金屬工藝學(xué) 第四篇 焊接

第四篇焊接

通過加熱或加壓（或兩者兼用），用填充材料（或不用），使工件產(chǎn)生原子結(jié)合的一種連接方法。1第四篇焊接焊接分類：1.溶化焊（電弧焊、氣焊、氣體保護(hù)焊、激光焊、等離子焊、電渣焊和電子束焊等）2.壓力焊（摩擦焊、電阻焊、爆炸焊、超聲波焊和氣壓焊等）。3.釬焊。2第一章手工電弧焊（第四篇焊接）一、焊接電弧電弧：兩電極間隙間的一種持續(xù)而強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。（兩極：工件與焊條）1.電弧的形成：

空氣不導(dǎo)電，故采用焊條與工件瞬間短路方法引燃電弧。3一、焊接電弧（第一章手工電弧焊）2.電弧結(jié)構(gòu)：4一、焊接電弧（第一章手工電弧焊）用鋼焊條焊接鋼材時(shí)，陽極區(qū)T：約2600K，總熱量的43％。陰極區(qū)：2400K，占總熱量的36％?；≈鶇^(qū)；6000-8000K，21％左右。直流電焊機(jī)施焊時(shí)，有兩種接線方法：正接和反接。5一、焊接電弧（第一章手工電弧焊）3.電弧的靜特性：當(dāng)電弧長(zhǎng)略有微小變化時(shí)，電弧電壓變化很小。（繪圖說明）6二、焊接設(shè)備（第一章手工電弧焊）包括：電焊機(jī)、連接電纜、電焊鉗以及尖嘴錘、鋼絲刷、面罩、手套等。其中，最常用的電焊機(jī)有：1.交流弧焊機(jī)2.直流弧焊機(jī)7二、焊接設(shè)備（第一章手工電弧焊）1.交流弧焊機(jī)是一種特殊變壓器，特殊點(diǎn)：1）空載安全（60-90V）；2）焊接時(shí)電壓陡降到16-35V；3）引弧時(shí)，短路電流不會(huì)過大；4）輸出電流可調(diào)。

正因?yàn)槠溆卸附堤匦裕?dāng)焊接時(shí)手略有抖動(dòng)使弧長(zhǎng)有變化時(shí)，對(duì)焊縫質(zhì)量無影響。8二、焊接設(shè)備（第一章手工電弧焊）交流弧焊機(jī)型號(hào)：大類名稱小類名稱系列品種序號(hào)—額定電流改進(jìn)序號(hào)舉例：BX—180

B—焊接變壓器

X—下降特性

180—額定電流180（A）.優(yōu)缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，成本低，噪音??；電弧不穩(wěn)，一般適用酸性焊條。9二、焊接設(shè)備（第一章手工電弧焊）2.直流弧焊機(jī)常用1）整流式直流弧焊機(jī).

例：ZXG—300Z—焊接整流器.G—硅整流.2）發(fā)電機(jī)式直流弧焊機(jī)例：AX—320A—焊接發(fā)電機(jī).優(yōu)缺點(diǎn)：電弧穩(wěn)定，引弧易，焊接質(zhì)量好，酸堿性焊條均適用；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難，成本高，A類噪音大。10三、焊接材料（第一章手工電弧焊）焊接材料：“涂藥電焊條”即“電焊條”，由焊絲和藥皮兩部分組成。1.焊絲作用：作電極和填充金屬。舉例（碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲）H08MnAH—焊絲用鋼.08—平均含碳0.08%.

Mn—平均含錳量約1%.A—高級(jí)優(yōu)質(zhì).111.焊絲（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））焊條芯簡(jiǎn)稱焊芯。

主要作用：作為焊接電弧的一個(gè)電極，與焊件之間導(dǎo)電形成電?。缓感驹诤附舆^程中不斷地熔化，并過渡到熔池中，與熔化的母材共同結(jié)晶形成焊縫。

下頁表14-1幾種常用焊芯(焊絲)的化學(xué)成分121.焊絲（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））常用焊絲成分：13三、焊接材料（第一章手工電弧焊）2.藥皮成分：穩(wěn)弧劑，造氣、造渣劑；合金劑，脫氧還原劑，稀釋劑，粘結(jié)劑。作用：1）穩(wěn)??；

2）保護(hù)作用；

3）合金化作用；142.藥皮（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））

l.穩(wěn)弧劑：主要使用易于電離的鉀、鈉、鈣的化合物，如碳酸鉀、碳酸鈉、大理石、長(zhǎng)石和鉀(或鈉)水玻璃等，以改善引弧性能，提高電弧燃燒的穩(wěn)定性。

2．造渣劑：其組成是紅石、大理石、鈦白粉、長(zhǎng)石、菱苦土、鈦鐵礦、錳礦等．其主要作用是在焊接過程中形成具有一定物化性能的熔渣并覆蓋于熔池的表面，不讓大氣侵入熔池，且有冶金作用．

152.藥皮（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））3.造氣劑：用糊精、淀粉、纖維素等有機(jī)物，或碳酸鈣等無機(jī)物作為造氣劑．這些物質(zhì)在電弧熱的作用下分解出C02和H2等氣體包圍在電弧與熔池周圍，起隔絕大氣、保護(hù)熔滴和熔池的作用，并影響熔滴過渡．2.藥皮（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））4.脫氧劑：主要成分是錳鐵、硅鐵、鈦鐵、鋁鐵和石墨等，作用是脫去熔池中的氧．錳鐵還起脫硫作用．5.合金劑：應(yīng)用錳鐵、硅鐵、鉻鐵、鉬鐵、釩鐵和鎢鐵等鐵合金，向熔池中滲加合金元素，使焊縫得到必要的化學(xué)成分。6.粘結(jié)劑：常使用鉀、鈉水玻璃，將上述各種藥皮成分按比例調(diào)合后牢固地粘涂在焊芯上。17三、焊接材料（第一章手工電弧焊）3.焊條的酸堿性焊接后，藥皮熔化，熔渣中含多量酸性或堿性氧化物。根據(jù)化學(xué)成分分酸性電焊條和堿性電焊條。1）酸性電焊條——熔渣中含多量的酸性氧化物（SiO2、TiO2等）焊條優(yōu)缺點(diǎn)：電弧穩(wěn)，飛濺少，易脫渣，抗氣孔能力強(qiáng)；藥皮氧化性強(qiáng)，抗裂性差。2）堿性電焊條——熔渣中含多量的堿性氧化物（CaO、CaF2等）焊條優(yōu)缺點(diǎn)：藥皮脫氧性強(qiáng)，抗裂性能好；但對(duì)水、油、銹敏感，易產(chǎn)生氣孔（故焊前需烘干）。 183.焊條的酸堿性（三、焊接材料（第一章手工電弧焊））

酸性電焊條對(duì)水銹敏感性不大，焊前經(jīng)150℃

--200℃烘干1h即可，若不吸潮可不烘干。

堿性電焊條對(duì)水銹敏感性較大，焊前經(jīng)300℃--350℃烘干1.5--2h，而后放在保溫筒保存待用。19三、焊接材料（第一章手工電弧焊）4.焊條的型號(hào)以碳鋼焊條為例：E43

03其中：E—焊條.43—熔敷金屬最低抗拉強(qiáng)度430MPa.（還有“50”、“55”、“60”、“70”等系列）.

0—全位置焊接（與“1”同；若是“2”，表示只適合平焊或平角焊）.03—鈦鈣型（酸性）藥皮，交直流兩用.（若是“15”、“16”：低氫鈉、鉀型（堿性）藥皮，直流反接）.

常用：E4303、E4316、E5003、E5016等.20三、焊接材料（第一章手工電弧焊）5.焊條的選擇原則

1）同類原則；

2）等強(qiáng)度原則；

3）重要性原則；

4）經(jīng)濟(jì)性原則。21四、手弧焊焊接工藝（第一章手工電弧焊）1.接頭形式：常用的接頭形式有對(duì)接、搭接、角接和丁字接等。22四、手弧焊焊接工藝（第一章手工電弧焊）2.焊縫符號(hào)：按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2553-84《焊縫在圖樣上的符號(hào)表示法》作了詳細(xì)規(guī)定。焊縫標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)包括：基本符號(hào)（如V），輔助符號(hào)（如—、⌒），補(bǔ)充符號(hào)（墊板□、○、現(xiàn)場(chǎng)焊等）和指引線構(gòu)成。23四、手弧焊焊接工藝（第一章手工電弧焊）3.焊接接頭金屬的組織與性能

24四、手弧焊焊接工藝（第一章手工電弧焊）4.焊接規(guī)范1）焊條直徑（由焊件厚度、接頭形式、焊縫位置和對(duì)焊縫質(zhì)量要求等決定）2）焊接電流（由焊條直徑、焊條種類（堿性略?。⒑讣穸群秃缚p位置決定）3）焊接速度4）電弧長(zhǎng)度25四、手弧焊焊接工藝（第一章手工電弧焊）

若電流過大，焊接接頭熱影響區(qū)過大。一般情況下，在保證焊接質(zhì)量的條件下，增大焊接速度、減小焊接電流都能減小焊接熱影響區(qū)。26五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）

手弧焊常見的缺陷有焊縫形狀和尺寸不正確、燒穿、焊瘤、氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合、咬邊等．一、焊接缺陷的危害

1．產(chǎn)生應(yīng)力集中

2．引起裂紋、縮短使用壽命

3.造成脆斷27五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）二、焊接缺陷（一）氣孔

氣孔使焊接實(shí)際截面積減小，降低其強(qiáng)度和塑性，特別是韌性。預(yù)防措施：烘干焊條，仔細(xì)清理焊件的待焊表面及附近區(qū)域；采用合適的焊接電流、正確操作等．

28五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）（二）夾渣

焊后殘留在焊縫中的熔渣稱為夾渣，夾渣對(duì)焊接質(zhì)量的影響與氣孔相同．

產(chǎn)生原因：坡口角度小、焊件表面不清潔、電流小、焊接速度過大等。焊工若操作不正確，也會(huì)產(chǎn)生夾渣。五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）（三）

焊接裂紋：熱裂紋的微觀特征是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋．當(dāng)熱裂紋在高溫形成時(shí)擴(kuò)展到焊表面接觸空氣后，其斷口表面有氧化色彩。焊接裂紋產(chǎn)生原因：

30五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）焊接裂紋產(chǎn)生原因：①晶間存在液態(tài)間層。在焊接過程中，存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)偏析，形成液態(tài)間層。在過熱區(qū)，晶界存在低熔點(diǎn)雜質(zhì)時(shí)，也形成液態(tài)間層。②存在焊接拉應(yīng)力，將晶界液態(tài)間層拉裂．防止措施：

限制鋼材和焊條、焊劑的低熔點(diǎn)雜質(zhì)，如硫和磷含量；從工藝方法上減少焊接應(yīng)力，如采用合理的焊接順序等．五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）冷裂紋：（1）形態(tài)和特征：焊縫區(qū)和熱影響區(qū)都可能產(chǎn)生冷裂紋。（2）防止措施：①選用堿性焊條；②焊條和焊劑在使用前要嚴(yán)格烘干；③清除焊絲和坡口及兩側(cè)母材的銹、油、水，減少氫的來源；④焊前預(yù)熱，焊后緩冷；⑤采取合理焊接順序等工藝措施；⑥焊后進(jìn)行熱處理，消除焊接殘余應(yīng)力．32五、焊接缺陷（第一章手工電弧焊）（四）未焊透：焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象為未焊透；產(chǎn)生原因：坡口角度或間隙太小、鈍邊過厚、坡口不潔、焊條太粗、焊速太快、焊接電流過小及操作不當(dāng)?shù)人隆＃ㄎ澹┪慈酆希褐负傅琅c母材之間或焊道與焊道之間未完全熔化結(jié)合的部分。（六）咬邊：由于焊接參數(shù)選擇不當(dāng)或操作工藝不正確，沿焊趾的母材部位產(chǎn)生的溝槽或凹陷稱為咬邊。33六、焊接應(yīng)力與變形（第一章手工電弧焊）

一、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因：在焊接過程中，對(duì)焊件進(jìn)行局部的不均勻的加熱，會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形．產(chǎn)生原因：加熱不均,各處熱脹量不同，又是整體，各部分互相限制。內(nèi)應(yīng)力通過變形自發(fā)釋放趨勢(shì)，拉應(yīng)力（指對(duì)焊縫外部材料）部分縮短，壓應(yīng)力部分伸長(zhǎng)。

焊接產(chǎn)生的變形有多種形式。圖14-13是最常見的幾種基本焊接變形形式：34六、焊接應(yīng)力與變形（第一章手工電弧焊）焊接變形形式：35六、焊接應(yīng)力與變形（第一章手工電弧焊）一、防止與減小焊接應(yīng)力與變形的措施（一）工藝措施1．反變形法：2.

裕量法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在工件下料尺寸上加一定裕量，通常為工件尺寸的0.1％一0.2％，以補(bǔ)充焊后的收縮。3．剛性夾持法：4．選擇合理的焊接次序：36一、防止與減小焊接應(yīng)力與變形的措施（六、焊接應(yīng)力與變形（第一章手工電弧焊））(二)矯正焊接變形的方法1．機(jī)械矯正法:是利用機(jī)械外力的作用，來矯正變形。2．火焰矯正法:利用氧—乙炔焰等熱源在焊件適當(dāng)部位上加熱，使焊件在冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生新的變形，以矯正焊接所產(chǎn)生的變形。37一、防止與減小焊接應(yīng)力與變形的措施(三)減小焊接應(yīng)力的工藝措施1．選擇合理的焊接次序2．預(yù)熱法:最有效的減小焊接應(yīng)力的方法是焊前預(yù)熱．即在焊前將工件預(yù)熱到350～440℃，然后再進(jìn)行焊接。3．焊后熱處理:焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火。具體做法是，焊后將焊件均勻加熱到600～650℃，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻。思考和練習(xí)題（第一章手工電弧焊）1．焊接電弧是怎樣一種現(xiàn)象?電弧中各區(qū)的溫度如何分布?用直流或交流電焊機(jī)效果是否一樣?2.解釋下列焊條的型號(hào)和牌號(hào)：E4303，E5015，J422，J506，J607。3.什么叫焊接熱影響區(qū)?低碳鋼的焊接熱影響區(qū)共分為哪幾個(gè)區(qū)域?4.焊接變形有哪幾種形式？防止焊接變形有哪些措施?5.減少和消除焊接應(yīng)力有哪些措施?6.常見的焊接缺陷有哪些?焊接缺陷有什么危害?7.（教材第一章章后復(fù)習(xí)與思考題）39第二章焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、焊接工藝對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的工藝性要求在滿足使用要求的前提下：1、焊縫布置便于施焊。2、焊縫應(yīng)避開加工表面。3、焊縫布置應(yīng)利于承載。4、焊縫布置應(yīng)考慮焊材安置。5、焊縫布置應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中和變形。第三章氣焊與氣割第一節(jié)氣焊利用可燃?xì)怏w（如C2H2）和助燃?xì)怏w（O2）混合燃燒時(shí)的熱量來熔化金屬進(jìn)行焊接的方法。第一節(jié)氣焊（第三章氣焊與氣割）一、優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，不需電源；火焰易調(diào)，操作靈活。但火焰溫度低（約3150℃），熱量分散（變形大）；生產(chǎn)率低。二、適用范圍：小于3mm薄鋼板、有色金屬、鑄鐵等小零件。第一節(jié)氣焊（第三章氣焊與氣割）三、設(shè)備：1、氧氣瓶（容積40升），滿氣壓力14.7MPa,焊接時(shí)減至（0.3—0.4）MPa.瓶涂天藍(lán)色漆，寫“氧氣”黑色字。輸送橡皮管是綠色或黑色。2、乙炔瓶瓶?jī)?nèi)滿氣壓力為1.47MPa，為了安全，注入丙酮以溶解乙炔降低壓力，且瓶?jī)?nèi)有活性炭、木屑、硅藻土等多孔性填充物以減壓。使用時(shí)減壓為（0.045—0.12）MPa。瓶涂白色漆，寫紅色“乙炔”字，輸送氣體管道為紅色。

3、焊炬、減壓閥、墨鏡等。第一節(jié)氣焊（第三章