第13章 焊接工艺基础201309

螺纹连接（机械）铆接（机械）第四篇焊接粘接（物化连接）焊接（冶金连接）第四篇焊接第十三章焊接工艺基础13.1 概述13.2 电弧焊工艺基础13.3 焊接接头的组织与性能13.4 焊接应力与变形本章重点：焊接方法的分类，焊条的选用原则；焊接接头的组织与性能。

焊接应力与变形的形成过程；掌握防止和消除焊接变形的常用方法。

概述焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。

焊接的主要特点是：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）几乎可焊接所有金属和部分非金属，连接性能好；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；（5）焊接接头组织不均匀，存在应力、变形和裂纹。

焊接方法的应用：（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件和工具；（3）修复。

气门芯焊接方法熔化焊：将焊件接头部位加热至熔化状态，不加压力完成焊接过程的方法。

适用于各种金属和合金的焊接。

压焊：必须对焊件施加压力，(加热或不加热)以完成焊接的方法。

适合于各种金属和部分非金属材料焊接。

钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材料熔点温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

焊接方法压摩擦焊钎软钎焊硬钎焊电弧焊电渣焊手弧焊气体保护焊埋弧焊电阻焊焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。

力焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊焊及封粘封接熔焊等离子弧焊电子束焊激光焊焊接方法第四篇焊接第十三章焊接工艺基础13.1 概述13.2 电弧焊工艺基础13.3 焊接接头的组织与性能13.4 焊接应力与变形电弧(Electric Arc)是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。

电弧将电能转换为焊接所需要的热能。

电弧焊(Arc Welding)工艺基础带电压的两极轻触，使接触点的温度急剧升高，产生电子逸出和气体电离；两极分开时，自由电子高速飞出，使气体中的原子、分子部分电离。

电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区直流电焊接电弧的温度ºC 和热量分布温度ºC 热量分布阳极区：2600 43％弧柱区：6000～8000 21％阴极区：2400 36％1由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：ü直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板）ü直流反接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性焊条）Ø熔化焊是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。

Ø熔池温度高(2500℃)，冶金反应强烈，金属烧损、氧化严重。

Ø冷却速度快，冶金过程进行不充分，难以达到平衡状态。

电弧焊冶金特点Ø冶炼条件差，有害气体容易进入熔池。

使焊缝金属塑性、韧性下降。

冶金反应实质是金属在焊接条件下的一次再熔炼。

电焊条的组成及作用•组成：焊芯和药皮•作用：焊芯—填充金属,电极药皮的作用：ü稳弧：容易引弧，提高电弧燃烧稳定性，药皮中含有一些易电离的元素(K, Na, Ca 等)或它们的化合物，当dL15~2032夹持部分药皮中含有较多氟化物时，会降低电弧燃烧的稳定性。

ü造气：防止空气中的氧、氮进入焊缝。

ü造渣：熔渣比重远远小于焊缝金属，酸性焊渣有TiO 2, SiO 2等,碱性焊条有CaO, CaF,NaO 等。

可以降低焊缝金属的冷却速度，改善组织和性能。

ü合金化：控制化学成分，补充蒸发的有益元素，如含Si, Mn 等元素。

脱氧、脱硫、脱氢等。

ü粘结等。

牌号药皮类型适用电源备注××0不属规定不规定药皮的类型与适用电源酸性焊条熔渣的成分主要是酸性氧化物TiO 2, SiO 2;碱性焊条熔渣的成分主要是碱性氧化物，如大理石(CaCO 3)、氟石(CaF 2);电弧焊(Arc Welding)工艺基础酸性焊条××1氧化钛型交直两用××2氧化钛钙型交直两用××3钛钙型交直两用××4氧化铁型交直两用××5高纤维素型交直两用××6低氢钾型交直两用碱性焊条××7低氢钠型直流专用××8石墨型交直两用××9盐基型直流专用焊条型号和牌号•型号：根据GB/T5117-95规定E4303其中：E——焊条４3——焊缝金属抗拉强度大于等于４3０ＭＰa0——焊条适合于全位置焊接3——焊条药皮为钛钙型，交直两用•牌号：我国的行业标准Ｊ422其中：Ｊ——结构钢焊条４２——焊缝金属抗拉强度大于等于４２０ＭＰa２——药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）焊条牌号与相应的型号对应，如J422与E4303对应，J507和E5015对应。

酸性药皮与碱性药皮两者的性质•酸性药皮工艺性好，电弧稳定，对锈、油、水敏感性小，不易产生气孔，焊缝美观，可使用交、直流电源。

•碱性药皮脱硫、脱磷能力强，焊缝塑性、韧性好，氢含量低，抗裂性能好，工艺性差，仅适于直流电源，在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因而应注意通风。

碱性焊条应用于对焊缝塑性和韧性要求较高的重要焊接结构，无特殊要求时，应使用酸性焊条。

电焊条的选用原则•等强度原则：焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。

化学成分与被焊材料相近。

•承受动载荷或冲击载荷下，选择塑性、韧性较好的低氢型焊条。

在低温、高温、腐蚀介质下工作选择相应焊条。

•何形状复杂或大厚度工件焊接选择抗裂性较好、强度几较高的焊条。

对存在铁锈、油污和氧化物且不易清理的位置选用酸性焊条。

•低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。

•焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。

第四篇焊接第十三章焊接工艺基础13.1 概述13.2 电弧焊工艺基础13.3 焊接接头的组织与性能13.4 焊接应力与变形焊缝区——在焊接接头横截面上的焊缝金属的区域。

熔合区——熔合线两侧很窄的焊缝与热影响区的过渡区。

过热区：具有过热组织或晶粒粗大的区域。

也是焊接头的一个薄弱环节。

焊接接头(Weld Joint)的组织与性能正火区：相当于受到正火处理的区域。

是焊接接头中组织和性能最好的区域。

部分相变区：发生部分转变的区域。

冷却后成为粗大的铁素体和细晶粒珠光体的混合组织。

热影响区焊接接头(Weld Joint)的组织与性能3241•熔合区热影响区的大小与材料的性质和工艺条件有关。

•熔合区和热影响区性能可以通过焊后热处理的方式改善。

焊缝表面熔合线5焊接接头(Weld Joint)的组织与性能第四篇焊接第十三章焊接工艺基础13.1 概述13.2 电弧焊工艺基础13.3 焊接接头的组织与性能13.4 焊接应力与变形焊接应力与变形产生的原因：焊接过程局部加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。

p 对塑性好的材料，焊接变形较大而应力较小。

(-)(+)(+)a)(-)(+)b)(-)p 焊接完成后，焊缝区收缩并有拉应力存在。

•拘束很大（如大平板对接），产生残余应力，无残余变形。

•拘束较小（如小板对接焊），既有残余应力，又有残余变形。

焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。

角变形扭曲变形焊接变形与应力的危害Ø产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。

Ø焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断。

Ø应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产残余生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。

(1) 焊缝的位置尽量对称，减少焊缝数量和长度，以减小焊接局部加热。

不要有密集交叉截面，从而减少焊接应力。

焊接应力的防止及消除1. 结构设计(1) 焊前预热减小工件温差，焊后缓冷，减少残余应力。

(2) 当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。

2. 焊接工艺焊接应力的防止及消除(3) 焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。

(4) 采用反变形方法(5)采用合理焊接顺序，对称焊和分段退焊分中对称焊焊接应力的防止及消除采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少 应力（图a）。

而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度 增加，而增大残余应力。

焊接应力的防止及消除 采用多层多道焊，能减少焊接变形。

两边交替多层焊焊接应力的防止及消除（6）焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，会产 生较大的焊接应力。

采用定位焊组装也可防止焊接变形。

焊接应力的防止及消除3. 焊后矫正 Ø火焰矫正法是利用火焰 加热的热变形方法，一般 也仅适用于塑性好，且无 淬硬倾向的材料。

Ø机械矫正法只适于塑性好 的低碳钢和普通低合金钢。

思考题＊减少焊接应力考虑，拼焊如题 图1所示的钢板时，应怎样确 定焊接顺序？试在图中标出， 并说明理由。

图1思考题＊减少焊接应力考虑，拼焊如题 图1所示的钢板时，应怎样确 定焊接顺序？试在图中标出， 并说明理由。

图1。