16焊接工藝(68)

1、,1,4,2,5,3,概述,手工電弧焊,其他焊接方法,常用金屬材料的焊接,焊接結構工藝設計,模塊一 鑄、鍛、焊工藝及應用,4.1 概述,焊接是利用加熱或加壓（或者加熱和加壓），使分離的兩部分金屬靠得足夠近，原子互相擴散，形成原子間的結合的連接方法。在機械制造、建筑、車輛、石油化工、原子能、航空航天等部門得到廣泛運用。 焊接的特點： 優(yōu)點： 1）連接性能好，密封性好，承壓能力高 ； 2）省料，重量輕，成本低； 3）加工裝配工序簡單，生產周期短 ； 4）易于實現(xiàn)機械化和自動化。 缺點： 1）焊接結構是不可拆卸的，更換修理不便 ； 2）焊接接頭的組織和性能往往要變壞； 3）要產生焊接殘余應力和焊接變

2、形； 4）會產生焊接缺陷，如裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等。,焊接方法可分為： 1）熔焊：利用局部加熱的方法，把工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接成為一個整體的工藝方法。 2）壓焊：在焊接過程中需要加壓的一類焊接方法。 3）釬焊：利用熔點比母材低的填充金屬熔化后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴散實現(xiàn)連接的一種焊接方法。 焊接方法在工業(yè)中主要用于： 1）制造金屬結構件。 2）制造機器零件和工具。 3）修復。,4.1 概述,手工電弧焊是熔化焊中最基本的一種焊接方法。利用電弧作為熱源，手工操縱焊條進行焊接的方法。 手工電弧焊的特點： 1）設備簡單、操作靈活；

3、 2）可焊接多種金屬材料； 3）室內、外焊接效果相近； 4）對焊工操作水平要求較高，生產率較低。 4.2.1 焊接電弧 1. 電弧的引燃 焊接電弧是在焊條與工件之間產生的強烈、持久又穩(wěn)定的氣體放電現(xiàn)象。焊接引弧時，焊條和工件瞬間接觸形成短路，強大的電流產生強烈電阻熱使接觸點熔化甚至蒸發(fā)，當焊條提起時，在電場作用下，熱的金屬發(fā)射大量電子，電子碰撞氣體使之電離，正、負離子和電子構成電弧。,4.2 手工電弧焊,2. 焊接電弧的結構 電弧由陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成，如圖4-1所示。 1）陰極區(qū)：電子發(fā)射區(qū)，熱量約占36%，平均溫度2400K； 2）陽極區(qū)：受電子轟擊區(qū)域，熱量約占43%，平均溫

4、度2600K； 3）弧柱區(qū)：陰、陽兩極間區(qū)域，幾乎等于電弧長度，熱量21%，弧柱中心溫度可達60008000K。,4.2 手工電弧焊,圖4-1 電弧的結構示意圖,4.2.2 焊接接頭 1.焊縫形成過程 熔焊焊縫的形成經歷了局部加熱熔化，使分離工件的結合部位產生共同熔池，再經凝固結晶為一個整體的過程。 2.焊接的冶金過程 焊接的冶金過程如圖4-2所示, 母材、焊條受電弧高溫作用熔化形成金屬熔池， 將進行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金 化等物理、化學過程。金屬與氧的作用對焊接 質量影響最大，氧與多種金屬發(fā)生氧化反應：,4.2 手工電弧焊,圖4-2 焊條電弧焊過程,能溶解在液態(tài)金屬中的氧化物（如

5、氧化亞鐵），冷凝時因溶解度下降而析出，嚴重影響焊縫質量；而大部分金屬氧化物（如硅、錳化合物）不溶于液態(tài)金屬，可隨渣浮出，凈化熔池，提高焊縫質量。 氫易溶入熔池，在焊縫中形成氣孔，或聚集在焊縫缺陷處造成氫脆。 其次空氣中的氮氣在高溫時大量溶于液體金屬，冷卻結晶時，氮溶解度下降；析出的氮在焊縫中形成氣孔，部分還以針狀氮化物（Fe4N）形式析出；焊縫中含氮量提高，使焊縫的強度和硬度增加，塑性和韌性劇烈下降。,4.2 手工電弧焊,4.2.3 焊條 1. 焊條的組成和作用 焊條由焊芯和藥皮組成。 1）焊芯：一方面作電極，起導電作用，產生電弧，提供焊接熱源；另一方面作為填充金屬，與熔化的母材共同組成焊縫金

6、屬。焊芯采用焊接專用金屬絲。如H08C等。 2）藥皮：焊條藥皮的主要作用有：改善焊接工藝性；機械保護作用；冶金處理作用。焊條藥皮的組成物按其作用分為：穩(wěn)弧劑、造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑、粘結劑、稀渣劑、增塑劑等。 2. 焊條分類 焊條的種類。按用途分為：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、銅合銅合金焊條、鋁和鋁合金焊條等。 按藥皮性質分為：酸性焊條（酸性氧化物為主）、堿性焊條（堿性氧化物和螢石CaF2為主）。,4.2 手工電弧焊,3. 焊條型號與牌號 焊條型號：國家標準中的焊條代號。如E4303，E表示焊條，43表示熔敷金屬抗拉強度最小值（kgf/mm2

7、 ）；03表示焊接位置為全位置、電流種類為交直流及藥皮類型為鈦鐵礦型 。 焊條牌號：焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號，用一個大寫漢語拼音字母和三個數(shù)字表示。如J422，J表示結構鋼焊條；42表示焊縫金屬抗拉強度等級（kgf/mm2 ）；2表示藥皮類型和電流種類。 4.焊條的選用原則 1）等強度原則； 2）同成分原則； 3）抗裂性要求； 4）抗氣孔要求； 5）低成本要求。,4.2 手工電弧焊,4.2.4 焊接接頭的金屬組織與性能 1.焊接工件溫度的變化與分布 在焊接加熱和冷卻過程中，焊接接頭上某點的溫度隨時間變化的過程如圖4-3所示。不同點，其熱循環(huán)不同，即最高加熱溫度、加熱速度和冷卻速度均不同。對焊接質

8、量起重要影響的參數(shù)有：最高加熱溫度、在過熱溫度11000C以上停留時間和冷卻速度等。其特點是加熱和冷卻速度都很快。對易淬火鋼，焊后發(fā)生空冷淬火，對其他材料，易產生焊接變形、應力及裂紋。,4.2 手工電弧焊,圖4-3 焊縫區(qū)各點溫度變化示意圖,2.焊接接頭金屬組織與性能的變化 以低碳鋼為例，說明焊接過程造成金屬組織和性能的變化。如圖4-4所示。受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材組織或性能發(fā)生變化的區(qū)域，叫焊接熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。熔合線兩側有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，叫熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。,4.2 手工電弧焊,圖4-4 低碳鋼焊接熱影響區(qū)組

9、織變化,（1）.焊縫區(qū) 焊接熱源向前移去后，熔池液體金屬迅速 冷卻結晶，結晶從熔池底部未熔化的半個晶粒 開始，垂直熔合線向熔池中心生長，呈柱狀樹 枝晶，如圖4-5所示；結晶過程中將在最后結晶 部位產生成分偏析。同時焊縫組織是從液體金屬結晶 的鑄態(tài)組織，晶粒粗大，成分偏析，組織不致密。但由于熔池小，冷卻快，化學成分控制嚴格，碳、硫、磷都較低，并含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學性能不低于母材。 （2）焊接熱影響區(qū) 1）.熔合區(qū) 化學成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織，使強度下降，塑性、韌性極差，產生裂紋和脆性破壞，其性能是焊接接頭中最差的。 2）過熱區(qū)： 最高加熱溫度

10、在Ac3以上100200的區(qū)域，晶粒粗大，甚至產生過熱組織。塑性和韌性明顯下降，是熱影響區(qū)中力學性能最差的部位。,4.2 手工電弧焊,圖4-5 焊縫的柱狀樹枝晶,3）正火區(qū)：最高加熱溫度在Ac3至Ac3 以上100200的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細小的正火組織，力學性能較好。 4）部分相變區(qū)：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。 4.2.5焊接應力和變形 金屬構件在焊接以后，總要發(fā)生變形和產生焊接應力，且二者是伴生的。 （1）焊件在焊接過程中受到局部加熱和冷卻是產生焊接應力和變形的主要原因。 （2）焊接變形的基本形式如表4-1所示。 （3）焊接應力的

11、防止及消除措施： 1）結構設計要避免焊縫密集交叉，焊縫截面和長度要盡可能小； 2）采取合理的焊接順序，使焊縫較自由的收縮，如圖4-6所示； 3）焊縫仍處在較高溫度時，錘擊或輾壓焊縫使金屬伸長，減少殘余應力； 4）采用小線能量焊接，多層焊，減少殘余應力； 5）焊前預熱可減少工件溫差，減少殘余應力； 6）焊后進行去應力退火，消除焊接殘余應力。,4.2 手工電弧焊,4.3.1 埋弧自動焊 埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進和電弧移動都采用機械來完成。 1.埋弧自動焊的焊接過程 埋弧焊焊接過程如圖4-7所示。 2. 埋弧焊特點及應用 優(yōu)點： 1）焊接質量好； 2）生產率高

12、； 3）節(jié)省焊接材料 4）易實現(xiàn)自動化，勞動條件好，強度低，操作簡單。,4.3 其他焊接方法,缺點： 1）適應性較差 ，焊前準備工作量大； 2）焊接電流強度大，不適于3mm以下薄板； 3）難以完成鋁、鈦等強氧化性金屬及合金的焊接； 4）設備一次性投資較大。 埋弧自動焊通常用于碳鋼、低合金結構鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板結構的長直縫、直徑大于300mm環(huán)縫的平焊。此外，它還用于耐磨、耐腐蝕合金的堆焊、大型球墨鑄鐵曲軸以及鎳合金、銅合金等材料的焊接。 4.3.2氣體保護電弧焊 氣體保護焊是用外加氣體作為電弧介質并保護電弧區(qū)的熔滴和熔池及焊縫的電弧焊。常用保護氣體有惰性氣體（氬氣、氦氣和混合氣體）和活

13、性氣體（二氧化碳氣）兩種，分別成為惰性氣體保護焊和CO2焊。,4.3 其他焊接方法,1. 氬弧焊 保護氣體有氬氣（Ar）和氦氣（He），或其混合氣體，分別稱為氬弧焊和氦弧焊及混合氣體保護焊。 氬弧焊分為鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊，如圖4-8所示。 （1）鎢極氬弧焊：電極材料可用純鎢或鎢合金，一般采用鈰鎢極，其在焊接過程中不熔化，故需采用焊絲。焊接電流較小，適于薄板焊接。鎢極氬弧焊一般采用直流正接，以減少鎢極燒損，但焊接鋁、鎂金屬時，為去除氧化物而利用“陰極破碎”可采用直流反接。 （2）熔化極氬弧焊采用焊絲作為電極，可使用大電流，適于中厚板焊接。熔化極氬弧焊一般采用直流反接。 氬弧焊適于焊接鋁、鎂

14、、鈦及其合金，稀有金屬鋯、鉬，不銹鋼，耐熱鋼，低合金鋼等。,4.3 其他焊接方法,2. CO2氣體保護焊 CO2焊采用CO2為保護氣體，其焊接過程如圖4-9所示。 CO2在高溫下會分解氧化金屬，故不能焊接易氧化的非鐵金屬和不銹鋼。同時需采用能脫氧和滲合金的特殊焊絲。 CO2焊可分為自動CO2焊和半自動CO2焊（送絲自動，電弧移動手工）。其設備包括：主電路系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、焊槍、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)。,CO2焊的特點： 1）生產率高；電流大，易于自動化，無渣殼。 2）成本低；無需涂料焊條和焊劑， CO2價廉； 3）焊縫質量較好； 4）采用氣體保護，能全位置焊接，易于自動控制 ； 5）焊縫成形差，飛濺

15、大 ； 6）不能焊接易氧化的非鐵金屬和不銹鋼； 7）設備較復雜，使用和維修不便。 CO2焊適于焊接低碳鋼和強度級別不高的普通低合金結構鋼。,4.3 其他焊接方法,4.3.3 氣焊和氣割 1.氣焊 氣焊是利用氣體火焰作熱源的焊接方法。最常用的是氧-乙炔焊，氧-乙炔焰進行焊接。 氣焊設備簡單、操作靈活方便、不需電源，但氣焊火焰溫度較低，且熱量較分散，工件變形大，所以應用不如電弧焊廣泛。,4.3 其他焊接方法,（1）氣焊火焰的種類 1）中性焰：最適宜氣焊工作，如焊接低碳鋼、中碳鋼、低合金鋼、紫銅、鋁合金等。 2）碳化焰：通常用于焊接高碳鋼、鑄鐵、硬質合金等。 3）氧化焰：除焊接黃銅之外，一般很少使用

16、。,4.3 其他焊接方法,（2）接頭形式和焊接準備 氣焊可以進行立、橫、仰等各種空間位置的焊接。 其接頭形式也有對接、搭接、角接和T型接頭等。 （3）焊絲和焊劑 在焊劑時，氣焊的焊絲作為填充金屬，與熔化的母材一起形成焊縫，因此對焊絲質量對焊件性能有很大的影響。 焊劑的作用是保護熔池金屬，除去焊接過程中的氧化物，增加液態(tài)金屬的流動性。,2.氣割 氣割是利用高溫的金屬在純氧中燃燒而將工件分離的方法。 符合下列條件的金屬才能進行氣割： 1）金屬的燃點應低于本身的熔點，否則變?yōu)槿鄹?，使切割質量降低，甚至不能切割。 2）金屬氧化物的熔點應低于金屬本身的熔點。 3）金屬的導熱性不能太高，否則使氣割處的熱量

17、不足，造成氣割困難。 4）金屬在燃燒時所產生的大量熱能應能維持氣割的進行。 碳素鋼和合金結構鋼具有很好的氣割性能。,4.3 其他焊接方法,4.3 其他焊接方法,4.3.4.電渣焊 電渣焊是利用電流通過熔渣產生的熔渣電阻熱加熱熔化母材與電極（填充金屬）的一種焊接方法。按電極形狀可分為絲極電渣焊、板極電渣焊、熔嘴電渣焊和熔管電渣焊。 絲極電渣焊過程如圖4-10所示。焊接過程為先引弧，形成渣池，電弧過程變?yōu)殡娫^程，熔化金屬凝固成形。 電渣焊的特點: 1）可一次焊成很厚的焊縫； 2）生產率高，焊接材料消耗少，不需開坡口； 3）焊縫金屬較純凈，渣池覆蓋住熔池，保護良好，有利于氣體和雜質浮出； 4）接頭

18、金屬在高溫下停留時間長，過熱區(qū)大，接頭金屬組織粗大，焊后應進行正火處理。 電渣焊主要用于厚壁壓力容器和鑄焊、鍛焊、厚板拼焊等大型構件的制造，厚度應大于40mm的碳鋼、合金鋼和不銹鋼等。,4.3 其他焊接方法,4.3.5.等離子弧焊 1）等離子弧的產生： 等離子弧是一種電離度很高的壓縮電弧，溫度高，能量密度大，其發(fā)生裝置如圖4-11所示。在三個壓縮作用下形成等離子弧。 a）機械壓縮效應； b）熱壓縮效應； c）電磁壓縮效應。溫度可達24000K 50000K。 2）等離子切割。它利用能量密度高的高溫高速的等離子流，將切割金屬局部熔化并隨即吹除，形成整齊的切口。常用于切割不銹鋼、鋁、銅、鈦、鑄鐵及

19、鎢、鋯等難熔金屬和非金屬材料。 2）等離子弧焊接：需用等離子弧焊電源和等離子焊槍及填充金屬。分為 大電流等離子弧焊。這種焊接又可分為穿孔型等離子弧焊和熔入型等離子弧焊。 微束等離子弧焊。 其特點是： 有小孔效應，能較好實現(xiàn)單面焊雙面自由成形； 微束等離子弧焊可焊接箔材和薄板。 能量集中，熱影響區(qū)小，焊接質量好，生產率高。 3）等離子弧焊用于航空航天等軍工和尖端工業(yè)技術的銅及銅合金、鈦及鈦合金、合金鋼、不銹鋼、鉬等金屬的焊接。,4.3 其他焊接方法,4.3.6.壓焊與釬焊 1.壓焊是指在加熱或不加熱狀態(tài)下對組合焊件加壓，使其產生塑性變形，并通過再結晶和擴散等作用，使兩個分離表面的原子達到形成金屬

20、鍵而連接的焊接方法。常用的有電阻焊和摩擦焊。,（1）電阻焊是利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。,1.點焊 點焊：是利用電流通過兩圓柱形電極和搭接的兩焊件產生電阻熱，將焊件加熱并局部熔化，形成一個熔核（其周圍為塑性狀態(tài)），然后在壓力下熔核結晶，形成一個焊點的焊接方法。如圖4-12所示。點焊的接頭形式如圖4-13所示，均為搭接接頭，焊接前應清理。 點焊的主要焊接參數(shù)是電極壓力、焊接電流和通電時間。壓力過大、電流過小，會使熱量少，焊點強度下降；壓力過小、電流大會使熱量大而不穩(wěn)定，

21、易飛濺，燒穿。 點焊時會發(fā)生點焊分流現(xiàn)象，如圖4-14所示，故焊點間距不宜過小。,4.3 其他焊接方法,(2).縫焊 縫焊與點焊同屬于搭接電阻焊，焊接過程與點焊相似，采用滾盤作電極，邊焊邊滾，相鄰兩個焊點重疊一部分，形成一條有密封性的焊縫。焊接原理如圖4-15所示。焊接接頭形式如圖4-16所示。焊接分流現(xiàn)象較嚴重，故同等條件下焊接電流較大，主要用于有密封性要求的薄板件。 (3). 對焊 對焊是利用電阻熱將焊件斷面對接焊合的一種電阻焊，可分為電阻對焊和閃光對焊。如圖4-17所示。對焊的應用可見圖4-18所示。,1）電阻對焊：先加預壓，使兩端面壓緊，再通電加熱，使待焊處達到塑性溫度后，再斷電加壓頂

22、鍛，產生一定塑性變形而焊合。適于截面簡單、直徑小于20mm和強度要求不高的桿件。 2）閃光對焊：兩焊件不接觸，先加電壓，再移動焊件使之接觸，由于接觸點少，其電流密度很大，接觸點金屬迅速達到熔化、蒸發(fā)、爆破，呈高溫顆粒飛射出來，稱為閃光；經多次閃光加熱后，端面均勻達到半熔化狀態(tài)，同時多次閃光把端面的氧化物也清除干凈，于是斷電加壓頂鍛，形成焊接接頭。 對焊斷面形狀應相近，以保證斷面均勻加熱。 其焊接質量較高，常用于重要零件焊接。,4.3 其他焊接方法,4. 電阻焊特點及應用 1）加熱迅速，溫度較低，焊接熱影響區(qū)及變形小，易獲得優(yōu)質接頭； 2）不需外加填充金屬和焊劑； 3）電阻對焊無弧光，噪聲小，煙

23、塵、有害氣體少，勞動條件好； 4）焊件結構簡單、重量輕、氣密性好，易于獲得形狀復雜的零件； 5）易實現(xiàn)機械化、自動化，生產率高。 6）焊接接頭質量不穩(wěn)定； 7）焊機復雜，造價較高； 點焊適于低碳鋼、不銹鋼、銅合金、鋁鎂合金，厚度4mm以下的薄板沖壓結構及鋼筋的焊接?？p焊適于板厚3mm以下，焊縫規(guī)則的密封結構的焊接。對焊主要用于制造封閉形零件，軋制材料接長、異種材料制造的焊接。,4.3 其他焊接方法,(2)摩擦焊:是利用工件金屬焊接表面相互摩擦產生的熱量，將金屬局部加熱到塑性狀態(tài)，然后在壓力下完成焊接的一種熱壓焊接方法。 1). 摩擦焊的工藝過程 摩擦焊過程如圖4-19所示，分為連續(xù)驅動式和儲能

24、式。,2). 摩擦焊接頭形式 接頭一般是等斷面，也可為不等斷面，但其中必須有一個為圓形。如圖4-20所示。,3). 摩擦焊的特點及應用 a）接頭質量好且穩(wěn)定； b）生產率高、成本低； c）適用范圍廣； d）生產條件好； e）焊機所需功率小，省電。 摩擦焊用于圓形工件、棒料管子的對接。,4.3 其他焊接方法,2.釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接的焊接方法。釬焊按釬料熔點可分為軟釬焊、硬釬焊。釬劑能除去氧化膜和油污等雜質，保護母材接觸面和釬料不受氧化，并增加釬料濕潤性和毛細流動性。

25、,（1）釬料 1）. 易熔釬料 釬料熔點在4500C以下的釬焊；常用錫鉛釬料，松香、氯化鋅溶液作釬劑。其接頭強度低，工作溫度低，具較好的焊接工藝性，用于電子線路的焊接。 2）. 難熔釬料 釬料熔點在4500C以上的釬焊；常用銅基和銀基釬料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物組成釬劑。接頭強度較高，工作溫度也高，用于機械零部件的焊接。,4.3 其他焊接方法,（2）釬焊方法 1）焊件去膜：常用的方法有釬劑去膜法和機械去膜法。 2）接頭形式：釬焊的接頭形式有板料搭接、套件鑲接等，如圖4-21所示。 （3）加熱方法：釬焊的加熱方式有：火焰加熱、電阻加熱、感應加熱、爐內加熱、鹽浴加熱和烙鐵加熱。 4. 釬焊特點

26、及應用 1）采用低熔點的釬料作為填充金屬，釬料熔化，母材不熔化； 2）工件加熱溫度較低，接頭組織、性能變化小，焊件變形小，接頭光滑平整，焊件尺寸精確； 3）可焊接異種金屬，焊件厚度不受限制； 4）生產率高，可整體加熱，一次焊成整個結構的全部焊縫，易于實現(xiàn)機械化自動化。 5）釬焊設備簡單，生產投資費用少。 釬焊主要用于焊接精密、微型、復雜、多焊縫、異種材料的焊件。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.1碳鋼的焊接 1.低碳鋼：焊接性能優(yōu)良，可采用任何一種焊接方法。 2.中碳鋼：焊接性能中等，焊縫易產生熱裂，熱影響區(qū)易產生脆硬組織甚至冷裂。常采用手工電弧焊和氣焊，須預熱。 3.高碳鋼：焊接性能差，

27、采用焊條電弧焊對其補焊，應預熱。 4.4.2低合金結構鋼的焊接 1.強度用鋼焊接 常用方法有焊條電弧焊、埋弧焊和CO2焊等。 2.專用鋼焊接 珠光體耐熱鋼常用焊條電弧焊時，要選用與母材成分相近的焊條，預熱溫度150400，焊后應及時機進行高溫回火處理。 低溫鋼含鉛不需預熱，焊條成分要與母材匹配。 耐蝕鋼不需預熱或焊后熱處理。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.3 不銹鋼的焊接 奧氏體型不銹鋼焊接性良好，焊接時一般不需要采取工藝措施，焊條、焊劑和焊絲的選用應保證與母材成分類型相同。 鐵素體不銹鋼焊前預熱溫度應在150以下，并采用小電流、快速焊等工藝。 馬氏體不銹鋼焊前預熱溫度200400，焊后

28、要進行熱處理。 4.4.4 鑄鐵的焊補 鑄鐵的焊接性能差。 1）焊接接頭易產生白口和脆硬組織； 2）裂紋傾向大； 3）焊縫中易產生氣孔和夾渣。 鑄鐵不宜作焊接結構材料，只進行修復性補焊。 常采用不預熱焊法和熱焊法兩種。,4.4 常用金屬材料的焊接,4.4.5 非鐵金屬的焊接 1.鋁及鋁合金的焊接 焊接特點如下： 1）極易氧化，應清除氧化物，采用氬氣保護； 2）容易形成氣孔； 3）容易產生熱裂紋； 4）易產生焊縫塌陷，須采用墊板。 目前，氬弧焊是焊接鋁合金最理想的熔焊方法。在氬弧焊條件下，純鋁、防銹鋁合金、少部分鑄造鋁合金焊接性較好。 2. 鈦及鈦合金 1）焊接時易吸收氣體使接頭變脆。 2）易產

29、生裂紋。 常采用氬弧焊、等離子弧焊、真空電子束焊、點焊。,4.4 常用金屬材料的焊接,3.銅及銅合金的焊接 焊接性能比低碳鋼差，焊接的主要問題是： 1）導熱性好，熱容量大，易產生焊不透現(xiàn)象； 2）線膨脹系數(shù)大，凝固收縮率大，焊接應力或變形大； 3）易生成氫氣孔； 4）銅在高溫易氧化，引起熱裂紋； 5）銅合金中的合金元素易氧化和蒸發(fā)，降低焊縫力學性能，易產生熱裂、氣孔和夾渣。 常采用氬弧焊、氣焊和釬焊。焊前預熱，焊后熱處理?？刹扇∪缦麓胧?1）嚴格控制母材和填充金屬的有害成分，可采用脫氧銅； 2）清除焊件、焊絲等表面上的油、銹和水分，減少氫的來源； 3）焊前預熱，焊后再結晶退火。,4.5 焊接

30、結構工藝設計,4.5.1 焊接結構生產工藝過程概述 焊接結構的主要生產工藝過程為： 備料裝配焊接焊接變形矯正質量檢驗表面處理。 （1）備料 包括型材選擇，型材外形校正，按比例放樣、畫線，下料切割，邊緣加工，成形加工等。 （2）裝配 利用專用卡具或其他緊固件裝置將加工好的零件或部件組裝成一體，進行定位焊，準備焊接。 （3）焊接 根據(jù)焊件材質、尺寸、使用性能要求、生產批量及現(xiàn)場設備情況選擇焊接方法，確定焊接工藝參數(shù)，按合理順序施焊。,4.5 焊接結構工藝設計,4.5.2 焊接結構工藝設計 1. 焊縫的布置 焊縫布置影響結構件的焊接質量和生產率，應考慮下列原則： 1. 焊縫應盡量處于平焊位置 2.

31、焊縫要布置在便于施焊的位置 如圖4-22，如圖4-23所示。 3. 焊縫布置要有利于減少焊接應力與變形 1）盡量減少焊縫數(shù)量及長度，縮小不必要的焊縫截面尺寸，如圖4-24所示。 2）焊縫布置應避免密集或交叉，如圖4-25所示。 3）焊縫布置應盡量對稱，如圖4-26所示。 4）焊縫布置應盡量避開最大應力位置或應力集中位置，如圖4-27所示。 5）焊縫布置應避開機械加工表面。如圖4-28所示。,4.5 焊接結構工藝設計,2.焊接方法的選擇 選擇焊接方法時應根據(jù)下列原則： 1）焊接接頭使用性能及質量要符合結構技術要求。 2）提高生產率，降低成本。 3. 焊接接頭設計 焊接接頭設計包括焊接接頭形式設計

32、和坡口形式設計。 1.焊接接頭形式設計 常用的基本接頭形式有對接接頭、蓋板接頭、搭接接頭、角接接頭、T形接頭、十字接頭和卷邊接頭等，如圖4-29所示。其選擇應根據(jù)結構的形狀和焊接生產工藝而定，要考慮易于保證焊接質量和盡量降低成本。 對于釬焊，電阻焊的點焊和縫焊采用搭接；對焊采用對接；熔化焊可采用對接、搭接，角接和T形接對比選擇。壓力容器一般采用對接，桁架結構一般采用搭接。對于氣焊和鎢極氬弧焊可采用卷邊接頭。,4.5 焊接結構工藝設計,2. 焊接接頭坡口形式設計 開坡口的目的是為了使接頭根部焊透，使焊縫成形美觀，通過控制坡口大小調節(jié)母材金屬和填充金屬的比例。加工方法有氣割、切削加工、碳弧氣刨等。

33、坡口形式主要取決于板料厚度。 1）對接接頭坡口形式設計。 對接接頭的基本坡口形式有I形坡口、Y形坡口、雙Y形坡口、U形坡口、雙U形坡口等，如圖4-30所示。同樣板厚條件下：雙Y形坡口比V形坡口所需金屬少，焊接工時也少，焊接變形也?。籙形坡口也比V形坡口省焊條，省工時，焊接變形也小。 2）角接接頭坡口形式設計。 角接接頭基本坡口形式有I形坡口、錯邊I形坡口、Y形坡口、V形坡口等，如圖4-31所示。 3）T形接頭坡口形式設計。 T形接頭基本坡口形式有I形坡口、V形坡口等，如圖4-32所示。 4）對不同厚度的板材，接頭兩側板厚截面應盡量相同或相近，如圖4-33所示。,4.5 焊接結構工藝設計,4.5

34、.3 焊接結構生產設計實例 例題 圖4-34所示為低壓儲氣罐，壁厚為8mm，壓力為1.0MPa，常溫工作，壓縮空氣，大批量生產。 1）結構分析：筒體由筒節(jié)、封頭焊合。整個結構由筒體再加四個法蘭管座焊合而成，如圖4-34所示。 2）選擇母材材料：封頭需拉伸，筒節(jié)卷圓，故需較好塑性，再考慮焊接工藝及成本，故筒節(jié)、封頭、法蘭選用普通碳素結構鋼（Q235A），短管選用優(yōu)質碳素結構鋼（10鋼）。 3）設計焊縫位置及焊接接頭、坡口形式： 筒節(jié)縱焊縫與環(huán)焊縫采用對接I型坡口雙面焊，法蘭與短管采用不開坡口角焊縫；法蘭管座與筒體采用開坡口角焊縫。如圖4-34所示。 4）選擇焊接方法和焊接材料： 角焊縫采用手工電

35、弧焊，選用結構鋼焊條J422；選用弧焊變壓器；對接焊縫采用埋弧焊，焊絲選用H08A，配合焊劑HJ431。 5）主要工藝流程如圖4-35。,表4-1 焊接變形的基本形式,返回文檔,一般焊接順序為：1）先焊收縮量較大的焊縫；2) 工作時受力較大的焊縫；3) 先焊錯開的短焊縫，后焊直通的長焊縫。,圖4-6 合理安排焊接順序,返回文檔,圖4-7 埋弧焊焊接過程 1焊件 2焊劑 3焊劑漏斗 4焊絲 5送絲滾輪 6導電嘴 7焊縫 8渣殼,返回文檔,圖4-8 氬弧焊示意圖 1焊絲或電極 2導電嘴 3噴嘴 4進氣管 5氬氣流 6電弧 7焊件 8填充焊絲 9送絲滾輪,返回文檔,圖4-9 CO2焊示意圖,返回文檔

36、,圖4-10 電渣焊過程示意圖,返回文檔,圖4-11 等離子弧焊,返回文檔,圖4-12 點焊示意圖,返回文檔,圖4-13 點焊接頭形式,返回文檔,圖4-14 點焊分流現(xiàn)象,返回文檔,圖4-15 電阻縫焊,返回文檔,圖4-16 縫焊接頭形式,返回文檔,圖4-17對焊示意圖,Fj夾緊力 Fw擠壓力 Fd頂鍛力,返回文檔,圖4-18 對焊應用實例,a）對焊工件 b) 對焊管材,1焊縫 2滾盤 3擠壓滾 4焊件 5絕緣層,返回文檔,圖4-19 摩擦焊工藝過程,1工件1 2工件2 3旋轉夾頭 4移動夾頭 n工件轉速 p軸向壓力,a) 連續(xù)驅動式 b) 儲能式,返回文檔,圖4-20 摩擦焊接頭形式,返回文檔,圖4-21 釬焊接頭形式,返回文檔,圖4-22 焊條電弧焊的焊縫位置,a) 不合理 b) 合理,返回文檔,圖4-23 點焊、縫焊的焊縫位置,a) 、c)電極難以伸入 b) 、d)方便操作的設計,返回文檔,圖4-24 減少焊縫數(shù)量示例,返回文檔,圖4-25焊縫布置避免密集和交叉,a)不合理 b)合理,返回文檔,圖4-26 焊縫對稱