金属材料的连接工艺
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金属材料的连接工艺
铸造 工艺
轧制
钢板 毛坯 钢管
挤压
液态金属
钢板
?
钢管
?wk.baidu.com
焊接工艺 (Welding)
加热 焊接 加压
焊接 方法
填充 原子间 连接 永久性 材料 结合 工艺
焊接 材料
焊接工艺的发展
1882年，碳弧焊； 1940s，优质电焊条；一次飞跃； 1940s后期，埋弧焊和电阻焊；机械化和自动 化； 1950s，电渣焊、各种气体保护焊、超声波； 1960s，等离子弧焊、电子束焊、激光焊 。。。。气电立焊、机器人焊接。。。。
电渣焊 Electroslag welding
特点：
热源：液体熔渣（1600-2000ºC）所产生的 电阻热； 焊接材料：丝极、板极、管极；焊剂； 保护：液体熔渣； 引弧槽及焊丝各作为一极；电弧只在最初 作为熔化焊剂形成，当液体熔渣形成后即 熄灭；
优点：
适宜垂直位置焊接；焊缝成形好；不易产 生气孔及夹渣； 厚大焊件能一次焊接成形；不论多大厚度 都不用开坡口，只留出一定的装配间隙即 可； 生产率高； 渣池对焊件有较好的预热作用
缺点：
不能全位置焊接； 相对较大的热输入会降低焊接质量； 变形较大；
药芯焊丝焊接 Flux-core arc welding
特点：
热源：电弧； 焊接材料：药芯焊丝（自保护、气保护）， 气体； 焊丝作为一个电极； 保护：气保护、气+渣联合保护； 生产效率高； 可用于各种金属材料，现主要用于低碳钢、 低合金钢
钨极氩弧焊
Gas-tungsten arc welding Tungsten-inert gas welding
特点
热源：电弧； 焊接材料：焊丝、气体（惰性）； 钨极作为一个电极，不熔化； 保护：气体（氩气、氦气）保护； 应用：适合于薄板；钛、锆、铝、镁及合 金；
优点：
电弧在惰性气体中极为稳定，保护气体对 电弧及熔池的保护很可靠； 钨极不熔化，易于保持恒定的电弧长度， 因而焊缝成型美观、平滑、均匀；
焊接工艺的特点
永久性 广泛性 灵活性及高效性
问题： 问题：焊接接头性能与母材不匹配
主要原因： 1. 选择的焊接方法不合适； 2. 选用的焊接材料不匹配； 3. 母材的焊接性不好。
焊接方法的分类
熔化焊（Fusion Welding）：利用局部加热， 将焊件的结合处加热到熔化状态，互相融合， 冷却凝固后彼此结合在一起的方法。 压力焊（Pressure Welding） ：利用加压 （或同时加热），使两工件结合面上的原子 相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实 现连接的方法。
缺点：
熔敷率较低：钨极的承载能力有限、功率 密度受到限制； 焊接时钨极有少量的熔化蒸发，易造成夹 钨，影响焊缝质量； 成本高
熔化极弧焊 Gas-metal arc welding
特点
热源：电弧； 焊接材料：焊丝，气体； 焊丝作为一个电极，正极； 保护：气体（氩气、富氩混合气体（CO2 、 O2 ））； 优点：熔敷效率高、焊接生产效率高； 缺点：得不到很短和较为稳定的电弧； 应用：可用于各种金属材料；
缺点：
焊缝热影响区晶粒粗大：焊接热输入高， 在高温停留时间长，易产生晶粒粗大和过 热组织；接头冲击韧性较低，一般焊后应 进行正火和回火热处理；
电子束焊 Electron beam welding
特点：
热源：电子束，加热功率密度大，焦点处 为106~108 W/cm2，比电弧高100~1000倍； 无焊接材料； 真空保护； 适用于难熔金属、热敏感性强的金属、活 性强、纯度高和极易被大气污染的金属；
Arc weldin g
电 弧 焊
熔化极
手工电弧焊（SMAW） 两丝、 两丝、五丝 埋弧焊（SAW） 熔化极惰性气体保护焊（MIG） 熔化极活性气体保护焊（MAG） 熔化极气体保 护焊（GMAW） 气保护药芯焊丝（FCAW） 气电立焊 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG） 等离子弧焊
熔 化 焊
非熔化极
电渣焊 电子束焊 激光束焊 气焊
Gas welding High energy beam welding
电阻焊 高频焊
通过加热 塑性状态 焊接部位 熔融状态
压 力 焊
摩擦焊 超声波焊 扩散焊 爆炸焊
施加压力 形成接头
手工电弧焊
Shielded metal arc welding
特点
热源：电弧 焊接材料：焊条（焊条芯、药皮） 焊条作为电极，熔化； 保护：气、渣联合保护 优点：简单、便捷、操作灵活（不同位置、 不同接头型式）、设备便宜； 缺点：生产率低、劳动强度大； 应用：几乎所有的金属材料；
基本概念
焊接电源(Power)、焊条(Consumables)、 工件(Workpiece) 电弧(Arc)、熔滴(Metal droplet)、渣滴(Flux droplet)、熔池(Weld pool)、熔渣(Slag) 焊接接头(Welded joint)、母材(Base metal)、 焊缝金属(Weld metal)、热影响区(Heat affected zone)、熔敷金属(deposited metal)
埋弧焊 Submerged arc welding
特点：
热源：电弧； 焊接材料：焊丝、焊剂； 保护：渣保护 焊丝作为一个电极； 应用：可用于各种金属材料；
优点：
因为是埋弧，飞溅与热损失几乎没有； 合金元素及铁粉可加入到焊剂中以控制焊 缝金属的化学成分； 可实现自动化，提高熔敷率； 可通过两丝、五丝进一步提高熔敷率； 可焊接厚壁板；
优点：
热功率密度大； 加热集中，焊接热输入小； 变形小； 焊接热影响区小； 参数调节范围广、适应性强；
缺点：
焊接设备成本高；
作业
简述焊接工艺 焊接方法的分类及其各自特点 简述焊接工艺的发展 （任选一）
铸造 工艺
轧制
钢板 毛坯 钢管
挤压
液态金属
钢板
?
钢管
?wk.baidu.com
焊接工艺 (Welding)
加热 焊接 加压
焊接 方法
填充 原子间 连接 永久性 材料 结合 工艺
焊接 材料
焊接工艺的发展
1882年，碳弧焊； 1940s，优质电焊条；一次飞跃； 1940s后期，埋弧焊和电阻焊；机械化和自动 化； 1950s，电渣焊、各种气体保护焊、超声波； 1960s，等离子弧焊、电子束焊、激光焊 。。。。气电立焊、机器人焊接。。。。
电渣焊 Electroslag welding
特点：
热源：液体熔渣（1600-2000ºC）所产生的 电阻热； 焊接材料：丝极、板极、管极；焊剂； 保护：液体熔渣； 引弧槽及焊丝各作为一极；电弧只在最初 作为熔化焊剂形成，当液体熔渣形成后即 熄灭；
优点：
适宜垂直位置焊接；焊缝成形好；不易产 生气孔及夹渣； 厚大焊件能一次焊接成形；不论多大厚度 都不用开坡口，只留出一定的装配间隙即 可； 生产率高； 渣池对焊件有较好的预热作用
缺点：
不能全位置焊接； 相对较大的热输入会降低焊接质量； 变形较大；
药芯焊丝焊接 Flux-core arc welding
特点：
热源：电弧； 焊接材料：药芯焊丝（自保护、气保护）， 气体； 焊丝作为一个电极； 保护：气保护、气+渣联合保护； 生产效率高； 可用于各种金属材料，现主要用于低碳钢、 低合金钢
钨极氩弧焊
Gas-tungsten arc welding Tungsten-inert gas welding
特点
热源：电弧； 焊接材料：焊丝、气体（惰性）； 钨极作为一个电极，不熔化； 保护：气体（氩气、氦气）保护； 应用：适合于薄板；钛、锆、铝、镁及合 金；
优点：
电弧在惰性气体中极为稳定，保护气体对 电弧及熔池的保护很可靠； 钨极不熔化，易于保持恒定的电弧长度， 因而焊缝成型美观、平滑、均匀；
焊接工艺的特点
永久性 广泛性 灵活性及高效性
问题： 问题：焊接接头性能与母材不匹配
主要原因： 1. 选择的焊接方法不合适； 2. 选用的焊接材料不匹配； 3. 母材的焊接性不好。
焊接方法的分类
熔化焊（Fusion Welding）：利用局部加热， 将焊件的结合处加热到熔化状态，互相融合， 冷却凝固后彼此结合在一起的方法。 压力焊（Pressure Welding） ：利用加压 （或同时加热），使两工件结合面上的原子 相互接近到晶格距离，从而在固态条件下实 现连接的方法。
缺点：
熔敷率较低：钨极的承载能力有限、功率 密度受到限制； 焊接时钨极有少量的熔化蒸发，易造成夹 钨，影响焊缝质量； 成本高
熔化极弧焊 Gas-metal arc welding
特点
热源：电弧； 焊接材料：焊丝，气体； 焊丝作为一个电极，正极； 保护：气体（氩气、富氩混合气体（CO2 、 O2 ））； 优点：熔敷效率高、焊接生产效率高； 缺点：得不到很短和较为稳定的电弧； 应用：可用于各种金属材料；
缺点：
焊缝热影响区晶粒粗大：焊接热输入高， 在高温停留时间长，易产生晶粒粗大和过 热组织；接头冲击韧性较低，一般焊后应 进行正火和回火热处理；
电子束焊 Electron beam welding
特点：
热源：电子束，加热功率密度大，焦点处 为106~108 W/cm2，比电弧高100~1000倍； 无焊接材料； 真空保护； 适用于难熔金属、热敏感性强的金属、活 性强、纯度高和极易被大气污染的金属；
Arc weldin g
电 弧 焊
熔化极
手工电弧焊（SMAW） 两丝、 两丝、五丝 埋弧焊（SAW） 熔化极惰性气体保护焊（MIG） 熔化极活性气体保护焊（MAG） 熔化极气体保 护焊（GMAW） 气保护药芯焊丝（FCAW） 气电立焊 钨极惰性气体保护电弧焊（TIG） 等离子弧焊
熔 化 焊
非熔化极
电渣焊 电子束焊 激光束焊 气焊
Gas welding High energy beam welding
电阻焊 高频焊
通过加热 塑性状态 焊接部位 熔融状态
压 力 焊
摩擦焊 超声波焊 扩散焊 爆炸焊
施加压力 形成接头
手工电弧焊
Shielded metal arc welding
特点
热源：电弧 焊接材料：焊条（焊条芯、药皮） 焊条作为电极，熔化； 保护：气、渣联合保护 优点：简单、便捷、操作灵活（不同位置、 不同接头型式）、设备便宜； 缺点：生产率低、劳动强度大； 应用：几乎所有的金属材料；
基本概念
焊接电源(Power)、焊条(Consumables)、 工件(Workpiece) 电弧(Arc)、熔滴(Metal droplet)、渣滴(Flux droplet)、熔池(Weld pool)、熔渣(Slag) 焊接接头(Welded joint)、母材(Base metal)、 焊缝金属(Weld metal)、热影响区(Heat affected zone)、熔敷金属(deposited metal)
埋弧焊 Submerged arc welding
特点：
热源：电弧； 焊接材料：焊丝、焊剂； 保护：渣保护 焊丝作为一个电极； 应用：可用于各种金属材料；
优点：
因为是埋弧，飞溅与热损失几乎没有； 合金元素及铁粉可加入到焊剂中以控制焊 缝金属的化学成分； 可实现自动化，提高熔敷率； 可通过两丝、五丝进一步提高熔敷率； 可焊接厚壁板；
优点：
热功率密度大； 加热集中，焊接热输入小； 变形小； 焊接热影响区小； 参数调节范围广、适应性强；
缺点：
焊接设备成本高；
作业
简述焊接工艺 焊接方法的分类及其各自特点 简述焊接工艺的发展 （任选一）