第十二章 焊接成形工艺

四、埋弧焊
定义：埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行的焊接方法。电弧的引燃、 焊丝的送进和电弧沿焊缝的移动，都是由设备自动完成，简称埋弧焊。 1、埋弧焊的焊接过程 如图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送丝；引弧；焊剂自动下 料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃烧。
埋弧自动焊接过程（焊缝剖面图）
2、埋弧焊的特点与应用
第十二章 焊接成形工艺
概述 第一节 电弧焊 第二节 焊接质量及其控制 第三节 其他焊接方法 第四节 常用金属材料的焊接 第五节 焊接结构工艺性
概述
焊接是指通过加热或加压或两者并用方法使分 离的金属焊件通过原子间扩散与结合而形成永 久性连接的加工方法。
第一节 电弧焊
电弧焊是利用电弧作热源的熔焊方法，包括焊条电弧焊、埋弧焊、 气体保护焊等。
E 43 0 3
焊条
熔敷金属抗拉强 度的最小值置（0和1表 示焊条适用于全位置焊接， 2表示适用于平焊，4表示 适用于立焊）
第三位和第四位数字 组合时表示焊接电流 种类及药皮类型。
（3）焊条的选用 1）选择与母材的化学成分相同或相近的焊条。 2）选择与母材等强度焊条。 如:Q345（16Mn）的抗拉强度约为520MPa，因此选用型号J502或J506、 J507焊条。
三、焊条电弧焊
焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，是目前生产 中应用最广泛、最普遍的一种焊接方法。
1、焊条电弧焊焊接过程
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
2、焊条
（1）焊条的组成与作用 焊条由焊芯和药皮两部分组成。 焊芯的作用：焊芯起导电和填充金属的作用。 药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害
埋弧焊与焊条电弧焊相比，特点如下：
（1）焊缝质量好
（2）生产率高、节省焊接材料
（3）劳动条件好
应用：目前埋弧焊广泛应用于船舶、机车车辆、飞机起落架、锅炉及 化工容器等设备中。
3、埋弧焊工艺
焊接前，要消除焊缝两侧50—60mm内的铁锈和污垢，以免产生气孔。 埋弧焊一般在平焊位置上施焊，用以焊接对接或T形接关的长直缝和对接 接头环形焊缝。对于板厚20mm以下的焊件，一般采用单面焊。板厚超 过20mm时可进行双面焊，或开坡口单面焊。由于引弧处和断弧处质量 不易保证，焊前应在焊缝两端焊上引弧板和引出板，为了防止焊件烧穿 和保证焊缝成形，生产中常采用焊剂垫或垫板，或用焊条电弧焊封底。
低碳钢焊接接头组织变化
二、焊接应力和变形
1、焊接变形和残余应力产生原因
在焊接过程中，对焊件进行局部均匀加热和冷却是产生焊 接变形与应力的根本原因。
焊接时，焊件各部分冷热不均， 受热部位产生拉应力，未受热部位 则产生压应力。当应力达到一定程 度，焊件出现变形。
平板对接时变形与应力的形成 a)焊接过程中 b)冷却以后
熔合区是被加热到固相线与液相线之间的区域。 一般是粗大的过热组织或粗大的淬硬组织和铸态的混合组织。其性能是焊接 接头中最差的。
焊缝金属结晶示意图
3、热影响区的组织和性能
过热区：高温影响，晶粒粗 大。塑性和韧性下降，显著 影响焊件接头性能。 正火区：最高加热温度比 Ac3稍高，晶粒重结晶细化， 获得正火组织。机械性能改 善。 部分相变区：最高加热温度 比Ac1～Ac3稍高，珠光体和 部分铁素体重结晶细化。晶 粒大小不均，机械性能稍差。
作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素。
几种常用焊芯的牌号和成分（摘自 GB/T 1495--1999）
结构钢焊条药皮配方示例（%）
（2）焊条种类及型号
分类：我国将焊条按化学成分分为七大类，即碳钢焊条、低合金 钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、 铝及铝合金焊条。
焊条型号：碳钢焊条型号按GB/T5117—1995，用E和数字表示，如 E4303、E5013、E5016等。
对焊焊缝的应力分布
2、焊接变形的防止和矫正
常见焊接变形的基本形式 a)收缩变形 b)角变形 c)弯曲变形 d)扭曲变形 e)波浪变形
电弧
2、电弧的构造及热量分布
3、电弧极性及其选用
正接—焊条接阴极，工 件接阳极，此时工件受热 多，宜焊厚板大工件。
反接—焊条接阳极，工 件接阴极，此时工件受热 少，宜焊薄板小工件。
二、电弧焊的冶金特点
钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
焊接冶金过程与一般冶炼过程不同: 一是冶炼温度高，容易造成合金元素的蒸发与烧损； 二是冶金过程短，难以达到平衡状态； 三是冶炼条件差，有害气体难免侵入熔池，形成脆性的氧化 物、氮化物和气孔，使焊缝金属的塑性、韧性显著下降。
应用：
CO2气体保护焊目前广泛 用于造船、汽车、机车车辆、 农业机械等工业部门。主要 焊接厚度30mm以下的低碳 钢和低合金高强度结构钢。
CO2气体保护焊示意图
第二节 焊接质量及其控制
一、焊接接头的组织与性能
焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。 1、焊缝的组织和性能
焊缝是指焊件经焊接后所形成的结合部分。 2、熔合区的组织和性能
应用：主要用于铝、镁、钛等易氧化的有色金属及其合金， 以及不锈钢、耐热钢等焊接；钨极氩弧焊，尤其脉冲钨极 氩弧焊特别适用于薄板的焊接。 2、CO2气体保护焊 定义：CO2气体保护焊是以CO2气体作为保护气体的电弧 焊工艺，简称CO2焊。
特点：
1）焊缝质量好，热影响区和 变形都较小 ； 2）生产率高； 3）成本低； 4）可操作性好，易实现全位 置自动和半自动焊。
五、气体保护焊
1、氩弧焊 定义：氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊工艺。它适 于一些化学性质活泼的金属焊缝的焊接作业。
氩弧焊示意图
特点： 1）机械保护效果好，易获得优质焊缝。 2）电弧稳定性好，熔池温度容易控制，做到单面焊双面成形。 3）可操作性好，气体保护明弧可见，易实现全位置自动焊接。
4）热影响区小，焊接变形小。
一、焊接电弧
定义：焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间 或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。
1、电弧的产生
焊条接触工件 短路而产生高温 金属熔化并产生金属蒸气
焊条迅速提起
电子、气体分子与金属 蒸气中原子相碰撞
介质和金属的电离
带电质点不断发 生碰撞与复合
产生强烈的光和大量的热