第9章焊接9.7焊接技術新發展9.1電弧焊9.2電阻焊9.3摩擦焊、釬焊9.5焊接件結構工藝性9.4其它焊接方法9.6常用金屬材料的焊接焊接是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。焊接過程的實質是利用加熱或加壓等手段，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。圖9.1涂料焊條的電弧焊過程9.1電弧焊9.1.1焊條電弧焊

即手工電弧焊，利用焊條與工件間產生電弧熱，將工件與焊條熔化而進行焊接的方法。焊接原理如圖9.1。焊縫質量由很多因素決定，如工件基體金屬和焊條的質量、焊前的清理程度、焊接時電弧的穩定情況等。電焊條由焊芯和藥皮（涂料）兩部分組成。焊芯起導電和填充焊縫金屬的作用，藥皮用于保護焊接順利進行并使焊縫具有一定的化學成分和力學性能。表1.焊條藥皮原料的種類、名稱及其作用焊條按化學成分劃分為七大類：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。按熔渣性質分為酸性焊條和堿性焊條。圖9.2環縫埋弧焊示意圖9.1.2埋弧焊也稱熔劑層下焊接1.焊接過程焊接時，電弧在顆粒狀熔劑層下燃燒，焊機帶著焊絲均勻沿坡口移動，或者焊機不動工件勻速運動。焊絲前焊劑從漏斗流出撒在被焊部位。

2.埋弧焊的特點生產率高；焊接質量高而且穩定；節省金屬材料；改善勞動條件。但設備費用高，工藝裝備復雜，對接頭加工與裝配要求嚴格，只適用于批量生產長直線焊縫與圓筒形工件的縱、環焊縫。

3.埋弧焊的焊絲與焊劑焊劑按制造方法分為熔煉焊劑和陶質焊劑兩大類。

4.埋弧焊工藝埋弧焊要求仔細地下料、準備坡口和裝配。9.1.3氣體保護焊圖9.3氬弧焊示意圖1.氬弧焊2.CO2氣體保護焊圖9.4CO2氣體保護焊示意圖9.1.4等離子弧焊接與切割圖9.5等離子弧發生裝置原理圖焊條電弧焊埋弧焊Ar弧焊CO2保護焊等離子弧焊優點設備簡單，容易維護，焊鉗小，使用靈便，用途廣泛。生產率高，焊接質量高且穩定，節省金屬材料，改善勞動條件適用于各類合金鋼、稀有金屬,電弧穩定,焊縫致密,成形美觀；明弧可見,易實現全位置自動焊,工件焊后變形小成本低，生產率高，操作性能好，質量較好溫度高穿透力強，可焊箔材，缺點設備費用高，工藝裝備復雜，價格高飛濺嚴重，易產生氣孔設備復雜，氣體消耗大，宜于室內焊接應用最廣泛批量生產長的焊縫或圓筒形工件的縱橫焊縫焊鎂、鈦及其合金，不銹鋼，低合金結構鋼厚度<30㎜低碳鋼，低合金結構鋼焊接銅合金，外殼封焊、薄壁容器9.2電阻焊電阻焊是利用電流通過焊件及其接觸處所產生電阻熱，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態，然后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法。電阻焊優點：生產率高，焊接變形小，勞動條件好，不需另加焊接材料，操作簡單，易實現機械化。缺點：設備復雜，耗電量大，接頭形式與工件厚度受到限制。9.2.1點焊利用柱狀電極加壓通電，在搭接工件接觸面之間焊成一個個焊點的焊接方法。圖9.5點焊示意圖影響點焊質量的主要因素有焊接電流、通電時間、電極壓力及工件表面清理情況等。圖9.6點焊接頭形式圖9.7縫焊示意圖9.2.2縫焊9.2.3對焊

利用電阻熱使兩個工件在整個接觸面上焊接起來的一種方法。

圖9.8對焊示意圖圖9.9對焊接頭形式9.2.4凸焊圖9.10凸焊示意圖圖9.11凸焊應用示例點焊縫焊電阻對焊閃光對焊凸焊優點焊點重復50%密封性好操作簡單，接頭光滑接頭夾渣少，質量好，強度高生產率高，電流密度大，凸點位置準確，工件表面影響小缺點焊接分流現象嚴重易加熱不勻，連接不牢，端面易氧化金屬損耗大，火花污染，焊后有毛刺應用厚度<4㎜的薄板件，薄壁結構、罩殼厚度<3㎜的薄板結構簡單斷面，長度<20㎜重要工件，可焊異種金屬。0.01㎜～2000m㎡低碳鋼和低合金鋼沖壓件9.3.1摩擦焊

利用工件間相互摩擦產生熱量，同時加壓而進行焊接的方法。圖9.12摩擦焊示意圖9.3摩擦焊、釬焊圖9.13摩擦焊接頭形式9.3.2釬焊

利用熔點比焊件低的釬為作填充金屬，加熱時釬料熔化成將焊件連結起來的焊接方法。圖9.14釬焊接頭形式作業P282:9-19-29-39-49.4其它焊接方法

1.電渣焊利用電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源進行焊接的方法

圖9.15電渣焊示意圖特點：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）接頭組織粗大，焊后需進行正火處理。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。2.真空電子束焊接

利用加速和聚焦電子束轟擊置于真空中焊件所生的熱能進行焊接的方法稱為電子束焊。圖9.16真空電子束焊接示意圖特點：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。應用：電子束焊應用廣泛，從微型電子線路組件、真空膜盒、鉬箔蜂窩結構、原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。3.激光焊接

利用激光器受激產生的激光束，通過聚焦系統聚焦到十分微小的焦點，當調焦到焊件接頭處時，光能轉換為熱能，從而使金屬熔化形成接頭。圖9.17激光焊接示意圖特點：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）焊接設備與焊件間無接觸，可焊接難于接近的接頭。

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。圖9.18型材及管材的高頻焊模式4.高頻焊用流經工件連接面的高頻電流所產生的電阻熱加熱，并在施加或不施加壓力的情況下使工件間實現相互連接的一類焊接方法。5.爆炸焊以炸藥為能源進行金屬間焊接的方法。9.19復合板的爆炸焊工藝安裝示意圖6.超聲波焊利用超聲波頻率的機械振動能量，連接同種或異種金屬、半異體、塑料及金屬陶瓷等的特殊焊接方法7.擴散焊在一定的溫度和壓力下使待焊表面相互接觸，通過微觀塑性變形或通過待焊面產生的微量液相而擴大待焊表面的物理接觸，然后經較長時間的原子相互擴散來實現冶金結合的一種焊接方法。電渣焊真空電子束焊激光焊高頻焊爆炸焊超聲波焊擴散焊優點可焊厚工件,生產率高成本低,焊縫金屬純焊縫質量高深窄,焊接過程靈活生產率高；焊件變形小；可焊難焊位置速度快，熱影響區小，焊件種類廣泛適用范圍廣,工藝簡單,操作靈活,可實現面焊,成本低焊高熱導率高電導率材料,耗費低焊頭質量好,零件變形小缺點焊接熱影響區寬，焊后正火處理設備復雜,造價高,焊件尺寸受限焊件厚度限制,技術要求高高壓電源危險,零件壽命低,維修費用高不能焊厚、硬工件應用水輪機,水壓機,重型機械微型電子線路組件,真空膜盒,鋁箔微電子元件,精密件,熱敏感材料管材，散熱片，異型管生產復合材料,復合板,復合管絲,箔,片等薄件特殊異種材料焊思考題：說明下列制品該采用什么焊接方法？自行車車架鋼窗自來水管電子線路板鍋爐殼體汽車覆蓋件裝配9.5.1焊接缺陷及其預防圖9.20焊接應力9.5焊接件結構工藝性1.焊接應力

圖9.21焊接次序對焊接應力的影響防止措施：1.選用塑性好的材料，避免焊縫密集交叉，焊縫過長，截面過大。2.確定正確焊接次序。3.焊后去應力退火。2.焊接變形

圖9.22焊接變形的基本形式及反變形防止措施：1.采用對稱結構或大剛度結構，焊縫對稱分布。2.反變形或剛性夾持法。3.正確選擇焊接參數、焊接次序。4.機械矯正法，火焰加熱矯正法。圖9.24機械矯正法圖9.25火焰矯正法圖9.23梁的焊接次序3.焊接裂紋

（1）盡量分散

1.焊縫的布置

9.5.2焊接接頭工藝設計圖9.26焊縫分散布置的設計（2）盡可能對稱圖9.27焊縫對稱布置的設計（3）盡量避開最大應力斷面和應力集中位置

圖9.28焊縫避開最大應力斷面和應力集中位置設計（4）焊縫應盡量避開機械加工面

圖9.29焊縫遠離機械加工表面的設計（5）焊縫位置應便于焊接操作

圖9.30焊縫位置便于電弧焊、埋弧焊、點焊的設計圖9.30焊縫位置便于埋弧焊、點焊的設計2.接頭形式的選擇與設計（1）接頭與坡口形式圖9.31焊條電弧焊接頭形式與坡口形式2.接頭過渡形式

圖9.32不同厚度金屬材料對接的過渡形式3.其它焊接方法的接頭與坡口形式

圖9.33不同厚度鋼板角接與T形接頭的過渡形式圖9.34電渣焊的接頭形式作業：1.常見的焊接缺陷有哪些？該怎么預防？2.焊縫工藝設計原則有哪些？一、金屬材料的焊接性(GB/T3375-94)

材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。焊接性受：材料、焊接方法、構件類型、使用要求等因素影響。1.工藝焊接性焊接工藝的優劣，產生缺陷的傾向；

2.使用焊接性接頭在使用中的可靠性，如力學性能、和其他性能。9.6.1金屬材料的焊接性9.6常用金屬材料的焊接w(C)

當量＝w(C)++

％根據經驗ω(C)當量＜0.4％時焊接性良好；ω(C)當量＝0.4～0.6％時焊接性相對較差；ω(C)當量＞0.6％：焊接性不好。二、焊接性的評定碳當量估算法

一、低碳鋼的焊接低碳鋼含碳量≤0.25％沒有淬硬、冷裂傾向，焊接性良好；通常無須熱處理。當厚度大于50mm的結構在低溫焊接時：

1.需預熱焊件（100～150℃）；

2.或用大電流多層焊；

3.焊后進行去應力退火或正火。

低碳鋼適宜各種焊接方法，應用較廣有：焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護電弧焊、電渣焊和電阻焊。

9.6.2碳鋼的焊接二、中、高碳鋼焊接中、高碳鋼0.25%＜Wc＜0.6%以上,屬淬硬鋼,含碳量增加,淬硬、裂紋傾向增加,焊接性差。措施有：

1.選用合適的焊條(選用細焊條)；

2.焊前預熱；開坡口；小電流；

3.多層焊及焊后緩冷等。高碳鋼工件一般只限焊條電弧焊于修補工作。9.6.3合金結構鋼的焊接

合金結構鋼分為機械制造用合金結構鋼和低合金高強度鋼(工程:橋梁、建筑、船舶等用鋼）低合金高強度鋼焊接特點：淬硬和裂紋傾向增大！焊接方法與工藝：一般按(屈服)強度分等級，常用焊條電弧焊和埋弧焊焊接，其焊接材料選用如下表：鋼號焊條電弧焊焊條牌號埋弧焊預熱溫度新標準舊標準焊絲牌號焊劑牌號Q29509Mn2J422,J423H08AHJ431不預熱Q34516MnJ502,J507H08MnAHJ431不預熱Q39515MnVJ556,J557H08Mn2Si

HJ431≥100℃機械制造用合金結構鋼焊接與中碳鋼焊接相似。

不銹鋼按空冷后室溫組織不同可分為：

1.馬氏體型(M)不銹鋼(3Cr13)；

2.鐵素體型(F)不銹鋼(1Cr17)；

3.奧氏體型(A)鉻鎳不銹鋼(1Cr18Ni9或Cr25Ni20)

但應用最廣的是奧氏體型鉻鎳不銹鋼。

奧氏體型不銹鋼焊接性良好，一般不需要采取特殊的工藝措施，通常應用焊條電弧焊、鎢極氬弧焊或埋弧焊。9.6.4不銹鋼的焊接關鍵在于：焊條（絲）要對應于被焊母材化學成分類型相同。鑄鐵在焊補中的表現：易白口、易裂紋、易生氣孔。9.6.5鑄鐵的焊補鑄鐵焊補按焊前是否預熱可分為：熱焊法和冷焊法一、熱焊法焊前預熱(600～700℃),焊后緩冷,能防止白口和裂紋,焊質好；焊后可切削。但成本高,勞動條件差。對鑄鐵進行熱焊補使用氣焊比較方便。用專門鑄鐵棒焊條，配以CJ201氣焊焊劑。

由鑄鐵的表現，鑄鐵的焊補常采用方法有：氣焊、焊條電弧焊(個別大件可用電渣焊)。

二、冷焊法焊補前工件不預熱（或<400℃）。冷焊法方便、靈活、效率高、成本低、勞動條件好。冷焊法關鍵：焊條的選用。冷焊法以焊條電弧焊為多。

關于冷焊法焊條選用：1.一般非加工面焊補，選鋼芯或鑄鐵芯鑄鐵焊條；如：E5016、高釩Z116；

2.重要鑄件加工面的焊補,選鎳基鑄鐵焊條；如EZNi(Z308)；3.焊后須加工的灰鐵件焊補,選銅基鑄鐵焊條;如：EZNiCu(Z508)。9.6.7有色（非鐵）金屬焊接

一、銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難的多,其特點

1.難熔合；2.易變形。原因：1.銅導熱性很高(純銅為低碳鋼的8倍),散熱快，難焊透；

2.液態銅易氧化生成Cu2O與銅的低熔點共晶體，是造成開裂的原因；

3.液態銅易吸氣生成氣孔；等等。銅及銅合金的焊接常采用氬弧焊、氣焊、焊條電弧焊、埋弧焊和釬焊等。其中氬弧焊主要用于焊接紫銅和青銅；氣焊用于焊接黃銅件多。

二、鋁及鋁合金的焊接鋁及鋁合金的焊接主要問題是：

1.氧化；

2.氣孔。還有：鋁合金焊接加熱時從固相到液相無顏色的變化！又易軟化塌陷！！焊鋁難！一般用氣焊，須經驗豐富。焊鋁的理想方法是氬弧焊。1.提高焊接生產率是推動焊接技術發展的驅動力2.準備車間的機械化、自動化是焊接技術發展的重點內容3.焊接過程自動化、智能化是焊接技術發展的主要方向4.新興工業的發展推動焊接技術前進5.熱源的研究與開發是推動焊接工藝發展的根本動力

9.7焊接技術新發展1）真空電弧焊接技術

它是可以對不銹鋼、鈦合金和高溫合金等金屬進行熔化焊，及對小試件進行快速高效的局部加熱釬焊的最新技術。該技術由俄羅斯發明，并迅速應用在航空發動機的焊接中。使用真空電弧進行渦輪葉片的修復、鈦合金氣瓶的焊接，可以有效地解決材料氧化、軟化、熱裂、抗氧化性能降低等問題。2）窄間隙熔化極氣體保護電弧焊技術它具有比其他窄間隙焊接工藝更多的優勢，在任意位置都能得到高質量的焊縫，且具有節能、焊接成本低、生產效率高、適用范圍廣等特點。利用表面張力過渡技術進行熔化極氣體保護電弧焊表明，該技術必將進一步促進熔化極氣體保護電弧焊在窄間隙焊接的應用。3）激光填料焊接

是指在焊縫中預先填入特定焊接材料后用激光照射熔化或在激光照射的同時填入焊接材料以形成焊接接頭的方法。廣義的激光填料焊接應該包括兩類：激光對焊與激光熔覆。其中，激光熔覆是利用激光在工件表面熔覆一層金屬、陶瓷或其它材料，以改善材料表面性能的一種工藝。激光填料焊接技術主要應用于異種材料焊接、有色及特種材料焊接和大型結構鋼件焊接等激光直接對焊不能勝任的領域。

4）高速焊接技術

它使MIG／MAG的焊接生產率成倍增長，它包括快速電弧技術和快速熔化技術。由于采用的焊接電流大，所以熔深大，一般不會產生未焊透和熔合不良等缺陷，焊縫成形良好，焊縫金屬與母材過渡平滑，有利于提高疲勞強度。5）攪拌摩擦焊（FSW）

FSW主要由攪拌頭的摩擦熱和機械擠壓的聯合作用下形成接頭，其主要原理和特點是：焊接時旋轉的攪拌頭緩緩進入焊縫，在與工件表面接觸時通過摩擦生熱使周圍的一層金屬塑性化。同時，攪拌頭沿焊接方向移動形成焊縫。

1991年FSW技術由英國焊接研究所發明，作為一種固相連接手段，它克服了熔焊的諸如氣孔、裂紋、變形等缺陷，更使以往通過傳統熔焊手段無法實現焊接的材料可以采用FSW實現焊接，被譽為“繼激光焊后又一革命性的焊接技術”。

尤其值得指出的是，攪拌摩擦焊具有適合于自動化和機器人操作的優點，諸如：不需要填絲、保護氣（對于鋁合金）、可以允許有薄的氧化膜、對于批量生產，不需要進行打磨、刮擦之類的表面處理非損耗的工具頭、一個典型的工具頭就可以用來焊接6000系列的鋁合金達1000米等。6）激光－電弧復合熱源焊接（LaserArcHybrid）

激光—電弧復合主要是激光與TIG、等離子氣體以及MAG。通過激光與電弧的相互影響，可克服每一種方法自身的不足，進而產生良好的復合效應。MAG成本低，使用填絲，適用性強，缺點是熔深淺、焊速低、工件承受熱載荷大。激光焊可形成深而窄的焊縫，焊速高、熱輸入低，但投資高，對工件制備精度要求高，對鋁等材料的適應性差。Laser-MAG的復合效應表現在：電弧增加了對間隙的橋接性，其原因有二：一是填充焊絲，二是電弧加熱范圍較寬；電弧功率決定焊縫頂部寬度；激光產生的等離子體減小了電弧引燃和維持的阻力，使電弧更穩定；激光功率決定了焊縫的深度；更進一步講，復合導致了效率增加以及焊接適應性的增強。激光電弧復合對焊接效率的提高十分顯著。這主要基于兩種效應，一是較高的能量密度導致了較高的焊接速度，工件對流損失減小；二是兩熱源相互作用的疊加效應。焊接鋼時，激光等離子體使電弧更穩定，同時，電弧也進入熔池小孔，減小了能量的損失；焊接鋁時，由于疊加效應幾乎與激光波長無關，其物理機制和特性尚待進一步研究。1.什么叫焊接缺陷？答：焊接過程中產生的不符合標準要求的缺陷。2.為什么熔化焊