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1、4-2 常用熔焊方法,4 焊接,一、焊条电弧焊,利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的方法。手工操作：引燃电弧送进焊条沿焊缝移动焊条特点：设备简单、操作灵活；可焊多种金属材料；室内外焊接效果接近；对焊工操作技术水平要求较高；生产效率低。,焊条电弧焊焊接过程,1、焊接电弧,（1）焊接电弧产生（2）焊接电弧结构,2、焊条,（1）焊条组成和作用 焊芯、药皮焊芯的作用：作为电极传导电流；作为填充金属与熔化的母材一起组成形成焊缝；添加合金元素。药皮的作用：改善焊接操作工艺性，提高电弧燃烧的稳定性；对焊接区起机械保护作用，防止空气对熔化金属的有害作用；起冶金处理作用，对熔池金属进行脱氧、脱硫等化学冶金
2、反应，并补充被烧损的合金元素。,（2）焊条分类 按用途不同分为10大类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈 钢焊条、堆焊焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等。结构钢焊条 包括：碳钢焊条和低合金钢焊条两大类。按药皮性质不同又分为酸性焊条和碱性焊条两种酸性焊条：药皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2，MnO2等碱性焊条：药皮中含有多量碱性氧化物（如CaO等）和萤石（CaF2），药皮产生的保护气体中氢含量极少，又称低氢焊条。,（3）焊条型号和牌号 焊条型号是国家标准中规定的焊条代号。焊接结构中应用最广的碳钢和低合金钢焊条，国家标准规定焊条型号由字幕“E”和
3、4位数字组成。在我国已公布的碳钢焊条牌号中，按熔敷金属抗拉强度的不同，碳钢焊条已经形成了两个系列，即 E43系列(熔敷金属抗拉强度420MPa)和E50系列(熔敷金属抗拉强度490MPa)。如E4303、E5015等。,焊条牌号是焊条生产行业统一的焊条编号。焊条牌号由一个大写字母和三位数字组成。如 J422、J507。大写字母表示焊条种类；前两位数字表示焊缝的抗拉强度等级；末尾数字表示焊条的药皮类型和焊接电流种类。,（4）焊条的选用原则“等强度”原则：焊接低、中碳钢或低合金钢的构件，一般应按照“等强度”原则，选择强度等级相同的焊条；“同成分”原则：焊接特殊性能钢（不锈钢或耐热钢等）、非铁金属焊
4、件，应选择与母材化学成分类别相同或相近的各类焊条，如不锈钢焊条、耐热钢焊条等。酸性焊条和碱性焊条各有特点，选用时应综合考虑各方面的因素。,从焊缝金属力学性能考虑：酸性焊条的焊缝金属的塑性、韧性较低，抗裂性较差，适于普通结构件焊接。碱性焊条的焊缝力学性能较好，抗裂性好，适于承受交变冲击载荷的重要结构件和几何形状复杂、刚性大、易裂焊接的焊接。当母材的焊接性较差时，也应选用抗裂性好的碱性焊条,从焊接操作工艺性考虑：酸性焊条电弧稳定，飞溅小，易脱渣，对油污、水和锈的敏感性小，焊接电源可采用交流或直流，焊接操作工艺性好；碱性焊条稳弧性差，飞溅大，对油污、水和锈的敏感性大，焊接电源一般要求采用直流，焊接烟
5、尘有毒，要求现场通风和防护，焊接操作工艺性差；,从经济效益考虑：酸性焊条便宜，碱性焊条稍贵。,二、埋 弧 焊,1、埋弧焊焊接材料 根据母材金属的化学成分和力学性能，选择焊丝，再根据焊丝选配相应的焊剂。,2、埋弧焊焊接过程及工艺,焊接过程,埋弧自动焊,焊缝形成过程,埋弧焊工艺,3、埋弧焊的特点及应用,生产率高，节省焊接材料。焊接质量好。节省金属材料。劳动条件好。适应性差。不适于焊接3mm以下厚度的薄板。设备费用一次性投资较大。适用于批量生产中厚板结构的长直焊缝和较大直径（250mm）环焊缝的平焊和平角焊。,三、气体保护焊,采用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊根据保护气体的不同，分为
6、两类：惰性气体保护焊、CO2气体保护焊气体保护焊的优点：电弧在气流压缩下燃烧，加热集中；明弧可见，焊缝空间位置、形状不受限制；操作易实现自动化；焊接速度快，焊缝表面无渣壳，生产效率高；焊接熔池在气流下冷却，热影响区小，焊件变形小,1、氩弧焊,1)保护气体和电极材料 在惰性气体中燃烧的电弧热量损失较少。Ar：成本低，电弧燃烧非常稳定，焊丝熔滴呈稳定的 轴向射流过渡，飞溅极小。,钨极氩弧焊（TIG焊）铈（钍）钨合金作为电极电极不熔化焊接电流不能太大，只适合焊接厚度4mm以下的薄板熔化极氩弧焊（MIG焊）焊丝做电极电流大，母材熔深大，生产率高，适合焊接中厚板,2）电源种类和极性,焊接铝、镁合金，为去
7、除熔池表面的氧化膜，应采用直流反接，利用“阴极破碎”作用消除氧化膜。但直流反接时钨极烧损大，一般选用交流氩弧焊。焊接除铝合金、镁合金以外其它金属，钨极氩弧焊以直流正接为宜。,3）氩弧焊特点,保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良；电弧非常稳定，尤其是小电流时也很稳定；因此，钨极氩弧焊容易控制熔池温度，实现单面焊双面成形。氩气价格较贵，生产成本较高。,4）氩弧焊应用,氩弧焊适用于焊接易氧化的金属和合金钢，如铝、镁、钛及其合金、稀有金属锆、钼等，一级不锈钢、耐热钢等构件焊接。还可用于构件单面焊的打底焊。,2、CO2气体保护焊,为了稳定电弧，减少飞溅，CO2焊采用直流反接,CO2气体保护焊的特点：(
8、1)生产率高；(2)成本低；(3)焊缝质量较好；(4)焊缝成形稍差，飞溅较大；操作不当时，易出现气孔；不能在有风的地方施焊。主要适用于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢焊件。多用于薄板焊接，也可用于中厚板焊接。由于金属和合金元素易氧化烧损，故不宜焊接有色金属和高合金钢。,四、电 渣 焊,概念：利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的 熔焊方法。,电渣焊特点：（1）生产率高，成本低。（2）焊缝金属纯净，焊接质量好。（3）焊后需要热处理。适用于焊接厚度40mm以上结构的焊接。一般用于立焊直焊缝，也可用于焊接环焊缝。,4-3 压焊和钎焊,一、电 阻 焊,概念：将工件组合后通过电极施加压力
9、，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊接接头处的母材加热到塑性或局部熔化状态，再在压力下完成焊接的方法。电阻焊时的电阻热，可利用焦耳楞次定律计算：QI2Rt,电阻焊特点：与熔焊相比，电阻焊速度快，易于实现自动化；焊缝不需填充金属，接头处变形小；焊接操作简便，现场环境干净；适于大批量生产。但其设备较熔焊复杂、耗电量大、焊件的接头形式及断面尺寸受到较大限制，不宜焊接较厚大工件。,电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式。,1、点焊,将焊件装配成搭接接头，并压紧在两圆柱形电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成一个焊点的电阻焊方法,点焊过程：点焊分流现象：焊接新焊点时，有一部分电流会流经已焊
10、好焊点，使焊接电流发生变化，影响点焊质量。点距：两相邻焊点间的中心距。焊件厚度越大，导电性越强，点距要越大。焊点直径：要尽量大应用：主要用于不要求密封的冲压薄板、钢筋、金属丝网等焊接。,影响点焊质量的主要因素：焊接电流、通电时间、电极压力、工件表面清理情况根据焊接时间的长短和电流大小，把点焊焊接规范分为硬规范和软规范。硬规范：在较短时间内通以大电流的规范。生产率高、焊件变形小、电极磨损慢，但要求设备功率大，规范应控制明确。软规范：在较长时间内通以较小电流的规范。生产率低，但可选用功率小的设备焊接较厚的工件，更适合焊件有淬硬倾向的金属。,2、缝焊,应用：只适用于焊接3mm以下薄板、有密封要求的较
11、规则焊缝，如油箱、小型容器和烟道等结构产品。,3、对焊,对焊：将焊件装配成对接接头，钳口形电极夹住焊件，电阻热加热接头金属，在压力下完成焊接的电阻焊方法。应用：刀具、管子、钢筋、钢轨、锚链、链条等的焊接,电阻对焊,将焊件装配成对接接头，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。焊前接头端面要平滑、清洁(焊前加工、清理要求较高）一般用于截面简单、直径（或边长）小于20mm和强度要求不高的棒材和线材。,特点：接头夹渣少，质量好，强度较高，承载能力强。金属损耗较大，焊件需留较大余量；焊接时火花飞溅，易污损其它设备与环境，需隔离防护接头处焊后有毛刺需加工清理。应用：
12、适用于承受较大载荷零件或重要零件的焊接。,闪光对焊,二、摩擦焊,利用工件接触端面相对旋转运动中摩擦产生的热，将焊件接头处加热到塑性状态，然后迅速加压顶锻完成焊接的一种压焊方法。按焊件相对运动的轨迹不同，摩擦焊又分为旋转式摩擦焊和轨道式摩擦焊两种。,优点：接头组织致密，焊接质量好且稳定。焊前接头不需特殊清理，焊接时不需焊接材料，焊接时间短，生产成本低。可焊接的金属范围广，也可焊接异种金属材料。应用：主要用于旋转焊件的压焊，焊接接头一般为等截面，非圆截面的焊接比较困难。摩擦焊焊件的最大截面不超过0.02m2,三、钎 焊,钎焊：利用熔点比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到关于钎料熔点、低
13、于母材熔点的温度，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的焊接方法。钎焊过程熔化钎料的润湿过程；钎料组分与母材相互扩散过程。,钎剂的作用:清除被焊工件表面的氧化膜及其它杂质；保护母材接触面和钎料不受氧化；改善钎料流入间隙的性能（润湿性）和毛细流动性。根据钎料熔点不同，钎焊分为硬钎焊和软钎焊。,一、硬钎焊钎料熔点在450以上，接头强度在200MPa以上。用于受力较大的钢铁和铜合金构件的焊接及刀具、工具的焊接。常用钎剂为硼砂、硼酸、氯化物等 常用钎料有铜基、银基和镍基钎料。二、软钎焊钎料熔点在450以下，接头强度较低，一般不超过70MPa用于焊接受力不大的常温下工作的工件。如仪
14、表、导电元件以及钢铁、铜及铜合金等制造的构件。常用钎剂为松香、氯化锌溶液；常用钎料是锡铅合金。,钎焊构件的接头形式板料搭接套件镶接钎焊加热方法：烙铁加热火焰加热电阻加热感应加热炉内加热盐浴加热,钎焊与熔焊相比，钎焊特点是：,(1)工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形也小；接头光滑平整，工件尺寸精确。(2)可焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别也没有严格限制。(3)工件整体加热钎焊时，可同时钎焊多条接缝组成的复杂形状构件，生产率很高。(4)设备简单，投资费用少。(5)钎焊接头强度低，尤其是动载荷强度低，允许的工作温度不高，焊前清理要求严格，钎料价格比较贵。,4-4 常用金属材料
15、的焊接,一、碳钢的焊接,1、低碳钢的焊接(C0.25%)焊接性良好：CE0.4%,一般不需采取特殊工艺措施。焊接方法、工艺与焊接材料选择 焊条电弧焊：一般焊件，按“等强”原则，选用酸性焊条E4303(J422)、E4320(J424)等；承受动载荷、结构复杂的厚大焊件，选用抗裂性好的碱性焊条E4315（J427）、E4316（J426）等。埋弧焊：焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。电渣焊：焊后应进行正火处理。,2、中、高碳钢的焊接,(1)中碳钢(C=0.25%-0.45%)焊接性较差：CE=0.4%-0.6%，热影响区组织淬硬倾向增大，较易出现裂纹和气孔，需采取一定的工艺措施焊接方
16、法、工艺与焊接材料选择 多采用焊条电弧焊，焊条按“等强”原则选用抗裂性好的碱性焊条E5015（J507）、E5016（J506）、E5515（J557）、E5516（J556）等 预热：35、45钢，焊前应预热150250焊后缓冷，并在热处理600650 去应力回火。为避免焊缝碳含量升高，采用开坡口并采用细焊条，小电流，多层焊等工艺。无法预热时，选用奥氏体不锈钢焊条,(2)高碳钢焊接性差：CE0.6%，淬硬倾向大，易出现裂纹和气孔，需采取工艺措施。高碳钢一般不用于制作焊接结构，只用于破损工件的焊补。通常采用焊条电弧焊或气焊焊条电弧焊的焊条选用E6015(J607)、E7015(J707)等 焊
17、前应预热250350焊后缓冷，并立即在650进行去应力回火。为避免焊缝碳含量升高，采用开坡口并采用细焊条，小电流，多层焊等工艺焊接方法、工艺与焊接材料选择 无法预热时，选用奥氏体不锈钢焊条,二、低合金结构钢焊接,低合金结构钢：是在碳钢基础上加入总量不超过5的合金元素，以提高强度并保证一定塑韧性，或使钢具有某些特殊性能。强度用钢热轧及正火钢：s=294490MPa低碳调质钢：s=441980MPa中碳调质钢：s=8801176MPa 特殊性能钢低温钢耐热钢耐蚀钢,1、强度用钢焊接,中碳调质钢焊前预热更高，在200350,2、特殊用钢焊接,珠光体耐热钢：以Cr、Mo为基础的低、中合金钢。12CrM
18、o、20Cr3MoWV碳当量数值约为0.45%0.90%，裂纹倾向大(冷)，焊接性较差采用焊条电弧焊：选用与母材成分相近的焊条预热温度150400焊后立即用石棉布覆盖焊缝及亚焊缝区焊后应及时进行700750高温回火，防止延迟裂纹，消除应力焊前不能预热时，应选用Ni、Cr含量较高的奥氏体不锈钢焊条,低温钢：含Ni量较高的5Ni，9 Ni钢等焊前不需预热焊条成分要与母材匹配焊接线能量输入要小焊后回火注意避开“回火脆性区”耐蚀钢：除P含量较高的钢以外，其它耐蚀钢焊接性较好，不需预热或焊后热处理等。选择与母材相匹配的耐蚀焊条。,三、不锈钢焊接,奥氏体型不锈钢：Cr，Ni元素含量较高，C含量低。如0Cr
19、18Ni9、1Cr18Ni9Ti焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施焊条电弧焊、钨极氩弧焊焊条、焊丝和焊剂的选用应保证焊缝金属与母材成分类型相同 焊接材料和焊接工艺不合适，均产生晶间腐蚀和热裂纹，所以采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速接触腐蚀介质的表面应最后施焊,铁素体型不锈钢:1Cr17焊条电弧焊、钨极氩弧焊热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化焊前预热温度应在150以下采用小电流、快速焊等工艺，以降低晶粒粗大倾向。马氏体型不锈钢：2Cr13焊条电弧焊、钨极氩弧焊焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹焊前预热温度200400焊后要进行热处理，否则应选用奥氏体不锈钢焊条,四、铸铁焊补,铸铁中C、Si、
20、Mo、S、P比碳钢高，焊接性能差，不能作为焊接结构件，但应用于铸铁件的局部缺陷的焊补，具有很大的经济价值。铸铁焊补出现的问题：焊接接头易生成白口组织和淬硬组织，难以机加工；焊接接头易出现裂纹。焊补方法：,1.冷焊法工艺：焊前工件不预热（或局部预热至300400，也称半热焊），焊后缓冷。焊补方法：焊条电弧焊。焊条选择依据：保证焊缝中碳、硅含量合适而不致生成白口组织保证焊缝组织为塑性好的非铸铁型组织保证焊后工件的加工性能和使用性能焊条的种类：镍基铸铁焊条、铁基铸铁焊条、纯铁芯铸铁焊条、低碳钢芯铸铁焊条。镍基铸铁焊条具有良好的抗裂性和加工性，主要用于重要铸铁件的焊补，如机床导轨纯铁芯铸铁焊条、低碳钢
21、芯铸铁焊条和铁基铸铁焊条易出现白口和裂纹，适于非加工面或刚度小的小型薄壁件的焊补特点：生产率高，劳动条件好，工件焊补成本低,2.热焊法工艺：把工件预热至600700，并在此温度下施焊，焊后缓冷或在600700保温消除应力。焊补方法：焊条电弧焊和气焊。焊条电弧焊：适于中等厚度以上（10mm）的铸铁件，选用铁基铸铁焊条或低碳钢芯铸铁焊条。气焊：为防止烧穿，10mm以下薄件采用气焊，选用铁基铸铁焊丝并配合焊剂使用。焊件需火焰预热并缓慢冷却。特点：热焊法劳动条件差，一般用于焊补后还需机械加工的复杂、重要铸铁件。如汽车的缸体、缸盖，机床导轨等。,五、非铁金属焊接,非铁金属主要指铝、铜、钛及其合金，它们的
22、特殊性能使得应用愈来愈广泛。1、铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接性：难熔合及易变形:(导热系数是钢的6倍，热量易失散，不易达到熔化温度，出现难熔合、未焊透、成形差)热裂纹倾向大：(线膨胀系数大，凝固收缩率大，热影响区大，应力大易变形，Cu2O、Cu2S、P、Bi等于Cu形成低熔点共晶而热裂)易产生气孔：(H在液态中的溶解度是固态的数倍；H与Cu2O 反应生成水蒸气),焊接工艺特点：强热源设备和焊前预热(150550),防止难熔合、未焊透，减小应力和变形加入脱氧剂，控制氢来源，降低熔池冷速等防止裂纹、气孔缺陷 焊后采用退火处理以消除应力 焊接方法：氩弧焊：工件厚度12mm，MIG焊；、气焊黄铜
23、采用弱氧化焰，其他均采用中性焰埋弧焊：中、厚板长焊缝的焊接钎焊：,2、铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接性极易氧化：(Al2O3薄膜，熔点2050，覆盖表面，阻碍母材熔合，且比重大，易进入焊缝造成夹杂)易生成气孔：(H在液态铝中的溶解度是固态的20倍；Al2O3薄膜易吸收水分)熔融状态难控制：(固态转变成液态时，无明显颜色变化，不易判断熔池温度，易烧穿)热裂纹(易出现热裂纹)时效强化铝合金接头的强化(熔焊后热影响区中时效强化效果下降难以避免),焊接方法氩弧焊：“阴极破碎”作用可解决氧化问题，惰性气体保护等措施可以解决气孔问题。电阻焊、钎焊：焊前清除表面氧化物气焊：用于焊接质量要求不高的工业纯铝和防锈铝合金，2mm以下薄板 焊前要严格清洗焊件、焊丝(化学成分相同的焊丝或用切条)，并一定要干燥后再焊,3、钛及钛合金的焊接,钛及钛合金的焊接性化学性质非常活泼，极易出现多种焊接缺陷，焊接性差极易吸收各种气体，使焊缝出现气孔 焊接方法：主要采用氩弧焊，此外还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等 焊件厚度3mm的钛合金钨极氩弧焊成熟，焊时仍需严格控制焊前、焊中和焊后的工艺。,
