汽车钣金焊接基本工艺及设备.ppt

汽车钣金焊接基本工艺及设备【本节目标】1、了解按焊接过程的物理特性不同而分成的熔化焊、压力焊和钎焊。2、熟悉各种焊接方法的基本操作过程、各自的分类及其应用。3、掌握三类焊接操作的基本要点。汽车上零部件的连接方法比较多，一般可以根据连接的特点将其分为两大类：一类是可拆卸式连接，又称机械连接，例如螺栓连接、键连接、楔连接；一类是不可拆卸式连接，这种连接方式的拆卸只有在破坏零件后才能实现，例如焊接、铆接和粘接等。在汽车钣金修理作业中，焊接占的比重很大。因为焊接具有节省钢材、操作简单、密封性能好等优点，所以焊接发挥的作用越来越突出。焊接是对焊件进行局部或整体加热，使焊件产生塑性变化，形成焊件间的原子结合，从而实现永久连接的工艺方法。车身组件多由钢板或型钢构成，常用的焊接方法有二氧化碳保护焊、气焊、手工电弧焊等。按焊接过程的物理特性不同而分成的熔化焊、压力焊和钎焊。见表1-1所示。表1-1 常用的焊接方法 1熔化焊 熔化焊是将被焊金属在焊接部位加热到熔化状态，并向焊接部位加入熔化状态的填充金属（焊条），冷凝以后，两块被焊件即形成整体的焊接方法。根据熔化方式不同，熔化焊又分成气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊等六种方法。其中气焊、电弧焊在汽车修理中使用最多。2压力焊 用电极对金属焊接点加热使其熔化并施加压力，使之焊接在一起的方法称为压力焊。各种压力焊中，电阻焊的点焊方法在汽车制造业中是不可缺少的（如车身点焊）。因为点焊不会使焊件产生变形，在汽车修理中获得广泛地应用。3钎焊 钎焊是采用熔点低于母材的钎料（钎焊填充材料）加热熔化滴在焊接区域，将工件焊接成一体的焊接方法，如铜焊、锡焊。由于钎焊时，工件受热的温度低于工件材料的熔点，不影响工件的整体形状，被广泛应用于对水箱、油箱等的修理作业中。车身各部位使用的不同焊接方式如图1-1所示。图1-1 汽车制造中使用的各种焊接方法(a)、（b）电阻点焊 （c）2气体保护焊 （d）、（e）、（f）钎焊 车身修理前，先要查阅汽车制造厂家提供的汽车维修说明书，了解各部位焊接的特点。修理时要尽量采用点焊法或气体保护焊；除了在制造时进行过钎焊的零部件外，车身的其它部位切勿进行钎焊；切勿在新型汽车车身上使用气焊。【本节目标】1、了解2气体保护焊的特点、工作原理。2、熟悉2气体保护焊的操作工艺。3、学会2保护焊的操作。2气体保护电弧焊是惰性气体保护焊中的一种。惰性气体保护焊是利用惰性气体将电极、电弧区以及焊接熔池置于其保护之下的电弧焊接方式，简称为气体保护焊。用于保护焊的惰性气体主要有氢气和二氧化碳气两种。前者俗称氩弧焊，后者称为2保护焊。2气体保护焊的示意图如图1-2所示。图1-2 2气体保护焊示意图 2气体保护电弧焊是从20世纪50年代初期发展起来的一种新的焊接技术，它是一种高效率焊接方法。2气体保护电弧焊现已在我国造船、机械制造、汽车制造等工业部门获得了广泛的应用。它的普及运用，给汽车钣金的修理带来了极大的便利。2电弧焊按焊丝直径分为细丝焊和粗丝焊两种；按操作方式分为自动焊和半自动焊两种。目前，主要用于焊接低碳钢及低合金钢等黑色金属。与其他电弧焊相比，有它自身特点。1.2气体保护焊的特点 (1)生产率高 2电弧焊的穿透力强，熔深大而且焊丝的熔化率高，所以，熔敷速度、生产率比手工焊高13倍。(2)焊接成本低 2气体是酿造厂和化工厂的副产品，来源广、价格低。因而，2气体保护焊的成本只有埋弧焊和手工焊的4050。(3)能耗低 2电弧焊和药皮焊条手弧焊相比，3 厚低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能，前者为后者的70左右。25 厚低碳钢板对接焊缝，每米焊缝消耗的电能，前者仅为后者的40。所以，2电弧焊也是较好的节能焊接方法。(4)适用范围广 不论何种位置都可进行焊接。薄板可焊到1 左右，几乎不受限制（采用多层焊）。而且焊接薄板时，较之气焊速度快、变形小。(5)抗锈能力较强，焊缝含氢量低，抗裂性好。(6)焊后不需清渣，又因是明弧，便于监视和控制，有利于实现焊接过程的机械化和自动化。22气体保护焊的原理 2气体保护焊使用一根焊丝，焊丝以一定的速度自动进给，在母材和焊丝之间出现短弧，短弧产生的热量使焊丝熔化，将母材焊接起来，实现半自动电弧焊接。在焊接过程中，2气体对焊位实施保护，以免母材被空气氧化。大多数钢材都用二氧化碳2进行气体保护焊；对于铝材则采用氢气或氢、氮混合气作为气体进行保护焊。气体保护焊熔滴的过渡形式有两种：短路过渡和细颗粒过渡。焊丝作为一极，其端部不断受热熔化，形成熔滴并脱离焊丝过渡到母材熔池中。两种不同过渡形式的适用范围和工艺要求是不相同的。细颗粒过渡特点是电流大、直流反接。气体保护焊采用大电流，高电压进行焊接时，熔滴呈颗粒状过渡。当颗粒尺寸增加时，会使焊缝成型恶化，飞溅加大，并使电弧不稳定。因此常用的是细颗粒状过渡，此时熔滴直径约比焊丝直径小2-3倍。短路过渡形式是采用细焊丝、小电流、低电压焊接时出现的。因为电弧短，液态熔滴还未增大时即与熔池接触形成短路，使电弧熄灭，熔滴脱离焊丝过渡到熔池中去，然后电弧重新引燃。这种周期性短路燃弧交替即为短路过渡过程。由于短路过渡母材受热量较少，变形小，熔深较浅，多用于薄板的焊接。汽车钣金焊接多采用此种形式。短路过渡电弧焊工作原理如图1-3所示。图1-3 2气体保护焊的原理1焊缝金属 22气体 3电弧 4焊枪喷嘴 5焊丝 6送丝滚轴 7焊丝卷轴 82气瓶 9焊机电源 2气体保护焊的工作过程如图1-4所示。图1-4 2气体保护焊的工作过程 (1)焊丝在焊接部位经过短路燃弧短路燃弧过程，每一次短路电弧焊丝都从端部将微小的熔滴转移到母材熔池之中。(2)在焊丝周围有一层惰性气体保护层，以免焊缝被氧化。(3)焊丝采用自动进给，连续焊接。(4)在整个焊接过程中，母材受热量小，变形小，不致影响钣金件整体几何形状。3.2气体保护焊接设备 汽车车身修理用的2气体保护焊接设备多是半自动的，在其焊接过程中，设备自动运行，但焊枪需用手来控制。2气体保护焊接设备参见图1-3和图1-5，其基本组成部分如下：(1)存储2气体的钢瓶、减压装置以及输送管道系统，保护熔池免受污染。(2)送丝控制装置，调节送丝速度。(3)配备指定规格的成卷的焊丝。(4)供焊接用的机内电源装置。(5)电缆及接线装置。(6)焊枪和电缆，供操作者牵引到不同工位上焊接。(7)2气体保护焊设备供气系统。2气体保护焊设备供气系统如图1-5所示。它和氨弧焊不同之处，是气路中一般要接入预热器和干燥器。图1-5 2气体保护焊设备供气系统12气瓶 2一预热器 3一高压干燥器 4一气体减压阀 5一气体流量计 6一低压干燥器 7一气阀 8一送丝机构 9一焊枪 10一可调电感 11一焊接电源 12一工件 (1)预热器 焊接过程中钢瓶内的液态2不断地气化成2气体，这汽化过程要吸收大量的热能。另外，钢瓶中的2气体是高压的，约为(5065)105,经减压阀减压后，气体体积膨胀也会使气体温度下降。为了防止2气体中的水分在钢瓶出口处及减压表中结冰而使气路堵塞，在减压之前要通过预热器进行预热。显然，预热器应尽量装在靠近钢瓶的出气口附近。(2)干燥器 由于2气体中含有一定的水分，为了防止气孔的出现减少焊缝金属中含H2的量，可在气路中装置高压干燥器（在减压阀之前）和低压干燥器（在减压阀之后）。一般情况下，气路中只接高压干燥器，而无须接低压干燥器。如果对焊缝质量要求不太高或者2气体中含水分较少时，这两种干燥器均可不加。(3)焊机控制电路熔化及自动、半自动焊机的控制电路包括引弧、熄弧、焊接程序控制、规范参数自动调节以及全自动跟踪等电路。一般说来，自动焊机和半自动焊机具有的控制越多，功能越完善，设备越复杂，价格也越昂贵。例如某些国产系列2半自动焊机(如一160，一250,一400)的引弧、熄弧均由手工操作，具有简单的气体导前，气体滞后和送丝电动机的调速控制等电路。4.2气体保护焊工艺参数 2气体保护焊是车身修理最常用的焊接方法，施焊前首先要根据焊件具体情况，选择工艺参数，如焊丝直径、电流、电压等相关数据。(1)焊丝直径表 2气体保护焊的焊丝是选用H082或H082合金钢丝制成的。汽车车身钣金件厚度为1.52.5，焊丝直径在0.40.8之间，见表1-3。表1-3 焊丝直径的选择 汽车钣金修理中焊丝直径以0.8居多。近年来，国外修理设备中，直径为0.4的细丝应用较普遍。(2)焊接电流与电弧电压 2气体保护焊对电源电压稳定性要求较高，一般将电源、送丝装置、焊丝都装机箱内，并有调节电压和送丝速度的设施在其中。2气体保护焊电源都是直流的，一般情况下，焊丝接正极，工件接负极，俗称为反接法。反接法电弧稳定，飞溅小，熔深大，焊缝中含氢量低，适用于短路过渡的普通焊接。汽车修理多采用反接法。焊丝接负极，工件接正极称为正接法。正接法焊丝熔化率高、熔化深度较浅，适用于颗粒过渡的高速焊接、堆焊或铸铁补焊等场合。熔丝过渡形式与焊丝直径、板厚的影响见表14所示。表1-4 熔丝过渡形式与焊丝直径、板厚的影响 焊接电流的大小会影响母材的焊接熔深、焊丝熔化速度、电弧的稳定性、焊接溅出物的数量。随着电流增加，熔深、剩余金属的高度和焊缝宽度也会增大，如图1-6所示。图1-6 熔丝过渡形式与焊丝直径、板厚的影响 电弧电压决定了电弧的长度。电弧电压调整到适当数值时，在焊接部位将连续发出轻微的哩喳声。电弧电压过高，电弧长度增加，焊接熔深小，焊缝呈扁平状；电弧电压过低，电弧长度减小，焊接熔深增加，焊缝呈狭窄凸起状，如图1-7所示。图1-7 电弧电压和焊缝的形状 (3)导电嘴到母材的距离 导电嘴到母材的距离对焊接质量影响很大，标准距离应在616之间，如图1-8所示。导电嘴到母材的距离过大，保护气体所起的保护作用减小，同时，焊丝外伸过长反而加快了焊丝熔化的速度，影响焊接质量。但距离过小，焊接难以进行。图1-8 导电嘴到母材的距离 (4)焊接速度 焊接速度过快，焊接熔深和焊缝宽度都会减小，焊缝会变成圆拱形，速度再快，还会出现咬边现象。焊接速度过低则会产生许多烧穿孔。焊接速度与母材板厚的关系，见表1-5所示。表1-5 焊接速度 5.2气体保护焊的焊接方法 (1)焊接位置 与其它焊接一样2气体保护焊的焊接位置也有平焊、横焊、立焊和仰焊四种，如图1-9所示。图1-9 各种典型的焊接位置(a)平焊 (b)横焊 (c)立焊 (d)仰焊 平焊一般容易进行，焊接速度较快，焊接质量易于保证，只要不是在汽车上施焊，应尽量采用平焊。水平焊缝进行横焊时，应使焊炬向上倾斜，以尽可能避免重力对熔池的影响。立焊时，可根据具体情况选用上焊法、下焊法或立角焊法。对于气体保护焊应以上焊法为主，手工电焊则以下焊法为主。仰焊是最难掌握的，为避免熔化金属脱落引起事故，一定要用较低的电压、短电弧和小熔池相配合。施焊时，将喷嘴推向工件，防止焊丝向熔池之外移动。(2)焊接形式 2气体保护焊焊接形式有六种，如图1-10所示。图1-10 各种典型的焊接形式(a)连续焊 (b)塞焊 (c)连续点焊 (d)点焊 (e)搭接点焊 (f)定位焊 1)定位焊 定位焊实际上是临时点焊，用于保持两焊件相对位置固定不变的一种替代措施。定位点各焊点之间的距离与母材厚度有关，大致是厚度的1530倍，如图1-11所示。图1-11 定位焊 2)连续焊 焊炬连续、稳定沿焊缝移动形成连续焊缝，如图1-12所示。图1-12 连续焊 3)塞焊 两块金属板叠在一起，在其中一块板上钻有通孔，将电弧穿过此孔并被熔化金属所填满而形成焊点称为塞焊。如图1-10(b)所示。用塞焊替代铆接、螺钉连接是使用非常广泛的工艺方法。4)点焊 点焊法是送丝定时脉冲被触发时，将电弧引入被焊的两块金属板，使其局部熔化的焊接方法。如图1-10(d)所示。6.半自动气体保护焊注意事项 (1)施焊前清理焊件表面和焊丝表面的油污和锈迹，以防焊接时产生气孔。(2)瓶装液态2灌气后应将钢瓶倒置12h,然后每隔30打开瓶口气阀放水23次，才能保证输出的2气体的纯度。使用前，打开瓶口气阀23s，排出瓶顶部低纯度的2气体，然后接入焊枪使用。焊接过程中，瓶内气压低于900时，应停止使用，更换新气源。(3)引弧之前，调好焊丝伸出长度，一般应等于焊丝直径的10倍（如8）。焊丝头部有粗大的球形头应当剪去。(4)引弧点应距焊缝端部24处，引弧后再移向端头开始施焊。焊丝端头与焊件的距离保持在23之间。焊接时，应掌握好速度防止熔化不良或焊波过高等缺陷。熄弧后，待金属熔池完全凝固，方可抬起焊枪。7.2气体保护焊的缺陷及产生原因 2气体保护焊常见的缺陷及产生的原因见表1-8所示。表1-8 2气体保护焊常见的缺陷及产生的原因表1-8 2气体保护焊常见的缺陷及产生的原因（续表）表1-8 2气体保护焊常见的缺陷及产生的原因（续表）【技能训练】1.基本操作的实训 (1)对接焊 对接焊是将两块金属板边缘对齐进行焊接的工艺方法，如图1-13所示。图1-13 对接焊 对接焊的焊接步骤如下：1)选好定位点作定位点焊，以防止金属板焊接时发生变形。如图1-13中涂黑处即为定位点焊点。对较长的焊缝，定位点焊是必须的。图1-13 对接焊 2)确定分段焊接的顺序 在点焊定位之后，应对焊接过程分步进行。如图1-14所示为正确与错误焊接过程示意图。正确的分段焊接应当使上一段的焊缝能自然冷却，不致受下段焊接的热影响。每一段焊接长度最好不超过20。图1-14 确定分段焊接的顺序 对接焊应从焊缝中部开始，向左右两侧依次交替进行，才能有效防止金属板弯曲变形，如图1-15所示。如果从边缘开始焊接则是错误的，它将产生热量的聚集，造成金属弯曲变形；正确的则应沿一条直线将焊缝随意分段，每焊完一段，下一个焊接位置都应在温度最低处开始。图1-15 防止金属板弯曲变形(a)从边缘开始焊接 （b）分段焊接 3)对接焊操作顺序 对接焊操作一般顺序如图1-16所示。先用工具撬动底板，使接缝对平齐，如图1-16(a)所示；再用夹子夹持工件，并在关键点上进行点焊定位如图1-16(b)所示；用工具调整对缝高度差，并施点焊定位如图1-16(c)所示；准备就绪后，进行对接焊如图1-16(d)所示。图1-16 对接焊操作顺序 4)试焊 调节导电嘴至母材的距离和焊矩移动速度，直至获得最佳焊缝，然后才可以进入实际的焊接，如图1-17和图1-18所示。图1-18 焊炬的运动速度与焊缝的形状图1-17 焊接的剖面形状 5)焊炬的控制 母材厚度超过2时，对接焊前应磨出V形槽，使熔深抵达底部。对接焊分单道对接焊和多道对接焊，如图1-19所示。图1-19 水平位置对接焊的焊炬控制(a)单道对接焊 (b)多道对接焊 单道对接焊的纵向焊炬角为50100,横向焊炬角为900；多道对接焊一纵向焊炬角为50100,横向焊炬角按图示进行摆动对接焊的操作要点完全适于搭接焊。(2)塞焊 塞焊是点焊的一种形式。在需要连接的外层母材上钻（或冲）一个孔来进行焊接，如图1-20所示。塞焊的焊接步骤如图1-21所示。图1-20 塞焊图1-21 塞焊的焊接步骤 (2)塞焊 塞焊是点焊的一种形式。在需要连接的外层母材上钻（或冲）一个孔来进行焊接，如图1-20所示。塞焊的焊接步骤如图1-21所示。图1-20 塞焊图1-21 塞焊的焊接步骤 焊接时应将两金属板夹紧，焊炬与焊接表面保持一定角度，将焊丝放入孔内，触发电弧然后断开，使熔化的焊丝进入孔内并凝固。金属下表面呈半球形凸起即表示焊接良好。在车身修理时，塞焊可以代替电阻点焊。塞焊时，绝不允许用水对焊点强制冷却，以免造成严重变形。1汽车门槛对接焊实训 汽车门槛对接焊的焊接步骤如图1-22所示。图1-22 汽车门槛对接焊的焊接步骤 步骤1：用工具撬动底板，使接缝对平齐，如图1-22(a)所示。步骤2：用夹子夹持工件，并在关键点上进行点焊定位，如图1-22(b)所示。步骤3：用工具调整对缝高度差，并施点焊定位，如图1-22(c)所示。步骤4：准备就绪，进行对接焊，如图1-22(d)所示。注意：不要从一个点到另一个点连续进行焊接，应间歇地进行焊接。在车身修理时，塞焊可以代替电阻点焊。塞焊时，绝不允许用水对焊点强制冷却，以免造成严重变形。1汽车门槛对接焊实训 汽车门槛对接焊的焊接步骤如图1-22所示。图1-22 汽车门槛对接焊的焊接步骤【本节目标】1.了解钢板焊接的工艺性能。2.了解碳素钢、合金钢等钢材的焊接和焊接工艺要点。3.学会钢板焊接操作。1.钢板焊接的工艺性能 钢板焊接的工艺性能包括接合性能和使用性能。(1)接合性能 接合性能，即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对焊接缺陷的敏感性。在一般情况下，抗裂性试验可用来评定接合性能，并可作为选用焊接方法、焊接材料及确定合理的工艺参数的依据之一。在进行接合性能试验时，往往需要选用几种焊接材料，几个工艺参数，用几种试验方法来进行综合评定，才会得出正确的结论，并获得优质焊接接头的最佳工艺参数。(2)使用性能 使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。对于焊接性较好的材料，在焊接时，不须采用其他附加工艺措施，就能获得无焊接缺陷，且具有良好的力学性能（如强度、塑性、韧性、硬度以及抗裂纹扩张的能力等）和其他物理、化学性能（如耐热、耐腐蚀、耐低温及抗疲劳等）的焊接接头。2.碳素钢的焊接 (1)低碳钢的焊接 1)焊前预热 低碳钢的焊接性能良好，一般不需要采用焊前预热特殊工艺措施，只有母材成分不合格（硫、磷含量过高），焊件刚度过大，焊接时环境温度过低等，才需要采取预热措施。常用的低碳钢容器类等产品，采用碱性焊条时的预热温度见表1-9所示。表1-9 低碳钢焊前预热温度 2)焊条的选择 可按照焊接接头与母材等强度的原则选择焊条。3)层间温度及回火温度 焊件刚度较大，焊缝很长时，为避免在焊接过程中焊接裂纹倾向加大，要采取控制层间温度和焊后消除应力热处理等措施。焊接低碳钢时的层间温度及回火温度见表1-10所示。表1-10 焊接低碳钢时的层间温度及回火温度 4)焊接工艺要点 焊前焊条要按规定进行烘干。为防止出现气孔、裂纹等缺陷，焊前要清除焊件待焊处的油污、锈垢。避免采用深而窄的坡口形式，以免出现夹渣、未焊透等缺陷。控制热影响区的温度不能太高，其在高温停留的时间不能太长，防止造成晶粒粗大。尽量采用短弧施焊。多层焊时，每层焊缝金属厚度不应大于5，最后一层盖面焊缝要连续焊完。(2)中碳钢的焊接 中碳钢的含碳量较高，在焊接过程中容易产生焊件接头脆化、焊件接头裂纹（热裂纹、冷裂纹、热应力裂纹）和焊缝中易产生气孔的缺陷；为保证中碳钢的焊后质量通常采用如下工艺措施：1)焊前预热 预热是焊接中碳钢的主要工艺措施。预热方法有整体预热和局部预热两种。整体预热除了有利于防止裂纹和淬硬组织外，还能有效地减少焊件的残余应力。预热温度的选择与含碳量、焊件尺寸、刚度和材料厚度有关。一般预热温度取2气体保护焊为150300，含碳量高，焊件厚度和结构刚度大时，预热温度可达到400。如厚度大于100 的45号钢，预热温度取2气体保护焊为200 400之间。2)焊条的选择 可按照焊接接头与母材等强度的原则选择焊条。3)层间温度及回火温度 焊件在焊接过程中的层间温度及焊后回火处理温度与焊件含碳量的多少、焊件厚度、焊件刚度及焊条类型有关，常用的中碳钢焊接层间温度及回火温度见表1-12所示。表1-12 常用的中碳钢焊接层间温度及回火温度l1 2)焊接工艺要点 用直径较小的焊条，通常为24。焊接坡口尽量开成U形，以减少母材的熔入量。焊后尽可能缓冷。焊接过程中，宜采用锤击焊缝金属的方法以减少焊接残 余应力。采用局部预热时，坡口两侧加热范围取2气体保护焊的150200,焊接过程中，宜采用逐步退焊法和短段多层焊法。采用直流反接电源。在焊条直径相同时，焊接电流比焊接低碳钢时小1015（宜选2气体保护焊）。(3)高碳钢的焊接 高碳钢含碳量较高，淬硬倾向和裂纹敏感性很大，属于焊接性差的钢种。高碳钢焊接过程中容易产生的缺陷是：焊件接头脆化；焊件接头易产生裂纹；焊缝易产生气孔的缺陷；使焊缝与母材金属力学性能完全相同比较困难；为保证高碳钢焊后的焊接质量的质量通常采用如下措施。1)焊前预热 高碳钢焊前预热温度较高，一般在250400范围内，个别结构复杂、刚度较大、焊缝较长、板厚较厚的焊件，预热温度高于400。常用高碳钢的焊前预热温度见表1-13所示。表1-13 常用高碳钢的焊前预热温度 2)焊条的选择 焊接接头力学性能要求比较高时，应选用焊条E7015D2(J707)或E6015D1(J 607)；力学性能要求比较低时，可选用E5016或E5015等焊条施焊，焊前焊件要预热，焊后要配合热处理。也可以使用不锈钢焊条：E31015(A407)；一 23一13一15；E2一26一21一16。这时，焊前可不必预热。3)层间温度及回火温度 高碳钢多层焊接时，各焊层的层间温度应控制与预热温度等同。施焊结束后，应立即将焊件送入加热炉中加热到600-650，然后缓冷。4)焊接工艺要点 仔细清除焊件待焊处油污、锈垢。采用小电流施焊，焊缝熔深要浅。焊接过程中要采用引弧板和引出板。为防止产生裂纹，可采用隔离焊缝焊接法，即先在焊接坡口上用低碳钢焊条堆焊一层，然后再在堆焊层上进行焊接。为了减少焊接应力，在焊接过程中，可采用锤击焊缝金属的方法减少焊件的残余应力。3.低合金结构钢的焊接 低合金结构钢含有少量的合金元素，一般按照屈服点进行分级，常用低合金结构钢的屈服点在300600 范围内。低合金结构钢的特点是综合性能好、强度高，焊接性和加工性都很好。采用低合金结构钢制作焊接构件，不仅可以减少构件断面尺寸，降低构自重，节约钢材和焊材，还可以提高构件的使用寿命，节约制造或维修工时。屈服点在300450 的低合金结构钢，在热轧或正火状态下使用，大于450的低合金高强度结构钢，在调质状态下使用。(1)低合金结构钢的焊接性 低合金结构钢之所以具有较高的强度和其他特殊性能，是由于在钢中加入了一定数量的合金元素，通过合金元素对钢的组织产生作用，使钢达到了一定的性能要求，同时也影响着钢的焊接性。低合金结构钢的焊接性和影响因素见表1-14所示。表1-14 低合金结构钢的焊接性和影响因素 (2)焊条的选择 焊接低合金结构钢时，通常要根据所焊钢材的化学成分、力学性能、裂纹倾向、焊接结构的工作条件、受力情况、焊接结构形状及焊接施工条件等诸因素综合考虑选用焊条。1)按等强度原则 要求焊缝的强度等于或略高于母材金属的强度，但不要使焊缝的强度超过母材强度太高。当强度等级不同的低合金结构钢或者低合金结构钢与低碳钢相焊接时，要选用与强度较低的钢材相匹配的焊条焊接。焊条是按抗拉强度分类的，钢材是按屈服点分类的，两者分类方法不同，焊前选用焊条时，必须考虑所焊钢种的抗拉强度。2)按焊接结构重要程度原则 由于钢材的抗裂性能、焊接结构、工作条件、施工条件、焊接结构的形状复杂程度、焊接结构刚度等因素。对于要求塑性好、冲击韧性好、抗裂性好、低温性能好的重要焊接结构，可选用碱性焊条。对于非重要的焊接结构，或坡口表面有油污、锈垢、氧化皮等脏物而又难于清理时，在焊接结构性能允许的前提下，也可以选用酸性焊条。3)按降低生产成本和提高生产率 从降低生产成本和提高生产率方面考虑选用焊条。大批量生产时，尽量选用高效专用焊条，如立向下焊条、铁粉焊条、重力焊条等，这样可以缩短焊接周期和提高生产率。在满足结构性能要求的前提下，尽量选用酸性焊条性焊条施焊过程中放出的有害气体少，操作工艺性能较好，又可以使用交流弧焊机。(3)焊前预热、层间温度及焊后热处理 预热有防止冷裂纹、降低焊缝和热影响区冷却速度、减少内应力等重要作用。低合金结构钢焊前是否需要预热，要慎重考虑。目前，常用下列方法来确定低合金结构钢焊前是否需要预热。1）从施焊环境温度考虑 板材施焊时的温度低于0时，焊前要将引弧点四周80 范围内预热至150左右。当板材金属温度低于一30时，应停止焊接施工。2）从待焊处的板厚考虑 强度等级在500550 的低合金结构钢，当板厚大于25 时，一般要考虑进行100以上温度的预热。强度等级越高，预热温度也要相应提高。3)从化学成分考虑 钢的焊接性与化学成分、杂质含量、热处理状态、焊接结构刚度、所用的焊接工艺及焊接材料有关，但起决定性作用的是钢的化学成分。通常把各种合金元素对焊接性的影响折算成相当于碳的影响，即碳当量。部分低合金结构钢的碳当量见表1-15所示。表1-15 部分低合金结构钢的碳当量 焊后热处理的目的是为了改善焊缝接头组织及力学性能，消除焊接内应力，提高构件尺寸的稳定性，增强抗应力腐蚀性能，提高构件长期使用的质量稳定性和工作安全性等。常用低合金结构钢焊接时的焊前预热温度、焊接过程中的层间温度及焊后的热处理温度见表1-16所示。表1-16 预热温度、层间温度及热处理温度 (4)常用低合金结构钢焊接工艺要点 低合金结构钢的碳当量与钢材强度有关，碳当量低的，强度也低，焊接性较好，如屈服点300400 的钢种，焊接性就较好，焊接工艺也较简单。碳当量越大的钢种，其强度级别也越高，焊接性也越差，焊接工艺也越复杂。常用低合金结构钢焊接工艺要点见表1-17所示。表1-17 低合金结构钢焊接工艺表1-17 低合金结构钢焊接工艺（续表）【本节目标】1.了解铝及铝合金的焊接特点及焊接工艺措施。2.了解铜及铜合金的焊接特点及焊接工艺。3.学会有色金属焊接的操作。1.铝及铝合金的焊接 (1)铝及铝合金的焊接特点 1)易形成焊缝金属的夹杂物。2)吸氧严重，容易在焊缝中形成气孔。3)铝合金的线膨胀系数和结晶收缩率比钢大两倍，易产生较大的焊接变形和内应力，对刚度较大的结构会导致裂纹的产生。4)焊接过程中，合金元素将蒸发和烧损。5)铝合金有较高的导热性。6)高温强度和塑性低，容易造成焊缝金属塌落和烧穿现象。7)固态向液态转变无颜色变化，容易使焊条运行偏离焊缝或使焊缝烧穿。8)焊接接头容易腐蚀。(2)铝及铝合金焊接的工艺措施 1)加强待焊处的焊前处理，可以用机械或化学方法清理。清理完的待焊处必须在8h内焊完，否则焊前仍需要重复清理待焊处。2)焊条焊前需经150160烘焙2h。如采用大电流焊接，对焊件进行预热，能改善气体逸出条件。3)装配、焊接时，不要使焊缝受很大的刚性拘束，可采用分段焊法及预热等措施。4)采用直流反接电源，焊速约是钢焊速的23倍，并要短弧操作。5)焊前对待焊处预热达100300。6)在焊缝背面增加衬垫或合理选择坡口和钝边大小，合理选择焊接热输入及焊接工艺和设备。7)合理选择焊接手法。8)焊后仍要对焊接接头进行清洗，因为焊条药皮大都是盐基型的，对铝有腐蚀性。(3)铝及铝合金焊件焊前、焊后的清理 为确保铝及铝合金的焊接质量，焊前要对其待焊处进行清理或清洗。焊后，为了防止焊渣对焊接接头的腐蚀，必须将残留在焊缝表面及其两侧的焊渣在36 h内清理掉。见表1-18和表1-19所示。表1-18 铝及铝合金焊前的清理和清洗表1-19 铝及铝合金焊后的清理和清洗 (4)铝及铝合金焊接焊条的选用原则 铝及铝合金焊接焊条的选用原则主要根据焊件工作条件和对力学性能的要求而定。纯铝焊条主要用来焊接对接头性能要求不高的铝合金，铝硅焊条的焊缝有较高的抗热裂性，铝锰焊条有较好的耐腐蚀性。根据以上原则选用铝及铝合金焊条。2.铜及铜合金的焊接 (1)铜及铜合金的焊接特点 1)导热性好。焊接纯铜及某些铜合金时，如果采用的焊接规范与焊接同厚度低碳钢差不多，则母材就很难熔化，填充金属与母材不能很好地熔合，容易造成焊不透现象。2)热裂纹倾向大。氧是铜中经常存在的杂质，铜在熔化时较易氧化，容易在焊缝中、熔合线附近及热影响区出现裂纹，裂纹呈晶间断裂，可见到明显的氧化色。3)易生成气孔。气孔是铜及铜合金焊接时又一个主要问题，由氢引起的气孔通常称它为扩散气孔。4)焊后焊接接头力学性能降低。焊接纯铜时，焊缝与焊接接头的抗拉强度常可与母材相同或接近，但塑性比母材降低。(2)铜及铜合金的焊接工艺措施 1)采用较大的焊接电流和较高的预热温度及层间温度。2)严格控制母材金属及焊缝中的氧、铅、秘、硫、磷等的含量；尽量采用预热和热量集中的方法；合理选用装配、焊接顺序及焊接参数；尽量降低接头刚度。3)严格控制氧、氢来源；焊前仔细清除待焊处油污、锈垢；采用焊前预热和加入脱氧、脱氢的元素。4)尽可能采用高速焊；减少熔池高温停留时间；焊件焊后进行再结晶退火。5)采用直流反接电源和短弧焊。6)焊件焊后用平头锤锤击焊缝。7)铜液流动性好，尽量采用平焊位置焊接。8)焊接接头需有较大的间隙和坡口角度，较多的定位焊缝。(3)铜及铜合金焊接时的注意事项 1)大批量生产不推荐用焊条电弧焊工艺方法，只有小批量生产用其他方法又难于焊接时，才推荐用焊条电弧焊。2)黄铜焊接性差，一般不采用焊条电弧焊工艺。(4)异种铜及铜合金的焊接焊条的选用 异种铜及铜合金焊接焊条的选用原则：主要考虑结构的使用条件，如用在导电结构上，焊缝导电率要比母材大或等于母材；要综合考虑焊缝力学性能不低于母材；要考虑施工工艺的难易程度、耐磨性、耐腐蚀性等；还要考虑焊条的成本高低，异种铜及铜合金焊接焊条的选用见表1-20所示。表1-20 异种铜及铜合金焊接焊条的选用【本节目标】1.了解铸铁焊接的应用范围。2.了解预热温度对焊件的影响 3.熟悉铸铁焊条的选择及各种铸铁的焊接工艺。4.学会对铸铁件的焊接操作。铸铁是一种铁碳合金，按碳在铸铁中存在的形态不同，分为白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁等。1.铸铁焊接的应用 (1)补焊铸造缺陷 铸铁件的制造过程中，铸件废品率都比较高，常根据铸铁种类、用途及碳的存在方式采用焊接方法修复这些铸造有缺陷的铸件，这不仅有利于及时完成生产任务，而且可以大大降低铸件成本。(2)补焊已损坏的铸铁成品件 由于各种原因，使铸铁件在使用过程中受到破坏，或出现裂纹等缺陷，使产品报废。如果要更换新的，有的新铸件一时无法解决，将严重影响车辆的使用，而且成品铸件都是经过机械加工的，价格也往往很贵。如果能及时采用焊接方法修复，不仅有利于车辆的尽快修复，而且可以节约大批资金。(3)生产零部件 把铸铁件（主要是球墨铸铁件）与其他金属件焊接起来作为零部件。2.铸铁热焊时预热温度对铸件的影响 铸铁热焊时，预热温度的高低，对铸铁焊件的变形、内应力及强度和硬度都有影响。见表1-22所示。表1-22 预热温度对铸件的影响 3.铸铁焊条的选用原则 铸铁焊条的选用原则见表1-23所示。表1-23 铸铁焊条的选用原则 4.灰口铸铁的焊接 灰口铸铁在化学成分上的特点是含碳量高及硫、磷杂质高，这就增大了焊接接头对冷却速度变化的敏感性及对冷、热裂纹的敏感性；在力学性能上的特点是强度低，基本无塑性。(1)灰口铸铁的焊接特点 1)焊缝边缘产生白口。由于焊缝处的冷却太快，因而经常使铸铁焊缝中的碳全部形成而成为白口组织。2)焊缝中和熔合线处产生裂纹。在铸件的焊接过程中，经常产生两种不同性质的裂纹，即热裂纹和热应力裂纹（冷裂）。3)预热时引起铸铁本体开裂。在预热过程中，如对焊接区域周围的结构情况和加热区域的大小考虑不周，会因预热不当而引起铸铁本体开裂。4)熔合线处熔合性差。铸铁焊接中经常发生熔合性较差的现象，就是焊上去的熔敷金属与母材熔合不好。5)熔敷金属出现球状熔滴。这是由于待焊处的铸件使用已久或裂纹等缺陷长期处于油污中所致，必须在焊补处用四氯化碳清洗干净，并用氧气一乙炔焊炬烘干。6)焊缝中出现密集的蜂窝状气孔。这是由于预热温度不高，焊接材料选用不当，以及铸件焊前清理不彻底所致。7)焊后产生裂纹。如果焊接结束未及时采取保温措施和缓慢冷却，则会造成焊后裂纹。(2)灰口铸铁的电弧冷焊 灰口铸铁的电弧冷焊就是焊前对被焊补的零件不预热，焊后也不需要热处理的一种焊接方法。它有许多优点，如焊工劳动条件好，焊补成本低，焊补过程短，焊补效率高。对于预热很困难的大型铸件或不能预热的已加工面等更适合用冷焊。但对形状复杂的薄型铸件，为了改善冷焊熔合性能，防止裂纹产生，减少白口，冷焊前最好将铸件焊补处局部预热到150200。这样不但可以将焊补区域表面油污、水分除去，还可以减少焊接区的温差和焊接应力，从而改善焊缝质量。在可能的情况下，应尽量采用电弧冷焊。1)灰口铸铁电弧冷焊的特点 由于焊前不加热或低温预热，使焊工在操作时的劳动强度降低。可以简化焊补前的准备工作和焊接工艺过程，节约辅助材料和工时。铸铁件处于低温状态，变形量较小。灰口铸铁电弧冷焊的最大特点是可以在各种空间位置进行焊补，故对汽车发动机气缸体以及各种机床设备的修复更为适合。2)灰口铸铁电弧冷焊工艺 查明铸铁件缺陷性质。有的是长期工作后因疲劳而引起的裂纹，有的是碰撞、跌落及急冷引起的裂纹，还有的是由于材料中疏松、缩孔等一时未暴露，长期受正压、负压和温差的变化而引起的局部渗水和漏气等。焊条的选用。应根据铸铁件的缺陷性质、形状、大小和焊补后的强度、切削性能要求，选用成本低、能达到焊补质量要求的焊条。裂纹两端钻止裂孔。用低倍放大镜或超声波探伤法判断裂纹的位置和起止点，然后在裂纹两端根据铸件的壁厚钻不同直径的止裂孔，以防焊接过程中裂纹继续延伸。确定焊补顺序和方法。当焊补区较长时，必须采用分段焊和逐步退焊法，以减少焊补区的内应力。焊补过程中的锤击处理。灰口铸铁电弧冷焊时，每焊完一小段焊缝后，立即进行锤击处理，以消除焊补区的内应力和提高焊缝致密性。消除焊补过程中的缺陷。焊补过程中出现的气孔、夹渣、裂纹等缺陷，需用专门小錾子轻轻錾去，切不可用风枪批铲，以免过大的振动导致熔合线处出现裂纹，严重时甚至会开裂。焊缝增强量的处理。铸件焊补后，有些部位上的焊缝增强量需要铲除掉，此时可用手提砂轮机打磨掉，同样不可使用风枪。预热和后热。焊前的预热和焊后的后热，可减少焊补区的内应力及防止裂纹。预热和后热温度对薄壁铸件为100150，对厚铸件为200300。后热加温后需用干燥的石棉布覆盖铸件，使其缓冷。3)灰口铸铁电弧冷焊用焊条 灰口铸铁冷焊时，为了减低热应力，减少焊接裂纹，要选择塑性较好的焊条以及采用短焊道操作手法。焊条选择的原则，主要是保证在焊接过程中防止裂纹产生，使焊缝达到技术规程要求的力学性能在保证焊缝质量的前提下价格低廉等。（3）灰口铸铁其他焊接方式的工艺要点 1)半热焊 焊前铸件待焊处应预热至400左右。为使焊缝缓慢冷却，应选用大电流、连续焊，电弧应适当拉长并且一次焊成。焊后，加热被焊部位（6007000），使之缓冷。焊补裂纹时，注意在裂纹两端钻止裂孔。焊前仔细清理待焊处的油污、锈垢。2）热焊 将焊件局部或整体预热至550650，并保持焊件待焊处温度在焊接过程中不低于400。焊后再进行600650的消除应力退火。用较大的焊接电流连续施焊（每毫米焊芯直径按5060A选用焊接电流），在焊边角处或穿透缺陷底部时，焊接电流要小些。焊补裂纹时，应在裂纹两端钻止裂孔。3)铸铁芯焊条不预热电弧焊 小而浅的缺陷要开坡口予以扩大，面积需大于82。深度要大于7,坡口角度为200300，铲挖出的待补焊的开槽形状应当圆滑。为防止焊接时液态金属漏散，在坡口周围边缘应用黄泥条或耐火泥围筑（高68）。较大的焊接电流、长焊弧连续焊接，熔池温度过高时可稍停一下再焊（薄壁可用小电流）。为达到焊后熔合区缓冷的目的，补焊处缺陷焊缝与母材齐平后，还应继续焊接，使余高加大，直到达到68高的凸台为止。焊前应在裂纹两端钻止裂孔。焊前仔细清理待焊处的油污、锈垢。每焊完一小段焊缝后，立即进行锤击处理。5.球墨铸铁的焊接 (1)球墨铸铁的焊接特点 球墨铸铁是在熔炼过程中，加入一定量的球化剂进行处理，常用的球化剂有镁、铈等。由于镁的存在，使球墨铸铁焊接时易形成白口及淬火组织。与灰口铸铁相比，球墨铸铁冷却时的线收缩率大，弹性模量大，焊接后的变形和残余应力较大。所以，球墨铸铁的焊接性能比灰口铸铁还要差一点。但是，由于球墨铸铁本身的强度和塑性都较好，焊接时不易产生裂纹。(2)球墨铸铁焊接工艺要点 球墨铸铁焊接工艺要点见表1-25所示。表1-25 球墨铸铁焊接工艺要点表1-25 球墨铸铁焊接工艺要点（续表）(3)球墨铸铁焊接用的焊条 球墨铸铁焊接用焊条主要有Z116，Z 117，Z238及含镁铸铁焊条等。球墨铸铁电弧冷焊采用镍铁焊条408或高钒焊条Z116，Z117。小件焊前