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金属工艺学 安 农 大 工 学 院 第四篇 焊接 一、概念 焊接是两种或两种以上的材料（同种或异种）通过原子或分子之间的结合和扩散造成永久性联接的工艺过程。 二、分类 1.熔化焊：将工件焊接处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离的整体。 2. 压力焊： 在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法。 3.钎焊 ：采用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）熔化之后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。钎焊过程中被焊工件不熔化，且一般没有塑性变形。 三、生产特点 1.节省金属材料，结构重量轻。 2.以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺，获得最佳技术经济效果。 3.焊接接头具有良好的力学性能和密封性。 4.能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。 四、应用： 焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。 第一章 电弧焊 第二章 其它常用焊接方法 第三章 常用金属材料的焊接 第四章 焊接结构设计 第一章 电弧焊 电弧焊：是利用电弧热来局部熔化被焊工件及填充金属，然后凝固成坚实接头的焊接方法。 电弧焊是现代焊接方法中应用最为广泛、最为重要的一类焊接方法。电弧焊在焊接生产劳动总量中所占比例一般在60%以上。 第一节 焊接电弧 一、实质 电弧实质上是在一定条件下电荷通过两电极之间的气体空间的一种导电现象，或者说是在两电极之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。 二、产生过程 引燃焊接电弧时，通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生短路，形成电弧。这种方式称为接触引弧。电弧形成后，只要电源保持两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧。 焊接电弧分为阳极区、阴极区和弧柱区，如下图所示。一般情况下，阳极获得的能量略多于阴极。电弧中阳极区和阴极区的温度因电极材料不同而有所不同。一般来说，电弧中心区温度最高。 三、接线方法 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定差异，因此使用直流电源焊接时，有正接和反接两种接线方法。 正接是将工件接到电源的正极，焊条（或电极）接到负极；反接是将工件接到电源的负极，焊条（或电极）接到正极。如下图所示。正接时工件的温度相对高一些。 如果焊接时使用的是交流弧焊机，则两极加热温度一样，因而不存在正接和反接问题。 第二节 焊接接头的组织与性能 一、焊接接头的组织与性能 1.焊缝 因结晶时各个方向的冷却速度不同，从而形成柱状的铸态组织，由铁素体和少量珠光体组成。 焊接时，晶粒有所细化，同时由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属的性能可能不低于母材金属的性能。 2.焊接热影响区 焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。由于焊缝附近各点受热情况不同，热影响区可分为： （1）熔合区：是焊缝和基体金属的交界区，也称半熔化区。因其强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，易引起应力集中，故熔合区对焊接接头性能影响不利。 （2）过热区：塑性及韧性降低，故对焊接接头性能也有不利影响。 （3）正火区：冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。 （4）部分相变区：力学性能比正火区稍差。 焊接热影响区的大小和组织性能变化的程度，决定于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。 同一焊接方法使用不同焊接参数时，热影响区的大小也不相同。在保证焊接质量的条件下，增加焊接速度或减少焊接电流都能减小焊接热影响区。 第三节 焊接应力与变形 一、焊接应力的产生与防止 焊缝是靠一个移动的点热源加热，然后逐次冷却下来形成的。 当焊缝及其相邻区金属处于加热阶段时都会膨胀，但受到焊件冷金属的阻碍，不能自由伸长而受压，形成压应力。该压应力使处于塑性状态的金属产生压缩变形。 随后再冷却到室温时，其收缩又受到周边冷金属的阻碍，不能缩短到自由收缩所应达到的位置，因而产生残余拉应力（焊接应力）。 下图为平板对接焊缝和圆筒环形焊缝的焊接应力分布状况。 分布规律：高温处受拉，低温处受压；中心受拉，边缘受压。 焊接应力的存