[精选]金属工艺学—4焊接16750.pptx

金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/201第四篇第四篇焊接焊接金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接本章重点：本章重点：深刻地理解焊接工程的基本理论；深刻地理解焊接工程的基本理论；对焊接接头的组织与性能、焊接应力与变形的形成过程对焊接接头的组织与性能、焊接应力与变形的形成过程有清楚的认识；有清楚的认识；掌握防止和消除焊接变形的常用方法。掌握防止和消除焊接变形的常用方法。第第13章章焊接工艺基础焊接工艺基础13.1概述概述13.2电弧焊工艺基础电弧焊工艺基础13.3焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能13.4焊接应力与变形焊接应力与变形作业：作业：P19913.1、13.4、13.72023/5/202金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/203 焊接：焊接：通过通过加热或加压加热或加压，或两者兼用，并且用或不用填充，或两者兼用，并且用或不用填充金属，使分离的两部分金属形成金属，使分离的两部分金属形成原子间结合原子间结合的一种工艺方法。的一种工艺方法。焊接是一种焊接是一种永久永久连接金属材料的工艺方法。连接金属材料的工艺方法。第一节第一节 概述概述 一、焊接成形的特点一、焊接成形的特点1 1重量轻，节省材料。重量轻，节省材料。2 2生产率高，生产周期短，劳动强度低，易实现自动化。生产率高，生产周期短，劳动强度低，易实现自动化。3 3可实现异种金属的连接。可实现异种金属的连接。4 4可进行组合件的生产。可进行组合件的生产。5 5焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/204二、焊接成形的分类二、焊接成形的分类1.熔化焊：熔化焊：把焊件连接处把焊件连接处局部加热到熔化状态局部加热到熔化状态，然后，然后冷却凝固冷却凝固成成一体，不加压力完成的焊接方法。一体，不加压力完成的焊接方法。2.压力焊：压力焊：在焊接过程中必须在焊接过程中必须对焊件施加压力对焊件施加压力（加热或不加热）（加热或不加热）的焊接方法。的焊接方法。3.钎焊：钎焊：在焊接过程中在焊接过程中采用低熔点的填充金属（钎料）熔化采用低熔点的填充金属（钎料）熔化后，后，与固态母材相互扩散与固态母材相互扩散，冷凝后实现，冷凝后实现连接的焊接方法。连接的焊接方法。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/205压力焊压力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感应焊感应焊钎焊钎焊软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊熔熔化化焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊高能高能束束焊焊化学热焊化学热焊手工电弧焊手工电弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻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金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/206三、各种焊接方法的特征三、各种焊接方法的特征金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/207气门芯气门芯金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/208第二节第二节 电弧焊工艺基础电弧焊工艺基础1、焊接电弧的概念、焊接电弧的概念 在焊条末端和工件两极之间的在焊条末端和工件两极之间的气体介质气体介质中，产生强烈而中，产生强烈而持久的持久的放电现象放电现象。电弧形成条件电弧形成条件：（1）使气体电离；使气体电离；（2）阴极发射电子。）阴极发射电子。2、电弧的构造及热量分布、电弧的构造及热量分布阴极区：阴极区：2400k36%阳极区：阳极区：2600k42%弧柱区：弧柱区：50008000k21%金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2093、电弧的极性、电弧的极性（1）直流电源）直流电源正接正接：正极接工件正极接工件，工件温度稍高。，工件温度稍高。直流电源直流电源反接反接：负极接工件负极接工件，工件温度稍低。，工件温度稍低。对薄板的焊接，可采用对薄板的焊接，可采用反接反接。（2）交流焊机无正反接特点交流焊机无正反接特点，两极温度均为，两极温度均为2500K。（3）适当的空载电压以保证）适当的空载电压以保证引弧引弧，一般为，一般为5090V。（4）提供电弧工作电压，保证电弧稳定燃烧。）提供电弧工作电压，保证电弧稳定燃烧。电弧长度越大，电弧工作电压也越高，一般为电弧长度越大，电弧工作电压也越高，一般为16 35V。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20104.电弧焊冶金过程电弧焊冶金过程（1 1）在电弧高温作用下，工件和）在电弧高温作用下，工件和焊条同时产生局部熔化，形成焊条同时产生局部熔化，形成熔熔池池。（2 2）电弧的移动形成动态熔池，）电弧的移动形成动态熔池，熔池熔池前部的加热融化前部的加热融化与与后部的顺后部的顺序冷却结晶序冷却结晶，形成完整的焊缝。，形成完整的焊缝。（3 3）药皮熔化药皮熔化进入熔池发生冶金反应进入熔池发生冶金反应形成形成熔渣熔渣构成渣壳保护；构成渣壳保护；药皮分解药皮分解CO2,CO,H2CO2,CO,H2等气体等气体围绕在围绕在电弧和熔池周围电弧和熔池周围保护熔化熔池。保护熔化熔池。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20115.电弧焊冶金特点电弧焊冶金特点 电弧焊冶金反应的本质是电弧焊冶金反应的本质是小熔池熔炼与铸造小熔池熔炼与铸造，是金属熔，是金属熔化与结晶的过程。化与结晶的过程。熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。严重；热影响区大。冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶；有害气体容冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶；有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔等缺陷，使焊缝金属的塑易进入熔池，形成氧化物、气孔等缺陷，使焊缝金属的塑性、韧性下降。性、韧性下降。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接5/20/2023 4:54 PM6.6.熔化焊的三要素熔化焊的三要素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。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。热、电子束和激光。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2013焊芯焊芯药皮药皮 氧化钛型；氧化钛型；氧化钛钙型；钛铁矿型；钛铁矿型；氧化钛型；氧化钛型；纤维素型；纤维素型；低氢钾型；低氢钠型；石墨型；石墨型；盐基型。盐基型。药皮的种类：药皮的种类：焊缝的焊缝的填充材料填充材料 填充焊缝填充焊缝保护焊缝和焊接过程保护焊缝和焊接过程控制焊缝金属的化学成分控制焊缝金属的化学成分稳定电弧稳定电弧电极电极传导电流传导电流 导电导电电焊条电焊条焊芯焊芯药皮药皮7.电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2014J507药皮种类（低氢钠型）药皮种类（低氢钠型）抗拉强度抗拉强度500MPa结构钢焊条结构钢焊条药皮种类（氧化钙钛型）药皮种类（氧化钙钛型）抗拉强度抗拉强度420MPa结构钢焊条结构钢焊条8.电焊条的分类电焊条的分类结构钢焊条结构钢焊条J；钼和铬耐热钢焊条钼和铬耐热钢焊条R；低温钢焊条低温钢焊条W；不锈钢焊条不锈钢焊条A；堆焊焊条堆焊焊条D；铸铁焊条铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条镍及镍合金焊条Ni；铜及铜合金焊条铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条L；特殊用途焊条特殊用途焊条TSJ422金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2015酸性焊条：酸性焊条：碱性焊条：碱性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主在熔渣中以酸性氧化物为主（TiOTiO2 2、SiOSiO2 2、FeFe2 2OO3 3）在熔渣中以碱性氧化物为主在熔渣中以碱性氧化物为主（K K2 2O O、NaNa2 2OO、CaOCaO、MnOMnO）9.9.电焊条的选用电焊条的选用()等强度原则等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。()同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定；件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定；()低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。材来选用相应的焊条。()焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。用焊条。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2016第三节第三节 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 焊缝区焊缝区焊接热影响区焊接热影响区1 1）焊缝区焊缝区2 2）焊接热影响区焊接热影响区焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。1、焊接热循环、焊接热循环2、焊接接头金属组织与性能的变化、焊接接头金属组织与性能的变化焊接接头焊接接头熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性能发生变化的区域。能发生变化的区域。热影响区包括：热影响区包括：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。熔合区、过热区、正火区和部分相变区。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2017熔合区熔合区是焊缝和母材金属的交界区。是焊缝和母材金属的交界区。0.1-1mm）加热温度：加热温度：T液液T固固熔合区成分不均，组织为粗大的熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，过热组织或淬硬组织，是焊接接头是焊接接头中的最差的部位。中的最差的部位。强度、塑性、韧强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。地。过热区过热区在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）加热温度：加热温度：T固固1100力学性能较母材稍差。力学性能较母材稍差。塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2018正火区正火区在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm）加热温度：加热温度：1100AC3力学性能优于母材力学性能优于母材。部分相变区部分相变区在热影响区内发生部分相变的区域。在热影响区内发生部分相变的区域。加热温度：加热温度：AC3AC1力学性能较母材稍差。力学性能较母材稍差。力学性能最差的区域：力学性能最差的区域：熔合区和过热区熔合区和过热区金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接5/20/2023 4:54 PM焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能 热源移走后，熔池焊热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻开始缝中的液体金属立刻开始冷冷却结晶却结晶，以垂直熔合线的方，以垂直熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树式向熔池中心生长为柱状树枝晶。枝晶。低熔点物质将会被推向低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，形成成焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。分偏析。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2020第四节第四节 焊接应力与变形焊接应力与变形焊接应力状态：焊接应力状态：焊缝区域焊缝区域拉应力拉应力两侧冷金属两侧冷金属压应力压应力焊接变形：焊件整体缩短 Ll一、焊接应力与变形产生的原因一、焊接应力与变形产生的原因根本原因根本原因：焊件在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。：焊件在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2021二、焊接变形的基本形式二、焊接变形的基本形式二、焊接变形的基本形式二、焊接变形的基本形式1.1.收缩变形收缩变形2.2.角变形角变形3.3.弯曲变形弯曲变形4.4.扭曲变形扭曲变形5.5.波浪形变形波浪形变形金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2022不正确不正确正确正确三、焊接应力与变形的防止三、焊接应力与变形的防止1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20231 12 22）合理选择焊接顺序。）合理选择焊接顺序。尽量保证焊缝能自由收缩尽量保证焊缝能自由收缩（先自由后约束）（先自由后约束）（）（）（）1 12 23 34 414321 12 23 34 41234561452361234使其变形能相互抵消或减弱使其变形能相互抵消或减弱金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20244）采用小能量、多层焊）采用小能量、多层焊5）焊前预热（）焊前预热（150350）6）焊后热处理（去应力退火）：可消除应力）焊后热处理（去应力退火）：可消除应力80%左右。左右。3）反变形法）反变形法金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20257）采用焊前刚性固定法。）采用焊前刚性固定法。8）焊接变形的矫正。）焊接变形的矫正。机械矫正 火焰矫正金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2026思考题思考题减少焊接应力考虑，拼焊如减少焊接应力考虑，拼焊如 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1金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2027思考题思考题减少焊接应力考虑，拼焊如减少焊接应力考虑，拼焊如 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1先焊成三个长条，然先焊成三个长条，然后再焊在一起。即先焊后再焊在一起。即先焊1-2，1-3，4-5，6-7，然后，然后再焊两个长缝再焊两个长缝。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2028第一节第一节 手工电弧焊手工电弧焊一、手工电弧焊的特点一、手工电弧焊的特点1.1.设备简单、应用灵活方便。设备简单、应用灵活方便。2.2.劳动条件差、生产率低、质量不稳定。劳动条件差、生产率低、质量不稳定。二、手工电弧焊焊接过程二、手工电弧焊焊接过程引弧引弧 形成熔池形成熔池形成焊缝形成焊缝焊接过程冶金特点：焊接过程冶金特点：1.1.熔池金属温度高于一般冶金温度熔池金属温度高于一般冶金温度2.2.熔池金属冷却快，处于液态的时间短熔池金属冷却快，处于液态的时间短2000k使金属元素强烈蒸发、烧损。使金属元素强烈蒸发、烧损。10s化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。第十四章第十四章其他常用焊接方法其他常用焊接方法金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2029第二节第二节 埋弧焊埋弧焊一、埋弧焊的原理及特点一、埋弧焊的原理及特点 埋弧自动焊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埋弧自动焊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。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可烧。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，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，劳动条件好。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焊接。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。1.设备及焊接过程设备及焊接过程焊接电源焊接电源控制箱控制箱焊接小车焊接小车焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热溶池保护：溶池保护：焊剂（气、渣）焊剂（气、渣）金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2030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，应开时，应开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5060二、埋弧自动焊工艺二、埋弧自动焊工艺1）焊前准备）焊前准备金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20312)2)采取防漏措施采取防漏措施双面焊；双面焊；手工电弧焊封底；手工电弧焊封底；焊剂焊剂垫；垫；采用锁底坡口；采用锁底坡口；水冷铜垫板。水冷铜垫板。3)3)要有引弧板和引出板要有引弧板和引出板环焊缝：环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离一定距离a a；（；（a=2040mma=2040mm）。直径）。直径小于小于250mm250mm一般不采用埋弧焊。一般不采用埋弧焊。焊缝间隙应均匀，焊直缝时，焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装应安装引弧板和熄弧板引弧板和熄弧板，以防，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中工件焊缝之中金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20321 1）生产率高（手弧焊的）生产率高（手弧焊的510510倍）倍）2 2）焊接质量高且稳定。）焊接质量高且稳定。3 3）节约金属材料、生产成本低。）节约金属材料、生产成本低。4 4）劳动条件好。）劳动条件好。5 5）只能在水平位置焊接。）只能在水平位置焊接。应用：应用：主要用于较厚钢板的主要用于较厚钢板的长直焊缝长直焊缝和较大直径的和较大直径的环形焊缝环形焊缝焊焊接。接。如压力容器的如压力容器的环焊缝和直焊缝环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。接。三、三、埋弧自动焊工艺特点埋弧自动焊工艺特点金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2033第三节第三节 气体保护焊气体保护焊一、一、氩弧焊氩弧焊利用利用氩气氩气作为保护性介质的作为保护性介质的电弧焊电弧焊方法。方法。焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：保护介质：ArArArAr不与金属发生化学反应不与金属发生化学反应不产生夹渣缺陷不产生夹渣缺陷不溶解于液体金属中不溶解于液体金属中不产生气孔缺陷不产生气孔缺陷比重大于空气（比重大于空气（25%25%）1 1）非熔化极氩弧焊）非熔化极氩弧焊适于适于6mm6mm以下工件的焊接以下工件的焊接钨极氩弧焊钨极氩弧焊以钨钍合金和钨铈合金为阴极，以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的特点，形阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊。成不熔化极氩弧焊。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20342 2）熔化极氩弧焊）熔化极氩弧焊25mm25mm以下的工件以下的工件以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过渡喷射过渡”进入熔池，所用电流比较大，进入熔池，所用电流比较大，生产率高。生产率高。板厚板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用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。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20353 3）氩弧焊的特点及应用）氩弧焊的特点及应用机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。焊接质量优良。电弧燃烧稳定，飞溅小。电弧燃烧稳定，飞溅小。焊接热影响区和变形小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。可进行全位置焊接。氩气昂贵，设备造价高。氩气昂贵，设备造价高。应用：应用：适用所有金属材料的焊接。适用所有金属材料的焊接。适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2036焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：保护介质：COCO2 2COCO2 2 与金属发生化学反应与金属发生化学反应产生夹渣缺陷产生夹渣缺陷 溶解于液体金属中溶解于液体金属中产生产生 CO CO 气孔缺陷气孔缺陷 比重大于空气（比重大于空气（25%25%）氧化严重；氧化严重；气孔倾向大（气孔倾向大（COCO）；）；飞溅严重。飞溅严重。二、二、二、二、CO2CO2CO2CO2气体保护焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊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。以以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。气体作为保护性介质的电弧焊方法。1)存在问题存在问题金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2037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，主要用于低碳钢焊成本低，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。和低合金结构钢薄板的焊接。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20382 2）COCO2 2气体保护焊的特点及应用气体保护焊的特点及应用生产率高（是手弧焊的生产率高（是手弧焊的13倍）。倍）。成本低（是手弧焊的成本低（是手弧焊的40%）。）。焊接热影响区和变形小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。可进行全位置焊接。飞溅严重，焊缝成形差。飞溅严重，焊缝成形差。应用：应用：适用于低碳钢和强度级别不高的适用于低碳钢和强度级别不高的低碳钢和低合金结构钢薄低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接板的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2039利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化焊丝和金属母材的焊接方法。焊丝和金属母材的焊接方法。第四节第四节 电电渣渣焊焊焊接热源：焊接热源：电阻热电阻热保护介质：保护介质：液态熔渣液态熔渣1.1.焊接过程焊接过程金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20402 2 2 2、焊接特点及应用、焊接特点及应用、焊接特点及应用、焊接特点及应用1）大厚度工件可一次焊成。）大厚度工件可一次焊成。2）生产率高，成本低。）生产率高，成本低。3）焊接质量好。）焊接质量好。不易产生夹渣、气孔等缺陷。不易产生夹渣、气孔等缺陷。4）热影响区大。）热影响区大。焊后热处理。焊后热处理。应用应用:适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料；适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料；适用于厚大工件。厚度大于适用于厚大工件。厚度大于40mm的大型结构件。的大型结构件。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2041第五节第五节 等离子弧焊等离子弧焊利用利用机械压缩效应机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流离子和电离子和电子子往弧柱中心集中）和往弧柱中心集中）和电磁收缩效应电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流（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线产生相互吸引而收缩）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等离子体将电弧压缩为细小的等离子体。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105106W/cm2，因而可一次性熔，因而可一次性熔化较厚的材料。化较厚的材料。等离子弧可等离子弧可用于焊接和切割。用于焊接和切割。等离子弧的形成等离子弧的形成金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2042等离子弧焊接工艺等离子弧焊接工艺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。在大电流在大电流(100300A)和大的离子气流量的工艺参数条件下和大的离子气流量的工艺参数条件下,利用穿孔焊接可利用穿孔焊接可在不用衬垫的情况下实现在不用衬垫的情况下实现单面焊双面成形单面焊双面成形，因，因而受到特别重视。而受到特别重视。1、穿孔型等离子弧焊接、穿孔型等离子弧焊接金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20432、熔入型等离子弧焊接、熔入型等离子弧焊接 当等离子弧的离子气流量较小时，穿孔效应消失，等离子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焊。熔入型等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缝的焊接，填加或离子弧焊适用薄板，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。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，小电流的等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的有效方法。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。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20443、微束等离子弧焊接、微束等离子弧焊接151530A30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离子弧焊接。子弧焊接。除此之外还有脉冲等离子弧焊接，熔化极等离子弧焊接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。和变极性等离子弧焊接。4、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，将切口金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，近年来受到国内外的属熔化并吹除。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用重视。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。等离子弧切割过程中放热，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低碳钢的厚度为0.680mm。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20455、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。电流小到电流小到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。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2046第六节第六节第六节第六节 压力焊压力焊压力焊压力焊压力焊：压力焊：通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原子间的变形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原子间的结合，实现连接的焊接方法。结合，实现连接的焊接方法。一、一、电阻焊电阻焊对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，实现焊接。面及邻近区域产生的电阻热，实现焊接。点焊点焊1.点焊点焊焊接时电极压紧工件，接通电流，电阻焊接时电极压紧工件，接通电流，电阻热使局部金属熔化形成熔核，断电后继续保热使局部金属熔化形成熔核，断电后继续保持压力或加大压力，使熔核凝固形成焊点。持压力或加大压力，使熔核凝固形成焊点。电极压力电极压力焊接电流（适中）焊接电流（适中）通电时间通电时间影响焊接质量的主要因素影响焊接质量的主要因素金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20472.2.缝焊缝焊缝焊缝焊太近太近分流现象严重分流现象严重太远太远强度不够强度不够焊点距离焊点距离和点焊过程相似，只是用旋转的圆盘状滚和点焊过程相似，只是用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极。盘状电极压紧焊件并动电极代替柱状电极。盘状电极压紧焊件并滚动，同时也带动焊件向前移动配合断续通滚动，同时也带动焊件向前移动配合断续通电，形成连续重叠的焊缝。电，形成连续重叠的焊缝。应用：要求密封性好的应用：要求密封性好的3mm以下的薄壁结构。以下的薄壁结构。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。太近太近分流现象严重分流现象严重太远太远强度不够强度不够焊点距离焊点距离缝焊缝焊点焊接头形式点焊接头形式分流现象：分流现象：一个点焊好后，焊另一个点，一个点焊好后，焊另一个点，有一部分电流流经已焊好的点处的现象。有一部分电流流经已焊好的点处的现象。应用：主要适用于薄板搭接接头。应用：主要适用于薄板搭接接头。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20483.对焊对焊主要用于棒料的对接。主要用于棒料的对接。1）电阻对焊）电阻对焊应用：用于断面简单，直径应用：用于断面简单，直径（或边长）小于（或边长）小于20mm或强度要或强度要求不太高的工件。求不太高的工件。2）闪光对焊）闪光对焊应用：应用：用于重要工件的焊接。用于重要工件的焊接。可焊相同金属，可焊相同金属，也可焊异种金也可焊异种金属（铝属（铝钢、铝钢、铝铜等）。铜等）。工件直径：工件直径：0.01mm200mm。对焊对焊金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2049摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。压焊方法。二、摩擦焊二、摩擦焊1、摩擦焊焊接过程、摩擦焊焊接过程2、摩擦焊接头型式摩擦焊接头型式3、特点及应用特点及应用质量稳定；质量稳定；不需填充金属及焊剂；不需填充金属及焊剂；生产率高，易实现自动化。生产率高，易实现自动化。应用：应用：适用于黑色金属、有色金属；适用于黑色金属、有色金属；也适用于特种材料、异种材料焊接。也适用于特种材料、异种材料焊接。金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20502.硬钎焊硬钎焊钎料的熔点在钎料的熔点在450以上。以上。接头强度高，在接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。以上，工作温度较高。1.软钎焊软钎焊钎料的熔点在钎料的熔点在450以下。以下。接头强度低，一般为接头强度低，一般为60190MPa，工作温度低于，工作温度低于100将将钎料钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材并与母材相互扩散相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。，冷凝后实现连接的焊接方法。第七节第七节钎焊钎焊一、钎焊的种类一、钎焊的种类金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2051钎料的作用钎料的作用钎料的作用钎料的作用 连接接 填填充充 软钎料：料：锡铝合金（焊锡）锡铝合金（焊锡）硬硬钎料：料：铝基、铜基、银基、镍基合金等。铝基、铜基、银基、镍基合金等。2.2.溶剂溶剂溶剂的作用溶剂的作用 清理作用清理作用 降低表面张力降低表面张力 保护作用保护作用去除表面氧化皮去除表面氧化皮改善液态钎料对焊件的湿润改善液态钎料对焊件的湿润性，增强毛细管作用。性，增强毛细管作用。二、钎料和溶剂二、钎料和溶剂1.1.钎料钎料钎料的种类钎料的种类金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/20522.2.可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。3.3.生产率高。易于实现自动化。生产率高。易于实现自动化。4.4.设备简单，生产投资费用少。设备简单，生产投资费用少。应用：应用：主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属 的焊接。的焊接。目前：目前：软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊 用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。1.1.加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小，加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小，工件尺寸精确。工件尺寸精确。三、钎焊的特点及应用三、钎焊的特点及应用金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2053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，将动能转化为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。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束焊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，采用氦气隔离电和非真空电子束焊，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。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堆高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。对接缝间隙为可在接缝预加垫片。对接缝间隙为0.1倍的板厚，一般不能倍的板厚，一般不能超过超过0.2mm。第九节第九节 电子束焊电子束焊金属工艺学第四篇第四篇焊接焊接2023/5/2054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