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1、第十章 金属焊接成形的主要工艺,机械工程学院周志斌2011.12.14,焊接（welding) 利用加热或加压，把两个分离的金属连接成一个不可拆卸的整体的工艺方法。,a) 铆钉连接,b) 螺纹连接,c) 焊接,一、焊接概述,fusion welding,pressure welding,soldering,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,埋弧焊,氩弧焊,CO,2,保护焊,气体保护焊,手工电弧焊,电弧焊,摩擦焊,爆炸焊,超声波焊,扩散焊,点焊,缝焊,对焊,电阻焊,软钎焊,硬钎焊,常用焊接方法,火焰钎焊,感应钎焊,电阻钎焊,炉中钎焊,烙铁钎焊,盐浴钎焊,问题：三类焊接方法有何本质上的不
2、同？,熔焊属于液相焊接。焊缝类似铸态组织。压焊属于固相焊接，一般需要同时加压和加热。加热 温度不得超过母材熔点。钎焊属于固-液相焊接，加热 温度高于填充钎料熔化温度，但也不得超过母材熔点。,1） 电焊条的组成及作用,一、焊条电弧焊 (SMAW) 1.电焊条（welding rod）,（1）导电；,（2）作为焊缝的填充金属,（1）稳弧；,（2）保护焊接区；（造气、造渣）,（3）冶金处理；（渗加合金元素、脱氧脱硫）,焊芯的作用,药皮的作用,a)光焊丝焊接的焊缝,b)带药皮焊条焊接的焊缝,七大类：碳钢焊条； 低合金钢焊条； 不锈钢焊条； 堆焊焊条； 铸铁焊条及焊丝； 铜及铜合金焊条； 铝及铝合金焊条
3、；,2） 电焊条的种类及牌号,具体牌号表示：,如“J”，表示结构钢焊条；“A”：表示铬镍不锈钢焊条,“2”表示“钛钙型药皮， 交直流两用”,“7”表示“低氢型药皮， 直流电源”,“J422” 表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度420MPa， 钛钙型药皮，交直流两用,“J507” 表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度500MPa， 低氢型药皮，直流电源,两种常用焊条：,2.焊条电弧焊工艺,（1）接头形式与坡口,卷边对接焊缝（喇叭型）,1,13,平对焊缝（I 形焊缝）,2,38,V形焊缝,3,326,对接接头,序号,示意图,适用板厚,焊缝名称,4,单边V形焊缝,5,6,2060,2060,326,U形焊缝,单边
4、U形焊缝（J型焊缝）,对接接头,序号,示意图,适用板厚,焊缝名称,7,X形焊缝,8,9,12,4060,1260,双U形焊缝,K形焊缝,对接接头,填角焊,开槽焊,塞焊,开槽焊,搭接接头,填角焊,双面开坡口,单面开坡口,注意：使用中尽量避免单面角焊缝,T形接头,角接头,二、 埋弧焊 (submerged arc welding),埋弧焊时，采用不切断的盘状焊丝，配用一种颗粒状的焊剂，以代替手弧焊时的焊条。焊接过程中，焊剂不断撒在焊件接缝上及其近旁地区。焊丝末端伸入焊剂内并与焊件之间产生电弧。由于电弧被焊剂层所覆盖，焊工看不到电弧，故称埋弧焊，即电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊。 埋弧焊时，全部焊接操作
5、包括引弧、焊丝下送和弧长调节、焊丝前移以及焊缝收尾等全部由机械来完成的称自动埋弧焊(automatic submerged arc welding)。若引弧和焊丝送进由机械来完成，而电弧操纵由手工完成的称半自动埋弧焊(semi-automatic submerged arc welding)。,二、埋弧自动焊,1、什么是埋弧自动焊 ？,电弧在焊剂层下燃烧 ；焊丝自动送进。,埋弧焊接过程示意图,图中：1-电弧；2-母材；3 -焊剂；4 -焊丝；5-焊剂漏斗； 6-导电嘴；7-熔渣；8-金属熔池；9-渣壳；10-焊缝。,2、埋弧自动焊是如何进行的？,焊丝充填焊缝金属；焊剂熔渣对金属熔池起保护和调整
6、焊缝金属的合金成分（脱氧、合金化）,3、埋弧自动焊有哪些应用特点？,焊缝质量好。减少了合金元素的烧损，焊缝内在质量好；飞溅少，表面光整平直、美观。,生产效率高。用较大的电流（ 100A），有高的熔敷率，熔深大；工艺参数可以自动调节，电弧工作稳定；焊丝自动送进。,生产成本低。表现为焊材利用率高。焊接一些中厚钢板可不开坡口，节约机加工成本。,劳动条件得到改善。排除了电弧光对工作环境的危害。对焊工的操作技术要求不高。,适合于焊低碳钢、低合金钢和低碳不锈钢 。碳当量一般不大于 0.30.4 并要求含 S、P量低。 还可用来焊接铜合金、镍合金，但不适合焊接铝、钛合金。 最适合于焊接中厚板（6mm以上）的
7、长直和连续环形焊缝，但只适合于焊接平焊缝。 埋弧自动焊广泛应用于造船、压力容器、石化、桥梁、重型机器等行业。,4、埋弧自动焊怎么用？,主要考虑以下内容： 合理选用焊接材料，包括焊剂和焊丝； 科学规范工艺参数，包括电流、电弧电 压与焊接速度等； 确立工艺和质量保证措施；,5、埋弧自动焊工艺应考虑哪些内容？,1）埋弧焊焊接材料的选用,（一） 焊剂,（二） 焊剂与焊丝的配用原则（焊普通结构钢）,（三）高Mn高Si焊剂的作用与渣系反应,说明： 渣系反应中被还原出来的 Si 、Mn 通过熔渣扩散进入熔池金属内。 熔滴过渡中，金属熔滴伴随有碳的氧化烧损，有利于减少熔池中的溶氢量。,焊接电流 焊接电流主要影
8、响焊缝形状与尺寸。 熔深H 与电流I成正比，即 H = Km I Km - 熔深系数。,2）埋弧焊焊接工艺参数的选用,电弧电压 加大电弧电压不会带来什么好处。相反，将使电弧增长，会造成电弧不稳定，熔宽增加，余高减小，可能出现咬边。,焊接速度 焊接速度必须选择适宜。 若过快，即线能量小，使得熔深浅，余高低，焊缝窄并影响焊材和母材的熔合，易出现气孔、未焊透、咬边和焊缝不规则等缺陷。 若过慢，即线能量大，会使熔池扩大，容易出现夹渣。,焊接速度对焊缝成形的影响,对于埋弧自动焊，应采用以下工艺措施 ： 焊丝送进方向正常与焊件水平工作面垂 直，但有 时也保持一定倾角。倾角方向、大小对熔深、熔 宽、焊缝余高
9、均有影响。 焊件倾斜会形成上坡焊或下坡焊，也将影响熔深、 熔宽、焊缝余高。问题： 焊丝倾角和焊件倾斜对熔深、熔宽、焊缝余高等 焊缝形成参数与焊接质量会带来怎样的影响呢？ 请大家分析和讨论。,2）埋弧自动焊的工艺措施, 对于平放角焊缝，有条件时应置于船 形位置进行焊接，即采用船形焊。采 用船形焊 可使焊缝均匀，成形美观， 电弧稳定。, 焊剂层厚度的控制 被熔化的焊剂质量应等于同时被熔化的焊丝质量。焊剂层太厚，会使焊缝中间上凸，出现峰形，焊剂层太薄，电弧外露，保护性不好。 添置引弧板和引出板，保证焊缝始端、末端获优质焊缝。 必要时，工件焊缝底面需要添置板状衬垫，以保证焊透和焊缝背面成形良好。,下面
10、请看一段埋弧焊过程的录象。,三、氩弧焊,分类： 按电极类型 分为 非熔化极（钨极）氩弧焊（TIG焊 ） 熔 化 极 氩 弧 焊 （MIG焊 ）,氩弧焊是一种用惰性气体-氩气作为电弧介质以求保护焊接电弧和熔池的焊接方法。,1、钨极氩弧焊（TIG焊 ）,1）钨极氩弧焊原理,钨极4 和工件7 分别 作为电弧电极。焊丝 1熔化后填充熔池，氩气保护电弧和熔池。,2）钨极材料 W-Th或W-Ce合金。,特性： 耐高温； 载流能力强； 发射电子能力强。,3）钨极氩弧焊焊枪,空气自冷式:用于小电流（100A）焊接；水冷式:用于大电流焊接。,钨极氩弧焊焊枪结构示意图,气冷式,水冷式,4）钨极氩弧焊设备与控制系统
11、配套,手工钨极氩弧焊设备与控制系统配套组成示意图,图中：1-填充焊丝；3-焊枪（炬）；8-冷却水系统； 11-供气系统；12-焊接电源； 13-控制系统。,钨极不熔化，电弧稳定；熔滴不通过电弧区， 无飞溅；但使用电流有限，熔深浅。 只适合于薄板（6mm）。 焊接质量好。明弧操作，易于控制。 对焊材污染很敏感。焊前务必对焊材和母材清 理干净。 手工钨极氩弧焊生产率低。自动钨极氩弧焊要 加焊枪（炬）移动装置。 因使用氩气保护，相对成本比较高。,5）钨极氩弧焊的工艺特点,6）钨极氩弧焊的应用,主要用来焊接Al、Mg、Ti等活泼金属及Mo、Zr、Nb等难熔活性金属与合金。,7）钨极氩弧焊的操作技术要点
12、, 对焊接夹具精度要求高，因产品多属薄壁拼焊结 构，容易变形，故焊前装配必须严格一致。 一般采用直流正接。但焊接Al、Mg合金则宜于 用交流TIG焊。 焊接电流、焊接速度将依据工件材料、厚度、接 头形式、焊接位置和电流极性等因素来确定。 电弧长度15mm；气体流量6 15 L/min。,2、熔化极氩弧焊（MIG焊 ）,思路： 以可熔化的焊丝替代不可熔化的钨极并填充金属。原理上类似埋弧焊，只是这里用氩气保护，而埋弧焊是用熔渣保护。,图中：3-焊丝；4-导电嘴； 5-喷嘴；6-送丝机构。,熔化极氩弧焊示意图,特点: 电流密度高，母材熔深大，适合中厚板焊接。,熔化极氩弧焊（MIG焊 ）除使用氩气作保
13、护性气体外，也可以用氩、氦两种气体混合。 因为惰性气体不与液态金属发生冶金反应，故电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳。 在焊接钢铁材料时，为了节约惰性气体用量和改善焊缝成形状况，可在惰性气体中加入少量氧化性气体CO2 或O2 。 惰性气体中加入氧化性气体CO2 的混合气体保护焊称为MAG焊。,装备系统 半自动熔化极氩弧焊的装备也不外乎是电源3、送丝机4、控制箱5、焊炬（枪）1、气瓶 8 等。,熔化极氩弧焊装备示意图,四、 CO2 气体保护焊,合金元素烧损、气孔及飞溅是CO2 气体保护焊质量控制中的三大主要问题。,效率高、明弧可见易控制， 变形小，CO2成本低是其优点。,CO2 气体保护焊主要用来焊接低
14、碳钢、普通低合金钢。,1、合金元素的氧化烧损及CO的生成,CO2,Me（Fe、Si）+CO2=MeO+CO （合金元素与 C02 作用）Me +0 = Me0 （合金元素与 0 作用） Mn+FeO=MnO+Fe （合金元素与Fe0作用） Si02、Me0 浮于熔池上表面； Fe0 部分进入液态金属，部分进入熔渣。 C0 的生成和逸出，促使C 烧损并将引起熔池爆破，造成熔池、熔滴飞溅；还有可能在焊缝中形成气孔。,问题：如何解决C02 气体保护焊中合金元素烧损、飞溅及气孔等质量潜在问题？,为使焊缝强度不至于因碳烧损而降低，焊材中还得适量加入Cr、Mo、V等强化元素。,2、相应的焊接冶金措施 在焊材中加入Al、Ti、Si、Mn等强脱氧剂，通过脱氧去除 FeO。通常采用Si、Mn联合脱氧。适当减少焊材的含碳量也是必要措施之一。,
