金属工艺 第四章焊接课件.ppt

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1、第四章 焊接,材料连接的方法有螺纹连接、销钉连接、铆接及焊接等多种。,本章内容4.1 熔焊4.2 压焊与钎焊4.3 常用金属的焊接4.4 焊接结构设计,本章重点：较深刻地理解焊接工程的基本理论；对焊接接头的组织与性能、焊接应力与变形的形成过程有清楚的认识；掌握防止和消除焊接变形的常用方法。能够根据材料的特性正确选择焊 接方法。对可焊性 差的材料在焊接时 应采取哪些措施。,焊接：是通过加热或加压，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。,焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。,1）熔焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将

2、两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。,2）压焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。,焊接方法,焊接的主要特点是：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；（5）降低劳动强度，改善劳动条件。,缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便；2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形；4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。,焊接方法的应用：在机械制造

3、、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。（1）制造金属结构件（2）制造机器零件和工具（3）制造电子产品（4）修复零部件,4.1熔焊,熔焊的焊接过程是利用热源先把工件局部加热到熔化状态,形成熔池,然后随着热源向前移去,熔池液体金属冷却结晶，形成焊缝。其焊接过程包括热过程、冶金过程和结晶过程。根据热源的不同可分为气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊等。,熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。熔池存在时间短，温度 高；冶金过程进行不充 分，氧化严重；热影响区 大。冷却速度快，应力大，结晶后易生成粗大的柱状晶。,熔化焊的三要素,热源能量要集中，温度要

4、高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣 热、电子束和激光。熔池的保护可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,熔池的保护,根据焊接方法的不同成型原理，焊接过程中对焊缝熔池的保护一般有三种：熔渣保护、气体保护和气-渣保护。焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果：形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含 气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于

5、气孔、夹渣的析出。,熔渣保护,熔渣对焊接熔池起机械保护作用,为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣。一方面防止金属氧化和吸气另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射。,焊接方法中的埋弧焊、电渣焊就是采用这种熔渣保护熔池的机理。,气保护,用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化 性的不溶于金属液体的双 原子气体(如Ar或CO2)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。,氩气,氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反 应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般

6、要求氩气纯度达99.9%氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格,CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：CO2 CO+O2所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。,CO2气体,渣-气联合保护,利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体 的优良电弧热效率和稳弧 作用，可获得良好的熔池 保护效果。如焊条的药皮 及二氧化碳加药芯。,填满焊缝，提高焊缝性能，使焊缝与母材等强度，用焊丝和焊芯（填充金属）过渡 合金元素。,填

7、充金属,焊接电弧,1.焊接电弧的产生 焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。,2.焊接电弧的结构电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图所示。1）阴极区：电子发射区，热量约占36%，平均温度2400K；2）阳极区：受电子轰击区域，热量约占43%，平均温度2600K；3）弧柱区：阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达50008000K。,电弧的结构示意图,由于

8、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，有两种接线方法：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：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）,电弧焊的焊接过程：,手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进 行焊接的。,电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本 金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力 和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。,药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和 气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用,电弧焊的冶金过程特点：,焊接的冶金过程如图所示,母材、焊条

9、受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。,焊条电弧焊过程,电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发，导致金属烧损或形成有害杂质。金属熔池体积小，熔池处于液态的时间很短，一般在秒左右。导致化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出，易产生气孔和夹杂等缺陷。熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔、杂质等缺陷。,焊条作为一个电极，一方面起引导电流和引弧的作用，另一方面作为填充金属与熔化的母材形成焊缝。,电焊条,1 电焊条的组成电焊条由外覆药皮中间焊芯组成,2.作用：焊芯一方面作电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源；另一

10、方面作为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属。焊芯采用焊接专用金属丝。如H08C等。,药皮焊条药皮的主要作用有：改善焊接工艺性；机械保护作用；冶金处理作用。焊条药皮的组成物按其作用分为：稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等。,2.电焊条的分类,按用途分：,结构钢焊条J；钼和铬耐热钢焊R；低温钢焊条W；奥氏体不锈钢焊条A；堆焊焊条D；铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条Ni；铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条L；特殊用途焊条TS,按药皮性质分为：酸性焊条（酸性氧化物为主）、碱性焊条（碱性氧化物和萤石CaF2为主）。,2）焊条型号。国家标准中的焊条代号。国家标准中的焊条代号。如E

11、4303，E表示焊条，43表示熔敷金属抗拉强度最小值（kgf/mm2）；03表示焊接位置为全位置、电流种类为交直流及药皮类型为钛铁矿型。3）焊条牌号。焊条行业统一的焊条代号，用一个大写汉语拼音字母和三个数字表示。如J422，J表示结构钢焊条；42表示焊缝金属抗拉强度等级（kgf/mm2）；2表示药皮类型和电流种类。,酸性药皮与碱性药皮两者的性质,酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。,碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性。,碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和CO气孔。,碱性药皮在高温下，易生成较多的

12、有毒物质（HF 等），因而应注意通风。,电焊条的选用原则,等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度 等级来选用相应的焊条。同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。,4.1.3 焊接的接头,焊接是一个局部加热的过程，熔池中的金属凝固形成焊缝，在焊缝两侧一定范围内的焊件也因温度升高并发生金相组织和力学性能的变化，形成热影响区。焊缝与母材的过渡区为熔合

13、区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。,焊缝的形成实际上在焊接处发生局部加热熔化，由欲焊接的两工件结合部位形成熔池，然后再冷凝结晶而使两工件成为一个整体的过程。,1.焊缝的形成,2.焊接接头的组织与性能,以低碳钢为例,说明焊接过程造成金属组织和性能的变化。如图所示。受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域,叫焊接热影响区。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线。熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区,叫熔合区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。熔合区和过热区性能最差，热影响区越小越好，其影响因素有焊接方法、焊接规范、接头形式等。,图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化,

14、1.焊缝区 焊接热源向前移去后，熔池液体金属迅速冷却结晶，结晶从熔池底部未熔化的半个晶粒开始，垂直熔合线向熔池中心生长，呈柱状树枝晶，如图所示；结晶过程中将在,焊缝的柱状树枝晶,最后结晶部位产生成分偏析。同时焊缝组织是从液体金属结晶的铸态组织，晶粒粗大，成分偏析，组织不致密。但由于熔池小，冷却快，化学成分控制严格，碳、硫、磷都较低，并含有一定合金元素，故可使焊缝金属的力学性能不低于母材。,2.热影响区 热影响区各点的最高加热温度不同，其组织变化也不相同。如图所示，热影响区可分为过热区、正火区、部分相变区和再结晶区。,1）过热区：最高加热温度在11000C以上的区域，晶粒粗大，甚至产生过热组织。

15、塑性和韧性明显下降，是热影响区中力学性能最差的部位。2）正火区：最高加热温度在Ac3至11000C的区域，焊后空冷得到晶粒较细小的正火组织，力学性能较好。3）部分相变区：最高加热温度在Ac1至Ac3的区域，只有部分组织发生相变，晶粒不均匀，性能较差。,低碳钢焊接接头的组织变化,焊接接头热循环的特点是：加热和冷却速度很 快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。,3.熔合区 化学成分不均匀，组织粗大，往往是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织，使强度下降，塑性、韧性极差，产生裂纹和脆性破坏，其性能是焊接接头中最差的,低碳钢焊接接头的组织、性能变化如图所示，熔合区很窄，但

16、因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决 定焊接接头的性能。,低碳钢焊接接头的性能分布,4.影响焊接接头性能的因素 焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。具体有：1）焊接材料、焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分。2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量。3）焊接工艺。焊接时,为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等)的总称，叫焊接工艺参数。线能量:指熔焊时,焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。4）焊后热处理：

17、如正火，能细化接头组织，改善性能。5）接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。,4.1.4 焊接应力和变形,1.焊接应力与变形产生的原因 焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。左图是低碳钢平板对接焊时产生应力和变形的示意图。平板焊接时，要产生热胀冷缩。加热时，如自由膨胀则如图a中虚线所示，但由于受到阻碍，产生同样伸长，故高温处产生压应力，低温处产生拉应力，两者平衡。冷却后，由于冷却速度不同，高温处冷却慢，收缩大。同样最后在高温处产生拉应力，低温处产生压应力。,变形规律一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，

18、焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。当拘束很大时（如大平板对接）,则会产生残余应力，无残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。,焊接变形与应力的危害产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而 产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。,焊接

19、应力的防止及消除,1)采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图a）。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。,2）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；,3）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力；4）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；5）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；6）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。7）焊前组装时，采用反变形法 8）刚性固定法，但会产生较大的残余应力,工字梁反变形,刚性固定法,多层多道焊层道示意图,4.矫正焊接变形的方法,机械矫正法 火焰矫正法,思考题,减少焊接应力考虑，拼焊如题

20、图1所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。,上次课内容的回顾焊接接头的组织与性能焊缝区、熔合区、热影响区（过热区、正火区、部分相变区）。焊缝的组织和性能：有柱状树枝晶生成、偏析焊接变形和焊接应力原因？危害？防止？焊接顺序、不要有密集交叉、焊前预热、焊后缓冷、退火消除？采用反变形方法、对称焊、多层多道焊、刚性固定、机械矫正、火焰矫正,其它熔焊方法简介,1.埋弧自动焊,埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。1.埋弧焊设备 埋弧焊设备由焊接电源、焊车、控制箱三部分组成。焊车由送丝机头、行走小车、控制盘、焊丝盘和焊剂漏斗等组成

21、。,2.埋弧焊的焊接过程及工艺 埋弧焊焊接过程如图所示。埋弧焊焊丝从导电嘴深处长度较短，故可采用大电流焊接，比手工电弧焊高4倍，故适宜焊接较厚材料，也可焊接大直径筒体。,焊前准备板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为1422mm时，应开Y型坡口；板厚为2250mm时，可开双Y型或U 型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为5060。,埋弧焊的工艺,焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩 松等缺陷进入工件焊缝之中,3.埋弧焊特点及应用优点：生产效率高。电流大,熔深大,焊接速度快,焊丝自动进给。焊缝质量好，焊缝均匀美观；节省焊接材料,中厚板不开坡口,一

22、次焊透,多余焊剂回收使用,降低了损耗。劳动条件较好，暗弧操作，实现了机械化，减少了烟尘。,缺点：1）适应性较差，焊前准备工作量大；2）焊接电流强度大，不适于3mm以下薄板；3）难以完成铝、钛等强氧化性金属及合金的焊接；4）设备一次性投资较大。,应用,埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体 的焊接，起重机械（行车）和冶 金机械（高炉炉身）的焊接。不适合薄板、曲线焊缝。,2.气体保护电弧焊,气体保护焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。常用保护气体有惰性气体（氩气、氦气和混合气体）和活性气体（二氧化碳气）两种，分别成为惰性气体保

23、护焊和CO2焊。,1）氩弧焊,氩弧焊是以氩气作为保护（熔池）气体的电弧焊。高温下，Ar不与金属起反应，不溶于金属。氩弧焊质量很高。氩弧焊分为钨极氩弧焊和熔化极氩弧焊。,钨极氩弧焊,以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔 点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长 的特点，形成不熔化极氩弧焊。,熔化极氩弧焊 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的“喷射过渡”进入熔池，所 用电流比较大，生产率高。适用于板厚8mm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。,氩弧焊的特点及应用,机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成型美观。电弧稳

24、定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。,2）CO2气体保护焊,以CO2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。,CO2气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为CO和O，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接用CO2纯度要大于99.8%。CO2焊时的飞溅CO2+Fe=FeO+COFeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。,防止飞溅的措施,CO2焊常用H08Mn2SiA焊

25、丝来进行脱氧，合金化。采用药芯焊丝。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用直流反接。,CO2焊的特点：1）生产率高；电流大，易于自动化，无渣壳。2）成本低；无需涂料焊条和焊剂，CO2价廉；3）焊缝质量较好；4）采用气体保护，能全位置焊接，易于自动控制；5）焊缝成形差，飞溅大；6）不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢；7）设备较复杂，使用和维修不便。CO2焊适于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢。,3.电渣焊,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方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。,焊接过程为先引弧，形成渣池，电弧

26、过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。,电渣焊的特点:1）可一次焊成很厚的焊缝；2）生产率高，焊接材料消耗少，不需开坡口；3）焊缝金属较纯净，渣池覆盖住熔池，保护良好，有利于气体和杂质浮出；4）接头金属在高温下停留时间长，过热区大，接头金属组织粗大，焊后应进行正火处理。,电渣焊主要用于厚壁压力容器和铸焊、锻焊、厚板拼焊等大型构件的制造，厚度应大于40mm的碳钢、合金钢和不锈钢等。,4.等离子弧焊,等离子弧是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。1）等离子弧的产生。等离子弧是一种电离度很高的压缩电弧，温度高，能量密度大，其发生装置如图所示。在三个压缩作用下形成等离

27、子弧。,a）机械压缩效应；b）热压缩效应；c）电磁压缩效应。温度可达24000K 50000K。,等离子弧焊的特点及应用,等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。10 12mm 厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快，生产 率高，应力变形小。电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度 与方向性，所以可焊接很薄的箔材。等离子弧焊接在国防工业及尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。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 壁容器均可用等离子弧焊接。但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊 接。,5.真空

28、电子束焊,电子束焊接过程 电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动 能转化为热能将焊缝熔化 进行的熔化焊方法。电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表 面的堆高可在接缝预加垫 片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一般不能超过 0.2mm。,电子束焊的特点及应用保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属。加热小，焊接变形小。电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。,6.激光焊,激光焊：利用聚焦后的激光束的高能量密度（1013W/cm2)，对工件进行焊接。分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。激光

29、焊的特点：能量密度大，适合于高速加工，能避免热损伤和焊接变形；灵活性比较大；激光辐射放出能量极其迅速，不仅焊接生产率高，而且被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需真空环境或气体保护；装置复杂，效率较低。,激光焊示意图,4.3压焊与钎焊,压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。常用的有电阻焊和摩擦焊。,1.电阻焊,电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。,电阻热：Q=RT,

30、式中Q电阻热；电流（几千安至几十万安）；R电阻（接触电阻与工件电阻和）；T通电时间（短）。,影响接触电阻的因素：,工件表面状态 表面愈粗糙、氧化 愈严重、接触电阻愈大。电极压力 压力愈高、接触电阻愈小。焊前预热 焊前预热将会使接触电 阻大大下降。,1.点焊点焊：是利用电流通过两圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热，将焊件加热并局部熔化，形成一个熔核（其周围为塑性状态），然后在压力下熔核结晶，形成一个焊点的焊接方法。点焊的接头形式均为搭接接头，焊接前应清理。,电阻点焊形熔核形成过程,（3）电阻焊过程,预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑 性变形和再结晶。,点焊时的熔核偏移,在焊接不同厚度或不同材料

31、时，因薄板或导热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象称为熔核偏移。,防止熔核偏移的措施采用特殊电极和工艺垫片的措施。,点焊时会发生点焊分流现象，故焊点间距不宜过小。,点焊的主要焊接参数是电极压力、焊接电流和通电时间。压力过大、电流过小，会使热量少，焊点强度下降；压力过小、电流大会使热量大而不稳定，易飞溅，烧穿。大电流，短时间称为强规范。小电流，长时间称为弱规范。,2.缝焊,缝焊与点焊同属于搭接电阻焊，焊接过程与点焊相似，采用滚盘作电极，边焊边滚，相邻两个焊点重叠一部分，形成一条有密封性的焊缝。焊接分流现象较严重，故同等条件下焊接电流较大，主要用于有密封性要求的薄板

32、件。,缝焊分流严重,通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大 1.52倍。主要用于3mm以下的薄板结构,主要要求密封性容器的焊接，如汽车油箱、化工容器等。,3.对焊,对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊，可分为电阻对焊和闪光对焊。,（1）电阻对焊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(9501000)。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头。电阻对焊 要求对接处焊前严格清 理，所焊截面积较小,一般用于钢筋的对接焊。,（2）闪光对焊先通电,后接触,因个别点接触,个别点通过的电流密度很 高,可使其瞬间熔化或汽化,形成液态过梁。电磁收缩力和 电磁引力及斥力而使过梁爆破 飞出,形成

33、闪光。闪光一方面 排除了氧化物和杂质,另一方 面使对口处的温度迅速升高。,闪光对焊因氧化夹杂物被闪光带走被挤出，故夹杂少，质量好，强度高，常用于相同或异种材料的焊接。,常用对接焊头形式,2.摩擦焊,摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量,将金属局部加热到塑性状态,然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。分连续驱动摩擦焊和储能式摩擦焊。,连续驱动摩擦焊的工艺过程,连续驱动摩擦焊是使一个工件高速旋转，另一个工件则以相当大的压力压向旋转件，使接头摩擦升温。当加热到塑性状态时，利用制动器或断电使旋转件停转，同时保持和增大轴向压力进行顶锻，直至焊接完成。,储能式摩擦焊的工艺过程,是将飞轮和一个焊

34、件加速到预定速度，使飞轮与电动机脱开或断电，同时使两工件接触并加压，飞轮的动能转化成热能，当飞轮停止转动时，加压顶锻，完成焊接。,2.摩擦焊具有以下优点：,接头的焊接质量好、稳定,其 废品率是闪光对焊的1%左右。适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢-高速钢、铜-不 锈钢、铝-铜、铝-钢等。焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。焊接生产率高，是闪光焊的45倍。三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与 闪光对焊比较，节省电能80%90%左右。由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头 上的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气 体，加工成本显著降低。摩擦焊机容易实

35、现机械化,自动化；操作技术简单,容易掌 握摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。,钎焊,钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。钎焊按钎料熔点可分为软钎焊、硬钎焊。钎剂能除去氧化膜和油污等杂质，保护母材接触面和钎料不受氧化，并增加钎料湿润性和毛细流动性。,1.软钎焊 钎料熔点在4500C以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌溶液作钎剂。其接头强度低，工作温度低，具较好的焊接工艺性，软钎焊常用于仪表器件、导电板及铜合金焊接

36、。比如汽车仪表、电器、铜质蜂窝散热器等。,2.硬钎焊 钎料熔点在4500C以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。接头强度较高，工作温度也高，钎焊工作温度为900 1100。主要用于钢质或铜类构件的焊接，如自行车架、带锯锯条以及硬质合金刀片与刀头的焊接等。,钎焊过程中，一般都需要使用钎剂。钎剂的作用是：清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质，改善钎料流入间隙的性能（即润湿性），保护钎料及焊件不被氧化，因此钎剂对钎焊质 量影响很大。软钎焊时，常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用。,钎焊的特点及

37、应用范围,钎焊过程中，工件加热温度较低，因此组织和力 学性能变化很小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸 精确。钎焊可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件 厚度差也没有严格限制。对工件整体加热钎焊时，可同时钎焊由多条（甚 至上千条）接缝组成的复杂形状构件，生产率很高。钎焊设备简单，生产投资费用少。钎焊不适于一般钢结构和重载动载机件的焊接。钎焊主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及某些复杂薄板结构，如夹层构件和汽车水箱散 热器等，也常用于钎焊各类导线与硬质合金刀具。,上次课内容的回顾焊接接头的组织与性能焊缝区、熔合区、热影响区（过热区、正火区、部分相变区）。焊缝的组织和性能：有柱状树枝

38、晶生成、偏析焊接变形和焊接应力原因？危害？防止？焊接顺序、不要有密集交叉、焊前预热、焊后缓冷、退火消除？采用反变形方法、对称焊、多层多道焊、刚性固定、机械矫正、火焰矫正,4.3常用金属材料的焊接,主要内容：金属材料的焊接性碳钢的焊接4.3.3 合金结构钢的焊接铸铁的补焊有色金属的焊接焊接缺陷与检验,金属材料的焊接性,1.焊接性的定义金属材料的焊接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，获得优质焊接接头的难易程度。（即金属材料在一定的焊接工艺条件下表现出的“好焊”或“不好焊”）。焊接性包括两方面：工艺焊接性是指焊接接头产生缺陷的倾向，尤其是出现各种裂纹的可能性；使

39、用焊接性是指焊接接头在使用过程中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其它性能（耐热、耐蚀性能等）。影响焊接性的因素：材料因素 设计因素工艺因素 使用因素,2.金属焊接性的评定方法,金属焊接性的评定方法主要有直接试验法和间接评估法两类。,1）直接试验法,直接试验法是在正确控制焊接工艺参数条件下，按规定要求焊接试验样件、然后检测焊接接头对裂纹、气孔、夹渣等缺陷的敏感性来评定焊接性。常用的试验方法有Y形坡口对接焊缝裂纹试验方法、T形接头焊接裂纹试验方法、焊接热影响区最高硬度试验方法、焊缝和焊接接头常规力学性能试验方法等。,2）间接评估法,在大量生产和科学研究的基础上归纳总结出来的理论计算方法。主要依据

40、母材或焊缝金属的化学成分和某些其它条件（如接头拘束度、焊缝扩散氢含量），通过一定的经验公式计算，估计冷裂、热裂、再热裂纹的倾向大小。由于是经验公式，这类方法的应用是有条件限制的，而且大多是间接、粗略估计焊接性问题。常用方法：碳当量法、冷裂敏感指数法、热影响区最高硬度法等,1）碳当量法,碳当量(Ceq)：将钢材中各种元素对淬硬倾向和冷裂纹的作用按照相当于若干含碳量的作用折合，并把折合后的碳量迭加起来。,国际焊接协会推荐 Ceq=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)适用范围：中等强度的非调质低合金高强钢（强度为 500700MPa）,美国焊接学会（AWS）推荐 Ceq=

41、C+Mn/6+Si/24+Ni/15+Cr/5+Mo/4+(Cu/13+P/2)(%)适用范围：适用于含碳量较高的低合金高强钢 C0.6%；Mn1.6%；Ni3.3%；Cr1.0%；Mo0.6%；Cu0.51%，P=0.050.15%，当Cu0.5或P0.05%时，则可以不计入。,日本工业标准JIS 和西欧标准WES 推荐 Ceq=CMn/6 Si/24Ni/40Cr/5Mo/4V/14(%)适用范围：适用于强度等级较高的低合金高强钢（Rm 5001000MPa),Ceq的作用 粗略估计钢材的冷裂倾向及焊接性 碳当量的数值越大，被焊钢材的淬硬倾向越大，焊接区越容易产生冷裂纹。因此可以用碳当量的

42、大小来评定钢材焊接性的优劣，并按焊接性的优劣提出防止产生焊接裂纹的工艺措施。此外，用碳当量法评定焊接性时还应注意以下的问题。1)使用国际焊接学会（IIW）推荐的碳当量公式时，对于板厚20mm的钢材，当Ceq0.4%钢材的冷裂倾向小，焊接性好，焊前不需要预热；,0.4%Ceq0.6%钢材的冷裂倾向较大，尤其是Ceq 0.5%时，钢材易淬硬，焊接性变差，焊接时需预热才能防止裂纹，随板厚增大预热温度相应提高。Ceq0.6%钢材的冷裂倾向大，焊接性差，采取严格的工艺措施,如焊前预热,焊后热处理，严格控制线能量等。,2)使用日本工业标准（JIS）的碳当量公式时，当钢板厚度25mm和采用焊条电弧焊时（焊接

43、热输入为17kJ/cm）,对于不同强度级别的钢材规定了不产生裂纹的碳当量界限和相应的预热措施。,2 冷裂敏感指数,日本学者采用Y形坡口“铁研试验”对200多种不同成分的钢材、不同厚度及不同的焊缝含氢量进行试验，提出了与化学成分、扩散氢和拘束度（或板厚）相联系的冷裂纹敏感性指数等公式。,H扩散氢含量（ml/100g）；h板厚（mm）；Pw考虑到拘束度的焊接裂纹敏感指数（）；Pc焊接裂纹敏感指数（）；RF焊缝拉伸拘束度N/(mm2)；Pcm为合金元素的冷裂敏感系数（）,冷裂敏感指数越小，钢材的冷裂倾向越小，利用冷裂敏感指数可以确定斜Y坡口对接裂纹试验条件下，为防止冷裂纹所需的最低预热温度T0（）：

44、T0=1440 Pc-392（）该公式适用的钢材有一定的化学成分范围，对焊缝的扩散氢含量、板厚以及焊接线能量也有规定.,适用范围：C：0.070.22%；Si：00.60%；Mn：0.41.4%；Cu：00.50%；Ni：01.20%；Cr：01.20%；Mo：00.07%；V：00.12%；B：00.005。此外扩散氢1.05.0ml/100g；板厚1950mm；焊接线能量1730kJ/cm。,Y形坡口对接裂纹试验坡口及焊缝,斜Y形坡口对接裂纹试验坡口,由于Y形坡口焊接裂纹试件的拘束状态远超过了实际对接接头的拘束度，且试件坡口为斜Y型，应力集中程度大，其试验条件苛刻，一般认为试验中裂纹率20

45、%，实际构件不发生冷裂纹,3热裂纹敏感性指数法,考虑化学成分对焊接热裂纹敏感性的影响，在试验研究的基础上提出可预测或评估低合金结构钢热裂纹敏感性指数的方法。,(1)热裂纹敏感系数（简称HCS），其计算公式为：,当HCS4时，一般不会产生热裂纹。HCS越大的金属材料，其热裂纹敏感性越高。,(2)临界应变增长率（简称CST），其计算公式为：CST=(-19.2C-97.2S-0.8Cu-1.0Ni+3.9Mn+65.7Nb-618.5B+7.0)10-4当CST6.510-4时，可以防止产生热裂纹，但这仅是按化学成分来考虑的。,碳钢的焊接,1.低碳钢的焊接低碳钢焊碳量0.25%，塑性好，一般没有淬

46、硬性倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢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（电渣焊除外）。因此低碳钢可以用于各种焊接方法进行焊接，用得最广泛的是手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊和电阻焊。,2.中碳钢的焊接 中碳钢碳量在0.250.6%之间，随含碳量的增加，淬硬倾向增大，可焊性变差，在焊缝及热影响区中会分别出现热裂纹和冷裂纹。,中碳钢的焊接特点：,热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等 淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区 产生冷裂纹，即焊接接头焊后冷却到相

47、变温度以下或冷却到 常温后产生裂纹。,缝金属热裂纹倾向较大 焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降。,为保证接头质量，需采取下列措施进行保护：焊前预热、焊后缓冷(相应的热处理)。（减小应力、防止裂纹的产生）选用碱性低氢型焊条（焊条中较多的CaO能有效的脱去硫和磷，防止裂纹的产生）焊件开坡口。且采用细焊丝、小电流、多焊层。（能获得良好的接头）,3.高碳钢的焊接,高碳钢中的含碳量大于0.6%，焊接性能更差，需采用更高的预热温度，更严格的工艺措施来保护，通常不用于作焊接结构，只限于修补工作。高碳钢常采用焊条电弧焊或气焊的方法，并选用J

48、857和J857Cr焊条，焊接后立即进行去应力退火。,合金结构钢的焊接,低合金钢的焊接特点：热影响区的淬硬倾向低合金钢焊接时，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度级别有关。钢中含 碳及合金元素越多，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450MPa级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组 织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。,焊接接头的裂缝倾向不同环境温度的预热要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10不预热,-10以下预热100150工件厚度/mm：16-24，不低于-5不预热,-5以下预热100150工件厚度/mm：24-

49、40，不低于0不预热,0 以下预热100150工件厚度/mm：40以上，均应预热100150,2.珠光体耐热钢的焊接性,珠光体耐热钢以铬、钼为主要合金元素的低合金热钢，其供货状态(正火或正火加回火)组织是珠光体(或珠光体加铁素体).,珠光体耐热钢一般在预热状态下焊接,焊后大多要进行高温回火处理.珠光体耐热钢焊接时在焊缝及热影响区易产生硬脆的马氏体组织,这不仅影响焊接接头的力学性能,还会产生很大的内应力，常导致焊缝和热影响区出现冷裂纹。硬化倾向还与下列因素有关：钢中碳、铬含量，构件厚度、刚性及焊件拘束度等。焊接时预热是防止冷裂纹的有效措施，焊件未预热或预热温度太低，工件冷却速度加快都会加重焊缝及

50、热影响区硬化。,常用的焊接方法的焊接材料,焊接方法:焊条电弧焊、埋弧焊、熔化极气体保护焊、电渣焊、钨极氩弧焊。,焊接材料的选用 焊接材料具有必要的热强性，珠光体耐热钢的缝焊成分应与母体相近，还应严格控制焊接材料的含水量。,预热及焊后热处理：预热温度的确定主要是依据钢的合金成分、接头的拘束度和焊缝金属的氢含量。,耐热钢焊后热处理的目的：1.消除焊接残余应力2。改善焊接区组织和接头的综合力学性能、包括提高接头的高温蠕变强组织稳定性，降低焊缝及热影响区硬度等。,3.不锈钢的焊接,不锈钢按正火后的组织可分为奥氏体、马氏体和铁素体不锈钢。,奥氏体不锈钢的碳的质量分数低，焊接性良好，焊接时一般不需要采取工