金属材料与热加工基础课件第8章

案例引入
鸟巢建筑造型独特新颖，整个工程没有一颗螺丝和铆钉，100 ％全焊钢结构，所有构件作用力全都由焊缝承担，真可谓： “成也焊接、败也焊接”，令世人瞩目。
第一节 焊接概述
定义：
用加热或加压方式，借助于金属原子的结合和扩散，使分 离金属达到结合的加工方法。 特点： 1）节省金属材料； 2）可以制造双金属结构； 3）可以化大为小，拼小成大； 4）焊接接头密封性能好。 应用： 制造金属构件，如锅炉、压力容器、船舶、桥梁、建筑、 管道、车辆、起重机械等，也可用于修补铸、锻件的缺陷 和局部损坏的零件。 分类： 熔焊、压焊和钎焊
埋弧焊的焊接过程 1—母材金属 2—电弧 3—焊丝 4—焊剂 5—熔化的焊剂 6—渣壳 7—焊缝 8—熔池
2.埋弧焊
（2）埋弧焊的特点及应用
特点:
1）生产效率高。
2）焊接质量好。 3）劳动条件好。 4）操作不够灵活，适应性较差。
埋弧焊的应用
应用:
适用于成批生产中长直焊缝和较大直径的环形焊缝，如大型容器和钢结
a） 烙铁加热
b） 电阻加热
c）气体火焰加热
钎焊的加热方法示意图
钎焊的特点
（1）尺寸精度高。钎焊时加热温度低，故钎焊金属的组织和性 能变化小，变形也小。 （2）钎焊可以实现性能差异大的异种金属的连接。 （3）生产率高，操作简单．易于实现机械化生产，可一次同时 钎焊几条焊缝。
第三节 常用金属材料的焊接
（6）焊条电弧焊工艺设计基础 1）焊接接头
①焊接接头的形式
a)
b)
c)
d)
常用焊接接头形式 a) 对接接头 b) 搭接接头 c) 角接接头 d) T型接头
②坡口形式及应用
常用的对接接头的坡口形式有I形坡口（不开坡口）、V形坡 口、X形坡口、U形坡口等四种。
a)
b)
c)
d)
e)
对接接头的坡口形式
2）焊缝位置 焊接时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。 按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊 和仰焊。
常用金属材料不同焊接方法的焊接性比较
方法材料
低碳钢 中碳钢 低合金钢 不锈钢
铸铁 铝合金
焊条 电弧焊
A A A A B C
埋弧焊
A B A B C C
氩弧焊
A A A A B A
CO2保护 焊 A B A B C D
气焊
A A B A B B
电渣焊
A A A B B D
点焊 缝焊
A B A A — A
三、电阻焊
定义：
是在焊件组合后，通过电极施加压力，利用电流在焊接处 产生的电阻热而进行焊接的方法。
特点：
➢优点：生产效率高，焊接变形小，劳动条件好。 ➢缺点：设备复杂，耗电量大，适用的接头形式与焊件厚度
受到一定的限制。 种类：
电阻焊主要有点焊、缝焊和对焊三种
1.点焊
定义： 将焊件装配成搭接接头，并压紧在两个柱状电极之间，利 用电阻热熔化焊件金属，形成焊点的焊接方法。
高碳钢wC＞0.6%，CE＞0.6%，其焊接性更差，所以高碳钢一般不用来制作焊接 结构，仅用焊接来修补工件。常采用焊条电弧焊或气焊进行修补，焊前应进行预 热和焊后缓冷。
二、常用金属材料的焊接性
2.低合金结构钢的焊接：
强度级别较低的低合金结构钢，CE＜0.4%，焊接性能接近低碳钢，具有良好 的焊接性能，一般不需预热，焊接时不必采取特殊的工艺措施。但在低温下或 板厚较大时，需预热到100~150℃。 强度级别较高的低合金结构钢，随合金元素含量及强度的增高，热影响区的淬 硬倾向增大，焊接性能较差。接头产生冷裂纹的倾向也相应增大，焊前需预热， 并加大焊接电流，减小焊速，同时选用低氢焊条，焊后还有及时进行热处理或 消氢处理，以预防冷裂纹的产生。
构等。
3.气体保护焊 定义：
在焊接区内喷入保护气体，将熔池与空气隔开，达到保护 熔化金属的电弧焊方法。 常用的有CO2气体保护焊和氩弧焊两种 （1）CO2气体保护焊
CO2气体保护焊示意图
3.气体保护焊
（2）氩弧焊：
用氩气作为保护气体的气体保护焊。 分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊。
1—熔池 2—电弧 3—焊丝 4—送丝枪 5—喷嘴 6—氩气 7—焊件 8—钨极 9—焊缝
焊条牌号
以大写拼音字母或汉字表示焊条的类别，后面跟三位数字。 前两位表示焊缝金属抗拉强度等级（kgf/mm2）； 第三位数字表示表示焊条药皮类型和焊接电流种类，其中1~5表示酸性焊 条，6和7表示碱性焊条；1~6表示交直流两用，7表示只用于直流反接。 如J422中，“J”表示结构钢焊条，“42”表示熔敷金属抗拉强度不低于 42kgf/mm2，“2”表示药皮为氧化钛钙型，交流、直流电源均可使用。
3）焊条的选用
要考虑焊缝和母材具有相同水平的使用性能。
①对于一般结构钢焊件，通常按“等强原则”选取相应强度等级的 ②对于不锈钢、耐热钢焊件，则侧重考虑相同的化学成分； ③在普通环境下工作的一般焊件，尽量选取价格便宜的酸性焊条； ④受动载荷、高温、高压或低温作用的重要焊件，则应选取低 氢焊条； ⑤如果现场没有直流焊机，则可选择适用于交、直流两用的稳 弧低氢型焊条。
（2）中高碳钢的焊接
中碳钢wC=0.25%~0.6%，CE＞0.4%，其淬硬倾向和冷裂纹倾向较大，焊缝金 属热裂倾向较大。因此，焊前必须预热至150~250℃。 焊接中碳钢常用焊条电弧焊，选用E5015(J507)焊条。采用细焊条、小电流、开 坡口、多层焊等工艺，尽量防止含碳量高的母材过多地熔入焊缝。焊后应缓慢冷 却，防止冷裂纹的产生。
提高焊接电弧的稳定性，防止空气对熔化金属的侵害，保 证焊缝金属具有合乎要求的化学成分和力学性能。
（5）焊条
2）焊条的分类、型号和牌号
①焊条分类:
国家标准将焊条按化学成分划分为若干大类， 而焊条行业统一将焊条按用途分为十类
两种焊条分类的对应关系
类别 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十
焊条按用途分类（行业标准）
﹥12 5-6 250-300
2.埋弧焊 定义： 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
自动焊机
2.埋弧焊
2.埋弧焊
（1）埋弧焊焊接过程
焊接前，在焊件接头处覆盖一层30~50㎜厚的 颗粒状焊剂，然后将焊丝插入焊剂中，使它与 焊件接头处保持适当距离，并使其产生电弧。 电弧产生的热量使周围的焊剂熔化成熔渣和高 温气体，高温气体将熔渣排开形成一个空腔， 电弧就在这一空腔中燃烧。覆盖在上面的液体 熔渣和最表面未熔化的焊剂将电弧与外界空气 隔离。焊丝熔化后形成熔滴落下，并与熔化了 的焊件金属混合形成熔池。随着焊丝的不断移 动，熔池中的金属也随之凝固形成焊缝，同时 浮在熔池上面的熔渣也凝固成渣壳。
对焊
A A A A D A
钎焊
A A A A B C
二、常用金属材料的焊接性
1.低碳钢的焊接：
（1）低碳钢wC＜0.25%，CE＜0.4%，一般没有淬硬、冷裂倾向，所以 低碳钢的焊接性良好。
低碳钢工件采用焊条电弧焊时，一般选用E4303（J422）和E4315（J427）焊条； 埋弧自动焊常选用H08A或H08MnA焊丝和HJ431焊剂； CO2保护气体保护焊时选用H08Mn2SiA焊丝。
名称
代号
结构钢焊条
J（结）
钼和铬钼耐热钢焊条
R（热）
低温钢焊条
W（温）
不锈钢焊条
G（铬）、A（奥）
堆焊焊条
D（堆）
铸铁焊条
Z（铸）
镍即镍合金焊条
Ni（镍）
铜及铜合金焊条
T（铜）
铝及铝合金焊条
L（铝）
特殊用途焊条
TS（特）
焊条按成分分类（国家标准）
国家标准编号 GB5117—1995
名称 碳钢焊条
GB5118—1995
一、金属材料的焊接性
1.焊接性的概念：
焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质接头的难易程度。
2.金属焊接性的评定方法
碳钢和普通低合金钢可以用碳当量来粗略预测其焊接性的好坏。
CE=C+Mn/6+(Ni+Cu)/15+(Cr+Mo+V)/5
CE＜0.4%时，焊接性良好； CE=0.4%~0.6%时，焊接性较差，焊接时需要预热并采取其他工艺措施防止裂纹； CE＞0.6%时，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度和严格的工艺措施。
a) 平焊 b) 立焊 c) 横焊 d)仰焊
3）焊接参数的选择
①焊条直径的选择 ②坡口形式及应用
焊接厚度/mm 焊条直径/mm 焊接电流/A
1.5-2 1.6-2 40-70
2.5-3 2.5 70-90
3.5-4.5 3.2 100-130
5-8 3.2-4 160-200
10-12 4-5 200-250
分类： 分为电阻对焊和闪光对焊两种。
四、摩擦焊
摩擦焊是指利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端 面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种 压焊方法。
五、钎焊
钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将母 材和钎料加热，使钎料熔化而母材不熔化，利用液态 钎料填充接头间隙，润湿母材并与母材相互扩散实现 连接的焊接方法。
适合焊接薄板件。
直流电源焊接时两种极性的选用 a)正接 b)反接
1.焊条电弧焊 （4）焊条电弧焊焊接过程
图8-6 焊条电弧焊焊接过程
1.焊条电弧焊 （5）焊条
焊条: 供手弧焊用的熔化电极。
1）焊条的组成及作用
焊芯的作用: 药皮的作用:
一是作为电极传导电流，产生电弧； 二是本身熔化后作为填充金属与熔化的焊件形成焊缝。
气焊的过程示意图
1.气焊
特点
优点：设备简单，不需要电源，适合各种空间位置的焊接。 缺点：气焊火焰温度低，生产效率较低，焊接变形大。