材料的连接成形.ppt

材料的连接成形材料的连接成形材料的连接成形材料的连接成形概概 述述2 2 压力焊工艺压力焊工艺1 1 熔焊工艺熔焊工艺3 3 钎焊与封焊钎焊与封焊4 4 金属材料的焊接性金属材料的焊接性5 5 焊接缺陷与检验焊接缺陷与检验6 6 焊接件结构设计焊接件结构设计本章重点：本章重点：焊条电弧焊的原理与特点，焊接材料、焊接焊条电弧焊的原理与特点，焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。焊接：焊接：是是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：焊接的主要特点是：（1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量；（2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造；（3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型；（5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：焊接方法的应用：（1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件；（2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具；（3 3）修复。）修复。焊接方法焊接方法压压力力焊焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎钎焊焊及及封封粘粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊气门芯气门芯1 1 熔焊工艺熔焊工艺 1.1 1.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程1.2 1.2 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能1.3 1.3 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力1.4 1.4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺本节重点：本节重点：熔化焊焊接接头的组织性能熔化焊焊接接头的组织性能本节难点：本节难点：焊接应力与变形焊接应力与变形1.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程熔焊的本质及特点熔焊的本质及特点熔化焊的本质是小熔熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。属熔化与结晶的过程。熔池存在时间短，温熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；不充分，氧化严重；热影响区大。热影响区大。冷却速度快，结晶后冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。易生成粗大的柱状晶。熔化焊的三要素熔化焊的三要素热源热源能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。电子束和激光。熔池的保护熔池的保护可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。焊接电弧焊接电弧电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度焊接电弧的温度 C C和热量分布和热量分布温度温度C热量分布热量分布阳极区：阳极区：260043弧柱区：弧柱区：6000800021阴极区阴极区：240036由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）电弧焊的焊接过程：电弧焊的焊接过程：手手工工电电弧弧焊焊是是利利用用焊焊条条与与工工件件间间产产生生的的电电弧弧热热，将将工工件件熔熔化而进行焊接的。化而进行焊接的。电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。氮的侵入，其保护熔化金属的作用。电弧焊的冶金过程特点：电弧焊的冶金过程特点：电电弧弧和和熔熔池池金金属属温温度度高高于于一一般般的的冶冶炼炼温温度度。使使金金属属元元素素强强烈烈蒸蒸发发，并并使使电电弧弧区区的的气气体体分分解解成成原原子子状状态态，增增大大了了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。金金属属熔熔池池体体积积小小，熔熔池池四四周周是是冷冷金金属属，熔熔池池处处于于液液态态的的时时间间很很短短，一一般般在在秒秒左左右右。导导致致各各种种化化学学反反应应难难以以达达到到平平衡衡状状态态，化化学学成成分分不不够够均均匀匀，气气体体和和杂杂质质来来不不及及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。熔熔池池不不断断更更新新，有有害害气气体体容容易易进进入入熔熔池池，形形成成氧氧化化物物、气孔杂质等缺陷。气孔杂质等缺陷。焊剂是由焊剂是由SiO2，MnO、MgO及及CaF等组成的硅酸盐。等组成的硅酸盐。焊剂保护的效果焊剂保护的效果形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。的析出。1.1.1熔池的保护熔池的保护渣保护渣保护为了使熔池与空气隔离，为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣可在熔池上覆盖一层熔渣一方面防止金属氧化和吸气一方面防止金属氧化和吸气另一方面向熔池过渡合金元另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能素，提高焊缝性能同时，还可以减少散热，提同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射高生产率，防止强光辐射气保护气保护用于保护熔池和溶滴的气用于保护熔池和溶滴的气 体应是惰性气体，并在高体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双性的不溶于金属液体的双原子气体原子气体(如如Ar或或CO2)。喷嘴结构应尽可能使气体喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。以层流流出。CO2气体气体COCO2 2为无色无味气体，密度是空气的为无色无味气体，密度是空气的1.51.5倍，在常温下很稳定，但在高倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。温下易分解。COCO2 2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。和电弧方面，效果良好。但但COCO2 2气体为氧化性气体，在高温下将分解为气体为氧化性气体，在高温下将分解为COCO和和O O2 2：COCO2 2 CO+OCO+O2 2所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。氩气氩气氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。应，因此，氩气是一种理想的保护气体。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。氩弧焊一般要求氩气纯度氩弧焊一般要求氩气纯度达达99.9%99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度可，我国生产的工业纯氩，其纯度可达达99.9%99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。，完全合乎氩弧焊的要求。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。影响焊缝质量。渣渣-气联合保护气联合保护利用渣的良好的冶金反应利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。及二氧化碳加药芯。填充金属填充金属填满焊缝，提高焊缝性能，填满焊缝，提高焊缝性能，使使焊缝与母材等强度焊缝与母材等强度，用焊，用焊丝和焊芯（填充金属）过渡丝和焊芯（填充金属）过渡合金元素。合金元素。常用的焊条钢芯为碳素钢丝、常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。合金钢丝和不锈钢丝。H H代表焊接用钢丝，其后的代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表含碳量的万分两位数字代表含碳量的万分之几；之几；A A为高级优质钢为高级优质钢；E E代代表特级优质钢。表特级优质钢。1.1.2电焊条电焊条电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用组成：组成：焊芯和药皮焊芯和药皮作用：作用：焊芯焊芯填充金属填充金属 药皮药皮稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮必须含有造气剂和造渣剂。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。焊条的种类和编号焊条的种类和编号种种类类：结结构构钢钢焊焊条条、钼钼及及铬铬钼钼耐耐热热钢钢焊焊条条、不不锈锈钢钢焊焊条条、堆堆焊焊焊焊条条、低低温温钢钢焊焊条条、铸铸铁铁焊焊条条、钛钛及及钛钛合合金金焊焊条条、铝铝及及铝铝合合金金焊焊条条、铜铜及及铜铜合合金金焊条、特殊用途焊条。焊条、特殊用途焊条。编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中：结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等于焊缝金属抗拉强度大于等于 药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）507 7 507 7 低氢，直流低氢，直流酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮工艺性好，而酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差碱性药皮工艺性差。碱性药皮中有益元素多，碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高能使焊接接头力学性能提高。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊可以提高焊缝金属的抗裂性。缝金属的抗裂性。碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和溅和CO气孔。气孔。碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（HF等），因等），因而应注意通风。而应注意通风。电焊条的选用原则电焊条的选用原则等等强强度度原原则则：低低碳碳钢钢和和普普通通低低合合金金钢钢构构件件，一一般般都都要要求求焊焊缝缝金金属属与与母母材材等等强强度度，因因此此可可根根据据钢钢材强度等级来选用相应的焊条。材强度等级来选用相应的焊条。同同一一强强度度等等级级的的酸酸性性焊焊条条和和碱碱性性焊焊条条的的选选用用。主主要要应应考考虑虑：焊焊接接件件的的结结构构形形状状、钢钢板板厚厚度度、载载荷荷性质和抗裂性能而定性质和抗裂性能而定。低低碳碳钢钢与与低低合合金金结结构构钢钢焊焊接接，可可按按某某一一种种钢钢接接头头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。中强度较低的钢材来选用相应的焊条。焊焊接接不不锈锈钢钢或或耐耐热热钢钢等等有有特特殊殊性性能能要要求求的的钢钢材材，应选用相应的专用焊条。应选用相应的专用焊条。1.2焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能熔焊热原的高温集中融化焊缝区金熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。性能发生变化。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上在焊接接头横截面上 测量的焊缝金属的区域。测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很熔合线两侧有一个很 窄的焊缝与热影响区的过渡区。窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生焊缝附近的母材因焊接热作用发生 组织或性能变化的区域组织或性能变化的区域（过热区、（过热区、正火区、部分相变区）正火区、部分相变区）。热影响区中的热影响区中的过热区过热区，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小。，对焊接接头有不利影响，应使之尽可能减小。熔合区熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。的部位。在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。焊接热循环的特点是焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。生焊接变形、应力及裂纹。焊缝热影响区焊缝热影响区焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能 热源移走后，熔池热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻焊缝中的液体金属立刻开始开始冷却结晶冷却结晶，以垂直，以垂直熔合线的方式向熔池中熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。心生长为柱状树枝晶。低熔点物质将会被推低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。形成成分偏析。1.3焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接应力与变形产生的原因：焊接应力与变形产生的原因：焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。不能自由膨胀和收缩。焊接应力与变形产生焊接应力与变形产生当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无 残余变形。残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产 生残余变形。生残余变形。焊件焊后的变形形式主要有：焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。等。焊接变形与应力的危害焊接变形与应力的危害工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。生不利影响。产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。变形和应力是十分必要的。焊接应力的防止及消除焊接应力的防止及消除采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少，使焊缝能够自由地收缩，以减少 应力（图应力（图a）。）。而图而图b因先焊焊缝因先焊焊缝1导致对焊缝导致对焊缝2的拘束度的拘束度 增加，而增大残余应力。增加，而增大残余应力。焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。接局部加热，从而减少焊接应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也 能减少焊接残余应力。能减少焊接残余应力。焊后进行消除应力的焊后进行消除应力的退火退火可消除残余应力。可消除残余应力。焊接变形的防止和消除焊接变形的防止和消除焊缝对称布置焊缝对称布置 采用采用反变形反变形方法方法采用采用对称焊对称焊和和分段倒退焊分段倒退焊采用采用多层多道焊多层多道焊，能减少焊接变形，能减少焊接变形采用焊前采用焊前刚性固定刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。也可防止焊接变形。消除变形的方法消除变形的方法防止角变形防止角变形防止扭曲变形防止扭曲变形严重的焊接变形应消严重的焊接变形应消 除，常采用除，常采用机械矫正法机械矫正法，通常，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法，一是利用火焰加热的热变形方法，一 般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。思考题思考题减少焊接应力考虑，拼焊如题减少焊接应力考虑，拼焊如题 图图1 1所示的钢板时，应怎样确所示的钢板时，应怎样确 定焊接顺序？试在图中标出，定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。并说明理由。图图11.4熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺1.1 1.1 手弧焊（略）手弧焊（略）1.2 1.2 埋弧焊埋弧焊1.3 1.3 气体保护焊气体保护焊1.4 1.4 二氧化碳焊二氧化碳焊1.5 1.5 电渣焊电渣焊1.6 1.6 等离子弧焊等离子弧焊1.7 1.7 电子束焊电子束焊1.8 1.8 激光焊激光焊1.2埋弧焊埋弧焊埋弧焊的埋弧焊的原理及特点原理及特点埋弧自动焊埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。焊接。埋弧自动焊埋弧自动焊埋弧自动焊工序埋弧自动焊工序埋弧焊的工艺埋弧焊的工艺焊前准备焊前准备板厚小于板厚小于14mm时，可不开坡口；时，可不开坡口；板厚为板厚为1422mm时，应时，应开开Y型坡口；型坡口；板厚为板厚为2250mm时，可开双时，可开双Y型或型或U型坡口。型坡口。Y型和双型和双Y型坡口的角度为型坡口的角度为5060。焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中进入工件焊缝之中平板对接焊平板对接焊一般采用双面焊，可不留间隙一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。焊双面成型。环焊缝环焊缝 焊接环焊缝时，焊丝起弧点应焊接环焊缝时，焊丝起弧点应 与环的中心线偏离一距离与环的中心线偏离一距离e，以防止，以防止 熔池金属的流淌。一般偏离距离为熔池金属的流淌。一般偏离距离为 20 40mm，直径小于，直径小于250mm的环的环 缝一般不采用埋弧自动焊。缝一般不采用埋弧自动焊。多丝埋弧焊多丝埋弧焊 同时有两个以上焊丝起焊接，同时有两个以上焊丝起焊接，焊接速度高，焊缝成型好。前一电焊接速度高，焊缝成型好。前一电 弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。使熔池形状及焊缝成型较为合理。埋弧焊的应用埋弧焊的应用埋弧焊主要用于埋弧焊主要用于压力容器压力容器的的环缝焊和直缝焊环缝焊和直缝焊，锅，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。1.3气体保护焊气体保护焊氩弧焊氩弧焊利用氩气保护电弧热源及利用氩气保护电弧热源及焊缝区焊缝区进行焊接。进行焊接。钨极氩弧焊钨极氩弧焊 以钨钍合金和钨以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，用钨合金熔点高，发射电子能力强，发射电子能力强，阴极产热少，钨极阴极产热少，钨极寿命长的特点，形寿命长的特点，形成成不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊。不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊钨极氩弧焊工序钨极氩弧焊工序熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的焊丝熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡喷射过渡”进入熔池，所用进入熔池，所用电流比较大，生产率高。电流比较大，生产率高。板厚板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧氩弧焊焊通常采用通常采用直流反接直流反接，这对于焊铝工件正好有，这对于焊铝工件正好有“阴极破碎阴极破碎”作用。作用。脉冲氩弧焊脉冲氩弧焊将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲来将电流波形调制成脉冲形式，用高脉冲来焊接，低脉冲用来维弧和凝固，可控制焊缝的焊接，低脉冲用来维弧和凝固，可控制焊缝的尺寸与焊接质量。尺寸与焊接质量。氩弧焊的特点及应用氩弧焊的特点及应用机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝 成成 型美观。型美观。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩气贵，成本高。氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。铝、钛和不锈钢等。1.4二氧化碳焊二氧化碳焊以以CO2为保护气体，用焊丝为电极引燃电为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。弧，实现半自动焊或自动焊。COCO2 2气体气体CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但果好。但CO2在高温下易分解为在高温下易分解为CO和和O，导致合导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。焊接气孔。焊接用用CO2纯度要大于纯度要大于99.8%。CO2焊时的飞溅焊时的飞溅 CO2+Fe=FeO+CO FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应：FeO+C=Fe+CO 生成的生成的CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。溅。防止飞溅的措施防止飞溅的措施CO2焊常用焊常用H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。焊丝来进行脱氧，合金化。采用短路过渡和细颗粒过渡。采用短路过渡和细颗粒过渡。为使电弧稳定，飞溅少，为使电弧稳定，飞溅少，CO2焊采用焊采用直流反接直流反接。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用药芯焊丝。采用药芯焊丝。CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。1.5电渣焊电渣焊 利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。电渣焊电渣焊的结晶特点的结晶特点 电渣焊的线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时间电渣焊的线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时间 长，所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组长，所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组 织，热影响区也严重过热。织，热影响区也严重过热。在焊接低碳钢时焊缝和近缝区产生粗大的魏氏组织。为了在焊接低碳钢时焊缝和近缝区产生粗大的魏氏组织。为了 改善焊接接头的力学性能，焊后要进行（正火）热处理。改善焊接接头的力学性能，焊后要进行（正火）热处理。电渣焊电渣焊方法方法电渣焊电渣焊中心偏中心偏析析 电渣焊时，焊缝成型系数为熔池宽度与深度之比。焊缝成电渣焊时，焊缝成型系数为熔池宽度与深度之比。焊缝成型系数越小，则表征焊缝中一次结晶晶粒主轴与焊缝轴线近于型系数越小，则表征焊缝中一次结晶晶粒主轴与焊缝轴线近于垂直，焊缝中心偏析越严重，产生中心热裂纹的敏感性越大。垂直，焊缝中心偏析越严重，产生中心热裂纹的敏感性越大。电渣焊时的成型系数一般为电渣焊时的成型系数一般为24左右，以左右，以防止中心偏析防止中心偏析。电渣焊电渣焊工艺工艺特点特点 电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点：电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。电渣焊只需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中焊电渣焊只需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚度剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚度越大效果越明显。越大效果越明显。电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。渣池的热容量大，对电流的波动敏感性小，电流密度可渣池的热容量大，对电流的波动敏感性小，电流密度可在较大的范围内变化（在较大的范围内变化（0.20.2300 300 ）。电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。产生淬火裂纹的倾向小。广泛用于锅炉制造，重型机械和石油化工等行业。电渣焊广泛用于锅炉制造，重型机械和石油化工等行业。电渣焊除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢以及铸铁外，也可除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢以及铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金和铜。用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金和铜。1.6等离子弧焊等离子弧焊利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离子体。等离子体。等离子弧温度高达等离子弧温度高达24000K以上，能量密度可达以上，能量密度可达105106 ，因而可一次性熔化较厚的材料。，因而可一次性熔化较厚的材料。等离子弧可用于焊接和切割等离子弧可用于焊接和切割。等离子弧的形成等离子弧的形成等离子弧焊过程等离子弧焊过程等离子弧焊接工艺等离子弧焊接工艺穿孔型穿孔型等离子弧焊接等离子弧焊接在大电流在大电流(100300A)和大的离子气流量的工艺参数和大的离子气流量的工艺参数条件下条件下,利用穿孔焊接可在不用衬垫的情况下实现单面焊利用穿孔焊接可在不用衬垫的情况下实现单面焊双面成形，因而受到特别重视。双面成形，因而受到特别重视。穿孔型等离子弧焊接最穿孔型等离子弧焊接最适用于焊接适用于焊接38 mm 不不锈钢，锈钢，12mm以下钛合以下钛合金，金，2-6mm低碳钢或低低碳钢或低合金钢，以及铜、黄铜、合金钢，以及铜、黄铜、镍及镍基合金的对接缝。镍及镍基合金的对接缝。可实现不开坡口，不加可实现不开坡口，不加填充金属，不用衬垫的填充金属，不用衬垫的单面焊双面型。厚度大单面焊双面型。厚度大于上述范围时可采用于上述范围时可采用Y型坡口多层焊。型坡口多层焊。熔入型熔入型等离子弧焊接等离子弧焊接当等离子弧的离子气流量较小时，穿孔效应消失，当等离子弧的离子气流量较小时，穿孔效应消失，等离子弧焊接同钨极氩弧焊相似，称为熔入型等离子弧等离子弧焊接同钨极氩弧焊相似，称为熔入型等离子弧焊。熔入型等离子弧焊适用薄板，多层焊缝的盖面及角焊。熔入型等离子弧焊适用薄板，多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接，填加或不加填充焊丝，优点是焊速较快。焊缝的焊接，填加或不加填充焊丝，优点是焊速较快。由于喷嘴的拘束作用和维弧电流的同时存在，小电由于喷嘴的拘束作用和维弧电流的同时存在，小电流的等离子弧可以十分稳定，目前已成为焊接金属薄箔流的等离子弧可以十分稳定，目前已成为焊接金属薄箔的有效方法。的有效方法。微束等离子微束等离子弧焊接弧焊接1530A以下的熔入型等离子弧焊接通常称以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接。为微束等离子弧焊接。除此之外还有脉冲等离子弧焊接，熔化极等除此之外还有脉冲等离子弧焊接，熔化极等离子弧焊接和变极性等离子弧焊接。离子弧焊接和变极性等离子弧焊接。等离子弧切割等离子弧切割 等离子弧切割通常采用氮和压缩空气作离子气，将切口等离子弧切割通常采用氮和压缩空气作离子气，将切口金属熔化并吹除。特别是空气等离弧切割，近年来受到国内外金属熔化并吹除。特别是空气等离弧切割，近年来受到国内外的重视。由于空气等离子弧的热焓值高，加上氧和金属相互作的重视。由于空气等离子弧的热焓值高，加上氧和金属相互作用过程中放热，切割速度提高，切口质量也很好。等离子弧切用过程中放热，切割速度提高，切口质量也很好。等离子弧切割低碳钢的厚度为割低碳钢的厚度为0.680mm。等离子弧焊的特点及应用等离子弧焊的特点及应用等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。1010 12mm12mm厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快，厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快，生产率高，应力变形小。生产率高，应力变形小。电流电流小到小到0.1A0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及尖等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及尖端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可用等离子电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可用等离子弧焊接。弧焊接。但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内焊接。焊接。1.7电子束焊电子束焊电子束焊接过程电子束焊接过程电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。化为热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。为扩大电子束焊的应用范围，先后研制出了低真空电子为扩大电子束焊的应用范围，先后研制出了低真空电子束焊和非真空电子束焊，为防止电子枪的污染，采用氦束焊和非真空电子束焊，为防止电子枪的污染，采用氦气隔离电子枪与工作室，使电子束能在大气中进行焊接。气隔离电子枪与工作室，使电子束能在大气中进行焊接。电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙堆高可在接缝预加垫片。对接缝间隙为为0.1倍的板厚，一倍的板厚，一般不能超过般不能超过0.2mm。电子束焊接电子束焊接电子束焊的特点及应用电子束焊的特点及应用保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属。金属。加热小，焊接变形小。加热小，焊接变形小。电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。1.8激光焊激光焊利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密度达度达1013，从而使材料熔化焊接。激光焊分为，从而使材料熔化焊接。激光焊分为脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业中脉冲和连续激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业中的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激光焊的薄膜、丝、集成电路内引线和异材焊接。连续激光焊可焊较厚的板材，接缝间隙很小。可焊较厚的板材，接缝间隙很小。激光焊接过程激光焊接过程激光焊激光焊的特点的特点高能高速焊，无焊接变形。高能高速焊，无焊接变形。灵活性大。灵活性大。生产率高，材料不易氧化。生产率高，材料不易氧化。设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。COCO2 2气体保护效果怎样？为什么气体保护效果怎样？为什么COCO2 2气体保护可气体保护可除氢，而易产生飞溅？除氢，而易产生飞溅？焊缝系数对宏观偏析和结晶裂纹有何影响？一焊缝系数对宏观偏析和结晶裂纹有何影响？一般应选择多大的焊缝系数才比较合适？般应选择多大的焊缝系数才比较合适？指出低碳钢和合金钢（退火态）的热影响区的指出低碳钢和合金钢（退火态）的热影响区的组织有何异同，怎样防止合金钢的焊接裂纹组织有何异同，怎样防止合金钢的焊接裂纹？试述热裂纹及冷裂纹的特征，形成原因及防止试述热裂纹及冷裂纹的特征，形成原因及防止措施。措施。思考题思考题