焊接工藝常識(shí)

1、© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),機(jī)械制造基礎(chǔ),金工教研室制造科學(xué)與工程學(xué)院2005年春季學(xué)期,第四講：焊接工藝常識(shí),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),第四講：焊接工藝常識(shí),焊接工藝永久性連接起源于一次世界大戰(zhàn)后（凡爾賽公約）現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)工藝造船、航空、鍋爐、化工、機(jī)械、汽車基本焊接方法電弧焊：屬于熔化焊其他焊接方法：壓力焊、釬焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),本講

2、內(nèi)容,一、電弧焊工藝常識(shí)二、焊條電弧焊三、特種焊接工藝方法四、金屬材料的焊接性五、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)六、連接技術(shù),,,,,,,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),一、電弧焊工藝常識(shí),1、焊接電弧氣體介質(zhì)中導(dǎo)電現(xiàn)象,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊接電弧的熱量,熱量來源于陽極43％陰極36％弧柱21％熱量擴(kuò)散65％～85％加熱熔化金屬其余散失在電弧周圍飛濺的金屬液,© 2

3、004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),2、正接和反接,溫度：陽極：2600K陰極：2400K電弧中心：6000K－ 8000K直流焊接正接法：工件溫度高反接法交流焊接：兩極溫度均為2500K引弧電壓：50－90V電弧電壓：16－35V,,,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),3、焊接接頭的組織與性能,焊接工件上溫度的變化與分布,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊接接頭組織,低碳鋼,,焊縫,

4、,焊接熱影響區(qū),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),4、焊縫,從熔池底向中心凝固各個(gè)方向凝固速度不同柱狀鑄態(tài)組織鐵素體＋少量珠光體雜質(zhì)集中在焊縫中心，影響焊縫質(zhì)量,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊縫的熱影響區(qū),1－融合區(qū)0.1~1mm，關(guān)鍵2－過熱區(qū)脆性比融合區(qū)更大3－正火區(qū)力學(xué)性能優(yōu)于母材4－部分相變區(qū)比正火區(qū)稍差不同焊接方法熱影響區(qū)寬度不同焊后正火改善接頭性能,©

5、 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),5、焊接應(yīng)力與變形,極不平衡的熱循環(huán)過程應(yīng)力分布規(guī)律先冷受壓，后冷受拉,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),消除焊接應(yīng)力,提高母材塑性避免焊縫交叉避免焊縫過寬過長合理焊接順序先焊短焊縫后焊長焊縫預(yù)熱焊件、振動(dòng)焊縫焊后退火,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊接變形,收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形,© 2004 金工教研室,機(jī)械

6、制造基礎(chǔ),防止焊接變形,減小焊接應(yīng)力提高結(jié)構(gòu)剛度對稱焊縫分布焊前反變形,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),防止焊接變形,合理焊接操作平衡溫度分布利用變形,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),防止焊接變形,焊后校正,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),二、焊條電弧焊,焊條電弧焊過程藥皮燃燒：電弧周圍氣體：CO2、CO、H2熔池中熔渣，冷卻形成渣殼保護(hù)熔池中的熔化金屬,©

7、; 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),1、電焊條,焊芯導(dǎo)電和填充焊縫焊接用鋼絲低碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼藥皮焊接過程順利進(jìn)行焊縫化學(xué)成分、力學(xué)性能,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條藥皮,作用提高電弧燃燒的穩(wěn)定性防止空氣對熔化金屬的有害作用對熔池脫氧、加入合金元素保證焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能穩(wěn)弧、造氣、造渣、脫氧、合金、稀渣、粘接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條藥皮

8、的作用,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條種類,按化學(xué)成分分成七大類碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、堆焊、鑄鐵、銅及銅合金、鋁及鋁合金焊條型號(hào)E4303：E碳鋼焊條43：焊縫抗拉43 kgf/mm20：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊03：3、4為組合表示焊接電流種類和藥皮類型，03為鈦鈣型藥皮、交流或直流,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條種類,焊條牌號(hào)J422、J507

9、J：結(jié)構(gòu)鋼焊條（奧氏體不銹鋼A、鑄鐵Z）42：抗拉強(qiáng)度等級(jí)MPa（50、55、60、70、80）2：藥皮和電流種類,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條種類,按熔渣性質(zhì)酸性焊條酸性氧化物比堿性氧化物多適合各種電源、易操作、電弧穩(wěn)定、成本低焊縫塑性韌性差、不宜用于重要構(gòu)件堿性焊條焊縫塑性韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)要求直流電源、操作性差、電弧不夠穩(wěn)定、價(jià)格高，適于重要構(gòu)件,© 2004 金工教研室,

10、機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條選用原則,選擇依據(jù)：根據(jù)焊件化學(xué)成分、力學(xué)性能、抗裂性、耐腐蝕耐高溫性能結(jié)構(gòu)形狀、受力情況、焊接設(shè)備條件低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件：根據(jù)強(qiáng)度（兩構(gòu)件強(qiáng)度較低者為準(zhǔn)）酸性/堿性：根據(jù)重要性鑄鐵：堿性焊條和適當(dāng)工藝（預(yù)熱）不銹鋼和耐熱鋼：特殊、專用焊條,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),2、埋弧焊,埋弧焊演示,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),埋弧焊特點(diǎn),大電流（1000A）、生產(chǎn)率高

11、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定節(jié)約金屬熱量集中、可無坡口、無焊條頭、飛濺少改善勞動(dòng)條件無弧光、煙霧自動(dòng)化程度高工藝裝備復(fù)雜，適合批量生產(chǎn),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊絲與焊劑,焊絲焊劑決定焊縫化學(xué)成分、力學(xué)性能熔煉焊劑、陶質(zhì)焊劑,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),埋弧焊工藝,仔細(xì)下料、準(zhǔn)備（清理）坡口、裝配引弧板與引出板－焊后去掉,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),防止燒穿－焊

12、劑墊、墊板,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),環(huán)縫焊接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),3、氣體保護(hù)焊－氬弧焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),氣體保護(hù)焊－CO2保護(hù)焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),4、等離子弧焊接與切割,電弧壓縮機(jī)械壓縮熱壓縮電磁收縮中心區(qū)域溫度極高16000K焊接/切割熔點(diǎn)很高的金屬不銹鋼鈦、鎢,© 2004 金工教研

13、室,機(jī)械制造基礎(chǔ),5、焊接自動(dòng)化,數(shù)控軌跡控制焊接質(zhì)量監(jiān)控,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊接機(jī)器人,焊接機(jī)器人演示,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),用電弧焊焊接鋼板的問題,如圖拼焊一張大鋼板焊縫布置合理嗎？如何改進(jìn)？對稱，錯(cuò)開如何合理安排焊縫順序？先短后長,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),三、特種焊接工藝方法,簡略了解其它焊接方法電阻焊、摩擦焊、釬焊、電渣焊真空電

14、子束焊接、激光焊接討論可以用于焊接的能源形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),1、電阻焊,電阻熱Q=I2Rt特點(diǎn)生產(chǎn)率高、焊接變形小操作簡便、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)（汽車外殼焊接）設(shè)備復(fù)雜、耗電量大接頭形式、工件厚度受到限制點(diǎn)焊、縫焊、對焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),點(diǎn)焊,局部高溫焊合分流現(xiàn)象焊點(diǎn)的分布最小距離限制,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),點(diǎn)焊的接頭形式,硬

15、規(guī)范軟規(guī)范電極壓力表面清洗接頭形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),縫焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),對焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),對焊接頭形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),討論這個(gè)問題,銅及銅合金可以采用電阻焊嗎？,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),2、摩擦焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),摩擦焊的接頭形

16、式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),3、釬焊,焊接過程示意圖－毛細(xì)管作用,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),釬焊,硬釬焊450℃以上、接頭強(qiáng)度200MPa以上自行車架、工具、刀具軟釬焊450℃以下、接頭強(qiáng)度70MPa以下儀表、導(dǎo)電元件、各種低載荷構(gòu)件加熱方式烙鐵、火焰、電阻、感應(yīng),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),釬焊的常見接頭形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械

17、制造基礎(chǔ),釬焊接頭的比較,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),4、電渣焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),5、真空電子束焊接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),6、激光焊接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),題外話：關(guān)于鋁熱劑,什么是鋁熱劑通常把鋁粉和氧化鐵的混合物叫鋁熱劑用某些金屬氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化鐵也可以做鋁熱劑有什么特性難熔的

18、金屬氧化物與混合物中的鋁反應(yīng)時(shí)放出大量熱有什么用？,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊接鋼軌,原理鋁熱反應(yīng)公式示例：使用鋁粉可還原氧化鐵Fe2O3 + 2 Al = 2Fe + Al2O3 還原反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱能，無需外部的能源，就能熔化金屬，可以用來焊接鋼軌優(yōu)點(diǎn)這些原料完全徹底地和合金元素混合在一起形成鋁熱劑，它可以組成與鋼軌化學(xué)、冶金、和機(jī)械方面相匹配的焊接接頭,© 2004 金工教研室,機(jī)械

19、制造基礎(chǔ),焊接鋼軌,過程鋁熱劑被投入到一個(gè)耐火坩堝中，用點(diǎn)火器點(diǎn)燃，開始鋁熱反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，液態(tài)鋼自動(dòng)從坩堝底部釋放到耐火模具，從而連接鋼軌的兩端。模具帶有幾何形狀特征，能控制鑄造和固化的過程。當(dāng)鋁熱鋼冷卻下來后，進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理來提高它的機(jī)械特性。,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),鋁熱焊設(shè)備,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),其它用途,冶煉難熔金屬軍事用途在炮彈導(dǎo)彈彈頭一但裝進(jìn)鋁熱劑成

20、分，可極大地提高殺傷力。在前蘇聯(lián)科學(xué)家編寫的《火箭炮》一書中，談到火箭炮彈頭裝藥就有鋁熱劑的成分。在中國人民革命軍事博物館里，展品中就有美軍的鋼盔、卡賓槍、被燒熔在一起，除了火箭彈以外，其它炸彈沒有如此大的能量。,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),選擇焊接方法,自行車車架鋼窗家用液化氣罐主縫自行車圈電子線路板鍋爐殼體鋼軌對接不銹鋼儲(chǔ)罐,硬釬焊（鹽?。┯测F焊、對焊、電弧焊縫焊縫焊外邊、閃光對焊軟釬

21、焊埋弧焊、電渣焊閃光對焊、鋁熱焊等離子弧焊接、氬弧焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),四、金屬材料的焊接性,焊接性概念設(shè)定相同（焊接方法、材料、參數(shù)、結(jié)構(gòu)）易焊、難焊：獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度焊接性并非一定焊接方法、焊接材料、焊接工藝評定方法工藝焊接性：出現(xiàn)工藝缺陷的傾向使用焊接性：使用中的可靠性（力學(xué)、特殊性能要求）,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),鋼材焊接性的估算,碳當(dāng)量計(jì)算

22、公式計(jì)算結(jié)果0.6% ：焊接性不好,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),小型抗裂實(shí)驗(yàn)法,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),碳鋼焊接,低碳鋼（C% 應(yīng)力、變形開裂焊條電弧焊、埋弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊電阻焊保證焊接接頭與母材等強(qiáng)度焊條：E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427)等埋弧焊絲/焊劑：H08A(H08MnA) / 431,© 2004 金工教研室,機(jī)

23、械制造基礎(chǔ),碳鋼焊接,中碳鋼：C% ＝ （0.25% ～ 0.6%）焊接性變差、淬硬傾向變大工藝特點(diǎn)：容易開裂：冷裂紋、熱裂紋必須預(yù)熱，減小工件各個(gè)部分的溫差細(xì)焊條、小電流、開坡口多層焊接焊條電弧焊、電渣焊（厚件）選擇抗裂能力較強(qiáng)的低氫型焊條、等強(qiáng)度焊條：E5016(J506)、 E6015－D1(J607),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),合金鋼焊接,合金結(jié)構(gòu)鋼焊接件較少工藝與中碳鋼近似低合金結(jié)構(gòu)

24、鋼焊接工藝特點(diǎn)熱影響區(qū)的淬硬傾向：合金含量大小焊接接頭的裂紋傾向：冷裂紋傾向大?。汉瑲淞?、淬硬程度、應(yīng)力熱裂紋傾向不大（我國合金都含Mn）強(qiáng)度級(jí)別決定工藝低：同低碳鋼低溫大厚度高剛度構(gòu)件：大電流、慢速、低氫焊條、退火高：焊前預(yù)熱、焊后先消氫處理，再退火處理,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),鑄鐵補(bǔ)焊,鑄鐵焊接性很差，只能進(jìn)行補(bǔ)焊焊接特點(diǎn)焊縫易形成白口、難以切削加工易開裂、易產(chǎn)生氣孔流動(dòng)性好，只能進(jìn)

25、行平焊熱焊法（600～700）：防止開裂，補(bǔ)焊后可切削加工冷焊法（450以下）,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),非鐵金屬及其合金的焊接,銅及銅合金困難導(dǎo)熱性太好，容易焊不透易氧化、易開裂、易形成氣孔電阻很小，難以采用電阻焊銅合金比純銅更難焊接氬弧焊（紫銅、青銅）氣焊（黃銅）、碳弧焊、釬焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),非鐵金屬及其合金的焊接,鋁及鋁合金也比較困難極易氧化、Al

26、2O3阻礙金屬熔和、易夾渣導(dǎo)熱性較好，需預(yù)熱、使用大功率熱源容易產(chǎn)生氣孔（易吸收H2）高溫下強(qiáng)度塑性很低，焊縫塌陷氬弧焊、氣焊、點(diǎn)焊、縫焊、釬焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),選擇焊接方法－圓筒低壓容器,Q235鋼板20mm批量生產(chǎn)埋弧自動(dòng)焊20鋼板2mm批量生產(chǎn)縫焊45鋼板6mm單件生產(chǎn)焊條電弧焊,紫銅板4mm單件生產(chǎn)氬弧焊鋁合金板20mm單件生產(chǎn)氬弧焊不銹鋼板10mm小批生產(chǎn)氬弧焊,&

27、#169; 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),討論焊接工藝問題,如圖鑄件補(bǔ)焊后還是開裂，怎么樣補(bǔ)焊才能既不開裂，又能切削加工？,,,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),五、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),焊接結(jié)構(gòu)件材料的選擇應(yīng)選碳當(dāng)量小于0.4的金屬材料優(yōu)選強(qiáng)度等級(jí)低的低合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)選鎮(zhèn)靜鋼（脫氧完全）異種金屬間焊接以焊接性較差的金屬材料設(shè)計(jì)焊接工藝各種金屬材料的焊接性能可查表,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ)

28、,1、合理選用型材減少焊縫數(shù)量,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),2、焊接接頭設(shè)計(jì),分散布置焊縫,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),3、對稱布置焊縫,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),對稱布置焊縫,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),對稱布置焊縫,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),4、避開應(yīng)力集中的位置,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),避開應(yīng)

29、力集中的位置,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),避開應(yīng)力集中的位置,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),5、避開機(jī)械加工位置,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),6、便于電弧焊的設(shè)計(jì),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),便于電弧焊的設(shè)計(jì),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),便于電弧焊的設(shè)計(jì),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),7、便于埋弧焊的設(shè)計(jì),&#

30、169; 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),8、便于點(diǎn)焊及縫焊的設(shè)計(jì),© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),其他布置原則,盡可能平焊避免仰焊減少橫焊一次裝配，盡可能完成大部分焊接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),9、焊條電弧焊接頭形式,對接接頭,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條電弧焊接頭形式,T型接頭,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條電弧焊接頭形式,角接接

31、頭,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),焊條電弧焊接頭形式,搭接接頭,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),接頭過渡形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),接頭過渡形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),電渣焊接頭形式,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),討論如圖三個(gè)焊件,這三個(gè)焊件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都有問題,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),六、連接技術(shù)綜述

32、,通過機(jī)械、物理和化學(xué)方法，以及冶金方式，將多個(gè)零件連接成一個(gè)整體，并保持相互位置的工藝方法機(jī)械連接可拆卸連接/不可拆卸連接物理化學(xué)方法釬焊/粘接冶金方式：焊接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),機(jī)械連接－可拆卸連接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),機(jī)械連接－不可拆卸連接,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),物理化學(xué)方法－釬焊,© 2004 金工教研室,機(jī)械制造基礎(chǔ),物