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1、M4-6M4-6金属材料焊接金属材料焊接M4 .3.1 概述概述1.1.焊接的定义与实质：焊接的定义与实质：1）焊接）焊接是指通过加热或加压加热或加压或两者并用，使连接件结合成一个整体的加工方法。2）实质）实质是通过原子扩散结合原子扩散结合的作用，将分离的材料牢固地连接起来。n被焊接的也可以是非金属非金属，如塑料焊接；用钎焊还可以把金属与非金属金属与非金属连接起来。2.2.焊接的分类焊接的分类（按加热方法分类）1）电弧焊：电弧焊电弧焊是最常用的一种。（学习重点）（学习重点）2）电阻焊3）摩擦焊4）电渣焊5）激光焊6）真空电子束焊7）钎焊汽车生产线上运用机器人焊接构件汽车生产线上运用机器人焊接构
2、件3.焊接技术的应用焊接技术的应用 之一之一各种压力容器接缝采用焊接各种压力容器接缝采用焊接3.焊接技术的应用焊接技术的应用 之二之二n北京鸟巢体育馆北京鸟巢体育馆3.焊接技术的应用焊接技术的应用 之三之三某立交桥结构某立交桥结构3.焊接技术的应用焊接技术的应用 之四之四4.3.2 电弧焊电弧焊1.电弧焊常用设备直流电焊机：nBX3系列交流弧焊机电焊机 矿用交流电焊机可用380V或660V单相50Hz交流电进行焊接作业。该机具有体积小、重量轻、移动方便、电流调节范围大、陡降特性好、焊接飞溅小、电弧稳定等特点。2.2.焊接电弧焊接电弧1 1）焊接电弧实质与温度）焊接电弧实质与温度实质：实质：电极
3、与工件之间气体介质中长时间的放电现象。一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热量的43%，阴极约36%，弧柱约21%。温度：温度：用钢焊条焊钢材时阳极区2600K；阴极区2400K；电弧中心60008000K（a）电极与工件接触 （b）提起电极 （c）产生电弧1-电极 2-工件 3-电子 4-正离子 5-弧柱 正接：正极接工件工件温度可稍高一些，温度约为2600K2600K； 反接：负极接工件，工件温度可稍低一些，温度约为2400K2400K 电弧中心区温度最高，可达到约60008000K。 2）直流电焊机的正接、反接：）直流电焊机的正接、反接：3）交流焊机无正反接之分）交流焊机无正反
4、接之分 两极温度均为两极温度均为2500K2.2.焊接电弧焊接电弧焊机的空载电压是指焊接时的引弧电压，一般焊机的空载电压是指焊接时的引弧电压，一般为为505090V90V。电弧稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度电弧稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度（即焊条与工件之间的距离）越大，电弧电压也越高，（即焊条与工件之间的距离）越大，电弧电压也越高，一般为一般为161635V35V。4）焊接电弧电压）焊接电弧电压2.2.焊接电弧焊接电弧3. 焊接接头组织与性能1）焊接工件上温度的变化与分布各点处由常温较高温度常温 （固态） （液态） （固态）温度变化见图以低碳钢为例以低碳钢为例 （低碳钢（低碳钢焊接接
5、头的组织焊接接头的组织 ）熔和区：熔和区： 晶粒大晶粒大 塑性塑性 韧性韧性过热区：过热区： 晶粒晶粒过热组过热组织，塑性织，塑性 韧性韧性正火区：正火区： 晶粒细小晶粒细小力力学性能可能优于母材学性能可能优于母材部分相变区：晶粒大小部分相变区：晶粒大小不均匀，比正火区差不均匀，比正火区差2）焊缝接头组织与性能）焊缝接头组织与性能3. 焊接接头组织与性能以低碳钢为例 （低碳钢焊接接头的组织 ）5.再结晶区： 温度450 Ac1之间，发生再结晶，塑性、韧性6.蓝脆区： 200500 之间，强度，塑性 韧性六个区间中，过热区过热区影响最大。热影响区宽，工件变形大；热影响区宽，工件变形大；热影响区窄
6、，应力大，易产热影响区窄，应力大，易产生裂纹生裂纹2）焊缝接头组织与性能）焊缝接头组织与性能3. 焊接接头组织与性能3. 焊接接头组织与性能3）改善热影响区组织和性能的方法）改善热影响区组织和性能的方法（1）选取合适的焊接方法；（2）增加焊接速度或减小焊接电流（3）重要的构件或用电渣焊焊接的构件，一般应在焊后进行正火处理。3. 焊接接头组织与性能4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形1）应力的产生焊接过程中，焊缝是靠一个移动的点热源加热至液态 ，然后逐次冷却下来形成的，各处冷却速度也不相同，必将产生内应力。应力的形成、大小和分布状况较复杂。与铸造过程产生热与铸造过程产生热与铸造过程产生热与铸
7、造过程产生热应力相似。应力相似。应力相似。应力相似。 受阻加热和冷却 不均匀收缩 焊接接头组织转变 焊接结构不合理 4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形2）应力引起的危害：a、焊件的变形b、焊件裂纹c、焊件被腐蚀焊接变形基本形式 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形 从设计和工艺两个方面着手 ：（1）设计方面：）设计方面：焊件选材：选择塑性好的材料；同种或性能相近材料； 避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大；对称地分布焊缝 ；选择合适的工艺结构来代替焊接结构 ；3）减小焊接应力，预防变形的方法减小焊接应力，预防变形的方法4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形n合理设计构件结构4
8、. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形 焊缝应尽量避开机械加工表面不不合合理理合合理理焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置不不合合理理合合理理不不合合理理合合理理不合理不合理合理合理n合理设计构件结构（2）工艺方面）工艺方面焊前预热焊前预热预热到预热到150350 ，减小温差；，减小温差；合理安排合理安排焊接次序；焊接次序；4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形（2）工艺方面）工艺方面反变形法反变形法焊前刚性焊前刚性固定法固定法4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形焊后立即捶焊后立即捶击击或碾压焊缝或碾压焊缝；去应力退火去应力退火矫正：矫正：机械矫正法机械矫正法气体火焰矫正气体火焰矫正
9、法加以法加以（2）工艺方面）工艺方面4. 4. 焊接应力与变形焊接应力与变形5. 焊条（手工）电弧焊1）定义、工作过程与特点）定义、工作过程与特点定义：定义：利用焊条与工件之间产生电弧热，使焊条和工件熔化，从而将工件焊接到一起的焊接方法。特点：特点：设备简单、操作灵活方便，使用最为广泛。过程：过程：通电引弧焊芯工件药皮气体熔渣熔化运条去渣焊缝熔池熔池（1）焊芯： 起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6mm，最大为8mm。常用3.25mm。（2）药皮： 主要作用是提高电弧稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊缝金属的化学成分力学性能。2 2）电焊条）电焊条分解分
10、解分解分解在熔池、电弧在熔池、电弧在熔池、电弧在熔池、电弧四周产生大量保护气四周产生大量保护气四周产生大量保护气四周产生大量保护气体（体（体（体（COCOCOCO、COCOCOCO2 2、H H H H2 2）药皮药皮药皮药皮熔化熔化熔化熔化进入熔池进入熔池进入熔池进入熔池产产产产生焊渣浮起生焊渣浮起生焊渣浮起生焊渣浮起防止有害气防止有害气防止有害气防止有害气体侵入体侵入体侵入体侵入, , , ,保护保护保护保护熔化金属。熔化金属。熔化金属。熔化金属。焊条条型号型号牌号牌号药皮皮类型型焊接接电源源焊接位置接位置用途用途E4303J422钛钙型型 交流或直流交流或直流全位置全位置焊接接用于用于较
11、重要的低碳重要的低碳钢及及强强度等度等级较低的低的低合金低合金钢，如，如09Mn2等。等。J422GM适于海上平台、船舶、工程机械等表面适于海上平台、船舶、工程机械等表面装装饰焊缝的的焊接。接。J422Fe适于适于较重要的低碳重要的低碳钢结构构焊接。接。E5016J506低低氢钾型型交流或直流交流或直流全位置全位置焊接接用于中碳用于中碳钢和低合金和低合金钢的的焊接如：接如：16Mn，9Mn2Si。（3 3 3 3）电焊条的型号与牌号）电焊条的型号与牌号）电焊条的型号与牌号）电焊条的型号与牌号电焊条的型号电焊条的型号电焊条的型号电焊条的型号 国家标准：摘自国家标准：摘自国家标准：摘自国家标准：摘
12、自GB 5117-85 GB 5117-85 GB 5117-85 GB 5117-85 电焊条牌号电焊条牌号电焊条牌号电焊条牌号 焊接行业标准焊接行业标准焊接行业标准焊接行业标准2 2）电焊条）电焊条第第第第3 3 3 3、4 4 4 4位组合表示焊接位组合表示焊接位组合表示焊接位组合表示焊接电流种类、药皮类型电流种类、药皮类型电流种类、药皮类型电流种类、药皮类型表示抗拉强度表示抗拉强度表示抗拉强度表示抗拉强度Kgf/mmKgf/mmKgf/mmKgf/mm2 2 2 2牌号（焊接行业中焊条代号）牌号（焊接行业中焊条代号）牌号（焊接行业中焊条代号）牌号（焊接行业中焊条代号） E4303E43
13、03第第第第3 3 3 3位表示焊接位置位表示焊接位置位表示焊接位置位表示焊接位置表示焊条表示焊条表示焊条表示焊条抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度420MPa420MPa420MPa420MPaJ422药皮类型、电流种类、药皮类型、电流种类、药皮类型、电流种类、药皮类型、电流种类、1 1 1 15 5 5 5酸性、酸性、酸性、酸性、6 6 6 6、7 7 7 7碱性碱性碱性碱性结构钢焊条。结构钢焊条。结构钢焊条。结构钢焊条。示例：示例：示例：示例：焊焊条条型型号号焊焊条条牌牌号号型号（国家标准焊条代号）型号（国家标准焊条代号）型号（国家标准焊条代号）型号（国家标准焊条代号）2 2）电焊条）电焊
14、条焊条药皮类型及电源种类焊条药皮类型及电源种类编号 12345678药皮类型钛型 钛钙型钛钙矿型氧化钛型纤维素型低氢钾型低氢钠型石墨型电源种类交、直流交、直流交、直流交、直流交、直流交、直流直流 交、直流n焊条药皮类型15酸性焊条；68碱性焊条2 2）电焊条）电焊条（4）焊条的选用原则：）焊条的选用原则： 2 2）电焊条）电焊条焊件与焊芯等强度；焊件与焊芯等强度；低成本；低成本；异种钢强度就低不就高；异种钢强度就低不就高；铸钢用碱性焊条；铸钢用碱性焊条；特殊钢用专用焊条特殊钢用专用焊条如铸铁焊条、不锈钢焊条如铸铁焊条、不锈钢焊条普通焊件：选用普通焊件：选用酸性焊酸性焊条。条。原因：价格低、电弧
15、稳定，易操作，适用于各种电源。但焊缝的力学性能较差，渗合金的能力较差。重要焊件：选用重要焊件：选用碱性焊碱性焊条。条。原因：焊缝的力学性能较好，抗冲击型好。价格较高，不易操作，只用于直流电源。3）焊接接头与坡口的基本形式）焊接接头与坡口的基本形式n焊件的结构、形状、厚度以及工作条件不同，焊接接头形式也会不同。n常见的焊接接头形式分为对接、角接、对接、角接、搭接和丁字接搭接和丁字接四种。厚工件要开焊接坡口，以保证焊缝焊透和强度。n常见的坡口形式有“U”形、“V”形、“K”形和“Y”形。n在保证焊接质量前提下，可以不开坡口。4） 焊接工艺参数的选择焊接工艺参数的选择焊接时，只有选择了正确的相关参数
16、，才能获得优良的焊缝。n主要焊接参数（1）焊条直径：）焊条直径：考虑因素：焊件厚度、焊接位置、焊接层数考虑因素：焊件厚度、焊接位置、焊接层数（2）焊接电流：）焊接电流：考虑因素：焊件厚度、焊接位置、焊条种类考虑因素：焊件厚度、焊接位置、焊条种类 （3）焊接速度：焊接速度：考虑因素：焊接质量、操作技能考虑因素：焊接质量、操作技能（4）电弧长度：）电弧长度：短些为好短些为好焊条直径与焊件厚度的关系焊条直径与焊件厚度的关系 焊件厚度焊件厚度（mm)1.5234561212焊条直径焊条直径(mm)1.61.62.22.53.23.244546边学边议做一个自行车挡雨棚，需用40角钢焊一些三角架，你选用
17、何焊条？角钢开坡口吗？焊接时，可能出现什么问题？如何防范？焊条：J422不开坡口问题：1-角铁架翘曲不正：措施：先点焊定位，校正后再焊牢固。措施：先点焊定位，校正后再焊牢固。选择焊接顺序：先焊斜边处，再焊直角处，最后焊中间立撑选择焊接顺序：先焊斜边处，再焊直角处，最后焊中间立撑角钢。角钢。2-各角铁架大小不一：措施：严格控制下料尺寸，焊时，在地面上画出角架外形框措施：严格控制下料尺寸，焊时，在地面上画出角架外形框图，每焊一个角架，都控制在框图内。图，每焊一个角架，都控制在框图内。243154.3.3其他焊接方法其他焊接方法1、埋弧自动焊、埋弧自动焊即熔剂层下埋弧焊，其电弧埋在焊剂下，弧光不外露
18、。特点：特点：（1）焊丝与工件在颗）焊丝与工件在颗粒状溶剂下面成弧燃烧，粒状溶剂下面成弧燃烧，改善了劳动条件。改善了劳动条件。（2）生产率高；）生产率高；（3）焊接质量稳定；）焊接质量稳定；（4）节省金属材料）节省金属材料（无焊条头）；（无焊条头）； 1、埋弧自动焊、埋弧自动焊用用埋埋弧弧自自动动焊焊焊焊接接容容器器2、气体保护焊、气体保护焊常常用用二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊氩弧焊氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊以高熔点的铈铈(shi)钨棒钨棒为电极与工件产生电弧，因电极能通过的电流较小，所以只适合焊接6mm 以下的材料。不熔化极氩弧焊不熔化极
19、氩弧焊由于一般情况下，有色金属的熔点较钢材低且易于氧化。焊接时，有色金属采焊接时，有色金属采用直流反接或交流电用直流反接或交流电源；源；钢材则采用直流正接钢材则采用直流正接以保护铈钨棒。以保护铈钨棒。2、气体保护焊、气体保护焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊是以连续送进的焊丝为电极，允许较大电流通过，因此可焊接25mm以下的材料。2、气体保护焊、气体保护焊它是以CO2为保护气体的电弧焊，其原理与熔化极氩弧焊相似。2、气体保护焊、气体保护焊优点：成本低、生产效率高、操作性能高、质量较好。缺点：易飞溅、焊缝不够光滑、容易产生气孔。CO2气体保护焊气体保护焊 3、气焊n气焊是利用氧气和其他可燃气
20、体混合燃烧产生的高温，将钎丝和焊件局部熔化，待其凝固后成为一体的焊接方法。n常见的气焊主要是氧气氧气+乙炔乙炔。n特点：焊透性差，工件易变形n应用：薄钢板、有色金属及其合金 、铸铁补焊。4、气割n气割使用的设备，实际上就是将焊炬换成焊炬换成为割炬为割炬后的气焊设备。n割炬结构与焊炬基本相同，仅是在喷嘴中喷嘴中增加了一个增加了一个通孔通孔，高压氧气经此孔将燃烧状态的氧化物吹走，形成切割口。 n 1-高压氧 n 2-割嘴 n 3-预热嘴n4-割焰n5- 切割口 n6-氧化渣5、等离子弧焊等离子弧等离子弧的产生，是由机械压缩效应机械压缩效应、热压缩热压缩效应和电磁收缩效应效应和电磁收缩效应共同作用而
21、形成的。在上述三种效应的共同作用下，电弧被压缩的很细，能量被高度集中，弧内的气体完全被电离为电子和离子。因而被称为等离子弧焊接或切割。 6、钎焊钎焊是利用熔点比熔点比焊材要低焊材要低的材料作为填充料，将焊件连接起来的焊接方法。分类：硬钎焊硬钎焊（钎料熔点高于450）：铜钎焊 钎剂主要有硼砂、硼粉、氟化物、氯化物等加热方式：氧-乙炔火焰、电阻加热、感应加热等等。适合于受力较大或工作温度较高的焊件，如冰箱铜管的焊接 。软钎焊软钎焊（钎料熔点不高于450 ）：如锡钎焊 钎剂为松香、氯化锌溶液等n加热方式：喷灯、烙铁、加热炉等。n适合于受力较小及工作温度较低的焊件，如电子元件的焊接。 钎焊特点：加热温
22、度较低，焊件不变形；可焊接异种材料；生产工艺简单，易于实现自动化生产；连接强度较低，耐热性较差。6、钎焊7 7、电阻焊、电阻焊分类：点焊、缝焊、对焊等分类：点焊、缝焊、对焊等点焊：点焊：两搭接件在电极间瞬时通过强大电流而点状熔化连接成一体。7 7、电阻焊、电阻焊缝焊缝焊缝焊：缝焊：两搭接件在滚轮式电极间瞬时通过强大电流而线状熔化连接成一体。对对焊焊电阻对焊电阻对焊闪光对焊闪光对焊7 7、电阻焊、电阻焊4.3.4金属材料的焊接性能金属材料的焊接性能焊接性能：被焊金属在用一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形状下，获得优质焊接接头的难易程度。1）碳钢的焊接性能低碳钢焊接性好，可用各种焊接方法焊接
23、。厚度大于50mm时，可用大电流多层焊，焊后去应力退火。中高碳钢焊接性随含碳增加而变差。焊前应预热，选用J506、J507细焊条，小电流、开坡口，多层焊。2）低合金结构钢焊接性能基本同中高碳钢。4.3.4金属材料的焊接性能金属材料的焊接性能3）铸铁的焊补 铸铁的焊接性能很差。采用热焊法，预热至600700，用铸铁焊条，焊后缓慢冷却，可切削加工。焊接成本高。采用冷焊法。预热至400以下，采用铸铁焊条，小电流、短弧、窄焊缝短焊道，及时锤击松驰应力。4）铜焊接性能，比低碳钢困难得多。可用氩弧焊、气焊、钎焊焊接。边学边议下列制品该选用什么方法？为什么？自行车车架铜钎焊家用液化气罐主缝埋弧焊锅炉壳体埋弧焊、co2保护焊电子线路板锡钎焊防盗网手工电弧焊冰箱制冷系统铜管氧焊结束结束
