC2.熔池體積小造成：氧化，吸氣嚴(yán)重；成分不均勻，氣孔，夾雜，質(zhì)量差三、電焊條1.電焊條的組成

1）焊條芯：成分：低C,Si,S,P含Mn作用：導(dǎo)電，填充金屬

2）藥皮:作用：保護，穩(wěn)弧，合金化，脫氧成分：穩(wěn)弧劑，發(fā)氣、造渣劑，鐵合金

2.電焊條的分類和選用

1）電焊條的分類酸性:J422xx1---xx5為酸性堿性焊條：xx6,xx7為堿性2）電焊條的選用原則（1）根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)和使用要求選擇焊條。（2）根據(jù)生產(chǎn)車間設(shè)備的施工條件選擇焊條。（3）在保證焊縫質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量選用成本低，工藝性能好的酸性焊條。

酸性焊條堿性焊條（低氫焊條）熔渣呈酸性堿性，保護氣體中H2<5%電弧穩(wěn)定，交直流兩用；對鐵銹不敏感；焊條可不烘干；易清渣；少煙塵電弧不穩(wěn)定，直流焊；對鐵銹敏感，應(yīng)預(yù)清理焊件；焊條烘干300-350oC*1-2h；不易清渣；煙塵較大抗裂性差，沖擊韌性差抗裂性好，沖擊韌性好用于一般結(jié)構(gòu)件，成本低，生產(chǎn)率高用于重要結(jié)構(gòu)件，成本高，生產(chǎn)率低等強度原則等成分原則抗裂性原則抗氣孔原則低成本原則第二節(jié)其它熔化焊

一、埋弧自動焊機器代替手工光焊絲—焊芯粒狀焊劑—藥皮暗弧--明弧2000A(500A100—200A)

埋弧自動焊的特點及應(yīng)用（1）生產(chǎn)率高5-10倍（2）節(jié)省金屬材料和電能（3）焊接質(zhì)量高（4）改善了勞動條件其缺點是：適應(yīng)性差埋弧自動焊通常用于碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板結(jié)構(gòu)的長直焊縫的平焊（6~60mm）及直徑大于500的環(huán)焊縫不能焊薄板/不能全方位焊接/不能焊活潑金屬

二、氣體保護焊1.不熔化極氬弧焊0.5-6mm2.熔化極氬弧焊1.5-25mm3.脈沖氬弧焊

150atm比重=1.4空氣99.99%Cu粉除O2Ca-Mg除N2KOHP2O5除H2O（一）氬弧焊氬弧焊的特點及應(yīng)用（1）保護作用好，無大氣導(dǎo)致的金屬氧化和合金元素的燒損,質(zhì)量高（2）引弧困難，但穩(wěn)弧比較容易（高頻振蕩器引弧，計算機失靈）（3）成本高（4）勞動條件差：紫外線5-20倍，O3用于高合金鋼，及有色金屬的焊接大件在充氬房內(nèi)焊接（二）CO2氣體保護焊

無色，微臭，不溶，比重1.52倍空氣70atm（1）成本低

50%埋?。?）可焊薄板：采用細絲焊接時，可以解決埋弧自動焊和手工電弧焊難以解決的薄板燒穿問題及焊后變形問題。（3）生產(chǎn)率高，1-4倍。對鐵銹敏感性低，故對焊件接頭表面清潔度要求不高。電流大。（4）可全方位焊接（二）CO2氣體保護焊

其主要缺點是：焊縫表面較粗糙；金屬飛濺較大，煙霧較多；易產(chǎn)生氣孔；可焊材料有局限性，僅用于黑色金屬。

CO2氣體保護焊主要用于焊接低碳鋼、普通低合金高強度鋼和低合金鋼的焊件焊接。可焊接0.8~4mm薄板；粗絲焊接可焊厚度3~25mm。

三、電渣焊1.厚大截面焊縫能一次焊成，生產(chǎn)率高。2.焊接質(zhì)量好。電渣煉鋼3.經(jīng)濟效益好。節(jié)省金屬，焊劑，電能

粗晶，變形、應(yīng)力大電渣焊主要用于焊接壁厚＞40—2000mm的厚大截面焊件。無砧座錘錘頭焊面2000*3000

第三節(jié)壓力焊小件，變形小，機械化程度高，塑性好的材料一、電阻焊（接觸焊）二、摩擦焊

一、電阻焊點焊縫焊對焊

（一）點焊

點焊主要適用于焊接4mm以下的薄板搭接，或?qū)⒈“搴傅侥承┬筒纳稀?/p>

接頭要清潔：酸洗，打磨凸點焊點焊

（二）縫焊

縫焊又稱滾焊，縫焊主要用于焊接密封性要求高的厚度0.3--3mm的薄壁結(jié)構(gòu)。圖3-2-11以高頻電流作為熱源進行管縫焊的方法高頻焊（三）對焊1.電阻對焊直徑小于20mm的棒料、管材和小鏈環(huán)及門窗、框架等的焊接。

2.閃光對焊（熔化對焊）可焊銅+鋁，高速鋼+碳鋼

3.電阻對焊的特點（1）生產(chǎn)率高。（2）焊件變形小。（3）表面質(zhì)量好。（4）勞動條件好。（5）不需另外填加焊接材料。

二、摩擦焊接頭質(zhì)量好生產(chǎn)率高?？珊附饘俜秶鷱V。Al+TiCu+Fe經(jīng)濟效益好勞動條件好。能耗少，不用填充材料，成本低三、擴散焊接頭強度高，應(yīng)力變形小可焊材料種類多可焊復(fù)雜截面生產(chǎn)率低接觸、變形、擴散陶瓷—金屬石墨—玻璃硬質(zhì)—硬質(zhì)人造聚晶金剛石—硬質(zhì)合金四、超聲波焊高頻振蕩加熱，清理最初用超聲波改善點焊的晶粒的組織，第四節(jié)釬焊

釬焊是將熔點比工件材料低的焊料熔化，流入接頭間隙，借助焊料與焊件間的原子擴散和溶解，使固態(tài)工件聯(lián)起來的焊接方法。釬焊焊料潤濕母材：合金化，提高溫度，去除氧化物（釬劑）實質(zhì)：微區(qū)溶解，擴散準(zhǔn)備：堿洗、打磨、噴丸、刷

一、軟釬焊焊料（釬料）熔點＜450℃的釬焊叫軟釬焊。軟釬焊的接頭強度低（一般σ＜70MPa）Sn—Pb焊銅及銅合金鋼Zn基焊鋁及鋁合金鎵（30OC）基合金：3-30OC糊狀，涂上后4-8h，擴散固化銦基合金：可潤濕玻璃，陶瓷Bi基

二、硬釬焊

焊料熔點在450℃以上的釬焊叫硬釬焊。CuCu-ZnCu-NiAuAg焊鋼，銅及銅合金

Al-Si焊鋁合金Ni-Cr可焊不銹鋼

釬焊特點及應(yīng)用1.釬焊接頭組織性能變化少，應(yīng)力、變形小，光潔美觀。2.可焊接材料范圍廣，也可焊異種材料。3.可焊接各種精密、復(fù)雜、微型的焊件。4、對裝配間隙、清理要求嚴(yán)但釬焊接頭強度低于焊件母材，工作溫度受到焊料熔點的限制，焊前清理及組裝要求較高。質(zhì)量生產(chǎn)率厚度全方位手弧焊較好低3-6可埋弧焊好高6-60不CO2較好較高1-25可氬弧焊最好0.5-25可電渣焊好>40不摩擦焊好高中等釬焊低中小可電阻焊高中小第五節(jié)焊接與切割新工藝

一、等離子弧焊與切割

1.等離子弧焊5*105w/cm2

（1）能量集中溫度高，熔深大，（13mm不開坡口，無間隙）。16000-33000k

（2）電弧穩(wěn)定，穿透性好。（3）電流0.1安以下仍能穩(wěn)定工作，針弧焊，微束等離子焊。0.01mm

（4）設(shè)備復(fù)雜主要用于焊接各種難熔、易氧化的金屬及合金。

2.等離子切割：可切所有材料二、真空電子束焊電子束焊的特點是：（1）能量密度高，沖擊力大，熔深大（2）質(zhì)量高：焊縫組織致密，變形小，表面光潔。（3）生產(chǎn)率低、焊件尺寸?。?）容易實現(xiàn)自動化。第五節(jié)焊接與切割新工藝板厚：薄0.02-0.1厚300(不需開坡口）--

主要適用于焊接難熔金屬Ti、Mo，性質(zhì)活潑的金屬Zn、Sn以及不銹鋼等高合金鋼。

可焊異種金屬，打孔，切割寶石，玻璃等熔深：寬=20：11.5mm0.5mm無間隙，不填充可進行穿入式的成形焊

三、數(shù)控切割效率高，質(zhì)量好，勞動條件好四、光電跟蹤切割效率高，質(zhì)量好第五節(jié)焊接與切割新工藝五、噴涂與堆焊噴涂與堆焊總稱為熱噴涂。是利用高溫?zé)嵩磳⒔z材和棒材或粉末加熱，噴敷或熔融于工作表面，形成各種不同功能覆蓋層的技術(shù)。（一）工藝特點1、噴涂：微粒沉積，機械結(jié)合，結(jié)合強度低2、堆焊：覆蓋層熔化于工件表面，冶金結(jié)合，結(jié)合強度高（二）一般工藝流程：去油、去銹、拉毛；預(yù)熱；噴涂、噴涂、堆焊（三）特點及應(yīng)用1.噴涂材料范圍廣泛2.噴涂一般不受工件尺寸限制。3.涂層厚度可以從0.15mm到幾毫米。4.噴涂（不包括噴焊）零件受熱不多，工件變形小，不改變原有熱處理狀態(tài)。激光焊及切割1013W/cm2特點：能量密度大，應(yīng)力、變形小靈活生產(chǎn)率高可焊接易氧化，高熔點的金屬，可焊異種金屬，歐美汽車蓋全為激光焊爆炸焊用于包覆，如，鋼板上包鎳、銅、鈦、不銹鋼，包覆后軋制10美分，25美分的硬幣：純銅兩面包75/25銅鎳合金，第一節(jié)焊接接頭的金相組織與性能一、焊縫金屬二、熱影響區(qū)1.半熔化區(qū)（熔合區(qū)）2.過熱區(qū)3.正火區(qū)4.部分相變區(qū)5.再結(jié)晶區(qū)第二部分常用金屬的焊接1.半熔化區(qū)（熔合區(qū)）（塑韌性差）2.過熱區(qū)（塑韌性差）3.正火區(qū)（性能好）4.部分相變區(qū)（性能基本不變）5.再結(jié)晶區(qū)（強硬度下降，塑韌性增加）

一、金屬材料的可焊性

金屬材料的可焊性，是指金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性。被焊金屬材料在采用一定的焊接工藝方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。工藝可焊性：被焊金屬材料在一定工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。即焊接接頭出現(xiàn)裂紋，氣孔等缺陷的傾向使用可焊性（使用可靠性）：力學(xué)及其他物化性能第二節(jié)金屬材料的可焊件

二、鋼材可焊性的估算方法Ceq=C+1/6Mn+1/5（Cr+Mo+V）+1/15(Ni+Cu)(%)Ceq＜0.4%時，鋼材的淬硬傾向不明顯，Ceq=0.4-0.6%時，可焊性一般。Ceq>0.6%時，鋼材的淬硬傾向明顯，可焊性較差，需要適當(dāng)預(yù)熱和采取一定的工藝措施。Ceq＞0.45%時，鋼材的淬硬傾向明顯，可焊性較差，需要適當(dāng)預(yù)熱和采取一定的工藝措施。第三節(jié)鋼的焊接一、碳鋼的焊接低碳鋼：中碳鋼高碳鋼二、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接σs<400MPaσs>400MPa

一、碳鋼的焊接

（一）低碳鋼的焊接

1.特點：塑性好、合金元素含量少，裂紋、氣孔、淬硬傾向小，可焊性好

2.焊接工藝可采用手工電弧焊、埋弧自動焊、電渣焊、氣焊、氣體保護焊和電阻焊等任何方法焊接。（二）中碳鋼的焊接

1.特點：塑性較差，易淬硬、易冷裂

2.焊接工藝盡量選用堿性低氫型焊條J506、J507、J426、J427、J606、J607預(yù)熱150--400緩冷使用鎳鉻不銹鋼焊條，可在施焊過程中敲擊焊縫減少應(yīng)力。

一、碳鋼的焊接（三）高碳鋼的焊接

1.特點:塑性差，淬硬、裂紋、氣孔傾向大，可焊性很差

2.焊接工藝預(yù)熱溫度更高后熱（焊后要立即進行去應(yīng)力退火處理）堿性焊條：J857

一、碳鋼的焊接

二、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接1.特點：易淬硬，對氫敏感，應(yīng)力大，焊接裂紋，熱影響區(qū)的過熱組織脆化2.焊接工藝低強度（<400MPa)：Ceq<0.4%，可焊性良好，16Mn長江大橋屈服強度>400Mpa可焊性較差，預(yù)熱、緩冷、后熱、堿性焊條18MnMoNb500MPaJ707大型尿素合成塔焊條預(yù)熱后熱低碳鋼酸、堿不需不需中碳鋼堿150-400緩冷高碳鋼堿預(yù)熱后熱低強度合金鋼堿不需不需高強度合金鋼堿100-400后熱第四節(jié)灰鑄鐵的焊補

一、鑄鐵焊接特點

（一）容易產(chǎn)生白口（二）容易出現(xiàn)裂紋（三）容易產(chǎn)生氣孔

二、鑄鐵的焊補方法1.熱焊法焊接前將鑄件全部或局部加熱到600~700℃，焊接過程中保持預(yù)熱溫度，焊后保溫緩冷。熱焊用氣焊和電焊皆可。2.半熱焊法工件預(yù)熱到400℃左右。3.冷焊法焊前不預(yù)熱或只進行400℃以下的預(yù)熱，焊接過程中也不鋪助加熱。第五節(jié)有色金屬的焊接一、銅及銅合金的焊接二、鋁及鋁合金的焊接三、鈦及鈦合金的焊接一、銅及銅合金的焊接

（一）特點1.銅的導(dǎo)熱性很強，2.銅的線脹系數(shù)比鋼大10%左右，3.銅在液態(tài)時能溶解大量氫，4.銅在液態(tài)時和離溫時，容易氧化生成Cu2Oo結(jié)晶時，Cu2O和Cu形成低熔點共晶體，存在于晶界，易引起熱裂紋。5.銅合金中的某些元素很易于氧化或蒸發(fā)。（二）焊接工藝清理、預(yù)熱、后熱、脫氧氬弧焊、氣焊、釬焊

1.紫銅的焊接：錘擊細化晶粒

2.黃銅的焊接：防鋅的蒸發(fā)

3.青銅的焊補：易熱裂，錘擊

二、鋁及鋁合金的焊接

（一）特點

1.容易氧化

2.容易產(chǎn)生氣孔

3.容易焊穿

4.焊接的熱裂傾向（二）焊接工藝清理接頭、氬弧焊、氣焊三、鈦及鈦合金的焊接（一）特點易吸氣易裂（過熱組織脆化）（二）工藝氬弧焊、等離子弧焊、電子束焊、點焊第六節(jié)、焊接應(yīng)力、