第十一章-焊接

第十一章焊接通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達(dá)到原子間結(jié)合的一種連接方法。焊接的種類第一節(jié)焊條電弧焊采用手工操縱焊條，利用焊條和焊件之間建立起來的穩(wěn)定燃燒電弧，使焊條和焊件局部熔化，冷卻后形成焊縫而獲得牢固的焊接接頭。一、焊接電弧電極與工件之間的氣體介質(zhì)中長時間的放電現(xiàn)象。（一）焊接電弧的產(chǎn)生（二）焊接電弧的組成①陰極區(qū)電弧中靠近負(fù)電極的區(qū)域。碳鋼焊條焊接時，該區(qū)的平均溫度為2400K。②陽極區(qū)電弧中靠近正電極的區(qū)域。用碳鋼焊條焊接時，該區(qū)的平均溫度為2600K。③弧柱區(qū)陰極區(qū)和陽極區(qū)之間的部分，弧柱區(qū)溫度較高，約為6000~8000K。（三）電弧的極性直流電源焊接時，有兩種極性的接法：①正接法焊件接直流電源正極，焊條接負(fù)極。②反接法焊件接直流電源負(fù)極，焊件接正極。二、電弧焊的冶金過程焊接的冶金過程的特點：①金屬熔池的體積很小，各種冶金反應(yīng)進(jìn)行得不充分；②熔池溫度高，使金屬元素產(chǎn)生強(qiáng)烈的熔損和蒸發(fā)，同時，熔池周圍又被冷的金屬所包圍，使焊縫處產(chǎn)生應(yīng)力和變形，嚴(yán)重時甚至?xí)_裂。三、焊條（一）焊條的組成及作用1.焊芯焊條中被藥皮包覆的金屬芯。焊芯作為電極，起導(dǎo)電作用，產(chǎn)生電弧，提供焊接熱量；作為填充金屬，與熔化的被焊工件共同組成焊縫。2.藥皮壓涂覆在焊芯表面的涂料層。主要作用：①改善焊接工藝性②機(jī)械保護(hù)作用③冶金作用（二）焊條的種類、型號和牌號1.焊條的分類①酸性焊條②堿性焊條2.焊條的型號和牌號①焊條型號國家標(biāo)準(zhǔn)代號。

②焊條牌號行業(yè)統(tǒng)一代號。3.焊條的選用一般應(yīng)考慮以下幾個因素：①母材的力學(xué)性能和化學(xué)成分等成分原則。②結(jié)構(gòu)的使用條件和特點③焊條的工藝性④焊接設(shè)備條件四、焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和焊接熱影響區(qū)三部分組成（一）焊接接頭的組織與性能1.焊縫的組織和性能由母材和焊條熔化形成的熔池在冷卻結(jié)晶后形成的結(jié)合部分。2.熔合區(qū)的組織和性能熔合區(qū)溫度處于液相線與固相線之間，是焊縫金屬到母材金屬的過渡區(qū)域。焊接接頭中力學(xué)性能最低的部位。3.熱影響區(qū)的組織和性能

在焊接過程中，材料因受熱影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。①過熱區(qū)粗大的過熱組織，強(qiáng)度、塑性和韌性明顯下降。②正火區(qū)力學(xué)性能優(yōu)于母材。③部分相變區(qū)（二）影響焊接接頭性能的因素主要因素有焊接材料（焊條、焊絲、焊劑等）、焊接方法、焊接工藝參數(shù)、坡口形式、焊后冷卻速度和焊后熱處理等。（三）改善焊接接頭組織和性能的措施①盡量選擇低碳，且硫、磷含量低的鋼材作為焊接結(jié)構(gòu)材料。②使熱影響區(qū)的冷卻速度適當(dāng)。③采用多層焊。④進(jìn)行焊后熱處理，焊后進(jìn)行退火或正火處理可以細(xì)化晶粒，改善焊接接頭的力學(xué)性能。五、焊接應(yīng)力與變形（一）焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因在焊接過程中，對焊件局部進(jìn)行不均勻的加熱和冷卻是產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的根本原因。

（二）焊接變形的基本形式（三）減少焊接應(yīng)力和變形的措施1.焊前預(yù)熱2.選擇合理的焊接順序：3.加熱減應(yīng)區(qū)4.錘擊焊縫5.焊后熱處理（四）焊接變形的防止和矯正1.加余量法2.反變形法3.剛性固定法4.機(jī)械矯正法5.火焰矯正法第二節(jié)其他熔焊方法一、埋弧焊電弧埋在焊劑層下燃燒并進(jìn)行焊接的方法。（一）埋弧自動焊的焊接過程（二）埋弧焊的焊接材料（三）埋弧自動焊的特點及應(yīng)用埋弧自動焊的優(yōu)點：①生產(chǎn)效率高②焊接質(zhì)量好③勞動條件好④節(jié)省焊接材料埋弧自動焊一般只適用于水平位置的長直焊縫和直徑250mm以上的環(huán)形焊縫。二、氣體保護(hù)電弧焊用外加氣體將電弧、熔化金屬與周圍的空氣隔離，以保護(hù)電弧區(qū)的熔化金屬和焊縫的電弧焊。（一）氬弧焊以氬氣作為保護(hù)氣體的氣體保護(hù)焊。1.不熔化極氬弧焊2.熔化極氬弧焊氬弧焊的特點：①焊縫金屬純凈，可用于各種合金鋼、易氧化的非鐵合金及稀有金屬。②焊接過程穩(wěn)定，所有焊接參數(shù)都能精確控制，明弧操作，容易實現(xiàn)機(jī)械化、自動化生產(chǎn)。③電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，周圍氣流對焊縫有冷卻作用，因此焊接接頭的熱影響區(qū)小，焊后變形小，可對3mm以下薄板進(jìn)行焊接。④氬氣價格較貴，焊件成本高。（二）CO2氣體保護(hù)焊（簡稱CO2焊）采用CO2作為保護(hù)氣體的電弧焊。

CO2氣體保護(hù)焊的特點：①成本低②生產(chǎn)效率高③質(zhì)量好④操作性能好

CO2氣體保護(hù)焊的缺點是飛濺大，成形較差，煙霧多，弧光強(qiáng)烈，容易產(chǎn)生氣孔。三、氣焊利用可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w氧混合燃燒形成的火焰作為熱源進(jìn)行熔化焊的一種方法。（一）氣焊過程（二）氣焊火焰的種類及應(yīng)用（三）氣焊的特點①氣焊設(shè)備簡單，不需電源，靈活方便。②氣焊火焰溫度低，加熱緩慢，工件受熱面積大，熱影響區(qū)較寬，因此焊接變形大。③火焰對熔池保護(hù)差，焊縫易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。④生產(chǎn)效率低，不適合大批量生產(chǎn)。四、電渣焊利用電流通過液態(tài)熔渣時所產(chǎn)生的電阻熱熔化母材和填充金屬進(jìn)行焊接的方法。（一）電渣焊焊接過程電渣焊的特點：①焊接厚板時，生產(chǎn)效率高，成本低②焊縫金屬潔凈③熱影響區(qū)寬，晶粒較粗大五、等離子弧焊等離子弧的產(chǎn)生原理等離子弧焊的特點：①等離子弧焊具有能量密度大、弧柱溫度高、穿透能力強(qiáng)、電弧穩(wěn)定的優(yōu)點，②等離子弧焊的生產(chǎn)率高，焊后的焊縫寬度和高度均勻一致，焊縫表面光潔。③電弧穩(wěn)定燃燒，具有良好的挺直度和方向性。④等離子弧焊設(shè)備復(fù)雜，氣體消耗大，焊接成本較高。第三節(jié)壓焊與釬焊一、壓焊在焊接過程中，對焊件施加一定壓力（加熱或不加熱）以實現(xiàn)焊接的方法。（一）電阻焊利用電流通過焊件及其接觸面產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后在外界壓力作用下形成焊接接頭的一種焊接方法。1.點焊將工件裝配成搭接接頭，并壓緊在柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬形成焊點的電阻焊方法。2.縫焊3.對焊①電阻對焊②閃光對焊（二）摩擦焊利用兩工件焊接端面之間相互摩擦而產(chǎn)生的熱量將工件端面加熱到塑性狀態(tài)后，在壓力作用下使它們連接起來的一種壓焊方法。1.摩擦焊原理2.摩擦焊的特點：①焊接接頭質(zhì)量高接頭不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。②適用范圍廣③生產(chǎn)效率高④摩擦焊操作簡單，容易實現(xiàn)自動控制。二、釬焊采用比母材熔點低的金屬材料做釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料的熔點，但低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材、填充間隙，并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接的焊接方法。①軟釬焊釬料熔點在450℃以下的釬焊。②硬釬焊釬料熔點在450℃以上的釬焊。第四節(jié)常用金屬材料的焊接一、金屬材料的焊接性（一）焊接性的概念材料在限定的施工條件下焊接成滿足設(shè)計要求的構(gòu)件，并達(dá)到預(yù)期使用要求的能力。材料的焊接性包括工藝焊接性和使用焊接性（二）金屬焊接性的評定方法通常是檢測金屬材料焊接時產(chǎn)生裂紋傾向的程度。碳鋼和普通低合金鋼可以用碳當(dāng)量等來粗略預(yù)測其焊接性的好壞。國際焊接學(xué)會推薦碳鋼和普通低合金鋼焊接的碳當(dāng)量（CE）計算公式為：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15

當(dāng)CE<0.4%時，鋼的焊接性良好。當(dāng)CE=0.4~0.6%時，鋼的焊接性較差。當(dāng)CE>0.6%時，鋼的焊接性差。

表11-6常見金屬材料的可焊性比較二、碳鋼的焊接（一）低碳鋼的焊接低碳鋼的含碳量小于0.25%，一般沒有淬硬、冷裂傾向，所以低碳鋼的焊接性良好。

（二）中碳鋼的焊接中碳鋼的碳當(dāng)量在0.4%以上，淬硬傾向增大，焊接時一般要預(yù)熱到150~250℃左右。（三）高碳鋼的焊接高碳鋼的含碳量大于0.60%，焊接性更差。這類鋼一般不用來制作焊接結(jié)構(gòu)件。三、合金鋼的焊接（一）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的焊接含碳量低，合金元素含量也較低，焊接性良好，焊接時一般不需要預(yù)熱。對于強(qiáng)度級別大于390MPa的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，一般都要進(jìn)行預(yù)熱。（二）不銹鋼的焊接1.奧氏體不銹鋼的焊接奧氏體不銹鋼具有較好的焊接性，一般不需要采取特殊的工藝措施。2.鐵素體不銹鋼的焊接主要問題是過熱區(qū)晶粒長大引起的脆化和裂紋。3.馬氏體不銹鋼的焊接焊接性較差，其主要問題是焊接接頭冷裂紋和淬硬傾向較大。四、鑄鐵的焊補(bǔ)（一）熱焊把工件整體或局部預(yù)熱到600~700℃，在焊接過程中保持預(yù)熱溫度，焊后緩慢冷卻的焊接方法。（二）冷焊鑄鐵在冷焊時一般不預(yù)熱或采用較低的溫度預(yù)熱。（一）鋁及鋁合金的焊接五、有色金屬的焊接氬弧焊是熔焊中焊接鋁及鋁合金較為理想的焊接方法。（二）銅及銅合金的焊接焊接銅和銅合金常用的焊接方法有氬弧焊、氣焊、埋弧焊和釬焊。氬弧焊是焊接銅和銅合金應(yīng)用最廣的熔焊方法。（三）鈦及鈦合金的焊接應(yīng)用最多的是鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊，第五節(jié)焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性一、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇（一）載荷條件如果承受沖擊載荷，應(yīng)選擇韌性較好的材料。（二）工作環(huán)境主要包括工作溫度、工作介質(zhì)情況。（三）體積和重量要求對體積和重量有要求的焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)選用比強(qiáng)度高的材料。（四）工藝性能包括金屬的焊接性能、切削加工性能、熱處理性能等。（五）經(jīng)濟(jì)性二、焊接接頭形式的確定焊接接頭的基本形式：對接接頭、搭接接頭、角接接頭和T形接頭。三、焊縫的布置根據(jù)焊縫在空間的位置不同，焊縫可分為平焊、橫焊、立焊和仰焊等四種類型。焊接時，應(yīng)盡量使焊縫處于平焊位置。3.焊縫應(yīng)盡可能對稱分布，盡量避免密集和交叉4.盡量減少焊縫的數(shù)量和焊縫的總長度5.焊縫應(yīng)避開切削加工表面6.不同厚度的焊件在焊接時，應(yīng)使接頭處平滑過渡布置焊縫時考慮以下原則：1.焊縫位置應(yīng)便于焊接操作2.焊縫應(yīng)避開應(yīng)力最大或者應(yīng)力集中的部位第六節(jié)焊接件中常見的缺陷一、焊接缺陷概述優(yōu)質(zhì)的焊接接頭應(yīng)具備的條件：一是使用性能不低于母材；二是沒有技術(shù)條件中規(guī)定不允許存在的缺陷。焊接過程中，在焊接接頭中產(chǎn)生的金屬不連續(xù)、不致密或連接不良的現(xiàn)象，稱為焊接缺陷。二、常見焊接缺陷的產(chǎn)生原因和防止措施（一）焊接裂紋1.焊接熱裂紋2.焊接冷裂紋（二）未焊透填充金屬與母材金屬未熔合的缺陷。（三）