金属工艺学-焊接2

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1、 4.2 压力焊方法 4.2.1 压力焊方法及工艺4.2.2 电阻焊4.2.3 摩擦焊4.2.1. 压力焊方法及工艺压力焊是指通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其 产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接 近到晶格距离（0.30.5nm)，形成金属键，从而获得不可拆卸 接头的一类焊接方法。热源形式为：电阻热、高频热 、摩擦热等。力的形式为：静压力、冲击力 （锻压力）和爆炸力等。压力焊为：冷压焊、扩散焊 和热压焊 压力焊动画模拟4.2.2 电阻焊1电阻焊的原理及过程电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通 过塑性变形和再结晶而实现焊接的。（1） 热源 电阻热：Q=IIRt ,

2、其中电流 和时间是外因，而电阻是内因 。焊接区的总电阻为： R=Rc+2Rew+2Rw。其中Rc为焊件 接触电阻，Rew为电极与焊件间 的接触电阻，Rw为焊件电阻。影响接触电阻的因素：工件表面状态 表面愈粗糙、氧 化愈严重、接触电阻愈大。电极压力 压力愈高、接触电阻愈 小。焊前预热 焊前预热将会使接触 电阻大大下降。（2） 力静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或 在压力下结晶。冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷等。其压力 变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力 较为理想。电阻点焊熔核形成过程（3） 电阻焊过程预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性 变形和再结晶。

3、2电阻点焊电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保 压获得焊点的电阻焊方法。点焊时的熔核偏移在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热 性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向 厚板或导热差的材料的现象称为熔核偏移。防止熔核偏移的措施采用特殊电极和工艺垫片的措施。点焊工艺参数点焊的工艺参数为电流、压力和时间。大电流，短时间称为强规范。小电流，长时间称为弱规范。点焊接头形式点焊主要用于汽车、飞机 等薄板结构的大批量生产。3电阻缝焊缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动 的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠 的连续焊缝。缝焊分流严重，通常 采用强规范焊接，焊接电 流比点焊大1.52倍。缝焊主要用

4、于低压 容器，如汽车、摩托车 的油箱、气体静化器等 的焊接。4对焊（1）电阻对焊先将工件夹紧并加压，然后 通电使接触面温度达到塑性温度 (9501000)。在压力下塑变和 再结晶形成固态焊接接头（图12- 77a）。电阻对焊要求对接处焊前 严格清理，所焊截面积较小，一般 用于钢筋的对接焊。（2）闪光对焊先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高 ，可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收 缩力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面 排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异 种金属的焊接。

5、因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。4.2.3 摩擦焊1.摩擦焊的工艺过程原理摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生 的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种 压焊方法。 接头的焊接质量好、稳定，其 废品率是闪光对焊的1%左右。 适于焊接异种钢和异种金属， 如碳素结构钢-高速钢、铜-不 锈钢、铝-铜、铝-钢等。2.摩擦焊具有以下优点： 焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。 焊接生产率高，是闪光焊的45倍。 三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与 闪光对焊比较，节省电能80%90%左右。 由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头 上的飞边

6、有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气 体，加工成本显著降低。 摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌 握。 摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体， 有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。4.3 钎焊、封接与粘接工艺 4.3.2 粘接工艺4.3.1 钎 焊钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连 接。它是在低于构件熔点的温度下，采用填缝材 料，在液态下充填缝隙，通过毛细作用及表面化 学反应，待填缝材料结晶或固化后，将两个分离 的表面连接形成不可拆接头。4.3.1 钎焊钎焊:是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适 当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的

7、一种焊接方法。1硬钎焊钎料熔点在450以上，接头强度较高，都在200MPa 以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。2软钎焊钎料熔点为450以下，接头强度较低，一般不超 过70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的 工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎剂的作 用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改 善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及 焊件不被氧化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。软钎焊时，常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、 氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。4.3.2 粘接工艺粘接是

8、利用胶粘剂把两种性质相同或不同的物质牢固地粘合在一起的连接方法。胶粘剂所以能够把两个物质牢固地粘接在一起，主要因为胶粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生机械、物理和化学作用而具有粘附力。粘接具有以下优点： 粘接对材料的适应性强，既可用于各种金属、非 金属的连接，也可用于金属与非金属的连接。 能减轻结构重量。采用粘接可省去很多螺钉、螺 栓等连接件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构 重量约25%30%。 粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此 它的耐疲劳性能好。 粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等 性能。 粘接工艺简单，操作容易，效率高，成本低。粘接具有以下缺点： 粘接强度比较低，一

9、般仅能达到金属母材强度的 10%50%。粘接接头的承载能力主要依赖于较大 的粘接面积。 使用温度低，一般长期工作温度只能在150以 下，仅有少数可在200300范围内使用。 粘接接头长期与空气、热和光接触时，易老化变 质。 粘接质量因受多种因素影响不够稳定，而且质量 难以检验。4.4 金属材料的焊接性能 4.4.1 金属材料的可焊性4.4.2 碳钢的焊接4.4.3 铸铁的焊补4.4.4 有色金属的焊接4.4.1 金属材料的可焊形可焊性的概念金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方 法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接 头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表

10、现出 “好焊”和“不好焊”的差别。估算钢材可焊性的方法碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验 公式为： 根据经验：C当量0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明 显，可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不 会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预 热。C当量=0.4%0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向 明显，可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应 注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。C当量0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强， 可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要 采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行 适当的热处理，才能保证焊接接头质量。小型抗

11、裂试验从应用一般焊接工艺焊 后有无裂缝或裂缝多少，可 初步评定试板材料的可焊性 好坏；而后调整工艺（如预 热、缓冷等）再焊接试板， 使达到不裂，从而可参考抗 裂试验制订出合理的焊接工 艺规程与规范。4.4.2 碳钢的焊接低碳钢含碳量不大于0.25%，塑性好，一般没有淬硬 倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时 ，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进 行热处理（电渣焊除外）。4.4.2.2 中、高碳钢的焊接中碳钢含碳量在0.25%0.6%之间，随含碳量的增 加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产 当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。中碳钢 的焊接特点：4.4.

12、2.1 低碳钢的焊接 热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温 度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现 马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时， 就会在淬火区产生冷裂缝，即焊接接头焊后冷却到相变 温度以下或冷却到常温后产生裂缝。 焊缝金属热裂缝倾向较大焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于 焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加 塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区 在相变前就可能因内应力而产生裂缝。因此，焊接中碳钢 构件，焊前必须进行预热，使焊接时工件各部分的温差减 小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷

13、却速度，避 免产生淬硬组织。4.4.2.3 合金结构钢的焊接低合金钢的焊接特点： 热影响区的淬硬倾向低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织， 淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含 碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响 区的淬硬倾向也越大。强度级别大于450MPa级的低合 金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织 ，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。 焊接接头的裂缝倾向不同环境温度的预热要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10不预热, - 10以下预热100150工件厚度/mm：16-24，不低于-5不预热 ,- 5以下预热100150工件厚度/mm：2

14、4-40，不低于0不预热, 0 以下预热100150工件厚度/mm：40以上，均应预热1001504.4.3 铸铁的焊补铸铁的焊接特点：熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易 产生气孔4.4.3.1 热焊法热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600 700，焊后缓慢冷却。热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补 质量较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本 较高，生产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸 件，如床头箱、汽缸体等。4.4.3.2 冷焊法焊补之前，工件不预热或只进行400以下低温 预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来 调整焊缝化学成分以防止或减少白口组

15、织和避免裂 缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件 好。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊 补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件 。焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、 短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及时轻轻锤击 焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。4.4.4 有色金属的焊接4.4.4.1 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是： 铜的导热性很高（紫铜约为低碳钢的8倍），焊接时热 量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较 大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。 铜在液态易氧化，生成的Cu2O与铜组成低熔点共晶，分 布在晶界形成薄弱环节；又因铜

16、的膨胀系数大，凝固时 收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过 程中极易引起开裂。 铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。凝固时气体从熔 液中析出，来不及逸出就会生成气孔。 铜的电阻极小，不适于电阻焊接。 铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难 增大。例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧 蚀蒸发并生成氧化锌（ZnO）。改变接头化学成分、降 低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝 青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘 度，生成气孔和夹渣。铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等 方法进行焊接。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方 法。4.4.4.2 铝及铝合金的焊接工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658）、铝 锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较 困难，其焊接特点是： 铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（Al2O3