第4章 连接成形工艺
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1. 焊前预热
2. 选择合理的焊接顺序
大型容器底板的拼焊顺序
分散对称的焊接顺序
3. 加热减应区 4. 反变形法
长焊缝的分段焊
5. 刚性固定法
a）自由反变形 b）预制反变形 反变形法
刚性固定法
4.1 焊接成形理论基础
4.1.4 焊接缺陷及检测
检验方法与内容
1. 破坏性检测方法：
（1）金相分析 （2）化学成分分析 （3）力学性能试验
（一）焊条电弧焊特点
焊条电弧焊所用焊接设备简单 ，应用灵活方便，可以进行各种位 置及各种不规则焊缝的焊接；焊条 产品系列完整，可以焊接大多数常 用金属材料。但焊条载流能力有限 （20~500A），焊接厚度一般为 3~20mm，生产率较低。
焊条电弧焊示意图
4.2 熔化焊
（二）焊条 1. 焊条的组成与作用
2. 非破坏性检验方法：
（1）目视检验 （2）致密性检验 （3）磁粉检验 （4）渗透探伤 （5）超声波探伤 （6）射线探伤
4.1 焊接成形理论基础
4.1.5 材料的焊接性
（一）焊接性的概念
焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离 的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一 体的连接成形方法。
微观上讲可以这样定义焊接：两种或两种以上 的材料(同种或异种)，通过加热或加压(或并用)， 使接头处产生原子或分子间的结合和扩散，从而造 成永久性联接的工艺过程。
电子发射有以下四种形式：
（1）热发射
（2）电场发射
（3）光发射
（4）粒子碰撞发射
4.1 焊接成形理论基础
（二）焊接电弧的产生过程 电弧焊时，首先需要在电极与焊件之间提供一个导电通道
，才能引燃电弧。引燃电弧通常有两种方式，即接触式引弧和 非接触式引弧。两种引弧方式具有不同的引弧过程。
1. 接触式引弧
（二）影响焊接性的因素
1. 材料因素
3. 工艺因素
2. 设计因素
4. 服役环境
4.2 熔化焊
熔化焊是利用热源将工件及填充金属局部加热熔化，形 成熔池，然后随着热源的向前移动，熔池金属冷却结晶，形 成焊缝。常用的熔化焊方法有气焊、电弧焊（焊条电弧焊、 埋弧焊、气体保护焊）、等离子弧焊、激光焊等。
4.2.1 焊条电弧焊
阳极区（Anode）：阳极前面存在 由电子构成的负空间电荷区域，产 生 的 压 降 称 作 阳 极 压 降 （ Anode Voltage Drop）
弧 柱 区 （ Arc column/arc plasma ），以很平缓的形式呈现线形电压 降 ， 称 作 弧 柱 区 压 降 （ Positive
制造工艺基础
第4章 连接成形工艺
本章提纲
4.1 焊接成形理论基础 4.2 熔化焊 4.3 压力焊 4.4 钎焊 4.5 焊接结构工艺性 4.6 胶接工艺 4.7 先进连接技术
常见的连接成形方法
3
在现代化工业生产中，通过连接实现成形的工艺方法多 种多样，常见的连接成形工艺主要有熔焊、压焊以及钎焊。
2）碱性焊条又称低氢焊条，形成的熔渣以碱性氧化物居 多渗合金作用强，使焊缝力学性能得到提高。
4.2 熔化焊
4.2.2埋弧自动焊
（一）埋弧焊的工作原理
埋弧焊的工作原理如图所示，焊接电源的两极分别接至 导电嘴和焊件。
焊剂由焊剂漏斗经软管均匀 地堆敷到焊件的待焊处电弧在焊 剂下面的焊丝与母材之间燃烧。
1）短路阶段 2）分离阶段 3）燃烧阶段
2. 非接触式引弧
焊丝与焊件短路时的接触状态
高频和脉冲引弧 a）引弧器接入方式 b）高频高压引弧电压波形 c）高压脉冲引弧电压波形
Uyh-引弧电压 t-时间
4.1 焊接成形理论基础
阴极区（Cathode ）：阴极前面存 在由阳离子构成的正空间电荷区域 ，产生的压降称作阴极压降（ Cathode Voltage Drop）
焊接 变形
焊接过程 瞬态热变形
焊后 残余变形
面内 变形
面外 变形
面内位移（热膨胀，冷却收缩） 面外位移（热应力导致失稳位移） 相变组织变形
焊缝纵向收缩 焊缝横向收缩 回转变形
角变形 弯曲变形 扭曲变形 失稳波浪变形
4.1 焊接成形理论基础
4.1.3 焊接应力与变形
（二）预防和减小焊接应力和变形的工艺措施
2）进行焊后热处理,改善热 影响区组织和性能
3）采用多层焊，使前层的 组织和性能得到改善。
4）尽量选择低碳且硫、磷 含量低的钢材作为焊接结构Fra Baidu bibliotek材料
影响焊接接头性能的主要因素示意图
4.1 焊接成形理论基础
4.1.3 焊接应力与变形
（一）焊接应力与变形的形成机理及影响因素
1. 高温下金属性能显著改变 2. 焊接的温度场的空间分布不均匀
4.1 焊接成形理论基础
4.1.1 焊接电弧
（一）焊接电弧的物理基础
电弧既是一种气体导电现象，又是一种自持续放电现象。电弧 中的带电粒子主要是依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发 射两个物理过程而产生的。
1. 电离和激发
在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现 象称为电离。
2. 电子发射
（1）焊芯 其作用一是作为电极，导电产生电弧，形成焊 接热源；二是熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分，导 电产生电弧，形成焊接热源。
（2）药皮 其在焊接过程中的主要作用是保证电弧稳定 燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金 属进行脱氧、去硫、渗入合金元素等。 2. 焊条的种类
焊条按熔渣性质的不同分为酸性焊条和碱性焊条两大类。 1）酸性焊条形成的熔渣以酸性氧化物居多，氧化性强，合 金元素烧损大，塑性和韧性不高，抗裂性差。
（二）熔合区和热影响区的组织和性能 1）熔合区 2）过热区 3）正火区 4）不完全重结晶区 5）再结晶区
低碳钢焊接接头温度分布与组织变化 1-熔合区 2-过热区 3-正火区 4-不完全
重结晶区 5-再结晶区
4.1 焊接成形理论基础
4.1.2 焊接接头组织与性能
（一）影响接头性能的因素及改善措施
1）合理选择焊接方法、接 头形式与焊接规范，控制合 适的焊后冷却速度
ColuUmna VolUtacge UDrpop）Ua
电弧构造与电弧电压分布
4.1 焊接成形理论基础
4.1.2 焊接接头组织与性能
（一）焊缝金属的组织和性能
焊缝金属是由母材和焊条熔化形 成的熔池冷却结晶而成的。结晶时， 以熔池和母材金属的交界处的半熔化 金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面 方向反向生长为柱状晶，最后这些柱 状晶在焊缝中心相接触而停止生长。
2. 选择合理的焊接顺序
大型容器底板的拼焊顺序
分散对称的焊接顺序
3. 加热减应区 4. 反变形法
长焊缝的分段焊
5. 刚性固定法
a）自由反变形 b）预制反变形 反变形法
刚性固定法
4.1 焊接成形理论基础
4.1.4 焊接缺陷及检测
检验方法与内容
1. 破坏性检测方法：
（1）金相分析 （2）化学成分分析 （3）力学性能试验
（一）焊条电弧焊特点
焊条电弧焊所用焊接设备简单 ，应用灵活方便，可以进行各种位 置及各种不规则焊缝的焊接；焊条 产品系列完整，可以焊接大多数常 用金属材料。但焊条载流能力有限 （20~500A），焊接厚度一般为 3~20mm，生产率较低。
焊条电弧焊示意图
4.2 熔化焊
（二）焊条 1. 焊条的组成与作用
2. 非破坏性检验方法：
（1）目视检验 （2）致密性检验 （3）磁粉检验 （4）渗透探伤 （5）超声波探伤 （6）射线探伤
4.1 焊接成形理论基础
4.1.5 材料的焊接性
（一）焊接性的概念
焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离 的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一 体的连接成形方法。
微观上讲可以这样定义焊接：两种或两种以上 的材料(同种或异种)，通过加热或加压(或并用)， 使接头处产生原子或分子间的结合和扩散，从而造 成永久性联接的工艺过程。
电子发射有以下四种形式：
（1）热发射
（2）电场发射
（3）光发射
（4）粒子碰撞发射
4.1 焊接成形理论基础
（二）焊接电弧的产生过程 电弧焊时，首先需要在电极与焊件之间提供一个导电通道
，才能引燃电弧。引燃电弧通常有两种方式，即接触式引弧和 非接触式引弧。两种引弧方式具有不同的引弧过程。
1. 接触式引弧
（二）影响焊接性的因素
1. 材料因素
3. 工艺因素
2. 设计因素
4. 服役环境
4.2 熔化焊
熔化焊是利用热源将工件及填充金属局部加热熔化，形 成熔池，然后随着热源的向前移动，熔池金属冷却结晶，形 成焊缝。常用的熔化焊方法有气焊、电弧焊（焊条电弧焊、 埋弧焊、气体保护焊）、等离子弧焊、激光焊等。
4.2.1 焊条电弧焊
阳极区（Anode）：阳极前面存在 由电子构成的负空间电荷区域，产 生 的 压 降 称 作 阳 极 压 降 （ Anode Voltage Drop）
弧 柱 区 （ Arc column/arc plasma ），以很平缓的形式呈现线形电压 降 ， 称 作 弧 柱 区 压 降 （ Positive
制造工艺基础
第4章 连接成形工艺
本章提纲
4.1 焊接成形理论基础 4.2 熔化焊 4.3 压力焊 4.4 钎焊 4.5 焊接结构工艺性 4.6 胶接工艺 4.7 先进连接技术
常见的连接成形方法
3
在现代化工业生产中，通过连接实现成形的工艺方法多 种多样，常见的连接成形工艺主要有熔焊、压焊以及钎焊。
2）碱性焊条又称低氢焊条，形成的熔渣以碱性氧化物居 多渗合金作用强，使焊缝力学性能得到提高。
4.2 熔化焊
4.2.2埋弧自动焊
（一）埋弧焊的工作原理
埋弧焊的工作原理如图所示，焊接电源的两极分别接至 导电嘴和焊件。
焊剂由焊剂漏斗经软管均匀 地堆敷到焊件的待焊处电弧在焊 剂下面的焊丝与母材之间燃烧。
1）短路阶段 2）分离阶段 3）燃烧阶段
2. 非接触式引弧
焊丝与焊件短路时的接触状态
高频和脉冲引弧 a）引弧器接入方式 b）高频高压引弧电压波形 c）高压脉冲引弧电压波形
Uyh-引弧电压 t-时间
4.1 焊接成形理论基础
阴极区（Cathode ）：阴极前面存 在由阳离子构成的正空间电荷区域 ，产生的压降称作阴极压降（ Cathode Voltage Drop）
焊接 变形
焊接过程 瞬态热变形
焊后 残余变形
面内 变形
面外 变形
面内位移（热膨胀，冷却收缩） 面外位移（热应力导致失稳位移） 相变组织变形
焊缝纵向收缩 焊缝横向收缩 回转变形
角变形 弯曲变形 扭曲变形 失稳波浪变形
4.1 焊接成形理论基础
4.1.3 焊接应力与变形
（二）预防和减小焊接应力和变形的工艺措施
2）进行焊后热处理,改善热 影响区组织和性能
3）采用多层焊，使前层的 组织和性能得到改善。
4）尽量选择低碳且硫、磷 含量低的钢材作为焊接结构Fra Baidu bibliotek材料
影响焊接接头性能的主要因素示意图
4.1 焊接成形理论基础
4.1.3 焊接应力与变形
（一）焊接应力与变形的形成机理及影响因素
1. 高温下金属性能显著改变 2. 焊接的温度场的空间分布不均匀
4.1 焊接成形理论基础
4.1.1 焊接电弧
（一）焊接电弧的物理基础
电弧既是一种气体导电现象，又是一种自持续放电现象。电弧 中的带电粒子主要是依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发 射两个物理过程而产生的。
1. 电离和激发
在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现 象称为电离。
2. 电子发射
（1）焊芯 其作用一是作为电极，导电产生电弧，形成焊 接热源；二是熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分，导 电产生电弧，形成焊接热源。
（2）药皮 其在焊接过程中的主要作用是保证电弧稳定 燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金 属进行脱氧、去硫、渗入合金元素等。 2. 焊条的种类
焊条按熔渣性质的不同分为酸性焊条和碱性焊条两大类。 1）酸性焊条形成的熔渣以酸性氧化物居多，氧化性强，合 金元素烧损大，塑性和韧性不高，抗裂性差。
（二）熔合区和热影响区的组织和性能 1）熔合区 2）过热区 3）正火区 4）不完全重结晶区 5）再结晶区
低碳钢焊接接头温度分布与组织变化 1-熔合区 2-过热区 3-正火区 4-不完全
重结晶区 5-再结晶区
4.1 焊接成形理论基础
4.1.2 焊接接头组织与性能
（一）影响接头性能的因素及改善措施
1）合理选择焊接方法、接 头形式与焊接规范，控制合 适的焊后冷却速度
ColuUmna VolUtacge UDrpop）Ua
电弧构造与电弧电压分布
4.1 焊接成形理论基础
4.1.2 焊接接头组织与性能
（一）焊缝金属的组织和性能
焊缝金属是由母材和焊条熔化形 成的熔池冷却结晶而成的。结晶时， 以熔池和母材金属的交界处的半熔化 金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面 方向反向生长为柱状晶，最后这些柱 状晶在焊缝中心相接触而停止生长。