吉林大學(xué) 材料成型 第4章 焊接

第4章焊接焊接是通過加熱或同時加壓和加熱，使分離的金屬產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴散，形成永久性連接的工藝方法。用于制造各種金屬結(jié)構(gòu)和機械零件及零部件的修復(fù)。焊接方法分為三大類。1．熔化焊。主要有手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊等。熔化焊的特點：1、使用填充金屬，2、工件結(jié)合處、填充金屬形成共同的熔池，3、熔池需要保護。2．壓力焊。主要有電阻焊（點焊、縫焊和對焊）、摩擦焊。壓力焊的特點：1、不使用填充金屬，2、加熱又加壓，工件接合處產(chǎn)生塑性變形，3、不需要保護措施。

3．釬焊。特點：1、用比工件熔點低的釬料，與工件一同加熱，2、工件不熔化，釬料熔化，填充到工件連接處，冷卻凝固后，將工件連接在一起。焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點1、優(yōu)點：與鉚接結(jié)構(gòu)相比，節(jié)省材料，密封性好。采用鑄造－焊接或鍛造－焊接，產(chǎn)品生產(chǎn)方法更靈活?？梢灾圃祀p金屬和復(fù)合層結(jié)構(gòu)零件。2、缺點：焊接應(yīng)力和變形大；焊縫易產(chǎn)生氣孔、裂紋、夾渣等缺陷；有些金屬材料不適合焊接。4.1

金屬熔化焊工藝基礎(chǔ)4.1.1焊接電弧焊接熱源的要求：溫度高，熱量集中，熱源穩(wěn)定連續(xù)。熔化焊最廣泛的熱源：電弧熱。焊接電弧是電極之間的氣體介質(zhì)放電現(xiàn)象，充滿高溫電離氣體。電弧沿著長度分為三個區(qū)域：陽極區(qū)、弧柱區(qū)、陰極區(qū)。陽極區(qū)的熱量最多，約43％；陰極區(qū)的熱量其次，約36％；弧柱區(qū)的熱量最少，約21％。陽極區(qū)的溫度為2600K，陰極區(qū)的溫度為2400K，在電極材料沸點左右；弧柱區(qū)散熱慢，溫度最高可達6000～8000K。陽極區(qū)和陰極區(qū)熱量、溫度都有差別，

手工電弧焊選用直流電源焊接時，就有極性的選擇問題。

工件接電源的正極，焊條接負極，稱為正接法；

工件接電源的負極，焊條接正極，稱為反接法。

選擇電源極性主要根據(jù)焊條材料和工件所需熱量。

酸性焊條焊接厚板，采用正接法。

焊接薄板，采用反接法。

堿性焊條一般用反接法。

至于交流電弧，沒有極性選擇問題。4.1.2熔化焊的冶金特點一、焊接溫度高

在高溫作用下，合金元素強烈地蒸發(fā)和燒損；同時，金屬液體的吸氣能力也隨溫度的提高而增加，冷卻時氧、氮、氫等氣體析出聚集成氣泡，來不及浮出，會產(chǎn)生氣孔缺陷。二、金屬熔池的體積小，保持在液態(tài)的時間短各種冶金反應(yīng)很難達到平衡狀態(tài)。后果：焊縫金屬化學(xué)成分不均勻；氣體或雜質(zhì)來不及浮出熔池，易產(chǎn)生氣孔、夾渣缺陷。三、熔化焊中需采取的措施1.有效保護，隔離空氣。目的是防止空氣對焊接區(qū)的有害作用。氣渣聯(lián)合保護：手工電弧焊，焊條藥皮造氣劑產(chǎn)生保護性氣體，隔離空氣；造渣劑熔化形成熔渣，覆蓋在熔池表面，隔離空氣。渣保護：埋弧自動焊，焊劑熔化形成熔渣隔離空氣。氣保護：氣體保護焊，保護性氣體形成保護層隔離空氣。真空焊接：真空電子束焊。2.控制焊縫金屬的化學(xué)成分。可以向焊條藥皮或焊劑中加入合金元素，也可以向焊條芯或焊絲中加入合金元素。目的：補償焊接過程中的合金元素蒸發(fā)、燒損；特定的合金元素可以改善焊縫金屬的力學(xué)性能。3.脫氧和脫硫、磷?？諝庵械难鯕?、工件表面的氧化皮、銹、油污、水分等。焊前工件應(yīng)仔細清理，焊接材料加入脫氧劑。硫形成熱裂紋，磷形成冷裂紋。藥皮或焊劑的造渣劑進行脫硫、脫磷。4.1.3焊接接頭的金屬組織及性能焊接接頭是由兩部分所組成，即焊縫區(qū)和焊接熱影響區(qū)。焊接接頭性能與焊縫區(qū)和焊接熱影響區(qū)都有關(guān)。一、焊縫金屬焊縫金屬一般是由熔化的填充金屬和局部熔化的工件金屬形成的熔池凝固區(qū)域。仍然是成核、晶核長大的過程。焊縫金屬的結(jié)晶特點：焊縫組織結(jié)晶形成柱狀晶形態(tài)的組織。液態(tài)金屬過熱度很大，合金元素蒸發(fā)、燒損嚴重，異質(zhì)晶核比較少，結(jié)晶在熔池壁表面成核長大。散熱最快的方向是垂直于熔池壁的方向，因此以柱狀晶形態(tài)向焊縫中心長大。已經(jīng)凝固的焊縫金屬中的合金元素來不及擴散，化學(xué)成分不均勻，存在偏析；雜質(zhì)和氣體來不及析出，形成夾渣和氣孔。焊接過程中，一般要通過焊接材料向熔池金屬中加入一些合金元素，使焊縫金屬合金元素的質(zhì)量分數(shù)高于被焊金屬。好處在于，強化焊縫；細化焊縫的晶粒。只要采用正確的焊接工藝，就可以避免產(chǎn)生夾渣、氣孔、裂紋等缺陷，保證焊縫金屬的性能不低于被焊金屬的性能。二、焊接熱影響區(qū)

焊縫附近金屬因焊接熱作用而使組織和性能發(fā)生變化的區(qū)域稱為焊接熱影響區(qū)。隨著距離金屬熔池的遠近不同，工件所受的熱作用和升高的溫度不同。因此，焊縫附近區(qū)域的金屬相當(dāng)于受到了不同規(guī)范的熱處理，使組織和性能發(fā)生了變化。焊接熱影響區(qū)不僅與焊接熱作用有關(guān)，還與母材化學(xué)成分、焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。以低碳鋼為例。1）熔合區(qū)。焊縫與被焊金屬交界區(qū)。溫度在液、固相線之間。組織：過熱而長大的粗晶組織和部分新結(jié)晶的鑄態(tài)組織?；瘜W(xué)成分、組織性能不均勻。范圍很窄。對焊接接頭的強度、塑性影響大，常產(chǎn)生裂紋、脆斷。2）過熱區(qū)。溫度在固相線～1100℃。晶粒粗大的過熱組織。塑性和韌性低。3）正火區(qū)。溫度在1100℃～A3線。發(fā)生重結(jié)晶（鐵素體、珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體），等于正火處理。細小均勻的鐵素體、珠光體組織。力學(xué)性能優(yōu)于母材金屬。4）部分相變區(qū)。溫度在A3～A1之間。部分發(fā)生重結(jié)晶（珠光體轉(zhuǎn)為奧氏體），冷卻后是細小的珠光體。未轉(zhuǎn)變的鐵素體變?yōu)榇执蟮蔫F素體。組織、晶粒不均勻，性能不均勻。熱影響區(qū)中各區(qū)的組織變化和分布與被焊金屬的化學(xué)成分及焊前的熱處理狀態(tài)有關(guān)。不易淬火的鋼種與低碳鋼基本相同。易淬火的鋼種（中碳鋼、高碳鋼、合金鋼等）與焊前熱處理狀態(tài)有關(guān)。焊前正火或退火狀態(tài)，在相當(dāng)于低碳鋼的過熱區(qū)和正火區(qū)部位將出現(xiàn)馬氏體的組織，將該區(qū)域稱為淬火區(qū)。部分相變區(qū)形成部分淬火區(qū)。焊前淬火狀態(tài)，靠近部分淬火區(qū)的區(qū)域還會形成回火區(qū)。

1-熔合區(qū)；2-過熱區(qū)；3-正火區(qū)；4-部分相變區(qū)；5-未受影響的金屬；6-淬火區(qū)；7-部分淬火區(qū)；8-回火區(qū)。出現(xiàn)馬氏體，塑性、韌性低，易產(chǎn)生裂紋。對于低碳鋼，熔合區(qū)和過熱區(qū)對焊接性能的不利影響最大，應(yīng)盡可能減小焊接熱影響區(qū)的范圍。

不同焊接方法焊接低碳鋼熱影響區(qū)的平均尺寸圖。

手工電弧焊、CO2氣體保護焊、氬弧焊、埋弧自動焊的熱影響區(qū)都比氣焊、電渣焊小，可以優(yōu)先選用。

小直徑焊條、小電流快速焊、多層焊也有利于減小熱影響區(qū)。

焊后熱處理可以有效改善和消除熱影響區(qū)。

低碳鋼、低合金鋼重要結(jié)構(gòu)件，電渣焊結(jié)構(gòu)件，焊后正火處理。

焊前預(yù)熱，可以減慢工件焊接后的冷卻速度，防止產(chǎn)生淬火組織。4.1.4焊接應(yīng)力、變形及裂紋一、焊接應(yīng)力

工件不均勻的局部的加熱是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的根本原因。焊接應(yīng)力的結(jié)論：焊縫及附近區(qū)域產(chǎn)生拉應(yīng)力，而兩邊區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力。焊接應(yīng)力和變形同時存在。剛度小、塑性好，變形大、應(yīng)力小；剛度大、塑性差，變形小、應(yīng)力大。二、焊接變形及防止1、焊接變形的基本形式1、收縮變形，焊縫收縮導(dǎo)致工件尺寸變小。2、角變形，截面或布置不對稱，截面大焊縫收縮大。3、彎曲變形，布置不對稱，工件長度方向收縮。4、扭曲變形，不對稱或焊接順序不合理，工件長度方向發(fā)生角變形。5、波浪變形，薄板在焊接應(yīng)力（主要是壓應(yīng)力）作用失穩(wěn)。2、減小焊接變形的工藝方法1）加余量法，工件尺寸加大。收縮變形。2）反變形法。3）剛性固定法。會增大焊接應(yīng)力。一般塑性好金屬使用。4）合理的焊接順序。焊縫對稱或工件焊接位置對稱。使兩側(cè)焊縫的收縮抵消或減弱。長焊縫用逆向分段焊接法。150mm～200mm小段，每段焊接方向與總焊接方向相反。3、焊接變形的矯正方法

1）機械矯正法。手工捶擊、壓力機、矯直機。2）火焰加熱矯正法。加熱適當(dāng)位置，冷卻后發(fā)生與焊接變形相反的新變形。一般用氧－乙炔火焰加熱。關(guān)鍵是：加熱位置、加熱范圍和加熱溫度。脆性材料不能用此方法。三、減小和消除焊接應(yīng)力的措施焊前預(yù)熱。焊前將工件整體或局部預(yù)熱到150～350℃，然后進行焊接。減小焊接應(yīng)力，防止出現(xiàn)淬火區(qū)。去應(yīng)力退火。是消除焊接應(yīng)力最常用的方法。減小焊接應(yīng)力可以減小焊接變形，但減小焊接變形的方法并不一定都可以減小焊接應(yīng)力。例如，剛性固定法只能減小焊接變形，不能減小焊接應(yīng)力。

焊接裂紋焊接應(yīng)力特別是拉應(yīng)力超過材料抗拉強度，就會產(chǎn)生焊接裂紋。比較普遍，后果嚴重。熱裂紋位置：焊縫，固相線高溫區(qū)產(chǎn)生。沿著晶界開裂，表面有氧化色。主要在雜質(zhì)多的焊縫中。雜質(zhì)形成的低熔點共晶體分布在晶界，強度低。拉應(yīng)力作用下開裂。冷裂紋位置：焊接熱影響區(qū)。在200℃～300℃區(qū)間產(chǎn)生。主要在中碳鋼、高碳鋼、合金鋼中。最常見是延遲裂紋，焊后一段時間后出現(xiàn)。主要因素：含氫量、淬火組織和焊接應(yīng)力。焊接裂紋的防止1）控制有害雜質(zhì)。S、P、C。焊縫加入Mo、Ti、V等，細化晶粒，提高抗熱裂紋性能。使用低氫焊接材料（堿性焊條），焊前烘干。2）防止和減小焊接應(yīng)力措施都可以減小焊接裂紋的傾向。焊縫位置、順序；焊前預(yù)熱、焊后緩冷；焊后熱處理。降低接頭的淬硬程度，改善應(yīng)力狀態(tài)，利于氫析出。4.2焊接方法4.2.1手工電弧焊應(yīng)用最廣泛；設(shè)備簡單、操作靈活；勞動強度大，生產(chǎn)率低。4.2焊接方法一、手工電弧焊的焊接過程熔化的焊條金屬形成熔滴，與熔化的工件金屬混合，形成熔池。藥皮分解、燃燒、熔化，形成保護性氣體；藥皮熔化包覆在熔滴表面，并與熔池中的液態(tài)金屬發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)形成熔渣，從熔池中上浮，覆蓋在熔池表面。氣流和熔渣起到了隔離空氣的保護作用。二、電焊條1．焊條的組成

焊條是手弧焊最基本材料，由焊條芯和焊條藥皮兩部分組成。（1）焊條芯（簡稱焊芯）——經(jīng)過特殊冶煉的鋼絲，焊接專用鋼絲。其化學(xué)成分直接影響焊縫質(zhì)量，占焊縫金屬的50％～70％。焊條芯的作用：1、作為電極，導(dǎo)電，產(chǎn)生電弧。2、作為填充金屬。低碳鋼、低合金鋼焊接，通常用低碳鋼焊絲為焊條芯。焊絲常用的有H08和H08A、H08MnA等。H08A焊接用鋼含碳量0.08％高級優(yōu)質(zhì)焊條直徑指焊條芯的直徑。（2）焊條藥皮主要作用是：1、機械保護作用，分解燃燒的保護性氣體、形成的熔渣隔離空氣。2、冶金處理作用，脫氧劑、造渣劑與液態(tài)金屬反應(yīng)，除去有害雜質(zhì)（如O、H、S、P等）；合金劑添加有益的合金元素，補償燒損、蒸發(fā)的元素，使焊縫金屬化學(xué)成分滿足性能要求。3、改善工藝性能，穩(wěn)弧劑易于引弧，放電穩(wěn)定，飛濺少。容易去除渣殼。焊條藥皮的組成物相當(dāng)復(fù)雜，一種焊條藥皮配方中，通常由七、八種以上原料配成。2．焊條分類及牌號按照國家標準，手弧焊用焊條共分九大類。J——結(jié)構(gòu)鋼焊條；R——耐熱鋼焊條；B——不銹鋼焊條；D——堆焊焊條；（堆焊是在工件的表面或邊緣進行熔敷一層耐磨、耐蝕、耐熱等性能金屬層的焊接工藝。對修復(fù)和提高零件的使用壽命，合理使用材料，提高產(chǎn)品性能，降低成本有顯著的經(jīng)濟效益。）W——低溫焊條；Z——鑄鐵焊條；N——鎳及鎳合金焊條；T——銅及銅合金焊條；L——鋁及鋁合金焊條；其中應(yīng)用最多的是結(jié)構(gòu)鋼焊條。老牌號：字母——焊條種類；前2位——小類；最后1位——藥皮類型和適用電源。J422，“42”表示焊縫金屬的σb≥420MPa，最后一位“2”表示氧化鈦鈣型藥皮、交直流兩用。J507，“50”表示焊縫金屬的σb≥500MPa，最后一位“7”表示低氫型藥皮、直流專用。新牌號：E4303、E5015和E5016。（J422，J507，J506）型號中的“E”表示焊條；前兩位數(shù)字“43”或“50”表示焊縫金屬的抗拉強度最小值430MPa、500MPa；第三位數(shù)字“0”或“1”表示適用于各種位置焊接（平焊、立焊、仰焊、橫焊）；第四位數(shù)字表示焊條藥皮類型和焊接電源的種類，“3”表示藥皮為鈦鈣型，交、直流兩用；“5”表示低氫（鈉）型，用直流焊機；“6”表示低氫（鉀）型，交、直流兩用。結(jié)構(gòu)鋼焊條生產(chǎn)上還常按其藥皮熔化后形成熔渣的酸堿度，分成酸性焊條和堿性焊條兩大類。酸性焊條，熔渣以酸性氧化物為主，結(jié)**1、2、3、4、5。工藝性能好，價格便宜，交、直流電源均可，對工件的表面雜質(zhì)敏感性不大，應(yīng)用廣泛；但脫氧能力差，合金元素?zé)龘p嚴重，去硫、磷能力低，焊縫金屬的塑性、韌性及抗裂性較差。堿性焊條（低氫性焊條），熔渣以堿性氧化物為主，結(jié)**6、7。脫氧劑、合金劑多，熔渣中多CaO、CaF2，脫氧、氫、硫、磷能力強。焊縫金屬的塑性、韌性好，具有較高的抗裂性能。主要用于重要結(jié)構(gòu)、承受沖擊載荷結(jié)構(gòu)的焊接。但是CaF2阻礙電離，常需要用直流電源反接法，對工件表面鐵銹、油污等雜質(zhì)敏感，焊前應(yīng)仔細清理工件表面。堿性焊條使用前必須烘干。工藝性差，成本高。3．焊條的選用原則使焊縫金屬的性能符合焊接結(jié)構(gòu)性能的要求。（1）根據(jù)被焊金屬的強度焊條的選擇應(yīng)滿足等強度原則，按照結(jié)構(gòu)鋼強度選擇相應(yīng)等級的焊條。要求焊縫金屬與被焊金屬強度相等或相近。（2）根據(jù)被焊結(jié)構(gòu)的特點和工作條件在承受沖擊載荷或在低溫、高壓下工作的結(jié)構(gòu)（既要求強度又要求沖擊韌性），此時要選用低氫型焊條。形狀復(fù)雜、厚度大、剛度大的工件，防止產(chǎn)生裂紋，選用低氫型焊條。（3）根據(jù)具體施工條件及成本滿足產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，優(yōu)先選用工藝性好、價格便宜的酸性焊條。三、手工電弧焊工藝1、焊接的四種空間位置：平焊、立焊、橫焊和仰焊。盡量用平焊。其他位置存在液態(tài)金屬和熔渣下流的趨勢。三、手工電弧焊工藝2、開坡口。工件厚，加工接頭邊緣，以便能夠焊透。小于6mm，不開坡口；大于6mm，坡口形狀V型、X型、U型、雙U型。與V型對比，X型省焊條，可以對稱焊接，變形??；但要翻轉(zhuǎn)工件；大厚度工件常采用U型、雙U型，加工較困難。3、焊接規(guī)范：焊接各種工藝參數(shù)的綜合。1）焊條直徑：根據(jù)工件厚度、接頭形狀、焊縫位置、層數(shù)。小于4mm，約等于工件厚度；大于4mm，3～6mm。多層焊，底層較細直徑，依次增大直徑，提高焊接生產(chǎn)率。立焊、橫焊、仰焊位置焊接，細徑焊條，防止液態(tài)金屬和熔渣下流。2）焊接電流：主要決定于焊條直徑，直徑越大，焊接電流越高。還要考慮工件厚度、接頭形式、焊縫空間位置、工作溫度。厚度大、溫度低，焊接電流上限。厚度較小，可減小焊接電流。保證質(zhì)量的前提下，大焊接電流，高焊接速度，提高生產(chǎn)率。立焊、橫焊、仰焊位置焊接，小焊接電流。3）電弧弧長、焊接速度電弧過長，放電不穩(wěn)定，增加飛濺；電弧長度盡量短。焊接速度關(guān)系生產(chǎn)率、焊縫變形，手工控制。4.2.2埋弧自動焊一、焊接過程埋弧自動焊時，電弧引燃、焊絲送進、電弧沿焊接方向移動及焊接收尾，完全由機械來完成。焊接小車（送絲機構(gòu)、焊劑漏斗、焊絲盤、操作盤）電弧在焊劑層下面；焊后引弧板、引出板切除。4.2.2埋弧自動焊焊劑和金屬蒸發(fā)的氣體形成一個氣泡，電弧在氣泡內(nèi)部放電。氣泡上方被熔渣膜包圍，隔離空氣，屏蔽電弧光，防止金屬熔滴飛濺。二、焊絲與焊劑主要焊接低碳鋼、普通低合金鋼。常用焊絲：H08A、H08MnA、H08Mn2.焊劑：用途——鋼用、非鐵金屬用。制造方法——熔煉、非熔煉。熔煉焊劑——高、中、低、無（錳）。（1）高錳焊劑（如焊劑431）配合低碳鋼焊絲H08A，重要結(jié)構(gòu)可用中錳焊絲H08MnA。（2）無錳焊劑（如焊劑130）或低錳焊劑（如焊劑230）配合高錳焊絲H08Mn2。三、埋弧自動焊的特點及適用范圍1、生產(chǎn)率高

可以采用較大的焊接電流。焊接速度快，熔深大，可達20mm。一般不開坡口。2、焊接質(zhì)量高，熔渣保護效果好，焊機自動控制，焊接質(zhì)量高、均勻，焊縫成形好，表面光滑。3、無電弧光輻射，煙霧少，勞動條件好。4、設(shè)備復(fù)雜，焊前工件裝配要求高。埋弧自動焊一般限于水平位置焊縫的焊接，小于3mm薄板不適用。5、常用于焊接生產(chǎn)批量較大，長而直的且處于水平位置的焊縫或直徑較大（一般要大于500mm）的環(huán)焊縫。

4.2.3氣體保護焊氣體保護焊是利用氣體作為保護介質(zhì)的一種電弧焊方法。保護氣體有氬氣、二氧化碳氣體等。根據(jù)電極材料，分為不熔化極（鎢棒）、熔化極（焊絲）2種。根據(jù)操作方法，分為手工、半自動（自動送焊絲，手工焊接），自動（自動送焊絲和焊接）氣體保護焊的特點1、與埋弧自動焊相比，用氣體保護，可以明弧焊接，適宜全位置焊接，可見熔池，易于發(fā)現(xiàn)問題；不形成熔渣，焊后也不用清渣，易于自動化，從而提高了焊接生產(chǎn)率。2、與手工電弧焊相比，保護氣流對電弧有壓縮作用，熱量集中，使焊接熔池和熱影響區(qū)較窄，變形和裂紋傾向較小。特別適用薄板焊接。3、氣體保護焊不宜在室外有風(fēng)的地方進行焊接，設(shè)備較復(fù)雜。

一、氬弧焊氬弧焊按照電極材料不同分為熔化極和不熔化極兩種。氬弧焊的特點1、氬氣是惰性氣體，與金屬不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，合金元素?zé)o氧化燒損。2、保護效果好，并且電弧穩(wěn)定，產(chǎn)生的飛濺少，焊縫致密，成形美觀。3、氬弧焊設(shè)備復(fù)雜，氬氣價格較高。4、主要用于焊接鋁、鎂、鈦等金屬及其合金、不銹鋼、耐熱鋼等合金鋼以及一些稀有金屬等。手工氬弧焊、半自動氬弧焊主要焊接薄板短焊縫或不規(guī)則焊縫；自動氬弧焊主要焊接平直長焊縫或環(huán)焊縫。二、二氧化碳氣體保護焊CO2氣體保護焊的特點1、合金元素?zé)龘p，CO2分解CO+O，不允許焊接易氧化材料。氧化作用會導(dǎo)致氣孔和飛濺，必須采取脫氧措施，并補充合金元素（焊絲加入Mn、Si）2、只用于焊接低碳鋼和低合金鋼等，3、焊接低碳鋼時常采用H08MnSiA焊絲4、焊接低合金鋼時常采用H08Mn2SiA焊絲。5、焊接成本低，約是手工電弧焊和埋弧自動焊成本的40％。對工件焊前清理要求不高，焊縫含氫量低，裂紋傾向小。飛濺較大，尤其焊接電流大時，較為嚴重。電渣焊：電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，熔化被焊的工件金屬和填充金屬進行焊接的一種熔化焊方法。工件垂直放置，進行裝配。焊接開始時，電弧將焊劑熔化，形成液態(tài)熔渣構(gòu)成的渣池。渣池有一定的導(dǎo)電性，當(dāng)達到一定深度時，電弧消失轉(zhuǎn)為熔渣產(chǎn)生的電阻熱，此時為電渣焊過程。渣池始終浮在熔池上方，具有良好的保護作用。焊劑形成的熔渣要求有導(dǎo)電性，有專用的電渣焊焊劑。常用的有焊劑360，用于低碳鋼、低合金鋼。也可以采用埋弧焊的焊劑，如焊劑431、350、250等。電渣焊的焊絲通常合金元素含量較多，如H08MnA、H08Mn2Si、H10Mn2等。電渣焊適合于焊接厚大工件（30mm以上）。工件不需開坡口，可以一次焊成，生產(chǎn)率高。焊接速度慢，焊縫區(qū)在高溫條件下的時間較長，熔池中的氣體、雜質(zhì)容易析出，焊縫質(zhì)量純凈，不易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。但焊接熱影響區(qū)比較寬，焊縫晶粒粗大。通常焊后工件需進行正火熱處理。主要用于大厚度結(jié)構(gòu)件的焊接，也可以用于大截面的直焊縫、大直徑的環(huán)焊縫。4.3壓力焊4.3.1壓力焊工件結(jié)合處加熱同時加壓，產(chǎn)生塑性變形，不需要填充金屬，不需要保護。一、電阻焊電流通過工件及其接觸部分產(chǎn)生電阻熱作為焊接熱源。工件表面氧化膜，導(dǎo)電性差，工件接觸處電阻大。首先達到焊接溫度。主要分為點焊、縫焊、對焊。1．點焊點焊過程，1、工件搭接加預(yù)壓，施加一定的壓力；2、通以強大的電流。接觸處局部熔化，形成熔核，周圍發(fā)生塑性變形。3、斷電，加壓力，熔核結(jié)晶。卸壓。分流現(xiàn)象部分電流通過已經(jīng)焊好的焊點，使焊接處電流減小，影響質(zhì)量。與工件材料的厚度及導(dǎo)電性有關(guān)，導(dǎo)電性越強，厚度越大，分流現(xiàn)象越嚴重。加大點距，減小分流。點焊主要用于焊接薄板沖壓結(jié)構(gòu)點焊工件厚度為0.3～4mm，采用搭接。2．縫焊縫焊是連續(xù)的點焊過程。通常用圓盤狀電極替代柱狀電極。滾盤電極壓緊工件并轉(zhuǎn)動，帶動工件移動，配合斷續(xù)通電，形成重疊的焊點，最后形成焊縫?？p焊時，焊點重疊,分流現(xiàn)象嚴重。板料越厚，分流效應(yīng)越嚴重；為了壓緊和帶動工件，電極上施加的壓力越大。因此，厚件焊接，焊機功率大，電極壽命短，成本不如其他方法。只限于焊接3mm以下的薄板結(jié)構(gòu)。縫焊工件的表面光滑平整，焊縫氣密性好。常用來焊接要求密封的薄壁容器如汽車油箱、消音器等，廣泛應(yīng)用于汽車等制造業(yè)。3．對焊對焊：2個工件在對接接觸面上焊接。接頭形式——對接接頭。分為電阻對焊和閃光對焊。電阻對焊：1）截面相同或相近的工件首先裝卡在電極夾具中，2）施加預(yù)壓力將2個工件的端面緊密接觸，然后通電。電流通過工件接觸面產(chǎn)生大量電阻熱，工件接觸部分被加熱到塑性狀態(tài)。3）再次施加頂鍛壓力，同時切斷電流。使工件接頭產(chǎn)生塑性變形，形成焊接接頭。電阻對焊的特點：接頭光滑無毛刺；焊前工件端部表面加工、清理要求高，否則會導(dǎo)致接觸面加熱不均勻或產(chǎn)生局部氧化、夾雜，影響焊接接頭質(zhì)量；焊接接頭強度低，尤其是沖擊韌性差。

用于截面簡單、強度要求不高的工件。閃光對焊：1）工件裝卡在設(shè)備的電極夾具中。2）工件先接通電源，再緩慢靠近接觸。由于工件端面微觀不平，接觸點依次被加熱熔化；熔化的液滴發(fā)生爆破，出現(xiàn)大量火花，形成閃光。3）隨著接觸點不斷熔化，直到工件端面全部熔化，迅速加壓，并切斷電源。4）端面的液滴在壓力下被擠出，形成毛刺；端面發(fā)生塑性變形，得到焊接接頭。閃光對焊的特點工件接觸面的內(nèi)部氣壓大于外部氣壓，阻止空氣的侵入，并且工件端面的部分氧化物、夾雜物隨閃光帶出，或被加壓擠出。因此焊接接頭的氧化物、夾雜物少，接頭質(zhì)量高。工件損耗大，焊接時要求較大的余量，接頭有毛刺，焊后需要清理。焊縫的強度高且塑性、韌性好，常用于重要、受沖擊工件的焊接。如刀具、鋼軌、鋼筋、錨鏈、車輪輪圈等。對焊主要用于焊接截面小而長度大的工件。工件對焊截面形狀應(yīng)盡量相同。截面差異過大會導(dǎo)致加熱不均勻，影響接頭質(zhì)量。通常差值不超過15％。摩擦焊是利用工件接觸端面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量作為焊接熱源，將工件接合處加熱到塑性狀態(tài)，然后在壓力作用下進行焊接的一種壓力焊方法。工件各自裝卡到夾具上；一個工件高速旋轉(zhuǎn)，另一個工件在壓力下前進，接觸面發(fā)生摩擦產(chǎn)生熱量，達到塑性狀態(tài)時，緊急剎車，并施加更大的頂鍛壓力，形成焊接接頭。摩擦焊的特點：工件接觸面發(fā)生強烈摩擦，表面的氧化膜、雜質(zhì)等破碎，并在壓力下被擠出焊縫，因此接頭質(zhì)量好，性能穩(wěn)定。摩擦焊設(shè)備簡單，自動化程度高，焊機功率??；但要求剎車、和加壓裝置響應(yīng)速度快。6t立式摩擦焊機用于生產(chǎn)內(nèi)燃機氣閥10t摩擦焊機Toyota公司用于焊接車橋外殼摩擦焊接頭通常為等截面，也可以是不等截面。但是要求有一個工件的截面為圓形或圓管形。避免薄壁接頭。摩擦焊可以焊接各種鋼材和非鐵合金。還可以焊接異種金屬如鋁-銅、鋁-鋼接頭。摩擦系數(shù)低的材料，不宜采用。釬焊釬焊：工件與填充金屬同時加熱，在工件不熔化的情況下，填充金屬熔化、浸潤并填滿工件連接處的間隙中，借助原子間的結(jié)合擴散形成牢固接頭。填充金屬——釬料。特點：1、低于工件的熔點；2、與工件金屬浸潤性好；3、原子結(jié)合、擴散能力強。根據(jù)釬料熔點和釬焊接頭強度，分為硬釬焊、軟釬焊。硬釬焊：釬料的熔點在450℃以上，接頭強度比較高。用于焊接受力大、工作溫度高的工件，如：自行車架、刀具、鉆頭。常見釬料有：銅、銀、鋁、鎳。軟釬焊：釬料的熔點在450℃以下，接頭強度比較低。用于受力小、溫度低的工件，如：導(dǎo)線、儀器儀表元件。常見釬料：錫鉛、鉛銀等。通常還要使用釬劑。釬劑的作用：1）清除工件金屬和釬料表面的氧化膜及雜質(zhì)；2）形成液態(tài)薄膜，覆蓋在工件和釬料的表面，隔離空氣起保護作用；3）降低液態(tài)釬料的表面張力，改善浸潤性，增大釬料的填充能力。釬焊的接頭形式，通常為搭接接頭或套接接頭。目的是增大搭接面積，提高焊接接頭的承載能力。釬焊前，對工件準備工作要求較高，如裝配間隙均勻平整，工件表面需仔細清理。釬焊特點：工件加熱溫度較低，因此工件組織和性能影響小，焊接變形小。釬焊接頭表面光滑平整，尺寸精度高，能保證致密性。釬焊不僅可以焊同種金屬、異種金屬，還可以焊接金屬與非金屬材料。釬料價格較貴，釬焊的成本較高。主要用于精密儀器、電氣零部件、異種金屬結(jié)構(gòu)件、薄板件、導(dǎo)線、硬質(zhì)合金刀具等。常用金屬材料的焊接4.4.1金屬材料的焊接性一、焊接性在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力稱為金屬材料的焊接性。優(yōu)質(zhì)焊接接頭：無缺陷、力學(xué)及機械性能符合要求。選擇焊接材料，確定焊接方法，制定焊接工藝的依據(jù)。焊接性好，可以用各種焊接方法，工藝簡單；焊接性差，焊接方法有限，工藝復(fù)雜。焊接性的影響因素：化學(xué)成分、工件厚度、接頭形式、焊接方法、焊接材料、焊接工藝等。最關(guān)鍵的因素：被焊金屬的化學(xué)成分。同一種金屬，不同焊接方法和材料，焊接性不一樣。評估焊接性：1、形成完整焊接接頭的能力，產(chǎn)生缺陷（裂紋等）的傾向；2、焊接接頭的使用性能，力學(xué)性能。碳對接頭淬硬性和裂紋傾向的影響最大。通常用碳當(dāng)量來估算被焊鋼材的焊接性。碳素鋼和低合金鋼的碳當(dāng)量計算公式：（質(zhì)量百分數(shù)）C當(dāng)量=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15碳當(dāng)量愈大，鋼的焊接熱影響區(qū)硬度愈高，產(chǎn)生焊接裂紋的傾向愈大，焊接性愈差。C當(dāng)量小于0.4％時，鋼的焊接性優(yōu)良；C當(dāng)量在0.4~0.6％時，鋼的焊接性較差；C當(dāng)量大于0.6%時，鋼的焊接性不好。焊接性優(yōu)良的鋼材，一般不預(yù)熱。厚件、低溫條件下要預(yù)熱。焊接性較差的鋼材，焊接時需要選用一定的焊接材料，采用適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和一定的工藝措施；焊接性不好的鋼材，焊接時需要采用更高的預(yù)熱溫度和嚴格的工藝措施。4.4.2鋼的焊接一、碳素鋼的焊接1、低碳鋼的焊接低碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)低，塑性好，硬度低，焊接性好。各種焊接方法都可以。根據(jù)等強度原則，選擇焊條或焊絲。焊接一般簡單、靜載荷結(jié)構(gòu)件，可以采用酸性焊條；動載荷、復(fù)雜、大厚度的重要結(jié)構(gòu)件，盡量要用堿性焊條。通常焊后不需要熱處理。低溫條件焊接大剛度的工件時，應(yīng)考慮焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度100℃～150℃；厚度大于50mm的工件，應(yīng)預(yù)熱或焊后熱處理，降低或消除焊接應(yīng)力。2、中碳鋼的焊接中碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)較高，焊接性較差。主要問題：（1）焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織及冷裂紋。屬于易淬火鋼。熱影響區(qū)會出現(xiàn)馬氏體，形成淬火區(qū)。易于產(chǎn)生冷裂紋。（2）焊縫金屬易產(chǎn)生熱裂紋。被焊金屬含C高，焊接時被焊金屬熔化到焊縫金屬，使焊縫金屬C含量增高，易導(dǎo)致熱裂紋。解決方法：（1）盡可能選用抗裂性好的堿性焊條。提高焊縫金屬塑性，降低裂紋傾向。（2）采取焊前預(yù)熱的工藝措施，可以減慢焊后冷卻速度，減小焊接應(yīng)力，防止形成淬火區(qū)，從而防止出現(xiàn)冷裂紋。高碳鋼焊接性更差，裂紋傾向更大。一般不采用這種鋼材，焊接只限于高碳鋼零件的修復(fù)。焊接時，多采用含C量低于被焊鋼材的高強度低合金鋼焊條，降低焊縫金屬的含C量，并且通過合金元素增強焊縫金屬的強度。焊前預(yù)熱，小焊接電流，以減小熔深；焊后熱處理，消除焊接應(yīng)力，防止產(chǎn)生裂紋。3、普通低合金鋼強度較低的鋼材，焊接性能接近低碳鋼；強度較高的鋼材，焊接性差。焊接時易出現(xiàn)的主要問題：（1）焊接熱影響區(qū)的淬硬傾向熱影響區(qū)可能出現(xiàn)淬火組織（馬氏體）淬硬傾向與化學(xué)成分、強度等級有關(guān)。含C少，強度低的普低鋼如09Mn2、09Mn2Si（300MPa），淬硬傾向??；16Mn（350Mpa）淬硬傾向較小；強度大于450MPa，淬硬傾向大，熱影響區(qū)會產(chǎn)生馬氏體，形成淬火區(qū)。造成焊接接頭硬度增加，塑性、韌性下降。（2）焊接接頭的裂紋傾向易產(chǎn)生冷裂紋（淬火組織、氫、焊接應(yīng)力等）。淬硬傾向越大，冷裂紋可能性越大。含C低，有Mn，有利于脫硫，熱裂紋傾向不大。焊接普低鋼采取的工藝措施如下：（1）強度等級較低的普低鋼，如16Mn，在常溫下焊接時，所采用的工藝與焊接低碳鋼時基本相同。低溫、大剛度、大厚度件，預(yù)熱或增大焊接電流，減慢焊接速度，防止產(chǎn)生淬火組織。低溫下使用的容器或厚壁高壓容器，焊后去應(yīng)力退火。（2）強度高的鋼材，焊前要預(yù)熱。嚴格控制焊接熱影響區(qū)的冷卻速度，焊后及時熱處理，消除氫的影響、焊接應(yīng)力。普低鋼焊接選用原則：焊縫金屬強度應(yīng)稍高于被焊金屬強度。不宜超過太多，否則會造成接頭塑性下降，甚至裂紋。4.4.3鑄鐵的焊補1．鑄鐵的焊接性很差，原因：含C高，冷卻速度敏感。1）焊接接頭易產(chǎn)生白口及淬硬組織。焊接冷卻速度快，不利于石墨析出。焊縫、熔合區(qū)易出現(xiàn)白口組織；熱影響區(qū)易出現(xiàn)淬硬組織。都是硬脆組織，因此冷裂紋傾向大。2）焊接接頭易產(chǎn)生裂紋。本身塑性差，強度低。焊接應(yīng)力大，熱影響區(qū)易產(chǎn)生裂紋。2．鑄鐵的焊補方法鑄鐵常用的焊補方法有手工電弧焊、氣焊、釬焊。熱焊法焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃，然后焊接，焊后緩慢冷卻。熱焊法可防止接頭產(chǎn)生白口、淬硬組織和裂紋，焊補質(zhì)量較好，但是，此法生產(chǎn)率低，成本高，工人勞動條件差。主要用于剛度大、焊后機械加工的零件。冷焊法冷焊法一般采用手工電弧焊，焊前對工件不預(yù)熱，為了防止產(chǎn)生白口組織和裂紋，根據(jù)選用焊條種類，采取不同的工藝措施。同質(zhì)類焊條（焊條芯鑄鐵），便宜，色澤一致，適于大件、較大缺陷。采用大電流，連續(xù)焊，控制