热加工工艺-3.焊接-05.25

焊接质量不够稳定 可焊最小厚度为 1.0mm （1.5mm） 焊接质量在一定程度上决定于焊工 的操作技术； 对于活泼金属（Ti、Nb、Zr等） 和难熔金属不能采用手弧焊。 对于低熔点金属不可能用手弧焊。
一、电弧焊的设备
• 电弧焊机：转换电压
– 交流 – 直流
• 焊钳：夹持焊条和传导电流
二、焊条的组成
特点： •氩气保护，最适合易氧化的有色金属、合金钢 和稀有金属 •可全方位焊接，明弧可见，便于观察、易于自 动控制； •热量集中，热影响区小，焊后变形小； •保护效果好，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密， 焊接质量好； •氩气成本高，一般情况下不采用。
•液体很容易达到 •固体部分点接触
影响因素：温度和压力
二、焊接冶金过程及其对焊件质量的影响
1.焊接的冶金过程 熔焊时焊接区域内各种物质之间在高温下相互作用 的过程，实质是金属在焊接过程的再熔炼过程。 过程：加热、熔化、熔滴向熔池转移过程
2.1 焊接电弧
1.电弧的产生及特点 焊接电弧是一种气体放电现象。在一定条件下电荷 （带电粒子）通过两电极之间气体空间的导电过程。
焊接电弧热量与焊接电流的平方和电压的乘积成 正比，电流越大，电弧产生的总热量越多。
正接：焊件接正极，电极接负极； 反接：焊件接负极，电极接正极；
2.2 焊接的冶金特点
1）熔池中冶金反应不充分，化学成分有较大的不 均匀性，常常发生偏析、夹杂等缺陷。
2）在高温电弧作用下，氧、氢、氮等气体分子吸 收电弧热量而分解成化学性质十分活泼的原子或离 子状态，它们很容易溶解在液体金属之中，造成气 孔、氧化、脆化和其它缺陷。
O2→2O 发生氧化反应，焊缝性能降低 N2→2N 高温熔入液态金属，冷却后形成气孔 H2O→2H+O 形成气孔，产生氢脆。 烧损: Fe+O →FeO Mn+O →MnO Si+2O →SiO2
3）在熔剂或药皮中加入比铁氧化能力强的硅铁、锰 铁等物质，除起到渗入合金作用、补充烧损元素外， 亦可起到脱氧作用。 4）焊缝中硫或磷的质量分数超过0.04%时，极易产 生裂纹。因此，应选用含硫、磷低的焊接原材料，并 通过在焊剂或药皮中加石灰石、氟石等脱硫脱磷，以 保证焊缝质量。
（2）焊接电流
• 根据焊条直径来确定。焊接电流太小，焊接生产率 较低，电弧不稳定，还可能焊不透工件。焊接电流 太大，则会引起熔化金属的严重飞溅，甚至烧穿工 件。
• 对于焊接一般钢材的工件，焊条直径在3-6mm时， 可由下列经验公式求得焊接电流的参考值: I=(30～55)d I——焊接电流（A）； d——焊条直径（mm）； • 此外，电流大小的选择，还与接头型式和焊逢在空 间的位置等因素有关。立焊、横焊时的焊接电流应 比平焊减少10 - 15%；仰焊则减少15 - 20%。
工件
焊丝
熔化→较大面积熔池→焊缝可
达20cm2
焊剂熔化→熔渣→保护焊缝 隔绝空气，防止熔滴 外溅； 焊剂蒸发→熔渣泡→ 减少电弧热能损失， 阻止弧光四射
3)埋弧焊的特点 生产效率高 电流达1000A以上，不需更换焊条头， 比焊条电弧焊提高5-10倍； 焊接质量高而且稳定 焊缝内气孔、夹渣少，焊缝 美观；
要求：为维持电弧燃 烧，必须不断输送电 能给电弧； 特点：在焊接电弧燃烧过程中，呈现出电压低、电 流大、温度高、发光强的特点。
2.电弧的构造 焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。 阴极区—电子供应区； 阳极区—电子轰击区； 弧柱区—电弧长度的绝大 部分。 阴极区 温度K 产生热量 2400 36% 弧柱区 5700-7700 21% 阳极区 2600 43%
5. 选择合理的装配焊接顺序
6.采用水压试验或振动法消除焊接应力； 7.强迫冷却法； 8.焊后热处理：去应力退火彻底消除残余应力； 选择合理的焊接方法和焊接工艺参数
4.矫正焊接变形的方法 机械矫正法
火焰矫正法
第二节 焊条电弧焊 • 优点：
使用的设备简单 方法简便灵活 缺点： 适应性强 生产率较低
•按焊件分工况条件
•受动载、交变载荷、冲击载荷 •静载荷 •难清理物质较多 •腐蚀、高温特殊条件
•按焊件的形状、刚度及焊接位置
•厚度、刚度大，结构复杂 •厚度、刚度小，形状一般 •其他位置焊接
3.焊条的选择-小结
⑴等强度原则—对结构钢的焊接，应使焊条的强度 等级等于或稍高于母材的强度； ⑵同成分原则—对特殊用钢的焊接，为保证接头的 特殊性能，应使焊缝金属的主要成分与母材相同或 相近； ⑶抗裂性要求—对焊接或使用中易产生裂纹的结构， 如焊件形状复杂、厚度大、受动载荷或冲击、低温 下焊接和使用等，应选用抗裂性能优良的低氢型焊 条； ⑷抗气孔要求—对难以焊前清理、容易产生气孔的 焊件，应选用酸性焊条；
成本低 省工省料省时间（可不开坡口）；
劳动条件好 无弧光、飞溅，劳动强度低； 适应性差 只适合平焊、长直焊缝和较大直径的焊缝；
焊接设备复杂，焊前准备工作严格。
2.气体保护焊
利用特定的某种气体保护电弧和熔池的焊接方 法称为气体保护焊。 1)氩弧焊 CO2焊 定义：以氩气作为保护气体。 分类：不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊
保证焊缝质量措施： ①减少有害元素进入熔池（机械保护） ②消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素 （冶金处理）
三、焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响 焊缝的形成
(1) 电弧在焊条与被焊件之间燃烧，电弧热使工件和 焊条同时熔化成熔池； (2) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧，产生熔渣和气体， 对熔化金属和熔池起保护作用； (3) 电弧向前移动，工件 和焊条不断熔化汇成新 的熔池，原熔池则不断 冷却凝固，构成连续焊 缝。覆盖在焊缝表面的 熔渣也凝固成渣壳。
焊条钢芯 性能、化学成分、规格 GB1300--77 已标准化
由焊芯 和药皮 组成
焊条药皮 “作用”非常重要
导电、生弧、形成热源
焊芯
焊缝的填充金属
焊条 机械保护（气体和熔渣）
药皮
冶金处理（熔渣） 改善焊接工艺性（引弧容 易、燃烧稳定）
焊芯
专门冶炼，规定了牌号和成分： ① 焊接用钢丝有碳素钢、合金钢、不锈钢3类， 牌号以H开头； ② 为保证焊缝的塑性和韧性，S、P、Si的含量比 普通碳素/合金结构钢都要低。
第3章 焊接
金属的连接方法有哪几类？ 机械连接法借助螺栓或铆钉 胶接法 焊接法。
什么是焊接？
通过加热或加压，使焊件达到原子 结合的一种加工方法。
主要焊接方法
如何实现金属焊接？
熔化焊接——使被连接的构件表面局部加热 熔化成液体，然后冷却结晶成一体的方法。
压力焊接——利用摩擦、扩散和加压等物理 作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它 污染物，使两个连接表面的原子相互接近到 晶格距离，从而在固态条件下实现连接。 钎焊连接——利用某些熔点低于被连接构件 材料熔点的钎料金属在连接界面上的熔化流 散浸润，然后结晶形成结合。
3.1 焊接热循环
焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由 低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化 称为焊接热循环.
3.2 焊缝区的金属组织与性能 焊缝区 = 焊缝金属 +熔合区+热影响区
越靠近焊缝，加热温度越高
1) 焊缝区
焊缝：由熔池金属结晶形 成的焊件结合部分。 过程：由熔池底壁开始， 逐次向中心成长。 组织：柱状晶。 特点：低熔点的杂质和氧化物等易偏析物集中在焊 缝中心区。 改善：焊接材料添加细化晶粒的合金元素，改善一 次结晶；焊后热处理，改善二次结晶(固态相变)，使焊 缝金属性能不低于母材性能
焊接的优点
连接性能好；
省工省料成本低； 重量轻； 简化工艺。
焊接的缺点
结构不可拆卸； 焊接接头的组织、性能变坏； 产生残余应力和变形； 易产生焊接缺陷。
第一节 焊接的基本原理
一、焊接的实质
两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用， 在填充或部填充材料的条件下借助原子间或分子间 的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。 原子间间距0.3nm~0.5nm能够相互作用，
2.减小和消除焊接应力的措施 结构设计时，选用塑性好的材料，避免使焊缝密 集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长，焊缝对称； 适.反变形法——焊接前预测焊接变形量和变形方 向，在焊前组装时将被焊工件向焊接变动相反的 方向进行人为的变形。
4. 选择刚性固定法；
第三节 其他熔焊方法简介
1.埋弧焊 焊条电弧焊时，引燃电弧、维持电弧、移动电弧以 及焊接结束时填满弧坑等动作完全靠手工进行，故 产品质量不稳定。埋弧焊的焊接动作完全由机械自 动完成，克服上述缺点。 定义：以可熔化颗粒状焊剂作为保护介质,电弧掩 埋在焊剂层下的一种熔化极电弧焊接方法。
1)埋弧焊焊接材料
铝和铝合金焊条
按 焊接工艺性能差；（用直流电）
不锈钢焊条
SiO2、 MnO等
2.焊条的牌号和类型
E4303,
E5015,
E5016
电流种类，药皮类型（酸、碱）
焊接位置（平、横、立、仰）
抗拉强度 ≥ 430 MPa
焊条
3.焊条的选择
•按强度等级和化学成分
•一般结构 •特殊结构 •碳硫磷含量较大 •铸造碳钢或合金钢
⑸低成本要求—在酸、碱性焊条都满足条件时，一 般应选用酸性焊条。
三、焊条电弧焊焊接工艺规范
（1）焊条直径
–为提高生产率，通常选用直径较粗的焊条，一 般不大于6mm。 –工件厚度在4 mm以下的对接焊时，一般均用直 径小于等于工件厚度的焊条。 –大厚度工件焊接时，一般接头处要开坡口，在 焊打底层焊时，可采用2.5～4mm直径焊条，之 后各层可采用5-6 mm直径焊条。 –立焊时，焊条直径一般不超过5毫米； –仰焊时则不应超过4毫米。
药皮
① K、Na、Ca保证工艺性能； ② 碳酸盐和有机物可形成还原性气体； ③锰铁、硅铁、铝粉可脱氧精炼； ④部分合金元素能改善化学成分和性能。