金属工艺学 第9章 焊接与胶接成形.ppt

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1、 金属工艺学金属工艺学第九章第九章焊接与胶接成形焊接与胶接成形9.1.1焊接电弧焊接电弧9.1.2焊接过程焊接过程9.1.3焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能9.1.4焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力本章重点：本章重点：焊条电弧焊的原理与特点，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材料、焊接方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。构形式的选用原则。金属工艺学金属工艺学基本知识基本知识焊接：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

2、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；）

3、制造机器零件和工具；（3 3）修复。）修复。金属工艺学金属工艺学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 金属工艺学金属工艺学焊接的特点及应用焊接的特点及应用焊接的特点焊接的特点1、节约金属材料，产品密封性好2、以小拼大，化复杂为简单3、便于制造双金属结构缺点是焊缝处的力学性能有所降低，个别焊接方法的焊接质量检验仍有困难。焊接的应用焊接的应用1、制造

4、金属结构2、制造金属零件或毛坯3、连接电器导线 金属工艺学金属工艺学9.1焊接的基本原理焊接电弧电弧是两带电导体之间持久而强烈的气体放电现象。1）电弧的形成（1）焊条与工件接触短路短路时，电流密集的个别接触点被电阻热Q=I2Rt所加热，极小的气隙的电场强度很高。结果：少量电子逸出。个别接触点被加热、熔化，甚至蒸发、汽化。出现很多低电离电位的金属蒸汽。（2）提起焊条保持恰当距离在热激发和强电场作用下，负极发射电子并作高速定向运动，撞击中性分子和原子使之激发或电离。结果：气隙间的气体迅速电离，在撞击、激发和正负带电粒子复合中，其能量转换，发出光和热。2）电弧的构造与温度分布电弧由三部分构成，即阴极

5、区（一般为焊条端面的白亮斑点）、阳极区（工件上对应焊条端部的溶池中的薄亮区）和弧柱区（为两电极间空气隙）。金属工艺学金属工艺学9.1.1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和热量分布焊接电弧的温度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

6、柱区：弧柱区：6000800021阴极区阴极区：240036 金属工艺学金属工艺学接法接法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）金属工艺学金属工艺学9.1.29.1.2焊接过程焊接过程电弧焊的焊接过程：电弧焊的焊接过程：手

7、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，将工件熔化而进行焊接的。将工件熔化而进行焊接的。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（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弧气体吹力的作用逐渐过渡到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。熔池当中。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后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、氮的侵入，其保

8、护熔化金属体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。的作用。金属工艺学金属工艺学熔池的保护熔池的保护 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。金属工艺学金属工艺学渣保护渣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

9、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素，提另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能高焊缝性能同时，还可以减少散热，提高生产同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射率，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，并在高温下不分体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体体的双原子气体(如如Ar或或CO2)。金属工艺学金属工艺学热循环离焊缝越近的点，被加热的温度越高；反之，越远的点，被加热的温度越低。在焊接热循环中，影响焊接质量

10、的主要参数是加热速度、最高加热温度、高温（1100以上）停留时间和冷却速度等。冷却速度起关键作用的是从800冷却到500的速度。焊接热循环的主要特点是加热速度和冷却速度都很快（100以上/秒，甚至更高）。因此，对于淬硬倾向较大的钢材焊后会产生马氏体组织，引起焊接裂纹。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学 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。金属工艺学金属工艺学9.1.3焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能熔

11、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。熔合熔合区区熔合线两侧有一个很熔合线两侧有一个很 窄的焊缝与窄的焊缝与热影响区热影响区的过渡区。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

12、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的部成分不均，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。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，而且此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。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。金属工艺学金属工艺学焊缝的组织和性能焊缝的组织和

13、性能热源移走后，熔池焊缝热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻开始中的液体金属立刻开始冷却结晶冷却结晶，以垂直熔合，以垂直熔合线的方式向熔池中心生线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。长为柱状树枝晶。低熔点物质将会被低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析形成成分偏析。金属工艺学金属工艺学9.1.4焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接焊接应力与变形产生应力与变形产生的原因：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。金属工艺学金属工艺学焊接焊接应力与变形产生应力与变形产生焊接

14、时局部加热是焊件产生焊接应力与变形的根本原因。金属工艺学金属工艺学焊件焊后的焊件焊后的变形形式变形形式焊件焊后的焊件焊后的变形形式变形形式主要有：主要有：变形形式 示意图产生原因 收缩变形 由焊接后焊缝的纵向（沿焊缝长度方向）和横向（沿焊缝宽度方向）收缩引起 角 变 形 由于焊缝横截面形状上下不对称，焊缝横向收缩不均引起 弯曲变形 T形梁焊接时，焊缝布置不对称，由焊缝纵向收缩引起 扭曲变形 工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起结构上出现扭曲 波浪变形 薄板焊接时，焊接应力使薄板局部失稳而引起 金属工艺学金属工艺学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

15、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。困难，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，应力的存在会能力；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。诱发应力腐蚀裂纹。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

16、稳定，所以减少和防产生一定的变形，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。止焊接变形和应力是十分必要的。金属工艺学金属工艺学焊接应力的防止及消除焊接应力的防止及消除合理的焊接顺序 金属工艺学金属工艺学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。金属工艺学金属工艺学焊接变形焊接变形的防止和消除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 金属工艺学金属工艺学刚性固定刚性固定采用焊前采用焊前刚

17、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。金属工艺学金属工艺学机械矫正法机械矫正法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。金属工艺学金属工艺学火焰矫正法火焰矫正法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。金属

18、工艺学金属工艺学思考题思考题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1 金属工艺学金属工艺学第九章第九章焊接与胶接成形焊接与胶接成形9.2常用的焊接方法常用的焊接方法9.3常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接重点：重点：难点：难点：金属工艺学金属工艺学9.2.1手工电弧焊手工电弧焊手工电弧焊（手弧焊）手工电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。它具有设备简单，应用灵活，成本低等优点，对焊接接头的装配尺寸要求不高，可在各种条件下进行

19、各种位置的焊接，是目前生产中应用最广泛的焊接方法。但手工电弧焊时有强烈的弧光和烟尘，劳动条件差，生产率低，对工人的技术水平要求较高，焊接质量也不免稳定。一般用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢及铸铁的补焊等。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学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：（1）焊芯）焊芯作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电弧；作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电弧；在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中，与熔化的母材共同结晶形成焊缝；在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中，与熔化的母材共同结晶形成

20、焊缝；（2）焊条药皮）焊条药皮药皮的作用药皮的作用a）对熔池造成有效的气渣联合保护；）对熔池造成有效的气渣联合保护；b）使熔池内金属液脱氧、脱硫以及向熔池金属中渗合金，提高焊缝）使熔池内金属液脱氧、脱硫以及向熔池金属中渗合金，提高焊缝的力学性能；的力学性能；c）起稳弧作用，以改善焊接的工艺性。）起稳弧作用，以改善焊接的工艺性。药皮的组成药皮的组成a）稳弧剂：主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物。）稳弧剂：主要使用易于电离的钾、钠、钙的化合物。b）造渣剂：形成熔渣覆盖在熔池表面，不让大气侵入熔池，且起冶金作用。）造渣剂：形成熔渣覆盖在熔池表面，不让大气侵入熔池，且起冶金作用。c）造气剂：分解出）

21、造气剂：分解出CO和和H2等气体包围在电弧和熔池周围，起到隔绝大气、等气体包围在电弧和熔池周围，起到隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用。保护熔滴和熔池的作用。d）脱氧剂：主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去熔池中的氧。）脱氧剂：主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨等，脱去熔池中的氧。e）合金剂：主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金）合金剂：主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁和钨铁等铁合金。金属工艺学金属工艺学焊条的种类焊条的种类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

22、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焊条条、特特殊用途焊条。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，直流焊条药皮的种类a）酸性焊条药皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。b）碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。金属工艺学

23、金属工艺学酸性药皮与碱性药皮酸性药皮与碱性药皮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。可以提高可以提高焊缝金属的抗裂性。焊缝金属的抗裂性。碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和飞溅和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

24、物质（HF等），等），因而应注意通风。因而应注意通风。金属工艺学金属工艺学电焊条的选用原则电焊条的选用原则（1）选择与母材化学成分相同或相近的焊条（2）选择与母材等强度的焊条（3）根据结构的使用条件选择焊条药皮的类型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。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中强强度度较较低低的的钢钢材来选用相应的焊条。材来选用相应的焊条。焊焊接接不不锈锈钢

25、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，应应选选用用相相应应的的专专用焊条。用焊条。金属工艺学金属工艺学9.3常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性一、金属材料的焊接性1、焊接性的概念焊接性就是金属材料在一定工艺条件下获得优质焊接接头的能力，或指获得优质接头所采取工艺措施的复杂程度。金属材料的焊接性的好坏包括两方面内容：（1）工艺性能（2）使用性能影响金属材料焊接性的主要因素是母材的化学成分。金属工艺学金属工艺学9.3.1常用金属材料的焊接焊接性能评定方法碳当量法 碳当量越大，焊接性越差碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。一般认为，wCE0.6%

26、时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，一般不用于生产焊接结构。金属工艺学金属工艺学9.3.2碳素钢低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接碳素钢的焊接由于其含碳量低于由于其含碳量低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。焊，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。焊接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。但由于施焊条件、接时，任何焊接方法和最普通的焊接工艺即可获得优质的焊接接头。但由于施焊条件、结构形式不同，焊接时还需注意以下问题：结构形式不同，焊接时还需注意以下问题：（1）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产

27、生裂纹。）在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。（2）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。）重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊低碳钢对焊接方法几乎没有限制，应用最多的是手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊和电阻焊。和电阻焊。2、中碳钢的焊接、中碳钢的焊接含碳量在含碳量在0.25%0.60%之间的中碳钢，有一定的淬硬之间的中碳钢，有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差。中碳钢的焊接结倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差

28、。中碳钢的焊接结构多为锻件和铸钢件，或进行补焊。焊接方法为手工电弧焊。选用抗裂性好的低氢型构多为锻件和铸钢件，或进行补焊。焊接方法为手工电弧焊。选用抗裂性好的低氢型焊条（如焊条（如J426、J427、J506、J507等），焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的等），焊缝有等强度要求时，选择相当强度级别的焊条。对于补焊或不要求等强度的接头，可选择强度级别低、塑性好的焊条，以防止焊条。对于补焊或不要求等强度的接头，可选择强度级别低、塑性好的焊条，以防止裂纹的产生。焊接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向，减小焊接裂纹的产生。焊接时，应采取焊前预热、焊后缓冷等措施以减小淬硬倾向，减小焊

29、接应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条小电流，可以减少母材金属的熔入量，应力。接头处开坡口进行多层焊，采用细焊条小电流，可以减少母材金属的熔入量，降低裂纹倾向。降低裂纹倾向。3、高碳钢的焊接、高碳钢的焊接高碳钢的含碳量大于高碳钢的含碳量大于0.60%，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊裂纹倾向更大，焊接性更差。一般这类钢不用于制造焊接结构，大多是用手工电弧焊或气焊来补焊修理一些损坏件。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷或气焊来补焊修理一些损坏件。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。

30、金属工艺学金属工艺学低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接 1、焊接特点低合金结构钢的含碳量都很低，加入了少量合金元素后，强度显著提高，韧塑性也好。其焊接性随强度等级的提高而变差。（1）s=300400MPa的低合金结构钢焊接性良好。a）常温下焊接时，按焊接低碳钢对待；b）在低温下焊接或对大厚度、大刚度的结构钢焊接时，应适当增大电流，减小焊速，选用碱性焊条，并进行预热；c）对受压容器的焊接，注意焊后退火，以消除应力。（2）s450MPa的低合金结构钢的焊接性较差。a）焊前预热b）焊时采用大电流、小焊速。c）焊后回火。d）烘干焊条或焊剂，认真清理焊件。金属工艺学金属工艺学9.3.4铸铁的补焊铸铁的

31、补焊 铸铁的焊接性很差，一般指对某些铸造缺陷进行补焊。1、铸铁的补焊特点（1）易产生白口组织（2）易产生裂纹（3）易产生气恐和夹渣2、补焊方法1）热焊：焊前将工件整体或局部加热到600700，焊后缓慢冷却。特点：防止白口组织和裂纹，焊接质量好，焊后可进行机加工。但焊接效率低，成本高应用：焊接形状复杂焊后需机械加工的重要铸件。床头 箱、气缸体2）冷焊:不予热或较低预热（400）常用手工电弧焊。特点：依靠焊条调整化学成分，防止出现白口和裂纹，采用小电流、短弧、短焊道，焊后及时捶击焊松弛应力减少裂纹 应用：焊补机床导轨、球墨铸铁件 金属工艺学金属工艺学钎焊钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊

32、件(母材)与钎料加热到高于钎料熔点，但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材相互扩散而实现连接焊件的方法。按钎料熔点不同，钎焊方法又可分为硬钎焊和软钎焊两种。1、硬钎焊硬钎焊的钎料熔点在450以上，常用的是铜基钎料和银基钎料。硬钎焊接头强度较高（大于200MPa），主要用于接头受力较大、工作温度较高的焊件，如各种零件的连接、刀具的焊接等。2、软钎焊软钎焊的钎料熔点在450以下，常用的是锡基钎料。软钎焊接头强度较低（小于70MPa），主要用于接头受力不大、工作强度较低的焊件，如电子元件和线路的连接等。钎焊和熔焊相比，加热温度低，接头的金属组织和性能变化小，焊接变形小，焊

33、件尺寸容易保证，接头光洁，气密性好；生产率高、易于实现机械化和自动化；可以焊接异种金属，甚至连接金属与非金属；还可以焊接某些形状复杂的接头。但是，钎焊接头强度较低，耐热能力较差，焊前准备工作要求较高。目前，钎焊主要用于焊接电子元件、精密仪表机械等。金属工艺学金属工艺学铝、铜及其合金的焊接铝、铜及其合金的焊接1、铝及铝合金的焊接（1）主要问题a）易产生氧化夹渣b）易产生氢气孔c）焊接应力大d）易变形e）固态转化为液态时颜色无变化，时操作困难。（2）焊接方法铝及铝合金常用氩气焊、电阻焊、气焊、钎焊及摩擦焊等方法。2、铜及铜合金的焊接（1）主要问题a）易产生氢气孔b）易产生裂纹c）导热快，易产生未焊

34、透缺陷d）易形成过热组织（2）焊接方法铜及铜合金常用氩气焊、气焊和钎焊等方法。金属工艺学金属工艺学小结小结1、手工电弧焊2、焊条3、电焊条的选用原则 金属工艺学金属工艺学9.4.19.4.1焊接材料的选择焊接材料的选择焊接材料的选择原则：焊接材料的选择原则：尽量选用可焊性好的材料尽量选用可焊性好的材料:w(Cw(C)0.25%0.25%的低碳钢或的低碳钢或w(CEw(CE)0.4%0.4%的低合金钢。的低合金钢。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2H2和和O2O2

35、量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计。而工艺应按高强度金属设计。尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程。以简化工艺过程。金属工艺学金属工艺学9.4.2方法的选择方法的选择焊接方法的选择，应根据材料的焊接性、焊件厚度、生产批量、产品质量要求、各种焊接方法的适用范围以及现场设备条件等综合考虑决定。表9-4 金属工艺学金属工艺学9.4.3接头的设计焊前准备焊前准备板厚小于板厚小于14mm时，可不开坡时，可不开坡口；口；

36、板厚为板厚为1422mm时，应时，应开开Y型型坡口；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。1.接头形式设计 种类：对接、塔接、角接、T型接 依据：结构形状、强度要求、工件厚度、焊接 材料的消耗等 特点：对接接头受力比较均匀，节省材料，但 下料尺寸要求较高搭接接头因被焊工件不在一个平面上，有附加弯曲应力，但对下料尺寸要求不严 金属工艺学金属工艺学焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置焊缝的布置 1 1焊缝应尽可能分散，焊缝应尽可能分散，如如右右图图。以便减小焊接热影响。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。

37、区，防止粗大组织的出现。2 2焊缝的位置应尽可能对焊缝的位置应尽可能对称分布，称分布，如如右右图图，以抵消，以抵消焊接变形。焊接变形。金属工艺学金属工艺学焊缝应尽量避开机械加工表面焊缝应尽量避开机械加工表面焊缝应尽量避焊缝应尽量避开机械加工开机械加工表面，如右表面，如右图图，以防止，以防止破坏已加工破坏已加工面。面。金属工艺学金属工艺学尽量减少焊缝长度和数量采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。这样不仅能减小焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。如图9-20所示箱体构件，如采用型材或冲压件（图9-20b）焊接，可较板材（图9-20a）减少两条焊缝。金属工艺学金属工艺学

38、焊缝应便于焊接操作应便于焊接操作，如下应便于焊接操作，如下图图。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电。焊缝位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。极易安放。金属工艺学金属工艺学焊缝要避开应力集中部位焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，如如右右图图。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。造成过大的应力和开裂。金属工艺学金属工艺学焊接坡口型式的选择 为保证厚度较大的焊件能够焊透，常将焊件接头边缘加工成一定形状的坡口。焊条电弧焊常采用的坡口形式有不开坡口（I形坡口）、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡

39、口等，如图9-24所示。坡口除保证焊透外，还能起到调节母材金属和填充金属比例的作用，由此可以调整焊缝的性能。金属工艺学金属工艺学不同厚度钢板的对接坡口型式的选择主要根据板厚和采用的焊接方法确定，同时兼顾焊接工作量大小、焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工条件等，以提高生产率和降低成本。如图9-25所示。金属工艺学金属工艺学小结小结典型焊件的工艺设计典型焊件的工艺设计结构名称：中压容器结构名称：中压容器材料：材料：16MnR16MnR（原材料尺寸为（原材料尺寸为120012005000mm5000mm）件厚：筒身件厚：筒身12mm12mm；封头；封头14mm14mm；人孔圈；人孔圈20mm20m

40、m；管接头；管接头7mm7mm压力容器压力容器 金属工艺学金属工艺学生产数量：生产数量：小批生产小批生产 工艺设计要点：工艺设计要点：筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互三节，为避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互错开错开180180，封头应采用热压成型，与筒身，封头应采用热压成型，与筒身连接处应有连接处应有30 mm30 mm50mm50mm的直段，使焊缝躲的直段，使焊缝躲开转角应力集中位置。开转角应力集中位置。根据各条焊缝的不同情况，可选用不同根据各条焊缝的不同情况，可选用不同的焊接方法、接头型式、焊接材料与工艺。的焊接方法、

41、接头型式、焊接材料与工艺。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学9.5焊接缺陷产生原因分析及预防措施焊接缺陷产生原因分析及预防措施一、常见焊接缺陷二、焊接接头缺陷的形成原因及预防措施三、焊接质量检验重点：焊接接头缺陷的形成原因及预防措施难点：焊接质量检验 金属工艺学金属工艺学一、常见焊接缺陷一、常见焊接缺陷焊接接头缺陷的分类和特点，焊接缺陷大致可以分为下列几类：（1）坡口和装配的缺陷 坡口表面有深的切痕、龟裂或有熔渣、锈、污物。（2）焊缝形状、尺寸和接头外部的缺陷 焊缝截面不丰满或加强高过高；焊缝宽度沿长度方向不恒定；满溢；咬边；表面气孔；表面裂纹；接头变形和翘曲超过产品允许的范围。（3）

42、焊缝和接头内部的工艺性缺陷 气孔、裂纹、未焊透、夹渣、未熔合、接头金属组织的缺陷（过热、偏析等）。（4）接头的力学性能低劣，耐腐蚀性能、物理化学性能不合要求；（5）接头的金相组织不合要求。其中，（1）、（2）类为外部缺陷，其它为内部缺陷。金属工艺学金属工艺学原因：坡口设计或加工不当(角度、间隙过小)；焊接电流太小；焊速过快措施：正确选用和加工坡口尺寸，保证良好的装配 间隙；采用合适的焊接参数；保证合适的焊条摆动角度；仔细清理层间的熔渣。1)未焊透 金属工艺学金属工艺学2)夹渣原因：多层焊时前一层焊渣没清除干净；焊条熔渣粘度太大、脱渣性差；线能量小，导致熔池存在时间短；坡口角度太小。措施：选用合

43、适的焊条型号；焊条摆动方式要正确；适当增大线能量；注意层间的清理。金属工艺学金属工艺学3）气孔原因：工件和焊接材料有油、锈；焊条药皮或焊剂潮湿；焊条或焊剂变质失效；线能量过小，熔池存在时间过短。措施：清除焊接区附近及焊丝上的铁锈、油污、油 漆等污物；焊条、焊剂在使用前应严格按规定烘干；适当提高线能量，提高熔池高温停留时间；不采用过大的焊接电流。金属工艺学金属工艺学4）裂纹类别：冷裂纹；热裂纹原因：热裂纹的产生跟S、P等杂质太多有关。冷裂纹的产生有三方面的因素造成：含H量；拘束度；淬硬组织。措施：1、严格控制焊缝S、P杂质含量；减慢焊 接速度；改善焊缝形状，避免熔深过大 的梨形焊缝。2、选用低氢

44、焊条并烘干；清除焊缝油 污、锈、油漆；用短弧焊，以增强保护 效果；尽可能设计成刚性小的结构；采 用焊前预热、焊后缓冷 金属工艺学金属工艺学9.6焊接质量检验焊接质量检验一、焊接检验过程焊接检验内容包括从图纸设计到产品制出整个生产过程中所使用的材料、工具、设备、工艺过程和成品质量的检验，分为三个阶段：焊前检验、焊接过程中的检验、焊后成品的检验。检验方法根据对产品是否造成损伤可分为破坏性检验和无损探伤两类。1、焊前检验 焊前检验包括原材料（如母材、焊条、焊剂等）的检验、焊接结构设计的检查等。2、焊接过程中的检验 包括焊接工艺规范的检验、焊缝尺寸的检查、夹具情况和结构装配质量的检查等。3、焊后成品的

45、检验 金属工艺学金属工艺学9.6.1检验过程焊前检验:内容为原材料、技术文件、焊工资格。焊接生产过程检验：检查各生产工序的焊接工艺执行情 况，以自检为主。焊后成品检验：无损检验、强度检验、致密性检验 金属工艺学金属工艺学检验方法1、外观检验：外部缺陷2、无损检验：射线检验、超声波检验、磁粉检验、着色检3、强度检验：水压和气压试验（锅炉或压力容器等）4、致密性检验：煤油试验、吹气试验 金属工艺学金属工艺学焊后成品检验的方法焊后成品检验的方法很多，常用的有以下几种：（1）外观检验 焊接接头的外观检验是一种手续简便而又应用广泛的检验方法，是成品检验的一个重要内容，主要是发现焊缝表面的缺陷和尺寸上的偏

46、差。一般通过肉眼观察，借助标准样板、量规和放大镜等工具进行检验。若焊缝表面出现缺陷，焊缝内部便有存在缺陷的可能。（2）致密性检验 贮存液体或气体的焊接容器，其焊缝的不致密缺陷，如贯穿性的裂纹、气孔、夹渣、未焊透和疏松组织等，可用致密性试验来发现。致密性检验方法有：煤油试验、气压试验、水压试验等。（3）受压容器的强度检验 受压容器，除进行密封性试验外，还要进行强度试验。常见有水压试验和气压试验两种。它们都能检验在压力下工作的容器和管道的焊缝致密性。气压试验比水压试验更为灵敏和迅速，同时试验后的产品不用排水处理，对于排水困难的产品尤为适用。但试验的危险性比水压试验大。进行试验时，必须遵守相应的安全技术措施，以防试验过程中发生事故。（4）物理方法的检验 物理的检验方法是利用一些物理现象进行测定或检验的方法。材料或工件内部缺陷情况的检查，一般都是采用无损探伤的方法。目前的无损探伤有超声波探伤、射线探伤、渗透探伤、磁力探伤等。