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1、一、概述,公元前3000多年埃及出现了锻焊技术。公元前2000多年中国的殷朝采用铸焊制造兵器。公元前200年前，中国已经掌握了青铜的钎焊及铁器的锻焊工艺。 1801年，英国的Sir Humphrey Davies发现两碳极间产生的电弧。 1836年，Edmund Davy 发现乙炔气 (Acetylene) 。这两项发明被誉为现代焊接技术的基础。 大约1912年 美国福特汽车公司为了生产著名的T型汽车，在自己工厂的实验室里完成了现代焊接工艺。,焊接,1. 实质 通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原来分开的物体构成一个整体，这是任何其它连接形式所不具备的。 2. 特点 节约材料与工时，减轻结构
2、的质量；焊接接头的致密性好，可以制造密封容量，以及双金属结构；生产率高，便于机械化、自动化生产；但焊接接头组织性能不均匀，易产生焊接应力、变形及焊接缺陷。,通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充金属，使焊件间达到原子结合（永久性联结）的一种加工方法。,应用,制造金属结构件； 制造机器零件和工具； 修复。,种类,方法,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊,软钎焊,硬钎焊,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,二、电弧焊,利用电弧的热量，使金属熔化而进行焊接的一种焊接方法。,正极,负极,焊条电弧焊，又称为“手工电弧焊”；是
3、利用焊条和工件间的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的方法。 特点：设备简单、操作灵活，适用于全位置焊接。材料适应性广，适于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和非铁金属，其焊接接头强度和母材接近，是焊接生产中应用最为广泛的焊接方法。,二、电弧焊,面罩,手套,脚套,手锤,钢刷,母材被焊的工 件或者基体金属。 接头两个工件 连接处。,（一）焊接电弧,由焊接电源供给，在电极与工件之间的气体介质中 产生强烈持,久的放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。,向外发射电子的部分，热量占36%，温度约为2400 K。,位于阳极区和阴极区之间的气体空间区域
4、，中心温度达6000K 8000K。,接收电子的部位，热量占43%，温度约为2600 K；,（一）焊接电弧,由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异， 在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法： 直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条） 直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）,（二） 焊接冶金过程,指在熔化焊接过程中所发生的“气体- 熔渣- 金属”之间的物理、化学变化，熔化金属的结晶凝固，以及由于焊接热循环造成的焊接热影响区内金属的组织和性能的变化。,特点： 同一时间各点温度不同。同一点在不同时间的温度不同。 各点加热冷却速度不同 加热冷却速度快
5、，易变形、应力、裂纹。,1.焊接工件温度的变化与分布,总之，焊缝的形成是一次冶金过程，焊缝附近区域金属相当于受到一次不同区域的热处理，必然会产生相应的组织和性能的变化。 离焊缝越远，被加热达到的峰值温度越低。,3.热影响区 4.母材,1.焊缝金属；2.熔合区,2.焊接接头的组织与性能,熔焊热源的高温集中融化焊缝区金 属，并向工件金属传导热量，必然 引起焊缝及附近区域金属的组织和 性能发生变化。 焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。 热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生。,热影响区中的过热区，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小。 正火区，加热时金属发生重结晶
6、，得到均匀而细小的组织，性能优于母材。部分相变区比正火区稍差些。,熔合区是焊缝与基体金属的交界区。成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。,组织或性能变化的区域,2.焊接接头的组织与性能,2.焊接接头的组织与性能,焊缝热影响区,2.焊接接头的组织与性能,焊接热影响区的大小、组织和性能取决于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度。,同一焊接方法，不同焊接参数，热影响区大小也不同。在保证焊接质量条件下，增加焊速或减小焊接电流都能减小热影响区
7、。,3.改善焊接热影响区组织和性能的方法,焊接接头上塑性和韧性最低的区域在熔合区和过热区，是焊接接头中最薄弱的部位，它们往往成为裂纹发源地。 产生原因：粗大的过热组织所造成 改善焊接接头组织和性能的主要措施有： （1）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料。 （2）使热影响区的冷却速度适当。 （3）采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组织和性能得到改善。 （4）进行焊后热处理。,（三） 焊条,（1）焊芯：起导电和填充金属作用。 （2）药皮：保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能（物理冶金作用）。,焊条由心部的金属焊芯和表面药皮涂层组成,1.焊芯,是组成焊缝的主
8、要材料。,材料：碳素钢丝、合金钢丝、不锈钢丝。 元素：C、Si含量较低，S、P0.03%。 牌号： H08 H08A H08E C%=0.08% ，H -焊接用钢丝，A-高级优质钢， E-特级优质钢。 钢芯直径即焊条直径，焊条直径最小1.6mm，最大为8mm。3.25mm最为常用。,2.药皮,主要作用是：稳定电弧、防止空气侵入焊缝，对熔池脱氧和添加合金元素，以保证焊缝的化学成分和力学性能。,3.焊条的分类和编号,种类：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、铝及铝合金焊条等七大类。 焊条型号：国家统一标准中的焊条代号GB5117 - 85 。如E4303、
9、E5016等。 E ：代表焊条； 前两位（43）：代表焊缝金属的抗拉强度； 第三位（0）：代表焊接位置（“0”或“1”代表全位置焊接，“2”表示适用于平焊及平角焊，“4”表示适用于立向下焊） 第三位和第四位组合：表示电源种类和药皮类型。 03钛钙型药皮，交直流；15低氢钠型药皮，直流反接；16低氢钾型药皮，交直流反接。,3.焊条的分类和编号,焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。 表示方法：一个大写字母+三位数字 1、一个大写字母代表焊条的大类，如J、A、Z等； 2、后面三位数字分别代表： 前两位代表焊缝的最低抗拉强度等级。 后一位数字代表，该焊条的药皮类型和电源种类。,以结构钢焊条为例：422
10、其中： 结构钢焊条 42 焊缝金属抗拉强度大于等于a 药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）,3.焊条的分类和编号,焊条还可按熔渣的性质分为酸性焊条（酸性氧化物为主）和碱性焊条（碱性氧化物和萤石CaF2为主） 。 酸性焊条 优点：工艺性能较好，一般交直流两用。适用各种电源，操作性较好，电弧稳定，成本低；缺点：焊缝抗裂性能较差，塑、韧性稍差，渗合金作用弱，故不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。 碱性焊条 优点：抗裂性能较好，一般直流专用。焊缝塑、韧性好，抗冲击能力强；缺点：工艺性能较差，操作性差，电弧不够稳定，价格较高，故只适合焊接重要结构件。,4.焊条选用,总的原则是“同合金，等强度”
11、。 等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。 低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用焊接材料，按较高一侧选工艺. 铸钢含碳量较高，刚度大，结构复杂，通常选碱性焊条，且采取必要的工艺措施进行焊接。 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。,（四） 焊接应力与变形,1.焊接应力与变形产生的原因： 焊接是一个不平衡加热过程，因此不均匀加热以及不均匀冷却是产生焊接应力和变形的根本
12、原因。 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。,受热不均匀 + 熔敷金属收缩,内应力+形状尺寸变化,2.焊接应力与变形的危害,工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产 生不利影响。 焊接残余应力： （1）增加内应力降低承载力，造成脆断。 （2）应力腐蚀现象加剧减少焊件使用期限，产生裂纹而报废。 （3）应力衰减增大变形,使构件尺寸不稳定。 焊接变形： 尺寸不合要求组装困难，间隙不一致； 形状变化产生附加应力，降低承载力。,3.减小焊接应力的措施,（1）选用塑性好的材料； （2）合理布置焊缝；避免焊缝交叉、避免焊缝截面过大、过长； （3）合理安排焊接次序；焊前预热、小
13、能量焊接方法和锤击焊缝等方法均可减小应力； （4）重要的焊件，采用焊后去应力退火及时消除应力。,焊接次序对焊接应力的影响,4.焊接变形的防止与消除,（1）基本变形形式,纵横向受拉应力,横向收缩不均匀,纵向收缩不均匀,横纵向收缩不均匀,薄板厚度方向失稳,4.焊接变形的防止与消除,（2）焊接变形的防止方法 1）当对焊缝的变形有较高限定时，结构设计采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称结构等； 2）反变形法、刚性夹持法等； 3）正确选择焊接次序、焊接参数等。,4.焊接变形的防止与消除,4）对于焊后变形小但已超过允许值的焊件，采用机械矫正法、火焰加热矫正法。,严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只
14、适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。,5.焊接裂纹,（1）主要存在于焊缝或热影响区的熔合区，且往往是内裂纹，危害极大。 （2）焊件裂纹的产生主要与焊接材料的成分（P、S含量高）、焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）和含氢量多少有关。 因此，焊接中应合理选材，采取措施减小应力，并选用合理的焊接工艺和焊接参数进行焊接，以确保焊接质量。,（五） 焊条电弧焊的工艺,1焊缝形式,在水平位置上对任何方向的焊缝进行焊接。 特点：平焊的熔滴落入熔池跟随熔渣，不易流失。,在竖立的面上，对垂直焊缝进行施焊,在一定的面上，对水平焊缝进行施
15、焊,对上方面上的焊缝进行施焊,焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则：尽量平焊；便于施焊；有利于减少焊接应力与变形。,2基本操作技术,（1）引弧：碰击法和划擦法,（2）运条,（1）焊条朝着熔池方向逐渐送进； （2）焊条的横向摆动； （3）焊条沿着焊接方向逐渐移动。,（3）收尾,（1）手工短路引燃电弧。 （2）焊芯，工件熔化熔池 药皮熔化气体、熔渣 （3）焊条移动新熔池；新气体、熔渣 （4）旧熔池冷却焊缝 熔渣冷却固态渣壳,3焊接接头,（1）基本的焊接接头型式,两焊件端面相对平行的接头，能承受较大载荷。 单面焊：用于5mm，间隙为0 双面焊：用于=5-8mm, 间隙为1-12mm。
16、,两焊件重叠放置，构成的端部接头，端部接头承载能力低。 用于：=10-20mm,两焊件端面夹角35-135. 焊缝承载能力不高，多用于不重要的焊接结构。,两焊件表面结构成直角或者近似直角的接头。 承载能力较强，特别是承受动载荷。 用于20mm,3焊接接头,（2）坡口,当工件的厚度6mm时，为了保证能够焊透，焊前应把接头处加工成所需要的几何形状，就需要开出各种形式的坡口。,V型,U型,X型,K型,4焊接工艺参数的设计,焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数。 1）焊条直径和焊接电流选择 焊条直径根据焊件厚度选择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流一般按I=（3060）d选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种类，通过试焊调整。 2）焊接速度 根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过慢。 3）弧长 焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。,5焊接实例,1）结构分析。筒体由筒节、封头焊合
