1、第四篇 焊 接教學要求u 熟悉焊接的實質及其焊接方法分類u 掌握焊條電弧焊u 掌握其他焊接方法u 熟悉常用金屬材料的焊接u 掌握焊接結構工藝性u 了解常見的焊接缺陷及原因 熱加工教學（機械零件毛坯的選擇）u 掌握機械零件毛坯的類型及其制造方法的比較u 掌握選擇毛坯類型及其制造方法的原則u 掌握常用機械零件毛坯的類型及其制造方法第四篇 焊 接焊接：通過加熱或加壓，借助金屬原子的結合與擴散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來的一種方法。它是一種永久地不可拆卸的連接，與螺釘連接、鉚接、粘接相區別。一、 焊接方法的種類1按焊接的熱源分類：氣焊，電弧焊，電渣焊，電子束焊，激光焊，電阻焊，摩擦焊，感應釬焊

2、。電弧焊按保護方式又分為：焊條電弧焊，埋弧焊，氣體保護焊等。2按焊接過程工藝特征分類：熔焊，壓焊，釬焊。二、 焊接的特點三、 焊接的應用焊接廣泛應用于機械制造、汽車制造、造船、航空航天、石油化工、冶金、電力、原子能、電子和建筑等等各個工業部門。1 主要用于制造各種金屬結構件。如石油化工部門大型球罐、壓力容器、各種管道，起重機，房屋結構，火箭殼體和燃料容器。2 制造機器零件及工具。如壓力機機架、各種軸類件，齒輪、刀具等。3 修復已經損壞的零件。第1章 電弧焊1.1 焊接電弧焊接電弧：在電極與工件之間的氣體介質中長時間的放電現象，即在局部氣體介質中有大量電子流通過的導電現象。電極可以是金屬絲、鎢絲

3、、碳棒或焊條。1） 電弧熱量2）直流正接：直流反接：3）電弧電壓：1.2 焊接接頭的組織與性能一、焊接工件上溫度的變化與分布二、焊接接頭的組織與性能焊接接頭：用焊接方法連接的接頭，簡稱接頭。焊接接頭包括焊縫和熱影響區。1焊縫的組織和性能：2熱影響區的組織和性能熱影響區：焊縫附近的金屬因焊接熱作用而發生金相組織和力學性能變化的區域。根據受熱情況不同分為熔合區、過熱區、正火區和部分相變區。三、改善焊接熱影響區組織和性能的方法1 正確選擇焊接方法與焊接工藝。2 采用焊后正火處理，使焊縫和焊接熱影響區的組織轉變成為均勻的細晶結構，以改善焊接接頭的性能。1.3 焊接應力與變形焊接過程是一個不平衡的熱循環

4、過程，加熱后焊件各部分的溫度不同，隨后的冷卻速度也各不相同，因而焊件各部位在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產生內應力、變形或裂紋。一、焊接應力1后果： 2. 防止措施1） 設計時應選用塑性好的材料，避免使焊縫密集交叉，避免使焊縫截面過大和焊縫過長。2） 在施焊中應確定正確的焊接次序。3） 焊前對焊件預熱，這樣可減弱焊件各部位間的溫差，從而顯著減小焊接應力。4） 焊接中采用小能量焊接方法或錘擊焊縫亦可減小焊接應力。5） 采用焊后去應力退火方法來達到。二、焊接變形1 后果：影響使用，過大的變形量將使焊件報廢。2 防止措施1） 結構設計：采用對稱結構或大剛度結構、焊縫對稱分布結構。2） 施焊中，采

5、用反變形措施或剛性夾持方法。剛性夾持法不適合焊接淬硬性較大的鋼結構件和鑄鐵件。3） 正確選擇焊接參數和焊接次序，使溫度分布更加均衡。4） 采用機械矯正法或火焰加熱矯正法消除小變形。1.4 焊條電弧焊（手工電弧焊）焊條電弧焊：用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊，簡稱手弧焊或手工電弧焊，它是利用焊條與工件間產生電弧熱，將工件和焊條熔化而進行焊接的方法。一、手工電弧焊的焊接過程二、電焊條：焊條由焊芯和藥皮（壓涂在焊芯外面，涂料）組成。焊芯的作用：藥皮作用3焊條的種類、型號和牌號1）種類：我國按化學成分分七大類，碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條及焊絲、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條等

6、。2）型號：是國家標準中規定的各種系列品種的焊條代號。3）牌號：是焊條行業統一規定的各種系列品種的焊條代號。4）酸性焊條和堿性焊條特性（熔渣性質）： 4焊條的選用基本原則：保證焊縫金屬與母材具有同等水平的性能。選用時主要考慮三個因素：1）母材的力學性能和化學成分。2）焊件的工作條件和結構特點。3）焊接設備和施工條件。二、主要特點靈活方便，適應性強。它設備簡單，便宜。生產率低。對焊工操作技術要求高。三、應用范圍一般適用于單件、小批生產，厚度2以上，各種常用金屬材料，各種焊接位置的焊縫和短的、不規則的焊縫。1.5 埋弧焊埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。焊劑：焊接時能夠熔化形成焊渣和氣體，

7、對熔化金屬起保護和冶金處理作用的一種顆粒狀物質。自動焊：用自動焊接裝置完成全部焊接操作的焊接方法。一般指焊絲送進和電機移動操作由機器來完成。一、埋弧焊的焊接過程： 二、焊接材料1焊絲： 2焊劑：種類和焊劑牌號三、埋弧焊工藝1埋弧焊坡口形式與尺寸的特點。埋弧焊焊接電流比較大，工件的熔深大，因此1） 板厚24mm時可采用I形坡口。2） 鈍邊尺寸比較大，通常有610。鈍邊是指焊件接頭坡口根部的端面直邊部分，作用是防止燒穿。2第一道焊縫時通常要采用焊劑墊。作用是保證焊件能達到一定的熔深而又不燒穿。3盡可能采用雙面焊。4. 環縫焊接。5 T形接頭角焊縫的焊接。它可以把機頭轉動一個角度，叫平角焊；如果把工

8、件旋轉45，機頭可以在垂直位置焊接稱為船形焊，這樣更容易保證焊接質量，生產率也高。四、埋弧焊的特點五、埋弧自動焊的應用范圍：適用于同時具備下列條件厚度4mm的中、厚板。因為熔深大，焊薄板容易燒穿。平焊或平角焊位置焊縫；長直徑或較大直徑的環縫等規則焊縫；成批生產。不一定是焊件的數量多，只要同類焊縫的數量多就可以認為是成批生產。1.6 氣體保護焊一、氬弧焊：使用氬氣作為保護氣體的氣體保護電弧焊。1、不熔化極氬弧焊2、熔化極氬弧焊： 3氬弧焊的特點適于焊接各類合金鋼、易氧化的非鐵金屬及稀有金屬。電弧很穩定，保護效果好，焊縫金屬純凈，焊接質量很好，焊縫形狀美觀。焊接熱影響區小，焊接變形小。這是因為電弧

9、熱量比較集中。由于氣體保護沒有焊渣而且采用明弧焊接，所以可進行全位置焊，容易實現機械化自動化；氬氣比較貴，所以焊接成本高。4. 氬弧焊的應用焊接易氧化的有色金屬以及不銹鋼等合金鋼；高壓管子焊接和重要焊件的打底焊（底層焊縫的焊接）；厚度1mm以下的薄板焊接等。二、CO2氣體保護焊：以CO2作為保護氣體的電弧焊。1焊接過程特點2CO2焊設備3CO2焊的特點1） 生產率高。電流密度大，焊件的熔深大，焊絲熔化快，焊接速度也比較快。采用氣體保護，不需要清除焊渣，生產率比手工電弧焊提高14倍。2） 成本低。CO2氣體價格很低，其成本是手工電弧焊或埋弧焊的4050。3） 熱影響區小，焊接變形小。這是因為氣體

10、保護電弧熱量集中，焊接速度快。4） 可以進行全位置焊接，并易于實現機械化和自動化。5） CO2有氧化性。6） 焊縫成形較差，焊接時飛濺大。由于電弧穩定性較差的原因。4CO2焊的應用范圍：CO2焊適于焊接厚度1以上的低中碳鋼和低合金結構鋼。不適于焊接不銹鋼和易氧化的有色金屬。1.7 等離子弧焊與切割1等離子弧及其產生2等離子弧焊：利用等離子弧進行焊接的方法。實質是一種具有壓縮效應的鎢極氬弧焊。（1）等離子弧焊的特點1） 能量密度大；溫度高，能夠產生穿透的小孔，易于實現單面焊雙面成形。2） 電流小到0.1安培時，等離子弧仍然還有較好的穩定性，能焊接更細更薄的工件。電弧穩定；3） 焊接速度快，生產率

11、高，熱影響區小，焊接變形小。4） 焊接設備復雜，投資大。是一般氬弧焊設備投資的25倍。（2）等離子弧焊的應用1）焊接難熔、易氧化金屬；焊接鎢、鈷、鉬、鎳、鈦等。2）焊接厚度在9以下，要求不開坡口一次焊透的焊件。3）細絲及厚度為0.0251的箔材和薄板的焊接。過去常用于航空航天、軍工等尖端工業，比如鈦合金的導彈殼體，波紋管等零件的焊接。現在民用工業也開始采用。3. 等離子弧切割：利用等離子弧的熱能實現切割的方法。（1） 工作原理：（2） 等離子弧切割的應用： （3） 等離子弧切割的離子氣第2章 其他焊接方法2.1 電阻焊電阻焊：利用電流通過焊件及接觸處產生的電阻熱將焊件局部加熱到塑性熔化狀態，然

12、后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法。電阻焊的具體方法有點焊，縫焊和對焊。一、點焊：焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩電極之間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊方法。又稱為電阻點焊。1點焊過程2影響點焊質量的因素：焊接電流、通電時間、電極壓力及工件表面狀態。3. 應用范圍：點焊適用于制造可以采用搭接、接頭不要求氣密、厚度小于4的沖壓、軋制的薄板構件。二、縫焊：工件裝配成搭接接頭并置于兩滾輪電極之間，滾輪對工件加壓并轉動，連續或斷續通電，形成一條連續焊縫的電阻焊方法。三、對焊：利用電阻熱使對接接頭的焊件沿整個端面同時焊接起來的一種電阻焊方法。按照焊接的過程不同，可以分為電阻對焊和閃光對焊兩種。四

13、、 電阻焊的特點1 生產率高。 2. 熱影響區小，變形小。 3. 操作簡單，易于實現機械化和機械化。4. 常用單相大功率電源。 5. 設備復雜，投資大。五、電阻焊的應用：一般用于成批大量生產。可焊接異種金屬。2.2 摩擦焊摩擦焊：利用焊件表面相互摩擦所產生的熱，使端面達到熱塑性狀態，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。1 摩擦焊的過程2 摩擦焊的特點1） 焊接質量好且穩定。摩擦焊焊接接頭不容易產生夾渣、氣孔等缺陷，接頭組織致密，性能好。2） 生產率高。3） 生產成本低。功率小，焊接時間少，電能消耗小。4） 能焊接異種鋼和異種金屬。比如高速鋼和中碳鋼，鋁和銅等。5） 焊件尺寸精度高。6） 操作

14、簡單，容易實現機械化和自動化。7） 摩擦焊機的一次性投資較大。由于受焊機主軸電動機功率和壓力的限制，目前摩擦焊焊件最大截面不超過2萬2。摩擦系數小的金屬無法采用摩擦焊。3. 摩擦焊的應用：1） 可以代替其他制造方法；凡是接頭部位帶有緊湊回轉截面的工件幾乎都可采用。2） 可以焊接大多數同種或異種金屬。大量生產異種金屬可以節約貴重金屬材料。2.3 釬焊釬焊：利用熔點比母材低的液態釬料，填充仍為固態的接頭間隙，并與母材發生溶解與擴散，實現連接焊件的方法。1.釬料：釬焊時用作形成釬焊焊縫的填充金屬。根據熔點不同可以分為硬釬料和軟釬料。1） 硬釬料：熔點高于450C的釬料。如鋁基合金、銅基合金、銀基合金

15、、鎳基合金等。2） 軟釬料：熔點低于450C的釬料。如錫基合金、鉛基合金、鋅基合金等。3）硬釬焊：使用硬釬料進行的釬焊。其接頭強度較高，抗拉強度能達到200MPa以上，它適用于釬焊受力比較大、工作溫度比較高的焊件。 4）軟釬焊：使用軟釬料進行的釬焊。其接頭強度較低，抗拉強度在70MPa以下，它適用于釬焊受力不大、工作溫度比較低的焊件。2釬焊焊劑：釬焊時使用的溶劑，簡稱釬劑。釬劑的作用：1） 清除釬料和母材表面的氧化物。2） 保護焊件和液態釬料在釬焊過程中免于氧化。3） 改善液態釬料對焊件的濕潤性。濕潤性是釬焊時液態釬料對母材浸潤和附著能力。軟釬焊時，常用的釬劑有松香、焊錫膏、氯化鋅水溶液等。硬

16、釬焊時，黑色金屬和銅及銅合金常用的釬劑有硼砂、硼酸及其混合物等。3釬焊的特點1） 焊接變形小。2） 可以焊接異種金屬。3） 生產率高。4） 可以焊接特殊結構。5） 接頭強度低，工作溫度低。4釬焊的應用1） 電子工業。焊接各種電子線路。2） 儀器儀表及精密機械。3） 焊接異種金屬及異種材料。4） 形狀復雜的特殊結構等。2.4 電渣焊電渣焊：利用電流通過液態熔渣所產生的電阻熱進行焊接的一種熔焊方法。1電渣焊過程2電渣焊的特點1） 焊接厚大截面，一次焊成，生產率高；2） 焊接成本低；因為工件不開坡口，這樣可以節約焊接材料、電能和加工工時。且焊接消耗量低。3） 焊縫缺陷少；因為渣池機械保護作用好，熔池

17、冷卻比較緩慢，有利于氣體和夾雜物的排出。不容易產生氣孔、夾渣、裂紋等焊接缺陷。4） 由于焊接速度非常緩慢，所以接頭晶粒粗大，焊后需要正火和回火熱處理。3應用：適用于厚度40以上的厚大截面的碳鋼和合金結構鋼的構件。2.5 電子束焊電子束焊：利用加速和聚焦的電子束轟擊置于真空或非真空中的焊件所產生的熱能進行焊接的一種熔焊方法。真空電子束焊的特點：1. 能量密度很大，穿透能力強；1 真空保護效果最好，焊接質量極好；2 焊接速度快，熱影響區很小，焊接變形很小；3 生產率高；焊接厚板時可以不開坡口，不留間隙，不加填充金屬。4 適應性強；可以焊接0.1的薄板，也可以焊接200300厚的厚板。可以焊接普通的

18、碳鋼、合金鋼，也可以焊接不銹鋼、鋁合金和銅合金等。5 焊接設備復雜，造價高；6 焊件尺寸受真空室限制。7 焊前對接頭加工、裝配要求嚴格。電子束焊的應用：主要用于特殊材料和特殊結構以及精密零件的焊接。2.6 激光焊激光焊：以聚焦的激光束作為能源轟擊焊件所產生的熱量進行焊接的一種熔焊方法。1 激光的特點：激光是利用原子受激輻射的原理，使激光材料受激發而產生的一種單色性好（是單色光，幾乎為單一頻率的光）、方向性強（能傳播到很遠的距離而擴散面積很小，它接近于理想的平行光）、亮度極高（CO2激光的亮度比太陽光還亮8個數量級）的光束。激光聚焦后能量密度很高，是一種理想的焊接熱源，可用來焊接、切割和其他加工

19、。2 激光焊機：3 激光焊的特點1） 能量密度大，可以焊接難熔的同種或異種金屬。2） 焊接速度快。不僅生產率高，且被焊材料不易氧化，不需要保護氣體。3） 熱影響區小，焊接應力小，焊接變形小；4） 靈活性大。可以進行遠距離或難以接近部位的焊接。可以通過透明材料的壁進行焊接。比如真空管中的電極焊接，還可對絕緣導體進行焊接。5） 設備復雜，投資大，功率小，能焊接的焊件厚度受到一定限制。4 激光焊的應用：按激光器的工作方式不同激光焊可以分為脈沖激光焊和連續激光焊兩種。1） 脈沖激光焊主要用于微型、精密元件和微電子元件的焊接。可以實現薄片（0.1）、薄膜（幾微米！幾十微米）、細絲(0.02)的焊接。2）

20、 連續激光焊一般都采用CO2激光器，CO2連續激光焊可以進行從薄板精密焊到50厚板的各種焊接。第3章 常用金屬材料的焊接3.1 金屬材料的焊接性一、 焊接性的概念1. 焊接性：金屬材料對焊接加工的適應性。主要指在一定的焊接工藝條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。2. 焊接性的內容1） 接頭的工藝性能：就是在一定的焊接工藝條件下，金屬產生焊接缺陷的敏感性。2） 接頭的使用性能：就是在一定的焊接工藝條件下，金屬的焊接接頭對使用要求的適應性。3影響金屬焊接性的因素1） 金屬材料的種類、化學成分、組織與性能；2） 焊接工藝條件：焊接方法，焊接材料，焊接工藝。3） 構件類型：焊接件的厚度和其他結構因素。

21、4） 使用要求：使用環境等使用條件以及所提出的使用要求。二、鋼材焊接性的估算方法鋼材是焊接結構中應用最廣泛的金屬材料，評價方法有兩類：1） 直接試驗法焊接性試驗：焊接裂紋的試驗，焊接接頭使用性能的試驗等。2） 間接估算法，如碳當量計算方法等；1碳當量：將鋼中合金元素（包括碳）的含量，按其對焊接性影響程度，換算成碳的相當含量。碳當量可以作為評定鋼材焊接性的一種參考指標，這是因為影響鋼材焊接性的主要因素是鋼材的化學成分。國際焊接協會推薦的碳當量計算公式為： 式中化學元素符號都表示該元素在鋼中含量的百分數。這個公式可以用來評價碳鋼和一般低合金鋼的焊接性能，對不銹鋼不適用。2碳當量與焊接性碳當量越大，

22、鋼的淬硬和冷裂傾向就越大，焊接性也就越差。CE0.6，鋼的淬硬和冷裂傾向都很嚴重，焊接性能差，焊接時要采取較高的預熱溫度；.用碳當量評定金屬的焊接性，僅僅考慮了化學成分對焊接性的影響，沒有考慮焊接工藝條件、構件剛性等因素對焊接性的影響，因而碳當量的方法是非常粗略的。3.2 碳鋼的焊接一、 低碳鋼的焊接由于低碳鋼C%0.25，CE0.36，因此低碳鋼的淬硬、冷裂傾向小，焊接性良好，低碳鋼是最容易焊接的鋼，一般不需要預熱，各種焊接方法都適用，容易獲得優質焊接接頭。但是如果工件的厚度比較大，剛性比較大時，低溫環境時，就要適當采取預熱方式來防止淬硬和冷裂。二、 中碳鋼的焊接性中碳鋼屬易淬火鋼，熱影響區

23、易產生淬硬組織和冷裂紋，焊接性較差，焊接時一般應采取預熱等工藝措施，以防止產生冷裂紋，因為中碳鋼主要用來制造各種機器零件，焊縫多為短的不規則焊縫，常用手工電弧焊，并選用與母材抗拉強度等級相同的堿性焊條來配合使用。碳鋼隨著含碳量增加，淬硬、冷裂傾向增大，焊接性變差：低碳鋼焊接性良好；中碳鋼焊接性較差；高碳鋼焊接性差。3.3 合金結構鋼的焊接焊接中常用的低合金鋼是低合金結構鋼，其中用的最多的是低合金高強度鋼，簡稱高強鋼，即碳鋼中加入少量合金元素來提高鋼的強度，通常又稱普通低合金鋼。高強鋼廣泛應用于鍋爐、壓力容器、橋梁、起重機、船舶、車輛以及其他的工程結構。高強鋼是按屈服點來區分強度等級的。低合金高

24、強鋼隨著強度級別的提高，焊接性變差；強度級別較低的高強鋼，如16Mn，碳當量0.4，焊接性良好；但它的熱影響區的淬硬傾向要比低碳鋼略大一些，當焊件厚度比較大或環境溫度比較低時，應該采取焊前預熱等工藝措施來防止冷裂紋。強度級別較高的高強鋼，如18MnMoNi，碳當量在0.40.6之間，焊接性較差。焊接時一般都需采取焊前預熱、焊后熱處理以及降低接頭的含氫量和焊接應力等工藝措施來防止冷裂紋。低合金高強度鋼焊接主要問題是冷裂紋。焊接高強鋼常用的焊接方法有埋弧自動焊、手工電弧焊和CO2氣體保護焊等。3.4 鑄鐵的補焊鑄鐵件的焊接都是有缺陷的鑄鐵件的補焊。需要補焊的鑄鐵件通常是灰鑄鐵件和球墨鑄鐵件。鑄鐵的

25、含碳量高，而且S、P等雜質也多，強度低，塑性差，所以鑄鐵的焊接性能很差。鑄鐵焊接的主要問題是焊接接頭容易產生白口組織和裂紋。產生白口組織后就難進行機械加工了。鑄鐵補焊的常用焊接方法是氣焊和手工電弧焊。鑄鐵件補焊的工藝有熱焊和冷焊兩種。鑄鐵件的補焊工藝和焊接材料要根據補焊的要求主要是補焊的部位要不要機械加工以及生產的條件主要是能不能預熱等因素來確定，當然還要考慮經濟性。3.5 非鐵金屬及其合金的焊接一、 銅及銅合金的焊接二、 鋁及鋁合金的焊接第4章 焊接結構設計4.1 焊接接頭的工藝設計一、 焊接方法的選擇選擇焊接方法的依據1）焊接結構的材料、形狀、尺寸和技術要求；2）生產批量；3）生產條件。結

26、合各種焊接方法的特點和應用來考慮，選擇既能達到質量要求又經濟的焊接方法。二、焊縫的布置1便于裝配和焊接；至少滿足能夠焊接，即達到可達到性的要求。手弧焊時必須要有必要的焊接操作空間。圖442，圖444。2焊縫應避開應力較大部位，應力集中部位和冷塑性變形部位。這是因為焊接接頭的性能一般要下降一些，同時還存在著焊接應力和焊接變形，還可能存在焊接缺陷，這樣使得焊接接頭成為整個焊接結構的薄弱部位，因此焊縫應該避開應力大的部位、應力集中部位和冷塑性變形部位。3焊縫應避免過分集中和交叉。這是因為多次焊接過熱嚴重，接頭性能下降也比較嚴重，焊接的應力和變形也大，焊接的缺陷也多，要降低整個結構的承載能力。因此壓力容器設計標準規定不能采用十字交叉的焊縫，焊縫與焊縫之間要有一定的距離。1 盡量減少焊縫數量和焊縫截面尺寸。這樣可以減少焊接的加熱，減少焊接的應力和變形，減輕接頭性能的下降，減少焊接材料的費用，節省加工工時。因此焊縫截面夠了就行，不要多焊。對于可以不要求連續焊的焊縫應該設計成為斷續焊，有時也可以利用型鋼或沖壓件來減少它。2 焊縫設置應盡可能對稱。以減少焊接變形。如圖439。3 焊縫一般應避開精度要求高的加工表面。4 此外還應該注意焊縫應盡可能設置