焊接 - 電一體化教學資源庫

焊接

授課班級機電（3+2）1102授課時間

2012-3-13（9、10）學習目標學時21.明確焊接的基本概念及應用2.掌握焊條電弧焊的工藝過程3.了解先進焊接技術學習內容教學過程組織與方法2.3.0焊接工藝——多媒體教學片2.3.1焊條電弧焊2.3.2其他焊接方法2.3.3金屬的焊接性及焊接結構設計2.3.4焊接新工藝簡介1.焊接工藝——多媒體教學片2.焊接的基本知識—講述3.其他焊接方法——簡述4.焊接新工藝——多媒體教學片

2.3.0

概述

1．焊接的概念與特點

焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達到結合的一種方法。通過焊接，被連接的工件在宏觀上建立了永久性的連接，是由于被焊的兩部分金屬產生了原子之間的互相溶解與擴散，并形成了共同晶體。這是焊接和其他連接方法最基本的區(qū)別。目前，焊接技術已廣泛應用于航空航天、石油化工、車輛、鍋爐、起重設備、原子能、船舶、電子等領域。2．3焊接

焊接具有以下特點：⑴節(jié)省金屬材料。焊接與鉚接相比，可以節(jié)省金屬材料15％～20％。由于節(jié)省了材料，金屬結構的自重也得以減輕。⑵既能連接同類金屬材料，又能連接部分不同類型的金屬材料，可以制造雙金屬結構。⑶能化大為小，以小拼大。在制造形狀復雜的結構件時可先制造出零件較小的部分，然后用逐步裝配焊接的方法以小拼大。⑷結構強度高，產品質量好。在多數情況下焊接接頭都能達到與母材等強度，甚至接頭強度高于母材的強度。因此，焊接結構的產品質量比鉚接要好。⑸焊縫處密封性能好。⑹由于焊接是一個不均勻的加熱過程，焊后易產生焊接應力與變形，導致出現(xiàn)裂紋。

2．焊接方法的分類

1)熔化焊接使被焊的母材局部加熱熔化成液態(tài)，然后冷卻結晶成一體的焊接方法稱為熔化焊接。按照加熱熱源形式的不同，熔化焊接的基本方法分為：氣焊(以氧—乙炔火焰或其它可燃氣體燃燒火焰為熱源)、鋁熱焊(以鋁熱劑放熱反應熱為焊接熱源)

電弧焊(以氣體導電產生的電弧熱為焊接熱源)

電渣焊(以焊接熔渣導電時產生的電阻熱為焊接熱源)

電子束焊(以高速運動的電子束流為熱源)

激光焊(以單色光子束流為熱源)等若干種。

2)壓力焊接在焊接過程中，必須對焊件施加壓力(加熱或不加熱)，以完成連接的焊接方法稱為壓力焊。壓力的性質可以是靜壓力、沖擊力或爆炸力等。大多數壓力焊情況下，母材并不熔化，屬于固相焊接。為了使固相焊接容易實現(xiàn)，大都在加壓的同時伴隨加熱措施，但加熱溫度都低于母材的熔點。壓力焊接的基本方法有：冷壓焊(焊接過程中不采取加熱措施)、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊、鍛焊、擴散焊、電阻點焊、電阻縫焊、電阻對焊、閃光對焊等。

3)釬焊利用熔化的釬料作媒介，通過熔化釬料的潤濕和毛細作用吸入或保持在兩被焊件的間隙中，然后冷卻結晶形成結合的連接方法稱為釬焊。釬焊并沒有達到原子(或分子)間的連接，所以，如果嚴格從焊接概念上講，釬焊不屬于真正意義上的焊接，但習慣上我們也把它列為焊接范疇。根據釬焊熱源的不同，釬焊可以分為烙鐵釬焊、火焰釬焊(利用氧—乙炔燃燒火焰作熱源)、真空或充氣感應釬焊(以高頻感應電流產生的電阻熱作熱源)、電阻釬焊、鹽浴釬焊(以高溫鹽浴為熱源)、電阻爐釬焊(以電阻爐的輻射熱為熱源)等若干種。

2.3.1焊條電弧焊

1．焊接電弧

1)電弧的本質電弧并不是一般的燃燒現(xiàn)象，而是在一定條件下電荷通過兩電極間氣體空間的一種導電過程，是一種氣體導電現(xiàn)象(如圖2-47所示)。借助這種氣體導電過程，電能轉化為熱能、機械能和光能。焊接時主要利用熱能和機械能達到焊接金屬的目的。

圖2--47焊接電弧示意圖

焊條陰極區(qū)陽極區(qū)弧柱

2)電弧的構造電弧由陽極區(qū)、陰極區(qū)和弧柱區(qū)組成，如圖2-47所示。陰極區(qū)是一薄層空間，其熱量主要由正離子碰撞陰極和電子復合釋放的位能轉化來，約占電弧總熱量的36%。陽極區(qū)也是一薄層空間，其熱量主要由電子的動能和逸出功轉化而來，約占電弧總熱量的43%。弧柱區(qū)熱量主要由正負離子復合時釋放的電離能轉化而來，約占電弧總熱量的21%。陰極和陽極的溫度和材料的沸點有關，鋼材焊接時，陰極表面溫度約2400K，陽極表面溫度約2600K，而弧柱中心溫度可達6000K以上。

3)焊接電弧的極性及其選用采用直流焊接電源時，由于陽極區(qū)比陰極區(qū)的溫度高，熱量大，實際焊接有正接法和反接法兩種接極方法。正接法指工件接正極，焊條接負極；反接法正好相反。一般情況下，焊接薄板時適合用反接法，焊接厚板時適合用正接法。但采用交流焊接電源時，不存在正接與反接的區(qū)分。

2．手弧焊的焊接過程焊條電弧焊又叫手工電弧焊(或簡稱手弧焊)，焊接過程如圖2-46所示。焊條加在焊鉗上，當焊條與工件接觸后，迅速將焊條提起，產生電弧，利用電弧產生的熱量熔化母材和焊條形成熔池，熔池隨著電弧向前運動，凝固后形成焊縫，形成的渣殼覆蓋在焊縫上。

圖2-46焊條電弧焊過程

1-焊件；2-焊縫；3-電??；4-焊條；5-焊鉗；6接焊鉗的電纜；7-電焊機；8-接焊件的電纜

1)手工電弧焊的工藝特點手工電弧焊具有以下優(yōu)點：

(1)工藝靈活、適應性強。適用于碳鋼、低合金高強鋼、低合金鋼、耐熱鋼、低溫鋼、不銹鋼等各種金屬材料的平、立、橫、仰各種位置以及不同厚度、結構形式的焊接。

(2)接頭質量好。與氣焊及埋弧焊相比，焊接接頭金相組織細、熱影響區(qū)小、接頭性能好。

(3)設備簡單、操作方便。

(4)易于通過工藝調整來控制焊接變形和改善應力。

其缺點如下：

(1)對焊工要求高。焊工的操作技術和經驗直接影響焊接質量的好壞。

(2)工人勞動條件差。由于是手工焊接，工人勞動強度大，而且還要受到高溫、煙塵等危害。

(3)生產率低。由于手工電弧焊一般選擇的工藝參數小，焊接生產率較低。其應用范圍有：造船、鍋爐及壓力容器、機械制造、建筑結構、化工設備、起重機械、橋梁等制造維修行業(yè)。

2)手工電弧焊的工藝參數焊接工藝參數是指焊接時為保證焊接質量而選擇的諸物理量。選擇合適的焊接工藝參數，對提高焊接質量和生產率是十分重要的。焊接工藝參數很多，在此只介紹焊接電源及極性、焊條直徑、焊接電流等幾個主要參數。

(1)焊接電源種類和極性選擇。手工電弧焊采用的電源有交流和直流兩類。通常，酸性焊條可采用交、直流兩種電源。堿性焊條由于電弧穩(wěn)定性差，一般只能用直流焊機，對藥皮中含有較多穩(wěn)弧劑的焊條，也可以使用交流焊機。

(2)焊條直徑。焊條直徑是指組成焊條的焊芯直徑，焊條直徑的選擇應綜合考慮焊件厚度(見表2)、裝配間隙、焊接位置等因素。

表2焊條直徑與厚度的關系

(3)焊接電流的選擇。焊接電流是手工電弧焊最重要的工藝參數，也是焊接過程中惟一需要焊工調節(jié)的參數。焊接電流的選擇主要由焊條直徑、焊接位置和焊道層次來決定。焊條直徑越粗，選擇的焊接電流應越大。每種直徑都有一個最合適的電流范圍(見表3)。也可以根據經驗公式來選擇：I=(35～55)d。式中，I為焊接電流(A)；d為焊條直徑(mm)。

表3各種直徑焊條使用電流參考值

在平焊位置焊接時，可選擇較大的焊接電流，而橫、立、仰位置焊接時，焊接電流應比平焊小10%～20%。通常打底焊時，要使用較小的電流；為提高生產率，填充焊要使用較大的焊接電流；蓋面焊時，為防止咬邊，能夠獲得成形美觀的焊縫，使用的電流要稍小些。

3．焊接設備焊條電弧焊的主要設備是弧焊機?；『笝C分為直流弧焊機和交流弧焊機。直流弧焊機所供給焊接電弧的電流是穩(wěn)定的直流電，具有電弧燃燒穩(wěn)定的優(yōu)點，焊接質量較好。但是直流弧焊機結構復雜，成本高，維修困難，噪聲大，損耗大，適用于焊接較重要的工件。交流弧焊機所供給焊接電弧的電流是交流電，這種焊機的效率較高，結構簡單，制造方便，成本較低，使用可靠，維護、保養(yǎng)容易，工作時噪聲小，但電弧不夠穩(wěn)定。還有交直流可逆變電焊機。

4．電焊條

1)焊條的組成

(1)焊芯。手工電弧焊時，焊芯有兩個作用，一是作為電極傳導電流和產生電弧，為焊接提供熱量；二是受熱熔化作為焊縫的填充金屬，與熔化的母材熔合形成焊縫。根據被焊材料，應按照GB/T14957—94《熔化焊用鋼絲》等相應標準選擇相應牌號的焊絲作焊芯。通常所說的焊條直徑即是指焊芯直徑。我國碳鋼焊條直徑有1.6、2.0、2.5、3.2、4.0、5.0、5.6、6.0、6.4、8.0等規(guī)格，常用3.2mm、4mm和5mm三種。

低碳鋼焊芯中的含碳量，應在保證與母材基本等強度的情況下越少越好。焊芯含碳量升高，不僅會增大焊縫產生裂紋和氣孔的傾向，而且使焊接過程飛濺加大，使焊接過程不穩(wěn)定。低碳鋼焊芯的含碳量一般應當低于0.10%。

(2)焊條藥皮。焊條的性能在極大程度上取決于藥皮。藥皮原材料的作用歸納起來主要有：穩(wěn)弧、造渣、造氣、脫氧、合金化、粘結和成型等。應當指出，有時一種物質在焊條藥皮中可能會同時具有幾種作用，所以在設計焊條藥皮配方，選擇藥皮原材料時，在考慮其主要作用的同時，還要考慮兼顧其次要作用。

2)焊條的分類按用途焊條可分為：①結構鋼焊條：主要用于焊接碳鋼和低合金高強鋼；②鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條：主要用于焊接珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼；③不銹鋼焊條：主要用于焊接不銹鋼和熱強鋼，可分為鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼焊條兩大類；④堆焊焊條：主要用于堆焊，以獲得具有諸如紅硬性、耐磨性、耐蝕性等性能的堆焊層；⑤低溫鋼焊條：主要焊接在低溫下工作的焊接結構，其熔敷金屬具有不同的低溫性能；⑥鑄鐵焊條：主要用于鑄鐵構件的焊補；⑦鎳及鎳合金焊條：主要用于鎳及鎳合金的焊接，也可用于異種金屬的焊接；⑧銅及銅合金焊：主要用于焊接銅及其合金，包括純銅焊條和青銅焊條兩類；⑨鋁及鋁合金焊條：主要用于焊接鋁及鋁合金；⑩特殊用途焊條。

按藥皮類型焊條可分為氧化鈦型、鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鐵型、纖維素型、低氫鉀型、低氫鈉型、石墨型和鹽基型焊條等。按焊接熔渣的酸堿度焊條分為酸性焊條和堿性焊條。酸性焊條溶渣中含有較多酸性氧化物。焊接時焊條的焊接工藝性好，焊縫成型美觀、波紋細密。堿性焊條藥皮中含有較多大理石和氟石，并有較多鐵合金。使用這類焊條焊接的焊縫含氫量低，故又稱低氫型焊條，主要用于焊接性能要求高的重要結構。

3)焊條的國標型號與產品牌號焊條國標型號是國家標準規(guī)定的焊條代號。結構鋼焊條相應的標準是GB/T5117—1995，表示方法為E××××□。E4303是酸性焊條，E5015是堿性焊條?！癊”表示焊條；前兩位數字表示熔敷金屬最小抗拉強度(kgf/mm2)；第三位數字表示焊條適用的焊接位置。其中，“0”、“1”適于全位置(平、立、橫、仰)焊接，“2”適合平焊和平角焊，“4”適于立向下焊；第三位和第四位組合表示焊條藥皮類型及焊接電源；“□”表示附加代號。

焊條的產品牌號的編制方法：牌號最前面的字母表示焊條的大類(如結構鋼焊條用“J”表示)；第一、二位數字表示各大類焊條中的若干小類，但對于結構鋼焊條則表示焊縫金屬的不同強度級別(單位為kgf/mm2)；第三位數字表示焊條藥皮類型和適用的焊接電源種類(見表4)。例如，J422表示焊縫強度不小于420MPa，氧化鈦鈣型藥皮類型，可用直流或交流電源焊接的結構鋼焊條。

表4焊條牌號中第三位數字的含義

2.3.2其他焊接方法

1埋弧焊埋弧焊是一種生產效率較高的機械化焊接方法，全稱為埋弧自動焊，又稱焊劑層下自動電弧焊。焊接時，焊機機頭上的送絲機構將焊絲送入電弧區(qū)，電弧在焊劑下燃燒，小車帶動焊絲均勻沿坡口移動(或機頭不動，工件運動)。在焊絲前面，焊劑從漏斗中不斷流出覆蓋在待焊部位。埋弧焊過程如圖3所示。

圖3埋弧焊的縱截面示意圖

焊絲焊渣泡焊劑渣殼焊縫熔池熔深

1）

埋弧焊的特點埋弧焊的主要優(yōu)點如下：

(1)焊接質量高。由于熔渣的保護效果好，焊縫中的含氮量和含氧量大大降低；由于自動化水平較高，對工人的技術水平要求不高，焊縫成分穩(wěn)定，焊接質量高。

(2)生產效率高。一方面由于焊絲導電長度縮短，可以提高電流和電流密度；另一方面由于焊劑及熔渣的隔熱作用，電弧基本沒有熱的輻射散失，熱量集中，飛濺也小。一般不開坡口，單面一次焊接熔深可達20mm。以厚度為8～10mm鋼板對接焊為例，單絲埋弧焊接速度可達30～50m/h，而手工電弧焊則只有6～8m/h。

(3)工人勞動條件好。埋弧焊的電弧是埋在焊劑下面的。當焊絲在母材上引燃電弧時，電弧熱使母材、焊絲和焊劑熔化和蒸發(fā)，蒸汽形成一個氣泡，電弧就在這一氣泡內燃燒，所以埋弧焊的電弧不可見，沒有弧光輻射。另一方面，埋弧焊由于自動化水平高，降低了工人的勞動強度。

埋弧焊的缺點如下：

(1)主要適用于水平面(或接近水平面)焊縫的焊接。由于埋弧焊是依靠顆粒狀焊劑堆積形成焊接及保護條件的，因此正常情況下不采取特殊工藝措施，難以實現(xiàn)橫、立、仰焊。

(2)難以焊接氧化性強的金屬。由于埋弧焊用焊劑主要是MnO、SiO2等金屬及非金屬氧化物，因此難以焊接鋁、鈦等活潑性強的金屬及合金。

(3)只適用于長焊縫的焊接。由于調整時間長，設備較復雜，靈活性差，短焊縫的焊接體現(xiàn)不出埋弧焊生產率高的優(yōu)點。

(4)不適宜薄板焊接。由于埋弧焊焊接電弧的電場強度大，電流小于100A時，電弧不穩(wěn)定，因此，埋弧焊不適宜焊接厚度小于1mm的薄板。

(5)對氣孔敏感性大。埋弧焊由于熔池較深，因此對氣孔敏感性大。

2）埋弧焊的應用埋弧焊是現(xiàn)代工業(yè)制造中最常用的一種自動電弧焊方法。埋弧焊主要焊接各種鋼板結構，可焊接碳素結構鋼、低合金高強鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼及復合鋼等。此外，用埋弧焊堆焊耐磨、耐蝕合金或焊接鎳基合金及銅合金也是比較理想的。埋弧焊可以應用于造船、鍋爐、化工容器、橋梁、起重機械、冶金機械等行業(yè)中。

2．氣體保護焊(CO2、氬氣)

1）CO2氣體保護焊

CO2氣體保護焊是20世紀50年代初期發(fā)展起來的焊接方法，其焊接過程如圖4所示。在焊接過程中，焊絲在送絲機構的推動下進入焊接區(qū)，CO2氣體從噴嘴中噴出，排開空氣形成保護。由于CO2氣體保護焊具有很多優(yōu)點，迅速獲得廣泛應用。

圖4CO2氣體保護焊示意圖

CO2氣瓶噴嘴流量計導電嘴送絲軟管送絲機構焊絲盤焊機減壓器

CO2氣體保護焊的優(yōu)點如下：

(1)焊接生產率高。CO2電弧的穿透力強，熔深大而且焊絲的熔化率高，焊接生產率可比手弧焊高1～3倍。

(2)焊接成本低。由于CO2價格便宜，加之CO2氣體保護焊的焊接能耗低，因此CO2氣體保護焊的焊接成本只有埋弧焊和手弧焊的一半左右。

(3)焊縫抗銹能力強。由于CO2氣體高溫分解出的氧原子可以與氫結合成不溶于液態(tài)金屬的氫氧根離子，因此CO2氣體保護焊的焊縫含氫量低，抗裂性能好。

(4)焊后不需清渣。CO2氣體保護焊焊后無渣，又是明弧，便于監(jiān)控。

(5)適用范圍廣。CO2氣體保護焊可以全位置焊接；可以焊接1mm左右厚度的薄板，最厚幾乎可以不受限制(多層焊)。

CO2氣體保護焊的缺點如下：

(1)飛濺大。CO2氣體保護焊過程中，由于CO2氣體的導熱性好，高溫分解吸熱以及電弧氣氛的氧化性等因素，使CO2氣體保護焊焊接飛濺大。CO2氣體保護焊的飛濺是由CO2氣體本身的性質決定的，而且焊絲越粗，飛濺越大。

(2)合金元素的燒損嚴重。由于在焊接時電弧中存在著大量具有氧化性的CO2、CO和O2，因此合金元素的燒損比較嚴重。所以必須使用含有高合金化和脫氧劑元素的焊絲。焊接低碳鋼和合金結構鋼時，常用H08Mn2SiA焊絲。

CO2氣體保護焊的應用

CO2氣體保護焊主要用于焊接低碳鋼、低合金鋼的焊接。還可以焊接對焊縫要求不高的不銹鋼。另外，CO2氣體保護焊還可以用于堆焊、鑄鋼件的焊補以及電鉚焊等。

2．鎢極氬弧焊鎢極氬弧焊通常又叫TIG焊或非熔化極氬弧焊，是利用氬氣保護的一種氣體保護焊，其焊接過程如圖5所示。在焊接過程中，從噴嘴中噴出的氬氣排開空氣，在焊接區(qū)造成一個保護層，在氬氣的保護下，電弧在鎢極(金屬鎢或其合金棒)和工件之間燃燒。

圖5鎢極氬弧焊示意圖

1-填充焊絲；2-氬氣；3-噴嘴；4-鎢極；5-電??；6-焊縫；7-工件；8-熔池

1)鎢極氬弧焊的特點鎢極氬弧焊具有如下優(yōu)點：

(1)保護效果好，焊接質量高。氬氣是惰性氣體，既不與任何金屬反應，也不溶于任何金屬，焊接過程基本上是金屬熔化和結晶的簡單過程。

(2)焊接變形小。與氣焊相比，鎢極氬弧焊焊接電弧熱量集中、溫度高，所以焊接熱影響區(qū)窄，焊接變形小。

(3)電弧穩(wěn)定。由于氬氣熱導性差，對電弧的冷卻作用小，因而電弧穩(wěn)定。在各種氣體保護焊中，氬弧的穩(wěn)定性最好。

其缺點如下：

(1)成本較高。由于氬氣和鎢極價格高，鎢極氬弧焊的焊接成本高。目前一般只用于打底焊、不銹鋼和有色金屬的焊接。

(2)不宜焊接厚板。由于鎢極載流量有限，使電弧功率受到限制，致使焊接熔深小，焊接速度低，因此鎢極氬弧焊一般只適宜焊接厚度小于6mm的工件。

(3)氬弧的紫外線強。氬弧產生的紫外線約為手工電弧焊的5～30倍，對焊工有害。

2)鎢極氬弧焊的應用幾乎所有的金屬都可用鎢極氬弧焊焊接，特別適宜焊接化學性質活潑的金屬，常用于鋁、鎂、銅、鈦及其合金、不銹鋼、高溫合金等的焊接。

3．熔化極氬弧焊使用熔化電極的氬弧焊叫熔化極氬弧焊，簡稱MIG焊。如圖6所示，焊接過程中焊絲在送絲滾輪的作用下通向焊接區(qū)，與母材產生電弧，熔化焊絲和母材形成熔池，氬氣從噴嘴中噴出形成保護。

圖6熔化極氬弧焊示意圖

1-送絲滾輪；2-氬氣；3-噴嘴；4-鎢極；5-電?。?-焊縫；7-工件；8-熔池熔化極氬弧焊與鎢極氬弧焊相比，除基本具備鎢極氬弧焊的優(yōu)點外，還具有以下特點：

(1)焊接生產率高。由于電極是焊絲，焊接電流可大大增加，可用于焊接厚板，焊接生產率高。

(2)可直流反接。直流鎢極氬弧焊一般只能正接，基本上無法焊接鋁及其合金。熔化極氬弧焊可以直流反接，焊接鋁及其合金時具有良好的陰極霧化作用。

4.壓焊

壓焊是指在焊接過程中必須對工件施加壓力(加熱或不加熱)，以完成焊接的方法。加壓可使兩個焊件之間接觸緊密，并在焊接部位產生一定的塑性變形，促使原子擴散而使二者焊接在一起。加熱則進一步提高原子擴散能力，也使連接處晶粒細化。最常用的是電阻焊。1）電阻焊電阻焊的過程為：首先將兩個焊件組合后通過電極施加壓力，然后通電，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產生的電阻熱進行焊接。電阻焊又叫接觸焊。

圖8電阻焊示意圖(a)對焊；(b)點焊；(c)縫焊

1-固定電極；2-移動電極；3、9-焊件；4、8-熔核；5-電極；6-焊縫；7-滾輪

（1）電阻點焊電阻點焊是將工件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。電阻點焊時兩工件接觸面處電阻大，發(fā)出的熱量使該處溫度急速升高，將該處金屬熔化形成熔核。斷電后，繼續(xù)保持或稍加大壓力，使熔核在壓力下凝固，形成組織致密的焊點。焊接第二個焊點時，有一部分電流會流經已焊好的焊點，稱為點焊分流現(xiàn)象。分流將使焊接處電流減小，以致加熱不足，造成焊點強度顯著下降，影響焊點質量。因此兩焊點之間應有一定距離以減小分流。而且工件厚度越大，材料導電性能越好，及工件表面存在氧化物或贓物時，都會使分流現(xiàn)象加重。提高焊點質量可以通過合理選取焊接電流、通電時間、電極壓力和提高工件表面清理質量等方法實現(xiàn)。

（2）縫焊縫焊是將工件裝配成搭接或對接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓工件并轉動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。縫焊時，相鄰焊點互相部分重疊，密封性良好。但縫焊分流現(xiàn)象嚴重，焊接相同厚度的工件，其焊接電流為點焊的1.5～2倍。一般只適合于焊接3mm以下的薄板結構，如易拉罐、油箱、煙道焊接等。

（3）對焊對焊是對接電阻焊。按焊接過程不同分為電阻對焊和閃光對焊。①電阻對焊工件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，通電后利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，然后斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法稱為電阻對焊。電阻對焊操作簡單，接頭比較光滑，但焊前對工件端面加工和清理有較高的要求，否則端面加熱不均勻，容易產生氧化物夾雜，質量不易保證。因此，電阻對焊一般僅用于端面簡單、直徑小于20mm和強度要求不高的工件。

②閃光對焊工件裝配成對接接頭，接通電源，并使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點（產生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內達到預定溫度時，斷電并迅速施加頂鍛力完成焊接的方法稱為閃光對焊。閃光對焊在焊接前對工件端面清理要求不嚴格，因為在焊接過程中，工件端面的氧化物及雜質一部分隨閃光火花帶出，一部分在加壓時隨液體金屬擠出，使得接頭中夾渣很少，質量較高。但金屬損耗較多，工件需留出較大余量，焊后要清理毛刺。可以焊接相同的金屬材料，也可以焊接異種金屬材料。廣泛用于刀具、管子、自行車圈，鋼軌等的焊接。5.釬焊

釬焊是指采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接工件的方法。

1）釬焊的特點釬焊具有以下優(yōu)點：

(1)加熱溫度低。由于釬焊加熱溫度低，焊接應力和變形小，對母材的性能影響不大，并易保證焊件的尺寸。

(2)可以一次完成多零件的連接，且實現(xiàn)連接往往不受結構是否開敞的影響。

(3)可以實現(xiàn)不同金屬、金屬與非金屬的連接。

釬焊還有以下一些缺點：(1)焊接接頭的強度低，耐熱能力差。(2)較多采用搭接接頭形式，增加了結構重量。

2）焊接材料

(1)釬料。釬焊過程中使用的填充材料叫釬料，又叫焊料。釬焊過程對釬料的基本要求有：①

合適的熔點。釬料的熔點要低于被焊金屬熔點50～60℃以上。②

良好的潤濕作用。釬料必須能夠潤濕被焊金屬，并與被焊金屬發(fā)生良好的物理化學作用。③

穩(wěn)定的化學成分。各成分在釬焊過程中應保持基本穩(wěn)定。

常用的釬料有：錫鉛釬料、銀基釬料、銅基釬料、鎘基釬料、鋁基釬料、錳基釬料、鎳基釬料和貴金屬釬料等。釬料不同，適宜焊接的金屬不同。

(2)釬劑。釬焊過程中使用的起保護、去膜、增加潤濕性等作用的物質稱為釬劑。對釬劑的基本要求有：①

釬劑的熔點要低于釬料的熔點，活化溫度(積極反應的溫度)也要低于釬料的熔點，同時其沸點要高于釬料熔點。②

釬劑必須具有一定的去膜能力、潤濕填縫能力和覆蓋能力。③

釬劑熔化后應成分穩(wěn)定，對母材和釬料腐蝕性小。④

釬焊后釬劑的殘渣應當容易清除。⑤

要易于保存，毒性小。

3）釬焊的分類按釬料的熔點不同，釬焊可分為硬釬焊(釬料的熔點高于450℃)和軟釬焊(釬料的熔點低于450℃)。軟釬焊常用的釬料是錫鉛釬料、鋅錫釬料，常用的釬劑有松香、氧化鋅等。軟釬焊適宜焊接受力不大、工作溫度不高的工件。硬釬焊常用的釬料有銀基釬料、銅基釬料、鋁基釬料等，常用的釬劑有硼砂、氯化物、氟化物等。硬釬焊適宜機器零部件以及刀具的焊接等。

1.金屬材料的可焊性

1）材料焊接性的概念焊接性是材料在限定的施工條件下焊接成規(guī)定設計要求的構件，并滿足預定工作要求的能力。它包括兩方面內容：其一是工藝焊接性，即在一定的焊接工藝條件下，能否獲得優(yōu)質，無缺陷的焊接接頭的能力；其二是使用焊接性，即焊接接頭或整體結構滿足技術要求所規(guī)定的各種使用性能的程度。包括力學性能及耐熱、耐蝕等特殊性能。金屬焊接性既與金屬本身的材質有關，也與焊接工藝條件有密切的聯(lián)系，是一個相對概念。例如鋁在氣焊和焊條電弧焊條件下，難以獲得優(yōu)質焊接接頭，用氬弧焊來焊鋁卻能達到較高的技術要求。因此，又可以說鋁的焊接性能良好。2.3.3金屬的焊接性及焊接結構設計

2）鋼焊接性的評定鋼的焊接性取決于碳及合金元素的含量，其中影響最大的元素是碳。把鋼中合金元素(包括碳)的含量按其作用換算成碳的相當含量稱碳當量，用符號wCE表示，碳鋼和低合金結構鋼常用碳當量來評定它的焊接性。國際焊接學會推薦的碳當量計算公式為：式中wCE表示碳當量的質量分數；wC、wMn、wNi、wCu、wCr、wMo、wV分別表示碳、錳、鎳、銅、鉻、鉬、釩的質量分數。

根據經驗：wCE

＜0.4%時，鋼材的焊接性良好，焊接時不必預熱，屬于易焊材料；wCE＝0.4%～0.6%時，鋼材的淬硬傾向逐漸明顯，焊接時，需要采取適當預熱和控制線能量等工藝措施，屬于可焊材料；wCE＞0.6%時，淬硬傾向更大，焊接時需采取較高的預熱溫度和嚴格的工藝措施，屬于難焊材料。需要指出：利用碳當量來評價鋼材的焊接性，只是一種近似的方法，因為并沒有考慮焊接方法、焊接結構特點、焊接工藝條件等一系列因素對焊接性的影響。

2.常用金屬材料的焊接

1）低碳鋼的焊接低碳鋼焊接時無淬硬傾向，也不易產生焊接裂紋，采用各種焊接方法都能獲得優(yōu)質的焊接接頭，焊接性良好。低碳鋼焊接時一般不需預熱，除重要結構焊后需進行去應力退火、電渣焊結構焊后需進行正火處理外，一般均不需焊后熱處理。對于較厚的焊接結構、低溫下進行焊接或焊接硫、磷雜質較多的鋼材，焊前應適當預熱，預熱溫度一般不超過150℃。

2）中、高碳鋼的焊接中碳鋼的含碳量較高，當>0.4％時，焊接接頭易產生淬硬組織和冷裂紋傾向，焊縫金屬熱裂傾向較大。因此，焊前必須預熱至150~250℃。焊接中碳鋼常用焊條電弧焊，選用抗裂性能好的低氫型焊條，采用細焊條、小電流、開坡口、多層焊，盡量防止含碳量高的母材過多地熔入焊縫。焊后應緩慢冷卻，防止冷裂紋的產生。高碳鋼焊接性更差。一般不作為焊接結構用材料，高碳鋼的焊接只限于修補工作。

3）低合金高強度結構鋼的焊接低合金高強度結構鋼由于化學成分不同，焊接性也不同。當wCE<0.4％時，焊接性良好，一般采用焊條電弧焊或埋弧自動焊進行焊接，常溫下焊接時和低碳鋼相同。在工件厚度較大或環(huán)境溫度較低時，應考慮預熱，適當增大焊接電流，減慢焊接速度，選用抗裂性好的低氫型焊條。當wCE>0.4％時，焊接性較差，采用焊條電弧焊或埋弧自動焊進行焊接，焊前需預熱，焊接時要在工藝上采取一系列措施防止冷裂紋，焊后應及時進行熱處理。

4）奧氏體不銹鋼的焊接在所用的不銹鋼材料中，奧氏體不銹鋼應用最廣。奧氏體不銹鋼焊接性良好，適用于焊條電弧焊、氬弧焊和埋弧自動焊。焊條電弧焊選用化學成分相同的奧氏體不銹鋼焊條，采用細焊條，焊接時一般采用小電流、窄焊道、快速焊、焊條在施焊過程中不作橫向擺動，運條要穩(wěn)，收弧時注意添滿弧坑。氬弧焊和埋弧自動焊所用的焊絲化學成分應與母材相同。

5）鑄鐵的焊補鑄鐵焊接性差，容易出現(xiàn)白口組織、裂紋、氣孔等焊接缺陷。焊接只用來修補鑄鐵件缺陷和修理局部損壞的零件。補焊鑄鐵的常用方法是氣焊和焊條電弧焊。預防白口的措施是通過焊前將工件整體或局部預熱到600~700℃，并在400℃以上焊接，焊后緩冷，并調整焊縫化學成分在焊條或焊絲中加入碳、硅等石墨化元素，使石墨充分析出，使焊縫形成灰口組織。預防裂紋的措施是注意焊前預熱和焊后緩冷，分小段焊接；采用小電流、斷續(xù)焊，焊條不作橫向擺動等措施。

6）鋁及其合金的焊接性鋁及鋁合金的焊接較為困難，鋁極易生成熔點很高的氧化鋁薄膜，阻礙金屬融合；液態(tài)鋁可吸收大量氫，而固態(tài)則幾乎不溶解氫，因此熔池凝固時易形成氣孔；鋁的導熱系數大，要求使用大功率熱源；鋁的線膨脹系數大，易變形；鋁及鋁合金熔化時無明顯顏色變化而不易被操作者覺察，焊接時容易燒穿。為保證焊接透并不致燒穿與塌陷，焊前可在焊口下放置墊板。對于厚度超過5~8mm的焊件焊前應預熱。焊接鋁及鋁合金，目前以氬弧焊較為理想。

7）銅及其合金的焊接性銅及銅合金焊接性能較差，銅的導熱系數很高，焊接要采用大功率熱源，且焊前和焊接過程中要預熱，否則易焊不透；銅的線膨脹系數和收縮率大，焊接變形嚴重，采用適當的焊接順序及焊后錘擊等工藝措施，以減小應力，防止變形；銅在高溫易氧化、產生熱裂紋；銅在液態(tài)容易吸收氫，凝固時來不及逸出，形成氣孔，焊前應仔細清除工件、焊絲表面的油、銹和水分。目前，采用氬弧焊是焊接銅及銅合金最為理想的方法，也可采用氣焊和焊條電弧焊等。

3．焊接結構件材料的選擇焊接結構材料的選擇，對于獲得優(yōu)質產品、提高生產率、降低成本等具有重要的意義。焊接結構材料的選用應本著以下原則進行：

(1)必須滿足焊接結構對材料力學性能、物化性能等方面的要求。

(2)選用焊接性良好的材料，這樣就可以采用簡單的焊接工藝進行生產，使焊接生產過程簡單、高效。在常用的鋼材中，低碳鋼、碳當量小于0.4%的低合金鋼等都具有良好的焊接性能。

(3)優(yōu)先選擇常用、低價焊接結構材料?？梢砸罁F(xiàn)有的有關焊接方面的資料選擇焊接材料和制定(或初步制定)焊接工藝，減少了許多不必要的重復焊接試驗。

(4)立足國內資源。按照立足國內、就近購買的原則，可以大幅度降低采購成本。

(5)可以根據焊接結構的需要，在不同的部位選用不同的材料，以達到降低成本的目的。但此時必須注意不同鋼材的焊接性，我國低合金鋼的化學成分和物理性能比較相近，這些異種鋼焊接一般困難不大。

4．焊縫的布置在焊接結構的設計時，焊縫的布置對于獲得優(yōu)質接頭，減小焊接變形和應力，提高焊接結構使用性能和壽命，提高生產率都具有重要的意義。焊縫的布置也應從以下幾個方面綜合考慮：

(1)盡量減少接頭的數量。減少焊縫數量就意味著在一定程度上減少了焊接應力與變形。所以，在焊接結構設計時應多用型材，有效減少焊縫的數量。

(2)焊縫的位置應盡可能對稱布置。目的是為了盡可能地減小焊接變形，如圖9所示。

圖9焊縫對稱布置的設計(a)不合理；(b)不合理；(c)合理；(d)合理；(e)合理

(3)應將焊縫布置在易于施焊和檢驗的位置。這樣便于工人操作和檢驗，容易獲得優(yōu)質焊縫。

(4)避免焊縫的密集和交叉。如果焊縫布置的太密集和有交叉，一方面加大了焊接變形和焊接應力，另一方面會出現(xiàn)三向復雜應力，降低了結構的使用性能，如圖10所示。

圖10焊縫分散布置的設計(a)不合理；(b)不合理；(c)不合理；(d)合理；(e)合理；(f)合理

(5)應將焊縫避開最大受力和應力集中處，如圖11所示。

圖11焊縫避開最大應力和應力集中的設計(a)不合理；(b)不合理；(c)不合理；(e)合理；(e)合理；(f)合理

(6)焊縫應盡量避開機械加工表面。另外，焊縫應盡量布置在平焊位置，盡量避免布置在仰焊位置，減少橫焊位置，以便于焊接操作或減少翻轉次數。

5．焊接方法的選擇

(1)從母材焊接性方面考慮：氣焊、手工電弧焊幾乎可焊接所有金屬；埋弧焊可以焊接碳素結構鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼等；鎢極氬弧焊適宜焊接有色金屬及合金、不銹鋼、高溫合金、鈦及鈦合金、難熔活潑金屬(如鉬、鈮、鋯等)；熔化極氬弧焊與鎢極氬弧焊一樣，幾乎可焊接所有的金屬，尤其適合焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料；CO2氣體保護焊主要適宜焊接低碳鋼及低合金鋼等黑色金屬；等離子弧焊幾乎可焊接所有金屬。

(2)從焊縫形式特點考慮：短小、分散的焊縫應用手工焊等，長而規(guī)則的焊縫應優(yōu)先選用自動化程度較高的埋弧焊、CO2氣體保護焊、熔化極氬弧焊等，可以大大提高焊接質量和生產率。

(3)從焊縫厚度方面考慮：如果所焊焊縫較薄，應選用氣焊、鎢極氬弧焊、CO2氣體保護焊；相反，當焊縫較厚時，應考慮選用埋弧焊、熔化極氬弧焊、電渣焊等。

表8各種熔化焊接方法特點及應用

6.接頭形式選擇與設計接頭形式的設計應根據結構形式、接頭性能要求、工件厚度、焊接材料消耗、焊接變形、可焊到性、坡口加工難易程度等因素綜合考慮。根據GB985—80《手工電弧焊焊接接頭的形式與尺寸》，焊接碳鋼和低合金鋼的接頭形式可分為對接接頭、搭接接頭、丁字接頭和角接接頭四種。各種接頭形式都有其自己的特點：

(1)對接接頭受力均勻，是比較理想的接頭形式，應優(yōu)先選用。常見對接接頭形式及尺寸見圖12。

圖12對接接頭形式及尺寸

(2)搭接接頭應力分布不均勻，疲勞強度較低，而且受力時將產生附加力矩，金屬消耗量大，不是焊接接頭的理想形式。但是它的焊前準備和裝配工作比對接接頭簡單，其橫向收縮也比對接接頭小，所以在焊接結構中也得到了比較廣泛的應用。常見搭接接頭形式及尺寸見圖13。

圖13常見搭接接頭形式及尺寸

(3)丁字(十字)接頭是將相互垂直的被連接件用角焊縫連接的接頭形式。丁字(十字)接頭能承受各方向的力和力矩。在這類接頭中，由于單面角焊縫根部有很深的缺口，承載能力很低，應盡量避免選用；對較厚的板，可采用K形坡口，然后根據需要決定是否焊透；對要求完全焊透的丁字接頭采用單面V形坡口，先從一面焊，然后再清根焊滿，這樣比采用K形坡口可靠。常見丁字接頭形式及尺寸見圖14。

圖14丁字接頭形式及尺寸

(4)角接接頭多用于箱形構件上，應根據結構特點和對焊縫性能要求選用。常見角接接頭形式及尺寸見圖15。

圖15角接接頭形式及尺寸

7.焊接應力與變形

1）焊接變形的基本形式

焊接變形的基本形式見圖17。所有的變形都是由焊縫縱向和橫向收縮引起的。

(1)收縮變形。工件焊接后，縱向和橫向尺寸發(fā)生縮短的現(xiàn)象叫收縮變形。收縮一般是隨焊縫長度的增加而增加的。另外，母材線膨脹系數大，焊后焊件的縱向收縮量也大。多層焊時，第一層收縮量最大。

(2)角變形。焊后構件兩側鋼板離開原來位置向上翹起一個角度，這種變形叫角變形。角變形的發(fā)生是由于橫向收縮變形在厚度方向上的不均勻造成的。

(3)波浪變形。在焊接薄板結構時，由于薄板在焊接應力作用下失穩(wěn)而引起波浪變形。

(4)扭曲變形。由于焊縫在構件橫截面上布置不對稱或裝焊工藝不合理等原因等都會產生扭曲變形。

(5)彎曲變形。在焊接梁、柱、管道等焊件時尤為常見。焊縫的縱向收縮和橫向收縮都會造成彎曲變形。

圖17焊接變形基本形式

2）焊接應力的分類按產生應力的原因來分，焊接應力可分為以下幾類：

(1)溫度應力。由于焊接時溫度分布不均勻而引起的應力稱為溫度應力，也稱熱應力。

(2)組織應力。焊接時，由于溫度變化而引起金屬組織的變化，這種組織變化引起金屬局部體積的變化所產生的應力稱為組織應力。

(3)凝固應力。焊接時，由于金屬熔池從液態(tài)凝固成固態(tài)，其體積收縮受到約束而產生的應力稱為凝固應力。

3）預防和減少焊接變形與應力的措施預防和減少焊接變形與應力不外乎從兩方面著手：一是從設計方面考慮，設計合理的結構；二是采取合理的工藝措施。下面僅簡單介紹工藝方面的措施。

(1)選擇合理的焊接順序。①

應先焊收縮量大的焊縫，使焊縫可以自由收縮，這樣可以有效減小焊接應力。②

先焊錯開的短焊縫，后焊直通長焊縫。在拼接鋼板時，可以減小焊接應力。

③

采取對稱焊接順序，能有效減少焊接變形。所以，當結構具有對稱布置的焊縫時，應盡量采用對稱焊接。④

先焊焊縫少的一側。對于焊縫布置不對稱的結構，先焊焊縫少的一側，后焊焊縫多的一側，可以使后焊的變形抵消另一側的變形。⑤

長焊縫焊接時，直通焊變形最大?？梢愿鶕闆r靈活采用斷續(xù)焊、分段焊、跳焊、退焊等措施，如圖18所示。

圖18焊接順序變換法(a)對稱法；(b)跳焊法；(c)分段倒退法

(2)反變形法。焊接前先將焊件向與焊接變形相反的方向進行人為的反變形，以抵消焊接變形，這種方法稱為反變形法。

(3)剛性固定法。焊接之前對焊件采用剛性拘束，強制焊件在焊接時不能自由變形，這種防止焊接變形的方法稱為剛性固定法，如圖19所示。這種方法將產生大的焊接應力。

圖19剛性固定法

(4)加余量法。根據經驗，在工件下料尺寸上增加一定的余量，以補充焊接收縮，也是預防和減少焊接變形與應力的一項有效措施。當然，預防和減少焊接變形與應力的措施不止以上幾種，還有控制線能量法、散熱法等，究竟采用何種措施，應視具體情況而定。

4．矯正焊接殘余變形的方法在焊接過程中，即使采用了減少焊接變形的措施，焊后有時仍會有超過允許值的變形，必須進行矯正。矯正的方法如下：

(1)機械矯正法。利用機械外力來矯正焊接變形，可采用輥床、壓力機、矯直機等設備，也可以采用手工錘擊等方法。

(2)火焰加熱矯正法。利用氧—乙炔火焰在焊件適當部位上加熱，使焊件在冷卻收縮時產生新的變形，來矯正焊接時所產生的變形。這種方法適用于低碳鋼和淬硬性小的低合金鋼。加熱溫度為600～800℃，加熱方式有點狀加熱、線狀加熱和三角形加熱等?；鹧婕訜岢C正法的關鍵是確定加熱的位置、加熱溫度和