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1、模块十模块十 焊接成形焊接成形 教学目的要求：教学目的要求： 1. 1. 熟悉焊接的特点、分类及其应用。熟悉焊接的特点、分类及其应用。 2. 2.了解焊接电流，电焊机和构造，电焊条，手弧了解焊接电流，电焊机和构造，电焊条，手弧焊工艺。焊工艺。 3. 3.了解电阻焊、磨擦焊、钎焊、电渣焊等。了解电阻焊、磨擦焊、钎焊、电渣焊等。 4. 4.了解金属材料的焊件性。了解金属材料的焊件性。 教学重点、难点：教学重点、难点：焊接的特点、分类及其应用；手弧焊工艺；金属焊接的特点、分类及其应用；手弧焊工艺；金属材料的焊件性。材料的焊件性。1焊接：焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或是通过加热或加压，
2、或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：焊接的主要特点是： （1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量； （2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造； （3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型； （5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件
3、。焊接方法的应用：焊接方法的应用： （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复。）修复。2焊接方法焊接方法压压力力焊焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎钎焊焊及及封封粘粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊3项目一项目一 手工电弧焊手工电弧焊 活动一活动一 手工电弧焊的焊接过程手工电弧焊的焊接过程利用焊条与焊件之间产生的电弧，将焊件接头和焊条熔化而进行焊
4、接的工艺方法4 活动二活动二 电弧焊冶金特点电弧焊冶金特点 电弧焊的冶金过程有以下特点：电弧焊的冶金过程有以下特点： 1.1.焊接电弧和熔池金属的温度高于一般的焊接电弧和熔池金属的温度高于一般的冶炼温度。因此使金属元素强烈蒸发，并使冶炼温度。因此使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。 2. 2.熔池体积小、冷却快，冶炼过程难以熔池体积小、冷却快，冶炼过程难以充分进行。充分进行。5 活动三活动三 焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电弧是指两
5、电极之间强烈而持久的气体放电现象。电现象。 电弧的三个区电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区 焊接电弧的温度焊接电弧的温度 C C和热量分布和热量分布 温度温度 C C 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 2600 4343 弧柱区：弧柱区： 6000 60008000 218000 21 阴极区阴极区 ： 2400 2400 3636 6 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一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，有两种定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：接线方法： 直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚焊件
6、接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）板、酸性焊条） 直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）7 活动四活动四 焊条焊条 电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用 组成：组成：焊芯和药皮焊芯和药皮 作用：作用： 焊芯焊芯 填充金属填充金属 药皮药皮 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。等。 药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮必须含有造气剂和造渣剂。 药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。脱氧剂、脱硫剂和去
7、氢剂等。8 焊条的种类和编号焊条的种类和编号 种种类类：结结构构钢钢焊焊条条、钼钼及及铬铬钼钼耐耐热热钢钢焊焊条条、不不锈锈钢钢焊焊条条、堆堆焊焊焊焊条条、低低温温钢钢焊焊条条、铸铸铁铁焊焊条条、钛钛及及钛钛合合金金焊焊条条、铝铝及及铝铝合合金金焊焊条条、铜铜及及铜铜合合金金焊条、特殊用途焊条。焊条、特殊用途焊条。 编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中： 结构钢焊条结构钢焊条 焊焊缝缝金金属属抗抗拉拉强强度大于等于度大于等于 药药皮皮类类型型（钛钛钙钙型）和电源种类（交直流）型）和电源种类（交直流） 507 7 507 7 低氢，直流低氢，直流9 电焊条的选
8、用原则电焊条的选用原则 等等强强度度原原则则：低低碳碳钢钢和和普普通通低低合合金金钢钢构构件件，一一般般都都要要求求焊焊缝缝金金属属与与母母材材等等强强度度， 因因此此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。 同同一一强强度度等等级级的的酸酸性性焊焊条条和和碱碱性性焊焊条条的的选选用用。主主要要应应考考虑虑：焊焊接接件件的的结结构构形形状状、钢钢板板厚度、载荷性质和抗裂性能而定厚度、载荷性质和抗裂性能而定。 低低碳碳钢钢与与低低合合金金结结构构钢钢焊焊接接，可可按按某某一一种种钢钢接接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。 焊焊
9、接接不不锈锈钢钢或或耐耐热热钢钢等等有有特特殊殊性性能能要要求求的的钢钢材材，应选用相应的专用焊条。应选用相应的专用焊条。10 活动五活动五 电弧焊设备电弧焊设备 手工电弧焊设备包括电焊机、连接电缆、电手工电弧焊设备包括电焊机、连接电缆、电焊钳、尖头锤及钢丝刷和面罩、手套等安全防护焊钳、尖头锤及钢丝刷和面罩、手套等安全防护用具。其中电焊机是主要的设备，它为焊接电弧用具。其中电焊机是主要的设备，它为焊接电弧提供电源。常用的电焊机分为直流和交流两大类。提供电源。常用的电焊机分为直流和交流两大类。 活动六活动六 手工电弧焊工艺手工电弧焊工艺 1.1.焊前准备焊前准备 包括焊接接头形式的选择、开坡口、
10、清理焊包括焊接接头形式的选择、开坡口、清理焊件表面氧化皮和油垢及焊件装备固定等。件表面氧化皮和油垢及焊件装备固定等。 常用焊接接头的形式有：对接接头、角接接常用焊接接头的形式有：对接接头、角接接头、头、T T字接头、和搭接接头。字接头、和搭接接头。11 2.2.焊缝的空间位置焊缝的空间位置 平焊、立焊、横焊、仰焊四种。平焊、立焊、横焊、仰焊四种。 3.3.焊接规范焊接规范 焊接规范主要是选择焊条直径、焊接电流、焊焊接规范主要是选择焊条直径、焊接电流、焊接速度和电弧长度等。接速度和电弧长度等。平焊时焊条直径与焊件厚度的关系平焊时焊条直径与焊件厚度的关系各种直径焊条推荐电流值各种直径焊条推荐电流值
11、焊件厚度焊件厚度/mm/mm2 23 34 45 56 612121212焊条直径焊条直径/mm/mm2 23.23.23.23.24 44 45 54 46 6焊条直径焊条直径/mm/mm1.61.62.02.02.52.53.23.24.04.05.05.05.85.8焊接电流焊接电流/A/A252540404040707050508080909013013016016021021020020027027026026030030012项目二项目二 其它焊接方法其它焊接方法 活动一活动一 埋弧焊埋弧焊 电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。 埋弧焊的特点及应用埋
12、弧焊的特点及应用 埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。焊接。13埋弧自动焊埋弧自动焊14 活动二活动二 气体保护焊气体保护焊 用外加气
13、体作为电弧介质并保护电弧和焊接区用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。的电弧焊。 1.1.氩弧焊氩弧焊 钨极氩弧焊钨极氩弧焊 以钨钍合金和钨以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极特点，形成不熔化极氩弧焊。氩弧焊。15 熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 以焊丝为一电极（正极），以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的的“喷射过渡喷射过渡”进入熔池，所用电流比较大，生产率进入熔池，
14、所用电流比较大，生产率高。高。板厚板厚8 8mmmm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用直流反接，这对于焊铝工件正好有焊通常采用直流反接，这对于焊铝工件正好有“阴极阴极破碎破碎”作用。作用。16 二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊 以以COCO2 2为保护气体，用焊丝为电极引燃电为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。弧，实现半自动焊或自动焊。 COCO2 2气体气体 保护焊的特点：保护焊的特点： 1.1.电流密度大、熔深大、焊速快、焊后电流密度大、熔深大、焊速快、焊后无需清渣。无需清渣。 2. 2.产生变形和裂纹的倾向小。产
15、生变形和裂纹的倾向小。 3. 3.焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好。焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好。17 活动三活动三 电渣焊电渣焊 利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。 特点：特点： 1.1.焊接厚件时，厚大截面可一次焊成，生产率焊接厚件时，厚大截面可一次焊成，生产率高；同时可节省开坡口工作，节省焊接材料和焊高；同时可节省开坡口工作，节省焊接材料和焊接工时，成本低。接工时，成本低。 2. 2.焊缝金属比较
16、纯净。焊缝金属比较纯净。 3. 3.电渣焊接头组织粗大，焊后需要进行正火电渣焊接头组织粗大，焊后需要进行正火处理。处理。18电渣焊示意图电渣焊示意图19 活动四活动四 等离子弧焊等离子弧焊 利用机械压缩效应和电磁收缩效应使电流线将电利用机械压缩效应和电磁收缩效应使电流线将电弧压缩为细小的等离子体。弧压缩为细小的等离子体。等离子弧温度等离子弧温度高，能量密度高，能量密度大，大， 因而可因而可一次性熔化较一次性熔化较厚的材料。厚的材料。等离子弧可用等离子弧可用于焊接和切割于焊接和切割。20项目三项目三 压焊与钎焊压焊与钎焊 活动一活动一 电阻焊电阻焊1.1.对焊对焊 （1 1）电阻对焊）电阻对焊
17、先将工件夹紧并加压，然后通电先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑性温度使接触面温度达到塑性温度(950(9501000)1000)。在压力下塑变和再结晶形成固。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头（图态焊接接头（图12-77a12-77a）。电阻对焊要）。电阻对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，小，一般用于钢筋的对接焊。一般用于钢筋的对接焊。21 （2 2）闪光对焊）闪光对焊 先通电，后接触，因个别点接触，先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高，可使其瞬间个别点通过的电流密度很高，可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上
18、熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收缩力和电磁引力及斥力而使过存在电磁收缩力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排除梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。度迅速升高。 闪光对焊主要闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。高。222 2电阻点焊电阻点焊 电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压获得焊点的
19、电阻焊方法。电、保压获得焊点的电阻焊方法。3.3.胶接点焊胶接点焊 与电阻点焊相比，胶接点焊与电阻点焊相比，胶接点焊 接头的搭接抗接头的搭接抗弯强度可提高弯强度可提高3 3倍，疲劳强度可提高倍，疲劳强度可提高9 9倍，成本倍，成本亦不太高。亦不太高。234.4.电阻缝焊电阻缝焊 缝焊是连续的点焊过程，它是用连续缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝。相互重叠的连续焊缝。 缝焊分流严重，通缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大电流比点焊大1.51.52 2倍。倍。 缝焊主要用
20、于低缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托压容器，如汽车、摩托车的油箱、气体静化器车的油箱、气体静化器等的焊接。等的焊接。24 活动二活动二 摩擦焊摩擦焊 摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。 接头的焊接质量好、稳接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的定，其废品率是闪光对焊的1%1%左右。左右。 适于焊接异种钢和异种适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢金属，如碳素结构钢- -高速高速钢、铜钢、铜- -
21、不锈钢、铝不锈钢、铝- -铜、铝铜、铝- -钢等。钢等。 摩擦焊具有以下优点：摩擦焊具有以下优点：25 活动三活动三 钎焊钎焊 钎焊钎焊: :是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。种焊接方法。 1 1硬钎焊硬钎焊 钎料熔点在钎料熔点在450450以上，接头强度较高，都在以上，接头强度较高，都在200MPa200MPa以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。 2 2软钎焊软钎焊 钎料熔点为钎料熔点为45045
22、0以下，接头强度较低，一般不超以下，接头强度较低，一般不超过过70MPa70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。26项目四项目四 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 活动一活动一 焊接接头的组织和性能焊接接头的组织和性能焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上测量的焊缝在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，焊缝附受焊
23、接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域的区域（过热区、正火区、部分相变区）（过热区、正火区、部分相变区）。27焊缝区各点温度变化示意图焊缝区各点温度变化示意图低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化28 活动二活动二 金属材料的可焊性金属材料的可焊性 可焊性的概念可焊性的概念 金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的获得优质焊接接头的难易程度
24、，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出焊接工艺条件下，表现出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差的差别。别。估算钢材可焊性的方法估算钢材可焊性的方法 碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：式为：29 活动三活动三 钢的焊接钢的焊接 1.1.碳素钢的焊接碳素钢的焊接 低碳钢含碳量不大于低碳钢含碳量不大于0.25%0.25%，塑性好，一般，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（
25、电渣焊施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。除外）。 中碳钢含碳量在中碳钢含碳量在0.25%0.25%0.6%0.6%之间，随含之间，随含碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，可焊性逐渐变差。在实际生产当中，主要是焊接各种渐变差。在实际生产当中，主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。中碳钢的铸钢件与锻件。30 2.2.合金钢的焊接合金钢的焊接 低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金元素越多，度级别有关。钢中含碳及合金元素越多，钢材
26、强度级别越高，焊后热影响区的淬硬钢材强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。强度级别大于倾向也越大。强度级别大于450MPa450MPa级的低级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。加，塑性、韧性则下降。31项目五项目五 金属的热切割金属的热切割 利用热能使金属分离的一种方法。利用热能使金属分离的一种方法。 活动一活动一 气割气割 利用气体火焰的热能工件切割处预热利用气体火焰的热能工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧气流，使到一定温度后，喷出高速切割氧气
27、流，使其燃烧并放出热量实现切割的方法。其燃烧并放出热量实现切割的方法。 活动二活动二 等离子弧切割等离子弧切割 是利用等离子弧的热能实现切割的方是利用等离子弧的热能实现切割的方法。法。32 教学建议：教学建议： 本章首先介绍焊接的特点、分类及应用；本章首先介绍焊接的特点、分类及应用；重点介绍焊条电弧焊的原理设备、特点与重点介绍焊条电弧焊的原理设备、特点与应用；对比介绍其它焊接方法的特点及音应用；对比介绍其它焊接方法的特点及音乐。教学中应把握不同焊接方法的特点及乐。教学中应把握不同焊接方法的特点及应用，加强实践教学，增加感性认识，加应用，加强实践教学，增加感性认识，加深理解。深理解。 作业：作业：33
