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第四篇 焊接
第一章 电弧焊
§1 .1焊接电弧
焊接电弧：是电极与工件之间气体介质中长时间的放电现象。 一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总热ห้องสมุดไป่ตู้的43%，阴极
约36%，弧柱约21%。 温度：用钢焊条焊钢材时
阳极区—2600K 阴极区—2400K 电弧中心—6000~8000K 使用直流电源焊接时有正接、反接两种： 正接：正极接工件—工件温度可稍高一些。 反接：负极接工件，工件温度可稍低一些。 交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K。 焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为50~90V，电弧稳定燃烧 时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为16~35V。
二、电焊条 ⒈焊芯
起导电和填充焊缝作用，直径最小为1.6，最大为8。常用 φ3.2~φ5。
⒉焊条药皮 主要作用：提高电弧稳定性；防止空气对熔化金属的有害 作 用；对溶池脱氧，加入合金元素，以保证焊 缝金属的化学成分和力学性能。
⒊焊条的种类、型号和牌号 焊条有七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆 焊焊条、铸铁焊条、铜焊条、铝焊条 焊条的型号、牌号 型号牌号关系 东工机械零件设计手册 P682 表8-39 碳钢焊条
⒉焊接热影响区、熔合区、过热区、正火区、部分相变区等。 ⑴ 熔合区
处于液相线、固相线之间，所以也称半熔化区。因温度过高而成 为过热粗晶，强度、塑性和韧性都下降。此处接头断面变化，易 引起应力集中。此区很大程度上决定着焊接接头的性能。 ⑵ 过热区 被加热到Ac3以上100～200°C至固相线温度区间。奥氏体晶粒 急剧长大，形成过热组织，故塑性、韧性降低，对易淬火钢，此 区脆性更大
④ 焊前预热，可减小温差，减少焊接应力较为有效。 ⑤ 采用小能量焊接方法，或焊后立即捶击。 ⑥ 需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应力退火。 ⑦ 采用水压试验或振动法消除焊接应力。
焊接变形：由焊接应力引起。 变形种类：
图4-7 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形
焊件产生变形主要由焊接应力引起的，预防焊接应力的措施 对防止焊接变形有时是有效的。
⑶正火区
被加热到Ac1到Ac3以上100～200°C区间。在此区温度范围 内，加热时发生重结晶，转变为细小的奥氏 体晶粒，冷却后 为均匀而细小的铁素体和珠光体，其力学性能优于母材。
⑷部分相变区
相当于加热到Ac1～Ac3温度区间。珠光体和部分铁素体发 生重结晶，转变成细小奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变， 但晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均，因而其力学性能 比正火区稍差。
所以焊接中应：合理选材、采取措施减少应力、选 用合理的焊接工艺、焊接参数 （如：采用碱性焊条、小能量焊接、预热、合理 的焊接次序等
§1.4 焊条电弧焊
焊条电弧焊（即手工电弧焊）适于高强度钢、铸钢、铸铁、和 非铁合金，其焊接接头可与工件的强度相近，是焊接生产中 应用最广泛的焊接方法。
一、焊条电弧焊的焊接过程 电弧在工件和焊条之间燃烧，产生高温，电弧热使工件、焊
焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，决定于焊接 方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。增加焊 接速度或减少焊接电流都能减少焊接热影响区 。
三、改善焊接热影响区组织和性能的方法
焊接热影响区在电弧焊焊接接头中是不可避免的。
用焊条电弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳钢结构 时，热影响区较窄，危害性较小，焊后不进行热 处理即可使用。
焊缝是靠一个移动的点热源加热，然后逐次冷却下来形 成的，因此应力的形成、大小和分布状况较复杂。
假定整条焊缝同时形成，则应力分布如图4-5
焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能，承载能力 大为降低，对于接触腐蚀性介质的焊件，应力腐蚀现象 加剧，减少使用期限。
对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接应力的 防止和消除： ① 选择塑性好的材料。 ② 避免焊缝密集交叉，焊缝过长，截面过大。 ③ 合理的焊接次序。图4-6 a 为正确。
当对焊件的变形有较高的限定时： 结构设计中应采用：对称结构或大刚度结构、焊缝对称分布 结构。 施焊中：采用反变形措施或刚性夹持方法（刚性夹持不适于 淬硬性较大的钢结构和铸铁 件）。
焊接应力过大的严重后果是焊件（工件）产生裂纹， 危害极大，对重要工件焊后应探伤。
焊接裂纹与： 焊接材料的成分（如硫、磷含量高）有关； 和焊缝金属的结晶特点（结晶区间要小）有关； 含氢量的多少有关。
但对重要的碳钢构件、合金钢构件、电渣焊焊接 的构件为消除热影响区影响，一般采用焊后正火 处理。
对焊后不能进行热处理金属材料或构件，则只能 在正确选择焊接方法与焊接工艺上来减少焊接热 影响区的范围。
§1.3 焊接应力与变形
焊接过程中，焊缝被加热处于液态，相邻的金属加热到 很高的温度，然后再快速冷却下来，各点处温度不同， 冷却速度也不相同，在热胀冷缩和塑性变形的影响下， 必将产生内应力、变形或裂纹。
§1.2 焊接接头的组织与性能
一、焊接工件上温度的变化与分布 各点处由常温—较高温度—常温
固态 液态 固态 温度变化如4-3图 二、焊接接头组织与性能 以低碳钢为例 P132 图4-4中，左图是焊件的横截面，右
图是铁碳状态图的一部分
⒈焊缝 焊缝的结晶是从熔池底壁开始向中心成长。焊缝两侧工件方向冷 却较快，故形成的柱状的铸态组织，由铁素体和少量的珠光体组 成，熔池中部最后结晶，低熔点的硫磷杂质和氧化铁等易偏析物 集中在焊缝中心，将影响焊缝的力学性能。 由于电弧吹力和保护气体吹动，熔池底壁柱状晶体成长受到干扰， 柱状晶体呈倾斜状，晶粒有所细化。 由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属性能可能不低于母材金属 的性能。
芯同时熔化，形成熔池。同时药皮熔化和分解。 药皮熔化→进入熔池发生反应→形成熔渣→保护熔化金属。 药皮分解→CO2,CO,H2等气体→围绕在电弧周围→保护熔化 金属。 焊缝质量有很多因数决定，如母材 金属和焊条质量、焊前的清理程度、 焊时电弧的稳定情况、焊接参数、 焊接操作技术、焊后冷却速度、以及 焊后热处理等。