焊接技术与连接成型(带动画)

焊接材料
2）焊条的分类、牌号及型号 分类：按用途可分为非合金钢焊条、低合金钢焊 条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合 金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条，特殊 用途焊条等；按熔渣性质可分为酸性焊条和碱性焊 条 。 牌号及型号：电焊条牌号是焊条行业统一的代号， 而焊条型号是国家标准规定的代号。 电焊条的型号用“字母（大写）××××”表示。 电焊条的牌号用“符号（或汉字）×××”表示。
选择（按钢种）：
1、低碳钢和普通低合金钢：焊缝与母材等强度，按钢材 强度等级选相应强度级别的焊条，注意：钢材按屈服强 度定等级，结构钢焊条等级按是指焊缝金属抗拉强度最 低保证值；不同钢种的接头，按较低强度者选用焊条， 提高 塑韧性。 2、 铸钢含炭量一般较大，且形状复杂，厚度较大，焊接时 易产生应力和裂纹，用碱性焊条。 3、不锈、耐热钢等用专用焊条。 4、受力复杂、高温高压，应选用碱性焊条。
§3-1 焊接成形基础
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 熔焊冶金过程及其特点 焊接接头的组织和性能 焊接应力与变形 焊接裂纹 材料的焊接性
3.1.1 熔焊冶金过程及其特点
1、熔焊冶金过程和特点：在熔焊过程中，焊接接头金属 将发生 一系列的物理、化学反应，称为熔焊冶金过程。 焊缝区的化学冶金过程 气体和合金，在 冶金过 焊接熔池中产生复杂的化学冶金反应。 程包括 热影响区的物理冶金过程 热影响区的组
• 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（如书P95-96表3-4）、焊接参数、接头形式和焊后冷却 速度等因素。 • 1、焊接材料：焊芯、焊丝、药皮、焊剂；
• 2、焊接方法：热源温度高低、热量集中程度，如激光焊 热量集中，热影响区小；熔池保护如：氩弧焊；
• 3、焊接工艺：电流、电压、焊接速度、线能量等直接影 响接头热量大小；熔合比（坡口大小、形状等）影响焊缝金 属成分，如：高碳钢 “I”型坡口焊缝碳含量过高，易裂；
（10）机械拉伸法：对
焊件施加载荷，使焊缝 区产生塑性拉伸如：压 力容器的水压试验。 ⑾温差拉伸法：利用 温差使焊缝两侧金属受 热膨胀以对焊缝区进行 拉伸，使其产生拉伸塑 性变形，减少或消除应 力。 ⑿振动法：通过激振 器使焊接结构发生共振 产生循环应力来降低或 消除内应力。
⑩ ～⑿相似⑦，锤 击伸长，塑性变形.
焊芯是 电 焊 条 作用 中被药 皮包覆 的金属 芯。
产生电弧； ②作为填充 金属，与母 材共同组成 焊缝金属； ③添加合金 元素。
药皮是 压涂在 主要 焊芯表 作用 面的涂 料层。
①改善焊接 工艺性；② 机械保护作 用；③冶金 化学作用。
药皮：造气、造渣、渗合金；脱氧、脱氢、去S\P；稀渣、稳弧。
为了保证焊缝质量，采取的工艺措施：
1、机械保护：气、渣，清理锈、水、油，烘干焊条等； 2、清除已进入熔池的有害元素：如Mn、Si铁等合金，置换 Fe元素； 3、弥补烧损：如加入锰铁等，提高焊缝性能。
造气、造渣、渗合金；脱氧、脱氢、去S\P。
2、焊接材料 电焊条（即涂有药皮的供焊条电弧焊用 的熔化电极）是焊条电弧焊的重要焊接材料。 1）电焊条的组成： 如图4.2.5所示。 电 焊芯 焊 条 药皮 ①作为电极， 图4.2.5 电焊条示意图
2、焊接应力与变形产生的原因： 焊 接 时
焊缝和近缝区：产生压应 冷 力，同时产生压缩变形。
却 近缝区两侧：产生拉应力。时
焊缝和近缝区：产生 拉应力。 两侧：产生压应力。
图4.1.3 焊接应力和焊接变形
焊后残留在焊件内的应力和变形称为焊接残余应力和焊接残余 变形。焊接应力和焊接变形总是同时存在。
对于承受重载的重要结构件、压力容器等，焊接应力必须加以 防止和消除。
第三章 连接成形
绪论 §3.1 焊接成形基础 §3.2 焊接成形方法 §3.3 特种焊接与切割技术 §3.4 常用工程材料的焊接 §3.5 焊接件生产与检验（实训教学内容） §3.6 胶接与机械连接
绪论
连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法，按其 机理不同，可分为焊接、胶接和机械连接等三大类，如下列 框图所示，也可按课本（P90）分为机械、物理化学和冶金 连接。
3.1.2 焊接接头的组织和性能
（物理冶金过程）
焊接接头是由相互联系，而在组织和性能上又有区别 的三部分所组成，包括焊缝区、熔合区和热影响区。
图4.1.2 焊接接头组织变化示意图
一、焊接工件上温度 的变化与分布（热循 环）
焊接时，电弧沿着工件 逐渐移动并对工件进行局 部加热。因此在焊接过程 中，焊缝及其附近的金属 都是由常温状态开始被加 热到较高的温度，然后再 逐渐冷却到常温。但随着 各点金属所在位置的不同， 其最高加热温度是不同的。 图4—3给出了焊接时焊件 横截面上不同点的温度变 化情况。最高温度不同， 达到最高温度的时间也不 同。
* （ 4 ）重量轻、省料、省工、成本低 : 比铆接可节省材料 10%～20%； （5）便于实现机械化和自动化。 不足： （1）焊接结构不可拆卸，修理和更换不方便。 （2）易产生焊接应力、变形、裂纹、未焊透、夹渣、气孔 等焊接缺陷。 （3）焊接接头的组织和性能较差。
焊接方法分三大类：
（1）熔焊 指焊接过程中将焊件加热至熔化状态，不 加压力而完成焊接的方法。熔焊适用于各种金属和合金 的焊接加工，常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊 等。 （2）压焊 指焊接过程中对焊件施加压力（加热或不 加热）而完成焊接的方法。压焊适用于塑性较好的金属 材料的焊接，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦焊等。 （3）钎焊 指将比母材（被焊接的材料的总称）熔点 低的填充金属（称作钎料）熔化之后填充工件接头间隙， 并与固态母材相互扩散以实现连接的焊接方法。钎焊不 仅适合于同种材料的焊接加工，也适合于异种金属或异 类材料的焊接。
由于熔池冷却速度较 快,所以柱状晶粒较细小， 加上焊接材料渗入的合金 如Mn、Si等高于母材，使 得焊缝金属的力学性能一 般不低于母材性能，但易 产生裂纹。
图3.1.1焊缝金属结晶示意图
2.熔合区
又称半熔化 区 是焊缝与母材 交接的过渡区， 组织由粗大的过 热组织-粗晶和 部分新结晶的铸 态组织构成。该 区很窄，化学成 分和组织不均匀， 接头断面变化， 应力集中，因此， 强度低，脆性大， 是焊接接头中最 薄弱的部位之一。
织和性能发生了变化
熔焊冶金特点 ： 特点 ①冶金条件差：焊接熔池易暴露，周围空气
易发生各种冶金反应。
②冶金反应温度高：金属烧损 （C、Si、Mn） ③熔池体积小，散热快，冶金过程短：
易出现成分偏析，渣、气等不易排除；
（化学冶金过程）空气易发生各种冶金反应，O、
N、H+Fe、C、Si、Mn、Cr、S、p；温度高，金属烧损 ；冶 金过程短，易出现成分偏析，渣、气等不易排除，如Fe4N,H脆。
对焊后不能进行热处理的金属材料或构件，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。
3.1.3
焊接应力与变形
1、焊接应力与变形的影响(书中3.2.4.2)： ①易引起焊接裂纹；
影 ②降低结构的使用性能； 响 ③影响结构的精度。
2、焊接应力与变形产生的原因：
当焊缝及其相邻区金属处于加热阶段时都会膨胀，但受到 焊件冷金属的阻碍，不能自由伸长而受压，形成压应力。该压 应力使处于塑性状态的金属产生压缩变形。随后再冷却到室温 时，其收缩又受到周边冷金属的阻碍，不能缩短到自由收缩所 应达到的位置，因而产生残余拉应力(焊接应力)。下图所示为 平板对接焊缝和圆筒环形焊缝的焊接应力分布状况。
电焊条的牌号用“符号（或汉字）×××” 表示； 符号表示焊条的类型（详见表4.2.1）； 前两位数字表示各大类中的若干小类（结 构钢焊条表示焊缝金属抗拉强度最小值的十分 之一，单位为MPa）； 最后一位数字表示药皮类型及焊接电源。 如：J422表示结构钢焊条焊缝金属抗拉强度不 低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型，电源 为直流或交流电源。
• 4、焊后热处理：正火细化晶粒，退火降低应力。
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，因热影响区较窄，危害性较小，焊后 不进行热处理即可使用。但对重要的碳钢构件、 合金钢构件或用电渣焊焊接的构件，则必须注意 热影响区带来的不利影响。为消除其影响，一般 采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组 织转变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的 性能。
3、焊接应力的减少和消除（3.2.4.4）：
考察由设计 焊接整个过程。
设计（***下述① ② ③ 其他弄懂为什么，看懂图）、 焊接方法、参数（电流）、顺序、预热、锤击、退火。 ①首先，在结构设计时应选用塑性好的材料; ②满足需要时，接头刚性要小； ③尽量减少焊缝数量和尺寸，并避免焊缝密集（均 匀）和交叉（ 少、小、短、不交叉、不密集）； ④合理的焊接方法（钎焊、焊条电弧焊）焊接参数 （电流、电压、焊接速度、线能量（如激光）、焊条直径等）；
1.焊缝区
熔焊焊缝的组 织为柱状铸态 组织,其结晶示 意图如3.1.1所 示. 以低碳钢 为例说明焊缝 和焊缝附近区 域由于受到电 弧不同程度的 加热而产生的 组织与性能的 变化。
图3.1.1焊缝金属结晶示意图
焊缝的结晶是从熔池底壁开始向中心成长的。因结晶时各个方 向的冷却速度不同，从而形成柱状的铸态组织，由铁素体和少 量珠光体所组成。因结晶是从熔池底部的半熔化区开始逐次进 行的，低熔点的硫磷杂质和 氧化铁等易偏析物集中在焊 缝中心区，将影响焊缝的力 学性能。因此，应慎重选用 焊条或其它焊接材料。
是指焊缝两侧因焊接热作用没有熔化但发生 组织和性能变化的区域。对于低碳钢，热影响区可分为过热区、 正火区和部分相变区。 （1）过热区： 组织为粗大的过 热组织，塑性和 韧性较差。
3 热影响区
（2）正火区：组 织为正火组织， 力学性能优于母 材。
（3）部分相变区： 晶粒大小不均匀， 力学性能较差。
二、影响焊接接头质量的因素分析
3）焊条的选用原则
选用焊条通常是根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、 耐腐蚀性以及高温性能等要求，选用相应的焊条种类。再考 虑焊接结构形状、受力情况、焊接设备条件和焊条售价来选 定具体型号。
两种焊条特点 1、从力学性能考虑： 酸性焊条氧化性强，焊缝质量差； 2、从焊接工艺考虑： 酸性焊条稳弧性好，飞溅小，易脱渣，焊缝处理要求不严 格，交、直流均可； 3、从经济性考虑： 酸性焊条价格便宜。
⑤采用合理的焊接顺 序，使焊缝自由收缩 （先横后纵，先内后 外）； ⑥加热减应区（预 热）； ⑦锤击焊缝；⑦相似 ⑩ ～⑿
⑧预热（相似⑥）和 后 热 （ 加 热 到 200350℃ 保 温 2-6h ， 主 要消H）。。 ⑨去应力退火：加热 温度为500～650℃， 可进行整 体或局部去 应力退火。
图4.1.7 温度拉伸法示意图 1——喷水排管；2——焊件； 3、4——氧乙炔焰炬
4、焊接变形的防止和矫正（3.2.4.3）：
（1）焊接变形 的基本形式（如 图4.1.4所示）
收缩变形 基 本 形 式 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形
图4.1.4 焊接变形
（2）防止焊接变形的措施： 1）在结构设计上：
碳钢电焊条的型号用字母（大写）××××” 表示；
字母表示焊条类型（详见表4.2.1）； 前两位数字：表示熔敷金属抗拉强度最小值的十 分之一，单位为Mpa； 第三位数字；表示焊条适用的焊接位置（0和1表 示焊条适于全位置焊接，2表示适于平焊及平角焊，4 表示适于向下立焊）， 后两位数字的组合表示焊接电源种类及药皮类型。 如：E5015表示焊缝金属抗拉强度不低于500MPa， 适于全位置焊接，药皮类型为低氢钠型，电流种类为 直流反接。
熔焊
连 接 成 形
焊接
压焊
胶接
钎焊
螺栓连接
机械连接
铆接
焊
接
源自文库
焊接是利用局部加热或加压，或两者并用，并 且用或不用填充材料，使分离的两部分通过原子的 扩散与结合而形成永久性连接的一种工艺方法。
焊接的特点：
（1）成形方便：能短时间内生产出复杂的焊接结构。 （2）适应性强：能生产各种型号、批量设备。 *（3）连接性能好:焊缝可满足各种性能要求。