湖南大学材料成型.pptx

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1、2023/2/162023/2/161 12.1.压力焊方法及工艺 压力焊压力焊是指通过是指通过加热加热等手段使金属达到塑性状态，等手段使金属达到塑性状态，加压加压使其使其产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，使两个分离表面的原子接产生塑性变形、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（近到晶格距离（0.30.30.5nm)0.5nm)，形成金属键形成金属键，从而获得不可拆卸，从而获得不可拆卸接头的一类焊接方法。接头的一类焊接方法。热源形式为热源形式为：电阻热、高：电阻热、高频热、摩擦热等。频热、摩擦热等。力的形式为力的形式为：静压力、冲：静压力、冲击力（锻压力）和爆炸力击力（锻压力

2、）和爆炸力等。等。压力焊为压力焊为：电阻焊：电阻焊、冷压冷压焊、扩散焊和热压焊等焊、扩散焊和热压焊等 压力焊动画模拟压力焊动画模拟第第1页页/共共74页页2023/2/162023/2/162 22.2 电阻焊1电阻焊的原理及过程电阻焊的原理及过程 电阻焊是利用电阻焊是利用电阻热电阻热为热源，并在压力下通过塑性变为热源，并在压力下通过塑性变形和再结晶而实现焊接的。形和再结晶而实现焊接的。（1 1）热源热源 电阻热：电阻热：Q=IIRt,Q=IIRt,其中电其中电流和时间是外因，而电阻是内因。流和时间是外因，而电阻是内因。焊接区的总电阻为：焊接区的总电阻为：R=Rc+2Rew+2RwR=Rc+2

3、Rew+2Rw。其中。其中RcRc为焊件接为焊件接触电阻，触电阻，RewRew为电极与焊件间的接为电极与焊件间的接触电阻，触电阻，RwRw为焊件电阻。为焊件电阻。第第2页页/共共74页页2023/2/162023/2/163 3影响接触电阻的因素：工件表面状态工件表面状态 表面愈粗糙、表面愈粗糙、氧化愈严重、接触电阻愈大。氧化愈严重、接触电阻愈大。电极压力电极压力 压力愈高、接触电阻压力愈高、接触电阻愈小。愈小。焊前预热焊前预热 焊前预热将会使接焊前预热将会使接触电阻大大下降。触电阻大大下降。（2）力 静压力用来调整电阻大小，改善加热静压力用来调整电阻大小，改善加热。产生塑性变形或在。产生塑性

4、变形或在压力下结晶。压力下结晶。冲击力（锻压力）用来细化晶粒冲击力（锻压力）用来细化晶粒，焊合缺陷焊合缺陷等。其压力变等。其压力变化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为化形式有平压力，阶梯压力和马鞍形压力，其中马鞍形压力较为理想。理想。第第3页页/共共74页页2023/2/162023/2/164 4（3 3）电阻焊过程电阻焊过程 预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑预压、通电加热、在压力下冷却结晶或塑性变形和再结晶。性变形和再结晶。第第4页页/共共74页页2023/2/162023/2/165 52电阻点焊 电阻点焊是用圆柱电极电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压压紧工

5、件，通电、保压获得获得焊点焊点的电阻焊方法。的电阻焊方法。第第5页页/共共74页页2023/2/162023/2/166 6点焊焊接过程第第6页页/共共74页页2023/2/162023/2/167 7点焊焊接过程第第7页页/共共74页页2023/2/162023/2/168 8电阻点焊熔核形成过程第第8页页/共共74页页2023/2/162023/2/169 9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称为熔核偏移。防止熔核偏移的措施 采用特殊电极和工艺垫片的措施。第第9页页/共共74页页2023/2/1620

6、23/2/161010点焊工艺参数 点焊的工艺参数为电流、压力和时间。点焊接头形式 点焊主要用于汽车、飞机等薄板结构的大批量生产。第第10页页/共共74页页2023/2/162023/2/1611113电阻缝焊 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，焊后获得相互重叠的连续焊缝。缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大1.52倍。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。第第11页页/共共74页页2023/2/162023/2/1612124对焊 （1）电阻对焊 先将先将工件夹紧并加压工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑性温度，然后通

7、电使接触面温度达到塑性温度(950(9501000)1000)。在压力下。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接头塑变和再结晶形成固态焊接接头（图（图12-77a12-77a）。电阻）。电阻对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，一般用于钢筋的对接一般用于钢筋的对接焊。焊。第第12页页/共共74页页2023/2/162023/2/161313 （2）闪光对焊 先通电，后接触，因个别点接触，先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高，可使其个别点通过的电流密度很高，可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存

8、在电磁收缩力和电磁引力及。由于过梁上存在电磁收缩力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光形成闪光。闪光一方面。闪光一方面排除了排除了氧化物和杂质，另一氧化物和杂质，另一方面方面使对口处的温度迅速升高使对口处的温度迅速升高。闪光对焊主要闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。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。第第13页页/共共74页页2023/2/162023/2/161414对焊焊接过程第第14页页/共共74页页2023/2/162023/2/

9、1615152.3 摩擦焊1.1.摩擦焊的工艺过程摩擦焊的工艺过程原理原理 摩擦焊是利用焊摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动件接触面相对旋转运动中中相互摩擦相互摩擦所产生的热，所产生的热，使使端部达到塑性状态，端部达到塑性状态，然后迅速顶锻然后迅速顶锻，完成焊，完成焊接的一种压焊方法。接的一种压焊方法。第第15页页/共共74页页2023/2/162023/2/1616162.摩擦焊具有以下优点：生产率高；电能消耗少；生产率高；电能消耗少；接头的焊接质量好、稳定，其废品率是接头的焊接质量好、稳定，其废品率是闪光对焊的闪光对焊的1%1%左右左右;生产条件好。生产条件好。常用于常用于黑色或非铁金属黑

10、色或非铁金属的焊接的焊接;适于焊接异种钢和异种金属，如适于焊接异种钢和异种金属，如碳素结构钢碳素结构钢-高速钢、铜高速钢、铜-不锈钢、铝不锈钢、铝-铜、铝铜、铝-钢等。钢等。第第16页页/共共74页页2023/2/162023/2/161717焊件尺寸精度高，可以实现直接装配焊接。焊件尺寸精度高，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4 45 5倍。倍。三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与闪三相负载均衡，节能，改善了三相供电电网的供电条件。与闪光对焊比较，节省电能光对焊比较，节省电能80%80%90%90%左右。左右。由于摩擦焊金属焊接变形小，接

11、头焊前不需特殊清理，接头上由于摩擦焊金属焊接变形小，接头焊前不需特殊清理，接头上的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气体，的飞边有时可以不必去除，焊接不需要填充材料和保护气体，加工成本显著降低。加工成本显著降低。摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌握。摩擦焊机容易实现机械化，自动化；操作技术简单，容易掌握。摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，有摩擦焊的工作场地卫生，没有火花，弧光；没有有害气体，有利于环境保护，适于设置在自动生产线上。利于环境保护，适于设置在自动生产线上。第第17页页/共共74页页2023/2/162023/2/161818概念概念在

12、常温下在常温下不加热只加压不加热只加压使金属产生较大塑性使金属产生较大塑性变形，使两焊件的原子接近到形成金属键的变形，使两焊件的原子接近到形成金属键的程度，从而形成接头的焊接方法；程度，从而形成接头的焊接方法；应用应用只适用于只适用于常温下具有高塑性的同种金属或异常温下具有高塑性的同种金属或异种金属种金属2.4 冷压焊第第18页页/共共74页页2023/2/162023/2/161919概念概念在一定温度、压力下，经过焊接区在一定温度、压力下，经过焊接区金属原子金属原子充分地扩散以及微观塑性变形，或者在界面充分地扩散以及微观塑性变形，或者在界面上产生微量液相而实现结合上产生微量液相而实现结合的

13、焊接方法；的焊接方法；应用应用难焊材料难焊材料（金属与陶瓷；金属与玻璃；金属（金属与陶瓷；金属与玻璃；金属与石墨）与石墨）2.5 扩散焊第第19页页/共共74页页2023/2/162023/2/1620203 钎焊、封接与粘接工艺 钎焊、封接与粘接工艺是一种钎焊、封接与粘接工艺是一种物理和化学连接物理和化学连接。它是在低于构件熔点的温度下，采用它是在低于构件熔点的温度下，采用填缝材料填缝材料，在液，在液态下充填缝隙，通过毛细作用及表面化学反应，待态下充填缝隙，通过毛细作用及表面化学反应，待填填缝材料结晶或固化缝材料结晶或固化后，将两个分离的表面连接形成不后，将两个分离的表面连接形成不可拆接头。

14、可拆接头。第第20页页/共共74页页2023/2/162023/2/1621213.1 钎焊 钎焊钎焊:利用利用熔点比焊件低的钎料熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。实质熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。实质:采采用比母材熔点低的金属材料作钎料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，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材利用液态钎料润湿母材，填，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接焊件的方法充接头间隙并与母材相互扩散，

15、实现连接焊件的方法.第第21页页/共共74页页2023/2/162023/2/162222 1 1硬钎焊硬钎焊 钎料熔点在钎料熔点在450450以上，以上，接头强度较高接头强度较高，都在，都在200MPa200MPa以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。以上，属于这类的钎料有铜基、银基和镍基等。2 2软钎焊软钎焊 钎料熔点为钎料熔点为450450以下，以下，接头强度较低接头强度较低，一般不超，一般不超过过70MPa70MPa，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的，所以只用于钎焊受力不大、工作温度较低的工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。工件。常用的钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。第第

16、22页页/共共74页页2023/2/162023/2/162323 钎焊过程中，一般都需要使用钎焊过程中，一般都需要使用钎剂钎剂。钎剂的作用钎剂的作用：(1)(1)清除清除被焊金属表面的氧化膜及其它杂质被焊金属表面的氧化膜及其它杂质;(2)(2)改善改善钎料流入间隙的性能（即润湿性）钎料流入间隙的性能（即润湿性）;(3)(3)保护钎料及焊件保护钎料及焊件不被氧化不被氧化，因此钎剂对钎焊质量影响很大。，因此钎剂对钎焊质量影响很大。软钎焊时软钎焊时，常用的钎剂为常用的钎剂为松香或氯化锌溶液。松香或氯化锌溶液。硬钎焊时，硬钎焊时，钎剂种类较多，主要由钎剂种类较多，主要由硼砂、硼酸、硼砂、硼酸、氟化物

17、、氯化物等氟化物、氯化物等组成，应根据钎料种类选择应用组成，应根据钎料种类选择应用。第第23页页/共共74页页2023/2/162023/2/162424主要特点：焊件主要特点：焊件组织性能变化小组织性能变化小；焊缝光滑美观焊缝光滑美观；设备简单、投资少；设备简单、投资少；缺点：接头强度低；焊前、焊后清理工作多；缺点：接头强度低；焊前、焊后清理工作多；应用应用:受力不大、工作温度不高受力不大、工作温度不高的薄板结构、蜂窝结构以的薄板结构、蜂窝结构以及异种金属的连接。及异种金属的连接。第第24页页/共共74页页2023/2/162023/2/1625253.2 粘接工艺 粘接粘接是利用是利用胶粘

18、剂胶粘剂把两种性质相同或不同的物把两种性质相同或不同的物质牢固地质牢固地粘合粘合在一起的连接方法。在一起的连接方法。胶粘剂所以能够把两个物质牢固地粘接在一起，胶粘剂所以能够把两个物质牢固地粘接在一起，主要因为胶粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面主要因为胶粘剂能通过本身在被粘接材料的连接面上产生上产生机械、物理和化学作用而具有粘附力机械、物理和化学作用而具有粘附力。第第25页页/共共74页页2023/2/162023/2/162626粘接具有以下优点：粘接对材料的粘接对材料的适应性强适应性强，既可用于各种金属、非金属的连，既可用于各种金属、非金属的连接，也可用于金属与非金属的连接。接，也可用于金

19、属与非金属的连接。能能减轻结构重量减轻结构重量。采用粘接可省去很多螺钉、螺栓等连接。采用粘接可省去很多螺钉、螺栓等连接件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构重量约件，因此，粘接比铆接、焊接减轻结构重量约25%25%30%30%。粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此它的粘接接头的应力分布均匀，应力集中较小，因此它的耐疲耐疲劳性能好。劳性能好。粘接接头的粘接接头的密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等性能密封性能好，并具有耐磨蚀和绝缘等性能。粘接粘接工艺简单工艺简单，操作容易，效率高，成本低。，操作容易，效率高，成本低。第第26页页/共共74页页2023/2/162023/2/162727粘接具有以下

20、缺点：粘接强度比较低粘接强度比较低，一般仅能达到金属母材强度的，一般仅能达到金属母材强度的10%10%50%50%。粘接接头的承载能力主要依赖于较大的粘接面积。粘接接头的承载能力主要依赖于较大的粘接面积。使用温度低使用温度低，一般长期工作温度只能在，一般长期工作温度只能在150150以下，仅有以下，仅有少数可在少数可在200200300300范围内使用。范围内使用。粘接接头长期与空气、热和光接触时，粘接接头长期与空气、热和光接触时，易老化变质易老化变质。粘接质量因受多种因素影响不够稳定，而且粘接质量因受多种因素影响不够稳定，而且质量难以检验。质量难以检验。第第27页页/共共74页页2023/2

21、/162023/2/1628284 金属材料的焊接性能 4.1 4.1 金属材料的可焊性金属材料的可焊性4.2 4.2 碳钢的焊接碳钢的焊接4.3 4.3 铸铁的焊补铸铁的焊补4.4 4.4 有色金属的焊接有色金属的焊接第第28页页/共共74页页2023/2/162023/2/1629294.1 金属材料的可焊性可焊性的概念可焊性的概念 金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊金属材料的可焊性，是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，获获得优质焊接接头的难易程度得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊，即金属材

22、料在一定的焊接工艺条件下，表现出接工艺条件下，表现出“好焊好焊”和和“不好焊不好焊”的差别。的差别。估算钢材可焊性的方法估算钢材可焊性的方法碳当量法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为：第第29页页/共共74页页2023/2/162023/2/163030根据经验：根据经验：C C当量当量0.4%0.4%时时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，显，可焊性良好可焊性良好。在一般的焊接工艺条件下，焊件不。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预会产生裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。热。C C当量当量=0.4%=0.4%0.6

23、%0.6%时时，钢材塑性下降，淬硬倾向，钢材塑性下降，淬硬倾向明显，明显，可焊性较差可焊性较差。焊前工件需要适当预热，焊后应。焊前工件需要适当预热，焊后应注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。注意缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。C C当量当量0.6%0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强，可焊性不好可焊性不好。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接接头质量。适当的热处理，才能保证焊接接

24、头质量。第第30页页/共共74页页2023/2/162023/2/1631314.2 碳钢的焊接 低碳钢含碳量不大于低碳钢含碳量不大于0.25%0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾向，塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，对焊接热过程不敏感，可焊性良好可焊性良好。焊这类钢时，不需要采。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（电渣取特殊的工艺措施，通常在焊后也不需要进行热处理（电渣焊除外）。焊除外）。中、高碳钢的焊接中、高碳钢的焊接 中碳钢含碳量在中碳钢含碳量在0.25%0.25%0.6%0.6%之间，随含碳量的增加，之间，随含碳量的增加，淬硬倾向愈发明显，淬硬

25、倾向愈发明显，可焊性逐渐变差可焊性逐渐变差。在实际生产当中，。在实际生产当中，主要是主要是焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件焊接各种中碳钢的铸钢件与锻件。中碳钢的焊接中碳钢的焊接特点：特点：低碳钢的焊接低碳钢的焊接第第31页页/共共74页页2023/2/162023/2/163232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 中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段中碳钢属于易淬火钢，热影响区被加热超过淬火温度的区段时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等淬硬组织。时，受工件低温部分的迅速冷却作用，将出现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或工艺不恰当时，就会在淬火

26、区产生冷裂缝，即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，即焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂缝。焊接接头焊后冷却到相变温度以下或冷却到常温后产生裂缝。焊缝金属热裂缝倾向较大焊缝金属热裂缝倾向较大 焊接中碳钢时，因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于焊条钢芯，焊接中碳钢时，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，使焊缝金属含碳量增加塑性下降，加上硫、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、磷低熔点杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前就可能因内应力而产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产生裂缝。因此，生裂缝。因此，焊

27、接中碳钢构件，焊前必须进行预热焊接中碳钢构件，焊前必须进行预热，使焊接时工，使焊接时工件各部分的温差减小，以减小焊接应力，同时减慢热影响区的冷却件各部分的温差减小，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。速度，避免产生淬硬组织。第第32页页/共共74页页2023/2/162023/2/163333低合金结构钢的焊接低合金钢的焊接特点：低合金钢的焊接特点：热影响区的淬硬倾向热影响区的淬硬倾向 低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，低合金钢焊接时，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。钢中含淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金

28、元素越多碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响，钢材强度级别越高，焊后热影响区的区的淬硬倾向也越大淬硬倾向也越大。强度级别大于强度级别大于450MPa450MPa级的低合金钢，淬硬倾向增级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。度明显增加，塑性、韧性则下降。第第33页页/共共74页页2023/2/162023/2/163434焊接接头的裂缝倾向焊接接头的裂缝倾向 不同环境温度的预热要求：不同环境温度的预热要求：工件厚度工件厚度/mm/mm：1616以下，不低于以下，不低于-10-10

29、不预热不预热,-,-1010以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：16-2416-24，不低于，不低于-5-5不预热不预热 ,-5,-5以下预热以下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：24-4024-40，不低于，不低于00不预热不预热,0,0以以下预热下预热100100150150 工件厚度工件厚度/mm/mm：4040以上，均应预热以上，均应预热100100150150第第34页页/共共74页页2023/2/162023/2/1635354.3 铸铁的焊补铸铁的焊接特点：铸铁的焊接特点：熔合区熔合区易产生白口组织；易产生裂缝；易产生

30、气孔易产生白口组织；易产生裂缝；易产生气孔热焊法热焊法 热焊法是焊前将工件整体或局部预热到热焊法是焊前将工件整体或局部预热到600600700700，焊后缓慢冷却。，焊后缓慢冷却。热焊法热焊法可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量可防止工件产生白口组织和裂缝，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工较好，焊后可以进行机械加工。但热焊法成本较高，生。但热焊法成本较高，生产率低，焊工劳动条件差。产率低，焊工劳动条件差。一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，一般用于焊补形状复杂焊后需要加工的重要铸件，如床头箱、汽缸体等如床头箱、汽缸体等。第第35页页/共共74页页2023/2/162023/2/16

31、3636 焊补之前，工件不预热或只进行焊补之前，工件不预热或只进行400400以下低温预以下低温预热的焊补方法通常称为冷焊法，主要热的焊补方法通常称为冷焊法，主要依靠焊条来调整依靠焊条来调整焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝焊缝化学成分以防止或减少白口组织和避免裂缝。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。冷焊法方便灵活生产率高、成本低、劳动条件好。但焊接处切削加工性能较差。但焊接处切削加工性能较差。生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热生产中多用于焊补要求不高的铸件以及怕高温预热引起变形的工件。引起变形的工件。焊接时，应尽量采用小电流、短弧、窄焊缝、短焊接时，应尽量采用小电

32、流、短弧、窄焊缝、短焊道（每段不大于焊道（每段不大于50mm50mm）并在焊后及时轻轻锤击焊缝）并在焊后及时轻轻锤击焊缝以松弛应力，防止焊后开裂。以松弛应力，防止焊后开裂。冷焊法冷焊法第第36页页/共共74页页2023/2/162023/2/1637374.4 有色金属的焊接铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 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（紫铜约为低碳钢的（紫铜约为低碳钢的8 8倍），焊接时热量极倍），焊接时热量极易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较大电流或易散失。因此，焊前工件要预热，焊接时要选用较

33、大电流或火焰，否则容易造成焊不透缺陷。火焰，否则容易造成焊不透缺陷。铜在液态易氧化铜在液态易氧化，生成的，生成的Cu2OCu2O与铜组成低熔点共晶，分布在与铜组成低熔点共晶，分布在晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也晶界形成薄弱环节；又因铜的膨胀系数大，凝固时收缩率也大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起大，容易产生较大的焊接应力。因此，焊接过程中极易引起开裂。开裂。第第37页页/共共74页页2023/2/162023/2/163838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。凝固时气体从熔液中析出，。凝固时气体从熔液中析出，来不及逸出就会

34、生成气孔。来不及逸出就会生成气孔。铜的电阻极小铜的电阻极小，不适于电阻焊接。，不适于电阻焊接。铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使焊接的困难增大。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。例例如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化如黄铜（铜锌合金）中的锌沸点很低，极易烧蚀蒸发并生成氧化锌（锌（ZnOZnO）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌）。改变接头化学成分、降低接头性能，而且形成氧化锌烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化烟雾易引起焊工中毒。铝青铜中的铝，焊接时易生成难熔的氧化铝，增大熔渣粘度，生成气孔和夹渣。铝，增大熔渣粘度

35、，生成气孔和夹渣。铜及铜合金铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等方法进行焊方法进行焊接。接。采用采用氩弧焊氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。是保证紫铜和青铜焊接质量的有效方法。第第38页页/共共74页页2023/2/162023/2/163939 工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点工业上用于焊接的主要是纯铝（熔点658658）、铝锰合）、铝锰合金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊金、铝镁合金及铸铝。铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是：接特点是：铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝铝与氧的亲和力很大，极易氧化生成氧化铝（Al2O

36、3Al2O3）。氧）。氧化铝组织致密，熔点高达化铝组织致密，熔点高达20502050，它覆盖在金属表面，能阻，它覆盖在金属表面，能阻碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。碍金属熔合。此外，氧化铝密度大，易使焊缝夹渣。铝的导热系数较大铝的导热系数较大，要求使用大功率或能量集中的热源，厚，要求使用大功率或能量集中的热源，厚度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应度较大时应考虑预热。铝的膨胀系数也较大，易产生焊接应力与变形，并可能导致裂缝的产生。力与变形，并可能导致裂缝的产生。铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 第第39页页/共共74页页2023/2/162023/2/164040

37、液态铝能吸收大量的氢液态铝能吸收大量的氢，铝在固态时又几乎不溶解氢，因，铝在固态时又几乎不溶解氢，因此在溶池凝固时易生成气孔。此在溶池凝固时易生成气孔。铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔池铝在高温时强度及塑性很低，焊接时常由于不能支持熔池金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板金属而引起焊缝塌陷，因此常需采用垫板。目前焊接铝及铝合金的目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。焊、缝焊和钎焊。不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前必须彻不论采用哪种焊接方法焊接铝及铝合金，焊前必须彻底清理焊件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理底清理焊

38、件的焊接部位和焊丝表面的氧化膜与油污，清理质量的好坏将直接影响焊缝性能。质量的好坏将直接影响焊缝性能。第第40页页/共共74页页2023/2/162023/2/164141 异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，因为除异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，因为除了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，两种金属材了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外，两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它们之间的焊接。料性能的差异会更大程度上影响它们之间的焊接。结晶化学性的差异结晶化学性的差异物理性能的差异物理性能的差异熔点熔点线膨胀系数线膨胀系数导热率和比热导热率和比热金属的氧化性金属的氧化性金属间化合

39、物金属间化合物焊缝与母材不等强性焊缝与母材不等强性异种金属的焊接异种金属的焊接 性分析性分析第第41页页/共共74页页2023/2/162023/2/164242 为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理地选用焊接为了获得优质的异种金属焊接接头，除合理地选用焊接方法和填充材料，正确地制定焊接工艺外，还可采取如下一方法和填充材料，正确地制定焊接工艺外，还可采取如下一些工艺措施：些工艺措施：尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止或减少尽量缩短被焊金属在液态下相互接触时间，以防止或减少生成金属间化合物。生成金属间化合物。熔焊时要很好地保护被焊金属，防止金属与周围空气的相熔焊时要很好地保护被焊金属

40、，防止金属与周围空气的相互作用。互作用。采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆焊中间采用与两种被焊金属的焊接性都很好的中间层或堆焊中间过渡层，以防止生成金属间化合物。过渡层，以防止生成金属间化合物。在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物相的产在焊缝中加入某些合金元素，以阻止金属间化合物相的产生和增长。生和增长。第第42页页/共共74页页2023/2/162023/2/164343异种金属的焊接方法异种金属的焊接方法熔焊熔焊 采用熔焊最大特点是采用熔焊最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产控制稀释率和金属间化合物的产生生。因此，为了减少稀释率，降低熔合比或控制不同金属。因此，为了减少

41、稀释率，降低熔合比或控制不同金属母材的熔化量，常可选用热源能量密度较高的电子束焊、母材的熔化量，常可选用热源能量密度较高的电子束焊、激光焊、等离子弧焊等方法。激光焊、等离子弧焊等方法。解决母材金属稀释问题，可用解决母材金属稀释问题，可用堆焊隔离层堆焊隔离层的方法实现。的方法实现。对一些熔合不理想的属，可通过增加过渡层金属，使对一些熔合不理想的属，可通过增加过渡层金属，使其能更好地熔合在一起。其能更好地熔合在一起。第第43页页/共共74页页2023/2/162023/2/164444堆焊隔离层的应用堆焊隔离层的应用第第44页页/共共74页页2023/2/162023/2/164545压焊压焊 大

42、多数压焊方法都只是将被焊金属加热至塑性状态或甚至大多数压焊方法都只是将被焊金属加热至塑性状态或甚至不加热，而施加一定压力为基本特征。与熔焊相比，当焊接异不加热，而施加一定压力为基本特征。与熔焊相比，当焊接异种金属接头时，压焊具有一定的优越性，种金属接头时，压焊具有一定的优越性，只要接头形式允许，只要接头形式允许，采用压焊往往是比较合理的选择采用压焊往往是比较合理的选择。钎焊钎焊 钎焊本身就是钎料与母材之间的异种金属连接方法。还钎焊本身就是钎料与母材之间的异种金属连接方法。还可采用较特殊的钎焊方法，如熔焊可采用较特殊的钎焊方法，如熔焊-钎焊法（钎料与其中一钎焊法（钎料与其中一种母材相同）、共晶钎

43、焊法或共晶扩散焊法（使两种母材在种母材相同）、共晶钎焊法或共晶扩散焊法（使两种母材在结合面处形成低熔点共晶体）和液相过渡焊（在接缝之间加结合面处形成低熔点共晶体）和液相过渡焊（在接缝之间加入可熔化的中间夹层）等方法。入可熔化的中间夹层）等方法。第第45页页/共共74页页2023/2/162023/2/164646 焊接接头的不完整性称焊接缺陷。焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。4.5 焊接缺陷与检验 第第46页页/共共74页页2023/2/162023/2/164747焊接裂纹1 1、热裂纹、热裂

44、纹热裂纹的特征热裂纹的特征 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹。因热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。热裂纹在高温下形成，所以有氧化色彩。热裂纹动画仿真热裂纹动画仿真第第47页页/共共74页页2023/2/162023/2/164848热裂纹产生的原因:晶间存在液态薄膜。接头中存在拉应力。热裂纹的防止:限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。，如硫和磷含量。FeFe和和FeSFeS易形成低熔点共晶，其熔点为易形成低熔点共晶，其熔点为988988，很容易产生热裂纹

45、。，很容易产生热裂纹。缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析性减少偏析。减少焊接应力的工艺措施减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。理的焊缝布置等。第第48页页/共共74页页2023/2/162023/2/1649492 2、冷裂纹、冷裂纹冷裂纹的形态和特征冷裂纹的形态和特征 焊缝区和热影响区都可能产生焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹冷裂纹。冷裂纹的特征是。冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩。最常见的冷

46、裂纹是最常见的冷裂纹是延迟裂纹延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。发生的裂纹。冷裂纹动画仿真冷裂纹动画仿真第第49页页/共共74页页2023/2/162023/2/165050延迟裂纹的产生原因:焊接接头焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重的淬火倾向严重，产生，产生淬火组织，导致接头性能脆化。淬火组织，导致接头性能脆化。焊接接头含氢量较高焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。造成非常大的局部压力，使接头脆化。存在较大的拉应力存在较大的拉应力。因氢

47、的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。纹。第第50页页/共共74页页2023/2/162023/2/165151防止延迟裂纹的措施:选用选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊，提高焊缝金属塑性。缝金属塑性。焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，；除锈，减少氢的来源。减少氢的来源。工件焊前预热，焊后缓冷工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产，可降低

48、焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。采取减小焊接应力的工艺措施采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。层多道焊等。焊后立即进行去氢（后热）处理焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到，加热到250250，保温，保温2 26h6h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊后进行清除应力的退火处理焊后进行清除应力的退火处理。第第51页页/共共74页页2023/2/162023/2/165252气孔焊缝气孔有三种：焊缝气孔有三种：氢气孔 高温时，氢在液体中的溶解度很大高温时，

49、氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。急速下降，析出氢气，产生氢气孔。一氧化碳气孔 当熔池氧化严重时，熔池存在较多的当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温，在熔池温度下降时，将发生如下反应：度下降时，将发生如下反应：FeO+C=Fe+CO 此时，若熔池已开始结晶，则此时，若熔池已开始结晶，则CO将来不及逸出将来不及逸出，便产生，便产生CO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生CO气气孔。孔

50、。第第52页页/共共74页页2023/2/162023/2/165353氮、氢的溶解度变化氮、氢的溶解度变化第第53页页/共共74页页2023/2/162023/2/165454氮气孔氮气孔 熔池保护不好时，熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池空气中的氮溶入熔池而产生。而产生。防止气孔的方法：防止气孔的方法：焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。要清除锈、油和水。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。CO2CO2焊时，采用焊时，采用药芯焊丝。药芯焊丝。采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。采用低碳材