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1、2004金工教研室机械制造基机械制造基础机械制造基机械制造基础金工教研室制造科学与工程学院2005年春季学期第四第四讲：焊接工接工艺常常识 2004金工教研室机械制造基机械制造基础第四第四讲：焊接工接工艺常常识焊接工艺永久性连接起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）现代工业的基础工艺造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车基本焊接方法电弧焊：属于熔化焊其他焊接方法：压力焊、钎焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础本本讲内内容容一、电弧焊工艺常识二、焊条电弧焊三、特种焊接工艺方法四、金属材料的焊接性五、焊接结构设计六、连接技术2004金工教研室机械制造基机械制造基础一、一、电弧弧焊工工艺常常识1、焊接
2、电弧气体介质中导电现象2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接接电弧的弧的热量量热量来源于阳极43阴极36弧柱21热量扩散6585加热熔化金属其余散失在电弧周围飞溅的金属液2004金工教研室机械制造基机械制造基础2、正接和反接、正接和反接温度：阳极：2600K阴极：2400K电弧中心：6000K8000K直流焊接正接法：工件温度高反接法交流焊接：两极温度均为2500K引弧电压：5090V电弧电压：1635V2004金工教研室机械制造基机械制造基础3、焊接接接接头的的组织与与性能性能焊接工件上温度的变化与分布2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接接接接头组织低低碳碳钢焊缝焊接接热影影响
3、区响区2004金工教研室机械制造基机械制造基础4、焊缝从熔池底向中心凝固各个方向凝固速度不同柱状铸态组织铁素体少量珠光体杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊缝的的热影影响区响区1融合区0.11mm，关键2过热区脆性比融合区更大3正火区力学性能优于母材4部分相变区比正火区稍差不同焊接方法热影响区宽度不同焊后正火改善接头性能2004金工教研室机械制造基机械制造基础5、焊接接应力力与与变形形极不平衡的热循环过程应力分布规律先冷受压，后冷受拉2004金工教研室机械制造基机械制造基础消除消除焊接接应力力提高母材塑性避免焊缝交叉避免焊缝过宽过长合理焊接顺序先焊短焊缝后
4、焊长焊缝预热焊件、振动焊缝焊后退火2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接接变形形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形2004金工教研室机械制造基机械制造基础防止防止焊接接变形形减小焊接应力提高结构刚度对称焊缝分布焊前反变形2004金工教研室机械制造基机械制造基础防止防止焊接接变形形合理焊接操作平衡温度分布利用变形2004金工教研室机械制造基机械制造基础防止防止焊接接变形形焊后校正2004金工教研室机械制造基机械制造基础二、二、焊条条电弧弧焊焊条电弧焊过程药皮燃烧：电弧周围气体：CO2、CO、H2熔池中熔渣，冷却形成渣壳保护熔池中的熔化金属2004金工教研室机械制造基机械制造基础1、电焊
5、条条焊芯导电和填充焊缝焊接用钢丝低碳钢、合金结构钢、不锈钢药皮焊接过程顺利进行焊缝化学成分、力学性能2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条药皮皮作用提高电弧燃烧的稳定性防止空气对熔化金属的有害作用对熔池脱氧、加入合金元素保证焊缝金属的化学成分和力学性能稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接原料种类原料名称作用稳弧剂碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白粉、钠水玻璃、钾水玻璃改善引弧性能、提高电弧燃烧的稳定性造气剂淀粉、木屑、纤维素、大理石造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴与熔池造渣剂大理石、长石、萤石、菱苦石、锰矿、钛铁矿、粘土、钛白粉、金红石造成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊
6、缝，碱性渣中的CaO可脱硫、磷2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条药皮的作用皮的作用2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条种条种类按化学成分分成七大类碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金焊条型号E4303：E碳钢焊条43：焊缝抗拉43kgf/mm20：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条种条种类焊条牌号J422、J507J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z）42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80）2：药皮和电流
7、种类2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条种条种类按熔渣性质酸性焊条酸性氧化物比碱性氧化物多适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件碱性焊条焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条选用原用原则选择依据：根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能结构形状、受力情况、焊接设备条件低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准）酸性/碱性：根据重要性铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热）不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条2004金工教研室机械制造基机械制造基础2、埋弧
8、、埋弧焊埋弧埋弧焊演示演示2004金工教研室机械制造基机械制造基础埋弧埋弧焊特点特点大电流（1000A）、生产率高焊接质量高且稳定节约金属热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少改善劳动条件无弧光、烟雾自动化程度高工艺装备复杂，适合批量生产2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊丝与与焊剂焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能熔炼焊剂、陶质焊剂2004金工教研室机械制造基机械制造基础埋弧埋弧焊工工艺仔细下料、准备（清理）坡口、装配引弧板与引出板焊后去掉2004金工教研室机械制造基机械制造基础防止防止烧穿穿焊剂垫、垫板板2004金工教研室机械制造基机械制造基础环缝焊接接2004金工教研室机械制造基机械
9、制造基础3、气气体保体保护焊氩弧弧焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础气气体保体保护焊CO2保保护焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础4、等离子弧、等离子弧焊接接与与切割切割电弧压缩机械压缩热压缩电磁收缩中心区域温度极高16000K焊接/切割熔点很高的金属不锈钢钛、钨2004金工教研室机械制造基机械制造基础5、焊接自接自动化化数控轨迹控制焊接质量监控2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接机器人接机器人焊接机器人演示接机器人演示2004金工教研室机械制造基机械制造基础用用电弧弧焊焊接接钢板的板的问题如图拼焊一张大钢板焊缝布置合理吗？如何改进？对称，错开如何合理安排焊缝顺序？先短
10、后长123456782004金工教研室机械制造基机械制造基础三、特三、特种种焊接工接工艺方法方法简略了解其它焊接方法电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊真空电子束焊接、激光焊接讨论可以用于焊接的能源形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础1、电阻阻焊电阻热Q=I2Rt特点生产率高、焊接变形小操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）设备复杂、耗电量大接头形式、工件厚度受到限制点焊、缝焊、对焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础点点焊局部高温焊合分流现象焊点的分布最小距离限制2004金工教研室机械制造基机械制造基础点点焊的接的接头形式形式硬规范软规范电极压力表面清洗接头形式2004金工教研室机械制造基
11、机械制造基础缝焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础对焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础对焊接接头形式形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础讨论这个个问题铜及铜合金可以采用电阻焊吗？铜及铜合金的电阻焊焊接性与其导电率和热导率成反比，较低者(如黄铜、青铜、白铜)较易焊接，较高者(如纯铜、脱氧铜)难于焊接。大多数铜合金需要较短的焊接时间，较低的电极压力和较大的焊接电流。使用的电极材料也应随母材导电率的不同而有所区别。(1)电阻点焊因铜及铜合金的导电、导热性极高，焊接性较差。点焊时必须防止强烈散热，可在焊件与电极之间加垫片，或在电极端头嵌入钨弥补，但嵌钨复合电极易与焊件粘连。(2)
12、电阻缝焊纯铜及脱氧铜的极高导电率所引起的分流，使电阻缝焊很难进行。导电率较低的黄铜、青铜、白铜可以电阻缝焊，但必须提高电极压力和加大焊接电流。(3)对焊铜合金可以用闪光对焊，不推荐电阻对焊。纯铜及脱氧铜闪光对焊时端面很难形成液态金属层，闪光过程也不能稳定进行，故基本不具备对焊焊接性。2004金工教研室机械制造基机械制造基础2、摩擦、摩擦焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础摩擦摩擦焊的接的接头形式形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础3、钎焊焊接过程示意图毛细管作用2004金工教研室机械制造基机械制造基础钎焊硬钎焊450以上、接头强度200MPa以上自行车架、工具、刀具软钎焊450以
13、下、接头强度70MPa以下仪表、导电元件、各种低载荷构件加热方式烙铁、火焰、电阻、感应2004金工教研室机械制造基机械制造基础钎焊的常的常见接接头形式形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础钎焊接接头的比的比较2004金工教研室机械制造基机械制造基础4、电渣渣焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础5、真真空空电子束子束焊接接2004金工教研室机械制造基机械制造基础6、激光、激光焊接接2004金工教研室机械制造基机械制造基础题外外话：关关于于铝热剂什么是铝热剂通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂有什么特性难熔的金
14、属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热有什么用？2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接接钢轨原理铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨优点这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊接接钢轨过程铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。当铝热钢冷却下来后
15、，进行进一步的热处理来提高它的机械特性。2004金工教研室机械制造基机械制造基础铝热焊设备2004金工教研室机械制造基机械制造基础其其它它用途用途冶炼难熔金属军事用途在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。在前苏联科学家编写的火箭炮一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。2004金工教研室机械制造基机械制造基础选择焊接方法接方法自行车车架钢窗家用液化气罐主缝自行车圈电子线路板锅炉壳体钢轨对接不锈钢储罐硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊埋
16、弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础四、金四、金属属材料的材料的焊接性接性焊接性概念设定相同（焊接方法、材料、参数、结构）易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工艺评定方法工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）2004金工教研室机械制造基机械制造基础钢材材焊接性的估算接性的估算碳当量计算公式计算结果0.6%：焊接性不好2004金工教研室机械制造基机械制造基础小型抗裂小型抗裂实验法法2004金工教研室机械制造基机械制造基础碳碳钢焊接接低碳钢（C%应力、变形开裂焊条电弧
17、焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊保证焊接接头与母材等强度焊条：E4313(J421)E4303(J422)E4315(J427)等埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA)/4312004金工教研室机械制造基机械制造基础碳碳钢焊接接中碳钢：C%（0.25%0.6%）焊接性变差、淬硬倾向变大工艺特点：容易开裂：冷裂纹、热裂纹必须预热，减小工件各个部分的温差细焊条、小电流、开坡口多层焊接焊条电弧焊、电渣焊（厚件）选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度焊条：E5016(J506)、E6015D1(J607)2004金工教研室机械制造基机械制造基础合金合金钢焊接接合金结构钢焊接件较少工艺与中碳钢近似低
18、合金结构钢焊接工艺特点热影响区的淬硬倾向：合金含量大小焊接接头的裂纹倾向：冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn）强度级别决定工艺低：同低碳钢低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理2004金工教研室机械制造基机械制造基础铸铁补焊铸铁焊接性很差，只能进行补焊焊接特点焊缝易形成白口、难以切削加工易开裂、易产生气孔流动性好，只能进行平焊热焊法（600700）：防止开裂，补焊后可切削加工冷焊法（450以下）2004金工教研室机械制造基机械制造基础非非铁金金属属及其合金的及其合金的焊接接铜及铜合金困难导热性太好，容易焊不
19、透易氧化、易开裂、易形成气孔电阻很小，难以采用电阻焊铜合金比纯铜更难焊接氩弧焊（紫铜、青铜）气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础非非铁金金属属及其合金的及其合金的焊接接铝及铝合金也比较困难极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣导热性较好，需预热、使用大功率热源容易产生气孔（易吸收H2）高温下强度塑性很低，焊缝塌陷氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础选择焊接方法接方法圆筒低筒低压容器容器Q235钢板20mm批量生产埋弧自动焊20钢板2mm批量生产缝焊45钢板6mm单件生产焊条电弧焊紫铜板4mm单件生产氩弧焊铝合金板20mm单件生产
20、氩弧焊不锈钢板10mm小批生产氩弧焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础讨论焊接工接工艺问题如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊才能既不开裂，又能切削加工？2004金工教研室机械制造基机械制造基础五、五、焊接接结构构设计焊接结构件材料的选择应选碳当量小于0.4的金属材料优选强度等级低的低合金结构钢优选镇静钢（脱氧完全）异种金属间焊接以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺各种金属材料的焊接性能可查表2004金工教研室机械制造基机械制造基础1、合理、合理选用型材用型材减减少少焊缝数数量量2004金工教研室机械制造基机械制造基础2、焊接接接接头设计分散布置焊缝2004金工教研室机械制造基机械制造基础3
21、、对称称布置布置焊缝2004金工教研室机械制造基机械制造基础对称称布置布置焊缝2004金工教研室机械制造基机械制造基础对称称布置布置焊缝2004金工教研室机械制造基机械制造基础4、避、避开开应力集中的位置力集中的位置2004金工教研室机械制造基机械制造基础避避开开应力集中的位置力集中的位置2004金工教研室机械制造基机械制造基础避避开开应力集中的位置力集中的位置2004金工教研室机械制造基机械制造基础5、避、避开开机械加工位置机械加工位置2004金工教研室机械制造基机械制造基础6、便于、便于电弧弧焊的的设计2004金工教研室机械制造基机械制造基础便于便于电弧弧焊的的设计2004金工教研室机械制
22、造基机械制造基础便于便于电弧弧焊的的设计2004金工教研室机械制造基机械制造基础7、便于埋弧、便于埋弧焊的的设计2004金工教研室机械制造基机械制造基础8、便于点、便于点焊及及缝焊的的设计2004金工教研室机械制造基机械制造基础其他布置原其他布置原则尽可能平焊避免仰焊减少横焊一次装配，尽可能完成大部分焊接2004金工教研室机械制造基机械制造基础9、焊条条电弧弧焊接接头形式形式对接接头2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条电弧弧焊接接头形式形式T型接头2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条电弧弧焊接接头形式形式角接接头2004金工教研室机械制造基机械制造基础焊条条电弧弧焊接接头形
23、式形式搭接接头2004金工教研室机械制造基机械制造基础接接头过渡形式渡形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础接接头过渡形式渡形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础电渣渣焊接接头形式形式2004金工教研室机械制造基机械制造基础讨论如如图三三个个焊件件这三个焊件结构设计都有问题2004金工教研室机械制造基机械制造基础六、六、连接技接技术综述述通过机械、物理和化学方法，以及冶金方式，将多个零件连接成一个整体，并保持相互位置的工艺方法机械连接可拆卸连接/不可拆卸连接物理化学方法钎焊/粘接冶金方式：焊接2004金工教研室机械制造基机械制造基础机械机械连接可拆卸接可拆卸连接接2004金工教研室机械制造基机械制造基础机械机械连接不可拆卸接不可拆卸连接接2004金工教研室机械制造基机械制造基础物理化物理化学学方法方法钎焊2004金工教研室机械制造基机械制造基础物理化物理化学学方法粘接方法粘接2004金工教研室机械制造基机械制造基础讨论：汽：汽车中的中的连接接举例说明汽车中的连接可拆卸连接不可拆卸连接粘接焊接2004金工教研室机械制造基机械制造基础总结电弧焊工艺焊条电弧焊的各种方法特种焊接工艺方法金属材料的焊接性焊接结构设计连接技术
