【工程材料】连接成形课件.ppt

焊接技术在工业部门中应用的历史并不长，但其发展却焊接技术在工业部门中应用的历史并不长，但其发展却非常迅速。短短的几十年中，焊接已在许多工业部门的金属非常迅速。短短的几十年中，焊接已在许多工业部门的金属结构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆、压力容器等几乎结构中，如建筑钢结构，船体，铁道车辆、压力容器等几乎全部取代了铆接全部取代了铆接。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻。此外，在机械制造业中，以往由整铸整锻方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，目前，世界主要工业方法生产的大型毛坯改成了焊接结构，目前，世界主要工业国家生产的焊接结构占到钢产量的国家生产的焊接结构占到钢产量的45%。第八章第八章 连接成形连接成形基本连接方式基本连接方式常见的连接成形工艺常见的连接成形工艺：焊接、胶接和机械联接焊接、胶接和机械联接等。焊接：焊接：通常是指金属的焊接。是通过加热或加压，或两者同通常是指金属的焊接。是通过加热或加压，或两者同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。形方法。胶接技术胶接技术：使用胶粘剂来连接各种材料。胶接不受材料类型的：使用胶粘剂来连接各种材料。胶接不受材料类型的限制，能够实现各种材料之间的连接限制，能够实现各种材料之间的连接 焊接结构，广泛应用于：石油与化工业焊接结构，广泛应用于：石油与化工业焊接结构，广泛应用于：石油与化工业焊接结构，广泛应用于：石油与化工业矿山机械矿山机械矿山机械矿山机械起重与运输设备起重与运输设备起重与运输设备起重与运输设备锅炉及压力容器锅炉及压力容器锅炉及压力容器锅炉及压力容器汽车与船舶业汽车与船舶业汽车与船舶业汽车与船舶业铁路交通铁路交通铁路交通铁路交通航空与航天航空与航天航空与航天航空与航天国防工业国防工业国防工业国防工业建筑结构建筑结构建筑结构建筑结构焊焊接接分分类类：实实现现途途径径不不同同焊焊接接方方法法不不同同 与与铆铆接接、螺螺栓栓连连接接的的结结构构相相比比较较，或或者者与与铸铸造造锻造的结构相比较，焊接结构有下列特点（优点）：锻造的结构相比较，焊接结构有下列特点（优点）：1 1 1 1、焊接接头强度高、焊接接头强度高、焊接接头强度高、焊接接头强度高 铆铆接接、螺螺栓栓连连接接的的结结构构，要要在在母母材材上上钻钻孔孔，削弱了工作截面，强度下降约削弱了工作截面，强度下降约20%20%焊焊接接:接接头头强强度度可可达达到到与与母母材材等等强强度度甚甚至至高高于于母材强度。母材强度。2 2 2 2、焊接接头密封性好、焊接接头密封性好、焊接接头密封性好、焊接接头密封性好 气气密密性性，水水密密性性均均优优于于其其它它方方法法，特特别别是是在在高高温温，高高压压容容器器上上，只只有有焊焊接接接接头头才才是是最最理理想想的的连接形式。连接形式。3 3 3 3、焊接结构设计灵活性大、焊接结构设计灵活性大、焊接结构设计灵活性大、焊接结构设计灵活性大主要表现在：主要表现在：焊接结构的几何形状不受限制焊接结构的几何形状不受限制焊接结构的几何形状不受限制焊接结构的几何形状不受限制：如铆、铸、锻等方法无法制造空心结构，焊接则可以；如铆、铸、锻等方法无法制造空心结构，焊接则可以；结构的壁厚不受限制结构的壁厚不受限制结构的壁厚不受限制结构的壁厚不受限制：两被连接构件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；两被连接构件的壁厚可以相差很大，薄厚均可；结构的外形尺寸不受限制结构的外形尺寸不受限制结构的外形尺寸不受限制结构的外形尺寸不受限制：大型结构可分段制成部件，现场组焊、锻、铸、工艺则不允许大型结构可分段制成部件，现场组焊、锻、铸、工艺则不允许可利用标准或非标准型材可利用标准或非标准型材可利用标准或非标准型材可利用标准或非标准型材 组焊接成所需要结构，段结构重量减轻。焊缝减少；组焊接成所需要结构，段结构重量减轻。焊缝减少；可与其它工艺方法联合使用可与其它工艺方法联合使用可与其它工艺方法联合使用可与其它工艺方法联合使用：铸铸焊焊,锻锻焊焊,栓栓焊焊,冲压冲压焊接等联合的金属结构；焊接等联合的金属结构；可实现异种材料的连接可实现异种材料的连接可实现异种材料的连接可实现异种材料的连接：同同一一结结构构的的不不同同部部位位可可按按需需要要配配置置不不同同性性能能的的材材料料，做做到到物物尽其用尽其用4 4 4 4、焊前准备工作简单、焊前准备工作简单、焊前准备工作简单、焊前准备工作简单 由由于于近近年年来来数数控控精精密密气气割割设设备备的的发发展展，对对于于各各种种厚厚度度或或形形式式状状复复杂杂的的待待焊焊接接，不不必必预预划划线线就就能能直直接接从从板板料料上上切切割出来，一般不用再机械加工就可投入装配焊接。割出来，一般不用再机械加工就可投入装配焊接。5 5 5 5、易于结构的变更和改型、易于结构的变更和改型、易于结构的变更和改型、易于结构的变更和改型 铸造铸造铸型（木型）铸型（木型）锻造锻造开模具开模具 周期长、成本高周期长、成本高 焊接、则快速、简便、投资少焊接、则快速、简便、投资少6 6 6 6、适适适适用用用用于于于于制制制制作作作作大大大大型型型型或或或或重重重重型型型型、结结结结构构构构简简简简单单单单而而而而且且且且是是是是单单单单件件件件小小小小批批批批量量量量生生生生产的产品结构产的产品结构产的产品结构产的产品结构 结构结构 大大 简单简单 批量小批量小 焊接占优势焊接占优势 结构结构 小小 复杂复杂 批量大批量大 铸锻占优势铸锻占优势7 7 7 7、成品率高、成品率高、成品率高、成品率高 一旦出现缺陷，可以修复、很少产生废品一旦出现缺陷，可以修复、很少产生废品n n焊接结构所存在的问题（缺点）：焊接结构所存在的问题（缺点）：焊接结构所存在的问题（缺点）：焊接结构所存在的问题（缺点）：1 1 1 1、存在较大的焊接应力和变形、存在较大的焊接应力和变形、存在较大的焊接应力和变形、存在较大的焊接应力和变形 焊接（局部加热）焊接（局部加热）焊接（局部加热）焊接（局部加热）内应力内应力内应力内应力变形变形变形变形工艺缺欠工艺缺欠工艺缺欠工艺缺欠承载能力承载能力承载能力承载能力（刚度、强度、稳定性）下降（刚度、强度、稳定性）下降（刚度、强度、稳定性）下降（刚度、强度、稳定性）下降尺寸精度，尺寸稳定性下降尺寸精度，尺寸稳定性下降尺寸精度，尺寸稳定性下降尺寸精度，尺寸稳定性下降校形校形校形校形增加工作量增加工作量增加工作量增加工作量增加成本增加成本增加成本增加成本2 2 2 2、对应力集中敏感、对应力集中敏感、对应力集中敏感、对应力集中敏感 焊焊焊焊接接接接结结结结构构构构具具具具有有有有整整整整体体体体性性性性，其其其其刚刚刚刚度度度度大大大大，焊焊焊焊缝缝缝缝的的的的布布布布置置置置、数数数数量量量量和和和和次次次次序序序序等等等等都都都都会会会会影影影影响响响响到到到到应应应应力力力力分分分分布布布布，对对对对应应应应力力力力集集集集中中中中敏敏敏敏感感感感，而而而而应应应应力力力力集集集集中中中中是是是是疲疲疲疲劳劳劳劳，脆脆脆脆断断断断等等等等破破破破坏坏坏坏的的的的起起起起源源源源，因因因因此此此此在在在在焊焊焊焊接接接接结结结结构构构构设设设设计计计计时时时时要要要要妥妥妥妥善善善善处处处处理理理理3 3 3 3、焊接接头的性能不均匀、焊接接头的性能不均匀、焊接接头的性能不均匀、焊接接头的性能不均匀 焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而焊接金属是由母材料和填充金属在焊接热作用下熔合而成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的成的铸造组织，靠近焊接金属的母材（近缝区）受焊接热的影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接影响，组织和性能发生变化（谓之热影响区），因此，焊接接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不均匀程接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不均匀程接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不均匀程接头在成分，组织和性能上都是一个不均匀体，其不均匀程度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为，度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为，度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为，度远远超过了铸、锻件，这种不均匀性对结构的力学行为，特别是断裂行为有重要影响特别是断裂行为有重要影响特别是断裂行为有重要影响特别是断裂行为有重要影响n n焊接结构生产过程焊接结构生产过程焊接结构生产过程焊接结构生产过程是指从投料开始，经过一系列工序，最后加是指从投料开始，经过一系列工序，最后加是指从投料开始，经过一系列工序，最后加是指从投料开始，经过一系列工序，最后加工成焊接产品的过程。工成焊接产品的过程。工成焊接产品的过程。工成焊接产品的过程。在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是在整个生产过程中，对焊接产品质量有决定影响的是焊接工焊接工焊接工焊接工艺过程。艺过程。艺过程。艺过程。焊接结构生产过程焊接结构生产过程 一、（熔化）电弧焊成形原理、（熔化）电弧焊成形原理 电弧放电产生热，造成局部高温，熔化电极电弧放电产生热，造成局部高温，熔化电极（焊条）与工件连接处材料，冷却凝固后使被焊材（焊条）与工件连接处材料，冷却凝固后使被焊材料形成永久性连接。料形成永久性连接。1 1、焊接电弧的产生焊接电弧的产生焊接电弧的产生焊接电弧的产生 电弧：在两极与工件间的气体电弧：在两极与工件间的气体电弧：在两极与工件间的气体电弧：在两极与工件间的气体介质中产生强烈而持久的放电现介质中产生强烈而持久的放电现介质中产生强烈而持久的放电现介质中产生强烈而持久的放电现象。正负电极间具有一定的电压，象。正负电极间具有一定的电压，象。正负电极间具有一定的电压，象。正负电极间具有一定的电压，而且两电极间的气体介质应处在而且两电极间的气体介质应处在而且两电极间的气体介质应处在而且两电极间的气体介质应处在电离状态。电离状态。电离状态。电离状态。引燃引燃引燃引燃焊接电弧焊接电弧焊接电弧焊接电弧:通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生时发生时发生时发生短路短路短路短路，造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极造成接触点处电流密度瞬间增大到相当大并产生极大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条大的电阻热，迅速将焊条药皮和两极金属熔化并蒸发，抬起焊条（电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽，（电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽，（电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽，（电极分离）在两极间充满了药皮已电离的电荷和金属蒸汽，在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，在磁场和高温的作用下，电荷运动电流，引燃了引燃了引燃了引燃了电弧。电弧。电弧。电弧。-这种方式称为接触引弧。这种方式称为接触引弧。这种方式称为接触引弧。这种方式称为接触引弧。瞬间的高能量使（局部）温度瞬间的高能量使（局部）温度瞬间的高能量使（局部）温度瞬间的高能量使（局部）温度急剧升高（急剧升高（急剧升高（急剧升高（5000-8000K5000-8000K）只）只）只）只要电源保持两极之间一定的电要电源保持两极之间一定的电要电源保持两极之间一定的电要电源保持两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧位差，即可维持电弧的燃烧位差，即可维持电弧的燃烧位差，即可维持电弧的燃烧产生过程：产生过程：产生过程：产生过程：n n按电流种类：交流电弧、直流电弧、脉冲电弧按电流种类：交流电弧、直流电弧、脉冲电弧n n按电弧的状态：自由电弧和压缩电弧（等离子弧）按电弧的状态：自由电弧和压缩电弧（等离子弧）n n按电极材料：熔化电弧和不熔化电弧按电极材料：熔化电弧和不熔化电弧 焊接电弧焊接电弧焊接电弧焊接电弧是在两极与工件间的气体介质中产生强烈是在两极与工件间的气体介质中产生强烈是在两极与工件间的气体介质中产生强烈是在两极与工件间的气体介质中产生强烈而持久的气体放电现象。而持久的气体放电现象。而持久的气体放电现象。而持久的气体放电现象。电极与工件间电极与工件间电极与工件间电极与工件间长时间长时间长时间长时间、稳定稳定稳定稳定存在的电弧。存在的电弧。存在的电弧。存在的电弧。-熔化焊的热源熔化焊的热源熔化焊的热源熔化焊的热源2 2、电弧构造与温度、电弧构造与温度、电弧构造与温度、电弧构造与温度n n一般情况下，电弧热量在阳一般情况下，电弧热量在阳一般情况下，电弧热量在阳一般情况下，电弧热量在阳极区产生的较多，约占总极区产生的较多，约占总极区产生的较多，约占总极区产生的较多，约占总热量的热量的热量的热量的43%43%43%43%，阴极约，阴极约，阴极约，阴极约36%36%36%36%，弧柱约弧柱约弧柱约弧柱约21%21%21%21%。n n温度：用钢焊条焊钢材时温度：用钢焊条焊钢材时温度：用钢焊条焊钢材时温度：用钢焊条焊钢材时 阳极区阳极区阳极区阳极区2600K2600K2600K2600K 阴极区阴极区阴极区阴极区2400K2400K2400K2400K 电弧中心电弧中心电弧中心电弧中心 50008000K50008000K50008000K50008000K 电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、电弧的特点：电压低、电流大、局部高温、能量密度大、移动性好移动性好移动性好移动性好 等，一般等，一般等，一般等，一般202030V30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧，的电压即可维持电弧的稳定燃烧，的电压即可维持电弧的稳定燃烧，的电压即可维持电弧的稳定燃烧，而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求，电弧的温度可达焊接要求，电弧的温度可达焊接要求，电弧的温度可达焊接要求，电弧的温度可达5000K5000K以上，可以熔化各种金属以上，可以熔化各种金属以上，可以熔化各种金属以上，可以熔化各种金属n n电弧焊热源电弧焊热源 电电电电弧弧弧弧焊焊焊焊时时时时，热热热热量量量量产产产产生生生生于于于于阳阳阳阳极极极极与与与与阴阴阴阴极极极极斑斑斑斑点点点点之之之之间间间间气气气气体体体体柱柱柱柱（弧弧弧弧柱柱柱柱、热热热热等等等等离离离离子子子子体体体体）的的的的放放放放电电电电过过过过程程程程。焊焊焊焊接接接接过过过过程程程程采采采采用用用用的的的的是是是是直直直直接接接接弧弧弧弧，阳阳阳阳极极极极斑斑斑斑点点点点和和和和阴阴阴阴极极极极斑斑斑斑点点点点直直直直接接接接加加加加热热热热母母母母材材材材和和和和焊焊焊焊丝丝丝丝（或或或或电电电电极极极极材材材材料料料料）。电电电电弧弧弧弧柱柱柱柱产产产产生生生生的的的的辐辐辐辐射射射射和和和和对对对对流流流流（气气气气流流流流效效效效应应应应）传传传传热热热热和和和和电电电电极极极极斑斑斑斑点点点点产产产产生生生生的的的的辐辐辐辐射射射射传传传传热热热热也起辅助作用。也起辅助作用。也起辅助作用。也起辅助作用。等等等等离离离离子子子子弧弧弧弧焊焊焊焊时时时时，应应应应用用用用非非非非直直直直接接接接弧弧弧弧，也也也也就就就就是是是是电电电电弧弧弧弧是是是是间间间间接接接接加加加加热热热热被被被被焊焊焊焊工件。工件。工件。工件。直接弧：直接弧：直接弧：直接弧：阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；阴、阳极斑点直接加热母材和焊丝；辅助作用：弧柱产生的辐射、对流，电极斑点产生的辐射等。辅助作用：弧柱产生的辐射、对流，电极斑点产生的辐射等。辅助作用：弧柱产生的辐射、对流，电极斑点产生的辐射等。辅助作用：弧柱产生的辐射、对流，电极斑点产生的辐射等。间接弧：间接弧：间接弧：间接弧：主要依靠辐射和对流加热。主要依靠辐射和对流加热。主要依靠辐射和对流加热。主要依靠辐射和对流加热。n n由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊由于电弧产生的热量在阳极与阴极有差异，使用直流电源焊接时有接时有接时有接时有正接、反接正接、反接正接、反接正接、反接两种：两种：两种：两种：正接：正极接工件正接：正极接工件正接：正极接工件正接：正极接工件工件温度可稍高一些。工件温度可稍高一些。工件温度可稍高一些。工件温度可稍高一些。反接：负极接工件反接：负极接工件反接：负极接工件反接：负极接工件工件温度可稍低一些。工件温度可稍低一些。工件温度可稍低一些。工件温度可稍低一些。n n交流焊机、无正反接特点，温度均为交流焊机、无正反接特点，温度均为交流焊机、无正反接特点，温度均为交流焊机、无正反接特点，温度均为2500K2500K2500K2500K。n n焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为焊机的空载电压就是焊接时引弧电压，一般为50505050 90V90V90V90V，电弧电弧电弧电弧稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越稳定燃烧时电压为电弧电压。电弧长度越大，电弧电压也越高，一般为高，一般为高，一般为高，一般为16161616 35V35V35V35V。（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程（二）焊接冶金过程 在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是在电弧焊时，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是金金金金属再冶炼属再冶炼属再冶炼属再冶炼的过程的过程的过程的过程 A A、特点、特点、特点、特点 局部高温局部高温局部高温局部高温：焊接区的温度高于冶金温度焊接区的温度高于冶金温度焊接区的温度高于冶金温度焊接区的温度高于冶金温度，尤其是尤其是尤其是尤其是熔滴熔滴熔滴熔滴（焊（焊（焊（焊丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物丝先端受热熔化所形成的液态金属滴），并发生一系列的物理化学反应，理化学反应，理化学反应，理化学反应，过热状态过热状态过热状态过热状态：氧化严重、烧损强烈。：氧化严重、烧损强烈。：氧化严重、烧损强烈。：氧化严重、烧损强烈。速度快：速度快：速度快：速度快：熔池的体积小（熔池的体积小（熔池的体积小（熔池的体积小（30cm3)30cm3)冷却速度快，冷却速度快，冷却速度快，冷却速度快，局部加热局部加热局部加热局部加热温温温温度分布不均匀；度分布不均匀；度分布不均匀；度分布不均匀；10S10S时间反应不完全，杂质、气体来不及浮出。时间反应不完全，杂质、气体来不及浮出。时间反应不完全，杂质、气体来不及浮出。时间反应不完全，杂质、气体来不及浮出。复杂和不平衡型：复杂和不平衡型：复杂和不平衡型：复杂和不平衡型：处于不断的更新和激烈搅拌状态，在熔处于不断的更新和激烈搅拌状态，在熔处于不断的更新和激烈搅拌状态，在熔处于不断的更新和激烈搅拌状态，在熔池中金属的熔化和结晶是同时进行的池中金属的熔化和结晶是同时进行的池中金属的熔化和结晶是同时进行的池中金属的熔化和结晶是同时进行的-运动状态下结晶运动状态下结晶运动状态下结晶运动状态下结晶 空气环境空气环境空气环境空气环境：FeFe的氧化、氮化。的氧化、氮化。的氧化、氮化。的氧化、氮化。（1 1）药皮反应区）药皮反应区n n温度：温度：温度：温度：100-1200 100-1200（钢材）（钢材）（钢材）（钢材）n n反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化反应：水分的蒸发、某些物质的分解和铁合金的氧化（2 2）熔滴反应区）熔滴反应区n n熔滴平均温度：熔滴平均温度：熔滴平均温度：熔滴平均温度：1800-2400 1800-2400 n n熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：熔滴金属与气体和熔渣的接触面积：比面积：1000-1000-1000-1000-10000cm10000cm10000cm10000cm2 2 2 2/kg,/kg,/kg,/kg,比炼钢时大比炼钢时大比炼钢时大比炼钢时大1000100010001000倍倍倍倍n n各相之间的反应时间（接触时间）：各相之间的反应时间（接触时间）：各相之间的反应时间（接触时间）：各相之间的反应时间（接触时间）：0.01-0.1s0.01-0.1s0.01-0.1s0.01-0.1sn n反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分反应：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。的氧化与还原以及焊缝金属的合金化。n n特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远特点：反应激烈、反应物含量离平衡浓度较远。（3 3）熔池反应区）熔池反应区）熔池反应区）熔池反应区熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池熔滴和熔渣同熔化的母材混合形成熔池温度：温度：温度：温度：1600-1900 1600-1900 比表面积：比表面积：比表面积：比表面积：1300 1300 cmcmcmcm2 2 2 2/kg/kg/kg/kg反应时间：反应时间：反应时间：反应时间：3-8S3-8S3-8S3-8S（SMAWSMAWSMAWSMAW）特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应特点：熔池金属有规律的对流和搅拌运动，冶金反应比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可比较激烈、熔池温度不均匀、同一反应在不同区域可能向相反方向进行。能向相反方向进行。能向相反方向进行。能向相反方向进行。温度变化范围大温度变化范围大温度变化范围大温度变化范围大停留时间短停留时间短基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性基本排除了整个系统达到热力学平衡的可能性不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同不同条件下焊接冶金反应离平衡的远近程度不同B、工艺措施工艺措施 1、对熔化金属对熔化金属形成保护气氛形成保护气氛，使之与空气隔开，使之与空气隔开 保护方法：保护方法：气体：气体：CO2,电子束焊电子束焊 熔渣：埋弧焊熔渣：埋弧焊 气气-渣：手工焊、自保护药芯焊渣：手工焊、自保护药芯焊 2、焊前清理、焊前清理:3、补充合金：、补充合金：对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补，同时补偿合金元素的烧损。偿合金元素的烧损。4.加入脱氧剂等，排出气体加入脱氧剂等，排出气体 （三）（三）焊接材料（电焊条）焊接材料（电焊条）焊接材料（电焊条）焊接材料（电焊条）组成：组成：由心部的金属焊芯和表面药皮涂层由心部的金属焊芯和表面药皮涂层焊芯：焊芯：作为电极，产生电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为作为电极，产生电弧，并传导焊接电流，焊芯熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分。钢焊条的焊芯采用专门的焊接用填充金属成为焊缝的一部分。钢焊条的焊芯采用专门的焊接用钢丝。焊条直径是由焊丝直径来表示的，一般为钢丝。焊条直径是由焊丝直径来表示的，一般为1.61.6、2.02.0、2.52.5、3.23.2、4.04.0、5.05.0、6.06.0、8.0mm8.0mm等规格，长度为等规格，长度为300300450mm450mm。牌号 化学成分的质量分数w(%)用途 C Mn Si Cr Ni S P H08 0.1 0.350.55 0.03 0.20 0.30 0.04 0.040 一般焊接结构 H08A 0.10 0.350.55 0.03 0.20 0.30 0.030 0.030 重要焊接结构及埋弧焊焊丝 H08E 0.10 0.350.55 0.03 0.20.0.30 0.025 0.025 H08Mn2Si 0.11 1.72.1 0.650.95 0.20 0.30 0.040 0.040 二氧化碳气体保护焊焊丝 H08Mn2SiA 0.11 1.802.10 0.650.95 0.20 0.30 0.030 0.030常用焊接用钢丝的牌号和化学成分 药皮药皮药皮药皮：保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和机械性能 (1)1)有引导和提高电弧稳定性有引导和提高电弧稳定性有引导和提高电弧稳定性有引导和提高电弧稳定性:含有电离点位低的钾、钠含有电离点位低的钾、钠含有电离点位低的钾、钠含有电离点位低的钾、钠（2 2）保护焊接熔池）保护焊接熔池）保护焊接熔池）保护焊接熔池：产生气体及造渣，隔绝空气以保护熔池及凝产生气体及造渣，隔绝空气以保护熔池及凝产生气体及造渣，隔绝空气以保护熔池及凝产生气体及造渣，隔绝空气以保护熔池及凝固后的焊缝不被氧化或氮化固后的焊缝不被氧化或氮化固后的焊缝不被氧化或氮化固后的焊缝不被氧化或氮化（3 3）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）脱除有害杂质（如氧、氢、硫、磷等）：）：）：）：还原剂还原剂还原剂还原剂（4 4）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用）补充合金元素，熔渣与液态金属形成冶金处理作用：补充电补充电补充电补充电弧的高温的烧损弧的高温的烧损弧的高温的烧损弧的高温的烧损（5 5）使熔滴增加而减少飞溅）使熔滴增加而减少飞溅）使熔滴增加而减少飞溅）使熔滴增加而减少飞溅 ：药皮的熔点比焊芯低，并处于电弧药皮的熔点比焊芯低，并处于电弧药皮的熔点比焊芯低，并处于电弧药皮的熔点比焊芯低，并处于电弧的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更的中心区，焊芯先熔化，药皮自然形成套管，热量更集中集中集中集中 基本成分基本成分基本成分基本成分型号编制：型号编制：型号编制：型号编制：分类号最小抗拉强度焊接位置分类号最小抗拉强度焊接位置分类号最小抗拉强度焊接位置分类号最小抗拉强度焊接位置 适用电源及药皮适用电源及药皮适用电源及药皮适用电源及药皮种类种类种类种类 E4303E4303焊条的种类焊条的种类焊条的种类焊条的种类 ：据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。据熔渣化学性质：酸性焊条和碱性焊条。酸性：酸性：酸性：酸性：熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损熔渣中以酸性氧化物为主，氧化性强，合金元素烧损 大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，大，故焊缝的塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗裂性差，但酸性焊条具有良好的但酸性焊条具有良好的但酸性焊条具有良好的但酸性焊条具有良好的工艺性工艺性工艺性工艺性，对油、水、锈不敏感，对油、水、锈不敏感，对油、水、锈不敏感，对油、水、锈不敏感，交直流交直流交直流交直流电源均可用电源均可用电源均可用电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接，广泛用于一般结构件的焊接，广泛用于一般结构件的焊接，广泛用于一般结构件的焊接 碱性（又称低氢焊条）：碱性（又称低氢焊条）：碱性（又称低氢焊条）：碱性（又称低氢焊条）：药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、药皮中以碱性氧化物以莹石为主，并含较多铁合金，脱氧、除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量除氢、渗金属作用强，与酸性焊条相比，其焊缝金属的含氢量较低，较低，较低，较低，有益元素较多有益元素较多有益元素较多有益元素较多，有害元素较少，因此，有害元素较少，因此，有害元素较少，因此，有害元素较少，因此焊缝力学性能与抗焊缝力学性能与抗焊缝力学性能与抗焊缝力学性能与抗裂性好裂性好裂性好裂性好，但碱性焊条工，但碱性焊条工，但碱性焊条工，但碱性焊条工艺性较差艺性较差艺性较差艺性较差，电弧稳定性差，对油污、水、，电弧稳定性差，对油污、水、，电弧稳定性差，对油污、水、，电弧稳定性差，对油污、水、锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要锈较敏感，抗气孔性能差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要的钢结构或合金钢结构用于焊接重要的钢结构或合金钢结构用于焊接重要的钢结构或合金钢结构用于焊接重要的钢结构或合金钢结构 DD、选用选用：在同种材料的基础上，主要以：在同种材料的基础上，主要以“等强等强”为原则。为原则。二、焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 焊接接头焊接接头焊接接头焊接接头:焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。焊缝金属、熔合区和焊接热影响区组成。1 1、焊件上温度的分布焊件上温度的分布焊件上温度的分布焊件上温度的分布：焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，焊接过程中热源沿焊件移动时，焊件上某点温度由低而高，达到最高值后，又由高而低随时间的变化达到最高值后，又由高而低随时间的变化达到最高值后，又由高而低随时间的变化达到最高值后，又由高而低随时间的变化1.1.加热温度高加热温度高加热温度高加热温度高 2.2.加热速度快加热速度快加热速度快加热速度快 3.3.高温停留时间短高温停留时间短高温停留时间短高温停留时间短 4.4.焊接时，一般都是在焊接时，一般都是在焊接时，一般都是在焊接时，一般都是在自然条件下连续冷却，自然条件下连续冷却，自然条件下连续冷却，自然条件下连续冷却，个别情况下才进行焊个别情况下才进行焊个别情况下才进行焊个别情况下才进行焊后保温或焊后热处理后保温或焊后热处理后保温或焊后热处理后保温或焊后热处理5.5.局部加热局部加热局部加热局部加热2 2、焊缝焊缝金属：金属：焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶焊缝金属是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却结晶而成的。而成的。而成的。而成的。焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔焊缝金属在结晶时，是以熔池和母材金属的交界处的半熔化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。由于焊缝组织是铸态组织，故成分偏析，组织不致密。但由于焊缝组织是铸态组织，故成分偏析，组织不致密。但由于焊缝组织是铸态组织，故成分偏析，组织不致密。但由于焊缝组织是铸态组织，故成分偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却由于焊丝本身的杂质含量低及合金化作用以及药皮保护，冷却速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝速度快，晶粒比较细小，使焊缝化学成分优于母材，所以焊缝金属的力学性能一般不低于母材金属的力学性能一般不低于母材金属的力学性能一般不低于母材金属的力学性能一般不低于母材 3 3、熔合区：、熔合区：、熔合区：、熔合区：焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。焊缝与热影响区的的过渡区，也称半熔化区。宽度只有宽度只有宽度只有宽度只有0.10.10.4mm0.4mm。焊接时，该区内液态金属与未熔化。焊接时，该区内液态金属与未熔化。焊接时，该区内液态金属与未熔化。焊接时，该区内液态金属与未熔化的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组织和部分过的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组织和部分过的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组织和部分过的母材金属共存，冷却后，其组织为部分铸态组织和部分过热组织，化学成分和组织极不均匀，是焊接接头中热组织，化学成分和组织极不均匀，是焊接接头中热组织，化