第十二章 焊接與熱

1第十二章焊接與熱切割教學(xué)要求：了解焊接的基本理論；掌握焊條電弧焊的特點(diǎn)和應(yīng)用；認(rèn)識(shí)金屬材料的焊接性能及焊接特點(diǎn)；了解埋弧焊、氣體保護(hù)電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊和電阻焊的特點(diǎn)和應(yīng)用；理解焊接件的結(jié)構(gòu)工藝性，為合理設(shè)計(jì)和選擇焊接成形方法打下基礎(chǔ)。2第十二章焊接與熱切割§12.1概述§12.2焊條電弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金屬材料的焊接§12.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性§12.6常見(jiàn)的焊接缺陷及原因§12.7熱切割本章小結(jié)習(xí)題3§12.1概述焊接---是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。焊接的實(shí)質(zhì)---用加熱或加壓等手段，借助于金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來(lái)。焊接方法---三大類：熔化焊壓力焊釬焊---在機(jī)械制造業(yè)中以熔化焊應(yīng)用最廣45焊接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以節(jié)省材料和制造工時(shí)，接頭密封性好，力學(xué)性能高(2)能以大化小、以小拼大(3)可以制造雙金屬結(jié)構(gòu)(4)生產(chǎn)效率高，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化

缺點(diǎn)：不均勻加熱和冷卻，會(huì)引起焊接接頭組織、性能的變化，同時(shí)焊件還會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力和變形。6§12.2焊條電弧焊焊條電弧焊是利用電弧熱作為熱源，并用手工操縱焊條進(jìn)行焊接的一種方法7一、焊接電弧焊接電弧是指由焊接電源供給的、具有一定電壓的兩極間或電極與焊件間，在氣體介質(zhì)中產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。陰極：發(fā)射電子36％陽(yáng)極：電子撞擊43％(熱量集中)

2600K弧柱區(qū)：21％6000-8000K8直流焊機(jī)極性接法直流正接：工件接陽(yáng)極，焊條接陰極。適用于工件受熱較大，焊接厚大工件。直流反接：焊條接陽(yáng)極，工件接陰極。適用于工件受熱較小，焊接薄小工件。9二、電焊條

焊條鋼芯性能、化學(xué)成分、規(guī)格GB1300--77已標(biāo)準(zhǔn)化焊條藥皮“作用”非常重要由焊條芯和藥皮組成1011焊條的種類按用途分結(jié)構(gòu)鋼焊條鉬和鉻耐熱鋼焊條低溫鋼焊條不銹鋼焊條鑄鐵焊條堆焊焊條鎳及鎳合金焊條銅及銅合金焊條鋁及鋁合金焊條特殊用途焊條按熔渣性質(zhì)分酸性焊條堿性焊條12選用焊條的原則(一)考慮母材的化學(xué)成分與力學(xué)性能1.

一般要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，可根據(jù)鋼材強(qiáng)度等級(jí)來(lái)選用相應(yīng)的焊條。2.焊接特種鋼時(shí)，應(yīng)選用專業(yè)焊條。保證焊縫金屬的主要化學(xué)成分及性能與母材相同（等成分原則）。3.焊接異種鋼時(shí)，采用低匹配原則。低碳鋼與低合金鋼焊接時(shí)，可按異種鋼接頭中強(qiáng)度較低的鋼材來(lái)選用焊條。(二)考慮結(jié)構(gòu)的使用條件

對(duì)承受動(dòng)載荷或沖擊載荷的焊縫，或結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大厚度的焊件，為保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強(qiáng)度或低溫性能要求較高，應(yīng)選用堿性焊條，否則，選用酸性焊條。13(三)考慮焊條的工藝性對(duì)焊前清理困難，且容易產(chǎn)生氣孔的焊接件若母材中含有碳、硫、磷等較高(四)考慮焊接設(shè)備條件沒(méi)有直流電焊機(jī)在確定了焊條牌號(hào)后，還應(yīng)根據(jù)焊接件的厚度、焊接位置等條件選擇焊條直徑，板件越厚，焊條直徑越大。酸性焊條堿性焊條交直流兩用的焊條選用焊條的原則14三、焊接接頭的組織與性能焊接接頭(簡(jiǎn)稱接頭)的組成焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)15

(一)焊縫焊縫組織為鑄態(tài)柱組織，故晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。化學(xué)成分優(yōu)于母材，所以焊縫金屬的力學(xué)性能一般不低于母材。

(二)熔合區(qū)熔合區(qū)是指在焊接接頭中焊縫向熱影響區(qū)過(guò)渡的區(qū)域。該區(qū)的金屬組織粗大，處在熔化和半熔化狀態(tài)，化學(xué)成分不均勻，其力學(xué)性能最差。16（三）熱影響區(qū)(1)過(guò)熱區(qū)。溫度在1100℃以上，金屬處于嚴(yán)重過(guò)熱狀態(tài)，晶粒粗大，其塑性、韌度很低，容易產(chǎn)生焊接裂紋。(2)正火區(qū)。溫度在Ac3至1100℃之間，金屬發(fā)生重結(jié)晶，晶粒細(xì)化，力學(xué)性能好。(3)部分相變區(qū)。溫度在Ac1～Ac3之間，部分金屬組織發(fā)生相變，此區(qū)晶粒大小不均勻，力學(xué)性能稍差。17

四、焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因——焊接過(guò)程中對(duì)焊件的不均勻加熱和冷卻。1819防止焊接變形的措施(1)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

①盡量減少焊縫的數(shù)量、長(zhǎng)度及截面積；②焊縫盡量對(duì)稱布置，避免密集與交叉；③盡量選用型材、沖壓件代替板材拼接，減少焊縫數(shù)量和變形。20防止焊接變形的措施(2)采用必要的工藝措施：①反變形法②剛性固定法③合理的焊接順序21§12.2焊條電弧焊焊接變形的矯正：(1)機(jī)械矯正法

(2)火焰矯正法22§12.3其它焊接方法一、埋弧焊埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法。分為：埋弧焊手工埋弧焊23埋弧自動(dòng)焊24埋弧自動(dòng)焊.wmv25二、氣體保護(hù)電弧焊氣體保護(hù)電弧焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法

(一)氬弧焊1．熔化極氬弧焊2．非熔化氬弧焊(鎢極氬弧焊)26熔化極氬弧焊27鎢極氬弧焊原理28氬弧焊.wmv29(二)CO2氣體保護(hù)焊(簡(jiǎn)稱CO2焊)30CO2氣體保護(hù)焊.wmv31三、氣焊

氣焊是利用氣體火焰作為熱源的一種焊接方法。最常用的是乙炔焊。3233四、電渣焊電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱來(lái)熔化工件與電極(填充金屬)的一種焊接方法。34電渣焊35五、等離子弧焊等離子弧焊是一種借助水冷噴嘴對(duì)電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進(jìn)行焊接的方法。36等離子弧焊.wmv37六、電阻焊指焊件組合后通過(guò)施加壓力，利用電流通過(guò)接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生電阻熱進(jìn)行焊接的方法。39電阻焊40§12.4常用金屬材料的焊接一.焊接性的概念---指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下（焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)型式），獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即對(duì)焊接加工的適應(yīng)性。包括：接合性能使用性能41可焊性是一個(gè)相對(duì)的概念，表現(xiàn)為：1.工藝條件相同時(shí)，材料經(jīng)焊接后產(chǎn)生缺陷、裂紋等的傾向性大小。2.材料對(duì)某種焊接工藝所表現(xiàn)出的可焊性，主要是指焊接接頭在使用中的可靠性。一般常用碳當(dāng)量法估算可焊性，即把影響焊接性能的元素對(duì)可焊性的影響折算為碳的影響相當(dāng)?shù)牧?21）C當(dāng)量＜0.4%時(shí)，可焊性好。一般的焊接工藝條件下，不會(huì)產(chǎn)生裂紋。2）C當(dāng)量=0.4～0.6%時(shí)，可焊性較差。焊前需采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?）C當(dāng)量＞0.6%時(shí)，可焊性差。焊接前后需都需采取措施。43低碳鋼的焊接低碳鋼的碳含量≤0.25%，塑性好，一般沒(méi)有淬硬傾向，對(duì)焊接過(guò)程不敏感，可焊性良好?？捎酶鞣N焊接方法進(jìn)行焊接而不需采取特殊的工藝措施。注意事項(xiàng)Ａ、低溫環(huán)境下焊接厚度大，剛性大的結(jié)構(gòu)Ｂ、重要結(jié)構(gòu)Ｃ、電渣焊的焊件預(yù)熱，否則易產(chǎn)生裂紋焊后要進(jìn)行去應(yīng)力退火消除焊接應(yīng)力焊后正火處理以細(xì)化晶粒44中、高碳鋼的焊接C≤0.25～0.6%（C當(dāng)量更大），隨著含碳量的增加，可焊性明顯變差。焊接前后需采取一定的工藝措施，以保證焊接質(zhì)量。存在問(wèn)題A、焊縫易產(chǎn)生氣孔B、焊縫及焊接熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。45中碳鋼的焊接特點(diǎn)焊前：必須預(yù)熱。（150～250℃）焊后：熱處理。（重要結(jié)構(gòu)件）焊條：低氫型。焊接規(guī)范：細(xì)焊條、小電流、開(kāi)坡口、多層焊。工藝措施D126堆焊條

低氫型藥皮

46高碳鋼的焊接（１）焊接特點(diǎn)：高碳鋼Ｗｃ大于０．６０％，其焊接特點(diǎn)與中碳鋼基本相同，但淬硬和裂紋傾向更大，焊接性不中碳鋼更差。（２）焊接方法：一般不用于制造焊接結(jié)構(gòu)，大多是用手工電弧焊或氣焊來(lái)修理一些損壞件，且焊接時(shí)注意焊前預(yù)熱和焊后緩冷。焊前預(yù)熱,焊口預(yù)熱,焊縫預(yù)熱,智能溫度控制箱

47低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金鋼的含碳量雖然較低，但因其他元素的含量不同，可焊性差別很大。其特點(diǎn)為：1.熱影響區(qū)的淬硬傾向：鋼材的強(qiáng)度級(jí)別越高，焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向也越大。2.焊接接頭的裂紋傾向：隨著鋼材強(qiáng)度級(jí)別的提高，產(chǎn)生裂紋的傾向也增加。48預(yù)熱增大電流、慢速低氫焊條應(yīng)力退火低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接工藝措施49鑄鐵的焊補(bǔ)鑄鐵的含碳量很高，可焊性很差通常不用作焊接結(jié)構(gòu)件在鑄造生產(chǎn)中可焊補(bǔ)的有缺陷的鑄件鑄鐵的焊接特點(diǎn)：（1）熔合區(qū)易白口，硬度高，難加工（2）易產(chǎn)生裂縫；（3）易產(chǎn)生氣孔。鑄鐵焊補(bǔ)冷焊機(jī)

50鑄鐵的焊補(bǔ)一般采用氣焊和手工電弧焊焊接工藝有：熱焊法和冷焊法。

1.熱焊法焊前將工件預(yù)熱600～700℃，焊接過(guò)程中>400℃,焊后緩慢冷卻。焊接特點(diǎn)應(yīng)用（1）焊件受熱均勻，焊接應(yīng)力??；（2）冷卻速度慢，可防止焊接區(qū)產(chǎn)生白口組織和裂紋；（3）焊接質(zhì)量好，易機(jī)加工。（4）缺點(diǎn)：焊接技術(shù)復(fù)雜，生產(chǎn)率低，成本高，焊件易變形，勞動(dòng)條件差。一般僅用于焊后要求機(jī)械加工或形狀復(fù)雜的重要工件。鑄鐵的焊補(bǔ)512.冷焊法焊前不預(yù)熱或只進(jìn)行400℃以下的低溫預(yù)熱主要依靠焊條的化學(xué)成分來(lái)防止白口和裂縫焊接特點(diǎn)應(yīng)用（1）生產(chǎn)率高，勞動(dòng)條件好，成本低。（2）焊件變形小。（3）焊接品質(zhì)不易保證，易白口，加工性較差。生產(chǎn)中冷焊多用于補(bǔ)焊要求不高的鑄件或用于補(bǔ)焊高溫預(yù)熱易引起變形的工件。鑄鐵的焊補(bǔ)52鋁的可焊性與銅的可焊性相似---焊接困難。焊接特點(diǎn)（1）易氧化。（2）易在焊縫中形成氣孔。（3）焊接接頭易開(kāi)裂。（4）鋁及鋁合金高溫時(shí)強(qiáng)度和塑性極低，易產(chǎn)生變形。（5）操作困難。高溫液態(tài)時(shí)，鋁及鋁合金無(wú)顯著的顏色變化，操作時(shí)難以掌控加熱溫度，容易出現(xiàn)燒穿、焊瘤等缺陷。鋁及鋁合金的焊接53焊接方法鋁及鋁合金焊接方法焊條牌號(hào)GB3669—8354工藝措施（1）焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分。（2）對(duì)厚度超過(guò)5—8mm焊件，焊前預(yù)熱至100--300℃（3）焊后清理殘留在街頭處的焊劑和焊渣鋁及鋁合金的焊接55銅及銅合金的焊接特點(diǎn)：1.銅的導(dǎo)熱性高，焊接時(shí)熱量極易散失，易出現(xiàn)未焊透和未熔化等缺陷。2.銅在液態(tài)時(shí)易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點(diǎn)共晶，分布在晶界上形成薄弱環(huán)節(jié)；3.銅的收縮系數(shù)大，易產(chǎn)生焊接應(yīng)力和裂縫。4.銅在液態(tài)時(shí)吸氣性強(qiáng)，焊接時(shí)易產(chǎn)生氣孔和氫脆現(xiàn)象。5.銅合金中的元素更易氧化，使可焊性更差。銅及銅合金的焊接56焊接銅合金采取的措施（1）焊接材料中加入脫氧劑（2）焊前：應(yīng)對(duì)焊劑（氣焊）、釬劑或焊條藥皮作烘干處理；焊后：應(yīng)徹底清洗殘留在焊件上的溶劑或熔渣，以免引起焊劑接頭的腐蝕破壞（3）厚板焊接時(shí):焊前：預(yù)熱來(lái)彌補(bǔ)熱量的損失，改善應(yīng)力的分布狀況。焊后：錘擊焊縫，減小殘余應(yīng)力，并進(jìn)行再結(jié)晶退火。（4）氣焊紫銅及青銅時(shí)，應(yīng)采用嚴(yán)格的中性焰；氣焊黃銅時(shí)，一般用輕微氧化焰，采用含硅鋁的焊絲。57第十二章焊接與熱切割§12.1概述§12.2焊條電弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金屬材料的焊接§12.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性§12.6常見(jiàn)的焊接缺陷及原因§12.7熱切割本章小結(jié)習(xí)題58§12.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性主要內(nèi)容焊接接頭及坡口形式的選擇焊縫的布置59焊縫布置的原則A、手工電弧焊應(yīng)具有足夠的焊條操作空間60無(wú)法運(yùn)行焊條！焊縫布置的原則61B、點(diǎn)焊或縫焊應(yīng)考慮電極引入方便焊縫布置的原則62C、氣體保護(hù)焊：要考慮氣體的保護(hù)作用焊縫布置的原則63D、焊縫布置應(yīng)該有利于減少焊接應(yīng)力和變形

盡量減少焊縫的數(shù)量焊縫布置的原則64

盡可能分散布置焊縫密集、交叉的焊縫，會(huì)加大熱影響區(qū)。改進(jìn)65

盡量對(duì)稱分布焊縫不合理66最大應(yīng)力處易產(chǎn)生應(yīng)力集中！

焊縫應(yīng)盡量避免最大應(yīng)力和應(yīng)力集中部位67已加工表面受熱后，會(huì)破壞原有精度！

焊縫應(yīng)盡量避開(kāi)機(jī)械加工面

一般情況下，焊接工序應(yīng)在機(jī)械加工工序之前完成68§12.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性主要內(nèi)容焊接接頭及坡口形式的選擇焊縫的布置69焊接接頭與坡口形式手工電弧焊采用的接頭型式：

對(duì)接、搭接、T形接頭和角接焊接接頭是焊接結(jié)構(gòu)最基本的組成部分，接頭設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：結(jié)構(gòu)形狀及強(qiáng)度要求工件厚度可焊性焊后變形大小焊條消耗坡口加工難易程度70①對(duì)接接頭及坡口手工電弧焊對(duì)接接頭形式：Ⅰ形坡口，V形坡口，X形坡口，U形坡口和雙U形坡口焊接接頭與坡口形式71不同厚度鋼板對(duì)接手工電弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件時(shí)，若采用對(duì)接接頭，則應(yīng)在較厚的板上作出單面或雙面削薄，然后再選擇適宜的坡口形式和尺寸

焊接接頭與坡口形式72②搭接接頭及坡口選擇

搭接接頭不需要開(kāi)坡口，焊前準(zhǔn)備和裝配工作比對(duì)接接頭簡(jiǎn)單得多。搭接接頭應(yīng)力分布復(fù)雜，往往產(chǎn)生彎曲附加應(yīng)力，降低接頭強(qiáng)度搭接接頭常用于焊前準(zhǔn)備和裝配要求簡(jiǎn)單的板類焊件結(jié)構(gòu)中，如橋梁、房架等多采用搭接接頭的形式（2）焊接接頭與坡口形式選擇73③T形接頭及坡口形式

T形接頭廣泛采用在空間類焊件上，T形接頭及坡口。完全焊透的單面坡口和雙面坡口的T形接頭在任何一種載荷下都具有很高的強(qiáng)度。根據(jù)焊件的厚度，T形接頭可選I形（不開(kāi)坡口）、單邊V形、K形、單邊雙U形坡口形式。

焊接接頭與坡口形式74④角接頭及坡口選擇

角接頭通常只起連接作用，不能用來(lái)傳遞工作載荷應(yīng)力分布很復(fù)雜，承載能力低。根據(jù)焊件厚度不同，角接頭可選擇I形坡口（不開(kāi)坡口）、單邊V形、單邊U形、V形及K形等5種坡口形式圖角接頭的坡口形式(a）I形坡口；(b)K形坡口；（c）V形坡口單邊；（d）U形坡口單邊；（e）V形坡口

焊接接頭與坡口形式75§12.6常見(jiàn)的焊接缺陷及原因氣孔咬邊未焊透焊瘤裂紋夾渣接頭缺陷76焊瘤

焊縫邊緣上存在多余的未與焊件熔合的堆積金屬。焊條熔化太快，電弧過(guò)長(zhǎng)，電流過(guò)大，運(yùn)條不正確，焊速太慢。夾渣

焊縫內(nèi)部存在著非金屬夾雜物或氧化物。施焊中焊條未攪拌熔池，焊件不潔，電流過(guò)小，焊縫冷卻太快，多層焊時(shí)各層熔渣未清除干凈。咬邊

在焊件與焊縫邊緣的交界處有小的溝槽。電流過(guò)大，焊條角度不對(duì)，運(yùn)條方法不正確，電弧過(guò)長(zhǎng)。77裂紋

在焊縫和焊件表面或內(nèi)部存在裂紋。焊件含碳、硫、磷高，焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，焊縫冷速太快，焊接順序不正確，焊接應(yīng)力過(guò)大，存在咬邊、氣泡、夾渣，未焊透。氣孔

焊縫的表面或內(nèi)部存在氣泡。焊件不潔，焊條潮濕，電弧過(guò)長(zhǎng)，焊速過(guò)快，含碳量高。未焊透

被焊金屬和填充金屬之間在局部末熔合。裝配間隙太小，坡口間隙太小，運(yùn)條太快，電流過(guò)小，焊條未對(duì)準(zhǔn)焊縫中心，電弧過(guò)長(zhǎng)。78第十二章焊接與熱切割§12.1概述§12.2焊條電弧焊§12.3其它焊接方法§12.4常用金屬材料的焊接§12.5焊接結(jié)構(gòu)工藝性§12.6常見(jiàn)的焊接缺陷及原因§12.7熱切割本章小結(jié)習(xí)題79§12.7熱切割利用熱能使材料分離的方法稱熱切割。熱切割方法有氣割、氧熔劑切割、等離子弧切割、激光切割。目前生產(chǎn)中應(yīng)用氣割、等離子弧切割較為普遍。80本章小結(jié)熔焊的焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)三部分組成。焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因;預(yù)防和消除焊接應(yīng)力的措施；焊接變形的預(yù)防與矯正措施。對(duì)焊條電弧焊和其它焊接方法的特點(diǎn)及應(yīng)用；常用金屬材料，如碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、鑄鐵和有色金屬的焊接性及工藝要求焊接件結(jié)構(gòu)的焊接工藝要