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1、第十章第十章 焊接与胶接成形焊接与胶接成形第二节第二节 常用焊接方法常用焊接方法工程材料与成形技术基础工程材料与成形技术基础u一、焊条电弧焊一、焊条电弧焊u 焊条电弧焊是利用电弧热局部熔化焊件，并用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，是目前应用较为广泛的焊接方法之一。u优点优点:设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝，尤其适用于操作不便的场合和短小焊缝的焊接。u优点优点:对操作人员的技能要求较高，生产率低，工作环境差，劳动强度大。不适宜焊接钛等活泼金属、难熔金属及低熔点金属。u二、埋弧焊二、埋弧焊u埋弧焊是电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。u埋弧焊
2、的焊接过程u如图10-19所示。焊接时，送丝机构送进焊丝使之焊件接触，焊剂通过软管均匀撒落在焊缝上，掩盖住焊丝和焊件接触处。通电以后，向上抽回焊丝而引燃电弧。电弧在焊剂层下燃烧，使焊丝、焊件接头和部分焊剂熔化，形成一个较大熔池，并进行冶金反应。u电弧周围的颗粒状焊剂被熔化成熔渣，少量焊剂和金属蒸发形成蒸气，在蒸气压力作用下，气体将电弧周围的熔渣排开，形成一个封闭的熔渣泡，如图10-20所示。它有一定的粘度，能承受一定的压力。因此，被熔渣泡包围的熔池金属与空气隔离，同时也防止金属的飞溅和电弧热量的损失。焊接视频埋弧自动焊（液滴）.0001.mpgu随着焊接的进行，电弧向前移动，焊丝不断送进，熔化
3、后金属逐渐冷却凝固形成焊缝。熔化的焊剂覆盖在焊缝金属上形成渣壳。u最后，断电熄弧，完成焊接过程。未熔化的焊剂经回收处理后，可重新使用。u埋弧焊的焊丝同焊条电弧焊焊芯的作用一样，其成分标准也相同。常用焊丝牌号有H08A、H08MnA和H10Mn2等。焊接视频埋弧自动焊1.mpg焊接视频埋弧自动焊2.0001.mpgu埋弧焊与焊条电弧焊相比有以下特点：埋弧焊与焊条电弧焊相比有以下特点：u (1)生产率高生产率高u埋弧焊的焊丝导电部分远比焊条电弧焊短且外面无药皮覆盖，送丝速度又较快，因而其焊接电流可达1000A以上，比焊条电弧焊高6-8倍，所以金属熔化快，焊接速度高。u同时，焊丝成卷使用，节省了更换
4、焊条的时间，因此生产率比焊条电弧焊高5-10倍。u(2)焊接品质高而且稳定焊接品质高而且稳定u埋弧焊时，熔渣泡对金属熔池保护严密，有效地阻止了 空气的有害影响，热量损失小，熔池保持液态时间长，冶金过程进行得较为完善，气体 与杂质易于浮出，焊缝金属化学成分均匀。u同时焊接参数能自动控制调整，焊接过程自 动进行。u因此，焊接品质高，焊缝成形美观，并保持稳定。u(3)节省金属材料节省金属材料u埋弧焊热量集中，熔深大，厚度在25mm以下的焊件都可以不 开坡口进行焊接，因此降低了填充金属损耗。u此外，没有焊条电弧焊时的焊条头损失， 熔滴飞溅很少，因而能节省大量金属材料。u(4)劳动条件好劳动条件好u埋弧
5、焊由于电弧埋在焊剂之下，看不到弧光，烟雾很少，焊接过 程中焊工只需预先调整焊接参数，管理焊机，焊接过程便可自动进行，所以劳动条件 好。u灵活性差，只能焊接长而规则的水平焊缝，不能焊短的、不规则焊缝 和空间焊缝，也不能焊薄的工件。u焊接过程中，无法观察焊缝成形情况，因而对坡口的 加工、清理和接头的装配要求较高。u埋弧焊设备较复杂，价格高，投资大。u 埋弧焊通常用于碳钢、低合金钢、不锈钢和耐热钢等中厚板(6-60mm)结构的长 直焊缝及直径大于250mm环缝的平焊，生产批量越大，经济效果越佳。u三、气体保护电弧焊三、气体保护电弧焊u 气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧
6、焊。u在气体保护电弧焊中，用作保护介质的气体有氩气氩气和二氧二氧化碳化碳。uCO2虽具有一定氧化性，但 其价廉易得，且对不易氧化的低碳钢仍然具有很好的保护作用，所以，它的应用也较普遍。u1氩弧焊氩弧焊u 氩弧焊是使用氩气为保护气体的电弧焊。氩弧焊是使用氩气为保护气体的电弧焊。u氩弧焊时，氩气从喷嘴喷出后，便形成密闭而连续的气体保护层，使电弧和熔池与大气隔绝，避免了有害气体的侵入，起到了保 护作用。u氩弧焊按所用电极不同，分为熔化极氩弧焊和不熔化极(或钨极)氩弧焊。u(1)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊(MIG) 焊接视频焊接视频氩弧焊氩弧焊.mpgu熔化极氩弧焊的焊接过程如图10-21a所示。u由于
7、采用焊丝作为 电极，可以采用较大的电流，适合于焊接厚度为3 25mm的焊件。它利用焊 丝作为电极并兼做焊缝填充金属，焊接时，在氩气保护下，焊丝通过送丝机构不断地送进，在电弧作用下不断熔化，并过渡到熔池中去，冷却后形成焊缝。 图图10-21氩弧焊示意图氩弧焊示意图 a)a)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊b)不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊1 1一送丝辊轮一送丝辊轮2一焊丝或电极一焊丝或电极3一导电嘴一导电嘴4一喷嘴一喷嘴5一进气管一进气管 6 6一氩气流一氩气流7一电弧一电弧8一焊件一焊件9一填充焊丝一填充焊丝u(2)非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊(TIG) u不熔化极氩弧焊以高熔点的钨(或钨合金)棒作为电
8、 极，焊接时，钨棒不熔化，只起导电产生电弧的作用。u焊丝只起填充金属作用，从钨极前方向熔池中添加，如图10-21b所示，焊接方式既可手工操作，也可自动化操作。 图图10-21氩弧焊示意图氩弧焊示意图 a)a)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊b)不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊1 1一送丝辊轮一送丝辊轮2一焊丝或电极一焊丝或电极3一导电嘴一导电嘴4一喷嘴一喷嘴5一进气管一进气管 6 6一氩气流一氩气流7一电弧一电弧8一焊件一焊件9一填充焊丝一填充焊丝u不熔化极氩弧焊时，因为氩和钨棒均使电弧引燃困难，如果采用同焊条电弧焊一样的接触引弧，由于引弧产生的高温，钨棒会严重损耗。因此，在两极之间加一个高频振荡器，用它
9、产生的高频高压电流引起电弧。 u不熔化极氩弧焊时，阴极区温度可达3000 ，阳极区可达4200 ，这已超过钨棒的熔点。u为了减小钨极损耗，焊接电流不能太大，通常适用于焊接厚度为0.56mm的薄板。u钨极氩弧焊焊接低合金钢、不锈钢、钛合金和纯铜等材料时，一般采用直流电源正接法，使钨棒为温度较低的阴极，以减少钨棒的熔化和烧损。u焊接铝、镁及其合金时，一般采用直流反接法，这样便可利用钨极射向焊件的正离子撞击工件表面，使焊件表面形成的高熔点氧化物(A12O3，MgO)膜破碎而去除，即“阴极破碎”作用，从而使焊接品质得以提高。但这种方式会造成钨棒消耗加快。u因此，在实际生产中，焊接这类合金时，多采用交流
10、电源。当焊件处于正极的半周内，有利于钨棒的冷却，减少其损耗，当焊件处于负极的半周内有利于造成“阴极破碎”作用，以保证焊接品质。u(3)氩弧焊特点及其应用氩弧焊特点及其应用u1)焊缝品质好，成形美观：焊缝品质好，成形美观：u氩气是惰性气体，在高温下，它既不与金属起化学反应，氩气是惰性气体，在高温下，它既不与金属起化学反应，又不溶于液体金属中，而且氩气密度大又不溶于液体金属中，而且氩气密度大(比空气大比空气大25)，排，排除空气的能力强，因此，对金属熔池的保护作用非常好，除空气的能力强，因此，对金属熔池的保护作用非常好，焊缝不会出现气孔和夹杂。焊缝不会出现气孔和夹杂。u此外氩弧焊电弧稳定，飞溅小，
11、焊缝致密，表面没有熔渣，此外氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有熔渣，所以氩弧焊焊缝品质好，成形美观。所以氩弧焊焊缝品质好，成形美观。u2)焊接热影响区和变形较小：焊接热影响区和变形较小：u电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，所以电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，所以焊接速度快，热影响区较窄，工件焊后变形小。焊接速度快，热影响区较窄，工件焊后变形小。u 3)操作性能好：操作性能好：u氩弧焊时电弧和熔池区是气流保护，明弧可见，所以便于氩弧焊时电弧和熔池区是气流保护，明弧可见，所以便于观察、操作、可进行全位置焊接，并且有利于焊接过程自观察、操作、可进行全位置焊接，并且有
12、利于焊接过程自动化。动化。u 4)适于焊接易氧化金属：适于焊接易氧化金属：u由于用惰性气体氩保护，最适于焊接各类合金钢、易氧化由于用惰性气体氩保护，最适于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属以及锆、钽、钼等稀有金属。的有色金属以及锆、钽、钼等稀有金属。u 5)焊接成本高：焊接成本高：u氩气没有脱氧和去氧作用，所以氩弧焊对焊前的除油、去氩气没有脱氧和去氧作用，所以氩弧焊对焊前的除油、去锈等准备工作要求严格。而且氩弧焊设备较复杂，氩气来锈等准备工作要求严格。而且氩弧焊设备较复杂，氩气来源少，价格高，因此，焊接成本较高。源少，价格高，因此，焊接成本较高。u目前，氩弧焊主要用于焊接易氧化的非铁金目前，氩弧
13、焊主要用于焊接易氧化的非铁金属属(如铝、镁、铜、钛及合金如铝、镁、铜、钛及合金)和稀有金属，和稀有金属，以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。以及高强度合金钢、不锈钢、耐热钢等。u 2CO2气体保护焊气体保护焊u 利用利用CO2气体作为保护气体的电弧焊称为气体作为保护气体的电弧焊称为CO2气体保护焊气体保护焊它以连续送进的焊丝作为它以连续送进的焊丝作为电极，靠焊丝与焊件之间电极，靠焊丝与焊件之间产生的电弧熔化金属与焊产生的电弧熔化金属与焊丝，以自动或半自动方式丝，以自动或半自动方式进行焊接，如图进行焊接，如图10-22所所示示，图图10-22 CO2气体保护焊示意图气体保护焊示意图1 1-流量计
14、流量计 2-减压器减压器 3-c02气瓶气瓶 4-直流弧焊电源直流弧焊电源 5-5-喷嘴喷嘴 6-导电嘴导电嘴 7-送丝软管送丝软管 8-送丝机构送丝机构 9-焊丝盘焊丝盘u焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送进，焊接时焊丝由送丝机构通过软管经导电嘴送进，CO2气体以一定流量从环行气体以一定流量从环行喷嘴中喷出。电弧引燃后，焊丝末端、电极及熔池被气体喷嘴中喷出。电弧引燃后，焊丝末端、电极及熔池被气体CO2所包围，使之所包围，使之与空气隔绝，起到保护作用。与空气隔绝，起到保护作用。uCO2虽然起到了隔绝空气的保护作用，但它仍是一种氧化性气体。虽然起到了隔绝空气的保护作用，但它仍是一种氧化性气体
15、。u在焊接高温下，会分解成在焊接高温下，会分解成CO和和O2，O2进入熔池，使进入熔池，使Fe、C、Mn、Si和其他和其他合金元素烧损，降低焊缝力学性能。合金元素烧损，降低焊缝力学性能。u而且生成的而且生成的CO在高温下膨胀，从液态金属中逸出时，会造成金属的飞溅，在高温下膨胀，从液态金属中逸出时，会造成金属的飞溅，如果来不及逸出，则在焊缝中形成气孔。为此，需在焊丝中加入脱氧元素如果来不及逸出，则在焊缝中形成气孔。为此，需在焊丝中加入脱氧元素Si、Mn等，即使焊接低碳钢也使用合金钢焊丝如：等，即使焊接低碳钢也使用合金钢焊丝如：H08MnSiA，焊接普通低，焊接普通低合金钢使用合金钢使用H08Mn
16、2SiA焊丝。焊丝。uCO2气体保护焊的特点是：气体保护焊的特点是：u由于焊丝自动送进，焊接速度快，电流密度大，熔深大，由于焊丝自动送进，焊接速度快，电流密度大，熔深大，焊后没有熔渣，节省清渣时间，因此，其生产率比焊条电焊后没有熔渣，节省清渣时间，因此，其生产率比焊条电弧焊提高弧焊提高14倍；倍；u焊接时，有焊接时，有CO2气体的保护，焊缝氢含量低，焊丝中锰的气体的保护，焊缝氢含量低，焊丝中锰的含量高，脱硫作用良好；含量高，脱硫作用良好；u电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区较小。电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区较小。u所以，所以，CO2气体保护焊接接头品质良好；气体保护焊
17、接接头品质良好；uCO2气体价格低廉，来源广，因此气体价格低廉，来源广，因此CO2气体保护焊的成本仅气体保护焊的成本仅为焊条电弧焊和埋弧焊的为焊条电弧焊和埋弧焊的40左右；此外左右；此外CO2气体保护焊气体保护焊是明弧焊，可以清楚地看到焊接过程，容易发现问题及时是明弧焊，可以清楚地看到焊接过程，容易发现问题及时处理。半自动处理。半自动c伤气体保护焊像焊条电弧焊一样灵活，适于伤气体保护焊像焊条电弧焊一样灵活，适于各种位置的焊接。但是，各种位置的焊接。但是，CO2具有氧化性，用大电流焊接具有氧化性，用大电流焊接时，飞溅大，烟雾大，焊缝成形不良，容易产生气孔等缺时，飞溅大，烟雾大，焊缝成形不良，容易
18、产生气孔等缺陷。陷。uCO2气体保护焊广泛应用于造船、汽车制造、工程机械等气体保护焊广泛应用于造船、汽车制造、工程机械等工业部门，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢构件，也工业部门，主要用于焊接低碳钢和低合金结构钢构件，也可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的焊补等。可用于耐磨零件的堆焊，铸钢件的焊补等。u但是，但是，CO2焊不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。焊不适于焊接易氧化的非铁金属及其合金。u四、电渣焊四、电渣焊u 电渣焊是利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻电渣焊是利用电流通过液态熔渣时所产生的电阻热作为热源的一种熔化焊接的方法。热作为热源的一种熔化焊接的方法。u根据焊接时使用电极的形状，可分为
19、丝极电渣焊、根据焊接时使用电极的形状，可分为丝极电渣焊、板极电渣焊和熔嘴电渣焊等。板极电渣焊和熔嘴电渣焊等。u 1电渣焊的焊接过程电渣焊的焊接过程 u电渣焊总是在垂直立焊位电渣焊总是在垂直立焊位置进行焊接，丝极电渣焊置进行焊接，丝极电渣焊的焊接过程如图的焊接过程如图10-23所示。所示。图图10-23电渣焊示意图电渣焊示意图1 1一一焊焊件件 2一一焊丝焊丝 3一渣池一渣池 4一熔池一熔池 5一冷却一冷却铜铜滑滑块块6一一焊缝焊缝 7 7、8一冷却水进、出管一冷却水进、出管u电焊前先将焊件垂直放置，在接触面之间预留电焊前先将焊件垂直放置，在接触面之间预留2040rnm的间隙形成焊的间隙形成焊接
20、接头接接头u在接头底部加装引入板和引弧板；顶部加装引出板，以便引燃电弧和在接头底部加装引入板和引弧板；顶部加装引出板，以便引燃电弧和引出渣池，保证焊接品质。在接头两侧装有水冷铜滑块以利熔池冷却引出渣池，保证焊接品质。在接头两侧装有水冷铜滑块以利熔池冷却凝固。凝固。u焊接时，先将颗粒焊剂放入焊接接头的间隙，然后送入焊丝，焊丝同焊接时，先将颗粒焊剂放入焊接接头的间隙，然后送入焊丝，焊丝同引弧板接触后引燃电弧。引弧板接触后引燃电弧。u电弧将不断加入的焊剂熔化成熔渣，当熔渣液面升高到一定高度时形电弧将不断加入的焊剂熔化成熔渣，当熔渣液面升高到一定高度时形成渣池。渣池形成后，迅速将电极成渣池。渣池形成后
21、，迅速将电极(焊丝焊丝)埋人渣池中，并降低焊接电压，埋人渣池中，并降低焊接电压，使电弧熄灭，进行电渣焊过程。使电弧熄灭，进行电渣焊过程。u由于电流通过具有较大电阻的液态熔渣，产生的电阻热使由于电流通过具有较大电阻的液态熔渣，产生的电阻热使熔渣升高到熔渣升高到1600 2000 ，将连续送进的焊丝和焊件接，将连续送进的焊丝和焊件接头边缘金属迅速熔化。头边缘金属迅速熔化。u熔化的金属在下沉过程中同熔渣起一系列冶金反应，最后熔化的金属在下沉过程中同熔渣起一系列冶金反应，最后沉集于渣池底部，形成了金属熔池，随着焊丝不断送进熔沉集于渣池底部，形成了金属熔池，随着焊丝不断送进熔池逐渐上升，冷却铜滑块上移，
22、熔池底部逐渐凝固形成焊池逐渐上升，冷却铜滑块上移，熔池底部逐渐凝固形成焊缝。缝。u根据焊件厚度不同，丝极电渣焊可采用一根或多根焊丝进根据焊件厚度不同，丝极电渣焊可采用一根或多根焊丝进行焊接。焊丝可以横向摆动，也可不摆动。行焊接。焊丝可以横向摆动，也可不摆动。u一般单丝不摆动时的焊接厚度为一般单丝不摆动时的焊接厚度为4060mm，单丝摆动时的焊，单丝摆动时的焊接厚度为接厚度为60150mm，三丝摆动时的焊接厚度可达，三丝摆动时的焊接厚度可达450mm。u2电渣焊的特点电渣焊的特点u 1)生产效率高，成本低生产效率高，成本低 u电渣焊焊件不需开坡口，只需使焊接端面之间保持适当的间隙便可一次焊接完成
23、，因此既提高了生产率又降低了成本。u 2)焊接品质好焊接品质好 u由于渣池覆盖在熔池上，保护作用良好，而且熔池金属保护液态时间长，有利于焊缝化学成分的均匀化和气体杂质的上浮排除。因此，出现气孔，夹渣等缺陷的可能性小，焊缝成分较均匀，焊接品质好。u3)焊接应力小焊接应力小u焊接速度慢，焊件冷却速度相应降低，因此焊接应力小。u 4)热影响区大热影响区大u电渣焊由于熔池在高温停留时间较长，热影响区较其他焊接方法都宽，造成接头处晶粒粗大，力学性能有所降低。所以一般焊件经电渣焊后都要进行热处理或在焊丝、焊剂中配人钒、铁等元素以细化焊缝组织。u电渣焊主要用于焊接厚度大于电渣焊主要用于焊接厚度大于30mm的
24、厚大件。的厚大件。u由于焊接应力小，它不仅适合于低碳钢、普通低合金钢的由于焊接应力小，它不仅适合于低碳钢、普通低合金钢的焊接，也适合于塑性较低的中碳钢和合金结构钢的焊接。焊接，也适合于塑性较低的中碳钢和合金结构钢的焊接。u目前电渣焊是制造大型铸目前电渣焊是制造大型铸-焊、锻焊、锻-焊复合结构的重要技术方焊复合结构的重要技术方法。法。u例如制造大吨位压力机、大型机座、水轮机转子和轴等。例如制造大吨位压力机、大型机座、水轮机转子和轴等。u五、等离子弧焊接与切割五、等离子弧焊接与切割u 一般电弧焊中的电弧不受外界约束，称为自由电弧，电弧区内的气体尚未完全电离，能量也未高度集中起来。u如果采用一些方法
25、使如果采用一些方法使自由电弧的弧柱受到压缩自由电弧的弧柱受到压缩(称为压缩效应称为压缩效应)，弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧高得多，弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧高得多的等离子弧。的等离子弧。u自由电弧一般受如下三种压缩效应：自由电弧一般受如下三种压缩效应：u1)等离子电弧发生装置如图等离子电弧发生装置如图1024所示。所示。u在钨极与工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成电弧。此电弧在通过具有细孔道的喷嘴时，弧柱被强迫缩小，此作用称为“机械压缩效应机械压缩效应”。图图1010-24等离子电弧发生装置原理图等离子电弧发生装置原理图u2)当通入一定压力和流量的氩气
26、或氮气时，冷气流均匀地当通入一定压力和流量的氩气或氮气时，冷气流均匀地包围着电弧，使弧柱外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流包围着电弧，使弧柱外围受到强烈冷却，迫使带电粒子流(离子和电子离子和电子)往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。这种压往弧柱中心集中，弧柱被进一步压缩。这种压缩作用称为缩作用称为“热压缩效应热压缩效应”。u3)带电粒子流在弧柱中的运动，可看成是电流在一束平行带电粒子流在弧柱中的运动，可看成是电流在一束平行的的“导线导线”内流过，其自身磁场所产生的电磁力，使这些内流过，其自身磁场所产生的电磁力，使这些“导线导线”互相吸引靠近，弧柱又进一步被压缩。这种压缩互相吸引靠近，弧柱又进一步被
27、压缩。这种压缩作用称为作用称为“电磁收缩效应电磁收缩效应”。u 电弧在上述三种效应的作用下，被压缩得很细，使能量高度集中，弧电弧在上述三种效应的作用下，被压缩得很细，使能量高度集中，弧柱内的气体完全电离为电子和离子称为柱内的气体完全电离为电子和离子称为等离子弧。等离子弧。其温度可达到其温度可达到16000K以上。以上。 u用等离子弧用于切割时，称为等离子弧切割。用等离子弧用于切割时，称为等离子弧切割。u等离子弧切割不仅切割效率比氧气切割高1倍，而且还可以切割不锈钢、铜、铝及其合金以及难熔的金属和非金属材料。u等离子弧用于焊接时，称为等离子弧焊接，是近年来发展等离子弧用于焊接时，称为等离子弧焊接
28、，是近年来发展较快的一种新的焊接方法。较快的一种新的焊接方法。u等离子弧焊接应使用专用的焊接设备和焊炬。u焊炬的构造应能保证在等离子弧周围再通以均匀的氩气流，以保护熔池和焊缝不受空气的有害作用。u所以，等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的所以，等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极气体保护焊。钨极气体保护焊。u等离子弧焊除具有氩弧焊的优点外，还有以下特点：等离子弧焊除具有氩弧焊的优点外，还有以下特点：u1)等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。u因此焊接厚度10。12mm的钢材可不开坡口，一次焊透双面成形。等离子弧焊的焊接速度快，生产率高
29、。焊后的焊缝宽度和高度较均匀一致，焊缝表面光洁u 2)当电流小到当电流小到0.1A时电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的时电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。u等离子弧焊接已在生产中得到广泛应用，特别是在国防工业及尖端技术中用以焊接铜合金、合金钢、钨、铝、钴、钛等金属焊件。如钛合金导弹壳体，波纹管及膜盒，微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器等均可用等离子弧焊接。u等离子弧焊接的设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。u六、电子束焊六、电子束焊u 电子束焊是利用被加速和聚焦的电子束，轰击置于真空或
30、电子束焊是利用被加速和聚焦的电子束，轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。u电子束轰击焊件时电子束轰击焊件时99以上的电子动能会转变为热能，因此，焊件被以上的电子动能会转变为热能，因此，焊件被电子束轰击的部位可加热至很高温度。电子束轰击的部位可加热至很高温度。u 电子束焊根据焊件所处环境的真空度不同，可分为高真电子束焊根据焊件所处环境的真空度不同，可分为高真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。u图图10一一25为真空电子束焊接示意图。为真空电子束焊接示意图。在真空中，电子枪的阳极被通
31、电加热至高温，发射出大量电子，这些热发射电子在强电场的阴极与阳极之间受高压作用而加速。高速运动的电子经过聚束装置、阳极和聚焦线圈形成高能量密度的电子束。电子束以极大速度射向焊件，电子的动能转化为热能使焊件轰击部位迅速熔化，即可进行焊接(利用磁性偏转装置可调节电子束射向焊件不同的部位和方向)，焊件移动便可形成连续焊缝。 图图lO-25真空电子束焊示意图真空电子束焊示意图l l一一真真空空室室 2一一焊焊件件 3一一电电子子束束 4一一磁磁性性偏偏转转装装置置 5一聚焦透镜一聚焦透镜 6一阳极一阳极 7一阴极一阴极8 8一灯丝一灯丝 9-交流电源交流电源 10_一直流高压电源一直流高压电源 lll
32、l、12-直流电源直流电源 13一排气装置一排气装置u由于在真空中焊接，金属不会被氧化、氮化，所以焊缝纯洁，无气孔、由于在真空中焊接，金属不会被氧化、氮化，所以焊缝纯洁，无气孔、夹杂。夹杂。u电子束参数可在较大范围内调节，控制灵活，精度高，适应性强，既电子束参数可在较大范围内调节，控制灵活，精度高，适应性强，既能焊接薄壁、微型结构，又能焊接厚能焊接薄壁、微型结构，又能焊接厚200300mm的厚板，且焊接过程的厚板，且焊接过程易于实现自动化。易于实现自动化。u但真空电子束焊设备复杂，造价高，焊前对焊件的清理和装配品质要但真空电子束焊设备复杂，造价高，焊前对焊件的清理和装配品质要求很高，焊件尺寸受
33、真空室的制约，因而限制了它的应用范围。求很高，焊件尺寸受真空室的制约，因而限制了它的应用范围。u真空电子束焊适于焊接各种难熔金属如钼、钨、钽和活泼金属如钛、真空电子束焊适于焊接各种难熔金属如钼、钨、钽和活泼金属如钛、锆等，在原子能、航空、空间技术等部门得到了广泛地应用。锆等，在原子能、航空、空间技术等部门得到了广泛地应用。u七、激光束焊七、激光束焊焊接视频焊接视频激光焊激光焊.mpg激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法激光束焊接是以聚集的激光束作为能源的特种熔化焊接方法u 激光焊接如图10-26所示。焊接用激光器有固态和气态两种，常用的激光材料为红宝石玻璃和二氧化碳。u激光束的
34、能量更为集中，激光束的能量更为集中，能量密度大大增加能量密度大大增加(105Wcm2)。图图10-26激光焊接示意图激光焊接示意图1 1一激光器一激光器2一信号器一信号器3一激光束一激光束4 4一聚集系统一聚集系统5一辅助能源一辅助能源6一焊件一焊件7 7一工作台一工作台8一信号器一信号器9一观测瞄一观测瞄 准器准器lO一程控设备一程控设备u如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金如将焦点调节到焊件结合处，光能迅速转换成热能，使金属瞬间熔化，冷凝成为焊缝。属瞬间熔化，冷凝成为焊缝。u激光焊的方式有脉冲激光点焊和连续激光焊两种。激光焊的方式有脉冲激光点焊和连续激光焊两种。u目前，脉冲激
35、光点焊应用较广泛，它适宜于焊接厚度为目前，脉冲激光点焊应用较广泛，它适宜于焊接厚度为05mm以下的金属薄板和直径以下的金属薄板和直径06mm以下的金属线材。以下的金属线材。u焊接视频焊接视频激光焊激光焊.0001.mpgu激光焊接的特点：激光焊接的特点：u1)由于激光焊热量集中，作用时间极短，因此，能量密度大，热影响区小，焊接变形小，焊件尺寸精度高；可以在大气中焊接，不需要采取保护措施。u 2)激光束通过光学系统反射和聚集，可以达到其他焊接方法很难焊接的部位进行焊接，还可以通过透明材料壁对结构内部进行焊接，例如对真空管的电极连接和显像管内部接线的连接。u3)激光焊可用于绝缘材料、异种金属、金属
36、与非金属的焊接。激光焊可用于绝缘材料、异种金属、金属与非金属的焊接。u激光焊接的主要缺点是焊接设备的有效参数低，功率较小，激光焊接的主要缺点是焊接设备的有效参数低，功率较小，只适合于焊薄板和细丝，对钨、钼等材料的焊接还比较困只适合于焊薄板和细丝，对钨、钼等材料的焊接还比较困难，且设备投资大。难，且设备投资大。u目前，激光焊接已广泛用于电子工业和精密仪表工业中，目前，激光焊接已广泛用于电子工业和精密仪表工业中，主要适合于焊接微型、精密、密集和热敏感的焊件，如集主要适合于焊接微型、精密、密集和热敏感的焊件，如集成电路内外引线，微型继电器以及仪表游丝等。成电路内外引线，微型继电器以及仪表游丝等。u八
37、、电阻焊八、电阻焊u 电阻焊又称接触焊，它是利用电流通过焊接接头的接触电阻焊又称接触焊，它是利用电流通过焊接接头的接触面时产生的电阻热将焊件局部加热到熔化或塑性状态，在面时产生的电阻热将焊件局部加热到熔化或塑性状态，在一定压力作用下形成焊接接头的压焊方法。一定压力作用下形成焊接接头的压焊方法。u因为两焊件的总电阻有限，为使焊件迅速加热因为两焊件的总电阻有限，为使焊件迅速加热(00110s)以减少散热损失，所以需要大电流、低电压、功率大的焊以减少散热损失，所以需要大电流、低电压、功率大的焊机。机。u与其他焊接方法相比较，电阻焊具有生产率高，焊件变形与其他焊接方法相比较，电阻焊具有生产率高，焊件变
38、形小，劳动条件好，焊接时不需要填充金属，易于实现机械小，劳动条件好，焊接时不需要填充金属，易于实现机械化、自动化等特点。化、自动化等特点。u但是由于影响电阻大小和引起电流波动的因素均导致电阻但是由于影响电阻大小和引起电流波动的因素均导致电阻热的改变，因此电阻焊接头品质不稳，从而限制了在某些热的改变，因此电阻焊接头品质不稳，从而限制了在某些受力构件上的应用。受力构件上的应用。u此外，电阻焊设备复杂，价格昂贵，耗电量大。此外，电阻焊设备复杂，价格昂贵，耗电量大。u电阻焊按接头形式的不同，可分为点焊、缝焊、对焊三种，如图电阻焊按接头形式的不同，可分为点焊、缝焊、对焊三种，如图10-27所示。所示。
39、u1点焊点焊焊接视频焊接视频点焊点焊.mpgu 点焊是利用柱状铜合金电极，在两块搭接焊件接触面之间形成焊点，而将工件连接在一起的焊接方法。图图lOlO-27电阻焊示意图电阻焊示意图a)a)点焊点焊b)缝焊缝焊c)对焊对焊u点焊已广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳点焊已广泛用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳和日常生活用品的生产之中。和日常生活用品的生产之中。u可焊接低碳钢、不锈钢、钢合金、铝镁合金等。可焊接低碳钢、不锈钢、钢合金、铝镁合金等。u适用于厚度为适用于厚度为4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。u2缝焊缝焊u 缝焊的焊接过程与点焊相似，只
40、是用转动的圆盘状电极取代点焊时所缝焊的焊接过程与点焊相似，只是用转动的圆盘状电极取代点焊时所用的柱状电极，焊接时，圆盘状电极压紧焊件并转动，依靠摩擦力带用的柱状电极，焊接时，圆盘状电极压紧焊件并转动，依靠摩擦力带动焊件向前移动，配合断续通电，形成许多连续并彼此重叠的焊点，动焊件向前移动，配合断续通电，形成许多连续并彼此重叠的焊点，焊点相互重叠约焊点相互重叠约50以上。以上。u焊接过程中分流现象严重，一般只适用于焊接焊接过程中分流现象严重，一般只适用于焊接3mm以下的薄板焊件。以下的薄板焊件。u 缝焊件表面光滑美观，气密性好。目前主要用于制造要求密封性的薄缝焊件表面光滑美观，气密性好。目前主要用
41、于制造要求密封性的薄壁结构，如油箱、小型容器和管道等。壁结构，如油箱、小型容器和管道等。u3对焊对焊焊接视频焊接视频对焊对焊.mpgu 对焊是把焊件装配成对接的接头，使其端面紧密接触，利用电阻热加热至塑性状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法。根据焊接过程不同，又可分为电阻对焊和闪光对焊。图图1010-28对焊示意图对焊示意图a)a)电阻对焊电阻对焊b)闪光对焊闪光对焊u 九、摩擦焊九、摩擦焊焊接焊接视频视频摩擦焊摩擦焊.mpgu 摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热摩擦焊是利用工件接触面摩擦产生的热量为热源，将工件端面加热到塑性状态，然后在压力作用下使金属连接在一起的焊
42、接方法。到塑性状态，然后在压力作用下使金属连接在一起的焊接方法。图10-29摩擦焊示意图u(2)摩擦焊的特点摩擦焊的特点u 1)焊接接头品质好且稳定。焊接接头品质好且稳定。u摩擦焊过程中，焊件表面的氧化膜及杂质被清除，表面不易氧化，因此接头品质好，焊件尺寸精度高u 2)焊接生产率高。焊接生产率高。u由于摩擦焊操作简单，不需加添焊接材料，容易实现自动控制，生产率高。u 3)可焊材料种类广泛。可焊材料种类广泛。u摩擦焊可焊接的金属范围较广，除用于焊接普通黑色金属和有色金属材料外，还适于焊接在常温下力学性能和物理性能差别较大，不适合熔焊的特种材料和异种材料。u 4)焊机设备简单，功率小，电能消耗少。
43、焊机设备简单，功率小，电能消耗少。u十、钎焊十、钎焊u 钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属，适当钎焊是利用熔点比焊件金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件粘接起来的一种焊接加热后，钎料熔化将处于固态的焊件粘接起来的一种焊接方法。方法。u(1)钎焊过程钎焊过程u钎焊过程是将表面清洗好的焊件以搭配形式装配在一起，把钎料放在装配间隙内或间隙附近，然后加热，使钎料熔化(焊件未熔化)并借助毛细管作用被吸人和充满固态焊件的间隙之内，被焊金属和钎料在间隙内进行相互扩散，凝固后，即形成钎焊接头。u钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。u钎剂是钎焊时使用的
44、溶剂，它的作用是清除被焊金属表面的氧化膜及其他杂质，改善钎料对焊件的湿润性，保护钎料及焊件免于氧化。u 钎焊的加热方法主要有火焰加热、电阻加热、感应加热、钎焊的加热方法主要有火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热，其中烙铁加热温度很炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热，其中烙铁加热温度很低，一般只适用于软钎焊。低，一般只适用于软钎焊。 u2)钎焊的分类根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和钎焊的分类根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊和软钎焊两大类。软钎焊两大类。u 1)硬钎焊：硬钎焊：硬钎焊是使用熔点高于硬钎焊是使用熔点高于450的钎料进行的钎焊的钎料进行的钎焊。常用的硬钎焊
45、有铜基、银基、铝基合金。硬钎焊使用的钎剂主要有硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。u 硬钎焊接头强度较高(200MPa)，工作温度也较高，常用于焊接受力较大或工作温度较高的焊件。如车刀上硬质合金刀片与刀杆的焊接。u 2)软钎焊：软钎焊：软钎焊是使用熔点低于软钎焊是使用熔点低于450的钎料进行的钎焊。的钎料进行的钎焊。常用的软钎料有锡一铅合金和锌一铝合金。软钎剂主要有松香、氧化锌溶液等。u十一、焊接技术的发展趋势十一、焊接技术的发展趋势u 由于焊接质量要求严格，而劳动条件往往较差，因而自动化、智能由于焊接质量要求严格，而劳动条件往往较差，因而自动化、智能化受到特殊重视，计算机和机器人在焊接工业界的应用
46、得到了迅速的化受到特殊重视，计算机和机器人在焊接工业界的应用得到了迅速的发展。发展。u采用微型计算机对焊接过程进行测试和控制是现代焊接技术的最新发采用微型计算机对焊接过程进行测试和控制是现代焊接技术的最新发展，给焊接技术带来革命性变化。展，给焊接技术带来革命性变化。u因此，开发焊接机器人和智能焊机是未来的发展趋势之一。因此，开发焊接机器人和智能焊机是未来的发展趋势之一。u另外，开发新型焊接热源和新材料的焊接工艺也是发展的重点。另外，开发新型焊接热源和新材料的焊接工艺也是发展的重点。u第三节常用金属材料的焊接第三节常用金属材料的焊接u一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性u 1焊接性的概念焊接
47、性的概念u 金属在一定的焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难金属在一定的焊接技术条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的易程度，即金属材料对焊接加工的适应性称为金属材料的焊接性。焊接性。u衡量焊接性的主要指标有两个：衡量焊接性的主要指标有两个：一是在一定的焊接技术条一是在一定的焊接技术条件下接头是否产生缺陷，尤其是裂纹的倾向或敏感性；二件下接头是否产生缺陷，尤其是裂纹的倾向或敏感性；二是焊接接头在使用中的可靠性。是焊接接头在使用中的可靠性。u金属材料的焊接性与母材的化学成分、厚度、金属材料的焊接性与母材的化学成分、厚度、焊接方法及其他技术条件密切相关。焊接
48、方法及其他技术条件密切相关。u同一种金属材料采用不同的焊接方法、焊接材料、技术参同一种金属材料采用不同的焊接方法、焊接材料、技术参数及焊接结构形式，其焊接性有较大差别。如铝及铝合金数及焊接结构形式，其焊接性有较大差别。如铝及铝合金采用焊条电弧焊焊接时，难以获得优质焊接接头，但如采采用焊条电弧焊焊接时，难以获得优质焊接接头，但如采用氩弧焊焊接则焊接接头品质好，此时焊接性好。用氩弧焊焊接则焊接接头品质好，此时焊接性好。u2焊接性的评定焊接性的评定u 影响金属材料焊接性的因素很多，焊接性的评定一般是通影响金属材料焊接性的因素很多，焊接性的评定一般是通过估算或试验方法确定。过估算或试验方法确定。u焊接
49、性试验包括抗裂试验、力学性能试验、腐蚀试验等。焊接性试验包括抗裂试验、力学性能试验、腐蚀试验等。u通过试验可以评定某种金属材料焊接性的优劣。通过试验可以评定某种金属材料焊接性的优劣。u下面介绍通常采用的估算方法：下面介绍通常采用的估算方法：u碳当量法和冷裂纹敏感系数法。碳当量法和冷裂纹敏感系数法。u(1)碳当量法实际焊接结构所用的金属材料大多数碳当量法实际焊接结构所用的金属材料大多数是钢材，而影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。是钢材，而影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。因此碳当量是评估钢材焊接性最简便的方法因此碳当量是评估钢材焊接性最简便的方法u 碳当量是指把钢中的合金元素碳当量是指把钢中
50、的合金元素(包括碳包括碳)的的含量，按其作用换算成碳的相对含量，其碳含量，按其作用换算成碳的相对含量，其碳当量伽当量伽CE式为式为u碳当量越大，钢材的焊接性越差。碳当量越大，钢材的焊接性越差。u硫、磷对钢材的焊接性影响也极大，但在各种合格硫、磷对钢材的焊接性影响也极大，但在各种合格钢材中，硫、磷一般都受到严格控制。所以，在计钢材中，硫、磷一般都受到严格控制。所以，在计算碳当量时可以忽略。算碳当量时可以忽略。u 一般当叫一般当叫CE 0.6时，钢材的塑性变差，淬时，钢材的塑性变差，淬硬倾向和冷裂倾向大，硬倾向和冷裂倾向大，焊接性低劣。工件必须预热到较高的温度，要采取减少焊焊接性低劣。工件必须预热
51、到较高的温度，要采取减少焊接应力和防止开裂的技术措施，焊后还要进行适当的热处接应力和防止开裂的技术措施，焊后还要进行适当的热处理。理。u(2)冷裂纹敏感系数法冷裂纹敏感系数法 u由于碳当量法仅考虑了钢材的化学成分，忽略了焊件板厚，焊缝含氢量等其他由于碳当量法仅考虑了钢材的化学成分，忽略了焊件板厚，焊缝含氢量等其他影响焊接性的因素，因此，无法直接判断冷裂纹产生的可能性大小。影响焊接性的因素，因此，无法直接判断冷裂纹产生的可能性大小。u由此提出了冷裂纹敏感系数由此提出了冷裂纹敏感系数PC的概念，其计算式为的概念，其计算式为u式中上式中上板厚；板厚；u H金属扩散氢含量。金属扩散氢含量。u 冷裂纹敏
52、感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接冷裂纹敏感系数越大，则产生冷裂纹的可能性越大，焊接性越差。性越差。u二、碳钢的焊接二、碳钢的焊接u 1低碳钢的焊接低碳钢的焊接u 低碳钢中碳质量分数低碳钢中碳质量分数CE小于小于0.25，塑性好，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性良好。良好。u通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，选用各种焊通常情况下，焊接不需要采取特殊技术措施，选用各种焊接方法都容易获得优质焊接接头。接方法都容易获得优质焊接接头。u但是，在低温下焊接刚性较大的低碳钢结构时，应但是，在低温下焊接刚性较大的低碳钢结构时，应考
53、虑采取焊前预热，以防止裂纹的产生。厚度大于考虑采取焊前预热，以防止裂纹的产生。厚度大于50mm的低碳钢结构或压力容器等重要构件，焊后的低碳钢结构或压力容器等重要构件，焊后要进行去应力退火处理。电渣焊的焊件，焊后要进要进行去应力退火处理。电渣焊的焊件，焊后要进行正火处理行正火处理u2中、高碳钢的焊接中、高碳钢的焊接u 中碳钢中碳的质量分数中碳钢中碳的质量分数CE=0.250.6，因此，碳当量，因此，碳当量偏高，随着碳的质量分数增加，焊接性能逐渐变差。焊接偏高，随着碳的质量分数增加，焊接性能逐渐变差。焊接中碳钢时的主要问题是：中碳钢时的主要问题是：焊缝易形成气孔；焊缝易形成气孔；缝焊及焊缝焊及焊接
54、热影响区易产生碎硬组织和裂纹。为了保证中碳钢焊件接热影响区易产生碎硬组织和裂纹。为了保证中碳钢焊件焊后不产生裂纹，并得到良好的力学性能，通常采取以下焊后不产生裂纹，并得到良好的力学性能，通常采取以下技术措施：技术措施：u1)焊前预热、焊后缓冷：焊前预热、焊后缓冷：u冷焊前预热、焊后缓冷的主要目的是减小焊件焊接前后的冷焊前预热、焊后缓冷的主要目的是减小焊件焊接前后的温差，降低冷却速度，减少焊接应力，从而防止焊接裂纹温差，降低冷却速度，减少焊接应力，从而防止焊接裂纹的产生。预热温度取决于焊件的含碳量、焊件的厚度、焊的产生。预热温度取决于焊件的含碳量、焊件的厚度、焊条类型和焊接规范。焊条电弧焊时，一
55、般预热温度在条类型和焊接规范。焊条电弧焊时，一般预热温度在150250 之间，碳量高时，可适当提高预热温度，加热范围之间，碳量高时，可适当提高预热温度，加热范围在焊缝两侧在焊缝两侧150 200mm为宜。为宜。u2)尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强尽量选用抗裂性好的碱性低氢焊条，也可选用比母材强度等级低一些的焊条，以提高焊缝的塑性。当不能预热时，度等级低一些的焊条，以提高焊缝的塑性。当不能预热时，也可采用塑性好、抗裂性好的不锈钢焊条。也可采用塑性好、抗裂性好的不锈钢焊条。u 3)选择合适的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。高选择合适的焊接方法和规范，降低焊件冷却速度。高碳钢中碳
56、的质量分数碳钢中碳的质量分数CE6，焊接性比中碳钢更差，其，焊接性比中碳钢更差，其焊接特点与中碳钢相似。焊接特点与中碳钢相似。u这类钢的焊接一般只用于修补工作。这类钢的焊接一般只用于修补工作。u三、低合金结构钢的焊接三、低合金结构钢的焊接u 低合金结构钢在焊接生产中应用较为广泛，它按屈服强低合金结构钢在焊接生产中应用较为广泛，它按屈服强度分为六个强度等级。度分为六个强度等级。u 四、奥氏体不锈钢的焊接四、奥氏体不锈钢的焊接u 奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊接时一般不需要采取奥氏体不锈钢的焊接性能良好，焊接时一般不需要采取特殊技术措施，主要应防止晶界腐蚀和热裂纹。特殊技术措施，主要应防止晶界腐蚀
57、和热裂纹。u五、铸铁的焊补五、铸铁的焊补u 铸铁含碳量高，组织不均匀，焊接性能差，所以不应考虑铸铁的焊铸铁含碳量高，组织不均匀，焊接性能差，所以不应考虑铸铁的焊接构件。但如能焊补铸铁件生产中出现的铸造缺陷及零件在使用过程接构件。但如能焊补铸铁件生产中出现的铸造缺陷及零件在使用过程中发生的局部损坏和断裂，其经济效益也是显著的。铸铁焊补的主要中发生的局部损坏和断裂，其经济效益也是显著的。铸铁焊补的主要困难是：困难是：u1)焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊后很难进行机械加工。焊接接头易产生白口组织，硬度很高，焊后很难进行机械加工。u 2)焊接接头易产生裂纹，铸铁焊补时，其危害性比形成白口组织大焊
58、接接头易产生裂纹，铸铁焊补时，其危害性比形成白口组织大u 3)在焊缝易出现气孔。在焊缝易出现气孔。一、焊接结构材料的选择一、焊接结构材料的选择 二、焊接结构的工艺性二、焊接结构的工艺性 三、焊接接头的形式与坡口三、焊接接头的形式与坡口第四节 焊接结构设计n在满足结构使用要求的条件下，尽量选择焊接性能较好的材料。在满足结构使用要求的条件下，尽量选择焊接性能较好的材料。n一般碳的质量分数小于一般碳的质量分数小于0.25的碳素钢和碳的质量分数小于的碳素钢和碳的质量分数小于0.20的低合金都具有良好的焊接性，应尽量采用；的低合金都具有良好的焊接性，应尽量采用；n碳的质量分数大于碳的质量分数大于0.50
59、的碳素钢和碳的质量分数大于的碳素钢和碳的质量分数大于0.40的合的合金钢焊接性不好，应尽量避免采用。金钢焊接性不好，应尽量避免采用。n同一构件焊接时应尽量选用同种金属材料。同一构件焊接时应尽量选用同种金属材料。一、焊接结构材料的选择n(一一)焊接结构应尽量选用型材或冲压件焊接结构应尽量选用型材或冲压件 n 设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成形材料以减少设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成形材料以减少焊缝、简化工艺。焊缝、简化工艺。 n(二二)合理布置焊缝合理布置焊缝 n1） 焊缝布置应尽量分散，且不宜过长。焊缝之间的距离应大于板厚的焊缝布置应尽量分散，且不宜过
60、长。焊缝之间的距离应大于板厚的3倍，倍，且不小于且不小于100mm，见图。见图。焊缝布置应尽量分散二、焊接结构的工艺性2） 焊缝的位置应尽量对称布置，否则会由于焊缝焊缝的位置应尽量对称布置，否则会由于焊缝不在中心引起弯曲变形，见图。不在中心引起弯曲变形，见图。焊缝应对称布置3） 焊缝的布置不得交叉，见图。焊缝的布置不得交叉，见图。 图焊缝的布置不得交叉4） 应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中，避免应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中，避免尖角焊缝，见图尖角焊缝，见图1118。 图1118 尽量避免尖角焊缝5） 焊缝应避开最大应力和应力集中的部件，见图焊缝应避开最大应力和应力集中的部件，见
61、图1119。 图1119 焊缝应避开应力集中位置6）焊缝设计应远离加工表面，见图）焊缝设计应远离加工表面，见图1120。 图1120 焊缝设计应远离加工表面7）焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要，见图）焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要，见图1121。 图1121 缝布置应满足运条角度的需要n( (一一) )焊接接接接头形式的形式的选择 n 常常见的的焊接接接接头形式有形式有对接、搭接、角接和接、搭接、角接和T T形接形接头，见图11-1111-11。三、焊接接头的形式与坡口 图11-11 常用焊接接头形式n这四种接四种接头形式中，形式中，对接接接接头节省材料，容易保省材料，容易保证质量，量，
62、应力分布力分布均匀，均匀，应用最用最为广泛，但广泛，但焊前准前准备及装配及装配质量要求量要求较高；搭接接高；搭接接头两两焊件不在同一平面上，浪件不在同一平面上，浪费金属且受力金属且受力时将将产生附加生附加应力，适于力，适于薄板薄板焊件件焊件；角接接件；角接接头在构成直角在构成直角连接接时采用，一般只起采用，一般只起连接作接作用而不承受工作用而不承受工作载荷；荷；T T形接形接头是是结构非直构非直线连接中接中应用最广泛的用最广泛的连接形式。在接形式。在结构构焊接接时具体采用哪种形式具体采用哪种形式焊接接接接头，主要根据，主要根据焊件件结构形状、使用要求、构形状、使用要求、焊件厚度件厚度进行行选择
63、；另外；另外还应考考虑坡口加工坡口加工难易程度，易程度，焊接方法的种接方法的种类等其它因素的要求。等其它因素的要求。n( (二二) )坡口形式的坡口形式的选择 n 根据根据设计或工或工艺需要，在需要，在焊件的待件的待焊部位加工并装配成一定几何部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称形状的沟槽称为坡口。各种沟槽的形式参坡口。各种沟槽的形式参见GBGBT3375T33759494。 n 用用焊条条电弧弧焊焊接板厚在接板厚在6mm6mm以下的以下的对接接焊缝时，一般可用，一般可用I I型坡型坡口直接口直接焊接，但当接，但当焊接厚度大于接厚度大于3mm3mm的构件的构件时，需开坡口；，需开坡口；n板厚在板
64、厚在6mm6mm26mm26mm时，常开，常开单面坡口；板厚在面坡口；板厚在12mm12mm60mm60mm时，常开双面，常开双面坡口。坡口。n单面坡口的可面坡口的可焊性性较好，但好，但焊条消耗量大，且条消耗量大，且焊后易后易产生角生角变形；形；n双面坡口受双面坡口受热均匀，均匀，变形形较小，小，焊条消耗量也小，但必条消耗量也小，但必须两面施两面施焊，有有时受构件受构件结构限制，不易构限制，不易实施。施。 n 埋弧埋弧焊的接的接头形式与形式与焊条条电弧弧焊基本相同，但由于埋弧基本相同，但由于埋弧焊选用的用的电流大、熔深大，所以在板厚小于流大、熔深大，所以在板厚小于12mm12mm时可直接采用可
65、直接采用I I形坡口形坡口单面施面施焊，板厚小于板厚小于24mm24mm时可直接采用可直接采用I I形坡口双面施形坡口双面施焊，焊更厚构件更厚构件时需开坡口。需开坡口。u焊接结构设计举例焊接结构设计举例 u有一压力管道，现有卷板机卷筒最大长度为有一压力管道，现有卷板机卷筒最大长度为 2000mm ，试进行工艺，试进行工艺设计。设计。 u 选择材料选择材料 压力管道可视为中、低压容器，根据产品使用要求，压力管道可视为中、低压容器，根据产品使用要求，考虑下料、卷圆、焊接等工艺，选用强度较高，塑性、冷弯性和焊接性考虑下料、卷圆、焊接等工艺，选用强度较高，塑性、冷弯性和焊接性良好的良好的 Q345 为
66、管道和两个法兰盘的材料。为管道和两个法兰盘的材料。 u 确定焊缝位置确定焊缝位置 由于压力管道的长度为由于压力管道的长度为 3500mm ，而现有卷板机卷筒，而现有卷板机卷筒最大长度为最大长度为 2000mm ，因此筒身按实际需要分两段用钢板卷圆后焊好，因此筒身按实际需要分两段用钢板卷圆后焊好，然后对接起来。为避免焊缝密集，筒身纵焊缝（圆筒卷制后的焊缝）相然后对接起来。为避免焊缝密集，筒身纵焊缝（圆筒卷制后的焊缝）相互交错一定距离。两个法兰分别下料、钻孔，再和筒身焊在一起。这样互交错一定距离。两个法兰分别下料、钻孔，再和筒身焊在一起。这样压力管道共有五条焊缝（两条纵焊缝、两条筒身和法兰连接的环
67、形角焊压力管道共有五条焊缝（两条纵焊缝、两条筒身和法兰连接的环形角焊缝和一条两圆筒对接的环形焊缝）。缝和一条两圆筒对接的环形焊缝）。 u 焊接接头设计焊接接头设计 两端法兰与筒身的两条焊缝，采用单边两端法兰与筒身的两条焊缝，采用单边 V 形坡口的角接接头，查表可知，坡口面角度形坡口的角接接头，查表可知，坡口面角度 为为 35 50 。取。取 50 ；根部间隙；根部间隙 b 为为 0 4 mm ，取，取 2mm 。其余。其余三条为采用带钝边三条为采用带钝边 V 形坡口的对接接头，查表，确定形坡口的对接接头，查表，确定 =60 、 b =2mm 、 p =2mm 。 u 焊接方法和焊接材料的选择焊接方法和焊接材料的选择 因单件生产，故采用因单件生产，故采用焊条电弧焊，焊条型号为焊条电弧焊，焊条型号为 E5015 （ J507 ）。因工件的厚）。因工件的厚度为度为 12mm ，查表，查表 11-4 ，选用直径为，选用直径为 5mm 的焊条。坡口的焊条。坡口内第一层焊缝用较细的焊条打底层，保证焊透。内第一层焊缝用较细的焊条打底层，保证焊透。
