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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】是用手工操纵焊条进行焊【焊条电弧焊】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
6、焊件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
7、，温度大约在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
8、为反接反接。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】是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋【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
9、术研究中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
10、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
11、极氩弧焊焊接时，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
12、术研究中心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 CO CO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，
13、焊接成本仅动化，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】是指在焊接过程中必须对
14、工件施加压力（加热或不加热）【压焊】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】是将被焊金属工件压紧于两个电极之间，并通以电流，【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，利用电流经过工件接触面及临近区域产生
15、的电阻热，将局部加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】主要有点焊、缝焊、凸焊、对焊【电阻焊】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
16、，发出的热量使该处温度急速大，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
17、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。方法实现。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电阻缝焊工艺电阻缝焊工艺n缝焊是将工件装配成搭接或对接接头，缝焊是将工件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工
18、并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续送电，形成一件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。条连续焊缝的电阻焊方法。n缝焊时，相邻焊点互相部分重叠，密缝焊时，相邻焊点互相部分重叠，密封性良好。但缝焊分流现象严重，焊封性良好。但缝焊分流现象严重，焊接相同厚度的工件，其焊接电流为点接相同厚度的工件，其焊接电流为点焊的焊的 1.5 1.52 2倍。一般只适合于焊接倍。一般只适合于焊接3mm3mm以下的薄板结构，如易拉罐、油箱、以下的薄板结构，如易拉罐、油箱、烟道焊接等。烟道焊接等。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心对接电阻焊对接电阻焊对接电阻焊按焊接过程不同
19、分为电阻对焊和闪光对焊。对接电阻焊按焊接过程不同分为电阻对焊和闪光对焊。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电阻对焊工艺电阻对焊工艺 n工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，通电后利用电阻热加热至塑工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，通电后利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为电阻对焊。性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为电阻对焊。n电阻对焊操作简单，接头比较光滑，但焊前对工件端面加工和清理有较电阻对焊操作简单，接头比较光滑，但焊前对工件端面加工和清理有较高的要求，否则端面加热不均匀，容易产生氧化物夹杂，质量不易保证。高的要求，否则端
20、面加热不均匀，容易产生氧化物夹杂，质量不易保证。因此，电阻对焊一般仅用于端面简单、直径小于因此，电阻对焊一般仅用于端面简单、直径小于 20mm 20mm和强度要求不高的和强度要求不高的工件。工件。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心闪光对焊工艺闪光对焊工艺n工件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻工件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方
21、法称为闪光对焊。达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为闪光对焊。n闪光对焊在焊接前对工件端面清理要求不严格，因为在焊接过程中，工件端面的闪光对焊在焊接前对工件端面清理要求不严格，因为在焊接过程中，工件端面的氧化物及杂质一部分随闪光火花带出，一部分在加压时随液体金属挤出，使得接氧化物及杂质一部分随闪光火花带出，一部分在加压时随液体金属挤出，使得接头中夹渣很少，质量较高。但金属损耗较多，工件需留出较大余量，焊后要清理头中夹渣很少，质量较高。但金属损耗较多，工件需留出较大余量，焊后要清理毛刺。可以焊接相同的金属材料，也可以焊接异种金属材料。毛刺。可以焊接相同的金属材料，也可以焊接异种
22、金属材料。 广泛用于刀具、广泛用于刀具、管子、自行车圈，钢轨等的焊接。管子、自行车圈，钢轨等的焊接。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心钎焊钎焊n【钎焊】是指采用比母材熔点低的金属材料作钎料，【钎焊】是指采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接工件的方法。母材相互扩散实现连接工件的方法。 n与熔焊相比钎焊焊接变形小，焊件尺寸精确，可以与熔焊相比钎焊焊接变形小，焊件尺寸精确，可以连接异种材料。生
23、产率高，易于实现自动化。钎焊连接异种材料。生产率高，易于实现自动化。钎焊根据钎料熔点的不同可分为根据钎料熔点的不同可分为硬钎焊和软钎焊硬钎焊和软钎焊两种。两种。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心硬钎焊和软钎焊硬钎焊和软钎焊n【硬钎焊】【硬钎焊】 使用硬钎料进行的钎焊称硬钎焊，使用硬钎料进行的钎焊称硬钎焊，熔点高于熔点高于 450 450 的钎的钎料称为硬钎料。有铜基、铝基、银基、镍基钎料等，常用的为铜基。料称为硬钎料。有铜基、铝基、银基、镍基钎料等，常用的为铜基。 焊接时需要加钎剂，铜基钎料常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。硬焊接时需要加钎剂，铜基钎料常用硼砂、硼酸、氯化物、氟
24、化物等。硬钎焊的加热方式有氧钎焊的加热方式有氧乙炔火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热乙炔火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热等。适合于工作温度较高，受力较大的工件。如刀具的焊接。等。适合于工作温度较高，受力较大的工件。如刀具的焊接。n【软钎焊】【软钎焊】 使用软钎料进行的钎焊称软钎焊，使用软钎料进行的钎焊称软钎焊，熔点低于熔点低于 450 450 的钎的钎料称为软钎料。有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料、镉基钎料等，常用料称为软钎料。有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料、镉基钎料等，常用的是锡铅钎料（又称焊锡）。软钎焊常用的钎剂为松香、氯化锌溶液。的是锡铅钎料（又称焊锡）。软钎焊常用的钎剂为松香、
25、氯化锌溶液。钎焊时可用烙铁、炉子加热焊件。软钎料强度低，工作温度低，主要用钎焊时可用烙铁、炉子加热焊件。软钎料强度低，工作温度低，主要用于工作温度较低，受力较小的工件。如电子元件的焊接。于工作温度较低，受力较小的工件。如电子元件的焊接。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心气气 焊焊 n【气焊】是利用气体火焰作热源的焊接法，常用的是氧乙炔焊。乙炔与氧混合燃【气焊】是利用气体火焰作热源的焊接法，常用的是氧乙炔焊。乙炔与氧混合燃烧所形成的火焰为氧乙炔焰。按氧和乙炔混合烧所形成的火焰为氧乙炔焰。按氧和乙炔混合 ( ( 容积容积 ) ) 比例不同火焰分三种。比例不同火焰分三种。n中性焰是氧气
26、与乙炔混合比为中性焰是氧气与乙炔混合比为 1.11.2 1.11.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达时燃烧所形成的火焰。最高温度可达3 3 150 150 ，适合于焊接低中碳钢、低合金钢、紫铜、铝及其合金等。，适合于焊接低中碳钢、低合金钢、紫铜、铝及其合金等。 n氧化焰是氧气与乙炔混合比大于氧化焰是氧气与乙炔混合比大于 1.2 1.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达时燃烧所形成的火焰。最高温度可达 3300 3300 ，适合于焊接黄铜、镀锌铁皮等。，适合于焊接黄铜、镀锌铁皮等。 n碳化焰是氧气与乙炔混合比小于碳化焰是氧气与乙炔混合比小于 1.1 1.1 时燃烧所形成的火焰，适合于焊接高碳钢
27、、时燃烧所形成的火焰，适合于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。高速钢、铸铁及硬质合金等。 n气焊的特点是所使用的设备简单、搬运方便、通用性强；火焰温度低，加热缓慢，气焊的特点是所使用的设备简单、搬运方便、通用性强；火焰温度低，加热缓慢，加热面积大，焊件变形大；接头晶粒较粗，焊缝易产生气孔、夹渣的缺陷，综合加热面积大，焊件变形大；接头晶粒较粗，焊缝易产生气孔、夹渣的缺陷，综合力学性能较差力学性能较差 ；难于实现机械化，生产率低；难于实现机械化，生产率低 。气焊通常只适用于焊接厚度小于。气焊通常只适用于焊接厚度小于 5mm 5mm 的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊，还可作为钎焊及钢件表
28、面淬的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊，还可作为钎焊及钢件表面淬火的热源。火的热源。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的选择焊接方法的选择 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心汽车焊接工艺汽车焊接工艺n焊接作为一种应用广泛的永久性连接方法，可用于制造金属结构、焊接作为一种应用广泛的永久性连接方法，可用于制造金属结构、连接机械零件等，在机械、造船、化工、汽车、国防等行业起着极连接机械零件等，在机械、造船、化工、汽车、国防等行业起着极为重要的作用。为重要的作用。n汽车的发动机、变速器、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不汽车的发动机、变速器、车桥、车架、车身
29、、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。开焊接技术的应用。n在汽车及零部件的制造中，所应用的焊接方法包括电阻焊（点焊和在汽车及零部件的制造中，所应用的焊接方法包括电阻焊（点焊和多点焊、凸焊和滚凸焊、缝焊、对焊）、电弧焊（焊条电弧焊、多点焊、凸焊和滚凸焊、缝焊、对焊）、电弧焊（焊条电弧焊、COCO2 2气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、氩气或混合气体保护焊）、钎焊、气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、氩气或混合气体保护焊）、钎焊、氧乙炔气焊和摩擦焊、电子束焊、激光焊和超声波焊等。氧乙炔气焊和摩擦焊、电子束焊、激光焊和超声波焊等。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在汽车焊接结构中的应用电阻焊在
30、汽车焊接结构中的应用n点焊点焊主要用于车身总成、底板、车门、侧围、后围、前主要用于车身总成、底板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。桥和小零部件等。n多点焊多点焊多用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖多用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。和行李箱盖等。n凸焊及滚凸焊凸焊及滚凸焊用于车身零部件、减振器阀杆、螺钉、螺用于车身零部件、减振器阀杆、螺钉、螺母和小支架等。母和小支架等。n缝焊缝焊用于车身顶盖雨檐、减振器封头、油箱、消声器和用于车身顶盖雨檐、减振器封头、油箱、消声器和油底壳等。油底壳等。n对焊对焊用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。先进成形制
31、造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心电弧焊在汽车焊接结构中的应用nCOCO2 2气体保护电弧焊气体保护电弧焊可用于车厢、后桥、车架、减振器阀杆、横可用于车厢、后桥、车架、减振器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸等的焊接。梁、后桥壳管、传动轴、液压缸等的焊接。n氩弧焊氩弧焊用于油底壳、铝合金零部件的焊接和补焊。用于油底壳、铝合金零部件的焊接和补焊。n焊条电弧焊焊条电弧焊用于厚板零部件，如支架、备胎架、车架等的焊接。用于厚板零部件，如支架、备胎架、车架等的焊接。n埋弧焊埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等的焊接。用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等的焊接。n氩气或混合气体（氩
32、气氩气或混合气体（氩气+ +氧气或氧气或COCO2 2）保护焊）保护焊用于车身镀锌钢板的用于车身镀锌钢板的焊接。焊接。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心其他焊接方法在汽车焊接结构中的应用n钎焊钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。n摩擦焊摩擦焊用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等的焊接。用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等的焊接。n激光焊接激光焊接用于不同厚度板材连接、车身焊接等。用于不同厚度板材连接、车身焊接等。n激光切割激光切割用于车身底板、齿轮、零件下料和修边等。用于车身底板、齿轮、零件下料和修边等。n电子束焊电子束
33、焊用于齿轮、后桥等的焊接用于齿轮、后桥等的焊接n超声波焊超声波焊用于塑料件焊接。用于塑料件焊接。n氧乙炔焊氧乙炔焊用于车身总成的补焊。用于车身总成的补焊。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心轿车焊接结构轿车焊接结构n轿车以承载人为目的，所以要求具有高的安全性和乘坐轿车以承载人为目的，所以要求具有高的安全性和乘坐舒适性。舒适性。n轿车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊结构、凸轿车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊结构、凸焊结构、螺栓焊结构、激光焊结构等。焊结构、螺栓焊结构、激光焊结构等。n现代轿车上应用最多的焊接工艺就是点焊，一部轿车上现代轿车上应用最多的焊接工艺就是点焊，一部轿
34、车上大约有大约有3000-6000个焊点。个焊点。n一般来说，增加点焊数量、减少弧焊长度是提高车身制一般来说，增加点焊数量、减少弧焊长度是提高车身制造质量的基本方法之一。造质量的基本方法之一。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心载货汽车焊接载货汽车焊接n载货汽车以承载和运输物品为目的，所以要求汽车载货汽车以承载和运输物品为目的，所以要求汽车有高的承载性能和安全性。有高的承载性能和安全性。n载货汽车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊载货汽车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊结构、凸焊结构和螺栓焊结构等。结构、凸焊结构和螺栓焊结构等。n与轿车不同，载货汽车上使用最多的是弧焊结构。与
35、轿车不同，载货汽车上使用最多的是弧焊结构。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心内容目录n焊接工艺概述焊接工艺概述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, 焊接技术研究中心弧焊结构弧焊结构n为了提高轿车车身的制造精度，为了提高轿车车身的制造精度，现代轿车尽量减少弧焊焊缝数量，现代轿车尽量减少弧焊焊缝数量，但在某些点焊焊钳难以达到的部但在某些点焊焊钳难以达到的部位、要求强度高的部位（如前保位、要求强度高的部位（如前保险杠支架）、以及要求密封的部险杠支架）、以及要求密封的部位等
36、仍然采用弧焊。位等仍然采用弧焊。n轿车上的弧焊接头一般有对焊、轿车上的弧焊接头一般有对焊、搭接焊、塞焊和开槽焊等。搭接焊、塞焊和开槽焊等。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心点焊焊钳难以达到的部位采用弧焊点焊焊钳难以达到的部位采用弧焊焊接性概念焊接性概念n【焊接性】是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，【焊接性】是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定工作要求的能力。包括两方面内容：一是工艺焊接性，即并满足预定工作要求的能力。包括两方面内容：一是工艺焊接性，即在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质，无缺陷的焊接接头的能力；在一定的焊接工艺条件下，能否获
37、得优质，无缺陷的焊接接头的能力；二是使用焊接性，即焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的各种二是使用焊接性，即焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的各种使用性能的程度。包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。使用性能的程度。包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。 n金属焊接性与金属本身的材质和焊接工艺条件有关。例如铝在气焊和金属焊接性与金属本身的材质和焊接工艺条件有关。例如铝在气焊和焊条电弧焊条件下，难以获得优质焊接接头，用氩弧焊却能达到较高焊条电弧焊条件下，难以获得优质焊接接头，用氩弧焊却能达到较高的技术要求。因此，又可以说铝的焊接性能良好。的技术要求。因此，又可以说铝的焊接性能良好。先进成形制造
38、教育部重点实验室, 焊接技术研究中心钢焊接性的评定钢焊接性的评定 n【碳当量】【碳当量】 钢的焊接性很大一部分取决于碳的含量。把钢中合金元素钢的焊接性很大一部分取决于碳的含量。把钢中合金元素 ( ( 包括碳包括碳 ) ) 的含量按其作用换算成碳的相当含量称碳当量，碳当量常用来评定碳钢和低合的含量按其作用换算成碳的相当含量称碳当量，碳当量常用来评定碳钢和低合金结构钢的焊接性。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为：金结构钢的焊接性。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为： n n在计算碳当量时，各元素的质量分数都取成分范围的上限。经验证明，碳当量越在计算碳当量时，各元素的质量分数都取成分范围的上限。经验
39、证明，碳当量越高，裂纹倾向就越大，焊接性越差。当高，裂纹倾向就越大，焊接性越差。当 0.4 0.6 0.6 时，钢材焊接时冷裂倾向严重，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度时，钢材焊接时冷裂倾向严重，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度和严格的工艺措施。和严格的工艺措施。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心常用金属材料的焊接 n低碳钢的焊接：低碳钢的焊接：低碳钢的碳当量小，塑性好，一般没有淬硬与冷裂低碳钢的碳当量小，塑性好，一般没有淬硬与冷裂倾向，焊接性优良。倾向，焊接性优良。 n中、高碳钢的焊接：中、高碳钢的焊接：中碳钢的含碳量较高，当中碳钢的含碳量较高，当 0.4 0.4 时，焊接
40、接时，焊接接头易产生淬硬组织和冷裂纹倾向，焊缝金属热裂倾向较大。高碳钢头易产生淬硬组织和冷裂纹倾向，焊缝金属热裂倾向较大。高碳钢焊接性更差。一般不作为焊接结构用材料，只限于修补工作。焊接性更差。一般不作为焊接结构用材料，只限于修补工作。 n低合金高强度结构钢的焊接：低合金高强度结构钢的焊接：低合金高强度结构钢由于化学成分不低合金高强度结构钢由于化学成分不同，焊接性也不同。当同，焊接性也不同。当 0.4 0.4 0.4 时，焊接性较差，采用焊时，焊接性较差，采用焊条电弧焊或埋弧自动焊进行焊接。条电弧焊或埋弧自动焊进行焊接。 n奥氏体不锈钢的焊接：奥氏体不锈钢的焊接：在所用的不锈钢材料中，奥氏体不
41、锈钢应用在所用的不锈钢材料中，奥氏体不锈钢应用最广。奥氏体不锈钢焊接性良好，适用于焊条电弧焊、氩弧焊和埋最广。奥氏体不锈钢焊接性良好，适用于焊条电弧焊、氩弧焊和埋弧自动焊。弧自动焊。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 n铸铁的焊补：铸铁的焊补：铸铁焊接性差，容易出现白口组织、裂纹、气铸铁焊接性差，容易出现白口组织、裂纹、气孔等焊接缺陷。焊接只用来修补铸铁件缺陷和修理局部损坏孔等焊接缺陷。焊接只用来修补铸铁件缺陷和修理局部损坏的零件。补焊铸铁的常用方法是气焊和焊条电弧焊。的零件。补焊铸铁的常用方法是气焊和焊条电弧焊。 n铝及其合金的焊接性：铝及
42、其合金的焊接性：铝及铝合金的焊接较为困难，焊接铝铝及铝合金的焊接较为困难，焊接铝及铝合金，目前以氩弧焊较为理想。及铝合金，目前以氩弧焊较为理想。 n铜及其合金的焊接性：铜及其合金的焊接性：铜及铜合金焊接性能较差，目前，采铜及铜合金焊接性能较差，目前，采用氩弧焊是焊接铜及铜合金最为理想的方法，也可采用气焊用氩弧焊是焊接铜及铜合金最为理想的方法，也可采用气焊和焊条电弧焊等。和焊条电弧焊等。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心弧焊接头形式弧焊接头形式 n常用接头形式有对接、搭接、角接和形等，如图所示。对接接头的常用接头形式有对接、搭接、角接和形等，如图所示。对接接头的应力集中相对较小，
43、能承受较大载荷，焊接结构中常用；搭接接头应应力集中相对较小，能承受较大载荷，焊接结构中常用；搭接接头应力分布不均，承载能力低，适用于被焊结构狭小处及密封的焊接结构；力分布不均，承载能力低，适用于被焊结构狭小处及密封的焊接结构；角接接头承载能力不高，一般用在不重要的结构件中；形接头整个角接接头承载能力不高，一般用在不重要的结构件中；形接头整个接头承受载荷，承载能力强，生产中应用也很普遍。接头承受载荷，承载能力强，生产中应用也很普遍。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接坡口焊接坡口n根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，根据设计或工艺需要，在焊件的待
44、焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。常见对接称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。常见对接接头的坡口形式有接头的坡口形式有 I I 形坡口、形坡口、 V V 形坡口、形坡口、 X X 形坡口、形坡口、 U U 形坡口等四种。形坡口等四种。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接坡口焊接坡口n焊条电弧焊板厚在焊条电弧焊板厚在 6 6 毫米以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。毫米以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。n板厚较大时，接头处根据工件厚度应开各种坡口。在板厚相等的情况板厚较大时，接头处根据工件厚
45、度应开各种坡口。在板厚相等的情况下，下， V V形坡口形状简单，加工方便；形坡口形状简单，加工方便；nX X形坡口比形坡口比V V形坡口需要的填充金属少，生产率高，并且焊后角变形小，形坡口需要的填充金属少，生产率高，并且焊后角变形小，但是但是X X形坡口需要双面焊。形坡口需要双面焊。nU U形坡口根部较宽，容易焊透，也比形坡口根部较宽，容易焊透，也比V V形坡口焊条消耗量少，省工时，形坡口焊条消耗量少，省工时，焊接变形也较小。但是焊接变形也较小。但是U U形坡口形状复杂，加工较困难，一般只在重要形坡口形状复杂，加工较困难，一般只在重要的厚板结构中采用。的厚板结构中采用。 先进成形制造教育部重点
46、实验室, 焊接技术研究中心不同厚度钢板对接允许厚度差不同厚度钢板对接允许厚度差n焊接接头处钢板厚度最好相等，这样焊接时受热均匀，容易保证焊接质量。不同厚焊接接头处钢板厚度最好相等，这样焊接时受热均匀，容易保证焊接质量。不同厚度金属对焊时，如果两板厚度差不超过下表规定，则接头的基本形式和尺寸应按厚度金属对焊时，如果两板厚度差不超过下表规定，则接头的基本形式和尺寸应按厚板选取，如厚度超过表中规定值，则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄。板选取，如厚度超过表中规定值，则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝的空间位置焊缝的空间位置 n焊接时，按焊缝在
47、空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊操作方便，劳动条件好，生产效率高，焊缝质量易于保证。因此，一般应操作方便，劳动条件好，生产效率高，焊缝质量易于保证。因此，一般应尽可能将工件放在平焊位置进行施焊。立焊时熔滴易向下流淌，成形较困尽可能将工件放在平焊位置进行施焊。立焊时熔滴易向下流淌，成形较困难，不易操作。横焊时熔滴易偏向焊缝的下边，产生熔化不良，焊瘤，未难，不易操作。横焊时熔滴易偏向焊缝的下边，产生熔化不良，焊瘤，未焊透等缺陷。仰焊时熔滴最易下滴，焊缝成形困难，操作更难。焊透等缺陷。仰焊时熔滴最易下滴，焊缝成形困难，操
48、作更难。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接接头工作应力分布焊接接头工作应力分布n应力集中系数应力集中系数n对接接头的工作应力分布对接接头的工作应力分布n丁字（十字）接头的工作应力分布丁字（十字）接头的工作应力分布n搭接接头的工作应力分布搭接接头的工作应力分布n正面角焊缝的工作应力分布正面角焊缝的工作应力分布n侧面角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布n联合角焊缝的工作应力分布联合角焊缝的工作应力分布先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心应力集中系数n焊接接头的最大应力与平均应力之比，用应力集中系数表示：焊接接头的最大应力与平均应力之比，用应力集中系数表示：n
49、焊接接头中产生应力集中的原因：焊接接头中产生应力集中的原因：n焊缝中的工艺缺陷，如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等，其中裂纹和未焊缝中的工艺缺陷，如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等，其中裂纹和未焊透引起的应力集中严重。焊透引起的应力集中严重。n不合理的焊缝外形。不合理的焊缝外形。n设计不合理的焊接接头，如断面的突变、加盖板的对接接头等，会造设计不合理的焊接接头，如断面的突变、加盖板的对接接头等，会造成严重的应力集中。成严重的应力集中。n焊缝布置不合理。焊缝布置不合理。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心对接接头工作应力分布（1）n对接接头常用于板材加工和零部件加工。对接接头常用于板材加工和零部
50、件加工。n通常焊缝略高于母材板面（加强高或余高）通常焊缝略高于母材板面（加强高或余高），或进行变板厚板材加工。，或进行变板厚板材加工。n由于加强高等造成了构件表面不光滑，在由于加强高等造成了构件表面不光滑，在焊缝与母材的过渡处将引起应力集中。焊缝与母材的过渡处将引起应力集中。nKT的大小，与加强高和焊缝向母材的过渡的大小，与加强高和焊缝向母材的过渡有关，加强高越大，过渡半径越小，则应有关，加强高越大，过渡半径越小，则应力集中系数力集中系数KT 增加。增加。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2l对接接头工作应力分布（2）n由加强高带来的应力集中对动载结构的疲由加强高带来的应力
51、集中对动载结构的疲劳强度是不利的，因此要求越小越好。劳强度是不利的，因此要求越小越好。n对重要的动载构件，有时采用削平加强高对重要的动载构件，有时采用削平加强高或增大圆弧的措施来降低应力集中，以提或增大圆弧的措施来降低应力集中，以提高接头的疲劳强度。高接头的疲劳强度。n对接接头外形的变化与其他接头相比是不对接接头外形的变化与其他接头相比是不大的，因此它的应力集中较小，而且易于大的，因此它的应力集中较小，而且易于降低和消除。降低和消除。n总之，对接接头是最好的接头形式，不但总之，对接接头是最好的接头形式，不但静载可靠，而且疲劳强度也高。静载可靠，而且疲劳强度也高。先进成形制造教育部重点实验室,
52、焊接技术研究中心t1t2l丁字（十字）接头工作应力分布（1）n丁字（十字）接头焊缝向母材过渡较急丁字（十字）接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根部和过渡处都有很大的应力集中。部和过渡处都有很大的应力集中。n未开坡口丁字（十字）接头正面焊缝，未开坡口丁字（十字）接头正面焊缝，由于整个厚度没有焊透，焊缝根部应力由于整个厚度没有焊透，焊缝根部应力集中很大，在焊趾断面集中很大，在焊趾断面B-B上的应力分布上的应力分布也是不均匀的。也是不均匀的。nB点的应力集中系数值随角焊缝的形状而
53、点的应力集中系数值随角焊缝的形状而变，随变，随角的增大而减小，也随焊角尺寸角的增大而减小，也随焊角尺寸的增大而减小。的增大而减小。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心tKBBAAFFFF焊趾焊趾根部根部丁字（十字）接头工作应力分布（2）n开坡口未焊透的丁字（十字）接头的开坡口未焊透的丁字（十字）接头的应力集中大大降低。应力集中大大降低。n保证焊透是降低丁字（十字）接头应保证焊透是降低丁字（十字）接头应力集中的重要措施之一。力集中的重要措施之一。n对重要的丁字（十字）接头必须开坡对重要的丁字（十字）接头必须开坡口或采用深熔法进行焊接。口或采用深熔法进行焊接。n丁字（十字）接头当其焊缝
54、不承受工丁字（十字）接头当其焊缝不承受工作应力时，在角焊缝根部的作应力时，在角焊缝根部的A点处和点处和焊趾焊趾B点处亦有应力集中。点处亦有应力集中。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心tKBBAAFFFF丁字（十字）接头工作应力分布（3）n工作焊缝的应力集中大于联系焊缝的应力工作焊缝的应力集中大于联系焊缝的应力集中。集中。n丁字接头由于偏心的影响，丁字接头由于偏心的影响，A和和B点的应点的应力集中系数都比十字接头的低。力集中系数都比十字接头的低。n丁字（十字）接头应尽量避免在其板厚方丁字（十字）接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力，因轧制板材常有夹层缺向承受高拉应力，因轧制板材常
55、有夹层缺陷，尤其厚板更易出现层状撕裂，应将工陷，尤其厚板更易出现层状撕裂，应将工作焊缝转化为联系焊缝。作焊缝转化为联系焊缝。n如果两个方向都受拉力，则应采用圆形、如果两个方向都受拉力，则应采用圆形、方形或特殊形状的轧制、锻制插入件。方形或特殊形状的轧制、锻制插入件。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心tKBBAAFFFF搭接接头工作应力分布n搭接接头使构件形状发生较大变化，应力集中比对接接头的搭接接头使构件形状发生较大变化，应力集中比对接接头的情况复杂得多。情况复杂得多。n根据搭接角焊缝受力的方向，可以分为正面角焊缝、侧面角根据搭接角焊缝受力的方向，可以分为正面角焊缝、侧面角焊缝和
56、斜向角焊缝。焊缝和斜向角焊缝。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心l1l2l1l3l4l5FF正面角焊缝正面角焊缝斜向角焊缝斜向角焊缝侧面角焊缝侧面角焊缝正面角焊缝的工作应力分布（1）n在正面角焊缝的搭接接头中，应力分布很不均匀，在角焊缝的根部和在正面角焊缝的搭接接头中，应力分布很不均匀，在角焊缝的根部和焊趾都有较大的应力集中，其数值与许多因素有关。如减小角焊缝斜焊趾都有较大的应力集中，其数值与许多因素有关。如减小角焊缝斜边和水平边的夹角和增大熔深焊透根部，可降低应力集中系数。边和水平边的夹角和增大熔深焊透根部，可降低应力集中系数。n由于搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，所以承受拉
57、力时，接头上由于搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，所以承受拉力时，接头上产生附加弯曲应力。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的间距产生附加弯曲应力。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的间距应不小于板厚的四倍。即应不小于板厚的四倍。即先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心两种不同受力情况的正面搭接接头两种不同受力情况的正面搭接接头FFFF”ltlt焊趾根部根部正面角焊缝的工作应力分布（2）n由两道正面角焊缝构成的焊接接头中，每道焊缝所担负的力不一定相由两道正面角焊缝构成的焊接接头中，每道焊缝所担负的力不一定相等，它与焊件厚度、搭接长度和受力情况有关。等，它与焊件厚度、搭接长度和受力
58、情况有关。n左图中，若焊件厚度和焊缝尺寸相等，则每道焊缝所受之力也相等。左图中，若焊件厚度和焊缝尺寸相等，则每道焊缝所受之力也相等。n右图中，即使焊件厚度和焊缝尺寸相同，但由于力的作用点不同，上右图中，即使焊件厚度和焊缝尺寸相同，但由于力的作用点不同，上板的搭接区段受板的搭接区段受F力拉伸，下板的搭接区段受力拉伸，下板的搭接区段受F力压缩，故左端两板力压缩，故左端两板的相对位移大于右端，左边的焊缝承受之力比右端的大。搭接长度越的相对位移大于右端，左边的焊缝承受之力比右端的大。搭接长度越大，差别越大。大，差别越大。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心两种不同受力情况的正面搭接接头两种
59、不同受力情况的正面搭接接头FFFF”ltlt正面角焊缝的工作应力分布（3）nF作用下搭接长度与焊件厚度比值对焊缝受力的影响作用下搭接长度与焊件厚度比值对焊缝受力的影响先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心两种不同受力情况的正面搭接接头两种不同受力情况的正面搭接接头FFFF”ltlt焊缝长度l焊件厚度t34510两焊缝受力之比4.966.277.6014.20侧面角焊缝的工作应力分布（1）n用侧面角焊缝连接的搭接接头的工作应力分布更为复杂。焊缝中既有用侧面角焊缝连接的搭接接头的工作应力分布更为复杂。焊缝中既有正应力，又有切应力，且切应力沿侧面焊缝长度上的分布是不均匀的，正应力，又有切应
60、力，且切应力沿侧面焊缝长度上的分布是不均匀的，它与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。它与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。n左图所示受力情况，沿侧面焊缝长度上的剪切力，两端大，中间小，左图所示受力情况，沿侧面焊缝长度上的剪切力，两端大，中间小，因为搭接板材不是绝对刚体，受力时本身产生弹性变形，在两块板的因为搭接板材不是绝对刚体，受力时本身产生弹性变形，在两块板的搭接区段通过各截面的力是不同的。搭接区段通过各截面的力是不同的。n对于右图受力情况，焊缝传递的剪切力以左端最高，向右逐渐减小。对于右图受力情况，焊缝传递的剪切力以左端最高，向右逐渐减小。先进成形制造教育部重点
61、实验室, 焊接技术研究中心两种不同受力情况的侧面搭接接头两种不同受力情况的侧面搭接接头FFFF侧面角焊缝的工作应力分布（2）n对于左图，当按等强设计侧面搭接接头时，假设正应力的许用值为对于左图，当按等强设计侧面搭接接头时，假设正应力的许用值为，切应力的许用值为，切应力的许用值为=0.6 ，焊角，焊角K=板厚板厚t，则焊缝的最小长度，则焊缝的最小长度为为l=1.2B（板宽）（板宽） 。此时，侧面焊缝的最大切应力。此时，侧面焊缝的最大切应力max=1.3，应力集，应力集中系数中系数KT为为2.2。n焊缝较短时（如焊缝较短时（如l=200mm），应力分布较均匀，焊缝较长时（如），应力分布较均匀，焊缝
62、较长时（如l=400mm），应力分布不均匀的程度就更大。），应力分布不均匀的程度就更大。n一般规范规定，侧面焊缝长度一般规范规定，侧面焊缝长度l不得大于不得大于50K。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心FFFF侧面角焊缝的工作应力分布（2）n当两个被连接件的截面积不相等时，切应力的分布当两个被连接件的截面积不相等时，切应力的分布不对称于焊缝中点，而是靠近小断面一端的应力高不对称于焊缝中点，而是靠近小断面一端的应力高于断面大一端。于断面大一端。n这种接头的应力集中比断面相等的接头更为严重。这种接头的应力集中比断面相等的接头更为严重。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心F
63、FFF联合角焊缝的工作应力分布n在只有侧面角焊缝的搭接接头中，焊缝附在只有侧面角焊缝的搭接接头中，焊缝附近有最大正应力，应力集中非常严重。近有最大正应力，应力集中非常严重。n增添正面角焊缝后，由于正面焊缝比侧面增添正面角焊缝后，由于正面焊缝比侧面焊缝刚度大，变形小，承担了一部分外力，焊缝刚度大，变形小，承担了一部分外力，断面上的正应力分布较为均匀，并且侧面断面上的正应力分布较为均匀，并且侧面焊缝的应力分布也得到改善，最大切应力焊缝的应力分布也得到改善，最大切应力降低。因而应力集中得到改善。降低。因而应力集中得到改善。n增添正面角焊缝，不但可以改善应力分布，增添正面角焊缝，不但可以改善应力分布，
64、还可以缩短搭接长度。还可以缩短搭接长度。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心FFFF焊接接头静载强度焊接接头静载强度n工作焊缝和联系焊缝工作焊缝和联系焊缝n对接接头的静载强度对接接头的静载强度n搭接接头的静载强度搭接接头的静载强度n开槽焊接头及塞焊接头的静载强度开槽焊接头及塞焊接头的静载强度n丁字接头的静载强度丁字接头的静载强度n点焊接头的静载强度点焊接头的静载强度n焊缝许用应力焊缝许用应力先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心工作焊缝和联系焊缝工作焊缝和联系焊缝n焊接结构上的焊缝根据其载荷的传递情况可分为两种：工作焊缝和焊接结构上的焊缝根据其载荷的传递情况可分为两种：工
65、作焊缝和联系焊缝。联系焊缝。n n工作焊缝工作焊缝工作焊缝工作焊缝：焊缝与被连接元件是串联的，它承载着全部载荷的作焊缝与被连接元件是串联的，它承载着全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效。用，一旦断裂，结构就立即失效。n n联系焊缝联系焊缝联系焊缝联系焊缝：焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间的相互联系作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。起元件之间的相互联系作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。n设计时，工作焊缝的强度必须计算，而联系焊缝的强度无须计算。设计时，工作焊缝的强度必须计算，而联系焊缝的强度无须计算。既有工作应力，
66、又有联系应力时，则只计算工作应力，而不考虑联既有工作应力，又有联系应力时，则只计算工作应力，而不考虑联系应力。系应力。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心对接接头的静载强度对接接头的静载强度n计算对接接头时，不考虑焊计算对接接头时，不考虑焊缝加强高，所以计算基本金缝加强高，所以计算基本金属强度的公式也完全适用于属强度的公式也完全适用于计算这种接头。计算这种接头。n焊缝计算长度取实际长度，焊缝计算长度取实际长度，计算厚度取两板中较薄者。计算厚度取两板中较薄者。n如果焊缝金属的许用应力与如果焊缝金属的许用应力与基本金属相同，则不必进行基本金属相同，则不必进行强度计算。强度计算。先进成形
67、制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2l对接接头（全部焊透）对接接头（全部焊透）对接接头受拉力对接接头受拉力n对接接头受拉力时，按焊缝许用拉应力对接接头受拉力时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：演算其强度：先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2lFF对接接头受压力对接接头受压力n对接接头受压力时，按焊缝许用压应力对接接头受压力时，按焊缝许用压应力a演算其强度：演算其强度：先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2lFF对接接头受剪切力对接接头受剪切力n对接接头受剪切力时，按焊缝许用拉应力对接接头受剪切力时，按焊缝许用拉应力演算其强度：演算其强度：先进成形
68、制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2lQQ对接接头受板平面内弯矩对接接头受板平面内弯矩n对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：演算其强度：先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2lM1M1对接接头受垂直板面弯矩对接接头受垂直板面弯矩n对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：演算其强度：先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心t1t2lM2M2长焊缝小间距搭接接头长焊缝小间距搭接接头n作用力作用力F F与焊缝垂直：与焊缝垂直：n作用力作用力F F与焊缝平行：与焊缝平行：先进成
69、形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心FLKlhFLKhl短焊缝大间距搭接接头短焊缝大间距搭接接头n作用力作用力F F与焊缝平行：与焊缝平行：n作用力作用力F F与焊缝垂直：与焊缝垂直：先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心FLKhlFLKlh开槽焊接头开槽焊接头n开槽焊接头承受剪切力，它作用于焊缝金开槽焊接头承受剪切力，它作用于焊缝金属与母材接触面上，因此容许载荷能力取属与母材接触面上，因此容许载荷能力取决于焊缝金属与母材接触面积的大小。决于焊缝金属与母材接触面积的大小。n接触面积与开槽长度接触面积与开槽长度L L和板厚和板厚t t成正比。成正比。n受焊接方法及可达性影响。当开
70、槽的可焊受焊接方法及可达性影响。当开槽的可焊到性差时，焊接接头强度有所降低，取到性差时，焊接接头强度有所降低，取m=0.7m=0.7。当开槽的可焊到性较好或采用埋。当开槽的可焊到性较好或采用埋弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取m=1.0m=1.0。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心Ft2tLF塞焊接头塞焊接头n塞焊接头也承受剪切力，也作用于焊缝金属与母材接触面上，因此容许载荷能塞焊接头也承受剪切力，也作用于焊缝金属与母材接触面上，因此容许载荷能力也取决于焊缝金属与母材接触面积的大小。力也取决于焊缝金属与母材接触面积的大小。n焊缝金属接触面积与焊点直径
71、焊缝金属接触面积与焊点直径d d的平方及点数的平方及点数n n成正比。成正比。n受焊接方法及可达性影响。当可焊到性差时，焊接接头强度有所降低，取受焊接方法及可达性影响。当可焊到性差时，焊接接头强度有所降低，取m=0.7m=0.7。当可焊到性较好或采用埋弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取当可焊到性较好或采用埋弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取m=1.0m=1.0。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心FtA-AdFAA焊缝许用应力焊缝许用应力n焊缝许用应力的大小不但与材料种类和焊接工艺有关，而且与焊接检焊缝许用应力的大小不但与材料种类和焊接工艺有关，而且与焊接检验方法的精确程度密切相关。验
72、方法的精确程度密切相关。n随着焊接技术的不断发展，以及焊接检验方法的日益改进，焊接接头随着焊接技术的不断发展，以及焊接检验方法的日益改进，焊接接头的可靠性不断提高，焊缝的许用应力也相应增大。的可靠性不断提高，焊缝的许用应力也相应增大。n确定焊缝的许用应力有两种方法：确定焊缝的许用应力有两种方法：n按基本金属的许用应力乘以一个系数按基本金属的许用应力乘以一个系数n采用已经规定的具体数值采用已经规定的具体数值先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心系数法确定焊缝许用应力系数法确定焊缝许用应力先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝种类应力状态焊缝许用应力42kg及50kg级焊条
73、电弧焊低氢焊条电弧焊、自动焊和半自动焊对接缝拉应力压应力切应力0.90.60.65角焊缝切应力0.60.65 表中表中 为基本金属的拉伸许用应力。为基本金属的拉伸许用应力。 适用于低碳钢及适用于低碳钢及50kg50kg级以下低合金结构钢。级以下低合金结构钢。采用已经规定的具体数值采用已经规定的具体数值n普通检查方法：外观检查、测量尺寸和钻孔检查等；n精确检查方法：在普通检查的基础上，用射线和超声波进行补充检查。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝种类应力种类符号自动焊、半自动焊和焊条电弧焊（J422）自动焊、半自动焊和焊条电弧焊构件钢号Q215Q23516Mn或16Mnq第一组
74、第二、三组第一组第二、三组第一组 第二组 第三组对接焊缝抗压a152136166.5152235226210抗拉自动焊或用普通方法检查的手工焊和半自动焊1152136166.5152235226210用普通方法检查的手工焊和半自动焊1127117.5142127201191181抗剪93839893142136127角焊缝抗拉、抗压、抗剪107107117.5117.5166.5166.5166.5 钢结构焊缝许用应力钢结构焊缝许用应力 单位：单位：MPaMPa钢材的分组尺寸钢材的分组尺寸先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心组别钢材的钢号Q215或Q23516Mn或16Mnq 棒钢
75、的直径或厚度型钢或异型钢厚度钢板厚度钢材的直径或厚度第一组第二组第三组40401001515202042020401617252636焊缝的合理布置焊缝的合理布置 n焊缝布置应尽量采用平焊缝：平焊容易操作，劳动条件好，生产率焊缝布置应尽量采用平焊缝：平焊容易操作，劳动条件好，生产率高，焊缝质量容易得到保证。高，焊缝质量容易得到保证。 n焊缝布置要便于施焊：焊接时焊缝布置要留有足够的操作空间，使焊缝布置要便于施焊：焊接时焊缝布置要留有足够的操作空间，使焊接工具能自如地进行操作。图焊接工具能自如地进行操作。图a a 布置不合理，不便焊条伸到待焊布置不合理，不便焊条伸到待焊部位，无法施焊，改为图部位
76、，无法施焊，改为图b b 后操作便能顺利行。后操作便能顺利行。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝的合理布置焊缝的合理布置n尽量减小焊缝长度和数量减少焊缝长度和数量，能有效地减少焊接应力尽量减小焊缝长度和数量减少焊缝长度和数量，能有效地减少焊接应力和变形，同时减少焊接材料消耗，降低成本，提高生产率。和变形，同时减少焊接材料消耗，降低成本，提高生产率。n如图如图a a所示焊件用四块钢板组焊而成，有四道焊缝。若改造为下图、所示焊件用四块钢板组焊而成，有四道焊缝。若改造为下图、c c结构，采用型材和冲压件减少焊缝，可简化焊接工艺和减少焊接变形。结构，采用型材和冲压件减少焊缝，可简化焊
77、接工艺和减少焊接变形。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝的合理布置焊缝的合理布置n焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位：焊缝处存在残余应力和焊接焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位：焊缝处存在残余应力和焊接缺陷，往往是力学性能较为薄弱的部位，因此，要求焊缝避开应力较大缺陷，往往是力学性能较为薄弱的部位，因此，要求焊缝避开应力较大部位。如大跨度横梁，最大应力和焊缝在跨度中间，把焊缝移到两边靠部位。如大跨度横梁，最大应力和焊缝在跨度中间，把焊缝移到两边靠近支承点处，改善焊缝受力状况，提高横梁承载能力。又如对压力容器近支承点处，改善焊缝受力状况，提高横梁承载能力。又如对压力容器应使
78、焊缝避开应力集中的转角处，采用碟形封头结构较合理。应使焊缝避开应力集中的转角处，采用碟形封头结构较合理。n焊缝应尽量远离机械加工面：当焊件上有要求较高的加工表面时，且必焊缝应尽量远离机械加工面：当焊件上有要求较高的加工表面时，且必须加工后焊接时，为了防止焊接时已加工面受热而影响其形状和尺寸精须加工后焊接时，为了防止焊接时已加工面受热而影响其形状和尺寸精度，焊缝应尽量远离机械加工面。若焊缝必须靠近加工表面，则先焊而度，焊缝应尽量远离机械加工面。若焊缝必须靠近加工表面，则先焊而后加工。后加工。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊缝的合理布置焊缝的合理布置n焊缝布置应避免密集交叉，尽
79、量对称布置焊缝布置应避免密集交叉，尽量对称布置 n焊缝密集及交叉会使接头处严重过热，组织恶化，承载能力降低，严重时会引起焊缝密集及交叉会使接头处严重过热，组织恶化，承载能力降低，严重时会引起裂纹。图裂纹。图 a a 结构不合理；结构合理。结构不合理；结构合理。n焊缝的均匀对称可减少焊接应力分布不对称而产生的变形，图焊缝的均匀对称可减少焊接应力分布不对称而产生的变形，图 a a 焊缝偏于剖面焊缝偏于剖面中性轴一侧，焊后会产生较大弯曲变形；图中性轴一侧，焊后会产生较大弯曲变形；图 b b 的两条焊缝对称于剖面中性轴，的两条焊缝对称于剖面中性轴，有可能使焊缝所产生的弯曲变形互相抵消，焊后无明显弯曲变
80、形。有可能使焊缝所产生的弯曲变形互相抵消，焊后无明显弯曲变形。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接变形及预防措施焊接变形及预防措施 n焊接构件因焊接而产生的内应力称焊接应力，焊件因焊接而产生的变形称为焊接焊接构件因焊接而产生的内应力称焊接应力，焊件因焊接而产生的变形称为焊接变形。焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度变形。焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。n变形是焊件自身降低其应力状态的结果，变形的表现形式与工件的截面尺
81、寸、焊变形是焊件自身降低其应力状态的结果，变形的表现形式与工件的截面尺寸、焊缝布置、焊接元件的组合方式及焊接接头的型式等因素有关。缝布置、焊接元件的组合方式及焊接接头的型式等因素有关。 焊接变形的基本焊接变形的基本形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。 先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接变形及预防措施焊接变形及预防措施n焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和外形美观，严重时还可能降低承载能力，焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和外形美观，严重时还可能降低承载能力，甚至造成事故。为了防止和减少焊接变形，设计时应尽可能采用合理结构形
82、式和甚至造成事故。为了防止和减少焊接变形，设计时应尽可能采用合理结构形式和采用必要的焊接工艺措施。采用必要的焊接工艺措施。 n 采用合理的结构采用合理的结构 设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力情况下，采用设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力情况下，采用尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称布置；焊缝分散，避免集中。尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称布置；焊缝分散，避免集中。 n 反变形法用经验和计算方法，估计焊后可能发生的变形大小和方向，焊前反变形法用经验和计算方法，估计焊后可能发生的变形大小和方向，焊前将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。
83、先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心防止角变形的反变形防止角变形的反变形焊接变形及预防措施焊接变形及预防措施n 刚性固定法焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或定刚性固定法焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或定位点焊强制固定，以防止和加小变形。刚性固定法只适用于工件塑性位点焊强制固定，以防止和加小变形。刚性固定法只适用于工件塑性较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免焊后断裂。焊后断裂。 n 焊接顺序变换法安排焊接顺序时应尽可能考虑焊缝自由伸缩，对焊接顺序变换法安排焊接顺序时应尽可能考虑焊
84、缝自由伸缩，对称截面梁焊接次序要交替进行。称截面梁焊接次序要交替进行。n 焊前预热，焊后处理焊前对工件预热可以减少焊件各部位温差，焊前预热，焊后处理焊前对工件预热可以减少焊件各部位温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效力退火或用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效地减小焊接变形。地减小焊接变形。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心焊接缺陷及防止方法焊接缺陷及防止方法n焊缝金属裂纹焊缝金属裂纹n夹杂夹杂n气孔气孔n咬边咬边n
85、未熔合未熔合先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心n未焊透未焊透n熔透过大熔透过大n蛇形焊道蛇形焊道n焊接飞溅焊接飞溅焊缝金属裂纹焊缝金属裂纹n缺陷形成原因缺陷形成原因n焊缝深宽比太大焊缝深宽比太大n焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道）焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道）n焊缝末端处的弧坑冷却过快焊缝末端处的弧坑冷却过快n预防措施预防措施n增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深n减慢行走速度以加大焊道的横截面减慢行走速度以加大焊道的横截面n采用衰减控制以减小冷却速度；适当地填充弧坑；在完成焊道的顶采用衰减控制以减小冷却速度；适当地填充
86、弧坑；在完成焊道的顶部采用分段退焊技术一直到焊缝结束部采用分段退焊技术一直到焊缝结束先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心夹杂夹杂n缺陷形成原因缺陷形成原因n采用多焊道短路过渡（熔焊渣型夹杂物）采用多焊道短路过渡（熔焊渣型夹杂物）n高的行走速度（氧化膜型夹杂物）高的行走速度（氧化膜型夹杂物）n预防措施预防措施n在焊接后续焊道之前，清除掉焊缝边上的渣壳在焊接后续焊道之前，清除掉焊缝边上的渣壳n减小行走速度；采用含脱氧剂较高的焊丝；提高电弧电压减小行走速度；采用含脱氧剂较高的焊丝；提高电弧电压先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心气孔气孔n缺陷形成原因缺陷形成原因n保护气体覆盖
87、不足保护气体覆盖不足n焊丝的污染焊丝的污染n工件的污染工件的污染n电弧电压太高电弧电压太高n喷嘴与工件距离太大喷嘴与工件距离太大先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心n预防措施预防措施n增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；减小保增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；减小保护气体的流量，以防止卷入空气；清除气体喷嘴内的护气体的流量，以防止卷入空气；清除气体喷嘴内的飞溅；避免周边环境的空气流过大，破坏气体保护；飞溅；避免周边环境的空气流过大，破坏气体保护；降低焊接速度；减小喷嘴到工件的距离；焊接结束时降低焊接速度；减小喷嘴到工件的距离；焊接结束时应在熔池凝固之后再移开焊枪喷嘴应在熔
88、池凝固之后再移开焊枪喷嘴n采用清洁而干燥的焊丝；清除焊丝在送丝装置中或导采用清洁而干燥的焊丝；清除焊丝在送丝装置中或导丝管中粘附上的润滑剂丝管中粘附上的润滑剂n在焊接之前清除工件表面上的全部油脂、锈、油漆和在焊接之前清除工件表面上的全部油脂、锈、油漆和尘土；采用含脱氧剂的焊丝尘土；采用含脱氧剂的焊丝n减小电弧电压减小电弧电压n减小焊丝的伸出长度减小焊丝的伸出长度咬边咬边n缺陷形成原因缺陷形成原因n焊接速度太高；电弧电压太高；电流过大焊接速度太高；电弧电压太高；电流过大n停留时间不足停留时间不足n焊枪角度不正确焊枪角度不正确n预防措施预防措施n减慢焊接速度；降低电压；降低送丝速度减慢焊接速度；降
89、低电压；降低送丝速度n增加在熔池边缘的停留时间增加在熔池边缘的停留时间n改变焊枪角度使电弧力推动金属流动改变焊枪角度使电弧力推动金属流动先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心未熔合未熔合n缺陷形成原因缺陷形成原因n焊缝区表面有氧化膜或锈皮焊缝区表面有氧化膜或锈皮n热输入不足；焊接熔池太大热输入不足；焊接熔池太大n焊接技术不合适；接头设计不合理焊接技术不合适；接头设计不合理n预防措施预防措施n在焊接之前清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮或杂质在焊接之前清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮或杂质n提高送丝速度和电弧电压；减小焊接速度提高送丝速度和电弧电压；减小焊接速度n减小电弧
90、摆动以减小焊接熔池减小电弧摆动以减小焊接熔池n采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘停留；焊丝应指向熔池的前沿采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘停留；焊丝应指向熔池的前沿n坡口角应足够大，以便减小焊丝伸出长度（增大电流），使电弧直接加热熔池底坡口角应足够大，以便减小焊丝伸出长度（增大电流），使电弧直接加热熔池底部；坡口设计为部；坡口设计为J形或形或U形形先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心未焊透未焊透先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心n曲线形成原因曲线形成原因n坡口加工不合适；焊接技术不合适；热输入不合适坡口加工不合适；焊接技术不合适；热输入不合适n预防措施预防措
91、施n接头设计必须合适，适当加大坡口角度，使焊枪能够直接作用到熔池接头设计必须合适，适当加大坡口角度，使焊枪能够直接作用到熔池底部，同时要保持喷嘴到工件的距离合适；减小钝边高度；设置或增底部，同时要保持喷嘴到工件的距离合适；减小钝边高度；设置或增大对接接头中的底层间隙大对接接头中的底层间隙n使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深；是电弧处在熔池的使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深；是电弧处在熔池的前沿前沿n提高送丝速度以获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适提高送丝速度以获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适熔透过大熔透过大先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心
92、n曲线形成原因曲线形成原因n热输入过大热输入过大n坡口加工不合适坡口加工不合适n预防措施预防措施n减小送丝速度和电弧电压；提高焊接速度减小送丝速度和电弧电压；提高焊接速度n减小过大的底层间隙；增大钝边高度减小过大的底层间隙；增大钝边高度蛇形焊道蛇形焊道先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心n曲线形成原因曲线形成原因n焊丝伸出长度过大焊丝伸出长度过大n焊丝的校正机构调整不良焊丝的校正机构调整不良n导电嘴磨损严重导电嘴磨损严重n预防措施预防措施n保持合适的焊丝伸出长度保持合适的焊丝伸出长度n再仔细调整再仔细调整n更换新的导电嘴更换新的导电嘴焊接飞溅焊接飞溅先进成形制造教育部重点实验室,
93、焊接技术研究中心n曲线形成原因曲线形成原因n电弧电压过高或过低电弧电压过高或过低n焊丝与工件清理不良焊丝与工件清理不良n焊丝不均匀焊丝不均匀n导电嘴磨损严重导电嘴磨损严重n焊机动特性不合适焊机动特性不合适n预防措施预防措施n根据焊接电流仔细调节电压；采用一元化调节焊机根据焊接电流仔细调节电压；采用一元化调节焊机n焊前仔细清理焊丝及坡口处焊前仔细清理焊丝及坡口处n检查压丝轮和送丝软管（修理或更换）检查压丝轮和送丝软管（修理或更换）n更换新导电嘴更换新导电嘴n对于整流式焊机应调节直流电感；对于逆变式焊机须调节控制回路的电子电抗器对于整流式焊机应调节直流电感；对于逆变式焊机须调节控制回路的电子电抗器
94、内容目录n焊接工艺概述焊接工艺概述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, 焊接技术研究中心点焊结构设计点焊结构设计n考虑到焊点的可靠性，一般车身上的点焊设计为二层板，尽考虑到焊点的可靠性，一般车身上的点焊设计为二层板，尽量少用三层板，不用四层板。量少用三层板，不用四层板。n一般二层板连接的板材厚度差小于一般二层板连接的板材厚度差小于2.5mm2.5mm。如，不采。如，不采用。用。n三层板连接的板厚，最厚板与最薄板的厚度差低于三层板连接的板厚，最厚板与最薄板的厚度差低于2.0mm2.
95、0mm。如，。如，不采用。不采用。n如果最厚的板厚超过如果最厚的板厚超过3.5mm3.5mm，一般采用凸焊或弧焊。，一般采用凸焊或弧焊。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心点焊搭接形式点焊搭接形式n 零件无翻边，只有搭接边零件无翻边，只有搭接边n 零件有翻边零件有翻边n 一个零件有翻边，另一个零件一个零件有翻边，另一个零件 无翻边无翻边先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心搭接边或翻边一般为搭接边或翻边一般为15-18mm15-18mm；采用单排或双排点焊结构，焊点均布；焊点；采用单排或双排点焊结构，焊点均布；焊点间距为间距为15-20 mm15-20 mm或或20-30
96、mm20-30mm。三层板接头形式三层板接头形式n当三层板的总厚度大于当三层板的总厚度大于3.5mm3.5mm时，如，可以设计成交错连接的形式。时，如，可以设计成交错连接的形式。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心BBB-B中间板有中间板有U U形开口，一侧板为平板，另一形开口，一侧板为平板，另一侧板有凸台侧板有凸台AAA-A中间板为平板，两侧板有中间板为平板，两侧板有U U形开口形开口凸焊和螺栓焊结构凸焊和螺栓焊结构n部分小的加强板，由于板厚较厚，可达部分小的加强板，由于板厚较厚，可达 3 .5mm 3 .5mm或或4mm4mm，采用点焊无，采用点焊无法焊牢，采用弧焊则产生较大的
97、热变形，因而可以采用法焊牢，采用弧焊则产生较大的热变形，因而可以采用凸焊凸焊形式。形式。n凸焊时，在加强板上冲出凸点，可以牢固地焊在车身上。装配各种凸焊时，在加强板上冲出凸点，可以牢固地焊在车身上。装配各种总装零件的螺母，也可以采用凸焊焊在车身上。总装零件的螺母，也可以采用凸焊焊在车身上。n为了装配各种总装零件，如线束、地毯、仪表盘、发动机、座椅、为了装配各种总装零件，如线束、地毯、仪表盘、发动机、座椅、前桥、后桥、油箱等，车身上焊接了很多螺栓。前桥、后桥、油箱等，车身上焊接了很多螺栓。n螺栓一般采用螺栓焊螺栓一般采用螺栓焊。一般一部整车上有。一般一部整车上有300300多只多只2020多种螺
98、栓，它们多种螺栓，它们的长度、直径、螺纹和处理方式等各不相同。的长度、直径、螺纹和处理方式等各不相同。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心点焊或缝焊焊缝布置点焊或缝焊焊缝布置n点焊和缝焊焊接时，要求电极能方便地伸入待焊位置。图点焊和缝焊焊接时，要求电极能方便地伸入待焊位置。图a a 结构不合理，改为图结构不合理，改为图b b结构合理。结构合理。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的接头缺陷电阻焊的接头缺陷n接头外部或内部的缺陷是评定电阻焊质量的重要指标。接头外部或内部的缺陷是评定电阻焊质量的重要指标。n电阻焊可能产生的缺陷有：未熔合或未完全熔合、裂纹、电阻焊可能产
99、生的缺陷有：未熔合或未完全熔合、裂纹、气孔、缩孔、结合线伸入、烧伤、烧穿、边缘涨裂、过气孔、缩孔、结合线伸入、烧伤、烧穿、边缘涨裂、过深压痕、火口未闭合和过热组织等。深压痕、火口未闭合和过热组织等。n这些缺陷在工件上是否允许存在、是否允许修补是由缺这些缺陷在工件上是否允许存在、是否允许修补是由缺陷的特性、被焊材料的性能，以及接头的等级决定的。陷的特性、被焊材料的性能，以及接头的等级决定的。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心未熔合和完全未熔合未熔合和完全未熔合n未熔合和完全未熔合是较严重的缺陷，直接影响接头的强度，尤未熔合和完全未熔合是较严重的缺陷，直接影响接头的强度，尤其是疲劳强
100、度和缝焊焊缝的密封性。其是疲劳强度和缝焊焊缝的密封性。n缺陷特征：缺陷特征：未熔合缺陷，在宏观金相试件上看不到熔核和焊缝，未熔合缺陷，在宏观金相试件上看不到熔核和焊缝，而是呈塑性粘合。未完全熔合缺陷的特征是焊点过小或熔核偏而是呈塑性粘合。未完全熔合缺陷的特征是焊点过小或熔核偏心，形成结合面上的熔核直径小于规定值，或在焊点和缝焊焊心，形成结合面上的熔核直径小于规定值，或在焊点和缝焊焊缝中只局部熔合。存在这种缺陷的接头强度较低。缝中只局部熔合。存在这种缺陷的接头强度较低。n产生的原因：产生的原因：焊接区热输入不足及散热热量过多引起的，如焊接焊接区热输入不足及散热热量过多引起的，如焊接电流过小、时间
101、过短、分流过大、电极端面尺寸偏大等。电流过小、时间过短、分流过大、电极端面尺寸偏大等。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心裂纹裂纹n裂纹是危害性较大的一种缺陷，有外部裂纹和内部裂纹之分。裂裂纹是危害性较大的一种缺陷，有外部裂纹和内部裂纹之分。裂纹对承受静载荷的接头强度有一定影响，对承受动载荷和疲劳纹对承受静载荷的接头强度有一定影响，对承受动载荷和疲劳载荷的接头影响显著。载荷的接头影响显著。n避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和及时加压，以减小熔核结避免裂纹的主要措施为减缓冷却速度和及时加压，以减小熔核结晶时的内部拉应力。晶时的内部拉应力。n焊后排除裂纹常用磨去裂纹，再用焊条电弧焊或氩
102、弧焊补焊的方焊后排除裂纹常用磨去裂纹，再用焊条电弧焊或氩弧焊补焊的方法。对点焊也可以钻掉焊点，以铆钉代之。法。对点焊也可以钻掉焊点，以铆钉代之。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心气孔和缩孔气孔和缩孔n是一种常见缺陷。在高温合金点焊和缝焊时更为普遍。气孔和缩孔是一种常见缺陷。在高温合金点焊和缝焊时更为普遍。气孔和缩孔若无裂纹伴生，则对接头强度无明显影响，但对动载和冲击性能则若无裂纹伴生，则对接头强度无明显影响，但对动载和冲击性能则有一定影响。有一定影响。n气孔和缩孔过大、存在于熔核边缘或有裂纹伴生，则应根据接头等气孔和缩孔过大、存在于熔核边缘或有裂纹伴生，则应根据接头等级予以不同的
103、限制。级予以不同的限制。n点焊时，可用低惯性电极和增加锻压力的方法来克服此种缺陷，也点焊时，可用低惯性电极和增加锻压力的方法来克服此种缺陷，也可采用减缓冷却速度的规范措施。缝焊时仅能用后一种方案。可采用减缓冷却速度的规范措施。缝焊时仅能用后一种方案。n一般常用焊条电弧焊或重新点焊的方法修补气孔或缩孔。一般常用焊条电弧焊或重新点焊的方法修补气孔或缩孔。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心压痕过深压痕过深n在质量检验标准中，点焊和缝焊的压痕深度一般规定应小于板材厚在质量检验标准中，点焊和缝焊的压痕深度一般规定应小于板材厚度的度的15%，最大不超过，最大不超过20-25%。若超过此规定，
104、则为压痕过深，。若超过此规定，则为压痕过深，作为焊接缺陷处理。作为焊接缺陷处理。n压痕过深对焊点和焊缝强度有一定影响。压痕过深对焊点和焊缝强度有一定影响。n避免压痕过深的措施是尽可能采用较硬的焊接规范和加强冷却，降避免压痕过深的措施是尽可能采用较硬的焊接规范和加强冷却，降低工件的表面温度。低工件的表面温度。n压痕过深常用焊条电弧焊或氩弧焊修补并锉修平整。压痕过深常用焊条电弧焊或氩弧焊修补并锉修平整。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心表面烧伤和表面发黑表面烧伤和表面发黑n表面烧伤、表面粘铜和表面发黑是常见的一种缺表面烧伤、表面粘铜和表面发黑是常见的一种缺陷，其中表面发黑是铝及铝合金
105、点焊和缝焊时的陷，其中表面发黑是铝及铝合金点焊和缝焊时的一种缺陷。一种缺陷。n该种缺陷不影响接头的强度，但影响接头的表面该种缺陷不影响接头的强度，但影响接头的表面质量和耐腐蚀性能。因此应引起粗够的重视。质量和耐腐蚀性能。因此应引起粗够的重视。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心喷溅喷溅n喷溅是点焊和缝焊中常见的一种缺陷。某些产品轻微喷溅是允许的喷溅是点焊和缝焊中常见的一种缺陷。某些产品轻微喷溅是允许的（如汽车零件非暴露部件），不作为缺陷处理。（如汽车零件非暴露部件），不作为缺陷处理。n但大的喷溅是十分有害的，因为喷溅破坏了焊点四周的塑性环，降但大的喷溅是十分有害的，因为喷溅破坏了焊
106、点四周的塑性环，降低了接头的强度和塑性；喷溅伴随有缩孔和裂纹，影响接头的动载低了接头的强度和塑性；喷溅伴随有缩孔和裂纹，影响接头的动载强度；喷溅破坏了工件表面，影响表面质量和耐腐蚀性能，因而过强度；喷溅破坏了工件表面，影响表面质量和耐腐蚀性能，因而过大的喷溅应尽量避免。大的喷溅应尽量避免。n防止喷溅的措施防止喷溅的措施有：缩短通电时间及减小焊接电流，或者加预热脉有：缩短通电时间及减小焊接电流，或者加预热脉冲，加强工件表面清理等。冲，加强工件表面清理等。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心结合线伸入结合线伸入n结合线伸入是点焊和缝焊某些高温合金和铝合金时特有的缺陷，结合线伸入是点焊和
107、缝焊某些高温合金和铝合金时特有的缺陷，是指两板贴合面伸入到熔核中的部分。是指两板贴合面伸入到熔核中的部分。n结合线伸入减小了熔核的有效直径，会降低接头强度。当伸入结合线伸入减小了熔核的有效直径，会降低接头强度。当伸入前端伴有裂纹时，还会影响接头的动载强度和高温持久强度。前端伴有裂纹时，还会影响接头的动载强度和高温持久强度。n避免熔合线伸入的主要措施是加强焊前工件的表面清理。避免熔合线伸入的主要措施是加强焊前工件的表面清理。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心过烧组织和过热组织过烧组织和过热组织n这种缺陷出现在接头的热影响区中，在铝合金点焊和缝这种缺陷出现在接头的热影响区中，在铝合金
108、点焊和缝焊接头中，当焊接参数不当时会出现过烧组织；高温合焊接头中，当焊接参数不当时会出现过烧组织；高温合金接头中会产生局部熔化组织。这种组织虽然未发现与金接头中会产生局部熔化组织。这种组织虽然未发现与接头强度有直接关系，但也应引起重视。接头强度有直接关系，但也应引起重视。n在某些材料的闪光对焊接头热影响区中，会出现过热组在某些材料的闪光对焊接头热影响区中，会出现过热组织。典型的过热组织是粗大或网状的魏氏体组织。它会织。典型的过热组织是粗大或网状的魏氏体组织。它会使接头变脆，降低接头的冲击韧度和疲劳强度，因此在使接头变脆，降低接头的冲击韧度和疲劳强度，因此在生产中的限制应较严格。生产中的限制应较
109、严格。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心白斑和灰斑白斑和灰斑n是对焊碳钢和某些合金钢接头中出现的一种特是对焊碳钢和某些合金钢接头中出现的一种特殊形态的夹杂物，是在顶锻时氧化物挤出过程殊形态的夹杂物，是在顶锻时氧化物挤出过程中的残留薄膜，通常呈放射状或块状。这是一中的残留薄膜，通常呈放射状或块状。这是一种严重的缺陷。种严重的缺陷。n解决白斑和灰斑的最主要措施是彻底挤出液态解决白斑和灰斑的最主要措施是彻底挤出液态金属面上的氧化物。加大顶锻留量是最有效的金属面上的氧化物。加大顶锻留量是最有效的手段。手段。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心汽车焊接结构的疲劳断裂及预防措施汽
110、车焊接结构的疲劳断裂及预防措施n疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。大量统计疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式。大量统计资料表明，由于疲劳而失效的金属结构，约占失效结资料表明，由于疲劳而失效的金属结构，约占失效结构的构的90%。n疲劳一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳又往疲劳一般从应力集中处开始，而焊接结构的疲劳又往往从焊接接头处产生。往从焊接接头处产生。n采用合理的焊接接头设计，提高焊缝质量、消除焊接采用合理的焊接接头设计，提高焊缝质量、消除焊接缺陷是防止和减少结构疲劳事故的重要方面。缺陷是防止和减少结构疲劳事故的重要方面。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心影响焊接接头
111、疲劳强度的因素影响焊接接头疲劳强度的因素n应力集中应力集中应力集中应力集中n近缝区金属性能变化近缝区金属性能变化近缝区金属性能变化近缝区金属性能变化n残余应力残余应力残余应力残余应力n焊接缺陷焊接缺陷焊接缺陷焊接缺陷先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心影响焊接接头疲劳强度的因素（影响焊接接头疲劳强度的因素（1 1）n n应力集中应力集中应力集中应力集中：焊接结构中，在接头部位由于具有不同的应力集中，它焊接结构中，在接头部位由于具有不同的应力集中，它们会对接头的疲劳强度产生不同程度的不利影响。们会对接头的疲劳强度产生不同程度的不利影响。 （应力集中与接（应力集中与接头形式和焊缝成形有
112、关）头形式和焊缝成形有关）n对接焊缝对接焊缝由于形状变化不大，因此它的应力集中比其他形式接头要小，由于形状变化不大，因此它的应力集中比其他形式接头要小，但是过大的加强高和过大的基本金属与焊缝金属的过渡角，都会增但是过大的加强高和过大的基本金属与焊缝金属的过渡角，都会增加应力集中，使接头的疲劳强度下降。加应力集中，使接头的疲劳强度下降。n丁字和十字接头焊缝丁字和十字接头焊缝向基本金属过渡处有明显的断面变化，其应力集向基本金属过渡处有明显的断面变化，其应力集中系数要比对接接头的应力集中系数高。中系数要比对接接头的应力集中系数高。n搭接接头搭接接头的疲劳强度也是很低的。的疲劳强度也是很低的。先进成形
113、制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心影响焊接接头疲劳强度的因素（影响焊接接头疲劳强度的因素（2 2）n n近缝区金属性能变化：近缝区金属性能变化：近缝区金属性能变化：近缝区金属性能变化：（与材料种类和焊接线能量有关）（与材料种类和焊接线能量有关）n低碳钢焊接接头低碳钢焊接接头，在常用的线能量下焊接，热影响区和基本金属的疲，在常用的线能量下焊接，热影响区和基本金属的疲劳强度相当接近。只有在非常高的线能量下焊接，能使热影响区对劳强度相当接近。只有在非常高的线能量下焊接，能使热影响区对应力集中的敏感性下降，其疲劳强度可比基本金属高得多。所以低应力集中的敏感性下降，其疲劳强度可比基本金属高得多。所
114、以低碳钢的近缝区金属力学性能的变化对接头的疲劳强度影响较小。碳钢的近缝区金属力学性能的变化对接头的疲劳强度影响较小。n低合金钢和高强度钢低合金钢和高强度钢在焊接热循环的作用下，热影响区的力学性能变在焊接热循环的作用下，热影响区的力学性能变化比低碳钢大。如果热影响区的尺寸不大，就不会降低焊接接头的化比低碳钢大。如果热影响区的尺寸不大，就不会降低焊接接头的疲劳强度。可是，如果在硬夹软接头中的软夹层中有严重的应力集疲劳强度。可是，如果在硬夹软接头中的软夹层中有严重的应力集中因素时，其疲劳强度大大降低。中因素时，其疲劳强度大大降低。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心影响焊接接头疲劳强度的
115、因素（影响焊接接头疲劳强度的因素（3 3）n n残余应力：残余应力：残余应力：残余应力：焊接残余应力在焊接接头中广泛存在，它对疲劳强焊接残余应力在焊接接头中广泛存在，它对疲劳强度的影响较大。度的影响较大。n若若内应力为正值内应力为正值时，会降低构件的疲劳强度；时，会降低构件的疲劳强度；n当当内应力为负值内应力为负值时，构件的疲劳强度将有所提高；时，构件的疲劳强度将有所提高；n焊接内应力对疲劳强度的影响与疲劳载荷的焊接内应力对疲劳强度的影响与疲劳载荷的应力循环特征系数应力循环特征系数有有关，在关，在min/max比值较低时影响比较大。比值较低时影响比较大。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术
116、研究中心影响焊接接头疲劳强度的因素（影响焊接接头疲劳强度的因素（4 4）n n焊接缺陷：焊接缺陷：焊接缺陷：焊接缺陷：焊接缺陷对疲劳强度的影响程度与缺陷的种类、尺焊接缺陷对疲劳强度的影响程度与缺陷的种类、尺寸、方向和位置有关。寸、方向和位置有关。n片状缺陷片状缺陷（如裂纹、未熔合、未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔（如裂纹、未熔合、未焊透）比带圆角的缺陷（如气孔等）影响大；等）影响大；n表面缺陷表面缺陷比内部缺陷影响大；比内部缺陷影响大；n与作用力方向垂直与作用力方向垂直的片状缺陷的影响比其他方向的大；的片状缺陷的影响比其他方向的大；n位于残余拉应力区内位于残余拉应力区内缺陷的应力比在残余压应力区
117、内的大；缺陷的应力比在残余压应力区内的大；n位于应力集中区位于应力集中区的缺陷（如焊缝趾部裂纹）的影响比在均匀应力的缺陷（如焊缝趾部裂纹）的影响比在均匀应力场中同样缺陷影响大。场中同样缺陷影响大。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心提高焊接接头疲劳强度的措施（提高焊接接头疲劳强度的措施（1 1）n采用合理的构件结构形式，减少应力集中。采用合理的构件结构形式，减少应力集中。n采用应力集中系数小的焊接接头。采用应力集中系数小的焊接接头。n当采用角焊缝时，采取机械加工焊缝端部、合理选择角接板形状、焊当采用角焊缝时，采取机械加工焊缝端部、合理选择角接板形状、焊缝根部保证熔透等综合措施，来提
118、高接头的疲劳强度。缝根部保证熔透等综合措施，来提高接头的疲劳强度。n在某些情况下，可以通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处，来在某些情况下，可以通过开缓和槽使力线绕开焊缝的应力集中处，来提高接头的疲劳强度。提高接头的疲劳强度。n用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽（也可以采用用表面机械加工的方法，消除焊缝及其附近的各种刻槽（也可以采用电弧整形的方法代替机械加工使焊缝与基本金属之间平滑过渡），可电弧整形的方法代替机械加工使焊缝与基本金属之间平滑过渡），可以降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度。以降低构件中的应力集中程度，提高接头疲劳强度。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技
119、术研究中心提高焊接接头疲劳强度的措施（提高焊接接头疲劳强度的措施（2 2）n对结构或元件整体处理（如整体退火或超载预拉伸法），消除接头应对结构或元件整体处理（如整体退火或超载预拉伸法），消除接头应力集中处的残余拉应力，提高接头的疲劳强度。力集中处的残余拉应力，提高接头的疲劳强度。n对接头部位局部处理（如在接头某部位采用加热、碾压、局部爆炸等对接头部位局部处理（如在接头某部位采用加热、碾压、局部爆炸等方法），使接头应力集中处产生残余压应力，提高接头的疲劳强度。方法），使接头应力集中处产生残余压应力，提高接头的疲劳强度。n改善材料的力学性能：表面强化处理，用小轮挤压和用锤轻打焊缝表改善材料的力学性
120、能：表面强化处理，用小轮挤压和用锤轻打焊缝表面及过渡区，或喷丸处理焊缝区，也可以提高接头的疲劳强度。面及过渡区，或喷丸处理焊缝区，也可以提高接头的疲劳强度。n特殊保护措施：介质往往对材料的疲劳强度有影响，因此采用一定的特殊保护措施：介质往往对材料的疲劳强度有影响，因此采用一定的保护涂层是有利的。保护涂层是有利的。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心内容目录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新工艺简介焊接新工艺简
121、介n高速、高效焊接技术高速、高效焊接技术n铝（镁）合金新型焊接工艺铝（镁）合金新型焊接工艺n复合热源焊接技术复合热源焊接技术n焊缝跟踪技术焊缝跟踪技术先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心高速、高效焊接技术高速、高效焊接技术n nTANDEM TANDEM 双丝焊接技术双丝焊接技术双丝焊接技术双丝焊接技术n nA-TIG A-TIG 焊接技术焊接技术焊接技术焊接技术n n双丝窄间隙埋弧焊双丝窄间隙埋弧焊双丝窄间隙埋弧焊双丝窄间隙埋弧焊n n激光焊接技术激光焊接技术激光焊接技术激光焊接技术n n真空电子束焊接技术真空电子束焊接技术真空电子束焊接技术真空电子束焊接技术Department
122、 of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, ChinaTANDEMTANDEM双丝焊接技术双丝焊接技术n19701970年代：双丝年代：双丝MIGMIG焊接工艺；焊接工艺；n19901990年代：年代：TandemTandem焊接工艺；焊接工艺；nTandem Tandem 焊接采用两个独立的喷嘴和两个独立的电源，每个电弧有自己独立的焊接采用两个独立的喷嘴和两个独立的电源，每个电弧有自己独立的焊接参数。而普通双丝焊接工艺是两个焊丝都是采用同样的焊接参数。焊接参数。而普通双丝焊接工艺是两个焊丝都是采用同样的焊接参数。 Dep
123、artment of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, ChinaTWINTWIN或或TANDEMTANDEM双丝焊接技术双丝焊接技术TANDEMTANDEM双丝焊接技术双丝焊接技术nTandem Tandem 焊接时，两根焊丝都可使用脉焊接时，两根焊丝都可使用脉冲电弧，给用户提供了足够的条件来冲电弧，给用户提供了足够的条件来使用不同的脉冲频率焊接。使用不同的脉冲频率焊接。n脉冲波形的几种不同组合类型：脉冲波形的几种不同组合类型：n同频率同相位的同频率同相位的; ;n同频率相位差任意可调同频率相位差任意可调; ;n不同频
124、率相位任意。不同频率相位任意。n熔池中气体析出时间延长，降低了气熔池中气体析出时间延长，降低了气孔倾向；孔倾向；TANDEM TANDEM 双丝焊机的工艺特点双丝焊机的工艺特点n数字化双脉冲电源（数字化双脉冲电源（CLOOSCLOOS克鲁斯）：克鲁斯）：n100% 2500A/44V100% 2500A/44V；60% 2645A/44V60% 2645A/44V；脉冲电流；脉冲电流达达1500A1500A；n6 6 英寸英寸LCDLCD显示，可编程，连接显示，可编程，连接PCPC机、打印机；焊机、打印机；焊接数据监控和管理，错误代码显示；接数据监控和管理，错误代码显示；n每根焊丝的规范参数可
125、单独设定，送丝速度可达每根焊丝的规范参数可单独设定，送丝速度可达35m/min35m/min；且质材、直径可不同；且质材、直径可不同；n大大提高熔敷效率和焊接速度；在熔敷效率增加时，大大提高熔敷效率和焊接速度；在熔敷效率增加时，保持较低的热输入；保持较低的热输入；n电弧稳定，熔滴过渡受控；焊接变形小；飞溅小；电弧稳定，熔滴过渡受控；焊接变形小；飞溅小；n与与 T.I.M.E T.I.M.E 和其它快速熔焊技术比较，无需特殊和其它快速熔焊技术比较，无需特殊的气体；且耗气量少；的气体；且耗气量少；TANDEMTANDEM焊接系统示图焊接系统示图TANDEMTANDEM双丝焊工艺应用双丝焊工艺应用n
126、使用使用TANDEM TANDEM 工艺焊接工艺焊接2-3mm2-3mm薄板时，薄板时，焊接速度可达焊接速度可达6m/min6m/min；焊接；焊接8mm8mm以以上厚板时，熔敷效率可达上厚板时，熔敷效率可达24kg/h24kg/h。n在焊接要求控制线能量的低合金高在焊接要求控制线能量的低合金高强钢等材料时，是替代埋弧焊的最强钢等材料时，是替代埋弧焊的最佳工艺。佳工艺。n可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、可以焊接碳钢、低合金钢、不锈钢、铝等各种金属材料，是一种高速高铝等各种金属材料，是一种高速高效、应用广泛的先进焊接技术。效、应用广泛的先进焊接技术。n由于具有很高的焊接速度，所以这由于具有很高的
127、焊接速度，所以这种焊接种焊接只能在机器人和自动焊接上只能在机器人和自动焊接上实现实现。 A-TIGA-TIG焊接技术焊接技术nA-TIGA-TIG（Activating flux TIGActivating flux TIG）焊接法是在传统）焊接法是在传统TIGTIG焊的施焊板材表面涂上焊的施焊板材表面涂上一层很薄的表面活性剂，然后进行一层很薄的表面活性剂，然后进行TIGTIG焊，从而显著增加焊接熔深的一种新焊，从而显著增加焊接熔深的一种新型高效焊接法。型高效焊接法。n对于对于10mm-12mm10mm-12mm以下的不锈钢和低碳钢对接焊缝，可以不开坡口，不填丝，以下的不锈钢和低碳钢对接焊缝，
128、可以不开坡口，不填丝，一次焊接完成，可轻松实现单面焊双面成形，且焊缝组织和成份与传统一次焊接完成，可轻松实现单面焊双面成形，且焊缝组织和成份与传统TIGTIG焊相同，焊缝综合性能满足相关标准要求。焊相同，焊缝综合性能满足相关标准要求。n对施焊材料的微量元素波动不敏感，焊接熔深稳定。对施焊材料的微量元素波动不敏感，焊接熔深稳定。n焊接熔深大，生产率高（提高焊接熔深大，生产率高（提高2-32-3倍），高效、环保、低能耗、高性价比倍），高效、环保、低能耗、高性价比（成本仅为常规（成本仅为常规TIGTIG焊的焊的1/101/10）。）。A-TIGA-TIG焊接熔深增加机理焊接熔深增加机理n电弧收缩理论
129、电弧收缩理论n在电弧中心区，温度高于活性剂材料分子的分解温度，气体和活性在电弧中心区，温度高于活性剂材料分子的分解温度，气体和活性剂原子被电离成电子和正离子，使弧柱中心区域的导电能力增强。剂原子被电离成电子和正离子，使弧柱中心区域的导电能力增强。而在弧柱较冷的外围区域，被蒸发的物质仍然以分子和被分解的原而在弧柱较冷的外围区域，被蒸发的物质仍然以分子和被分解的原子形式存在，被分解的原子大量吸收电子，形成负离子，使外围区子形式存在，被分解的原子大量吸收电子，形成负离子，使外围区域作为主要导电物质的电子减小，导电能力下降，使电弧收缩。域作为主要导电物质的电子减小，导电能力下降，使电弧收缩。n因为所使
130、用的活性剂的各组分都是多原子分子，所以在电弧气氛下因为所使用的活性剂的各组分都是多原子分子，所以在电弧气氛下发生热解离，热解离是吸热反应，根据最小电压原理，使得电弧收发生热解离，热解离是吸热反应，根据最小电压原理，使得电弧收缩。缩。n因为涂层物质本身不导电，而涂层物质的熔、沸点都比金属的高，因为涂层物质本身不导电，而涂层物质的熔、沸点都比金属的高，所以只在电弧中心温度较高的区域才有金属的蒸发，形成阳极斑点，所以只在电弧中心温度较高的区域才有金属的蒸发，形成阳极斑点，即涂层的存在减小了阳极斑点区，从而使电弧收缩。即涂层的存在减小了阳极斑点区，从而使电弧收缩。A-TIGA-TIG焊接熔深增加机理焊
131、接熔深增加机理n表面张力温度梯度表面张力温度梯度改变理论改变理论n熔深增加是由于电弧熔深增加是由于电弧与熔池表面相互作用与熔池表面相互作用的结果，阳极根部增的结果，阳极根部增加的电流密度引起的加的电流密度引起的电磁力驱动了循环流电磁力驱动了循环流所致。所致。A-TIGA-TIG焊接技术的应用焊接技术的应用材料：材料：6mm 304不锈钢不锈钢 未涂敷活性剂未涂敷活性剂 涂敷活性剂涂敷活性剂 5mm钛合金管，不开坡口，一次焊透钛合金管，不开坡口，一次焊透汽车激光焊接n为提高竞争能力，各国汽车制造厂商及科研部门都在积极探索和开为提高竞争能力，各国汽车制造厂商及科研部门都在积极探索和开发新工艺、新材
132、料，以减轻车身重量，节约能源，降低成本，提高发新工艺、新材料，以减轻车身重量，节约能源，降低成本，提高车身整体性能，环保等。车身整体性能，环保等。n对于汽车制造工业来说，对于汽车制造工业来说，激光焊接可以取代点焊和弧焊激光焊接可以取代点焊和弧焊，使车型设，使车型设计更为简单，不必考虑可达性问题；焊缝更美观，基本没有热变形；计更为简单，不必考虑可达性问题；焊缝更美观，基本没有热变形；更加节约材料，焊接翻边缩短，一般点焊需要更加节约材料，焊接翻边缩短，一般点焊需要15-18mm15-18mm，激光焊只需，激光焊只需要要10mm10mm；车身强度和刚度更高，零件间结合更紧密。；车身强度和刚度更高，零
133、件间结合更紧密。n激光焊接从激光焊接从19661966年开始用于汽车工业，进入年开始用于汽车工业，进入2020世纪世纪8080年代后，应用年代后，应用逐步形成规模。我国自逐步形成规模。我国自19991999年首次将激光焊引入汽车制造。年首次将激光焊引入汽车制造。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心激光焊接的特点n能量密度大，生产率高。能量密度大，生产率高。n热影响区小，由此产生的热变形和热损伤小，热影响区小，由此产生的热变形和热损伤小，焊缝强度大。焊缝强度大。n焊接装置与焊件无机械接触，可降低对工件的焊接装置与焊件无机械接触，可降低对工件的污染。污染。n方便进行异种金属的焊接。方便
134、进行异种金属的焊接。n能精确控制能量输出。能精确控制能量输出。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心激光焊接工艺n可进行两层或三层双面镀锌钢板间的激光焊接。可进行两层或三层双面镀锌钢板间的激光焊接。n板材之间的间隙必须保证。板材之间的间隙必须保证。n如果板材间间隙过大，能量无法集中于板材，会产如果板材间间隙过大，能量无法集中于板材，会产生板材未熔化问题。生板材未熔化问题。n如果间隙过小，高温下产生的锌蒸气无法排出，只如果间隙过小，高温下产生的锌蒸气无法排出，只能通过熔池排出，会产生大量气孔。能通过熔池排出，会产生大量气孔。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心激光焊接接头形
135、式（对接或搭接）先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心 (a) (a) 间断焊缝，有翻边搭接间断焊缝，有翻边搭接 (b) (b) 间断焊缝，无翻边搭接间断焊缝，无翻边搭接(c) (c) 连续焊缝，无翻边搭接连续焊缝，无翻边搭接 (d) (d) 对接焊缝，变断面对接焊缝，变断面 激光钎焊n激光钎焊采用激光钎焊采用CuSi3CuSi3作为填料。它能有效补偿由于高作为填料。它能有效补偿由于高温下锌层蒸发而引起焊缝及附近区域的耐腐蚀性能温下锌层蒸发而引起焊缝及附近区域的耐腐蚀性能下降。下降。n激光钎焊属于高温钎焊，钎料熔点高于激光钎焊属于高温钎焊，钎料熔点高于900900o oC Cn钎焊焊
136、缝外观好，采用激光钎焊焊接车顶的轿车不钎焊焊缝外观好，采用激光钎焊焊接车顶的轿车不需要密封饰条，而且强度和钢度高，体现了高新技需要密封饰条，而且强度和钢度高，体现了高新技术的应用。术的应用。先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心激光焊接在汽车工业的应用激光焊接在汽车工业的应用激光焊接在汽车工业的应用激光焊接在汽车工业的应用n高焊接质量；高焊接质量；n高焊接效率；高焊接效率；n不同厚度钢板的焊接；不同厚度钢板的焊接；n单面点焊；单面点焊；真空电子束焊接技术真空电子束焊接技术真空电子束焊接在航空航天领域真空电子束焊接在航空航天领域获得广泛应用。获得广泛应用。熔深窄而深，焊接变形小；熔深窄
137、而深，焊接变形小；精密零件的焊接。精密零件的焊接。焊接新工艺简介焊接新工艺简介n高速、高效焊接技术高速、高效焊接技术n铝（镁）合金新型焊接工艺铝（镁）合金新型焊接工艺n复合热源焊接技术复合热源焊接技术n焊缝跟踪技术焊缝跟踪技术先进成形制造教育部重点实验室, 焊接技术研究中心铝合金新型焊铝合金新型焊接工艺接工艺n近年来，随着铝合金在国防、航空、航天、汽车、船舶、高速列车、容器、近年来，随着铝合金在国防、航空、航天、汽车、船舶、高速列车、容器、电子、轻工、娱乐和体育器材等制造领域越来越广泛的应用，铝合金焊接电子、轻工、娱乐和体育器材等制造领域越来越广泛的应用，铝合金焊接技术也在突飞猛进地发展。技术
138、也在突飞猛进地发展。n基于对传统电弧焊接技术的改进和创新而出现了多种新型铝合金脉冲电弧基于对传统电弧焊接技术的改进和创新而出现了多种新型铝合金脉冲电弧焊接技术，如脉冲变极性焊接技术，如脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术、变极性穿透型等离子弧焊接技术、焊接技术、变极性穿透型等离子弧焊接技术、双脉冲双脉冲GMAWGMAW焊接技术、交流（变极性）焊接技术、交流（变极性）GMAWGMAW焊接技术、双焊枪焊接技术、双焊枪GTAWGTAW焊接技焊接技术等。术等。n高能密度焊接技术在铝合金焊接领域的进一步推广和应用高能密度焊接技术在铝合金焊接领域的进一步推广和应用, , 如电子束焊如电子束焊, , YAG
139、YAG 激光焊等激光焊等; ; 摩擦搅拌焊在铝合金焊接领域中的出现。摩擦搅拌焊在铝合金焊接领域中的出现。n而现代电力电子（逆变）技术和基于微处理器而现代电力电子（逆变）技术和基于微处理器MCUMCU、数字信号处理器、数字信号处理器DSPDSP和和可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器PLCPLC等的数字控制技术的发展为优质、高效、精密的铝等的数字控制技术的发展为优质、高效、精密的铝合金脉冲电弧焊接技术的实现奠定了基础。合金脉冲电弧焊接技术的实现奠定了基础。铝（镁）合金新型焊接工艺铝（镁）合金新型焊接工艺n脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术焊接技术n交流（变极性）交流（变极性）GMAWGMA
140、W焊接技术焊接技术n变极性穿透型等离子弧焊接技术变极性穿透型等离子弧焊接技术n双脉冲双脉冲MIGMIG焊接技术焊接技术n双焊枪双焊枪GTAW焊接技术焊接技术n n搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术焊接技术n对于铝合金的交流对于铝合金的交流GTAWGTAW焊接，目前最常用的是交流方波工艺，即利用电源焊接，目前最常用的是交流方波工艺，即利用电源输出的交流负半波（铝合金工件接电源的负极，钨极接电源的正极）对铝输出的交流负半波（铝合金工件接电源的负极，钨极接电源的正极）对铝合金表面的氧化膜进行破碎处理（也称为阴极清理过程），而利用交流正
141、合金表面的氧化膜进行破碎处理（也称为阴极清理过程），而利用交流正半波实现对铝合金的熔化焊接。半波实现对铝合金的熔化焊接。n实际上，破碎工件表面氧化膜的过程是比较短暂的，但由于受到普通交流实际上，破碎工件表面氧化膜的过程是比较短暂的，但由于受到普通交流GTAWGTAW焊接电源的结构限制，阴极清理时间不能根据需要缩小，即便是带有焊接电源的结构限制，阴极清理时间不能根据需要缩小，即便是带有交流平衡功能的电源，其负半波的时间仍然至少为整个周期的交流平衡功能的电源，其负半波的时间仍然至少为整个周期的30%30%以上。以上。n另外，受交流变换原理的影响，实际阴极清理的频率也是不可调整的。上另外，受交流变换
142、原理的影响，实际阴极清理的频率也是不可调整的。上述限制实际增加了电流在负半波的时间，而阴极清理过程产生的热量不但述限制实际增加了电流在负半波的时间，而阴极清理过程产生的热量不但不能用来支持焊接，反而导致工件热影响区加大，电极寿命缩短。不能用来支持焊接，反而导致工件热影响区加大，电极寿命缩短。脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术焊接技术n基于现代电力电子技术的数字化控制逆变式基于现代电力电子技术的数字化控制逆变式脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接电源系统可以分别设置焊接电源系统可以分别设置正向焊接电流、反向清理电流和清理频率。正向焊接电流、反向清理电流和清理频率。n变极性区别于交流
143、的最大特点是：变极性电变极性区别于交流的最大特点是：变极性电源是直流，而不是交流。源是直流，而不是交流。n变极性控制在程序设定的时段内将焊接电流变极性控制在程序设定的时段内将焊接电流迅速反向，并同时定义其输出的大小。在反迅速反向，并同时定义其输出的大小。在反极性阶段，电源可以采用更高的电流迅速破极性阶段，电源可以采用更高的电流迅速破碎铝合金表面的氧化膜，而且电源的清理频碎铝合金表面的氧化膜，而且电源的清理频率至少是方波交流的率至少是方波交流的2 25 5倍。倍。脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接特点焊接特点 电源输出电流波形不仅正负半波时间可调，而且正负半波幅值可调，电源输出电流波形不仅
144、正负半波时间可调，而且正负半波幅值可调，在满足阴极雾化的前提下，可减少钨极烧损。在满足阴极雾化的前提下，可减少钨极烧损。 低频调制电源输出电流波形，正、反焊缝成形美观、有均匀的鱼鳞低频调制电源输出电流波形，正、反焊缝成形美观、有均匀的鱼鳞波纹，提高了焊缝的强度和延伸率，同时也降低了焊缝的气孔率。波纹，提高了焊缝的强度和延伸率，同时也降低了焊缝的气孔率。 可应用于超薄铝板的焊接可应用于超薄铝板的焊接脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术焊接技术n对于中厚板的铝合金焊接，为了将更多热量对于中厚板的铝合金焊接，为了将更多热量输入破除氧化膜后的工件焊缝，以获得大的输入破除氧化膜后的工件焊缝，以获
145、得大的熔深，可以在变极性电源上实现介于直流和熔深，可以在变极性电源上实现介于直流和变极性模式的混合极性焊接模式。变极性模式的混合极性焊接模式。n而对于薄板的铝合金焊接，则可以将脉冲与而对于薄板的铝合金焊接，则可以将脉冲与变极性模式相结合，实现脉冲变极性变极性模式相结合，实现脉冲变极性GTAWGTAW焊焊接。接。n应用变极性应用变极性GTAWGTAW电源焊接铝合金可以充分利电源焊接铝合金可以充分利用焊接电弧的能量，设置最优的焊接工艺，用焊接电弧的能量，设置最优的焊接工艺，达到理想的焊接效果。达到理想的焊接效果。 脉冲变极性脉冲变极性GTAWGTAW焊接技术焊接技术n为了实现脉冲变极性为了实现脉冲
146、变极性TIGTIG焊接电源输出特性的灵焊接电源输出特性的灵活调节，并方便用户的使用和操作，系统一般采活调节，并方便用户的使用和操作，系统一般采用基于微处理器用基于微处理器MCUMCU和数字信号处理器和数字信号处理器DSPDSP的数字的数字化控制技术，同时对变极性电流过零技术和稳弧化控制技术，同时对变极性电流过零技术和稳弧技术进行研究，以提高小电流变极性焊接时焊接技术进行研究，以提高小电流变极性焊接时焊接电弧的稳定性。电弧的稳定性。n脉冲变极性脉冲变极性TIGTIG焊接电源的输出电流波形正负半焊接电源的输出电流波形正负半波不仅时间可调，而且幅值可调，在满足阴极雾波不仅时间可调，而且幅值可调，在满
147、足阴极雾化的前提下，可减少钨极烧损。低频调制的电源化的前提下，可减少钨极烧损。低频调制的电源输出电流波形，使焊缝正、反面有均匀的鱼鳞纹、输出电流波形，使焊缝正、反面有均匀的鱼鳞纹、成形质量好，提高了焊缝的强度和延伸率，同时成形质量好，提高了焊缝的强度和延伸率，同时也降低了焊缝的气孔率。也降低了焊缝的气孔率。交流（变极性）交流（变极性）GMAWGMAW焊接技术焊接技术n交流（变极性）交流（变极性）GMAWGMAW焊可用于焊接非常薄的铝板，焊丝位于负极时，焊可用于焊接非常薄的铝板，焊丝位于负极时，可加快焊丝的熔化速度，当焊丝为正极时，可实现阴极破碎作用。可加快焊丝的熔化速度，当焊丝为正极时，可实现
148、阴极破碎作用。因此可很灵活地调节电流波形来满足焊接现场要求。因此可很灵活地调节电流波形来满足焊接现场要求。n焊丝处于负极时，在同样的送丝速度下，焊接电流可大大降低。如焊丝处于负极时，在同样的送丝速度下，焊接电流可大大降低。如焊丝焊丝50%50%为负极时，焊接电流可降低为负极时，焊接电流可降低40%40%。焊接电流的降低，减少了。焊接电流的降低，减少了热输入，这可实现小电流焊较粗的焊丝。热输入，这可实现小电流焊较粗的焊丝。n在烧穿可能性小的情况下，可提高焊接速度，减少焊接热变形，同在烧穿可能性小的情况下，可提高焊接速度，减少焊接热变形，同时还加强了坡口熔合性能。时还加强了坡口熔合性能。n交流（变
149、极性）交流（变极性）GMAWGMAW焊的技术关键为过零技术和起弧技术。焊的技术关键为过零技术和起弧技术。变极性穿透型等离子弧变极性穿透型等离子弧焊接技术焊接技术 n铝合金变极性等离子弧（铝合金变极性等离子弧（VPPAVPPA）焊接技术是在变极性）焊接技术是在变极性TIGTIG焊接的基础上发展起来的，是焊接的基础上发展起来的，是可以一次焊透中厚铝合金的一种先进焊接工艺，其工艺特点是在焊接过程中可以一次焊透中厚铝合金的一种先进焊接工艺，其工艺特点是在焊接过程中, , 在焊接在焊接熔池中心存在一穿透的小孔。熔池中心存在一穿透的小孔。n早期铝合金穿孔型等离子弧焊接是以平焊形式出现的，但生产实践发现早期
150、铝合金穿孔型等离子弧焊接是以平焊形式出现的，但生产实践发现, , 立向上焊工立向上焊工艺不仅可以使可焊厚度增加艺不仅可以使可焊厚度增加, , 更重要的是更重要的是, , 焊缝成型稳定性有显著提高。焊缝成型稳定性有显著提高。n等离子弧立焊时等离子弧立焊时, , 熔池中液态金属受重力、等离子射流的正向压力和切向力、液体金熔池中液态金属受重力、等离子射流的正向压力和切向力、液体金属表面张力等，当等离子弧相对焊件向上移动时，在这些力的综合作用下，液态金属属表面张力等，当等离子弧相对焊件向上移动时，在这些力的综合作用下，液态金属沿小孔边缘向下流动，并在穿孔下方重新愈合形成焊缝沿小孔边缘向下流动，并在穿孔
151、下方重新愈合形成焊缝, , 使穿孔熔池得以动态保持使穿孔熔池得以动态保持, , 实现焊接。实现焊接。n采用立向上焊工艺，既有利于焊缝的正面成形，又有利于熔池中氢的逸出，减少气孔采用立向上焊工艺，既有利于焊缝的正面成形，又有利于熔池中氢的逸出，减少气孔缺陷，因此被称为缺陷，因此被称为“零缺陷焊接零缺陷焊接”。等离子弧等离子弧立向上焊立向上焊变极性穿透型等离子弧焊接技术变极性穿透型等离子弧焊接技术n变极性等离子弧焊接技术的优点为：变极性等离子弧焊接技术的优点为：n等离子弧柱挺度好，热量集中，因而可以得到很好的熔深；等离子弧柱挺度好，热量集中，因而可以得到很好的熔深；n等离子焊缝窄，热影响区小，铝合
152、金接头强度高；等离子焊缝窄，热影响区小，铝合金接头强度高；n正面焊接和阴极雾化的时间可以设置，加大清理和焊接的密度，容易保证焊正面焊接和阴极雾化的时间可以设置，加大清理和焊接的密度，容易保证焊接的质量和效率；接的质量和效率；n可以采用混合气体作为保护气，并可以加大等离子电弧的穿透能力；可以采用混合气体作为保护气，并可以加大等离子电弧的穿透能力；n小孔效应变极性等离子可以同时清除焊缝正面、坡口钝边和焊缝背面的氧化小孔效应变极性等离子可以同时清除焊缝正面、坡口钝边和焊缝背面的氧化膜，保证更好的焊接效果；膜，保证更好的焊接效果；n小孔效应变极性等离子能最大程度地将焊缝杂质排除到焊缝外表面；更好地小孔
153、效应变极性等离子能最大程度地将焊缝杂质排除到焊缝外表面；更好地延长钨极的使用寿命，降低焊缝夹钨风险。延长钨极的使用寿命，降低焊缝夹钨风险。n由于穿孔型等离子弧立焊可实现中厚板的单面焊、双面同时自由成型由于穿孔型等离子弧立焊可实现中厚板的单面焊、双面同时自由成型, , 并且气孔和夹杂物少并且气孔和夹杂物少, , 焊接变形小，生产率高，成本低，因而成为中厚焊接变形小，生产率高，成本低，因而成为中厚度铝合金部件的首选焊接方法，有着广阔的应用前景。度铝合金部件的首选焊接方法，有着广阔的应用前景。双脉冲双脉冲MIGMIG焊接技术焊接技术 n为了在常规为了在常规MIGMIG焊接工艺和脉冲焊接工艺和脉冲MI
154、GMIG焊接工艺的基础上进一步提高焊缝焊接工艺的基础上进一步提高焊缝质量，近年来发展了一种新的铝合质量，近年来发展了一种新的铝合金焊接工艺金焊接工艺铝合金双脉冲铝合金双脉冲MIGMIG焊接工艺（焊接工艺（DPMIGDPMIG）。）。n铝合金双脉冲焊接工艺是在脉冲铝合金双脉冲焊接工艺是在脉冲MIGMIG焊焊的基础上对频率较高的单位脉冲（控制的基础上对频率较高的单位脉冲（控制熔滴过渡的脉冲）熔滴过渡的脉冲） 的焊接电流和电压的焊接电流和电压峰值和时间用峰值和时间用0.50.550Hz 50Hz 的低频脉冲进的低频脉冲进行调制，在焊接电流以较高频率脉冲输行调制，在焊接电流以较高频率脉冲输出，保证每个
155、脉冲过渡一个熔滴的同时，出，保证每个脉冲过渡一个熔滴的同时，使单位脉冲的强度在强和弱之间低频周使单位脉冲的强度在强和弱之间低频周期性切换期性切换, , 得到周期性变化的强弱脉冲得到周期性变化的强弱脉冲群，使平均焊接电流和电压按照较低的群，使平均焊接电流和电压按照较低的频率周期性变化。频率周期性变化。n其变化的结果造成焊丝熔化和弧长的周其变化的结果造成焊丝熔化和弧长的周期变化，电弧力和热输入相应地也随低期变化，电弧力和热输入相应地也随低频调制频率而变化。影响母材的受热，频调制频率而变化。影响母材的受热，进而影响焊缝的熔深、熔宽。进而影响焊缝的熔深、熔宽。低频强脉冲时间低频弱脉冲时间tt低频控制信
156、号输出电流脉冲(平均焊接电流低)(平均焊接电流高)双脉冲双脉冲MIGMIG焊接技术焊接技术n低频调制型脉冲低频调制型脉冲MIGMIG焊时焊时, , 为了保证规则的喷滴型脉冲过渡为了保证规则的喷滴型脉冲过渡, , 要求强弱脉冲均能实要求强弱脉冲均能实现一个脉冲过渡一个熔滴。由于铝焊丝一脉一滴的脉冲强度范围比较宽现一个脉冲过渡一个熔滴。由于铝焊丝一脉一滴的脉冲强度范围比较宽, , 所以很所以很容易控制并达到这一要求。从而低频调制型脉冲容易控制并达到这一要求。从而低频调制型脉冲MIGMIG焊非常适合铝合金焊接焊非常适合铝合金焊接, , 并充并充分发挥其优点。用它焊铝及其合金分发挥其优点。用它焊铝及其
157、合金, , 不仅能获得鱼鳞状焊缝表面不仅能获得鱼鳞状焊缝表面, , 而且能扩大可而且能扩大可焊焊接接头的间隙变化范围焊焊接接头的间隙变化范围, , 减少焊接气孔减少焊接气孔, , 细化焊缝晶粒细化焊缝晶粒, , 降低焊缝裂纹敏感降低焊缝裂纹敏感性。在很多场合，低频调制型脉冲性。在很多场合，低频调制型脉冲MIGMIG焊在质量上可代替焊在质量上可代替TIGTIG焊，焊一些内在质量焊，焊一些内在质量和表面质量要求均很高的铝合金部件。和表面质量要求均很高的铝合金部件。n双脉冲双脉冲MIGMIG焊接工艺的实现可以采用两种方式。一种是在普通脉冲焊接工艺的实现可以采用两种方式。一种是在普通脉冲MIGMIG焊
158、电源的基焊电源的基础上，调制焊丝的送进速度，使其按设定的频率低频变化。由于础上，调制焊丝的送进速度，使其按设定的频率低频变化。由于PMIGPMIG的电源外特的电源外特性为恒压特性，送丝速度的变化必然引起电弧电压电流的变化。但采用脉冲送丝性为恒压特性，送丝速度的变化必然引起电弧电压电流的变化。但采用脉冲送丝将进一步增加铝焊丝的送进难度。第二种是维持送丝速度恒定，通过脉冲能量和将进一步增加铝焊丝的送进难度。第二种是维持送丝速度恒定，通过脉冲能量和电弧电压的调制，使电弧形态、电压和电流发生变化。电弧电压的调制，使电弧形态、电压和电流发生变化。n用该技术焊接用该技术焊接5mm 5mm 以下的铝合金薄板
159、时，可适应全位置焊，并且在焊接过程中，以下的铝合金薄板时，可适应全位置焊，并且在焊接过程中，焊枪不用横向摆动焊枪不用横向摆动, , 有利于焊工操作和自动化焊接。有利于焊工操作和自动化焊接。双焊枪双焊枪GTAWGTAW焊接技术焊接技术n所谓双焊枪所谓双焊枪GTAWGTAW焊接焊接, , 是指使用一是指使用一台电源台电源, , 两把焊枪一起施焊两把焊枪一起施焊, , 工件工件不接焊接电缆不接焊接电缆, , 电源输出正负极分电源输出正负极分别接一把别接一把GTAWGTAW焊枪。焊接时焊枪。焊接时, , 两把两把焊枪正对着焊枪正对着, , 分别指向工件的正反分别指向工件的正反两面。两面。n焊接过程中焊
160、接过程中, ,电流从一把焊枪透过工电流从一把焊枪透过工件件, , 然后流向另一把焊枪然后流向另一把焊枪, , 从而使电从而使电弧更加集中弧更加集中, , 进而增加熔深，减少厚进而增加熔深，减少厚板的焊接层数。板的焊接层数。n焊接热输入降低焊接热输入降低,HAZ,HAZ范围减少，裂纹范围减少，裂纹出现率降低，焊后变形小。出现率降低，焊后变形小。n采用该方法焊接厚板采用该方法焊接厚板, , 可不使用填充可不使用填充焊丝焊丝, , 因而因而, , 在提高质量的同时在提高质量的同时, , 显显著提高生产率著提高生产率, , 降低生产成本。降低生产成本。n双焊枪双焊枪TIGTIG焊主要用于铝合金的焊接焊
161、主要用于铝合金的焊接, , 一般采用恒流外特性、波形为交流方一般采用恒流外特性、波形为交流方波波, , 频率频率67Hz67Hz左右。左右。双焊枪双焊枪GTAWGTAW焊接技术焊接技术n以厚以厚9.5mm9.5mm的的60616061铝合金作铝合金作母材，用双焊枪母材，用双焊枪GTAWGTAW焊与常焊与常规规GTAWGTAW焊进行比较实验。焊进行比较实验。n在不需预热的情况下在不需预热的情况下, ,双焊枪双焊枪GTAW GTAW 焊焊接可单道一次成形，其焊接电流仅为接可单道一次成形，其焊接电流仅为150A150A，焊速达，焊速达2mm/s2mm/s。n常规单焊枪常规单焊枪GTAWGTAW焊接焊
162、接, , 在工件预热到在工件预热到177177后后, , 还需焊接三层还需焊接三层, , 焊接电流需焊接电流需260260300A300A，而焊速仅为，而焊速仅为3 34mm/s4mm/s。n可见可见, , 无论是在简化焊接工艺、节省无论是在简化焊接工艺、节省能量能量, , 还是在提高生产率方面，双焊还是在提高生产率方面，双焊枪枪GTAWGTAW焊接都要大大优于常规的单焊焊接都要大大优于常规的单焊枪枪GTAWGTAW焊接。焊接。搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术n搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术19911991年由英国焊接研究所发明，年由英国焊接研究所发明，作为一种固相连接技术，采用该方法焊接时材料作为
163、一种固相连接技术，采用该方法焊接时材料不熔化，因此不会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，不熔化，因此不会产生气孔、夹渣、裂纹等缺陷，并且焊接过程中无需保护气和填充材料，焊后残并且焊接过程中无需保护气和填充材料，焊后残余变形小、残余应力低，接头为细晶锻造组织，余变形小、残余应力低，接头为细晶锻造组织，机械性能优良，无弧光、噪音、射线等污染，被机械性能优良，无弧光、噪音、射线等污染，被誉为誉为“最为革命性的焊接技术最为革命性的焊接技术”。n目前，已在航空、航天、船舶、建筑、交通等行目前，已在航空、航天、船舶、建筑、交通等行业获得了广泛的应用。业获得了广泛的应用。 搅拌摩擦焊技术搅拌摩擦焊技术 悬臂式搅拌
164、摩擦焊机悬臂式搅拌摩擦焊机n可焊材料：铝合金、镁合金；可焊材料：铝合金、镁合金；n可焊厚度（可焊厚度（mmmm）：）：1-51-5，3-103-10，3-3-1515，3-203-20；n焊缝形式：纵向直缝、焊缝形式：纵向直缝、T T型焊缝、型焊缝、环焊缝；环焊缝；n焊接速度：焊接速度：300mm/min300mm/min，500mm/min500mm/min；n可焊尺寸：直径可焊尺寸：直径2200mm2200mm，长度，长度1515米；米；n控制方式：控制方式：3 3轴数控；轴数控；n其他：包括焊接夹具。其他：包括焊接夹具。纵、环缝搅拌摩擦焊机纵、环缝搅拌摩擦焊机n可焊材料：铝合金、镁合金可
165、焊材料：铝合金、镁合金n可焊厚度：可焊厚度：1-31-3、6 6、1010、15mm15mmn焊缝形式：直线纵缝、平面曲线、焊缝形式：直线纵缝、平面曲线、环缝环缝n焊接速度：焊接速度：500500、800800、1200mm/min1200mm/minn控制方式：液显触摸数控控制方式：液显触摸数控n其他：含焊接夹具、配套生产工艺其他：含焊接夹具、配套生产工艺及搅拌头及搅拌头静龙门式搅拌摩擦焊机静龙门式搅拌摩擦焊机低龙门结构低龙门结构n可焊材料：铝合金、镁合金；可焊材料：铝合金、镁合金；n最大可焊厚度（最大可焊厚度（mmmm）：）：1-51-5，3-103-10，3-153-15，3-203-2
166、0；n焊缝形式：纵向直缝、焊缝形式：纵向直缝、T T型焊缝、环焊缝；型焊缝、环焊缝；n焊接速度：焊接速度：300mm/min300mm/min，500mm/min500mm/min，800mm/min800mm/min；n可焊尺寸：可焊尺寸：800600800600，1200180012001800，15001000mm15001000mm；n控制方式：控制方式：4 4轴轴3 3联动数控；联动数控；n其他：包括焊接夹具其他：包括焊接夹具 静龙门式搅拌摩擦焊机静龙门式搅拌摩擦焊机高龙门结构高龙门结构n焊缝形式：纵向直缝、焊缝形式：纵向直缝、T T型焊缝、环焊缝；可焊材料：铝合金、镁合金；型焊缝、
167、环焊缝；可焊材料：铝合金、镁合金；n最大可焊厚度（最大可焊厚度（mmmm）：）：1-51-5，3-103-10，3-153-15，3-203-20n焊接速度：焊接速度：300mm/min300mm/min，500mm/min500mm/min，800mm/min800mm/minn可焊尺寸：可焊尺寸：800600800600，1200180012001800，15001000mm15001000mmn控制方式：控制方式：4 4轴轴3 3联动数控；其他：包括焊接夹具联动数控；其他：包括焊接夹具 搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用采用搅拌摩擦焊连接的采用搅拌摩擦焊连接的Delta IIDelta I
168、I型火箭航天燃料贮箱型火箭航天燃料贮箱 搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用飞机部件飞机部件焊接新工艺简介焊接新工艺简介n高速、高效焊接技术高速、高效焊接技术n铝（镁）合金新型焊接工艺铝（镁）合金新型焊接工艺n复合热源焊接技术复合热源焊接技术n焊缝跟踪技术焊缝跟踪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缝跟踪技术焊缝跟踪技术n电弧传感器电弧传感器n激光传感器激光传感器n基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统n基于焊丝干伸长传感的焊矩高度实时控制系统基于焊丝干伸长传感的焊矩高度实时控制系统电弧传感器电弧传感器n当进行长焊缝的焊接及要求在编程后的机器人在线校正的情况
169、下，通常使用传感当进行长焊缝的焊接及要求在编程后的机器人在线校正的情况下，通常使用传感技术。通常使用的是电弧传感器和用于高速焊接的激光传感器。技术。通常使用的是电弧传感器和用于高速焊接的激光传感器。n传感器沿着焊接方向按照正确的角度摆动，给出一个焊接电流的变化的信号，通传感器沿着焊接方向按照正确的角度摆动，给出一个焊接电流的变化的信号，通过这个电流信号，机器人能正确的跟踪焊接（过这个电流信号，机器人能正确的跟踪焊接（V V坡口，角焊缝），坡口，角焊缝），n电弧传感器主要用于钢的填充材料，由于铝合金焊丝的电阻很小，电弧传感器不电弧传感器主要用于钢的填充材料，由于铝合金焊丝的电阻很小，电弧传感器不
170、适用于这种材料，对于适用于这种材料，对于MAGMAG焊接，使用的是电流信号，而对于焊接，使用的是电流信号，而对于TIGTIG和等离子焊接工和等离子焊接工艺获得电压信号的偏差更有意义。艺获得电压信号的偏差更有意义。激光传感器激光传感器n用于高速焊接的激光传感器，是跟踪焊缝的主要仪器。用于高速焊接的激光传感器，是跟踪焊缝的主要仪器。n激光跟踪器能测定激光跟踪器能测定V V型坡口焊接的填充量，如果焊接的填充量有变化，则激光跟型坡口焊接的填充量，如果焊接的填充量有变化，则激光跟踪器的控制器会适配相应的焊接速度及相应的送丝速度，从而强制保证恒定的踪器的控制器会适配相应的焊接速度及相应的送丝速度，从而强制
171、保证恒定的填充量。填充量。基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统基于视觉传感的精密焊缝跟踪系统超精密零件的自动焊缝跟踪与熔池控制超精密零件的自动焊缝跟踪与熔池控制 液体发动机喷嘴包括液体发动机喷嘴包括 320 320 件件 方管：方管：3mm4mm0.3mm; 3mm4mm0.3mm; 底部直径：底部直径：1.5 m1.5 m结构紧凑，跟踪精度达结构紧凑，跟踪精度达 0.1mm0.1mm液体发动机喷嘴焊接液体发动机喷嘴焊接视觉传感器视觉传感器基于焊丝干伸长传感的焊矩高度控制系统基于焊丝干伸长传感的焊矩高度控制系统基于焊丝干伸长传感的焊矩高度控
172、制系统基于焊丝干伸长传感的焊矩高度控制系统焊接新工艺简介焊接新工艺简介n高速、高效焊接技术高速、高效焊接技术n铝（镁）合金新型焊接工艺铝（镁）合金新型焊接工艺n复合热源焊接技术复合热源焊接技术n焊缝跟踪技术焊缝跟踪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热源的研究与开发焊接热源的研究与开发n热源的研究与开发是推动焊接工艺发展的根本动力。热源的研究与开发是推动焊接工艺发展的根本动力。n焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源，包括火焰、电弧、电阻、焊接工艺几乎运用了世界上一切可以利用的热源，包括火焰、电弧、电阻、超声、摩擦、等离子、电子束、微波等。每一种焊接热源的出现，都伴随超
173、声、摩擦、等离子、电子束、微波等。每一种焊接热源的出现，都伴随着新的焊接工艺出现。着新的焊接工艺出现。n焊接热源的研究与开发并未终止。包括焊接热源的研究与开发并未终止。包括对现有热源的改善对现有热源的改善，使之更为有效，使之更为有效方便，经济适用。如电子束和激光束焊接的发展，搅拌摩擦焊技术的发展，方便，经济适用。如电子束和激光束焊接的发展，搅拌摩擦焊技术的发展，各种新型脉冲电弧焊接技术的发展等。各种新型脉冲电弧焊接技术的发展等。n焊接热源研究和开发的另一方面则是焊接热源研究和开发的另一方面则是开发更好更有效的热源开发更好更有效的热源。采用两种热。采用两种热源叠加，以获得更强的电流密度和更优的焊
174、缝成形。如等离子束与激光复源叠加，以获得更强的电流密度和更优的焊缝成形。如等离子束与激光复合热源，电弧与激光复合热源等，以及新型光纤激光器、半导体激光器、合热源，电弧与激光复合热源等，以及新型光纤激光器、半导体激光器、DISC激光器等激光热源在焊接中的应用激光器等激光热源在焊接中的应用 。Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China复合热源焊接技术复合热源焊接技术nPA/GMAWPA/GMAW复合焊接技术复合焊接技术nLB/GTAWLB/GTAW复合焊接技术复合焊接技术nLB/GMAWLB/G
175、MAW复合焊接复合焊接nLB/PAWLB/PAW复合焊接复合焊接nLB/FSWLB/FSW复合焊接技术复合焊接技术n双束焊接技术双束焊接技术PA/GMAWPA/GMAW复合焊接技术复合焊接技术n当当GMAWGMAW电流较低时，由于等离子弧对电流较低时，由于等离子弧对电弧的约束（压缩），高速焊接时电电弧的约束（压缩），高速焊接时电弧稳定性增加，或焊缝熔深增加。弧稳定性增加，或焊缝熔深增加。n当当GMAWGMAW电流高于某临界值时，由于等电流高于某临界值时，由于等离子弧的旋转，离子弧的旋转，GMAWGMAW电弧旋转，产生电弧旋转，产生细小的发散过渡熔滴，熔敷率高，热细小的发散过渡熔滴，熔敷率高，热
176、输入低，熔深浅。输入低，熔深浅。激光电弧复合焊接激光电弧复合焊接n激光焊接的优势：激光焊接的优势：能量密度高，焊缝深宽比大，热影响区小，焊接变形小，能量密度高，焊缝深宽比大，热影响区小，焊接变形小，焊接效率高，广泛应用于汽车、航空航天、船舶、电子工业等领域。焊接效率高，广泛应用于汽车、航空航天、船舶、电子工业等领域。n激光焊接的局限性：激光焊接的局限性：1 1）搭接能力差，对工装要求严格，间隙一般要求小于）搭接能力差，对工装要求严格，间隙一般要求小于材料厚度的材料厚度的1010，对错边对中要求高；，对错边对中要求高；2 2）容易产生气孔、咬边等焊接缺陷；）容易产生气孔、咬边等焊接缺陷；3 3）
177、对铝、铜、金等高反射金属焊接比较困难；价格昂贵等。）对铝、铜、金等高反射金属焊接比较困难；价格昂贵等。n2020世纪世纪7070年代末，英国帝国理工学院首次进行了激光和年代末，英国帝国理工学院首次进行了激光和TIGTIG电弧的复合焊接电弧的复合焊接尝试，焊接速度增加尝试，焊接速度增加5050100100，熔深增加，熔深增加2020。n激光电弧复合焊的特点：激光电弧复合焊的特点：1 1）具有较强的搭桥能力，降低工件装配要求，间）具有较强的搭桥能力，降低工件装配要求，间隙适应性好；隙适应性好；2 2）利用激光集中的能量可获得较大的熔深和焊接速度；）利用激光集中的能量可获得较大的熔深和焊接速度；3
178、3）电）电弧作用增大了熔池面积，降低凝固速度，减小气孔倾向。弧作用增大了熔池面积，降低凝固速度，减小气孔倾向。4 4）利用电弧焊的）利用电弧焊的填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料和异种材料有重要意义；填丝可改善焊缝成分和性能，对焊接特种材料和异种材料有重要意义；5 5）激光对电弧有引导作用，使焊接过程稳定性提高。激光对电弧有引导作用，使焊接过程稳定性提高。三种典型的激光电弧复合焊接方式三种典型的激光电弧复合焊接方式三种典型的激光电弧复合焊接方式三种典型的激光电弧复合焊接方式LB/GTAWLB/GTAW复合焊接技术复合焊接技术n由于激光的作用，由于激光的作用，GTAWGTAW的阳极斑点和电
179、的阳极斑点和电弧的稳定性增加；焊弧的稳定性增加；焊接速度提高。接速度提高。n由于由于GTAWGTAW电弧的预热电弧的预热作用，金属表面对激作用，金属表面对激光的吸收率增加。能光的吸收率增加。能量传输效率增加，熔量传输效率增加，熔深增加。深增加。LB/GMAWLB/GMAW复合焊接复合焊接n除了电弧加热工件，加入对工件的除了电弧加热工件，加入对工件的预热作用外，激光通道的导电性增预热作用外，激光通道的导电性增加，增加了电弧的聚焦性能。加，增加了电弧的聚焦性能。n例如，通过例如，通过GMAWGMAW电弧的放大作用，电弧的放大作用，一台一台5kW5kW的激光器的焊接熔深可与的激光器的焊接熔深可与20
180、2025kW25kW的激光器的熔深相当。并的激光器的熔深相当。并且焊接热影响区窄，变形小。且焊接热影响区窄，变形小。n通过精密的热量管理，可用于自由通过精密的热量管理，可用于自由形状的快速原型制造。形状的快速原型制造。nLB/PAWLB/PAW复合焊接技术在焊接热量控复合焊接技术在焊接热量控制和熔覆控制方面具有巨大的潜力。制和熔覆控制方面具有巨大的潜力。n通过精密的热量管理，可用于近静通过精密的热量管理，可用于近静成形的自由形状的快速原型制造。成形的自由形状的快速原型制造。n通过新型的送粉机构，可用于功能通过新型的送粉机构，可用于功能剃度材料的制备。剃度材料的制备。nLB/PAWLB/PAW复
181、合焊接技术尚处于不断发复合焊接技术尚处于不断发展完善之中。展完善之中。LB/PAWLB/PAW复合焊接复合焊接LB/LB/电弧复合焊接技术电弧复合焊接技术LB/FSWLB/FSW复合焊接技术复合焊接技术nFSWFSW是一种新型的固相焊接技术。它的是一种新型的固相焊接技术。它的优点包括：优点包括：n不需要填充材料或消耗材料；不需要填充材料或消耗材料；n对接头的准备要求低；对接头的准备要求低；n内部的氧化物被完全移出接头区；内部的氧化物被完全移出接头区；n适合于自动化焊接；适合于自动化焊接；n接头强度高；接头强度高；n适合于熔焊时裂纹敏感性高的合金材适合于熔焊时裂纹敏感性高的合金材料的焊接。料的焊
182、接。n缺点：需要很大的压力和沿接头移动缺点：需要很大的压力和沿接头移动搅拌摩擦头的力。搅拌摩擦头的力。n通过辅助热源的预热使工件软化，从通过辅助热源的预热使工件软化，从而工作所需的夹紧力降低，焊头的磨而工作所需的夹紧力降低，焊头的磨损降低。损降低。n焊头的旋转驱动力和移动力降低。焊头的旋转驱动力和移动力降低。双束焊接技术双束焊接技术n一左一右的双束焊接，降低了对焊接接头的装配精度要求。一左一右的双束焊接，降低了对焊接接头的装配精度要求。n一前一后的双束焊接，降低了焊接金属的汽化，增加了激光与金属的相一前一后的双束焊接，降低了焊接金属的汽化，增加了激光与金属的相互作用。互作用。n一前一后的双束焊接，使小孔的开口加长，降低了一前一后的双束焊接，使小孔的开口加长，降低了EBW和和LBW中可能的中可能的驼峰现象。驼峰现象。Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing, China 谢谢！谢谢！请指正！请指正！2009年年3月月16日日
