机械制造工艺基础课件压焊和可焊性和焊接结构设计.pptx

机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 压力焊的物理本质：压力焊的物理本质：压力焊的物理本质：压力焊的物理本质：通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生通过加热等手段使金属达到塑性状态，加压使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接近到晶格距离（原子接近到晶格距离（原子接近到晶格距离（原子接近到晶格距离（0.3-0.5nm)0.3-0.5nm)0.3-0.5nm)0.3-0.5nm)，形成金属键，从，形成金属键，从，形成金属键，从，形成金属键，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。压力焊的两要素：压力焊的两要素：压力焊的两要素：压力焊的两要素：（1 1 1 1）热源：使金属达到塑性状态，提高原子的扩散能）热源：使金属达到塑性状态，提高原子的扩散能）热源：使金属达到塑性状态，提高原子的扩散能）热源：使金属达到塑性状态，提高原子的扩散能力。电阻热、高频热、摩擦热。力。电阻热、高频热、摩擦热。力。电阻热、高频热、摩擦热。力。电阻热、高频热、摩擦热。（2 2 2 2）力：使金属产生塑性变形和再结晶。静压力、冲）力：使金属产生塑性变形和再结晶。静压力、冲）力：使金属产生塑性变形和再结晶。静压力、冲）力：使金属产生塑性变形和再结晶。静压力、冲击力和爆炸力。击力和爆炸力。击力和爆炸力。击力和爆炸力。绪论绪论机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑变和电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑变和电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑变和电阻焊是利用电阻热为热源，并在压力下通过塑变和再结晶而实现焊接的。再结晶而实现焊接的。再结晶而实现焊接的。再结晶而实现焊接的。1 1 1 1、热源：当电流从两电极流过焊件时，因焊件电阻而、热源：当电流从两电极流过焊件时，因焊件电阻而、热源：当电流从两电极流过焊件时，因焊件电阻而、热源：当电流从两电极流过焊件时，因焊件电阻而产生电阻热：产生电阻热：产生电阻热：产生电阻热：Q=IQ=IQ=IQ=I2 2 2 2Rt,R=RRt,R=RRt,R=RRt,R=Rc c c c+2R+2R+2R+2Rewewewew+2R+2R+2R+2Rw w w w。接触电阻接触电阻R Rc c+2R+2Rewew：因接触面上存在的微观：因接触面上存在的微观凸凹不平、氧化物等不良导体膜，使电流线凸凹不平、氧化物等不良导体膜，使电流线弯曲变长，实际导电面积减小所致。弯曲变长，实际导电面积减小所致。一、电阻焊的原理及过程一、电阻焊的原理及过程机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 影响接触电阻的因素：影响接触电阻的因素：工工件件表表面面状状态态。表表面面愈愈粗粗糙糙、氧氧化化愈愈严严重重、接触电阻愈大。接触电阻愈大。电电极极压压力力。压压力力愈愈高高、接接触触电电阻阻愈愈小小。如如再再将将压压力力降降低低，接接触触电电阻阻将将不不能能回回到到加加压压前前的的数值。数值。焊焊前前预预热热。焊焊前前预预热热将将会会使使接接触触电电阻阻大大大大下下降。降。焊件电阻。焊件电阻。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺2 2 2 2、力：用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性、力：用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性、力：用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性、力：用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或在压力下结晶。同时细化晶粒，焊合缺陷等。变形或在压力下结晶。同时细化晶粒，焊合缺陷等。变形或在压力下结晶。同时细化晶粒，焊合缺陷等。变形或在压力下结晶。同时细化晶粒，焊合缺陷等。3 3 3 3、电阻焊过程：预压、通电加热、在压力下冷却、电阻焊过程：预压、通电加热、在压力下冷却、电阻焊过程：预压、通电加热、在压力下冷却、电阻焊过程：预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶。为使焊缝生成在两板的结晶或塑性变形和再结晶。为使焊缝生成在两板的结晶或塑性变形和再结晶。为使焊缝生成在两板的结晶或塑性变形和再结晶。为使焊缝生成在两板的贴合面附近，接触面上必须要有一定的接触电阻。贴合面附近，接触面上必须要有一定的接触电阻。贴合面附近，接触面上必须要有一定的接触电阻。贴合面附近，接触面上必须要有一定的接触电阻。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺二、电阻点焊：二、电阻点焊：点焊过程点焊过程：电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压获得焊点的电阻焊方法。通电后，因两工件压获得焊点的电阻焊方法。通电后，因两工件间接触电阻的存在，使贴合面处温度迅速上升间接触电阻的存在，使贴合面处温度迅速上升到熔点以上。断电后，熔核立即开始冷却结晶，到熔点以上。断电后，熔核立即开始冷却结晶，由于有维持压力或顶锻压力的作用，从而消除由于有维持压力或顶锻压力的作用，从而消除了缩孔和缩松等缺陷，产生塑变和再结晶，细了缩孔和缩松等缺陷，产生塑变和再结晶，细化晶粒，获得组织致密的焊点。化晶粒，获得组织致密的焊点。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺1 1 1 1、点焊时的分流：、点焊时的分流：、点焊时的分流：、点焊时的分流：I=II=II=II=I1 1 1 1+I+I+I+I2 2 2 2 I I I I1 1 1 1=K=K=K=K /L/L/L/L工件愈厚、导电性愈好、工件愈厚、导电性愈好、工件愈厚、导电性愈好、工件愈厚、导电性愈好、点距愈小、分流愈严重。点距愈小、分流愈严重。点距愈小、分流愈严重。点距愈小、分流愈严重。I I I I1 1 1 1I I I I2 2 2 2I I I IL L L L机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺2 2、点焊时的熔核偏移：、点焊时的熔核偏移：在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象。熔核偏移易使焊点减小，导导热差的材料的现象。熔核偏移易使焊点减小，导致接头性能下降。可采用特殊电极和工艺垫。致接头性能下降。可采用特殊电极和工艺垫。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺3 3、点焊工艺参数：、点焊工艺参数：大电流，短时间称为强规大电流，短时间称为强规范。主要用于薄板和导热范。主要用于薄板和导热性好的金属的焊接，也可性好的金属的焊接，也可用于不同厚度或不同材料用于不同厚度或不同材料及多层薄板的点焊。及多层薄板的点焊。小电流，长时间称为弱规小电流，长时间称为弱规范。主要用于厚板和易淬范。主要用于厚板和易淬火钢的点焊。火钢的点焊。点焊应用点焊应用1 1、2 2机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝。叠的连续焊缝。缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大电流比点焊大1.5-21.5-2倍。倍。缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托车的缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托车的油箱、气体静化器等的焊接。油箱、气体静化器等的焊接。三、电阻缝焊：三、电阻缝焊：机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺对焊是利用电阻热将工件断面对接焊接的一种电阻对焊是利用电阻热将工件断面对接焊接的一种电阻对焊是利用电阻热将工件断面对接焊接的一种电阻对焊是利用电阻热将工件断面对接焊接的一种电阻焊方法。焊方法。焊方法。焊方法。（1 1 1 1）电阻对焊电阻对焊电阻对焊电阻对焊：先将：先将：先将：先将工件夹紧并加压，然后工件夹紧并加压，然后工件夹紧并加压，然后工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到通电使接触面温度达到通电使接触面温度达到通电使接触面温度达到塑性温度塑性温度塑性温度塑性温度(950-1000)(950-1000)(950-1000)(950-1000)在压力下塑变和再结晶在压力下塑变和再结晶在压力下塑变和再结晶在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头。形成固态焊接接头。形成固态焊接接头。形成固态焊接接头。四、对焊：四、对焊：机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺（2 2）闪光对焊闪光对焊：先通电，后接触，形成闪光。闪光一方先通电，后接触，形成闪光。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。的温度迅速升高。闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子、闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子、车轮车轮等等的焊接，也可用于异种金属的焊接。的焊接，也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺摩擦焊摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后摩擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。摩擦焊摩擦焊机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺1）接头接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的对焊的1%左右。适于焊接异种钢和异种金属，左右。适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢如碳素结构钢-高速钢、铜高速钢、铜-不锈钢、铝不锈钢、铝-铜、铝铜、铝-钢等。钢等。2）焊件尺寸焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。精度高，可以实现直接装配焊接。焊接生产率高，是闪光焊的焊接生产率高，是闪光焊的45倍。与闪光对倍。与闪光对焊比较，节省电能焊比较，节省电能80%90%左右左右 摩擦焊优点摩擦焊优点机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺摩擦焊主要应用于 汽车、拖拉机工业中的焊接结构、产品以及圆柄刀具。摩擦焊应用摩擦焊应用机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺将两工件压紧在一起并置于真空或保护气氛中加热，使将两工件压紧在一起并置于真空或保护气氛中加热，使将两工件压紧在一起并置于真空或保护气氛中加热，使将两工件压紧在一起并置于真空或保护气氛中加热，使两焊件表面微观凸凹不平处产生塑性变形达到紧密接触，两焊件表面微观凸凹不平处产生塑性变形达到紧密接触，两焊件表面微观凸凹不平处产生塑性变形达到紧密接触，两焊件表面微观凸凹不平处产生塑性变形达到紧密接触，经过较长时间的保温和原子扩散而形成固态冶金连接的经过较长时间的保温和原子扩散而形成固态冶金连接的经过较长时间的保温和原子扩散而形成固态冶金连接的经过较长时间的保温和原子扩散而形成固态冶金连接的压焊方法称为扩散焊。扩散焊分固态扩散焊和瞬时液相压焊方法称为扩散焊。扩散焊分固态扩散焊和瞬时液相压焊方法称为扩散焊。扩散焊分固态扩散焊和瞬时液相压焊方法称为扩散焊。扩散焊分固态扩散焊和瞬时液相扩散焊两类。扩散焊两类。扩散焊两类。扩散焊两类。扩散焊扩散焊机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺焊接过程中没有液相生成，始终保持固态接触的扩散焊接过程中没有液相生成，始终保持固态接触的扩散焊方法称为固态扩散焊。焊方法称为固态扩散焊。固态扩散焊固态扩散焊机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺在压力和温度的共作用下，使工件表面的在压力和温度的共作用下，使工件表面的凸起部分凸起部分产产生塑性变形，使接触面积从生塑性变形，使接触面积从1%增大到增大到75%，为原，为原子间的扩散作好准备的过程称为子间的扩散作好准备的过程称为变形变形-接触接触阶段阶段。因界面产生较大的晶格畸变、位错和空位，使界面处因界面产生较大的晶格畸变、位错和空位，使界面处原子处于高度激活状态，而很快扩散形成金属键，并原子处于高度激活状态，而很快扩散形成金属键，并经过回复和再结晶产生晶界的推移，形成固态冶金结经过回复和再结晶产生晶界的推移，形成固态冶金结合的过程称为合的过程称为扩散扩散-界面界面推移阶段推移阶段。经过长时间保温扩散，消除孔洞，界面晶粒长大，原经过长时间保温扩散，消除孔洞，界面晶粒长大，原始界面消失的过程称为始界面消失的过程称为界面和孔洞消失界面和孔洞消失阶段阶段 扩散焊中的变形接触扩散焊中的变形接触机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺液相生成：在一定温度下，利用液相生成：在一定温度下，利用中间夹层材料中间夹层材料与两焊与两焊件接触处形成低熔点件接触处形成低熔点共晶液相共晶液相，填充接头间隙，填充接头间隙。等温凝固等温凝固：液相中使熔点降低的元素大量扩散至焊件：液相中使熔点降低的元素大量扩散至焊件母材中，而焊件母材中某些元素向液相中溶解，使液母材中，而焊件母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固形成接头。相的熔点逐渐升高而凝固形成接头。均匀化均匀化：保温扩散使接头成分均匀化。：保温扩散使接头成分均匀化。液相扩散焊液相扩散焊机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 扩散焊特点：焊接温度低（0.40.8倍的焊件熔点），可焊熔化焊难焊接的材料，如高温合金及复合材料。可焊结构复杂、精度要求高的焊件。焊缝可与母材成分和性能相同，无热影响区。扩散焊应用：扩散焊主要用于高温合金蜗轮叶片和超音速飞机中钛合金构件的焊接；钛-陶瓷静电加速管的焊接；异种钢的焊接；高温合金、铝及铝合金、钛及钛合金、复合材料、金属与陶瓷等的焊接。扩散焊特点及应用扩散焊特点及应用机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 爆炸焊是利用炸药爆炸时产生的高压（700MPa）和高温（3000）及高速（5001000m/s）冲击波作用在覆板上，使其与基板猛烈撞击，接触处产生射流清除表面的氧化物等杂质，并在高压下形成固态接头的焊接方法。爆炸焊爆炸焊机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺钎钎 焊焊 钎焊是将熔点比焊件低的钎料加热熔化后渗入钎焊是将熔点比焊件低的钎料加热熔化后渗入固态焊件间的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。固态焊件间的间隙内，将焊件连接起来的焊接方法。根据钎料的熔点不同钎焊可分为根据钎料的熔点不同钎焊可分为硬钎焊硬钎焊和软钎焊。和软钎焊。1 硬钎焊硬钎焊 钎料熔点高于钎料熔点高于450，接头强度较高，接头强度较高(200MPa)，主要用于受力较大或工作温度较高的工件。常用，主要用于受力较大或工作温度较高的工件。常用的钎料有铜基、银基和镍基合金等。熔剂为硼砂、的钎料有铜基、银基和镍基合金等。熔剂为硼砂、硼酸、氯化物和氟化物的各种组成物。主要用于受硼酸、氯化物和氟化物的各种组成物。主要用于受力较大的钢材、铜合金构件的焊接和刀具、工具的力较大的钢材、铜合金构件的焊接和刀具、工具的焊接。焊接。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺2 软钎焊软钎焊 钎料低于钎料低于450，接头强度低，接头强度低(100MPA)，主要用于受力较小或工作温度较低的工件。，主要用于受力较小或工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金常用的钎料是锡铅合金(焊锡焊锡)。熔剂是松香、氯。熔剂是松香、氯化锌或氯化铵溶液。软钎焊广泛用于受力不大化锌或氯化铵溶液。软钎焊广泛用于受力不大的钢结构、铜合金构件和仪表、导电元件的焊的钢结构、铜合金构件和仪表、导电元件的焊接。接。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 钎焊的加热方钎焊的加热方式有烙铁加热、火式有烙铁加热、火焰加热、电阻加热、焰加热、电阻加热、炉内加热和盐浴加炉内加热和盐浴加热等，其中烙铁加热等，其中烙铁加热温度低，只适合热温度低，只适合软钎焊。软钎焊。常见常见钎焊的接钎焊的接头头形式如图形式如图4-21。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺钎焊的特点是：钎焊的特点是：工件加热温度较低，组织和性能变化很小，工件加热温度较低，组织和性能变化很小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精确。可可焊接性能焊接性能差异很大的异种金属差异很大的异种金属,对工件厚对工件厚 度无限制。度无限制。对工件整体加热时，可同时钎焊由多条焊对工件整体加热时，可同时钎焊由多条焊 缝组成的复杂形状构件，生产率高。缝组成的复杂形状构件，生产率高。钎焊设备简单，生产投资费用少。钎焊设备简单，生产投资费用少。钎焊接头一般为搭接，接头间隙为钎焊接头一般为搭接，接头间隙为0.05-0.2mm.钎焊焊剂钎焊焊剂用来消除表面氧化膜和防止钎料的氧化。用来消除表面氧化膜和防止钎料的氧化。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺3.4 金属材料的焊接性金属材料的焊接性3.4.1 金属材料的可焊性金属材料的可焊性1、可焊性的概念：、可焊性的概念：可焊性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接可焊性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质接材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质接头的难易程度。头的难易程度。工艺可焊性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。工艺可焊性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。使用可焊性：焊接接头在使用中的可靠性。使用可焊性：焊接接头在使用中的可靠性。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺2、估算钢材可焊性的方法：、估算钢材可焊性的方法：碳当量：碳当量：C C当量当量=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 C C当量当量0.4%0.6%0.6%时，可焊性差。时，可焊性差。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第二节第二节 碳钢的焊接碳钢的焊接一、低碳钢的焊接：一、低碳钢的焊接：一、低碳钢的焊接：一、低碳钢的焊接：含碳量不大于含碳量不大于含碳量不大于含碳量不大于0.25%0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，对，塑性好，一般没有淬硬倾向，对，塑性好，一般没有淬硬倾向，对，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理采取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。（电渣焊除外）。（电渣焊除外）。（电渣焊除外）。低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用J422J422或或或或J427J427焊条，焊条，焊条，焊条，埋弧自动焊时一般用埋弧自动焊时一般用埋弧自动焊时一般用埋弧自动焊时一般用H08AH08A或或或或H08MnA+H08MnA+焊剂焊剂焊剂焊剂431431。二、中、高碳钢的焊接：二、中、高碳钢的焊接：二、中、高碳钢的焊接：二、中、高碳钢的焊接：中碳钢：中碳钢：中碳钢：中碳钢：C C：0.250.60.250.6。（1 1）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝：）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝：）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝：）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝：机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第二节第二节 碳钢的焊接碳钢的焊接 中碳钢属于易淬火钢，热影响区易出现马中碳钢属于易淬火钢，热影响区易出现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂缝。当时，就会在淬火区产生冷裂缝。(2)(2)焊缝金属热裂缝倾向较大：焊缝金属热裂缝倾向较大：因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝金属含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存量增加塑性下降，加上硫、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产生裂缝。产生裂缝。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第二节第二节 碳钢的焊接碳钢的焊接 因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，以减小焊接应力，同时减慢热影响区预热，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。的冷却速度，避免产生淬硬组织。高碳钢焊接性能更差，一般只是进行修高碳钢焊接性能更差，一般只是进行修复。工艺措施更严格。复。工艺措施更严格。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺三三.铸铁的补焊铸铁的补焊1.1.铸铁的焊接性铸铁的焊接性 铸铁碳、硅含量高，塑性很差，属铸铁碳、硅含量高，塑性很差，属于焊接性很差的材料。基本不考虑作为于焊接性很差的材料。基本不考虑作为 焊接焊接结构件结构件,只是对铸造生产时产生的一些铸只是对铸造生产时产生的一些铸造缺陷或在使用过程中铸件产生的局部破损造缺陷或在使用过程中铸件产生的局部破损进行焊补和修复。铸铁件的焊补和修复常用进行焊补和修复。铸铁件的焊补和修复常用手弧焊和气焊，焊补方法分为热补焊和冷补手弧焊和气焊，焊补方法分为热补焊和冷补焊。焊。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺铸件在焊接时易产生以下问题：铸件在焊接时易产生以下问题：熔合区易产生白口组织和淬火组织熔合区易产生白口组织和淬火组织;铸铁因强度低、塑性差，焊接时极易产生裂纹铸铁因强度低、塑性差，焊接时极易产生裂纹;铸铁因碳、硅含量高，焊接时极易产生铸铁因碳、硅含量高，焊接时极易产生COCO、CO2CO2和熔渣，易产生气孔和夹渣缺陷和熔渣，易产生气孔和夹渣缺陷;铸铁熔化后，流动性好，只适合平焊铸铁熔化后，流动性好，只适合平焊.机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 2.2.热补焊热补焊 热补焊是铸件焊前预热到热补焊是铸件焊前预热到600600700700，焊，焊后缓冷的方法。热焊法成本较高，劳动条件差，后缓冷的方法。热焊法成本较高，劳动条件差，生产率低，一般用于焊补需要切削加工的形状复生产率低，一般用于焊补需要切削加工的形状复杂的铸件和重要铸件杂的铸件和重要铸件,如内燃机如内燃机 缸盖和气缸体等。缸盖和气缸体等。3.3.冷补焊冷补焊 冷补焊是铸件不预热或预热温度在冷补焊是铸件不预热或预热温度在400400以以下的焊接方法，主要用于焊补质量要求不高的铸下的焊接方法，主要用于焊补质量要求不高的铸件。焊接时采用细焊条小电流、短弧分段焊接工件。焊接时采用细焊条小电流、短弧分段焊接工艺艺,焊后随即轻轻锤击焊缝以松弛应力防止裂纹。焊后随即轻轻锤击焊缝以松弛应力防止裂纹。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第三节第三节 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。普通低合金钢在我国一般按屈服强度分等级，普通低合金钢在我国一般按屈服强度分等级，主要用于制造压力容器、锅炉、桥梁、船舶、主要用于制造压力容器、锅炉、桥梁、船舶、车辆、起重机等。车辆、起重机等。普通低合金钢一般采用手工电弧焊和埋弧自动普通低合金钢一般采用手工电弧焊和埋弧自动焊，此外，厚板可用电渣焊，也可采用气体保焊，此外，厚板可用电渣焊，也可采用气体保护焊，强度级别较低的可以用护焊，强度级别较低的可以用CO2气体保护焊，气体保护焊，屈服强度大于屈服强度大于500MPa的高强钢，宜用富氩混的高强钢，宜用富氩混合气体保护焊合气体保护焊(例如例如Ar 80%+CO2 20%)。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第三节第三节 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第三节第三节 合金结构钢的焊接合金结构钢的焊接其焊接特点：其焊接特点：（1）热影响区的淬硬倾向）热影响区的淬硬倾向:焊接低合金钢时，热影响区可能产生淬硬组织，淬焊接低合金钢时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。碳及合金硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。碳及合金元素的含量越高，钢材强度级别就越高，焊后热影响元素的含量越高，钢材强度级别就越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。区的淬硬倾向也越大。（2）焊接接头的裂缝倾向：延迟裂缝）焊接接头的裂缝倾向：延迟裂缝 强度越高，焊接性能降低。强度越高，焊接性能降低。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第五节第五节 有色金属的焊接有色金属的焊接一、铜及铜合金的焊接一、铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是：铜的导热性很高铜的导热性很高，因此，焊前工件要预热，焊接因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或火焰时要选用较大电流或火焰。铜在液态易氧化，容易产生较大的焊接应力。铜在液态易氧化，容易产生较大的焊接应力。铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜的电阻极小，不适于电阻焊接。铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。困难增大。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第五节第五节 有色金属的焊接有色金属的焊接铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方法进行焊接。法进行焊接。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。气焊紫铜及青铜时应采用严格的中性焰。气焊紫铜及青铜时应采用严格的中性焰。黄铜的焊接，目前最常用的焊接方法仍是气焊，一黄铜的焊接，目前最常用的焊接方法仍是气焊，一般用轻微的氧化焰，采用含硅的焊丝。般用轻微的氧化焰，采用含硅的焊丝。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第五节第五节 有色金属的焊接有色金属的焊接二、铝及铝合金的焊接二、铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：铝与氧的亲和力很大铝与氧的亲和力很大 ；铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变的热源，铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形形。液态铝能吸收大量的氢液态铝能吸收大量的氢。铝在高温时强度及塑性很低，因此常需采用垫板。铝在高温时强度及塑性很低，因此常需采用垫板。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第五节第五节 有色金属的焊接有色金属的焊接目目前前焊焊接接铝铝及及铝铝合合金金的的常常用用方方法法有有氩氩弧弧焊焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。气焊、点焊、缝焊和钎焊。氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法，由于氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法，由于氩气的保护作用和氩离子对氧化膜的阴极破氩气的保护作用和氩离子对氧化膜的阴极破碎作用，焊接时可不用焊剂，但氩气纯度要碎作用，焊接时可不用焊剂，但氩气纯度要求大于求大于99.9%99.9%。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第六节第六节 异种金属的焊接性分析异种金属的焊接性分析异异种种金金属属焊焊接接通通常常要要比比同同种种金金属属的的焊焊接接困困难难，因因为为除除了了金金属属本本身身的的物物理理化化学学性性能能对对焊焊接接有有影影响响外外，两两种种金金属属材材料料性性能能的的差差异异会会更更大大程程度度上上影影响响它它们们之之间间的焊接。的焊接。1结晶化学性的差异结晶化学性的差异 两两种种被被焊焊金金属属在在冶冶金金上上是是否否相相容容取取决决于于它它们们在在液液态态和和固固态态时时的的互互溶溶性性以以及及在在焊焊接接过过程程中中是是否否会会产产生生金金属间化合物（脆性相）。属间化合物（脆性相）。因此，在选择材料搭配时，首先要满足互溶性。因此，在选择材料搭配时，首先要满足互溶性。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第六节第六节 异种金属的焊接性分析异种金属的焊接性分析2物理性能的差异物理性能的差异 金金属属的的物物理理性性能能主主要要是是熔熔化化温温度度，膨膨胀胀系系数数，导导热热系系数数和和电电阻阻率率等等。它它们们的的差差异异将将影影响响焊焊接接的的热热循循环环过过程程和和结结晶晶条条件件，增增加加焊焊接接应应力力，降降低低接接头头质质量量，使焊接困难。使焊接困难。异种金属的焊接方法异种金属的焊接方法 1 1熔焊熔焊 异异种种金金属属焊焊接接中中应应用用较较多多的的是是熔熔焊焊方方法法，采采用用熔熔焊焊最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产生。最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产生。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺第六节第六节 异种金属的焊接性分析异种金属的焊接性分析为为了了减减少少稀稀释释率率，降降低低熔熔合合比比或或控控制制不不同同金金属属母母材材的的熔熔化化量量，常常可可选选用用热热源源能能量量密密度度较较高高的的电电子子束束焊焊、激光焊、等离子弧焊等方法。激光焊、等离子弧焊等方法。2压焊压焊 当当焊焊接接异异种种金金属属接接头头时时，压压焊焊具具有有一一定定的的优优越越性性，只只要要接接头头形形式式允允许许，采采用用压压焊焊往往往往是是比比较较合合理理的的选选择择。不不过过，大大多多数数压压焊焊方方法法对对接接头头形形式式具具有有一一定定要要求。求。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺3.4 焊接件的结构工艺性焊接件的结构工艺性 设计焊接件时设计焊接件时,不仅要考虑到焊件的使用性能，不仅要考虑到焊件的使用性能，还要考虑低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料的选还要考虑低廉。焊件结构工艺性应包括结构材料的选择、接头形式、焊缝布置焊件结构的工艺性能，使焊择、接头形式、焊缝布置焊件结构的工艺性能，使焊件生产简便、质量优良、成本等方面。件生产简便、质量优良、成本等方面。一一.焊接结构材料的选择焊接结构材料的选择 1.在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用在满足焊接件使用性能的前提下，应尽量选用焊接性能良好的材料。焊接性能良好的材料。低碳钢和普通低合金钢的焊接性良好，价廉，焊低碳钢和普通低合金钢的焊接性良好，价廉，焊接工艺简单，易于保证焊接质量，应优先选用。而接工艺简单，易于保证焊接质量，应优先选用。而0.5%C的碳钢和碳当量的碳钢和碳当量0.6%的合金钢焊接性能不好，的合金钢焊接性能不好，应尽量避免采用。应尽量避免采用。在选用两种不同材料进行焊接时，在选用两种不同材料进行焊接时，应注意它们焊接性的差异。应注意它们焊接性的差异。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 2.在设计焊接在设计焊接结构时，应多采用结构时，应多采用工字钢、槽钢和钢工字钢、槽钢和钢管等成型材料，对管等成型材料，对形状比较复杂的部形状比较复杂的部分可以采用铸钢、分可以采用铸钢、锻钢和冲压件来焊锻钢和冲压件来焊接。这样可减少焊接。这样可减少焊缝数量、简化焊接缝数量、简化焊接工艺，还可以增加工艺，还可以增加结构件的强度和钢结构件的强度和钢度，如图度，如图4-22。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 3.焊接结构件应尽量采用同等厚度的材料焊接结构件应尽量采用同等厚度的材料焊接，有利于避免应力集中、接头两边受热不均而产焊接，有利于避免应力集中、接头两边受热不均而产生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接时应在生焊不透等缺陷。如采用厚度不等的材料焊接时应在较厚的板材上加工出过渡形式，如图较厚的板材上加工出过渡形式，如图4-23。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺二二.焊接接头形式焊接接头形式1.常见接头形式常见接头形式 接头基本形式有对接接头、搭接接接头基本形式有对接接头、搭接接头、角接接头和头、角接接头和T形接头。接头形式的选择主要根据形接头。接头形式的选择主要根据结构形状、使用要求和焊接生产工艺而定。结构形状、使用要求和焊接生产工艺而定。2.接头形式的选用接头形式的选用 对接接头应力分布均匀、接头质量容易保证、节对接接头应力分布均匀、接头质量容易保证、节省材料，是使用最多的接头形式，重要的受力焊缝应省材料，是使用最多的接头形式，重要的受力焊缝应尽量选用。但焊前准备和装配要求较高。尽量选用。但焊前准备和装配要求较高。搭接接头不需开坡口、装配要求不高，常应用于搭接接头不需开坡口、装配要求不高，常应用于受力不大的架结构，但搭接接头受力时产生附加弯矩，受力不大的架结构，但搭接接头受力时产生附加弯矩，且金属消耗量较大，一般应避免采用。且金属消耗量较大，一般应避免采用。当接头构成直角或一定角度连接时，则必须采用当接头构成直角或一定角度连接时，则必须采用角接接头和角接接头和T形接头。形接头。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 3.坡口形式、选用及加工要求坡口形式、选用及加工要求 当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据当焊件厚度较大时，为保证焊透，接头处应根据工件厚度加工出各种坡口，如图工件厚度加工出各种坡口，如图4-24(a)、(b)、(c)。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 由上图可知，常用的坡口形式为由上图可知，常用的坡口形式为I形坡口、形坡口、V形形坡口、坡口、X形坡口、形坡口、U形坡口和形坡口和K形坡口等。形坡口等。V形和形和U形坡口单面焊，焊条容易到位，但焊后形坡口单面焊，焊条容易到位，但焊后变形较大，焊条消耗量也大。变形较大，焊条消耗量也大。X形和双形和双U形坡口受热形坡口受热均匀，变形小均匀，变形小,焊条消耗较少焊条消耗较少,但必须双面施焊，有时但必须双面施焊，有时受焊件结构所限制。受焊件结构所限制。因此，坡口形式的选择主要根据板厚和熔透要因此，坡口形式的选择主要根据板厚和熔透要求，同时应考虑坡口加工经济性和焊接工艺性。通求，同时应考虑坡口加工经济性和焊接工艺性。通常，要求焊透的重要受力焊缝应尽量采用双面焊，常，要求焊透的重要受力焊缝应尽量采用双面焊，以利于保证质量。以利于保证质量。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺三三.焊缝的布置焊缝的布置1.焊缝的位置应便于操作焊缝的位置应便于操作机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺2.焊缝应避开应力最大和应力集中的部位焊缝应避开应力最大和应力集中的部位机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺 3.焊缝布置应尽可能分散焊缝布置应尽可能分散 焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织焊缝的交叉和密集使接头部位严重过热，组织恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹恶化，性能下降，而且会产生变形和裂纹(图图4-27)。机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺4.焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形焊缝位置应尽可能对称，以便减少变形机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺5.焊缝位置应远离加工表面焊缝位置应远离加工表面 机械制造工艺基础机械制造工艺基础-焊接工艺焊接工艺结构名称：中压容器结构名称：中压容器材料：材料：16MnR16MnR（原材料尺寸为（原材料尺寸为12005000mm12005000mm2 2）件厚：筒身件厚：筒身12mm12mm；封头；封头14mm14mm；入孔圈；入孔圈20mm20mm；管接头；管接头7mm7mm生产数量：小批生产生产数量：小批生产 中压容器外形图中压容器外形