焊接及结构设计（其它常用焊接方法）

,第四篇 焊接,第二章 其它常用焊接方法,第一节 电阻焊,电阻焊：,利用电流所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头。,电阻焊的特点：,焊接电压低（,1,12,伏特），焊接电流大（几千几万安培），热量集中，焊接变形小，不需要充填金属，操作简单，易于实现机械化和自动化。,不足之处：,设备费用高，一些形状复杂的工件需要用特殊装备，如专用夹具等。,电阻焊可分为,点焊、缝焊、对焊,。,第一节 电阻焊,一、点焊,将工件装配成搭接接头，并紧压在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成一个焊点的电阻焊方法，如图,4-25,所示。,图,4-25,点焊示意图,第一节 电阻焊,点焊的,主要焊接参数是电极压力、焊接电流和通电时间,。,点焊时会发生点焊分流现象，故,焊点间距不宜过小,。,主要用于厚度,4mm,以下的,薄板焊接,。,点焊的接头形式如图,4-26,所示，,焊接前应清理,。,图,4-26,点焊的接头形式,第一节 电阻焊,二、缝焊,采用滚盘作电极，边焊边滚，相邻两个焊点重叠一部分，形成一条有密封性的焊缝。焊接原理如图,4-27,所示。,焊接分流现象较严重，约为点焊的,1.5,2,倍。,主要用于,3mm,以下,的薄板件、焊缝规则的密封结构的焊接。,图,4-27,缝焊示意图,第一节 电阻焊,三、对焊,对焊是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。,分为电阻对焊和闪光对焊。焊接原理如图,4-28,所示。,主要用于刀具、管子、钢筋、钢轨、锚链、链条等的焊接。,图,4-28,对焊示意图,第一节 电阻焊,（,1,）电阻对焊,先加预压，,使两端面压紧，再通电加热，使待焊处达到塑性温度后，再断电、加压顶锻，产生一定塑性变形而焊合。适于截面简单、直径小于,20mm,和,强度要求不高的杆件,。,（,2,）闪光对焊,先加电压，,移动焊件微接触，触点金属迅速熔化、蒸发、爆破（闪光）；经多次闪光后，端面达到半熔化状态，并将表面氧化物清除，最后断电加压顶锻，形成焊接接头。,对焊断面均匀加热，其焊接质量较高。,第一节 电阻焊,闪光对焊常用于重要零件焊接，也可焊接,异种金属的焊接,（铝铜、铝钢等）。工件直径可小到,0.01mm,的金属丝，也可以是截面大到,20000,平方毫米的金属棒和金属型材。,图,4-29,是推荐的几种对焊接头形式。,图,4-29,对焊接头形式,第二节 摩擦焊,摩擦焊,是利用工件接触端面相对旋转运动中摩擦产生的热量，同时加压顶锻而进行焊接的方法，图,4-30,是摩擦焊示意图。,图,4-30,摩擦焊示意图,第二节 摩擦焊,摩擦焊特点及应用：,（,1,）接头氧化膜与杂质被清除，不易产生气孔、夹渣等缺陷，因此组织致密，接头质量好且稳定；,（,2,）焊接操作简单，不需焊接材料，容易实现自动控制，生产率高；,（,3,）可焊接的金属范围较广,可焊同种金属或,异种金属,；,（,4,）设备简单、电能消耗少,(,只有闪光对焊的,1/15,1/10,）；,摩擦焊用于,圆形工件、棒料及管类件,的焊接，可焊实心工件的直径为,2,100mm,，管类件外径可达,150mm,。,第二节 摩擦焊,摩擦焊接头形式：,接头一般是等截面，也可为不等截面，,但其中一个必须为圆形或管状,，如图,4-31,所示。,4-31,摩擦焊接头形式,第三节 钎焊,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工件连接起来的焊接方法。,钎焊的过程：,当工件与钎料被加热到稍高于钎料的熔点温度后，钎料熔化,(,此时工件不熔化），借助,毛细管作用,使钎料被吸入并充满固态工件间隙，液态钎料与工件金属相互扩散，冷凝后即形成钎焊接头。,分类：,根据钎料熔点的不同，钎焊可分为硬钎焊与软钎焊两类。,第三节 钎焊,一、 软钎焊,钎料熔点在,450,0,C,以下的钎焊,；接头强度不超过,75MPa,，常用锡铅钎料。其接头强度低，工作温度低，具较好的焊接工艺性。,广泛用于,电子线路的焊接,。,二、 硬钎焊：,钎料熔点在,450,0,C,以上的钎焊,。接头强度,200MPa,以上，常用铜基、银基和镍基钎料；,银基,钎料具有较低熔点、较高强度、良好导电性和耐蚀性；,镍铬合金钎料,用于钎焊耐热的高强度合金与不锈钢，焊接温度,1000,0,C,，工艺要求很严。,广泛用于受力较大的,钢铁和铜合金构件,的焊接以及,工具、刀具焊接,。,第三节 钎焊,钎焊的加热方式有：,火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热和烙铁加热,。,钎焊构件的接头形式都,采用板料搭接和套件镶接,，如图,4-32,所示。接头都有,较大的钎接面,，钎焊接头间隙一般取,0.05,0.2mm,。,图,4-32,钎焊的接头形式,第三节 钎焊,钎焊特点及应用,1,）采用低熔点的钎料作为填充金属，钎料熔化，母材不熔化；,2,）工件加热温度较低，接头组织、性能变化小，焊件变形小，接头光滑平整，焊件尺寸精确；,3,）,可焊接差异很大的异种金属,，焊件厚度不受限制；,4,）整体进行钎焊时，可同时钎焊多条接缝组成的复杂形状构件；,5,）设备简单，生产投资费用少。,钎焊主要用于制造精密仪表、电气部件、异种金属构件及复杂薄板结构,(,如夹层结构、蜂窝结构等,),，还用于各类导线与,硬质合金刀具,。,第四节 真空电子束焊接,真空电子束焊接（动能热能）：,利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或,非真空中,的工件所产生的热能进行焊接的方法，如图,4-33,所示。,真空电子束焊接的能量密度比普通电弧焊大,1000,倍左右，解决了,稀有金属,的焊接问题。,图,4-33,真空电子束焊接示意图,第四节 真空电子束焊接,真空电子束焊接特点及应用：,1,）金属无氧化、氮化、无金属电极玷污，焊缝质量好；,2,）焊缝深而窄,(,焊缝宽深比可达,1:20),，能单道焊厚件；,3,）焊接热影响区很小，基本上不产生焊接变形，可对精加工零件焊接；,4,）接头要加工得平整洁净，没有间隙；,5,）焊接过程的控制灵活，适应性强；,微型电子线路组件、真空膜盒、钼箔蜂窝结构、原子能燃料原件、导弹壳体等。,第五节 激光焊接,激光焊接,如图,4-34,所示。,脉冲激光,脉冲能量为,10J,左右，时间一般不超过,10ms,，主要,用于厚度小于0.5mm的金属箔材或直径小于0.6mm的金属线材的焊接,。,连续激光焊接,（,C0,2,气体）输出功率已达几十千瓦，可焊接不锈钢、硅钢、铜、镍、钛等金属及其合金。,图,4-34,激光焊接示意图,第五节 激光焊接,激光焊接特点如下：,（,1,）激光辐射放出能量极其迅速，生产率高，被焊材料不易氧化（在大气中焊接，不需真空环境或气体保护）；,（,2,）能量密度很高、热量集中、作用时间很短，所以焊接热影响区极小，工件不变形，,特别适用于热敏材料的焊接；,（,3,）焊接难以接近或无法安置的焊点（光路聚焦或光导纤维引导）；,（,4,）可对绝缘材料焊接；,（,5,）,焊接异种金属比较容易，甚至能把金属和非金属焊接在一起。,第五节 激光焊接,激光焊接,(,主要是脉冲激光点焊,),特别适合,微型、精密、排列非常密集和热敏感材料,的工件，微电子元件的焊接,(,如集成电路内外引线焊接，微型继电器、电容器、石英晶体的管壳封焊，仪表游丝的焊接），但激光焊接的操作和维护的技术要求较高。,第六节 高频焊,高频焊：,利用高频电流,(10,500kHz),所产生的电阻热，使工件实现连接的一种焊接方法。高频焊是电阻焊的一种，但焊接电流仅在工件上平行于接头连接面流动。,集肤效应：,向导体通以交流电流时，电流密度由导体表面向中心逐次减小，电流中的大部分仅沿着导体表层流动的一种现象。,邻近效应：,当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流集中流动于导体邻近侧的一种奇异现象。如图,4-35,所示。,第六节 高频焊,图,4-35,用邻近导体控制高频电流流动的路线,第六节 高频焊,高频焊,就是利用,集肤效应,和,邻近效应,，使工件表层金属得以快速加热，从而实现相互连接，如图,4-36,所示。,图,4-36,长度较小零件的高频焊原理,第六节 高频焊,当工件很长时，就要采用,形张角，典型的应用实例就是各种管材和型材的高频焊接，如图,4-37,所示。,图,4-37,材型及管材的高频焊模式,第六节 高频焊,高频焊接特点如下：,（,1,）接焊速度高，而焊速可高达,150 m/min,甚至,200 m/min,；,（,2,）热影响区小，不易发生氧化；,（,3,）焊前可不清除表面氧化膜及污物；,（,4,）焊接的金属种类广泛，产品的形状规格多；,（,5,）高压部分对人身和设备有威胁。,高频焊在管材制造方面获得了广泛应用，如各种材料的有缝管、异型管、散热片管等，以及各种断面的型材或双金属板和一些机械产品，如汽车轮圈、汽车车厢板、工具钢与碳钢组成的锯条等。,第七节 电渣焊,电渣焊：,电渣焊是利用电流通过熔渣产生的电阻热熔化母材与电极（填充金属）的一种焊接方法。,电渣焊的特点,:,1,）可一次,焊成很厚的焊缝,；,2,）生产率高，焊接材料消耗少，不需开坡口；,3,）焊缝金属较纯净，渣池覆盖住熔池，保护良好，有利于气体和杂质浮出；,4,）接头在高温下停留时间长，过热区大，接头金属组织粗大，焊后应进行,正火处理。,第七节 电渣焊,电渣焊按电极形状可分为丝极电渣焊、板极电渣焊、熔嘴电渣焊和熔管电渣焊。其中丝极电渣焊过程如图所示。,焊接过程,为先引弧，形成渣池，电弧过程变为电渣过程，熔化金属凝固成形。,电渣焊主要用于焊接厚度,大于,40mm,的,碳钢、合金钢和不锈钢,等。,图,4-38,电渣焊过程示意图,第八节 堆焊与喷涂,一、堆焊,为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件,表面获得具有特殊性能的熔敷金属,的焊接。有振动电弧堆焊、等离子弧堆焊、气体保护堆焊和电渣堆焊等。,堆焊加工的特点与应用：,（,1,）修复零件，可节省材料、费用、工时，延长零件使用寿命；,（,2,）堆焊层的特殊性提高零件表面耐磨、耐热、耐蚀等性能；,（,3,）具有明显的异种金属焊接特点，对焊接工艺及其参数要求较高。,堆焊应用于机械产品的制造和维修，在冶金机械、重型机械、汽车、动力机械、石油化工设备等领域有广泛应用。,第八节 堆焊与喷涂,二、喷涂,将金属粉末或其他物质熔化，并用压缩空气将其以雾状喷射到工件的表面上，形成覆盖层的工艺方法。喷涂使材料表面具备,防腐、导电、耐蚀、耐热、外形美观,。,喷涂加工的特点：,（,1,）加热温度较低，工件表面温升较小，对工件组织和性能影响小；,（,2,）可喷涂加工的对象广泛，金属和大部分非金属均可；,（,3,）操作工艺过程简单，零件大小不受限制。,第八节 堆焊与喷涂,常用喷涂的,热源,为,氧乙炔、电弧、等离子弧、电子束、激光束,等；,喷涂材料,可为金属以及各种合金、金属氧化物、碳化物、非金属陶瓷、塑料等。如火焰线材喷涂原理如图,4-39,所示。,图,4-39,火焰线材喷涂,第三章,常用金属材料焊接,第一节 金属材料的焊接性,第一节 金属材料的焊接性,焊接性,指在一定焊接工艺条件下，表现出来的焊接难易程度。,金属材料的焊接性不是一成不变的，如钛的手工电弧焊接性极差，但氩弧焊则好。,焊接性包括两个方面：,1,）,工艺焊接性,：,形成焊接缺陷的敏感性；,2,）,使用焊接性：,焊接接头对使用要求的适应性，包括力学及其他特殊性能（如耐热、耐腐蚀性等）。,第一节 金属材料的焊接性,金属焊接性的估算方法：,碳当量法,用于估计,碳钢和低合金结构钢,的焊接性能，其计算公式如下：,碳当量越高，焊接性越差，一般地,w,（,C,）,当量,0.6%,时，,焊接性差，需较高温度的预热和其他的工艺措施。焊后进行适当热处理。,第二节 碳钢的焊接,第二节 碳钢的焊接,一、低碳钢的焊接,低碳钢的含碳量,0.25,，一般没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感，焊接性好。通常不需要采取特殊的工艺措施，也不需进行焊后热处理。,当,厚度大于,50mm,时，常用,大电流多层焊,，一般焊前进行预热，焊后进行消除内应力退火。,低碳钢可以用各种焊接方法进行焊接，常用,焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电阻焊。,第二节 碳钢的焊接,二、中、高碳钢的焊接,随着含碳量的增加，淬硬倾向越加明显，焊接性逐渐变差。实际生产中，主要为中碳钢铸件和锻件的焊接。,中碳钢的焊接特点：,1,）热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹；,2,）焊缝金属产生热裂倾向较大；,因此，焊前必须进行预热（如,35,钢和,45,钢的预热温度为,150,250,o,C,），焊后进行相应的热处理。,第二节 碳钢的焊接,中碳钢主要用于制造各类,机器零件,，焊缝一般有一定的厚度，但长度不大，因此多采用,焊条电弧焊,。,焊接中碳钢工件，应选用抗裂能力较强的,低氢焊条,。并采用,细焊条、小电流、开坡口进行多层焊,，以防止工件材料过多地熔入焊缝，同时减小热影响区的宽度。,高碳钢,的焊接特点与中碳钢基本相似，焊接性能更差，因此应采用更高的预热温度、更严格的工艺措施。,实际上，高碳钢的焊接一般只限于利用,焊条电弧焊,进行,修补,工作。,第三节 合金结构钢的焊接,第三节 合金结构钢的焊接,用于,机械制造,的合金结构钢零件一般采用轧制或锻造坯料，焊接结构较少。焊接性能与中碳钢基本相似。,强度级别低的焊接性好，强度级别较高的焊接性较差。常用,焊条电弧焊,和,埋弧焊,。,消氢处理：,焊后立即将工件加热到,200,350,o,C,，保温,2,6h,。,消氢处理一般在,热处理前,进行，以加速氢逸出，防止因氢引起的冷裂纹。,第四节 铸铁的补焊,第四节 铸铁的补焊,铸铁的焊接性能,很差,，其焊接特点有：,1,）溶合区易产生白口组织；,2,）易产生裂纹；,3,）易产生气孔；,4,）铸铁的流动性好，一般只能平焊。,因此设计和制造焊接构件时,不应该采用铸铁。铸铁的焊接主要用于,补焊,。,第四节 铸铁的补焊,铸铁的焊接采用,焊条电弧焊,和,气焊,，按焊前是否预热，分为热焊和冷焊法：,热焊法：,预热到,600,700,，补焊后缓慢冷却。补焊质量较好,焊后可进行机械加工，如床头箱、气缸体等。,冷焊法：,不预热或预热,400,以下，主要依靠焊条来调整焊缝的化学成分，并尽量采用,小电流、短弧、窄焊缝、短焊道,（不大于,50mm,），焊后,及时锤击,。,第五节 非铁金属及合金的焊接,第五节 非铁金属及合金的焊接,一、铜及铜合金焊接,铜及铜合金的焊接比低碳钢,困难,很多：,1,）导热性好（紫铜为低碳钢的,8,倍），热容量大，易产生焊不透现象；,2,）膨胀系数大，凝固收缩率大，焊接变形、应力大；,3,）吸气性强，特别易吸收氢气；,4,）铜在高温易氧化，引起热裂纹；,5,）铜合金中的合金元素易氧化和蒸发，如氧化锌易引起中毒，氧化铝易引起气孔和夹渣。,第五节 非铁金属及合金的焊接,铜及铜合金的焊接常采用,氩弧焊、气焊和钎焊,，其中氩弧焊主要用于焊接紫铜和青铜，气焊主要用于焊接黄铜件。,焊接时可采取如下措施：,1,）严格控制母材和填充金属的有害成分，可采用脱氧铜；,2,）清除焊件、焊丝等表面上的油、锈和水分，减少氢的来源；,3,）焊前预热，焊后再结晶退火。,第五节 非铁金属及合金的焊接,二、铝及铝合金焊接,铝及铝合金的焊接也比较,困难,：,1,）极易生成氧化铝（熔点高、致密、密度大），易形成夹渣缺陷；,2,）导热系数、膨胀系数较大，易产生焊接变形及应力；,3,）液态铝吸收大量氢气，固态铝几乎不能溶解氢气，易产生气孔；,4,）高温时强度和塑性很低，易产生焊缝塌陷；,铝及铝合金的焊接常采用,氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊,，其中氩弧焊是较好的方法，但要求氩气的纯度,99.9,以上。,第五节 非铁金属及合金的焊接,三、钛及钛合金,1,）焊接时易吸收气体，使接头变脆；,2,）易产生裂纹。,钛及钛合金焊接常采用氩弧焊、等离子弧焊、真空电子束焊、点焊。,第六节 焊接结构件材料的选择,第六节 焊接结构件材料的选择,焊接结构在选材时，总的原则是在满足使用性能的前提下，应考虑：,1,）选用焊接性好的材料，如低碳钢和低合金钢；,2,）选用不同材料时，要考虑其焊接性的差异；,3,）对焊接性较差的材料可采用预热和焊后热处理；,4,）尽量采用型材，如工字钢、槽钢、角钢等，如图,4-40,所示。,第六节 焊接结构件材料的选择,(a),用四块钢板焊成,（,b),两用根槽钢焊成,(c),用两块钢板弯曲后焊成,(d),容器上的铸钢件法兰,(e),冲压后焊接的小型容器,图,4-40,理合选材与减少焊缝,第六节 焊接结构件材料的选择,表,4-7,常用金属材料的焊接性,第六节 焊接结构件材料的选择,续上表,第四章,焊接结构设计,第六节 焊接结构的工艺设计,一、焊缝的布置,（,1,）,焊缝尽量分散：,焊缝密集或交叉，会造成金属过热，加大热影响区，使组织恶化。焊缝间距,3,或,100mm,。,第一节 焊接结构的工艺设计,图,4-41,焊缝分散布置设计,第六节 焊接结构的工艺设计,（,2,）,焊缝尽量对称分布：,减小变形。,图,4-42,焊缝对称布置设计,第六节 焊接结构的工艺设计,（,3,）焊缝布置应尽量避开最大应力位置或应力集中位置,图,4-43,焊缝避开最大应力断面与应力集中位置的设计,第六节 焊接结构的工艺设计,（,4,）焊缝布置应避开机械加工表面,图,4-44,焊缝远离机械加工表面的设计,第六节 焊接结构的工艺设计,（,5,）焊缝布置便于焊接操作,图,4-45,焊缝位置便于电弧焊操作的设计,第六节 焊接结构的工艺设计,图,4-46,焊缝便于埋弧焊的设计,4-47,便于点焊及缝焊的设计,第六节 焊接结构的工艺设计,二、接头形式的选择与设计,1,、接头形式,（,1,）对接接头形式：,受力比较均匀，为最常用的接头形式，重要的受力焊缝应尽量选用，如图,4-48,所示。,（,a,）,I,形坡口,（,b,）,Y,形坡口,（,c,）双,Y,形坡口,（,d,）带钝边,U,形坡口,4-48,对接接头形式,第六节 焊接结构的工艺设计,（,2,）角接接头形式：,受力比较复杂，如图,4-49,所示。,（,a,）,I,形坡口,（,b,）带钝边单边,V,形坡口,（,c,）带钝边双单边,V,形坡口,（,d,）,Y,形坡口,图,4-49,角接接头形式,第六节 焊接结构的工艺设计,（,3,）,T,形接头：,受力比较复杂，如图,4-50,所示。,（,a,）,I,形坡口,（,b,）带钝边双单边,V,形坡口,图,4-50 T,形接头形式,第六节 焊接结构的工艺设计,（,4,）搭接接头：,两工件不在同一平面，受力时产生附加弯矩，而且金属消耗量也大，,一般不选用,；但搭接接头不用开坡口，在使用要求较低的场合，搭接接头省工省时，如图,4-51,所示。,图,4-51,搭接接头,形式,塞焊,第六节 焊接结构的工艺设计,（,5,）盖板接头：如图,4-52,所示,图,4-53,卷边,接头,形式,4-52,盖板接头形式,（,6,）卷边接头：,如图,4-53,所示。,第六节 焊接结构的工艺设计,二、焊接接头坡口形式设计,开坡口的目的是使,接头根部焊透,，使焊缝,成形美观,，通过控制坡口大小调节母材金属和填充金属的比例。加工方法有气割、切削加工等。坡口形式主要取决于,板料厚度,。,（,1,）焊条电弧焊对,1,6mm,板材对接接头施焊，可不开坡口；,（,2,）,Y,形坡口和,U,形坡口用于单面焊，焊接性较好，但变形大；,（,3,）双,Y,形坡口双面施焊，受热均匀，变形小，焊条消耗较小；,（,4,）,V,形坡口主要用于,T,形接头和角接接头。,第六节 焊接结构的工艺设计,三、焊接接头过渡形式设计,不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表,4-8,所示。,表,4-8,不同厚度金属材料对接时允许的厚度差,图,4-54,不同厚度金属材料对接的过渡形式,第六节 焊接结构的工艺设计,（,a,）角接接头,（,b,）,T,形接头,图,4-55,不同厚度的角接与,T,形接头的过渡形式,第六节 焊接结构的工艺设计,四、其他焊接方法的接头与坡口形式,埋弧焊：,与焊条电弧焊基本相同。但电流大、熔深大，所以当,12mm,时，可不开坡口；当,24mm,时，可不开坡口双面焊接；其余按国标选定。,气焊,：,由于火焰温度低,，,T,形接头和搭接接头很少采用,，,一般多采用,对接接头,和,角接接头,。,第七节 焊接实例,例题,图,4-56,所示为低压储气罐，壁厚为,8mm,，压力为,1.0MPa,，常温工作，压缩空气，大批量生产。,图,4-56,低压储气罐,第七节 焊接实例,结构分析：,筒体由筒节、封头焊合。整个结构由筒体再加四个法兰管座焊合而成，如图,4-57,所示。,图,4-57,低压储气罐结构,筒节、封头、法兰选用普通碳素结构钢（,Q235A,），短管选用优质碳素结构钢（,10,号钢）。,第七节 焊接实例,焊接接头、坡口形式：,1,）筒节纵焊缝与环焊缝采用对接,I,型坡口双面焊；选用埋弧焊；,2,）法兰与短管采用不开坡口角焊缝，选用手工电弧焊；,3,）法兰管座与筒体采用开坡口角焊缝，选用手工电弧焊。,图,4-58,低压储气罐焊接接头形式,第七节 焊接实例,图,4-59,低压储气罐主要工艺流程,第五章,焊接过程自动化,第一节 计算机辅助焊接技术,图,4-60,计算机辅助焊接技术示意图,第二节 焊接机器人,图,4-61,日本,OTC,焊接机器人,下载作业：,jxzzjc123,，,密码,:jxzzjc12345,；,公共邮箱,网盘我的文件夹,