材料成型原理與工藝之焊接部分總結

1、第一篇第一篇 連接成形理論基礎連接成形理論基礎本章講授目的本章講授目的3 3、了解焊接熔池特征、焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)、了解焊接熔池特征、焊接熱循環(huán)的主要參數(shù)2 2、掌握焊接接頭的組織與性能（焊縫、熱影響區(qū)）、掌握焊接接頭的組織與性能（焊縫、熱影響區(qū)）1 1、掌握焊接相關的概念：、掌握焊接相關的概念：焊接、熔焊、壓焊、釬焊、HAZ、焊接溫度場、焊接電弧、聯(lián)生結晶、焊接熱循環(huán)1一、焊接定義一、焊接定義 第第1節(jié)節(jié) 焊接定義、分類和應用焊接定義、分類和應用通過加熱或加壓，通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且或者兩者并用，并且用或不用填充材料，用或不用填充材料，使焊接件達到使焊接件達到原子原子結合結合而

2、形成而形成永久性連永久性連接接的一種方法。的一種方法。r0物理本質物理本質：使兩個獨立的工件實現(xiàn)了原子間結合原子間結合。 只有當被連接金屬原子間的距離接近rA(0.30.5nm)時，金屬鍵才能起作用，這時金屬原子之間的結合力最大。原子間作用力與距離關系原子間作用力與距離關系 11斥力；斥力；22引力；引力；33合力合力如何使金屬原子間的距離接近rA?使金屬表面緊密接觸的幾種措施：使金屬表面緊密接觸的幾種措施：（1）對被焊接金屬施加壓力或不斷地摩擦，破壞接觸表面的氧化膜，使結合處緊密接觸。（2）將金屬加熱熔化或到塑性狀態(tài)，增加原子的振動能，施加壓力破壞接觸面的氧化膜，促進擴散和結晶過程的進行。（

3、3）通過液態(tài)中間材料，如粘結劑或低熔點金屬，將兩個固態(tài)金屬連接在一起。焊接方法分類焊接方法分類壓焊壓焊摩擦焊摩擦焊超聲波焊超聲波焊爆炸焊爆炸焊擴散焊擴散焊高頻焊高頻焊釬焊及封粘釬焊及封粘軟釬焊軟釬焊硬釬焊硬釬焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊電弧焊電弧焊電渣焊電渣焊等離子弧焊等離子弧焊電子束焊電子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊氣體保護焊氣體保護焊埋弧焊埋弧焊電阻焊電阻焊一、一、熔焊原理熔焊原理手手工工電電弧弧焊焊熔焊：熔焊：通過通過局部加熱局部加熱使連接處達到使連接處達到熔化熔化狀態(tài)，然后冷狀態(tài)，然后冷卻卻結晶結晶形成形成共同晶粒共同晶粒。11、熔焊本質及特點：熔焊本質及特點：熔焊的本質熔焊的本質是是小

4、熔池熔煉小熔池熔煉與鑄造與鑄造，是金屬，是金屬熔化熔化與與結晶結晶的過程。的過程。熔池存在時間短，溫度高；熔池存在時間短，溫度高；冶金過程進行不充分，氧化冶金過程進行不充分，氧化嚴重；熱影響區(qū)大。嚴重；熱影響區(qū)大。冷卻速度快，結晶后易生冷卻速度快，結晶后易生成粗大的柱狀晶。成粗大的柱狀晶。熔焊三要素熔焊三要素熱源熱源 能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束和激光。電子束和激光。熔池的保護熔池的保護 可用渣保護、氣保護和渣可用渣保護、氣保

5、護和渣- -氣聯(lián)合保護。以防止氧化，氣聯(lián)合保護。以防止氧化，并進行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。并進行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。填充金屬填充金屬 保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達到保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達到力學性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。力學性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。兩種接線方法：在使用直流電焊機焊接時，電弧產生的熱兩種接線方法：在使用直流電焊機焊接時，電弧產生的熱量在陽極和陰極上有一定的差異。量在陽極和陰極上有一定的差異。u直流正接：直流正接：焊件接正極，焊條接負極（厚板、酸性焊條）焊件接正極，焊條接負極（厚板、酸

6、性焊條）u直流反接：直流反接：焊件接負極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊焊件接負極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊 條、低合金鋼和鋁合金）條、低合金鋼和鋁合金）陰極霧化陰極霧化焊接過程涉及：焊接過程涉及：加熱、熔化、冶金反應、凝固結晶、加熱、熔化、冶金反應、凝固結晶、固態(tài)相變直至形成焊接接頭。固態(tài)相變直至形成焊接接頭。歸納為三個相互交錯聯(lián)系的局部過程：歸納為三個相互交錯聯(lián)系的局部過程：焊接熱過程化學冶金化學冶金 物理冶金物理冶金保護目的保護目的:u使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性?？p韌性。u延長熔池存在時間，加強了冶金反應，有利

7、于氣孔、夾延長熔池存在時間，加強了冶金反應，有利于氣孔、夾渣的析出。渣的析出。熔池的保護熔池的保護 焊接接頭主要由焊縫（焊接接頭主要由焊縫（weld metal）、熱影）、熱影響區(qū)（響區(qū)（heat affected zone /HAZ）、熔合區(qū)）、熔合區(qū)（fusion zone）組成。）組成。焊縫焊縫熔合區(qū)熔合區(qū)熱影響區(qū)熱影響區(qū)母材母材 熔池凝固的特點熔池凝固的特點聯(lián)生結晶聯(lián)生結晶/交互結晶交互結晶/外延結晶外延結晶 依附于母材晶粒的現(xiàn)成表面而形成共同晶粒的凝固方式擇優(yōu)成長擇優(yōu)成長并非“齊步前進”。當散熱最快的方向與晶體成長的結晶位向相同時，有利于柱狀晶的成長 熔池凝固組織形態(tài)的多樣性熔池凝固

8、組織形態(tài)的多樣性 凝固組織的形態(tài)有柱狀晶（平面晶、胞狀晶、胞狀樹枝晶和樹枝晶）及等軸晶等焊縫金屬的組織：焊縫金屬的組織： 固態(tài)相變，影響因素：化學成分固態(tài)相變，影響因素：化學成分+冷卻條件冷卻條件低碳鋼焊縫低碳鋼焊縫： 固態(tài)相變時，首先沿奧氏體晶界析出共析鐵素體，然后發(fā)生共析轉變：AP（FFe3C） 得到鐵素體加珠光體。 焊縫金屬過熱時，奧氏體晶界或晶粒內部還會析出塑韌性差的網(wǎng)狀魏氏組織。 低合金鋼低合金鋼珠光體珠光體鐵鐵素素體體先共析（晶界或粒界/塊狀）鐵素體側板條鐵素體針狀鐵素體細晶鐵素體馬氏體馬氏體板條馬氏體片狀馬氏體貝氏體貝氏體上貝氏體下貝氏體 HAZ組織分布組織分布a. 低碳鋼及不易

9、淬火的低合金鋼低碳鋼及不易淬火的低合金鋼（Q235、20、16Mn等）熔合熔合/半熔化區(qū)半熔化區(qū)：最高溫度在固相線和液相線之間。局部熔化，成分與組織不均勻，塑性差過熱區(qū)過熱區(qū)/粗晶區(qū)粗晶區(qū)：固相線到1100左右。塑韌性差相變重結晶區(qū)（正火區(qū)）相變重結晶區(qū)（正火區(qū)）： 1100Ac3相當于 正火組織（細晶FP）塑韌性好不完全重結晶區(qū)不完全重結晶區(qū)：Ac1Ac3， （部分細晶FP以及粗晶F）組織不均勻（2）焊接熱影響區(qū)的組織和性能變化）焊接熱影響區(qū)的組織和性能變化b. 易淬火鋼易淬火鋼(低碳調質鋼、中碳鋼、中碳調質鋼，如：18CrMoNb、45、30CrMnSi等) 與焊前熱處理狀態(tài)有關焊前正火或

10、退火態(tài)焊前正火或退火態(tài)，HAZ主要由完全淬火區(qū)和不完全淬火區(qū)組成。 調質態(tài)調質態(tài)， HAZ主要由完全淬火區(qū)、不完全淬火區(qū)和回火區(qū)組成。第一篇第一篇 連接成形理論基礎連接成形理論基礎返 回本章講授目的本章講授目的重點掌握重點掌握：焊接性概念和評價方法，尤其是碳當量法焊接性概念和評價方法，尤其是碳當量法利用焊接性分析材料在指定焊接工藝條件利用焊接性分析材料在指定焊接工藝條件下可能出現(xiàn)的問題下可能出現(xiàn)的問題 金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性碳鋼的焊接碳鋼的焊接本章主要內容本章主要內容 有色金屬的焊接有色金屬的焊接 鑄鐵的焊補鑄鐵的焊補焊接性焊接性（Weldability） 指被焊金屬在指被焊金屬在限

11、定的施工條件限定的施工條件（焊接方法、焊接材（焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結構型式），焊接成按規(guī)定設計要求的料、工藝參數(shù)及結構型式），焊接成按規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定服役要求的能力。構件，并滿足預定服役要求的能力。即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出的即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出的焊焊接難易程度接難易程度。金屬材料的焊接性金屬材料的焊接性鋼的焊接性評價方法鋼的焊接性評價方法碳、合金元素含量碳、合金元素含量焊接性焊接性國際焊接學會國際焊接學會IIW碳鋼及低碳鋼及低合金鋼合金鋼MnCrMo VNiCuCE C 6515碳對冷裂紋敏感性的影響最明顯，其它元素的影響碳對冷裂紋敏

12、感性的影響最明顯，其它元素的影響折合成碳的影響。折合成碳的影響。間接方法間接方法碳當量碳當量 CE0.4%，鋼材塑性良好，淬硬和冷裂紋傾向不，鋼材塑性良好，淬硬和冷裂紋傾向不明顯，可焊性良好。明顯，可焊性良好。一般不會產生裂紋，但對厚大工件一般不會產生裂紋，但對厚大工件或低溫下焊接時應考慮預熱。或低溫下焊接時應考慮預熱。CE E=0.4%0.6%，鋼材塑性下降，淬硬和冷裂傾向，鋼材塑性下降，淬硬和冷裂傾向明顯，可焊性較差。明顯，可焊性較差。需要焊前預熱，焊后緩冷及一定的需要焊前預熱，焊后緩冷及一定的焊接工藝措施。焊接工藝措施。 CE E0.6%，鋼材塑性較低，淬硬和冷裂傾向很強，鋼材塑性較低，

13、淬硬和冷裂傾向很強，可焊性很差。可焊性很差。焊前預熱，減少焊接應力和防止開裂，焊焊前預熱，減少焊接應力和防止開裂，焊后熱處理。后熱處理。碳當量越高，焊接性越差碳當量越高，焊接性越差 從一般焊接工藝焊后有無裂縫或裂縫多少，初步評定試板材料的可焊性；調整工藝再焊接試板，達到不裂，從而制訂出合理的焊接工藝規(guī)程與規(guī)范。直接方法直接方法針對鋼材在焊接過程中出現(xiàn)的裂紋設計的直觀評價針對鋼材在焊接過程中出現(xiàn)的裂紋設計的直觀評價 焊接冷裂紋試驗 焊接熱裂紋試驗 再熱裂紋試驗 層狀撕裂試驗 脆性斷裂試驗Chapter 3 焊接過程中的冶金反應原理（一）第一篇第一篇 連接成形理論基礎連接成形理論基礎焊接方法焊接方

14、法焊接材料焊接材料焊縫的成份焊縫的成份焊縫的性能焊縫的性能化學冶金過程化學冶金過程焊接過程中，焊接過程中，高溫液態(tài)金屬高溫液態(tài)金屬會與會與氣體和熔渣氣體和熔渣之間發(fā)生之間發(fā)生相互作用（相互作用（冶金反應）。通過本章的學習，了解影響焊件。通過本章的學習，了解影響焊件的性能的的性能的氣體和熔渣氣體和熔渣的的來源來源及其與金屬的及其與金屬的相互作用機制相互作用機制。本章講授目的本章講授目的本章主要內容本章主要內容第第1 1節(jié)連接成形的冶金反應特點節(jié)連接成形的冶金反應特點第第2 2節(jié)液態(tài)金屬與氣體界面的反應節(jié)液態(tài)金屬與氣體界面的反應第第4 4節(jié)合金化及工藝條件對冶金反應的影響節(jié)合金化及工藝條件對冶金反

15、應的影響 第第3 3節(jié)液態(tài)金屬與熔渣的相互作用節(jié)液態(tài)金屬與熔渣的相互作用連接成形的冶金反應特點：存在保護、分區(qū)域（藥皮反應區(qū)、熔滴反應區(qū)和熔池反應區(qū)）進行、與焊接工藝有關藥皮反應區(qū)藥皮反應區(qū)：溫度低（鋼焊條1200）。水蒸發(fā)及藥皮中固態(tài)物質的分解，造渣和造氣。熔滴反應區(qū)熔滴反應區(qū)：溫度高（21002800 ）、熔滴比表面積大，是焊接冶金反應最激烈的部位。氣體分解和溶解、金屬蒸發(fā)、氧化還原及焊縫金屬合金化。熔池反應區(qū)熔池反應區(qū)：溫度平均1770 左右，反應比溶滴區(qū)弱些。溫度分布不均，不同部位冶金反應不同。頭部金屬熔化和吸氣，尾部金屬凝固和氣體逸出。N2、H2、O2CO2和和H2O焊接區(qū)的氣體焊接

16、區(qū)的氣體焊接材料，如：焊條藥皮、焊劑、焊接材料，如：焊條藥皮、焊劑、焊芯焊芯、高價氧化物及有機物、高價氧化物及有機物母材坡口的油污、鐵銹、水分母材坡口的油污、鐵銹、水分空氣中的氣體、水分空氣中的氣體、水分保護氣體及其雜質氣體保護氣體及其雜質氣體直接進入直接進入間接分解間接分解氣體的來源與產生氣體的來源與產生1有機物的分解和燃燒有機物的分解和燃燒2碳酸鹽和高價氧化物的分解碳酸鹽和高價氧化物的分解3材料的蒸發(fā)材料的蒸發(fā) 4、氣體的分解、氣體的分解p 氣體的控制措施氣體的控制措施 限制氣體的來源 控制工藝參數(shù) 冶金處理 限制氣體的來源限制氣體的來源 氮主要來源于空氣，它一旦進入液態(tài)金屬，去除比較困難

17、。因此，控制氮的首要措施是加強對金屬的保護，防止空氣與金屬接觸。 限制措施：焊接時，采用渣保護、氣保護或渣氣聯(lián)合限制措施：焊接時，采用渣保護、氣保護或渣氣聯(lián)合保護。保護。氫主要來源于水分氫主要來源于水分，包括原材料（母材、焊接材料等），包括原材料（母材、焊接材料等）本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及鐵銹或氧化本身含有的水分、材料表面吸附的水分以及鐵銹或氧化膜中的結晶水、化合水等。材料內的膜中的結晶水、化合水等。材料內的碳氫化合物碳氫化合物和材料和材料表面的表面的油污油污等也是氫的重要來源。等也是氫的重要來源。 限制措施：焊材存放中防吸潮、焊前烘干和去除雜質限制措施：焊材存放中防吸潮、焊前烘

18、干和去除雜質和油污。和油污。 限制氣體的來源限制氣體的來源 氧主要來源于焊材或礦石，氧主要來源于焊材或礦石，在焊接要求比較高的在焊接要求比較高的合金鋼和活潑金屬時，應合金鋼和活潑金屬時，應盡量選用不含氧或氧含量盡量選用不含氧或氧含量少的焊接材料少的焊接材料，如采用高純度的惰性保護氣體，采，如采用高純度的惰性保護氣體，采用低氧或無氧的焊條、焊劑等。用低氧或無氧的焊條、焊劑等。 控制工藝參數(shù)控制工藝參數(shù) 增大電弧電壓時，保護效果變差，液態(tài)金屬與空氣的接觸增大電弧電壓時，保護效果變差，液態(tài)金屬與空氣的接觸機會增多，使焊縫中氮、氧的含量增加。因此，應盡量采機會增多，使焊縫中氮、氧的含量增加。因此，應盡

19、量采用用短弧焊短弧焊。p 焊接電流增加時，焊接電流增加時，熔滴過渡頻率增加熔滴過渡頻率增加，氣體與熔滴作，氣體與熔滴作用時間縮短，焊縫中氮、氧含量減少。此外，焊接方法、用時間縮短，焊縫中氮、氧含量減少。此外，焊接方法、熔滴過渡特性、電流種類等也有一定的影響。熔滴過渡特性、電流種類等也有一定的影響。 冶金處理冶金處理 采用冶金方法對液態(tài)金屬進行脫氮、脫氧、脫氫等除氣處理，是降低金屬中氣體含量的有效方法。 冶金法脫氮 液態(tài)金屬中加入Ti、Al和稀土等對氮有較大親和力的元素，可形成不溶于液態(tài)金屬的穩(wěn)定氮化物而進入熔渣，從而減少金屬的氮含量，降低其形成氣孔和時效脆化傾向。但要嚴格控制加鋁量。焊接過程中

20、的脫氫焊接過程中的脫氫（1）在焊條藥皮和焊劑中加入氟化物）在焊條藥皮和焊劑中加入氟化物 （2）控制焊接材料的氧化勢）控制焊接材料的氧化勢 （3）在藥皮或焊芯中加入微量稀土元素）在藥皮或焊芯中加入微量稀土元素（4）焊后消氫處理）焊后消氫處理 熔渣的作用熔渣的作用1. 機械保護作用機械保護作用2. 冶金處理作用冶金處理作用 3. 改善成形工藝性能作用改善成形工藝性能作用 焊接熔渣的類型焊接熔渣的類型1.按焊接熔渣的組成物分類：按焊接熔渣的組成物分類：鹽型熔渣鹽型熔渣鹽鹽氧化物型熔渣氧化物型熔渣 氧化物型熔渣氧化物型熔渣 2.按熔渣的性質分為酸性熔渣和堿性熔渣按熔渣的性質分為酸性熔渣和堿性熔渣 熔渣

21、的來源與構成熔渣的來源與構成1、 藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮藥皮焊條電弧焊時的熔渣與藥皮2、 埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑埋弧焊、電渣焊過程中的熔渣與焊劑熔渣堿度的分子理論熔渣堿度的分子理論 按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與按照分子理論，熔渣的堿度就是熔渣中的堿性氧化物與酸性氧化物濃度的比值。表示為：酸性氧化物濃度的比值。表示為： 堿性氧化物：堿性氧化物：K2O、Na2O、CaO、MgO、MnO、FeO等等 ，酸性氧化物：酸性氧化物：SiO2、TiO2、P2O5等。等。 考慮到氧化性強、弱差別，堿度表達式修正為：考慮到氧化性強、弱差別，堿度表達式修正為： 0.018CaO

22、+0.015MgO+0.006CaF2+0.014(K2O+Na2O)+0.007(MnO+FeO) B1 = 0.017SiO2 + 0.005(Al2O3 + TiO2 + ZrO2） 當當B11為堿性渣，為堿性渣，B11為酸性渣，為酸性渣，B1=1為中性渣。為中性渣。 酸性氧化物的摩爾分數(shù)堿性氧化物的摩爾分數(shù)B2. 熔渣堿度的離子理論熔渣堿度的離子理論堿度：堿度：液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度液態(tài)熔渣中自由氧離子的濃度（或氧離子的活度）。（或氧離子的活度）。渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計算式為：渣中自由氧離子的濃度越大，其堿度越大。計算式為：Mi 是渣中第是渣中第 I 種氧化物的摩

23、爾分數(shù)，種氧化物的摩爾分數(shù)，ai 是該氧化物的堿度系數(shù)。是該氧化物的堿度系數(shù)。 當當B20時為堿性渣，時為堿性渣，B20為酸性渣，為酸性渣，B2= 0為中性渣為中性渣。 表表8-4 渣中常見氧化物的渣中常見氧化物的ai值值niiiMa12B氧化物氧化物K2ONa2OCaOMnOMgOFeOSiO2TiO2ZrO2Al2O3Fe2O3ai值值9.08.56.054.84.03.4-6.31-4.97-0.2-0.20熔渣的物理性質熔渣的物理性質 熔渣的凝固溫度與密度熔渣的凝固溫度與密度 熔渣的粘度熔渣的粘度 熔渣的表面張力及界面張力熔渣的表面張力及界面張力 熔渣的凝固溫度與密度熔渣的凝固溫度與密

24、度討論：討論：Why?熔渣的熔點熔渣的熔點：固體熔渣開始熔化的溫度：固體熔渣開始熔化的溫度造渣溫度造渣溫度：焊條藥皮開始熔化的溫度（藥皮熔點）高：焊條藥皮開始熔化的溫度（藥皮熔點）高 金屬熔焊中，要求熔渣的熔點略低于母材金屬。金屬熔焊中，要求熔渣的熔點略低于母材金屬。密度密度影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對位置與相對運影響熔渣與液態(tài)金屬間的相對位置與相對運動速度。動速度。密度大的熔渣易滯留于金屬內部形成夾雜。密度大的熔渣易滯留于金屬內部形成夾雜。選用焊材時，首先要保證熔渣具有合適的凝固溫度范選用焊材時，首先要保證熔渣具有合適的凝固溫度范圍和較低的密度。圍和較低的密度。 熔渣的粘度熔渣的粘度 粘度過大

25、的熔渣會降低金屬與熔渣之間的冶金反應速粘度過大的熔渣會降低金屬與熔渣之間的冶金反應速度，焊縫表面成形不良，易產生氣孔、夾雜。度，焊縫表面成形不良，易產生氣孔、夾雜。 粘度過小的熔渣容易流失，不能均勻覆蓋焊縫影響對粘度過小的熔渣容易流失，不能均勻覆蓋焊縫影響對熔池（或焊縫）在全位置焊接時的成形和保護效果。熔池（或焊縫）在全位置焊接時的成形和保護效果。 根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速根據(jù)熔渣粘度隨溫度變化的速率，熔渣分為率，熔渣分為“長渣長渣”和和“短短渣渣”。 隨溫度增高粘度急劇下降的渣隨溫度增高粘度急劇下降的渣稱為短渣，而隨溫度增高粘度稱為短渣，而隨溫度增高粘度下降緩慢的渣稱為長渣。下降緩慢的渣稱

26、為長渣。 短渣在焊縫凝固后迅速凝固，短渣在焊縫凝固后迅速凝固，可保證可保證全位置全位置焊縫外觀成型。焊縫外觀成型。長渣長渣 T1 T2 T 短渣短渣熔渣粘度與溫度的關系熔渣粘度與溫度的關系含含 SiO2 多的酸性渣為長渣。多的酸性渣為長渣。堿性渣中離子尺寸小，粘度低，且隨溫度升高離子濃堿性渣中離子尺寸小，粘度低，且隨溫度升高離子濃度增大，粘度迅速下降，因此度增大，粘度迅速下降，因此堿性渣為短渣。堿性渣為短渣。加入加入 CaF2 可起到很好的稀釋作用可起到很好的稀釋作用。 熔渣的表面張力熔渣的表面張力(Surface Tension)及界及界面張力面張力 熔渣與氣相之間的界面張力熔渣表面張力熔渣

27、與氣相之間的界面張力熔渣表面張力熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力熔渣與液態(tài)金屬間的界面張力表面張力的表面張力的影響因素影響因素溫度溫度T，升高，表面張力減小，升高，表面張力減小原子間鍵能原子間鍵能（金屬鍵的鍵能大，（金屬鍵的鍵能大，表面張力大）表面張力大） 堿性渣堿性渣表面張力較大：易造成表面張力較大：易造成熔滴粗化，飛濺增多熔滴粗化，飛濺增多。酸性焊條施焊時，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，焊酸性焊條施焊時，過渡的熔滴顆粒較小，飛濺少，焊縫魚鱗紋細密，外觀成形好。縫魚鱗紋細密，外觀成形好?；钚匀墼鼘饘俚难趸钚匀墼鼘饘俚难趸瘮U散氧化擴散氧化置換氧化置換氧化 脫氧處理脫氧處理先期脫氧先期脫氧沉淀脫氧

28、沉淀脫氧擴散脫氧擴散脫氧 在焊接材料中加入合適的材料或鐵合金（脫氧在焊接材料中加入合適的材料或鐵合金（脫氧劑：錳鐵、硅鐵、鈦鐵和鋁粉等）使之在冶金反劑：錳鐵、硅鐵、鈦鐵和鋁粉等）使之在冶金反應過程中奪取氧，將金屬還原。應過程中奪取氧，將金屬還原。1.1.應用合金焊絲或帶極應用合金焊絲或帶極2.2.應用藥芯焊絲或藥芯焊條應用藥芯焊絲或藥芯焊條3.3.應用合金藥皮或粘結焊劑應用合金藥皮或粘結焊劑4.4.應用合金粉未應用合金粉未 合金化的方式合金化的方式1. 合金過渡系數(shù)合金過渡系數(shù)：描述合金元素利用率：描述合金元素利用率高低，等于熔敷金屬中的實際含量與高低，等于熔敷金屬中的實際含量與原始含量之比原

29、始含量之比cobcwdedCKCCCC式中，Cd-合金元素在熔敷金屬中含量Ce-合金元素原始含量Cco-合金元素在藥皮中的含量Ccw-在焊芯中的含量Kb-焊條藥皮的重量系數(shù) 合金化的效果合金化的效果熔合比：熔合比：焊縫中局部熔化的母材所占的比例焊縫中局部熔化的母材所占的比例 熔合比熔合比ApAdppdAAA式中，式中，Ap為焊縫截面中母材所占的面積；為焊縫截面中母材所占的面積；Ad為焊為焊縫截面中填充金屬所占的面積；縫截面中填充金屬所占的面積；為熔合比。為熔合比。 考慮合金元素在焊接中的損失，焊縫金屬中某合金元考慮合金元素在焊接中的損失，焊縫金屬中某合金元素的實際含量素的實際含量Cw為：為：(

30、1)wbdCCC式中，式中，Cb為某元素在母材中的質量分數(shù)；為某元素在母材中的質量分數(shù)；Cd為熔為熔敷金屬（即真正過渡到熔池中去的那部分焊條金屬）中敷金屬（即真正過渡到熔池中去的那部分焊條金屬）中某元素的質量分數(shù)；某元素的質量分數(shù)；為熔合比。為熔合比。焊條焊條ElectrodeElectrode焊劑焊劑welding fluxwelding flux焊絲焊絲welding wirewelding wire重點掌握重點掌握1、焊條分類及制備、焊條分類及制備2、焊條、焊劑及焊絲的型號和牌號、焊條、焊劑及焊絲的型號和牌號3、典型焊條的冶金性能、典型焊條的冶金性能4、焊劑的性能用途、焊劑的性能用途5、

31、氣保焊絲和藥芯焊絲、氣保焊絲和藥芯焊絲Introduction1. Definition of welding consumables 焊接材料是焊接時所消耗材料的通稱焊接材料是焊接時所消耗材料的通稱 (焊條、焊絲、焊條、焊絲、焊劑、氣體等）焊劑、氣體等）2. Function of welding consumables 焊條、焊絲是焊接過程的一個電極焊條、焊絲是焊接過程的一個電極 焊條、焊絲作為填充金屬焊條、焊絲作為填充金屬 藥皮、焊劑及保護氣體，保證焊接質量及進行藥皮、焊劑及保護氣體，保證焊接質量及進行必要的冶金反應。必要的冶金反應。 焊條的型號是按國家有關標準與國際標準確定的。焊條的型

32、號是按國家有關標準與國際標準確定的。以結構鋼為例，以結構鋼為例，型號編制法型號編制法為字母為字母“E”表示焊條，第表示焊條，第一、二位表示熔敷金屬最小抗拉強度，第三位數(shù)字表一、二位表示熔敷金屬最小抗拉強度，第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置（示焊條的焊接位置（“0”及及“1”表示焊條適用于全位置焊表示焊條適用于全位置焊接（即可平、立、仰、橫焊），接（即可平、立、仰、橫焊），“2”表示焊條適用于平焊及平表示焊條適用于平焊及平角焊，角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊表示焊條適用于向下立焊），第三、四位數(shù)字），第三、四位數(shù)字表示焊接電流種類及藥皮類型。表示焊接電流種類及藥皮類型。焊條的型號與牌號焊條的型號

33、與牌號 焊條型號舉例如下：焊條型號舉例如下：E4 303表示焊條藥皮為鈦鈣型，并可交、直流焊接表示焊條適用于全位置焊接表示熔敷金屬抗拉強度的最小值（kgf/mm2） 表示焊條焊條的牌號焊條的牌號 以結構鋼為例：以結構鋼為例：牌號編制法牌號編制法，結，結XXX，結為結構鋼，結為結構鋼焊條，第焊條，第1、2位數(shù)：代表熔敷金屬抗拉強度位數(shù)：代表熔敷金屬抗拉強度 ，第，第3位數(shù)代位數(shù)代表藥皮類型、焊接電流要求。有特殊性能和用途的，則表藥皮類型、焊接電流要求。有特殊性能和用途的，則在牌號后面加注起主要作用的化學元素符號或主要用途在牌號后面加注起主要作用的化學元素符號或主要用途的拼音字母。的拼音字母。 （

34、1）以結構鋼（包括碳鋼和低合金鋼）焊條為例：）以結構鋼（包括碳鋼和低合金鋼）焊條為例：J422，其中：，其中：J結構鋼焊條結構鋼焊條42熔敷金屬的抗拉強度大于等于熔敷金屬的抗拉強度大于等于420MPa2藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直流）藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直流）J507CuP低氫型藥低氫型藥皮、直流皮、直流熔敷金屬抗拉強度不低于熔敷金屬抗拉強度不低于490MPa490MPa結構鋼焊條結構鋼焊條 以以J 507CuP 焊條為例：焊條為例：用于焊接銅磷鋼，有抗大氣和用于焊接銅磷鋼，有抗大氣和耐海水腐蝕的特殊用途耐海水腐蝕的特殊用途 作電極傳導電流，產生電弧作電極傳導電流，產生電弧

35、作填充金屬（調整成分）作填充金屬（調整成分） 機械保護作用機械保護作用(氣體和熔渣氣體和熔渣) 冶金處理（熔渣）冶金處理（熔渣） 改善焊接工藝性（引弧容易燃燒穩(wěn)定）改善焊接工藝性（引弧容易燃燒穩(wěn)定）焊條的組成焊條的組成: :焊芯的作用焊芯的作用：藥皮的作用藥皮的作用：專用焊接專用焊接金屬絲金屬絲由由多種礦石粉多種礦石粉鐵合金配成鐵合金配成電焊條的組成電焊條的組成引弧端引弧端焊芯材料用量最多的是焊芯材料用量最多的是H08、H08A和和H08E。電焊條的選用電焊條的選用 不銹鋼、耐熱鋼焊條不銹鋼、耐熱鋼焊條 按相同成分選擇焊條按相同成分選擇焊條 結構鋼焊條結構鋼焊條 按等強原則選相同強度等級焊條按

36、等強原則選相同強度等級焊條焊縫和母材具有相同水平的使用性能。焊縫和母材具有相同水平的使用性能。選用原則：選用原則：例：例：16 Mn ，抗拉強度，抗拉強度520 Mpa ， 可選用可選用E5003 (J502)， E5015 (J507)， E5016 (J506) 焊劑焊劑 焊劑焊劑：焊接時能夠熔化形成熔渣和氣體，對熔化金屬：焊接時能夠熔化形成熔渣和氣體，對熔化金屬起保護和冶金處理作用的一種顆粒狀物質。起保護和冶金處理作用的一種顆粒狀物質。 焊劑和焊絲都是埋弧焊、電渣焊時使用的焊接材料。焊劑和焊絲都是埋弧焊、電渣焊時使用的焊接材料。焊劑相當于焊條藥皮，焊絲相當于焊條藥芯。焊劑相當于焊條藥皮，

37、焊絲相當于焊條藥芯。 熔煉焊劑形成、特點和分類：熔煉焊劑形成、特點和分類： （1）形成：塊狀組分）形成：塊狀組分電弧爐電弧爐1500-1550熔煉熔煉熔融態(tài)經(jīng)熔融態(tài)經(jīng)水冷粒化水冷?；娓珊娓珊Y選篩選 （2）特點：）特點：多數(shù)為多數(shù)為MnO、SiO2、CaF2為主的酸性、中性焊劑，為主的酸性、中性焊劑，工藝性能好；工藝性能好；不能含脫氧劑和合金劑不能含脫氧劑和合金劑合金化能力差；合金化能力差；抗潮性極強，可長期保存，用前不烘干。抗潮性極強，可長期保存，用前不烘干。 （3）分類：成分、化學性質、顆粒結構）分類：成分、化學性質、顆粒結構 按制造方法分類：按制造方法分類： 非熔煉焊劑非熔煉焊劑 熔煉焊

38、劑熔煉焊劑 焊劑的類型焊劑的類型非熔煉焊劑的特點、形成和分類非熔煉焊劑的特點、形成和分類特點：特點： 可制成酸性、堿性、高堿性可制成酸性、堿性、高堿性 可加脫氧劑、合金劑、抗銹、合金化能力強；可加脫氧劑、合金劑、抗銹、合金化能力強； 吸潮性強，不易保存吸潮性強，不易保存分類和形成分類和形成粘結焊劑粘結焊劑：粉狀組分加水玻璃粘合成團?；?jīng)約400烘干燒結焊劑燒結焊劑：粉狀組分加水玻璃粘合成團?；?jīng)約1000烘干 pGB5293GB529319991999埋弧焊用埋弧焊用碳鋼碳鋼焊絲和焊劑焊絲和焊劑型號中型號中“F F”表示焊劑；第一位數(shù)字表示焊絲焊劑組合表示焊劑；第一位數(shù)字表示焊絲焊劑組合的熔敷

39、金屬抗拉強度的最小值（包括抗拉強度、屈服強度和的熔敷金屬抗拉強度的最小值（包括抗拉強度、屈服強度和延伸率）；第二位字母表示試件的熱處理狀態(tài)，延伸率）；第二位字母表示試件的熱處理狀態(tài)，“A”A”表示焊表示焊態(tài)，態(tài)，“P”P”表示焊后熱處理狀態(tài)；第三位數(shù)字表示熔敷金屬沖表示焊后熱處理狀態(tài)；第三位數(shù)字表示熔敷金屬沖擊吸收功不小于擊吸收功不小于27J27J時的最低試驗溫度；時的最低試驗溫度；“”后面表示焊絲后面表示焊絲牌號。牌號。完整的焊絲焊劑型號示例如下：完整的焊絲焊劑型號示例如下：焊劑型號和牌號編制方法焊劑型號和牌號編制方法 p 熔煉熔煉焊劑的牌號焊劑的牌號 字母字母“HJ（焊劑）（焊劑）”表示埋

40、弧焊及電渣焊焊劑；表示埋弧焊及電渣焊焊劑；第一數(shù)字第一數(shù)字表示焊劑中表示焊劑中MnO含量含量;HJ無錳HJ低錳HJ中錳HJ高錳第位數(shù)字表示焊劑中氧化硅、氟化鈣含量第位數(shù)字表示焊劑中氧化硅、氟化鈣含量焊劑低硅低氟焊劑中硅低氟焊劑高硅低氟 焊劑低硅中氟焊劑中硅中氟 焊劑 高硅中氟焊劑低硅高氟 焊劑中硅高氟焊劑待發(fā)展 牌號第三位數(shù)字表示同一類型焊劑的不同牌號牌號第三位數(shù)字表示同一類型焊劑的不同牌號 按、順序排列對同一牌號焊劑生產兩種粒度時，在細粒產品對同一牌號焊劑生產兩種粒度時，在細粒產品后加一個細字（后加一個細字（X）。）。 例如：例如：HJ431/焊劑焊劑431表示埋弧焊及電渣焊所用焊劑表示埋弧

41、焊及電渣焊所用焊劑，高錳高硅低氟型，高錳高硅低氟型 p 燒結燒結焊劑的牌號焊劑的牌號 字母字母“SJ（焊劑）（焊劑）”表示埋弧焊用燒結焊劑；表示埋弧焊用燒結焊劑；第一位數(shù)字第一位數(shù)字表示焊劑熔渣的渣系類型表示焊劑熔渣的渣系類型;第、第、3位數(shù)字表示同一渣系類型的燒結焊劑的不同牌位數(shù)字表示同一渣系類型的燒結焊劑的不同牌號，按號，按01、02，09順序編排。順序編排。焊絲的型號和牌號焊絲的型號和牌號1）氣體保護焊氣體保護焊用碳鋼、低合金鋼焊絲用碳鋼、低合金鋼焊絲型號表示方法為型號表示方法為ER-，“ER”表示焊絲，表示焊絲，ER后的兩位數(shù)字表示熔敷金屬的抗拉強度最低值，短后的兩位數(shù)字表示熔敷金屬的

42、抗拉強度最低值，短劃劃“-”后面的字母或數(shù)字表示焊絲化學成分分類代號。后面的字母或數(shù)字表示焊絲化學成分分類代號。其他化學元素用元素符號表示，以短劃其他化學元素用元素符號表示，以短劃“-”與前面數(shù)與前面數(shù)字分開。字分開。型號型號實芯焊絲實芯焊絲H08Mn2SiA藥芯焊絲藥芯焊絲YJ422-1有色金屬、鑄鐵焊絲有色金屬、鑄鐵焊絲HS221牌號牌號焊條、焊絲及焊劑的選用 焊縫機械性能與基體金屬一致；焊縫機械性能與基體金屬一致； 其次，在化學成分方面接近基體其次，在化學成分方面接近基體 還應根據(jù)焊接位置及板厚確定藥皮類型。還應根據(jù)焊接位置及板厚確定藥皮類型。Chapter 5 Chapter 5 焊接

43、結構設計焊接結構設計第一篇第一篇 連接成形理論基礎連接成形理論基礎 重點和難點：重點和難點： 焊接結構的設計要求和原則焊接結構的設計要求和原則 焊接接頭的設計（接頭、坡口等）焊接接頭的設計（接頭、坡口等） 焊接結構的設計案例焊接結構的設計案例焊接結構設計的焊接結構設計的基本要求基本要求和和遵循原則遵循原則 u 基本要求基本要求：實用性、安全性、工藝性和經(jīng)濟性實用性、安全性、工藝性和經(jīng)濟性等。等。u 遵循原則遵循原則：1) 合理選擇合理選擇材料的種類，盡量材料的種類，盡量采用采用標準件、通用件和型材標準件、通用件和型材。2) 合理地設計合理地設計結構形式結構形式。盡量采用。盡量采用簡潔明快的結構

44、簡潔明快的結構構造形式，構造形式，采用采用最簡單和最合理的接頭形式最簡單和最合理的接頭形式，并且，并且種類越少越好種類越少越好，減少短而，減少短而不規(guī)則的焊縫和避免不易加工的空間曲面結構。不規(guī)則的焊縫和避免不易加工的空間曲面結構。3) 合理地合理地布置焊縫布置焊縫。例如。例如對稱布置焊縫、避免焊縫交叉、密對稱布置焊縫、避免焊縫交叉、密集集，重要的重要的工作焊縫要工作焊縫要連續(xù)連續(xù)，次要的次要的聯(lián)系焊縫可用聯(lián)系焊縫可用斷續(xù)焊縫斷續(xù)焊縫，這，這有利于焊接施工和減少焊接工作量，便于控制有利于焊接施工和減少焊接工作量，便于控制焊接應力和變形焊接應力和變形。4) 施工方便并考慮施工方便并考慮改善工人勞動

45、條件改善工人勞動條件。設計結構時就要。設計結構時就要考慮考慮到日后施工的很多問題到日后施工的很多問題，如，如可達性問題可達性問題，保證各種施工必需的操，保證各種施工必需的操作空間問題等。作空間問題等。焊接接頭形式焊接接頭形式 對接接頭對接接頭角接接頭及角接接頭及 T字形接頭字形接頭搭接接頭搭接接頭焊接接頭形式焊接接頭形式（a）對接接頭；）對接接頭； （b）角接接頭；）角接接頭； （c）搭接接頭）搭接接頭焊接接頭的三種形式焊接接頭的三種形式焊接坡口焊接坡口為保證全熔透和焊為保證全熔透和焊接質量，減少焊接接質量，減少焊接變形，施焊前，一變形，施焊前，一般將焊件連接處預般將焊件連接處預先加工成各種形

46、狀。先加工成各種形狀。不同的焊接坡口，不同的焊接坡口，適用于不同的焊接適用于不同的焊接方法和焊件厚度。方法和焊件厚度。坡口形式坡口形式 形形V型型單邊單邊V形形U形形J形形基本坡口形狀基本坡口形狀組合形狀組合形狀坡口形狀坡口形狀特殊形狀特殊形狀坡口形式的選擇坡口形式的選擇熔焊坡口形式熔焊坡口形式根據(jù)其形根據(jù)其形狀可分為狀可分為三類：三類：基本型基本型，I形、形、V形和形和單單V形、形、U形和單形和單U形形等；等；特殊型特殊型，如卷邊的、帶，如卷邊的、帶墊板的、鎖邊的和塞焊、墊板的、鎖邊的和塞焊、開槽焊等；開槽焊等；組合型組合型 壓焊接頭壓焊接頭 電阻焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊和爆炸焊統(tǒng)稱為電

47、阻焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊和爆炸焊統(tǒng)稱為壓焊壓焊，其中，其中電阻焊和摩擦焊電阻焊和摩擦焊應用最廣。應用最廣。 電阻焊電阻焊和和摩擦焊摩擦焊在汽車工業(yè)中應用很普遍，在汽車工業(yè)中應用很普遍，電阻焊電阻焊中中的的點焊點焊和和縫焊縫焊多是采用多是采用搭接接頭搭接接頭。摩擦焊接頭摩擦焊接頭通常采用通常采用對對接接頭接接頭。 釬焊接頭釬焊接頭 釬焊接頭也有多種類型，但釬焊接頭也有多種類型，但基本類型基本類型只有只有對接接頭和對接接頭和搭接接頭搭接接頭兩種。兩種。 坡口形式的選擇坡口形式的選擇1) 工廠的加工條件工廠的加工條件。采用雙。采用雙V形、形、Y形、單邊形、單邊V形、雙形、雙單邊單邊V形、形、V

48、形、形、I形等坡口可用形等坡口可用氣割、等離子弧切割氣割、等離子弧切割或或金金屬切削方法屬切削方法加工。但雙加工。但雙U形、帶鈍邊形、帶鈍邊U形、帶形、帶 鈍邊鈍邊J形、形、U形、形、Y形坡口一般需用形坡口一般需用刨邊機加工刨邊機加工，效率較熱切割低。，效率較熱切割低。2) 可達性的好壞可達性的好壞。采用。采用Y形、帶墊板形、帶墊板Y形、帶墊板形、帶墊板V形、形、VY形形(上圖上圖g)、帶鈍邊的、帶鈍邊的U形形(上圖上圖h)等坡口的接頭，施焊等坡口的接頭，施焊時，一般時，一般可不需翻轉可不需翻轉。內徑較小內徑較小的容器或管道，的容器或管道，不便翻轉不便翻轉的結構，為的結構，為避免仰避免仰焊焊及

49、及不能從內側施焊不能從內側施焊，可采用這種坡口和焊縫形式。，可采用這種坡口和焊縫形式。 坡口形式的選擇坡口形式的選擇3) 減小焊接材料的消耗量減小焊接材料的消耗量。一般熔敷金屬量小，焊接。一般熔敷金屬量小，焊接材料消耗也小，也節(jié)省加工時間。同樣板厚：材料消耗也小，也節(jié)省加工時間。同樣板厚：Y形形比比雙雙Y形形坡口坡口的熔敷金屬量的熔敷金屬量增加增加最大可達最大可達50，雙雙U形或形或UY形形則更則更加節(jié)省熔敷金屬。因此，常用于加節(jié)省熔敷金屬。因此，常用于大厚度的焊接接頭大厚度的焊接接頭。4) 考慮焊接變形與應力考慮焊接變形與應力。例如：。例如：單面焊單面焊可能引起可能引起角變角變形形和焊縫根部

50、的嚴重和焊縫根部的嚴重焊接殘余應力焊接殘余應力，此時要考慮材料，此時要考慮材料(母材母材)特點，采用特點，采用適當?shù)墓に囘m當?shù)墓に嚭秃推驴谛问狡驴谛问?，以便獲得合格的接頭。，以便獲得合格的接頭。易于保證焊接質量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸易于保證焊接質量，所有的縱向及環(huán)向焊接接頭、凸形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其形封頭上的拼接焊接接頭，必須采用對接接頭外，其它位置的焊接結構也應盡量采用對接接頭。它位置的焊接結構也應盡量采用對接接頭。焊接結構設計的基本原則焊接結構設計的基本原則1盡量采用對接接頭盡量采用對接接頭角焊縫，改用對接焊縫圖角焊縫，改用對接焊縫圖5（a）改為（）改為（b

51、）和（）和（c）。減小了應力集中，方便了無損檢測，有利于保證接頭減小了應力集中，方便了無損檢測，有利于保證接頭的內部質量。的內部質量。舉例：舉例：圖圖5 容器接管的角接和對接容器接管的角接和對接（a）（b）（c）2盡量采用全熔透的結構，不允許產生未熔透缺陷盡量采用全熔透的結構，不允許產生未熔透缺陷 選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當容器直徑選擇合適的坡口形式，如雙面焊；當容器直徑較小，且無法從容器內部清根時，應選用單面較小，且無法從容器內部清根時，應選用單面焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或焊雙面成型的對接接頭，如用氬弧焊打底，或采用帶墊板的坡口等。采用帶墊板的坡口等。指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下指基體金屬和焊縫金屬局部未完全熔合而留下空隙的現(xiàn)象?？障兜默F(xiàn)象。未熔透導致脆性破壞的起裂點，