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第四章焊接（P143）焊接是利用加热或加压（或两者并用），并且用或不用填料，使分离的两部分金属达到原子结合的一种加工方法。在机械制造、建筑、车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到广泛运用。焊接运用视频第一节概述（P142）焊接的优点：1）连接性能好，密封性好，承压能力高；2）省料，重量轻，成本低；3）加工装配工序简单，生产周期短；4）易于实现机械化和自动化。焊接的缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，要更换修理不便；2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；3）要产生焊接残余应力和焊接变形；4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。第一节概述（P143）焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点可分为三大类：1）熔化焊：利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接称为一个整体。2）压力焊：在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3）钎焊：利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。2.2焊接设备与工具1.交流弧焊机一、熔焊冶金过程和电焊条2、电焊条（P150）焊条由焊芯和药皮两部分组成：1）焊芯：一方面作电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源；另一方面作为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属；焊芯采用焊接专用金属丝（称为焊丝）化学成分如P150表3-1。如H08Mn2SiA等。2）药皮：焊条药皮的主要作用有：改善焊接工艺性；机械保护作用；冶金处理作用。焊条药皮的组成物按其作用分有：稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、稀渣剂等。其原料和作用如表所示。焊条的种类、型号、牌号（P151）1）焊条的种类：按用途分有：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等。按药皮性质分：酸性焊条（酸性氧化物为主），碱性焊条（碱性氧化物和萤石CaF2为主）。2）焊条型号：是国家标准中的焊条代号。如E4303，E表示焊条，43表示熔敷金属抗拉强度最小值kgf/mm2；03表示焊接位置为全位置、电流种类为交直流及药皮类型为钛铁矿型。3）焊条牌号：是焊条行业统一的焊条代号，用一个大写汉语拼音字母和三个数字表示；如J422，J表示结构钢焊条，42表示焊缝金属抗拉强度等级kgf/mm2，2表示药皮类型和电流种类（P152表3-3）。碱性焊条和酸性焊条（P152）两者性能差别很大，使用时不能随意互换。碱性焊条的特点有：机械性能好；工艺性能差；焊缝金属抗裂性好；对锈、油、水的敏感性大，易出气孔；有毒烟尘多。用于重要的结构钢或合金钢结构。酸性焊条机械性能较差，但工艺性能好；货源充足，价格低；用于一般结构钢。焊条的选用原则（P153）1）等强度原则；2）同成分原则；3）抗裂性要求；4）低成本要求。焊条直径大小选择视频3、影响焊接接头性能的因素（P148）焊接接头的机械性能决定于它的化学成分和组织。具体有：1）焊接材料：焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分；2）焊接方法：一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量；3）焊接工艺：焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数；线能量:指熔化焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。此外，接头形式，工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。焊接缺陷的检查焊接缺陷按发生部位可分为表面缺陷和内部缺陷。对表面缺陷：1）着色检验：是一种渗透探伤法，使用喷罐式气雾剂，先用清洗气雾剂清洗，再用渗透气雾剂（红色）渗透，再清洗，最后用显像气雾剂（白色）显示。2）磁粉探伤：原理是利用外加磁场在焊件上产生的磁力线，遇有裂纹等缺陷时，会弯曲跑出焊件表面，形成漏磁场，产生极性，吸附磁粉，显示裂纹等缺陷的形貌、部位和尺寸；如图所示。焊接缺陷的检查对内部缺陷：1）射线探伤：有x射线，射线和高能射线；其原理是利用射线经过裂纹等缺陷时，衰减较小，在底片感光较强，而显示出缺陷的形状、尺寸和位置。X射线探伤示意图和X光片的识别2）超声波探伤：其原理是向焊接接头发出定向的超声波，遇有缺陷时，在超声波到达接头底面之前，就返回接受器，在荧光屏上显示出脉冲波形，从而判断缺陷的位置和大小，但不能判断那种缺陷。超声波检验示意图第二节常用焊接方法（P150）焊接方法种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。常用焊接方法有:熔焊堆焊与喷涂高能焊电渣焊电弧焊气焊激光焊电子束焊等离子弧焊气体保护焊埋弧自动焊焊条电弧焊压焊摩擦焊扩散焊电阻焊超声波焊爆炸焊对焊点焊缝焊钎焊真空钎焊感应钎焊炉中钎焊电阻钎焊盐浴钎焊火焰钎焊烙铁钎焊1、点焊（P163）点焊：利用电流通过两圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热，将焊件加热并局部熔化，形成一个熔核（其周围为塑性状态），然后在压力下熔核结晶，形成一个焊点的焊接方法。如图3－15所示，点焊的接头形式如图所示，均为搭接接头，焊接前应清理。点焊的工作循环有如图3-16所示的两种方式。电焊的主要焊接参数是电极压力、焊接电流和通电时间；压力过大、电流过小，会使热量少，焊点强度下降；压力过小、电流大会使热量大而不稳定，易飞溅，烧穿。点焊时会发生点焊分流现象，如图3-17所示，故焊点间距不宜过小。点焊视频2、缝焊（P165）缝焊与点焊同属于搭接电阻焊，焊接过程与点焊相似，采用滚盘作电极，边焊边滚，相邻两个焊点重叠一部分，形成一条有密封性的焊缝。焊接原理如图3－15所示。焊接接头形式如图所示。焊接分流现象较严重，故同等条件下焊接电流较大。主要用于有密封性要求的薄板件。缝焊生产汽车油箱视频滚焊过程视频3、对焊（P165）对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊，可分为电阻对焊和闪光对焊。对焊的应用如图所示。1）电阻对焊：先加预压，使两端面压紧，再通电加热，使待焊处达到塑性温度后，再断电加压顶锻，产生一定塑性变形而焊合。其焊接循环如图3－18所示。适于截面简单，直径小于20mm和强度要求不高的杆件。3、对焊（P165）2）闪光对焊：两焊件不接触，先加电压，再移动焊件使之接触，由于接触点少，其电流密度很大，接触点金属迅速达到熔化、蒸发、爆破，呈高温颗粒飞射出来，称为闪光；经多次闪光加热后，端面均匀达到半熔化状态，同时多次闪光把端面的氧化物也清除干净，于是断电加压顶锻，形成焊接接头，其焊接循环如图3－19所示。对焊断面形状应相近，以保证断面均匀加热。常见对焊接头形式如图3－20所示；其焊接质量较高，常用于重要零件焊接。闪光对焊视频第五节常用金属材料的焊接一、金属焊接性（P175）1、金属焊接性的概念焊接性是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。包括工艺焊接性，即在一定焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性；使用焊接性，焊接接头对使用要求的适应性，包括焊接接头的力学及其他特殊性能。金属焊接性是金属的一种加工性能，它取决于金属材料本身性质和加工条件。焊接性能随焊接方法、焊接材料和焊接工艺而变，不同条件下焊接性能有很大差别。如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好。二、碳钢的焊接（P177）1、低碳钢的焊接低碳钢的含碳量小于0.25%，碳当量小于0.4%，焊接性能良好，没有淬硬、冷裂倾向。板厚大于50mm，在低于0℃的环境温度焊接时，应预热100∽150℃。沸腾钢裂纹倾向可能较大，设计重要的结构件时，应采用镇静钢。常用J422和J427焊条，一般构件用J422，重要结构件应用J427。2、中碳钢的焊接（P177）中碳钢由于含碳量增加，碳当量在0.4%以上，冷裂倾向增大，焊接性能变坏。常用的35号钢和45号钢焊接时一般要预热150～250℃左右。要注意降低焊缝中的含碳量，如采用细焊条、小电流、多层道焊接。焊后绶冷。三、低合金结构钢的焊接（P176）主要合金元素是Mn,基本上是低碳钢，碳当量小于0.5，焊接性能良好。可采用手工电弧焊、埋弧自动焊、二氧化碳气体保护焊，强度高的采用富氩气体保护焊。σs小于350MPa时，一般不预热，但当板厚大于30mm时、环境温度较低时应当预热。σs大于400MPa时，淬硬、冷裂倾向增大，应当预热。四、不锈钢的焊接（P179）奥氏体不锈钢的焊接性能良好，没有冷脆现象，选用化学成分相同的电焊条，可能出现的问题是晶间腐蚀和热裂纹。马氏体不锈钢的焊接性能较差，主要是冷裂纹和淬硬脆化，焊前要预热，焊后热处理，可采用奥氏体不锈钢焊条。铁素体不锈钢（1Cr17)不存在冷裂和淬硬现象，可能出现的问题是过热区的晶粒长大引起的脆化。不锈钢与低碳钢和普低钢焊接：如1Cr18Ni9Ti与Q235－A对焊时要选用25－13型焊条。五、铸铁的焊补（P180）1、热焊：把工件整体或局部预热到600～700℃，在焊接过程中保持预热温度，焊后缓慢冷却。用铸铁焊条Z248（铸248）2、冷焊：铸铁冷焊一般不预热或低温度预热。一般用纯镍铸铁焊条Z308（铸308）。易产生白口：靠降低冷却速度、快改变焊缝化学成分来避免。易产生裂纹：焊前预热、焊后绶冷，采用小直径、小电流、分散焊。六、非铁金属的焊接1、铝及铝合金的焊接（P181）表面极易氧化：生成Al2O3薄膜致密度高、熔点高，严重阻碍熔合。容易产生气孔：特别是氢气孔要引起足够的重视。焊接热处理强化铝合金时存在接头软化和热裂纹两个问题。氩弧焊是较为理想的焊接方法：板厚小于8mm时，采用钨极氩弧焊，且用交流电源；板厚大于8mm时，采用直流反接。焊丝的选用：采用成分相同的铝合金焊丝或铝硅合金焊丝（热处理强化铝合金而言）。六、非铁金属的焊接（P182）2、铜及铜合金的焊接：1）焊接性能比低碳钢差；2）易产生焊不透现象；导热性好，热容量大。3）焊接应力或变形大；线膨胀系数大，凝固收缩率大。3、钛及钛合金的焊接：1）焊接时易吸收气体使接头变脆。2）易产生裂纹。3）气孔。4）采用氩弧焊，既要保护熔池，也要保护焊缝。第六节焊接结构工艺设计（P184）焊接工艺设计的主要内容是根据焊接结构工作时的使用要求，力求焊接质量良好，焊接工艺简便，生产率高，成本低。焊接结构工艺性，一般有三个方面的内容：1）合理选择结构材料；2）焊缝布置；3）焊接接头及坡口形式设计。焊接结构的主要生产工艺过程为：备料——装配——焊接——焊接变形矫正——质量检验——表面处理。焊接结构材料的选择在满足使用要求的前提下，尽量选用低碳钢和强度等级低的普通低合金钢。尽量采用相同厚度的材料。尽量多采用型钢来焊接，不仅减少焊缝，不增加刚度和强度，如槽钢、工字钢和角钢等。尽量采用相同材料及牌号焊接，如采用两种不同牌号的金属材料来焊接，要充分注意可焊性。二、焊接结构工艺设计1、焊缝布置（P182）焊缝布置影响结构件的焊接质量和生产率，应考虑下列原则：1）便于焊接操作，至少要能够焊接。如P186图3－29和图3－30所示。2）焊缝要避开应力较大部位，特别是要避开应力集中部位。如图3－31所示。3）焊缝应避免密集交叉。如图3－34和图3－35所示。1、焊缝的布置（P182）4）焊缝设置应尽量对称，如图所示。5）尽量减少焊缝长度和焊缝截面，如图所示。6）焊缝应尽量处于平焊位置，立焊、横焊次之，仰焊最差；7）焊缝布置应避开加工部位。如图所示。3、焊接接头设计（P189）焊接接头设计包括焊接接头形式设计和坡口形式设计。（1）接头形式设计（P189）常用的基本接头型式有：对接接头、盖板接头、搭接接头、角接接头、T形接头、十字接头和卷边接头等。如图所示。其选择应根据结构的形状和焊接生产工艺而定，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对接；熔化焊可采用对接、搭接