热加工工艺基础部分 第三章 焊接

1、焊缝金属区 2、熔合区 焊缝与母材交接的过渡区， 即熔合线处微观显示的母材半熔化区 （0.1-0.4mm）（危险区或） 3 、热影响区、材料因受热的影响（但未 熔化）而发生金相组织和力学性能变化的 区域。 过热区（危险较大）、细晶区、不完全再 结晶区、再结晶区
四、焊接应力与变形
原因：焊件不均匀局部加热和冷却是导致 焊接应力和变形产生的根本原因 （一）焊接应力与变形的产生（如图3-8、 3-9、3-10）
（一）影响金属材料焊接性的主要因素 1、材料因素； 2、工艺因素； 3、结构因素； 4、工作环境、载荷性质、工作温度、 工作介质等。
三、焊接热过程对焊接接头组织、 性能影响
（一）焊接热循环，焊件上某点的温度随 时间变化的过程（图3-4）
图3-4 焊件上不同点的焊接热循环 焊件材质为20Mn钢δ =20mm、v=150mm/min、I=170A,U=25V
（二）焊缝区的金属组织与性能（如图3-5）
图3-5 冷轧低碳钢焊接接头温度分布和各区划分
图3-13 加热减应区法 a)焊前b)焊后
3、反变形法（如图3-14）
图3-14 反应形法 a)、c)焊前b)、d)焊后
4、刚性固定法（如图3-15）
图3-15 用刚性固定法拼接薄板
5、选择合理焊接顺序（如图3-16）
图3-16 合理的焊接顺序 a)焊接顺序应能使焊件自由收缩b)对称焊接法c)长焊缝的分段焊 法d)工字梁的焊接方法e)
氩弧焊特点：
1）保护作用； 2）便于操作； 3）热量集中，热影响区小，应力和变形小 4）电弧稳定，飞溅小
（二）二氧化碳气体保护焊（如 图3-25）
图3-25 CO2 气体保护焊示意图 1—直流弧焊机 2—导电嘴 3—焊柜喷嘴 4— 送丝软管 5—送丝机构 6—焊丝盘 7—CO2 气瓶 8—减压器 9—流量计
图3-2 焊接纯铁时所必需的温度和压力 Ⅰ—高压焊接区Ⅱ—电阻焊接区Ⅲ—熔焊区 Ⅳ—不能实现焊接的区域
二、焊接冶金过程及其对焊接质 量的影响
焊接冶金过程，指熔焊时焊接区各种物质之间在 高温下相互作用的过程，其实质是焊接条件下的 再熔炼过程。 （1）焊接电弧：具有一定电压的两极间或电极与 母材间，在气体介质中产生的强裂而持久的放电 现象。 电弧特性： 1 ）焊接电弧由阴极区，阳极区和弧柱三部分组 成（阴极区 2400K、阳极区 2600K、弧柱区 6000800K） 2）总热量 Q=KI2U 直流电焊机（正接[ 焊件正、 电极负]、反接）、交流电焊机
（2）按焊件的工况情况 a、焊接承受动载，交变载荷及冲击载荷， 应选用碱性焊条； b、焊接承受静载荷的结构件时，应选用 酸性焊条 c、焊件表面有油污、锈等难以清理的结 构件，应选用酸性焊条； d、焊接在特殊条件工作的结构件，应选 用特殊用途焊条 （3）按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊 条
三、焊条电弧焊焊接工艺规范
三、钎焊 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，低于母材熔化温度，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。
钎焊种类：
1、硬钎焊——使用硬钎料（＞450°C）进 行的钎焊称为硬钎焊。 钎料——铜基、银基、铝基、等合金。 钎剂——硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。 加热方法——火焰加热，炉内加热
1、焊条的组成和作用
组成： 药皮（①透气，保护作用；②冶金作用； ③稳弧、脱渣作用） 焊芯（①填充材料；②电极）
2、焊条的分类
（ 1 ）按焊条熔渣的化学性质分：①酸性焊 条 ②碱性焊条 （2）按焊条用途分为十一大类 （ 3 ）焊条型号（由国家标准分别规定各类 焊条的型号编制） 方法：碳钢焊条的型号 E4315(E 表示焊条、 43 表示焊敷金属的最低 σ b 为 420Mp、1 表 示施焊适于全位置焊接、15表示低氢钠型 药皮，直流反接使用)
（2）焊接的冶金特点 1）熔池中冶金反应不充分，常发生偏析、 夹杂等缺陷 2）氧、氢、氮等气体分子吸收电弧热量易 分解成活泼原子和离子。 熔滴过渡时与气体和熔渣接触面积超过普 通炼钢过程。 电弧长度越大、氢、氧、氮等气体侵入机 会多。 3）渗合金、补充烧损元素，起脱氧作用。 4 ）焊缝中硫和磷的质量分数超过 0.04% 时，容易产生裂纹。应选用含硫和磷低的
第三章 焊接
概述 1、焊接的概念 2 、焊接的方法分类（熔焊、压焊、钎焊表 3-1） 钎焊：采用比母材金属熔点低的金属材料作 为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、 低于母材熔化温度，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）
第一节 焊接的基本原理
一、焊接的实质
6、锤击焊缝法（如图3-17）
（四）焊接变形的矫正 1、机械矫正法（如图3-19）
图3-19 机械械矫正法 a)压力矫正b)锤击矫正变形的步骤
2、火焰矫正法（如图3-20）
图3-20 火焰矫正法 a）T形梁的火焰矫正b)薄板波浪变形的火焰 矫正
第二节 焊条电弧焊
电弧焊利用电弧作为热源的熔焊方法。 焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊 接的电弧焊方法。
3、焊条选用 根据焊条性能特点，并考虑焊件的结构特点，工 作条件、生产批量、施工条件及经济性等因素合 理选用焊条。 主要考虑因素： （1）按强度等级和化学成分选用焊条 a、一般结构，一般选用与焊件强度等级相同的焊 条； b、焊接异种结构钢，按强度等级低的钢种选用； c、焊接特殊性能钢，应选用与焊件化学成分相同 或相近的特种焊条； d、焊件碳、硫、磷分数较大，应选用碱性焊条； e、焊接铸造碳钢成合金钢，一般选用碱性焊条。
第三节
其它焊接方法
一、埋弧焊（电弧在焊剂层下燃烧进行的 焊接方法如图3-21）
图3-21埋弧焊示意图 1—焊件 2—焊剂 3—焊剂漏斗 4—焊盘丝 5— 焊丝 6—焊接机头 7—导电嘴8—焊缝 9—渣壳
（一）焊接过程
电弧引燃后，焊丝盘中的光焊丝通过导 电嘴不断送入电弧区；电弧则随着焊接小 车的前进而匀速向前移动，焊剂从漏斗中 流出撒在焊缝表面。电弧在焊剂层下的光 焊丝和焊件之间燃烧。
（二）焊接裂纹与焊接变形形式（如图311、3-12）
图3-12焊接变形的基本形式 a)收缩（纵向、横向）变形b)角变形c)弯曲变形d)波浪变形e) 扭曲变形f)错边（长度方向、厚度方向）变形
σ ＞σ s时，产生变形 σ ＞σ b时，产生裂纹，甚至断裂
（三）预防和减小焊接应力及变形的措施 1、合理设计焊接结构（减少焊缝长度和截 面积、尽量采用对称焊缝、避免交叉焊缝） 2、焊前预热（焊后冷却时，加热区与焊缝 同时收缩。此法称为加热减应区法）（如 图3-13）
它用焊丝作电极，送丝机构自动送丝。 特点： 1、电流密度大、熔深大、焊速快、焊后 无需清渣； 2、由于保护气体的压缩作用，电弧热量 集中，焊接热影响区较小，加上CO2气流 的冷却作用，产生变形和裂纹的倾向小。 3、焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好 （其他熔焊的工艺方法同学自学）
第四节 压焊与钎焊
焊接过程中，必须对焊件施加压力 （加热或不加热），以完成焊接的 方法称为压焊。
一、电阻焊
工件组合后通过电极施加压力，利用电 流通过接头的接触面及邻近区域产生的 电阻热进行焊接的方法称为电阻焊。 电 阻 焊 利 用 低 电 压 （ 2-10V) 、 大 电 流 （几千安-几万安），焊接时间极短，生 产率高，焊件变形小，无需填充金属， 操作简单，劳动条件较好，易实现机械 化和自动化。 （一）对焊（是使用两个被焊工件沿整 个接触面焊合的电阻焊工艺）
特点：焊接接头 质量高，端面 清理不要求严 格
（二）电阻点焊
电阻点焊是焊件装配成搭接接头，并压 紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材 金属，形成焊点的电阻焊方法。电阻电 焊的工艺过程（如图3-32）
焊接时，先加压后通电，被紧密压合的两 焊件柱状电极接触处，由于电阻热温度急 速升高被熔化形成熔核，周围金属材料并 呈塑性状态，断电后，继续保持或稍加大 压力，封密在塑性材料中间的熔核在压力 下凝固结晶，获得组织致密的焊点。 焊第二点时，部分电流会流经已焊好的焊 点，这种现象称为分流现象，分流会使焊 接处电流变小，影响焊接质量，故两焊点 间应有一定距离，其大小与焊件材料及厚 度有关，导电性越强，厚度越大，分流起 严重，点距应该越大。 点焊通常采用搭接接头。
2、软钎焊——使用软钎料（＞450°C）进 行的钎焊 钎料——锡、铅 钎剂——松香、酒精溶液、氯化锌溶液 加热方法——常用烙铁加热 钎焊特点：加热温度低、焊件应力、变形 小，同种异种金属均可焊接。
第六节 常用金属材料的焊接
一、金属材料的焊接性能
金属材料的焊接性能是指材料在限定的 施工条件下，焊接成按规定设计要求的 构件，并满足预定服役要求的能力。 焊接性受材料、焊接方法、构件类型及 使用要求四个因素影响。 焊接性的好坏主要从两个方面衡量： 焊接工艺性的优劣；焊接接头在使用过 程中的可靠性。
保护电极和熔化金属不受空气的有害作用， 同时氩气又不溶于液体金属。 1 、熔化极电氩弧焊 以连续送进的焊丝 作为电极，同时又起填充金属作用。通常 适用于焊接较厚的焊件，如板厚8mm以上的 铝容器。 2、钨极氩弧焊 常用高熔点的钨或钨合金 作为电极，焊接时需加填充金属，填充金 属可以是焊丝，也可以是焊接接头中附加 填充金属条或采用卷边接头等。
1、电阻对焊 电阻对焊是将工件装配成对 接接头，使其端面紧密接触，利用电阻热 加热至塑性状态，然后用迅速施加顶锻力 完成焊接的方法。（如图3-30）
2、闪光对焊 工件装配成对接接头，接通 电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触， 利用电阻热加热这些接触点，使端面熔化， 直至端部在一定深度范围内达到预定温度时， 迅速施加预锻力完成焊接的方法。（如图331）
使两个分离的物体通过加热成加压，或两 者并用，在用或不用填充材料的条件下借 助原子间的联系与质点的扩散作用形成一 个整体的过程。 分离物体永久结合条件：两物体相互接近 到0.3-0.5nm，使之达到原子间的力能达到 相互作用的程度,而加热、加压或两者并用， 来克服妨碍原子结合因素，以达到永久牢 固连接。（如图3-2）