1、 機機械工程材料及成型基礎械工程材料及成型基礎機械工程系天狼隊天狼隊 主講人主講人: 李仕賢李仕賢 焊接引言 第一節 焊接的基本原理 第二節 焊條電弧焊 第三節 其它焊接方法 第四節 壓焊與釬焊 第五節 堆焊與熱噴涂 第六節 常用金屬材料的焊接 第七節 焊接結構設計 引言1、何為焊接？何為焊接？ 焊接是通過加熱或加壓，焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使使工件達到結合的一種方法。工件達到結合的一種方法。 2焊接的分類第一節 焊接的基本原理一、 焊接的實質焊接的實質 焊接的實質是使兩個分離的物體通過加熱加熱或加壓加壓，或兩者并用，在用或不用

2、填充材料的條件下借助于原子間或分子間的聯系與質點的擴散作用形成一個整體的過程。 焊接電弧焊接電弧 由焊接電源供給、具有一定電壓的兩極間或電極與母材間，在氣體介質中產生的強烈而持久的放電現象稱為焊接電弧。焊接電弧示意圖二、焊接熱循環焊接熱循環焊接時，電弧沿焊件逐漸移動并對焊件進行局部加熱。焊件經焊接后所形成的結合部分稱為焊縫焊縫。焊縫及其鄰近區域的總稱叫焊焊縫區縫區。 在焊接過程中，焊縫區金屬從常溫被加熱到最高溫度，然后逐漸冷卻到常溫。由于焊件上各點的位置不同，被加熱的最高溫度亦不相同；而熱量的傳遞需要一定的時間，故各點達到其最高溫度的時間亦不相同。在焊接熱源作用下，焊件上某點的溫度隨時間變化的

3、過程稱為焊接熱循環焊接熱循環。焊接應力焊接應力，是焊接構件由于焊接而產生的應力。焊接過程的不均勻溫度場以及由它引起的局部塑性變形和比容不同的組織是產生焊接應力和變形的根本原因。在沒有外力作用的條件下，焊接應力在焊件內部是平衡的。焊接應力和變形在一定條件下會影響焊件的功能和外觀，因此是設計和制造中必須考慮的問題。焊接裂紋與焊接變形的形式 焊接時，在任何情況下焊接應力總是存在的。當焊接應力超過該材料相應溫度的屈服應力時，焊件將產生變形；超過材料的斷裂應力時，焊件將會產生裂紋甚至斷裂。預防和減小焊接應力及焊接變形的措施 1. 合理設計焊接結構 盡量減少焊縫及焊縫的長度和截面積，并盡量使結構中的所有焊

4、縫對稱，避免交叉焊縫等，2. 焊前預熱 焊前對焊件預熱，可減少焊件各部分的溫差，對減小焊接應力與變形較為有效。3. 反變形法 根據實驗或計算，確定工件焊后產生變形的方向和大小，焊前將工件預先斜置或彎曲成等值反向角度，以期達到焊后與所要求的工件角度正好吻合。4. 剛性固定法 采用工裝夾具或定位焊固定，此法可顯著減小但不能完全消除焊后殘余變形。 5. 錘擊焊縫法 用圓頭小錘對焊后紅熱的焊縫金屬進行均勻適度錘擊，以延伸變形，補償其收縮同時釋放出部分能量，減小焊接應力和變形。 6. 強迫冷卻法 將焊縫區的熱量迅速散掉，使焊接時金屬受熱面積減小，此法又稱散熱法。 焊接變形的矯正 1. 機械矯正法 即用機

5、械的方法將變形矯正過來，常用的設備有輥【gn】 床、壓力機、矯直機等；2. 火焰矯正法 采用局部加熱焊件的某些部位，使其受熱時膨脹，受周圍冷金屬制約引起長度方向被壓縮，冷卻時收縮而矯正變形。第二節第二節 焊條電弧焊焊條電弧焊 電弧焊電弧焊是利用電弧作為熱源的熔焊方法，簡稱弧焊。焊條電弧焊是用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法。焊條電弧焊具有設備簡單，操作靈活，成本低等優點，且焊接性好，對焊接接頭的裝配尺寸無特殊要求，可在各種條件下進行各種位置的焊接，是生產中應用最廣的焊接方法。但焊條電弧焊時有強烈弧光強烈弧光和煙塵污染煙塵污染，勞動條件差，生產率低，對工人技術水平要求較高，焊接質量不夠穩定。因此

6、，主要應用于單件小批量生產中焊接碳素鋼、低合金結構鋼、不銹鋼、耐熱鋼和對鑄鐵的補焊等。適宜板厚為3mm-20mm。 一、 焊條電弧焊電源焊條電弧焊電源1. 電源的要求 焊條電弧焊電源應具有適當的空載電壓和較高的引弧電壓，以利于引弧，保證安全；當電弧穩定燃燒時，焊接電流增大，電弧電壓應急劇下降；還應保證焊條與焊件短路時，短路電流不應太大；2. 電源種類 （1） 交流弧焊機 具有結構簡單、噪聲小、成本低等優點，但電弧穩定性較差。 （2） 直流弧焊機 二、 焊條焊條1、焊條的組成和作用 1.焊條由藥皮和焊芯兩部分組成。 焊芯在焊接過程中既是導電的電極，同時本身又溶化作為填充金屬，與熔化的母材共同形成

7、焊縫金屬；藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層，主要作用是在焊接過程中造氣，防止空氣進入焊縫；2. 焊條的分類 (1)焊條按熔渣的化學性質分為兩大類 1）酸性焊條 溶渣呈酸性，藥皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等氧化 物。 2）堿性焊條 熔渣呈堿性，藥皮的主要成分為CaCo3和CaF2 。 (2)焊條按用途可分為十一大類 碳鋼焊條、低合金鋼焊條、低溫鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條等。第三節第三節 其它焊接方法其它焊接方法一、 埋弧焊 二、 氣體保護電弧焊 三、 電渣焊 四、 等離子弧焊 五、 電子束焊 六、 激光焊一、 埋弧焊1. 定義：電弧在焊劑層下燃燒進

8、行焊接的方法稱為埋弧焊。 2. 特點： 1）生產率高； 2）焊接質量高、穩定； 3）節約金屬材料； 4）改善勞動條件。 3. 應用：常用來焊接厚度為6mm-60mm的長直焊縫和較大直徑 （一般不小于250mm）的環形焊縫。二、 氣體保護電弧焊用外加氣體作為電弧介質并保護電弧和焊接區的電弧焊，簡稱氣體保護焊。 （一） 氬弧焊 特點： 1）焊件不易氧化； 2）焊接熱影響區小，焊件不易變形； 3）焊縫致密，成形美觀； 4）焊接成本高。 應用：主要用于焊接易氧化的有色金屬和合金鋼，如鋁、鎂、鈦及其合金、耐熱鋼、不銹鋼等。（二） 二氧化碳氣體保護焊 特點： 1）生產效率高； 2）焊接熱影響區小，焊件不易

9、變形； 3）接頭抗裂性好； 4）焊接成 本低。 應用： 適合于各種位置的焊接，目前，CO2焊已在全國廣泛普及，大有在短時間內取代焊條電弧焊的發展勢頭。 三、 電渣焊1. 定義：電渣焊是利用電流通過液體熔渣所產生的電阻熱進行焊接的方法。 2. 特點： 1）厚大截面可一次焊成，生產效率高； 2）焊縫金屬比較純凈； 3. 應用：適用于板厚40mm以上結構的焊接。一般用于直縫焊接，目前，電渣焊已在我國水輪機、水壓機、軋鋼機、重型機械等大型設備制造中得到廣泛使用。四、 等離子弧焊1. 定義：借助水冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧進行焊接的方法2. 特點： 1）焊件不易氧化； 2）便于操

10、作，容易實現全位置自動化； 3）焊接熱影響區小，焊件不易變形； 4）焊縫致密，成形美觀； 5）弧柱溫度高，焊接速度快，生產率高。3. 應用：國防工業和尖端技術所用銅合金、合金鋼、鎢、鈷、鈦等金屬的焊接。如鈦合金的導彈殼體、微型繼電器、電容器的外殼封接及飛機上一些薄壁容器等均可用等離子弧焊。五、 電子束焊定義：利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空或非真空中焊件所生的熱能進行焊接的方法稱為電子束焊。 2. 特點： 1）焊縫金屬純度高； 2）焊縫表面質量好，內部熔合性好； 3）焊接熱影響區小，焊件不易變形； 4）控制靈活，精度高，適應性強。 3. 應用：電子束焊應用廣泛，從微型電子線路組件、真空膜盒、原

11、子燃料器件到大型的導彈外殼都可以采用電子束焊接。此外，熔點、導熱性、溶解度相差很大的異種金屬，在真空中使用的器件和內部要求真空的密封器件等，用真空電子束焊接也能得到良好接頭。 電子束焊六、 激光焊1. 原理：通過聚焦系統使激光束聚焦到十分微小的焦點，光能轉換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭。 2. 特點： 1）焊接熱影響區極小，焊件難于變形； 2）焊件不易被氧化，可在空氣中焊接； 3）可焊接難于接近的接頭。 3. 應用：激光焊比較容易實現異種金屬和異種材料的焊接，目前已廣泛用于電子工業和儀表工業中微型件的焊接。激光焊第四節第四節 壓焊與釬焊壓焊與釬焊焊接過程中，必須對焊件施加壓力，以完成焊接的方

12、法稱為壓焊。 一、 電阻焊 二、摩擦焊 三、釬焊一、 電阻焊工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的方法稱為電阻焊。 電阻焊分為對焊、點焊和縫焊。 (一)對焊 按工藝不同可分為電阻對焊和閃光對焊。 1. 電阻對焊，將工件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態，然后迅速施加頂鍛力完成焊接的方法。2. 閃光對焊，工件裝配成對接接頭，接通電源，并使其端面逐漸移近達到局部接觸，利用電阻熱加熱這些接觸點（產生閃光），使端面金屬熔化，直至端部在一定深度范圍內達到預定溫度時，迅速施加頂鍛力完成焊接的方法，稱為閃光對焊。 閃光對焊廣泛應用于建筑、

13、機械制造、電氣工程等部門，如鋼筋、鋼管、汽車輪緣、自行車輪圈、切削刀具等對焊（二)點焊 1、電阻點焊是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， 電阻點焊主要適用于各種薄板、板料沖壓結構及鋼筋構件，廣泛應用于飛機、汽車、拖拉機、農機、輕工、電子器件、儀表和日常生活用品的生產中。2、膠接點焊 膠接點焊是以膠接加強電阻點焊強度的連接方法。它是近年來發展起來的新工藝。與電阻點焊相比，膠接點焊接頭的搭接抗剪強度可提高3倍，疲勞強度可提高9倍。 點焊(三)縫焊 工件裝配成搭接接頭、對接接頭、T形接頭、角接接頭等接頭形式，并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓工件并轉動

14、，連續或斷續送電，形成一條連續焊縫 縫焊主要應用于焊縫較規則，有密封要求的3mm以下薄壁結構，如消聲器、油箱等。二、摩擦焊 摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所產生的熱，使端面達到熱塑性狀然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。 摩擦焊的特點： 焊接表面不易氧化，接頭質量穩定，不易產生夾渣、氣孔等缺陷，廢品率低，無需焊條、焊劑及填充金屬，操作簡單、成本低、生產率高，易于實現機械化，自動化。同種金屬及異種金屬均可施焊。摩擦焊適用于圓形截面的棒材或管材，亦可將管材焊在平板上。實心焊件截面直徑為2mm-100mm，空心焊件最大外徑可達幾百毫米。三、釬焊 釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材熔點低的金屬材料

15、作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態釬料料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。網帶式釬焊爐保護氣氛銅釬焊爐根據釬料的熔點不同，釬焊分為以下兩類。 硬釬焊 使用硬釬料（熔點高于450）進行的釬焊稱為硬釬焊。常用的釬料有銅基、銀基、鋁基、鎳基等合金。釬劑常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。加熱方法有火焰加熱、鹽浴加熱、爐內加熱、電阻加熱等。硬釬焊接頭強度較高，可達490 MPa，適用于受力較大及工作溫度較高的焊件，如自行車車架，切削刀具等。 軟釬焊 使用軟釬料（熔點低于450）進行的釬焊稱為軟釬焊。常用的釬料為錫、鉛釬料。焊劑為松香、松香酒精溶液、

16、氯化鋅溶液等。多用烙鐵加熱，接頭強度較低，在40Mpa-140Mpa之間，用于受力不大或工作溫度較低的工件，如電子器件、儀器、儀表等。釬焊的特點是： 加熱溫度低，接頭組織與性能變化小，焊件的應力和變形也小，易保證焊件尺寸，接頭光滑平整，外形美觀，同種、異種金屬均可焊接。但接頭強度低，耐熱溫度不高，焊前對焊件清理要求較嚴，不適于大型構件第五節第五節 堆焊與熱噴涂堆焊與熱噴涂一、堆焊 為增大或恢復焊件尺寸，或使焊件表面獲得具有特殊性能的熔敷金屬而進行的焊接稱為堆焊。 堆焊的目的是提高零件表面的耐磨、耐熱、耐蝕等性能或修復已磨損的零件使其恢復原尺寸 二、熱噴涂 熱噴涂是將熔融狀態的噴涂材料，通過高速

17、氣流使其霧化噴射在零件表面上，形成噴涂層的一種金屬表面加工方法。噴涂材料可以是線材，也可以是粉末材料。噴槍熱源可以是氣體火焰，也可以是電弧或等離子弧等。 金屬噴涂時，由于熔融金屬被霧化后高速噴射到金屬表面，所以噴涂層含有金屬氧化物粒子，比軋制材料更硬、更脆、且具有多孔性。除各種金屬線材的噴涂外，還可以噴涂制成粉末材料的陶瓷、玻璃、塑料等非金屬材料，以滿足各種零件表面性質的使用要求。第六節第六節 常用金屬材料的焊接常用金屬材料的焊接1、碳素鋼的焊接 2、低合金鋼的焊接 3、不銹鋼的焊接 4、鑄鐵的補焊 5、有色金屬的焊接一、碳素鋼的焊接低碳鋼的焊接 低碳鋼塑性好，一般沒有淬硬傾向。焊接時一般不需

18、要采取特殊的工藝措施即可獲得優質接頭。 低碳鋼可以用各種方法進行焊接，常用的是焊條電弧焊、埋弧焊、電阻焊、電渣焊和氣體保護焊。中、高碳鋼的焊接 中、高碳鋼屬于淬火鋼，隨著碳的質量分數的增加，其淬硬傾向漸趨嚴重，焊接性明顯變差。焊接時一般從兩方面著手：一是選用適當的焊條，如抗裂性好的低氫型焊條或奧氏體不銹鋼焊條等；二是采用一定的焊接工藝措施，如焊前預熱工件，采用細焊條、小電流、多層焊，防止母材金屬過多地深入焊縫，以防止產生熱裂紋，并采用焊后緩冷以防止產生冷裂紋等。 二、低合金鋼的焊接低合金鋼焊接經常出現的問題 （1） 熱裂紋， 熱裂紋指焊接過程中，焊縫和熱影響區金屬冷卻到固相線附近的高溫區產生的

19、焊接裂紋。 （2） 冷裂紋， 焊接接頭冷卻到較低溫度下時產生的焊接裂紋稱為冷裂紋。冷裂紋常發生在高強度鋼的厚板結構中。（3） 白點 ，在焊縫金屬拉斷面上，出現的如魚目狀的一種白色圓形斑點稱為白點。其產生原因是焊接過程中吸收了過量的氫，故又稱氫白點。低合金鋼焊接主要根據不同鋼號的屈服點等級選擇焊接材料，應遵守等強度原則。固相線，低合金鋼開始發生局部熔融的p T X(壓力 溫度 組分)條件四、不銹鋼的焊接 (1)焊接順序焊接時,按照先焊基層,再焊過渡層,最后焊復層焊縫的順序進行。(2)工藝措施a)焊條焊前須按規定進行烘干處理;b)過渡層、復層焊接均宜采用反極、直線運條和多層多道焊;c)過渡層、復層焊接均宜采用小電流