第8章 材料连接成形技术
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第三章连接成形常见的连接成形工艺：焊接、胶接和机械联接等。
焊接：通常是指金属的焊接。
是通过加热或加压，或两者同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。
分类：根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同，焊接方法可以分为三大类。
(1)熔焊将工件焊接处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离的整体。
常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。
(2)压焊在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法。
常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。
(3)钎焊采用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）熔化之后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。
钎焊过程中被焊工件不熔化，且一般没有塑性变形。
焊接生产的特点：(1)节省金属材料，结构重量轻。
(2)以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺，获得最佳技术经济效果。
(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性。
(4)能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。
应用：焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。
不足：焊接技术也还存在一些不足之处，如焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；焊接结构中会存在焊接应力和变形；焊接接头的组织性能往往不均匀，并会产生焊接缺陷等。
胶接技术：使用胶粘剂来连接各种材料。
与其它连接方法相比，胶接不受材料类型的限制，能够实现各种材料之间的连接（例如各种金属、各种非金属和金属与非金属之间的连接），而且具有工艺简单，应力分布均匀，密封性好，防腐节能，应力和变形小等特点，已被广泛用于现代化生产的各个领域。
胶接的主要缺点是固化时间长，胶粘剂易老化，耐热性差等。
机械联接：有螺纹联接、销钉联接、键联接和铆钉联接，其中铆钉联接为不可拆连接，其余均为可拆连接。
机械联接的主要特点是所采用的连接件一般为标准件，具有良好的互换性，选用方便，工作可靠，易于检修，其不足之处是增加了机械加工工序，结构重量大，密封性差，影响外观，且成本较高。
材料成型基础-金属连接成型
根据结合形式的不同，焊缝主要分为对接焊缝和角焊缝，另外还有塞焊缝 和端接焊缝，下图是对接焊缝各部分名称和角接焊缝各部分名称
• 焊接热循环曲线 焊接时，热源沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热，故在 焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的 过程。
• 低碳钢的焊接接头
焊接应力和焊接变形 • 焊接应力
焊接电弧的稳定性
影响焊接稳定性的因素：
1）焊工操作技术：如焊接操作中电弧长度控制不当，将会产生断弧； 2）弧焊电源： a弧焊电源特性，符合电弧燃烧的要求时，稳定性好，反之则差； b弧焊电源的种类。直流焊接电源比交流弧焊电源的电弧稳定性好； c弧焊电源的空载电压。越高引弧越容易，电弧燃烧的稳定性越好， 但空载电压过高时对焊工人身安全不利。 3）焊接电流：焊接电流大，电弧温度高，电弧燃烧越稳定； 4）焊条涂层：焊条涂层中含电离电位较低的物质（如钾、钠、钙的氧 化物）越多，气体电离程度越好，导电性越强，则电弧燃烧越稳定 ； 5）电弧长度：电弧长度过短，容易造成短路；过长就会产生剧烈摆动 ，破坏焊接电弧稳定性，而且飞溅大； 6）焊接表面状况、气流、电弧偏吹等：表面不清洁，气流，大风，电 弧偏吹等都会降低电弧燃烧稳定性。
（2）翻边胀接 管子胀紧后，将管端扳成喇叭形或翻边 成半圆形，以提高接头的连接强度。
（3）开槽胀接 在管孔内开环型槽，使管子胀接时能镶 嵌到槽内，以提高抗拉脱力，一般用于温度低于300度， 工作压力小于3.9MPa的场合。
（4）胀接加端面焊 有先胀后焊和先焊后胀两种。先胀 后焊称为强度胀＋密封焊，用于压力较高、管板较厚的 场合。先焊后胀称为强度焊＋贴胀，用于压力较低、钢 板较薄的场合。
第 4章
金属连接成型
• 在制造金属结构和机器过程中，经常要把两 个或两个以上的构件组合起来，而构件之间 的组合必须通过一定的连接方式，才能成为 完整的产品。 • 金属的连接有很多种方法，按拆卸时是否损 坏被连接件可分为可拆连接和不可拆连接。
《连接成形》课件
激光焊工艺
总结词
一种利用激光光束进行焊接的方法
详细描述
激光焊工艺是利用激光光束进行焊接的方法。它通常需要一个激光器、光束传输系统和工件。激光器产生高能光 束，通过光束传输系统将光束传输到工件上，通过光束产生的热量和压力，实现连接。
摩擦焊工艺
总结词
一种利用摩擦热能进行焊接的方法
详细描述
摩擦焊工艺是利用摩擦热能进行焊接的方法。它通常需要一 个夹具、旋转轴和工件。夹具将工件固定在一起，旋转轴将 工件旋转并施加压力，通过摩擦产生的热量，实现连接。
04
连接成形的材料与设备
连接成形常用材料
金属材料
01
如不锈钢、铝合金、铜等，具有良好的导电导热性能和机械强
度。
非金属材料
02
如塑料、陶瓷、玻璃等，具有优异的绝缘性能和化学稳定性。
复合材料
03
由两种或多种材料组成，具有各组成材料的优点，如强度高、
重量轻等。
连接成形设备介绍
电阻焊机
利用电流通过电阻产生热量实现焊接，适用于金 属材料的连接。
未来连接成形技术展望
未来连接成形技术的发展将更加注重环保、高效、智能化和个性化。如激光3D打印技术等新型连接成形 技术将进一步拓展应用领域，提高生产效率和产品质量。
02
连接成形的基本原理
熔化焊接的原理
01
熔化焊接是通过加热使两个材料熔化，然后冷却凝 固后连接在一起的方法。
02
熔化焊接需要使用热源将两个材料熔化，然后通过 毛细作用或重力作用将熔化的金属相互连接。
激光焊接的原理
激光焊接是利用高能激光束照射在材料表面，使材料 熔化并快速冷却凝固，从而实现连接的方法。
激光焊接需要使用高能激光器，将激光束聚焦到材料 表面，使材料熔化并形成熔池，同时通过精确控制激
1.3-固态材料的连接成形
钎剂是松香、 氯化锌溶液
——软钎焊强度低、工 作温度低，用于电子线 路的焊接。
——硬钎焊用于受力较大的钢
铁和铜合金构件以及刀具等的 焊接。
1.3 固态材料的连接成形-焊接与粘接
优点：加热温度低，金属组织和力学性能变化都较小，接 头光滑平整；某些钎焊可以一次焊多个工件、多个接头， 生产率高；可以连接异种材料。
缺点：设备复杂，要求用直流电源；弧光较强，飞溅较大； 焊缝表面不平滑，室外焊接时常受风的影响。 应用：主要用于焊接低碳钢和低合金钢薄板。
1.3 固态材料的连接成形-焊接与粘接
氩弧焊
——是以惰性气体氩气作为保护气体的焊接方法。
导电嘴
喷 嘴 送 焊丝 进气 喷 嘴 填充 焊丝 导电嘴 钨极
氩气流 工件
•
缺点：最大可焊厚度受到限制，渗透厚度远超过19mm的工件 生产线上不适合使用激光焊接；焊道快速凝固，可能有 气孔及脆化的顾虑；设备昂贵等。
1.3 固态材料的连接成形-焊接与粘接
激 光 焊 接 设 备
1.3 固态材料的连接成形-焊接与粘接
激光焊接工艺增强技术：
为了消除或减少激光焊接的缺陷,更好地应用这一优秀 的焊接方法,提出了一些用其它热源与激光进行复合焊接的 工艺,主要有激光与电弧、激光与等离子弧、激光与感应热 源复合焊接、双激光束焊接以及多光束激光焊接等。此外 还提出了各种辅助工艺措施，如激光填丝焊（可细分为冷 丝焊和热丝焊）、外加磁场辅助增强激光焊、保护气控制 熔池深度激光焊、激光辅助搅拌摩擦焊等。
• 为了加速焊接过程、降低对焊接表面粗糙度的要求或防止 接头中出现有害的组织，常在焊接表面间添加特定成分的 中间夹层材料,其厚度在0.01毫米左右。
1.3 固态材料的连接成形-焊接与粘接
材料成形技术课件4.7 连接成形技术的发展趁势
4.7 连接成形技术的发展趁势
4.7.1.焊接技术的发展趁势. 4.7.1.焊接技术的发展趁势. 焊接技术的发展趁势 1.计算机技术的应用 1.计算机技术的应用 2.焊接结构的应用 2.焊接结构的应用 3.焊接工艺的改进 3.焊接工艺的改进 4.焊接热源和焊接材料的开发及应用 4.焊接热源和焊接材料的开发及应用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
4.7.2 胶接技术的发展趁势 1.计算机技术的应用 1.计算机技术的应用 2.胶粘剂的开发及应用 2.胶粘剂的开发及应用 3.先进胶接工艺的应用 先进胶接工艺的应用. 3.先进胶接工艺的应用. 4.7.3 机械连接的发展趁势 1.计算机技术的应用 1.计算机技术的应用 2.紧固件的制造 2.紧固件的制造 3.新工艺的应用 3.新工艺的应用
《工程材料及其成型技术》第八章焊接1
•3．可实现异种金属的连 接
•4．重量轻、加工装配简 单
•5．焊接应力变形大，接 头易产生裂纹、夹渣、气 孔等缺陷。
•
•3．焊接成形的应用
• ① 制造金属结构、机械零件、工具
•
优点：
•
----- 简化制造工艺，化繁为简，以小拼大
•
----- 使用性能好；重量轻；
•
----- 省工、省材、成本低。
• ② 表面保护、修理、修复零件
•
2）碱性焊条（低氢焊条）
药皮CaCO3多，分解成CaO和CO2保护性气体
优点：
抗裂性好（含H2低，CaO 脱S---焊缝含S低）； 焊缝综合力学性能高（Me 烧损少） 。
缺点：
稳弧差，对油锈水敏感， 有毒烟尘（HF）多，抗气孔性差。
（2） 按焊芯化学成分分 八类（P213）
•
• 3、 焊条的型号及牌号(p213)
•
； •
J:结构钢焊条。
•其他牌号见《焊接材料产品样本》，
•
2）型号（国家标准中的焊条代号）
E+四个数：
个位和十位数表示药皮类型和电流种类 十位数又表示焊接位置。 百、千位表示焊缝金属的 抗拉强度（Kfg／mm）
（ 见 P213 ）
•例 E4303 • 3:钛钙型，交直流、正反接；0：全位置焊；
《工程材料及其成型技 术》第八章焊接1
2020年5月26日星期二
•概述
•材料连接方 法
•化学连接
•机械连接
•冶金连接（焊
接）
•金属焊接成形 是用加热、加压等工艺措施，使两分
离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸
接头的材料成形方法。
•
•4．重量轻、加工装配简 单
•5．焊接应力变形大，接 头易产生裂纹、夹渣、气 孔等缺陷。
•
•3．焊接成形的应用
• ① 制造金属结构、机械零件、工具
•
优点：
•
----- 简化制造工艺，化繁为简，以小拼大
•
----- 使用性能好；重量轻；
•
----- 省工、省材、成本低。
• ② 表面保护、修理、修复零件
•
2）碱性焊条（低氢焊条）
药皮CaCO3多，分解成CaO和CO2保护性气体
优点：
抗裂性好（含H2低，CaO 脱S---焊缝含S低）； 焊缝综合力学性能高（Me 烧损少） 。
缺点：
稳弧差，对油锈水敏感， 有毒烟尘（HF）多，抗气孔性差。
（2） 按焊芯化学成分分 八类（P213）
•
• 3、 焊条的型号及牌号(p213)
•
； •
J:结构钢焊条。
•其他牌号见《焊接材料产品样本》，
•
2）型号（国家标准中的焊条代号）
E+四个数：
个位和十位数表示药皮类型和电流种类 十位数又表示焊接位置。 百、千位表示焊缝金属的 抗拉强度（Kfg／mm）
（ 见 P213 ）
•例 E4303 • 3:钛钙型，交直流、正反接；0：全位置焊；
《工程材料及其成型技 术》第八章焊接1
2020年5月26日星期二
•概述
•材料连接方 法
•化学连接
•机械连接
•冶金连接（焊
接）
•金属焊接成形 是用加热、加压等工艺措施，使两分
离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸
接头的材料成形方法。
•
《材料工程基础》课件——第八章 材料的连接
工件 接触引弧
钢焊条焊接钢材时的焊 接电弧
焊接电弧是在电极和工件间的气体介质中长时间放电的现象。 电弧引燃时，弧柱中充满了高温电离气体，发出大量的光和热
手工电弧焊的焊接过程
焊缝附近 基体金属
焊条
焊芯 药皮
电
电
弧
弧
熔化 焊缝
熔 渣 CO2↑ 保护熔池
手工电弧焊的优缺点
优点：设备简单，易于维护，使用灵活；适于多种 钢材和有色金属等，是应用最广泛的焊接方法。
熔炼焊剂：在熔炼炉中制备，成分均匀，适 于大量生产；
陶瓷焊剂：利用粉末冶金工艺制备，颗粒强 度低。
埋弧自动焊的特点
焊接质量高且稳定； 熔深大，节省焊接材料； 无弧光，无金属飞溅，焊接烟雾少； 自动化操作，生产效率高。 设备昂贵，工艺复杂，适于长的直线焊缝和圆筒形
工件的纵、环焊缝的批量生产。
栓接
由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类 紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零 件。 这种连接形式就称为螺栓连接，即栓接。如把螺母从 螺栓上旋下，又可以
使这两个零件分开， 故螺栓连接是属于可 拆卸连接。
焊接
焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接 过程的实质是用加热或加压等手段，借助于金属原 子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连 接起来。
硬钎焊
硬钎焊是指使用的钎料熔点高于480℃的钎焊。其主 要加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、 炉内加热、盐浴加热等。软钎焊的接头强度不高 （＞800MPa）。
硬钎焊所用的钎剂主要有：硼砂、硼酸和氟化物等。 硬钎料主要用于钎焊受力大，工作温度较高的工件。
钎焊接头的形成过程
钎焊接头的形成包括两个过程： ⑴ 钎料熔化和流入、填充接头间歇形成钎料充满焊缝
-连接成形
钎焊：母材不熔化，仅靠焊料熔化填入间隙与母材作用
从冶金的角度，根据焊区特点可分为三大类：
液相焊接：
利用热源加热待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而实 现原子间结合。
固相焊接：
利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使 待焊表面的温度升高，（但一般低于母材金属熔点），通 过调节温度、压力和时间以充分进行扩散而实现原子间结 合。
1、 矿石… 钛铁矿、大理石、长石
等
2、金属或合金… 锰铁、硅铁、铝粉等 3、化工制品… 钛白粉、水玻璃等 4、有机物… 淀粉、木粉等
焊丝：（实芯焊丝）
焊丝中常加Mn、Si、Mo，含碳小于0.10％
用CO2气体保护焊时CO2具有强氧化作 用，焊丝中必须含有足够量的脱氧合金元 素。
H08Mn2SiA用于焊接低碳钢及16Mn钢， H08Mn2SiMoA可用于焊接σt≥600MPa低 合金高强钢。
焊接裂纹：
热裂：严格控制S、P
填满弧坑
减慢焊接速度（减小最后结晶区应力） 改善焊缝形状（避免熔深过大的梨形焊缝） 冷裂：主要是氢致脆性（延迟裂纹） 气孔：清除焊件锈、油
烘干焊条
提高高温熔池保持时间，让气体排除。 降低焊接电流，避免气剂过早分解。 采用短弧焊
第二节
一、电阻焊
压力焊
二、摩擦焊
三、扩散焊
熔化焊：
焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、
电子束焊、激光焊
压焊：
电阻焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊
钎焊： 扩散焊：
一般扩散焊、瞬间液相扩散焊、超塑性成扩散焊
焊
焊接的实质
接
焊接的实质是借助加热或加压、或同时加热和加 压，以实现原子结合。
焊接过程的本质就是通过适当的物理及化学过程，使两个分离表面 的金属原子接近到晶格距离（0.3~0.5nm），形成金属键，从而使两 金属连为一体，达到焊接的目的。 加热源包括：
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焊缝金属韧性、塑性低（药皮中Me烧损大） 抗裂性差——氢脆（焊缝金属含氢多）
优点：
焊接工艺性好，稳弧好。 适应性广，交直流两用，对接头的油、锈、水不敏感。
2）碱性焊条（低氢焊条） 药皮CaCO3多，分解成CaO和CO2保护性气体
优点：
抗裂性好（含H2低，CaO 脱S---焊缝含S低）； 焊缝综合力学性能高（Me 烧损少） 。
② 表面保护、修理、修复零件
耐热层 耐磨层
喷涂
堆焊 耐蚀层 加厚——修复形状和尺寸 （再制造）
焊条
8.1 焊接成形原理
8.1.1焊接电弧 使气体电离 在焊条末端和工件两极之间的气体介 具备两个条件 阴极发射电子 质中，产生强烈而持久的放电现象。 接触电阻：R 短路电流：I d 电阻热：Q=I2Rt E=V/d
动载、冲击选碱性焊条；一般要求选酸性焊条。
3）考虑焊件几何形状
薄件选小规格焊条，接头难清理选酸性焊条。
4）考虑焊机： 交直流，直流。
8.1.4 焊接接头的组织和性能
熔合区：
1）成分不均匀； 2）组织粗大； 3）性能很差。
热影响区的三个部分：
1）过热区：晶粒粗大，塑 韧性差； 2）正火区：晶粒细小，机 性好； 3）部分相变区：晶粒不均 匀，性能差
8.1.5. 焊接应力与焊接变形
1. 焊接变形的基本形式
图8.3.焊接变形的基本形式
2. 焊接应力的产生
(1)机械应力
焊接结构不合理阻碍胀缩引起的应力
(2)热应力
局部加热冷却工件胀缩不同步引应的应力
3. 减少应力的措施
(1) 合理设计焊接结构（P237) 1）力求焊缝数量少，截面小，长度短
b,力求焊缝对称，避免密排交叉
缺点：
稳弧差，对油锈水敏感， 有毒烟尘（HF）多，抗气孔性差。 （2） 按焊芯化学成分分 八类（P213）
3#43; 三个数 （例J422)
个位： 表示药皮类型及电源种类 十位和百位： 表示焊后焊缝抗拉强度（Kgf/mm2）； X（汉字或拼音）表示大类： J—结构钢，A—奥氏体不锈钢，Z—铸铁焊条
② 冷焊：
----焊条 ： a. 钢芯焊条（Z100, Z116, Z117, 等）焊缝获得低C钢、 高V钢、铸铁合金成分等，不能加工。用于非加工面焊接。 b. 铸铁芯焊条，Z248 ，焊缝组织性能与母材相近。可加 工,适合于较大灰口铸铁件的焊补。
焊 缝 金 属
≤ ≤ 0.3 ≤ ≤ 330 0.10 0.03 － 0.03 0.02 0.55
0.02 － 0.05 0.1 － 0.2 0.08 0.15 300 － － 0.23 0.3
33
4-8
5 － 15
② 吸
气
N,H 溶于熔池，结晶时金属的N,H溶解度 迅速下降但来不及析出，出现氢脆，冷裂纹。
8.2 常用焊接方法
手工电弧焊 气焊 埋弧自动焊 气体保护焊 电渣焊 电阻焊 钎焊
2、埋弧自动 焊
原理：焊条送进、电弧移 动实现自动化 设备：焊接电源、焊车、 控制箱 焊接材料： 焊丝——渗合金、脱氧、 去硫 焊剂： 熔炼焊剂—保护作用； 非熔炼焊剂——保护渗合 金、脱氧、去硫
2.中碳钢
裂纹倾向明显
工艺要点： ① 采用 J507 . J502 焊条。 ② 细焊条、小电流，减少焊接热量（母材熔化少） ③ 厚度大的开坡口多层多道焊。 ④ 预热 150－ 250 ℃。
8.3.3. 低合金结构钢的焊接
1.бs＜392 MPa的， 与低碳钢的焊接性相近，不需特殊 措施。 2.бs＞392 MPa的， 焊接性较差，淬硬、冷裂倾向大,必 须采取防裂措施。
2. 钢铁焊接性的评价
钢铁成分: C + Me
C —提高淬硬性 Me—提高淬透性 增大裂纹倾向
碳 当 量
Ni Cu Me Cr Mo V CE= C+ + + （ W.t ％） 5 15 6
CE＜0.4 ％, 焊接性良好，冷裂倾向小。 CE 0.4 - 0.6％ ，焊接性中等，冷裂倾向明显 CE＞0.6％ ，焊接性差，冷裂倾向严重。
例：J422：2:钛钙型，交直流两用； 42：抗拉强度42Kgf／mm2 (420MPa )的； J:结构钢焊条。
其他牌号见《焊接材料产品样本》，
2）型号（国家标准中的焊条代号）
E+四个数：
个位和十位数表示药皮类型和电流种类 十位数又表示焊接位置。 百、千位表示焊缝金属的 抗拉强度（Kgf／mm2） （ 见 P213 ）
3.措 施 ① 机械保护
利用保护性气体（CO2, Ar2）熔渣隔绝空气。
② 药皮保护
通过焊条药皮脱氧、去氢、去硫，渗合金 ----增加熔池的合金元素 ----清除熔池内的有害元素
8.1.3 焊接材料 1、焊条的组成和作用 （1）焊 芯——金属丝 作用： a . 电弧一极 b . 填充焊缝 材料：H08A. H08Mn2Si 等 ——低C.低S.P.以减少焊缝裂纹倾向。 规格： 常用 直径 2，2..5，3，3.2，4，5，6（mm） 长度 250 － 450mm
3.冷裂纹敏感系数（Pc）
Pc ＝ CE +h/600 +H/60
碳当量CE越大，冷裂倾向越大。
板厚h越大，冷裂倾向越大（刚性约束大）
含氢量H越大，冷裂倾向越大（易导致氢脆） 最低预热温度：
Tp = 1440 Pc–392 (℃)
8.3.2. 碳素结构钢的焊接 1.低碳钢
手弧焊 用 J422 . J427 焊条 埋弧焊 用 H08A 或 HO8MeA + 431 焊剂不需采取 特殊措施。
埋弧自动焊的工艺特点及应用
优点： 1）生产率高（熔深大）、成本低 2）焊接质量好、且稳定； 3）劳动条件好； 缺点： 1）适应性较差： 应用不灵活，要求平直焊缝 2）设备投资较大， 焊前准备时间长。 应用： 平焊位置的长直焊缝和环形焊缝
3.气体保护焊
利用保护性气体代 替施焊剂驱赶空气 中有害气体，保护 焊接区和电弧的电 弧焊。 常见气体保护焊 氩弧焊 二氧化碳气体保护焊
1．接头 牢固、封性好； 2．可化大为小、以小拼大 3．可实现异种金属的连接 4．重量轻、加工装配简单 5．焊接应力变形大，接头 易产生裂纹、夹渣、气孔 等缺陷。
3．焊接成形的应用
① 制造金属结构、机械零件、工具
优点： ----- 简化制造工艺，化繁为简，以小拼大 ----- 使用性能好；重量轻； ----- 省工、省材、成本低。
（1） 变形矫正法
1） 加 热 矫 正 法
（2）机械矫正法
(2)消除应力法
1） 下列焊件焊后必须消除应力：
＞25mm的厚焊件要求机械加工的结构和零件； 低温工作的结构； 可能产生应力腐蚀的结构；
σ s＞490MPa 的低合金结构钢。
2）消除应力措施
低碳钢、低合金钢： 550 - 650℃去应力退火, 局部高温回火
（2） 药 皮----矿石粉,合金粉,粘接剂 作用： a.改善焊接工艺性——稳弧 b.机械保护作用——形成熔渣和气体保护熔池 c.冶金处理作用——脱氧、脱硫、渗金属。
8.1.3 焊接材料 2、 焊条的分类
（1）按药皮的性质分 1）酸性焊条
药皮中酸性氧化物多，对金属氧化作用大。
缺点：
例 E4303
3:钛钙型，交直流、正反接；0：全位置焊； 43：抗拉强度43Kgf／mm2 (420MPa )的,E:电焊条。
4、焊条的选用
1） 考虑焊件的成分与性能
低碳钢，低合金钢——选强度等级相同的焊条（等 强度法则）
特殊钢铸铁，有色金属——选成分相近焊条（近成 分法则）
2）考虑焊件的使用性能
C、避开应力集中处布置焊缝,避免尖角
(2) 焊前预热 （ 加热减应法）
(3)合理选择焊接顺序 a、自由性:
加热时自由膨胀，冷却时自由收缩。
b:对称性: 抵消变形，减少变形
C、分散性:
分段焊
4. 减少变形的措施
(1)反变形法
4. 减少变形的措施
（2）刚性固定法
5.焊接应力的消除和变形的矫正
b.最小点距 L L与δ有关，δ越大，L要越大。 c.除净焊接头表面。
应用：薄板冲压结构和钢筋构件。
2. 缝 焊
原理同点焊 优点： 密封性好 缺点： 分流现象严重。
3. 对 焊
（1）电阻对焊 过 程：
加预压后通电产生电阻热－ 断电加压预锻 工艺要点： 除净焊件端面，否则降低接头质量，
要求： 使用含Si, Mn焊丝 如 HO8MnSiA. 特点：见教材 P221
8.2.2.压力焊
电阻热把工件局部加热到塑变状态或熔化状态， 再加压，形成接头的焊接方法。
1. 点焊
利用圆柱形电极 通电加压使焊件接 触面形成焊点的焊 接方法。
工艺要点: a 焊点直径
d＝2δ+3 mm（δ-板厚度 ）
8.1.2.熔焊过程与焊接质量
1.过程： 加热熔化— 熔池形成—结晶/相变 2.问题： ① 氧化：Me + O2 MeO
例 光焊丝与焊缝金属的成分与性能
见下表
1.光焊丝与焊缝金属的成分与性能 化 学 成 分 力 性 %Mt. 学
C Si Mn N O
能
бb
(Mp)
δ
(%)
ak
80
－ 120
光 焊 丝
2.焊补方法
① 热焊：整体或局部预热 到600－700 ℃， 施焊、缓冷 焊后去应力退火 （ 650－700 ℃，保温缓冷） 采用高C, Si铸铁焊条，如 Z 248, Z208，促进石墨化 ② 冷焊： ----常用手弧焊 ----小电流，分段焊 （ 每段总长度 ＜ 50mm ） ----每焊完一层轻击焊缝 － 应力重新分布避免裂纹。
优点：
焊接工艺性好，稳弧好。 适应性广，交直流两用，对接头的油、锈、水不敏感。
2）碱性焊条（低氢焊条） 药皮CaCO3多，分解成CaO和CO2保护性气体
优点：
抗裂性好（含H2低，CaO 脱S---焊缝含S低）； 焊缝综合力学性能高（Me 烧损少） 。
② 表面保护、修理、修复零件
耐热层 耐磨层
喷涂
堆焊 耐蚀层 加厚——修复形状和尺寸 （再制造）
焊条
8.1 焊接成形原理
8.1.1焊接电弧 使气体电离 在焊条末端和工件两极之间的气体介 具备两个条件 阴极发射电子 质中，产生强烈而持久的放电现象。 接触电阻：R 短路电流：I d 电阻热：Q=I2Rt E=V/d
动载、冲击选碱性焊条；一般要求选酸性焊条。
3）考虑焊件几何形状
薄件选小规格焊条，接头难清理选酸性焊条。
4）考虑焊机： 交直流，直流。
8.1.4 焊接接头的组织和性能
熔合区：
1）成分不均匀； 2）组织粗大； 3）性能很差。
热影响区的三个部分：
1）过热区：晶粒粗大，塑 韧性差； 2）正火区：晶粒细小，机 性好； 3）部分相变区：晶粒不均 匀，性能差
8.1.5. 焊接应力与焊接变形
1. 焊接变形的基本形式
图8.3.焊接变形的基本形式
2. 焊接应力的产生
(1)机械应力
焊接结构不合理阻碍胀缩引起的应力
(2)热应力
局部加热冷却工件胀缩不同步引应的应力
3. 减少应力的措施
(1) 合理设计焊接结构（P237) 1）力求焊缝数量少，截面小，长度短
b,力求焊缝对称，避免密排交叉
缺点：
稳弧差，对油锈水敏感， 有毒烟尘（HF）多，抗气孔性差。 （2） 按焊芯化学成分分 八类（P213）
3#43; 三个数 （例J422)
个位： 表示药皮类型及电源种类 十位和百位： 表示焊后焊缝抗拉强度（Kgf/mm2）； X（汉字或拼音）表示大类： J—结构钢，A—奥氏体不锈钢，Z—铸铁焊条
② 冷焊：
----焊条 ： a. 钢芯焊条（Z100, Z116, Z117, 等）焊缝获得低C钢、 高V钢、铸铁合金成分等，不能加工。用于非加工面焊接。 b. 铸铁芯焊条，Z248 ，焊缝组织性能与母材相近。可加 工,适合于较大灰口铸铁件的焊补。
焊 缝 金 属
≤ ≤ 0.3 ≤ ≤ 330 0.10 0.03 － 0.03 0.02 0.55
0.02 － 0.05 0.1 － 0.2 0.08 0.15 300 － － 0.23 0.3
33
4-8
5 － 15
② 吸
气
N,H 溶于熔池，结晶时金属的N,H溶解度 迅速下降但来不及析出，出现氢脆，冷裂纹。
8.2 常用焊接方法
手工电弧焊 气焊 埋弧自动焊 气体保护焊 电渣焊 电阻焊 钎焊
2、埋弧自动 焊
原理：焊条送进、电弧移 动实现自动化 设备：焊接电源、焊车、 控制箱 焊接材料： 焊丝——渗合金、脱氧、 去硫 焊剂： 熔炼焊剂—保护作用； 非熔炼焊剂——保护渗合 金、脱氧、去硫
2.中碳钢
裂纹倾向明显
工艺要点： ① 采用 J507 . J502 焊条。 ② 细焊条、小电流，减少焊接热量（母材熔化少） ③ 厚度大的开坡口多层多道焊。 ④ 预热 150－ 250 ℃。
8.3.3. 低合金结构钢的焊接
1.бs＜392 MPa的， 与低碳钢的焊接性相近，不需特殊 措施。 2.бs＞392 MPa的， 焊接性较差，淬硬、冷裂倾向大,必 须采取防裂措施。
2. 钢铁焊接性的评价
钢铁成分: C + Me
C —提高淬硬性 Me—提高淬透性 增大裂纹倾向
碳 当 量
Ni Cu Me Cr Mo V CE= C+ + + （ W.t ％） 5 15 6
CE＜0.4 ％, 焊接性良好，冷裂倾向小。 CE 0.4 - 0.6％ ，焊接性中等，冷裂倾向明显 CE＞0.6％ ，焊接性差，冷裂倾向严重。
例：J422：2:钛钙型，交直流两用； 42：抗拉强度42Kgf／mm2 (420MPa )的； J:结构钢焊条。
其他牌号见《焊接材料产品样本》，
2）型号（国家标准中的焊条代号）
E+四个数：
个位和十位数表示药皮类型和电流种类 十位数又表示焊接位置。 百、千位表示焊缝金属的 抗拉强度（Kgf／mm2） （ 见 P213 ）
3.措 施 ① 机械保护
利用保护性气体（CO2, Ar2）熔渣隔绝空气。
② 药皮保护
通过焊条药皮脱氧、去氢、去硫，渗合金 ----增加熔池的合金元素 ----清除熔池内的有害元素
8.1.3 焊接材料 1、焊条的组成和作用 （1）焊 芯——金属丝 作用： a . 电弧一极 b . 填充焊缝 材料：H08A. H08Mn2Si 等 ——低C.低S.P.以减少焊缝裂纹倾向。 规格： 常用 直径 2，2..5，3，3.2，4，5，6（mm） 长度 250 － 450mm
3.冷裂纹敏感系数（Pc）
Pc ＝ CE +h/600 +H/60
碳当量CE越大，冷裂倾向越大。
板厚h越大，冷裂倾向越大（刚性约束大）
含氢量H越大，冷裂倾向越大（易导致氢脆） 最低预热温度：
Tp = 1440 Pc–392 (℃)
8.3.2. 碳素结构钢的焊接 1.低碳钢
手弧焊 用 J422 . J427 焊条 埋弧焊 用 H08A 或 HO8MeA + 431 焊剂不需采取 特殊措施。
埋弧自动焊的工艺特点及应用
优点： 1）生产率高（熔深大）、成本低 2）焊接质量好、且稳定； 3）劳动条件好； 缺点： 1）适应性较差： 应用不灵活，要求平直焊缝 2）设备投资较大， 焊前准备时间长。 应用： 平焊位置的长直焊缝和环形焊缝
3.气体保护焊
利用保护性气体代 替施焊剂驱赶空气 中有害气体，保护 焊接区和电弧的电 弧焊。 常见气体保护焊 氩弧焊 二氧化碳气体保护焊
1．接头 牢固、封性好； 2．可化大为小、以小拼大 3．可实现异种金属的连接 4．重量轻、加工装配简单 5．焊接应力变形大，接头 易产生裂纹、夹渣、气孔 等缺陷。
3．焊接成形的应用
① 制造金属结构、机械零件、工具
优点： ----- 简化制造工艺，化繁为简，以小拼大 ----- 使用性能好；重量轻； ----- 省工、省材、成本低。
（1） 变形矫正法
1） 加 热 矫 正 法
（2）机械矫正法
(2)消除应力法
1） 下列焊件焊后必须消除应力：
＞25mm的厚焊件要求机械加工的结构和零件； 低温工作的结构； 可能产生应力腐蚀的结构；
σ s＞490MPa 的低合金结构钢。
2）消除应力措施
低碳钢、低合金钢： 550 - 650℃去应力退火, 局部高温回火
（2） 药 皮----矿石粉,合金粉,粘接剂 作用： a.改善焊接工艺性——稳弧 b.机械保护作用——形成熔渣和气体保护熔池 c.冶金处理作用——脱氧、脱硫、渗金属。
8.1.3 焊接材料 2、 焊条的分类
（1）按药皮的性质分 1）酸性焊条
药皮中酸性氧化物多，对金属氧化作用大。
缺点：
例 E4303
3:钛钙型，交直流、正反接；0：全位置焊； 43：抗拉强度43Kgf／mm2 (420MPa )的,E:电焊条。
4、焊条的选用
1） 考虑焊件的成分与性能
低碳钢，低合金钢——选强度等级相同的焊条（等 强度法则）
特殊钢铸铁，有色金属——选成分相近焊条（近成 分法则）
2）考虑焊件的使用性能
C、避开应力集中处布置焊缝,避免尖角
(2) 焊前预热 （ 加热减应法）
(3)合理选择焊接顺序 a、自由性:
加热时自由膨胀，冷却时自由收缩。
b:对称性: 抵消变形，减少变形
C、分散性:
分段焊
4. 减少变形的措施
(1)反变形法
4. 减少变形的措施
（2）刚性固定法
5.焊接应力的消除和变形的矫正
b.最小点距 L L与δ有关，δ越大，L要越大。 c.除净焊接头表面。
应用：薄板冲压结构和钢筋构件。
2. 缝 焊
原理同点焊 优点： 密封性好 缺点： 分流现象严重。
3. 对 焊
（1）电阻对焊 过 程：
加预压后通电产生电阻热－ 断电加压预锻 工艺要点： 除净焊件端面，否则降低接头质量，
要求： 使用含Si, Mn焊丝 如 HO8MnSiA. 特点：见教材 P221
8.2.2.压力焊
电阻热把工件局部加热到塑变状态或熔化状态， 再加压，形成接头的焊接方法。
1. 点焊
利用圆柱形电极 通电加压使焊件接 触面形成焊点的焊 接方法。
工艺要点: a 焊点直径
d＝2δ+3 mm（δ-板厚度 ）
8.1.2.熔焊过程与焊接质量
1.过程： 加热熔化— 熔池形成—结晶/相变 2.问题： ① 氧化：Me + O2 MeO
例 光焊丝与焊缝金属的成分与性能
见下表
1.光焊丝与焊缝金属的成分与性能 化 学 成 分 力 性 %Mt. 学
C Si Mn N O
能
бb
(Mp)
δ
(%)
ak
80
－ 120
光 焊 丝
2.焊补方法
① 热焊：整体或局部预热 到600－700 ℃， 施焊、缓冷 焊后去应力退火 （ 650－700 ℃，保温缓冷） 采用高C, Si铸铁焊条，如 Z 248, Z208，促进石墨化 ② 冷焊： ----常用手弧焊 ----小电流，分段焊 （ 每段总长度 ＜ 50mm ） ----每焊完一层轻击焊缝 － 应力重新分布避免裂纹。