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第三篇 材料的焊接成形工艺 第十章 熔焊工艺 §10-1 概述 一、焊接成形原理及特点 1．成形原理 其过程实质是用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的材料牢固地连接起来——不可拆连接。 2．成形特点 ①可将大而复杂的结构分解为小而简单的坯料拼焊；如：汽车车身的焊装生产过程； ②可实现不同材料间的连接成形；如：气门杆的复合结构 ③特殊结构的生产；如：核电站锅炉——只有焊接 ④结构重量轻 但不可折，更换零件不便，且易产生残余应力、裂纹、夹渣、气孔等。 我国焊接在新中国成立后才发展起来，小到集成电路基片与引脚，大到720吨大型水轮机、工作轮、汽车、飞机、火箭、飞船、卫星等。 二、焊接工艺分类 根据焊接过程的工艺特点，分为： 熔焊、压焊、钎焊及封粘 熔焊： 电弧焊（手弧焊、气体保护焊、埋弧焊） 电渣焊 电子束焊 激光焊 等离子弧焊 压焊： 电阻焊 摩擦焊 超声波焊 爆炸焊 扩散焊 高频焊 锌焊及封粘：软钎焊 硬钎焊 封接 粘接 三、应用 1．金属结构的焊接（如锅炉汽包的焊接结构） 2．机械零件的焊接 如：焊接齿轮 （管板焊接） §10-2 熔焊原理及过程 一、熔焊的本质及特点 ①本质——小熔池熔炼与冷凝，是金属熔化与结晶的过程 （图10-2）熔焊过程示意图 图a 熔池的形成——温度达到材料熔点，母材、焊丝熔化形成溶池 图b 热影响区形成——母材受到热影响，组织和性能发生变化，形成热影响区。 图c 熔池结晶——热源移走后，熔池结晶成柱状晶。 ② 熔池存在时间短，温度高，冶金过程不充分，氧化严重，热影响巨大。 ③冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。 二、熔焊的三要素 合适的热源——能量要集中，温度要高，快速熔化 良好的熔池保护——渣保护、气保护、渣——气联合保护 焊缝填充金属——焊芯、焊丝 （一）热源 1．电弧——两电极之间强烈而持久的气体放电现象 （图10-3）气体放电曲线图 气体放电： 非自持放电 自持放电 暗放电 辉光放电 电弧放电 其中，电弧放电——电压最低，电流最大，温度最高，发光最强，故将此作热源，既安全，加热效率也高。 2．等离子弧 将电弧的弧柱区压缩，使弧柱的能量密度、温度和等离子流速度显著增大→电弧变成等离子弧（图10-5） 温度达24000~50000k 能量密度105~106w/cm2 3．电渣热 金属盐和氧化物熔融时，正负离子产生定向移动而导电，并释放热量（图10-6） 4．电子束 W加热→2600k，产生大量电子 电子加速（160000km/s）→能量密度↑→比电弧能量密度大1000倍→使金属瞬间熔化或气化（图10-7a），穿透能力强，可焊200mn钢板 5．激光束 具有单波长、单色性、方向性强，使金属瞬间熔化或气化，但光热效应只在表层，穿透能力较差（图10-7 b） 焊薄壁件、小件。 （二）熔池的保护 1．渣保护（图10-8） 熔池上覆盖一层熔渣 防止金属氧化、吸气 （使熔池与空气隔离） 向熔池过渡合金元素，提高焊接性能 减少散热，提高生产率 2．气保护（保护熔池和熔滴） 惰性气体，高温下不分解（氩气），或是低氧化性的不溶于液态金属的双原子气体（如CO2）（图10-9） 3．渣——气联合保护 渣保护和气保护联合作用（图10-10） 如：焊条的药皮及二氧化碳加药芯 造渣剂、造气剂 单-CO2气保护易产生飞溅、气孔和合金元素氧化烧损。 （三）填充金属——焊芯与焊丝 焊缝较宽时，采用焊丝补充填满焊缝 为提高性能，用焊丝和焊芯（填充金属）过渡合金元素 常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝、不锈钢丝 （表10-5）焊条钢芯牌号及应用 （表10-6）焊丝牌号、特点及应用 H——焊接用钢丝，后面两位数字，含C万分之一，A：高级优质钢 E：特级优质钢 §10-3 焊接接头的组织与性能 一、焊接热循环 在焊接加热和冷却过程中，焊缝及其附近的母材上某点的温度随时间变化的过程，称焊接热循环。 （图10-11）焊接热循环特征。 *焊接热影响区——受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域称焊接热影响区 *焊接接头的组成：焊缝区 热影响区 二、焊缝的组织和性能 小熔池炼钢→冷却快→化学成分控制严格→焊缝金属的强度与母材相当（等强度） 一次结晶——从熔池液态金属凝固为焊缝金质的结晶过程 如：低碳钢一次冷却结晶→奥氏体 二次结晶——其后的冷却过程中固态的焊缝金属