第十二章焊接與熱切割課件

第十二章焊接與熱切割

教學(xué)要求

主要內(nèi)容

本章重點(diǎn)

本章小結(jié)

習(xí)題

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章

教學(xué)要求

通過教學(xué)，學(xué)生應(yīng)了解焊接的基本理論；掌握焊條電弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用；認(rèn)識金屬材料的焊接性能及焊接特點(diǎn)；了解埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊和電阻焊的特點(diǎn)和應(yīng)用；理解焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性，為合理設(shè)計(jì)和選擇焊接成形方法打下基礎(chǔ)。

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主要內(nèi)容

第一節(jié)概述

第二節(jié)焊條電弧焊

第三節(jié)其它焊接方法

第四節(jié)常用金屬材料的焊接

第六節(jié)常見的焊接缺陷及原因

第七節(jié)熱切割

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本章重點(diǎn)

1、焊條電弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用；2、金屬材料的焊接性能及焊接點(diǎn)；3、焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性。

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第一節(jié)概述

在工業(yè)生產(chǎn)中，常常需要將幾個(gè)零件或材料連接在一起。常用的連接方式有鍵聯(lián)接、螺栓聯(lián)接、鉚接、焊接、膠接等，如圖12-1所示。

前兩種聯(lián)接方式屬于機(jī)械聯(lián)接，是可以拆卸的；后三種連接方式屬于永久性連接，是不可以拆卸的。

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本章主要介紹焊接。

焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。

1．焊接的分類

(1)熔焊在焊接過程中，將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，經(jīng)冷卻結(jié)晶后，使分離的工件連接成整體的焊接方法。

(2)壓焊在焊接過程中必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)，以完成焊接的方法。

(3)釬焊采用比焊件熔點(diǎn)低的釬料和焊件一起加熱，使釬料熔化，焊件不熔化，釬料熔化后填充到與焊件連接處的間隙，待釬料凝固后，兩焊件就被連接成整體的方法。按所用釬料熔點(diǎn)不同，可將其分為硬釬焊

(釬料熔點(diǎn)大于450℃)和軟釬焊

(釬料熔點(diǎn)小于450℃)兩種。

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常用金屬的焊接方法：

熔焊：（1）電弧焊（焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊）；（2）電渣焊;

(3)氣焊；（4）等離子弧焊；（5）真空電子束焊；（6）激光焊。

壓焊：（1）電阻焊（對焊、點(diǎn)焊、縫焊）;

（2）摩擦焊。

釬焊：（1）軟釬焊（錫焊）；（2）硬釬焊（銅焊、銀焊）。

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2、焊接的特點(diǎn)

(1)可以節(jié)省材料和制造工時(shí)，接頭密封性好，力學(xué)性能高(見圖12-1c、d)。

(2)能以大化小、以小拼大。如制造鑄焊、鍛焊大型結(jié)構(gòu)，不僅簡化工藝，減輕結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)也降低了制造成本。

(3)可以制造雙金屬結(jié)構(gòu)，如切削刀具的切削部分(刀片)與夾固部分(刀架)可用不同材料制造后焊接成整體。

(4)生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。

焊接的缺點(diǎn)：（1）焊接過程是不均勻加熱和冷卻，因此會(huì)引起焊接接頭組織、性能的變化，同時(shí)焊件還會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形。（2）在焊接過程中，必須采取一定的措施，控制接頭組織、性能的不均勻程度，減小焊接應(yīng)力和變形。

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第二節(jié)焊條電弧焊

焊條電弧焊是利用電弧熱作為熱源，并用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的一種方法。焊條電弧焊的焊接過程如圖12-3所示。焊接時(shí)首先將焊條夾在焊鉗上，把焊件同電焊機(jī)相連接。引弧時(shí)，使電焊條與焊件相互接觸而造成短路，隨即提起焊條2～4mm，在焊條端部和焊件之間產(chǎn)生電弧。電弧產(chǎn)生的熱量將焊條、焊件局部加熱到熔化狀態(tài)，焊條端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池，隨著電弧的向前移動(dòng)，新的熔池開始形成，原來的熔池隨著溫度的降低開始凝固，從而形成連續(xù)的焊縫。

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一、焊接電弧

焊接電弧是指由焊接電源供給的、具有—定電壓的兩極間或電極與焊件間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。

1．焊接電弧的基本構(gòu)造及熱量分布電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)構(gòu)成，如圖12-4所示。三個(gè)區(qū)域所產(chǎn)生的熱量和溫度的分布是不均勻的。。

(1)陰極區(qū)——電弧緊靠負(fù)極的區(qū)域稱為陰極區(qū)。陰極區(qū)很窄，約為10-5～10-6cm，陰極區(qū)溫度約為2400K，其產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的38％。

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(2)陽極區(qū)——電弧緊靠正極的區(qū)域稱為陽極區(qū)。陽極區(qū)比陰極區(qū)寬，約為10-3～10-4cm，陽極區(qū)溫度約為2600K，其產(chǎn)生的熱量約占電弧總熱量的42％。

(3)弧柱區(qū)——陰極區(qū)與陽極區(qū)之間的弧柱為弧柱區(qū)?；≈鶇^(qū)中心的熱量較集中，故溫度比兩極高，約為6000～8000K，但弧柱區(qū)產(chǎn)生的熱量僅占電弧總熱量的20％。

手弧焊時(shí)，使金屬熔化的熱量主要集中在兩極，約占65％～85％，弧柱區(qū)的大部分熱量散失于氣體中。

以上所述是直流電弧的熱量和溫度分布情況。交流電弧由于電源極性快速交替變化，所以兩極的溫度基本相同，約為2500K。

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2．焊接電源極性選用

在使用直流電源焊接時(shí)，由于陰、陽兩極的熱量和溫度分布是不均勻的，因此分正接和反接，如圖12-5所示。

(1)

正接

焊件接電源正極，電極(焊條)接電源負(fù)極的接線法稱正接。這種接法熱量較多集中在焊件上，因此用于厚板焊接。

(2)反接

焊件接電源負(fù)極，電極(焊條)接電源正極的接線法稱反接。這種接法熱量較多集中在焊條上，主要用于薄板及有色金屬焊接。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章二、電焊條

電焊條的優(yōu)劣是影響焊條電弧焊質(zhì)量的主要因素之一。

(一)電焊條的組成及作用

電焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。

1．焊芯

焊條中被藥皮包裹的金屬芯稱焊芯。它的主要作用是導(dǎo)電，產(chǎn)生電弧，提供焊接電源，并作為焊縫的填充金屬。焊芯成分中含碳較低，硫、磷含量較少，有一定合金元素含量，保證焊縫金屬具有良好的塑性、韌性，以減少產(chǎn)生焊接裂紋傾向，改善焊縫的力學(xué)性能。焊芯的直徑即為焊條直徑，常用的焊芯直徑有1.6mm、2.0mm、2.5mm、3.2mm、5.0mm等幾種，長度在200～450mm之間。直徑為3.2～5mm的焊芯應(yīng)用最廣。

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2．焊條藥皮焊條藥皮的作用：

(1)機(jī)械保護(hù)作用利用藥皮熔化產(chǎn)生的氣體和形成的熔渣隔離空氣，防止有害氣體侵入焊接區(qū)，起機(jī)械保護(hù)作用。

(2)

冶金處理作用通過熔渣與熔化金屬冶金反應(yīng)，除去有害物質(zhì)如硫、磷、氧、氫，添加有益的合金元素，使焊縫金屬獲得符合要求的化學(xué)成分和力學(xué)性能。

(3)改善焊接工藝性能在藥皮中加入了一定的穩(wěn)弧劑和造渣劑，所以在焊接時(shí)電弧穩(wěn)定燃燒，飛濺少，焊縫成形好，脫渣比較容易。

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(二)電焊條的種類、型號和牌號

1．電焊條的種類

電焊條按用途可分為十大類，即結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、鑄鐵焊條、堆焊焊條、鎳和鎳合金焊條、銅和銅合金焊條、鋁和鋁合金焊條及特殊用途焊條。按熔渣性質(zhì)可分為兩大類：

(1)酸性焊條。焊縫金屬的塑性、韌性和抗裂能力較差。但焊條工藝性能好，對鐵銹、油污、水分的敏感性不大，并且可交直流電源焊接。廣泛用于低碳鋼和強(qiáng)度較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。

(2)堿性焊條。焊縫的抗裂性能較好，力學(xué)性能較高。但它的工藝性能差，對油污、鐵銹、水敏感性大，易產(chǎn)生氣孔。為保證電弧穩(wěn)定燃燒，一般采用直流反接。堿性焊條主要用于裂紋傾向大，塑性、韌度要求高的重要結(jié)構(gòu)。如鍋爐、壓力容器、橋梁、船舶等的焊接。

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2．電焊條型號——國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號

按GB／T511—1995碳鋼焊條標(biāo)準(zhǔn)，其型號用大寫字母“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(qiáng)度最小值，單位為MPa，第三位數(shù)字表示焊條適用的焊接位置，“0”、“1”表示焊條適用于全位置焊接(平、立、仰、橫)，“2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊，第三位和第四位數(shù)字組合表示焊接電流種類及藥皮類型。

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3．焊條牌號——焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號焊條牌號一般用一個(gè)大寫拼音字母和三個(gè)數(shù)字表示，如J422、J506等。拼音字母表示焊條的各大類，如“J’’表示結(jié)構(gòu)焊條；前兩位數(shù)字表示焊縫金屬抗拉強(qiáng)度的最小值，單位MPa，第三位數(shù)字表示藥皮類型和電流種類。結(jié)構(gòu)鋼焊條牌號中數(shù)字的意義見教材中表12-4。

(三)電焊條的選用

1．根據(jù)被焊件的化學(xué)成分和性能要求選擇相應(yīng)的焊條種類如焊接碳鋼或普通低合金鋼時(shí)應(yīng)選用結(jié)構(gòu)鋼焊條；焊接鑄鐵時(shí)，應(yīng)選用鑄鐵焊條等。

2．焊縫性能要和母材具有相同的使用性能

(1)結(jié)構(gòu)鋼焊件——按“等強(qiáng)”原則選用相同強(qiáng)度等級的焊條。對承受動(dòng)載荷、沖擊載荷或形狀復(fù)雜，厚度、剛度大的焊件時(shí)，應(yīng)選用堿性焊條。

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(2)不銹鋼、鉬和鉻耐熱鋼焊件，應(yīng)根據(jù)母材化學(xué)成分選用相同成分的焊條。

3．根據(jù)被焊件的工作條件和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選用焊條向下立焊、重力焊時(shí)可選用專用焊條；對于焊前難以清理的焊件，應(yīng)選用酸性焊條等，以滿足施焊操作的需要，保證焊接質(zhì)量。

三、焊接接頭的組織與性能

焊接接頭(簡稱接頭)是由焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)三部分組成。

(一)焊縫的組織、性能焊縫是指焊件經(jīng)焊接形成的結(jié)合部分。熔焊時(shí)，隨著焊接熱的向前移動(dòng)，熔池中的液態(tài)金屬開始迅速冷卻結(jié)晶，而后形成焊縫。

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焊縫金屬的結(jié)晶，首先從熔池底壁上許多未熔化的半個(gè)晶粒開始，向著散熱反方向的熔池中心生長，生成柱狀樹枝晶，如圖12-6所示。最后這些柱狀樹枝晶前沿一直伸展到焊縫中心，相互接觸后停止生長。

結(jié)晶結(jié)束后得到的鑄態(tài)組織晶粒粗大，組織不致密，當(dāng)焊縫形狀窄而深時(shí)，S、P等低熔點(diǎn)雜質(zhì)易集中在焊縫中心上形成偏析，而導(dǎo)致焊縫塑性降低，且易產(chǎn)生熱裂紋。在焊接過程中，由于熔池體積小，冷卻速度快，再加上嚴(yán)格控制焊芯的S、P含量，并通過焊接材料滲合金，補(bǔ)償合金元素的燒損，所以焊縫的力學(xué)性能不低于母材金屬。

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(二)焊接熱影響區(qū)和熔合區(qū)的組織與性能

1．熔合區(qū)

熔合區(qū)是指在焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。該區(qū)的金屬組織粗大，處在熔化和半熔化狀態(tài)，化學(xué)成分不均勻，其力學(xué)性能最差。

2．熱影響區(qū)在焊接熱源作用下，發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。熱影響區(qū)各點(diǎn)溫度不同，其組織、性能也不同，低碳鋼的焊接接頭熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)，如圖12-7所示。

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(1)過熱區(qū)。溫度在1100℃以上，金屬處于嚴(yán)重過熱狀態(tài)，晶粒粗大，其塑性、韌度很低，容易產(chǎn)生焊接裂紋。

(2)正火區(qū)。溫度在Ac3至1100℃之間，金屬發(fā)生重結(jié)晶，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能好。

(3)部分相變區(qū)。溫度在Ac1～Ac3之間，部分金屬組織發(fā)生相變，此區(qū)晶粒大小不均勻，力學(xué)性能稍差。

易淬火鋼的熱影響區(qū)分為淬火區(qū)(Ac3以上的區(qū)域)和部分淬區(qū)，(Ac1至Ac3區(qū)域)。由于冷卻速度過快，焊后在淬火區(qū)形成馬氏體組織，易產(chǎn)生冷裂紋。

注意：在焊接過程中盡量減小熱影響區(qū)的寬度，其大小和組織變化的程度與焊接方法、焊接材料及焊接工藝參數(shù)等因素有關(guān)。

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四、焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力——焊接過程中焊件內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力。焊接變形——焊接過程中焊件產(chǎn)生的變形。焊接應(yīng)力和變形的存在，會(huì)降低結(jié)構(gòu)的承載能力，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂；影響結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸穩(wěn)定性等。

(一)焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因

焊接過程中不均勻加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。如圖12-8所示。

焊接時(shí)，焊件各區(qū)域溫度不同將產(chǎn)生大小不等的縱向膨脹。

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如果各部位的金屬能自由伸長而不受周圍金屬的阻礙，其變形如圖12-8a中虛線所示。但事實(shí)是：焊縫區(qū)的高溫金屬伸長因受到兩側(cè)金屬的阻礙而產(chǎn)生壓應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)的兩側(cè)金屬則產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)焊縫區(qū)的壓應(yīng)力超過金屬的屈服點(diǎn)時(shí)，該區(qū)就產(chǎn)生了一定量的壓縮塑性變形，壓應(yīng)力也消失了一部分。冷卻時(shí)，焊縫區(qū)加熱時(shí)已產(chǎn)生了壓縮塑性變形，冷卻后應(yīng)該較其它區(qū)域縮的更短些，如圖12-8b中虛線所示。但平板是一個(gè)整體，這種縮短實(shí)際上也是不能實(shí)現(xiàn)的，只能按圖中實(shí)線所示那樣整體縮短。焊縫區(qū)金屬收縮受到焊縫兩側(cè)金屬的阻礙而產(chǎn)生了拉應(yīng)力，在焊縫兩側(cè)金屬內(nèi)產(chǎn)生了壓應(yīng)力。拉應(yīng)力和壓應(yīng)力處于互相平衡狀態(tài)，并保留到室溫，這種室溫下被保留下來的焊接應(yīng)力與變形，稱為焊接殘余應(yīng)力與變形。

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(二)預(yù)防和消除焊接應(yīng)力的措施

(1)焊前對焊件進(jìn)行整體或局部預(yù)熱。

(2)采用合理的焊接順序，盡量使焊縫縱向、橫向都能自由收縮，有利于減少焊接應(yīng)力，如圖12-9所示。

(3)錘擊焊縫(錘擊焊縫最好在熱態(tài)下進(jìn)行)使之產(chǎn)生塑性變形，以減少焊接應(yīng)力。錘擊路線如圖12-10所示。

(4)焊后退火處理

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(三)焊接變形的預(yù)防與矯正

1．焊接變形的基本形式

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2．防止焊接變形的措施

(1)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。①盡量減少焊縫的數(shù)量、長度及截面積；②焊縫盡量對稱布置，避免密集與交叉；③盡量選用型材、沖壓件代替板材拼接，減少焊縫數(shù)量和變形。(2)采用必要的工藝措施。①反變形法。預(yù)先估計(jì)其結(jié)構(gòu)變形的方向和數(shù)量，焊前將焊件安放在與焊接變形方向相反的位置，以抵消焊后所產(chǎn)生的焊接變形，如圖12-12所示。

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②剛性固定法。但這種方法會(huì)產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力，所以只適用于塑性較好的低碳鋼結(jié)構(gòu)，如圖12-13所示。③合理的焊接順序。采用合理的焊接順序，能有效地減少焊接變形。如圖12-14所示對稱截面梁的焊接順序。

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當(dāng)焊接長焊縫時(shí)采用中分對稱焊、中分分段退焊法等，如圖12-15所示。

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3、焊接變形的矯正

(1)機(jī)械矯正法。利用機(jī)械外力迫使焊件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消以達(dá)到矯正變形的目的。在機(jī)械矯正時(shí)要消耗焊件的一部分塑性，因此這種方法只適用于塑性較好的低碳鋼和低合金構(gòu)鋼。

(2)火焰矯正法。利用氧、乙炔焰在焊件的適當(dāng)部位加熱，使其冷卻收縮時(shí)產(chǎn)生新的變形，以矯正焊接時(shí)產(chǎn)生的變形，如圖12-16所示。這種方法一般也僅適用于塑性較好的低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。

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第三節(jié)其它焊接方法

一、埋弧焊

埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。它分為埋弧焊和手工埋弧焊。

(一)埋弧焊焊縫的形成過程埋弧焊是指引弧、焊絲送進(jìn)、移動(dòng)電弧和收弧等動(dòng)作由機(jī)械自動(dòng)完成。其焊接過程如圖12-17所示。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章焊接前，先在焊接處覆蓋一層30～50mm厚的顆粒狀焊劑，焊絲在焊劑層下與焊件接觸自動(dòng)引弧并穩(wěn)定燃燒，使電弧周圍的顆粒狀焊劑熔化，形成的熔渣和熔化金屬發(fā)生冶金反應(yīng)，部分焊劑蒸發(fā)后產(chǎn)生的氣體將電弧周圍的熔渣排開，形成一個(gè)封閉的熔渣泡，如圖12-18所示，使熔化金屬與空氣隔離，并能防止金屬液飛濺和電弧熱量的損失，同時(shí)還阻止了弧光四射。

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(二)埋弧焊所用焊接材料

埋弧焊所用焊接材料有焊絲和焊劑。焊絲起電極和填充金屬的作用；焊劑的作用與焊條藥皮的作用基本相同，在焊接過程中起穩(wěn)弧、保護(hù)、脫氧及滲合金等作用。焊劑分熔煉和非熔煉兩類，其中熔煉焊劑廣泛用于碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。為保證焊縫化學(xué)成分和力學(xué)性能，焊絲和焊劑使用時(shí)要合理匹配，如教材中表12-6所示。

(三)埋弧焊特點(diǎn)及應(yīng)用埋弧焊與焊條電弧焊相比具有如下特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)效率高。埋弧焊采用大電流焊接(焊接電流可達(dá)800～1000A)，熔深大，不需換焊條，所以生產(chǎn)效率比焊條電弧焊提高5～10倍。

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(2)焊接質(zhì)量好，焊縫成形美觀。由于埋弧焊焊接區(qū)受到焊劑和液態(tài)熔渣的可靠保護(hù)，焊接熱量集中，焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊件變形小，所以焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量好。

(3)節(jié)省材料與電能。埋弧焊焊件厚度在20～25mm以上時(shí)，不需開坡口，因此可減少填充金屬。焊接熱量損耗少。

(4)改善了工人的勞動(dòng)條件。

埋弧焊不足之處是：（1）對于短焊縫、曲折焊縫及薄板焊接困難；（2）設(shè)備費(fèi)用較貴；（3）焊接過程看不到電弧，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

埋弧焊適用于批量大的中厚板結(jié)構(gòu)的長直焊縫和較大直徑的環(huán)焊縫焊接。在橋梁、造船、鍋爐、壓力容器、冶金機(jī)械制造等工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。

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二、氣體保護(hù)電弧焊

氣體保護(hù)電弧焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法，簡稱氣體保護(hù)焊。

(一)氬弧焊

氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣體的電弧焊。按照電極不同，氬弧焊可分為兩種，如圖12-19所示。

1．熔化極氬弧焊采用連續(xù)送進(jìn)的焊絲作電極，電弧在焊絲和焊件之間燃燒，焊絲不斷熔化，形成熔滴過渡到熔池中去，待液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶后形成焊縫。熔化極氬弧焊可采用較大的焊接電流，適宜焊接厚度為25mm以下的焊件。

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2．非熔化氬弧焊(鎢極氬弧焊)

采用高熔點(diǎn)鎢棒作為電極，焊接時(shí)鎢極不熔化，只起產(chǎn)生電弧的作用，另外加焊絲作為填充金屬，在氬氣流保護(hù)下，利用鎢棒與焊件之間電弧燃燒產(chǎn)生的熱量，熔化焊絲和基本金屬，待冷卻結(jié)晶后形成焊縫。鎢極氬弧焊只適用于焊接厚度為6mm以下的焊件。焊接鋼件時(shí)常采用直流正接法，以減少鎢極的消耗。焊接鋁、鎂等合金時(shí)，則采用交流電源或直流反接法，以提高焊接質(zhì)量。氬弧焊的特點(diǎn)：

(1)氬氣是惰性氣體，它不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，又不溶人液態(tài)金屬，其保護(hù)效果最佳，特別適宜焊接化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬及合金。

(2)它是明弧焊，便于操作，容易實(shí)現(xiàn)全位置焊接。

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(3)電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，無熔渣，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊縫成形美觀。

(4)電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，因此焊接速度快，熱影響區(qū)的寬度和焊接變形小。

(5)氬氣價(jià)格昂貴，成本高。因而氬氣保護(hù)焊主要用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼和不銹鋼等。

(二)CO2氣體保護(hù)焊(簡稱CO2焊)

CO2氣體保護(hù)焊是以C02氣體作為保護(hù)氣體的電弧焊。它用焊絲作為電極，依靠焊絲與工件之間產(chǎn)生的電弧來熔化基本金屬與焊絲，如圖12-20所示。

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CO2氣體保護(hù)焊特點(diǎn)：

(1)焊接成本低。CO2氣體來源廣，價(jià)格低廉，焊絲又是整圈光焊絲，故成本僅為埋弧焊和焊條電弧焊的37％-42％左右。

(2)生產(chǎn)效率較高。由于CO2焊電流密度大，電弧穿透能力強(qiáng)，因此焊接速度快，焊后沒有熔渣，節(jié)省清渣時(shí)間，生產(chǎn)效率比焊條電弧焊提高1～4倍。

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(3)操作性能好。CO2氣體保護(hù)焊屬于明弧焊，所以可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，操作也與手弧焊一樣靈活方便，適用于全位置焊接。

(4)焊接質(zhì)量較好。由于用C02氣體能有效保護(hù)焊絲和熔池不受空氣的侵害，因此焊縫含氫量低，抗裂性能好，焊接變形小，焊接質(zhì)量較好。

C02氣體保護(hù)焊的缺點(diǎn)：

1、如使用大電流焊接時(shí)，電弧飛濺大，焊縫成形不美觀；

2、很難用交流焊接及在有風(fēng)的地方施焊；

3、C02在1000℃以上高溫會(huì)分解成CO和02，有一定的氧化性，不宜焊接容易氧化的有色金屬材料。

C02氣體保護(hù)焊主要用于碳鋼、低合金鋼等材料的薄板焊接及磨損零件堆焊等。

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三、氣焊

氣焊是利用氣體火焰作為熱源的一種焊接方法。最常用的是乙炔焊。它的設(shè)備簡單，操作方便，不需電能，適用于各種材料的全位置焊接。

但由于火焰溫度低，加熱時(shí)間長，生產(chǎn)效率低，熱影響區(qū)寬，焊后變形大，焊接質(zhì)量差，故只適用于薄板、有色合金的焊接及釬焊刀具、鑄鐵修補(bǔ)等。

(一)氧乙炔焰的種類根據(jù)氧和乙炔的混合比值不同，可將氧乙炔焰分為以下三種，如圖12-21所示。

(1)中性焰。氧乙炔混合比為1～1.2時(shí)燃燒所形成的火焰。中性焰最高溫度可達(dá)3000～3150℃，這種火焰適用于低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、純銅和鋁及鋁合金等材料的焊接。

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(2)碳化焰。氧乙炔混合比小于1的火焰。火焰最高溫度可達(dá)2700～3000℃，整個(gè)火焰比中性焰長。由于碳化焰中有過剩乙炔并分離成游離狀態(tài)的碳和氫，導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生氣孔和裂紋，同時(shí)對焊縫有滲碳作用，因此這種火焰適用于含碳量較高的高碳鋼、鑄鐵、硬質(zhì)合金及高速鋼的焊接。

(3)氧化焰。氧乙炔的混合比大于1.2的火焰。整個(gè)火焰很短，燃燒時(shí)發(fā)出“嘶嘶”聲。氧化焰最高溫度可達(dá)3100～3300℃。由于氧化焰會(huì)使焊縫金屬氧化，形成氣孔，部分合金元素在焊接時(shí)被燒損，從而導(dǎo)致了焊縫金屬的力學(xué)性能降低，因此一般不采用。

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焊接黃銅時(shí)采用氧化焰，其原因是焊接黃銅時(shí)采用含硅焊絲，氧化焰會(huì)使熔化金屬表面覆蓋一層硅的氧化膜，可阻止黃銅中鋅的揮發(fā)。

(二)氣焊操作

1．焊絲的牌號及直徑

(1)焊絲的牌號選擇。根據(jù)焊件材料的力學(xué)性能或化學(xué)成分選擇相應(yīng)的焊絲牌號，具體查閱焊接手冊。

(2)焊絲的直徑選擇。根據(jù)焊件的厚度選擇相應(yīng)的焊絲直徑，具體可參考教材中表12-7。

2．氣焊熔劑采用熔劑是為了去除焊縫表面的氧化物和保護(hù)熔化金屬及增加熔池的流動(dòng)性。所用熔劑應(yīng)根據(jù)焊件的化學(xué)成分及其性質(zhì)而定。如焊接鑄鐵、有色金屬等，必須采用相應(yīng)的熔劑(只有碳素結(jié)構(gòu)鋼不用)，具體可查閱焊接手冊。

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3．火焰能率

火焰能率一般是以每小時(shí)可燃?xì)怏w(乙炔)的消耗量(L／h)來確定。當(dāng)焊件較厚，金屬的熔點(diǎn)高，導(dǎo)熱性較好，焊縫為平焊位置時(shí)，應(yīng)選用大的焊炬型號和焊嘴號數(shù)，才能保證將焊件焊透，相反應(yīng)選用小的焊炬型號和焊嘴號數(shù)，具體查閱焊接手冊。

4．焊炬的傾斜角

焊炬的傾斜角大小要根據(jù)被焊件的厚度和熔點(diǎn)以及導(dǎo)熱性等來確定。焊件越厚、導(dǎo)熱性及熔點(diǎn)越高，應(yīng)采用較大的焊炬傾斜角；相反則采用小的傾斜角。焊接低碳鋼時(shí)，焊炬傾斜角與焊件厚度的關(guān)系如圖12-22所示。

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5．焊接方向氣焊方向可分為右向焊和左向焊，如圖12-23所示。右向焊不易掌握，僅適用于焊接厚度大、熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性較高的焊件(見圖12-23a)；左向焊操作簡便，容易掌握，生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛，適用于薄板的焊接(見圖12-23b)。

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四、電渣焊

電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱來熔化工件與電極(填充金屬)的一種焊接方法。電渣焊的種類較多，其中絲極電渣焊在生產(chǎn)上應(yīng)用較多，圖12-24為絲極電渣焊過程示意圖。焊接時(shí)，兩工件位于垂直位置，相距25～35mm，在兩工件兩側(cè)裝有冷卻滑塊，底部有引弧板，上部有引出板，在兩工件間隙中放人一定的焊劑，通電后，送絲機(jī)構(gòu)將焊絲送入，并在引弧板上引燃電弧，在電弧熱的作用下，焊劑熔化，形成渣池。

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當(dāng)渣池具有一定深度時(shí)，增大送絲速度，使焊絲插人渣池，電弧熄滅，轉(zhuǎn)入電渣焊過程即電流通過渣池的液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱，不斷將焊絲和工件加熱、熔化，形成金屬熔池沉在渣池下面，隨著熔池和渣池不斷上升，冷卻滑塊也同時(shí)逐漸上升，下面的金屬熔池則逐漸凝固，形成立焊縫。電渣焊的特點(diǎn)為：

(1)生產(chǎn)效率高。焊接厚件時(shí)，不需開坡口，一次焊成。通常焊件厚度可達(dá)40mm以上，所以電渣焊的生產(chǎn)效率高。

(2)焊接質(zhì)量好。由于受渣池機(jī)械保護(hù)作用，空氣不易進(jìn)入焊接區(qū)，而且液態(tài)熔池保持時(shí)間長，有利于氣體熔渣排除，焊縫金屬比較純凈，同時(shí)減少了氣孔、裂紋的產(chǎn)生，所以焊接質(zhì)量好。

(3)電渣焊接頭組織粗大。由于電渣焊加熱時(shí)間長，冷卻緩慢，造成接頭組織粗大，所以焊后要進(jìn)行熱處理，細(xì)化晶粒，保證焊縫的力學(xué)性能。

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五、等離子弧焊

等離子弧焊是一種借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。如圖12-25所示，在鎢極和焊件之間加上較高電壓，經(jīng)高頻振蕩使氣體電離形成弧柱后，弧柱通過水冷噴嘴細(xì)孔時(shí)，弧柱截面被迫壓縮減小，此作用稱為“機(jī)械壓縮效應(yīng)”。當(dāng)向弧柱嘴內(nèi)通入一定壓力和流量的氣體時(shí)，如氬氣、氮?dú)獾?，冷卻噴嘴使流過的氣體也變冷，這樣導(dǎo)致了弧柱外圍受到強(qiáng)烈冷卻，迫使電子和離子往高溫的弧柱集中，使弧柱變細(xì)，導(dǎo)電截面變小，這種壓縮作用稱為“熱壓縮效應(yīng)”。

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帶電粒子流(電子和離子)在弧柱中的運(yùn)動(dòng)可以看成是電流在一束平行的“導(dǎo)線”內(nèi)移動(dòng)，其自身磁場所產(chǎn)生的電磁力，使導(dǎo)線相互靠近，弧柱又進(jìn)一步壓縮，這種壓縮作用稱為“電磁壓縮效應(yīng)”。

在上述三種效應(yīng)的作用下，弧柱被壓縮到很細(xì)的范圍內(nèi)，電弧能量高度集中，弧柱內(nèi)的氣體完全電離形成等離子弧。等離子弧在電極與焊件間燃燒，其溫度可達(dá)16000～30000K。等離子弧焊接的主要特點(diǎn)是：熱量高度集中，弧柱溫度高，弧流流速大，穿透能力強(qiáng)，焊接速度快，焊接應(yīng)力及變形小，，生產(chǎn)率高等。等離子弧焊接的缺點(diǎn)是：設(shè)備復(fù)雜，氣體消耗量大，不適宜在室外焊接等。

等離子弧焊接主要用于焊接不銹鋼、耐熱鋼、銅、鈦及鈦合金，以及鎢、鉬、鈷等難熔金屬的焊接。

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六、電阻焊

指焊件組合后通過施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱進(jìn)行焊接的方法。電阻焊的特點(diǎn)是：焊接電流大，生產(chǎn)效率高；焊縫表面平整光潔，質(zhì)量好；焊接過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化；焊接變形小，不需填充金屬，勞動(dòng)條件好。電阻焊的不足是：設(shè)備復(fù)雜，耗電量大，對工件厚度和接頭形式有一定限制。電阻焊可分為：點(diǎn)焊、縫焊、對焊三種類型，如圖12-26所示

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1．點(diǎn)焊

將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩極間，利用電阻熱熔化母材，形成焊點(diǎn)的電阻焊方法。點(diǎn)焊適用于焊接4mm以下的薄板搭接結(jié)構(gòu)，在汽車、飛機(jī)、儀表、電子等部門中應(yīng)用廣泛。

2．縫焊

將焊件裝配成搭接接頭或?qū)咏宇^并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓于焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成焊縫的電阻焊方法?？p焊適用于焊接3mm以下，有密封要求的薄壁搭接結(jié)構(gòu)，如油箱、管道等。

3．對焊

利用電阻熱使兩個(gè)被焊工件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法。按工藝不同可分為電阻對焊和閃光對焊。其中電阻對焊適用于焊接直徑小于20mm以下的低碳鋼棒料和管材以及強(qiáng)度要求不高的焊件；閃光對焊適用于焊接受力大的重要工件，如切削刀具、建筑用鋼筋等，也適用于異種金屬的焊接，如銅與鋼、鋁與銅等。

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第四節(jié)常用金屬材料的焊接

一、金屬焊接性金屬的焊接性——是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性。即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。它包括兩方面的內(nèi)容：

一是接合性能，即在一定焊接工藝條件下，一定的金屬形成焊接缺陷的敏感性；

二是使用性能，即在一定的焊接工藝條件下，一定金屬的焊接接頭對使用要求的適應(yīng)性。

不同的金屬材料，其焊接性有很大的差別。金屬的焊接性是一個(gè)相對概念，不但取決于金屬材料的化學(xué)成分，還與焊接方法、焊接材料、焊接工藝條件及結(jié)構(gòu)使用條件有著密切的關(guān)系。

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在焊接生產(chǎn)中，常根據(jù)鋼材的化學(xué)成分來判斷其焊接性，鋼中的碳含量對其焊接性影響最明顯。

低碳鋼

——鋼材塑性好，焊接性良好，焊接時(shí)一般不需要預(yù)熱；

中碳鋼——鋼材的塑性下降，易產(chǎn)生淬硬組織及裂紋，焊接性較差，焊接時(shí)需采用預(yù)熱和一定工藝措施；

高碳鋼

——鋼材塑性較低，淬硬和裂紋傾向嚴(yán)重，焊接性很差，焊接時(shí)需要采用較高的預(yù)熱溫度和嚴(yán)格的工藝措施。

合金鋼——焊接性隨合金鋼的強(qiáng)度等級的提高而變差。

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二、常用金屬材料的焊接

(—)碳鋼的焊接

1．低碳鋼的焊接低碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.25％。一般情況下，采用任意一種焊接方法，都能得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭。但在0℃以下低溫環(huán)境焊接厚件時(shí)，應(yīng)考慮預(yù)熱，預(yù)熱溫度在100～150℃左右。電渣焊焊后應(yīng)正火處理以細(xì)化晶粒。

低碳鋼常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧焊C02氣體保護(hù)焊、電渣焊及電阻焊等。采用焊條電弧焊時(shí)：

一般結(jié)構(gòu)可選用酸性焊條，如E4303(J422)、E4301(J423)；

重要結(jié)構(gòu)可選用堿性焊條，如E5015(J507)、E5016(J506)；埋弧焊時(shí)，一般可選用H08A或H08MnA焊絲，配合HJ430、HJ431；C02氣體保護(hù)焊時(shí)，可選用H08MnSi

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2．中碳鋼的焊接中碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25％～0.6％之間。為了保證焊后不產(chǎn)生裂紋和得到滿意的力學(xué)性能，應(yīng)采取如下措施：

(1)焊前預(yù)熱，減緩焊接接頭的冷卻速度，減少淬硬傾向和降低焊接應(yīng)力。

(2)采用抗裂性較好的低氫焊條(如E5015、E6015-D)，如果不要求焊縫與母材等強(qiáng)度時(shí)，可采用強(qiáng)度低一些的焊條(如E4316、E4315)，以提高焊縫的塑性。

(3)焊接時(shí)采用細(xì)焊條、小電流、開坡口、多層焊等，以減少母材的熔化量，降低焊縫碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，防止熱裂紋的產(chǎn)生。

中碳鋼常用的焊接方法有手弧焊和氣焊。如果焊件過厚可考慮應(yīng)用電渣焊，但焊后要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。

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3．高碳鋼的焊接高碳鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.6％，其特點(diǎn)與中碳鋼基本相同，但焊接性更差，一般不用于制造焊接結(jié)構(gòu)件，主要用于工件焊補(bǔ)。

(二)低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

低合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，而且韌性也很好，所以這類鋼廣泛用于制造壓力容器、鍋爐、橋梁、車輛、船舶等。強(qiáng)度等級大于或等于392MPa的低合金結(jié)構(gòu)鋼，隨著合金元素的增加，強(qiáng)度明顯提高，但淬硬、冷裂傾向也隨之增大，焊接性差。為避免產(chǎn)生冷裂紋，一般焊前要進(jìn)行預(yù)熱。還可以適當(dāng)增大焊接電流，減慢焊接速度；焊條電弧焊時(shí)選用抗裂好的低氫焊條，焊后還要及時(shí)進(jìn)行去應(yīng)力退火。低合金結(jié)構(gòu)鋼常用的焊接方法有焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊等，在選用時(shí)要考慮被焊的鋼材種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用性能要求及生產(chǎn)批量等。

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(三)鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，硫、磷雜質(zhì)多，其強(qiáng)度低，幾乎無塑性，焊接性差。鑄鐵不能用于制造焊接構(gòu)件，但鑄件的缺陷及在使用中發(fā)生的局部損壞或斷裂，可以通過焊補(bǔ)的方式進(jìn)行修復(fù)。

1．熱焊首先將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃，焊接過程中始終保持溫度不低于400℃，焊后在爐中緩冷，以降低冷卻速度，減小應(yīng)力，防止白口組織和裂紋的產(chǎn)生。熱焊常用的焊接方法有手弧焊、氣焊，其中氣焊應(yīng)用的較多，焊補(bǔ)的質(zhì)量容易保證。氣焊時(shí)采用鑄鐵焊絲作為填充金屬，并要用氣焊熔劑去除氧化物，通常用CJ201或硼砂等。熱焊一般用于焊補(bǔ)小型復(fù)雜且焊后需要加工的重要件，如汽缸體和機(jī)床導(dǎo)軌等。熱焊的焊補(bǔ)質(zhì)量較好。

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2．冷焊焊前不預(yù)熱或預(yù)熱溫度較低(400℃以下)。冷焊常用的焊接方法是焊條電弧焊。在焊接過程中可依靠焊條成分來調(diào)整焊縫的性能，并配合以相應(yīng)的工藝參數(shù)和工藝措施來避免白口組織及裂紋的產(chǎn)生，比如小電流、短弧焊、窄焊縫、短焊道(每次焊縫長度不超過50mm)，焊后立即錘擊焊縫，以松弛焊接應(yīng)力等。

冷焊焊補(bǔ)質(zhì)量不如熱焊，因此主要用于焊補(bǔ)要求不高和怕高溫預(yù)熱引起變形的鑄件及非加工表面。

鑄鐵冷焊常用的焊條有：鎳基焊條(Z308)、鑄鐵芯焊條(Z248)、鋼芯石墨化鑄鐵焊條(Z208)及銅基鑄鐵焊條(Z607)等。

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(四)有色金屬的焊接

1．銅及銅合金的焊接

銅及銅合金的焊接性較差。銅及銅合金常用的焊接方法有氬弧焊、氣焊、焊條電弧焊、釬焊等。其中氬弧焊的接頭質(zhì)量最好。氣焊時(shí)需采用氣焊熔劑“CJ301”以去除表面氧化物和雜質(zhì)。焊條電弧焊時(shí)應(yīng)選用相應(yīng)的銅及銅合金焊條。

2．鋁及鋁合金的焊接

鋁及鋁合金的焊接性較差。常用的焊接方法有：氬弧焊、氣焊、電阻焊和釬焊。氬弧焊是應(yīng)用最普遍的方法。氬弧焊焊接質(zhì)量較高。對于焊接質(zhì)量要求不高的工件，可采用氣焊，氣焊時(shí)必須采用氣焊熔劑“CJ401”，以去除表面氧化物和雜質(zhì)。

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第五節(jié)焊接結(jié)構(gòu)工藝性

焊接結(jié)構(gòu)工藝性——設(shè)計(jì)的焊接結(jié)構(gòu)在滿足使用性能要求的前提下，力求做到制造方便，生產(chǎn)率高，成本低、焊接質(zhì)量好。焊接結(jié)構(gòu)工藝性主要包括以下三個(gè)方面：一、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇

應(yīng)盡量選擇焊接性好的金屬材料來制造焊接結(jié)構(gòu)。１、低碳鋼和強(qiáng)度級別低的低合金結(jié)構(gòu)鋼具有良好的焊接性，應(yīng)優(yōu)先選用；２、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0.5％的碳鋼一般不宜采用；３、焊接結(jié)構(gòu)件要盡量選用工字鋼、槽鋼等各種型材，以減少焊縫數(shù)量和簡化焊接工藝，同時(shí)也能提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛性；４、應(yīng)盡量選用同種金屬材料，如必須選用異種金屬材料，焊接時(shí)則應(yīng)采用合適的工藝措施；

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５、鎮(zhèn)靜鋼的組織致密，可作為重要焊接結(jié)構(gòu)的用材，沸騰鋼焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋，用于一般焊接結(jié)構(gòu)的用材。二、焊接接頭焊接接頭形式的選擇應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀、強(qiáng)度要求、工件厚度、焊縫位置、焊后應(yīng)力與變形大小、坡口加工難易程度及焊接材料消耗等因素綜合考慮。

(一)焊條電弧焊的接頭形式

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1．對接接頭

焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)用最多的接頭形式，其接頭受力比較均勻，檢驗(yàn)方便，接頭質(zhì)量也容易保證，適用于重要的受力焊縫，如鍋爐、壓力容器等結(jié)構(gòu)。

不同厚度的鋼板對接焊接時(shí)，如果對接鋼板厚度差超過教材中表12-10的規(guī)定，則應(yīng)在較厚板上加工出單面或雙面斜邊的形式，以保證接頭質(zhì)量，如圖12-28所示。

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2．搭接接頭

因兩焊件不在同一個(gè)平面內(nèi)，受力時(shí)產(chǎn)生附加彎矩，降低接頭強(qiáng)度，一般應(yīng)避免采用。但搭接接頭不用開坡口，備料、裝配比較容易，對受力不大的平面連接(如廠房屋架、橋梁等)，采用搭接接頭可以節(jié)省工時(shí)。

3．T形接頭和角接接頭

兩者受力情況比對接接頭復(fù)雜，當(dāng)接頭要求呈直角連接時(shí)才采用。

(二)焊條電弧焊坡口形式的選擇

將焊件的待焊部位加工出一定形狀的溝槽稱坡口。為了保證將焊件根部焊透，并減少母材在焊縫中的比例，焊條電弧焊時(shí)鋼板厚度大于6mm時(shí)需要開坡口(重要結(jié)構(gòu)中板厚大于3mm時(shí)要求開坡口)。

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焊條電弧焊常見的坡口基本形式有：I形坡口、X形坡口、V形坡口、U形坡口等幾種。如圖12-29、圖12-30、圖12-31所示。

X形坡口適用于鋼板厚度12～60mm以及要求焊后變形較小的結(jié)構(gòu)；

U形坡口適用于鋼板厚度20～60mm較重要的焊接結(jié)構(gòu)；

V形坡口加工比較容易，但焊后變形大，適用于鋼板厚度3～26mm的一般結(jié)構(gòu)。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章坡口形式的選擇，主要根據(jù)板厚和熔透要求，同時(shí)應(yīng)考慮坡口加工的可能性和焊縫的可焊到性、能否進(jìn)行雙面焊等。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章(三)其它焊接方法的接頭形式

埋弧焊：

1、接頭形式與焊條電弧焊基本相同，因采用的電流大，所以熔深也大，當(dāng)焊件厚度小于14mm時(shí)可開I形坡口單面焊接；

2、當(dāng)焊件厚度小于25mm時(shí)，可開I形坡口雙面焊接；

3、焊厚件時(shí)，開坡口角度小于焊條電弧焊，鈍邊應(yīng)略大于焊條電弧焊。

氣焊：氣焊由于變形大，一般多采用對接接頭或角接接頭，在焊接小于2mm的薄板時(shí)為了避免燒穿工件可以采用卷邊接頭。

點(diǎn)焊和縫焊只能用搭接接頭。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章

三、焊縫布置原則

(1)

焊縫的布置應(yīng)盡量分散，避免密集、交叉，以防止金屬嚴(yán)重過熱，力學(xué)性能下降，如圖12-32所示。圖12-32a、b、c為焊縫集中和重疊，均為不合理的結(jié)構(gòu)，應(yīng)改為圖12-32d、e、f的形式。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章

(2)焊縫應(yīng)盡量避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的部位。對大跨度鋼梁，板料接口焊縫不應(yīng)布置在梁的中間，如圖12-33a所示，而把焊縫移到兩邊靠近支承點(diǎn)的地方，并盡量采用斜焊縫，如圖12-33b、c所示。對于壓力容器不能采用平板接頭和無折邊的封頭，如圖12-34a、b所示，而采用碟形封頭(圖12-34c)或橢圓封頭。

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(3)焊縫位置應(yīng)盡量均勻、對稱、以減少焊接應(yīng)力與變形。圖12-35a所示焊縫偏置于焊件中性軸一側(cè)，焊后會(huì)產(chǎn)生較大的彎曲變形。

圖12-35b所示焊縫對稱于中性軸，有可能使彎曲變形抵消。圖12-35c所示焊縫在中性軸上，焊后變形較小。

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(4)焊縫位置應(yīng)便于操作，焊條電弧焊時(shí)，應(yīng)考慮焊接操作的空間。圖12-36a所示的內(nèi)側(cè)焊縫，焊條無法伸到待焊部位。

圖12-36b為合理焊縫布置。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章點(diǎn)焊與縫焊時(shí)，應(yīng)考慮電極能伸到待焊位置，如圖12-37所示。埋弧焊時(shí)應(yīng)考慮接頭便于安放焊劑，如圖12-38所示。

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(5)焊縫應(yīng)盡量避開機(jī)械加工表面，以免破壞加工表面的精度和表面質(zhì)量，如圖12-39所示。

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第六節(jié)常見的焊接缺陷及產(chǎn)生原因

焊接缺陷的存在，不但減少焊縫截面，降低承載能力，更嚴(yán)重的是導(dǎo)致脆性斷裂，影響焊接結(jié)構(gòu)的使用安全。

常見的焊接缺陷

缺陷名稱、特征圖例產(chǎn)生的原因說明咬邊焊縫與焊件交界處所形成的凹陷1．焊接電流太大2．電弧拉的太長3．焊條、焊絲角度傾斜不當(dāng)在重要結(jié)構(gòu)或受動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)中，一般不允許有咬邊存在焊瘤在焊接過程中，熔化金屬流淌到焊縫以外未熔化的母材上所形成的金屬瘤1．.焊接電流過大2．焊接速度太慢3．焊條角度或運(yùn)條方法不正確4．焊件裝配間隙太大焊瘤使承受動(dòng)載荷的焊接結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，因此對焊瘤大小和長度均有限制

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章缺陷名稱、特征

圖例

產(chǎn)生的原因說明氣孔焊接熔池的氣泡在結(jié)晶時(shí)來不及逸出而殘留下來所形成的空穴1．被焊部位和填充金屬的表面有油、銹2．熔化金屬凝固太快3．電弧過長，空氣侵入熔池4．焊接電流過小，焊接速度太快氣孔的存在，降低了焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，氣孔嚴(yán)重時(shí)會(huì)使金屬結(jié)構(gòu)遭到破壞夾渣焊后殘留焊縫中的熔渣1．焊件邊緣及焊層之間清理不干凈2．電流過小，焊速過快熔渣來不及浮起分離3．運(yùn)條不正確夾渣易造成應(yīng)力集中，使縫強(qiáng)度和沖擊韌度降低，而導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，因此重要結(jié)構(gòu)的焊縫不允許有夾渣未焊透焊接時(shí)接頭根部未完全熔透的現(xiàn)象1．坡口角度或間隙太小2．表面雜質(zhì)未清理干凈3．焊速太快，焊接電流太小，弧長過大4．焊條焊絲角度不正確不僅減小了焊縫的有效工作截面，而且易產(chǎn)生應(yīng)力集中，降低接頭強(qiáng)度，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生而使結(jié)構(gòu)破壞

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章

缺陷名稱、特征

圖例

產(chǎn)生的原因

說明熱裂紋在固相線附近高溫時(shí)產(chǎn)生裂紋，沿晶界開裂，具有氧化色澤，多發(fā)生在焊接區(qū)1．焊縫中存在低熔點(diǎn)共晶體等雜質(zhì)2．焊接接頭內(nèi)存在較大應(yīng)力裂紋是一種最危險(xiǎn)的缺陷，是結(jié)構(gòu)破壞的根源，所以焊接結(jié)構(gòu)中不允許存在此種缺陷冷裂紋焊接接頭冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以下產(chǎn)生的裂紋，有時(shí)焊后立即出現(xiàn)，有時(shí)焊后延遲一段時(shí)間才出現(xiàn)，冷裂紋常出現(xiàn)在母材或母材和焊縫交界的熔合線上1．焊接接頭存在著淬硬組織2．?dāng)U散氫的作用3．焊接接頭內(nèi)存在的應(yīng)力過大

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章

第七節(jié)熱切割

利用熱能使材料分離的方法稱熱切割。熱切割方法有氣割、氧熔劑切割、等離子弧切割、激光切割。目前生產(chǎn)中應(yīng)用氣割、等離子弧切割較為普遍。一、氣割氣割時(shí)，由于使用的預(yù)熱火焰不同，可將其分為：氧乙炔切割、氧丙烷(液化石油氣)切割和氧甲烷(天然氣)切割三種方法。

(一)氣割原理氣割是利用氣體火焰的熱能，將工件切割處預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流，使金屬燃燒，并放出熱量而實(shí)現(xiàn)切割的方法。

機(jī)械制造基礎(chǔ)第十二章低碳鋼氣割分三個(gè)階段，如圖12-40所示。

①預(yù)熱利用預(yù)熱火焰，將起割處金屬預(yù)熱到該金屬的燃點(diǎn)溫度。②燃燒對已經(jīng)預(yù)熱到燃點(diǎn)溫度的金屬噴出高速切割氧流，使金屬在純氧中劇烈地燃燒。③吹渣燃燒的金屬表面氧化后，生成熔渣，并產(chǎn)生很高的熱量，熔渣被高速氧氣流吹除，使金屬分離，產(chǎn)生的熱量又將下層金屬加熱至燃點(diǎn)，使氣割不斷進(jìn)行，隨著割炬的移動(dòng)，形成所需形狀尺寸的割縫。

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(二)被氣割金屬的條件

(1)金屬的燃點(diǎn)必須低于熔點(diǎn)，這是金屬維持正常氣割的最基本條件。如低碳鋼的燃點(diǎn)為1350℃，熔點(diǎn)約為1500℃左右，可以進(jìn)行氣割。隨著鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，其燃點(diǎn)升高，熔點(diǎn)降低，使氣割難以進(jìn)行。

鑄鐵、鋁、銅的燃點(diǎn)高于熔點(diǎn)，不能采用氣割。

(2)金屬氧化物熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬材料本身的熔點(diǎn)。這是因?yàn)檠趸锏娜埸c(diǎn)低，流動(dòng)性