机械工业出版社 金属工艺学 第八章 焊接

第八章 焊接 一、焊接概述 二、焊条电弧焊 三电饭煲、气焊与气割 四、其他焊接方法简介 五、常用金属材料的焊接 六、焊接应力、焊接变形与焊接缺陷 七、焊接结构工艺方法 八、焊接新技术简介 第一节　焊 接 概 述 一、焊接的分类 焊接是指通过加热或加压或同时加热加压,并且用或不用填充材料使工件达到结合的一种工艺方法。焊接方法的种类很多,通常分为三大类:熔焊、压焊和钎焊。 (1)熔焊　熔焊是熔化焊的简称,它是将两个焊件的连接部位加热至熔化状态,加入(或不加入)填充金属,在不加压力的情况下,使其冷却凝固成一体,从而完成焊接的方法。 (2)压焊　焊接过程中,必须对焊件施加压力(加热或不加热)以完成焊接的焊接方法,称为压焊。 (3)钎焊　采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的工艺方法,称为钎焊。 常用焊接方法的分类见表8-1。 二、焊接的特点 焊接方法与其他金属加工工艺相比,具有以下一些突出特点: 1)减轻结构重量,节省金属材料。焊接与传统的铆接方法相比,一般可以节省金属材料15%~20%。减轻金属结构自重。 2)利用焊接可以制造双金属结构。例如,利用对焊、摩擦焊等方法,可以将不同金属材料焊接,制造复合层容器等,以满足高温、高压设备、化工设备等特殊性能要求。 3)能化大为小,由小拼大。在制造形状复杂的结构件时常常先把材料加工成较小的部分,然后采用逐步装配焊接的方法由小拼大,最终实现大型结构,如轮船体等的制造都是通过由小拼大实现的。 4)结构强度高,产品质量好。在多数情况下焊接接头能达到与母材等强度,甚至接头强度高于母材强度,因此,焊接结构的产品质量比铆接要好,目前焊接已基本上取代了铆接。 5)焊接时的噪声较小,工人劳动强度较低,生产率较高,易于实现机械化与自动化。 6)容易产生焊接应力、焊接变形及焊接缺陷等。由于焊接是一个不均匀的加热过程,所以,焊接后会产生焊接应力与焊接变形。同时,由于工艺或操作不当,还会产生多种焊接缺陷,降低焊接结构的安全性。如果在焊接过程中采取合理的措施后,可以消除或减轻焊接应力、焊接变形及焊接缺陷。 焊接在桥梁、容器、舰船、锅炉、管道、车辆、起重机械、电视塔、金属桁架、石油化工结构件、冶金设备、航天设备等的制造中应用广泛,并且随着焊接技术的发展,焊接质量及生产率不断提高,焊接在国民经济建设中的应用也将更加广泛。 第二节　焊条电弧焊 焊条电弧焊是用手工操纵焊条利用焊条与焊件之间产生的电弧热,熔化焊件与焊条进行焊接的电弧焊方法。焊条电弧焊是目前生产中应用最多、最普遍的一种金属焊接方法。 一、焊接电弧 焊接电弧是在电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象,如图8-1所示。焊接电弧的产生一般有接触引弧和非接触引弧两种方式,焊条电弧焊采用接触引弧。 将装在焊钳上的焊条,擦划或敲击焊件,由于焊条末端与焊件瞬时接触而造成短路,并产生很大的短路电流,使焊件和焊条末端的温度迅速升高,为电子的逸出和气体电离准备了能量条件。接着迅速把焊条提起2~4mm的距离,在两极间电场力作用下,被加热的阴极间就有电子高速飞出并撞击气体介质,使气体介质电离成正离子、负离子和自由电子。此时正离子奔向阴极,负离子和自由电子奔向阳极。在它们运动过程中与到达两极时不断碰撞和复合,使动能变为热能,产生大量的光和热,于是在焊条端部与焊件之间形成了电弧。 如图8-2所示,在焊条与焊件之间形成的电弧热,使焊件局部和焊条端部同时熔化成为熔池,金属焊条熔化后成为金属熔滴,并借助重力和电弧气体的吹力作用过渡到焊件形成的熔池中。 同时,电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧,药皮熔化后与液体金属发生物理化学作用,使液态熔渣不断地从熔池中向上浮起,药皮燃烧时产生的大量气体环绕在电弧周围。借助熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入,起到保护液态金属的作用。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。 　　 阴极区是发射电子的地方。发射电子需消耗一定能量,所以,阴极区产生的热量不多,约占电弧总热量的36%左右,温度大约在2 400K左右。阳极区是接收电子的地方,由于高速电子撞击阳极表面因而产生较多的热量,约占到电弧总热量的43%左右,温度大约在2 600K左右。弧柱区是指阴极与阳极之间的气体空间区域,弧柱区产生的热量约占电弧总热量的21%左右,弧柱中心温度最高,大约在6 000~8 000K的范围内。弧柱区的热量大部分通过对流和辐射散失到周围空气中。 焊接电弧不同的区域,其温度是不同的,阳极区的温度高于阴极区。采用直流电焊机焊接时,如果将焊件接正极、焊条接负极,则电弧热量大部分集中在焊件上,焊件熔化加快,可保证足够的熔深,适用于焊接厚焊件,这种接法称为正接法(图8-