第九章 焊接成形

第九章焊接成形教學(xué)目的與要求：了解手工電弧焊、焊條及應(yīng)用，常用金屬材料的焊接性，碳當(dāng)量法，了解焊接接頭的組織、性能。主要內(nèi)容：手工電弧焊、電源接法，焊條及選用，焊接性，碳當(dāng)量法，焊接接頭的組織、性能，接頭型式。重點(diǎn)：焊條選用、焊接性、接頭及其組織和性能。難點(diǎn)：焊接接頭及其組織和性能。熔化焊——

氣焊、電弧焊、電渣焊等；壓力焊——

電阻焊、壓力焊；釬焊——

軟釬焊、硬釬焊。焊接——

通過加熱或加壓，使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。焊接的種類：焊接的特點(diǎn)與應(yīng)用連接性能好省工省料成本低重量輕簡化工藝優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不可拆卸焊接接頭的組織、性能變壞產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形易產(chǎn)生焊接缺陷缺點(diǎn)：應(yīng)用：金屬結(jié)構(gòu)件——自行車三角架、鋼窗、鍋爐、壓力容器、管道、船舶、車輛等；機(jī)器部件——軸、齒輪、刀具等。第一節(jié)

電弧焊

一、焊接冶金過程

（一）焊接電弧電弧是一種強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。用直流焊機(jī)焊接時(shí)，當(dāng)工件接陽極，焊條接陰極稱直流正接；工件接陰極，焊條接陽極稱直流反接。

二、熔焊冶金過程和電焊條O22O發(fā)生氧化反應(yīng)，焊縫性能降低；N22N高溫熔入液態(tài)金屬，冷卻后形成氣孔；H2O2H+O形成氣孔，產(chǎn)生氫脆。1、熔焊的冶金過程

空氣中的O2、N2、H2O在電弧的作用下：保證焊縫質(zhì)量措施：減少有害元素進(jìn)入熔池消除已進(jìn)入熔池的有害元素，增加金屬元素作電極傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧作填充金屬（調(diào)整成分）機(jī)械保護(hù)作用(氣體和熔渣)冶金處理（熔渣）改善焊接工藝性（引弧容易燃燒穩(wěn)定）2、電焊條

焊條的組成:焊芯的作用：藥皮的作用：專用焊接金屬絲由多種礦石粉鐵合金配成常用焊接方法

點(diǎn)焊

對焊

埋弧焊

氬弧焊

ＣＯ2焊碳鋼焊條低合金鋼焊條不銹鋼焊條鑄鐵焊條堆焊焊條鎳和鎳合金焊條銅和銅合金焊條鋁和鋁合金焊條酸性焊條（SiO2、MnO等）堿性焊條（CaO、FeO等）

焊條的種類、型號(hào)與牌號(hào)種類按用途分按熔渣性質(zhì)分

焊條的型號(hào)：碳鋼焊條(GB5117-85):

E

43

03,E5015,E5016.藥皮類型（酸、堿），電流種類焊接位置（平、橫、立、仰）抗拉強(qiáng)度≥

430MPa焊條

焊條牌號(hào)（結(jié)構(gòu)鋼焊條）：

J422(E4303),J507(E5015),J506(E5016)3、堿性焊條和酸性焊條的特性機(jī)械性能好（韌性高，抗裂性好）；焊接工藝性能差；（用直流電）對油污、銹、水敏感性大；（清洗、烘干）排出有毒煙塵HF。（通風(fēng)良好）堿性焊條：酸性焊條與堿性焊條相反4、焊條的選用不銹鋼、耐熱鋼焊條

——按相同成分選擇焊條結(jié)構(gòu)鋼焊條

——按等強(qiáng)原則選相同強(qiáng)度等級焊條焊縫和母材具有相同水平的使用性能。選用原則：例：16Mn,抗拉強(qiáng)度520Mpa,可選用E5003(J502),E5015(J507),E5016(J506)三、焊接接頭的組織和性能1——焊縫區(qū)（熔化區(qū)）2——熔合區(qū)（半熔化區(qū)）3——熱影響區(qū)4——母材1、低碳鋼焊接接頭的組成：低碳鋼焊接接頭的組織接頭由焊縫金屬、熱影響區(qū)和熔合區(qū)組成。焊縫金屬：鑄態(tài)細(xì)晶區(qū)和柱狀晶區(qū)，力學(xué)性能一般不低于母材。熱影響區(qū)：靠近焊縫的母材由于熱傳導(dǎo)也有不同程度溫度升高區(qū)域，性能視程度不同而不同。熔合區(qū)：焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，性能最差。在熱影響區(qū)中，有過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)，正火區(qū)性能最好。

過熱區(qū)（1100℃）組織粗大，機(jī)械性能很低,正火區(qū)（Ac3～1100℃）晶粒細(xì)小，機(jī)械性能高，部分相變區(qū)（Ac1～Ac3）晶粒不均勻，機(jī)械性能低。

焊縫的組織和性能

熔合區(qū)的組織和性能

熱影響區(qū)的組織和性能鑄態(tài)組織，性能可以達(dá)到要求。成分不均勻，組織粗大，機(jī)械性能很低?？梢?，熔合區(qū)、過熱區(qū)是接頭中性能最差的薄弱的部位，會(huì)嚴(yán)重影響焊接接頭的質(zhì)量。2、影響焊接接頭性能的因素焊接材料（焊條、焊絲、焊劑）焊接方法（熱源不同、保護(hù)效果不同）焊接工藝（焊接電流、電壓、速度）焊后熱處理（正火后細(xì)化晶粒）四、焊接變形和焊接應(yīng)力造成焊件的尺寸、形狀變化；矯正變形會(huì)使性能降低，成本增加；焊接應(yīng)力會(huì)降低承載能力；引起焊接裂紋；應(yīng)力衰減會(huì)產(chǎn)生變形。1、焊接變形和殘余應(yīng)力的不利影響2、焊接變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因

在焊接過程中，對焊件進(jìn)行局部的不均勻加熱，會(huì)產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形。下圖為平板對接焊縫的應(yīng)力和變形過程示意圖.3、焊接變形的基本形式焊前預(yù)熱及焊后熱處理；選擇合理的焊接次序；剛性固定法；反變形法；錘擊焊縫法；采用機(jī)械矯正和火焰矯正。

4、減少焊接應(yīng)力與變形的工藝措施反變形剛性固定法焊接順序用于塑性好，沒有淬硬傾向的鋼。用于塑性好的低碳鋼和普通合金鋼。機(jī)械矯正與火焰矯正五、常用電弧焊方法（一）手工電弧焊主要參數(shù)：焊條牌號(hào)和直徑、電流種類和極性、電流大小、焊接層次等（二）埋弧自動(dòng)焊電弧埋在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接（三）氣體保護(hù)電弧焊用氣體將電弧、熔化金屬與空氣隔離。六、焊接缺陷與檢驗(yàn)（一）焊接缺陷P130表3-3（二）焊接質(zhì)量檢驗(yàn)外觀、致密性、磁粉、探傷等

金屬材料的焊接性

碳素鋼和普低鋼的焊接

不銹鋼的焊接

鑄鐵的焊補(bǔ)

鋁及鋁合金的焊接第三節(jié)常用金屬材料的焊接

一、金屬材料的焊接性1、金屬材料焊接性的概念是指在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。金屬焊接性：焊接性形成焊接缺陷的敏感性（裂紋）使用性能（機(jī)械性能）影響焊接性的因素：金屬材料本身性質(zhì)焊接方法、焊接材料、焊接工藝2、鋼的焊接性評價(jià)方法——碳當(dāng)量CE

＜0.4%時(shí)，冷裂紋傾向不明顯,焊接性良好；CE

＝0.4%～0.6%時(shí)，冷裂傾向明顯，焊接性較差；CE

＞0.6%時(shí)，冷裂傾向很強(qiáng),焊接性很差。碳、合金元素含量焊接性碳當(dāng)量：CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15碳鋼及低合金鋼碳當(dāng)量越高，焊接性越差二、碳素鋼和普低鋼的焊接1、碳鋼的焊接CE

＜0.4%，焊接性良好。各種焊接方法都能獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭。低碳鋼：中碳鋼：CE

＞0.4%，冷裂傾向很強(qiáng)，焊接性較差。焊前預(yù)熱150℃～250℃，焊后緩冷，采用細(xì)E5015焊條、小電流、開坡口、多層多道焊，降低焊縫的含碳量。焊接裂紋產(chǎn)生？內(nèi)部條件：碳當(dāng)量CE

外部條件：環(huán)境溫度2、低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接焊接方法:a.一般用手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊b.板厚＞40mm時(shí)，用電渣焊c.批量大時(shí)，用CO2氣體保護(hù)焊16Mn的焊接CE=0.4%焊接性良好，不需預(yù)熱板厚＞32～38mm環(huán)境溫度低時(shí)，需預(yù)熱重要結(jié)構(gòu)（鍋爐、壓力容器）焊后應(yīng)消除應(yīng)力退火三、不銹鋼的焊接馬氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼鐵素體不銹鋼不銹鋼的種類（Cr13型）（Cr18Ni9型）（Cr17型）焊接性較差（冷裂紋和淬硬脆化）焊前預(yù)熱，焊后緩冷及熱處理，采用奧氏體不銹鋼焊條。焊接性良好焊接性較差（過熱晶粒引起脆化和裂紋）低溫預(yù)熱（＜150℃）減少高溫停留時(shí)間四、鑄鐵的焊補(bǔ)易產(chǎn)生白口組織和淬火組織;鑄鐵強(qiáng)度低、塑性差，易產(chǎn)生裂紋;鑄鐵碳、硅含量高，易產(chǎn)生氣孔和夾渣缺陷;鑄鐵的焊接性鑄鐵碳含量高，雜質(zhì)多，塑性差，故焊接性差。鑄鐵焊補(bǔ)的問題：鑄鐵的焊補(bǔ)：

熱焊、冷焊1、熱焊熱焊——鑄件預(yù)熱到600～700℃進(jìn)行焊接，焊后緩冷。焊接方法：氣焊、手工電弧焊（鑄鐵焊條）焊補(bǔ)質(zhì)量好，成本高，勞動(dòng)條件差，生產(chǎn)率低，中等厚度鑄件及焊后要加工的復(fù)雜、重要的鑄件,如：內(nèi)燃機(jī)缸蓋、氣缸體、機(jī)床床身等。鑄鐵的焊補(bǔ)特點(diǎn)：應(yīng)用：2、冷焊鑄鐵的焊補(bǔ)冷焊——

鑄件一般不預(yù)熱或較低溫度預(yù)熱。特點(diǎn)：依靠焊條來調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，以防止白口組織和裂紋。應(yīng)用：鎳基焊條結(jié)構(gòu)鋼焊條補(bǔ)焊質(zhì)量好，成本高。用于重要鑄鐵件加工表面焊補(bǔ)焊補(bǔ)質(zhì)量低，用于非加工表面，（采用小直徑、小電流、短弧）五、鋁及鋁合金的焊接工業(yè)純鋁不能熱處理強(qiáng)化鋁合金熱處理強(qiáng)化鋁合金焊接性好分類——焊接性差接頭軟化熱裂紋問題氧化：形成Al2O3，阻礙融合氣孔：鋁液大量溶解氫氣，結(jié)晶時(shí)形成氣孔焊接方法：電阻焊、釬焊、氬弧焊保護(hù)效果好，有“陰極破碎”作用焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇焊縫的布置接頭設(shè)計(jì)典型工藝設(shè)計(jì)實(shí)例第四節(jié)焊接結(jié)構(gòu)工藝性

一、焊接結(jié)構(gòu)材料的選用在滿足焊接件使用性能的前提下，應(yīng)盡量選用焊接性好的材料。如低碳鋼、低合金鋼。影響焊接性的因素：金屬材料本身性質(zhì)焊接方法、焊接材料、焊接工藝焊接結(jié)構(gòu)選材原則：常用金屬材料的焊接性焊接方法合金材料氣焊手工電弧焊埋弧焊CO2保護(hù)焊氬弧焊電渣焊點(diǎn)焊縫焊對焊釬焊低碳鋼AAAAAAAAA中碳鋼AABBAABAA低合金鋼BAAAAAAAA不銹鋼AABBABAAA鑄鐵BBCCBBDB鋁合金B(yǎng)CCDADAAC二、焊縫的布置1、便于焊接操作點(diǎn)焊或縫焊手工電弧焊不合理

合理2、焊縫要避開應(yīng)力較大和應(yīng)力集中部位無折邊封頭碟形封頭3、焊縫應(yīng)避免密集交叉壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定，不能采用十字焊縫，而且焊縫與焊縫間要有一定距離4、焊縫設(shè)置應(yīng)盡量對稱（最好能同時(shí)施焊）5、盡量減少焊縫長度和焊縫截面（減少變形、成本，提高生產(chǎn)率）6、焊縫應(yīng)盡量設(shè)置在平焊位置7、焊縫應(yīng)避開加工部位埋弧焊氣體保護(hù)焊合理不合理不合理合理三、接頭設(shè)計(jì)

1、接頭形式設(shè)計(jì)

對接接頭、搭接接頭、角接接頭、T形接頭受力簡單、均勻，節(jié)省材料；下料尺寸精度要求較高；用于鍋爐、壓力容器受力焊縫的焊接。受力復(fù)雜，接頭產(chǎn)生附加彎矩；下料尺寸精度要求低；應(yīng)用于受力不大的行架結(jié)構(gòu)。用于構(gòu)成直角或一定角度連接的接頭。接頭基本形式：2、坡口形式設(shè)計(jì)四、典型工藝設(shè)計(jì)實(shí)例結(jié)構(gòu)名稱：液化氣鋼瓶組成：瓶體、瓶嘴材料：20鋼（或16Mn)壁厚：3mm生產(chǎn)類型：大量生產(chǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：瓶體要耐壓，必須絕對安全。材料的焊接性不存在問題。關(guān)鍵技術(shù)是結(jié)構(gòu)的成形和焊接。1、確定焊縫位置2、焊接接頭設(shè)計(jì)焊縫多，工作量大，軸向焊縫處于拉應(yīng)力最高位置合理瓶體與瓶嘴的焊縫：角焊縫（不開坡口）瓶體主環(huán)縫：襯環(huán)對接或縮口對接（V型坡口）3、焊接方法和焊接材料的選擇瓶體環(huán)縫：埋弧自動(dòng)焊（生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定）焊接材料采用H08A、H08MnA,配合HJ431瓶嘴焊縫：手工電弧焊焊條采用E4303(20鋼)，E5015(16Mn)4、主要工藝過程落料拉深再結(jié)晶退火沖孔除銹裝焊襯環(huán)、瓶嘴裝配上、下封頭焊主環(huán)縫正火水壓試驗(yàn)氣密試驗(yàn)5、瓶體焊接結(jié)構(gòu)工藝圖焊接結(jié)構(gòu)工藝圖內(nèi)容：構(gòu)成件的形狀及其相互關(guān)系；各構(gòu)成件的裝配尺寸及板厚、型材規(guī)格；焊縫的符號(hào)和尺寸；焊接工藝的要求。焊接新工藝自動(dòng)焊接焊接機(jī)械手超聲波焊機(jī)

大型氣割等離子切割機(jī)管子成形厚板切割機(jī)器人焊接機(jī)械手焊接激光焊接激光切割水下焊接本章小結(jié)手工電弧焊、電源接法，焊條及選用，焊接接頭及其組織、性能。作業(yè)補(bǔ)充題：１、按熔渣化學(xué)性質(zhì)焊條如何分類？各有何應(yīng)用特點(diǎn)？2、焊接接頭的組成如何？各部分組織性能如何？

考試形式（2h＆開卷）一、填空（40×0.5’）Eg.金相試樣制備過程通常包括取樣、磨削、拋光、浸蝕等。

二、判斷（10×2’）Eg.碳素鋼的硬度越高，則強(qiáng)度也就越高。

（X）

三、單選（10×2’）Eg.做一耐磨銷子，應(yīng)采用（B）。A、08A淬火；B、20A滲碳；C、15A調(diào)質(zhì)

四、問答（6×5’）Eg.高速鋼如何進(jìn)行最終熱處理？為什么？使用狀態(tài)的組織是什么？

五、綜合題（1×10’）

要制造齒輪、連桿、熱鍛模具、彈簧、冷沖壓模具、滾動(dòng)軸承、車刀、銼刀、機(jī)床床身等零件，試從下列牌號(hào)中分別選