第四章 　焊　接 4.1 概述  4.2 手工电弧焊 4.3　其他焊接方法 ４.4 常用金属材料的焊接 ４.5 焊接结构工艺设计.

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1 第四章 　焊　接 4.1 概述  4.2 手工电弧焊 4.3　其他焊接方法 ４.4 常用金属材料的焊接 ４.5 焊接结构工艺设计

2 第四章 焊 接 4.1 概述 4.2 焊接方法 ４.3 金属材料焊接性 ４.4 焊接结构工艺设计 1、汽车上常有哪些焊接方法有？
第四章 　焊　接 4.1 概述  4.2　焊接方法 ４.3 金属材料焊接性 ４.4 焊接结构工艺设计 1、汽车上常有哪些焊接方法有？ 2、最常用的方法有哪些？用在汽车什么部件上？

3 第１节 概 述 焊接—— 是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属结合的方法。 实质是：原子互相扩散，形成原子间的结合
第１节 概　述 焊接—— 是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离的两部分金属结合的方法。 实质是：原子互相扩散，形成原子间的结合 在机械制造、建筑、车辆、石油化工、国防、航空航天等部门得到广泛运用。

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8 全世界所有大工业的产业，像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备等等，焊接都是最主要的工艺。
世界上从外层空间到深海水下，从一百万吨的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一，这么粗的细线的集成电路片的引线，焊接都是主要工艺。

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10 焊接的特点： 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) 可以制造双金属结构 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。 缺点： 1）焊接结构是不可拆卸的，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。

11 焊接方法可分为： 1）熔焊：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，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。 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。

12 第２节 手工电弧焊 焊接电弧 焊接接头 焊条 焊接缺陷及防止

13 电弧焊—— 利用电弧作为热源的一种熔焊方法。
电弧焊—— 利用电弧作为热源的一种熔焊方法。 手工电弧焊—— 手工操纵焊条进行焊接 操作灵活 方便，目前使用最广。 演示手弧焊 焊钳和面罩 焊接示意图

14 一、焊接电弧 ——是电极与工件之间的强烈、持久的放电现象。 形成 演示

15 钢焊条焊接钢材时： 阴极区：热量约占36%，平均温度2400K； 弧柱区：热量21%，中心温度6000~8000K
开氏温度等于摄氏温度加273。比如摄氏0度等于开氏273度。开氏0度等于摄氏-273度（绝对零度）。 阳极区：热量约占43%，平均温度2600K；

16 焊机 直流电焊机：用于较重要构件 正接：正极接工件—焊厚板 反接：负极接工件—焊薄板及有色金属 交流焊机：无正反接特点，温度均为2500K。
演示 直流电焊机：用于较重要构件 正接：正极接工件—焊厚板 反接：负极接工件—焊薄板及有色金属 交流焊机：无正反接特点，温度均为2500K。 一、直流电焊机输出的电流没有“过零点”，不易断弧，电弧稳定，这是它最大的优点。 二、变压器二次电压峰值一定，直流电焊机比交流电焊机空载电压高，更容易引弧。 三、直流电焊机比交流电焊机多出整流部分，成本要稍高一些。 四、大功率的交流电焊机由于最多只能用到两相电，所以容易造成 三相用电不平衡，而大功率的直流电焊机都用三相整流就没有这个问题。 与交流电源相比，直流电源能提供稳定的电弧和平稳的熔滴过渡。—旦电弧被引燃，直流电弧能保持连续燃烧；而采用交流电源焊接时，由于电流和电压方向的改变，并且每秒钟电弧要熄灭和重新引燃120次，电弧不能连续稳定燃烧。在焊接电流较低的情况下，直流电弧对熔化的焊缝金属有很好的润湿作用，并且能规范焊道尺寸，所以非常适合于焊接薄件。直流电源比交流电源更适合于仰焊和立焊，因为直流电弧比较短。 但有时直流电源的电弧偏吹是一个突出问题，解决的办法是变换为交流电源。对于为交流电源或直流电源焊接而设计的交、直流两用焊条，绝大多数在直流电源条件下的焊接应用效果更好。手工电弧焊中，交流电焊机及其一些附加装置价格低廉，能尽可能避免电弧吹力的有害作用。但除了设备成本较低外，采用交流电源焊接时的效果不如直流电源。 具有陡降特性的弧焊电源（CC）最适合于手工电弧焊。与电流变化相对应的电压变化表明，随着电弧长度的增加，电流逐渐减小。这种特性即使焊工控制了熔池的尺寸，也限制了电弧电流的最大值。当焊工沿着焊件移动焊条时，电弧长度不断发生变化是难免的，而陡降特性的弧焊电源确保了这些变化过程中电弧的稳定性。

17 二、焊接接头 ——焊缝及热影响区的统称 热影响区 图4-2 焊条电弧焊过程 1. 焊缝的形成过程

18 2. 焊接冶金过程 空气中的N.O.H，与熔池金属发生反应： O 使合金元素烧损；氧化物冷凝时残留在焊缝金属中；CO形成气孔
图4-2 焊条电弧焊过程 2. 焊接冶金过程 空气中的N.O.H，与熔池金属发生反应： O 使合金元素烧损；氧化物冷凝时残留在焊缝金属中；CO形成气孔 H 在焊缝中形成气孔，或造成氢脆。 N 在高温时大量溶于液体金属，冷却形成气孔，部分以针状氮 化物形式析出 大大降低缝金属的力学性能：塑性和韧性剧烈下降。

19 所以为保证焊缝质量，采取了措施： 1） 减少N.O.H进入熔池，主要采用机械保护. 如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体（CO2，氩气）等）。 2）清除已进入熔池的有害元素,增加合金元素。 如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。 回答焊接为什么要有焊条药皮、气体或焊剂物质保护？

20 3. 焊接接头的组织和性能 应尽可能减小 熔合区、过热区 以低碳钢为例 1) 焊缝区 焊缝金属的力学性能不低于母材。 2） 热影响区
图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化 以低碳钢为例 1) 焊缝区 焊缝金属的力学性能不低于母材。 2） 热影响区 应尽可能减小 熔合区、过热区 熔合区: 是接头中的薄弱区域 过热区：也是接头中的薄弱区域 正火区：力学性能较好 部分相变区：力学性能稍差

21 图4-8 低碳钢焊接接头的性能分布 应尽可能减小 熔合区、过热区

22 三、 焊条 演示 1. 组成 焊芯 焊条 药皮 稳弧； 造渣、造气； 脱氧、脱硫、加入合金元素
起导电和填充焊缝作用, 直径最小为0.4，最大为5。常用φ3~φ5 焊条 药皮 稳弧； 造渣、造气； 脱氧、脱硫、加入合金元素

23 1）按用途分： 结构钢焊条、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
2. 分类 1）按用途分： 结构钢焊条、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 2）按药皮性质分： 碱性：力学性能好；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：力学性能较差，但工艺性能好，用于一般结构钢。 堆焊是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐热等性能金属层的焊接工艺

24 第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型 E4303 第3位表示焊接位置 表示抗拉强度 表示焊条 J422
3. 型号与牌号 ——型号（国家标准焊条代号） 第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型 表示抗拉强度 E4303 第3位表示焊接位置 表示焊条 ——牌号（焊接行业中焊条代号） 在第四位数字后附加“R“表示耐吸潮焊条；附加“M“表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加“－1“表示冲击性能有特殊规定的焊条。 抗拉强度420MPa J422 药皮类型、电流种类、1—5酸性、6、7碱性 结构钢焊条。

25 表12.3 结构焊条牌号中数字的含义 牌号中第一、 第二位数字 焊缝金属抗拉强度等级／MPa 牌号中第三位数字 药皮类型 焊接电源种类 42 420 不属已规定类型 不规定 50 490 1 氧化钛型 交流或直流反接 55 540 2 氧化钛钙型 60 590 3 钛铁矿型 70 690 4 氧化铁型 75 740 6 低氢钾型 80 780 7 低氢钠型 直流反接

26 表12.4 常用焊条型号和牌号对照表 型号 牌号 E4303 结422 E6016 结606 E4316 结426 E6015 结607
表12.4 常用焊条型号和牌号对照表 型号 牌号 E4303 结422 E6016 结606 E4316 结426 E6015 结607 E4315 结427 E7015 结707 E5003 结502 E308 奥102 E5016 结506 E308L 奥002 E5015 结507 E347 奥132 E515 结557 E316L 奥022

27 4. 焊条的选择原则 （1）等强度原则: 低碳钢、低合金钢 （2）同成分原则：不锈钢、耐热钢等 （3）刚度大，形状复杂，要承受动载荷的结构，应选用抗裂性好的碱性焊条

28 选择题： 1.焊接与其他连接方法的本质区别是（ ）。 A.所采用的热源不同 B.使被连接件之间形成原子间的结合
C.所用压力不同　 D.只能连接金属材料 2. 手弧焊采用直流焊机焊薄件时，工件与焊条的接法用（　）： ①正接法 ②反接法 ③Y接法 ④Δ接法 3.采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时，通常选用碱性焊条，原因是（ ） A.焊缝成形好　 　 B.焊接电弧稳定　 　 C.焊接接头抗裂性能好 D.交、直流电焊机都可以使用 4. 具有较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的焊条是（　）： ①酸性焊条 ②结构钢焊条 ③碱性焊条 ④不锈钢焊条

29 5.下列各项中，焊条金属芯所起的作用是（ ）。
A、 改善焊条公艺性 B、 防止空气对熔池的侵入 C、 参与渗合合金等冶金反应 D、 填充金属 6. 焊接热影响区中，对焊接接头性能不利的区域是（ ），对焊接接接性能有利的区域是（ ） ①焊缝金属 ②部分相变区 ③熔合区 ④正火区 7. 焊接热影响区中，晶粒得到细化、机械性能也得到改善的区域是（　）： ①正火区 ②熔合区 ③过热区 ④部分相变区

30 五、焊接缺陷 1、焊接应力与变形 2、接头的缺陷

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32 四、焊接缺陷 1、焊接应力与变形

33 2.焊接应力和变形的防止 1）结构设计要避免焊缝密集交叉； 2）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩 3）焊前预热可，减少工件温差，减少残余应力； 4）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。 5）焊前组装时，采用反变形法 6）刚性固定法，但会产生较大的残余应力 7）采用机械或火焰矫正法来减少变形。

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35 一般焊接顺序为：1）先焊收缩量较大的焊缝；2) 工作时受力较大的焊缝；3) 先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。
图4-10 合理安排焊接顺序 一般焊接顺序为：1）先焊收缩量较大的焊缝；2) 工作时受力较大的焊缝；3) 先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝。

36 图4-11 平板对接焊反变形

37 图4-12 工字梁反变形

38 图4-13 刚性固定防止变形

39 图4-15 机械矫正法 图4-16 火焰矫正法

40 3.　焊接接头缺陷的防止 烘干焊条 焊件清理 选用碱性焊条 改变电流大小 改变坡口形态、大小 改变焊条直径

41 思考题 1.焊接接头包括哪几部分？低碳钢焊接接头各部分的性能如何？ 2.解释下列名词：焊接热循环、金属的焊接性、碳当量。
3.焊接应力和变形有哪些危害，产生原因是什么？

42 第3节 焊接方法 焊接方法的种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。 演示 演示 演示 演示 演示 熔焊 堆焊与喷涂
第3节 焊接方法 焊接方法的种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。 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 埋弧焊 焊条电弧焊 演示 演示 演示 演示 演示

43 下列情况应选用什么焊接方法： 把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（ ） 电路板（ ） 汽车车厢（ ） 汽车油箱 （ ） 供水管道维修（ ） 铝合金装饰薄板的焊接（ ） a. 手工电弧焊 b. 埋弧自动焊 c. 点焊 d. 缝焊 e. 氩弧焊 f. 软钎焊 g. 硬钎焊

44 一 、埋弧焊 演示 埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。
埋弧焊: 适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。

45 二、气体保护电弧焊 ——是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。 惰性气体保护焊、CO2焊。 1.氩弧焊 演示
1.氩弧焊 演示 钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊 电极材料可用纯钨或钨合金，需采用焊丝。 焊接电流较小，适于薄板焊接。 熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极， 可使用大电流，适于中厚板焊接。 　　惰性气体保护焊适于焊接铝、镁、钛及其合金，稀有金属锆、钼，不锈钢，耐热钢，低合金钢等。

46 1） CO2在高温下会分解氧化金属，故不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝；
2）生产率高； 3）成本低；无需涂料焊条和焊剂， CO2焊适于: 广泛， 焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢

47 三、电渣焊 演示 电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。
三、电渣焊　　演示 电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。 丝极电渣焊过程。焊接过程为先引弧，形成渣池，电弧过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。 电渣焊主要用于：厚壁压力容器；铸—焊、锻—焊、厚板拼焊等大型构件的制造，

48 三、气焊与气割　　演示

49 压焊 是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压，使其产生塑性变形，并通过再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。
摩擦焊 扩散焊 电阻焊 超声波焊 爆炸焊 对焊 点焊 缝焊 演示 演示

50 五、电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，把焊件加热到塑性或局部熔化状态，再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊。 演示

51 点焊 搭接接头 点焊分流现象 适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。 图4-28 点焊示意图
图4-29 点焊接头形式

52 缝焊 适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金，厚度３mm以下的薄板焊件。 主要用于有密封性要求的薄板件。 图4-31 电阻缝焊
图4-32 缝焊接头形式

53 是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊
对焊： 是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊 a) 电阻对焊 b) 闪光对焊 Fj—夹紧力 Fw—挤压力 Fd—顶锻力

54 对焊： 主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。 图4-34 对焊应用实例 a）对焊工件 b) 对焊管材
图4-34 对焊应用实例 1—焊缝 2—滚盘 3—挤压滚 4—焊件 5—绝缘层 对焊： 主要用于制造封闭形零件，轧制材料接长、异种材料制造的焊接。

55 六、摩擦焊 演示 摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。
六、摩擦焊　　演示 摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。 摩擦焊用于圆形工件、棒料管子的对接,也可用于异种金属的焊接。 图4-36 摩擦焊接头形式

56 钎焊 是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。
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 演示

57 七、钎焊 演示 应力和变形小，易于保证焊件质量，能实现金属与非金属的焊接。 1. 软钎焊
七、钎焊　演示 应力和变形小，易于保证焊件质量，能实现金属与非金属的焊接。 1. 软钎焊 钎料熔点在4500C以下的钎焊；常用锡铅钎料，松香、氯化锌溶液作钎剂。其接头强度低，用于电子仪表线路的焊接。 2. 硬钎焊 钎料熔点在4500C以上的钎焊；常用铜基和银基钎料；硼砂、硼酸、氯化物、氟化物组成钎剂。接头强度较高，用于机械零部件的焊接。 （如车刀硬质合金刀头与刀杆的焊接）

58 下列情况应选用什么焊接方法： 把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上（ ） 电路板（ ） 汽车车厢（ ） 汽车油箱 （ ） 供水管道维修（ ） 铝合金装饰薄板的焊接（ ） a. 手工电弧焊 b. 埋弧自动焊 c. 点焊 d. 缝焊 e. 氩弧焊 f. 软钎焊 g. 硬钎焊

59 思考题 1. 埋弧自动焊和手工电弧焊相比有何特点，应用范围怎样？ 2. 试简要介绍电阻焊中的点焊、缝焊和对焊？ 3. 钎焊和熔焊比有何根本区别？钎剂有何作用？

60 电阻焊 (1)点焊 主要用于车身总成、地板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等.
(2)多点焊 用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等. (3)凸焊及滚凸焊 用于车身零部件、减震器阀杆、制动蹄、螺钉、螺帽和小支架等. (4)缝焊 用于车身顶盖雨檐、减震器封头、油箱、消声器和机油盘等. (5)对焊 用于钢圈、排进气阀杆、刀具等.

61 电弧焊 (1)CO2保护焊 用于车箱、后桥、车架、减震器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸和千斤顶等的焊接.
(2)氩弧焊 用于机油盘、铝合金零部件的焊接和补焊. (3)焊条电弧焊 用于厚板零部件如支架、备胎架、车架等. (4)埋弧焊 用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等.

62 第４节 金属材料的焊接性 一、金属焊接性的概念 在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
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。

63 二 、金属焊接性的间接评价方法 碳当量法：在粗略估计碳钢和低合金结构钢的焊接性能时，把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性影响程度换算成碳的相当含量，其总和叫碳当量。其计算公式如下：

64 CE<0.4%时，冷裂倾向不大，焊接性好，不需预热；
碳当量越高，焊接性越差。 CE<0.4%时，冷裂倾向不大，焊接性好，不需预热； CE=0.4%～0.6%时，冷裂倾向明显，焊接性较差，需预热和采取其他工艺措施来避免裂纹； CE>0.6%时，冷裂倾向严重，焊接性差，需采用较高的预热温度和其他严格的工艺措施。 值得注意的是：钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条 件、环境温度的影响，故应根据具体情况进行抗裂试验及使用焊 接性试验。

65 三、常用金属材料的焊接性能 碳素结构钢和低合金结构钢的焊接性能 1）低碳钢：焊接性能优良，可采用任何一种焊接方法。
2）中碳钢：焊接性能中等，焊缝易产生热裂，热影响区易产生脆硬组织甚至冷裂。常采用手工电弧焊和气焊，须预热。 3）高碳钢：焊接性能差，采用焊条电弧焊对其补焊，应预热。 4）低合金结构钢：强度级别低的焊接性好，强度级别较高的焊接性较差。常用手工电弧焊和埋弧焊。

66 2. 铸铁的焊接性能 铸铁的焊接性能差。 1）焊接接头易产生白口和脆硬组织； 2）裂纹倾向大； 3）焊缝中易产生气孔和夹渣。 铸铁不宜作焊接结构材料，只进行修复性补焊。可采用 热焊（4000C以上）和冷焊。焊接方法可采用电弧焊和气焊。

67 3. 常用有色金属及其合金的焊接性能 （1）铜及铜合金 焊接性能比低碳钢差。 1）导热性好，热容量大，易产生焊不透现象； 2）线膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接应力或变形大； 3）易生成氢气孔； 4）铜在高温易氧化，引起热裂纹； 5）铜合金中的合金元素易氧化和蒸发，降低焊缝力学性能，易　 　产生热裂、气孔和夹渣。 　　常采用氩弧焊、气焊和钎焊。焊前预热，焊后热处理。可采取如下措施： 1）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜； 2）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源； 3）焊前预热，焊后再结晶退火。

68 （2）铝及铝合金 焊接特点如下： 1）极易氧化，应清除氧化物，采用氩气保护； 2）容易形成气孔； 3）容易产生热裂纹； 4）易产生焊缝塌陷，须采用垫板。 （3）钛及钛合金 1）焊接时易吸收气体使接头变脆。 2）易产生裂纹。 常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。

69 第５节 焊接结构工艺设计 焊接工艺设计的主要内容是根据焊接结构工作时的负荷大小和 种类、工作环境、工作温度等使用要求，合理选择结构材料后进行
焊封布置、焊接方法选择和焊接接头设计 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

70 一、焊缝布置 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. 焊缝应尽量处于平焊位置
2. 焊缝要布置在便于施焊的位置，如图4-38，如图4-39所示。 3. 焊缝布置要有利于减少焊接应力与变形 　1）尽量减少焊缝数量及长度，缩小不必要的焊缝截面尺寸 　2）焊缝布置应避免密集或交叉 　3）焊缝布置应尽量对称 　4）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置 　5）焊缝布置应避开机械加工表面

71 图4-38 焊条电弧焊的焊缝位置 图4-39 点焊、缝焊的焊缝位置 a) 、c)电极难以伸入 b) 、d)方便操作的设计

72 图4-40 减少焊缝数量示例 图4-41焊缝布置避免密集和交叉

73 图4-42 焊缝对称布置

74 a) 不合理 b)合理 图4-43 焊缝避开最大应力或应力集中位置

75 c) 不合理 d) 合理 图4-44 焊缝布置避开或远离机械加工表面

76 二、 焊接方法的选择 选择焊接方法时应根据下列原则： 1）焊接接头使用性能及质量要符合结构技术要求 2）提高生产率，降低成本 3）现场设备条件及工艺可能性

77 三、焊接接头设计 焊接接头设计包括 焊接接头形式设计和坡口形式设计。 1.焊接接头形式设计
常用的基本接头形式有对接接头、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 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，角接和T形接对比选择。 压力容器：一般采用对接；桁架结构：一般采用搭接。 气焊和钨极氩弧焊：可采用卷边接头。

78 图4-45 焊接接头形式

79 2. 焊接接头坡口形式设计 开坡口的目的：是为了使接头根部焊透，使焊缝成形美观； 通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有 气割、切削加工、碳弧气刨等。坡口形式主要取决于：板料厚度。

80 1）对接接头坡口形式设计。 对接接头的基本坡口形式有I形坡口、Y形坡口、双Y形坡口、U形坡口、双U形坡口等，如图4-46所示。同样板厚条件下：双Y形坡口比V形坡口所需金属少，焊接工时也少，焊接变形也小；U形坡口也比V形坡口省焊条，省工时，焊接变形也小。 2）角接接头坡口形式设计。 角接接头基本坡口形式有I形坡口、错边I形坡口、Y形坡口、V形坡口等，如图4-47所示。 3）T形接头坡口形式设计。 T形接头基本坡口形式有I形坡口、V形坡口等，如图4-48所示。 4）对不同厚度的板材，接头两侧板厚截面应尽量相同或相近，如图4-49所示。

81 带钝边U形坡口 带钝边双U形坡口 图4-46 几种对接接头坡口形式

82 I 形坡口 错边I 形坡口 带钝边单边V形坡口 Y形坡口 带钝边双单边V形坡口 图4-47 角接接头坡口形式

83 I 形坡口 带钝边单边V 形坡口 带钝边双单边V形坡口
图4-48 T形接头坡口形式

84 不合理 b) 合理 图4-49 不同板厚对接

85 四、 焊接参数选择 焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊条直径、焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接参数。
1）焊条直径和焊接电流选择。焊条直径根据焊件厚度选择。焊件较薄选较细焊条。焊接电流一般按I=（30∼60）d选取。并根据焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊条种类，通过试焊调整。 2）焊接速度。根据焊缝形式确定，不宜过快，也不宜过慢。 3）弧长。焊接电弧的长度，一般采用短弧操作。

86 五、焊接实例 例题 图4-50所示为低压储气罐，壁厚为8mm，压力为1.0MPa，常温工作，压缩空气，大批量生产。
1）结构分析。筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体再加四个法兰管座焊合而成，如图4-50所示。 2）选择母材材料。封头需拉伸，筒节卷圆，故需较好塑性，再考虑焊接工艺及成本，故筒节、封头、法兰选用普通碳素结构钢（Q235A），短管选用优质碳素结构钢（10钢）。

87 a) 设计图 b) 装配图 返回文档 图4-50 低压储气罐装配示意图

88 图4-51 低压储气罐主要工艺流程 返回文档

89 3）设计焊缝位置及焊接接头、坡口形式。 筒节纵焊缝与环焊缝采用对接I型坡口双面焊，法兰与短管采用不开坡口角焊缝；法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝。如图4-50所示。
4）选择焊接方法和焊接材料。 角焊缝采用手工电弧焊，选用结构钢焊条J422；选用弧焊变压器；对接焊缝采用埋弧焊，焊丝选用H08A，配合焊剂HJ431。 5）主要工艺流程如图4-51。

90 思考题： 1. 简述碳素钢和低合金结构钢的焊接性能。 2. 简述焊缝布置的基本原则。 3. 试为下列情况选择焊接方法。 1）钢板（厚度20mm）拼成大型工字梁； 2）角钢组成的汽车吊臂（桁架结构）； 3）铝制压力容器； 4）电路板； 5）薄板焊成的带轮、胶带罩。

91 注意： 能溶解在液态金属中的氧化物（如氧化亚铁），冷凝时因溶解度下降而析出，严重影响焊缝质量。
而大部分金属氧化物（如硅、锰化合物）不溶于液态金属，可随渣浮出，净化熔池，提高焊缝质量。 氢易溶入熔池，在焊缝中形成气孔，或聚集在焊缝缺陷处造成氢脆。 其次空气中的氮气在高温时大量溶于液体金属，冷却结晶时，氮溶解度下降，析出的氮在焊缝中形成气孔，部分还以针状氮化物（Fe4N）形式析出；焊缝中含氮量提高，使焊缝的强度和硬度增加，塑性和韧性剧烈下降。

92 焊缝的冶金过程与一般冶金过程比较，具有以下特点：
1）金属熔池体积小，熔池处于液态时间短，冶金反应不充分； 2）熔池温度高，使金属元素强烈的烧损和蒸发，冷却速度快，易产生应力和变形，甚至开裂。

93 4.2.1.5 高能焊 高能焊是利用高能量密度的束流，如等离子弧、电子束、激光束等作为焊接热源的熔焊方法。 1. 等离子弧焊和切割
1）等离子弧的产生。 等离子弧是一种电离度很高的压缩电弧，温度高，能量密度大，其发生装置如图4-24所示。在三个压缩作用下形成等离子弧。 a）机械压缩效应； b）热压缩效应； c）电磁压缩效应。温度可达24000K~ 50000K。

94 2）等离子切割。它利用能量密度高的高温高速的等离子流，将切割金属局部熔化并随即吹除，形成整齐的切口。常用于切割不锈钢、铝、铜、钛、铸铁及钨、锆等难熔金属和非金属材料。
3）等离子弧焊接。需用等离子弧焊电源和等离子焊枪及填充金属。分为 大电流等离子弧焊。这种焊接又可分为穿孔型等离子弧焊和熔入型等离子弧焊。 微束等离子弧焊。 其特点是： 有小孔效应，能较好实现单面焊双面自由成形； 微束等离子弧焊可焊接箔材和薄板。 能量集中，热影响区小，焊接质量好，生产率高。

95 等离子弧焊用于航空航天等军工和尖端工业技术的铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等金属的焊接。
2. 电子束焊 电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。电子束产生原理如图4-25所示。电子束焊不需要加焊丝。电子束焊可分为： 1）真空电子束焊。把工件放在真空室内，利用在真空室内产生的电子束经聚焦和加速，撞击工件后动能转化为热能的一种熔化焊。需严格除锈和清洗。 2）低真空电子束焊。使电子束通过隔离阀及气阻孔道进入焊接工作室。工作室的真空度保持在1 ~ 13Pa。

96 3）非真空电子束焊，将真空条件下形成的电子束流经过充氦的气室，然后与氦气一起进入大气的环境中施焊。
电子束焊的特点： 1）保护效果极佳，焊接质量好 ； 2）能量密度大；106 ~108W/cm2； 3）焊接变形小； 4）焊接工艺参数调节范围广，适应性强 ； 5）设备复杂，造价高，焊件尺寸受真空室限制。 电子束焊用于原子能、航空航天等军工尖端技术部门的特殊材料和结构的焊接；也用于大批量生产和流水线生产，如齿轮组合件、轴承等。

97 3.激光焊与切割 1）激光焊：利用聚焦后的激光束的高能量密度（1013W/cm2)，对工件进行焊接。分为脉冲激光焊接和连续激光焊接。激光焊设备的结构框图如图4-26所示。 2）激光焊的特点： 能量密度大，适合于高速加工，能避免热损伤和焊接变形； 灵活性比较大； 激光辐射放出能量极其迅速，不仅焊接生产率高，而且被焊材料不易氧化，可以在大气中焊接，不需真空环境或气体保护； 装置复杂，效率较低。

98 激光焊常用于精密零件、热敏感性材料，异种金属异种材料的焊接。
3）激光切割：利用聚焦后的激光束使工件材料瞬间气化而形成割缝；可切割各种金属和非金属材料。根据切割机理可分为： 激光蒸发切割，适于极薄材料； 激光熔化吹气（氩、氦、氮等）切割，适于非金属材料； 激光反应气体（纯氧，压缩空气）切割，适于金属材料。 4）激光切割的优点： 1）切割质量好，效率高； 2）切割速度快； 3）切割成本低。

99 4. 堆焊与喷涂 1）堆焊：为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。有振动电弧堆焊、等离子弧堆焊、气体保护堆焊和电渣堆焊等。 2）堆焊加工的特点与应用： 采用堆焊修复已失去精度或表面破损的零件，可节省材料、费用、工时，延长零件使用寿命； 堆焊层的特殊性能可提高零件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能，发挥材料的综合性能和工作潜力； 具有明显的异种金属焊接特点，对焊接工艺及其参数要求较高。 堆焊应用于机械产品的制造和维修，在冶金机械、重型机械、汽车、动力机械、石油化工设备等领域有广泛应用。

100 3）喷涂： 将金属粉末或其他物质熔化，并用压缩空气将其以雾状喷射到被加工工件的表面上，形成覆盖层的工艺方法。使材料表面具备防腐、导电、耐蚀、耐热、外形美观。
常用热喷涂的热源为氧乙炔、电弧、等离子弧、电子束、激光束等；喷涂材料可用低熔点金属和高熔点金属以及各种合金、金属氧化物、碳化物、非金属陶瓷、塑料等。如火焰线材喷涂原理如图4-27所示。 常用喷涂方法有氧乙炔焰喷涂、氢氧焰喷涂、等离子弧喷涂等。 4）喷涂特点： 加热温度较低，工件表面温升较小，对工件组织和性能影响小； 可喷涂加工的对象广泛，金属和大部分非金属均可； 操作工艺过程简单，零件大小不受限制。