金属熔焊原理及材料焊接第十二章 常用非金属材料的焊接
《金属熔焊原》课件
02
03
清理工作
对需要焊接的金属表面进 行清理，去除油污、锈迹 和其他杂质，确保焊接质 量。
装配定位
根据焊接要求，将需要焊 接的金属部件进行精确装 配，确保位置准确无误。
预热处理
对于某些金属材料，需要 进行预热处理，以降低焊 接过程中的应力，防止裂 纹的产生。
焊接过程
熔化金属
通过高温将需要焊接的金 属材料熔化成液态，形成 熔池。
焊接材料的检验与质量控制
焊接材料的检验
对焊接材料进行质量检验，确保其符合相关标准和工艺要求。
焊接材料的质量控制
建立焊接材料的质量控制体系，确保焊接质量的稳定性和可靠性。
04 金属熔焊的质量 控制
焊接质量的检测方法
外观检测
通过目视或低倍放大镜观察焊 缝的外观，检查是否有气孔、
咬边、未熔合等缺陷。
无损检测
利用射线、超声、磁粉等无损 检测技术，对焊缝内部进行检 测，确定是否存在裂纹、未熔 合等缺陷。
力学性能检测
对焊接接头进行拉伸、弯曲、 冲击等试验，测定其力学性能 ，以评估焊接质量。
硬度检测
通过硬度计测定焊接接头的硬 度，了解其机械性能。
焊接缺陷的识别与预防
气孔
咬边
由于焊接过程中气体在金属中未能及时逸 出而形成的孔洞。预防措施包括保持焊接 材料干燥、适当调整焊接电流和速度。
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目录
• 金属熔焊原理简介 • 金属熔焊的工艺流程 • 金属熔焊的焊接材料 • 金属熔焊的质量控制 • 金属熔焊的安全与环保
01 金属熔焊原理简 介
金属熔焊的定义与分类
金属熔焊定义
金属熔焊是一种通过加热至熔化 ，再冷却结晶的过程，将两块金 属牢固地连接在一起的工艺。
金属熔焊原理(共10张PPT)
焊接热源
一、常用的焊接热源 电弧热 、 化学热 、 电阻热 、
摩擦热 、等离子弧 、电子束 、激光 束 、高频 热
二、常用的焊接热源
电弧热 、化学热 、电阻热 、摩擦 热 、等离子弧 、电子束 、激光束 、
高频感应热
三、焊接过程的热效率
在焊接热源作用下金属部分被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布的景象。
我们把焊件〔包括母材与填充金 在焊接热源作用下金属部分被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布的景象。
三、焊接过程的热效率 有效热功率是热源输出总功率的一部分。
属〕所吸收的热量叫做热源的有效 电弧热 、化学热 、电阻热 、摩擦热 、等离子弧 、电子束 、激光束 、高频感应热
在焊接热源作用下金属部分被加热与熔化，同时出现热量的传播和分布的景象。 1〕焊接热量集中作用在焊件衔接部位，而不是均匀加热整个焊件。
热功率。有效热功率是热源输出总 三、焊接过程的热效率
2〕热作用的瞬时性，焊接时，热源以一定速度挪动，焊件上把焊件〔包括母材与填充金属〕所吸收的热量叫做热源的有效热功率。
我们把焊件〔包括母材与填充金属〕所吸收的热量叫做热源的有效热功率。 电弧热 、化学热 、电阻热 、摩擦热 、等离子弧 、电子束 、激光束 、高频感应热 2〕热作用的瞬时性，焊接时，热源以一定速度挪动，焊件上任一点受热的作用都具瞬时性。 温度场的数学表达式可写作 2〕热作用的瞬时性，焊接时，热源以一定速度挪动，焊件上任一点受热的作用都具瞬时性。
焊接温度场
一、焊接温度场的定义 焊接温度场是指焊接过程中某一瞬时焊上
各点的温度分布。
温度场的数学表达式可写作 T = f (x，y，z ，t)
三、焊接温度场的特点
1、可用图形表示 ， 2、等温线或等温面之间互不相交， 有温度梯度。
金属熔焊原理
金属熔焊原理一．基础题：1焊接参数包括：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。
2焊条的平均熔化速度、熔敷速度均与电流成正比。
3短路过渡的熔滴质量和过渡周期主要取决于电弧长（电弧电压），随电弧长度的增加，熔滴质量与过渡周期增大。
当电弧长度到达一定值时，熔滴质量与过渡周期突然增大，这说明熔滴的过渡形式发生了变化，如果电弧长度不变，增大电流则过渡频率增高，熔滴变细。
4一般情况下，增大焊接电流，熔宽减小，熔深增大；增大电弧电压，熔宽增大，熔深减小。
5熔池的温度分布极其不均匀（熔池中部温度最高）。
6焊接方法的保护方式：手弧焊（气-渣联合保护），埋弧焊、电渣焊（熔渣保护），氩弧焊CO2焊、等离子焊（气体保护）。
7焊接化学冶金过程是分区域连续进行的。
8焊接化学冶金反应区：手工焊有药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区三个反应区；熔化极气保焊只有熔滴和熔池两个反应区；不填充金属的气焊、钨极氩弧焊和电子束焊只有熔池反应区。
9熔滴阶段的反应时间随焊接电流的增加而变短，随电弧电压的增加而变长。
10焊接材料只影响焊缝成分而不影响热影响区。
11焊接区周围的空气是气相中氮的主要来源。
12熔渣在焊接过程中的作用：机械保护、改善焊接工艺性能、冶金处理。
13分理论中酸碱性以1为界点，原子理论中，以0为界点。
14影响FeO分配系数的主要因素有：温度和熔渣的性质。
15焊缝金属的脱氧方式：先期脱氧、沉淀脱氧、扩散脱氧。
16脱硫比脱磷更困难。
17随焊芯中碳含量的增加，焊接时不仅焊缝中的气孔、裂纹倾向增大，并伴有较大飞溅，是焊接稳定性下降。
18焊条的冶金性能是指其脱氧、去氢、脱硫磷、掺合金、抗气孔及抗裂纹的能力，最终反映在焊缝金属的化学成分、力学性能和焊接缺陷的形成等方面。
19焊剂按制造方法分为：熔炼焊剂和非熔炼焊剂。
20焊丝的分类：实芯焊丝和药芯焊丝。
21焊接中的偏析形式：显微偏析、区域偏析、层状偏析。
22相变组织（二次结晶组织）主要取决于焊缝化学成分和冷却条件。
金属熔焊原理
焊接通过加热或加压，填充或不填充材料使工件产生原子间结合的一种连接方法焊剂：指焊接时能够融化形成熔渣，对融化金属起保护和冶金处理作用的一种颗粒状物质。
焊条：由药皮和焊芯组成的一种溶化电极，供焊条电弧焊使用。
熔渣：焊接过程中焊条药皮或焊剂荣华后，在熔池中参与化学反应而形成覆盖于熔池表面的熔融状金属、非金属氧化物及复合物。
熔合比：熔焊时，被熔化的母材部分在焊道金属中所占的比例称为熔合比焊条的型号：是国家标准中对焊条规定的编号，可用来区分各种焊条熔敷金属的力学性能、化学成分、药皮类型、焊接位置、焊接电流的种类。
热影响区：焊接过程中，母材因受焊接热循环影响而发生组织和力学性能变化的区域焊接区内存在多种气体，气体是通过哪些途径进入的？焊接区内除了外加的惰性保护气体外还有CO,CO2,H2O,O2,H2,N2,的混合物；焊接区内气体一部分是由直接输入或侵入的原始气体，而另一部分是通过物化反应所生成的气体。
酸性焊条和碱性焊条的区别？1.成分不同：酸性焊条皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2 等），碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、Na2O等）。
2.酸性焊条能交直流两用，碱性焊条焊接一般用直流电源施焊。
3.酸性焊条药皮组分氧化性强；而碱性焊条药皮组分氧化性弱。
4.酸性焊条工艺性能较好，但焊缝的力学性能，特别是冲击韧度较差，适用于一般低碳钢和强度较低的低合金结构钢的焊接，是应用最广的焊条。
5.碱性焊条脱硫、脱磷能力强，药皮有去氢作用。
碱性焊条的焊缝具有良好的抗裂性和力学性能，但工艺性能较差，一般用直流电源施焊，主要用于重要结构（如锅炉、压力容器和合金结构钢等）的焊接。
使熔池中液态金属运动的主要原因是什么？液态金属的密度差所产生的自由对流运动；表面张力差所引起的强制对流运动；热源的各种机械力所产生的搅拌作用，使熔池处于运动状态。
选择脱氧剂的原则是什么？1.脱氧剂在焊接的高温下对氧的亲和力应比被焊接金属对氧的亲和力大。
金属熔焊原理及材料焊接
金属熔焊原理及材料焊接
金属熔焊是一种常见的金属焊接方法，它利用高温将金属材料加热到熔点并使其熔化，然后通过冷却使其凝固在一起，从而实现材料的连接。
金属熔焊的原理包括以下几个步骤：
1. 加热：将金属材料加热到一定温度，使其达到熔点。
加热可以使用火焰、电弧、激光等热源。
2. 熔化：当金属材料达到熔点时，其原子开始失去有序结构并呈现液态。
在液态状态下，金属原子可以自由流动。
3. 密实：在金属材料熔化的同时，焊接材料（焊丝或焊料）也会熔化并与原材料混合。
通过表面张力和毛细效应，焊接材料会充满焊接接头中的缝隙，并经过冷却后凝固。
4. 冷却：在熔化材料充满接头缝隙后，将焊接材料冷却至固态。
固态的焊接材料与基材结合，在冷却过程中形成强固的连接。
焊接材料是进行金属熔焊的关键，常用的焊接材料包括焊丝和焊料。
焊丝一般是金属丝，它是填充金属材料的主要来源。
焊丝可以有不同的成分和特性，根据需要选择不同种类的焊丝来适应不同金属材料的焊接。
焊料是一种在焊接时产生熔融状态的材料，通过其熔融状态与金属材料表面的接触和作用，实现金属连接。
金属熔焊广泛应用于各个领域，包括工业生产、建筑、航空航天等。
不同的金属熔焊方法和材料选择取决于具体的应用需求和金属材料的性质。
金属焊接的工作原理是什么,金属焊接都有什么方法？
金属焊接的工作原理是什么，金属焊接都有什么方法？金属焊接的工作原理：金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的金属物体（同种金属或异种金属）产生原子（分子）间结合而连接成一体的连接方法。
焊接不仅可以解决各种钢材的连接，而且还可以解决铝、铜等有色金属及钛、锆等特种金属材料的连接，因而已广泛应用于机械制造、造船、海洋开发、汽车制造、石油化工、航天技术、原子能、电力、电子技术及建筑等部门。
随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展，焊接技术不断进步。
仅以新型焊接方法而言，到目前为止，已达数十种之多。
生产中选择焊接方法时，不但要了解各种焊接方法的特点和选用范围，而且要考虑产品的要求，然后还要根据所焊产品的结构、材料以及生产技术等条件作出初步选择。
金属焊接方法介绍：（1）电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。
它包括有：手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。
（2）电阻焊是以电阻热为能源的一类焊接方法，包括以熔渣电阻热为能源的电渣焊和以固体电阻热为能源的电阻焊，主要有点焊、缝焊、凸焊及对焊等。
（3）高能束焊分为电子束焊和激光焊，电子束焊是以集中的高速电子束轰击工件表面时所产生的热能进行焊接的方法；激光焊是利用大功率相干单色光子流聚焦而成的激光束为热源进行的焊接。
这种焊接方法通常有连续功率激光焊和脉冲功率激光焊。
（4）钎焊的能源可以是化学反应热，也可以是间接热能。
它是利用熔点比被焊材料的熔点低的金属作钎料，经过加热使钎料熔化，靠毛细管作用将钎料及入到接头接触面的间隙内，润湿被焊金属表面，使液相与固相之间互扩散而形成钎焊接头。
因此，钎焊是一种固相兼液相的焊接方法。
（5）其它焊接方法属于不同程度的专门化的焊接方法，其适用范围较窄。
主要包括以电阻热为能源的电渣焊、高频焊；以化学能为焊接能源的气焊、气压焊、爆炸焊；以机械能为焊接能源的摩擦焊、冷压焊、超声波焊、扩散焊。
（6）超声波焊也是一种以机械能为能源的固相焊接方法。
金属熔焊原理及材料焊接性 教案
金属熔焊原理及材料焊接性教案教案课程金属熔焊原理及材料焊接性班级焊接1301/制造1301教师杨起俊2014 学年第 1 学期二零一一年九月印制教案授课顺序教案授课顺序教案授课顺序授课日期2014.9.19 授课课时 2专业班次焊接1301/制造1301 授课方法讲授授课内容：焊接热过程目的要求：了解焊接热过程、热能传递的基本方式、焊接温度场、焊接热循环的特点，理解焊接温度场、焊接热循环的影响因素及调节方法。
重点：焊接热传递、焊接温度场、焊接热循环难点：焊接热循环的影响因素及调节方法教参：《金属熔焊基础及材料焊接》，李凤银，机械工业出版社教学环节及组织：能力知识点1 常用焊接热源及热能传递的基本方式一、常用的焊接热源1.电弧热2.化学热3.电阻热4.摩擦热5.电子束6.等离子弧7.激光束二、焊接过程的热效率：三、焊接传热的基本形式：传导、对流和辐射。
能力知识点2 焊接温度场一、焊接温度场的表示及特点教案授课顺序授课日期2014.9.25 授课课时 2专业班次焊接1301/制造1301 授课方法讲授授课内容：焊缝金属的组成目的要求：了解焊缝金属的形成过程；理解过重合金元素对焊缝金属性能的作用；理解焊条过渡的过程。
重点：熔滴过渡；焊缝金属熔合比难点：熔滴过渡中力、热、电的作用。
熔合比对焊缝的影响。
教参：《金属熔焊基础及材料焊接》，李凤银，机械工业出版社教学环节及组织：能力知识点1 焊条的熔化与过渡一、焊条的加热：有电阻热和电弧热二、焊条金属的熔化：Vm=m/t=αPI熔敷系数：飞溅率：三、熔滴过渡的作用力：重力、表面张力、电磁压缩力、斑点压力、等离子流力、电弧气体吹力。
四、熔滴过渡的形式：滴状过渡、短路过渡、喷射过渡。
五、熔滴过渡时的飞溅能力知识点2 母材的熔化及熔池一、熔池的形状和尺寸：熔宽、熔深、余高等以及与能量的关系。
二、熔池的温度三、熔池金属的流动能力知识点3 焊缝金属的熔合比与母材金属的稀释熔合比：熔合比(稀释率)的大小与焊接方法、焊接参数、接头形状和尺寸、坡口形式及尺寸、焊道层数、母材金属的热物理性质等有关。
熔焊原理及金属材料的焊接PPT学习教案
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4、母材的熔化与熔池
熔池： 熔化的焊条金属和熔化的母材组成具有一
定几何形状的液体金属部分 1)、熔池的形状与尺寸：
主要尺寸：熔池长度L，最大宽度 Bmax 最大熔深 Hmax
2)、熔池的温度： 平均温度取决于被焊金属的熔点与焊接方法
一、焊接时的焊缝金属保护
焊条药皮 的作用
保护 提供良好的工艺性能 渗合金 保证冶金反应过程
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1、为什么要保护？ 防止大气中发氮、氧。
大量的N、O溶 入金属
金属氧化、烧损 气孔 夹渣
焊缝金属力 学性能下降
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2、常用保护措施： 1）手工电弧焊 a、气保护
造气剂形成，caco3,淀粉、纤维素，糊精 b、渣保护，熔渣 c、气渣联合保护。 2）埋弧焊——渣保护 3）气保护：
2、氢的溶解机构
焊接区为氢可以处于分子、原子和离子状态
1).氢以原子形式溶入 2).以 [OH ] 溶入
3).以 H 溶入
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3、[Ｈ]的影响因素
氢与金属作用的特点，把金属分为两类 ①与氢形成稳定氢化物的金属 ②不与氢形成稳定氢化物的金属 ③合金元素的影响 ：氢在铁中溶解度受合金元素影响
焊接化学冶金过程对焊缝金属的成分、 力学性能、某些焊接缺陷(如气孔，结晶裂纹)以 及焊接工艺性能都有很大的影响。
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第一节、控制焊缝融合比
焊缝： 焊件经焊接后所形成的结合部分 熔焊时，焊缝金属是由熔化的母材与填充金
属组合而成，其组成的比例取决于具体的焊接工 艺条件。
有必要了懈焊条金属与母材在焊接中加热和 熔化的特点以及影响其组成比例的因素。
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第一节 铝及铝合金的焊接
能力知识点1 铝及铝合金的类型及性 能特点
铝具有密度小、耐蚀性好、导电性及导热 性高等良好性能。铝的资源丰富，特别是 在铝中加入各种合金元素而成的铝合金， 强度显著提高，使用非常广泛。
工业纯铝：
铝的质量分数为99.0%～99.7%，还含有少量 的Fe和Si及其它杂质。
铝合金：
工业纯铝的强度较低，不能用来制造承受载荷 很大的结构，所以使用受到限制。在纯铝中加 入少量合金元素，能大大改善铝的各项性能， 例如Cu、Si和Mn能提高强度，Ti能细化晶粒、 Mg能防止海水腐蚀、Ni能提高耐热性等，因此 在工业上大量使用的是铝合金。
合金系 Al-Mn Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Cu-Mg-Zn Al- Mg-Si- Cu Al-Cu-Mg-Fe-Ni
Al-Si Al-Si-Mg Al-Si-Cu
Al-Cu
Al-Mg
性能特点
抗蚀性、压力加工性与焊接性 能好，但强度较低
牌号示例 3A21 5A05
力学性能高 强度最好
2A11 7A04
热处理强化铝合金是通过固溶、淬火、时效等工 艺措施提高力学性能，经热处理后可显著提高抗 拉强度，但焊接性较差，熔焊时易产生焊接裂纹， 焊接接头力学性能下降。
2．铝及其合金的牌号、成分及性能
纯铝牌号以国际四位数字体系表达：
如1A99表示铝的质量分数为 99.99 ％的原始纯 铝；
1B99表示铝的质量分数为 99.99％的改型纯铝； 1070表示杂质极限含量无特殊控制、铝的质量
按产品成形方法不同，分为变形铝及铝合金、铸造铝 合金。
图1 铝合金的分类
1-变形铝合金 2-铸造铝合金 3-非热处理 强化铝合金 4-热处理强化铝合金
表1 铝合金的分类
分类
合金名称
非热处理强
化铝合
变
金
形
铝
合 热处理强化
金
铝合金
防锈铝
硬铝 超硬铝
锻铝
铸造铝合金
铝硅合金
特殊铝合金
铝铜铸造合 金
铝镁铸造合 金
1．铝及铝合金的分类
铝合金分类如图1所示，见表1.
按合金化系列，铝及其合金分为工业纯铝（1××× 系）、铝铜合金（2×××系）、铝锰合金（3××× 系）、铝硅合金（4×××系）、铝镁合金（5××× 系）、铝镁硅合金（6×××系）、铝锌镁铜合金 （7×××系）。
按热处理方式，铝合金分为非热处理强化铝合金和热 处理强化铝合金。前者只能变形强化，后者既能变形 强化，也可热处理强化。
如果第二位字母为A，则表示原始合金，如果是B 或其他字母，则表示原始合金的改型合金，如果 是数字，则0表示原始合金，1～9表示改型合金。
能力知识点2 铝及铝合金的焊接性
纯铝的熔点低（660℃），熔化时颜色不变，难 以观察到熔池，焊接时容易塌陷和烧穿；热导率 是低碳钢的3倍，散热快，焊接时不易熔化；线胀 系数是低碳钢的2倍，焊接时易变形；在空气中易 氧化生成致密的高熔点氧化膜Al2O3（熔点 2050℃），难熔且不导电，焊接时易造成未熔合、 夹杂并使焊接过程不稳定。因此铝及其合金的焊 接性比低碳钢差，合金种类不同，焊接性也有一 定差别，概括起来有以下几个问题。
“工学结合、校企合作”职业教育改革创新教 材
金属熔焊原理及材料焊接
机械工业出版社
第十二章 常见非铁金属的焊接
第一节 铝及铝合金的焊接 第二节 铜及铜合金的焊接 第三节 钛及钛合金的焊接 综合训练
在工业生产中通常把金属材料分为两大类： 铁金属材料和非铁金属材料。例如，钢、 铸铁、不锈钢、铬、锰属于铁金属材料； 除此之外的一切金属，如铝、镁、铜、钛、 锡、铅等金属及其合金统称为非铁金属材 料，也称为有色金属材料。
锻造性能好，耐热性能好
6A02 2A70
铸造性能好，不能热处理强化， 力学性能较低
铸造性能良好，可热处理强化， 力学性能较高
耐热性好，铸造性能与抗蚀性 差
ZL102 ZL101 ZL107 ZL201
力学性能高，抗蚀性好
ZL301
非热处理强化铝合金又称防锈铝，如牌号3A21 （LF21）等，可通过加工硬化、固溶强化来提高 力学性能，特点是强度中等、塑性及耐蚀性好， 焊接性良好，在焊接结构中应用最广泛（Al-Mn 和Al-Mg系合金）。
变形铝合金的牌号也用四位国际字符体系来表示。 例如，2A11表示铝铜原始合金；5A05表示铝镁原 始合金，5B05表示铝镁改型合金。
牌号中第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文 大写字母Ａ、Ｂ或其他字母（有时也用数字）。
第一位数字为2～9，表示变形铝合金的不同组别， 其中“2”表示铝铜合金，“3”表示铝锰合金， “4”表示铝硅合金等；最后两位数字为合金的编 号，没有特殊意义，仅用来区分同一组别中的不 同合金；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一、易氧化 二、能耗大 三、容易产生气孔
主要是焊缝氢气孔，如图2所示。 氢在液态铝中的溶解度变化如图3所示。
影响气孔的因素： 焊接方法 焊接参数 如图4、5所示 氧化膜的致密性等
图2 焊缝内部气孔
图3 氢在铝中的溶解度（pH2=101kPa)
图4 TIG 焊焊接参数对焊缝中扩散氢[H]的影响[母 材为5A06（LF6）]
分数为 99.70％的纯铝； 1235表示对两种杂质极限含量有特殊控制、铝
的质量分数为 99.35％的纯铝。
常用的纯铝牌号有1A99、1A97、1A93、 1A90、1A85、1A70、1060、1050、1035、 1200。
纯铝的主要用途是代替贵重的铜合金，制 作导线、电器元件及换热器件；制作各种 要求质轻、导热、耐大气腐蚀但强度不高 的器具；配制各种铝合金。
图5 MIG焊焊接参数对焊缝气孔的影响
四、容易形成焊接热裂纹
铝合金母材的合金系统及合金成分对焊接 热裂纹的产生有根本性的影响。
一般来讲，纯铝的裂纹倾向最小，含铜的铝合 金裂纹倾向最大，添加镁、锌、硅等合金元素 对裂纹有不同程度的影响。如图7所示。