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机械制造基础 第四讲：焊接工艺常识 焊接工艺 永久性连接 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约） 现代工业的基础工艺 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车 基本焊接方法 电弧焊：属于熔化焊 其他焊接方法：压力焊、钎焊 本讲内容 一、电弧焊工艺常识 二、焊条电弧焊 三、特种焊接工艺方法 四、金属材料的焊接性 五、焊接结构设计 六、连接技术 一、电弧焊工艺常识 1、焊接电弧 气体介质中导电现象 焊接电弧的热量 热量来源于 阳极43％ 阴极36％ 弧柱21％ 热量扩散 65％～85％ 加热熔化金属 其余 散失在电弧周围 飞溅的金属液 2、正接和反接 温度： 阳极：2600K 阴极：2400K 电弧中心：6000K－ 8000K 直流焊接 正接法：工件温度高 反接法 交流焊接：两极温度均为2500K 引弧电压：50－90V 电弧电压：16－35V 3、焊接接头的组织与性能 焊接工件上温度的变化与分布 焊接接头组织 4、焊缝 从熔池底向中心凝固 各个方向凝固速度不同 柱状铸态组织 铁素体＋少量珠光体 杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量 焊缝的热影响区 1－融合区 0.1~1mm，关键 2－过热区 脆性比融合区更大 3－正火区 力学性能优于母材 4－部分相变区 比正火区稍差 不同焊接方法热影响区宽度不同 焊后正火改善接头性能 5、焊接应力与变形 极不平衡的热循环过程 应力分布规律 先冷受压，后冷受拉 消除焊接应力 提高母材塑性 避免焊缝交叉 避免焊缝过宽过长 合理焊接顺序 先焊短焊缝 后焊长焊缝 预热焊件、振动焊缝 焊后退火 焊接变形 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形 防止焊接变形 减小焊接应力 提高结构刚度 对称焊缝分布 焊前反变形 防止焊接变形 合理焊接操作 平衡温度分布 利用变形 防止焊接变形 焊后校正 二、焊条电弧焊 焊条电弧焊过程 药皮燃烧： 电弧周围气体：CO2、CO、H2 熔池中熔渣，冷却形成渣壳 保护熔池中的熔化金属 1、电焊条 焊芯 导电和填充焊缝 焊接用钢丝 低碳钢、合金结构钢、不锈钢 药皮 焊接过程顺利进行 焊缝化学成分、力学性能 焊条药皮 作用 提高电弧燃烧的稳定性 防止空气对熔化金属的有害作用 对熔池脱氧、加入合金元素 保证焊缝金属的化学成分和力学性能 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接 焊条药皮的作用 焊条种类 按化学成分分成七大类 碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金 焊条型号 E4303： E碳钢焊条 43：焊缝抗拉43 kgf/mm2 0：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊 03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流 焊条种类 焊条牌号 J422、J507 J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80） 2：药皮和电流种类 焊条种类 按熔渣性质 酸性焊条 酸性氧化物比碱性氧化物多 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件 碱性焊条 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件 焊条选用原则 选择依据：根据焊件 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 结构形状、受力情况、焊接设备条件 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准） 酸性/碱性：根据重要性 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条 2、埋弧焊 埋弧焊特点 大电流（1000A）、生产率高 焊接质量高且稳定 节约金属 热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少 改善劳动条件 无弧光、烟雾 自动化程度高 工艺装备复杂，适合批量生产 焊丝与焊剂 焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 熔炼焊剂、陶质焊剂 埋弧焊工艺 仔细下料、准备（清理）坡口、装配 引弧板与引出板－焊后去掉 防止烧穿－焊剂垫、垫板 环缝焊接 3、气体保护焊－氩弧焊 气体保护焊－CO2保护焊 4、等离子弧焊接与切割 5、焊接自动化 数控轨迹控制 焊接质量监控 焊接机器人 用电弧焊焊接钢板的问题 如图拼焊一张大钢板 焊缝布置合理吗？ 如何改进？ 对称，错开 如何合理安排焊缝顺序？ 先短后长 三、特种焊接工艺方法 简略了解其它焊接方法 电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊 真空电子束焊接、激光焊接 讨论 可以用于焊接的能源形式 1、电阻焊 电阻热 Q=I2Rt 特点 生产率高、焊接变形小 操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接） 设备复杂、耗电量大 接头形式、工件厚度受到限制 点焊、缝焊、对焊 点焊 局部高温焊合 分流现象 焊点的分布最小距离限制 点焊的接头形式 硬规范 软规范 电极压力 表面清洗 接头形式 缝焊 对焊 对焊接头形式 讨论这个问题 铜及铜合金可以