焊接基礎與焊接方法

1、第二十講 焊接基礎與焊接方法,主講：曹光明,焊接基礎與焊接方法,一、焊接概述,1、焊接定義,2、焊接分類,二、電弧焊接基礎知識,3、焊接特點及應用,1、焊接電弧,2、焊接冶金過程特點,3、焊接接頭的組織與性能,4、焊接材料,三、常用焊接方法,1、手弧焊,2、氣體保護焊,3、埋弧焊,5、其它焊接方法,4、氣焊與氣割,,,,一、焊接概述,1、焊接定義,是永久性連接金屬材料的方法。,焊接基礎與焊接方法,是通過加熱、加壓，或加熱同時加壓的方法，

2、,使分離的金屬借助原子間的結合與擴散作用連接起來的工藝方法。,2、焊接分類,,,,3、焊接特點,（1）節(jié)省材料，減輕重量。,焊接基礎與焊接方法,（2）可化大為小、以小拼大。,簡化復雜和大型零件的制造過程。,（3）適應性強。,可焊范圍廣，連接性能好。,（4）能滿足特殊性能要求，可實現(xiàn)異種金屬和密封件的連接。,（5）生產效率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化。,缺點：,焊接應力、變形，,接頭易產生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。,4、焊接應用,（1）制造金

3、屬結構件；,（2）制造機器零件和工具；,（3）修復。,,,,二、電弧焊基礎知識,電弧焊是利用焊件與焊條（焊絲）間產生的電弧熱量，,焊接基礎與焊接方法,待冷卻凝固后形成牢固接頭的工藝方法。,主要有：手弧焊、埋弧焊、氣體保護焊,1、焊接電弧,（1）引弧：,瞬時接觸，,瞬間短路，產生低壓大電流,產生大量電子發(fā)射，兩極間氣體介質電離形成電弧,迅速分離2-4mm。,具備兩個條件：電子發(fā)射、氣體電離。,,,,（2）電弧本質：,是在電極與工件之間強

4、烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。,焊接基礎與焊接方法,電極可以是金屬絲、鎢絲、碳棒或焊條。,電弧特點：,低電壓、大電流、能量密度大、溫度高、移動性好。,（3）電弧構造,陰極區(qū)：2400K，約占總熱量的36-38%,陽極區(qū)：2600K，約占總熱量的42-44%。,弧柱區(qū)：6000-8000K，約占總熱量的20%。,（4）電弧極性及應用,使用直流電焊機時，有正、反接法。,正接法：焊件接陽極，焊厚件。,反接法：焊件接陰極，焊薄件。,,,,2、焊接冶金

5、過程特點,焊接基礎與焊接方法,是指焊接時在電弧高溫下焊接區(qū)內各種物質間的相互作用過程。,和普通冶金相比，具有如下特點：,（1）熔池溫度高,（2）熔池小，冷速快。,→元素（C、Si、Mn）燒損厲害，降低力學性能。,冶金反應不充分，難以達到平衡態(tài)。,（3）在大氣中進行,→產生氧化物、氮化物、氫脆,→力學性能下降。,（4）熔渣、保護氣體將熔池與空氣分開,→有利于提高力學性能。,空氣中N2和O2的影響：,Fe+O→FeO，C+O→CO，Mn+O

6、→MnO，Si+2O→SiO2,空氣中水汽的影響：,H2O→2H+O,,,,3、焊接接頭的組織與性能,焊接基礎與焊接方法,接頭,熔池金屬冷卻結晶所形成的鑄態(tài)組織。,性能不低于基體金屬。,焊縫兩側的母材，由于焊接熱的作用，組織和性能變化的區(qū)域。,（1）熔合區(qū),是焊縫和基體金屬的交界區(qū)。,窄：0.1-1mm，,加熱溫度：T液~T固,過熱組織，,σb、ψ、αk很差，,是裂紋和局部脆斷的發(fā)源地。,（2）過熱區(qū),加熱溫度：T固~Ac3+(100

7、~200）℃，,晶粒粗大，屬過熱組織，,ψ、αk差，,（3）正火區(qū),加熱溫度：Ac3-Ac3+(100 ~200）℃，,正火組織，力性好,（4）部分相變區(qū)：,Ac1-Ac3之間，組織不均，力性稍差。,,,,4、焊接材料,焊接基礎與焊接方法,焊條、焊絲、焊劑、保護氣體。,主要介紹焊條,（1）組成及作用,焊芯：,傳導電流及填充焊縫的金屬，,其化學成分及非金屬夾雜物的多少直接影響焊縫的質量,焊芯是采用焊接專用綱絲制成，是經過特殊冶煉而成。,焊

8、絲的牌號：,H×元素符號×元素符號,如：H08Mn2SiA,芯絲直徑：,min：0.4mm；max:9mm，一般：3.2-5mm。,藥皮：,穩(wěn)弧、去雜質、滲合金，保護熔化金屬及焊縫。,（2）分類,①按藥皮熔渣性質分：,酸性焊條和堿性焊條,,,,酸性焊條：,焊接基礎與焊接方法,藥皮中含SiO2、FeO等較多，,熔渣呈酸性，,氧化性較強，,焊接時合金元素燒損多，,焊縫中O、N較多，,焊縫ψ、αk差，,但工藝性好， 用于一

9、般鋼結構焊接。,堿性焊條：,藥皮中含較多的CaCO3、CaF2（螢石），,熔渣呈堿性，,并含有較多的Fe合金作脫氧劑及合金劑，,CO2氣保護，,CaO去S，CaF2去H，,焊縫力性高，,但對水、油、銹等較敏感，,易產生氣孔，需焊前清理，,電弧穩(wěn)定性差，,一般采用直流反接，,用于重要結構焊接，如鍋爐、壓力容器、合金結構鋼等。,②按用途分：根據牌號編制方法分十大類：,結構鋼焊條（J）、鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條（R）、不銹鋼焊條（B）、堆焊焊條（D

10、）、鑄鐵焊條（Z）、鎳及鎳合金焊條（N）、鋁及鋁合金焊條（L）、銅及銅合金焊條（T）、特殊用途焊條（TS）低溫鋼焊條（W）,,,,焊接基礎與焊接方法,,,,焊接基礎與焊接方法,焊條型號：“E×× × ×”，,,,,焊接基礎與焊接方法,焊條牌號：,以結構鋼焊條為例：Ｊ42 2,結構鋼焊條,藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直流）,最后一位數字的意義：,1-氧化鈦型，直流或交流；,2-氧化鈦鈣型，直流

11、或交流；,3-鈦鐵礦型，直流或交流；,4-氧化鐵型，直流或交流；,5-纖維素型，直流或交流；,6-低氫鉀型，直流或交流；,7-低氫鈉型，直流；,8-石墨型，直流或交流；,9-鹽基型，直流。,,,,焊接基礎與焊接方法,（3）焊條選用原則,（1）等強度原則：,（2）同成分原則：,即選用與母材同強度等級的焊條。,即按母材化學成分選用相應成分的焊條。,（3）抗裂紋原則：,焊接剛度大，形狀復雜，使用中承受動載荷的結構時，應選用抗裂性好的堿性焊條。

12、,（4）抗氣孔原則：,受焊接工藝條件的限制時，應選用抗氣孔能力強的酸性焊條。,（5）低成本原則：,在滿足使用要求的前提下，盡量選用工藝性能好、低成本、高效率的焊條。,,,,焊接基礎與焊接方法,三、常用焊接方法,1、手弧焊,（1）設備：弧焊機,①對弧焊機的要求：,a 具有一定的空載電壓以滿足引弧的需要,一般為50～80V。,b限制適當的短路電流，以免引起過載損壞,一般不超過工作電流的1.25-2倍。,c應有保證電弧穩(wěn)定的電弧電壓,一般情況

13、下，電弧電壓在16～35V范圍內。,d焊接電流應具有可調節(jié)性。,,,,焊接基礎與焊接方法,三、常用焊接方法,1、手弧焊,（1）設備：弧焊機,②類型：直流、交流電焊機,直流電焊機：,,普通直流弧焊機：,整流弧焊機：,電動機＋發(fā)電機，,電弧穩(wěn)定，,焊接薄板、鑄鐵、,合金鋼、有色金屬。,但結構復雜，噪聲大、成本高、維修困難。,弧焊整流器。,電弧穩(wěn)定，結構簡單，重量輕，無噪聲，,制造維修方便。,交流弧焊機：,有特殊要求的降壓變壓器。,結構簡單，

14、制造方便，價格便宜，,使用可靠，維修容易，工作噪聲小，但電弧穩(wěn)定性差。,,,,焊接基礎與焊接方法,三、常用焊接方法,1、手弧焊,（1）設備：弧焊機,普通直流弧焊機,整流弧焊機：,交流弧焊機,,,,焊接基礎與焊接方法,（2）手弧焊工藝,①焊前準備：,下料、整形、表面清理。,焊接接頭型式：,對接接頭、搭接接頭、角接接頭和T形接頭。,為什么開坡口？,工件厚度＞6mm即開，,保證焊透,為防止燒穿，,坡口的根部，留有的2～3mm直邊，稱為“鈍邊”

15、。,坡口基本形式：,I形坡口、Y形坡口、V形坡口、K型坡口。,②焊縫的空間位置：,平焊、立焊、橫焊、仰焊,③焊接規(guī)范：,焊接時的各種參數，,手弧焊主要有：,焊條直徑 ：,主要根據厚度 。,焊接電流：,據焊條直徑和焊縫位置,經驗公式：I=k·d,k-經驗系數，一般為30-50。平焊時，K取較大值，其他位置焊時，K取較小值。,焊接速度：,電弧長度：,,④操作過程：,引弧、運條、焊縫的連接與收尾,,,,焊接基礎與焊接方法,（3）手弧

16、焊的特點與應用,與氣焊相比有如下特點：,①溫度高，熱量集中，速度快，生產率高，熱影響區(qū)小，焊接變形??；,②產生氣體和熔渣保護，去除有害元素，滲合金元素，化學成分較好。,總之，焊條電弧焊焊接質量好，生產率高，焊接變形小。,與埋弧自動焊相比有如下特點：,②但對焊工技術要求高，焊接質量不穩(wěn)定，厚件、長焊縫焊接時生產率較低。,應用范圍：,適用于單件小批生產，,用于厚度2mm以上，各種焊接位置，,短的、不規(guī)則的焊縫，,以及焊機不能到達的部位的焊接

17、。,鈦等易氧化的金屬不能用手弧焊。,,,,,焊接基礎與焊接方法,2、氣體保護焊,（1）氬弧焊,氬弧焊分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊。,1）不熔化極氬弧焊,采用高熔點的純鎢或鎢的合金棒作電極的惰性氣體保護焊，又稱鎢極氬弧焊,適于焊接厚度為4-6mm以下的薄板。,一般采用直流正接法，以減少鎢極燒損。,但焊接Al、Mg及其合金時，宜用反接法,（陰極破碎作用有利于焊接熔合和保證質量）。,2）熔化極氬弧焊,以連續(xù)送進的金屬焊絲作電極的氬氣保護焊

18、。,特點：,① 焊接電流比較大，生產率高，適宜焊接25mm以下的中厚板。,② 常采用直流反接，可使電弧穩(wěn)定，對有些金屬件有“陰極破碎”作用。,③ 需有送絲機構。,,,,,焊接基礎與焊接方法,2、氣體保護焊,（1）氬弧焊,4）特點和應用,①保護效果好，焊接質量優(yōu)良，焊縫成形美觀，無渣殼。,②電弧穩(wěn)定，熱影響區(qū)小，焊后變形小。,③氣體保護，明弧可見，便于操作，易實現(xiàn)全位置焊接，易于自動控制。,④氬氣昂貴，設備造價高。,適用所有金屬材料的焊接

19、。,尤其易氧化的有色金屬及合金鋼材料的焊接。,如：鋁、鎂、鈦及其合金和耐熱鋼、不銹鋼等。,,,,焊接基礎與焊接方法,2、氣體保護焊,（2）CO2氣體保護焊,利用CO2作為保護氣體的熔化極電弧焊。,1）原理：,焊絲經軟導管、導電嘴送出,→從噴嘴中噴出CO2氣體,→包圍焊絲端部及熔池（引燃電弧）。,2）特點,①成本低。,（僅手弧焊的40%左右）,②生產率高。,（比手弧焊提高1-4倍，沒有渣殼，自動送絲）,③操作性能好。,（明弧焊接，方便操作

20、，適合于各種位置的焊接）,④質量較好。,（熱影響區(qū)小，含H低，抗裂性好）,⑤缺點：,氧化嚴重 ，,熔滴飛濺較為嚴重，焊縫外形不夠光滑；,易產生氣孔。,主要用于焊接30mm以下的低碳鋼和強度級別不高的低合金結構鋼焊接。,也可用于耐磨件的堆焊、鑄鋼件的焊補。,,,,焊接基礎與焊接方法,3、埋弧焊,（1）定義：,是利用連續(xù)送進的焊絲在焊劑層下產生電弧而自動進行焊接的方法。,在焊縫處撒放焊劑,→焊絲送入電弧區(qū),→選定弧長,→引弧燃燒,→焊機帶動

21、焊絲勻速前移,,工件,焊絲,→較大體積熔池,→焊縫,焊劑熔化,→熔渣→保護焊縫,焊劑蒸發(fā)→熔渣泡→,減少電弧熱能損失，阻止弧光四射,,,,焊接基礎與焊接方法,（2）埋弧焊特點：,1）生產率高,（手弧焊的5~10倍）。,①允許采取大電流焊接（可高達1000A以上） ；,②焊劑和熔渣有隔熱作用，熱能利用率高，可以不開或少開坡口；,③省工、省料，焊絲利用率高；,④焊劑用量少，且便宜。,2）焊接質量高且穩(wěn)定。,3）節(jié)省焊接材料。,4）勞動條件好

22、。,5）適應性差，,只能平焊中厚板、長直焊縫、大直徑（φ>500mm）環(huán)焊縫。,,,,焊接基礎與焊接方法,4、氣焊與氣割,（1）氣焊,用可燃性氣體燃燒的高溫火焰來熔化母材和填充金屬的一種焊接方法。,①火焰（O2-C2H2焰）,,中性焰：,碳化焰：,氧化焰：,O2：C2H2=1-1.2，,3000-3200℃，一般用,O2：C2H2=＜1，,2700-3000℃，,高碳鋼和鑄鐵,O2：C2H2=＞1.2，,3100-3300℃，,一

23、般不用,②設備及工具：,③特點及應用,a 氣焊火焰溫度較電弧低，熱量分散，加熱緩慢，生產率低。,b 受熱范圍大，熱影響區(qū)較寬。,c 火焰對熔池保護性差，焊縫質量不高。,適于焊接在3mm以下的低碳鋼薄板、高碳鋼、鑄鐵以及銅、鋁等有色金屬及其合金。,不需電源的地方。,,,,焊接基礎與焊接方法,4、氣焊與氣割,（2）氣割,利用氧-乙炔焰將割縫金屬加熱到能夠在氧氣中燃燒的溫度，,1）定義：,然后開放切割氧，使割縫金屬燃燒，,氧化成熔渣，并從切口