电焊课件

（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）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连
接成型； （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 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。
焊接方法
手弧焊
电弧焊 气体保护焊
窄的焊缝与热影响区的过渡区。 ➢ 热影响区---受焊接热循环的影响，
焊缝附近的母材因焊接热作用发生 组织或性能变化的区域（过热区、 正火区、部分相变区）。
热影响区中的过热区，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小。
熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差 的部位。
在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而 且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。
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。
➢焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊 接局部加热，从而减少焊接应力。
采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。 焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。
等。
✓ 焊条的种类和编号
• 种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低 温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金 焊条、特殊用途焊条。
• 编号：以结构钢焊条为例：Ｊ422 其中：Ｊ —— 结构钢焊条 ４２ —— 焊缝金属抗拉强度大于等于４２０ＭＰ ２ —— 药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流） Ｊ 507 7 —— 低氢，直流
➢ 电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体 金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气 中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。
电弧焊的冶金过程特点：
➢ 电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素 强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了 气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。
• 喷嘴结构应尽可能使气体 以层流流出。
氩气
➢ 氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反 应，因此，氩气是一种理想的保护气体。
➢ 由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 ➢ 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度
可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。 ➢ 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会
电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区
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％
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：
✓ 直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）
✓电焊条的选用原则
• 等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般 都要求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。
• 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主 要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷 性质和抗裂性能而定。
• 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。
➢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。
➢焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。
焊接变形的防止和消除
焊缝对称布置
✓采用反变形方法
✓采用对称焊和分段倒退焊 ✓采用多层多道焊，能减少焊接变形
✓采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形， 但这样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。
4.1.3 焊接变形和焊接应力
焊接应力与变形产生的原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘
束，不能自由膨胀和收缩。
焊接应力与变形产生
•当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无 残余变形。
•当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产 生残余变形。
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。
电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包 围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊 丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高 速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好， 劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的 焊接。
埋弧自动焊
埋弧自动焊工序
✓ 埋弧焊的工艺
• 焊前准备 板厚小于14mm时，可不开坡口； 板厚为14～22mm时，应开Y型坡口； 板厚为22～50mm时，可开双Y型或U型坡口。 Y型和双Y型坡口的角度为50°～60°。
图1
4.1.4 熔焊方法及工艺
4.1.4.1 手弧焊（略） 4.1.4.2 埋弧焊 4.1.4.3 气体保护焊 4.1.4.4 二氧化碳焊 4.1.4.5 电渣焊 4.1.4.6 等离子弧焊 4.1.4.7 电子束焊 4.1.4.8 激光焊
4.1.4.2 埋弧焊
✓ 埋弧焊的原理及特点 埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一
消除变形的方法
防止角变形
防止扭曲变形
➢严重的焊接变形应消 除，常采用机械矫正法，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。
➢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。
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。
焊接变形与应力的危害
工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产
生不利影响。
➢ 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。
➢ 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，应力的存在会诱发 应力腐蚀裂纹。
➢ 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产 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。
4.1.1 熔焊原理及过程
熔焊的本质及特点
➢ 熔化焊的本质是小熔 池熔炼与铸造，是金 属熔化与结晶的过程。
➢ 熔池存在时间短，温 度高；冶金过程进行 不充分，氧化严重； 热影响区大。
➢ 冷却速度快，结晶后 易生成粗大的柱状晶。
熔化焊的三要素
✓ 热源
能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小 热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。
焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板， 以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷 进入工件焊缝之中
• 平板对接焊
一般采用双面焊，可不留间隙 直接进行双面焊接，也可采用打底 焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率， 也可采用水冷铜成型底板进行单面 焊双面成型。
• 环焊缝
焊接环焊缝时，焊丝起弧点应 与环的中心线偏离一距离e，以防止 熔池金属的流淌。一般偏离距离为 20~ 40mm，直径小于250mm的环 缝一般不采用埋弧自动焊。
✓ 渣-气联合保护
• 利用渣的良好的冶金反应 和焊缝成型特点以及气体 的优良电弧热效率和稳弧 作用，可获得良好的熔池 保护效果。如焊条的药皮 及二氧化碳加药芯。
✓填充金属
• 填满焊缝，提高焊缝性能， 使焊缝与母材等强度，用 焊丝和焊芯（填充金属） 过渡合金元素。
• 常用的焊条钢芯为碳素钢 丝、合金钢丝和不锈钢丝。
• 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。
4.1.2 焊接接头的组织与性能
熔焊热原的高温集中融化焊缝区金 属，并向工件金属传导热量，必然 引起焊缝及附近区域金属的组织和 性能发生变化。 ➢ 焊缝区——在焊接接头横截面上
测量的焊缝金属的区域。 ➢ 熔合区——熔合线两侧有一个很
• 多丝埋弧焊
同时有两个以上焊丝起焊接， 焊接速度高，焊缝成型好。前一电 弧保证熔深，后续电弧调节熔宽， 使熔池形状及焊缝成型较为合理。
✓ 熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化， 并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。
✓ 填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。
焊接电弧
电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。 电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。 将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。
焊接热循环的特点是 加热和冷却速度很快，对 易淬火钢，易导致马氏体 相变；对其它材料，易产 生焊接变形、应力及裂纹。
焊缝热影响区
焊缝的组织和性能
热源移走后，熔池 焊缝中的液体金属立刻 开始冷却结晶，以垂直 熔合线的方式向熔池中 心生长为柱状树枝晶。
低熔点物质将会被
推向焊缝最后结晶部位， 形成成分偏析。
➢ 金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态的 时间很短，一般在１０秒左右。导致各种化学反应难以 达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及 浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。
➢ 熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、 气孔杂质等缺陷。
4.1.1.1 熔池的保护
焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。 焊剂保护的效果 ➢ 形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少
4 材料的连接成形
概述 4.1 熔焊工艺 4.2 压力焊工艺 4.3 钎焊与封焊 4.4 金属材料的焊接性
4.5 焊接缺陷与检验
4.6 焊接件结构设计
本章重点：焊条电弧焊的原理与特点，焊接材料、焊接 方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。