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（图1.5.89）
第三章 焊接
焊接：永久性连接金属材料的工艺方法。
实质：利用加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间的扩散和结合，使分离的金属牢固地连接起来。 焊接
特点：下料阶段：化大为小 拼大成小
化复杂为简单 拼简单成复杂
§3.1常用焊接方法
（一）焊接性 一、焊接性概念
金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 焊接性内容：
（1）工艺焊接性，是指焊接接头产生缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；
（2）使用焊接性，是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其它特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。 二、焊接性的估算方法
碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式：
式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量的百分数。
当Ceq<0.4%时，塑性良好，热影响区淬硬和冷裂倾向小，焊接性优良，经验：一般焊件不会产生裂纹。
当Ceq=0.4~0.6%时，塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显，焊接性较差。焊前适当预热，焊后缓慢冷却。
当Ceq>0.6%时，钢材塑性较差。淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。
（二）常用焊接方法
一、埋弧焊（熔剂层下焊接）
1.埋弧焊过程（原理见图6.4）：
在焊缝处堆放焊剂→焊丝送入电弧区→选定的弧长→电弧燃烧→焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）
工件 熔化→较大体积熔池→焊缝
焊丝 可达20cm3
→ 焊剂熔化→熔渣→保护焊缝
焊剂蒸发→熔渣泡→ 隔绝空气，防止熔滴外溅 减少电弧热能损失，阻止
图6.4 埋弧焊原理
弧光四射
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Ceq?C?Mn6?Cr?Mo?V5?Ni?Cu15(%)2.埋弧焊特点：
①生产效率高。焊接电流可达1000A以上（是焊条电弧焊的6～8倍），焊接速度快。生产率提高5~10倍（不必更换焊条头）。
②焊接质量好且稳定。焊剂供给充足，电弧区保护严密。熔池保持液态时间长，冶金过程比较充分，气体及杂质易于浮出。焊接参数可自动控制调整。
③节省金属材料。埋弧焊热量集中，焊件熔深较大，可以不开坡口或开小坡口，减少了焊丝的填充量，节省因开坡口而消耗掉的焊件材料。金属飞溅小，无焊条头。
④改善了劳动条件。看不到弧光，烟雾也少，可自动控制。 3.埋弧焊的焊丝与焊剂
焊丝作用相当于焊药，焊剂作用相当于焊条药皮。 焊剂按照制造方法可分为熔炼焊剂、陶质焊剂。 熔炼焊剂不易吸收水分，适用于焊接不同的金属
陶质焊剂容易吸潮，容易向焊缝金属补充或添加合金元素。 4.埋弧焊工艺：
（1）工件的下料仔细、准备坡口和装配（点焊固定） （2）焊缝两侧50～60mm以内，去除油污、铁锈
（3）工件厚，S<20～25mm时单面焊，S>20～25mm时，双面焊（或开坡口单面焊接）
（4）焊接前在焊缝两端焊上引弧板与引出板，（图6.5）（保证引弧处和断弧处质量）
（5）防止烧穿和保持焊剂，焊接第一条焊道时，在焊缝下面放置焊剂垫和垫板（图6.6）
（6）大直径（＞250mm）筒体环焊缝时，防止熔池金属流失，焊丝位置应逆旋转方向偏离焊件中心线一定距离α，（图6.7）。其大小视筒体直径与焊接速度等而定。
二、气体保护焊
1.氩弧焊：以氩气（惰性气体）作为保护气体的电弧焊。
（1）不熔化极氩弧焊：电极：铈钨棒，较厚工件需填充焊丝（图6.8a）焊接厚度6mm以下的工件
（2）熔化极氩弧焊：连续送进焊丝（电极），不需填充金属，可用较大电流，焊接厚度为25mm以下的工件，图6.8(b)
（3）钨极脉冲氩弧焊（不熔化极氩弧焊的一种）
常用于薄板、管材和易淬火钢、高强钢 氩弧焊特点及使用范围：
（1）电弧燃烧稳定，飞溅小，焊缝致密、图6.8 氩弧焊示意图 成形美观，焊接质量好；
（2）有气体保护，明弧可见，便于操作。
（3）热量集中，焊接速度快，焊接热影响区较窄，工件变形小。 （4）适用于各类合金钢、不锈钢、有色金属（铝、镁、钛等），稀有金属（锆、钼、钽等）的焊接。
2.二氧化碳（CO2）气体保护焊：利用CO2作为保护气体的电弧焊。 （1）原理：图6.10
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焊丝经软导管、导电嘴送出→从喷嘴中喷出CO2气体→保卫焊丝端部及熔池 （引燃电弧）
（2）特点： ①成本低。（成本仅是埋弧焊和焊条电弧焊的40%左右）
②生产率高。（比焊条电弧焊提高1~4倍，没有渣壳，自动焊丝）
③操作性能好。（明弧焊接，方便操作，适合于各种位置的焊接）
④质量较好。（热量集中，热影响区较小，变
图6.10 CO2气体保护焊
形和产生裂纹的倾向性小）
缺点：CO2气体有氧化作用，应使用含锰、硅
较高的焊丝或含有相应合金元素的合金焊丝。熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑，容易产生气孔。
应用：造船，机车车辆，汽车，农业机械，主要用于焊接30mm以下厚度的低碳钢和部分低合金结构钢焊接。 三、等离子弧焊剂与切割
等离子弧：自由电弧经“压缩效应”压缩，弧中气体完全电离，形成温度更高的等离子弧。
原理：图6.11 在钨极和工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成电弧。
1.机械压缩效应：电弧经细孔喷嘴被强制压缩
2.热压缩效应：氩气或氮气流（冷气流）包
图6.11 等离子弧发生装置原理图
围电弧→弧柱外围强烈冷却→带电粒子流向弧柱中心集中。
3.电磁压缩效应：带电粒子流自身磁场→磁场力→粒子流互相靠近 特点：（1）能量密度大，温度高（可达16000K），穿透能力强，效率高
（2）电流很小时（0.1A），电弧仍很稳定，可焊很薄的箔材 应用：铜合金，合金钢，钨，钼，钴，钛等金属焊件
§3.2其他常用焊接方法
一、电阻焊
利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊件局部加热刀塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。
焊件接触处 电阻热 塑性变形或熔化 压力 焊点 1.点焊：利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点的焊接方法，如图6.21所示。
过程：柱状电极压紧在工件上→接通电流→接触处温度升高熔化（液态熔核）→断电→继续保持压力或加大压力→液态熔核在压力下凝固结晶，形成焊点
图6.21 点焊示意图
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当焊接下一个焊点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称为分流现象，因此两个相邻焊点之间应有一定距离。
S↑，导电性↑，分流现象越严重，点间距↑ 接头形式：搭接接头 图6.22
应用：S<4mm的薄板冲压结构及线材的焊接，制造汽车、车厢，飞机等薄壁结构及罩壳和轻工、生活用品等。
2.缝焊
原理：用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，精确控制通、断电时间，形成连续重叠焊点，图6.23
特点及应用：（1）分流现象严重，电流约为点焊时的1.5~2倍
（2）密封性好，用于制造有密封性要求的薄壁结构，如油箱、小型容器和管道等。只适用于厚度在3mm以下的薄板结构。
3.对焊：利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法。 （1）电阻对焊：两个工件接头平滑→施加预压力→端面紧密接触，压紧→ 通电→产生电阻热使工件接触处迅速加热到塑性状态→接头产生塑性变形而焊接起来。（图6.24a）
端面清洁，光滑，无毛刺，用于焊接断面简单，直径小于20mm和强度要求不高的工件。
（2）闪光对焊：先通电，接头不平，点接触，接触点金属迅速熔化，蒸发。在蒸汽压力和电磁力作用下，液体金属发生爆破，以火花形式从接触处飞出而形成“闪光”。继续送进工件，保持一定闪光时间，待焊件端面全部加热熔化时，迅速对焊件施加顶镦力，并切断电源，焊件在压力作用下产生塑性变形而焊在一起。图6.24（b）
闪光对焊焊件接头质量好，强度高，但金属损耗较大，常用于重要工件的焊接。
接头形式：对接接头，图6.25，接头断面尽量相同。
广泛用于刀具、钢筋、锚炼、自行车车圈。钢轨和管道的焊接。
二、钎焊：利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，加热时钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。
1.原理：表面清理好的焊件→搭接形式接头→钎料放在接头的间隙附近或接头的间隙中→加热T>T钎料熔点，钎料熔化（工件不熔化）并渗入到接头间隙中→液态钎料与工件金属相互溶解扩散→冷凝后即形成钎焊接头。
2.分类:
硬钎焊：钎料熔点高于450°C，焊接接头强度在200MPa以上。
常用钎料有镍基、铝基、银基和铜基等
硬钎焊主要用于受力较大的钢铁铜合金结构件、工具以及刀具的焊接。 软钎焊：钎料熔点低于450°C，焊接接头强度一般不超过70MPa。
常用钎料是锡铅合金，所以通称锡焊。 主要用于受力不大的常温工作的仪表、导
电元件的连接。
3.接头形式：图6.28
板料搭接和套接。接头有较大钎接面，间隙适当。 钎剂：去除钎料及被焊金属表面的氧化膜、油污，
图6.28 钎焊的接头形式
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