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1、汽车焊接工艺和质量控制清华大学机械工程系清华大学机械工程系 副主任副主任先进成形制造教育部重点实验室先进成形制造教育部重点实验室 副主任副主任清华大学焊接技术中心清华大学焊接技术中心 副主任副主任朱志明 教 授内容目录内容目录n汽车焊接工艺概述汽车焊接工艺概述n弧焊结构及弧焊质量控制弧焊结构及弧焊质量控制n点焊结构及点焊质量控制点焊结构及点焊质量控制n焊接新工艺简介焊接新工艺简介先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接方法分类焊接方法分类n金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的同种或异种金属物体产金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的同种或异种金属物体产生原子或分子间结合而成为
2、一体的连接方法。生原子或分子间结合而成为一体的连接方法。n焊接不仅可以连接各种钢材，而且还可以连接铝、镁、钛、铜等有色焊接不仅可以连接各种钢材，而且还可以连接铝、镁、钛、铜等有色金属及锆等特种金属及其合金，广泛应用于金属产品的加工制造中。金属及锆等特种金属及其合金，广泛应用于金属产品的加工制造中。n焊接方法通常被划分为三大类：熔化焊、固相焊和钎焊。焊接方法通常被划分为三大类：熔化焊、固相焊和钎焊。熔化焊熔化焊以焊以焊接过程中是否熔化和结晶为分类准则；接过程中是否熔化和结晶为分类准则；固相焊固相焊以是否固相结合、是否以是否固相结合、是否加压为分类准则；而加压为分类准则；而钎焊钎焊的分类则以钎料为
3、划分的主要依据。的分类则以钎料为划分的主要依据。n随着现代工业生产的需要和科学技术的发展，焊接工艺技术也在不断随着现代工业生产的需要和科学技术的发展，焊接工艺技术也在不断进步，出现了许多新型焊接设备、先进焊接工艺和电弧控制技术。进步，出现了许多新型焊接设备、先进焊接工艺和电弧控制技术。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接的特点焊接的特点 n节省金属材料。与铆接相比，可节省金属材料节省金属材料。与铆接相比，可节省金属材料15152020。减轻了金。减轻了金属结构的自重。属结构的自重。 n可制造双金属结构，能连接同类和不同类型的金属材料。可制造双金属结构，能连接同类和不同类型的金属
4、材料。 n能化大为小，以小拼大。把较小的零件用逐步装配焊接的方法制造形能化大为小，以小拼大。把较小的零件用逐步装配焊接的方法制造形状复杂的结构件。状复杂的结构件。 n结构强度高，产品质量好。在多数情况下焊接接头都能达到甚至高于结构强度高，产品质量好。在多数情况下焊接接头都能达到甚至高于母材的强度，产品质量比铆接要好。母材的强度，产品质量比铆接要好。 n焊缝处密封性能好。焊缝处密封性能好。 n焊接后易产生焊接应力与变形，导致出现裂纹。原因：受热不均匀。焊接后易产生焊接应力与变形，导致出现裂纹。原因：受热不均匀。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊条电弧焊焊条电弧焊n熔焊（熔化焊）
5、是将待焊处的母材金属熔熔焊（熔化焊）是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。熔焊在多数情化以形成焊缝的焊接方法。熔焊在多数情况下同时还要向焊接部位加入熔化状态的况下同时还要向焊接部位加入熔化状态的填充金属，待冷却凝固后，两部分被焊金填充金属，待冷却凝固后，两部分被焊金属即结合成不可分离的整体。属即结合成不可分离的整体。n【焊条电弧焊焊条电弧焊】是用手工操纵焊条进行焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最普遍的焊接方法。它是利用焊条与焊件之普遍的焊接方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊件与焊条而进行间产生的电弧热，熔化焊件
6、与焊条而进行焊接的。焊接的。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接电弧焊接电弧n焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。n阴极区指电弧紧靠负电极的区域，是发射电子的地方，阴极区产生的热阴极区指电弧紧靠负电极的区域，是发射电子的地方，阴极区产生的热量占电弧总热量的量占电弧总热量的3636左右，温度大约在左右，温度大约在2400K 2400K 左右。左右。n阳极区指电弧紧靠正电极的区域，是接收电子的地方，产生的能量占到阳极区指电弧紧靠正电极的区域，是接收电子的地方，产生的能量占到电弧总热量的电弧总热量的4343左右，温度大约在左右，温
7、度大约在2600K 2600K 左右。左右。n弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量的的2121左右，但弧柱区中心温度最高，大约在左右，但弧柱区中心温度最高，大约在6000-8000K6000-8000K的范围内。的范围内。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接电弧的极性及应用焊接电弧的极性及应用n用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为极，称为正接正接。适于焊接厚件；。适于焊接厚件；n工件接负极，焊条接正极，称为工件接负极，焊条接正极，称为反
8、接反接。反接适于。反接适于焊接薄件。焊接薄件。n用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替变化，故不存在正、反接问题。变化，故不存在正、反接问题。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心埋弧自动焊埋弧自动焊 n【埋弧焊埋弧焊】是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖，用机械弧焊的一种自动化焊接方法。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖，用机械装置自动控制送丝和电弧移动。装置自动控制送丝和电弧移动。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中
9、心埋弧焊的特点埋弧焊的特点n埋弧焊可以使用较大的电流，焊接埋弧焊可以使用较大的电流，焊接速度可以很快，生产率较高；速度可以很快，生产率较高；n焊接时采用渣保护，没有飞溅，焊焊接时采用渣保护，没有飞溅，焊接质量好；劳动条件好。接质量好；劳动条件好。n埋弧焊在焊接过程中不易观察；适埋弧焊在焊接过程中不易观察；适应性差，只能焊平焊位置，通常焊应性差，只能焊平焊位置，通常焊接直缝和环缝，不能焊空间位置焊接直缝和环缝，不能焊空间位置焊缝和不规则焊缝。缝和不规则焊缝。n设备结构较复杂，投资大，装配要设备结构较复杂，投资大，装配要求高，调整等准备工作量较大。求高，调整等准备工作量较大。先进成形制造教育部重点
10、实验室, 焊接技术研究中心氩气保护电弧焊氩气保护电弧焊 n是利用氩气作为电弧介质并保护焊接区的电弧焊。n氩气是惰性气体，它可以保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。在高温不和金属起化学反应，也不溶于金属，是一种较理想的保护气体。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心氩气保护电弧焊氩气保护电弧焊n按所用电极不同，氩弧焊分为熔化极按所用电极不同，氩弧焊分为熔化极 ( (焊丝焊丝) )和不熔化极和不熔化极( (钨极钨极) )两种，如图所两种，如图所示。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极，与埋弧自动焊相似；不熔化极示。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极，与埋弧自动焊相似；不熔化极氩弧焊
11、焊接时，电极不熔化，只起导电和产生电弧作用。氩弧焊焊接时，电极不熔化，只起导电和产生电弧作用。 n氩弧焊的特点是焊缝金属纯净，成形美观，焊缝致密；焊接变形小；焊接电弧氩弧焊的特点是焊缝金属纯净，成形美观，焊缝致密；焊接变形小；焊接电弧稳定，飞溅少，表面无熔渣；明弧可见，便于操作；易于实现自动化。其缺点稳定，飞溅少，表面无熔渣；明弧可见，便于操作；易于实现自动化。其缺点是设备和控制系统较复杂，氩气较贵，焊接成本较高。氩弧焊常用于不锈钢、是设备和控制系统较复杂，氩气较贵，焊接成本较高。氩弧焊常用于不锈钢、耐热钢和非铁金属的焊接。耐热钢和非铁金属的焊接。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中
12、心COCO气体保护焊气体保护焊 nCOCO气体保护焊是利用气体保护焊是利用 COCO作为保护气体的气体保护焊。它用焊丝作电作为保护气体的气体保护焊。它用焊丝作电极，靠焊丝与焊件之间产生的电弧热熔化焊件和焊丝，以自动或半自动极，靠焊丝与焊件之间产生的电弧热熔化焊件和焊丝，以自动或半自动方式进行焊接。方式进行焊接。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心COCO气体保护焊气体保护焊 nCOCO 气体保护焊的特点是焊接热量集中，焊件变形小，质量较高；焊丝送进自气体保护焊的特点是焊接热量集中，焊件变形小，质量较高；焊丝送进自动化，电流密度大，焊速快，生产率高；二氧化碳气体比较便宜，焊接成本仅
13、动化，电流密度大，焊速快，生产率高；二氧化碳气体比较便宜，焊接成本仅是埋弧自动焊的是埋弧自动焊的40%40%左右，成本低；操作简便，适用范围广。左右，成本低；操作简便，适用范围广。nCOCO2 2 气体保护焊缺点是飞溅较大，烟雾较多，弧光较强，很难用交流电源焊接，气体保护焊缺点是飞溅较大，烟雾较多，弧光较强，很难用交流电源焊接，焊接设备比较复杂。焊接设备比较复杂。COCO气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢。合金结构钢。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电阻焊方法电阻焊方法n【压焊压焊】是指在焊接过程中必须对工件施
14、加压力（加热或不加热）是指在焊接过程中必须对工件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。加压可使两个焊件之间接触紧密，并在焊接以完成焊接的方法。加压可使两个焊件之间接触紧密，并在焊接部位产生一定的塑性变形，促使原子扩散而使二者焊接在一起。部位产生一定的塑性变形，促使原子扩散而使二者焊接在一起。加热则进一步提高原子扩散能力，也使连接处晶粒细化。最常用加热则进一步提高原子扩散能力，也使连接处晶粒细化。最常用的是电阻焊。的是电阻焊。n【电阻焊电阻焊】是将被焊金属工件压紧于两个电极之间，并通以电流，是将被焊金属工件压紧于两个电极之间，并通以电流，利用电流经过工件接触面及临近区域产生的电阻热，将局部加
15、热利用电流经过工件接触面及临近区域产生的电阻热，将局部加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种连接方法。到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种连接方法。n【电阻焊电阻焊】主要有点焊、缝焊、凸焊、对焊主要有点焊、缝焊、凸焊、对焊4 4种。种。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电阻点焊工艺电阻点焊工艺 n电阻点焊是将工件装配成搭接接电阻点焊是将工件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。的电阻焊方法。n电阻点焊时两工件接触面处电阻电阻点焊时两工件接触面处电阻大，发出的热量使该处温度
16、急速大，发出的热量使该处温度急速升高，将该处金属熔化形成熔核。升高，将该处金属熔化形成熔核。断电后，继续保持或稍加大压力，断电后，继续保持或稍加大压力，使熔核在压力下凝固，形成组织使熔核在压力下凝固，形成组织致密的焊点。致密的焊点。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电阻点焊的分流问题电阻点焊的分流问题n焊接第二个焊点时，部分电流会流经焊接第二个焊点时，部分电流会流经已焊好的焊点，产生分流现象。分流已焊好的焊点，产生分流现象。分流将使焊接处电流减小，以致加热不足，将使焊接处电流减小，以致加热不足，造成焊点强度显著下降，影响焊点质造成焊点强度显著下降，影响焊点质量。因此两焊点之间应有一定距离以量。因此两焊点之间应有一定距离以减小分流。减小分流。n工件厚度越大，材料导电性能越好，工件厚度越大，材料导电性能越好，工件表面存在氧化物或赃物时，都会工件表面存在氧化物或赃物时，都会使分流现象加重。提高焊点质量可以使分流现象加重。提高焊点质量可以通过合理选取通过合理选取焊接电流、通电时间、焊接电流、通电时间、电极压力和提高工件表面清理质量电极压力和提高工件表面清理质量等等方法实现。方法实
