工程材料及成形工藝基礎(chǔ)-課件第9章

第9章焊接成形9.2焊接成形方法29.1焊接成形原理及過(guò)程19.3焊接成形工藝3目錄9.5焊接新技術(shù)59.4焊接成形構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)49.1焊接成形原理及過(guò)程焊接成形是通過(guò)加熱或加壓，或兩者兼用，使焊件達(dá)到原子間結(jié)合并形成永久接頭的工藝過(guò)程。為使兩個(gè)零件形成牢固的原子間結(jié)合，需使兩個(gè)零部件的原子間距接近晶格常數(shù)(3～5)×10-10m的距離。焊接所用能源可以是電能、機(jī)械能、化學(xué)能、聲能或光能等。9.1.1焊接成形原理1.焊接熱過(guò)程及特點(diǎn)焊接熱過(guò)程包括焊件的加熱、焊件中的熱傳遞及焊件的冷卻三個(gè)階段。焊接熱過(guò)程具有如下特點(diǎn)：（1）加熱具有局部性。（2）焊接熱源是移動(dòng)的。（3）具有極高的加熱速度和冷卻速度。2.焊接熱源實(shí)現(xiàn)焊接必須由外界提供相應(yīng)的能量，能源是實(shí)現(xiàn)焊接的基本條件。焊接熱源熱量應(yīng)當(dāng)高度集中，可快速實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程，并保證得到致密而強(qiáng)韌的焊縫和最小的焊接熱影響區(qū)。能夠滿足焊接條件的焊接熱源主要有電弧熱、化學(xué)熱、電阻熱、高頻熱源、摩擦熱、電子束和激光束等。9.1.2焊接熱過(guò)程及焊接熱源3.焊接溫度場(chǎng)焊接溫度場(chǎng)是指溫度分布的空間。焊接時(shí)，焊件上存在著不均勻的溫度分布，同時(shí)，由于熱源不斷移動(dòng)，焊件上各點(diǎn)的溫度也在隨時(shí)變化。因此，焊接溫度場(chǎng)是隨時(shí)間不斷變化的。焊接溫度場(chǎng)可以用等溫線或等溫面來(lái)表示。如圖9-1所示，通過(guò)等溫線可以看出焊接時(shí)工件溫度的分布情況。圖9-1焊接溫度場(chǎng)的等溫線4.焊接熱循環(huán)母材上某一點(diǎn)所經(jīng)受的這種升溫和降溫過(guò)程稱為焊接熱循環(huán)。它具有加熱速度快、溫度高、高溫停留時(shí)間短和冷卻速度快等特點(diǎn)。焊接熱循環(huán)可以用溫度—時(shí)間曲線表示，如圖9-2所示。圖9-2焊接熱循環(huán)的溫度—時(shí)間曲線9.1.3焊接化學(xué)冶金圖9-3手工電弧焊的冶金反應(yīng)區(qū)Ⅰ—藥皮反應(yīng)區(qū)；Ⅱ—熔滴反應(yīng)區(qū)；Ⅲ—熔池反應(yīng)區(qū)；t1—藥皮開始反應(yīng)溫度；t2—焊條端熔滴溫度；t3—弧柱間熔滴溫度；t4—熔池表面溫度；t5—熔池凝固溫度焊接區(qū)內(nèi)各種物質(zhì)之間在高溫下相互作用的過(guò)程稱為焊接化學(xué)冶金過(guò)程。焊接化學(xué)冶金反應(yīng)從焊接材料被加熱、熔化開始，經(jīng)熔滴過(guò)渡，最后到達(dá)熔池，該過(guò)程是分區(qū)域(或階段)連續(xù)進(jìn)行的。不同焊接方法有不同的反應(yīng)區(qū)，以手工電弧焊為例，可分為藥皮反應(yīng)區(qū)、熔滴反應(yīng)區(qū)和熔池反應(yīng)區(qū)三個(gè)冶金反應(yīng)區(qū)，如圖9-3所示。9.1.4焊接材料1.焊條1）焊條的組成及作用焊條是氣焊或電焊時(shí)，熔化填充在焊接工件的接合處的金屬條，由焊芯及藥皮兩部分組成。焊條在焊芯外將藥皮均勻、向心地壓涂在焊芯上。焊條的材料通常跟工件的材料相同。焊條種類不同，焊芯也不同。（1）焊芯。焊條中被藥皮包裹的金屬芯稱為焊芯。焊芯一般是一根具有一定長(zhǎng)度及直徑的鋼絲。焊接時(shí)，焊芯有兩個(gè)作用：一是傳導(dǎo)焊接電流，產(chǎn)生電弧把電能轉(zhuǎn)換成熱能；二是焊芯本身熔化作為填充金屬，與液體母材金屬熔合形成焊縫。焊條焊接時(shí)，焊芯金屬占整個(gè)焊縫金屬的一部分。因此，焊芯的化學(xué)成分直接影響焊縫的質(zhì)量。（2）藥皮。壓涂在焊芯表面的涂層稱為藥皮。藥皮由多種礦石粉、鐵合金及黏結(jié)劑等按一定比例配置而成。焊條的藥皮在焊接過(guò)程中起著極為重要的作用，能使電弧燃燒穩(wěn)定，使焊縫質(zhì)量得到提高。2）焊條分類焊條按用途可分為10大類，包括結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。此外，焊條按熔渣性質(zhì)還可分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。3）焊條的型號(hào)和牌號(hào)焊條型號(hào)是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的焊條代號(hào)。應(yīng)用最廣的是碳素結(jié)構(gòu)鋼焊條和低合金結(jié)構(gòu)鋼焊條。焊條型號(hào)由字母E+四位數(shù)字組成。焊條型號(hào)的字母E表示焊條，前兩位數(shù)字表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度最小值的1/10，第三、四位數(shù)字表示焊接電流種類及藥皮類型。軋制焊絲大多數(shù)焊絲屬于軋制焊絲，它包括碳素結(jié)構(gòu)鋼焊絲、低合金結(jié)構(gòu)鋼焊絲、不銹鋼焊絲和有色金屬焊絲等。鑄造焊絲鑄造焊絲是指有些合金，如鈷鉻鎢合金，不能進(jìn)行鍛、軋和拔絲，而只能用鑄造的方法制成。它主要用于工件表面的手工堆焊，以滿足如抗氧化、耐磨損和高溫下耐腐蝕等特殊性能要求。藥芯焊絲藥芯焊絲包括用薄鋼帶卷成圓形或在異形鋼管內(nèi)填一定成分的藥粉，經(jīng)拉制成的有縫藥芯焊絲和用鋼管填滿藥粉拉制成的無(wú)縫藥芯焊絲。2.焊絲3.焊劑焊劑也稱為釬劑，是焊接時(shí)能夠熔化形成熔渣和氣體，對(duì)熔化金屬起保護(hù)和冶金處理作用的一種物質(zhì)。焊劑的作用123焊劑可去除焊接面的氧化物，降低焊料熔點(diǎn)和表面張力，盡快達(dá)到釬焊溫度。焊劑可保護(hù)焊縫金屬在液態(tài)時(shí)不受周圍大氣中有害氣體影響。焊劑可使液態(tài)釬料保持合適的流動(dòng)速度，以填滿釬縫。4.保護(hù)氣體常用的保護(hù)氣體有CO2、Ar、He或混合氣體等，用于對(duì)焊接區(qū)進(jìn)行保護(hù)。5.釬料釬料是為實(shí)現(xiàn)兩種材料（或零件）的結(jié)合，在其間隙內(nèi)或間隙旁所加的填充物。釬料的熔點(diǎn)必須比焊接材料的熔點(diǎn)低，適用于連接精密、復(fù)雜、多焊縫和異類材料的焊接。釬料按熔點(diǎn)高低可分為軟釬料（熔點(diǎn)低于450℃的釬料）和硬釬料（熔點(diǎn)高于450℃的釬料）。軟釬料主要有錫基、鉛基、鋅基等釬料，硬釬料主要有鋁基、銀基、銅基、鎳基等釬料。1.設(shè)備投資少，成本相對(duì)較低焊接工藝裝備相對(duì)鑄造、鍛壓投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，容易滿足各種生產(chǎn)批量的要求，且由于焊接結(jié)構(gòu)加工工序少，加工簡(jiǎn)單，因而焊接成形過(guò)程的生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本相對(duì)較低。2.節(jié)省材料和工時(shí)采用焊接制造金屬結(jié)構(gòu)可比采用鉚接制造金屬結(jié)構(gòu)節(jié)省10％～20％的材料，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。在同樣使用條件下，將鑄件改為焊接結(jié)構(gòu)可減少金屬重量的30％～50％。3.簡(jiǎn)化工藝在制造大型、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和零件時(shí)，可用型材和板材先制成部件，然后裝焊成大構(gòu)件，從而簡(jiǎn)化了制造工藝，如臺(tái)車架鑄—焊聯(lián)合成形工藝、萬(wàn)噸水壓機(jī)立柱的鍛—焊聯(lián)合成形工藝等。9.1.5焊接成形過(guò)程的特點(diǎn)9.2焊接成形方法熔化焊簡(jiǎn)稱為熔焊，是將要焊接的工件局部加熱至熔化，冷凝后形成焊縫而使構(gòu)件連接在一起的加工方法。熔焊是廣泛采用的焊接方法，大多數(shù)的低碳鋼、合金鋼都采用熔焊的方法焊接。特種熔焊還可以焊接陶瓷、玻璃等非金屬。其中電弧焊應(yīng)用最廣泛，包括手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊等。1.手工電弧焊手工電弧焊是最常用的熔焊方法之一。手工電弧焊在焊接時(shí)，電弧在焊條與焊件之間燃燒，使焊件和焊條焊芯熔化形成熔池。同時(shí)，焊條藥皮也被熔化，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成熔渣和氣體，對(duì)焊條端部、熔滴、熔池及高溫的焊縫金屬起保護(hù)作用。手工電弧焊具有設(shè)備簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、操作靈活、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但是它也有對(duì)焊工要求高、勞動(dòng)條件差、生產(chǎn)效率低等缺點(diǎn)。9.2.1熔化焊2.埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊是焊接時(shí)經(jīng)引燃電弧、送絲、電弧沿焊接方向移動(dòng)及焊接收尾等過(guò)程，完全由機(jī)械來(lái)完成的焊接方法。埋弧自動(dòng)焊的焊接示意圖如圖9-4所示。圖9-4埋弧自動(dòng)焊的焊接示意圖1—金屬板；2—焊件；3—V形坡口；4—焊劑；5—焊劑斗；6—焊絲；7—焊絲盤；8—送絲輪；9—電纜；10—導(dǎo)電器；11—焊劑回收器；12—焊渣；13—焊縫埋弧自動(dòng)焊的優(yōu)點(diǎn)123生產(chǎn)率高。焊縫質(zhì)量高。勞動(dòng)條件好。3.氣體保護(hù)焊1）氬弧焊氬弧焊是在普通電弧焊原理的基礎(chǔ)上，利用氬氣保護(hù)金屬焊材，通過(guò)高電流使焊材在焊件上熔化成液態(tài)且形成熔池，使焊材與焊件達(dá)到冶金結(jié)合的一種焊接技術(shù)。它可用于焊接銅、鋁、合金鋼等。氬弧焊按電極的不同可分為非熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種類型。2）二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊是利用二氧化碳（有時(shí)采用二氧化碳和氧氣的混合氣體）作為保護(hù)介質(zhì)的熔化極氣體保護(hù)焊。由于二氧化碳?xì)怏w熱物理性能的特殊影響，使用常規(guī)焊接電源時(shí)，焊絲端頭熔化金屬不可能形成平衡的軸向自由過(guò)渡，通常需要采用短路和熔滴縮頸爆斷，易導(dǎo)致金屬的飛濺，因此，不適于焊接非鐵金屬及高合金鋼。但當(dāng)采用優(yōu)質(zhì)焊機(jī)且參數(shù)選擇合適時(shí)，可得到穩(wěn)定的焊接過(guò)程，使飛濺降低到最小的程度。由于所用保護(hù)氣體價(jià)格低廉，采用短路過(guò)渡時(shí)焊縫成形良好，加上使用含脫氧劑的焊絲即可獲得無(wú)內(nèi)部缺陷的高質(zhì)量焊接接頭，因而這種焊接方法目前已成為黑色金屬材料最重要的焊接方法之一。9.2.2壓力焊1.電阻焊根據(jù)工藝特點(diǎn)的不同，電阻焊主要分為點(diǎn)焊、縫焊、對(duì)焊三種類型，其焊接示意圖如圖9-5所示。圖9-5電阻焊三種類型的焊接示意圖1）點(diǎn)焊點(diǎn)焊是將焊件裝配成搭接接頭，壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點(diǎn)的電阻焊方法，見圖9-5（a）。點(diǎn)焊主要用于薄板焊接。其工藝過(guò)程如下：（1）預(yù)壓。保證工件接觸良好。（2）通電。使焊接處形成熔核及塑性環(huán)。（3）斷電鍛壓。使熔核在壓力繼續(xù)作用下冷卻結(jié)晶，形成組織致密、無(wú)縮孔、無(wú)裂紋的焊點(diǎn)。2）縫焊縫焊的過(guò)程與點(diǎn)焊相似，是以旋轉(zhuǎn)的圓盤狀滾輪電極代替柱狀電極，將焊件裝配成搭接接頭或?qū)咏宇^，并置于兩滾輪電極之間，滾輪對(duì)焊件加壓，并帶動(dòng)焊件轉(zhuǎn)動(dòng)，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法，見圖9-5（b）?？p焊主要用于焊接焊縫較為規(guī)則，且要求密封的結(jié)構(gòu)，板厚一般在3mm以下。3）對(duì)焊對(duì)焊是使焊件沿整個(gè)接觸面焊合的電阻焊方法，見圖9-5（c）。對(duì)焊根據(jù)加壓與通電方式的不同可分為電阻對(duì)焊和閃光對(duì)焊。（1）電阻對(duì)焊。電阻對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。它主要用于截面簡(jiǎn)單、直徑或邊長(zhǎng)小于20mm和強(qiáng)度要求不太高的焊件。（2）閃光對(duì)焊。閃光對(duì)焊是將焊件裝配成對(duì)接接頭且接通電源，使其端面逐漸移近達(dá)到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點(diǎn)，在大電流作用下產(chǎn)生閃光，使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)定溫度時(shí)斷電，并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。2.摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的一種壓焊方法。如圖9-6所示，電動(dòng)機(jī)1轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)左側(cè)待焊工件6轉(zhuǎn)動(dòng)，在軸向加壓油缸9壓力的作用下，右側(cè)待焊工件7左移與旋轉(zhuǎn)的左側(cè)待焊工件6發(fā)生摩擦，使待焊工件的摩擦界面及附近溫度升高，通過(guò)摩擦界面的分子擴(kuò)散和再結(jié)晶而實(shí)現(xiàn)待焊工件的焊接。摩擦焊通常包括機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能、材料塑性變形、熱塑性下的鍛壓、分子間擴(kuò)散再結(jié)晶四個(gè)步驟。圖9-6摩擦焊機(jī)示意圖1—電動(dòng)機(jī)；2—離合器；3—制動(dòng)器；4—主軸；5—回轉(zhuǎn)夾具；6、7—待焊工件；8—移動(dòng)夾具；9—軸向加壓油缸3.高頻焊高頻焊是利用流經(jīng)焊件連接面的高頻電流所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，使焊件待焊區(qū)表層被加熱到熔化或塑性狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)施加（或不加）頂鍛力，使焊件達(dá)到金屬間結(jié)合的一種焊接方法。高頻焊的實(shí)現(xiàn)在于它應(yīng)用了高頻電流的兩大效應(yīng)，即集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)。（1）集膚效應(yīng)。集膚效應(yīng)是當(dāng)導(dǎo)體通以交流電時(shí)，導(dǎo)體斷面上出現(xiàn)的電流分布不均勻，電流密度由導(dǎo)體中心向表面逐漸增加，且大部分電流僅沿導(dǎo)體表層流動(dòng)的一種物理現(xiàn)象。導(dǎo)體的電阻率越低，磁導(dǎo)率越大，電流的頻率越高，集膚效應(yīng)越顯著。（2）鄰近效應(yīng)。鄰近效應(yīng)是當(dāng)高頻電流在兩個(gè)導(dǎo)體中彼此反向流動(dòng)，或在一個(gè)往復(fù)導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，電流會(huì)集中在導(dǎo)體鄰近側(cè)流動(dòng)的一種特殊的物理現(xiàn)象。釬焊是將熔點(diǎn)比母材低的釬料加熱至熔化，但加熱溫度低于母材的熔點(diǎn)，用熔化的釬料填充焊縫、潤(rùn)濕母材并與母材相互擴(kuò)散形成一體的焊接方法。根據(jù)釬料熔點(diǎn)不同，其可分為硬釬焊和軟釬焊。（1）硬釬焊。硬釬焊的加熱溫度大于450℃，接頭強(qiáng)度大于200MPa。硬釬焊通常用于受力較大、工作溫度較高的焊件焊接，如自行車車架和刀具等。（2）軟釬焊。軟釬焊的加熱溫度小于450℃，接頭強(qiáng)度小于70MPa。軟釬焊通常用于印制電路板、電子元器件、儀器儀表和導(dǎo)線等的焊接。9.2.3釬焊9.3焊接成形工藝焊接成形工藝分析是指在整個(gè)焊接產(chǎn)品投產(chǎn)前對(duì)其焊件結(jié)構(gòu)、材料和技術(shù)要求進(jìn)行分析研究，提出問(wèn)題及制定解決問(wèn)題的方法。它是編制焊接成形工藝過(guò)程、制定焊接成形工藝文件、設(shè)計(jì)焊接成形工藝裝備和組織焊接生產(chǎn)的前提條件。其重點(diǎn)是根據(jù)焊件的整體結(jié)構(gòu)和焊縫布置情況，分析因焊接成形工藝問(wèn)題引起焊件結(jié)構(gòu)整體或局部變形的方向和大小，制定采用控制和減小焊接應(yīng)力及變形的最佳方案（包括焊接方法、裝焊順序、焊接參數(shù)及其他工藝措施等），并且要求在分析制訂的同時(shí)進(jìn)行方案論證。9.3.1焊接成形工藝分析焊接成形的工藝過(guò)程一般為備料—裝配—焊接—焊接變形矯正—質(zhì)量檢查—表面處理（熱噴涂和油漆等）。備料的工作包括型材選擇、型材外形矯正、按比例放樣和劃線、下料切割、邊緣加工和成形加工（折邊、彎曲、沖壓、鉆孔等）。裝配是利用專用卡具或其他緊固裝置將加工好的零件或部件組裝成一體，為焊接做準(zhǔn)備。焊接時(shí)，根據(jù)焊件材質(zhì)、尺寸、使用性能要求、生產(chǎn)批量及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況選擇焊接方法，確定焊接工藝參數(shù)，按合理順序施焊。由于熱反應(yīng)或殘余應(yīng)力等存在，焊接后的焊件可能產(chǎn)生變形，必須先對(duì)其進(jìn)行矯正，然后對(duì)焊縫質(zhì)量進(jìn)行檢查，最后進(jìn)行表面處理。9.3.2焊接成形工藝過(guò)程9.3.3焊接成形工藝評(píng)價(jià)焊接成形工藝評(píng)價(jià)的目的123評(píng)定施焊單位是否有能力焊出符合相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及技術(shù)規(guī)范所要求的焊接接頭。驗(yàn)證施焊單位所擬訂的焊接成形工藝指導(dǎo)書是否正確。為制定正式的焊接成形工藝指導(dǎo)書或焊接成形工藝卡提供可靠的技術(shù)依據(jù)。2.焊接成形工藝評(píng)價(jià)的條件和規(guī)則焊接成形工藝評(píng)價(jià)的規(guī)則包括評(píng)價(jià)對(duì)接焊縫與角焊縫的焊接成形工藝，可采用對(duì)接焊縫接頭的形式；板材對(duì)接焊縫試樣評(píng)價(jià)合格的焊接成形工藝，可用于管材和板材的角焊縫。但當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一者，需重新進(jìn)行焊接成形工藝評(píng)定：（1）改變焊接成形方法。（2）改變焊接材料。（3）改變坡口形式。（4）改變焊接成形工藝參數(shù)（焊接電流、電弧電壓、焊接速度、電源極性、焊道層數(shù)等）。（5）改變熱規(guī)范參數(shù)（預(yù)熱溫度、層間溫度、后熱和焊后熱處理參數(shù)等）。3.焊接成形工藝評(píng)價(jià)的程序焊接成形工藝評(píng)價(jià)的程序如下：（1）確定應(yīng)評(píng)價(jià)的焊接成形典型接頭的數(shù)量與類型。（2）編制焊接成形工藝評(píng)價(jià)指導(dǎo)書，其內(nèi)容包括焊前準(zhǔn)備、焊接成形方法、接頭形式、設(shè)備儀表、焊接材料、焊接成形工藝參數(shù)、熱規(guī)范參數(shù)、焊接空間位置和施焊順序等。（3）依據(jù)確定的典型接頭類型，按標(biāo)準(zhǔn)加工出一定數(shù)量的待焊試件。（4）焊接成形設(shè)備及工藝裝備的準(zhǔn)備。（5）試樣的焊接應(yīng)由符合登記要求的焊工，按焊接成形工藝指導(dǎo)書的規(guī)定，認(rèn)真操作，同時(shí)應(yīng)有專人作好實(shí)焊記錄。它是現(xiàn)場(chǎng)焊接的原始資料，是焊接成形工藝評(píng)價(jià)報(bào)告的重要依據(jù)。（6）焊接試樣常規(guī)性能檢測(cè)項(xiàng)目包括焊接外觀檢測(cè)、探傷檢驗(yàn)、力學(xué)性能測(cè)試、金相檢驗(yàn)、斷口檢驗(yàn)等。（7）當(dāng)各種記錄數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)收集好后，即可編制焊接成形工藝評(píng)價(jià)報(bào)告。最后根據(jù)焊接成形工藝評(píng)價(jià)報(bào)告，編制焊接成形工藝規(guī)程，用于指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程。9.4焊接成形構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足工作性能要求的前提下，選擇焊接成形構(gòu)件材料時(shí)，首先要考慮焊接性較好的材料，主要應(yīng)從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：（1）低碳鋼和含碳量小于0.4％的低合金結(jié)構(gòu)鋼都具有良好的焊接性，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選用。（2）含碳量大于0.4％和碳當(dāng)量大于0.4％的合金鋼，焊接性不好，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)一般不宜選用。若必須選用，則應(yīng)在設(shè)計(jì)中和生產(chǎn)中采取必要的措施提高其焊接性。（3）強(qiáng)度級(jí)別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼，其焊接性能與低碳鋼基本相同，而強(qiáng)度明顯高于低碳鋼，因此，應(yīng)優(yōu)先選用。9.4.1焊接成形構(gòu)件材料的選擇（4）強(qiáng)度級(jí)別較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼，其焊接性能稍差些，在設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求高的重要結(jié)構(gòu)時(shí)可以選用。（5）鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全、組織致密、質(zhì)量較高，可選作重要的焊接結(jié)構(gòu)。（6）沸騰鋼含氧量較大，組織成分不均勻，焊接時(shí)易產(chǎn)生裂紋。承受動(dòng)載荷和在嚴(yán)寒下工作的重要構(gòu)件等不宜選用。（7）異種金屬焊接時(shí)，必須特別注意它們的焊接性及其差異。一般要求接頭強(qiáng)度不低于被焊鋼材中的強(qiáng)度較低者。（8）設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)時(shí)多用型材，以降低重量，減少焊縫，簡(jiǎn)化工藝。此外，還可以選用鑄鋼件、鍛件或沖壓件來(lái)進(jìn)行焊接。焊接成形方法的選擇應(yīng)根據(jù)焊件的形狀、尺寸、材料、焊縫位置及生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性等因素來(lái)綜合考慮。1.焊接材料低碳鋼的焊接性能良好，幾乎能適用所有的焊接成形方法，因此，在選擇具體焊接成形方法時(shí)，生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性就成為主要的取舍依據(jù)。其他焊接材料就不同，如不銹鋼、鋁及鋁合金用氬弧焊焊接時(shí)，質(zhì)量要求較高；鑄鐵的補(bǔ)焊宜采用手工電弧焊或氣焊。9.4.2焊接成形方法的選擇2.焊件接頭類型和焊縫空間各種焊接成形方法均有自己適用的接頭類型及焊接工位。例如，電阻焊、對(duì)焊只適用于棒材對(duì)接，而不能焊長(zhǎng)的對(duì)接焊縫；埋弧自動(dòng)焊只適用于焊接長(zhǎng)直焊縫及大筒體環(huán)焊縫。從焊接工位來(lái)講，垂直位置的焊縫，使用埋弧自動(dòng)焊幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)，而使用氣體保護(hù)焊則十分適宜。3.板厚必須了解各種焊接成形方法適用的板厚范圍，合理選擇適當(dāng)?shù)暮附映尚畏椒ā?.焊接結(jié)構(gòu)及工作條件選擇焊接成形方法還應(yīng)考慮滿足結(jié)構(gòu)的載荷要求（如靜載、動(dòng)載、沖擊等）和工作條件（如耐熱、耐蝕、耐磨、低溫工作等）。1.焊接接頭的作用焊接接頭主要起到兩方面的作用：一是連接作用，即把被焊工件連接成一個(gè)整體；二是傳力作用，即傳遞被焊工件所承受的載荷。2.焊接接頭的設(shè)計(jì)焊接接頭的設(shè)計(jì)包括焊接接頭形式設(shè)計(jì)和焊接坡口形式設(shè)計(jì)。焊接接頭形式設(shè)計(jì)主要考慮焊件的結(jié)構(gòu)開口和板厚、接頭使用性能要求等因素。焊接坡口形式設(shè)計(jì)主要考慮焊縫能否焊透、坡口加工難易程度、生產(chǎn)效率、焊條消耗量、焊后變形大小等因素。9.4.3焊接接頭的作用及設(shè)計(jì)1）焊接接頭形式設(shè)計(jì)根據(jù)接頭的構(gòu)造形式，焊接接頭可分為對(duì)接接頭、T形（十字）接頭、角接接頭、搭接接頭、端接接頭五種類型，如圖9-7所示。圖9-7焊接接頭的類型2）焊接坡口形式設(shè)計(jì)焊接坡口是指將被焊工件上的待焊部位加工并裝配成一定幾何形狀的溝槽。常用焊接坡口形式有I形坡口、V形坡口、U形坡口、J形坡口、Y形坡口、X形坡口和K形坡口七種類型，如圖9-8所示。圖9-8焊接坡口的類型1.焊縫位置布置應(yīng)方便焊接操作和檢驗(yàn)焊縫位置布置應(yīng)考慮焊接操作時(shí)有足夠的空間，以便于施焊和檢驗(yàn)。如圖9-9所示為幾種焊接方法布置焊縫位置時(shí)不合理與合理的設(shè)計(jì)。9.4.4焊縫位置的合理設(shè)計(jì)圖9-9幾種焊接方法布置焊縫位置時(shí)不合理與合理的設(shè)計(jì)焊接時(shí)，根據(jù)焊縫在空間的不同位置，可分為平焊、立焊、橫焊和仰焊操作，如圖9-10所示。圖9-10焊縫空間位置示意圖2.焊縫位置應(yīng)盡量分散布置，避免密集和匯交密集交叉的焊縫容易導(dǎo)致接頭組織和性能惡化，產(chǎn)生應(yīng)力集中和焊接變形。如圖9-11（a）所示的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為如圖9-11（b）所示的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-11未分散布置的焊縫位置與分散布置的焊縫位置3.焊縫位置應(yīng)盡量對(duì)稱布置對(duì)稱的焊縫位置可使焊接變形互相約束、抵消而減輕變形程度。如圖9-12所示的焊件，其中，圖9-12（a）的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為圖9-12（b）的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-12焊縫位置應(yīng)盡量對(duì)稱布置4.焊縫位置布置應(yīng)避免母材厚度方向工作時(shí)受拉因母材厚度方向強(qiáng)度較低，受拉時(shí)易產(chǎn)生裂紋，應(yīng)合理布置焊縫位置。如圖9-13（a）所示的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為如圖9-13（b）所示的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-13焊縫位置布置應(yīng)避免母材厚度方向工作時(shí)受拉5.焊縫位置布置應(yīng)避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置對(duì)于受力較大、較復(fù)雜的焊接件，在最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的位置不應(yīng)布置焊縫。如圖9-14所示為大跨度焊接橫梁的焊縫位置布置，其中，圖9-14（a）的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為圖9-14（b）的設(shè)計(jì)較為合理。同理，如圖9-15所示為壓力容器凸形封頭的焊縫布置。圖9-15（a）的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為圖9-15（b）的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-14大跨度焊接橫梁的焊縫位置布置圖9-15壓力容器凸形封頭的焊縫位置布置如圖9-16所示，在構(gòu)件截面有急劇變化的位置或尖銳棱角部位，由于易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因而不應(yīng)布置焊縫，圖9-16（a）的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為圖9-16（b）的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-16構(gòu)件截面急劇變化位置的焊縫位置布置6.焊縫位置布置應(yīng)避開機(jī)械加工表面如果焊接結(jié)構(gòu)的某些部位要求較高精度，而且必須在加工以后才能進(jìn)行焊接，此時(shí)，焊縫位置布置應(yīng)避開機(jī)械加工表面，使已加工表面的加工精度不受影響，如圖9-17所示。其中，圖9-17（a）的設(shè)計(jì)不合理，應(yīng)改為圖9-17（b）的設(shè)計(jì)較為合理。圖9-17焊縫位置布置應(yīng)避開機(jī)械加工表面9.5焊接新技術(shù)電子束焊是一種利用電子束作為熱源的焊接工藝。電子束發(fā)生器中的陰極加熱到一定