第三章常用焊接方法
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第三章 连接成形
3．焊条的牌号与型号(P134附表3-5、6)
(三) 焊接成形工艺设计
1.焊缝空间位臵、接头和坡口型式
(1) 焊缝的空间位臵
平焊 横焊
焊缝空间位臵有:
• 平焊缝
• 横焊缝 • 立焊缝 • 仰焊缝
立焊
仰焊
垂直平面，水平 方向上的焊接
垂直平面，垂直 方向上的焊接
倒悬平面，水平 方向上的焊接
水平面的焊 接
粗大的过热组织。
过热区是热 影响区中性能 最差的部位。 • 塑性差
• 韧度低
• 正火区： 焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火
处理，获得均匀而细小的铁素体和珠光体组织。
正火区是 热影响区中力 学性能最好的 区域。
• 塑性较高 • 韧度较高
• 不完全重结晶区(部分正火区)： 部分组织转变为奥氏体，冷却后获得细小铁 素体和珠光体，部分铁素体未发生相变，固该 区域晶粒大小不均匀。
(一) 氩弧焊
氩弧焊：利用惰性气体(氩气Ar)作为保护气
体的电弧焊。高温下，氩气不与金属起化学
反应，也不溶入金属。
氩弧焊机械保护作用好，电弧稳定性好， 金属飞溅小，焊接质量高。
按所用电极的不同，氩弧焊钨极(非熔 化极)和熔化极氩弧焊两种。
(二) 焊条
1．焊条的组成与作用
• 金属焊芯：作为电极，
产生电弧，并传导焊接电 流，焊芯熔化后作为填充 金属成为焊缝的一部分。
• 药皮：压涂在焊芯表
面的涂料层，主要作用
是保证电弧稳定燃烧。
2．焊条的种类
焊条可分为酸性焊条和碱性焊条。
• 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主。焊 缝塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗 裂性差，但酸性焊条具有良好的工艺性。 • 碱性焊条(又称低氢焊条)：药皮中以碱性氧 化物与莹石为主，并含较多铁合金，焊缝力学 性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较差。
第三章 钎焊与粘接工艺
第二节 粘 接
机械工程 学 院
粘接： 借助于粘接剂在固体表面上产生粘合力，将 一个物体与另一物体牢固地连接在一起的一种连 接技术。 粘接能部分代替焊接、铆接和螺栓连接。 粘接技术已经广泛应用于航空、机床、造船 等各个工业部门。
CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY
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第二节 粘 接
三、粘接的特点及应用
机械工程 学 院
1、可以把性质不同的各种材料或厚度不同的材料粘接起来； 2、可以粘接其它连接方法无法连接或不易连接的复杂构件； 3、可以减轻结构重量； 4、粘接应力分布均匀，耐疲劳强度较高； 5、粘接密封性好，具有耐水、耐腐蚀和绝缘的性能； 6、粘接过程温度低，操作容易，设备简单，成本低廉，应用 范围广泛。 7、其主要缺点是粘接剂对金属的粘接强度达不到焊接的强度 以及粘接剂容易老化变质和粘接接头工作温度较低（小于 150℃）。
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第二节 粘 接
2、选择粘接剂时应注意的问题
机械工程 学 院
1）合成粘接剂属于粘弹性材料，它的弹性模量和力学性能将 随环境温度及加载速度的变化而变化。因此，弹性模量出现 明显衰减的温度点对应了该粘接剂的使用温度上限。 2）合成粘接剂的变形能力比金属大得多。为了提高粘接接头 的疲劳力学性能，应选用变形能力较大的粘接剂；若粘接接 头的载荷较小而尺寸精度要求较高时应选用变形能力小的粘 接剂。 3）合成粘接剂的胶层在使用过程中会吸附空气中的水分，使 粘接强度降低。因此，选择用于湿热环境的粘接剂时应充分 注意这一点。
焊接接头和焊缝形式3
（五）压力容器焊接接头种类划分及要求
4.接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。
（五）压力容器焊接接头种类划分及要求
3.平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。
这是选择坡口的最基本要求
两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。应力集中相对较小，且易于降低和消除（例如将余高去除）。所以从力学角度看对接接头是比较理想的接头形式，不但静载荷可靠，而且抗疲劳强度也高。如图1所示。
第三章 焊条电弧焊
二、焊接接头的类型及特点
4．焊缝厚度
焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。
对接接头单面焊时，计算厚度不小于0.7δ
在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸，见上图。
6．焊缝成形系数
熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度(C)与焊缝计算厚度(H)的比值(ф＝C／H)见下图。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，该系数值大，则表示焊缝宽而浅，这样的焊缝抗气孔和裂纹的能力强，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。
2.按施焊时焊缝在空间所处位置分：
3.按焊缝断续情况分：
连续焊缝和断续焊缝两种形式。
焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图
图：焊缝宽度
（二）焊缝的形状尺寸
焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。
1．焊缝宽度C
（2）.但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反 而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。
4.接管、人孔、凸缘、补强圈等与壳体连接的接头，均属D类焊接接头，但已规定为A、B类的焊接接头除外。
（五）压力容器焊接接头种类划分及要求
3.平盖、管板与圆筒非对接连接的接头，法兰与壳体、接管连接的接头，内封头与圆筒的搭接接头以及多层包扎容器层板层纵向接头，均属C类焊接接头。
这是选择坡口的最基本要求
两件表面构成大于或等于135°，小于或等于180°夹角的接头，叫做对接接头。应力集中相对较小，且易于降低和消除（例如将余高去除）。所以从力学角度看对接接头是比较理想的接头形式，不但静载荷可靠，而且抗疲劳强度也高。如图1所示。
第三章 焊条电弧焊
二、焊接接头的类型及特点
4．焊缝厚度
焊缝计算厚度是设计焊缝时使用的焊缝厚度。
对接接头单面焊时，计算厚度不小于0.7δ
在角焊缝的横截面中画出的最大等腰直角三角形中直角边的长度叫焊脚尺寸，见上图。
6．焊缝成形系数
熔焊时，在单道焊缝横截面上焊缝宽度(C)与焊缝计算厚度(H)的比值(ф＝C／H)见下图。该系数值小，则表示焊缝窄而深，这样的焊缝中容易产生气孔和裂纹，该系数值大，则表示焊缝宽而浅，这样的焊缝抗气孔和裂纹的能力强，所以焊缝成形系数应该保持一定的数值，例如埋弧自动焊的焊缝成形系数ф要大于1.3。
2.按施焊时焊缝在空间所处位置分：
3.按焊缝断续情况分：
连续焊缝和断续焊缝两种形式。
焊缝表面与母材的交界处叫焊趾。焊缝表面两焊趾之间的距离叫焊缝宽度，如下图
图：焊缝宽度
（二）焊缝的形状尺寸
焊缝的形状用一系列几何尺寸来表示，不同形式的焊缝，其形状参数也不一样。
1．焊缝宽度C
（2）.但在动载或交变载荷下，它非但不起加强作用，反 而因焊趾处应力集中易于促使脆断。所以余高不能低于母材但也不能过高。
焊接方法与设备第3章 埋弧焊
2)电源外特性。 从图3-11中还可以看出，当电弧长度改变相同时，较为平坦的下降 外特性曲线1的电流变化值，要比陡降的电源外特性曲线2的电流变 化值大些。这说明下降的电源外特性曲线越平坦，焊接电流变化就 越大，电弧自身调节作用就越强。所以，等速送丝式埋弧焊机的焊 接电源，要求具有缓降的电源外特性。 2.MZ1—1000型埋弧焊机 MZ1—1000是典型的等速送丝式埋弧焊机。这种焊机的控制系统比 较简单，外形尺寸不大，焊接小车结构也较简单，使用方便，可使 用交流和直流焊接电源，主要用于焊接水平位置及倾斜小于15°的 对接和角接焊缝，也可以焊接直径较大的环形焊缝。 MZ1—1000型埋弧焊机由焊接小车、控制箱和焊接电源三部分组成。
图3-10弧长变化时电弧 自身调节过程
当由于某种外界的干扰，使电弧长度突然从l1拉长到l2,此时，电弧 燃烧点从O1点移到O2点，焊接电流从I1减小到I2，电弧电压从U1增大到U2。 然而电弧在02点燃烧是不稳定的，因为焊接电流的减小和电弧电压的升高， 都减慢了焊丝熔化速度，而焊丝送丝速度是恒定不变的，其结果使电弧 长度逐渐缩短，电弧燃烧点将沿着电源外特性曲线，从O2点回到原来的O1 点，这样又恢复至平衡状态，保持了原来的电弧长度。反之，如果电弧 长度突然缩短时，由于焊接电流随之增大，加快焊丝熔化速度，而送丝 速度仍不变，这样也会恢复至原来的电弧长度。
2.埋弧焊自动调节的目标 埋弧焊的焊接参数主要有焊接电流和电弧电压等。焊接电流和 电弧电压是由电源的外特性曲线和电弧静特性曲线的交点所确定 的。因此，凡是影响电源外特性曲线和电弧静特性曲线的外界因 素，都会影响焊接电流和电弧电压的稳定。 电弧长度是影响电弧静特性曲线的主要因素，如焊件表面不平 整、装配质量不良及有定位焊缝等都会使电弧长度发生变化。网 路电压则是影响电源外特性曲线的主要因素，如附近其他电焊机 等大容量设备突然启动或停止都会造成网压波动。
第三章TIG焊接方法
第三章TIG焊接方法3.1TIG焊接方法的原理3.1.1前言TIG是英文Tungsten Inert Gas 的缩写，TIG焊接方法是使用钨电极和惰性气体保护的一种弧焊技术，该技术于1930年研究成功，最初阶段保护气体使用氦气，所以曾经使用氦弧焊的名称(Heli Arc)，目前广泛使用氩气作为保护气体，所以又把TIG焊接技术称之为氩弧焊技术。
3.1.2TIG焊接方法的原理图3.1表示TIG焊接方法的原理。
在TIG焊接技术中，在不熔化的钨电极与母材之间产生电弧，利用氩气等惰性气体把熔融金属与空气隔开以起保护作用，利用电弧产生的高热量把母材进行熔化从而连结在一起。
在TIG焊接方法中有使用填充材料的填丝TIG和不使用填充材料只熔化母材的TIG焊。
图3.1 TIG焊接方法的原理3.2TIG焊接方法的起弧方式TIG 焊接方法中的起弧方式可分为三类:“高频振荡起弧方式”、“外加直流高压脉冲起弧方式”和“接触起弧方式”。
最近，由于环境保护的要求，限制高频噪音的发生，所以在TIG焊接方法中倾向于不使用“高频振荡起弧方式”。
1.高频振荡起弧方式如图3.2所示，电极与母材不接触，利用高频振荡打破电极与母材之间的绝缘状态，产生电弧。
图3.2 高频振荡起弧方式2.外加直流高压脉冲起弧方式如图3.3所示，电极与母材不接触，利用外加直流高压脉冲产生电弧。
图3.3 外加直流高压脉冲起弧方式3.接触起弧方式如图3.4所示，电极与母材接触的瞬间，把焊枪提升一点距离, 从而产生电弧。
图3.4 接触起弧方式3.3TIG焊接方法的主要特点TIG焊接方法的主要特点如下:①由于有惰性气体保护，对焊缝金属的保护效果好，所以在焊接金属中极少混入杂质，从而能取得高质量的焊接结果。
②能焊接工业中使用的几乎所有的金属（铅、锡等低熔点金属除外）。
③没有飞溅，操作方便。
④能实现任何形式的接头的焊接，而且焊接姿态不受限制。
⑤即使在小电流区域也能得到稳定的电弧，所以能焊接薄板。
第三章：焊接基础知识
三、焊接热循环
• 焊接热循环的概念
T
焊接过程中热源沿焊件秱 动时，焊件上某点温度由 低而高，达到最高值后， 又由高而低随时间的变化 称为焊接热循环
t
焊接热循环是用来描述焊接过程中热源对母 材金属的热作用。
• 在焊缝双侧丌同距离的各点所经历的热循环是 丌同的（见下图）
焊接热循环的主要参数
（一）加热速度（v H） v H= d T / d t
2）置换氧化 ①熔渣中癿SiO2、MnO等发生以下反应： （SiO2）+2[Fe][Si]+2FeO （MnO）+[Fe][Mn]+2FeO 焊缝增Si,Mn，使Fe氧化温度升高， K,故置换氧化主要发生在高温区，随着温 度降低，熔池后部癿低温区Si、Mn被氧化， 生成夹杂
②药皮中含Al、Ti、Cr等强脱氧元素时，置换脱氧效 果更明显，高碳高强钢应采用无SiO2药皮
一、对焊接区癿保护
1.光焊丝焊接时 [N] ＝0.105﹪~0.218﹪,增加20~45倍， [O] ＝0.14﹪~0.72﹪,增加7~35倍， [Mn]、[C]蒸发、氧化损失易产生气孔，导 致塑性韧性下降,光焊丝无保护癿焊接丌实用 2.保护方法 药皮、熔渣、药芯、保护气体、自保护等 3.保护效率 不保护方法有关，一般惰性气体保护效果较好
1.药皮反应区
二、焊接冶金学反应区及其反应条件（以 焊条电弧焊为例）（P.45、46，图2-3）
（1）产生癿气体
①100~1200°C：水分蒸发、分解、氧化 a. ＜100°C 吸附水分蒸发 b.>200~400°C 排除结晶水 c. >400°C 排除化合水 ②有机物癿分解和燃烧：产生CO2、CO、 H2 ③碳酸盐癿分解（大理石CaCO3、菱苦土 MgCO3):产生CO2 ④高价氧化物分解（赤铁矿Fe2O3、锰矿 MnO2):产生O2
焊接方法与设备——第三章 母材熔化和焊缝成形
dr
讨论：
1）不含O、S等表面活性物质
d 0
dr
表面：从中心向四周流 中心：从下至上 熔池浅而宽。 2）含O、S、Bi 正好与前面相反
§3-3 焊缝形状参数及工艺因素对它的影响
一）、焊缝形状参数及其与焊缝质量的关系 基本参数有：H、B、a 1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影响承载能力
2、熔宽B：Bweld=Bpool
5、熔合比：母材金属在焊缝中的含量
FM FM FH
调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。 一般通过开坡口来实现。
二）、影响焊缝形状尺寸的因素 （一）焊接电流Ia
Ia增大，H增大，a增大，B基本不变 1、 Ia↑ Fa↑→热源下移→H↑
q= IU↑ → H↑ H=km I 2、 Ia增大，电弧分布半径 增大但潜入工件深度大，限 制r有效增大，B基本不变。减小。 3、 Ia↑，焊丝熔化量增加，B不变， a↑
FP及FC
电弧力
细熔滴的冲击力
二、影响熔池对流的力
1、TIG焊时的等离子流力 等离子流挺度较小，碰到熔池后，沿着熔池向外走。
因此： 表面：从中心向四周流 中心：从下至上 熔池浅而宽。
2、浮力
中心：从下至上 熔池浅而宽。
1、电磁力
熔池上形成斑点时，电流进入熔池后发散，形成向下的推力 ，导致涡流换热。增大熔深
（二）电弧电压 Ua↑ q增加不多， r增大，qm减小，因此，B、增大，H、a 减小。 通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia ，再由Ia选定Ua。
（三）焊接速度
将q/w 定义为线能量，即单位长度的焊缝上 输入的热量。
w增大时，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/w减小，H、B、a等均减小
讨论：
1）不含O、S等表面活性物质
d 0
dr
表面：从中心向四周流 中心：从下至上 熔池浅而宽。 2）含O、S、Bi 正好与前面相反
§3-3 焊缝形状参数及工艺因素对它的影响
一）、焊缝形状参数及其与焊缝质量的关系 基本参数有：H、B、a 1、熔深H：Hweld=Hpool，直接影响承载能力
2、熔宽B：Bweld=Bpool
5、熔合比：母材金属在焊缝中的含量
FM FM FH
调整熔合比可调整焊缝化学成分，改善性能。 一般通过开坡口来实现。
二）、影响焊缝形状尺寸的因素 （一）焊接电流Ia
Ia增大，H增大，a增大，B基本不变 1、 Ia↑ Fa↑→热源下移→H↑
q= IU↑ → H↑ H=km I 2、 Ia增大，电弧分布半径 增大但潜入工件深度大，限 制r有效增大，B基本不变。减小。 3、 Ia↑，焊丝熔化量增加，B不变， a↑
FP及FC
电弧力
细熔滴的冲击力
二、影响熔池对流的力
1、TIG焊时的等离子流力 等离子流挺度较小，碰到熔池后，沿着熔池向外走。
因此： 表面：从中心向四周流 中心：从下至上 熔池浅而宽。
2、浮力
中心：从下至上 熔池浅而宽。
1、电磁力
熔池上形成斑点时，电流进入熔池后发散，形成向下的推力 ，导致涡流换热。增大熔深
（二）电弧电压 Ua↑ q增加不多， r增大，qm减小，因此，B、增大，H、a 减小。 通常，Ia选定后，Ua也基本上定下来了。总是根据板厚选Ia ，再由Ia选定Ua。
（三）焊接速度
将q/w 定义为线能量，即单位长度的焊缝上 输入的热量。
w增大时，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ/w减小，H、B、a等均减小
钢结构-第三章 钢结构连接方法
自动焊的焊缝质量稳定，焊缝内部缺陷较少， 塑性好，冲击韧性好，适合于焊接较长的直接 焊缝。半自动焊因人工操作，适用于焊曲线或 任意形状的焊缝。自动和半自动焊应采用与主 体金属相适应的焊丝和焊剂，焊丝应符合国家 标准的规定，焊剂应根据焊接工艺要求确定。
钢结构连接方式
* 气体保护焊是用惰性气体（或CO2）气体作
为电弧的保护介质，使熔化金属与空气隔绝， 以保持焊接过程稳定。气体保护焊电弧加热 集中，焊接速度快，熔深大，故焊缝强度比 手工焊的高。且塑性和抗腐蚀性好，适合于 厚钢板的焊接。
钢结构连接方式
（二）焊缝符号集及标注方法
《焊缝符号表示法》规定：焊缝符号一般由基本符 号与指引线组成，必要时还可加上补充符号和焊缝尺寸。 基本符号：表示焊缝的横截面形状，如用“ ”表 示角焊缝,用“V”表示V形坡口的对接焊缝； 补充符号：补充说明焊缝的某些特征，用“ ” 表示现场安装焊缝，用“ ”表示焊件三面带有焊缝； 指引线 ：一般由横线和带箭头的斜线组成，箭头 指向图形相应焊缝处，横线上方和下方用来标注基本符号 和焊缝尺寸等。
钢结构连接方式
本章小结
*一、知识点
* 1.钢结构的连接方法主要有焊接连接、螺栓连接和铆钉连接三
种方式。
* 2.钢结构常用的焊接方法、焊缝连接；对接焊缝和角焊缝的构
造；焊缝符号集及标注方法；焊缝质量检验和焊缝质量级别。
* 3. 普通螺栓连接的构造；
*二、重点内容
* 1.钢结构的连接方法 * 2.普通螺栓连接的构造
钢结构连接方式
A、B级螺栓（精制螺栓）采用8.8级钢材制作，经机床车削加工而成，表 面光滑，尺寸准确，且配用Ⅰ类孔（即螺栓孔在装配好的构件上钻成或扩钻成，孔 壁光滑，对孔准确）。由于其加工精度高，与孔壁接触紧密，其连接变形小，受力 性能好，可用于承受较大剪力和拉力的连接。但制造和安装较费工，成本高，故在 钢结构中较少采用。
电弧焊基础(第三章)钨极氩弧焊 TIG
（五）TIG焊的保护气体
He 空气中的含量为0.0005%，比空气轻，保护差 导热系数大，电弧温度高 价格昂贵 He+Ar 厚板、高热导、高熔点金属焊接（双层 保护气体） Ar+He Ar中加入He
提高电弧功率和温度。
（五）TIG焊的保护气体
Ar+O2：金属流动性好，电弧稳定，低氧焊接 不锈钢，高氧焊接碳钢
•
四、 TIG焊接设备 （四）钨极
1、对电极的要求：
电弧引燃容易、可靠； 工作中产生的熔化变形及耗损对电弧特性不构成
大的影响； 电弧的稳定性好，电弧产生在电极前端，焊接过 程中不出现阴极斑点的上爬。
主要材料：W及W合金 其他材料：特殊环境下有锆电极和钽电极，昂贵
2、钨电极材料
W在很广泛的电流范围内充分具备发射电子的能力
Ar+H2: 2-5%，焊缝光滑，防止表面氧化，电 弧温度高，效率高，焊接不锈钢、镍基合金、 镍铜合金 Ar+N2: 可以用来焊接铜合金，2.5%N2可以用 来焊接双相不锈钢，维持相平衡
第二节 TIG焊接过程
焊接过程包括： 焊前准备：惰性气体没有脱氧去氢作用，清理
非常重要。机械的、化学的，去除油、水、锈 提前通气【焊枪（电源联动）、拖罩、背 板】——引弧——电流上升——正常焊接（填 丝）——电流衰减——熄弧——滞后停气 如没有提前通气？ 1. 电弧不能引燃； 2.电弧暴乱，烧坏钨极、喷嘴、点击夹、母材， 还可能导致漏水
三、 TIG焊实例
手Байду номын сангаас焊
第三节 TIG焊焊接方法
一、直流TIG焊接 1、直流反接(DCRP/DCEP/DC+) :母材接负极
电子课件-《机械制造工艺基础(第七版)》-A02-3517 3第三章 焊接
2．焊接电流
电流大小主要取决于：
（1）焊条直径 （2）焊接位置 （3）焊接层次
3．电弧电压
电弧长，则电弧电压高；电弧短，则 电弧电压低。焊接时应力求使用短弧
4．焊接速度
焊接速度应该均匀适当，既 要保证焊透又要保证不烧穿
§3第—三2 章焊条焊电接弧焊
5．焊接接头形式和坡口形式
（1）接头形式 焊接接头的组成
（1）可焊接易氧化的有色金属，如铝、镁及其合金 （2）也可焊接不锈钢、铜合金以及其他难熔金属 （3）其电弧非常稳定，可以用于焊薄板及全位置焊缝
第三章 焊接
四、等离子弧焊
1．等离子弧焊的原理
利用等离子弧焊 枪所产生的高温等 离子弧有效地熔化 焊件而实现焊接
第三章 焊接
（1）非转移型等离子弧
（2）转移型等离子弧
（2）送丝的手法
1）点送
2）连续送丝
§3第—三3 章气焊焊与接气割
5．气焊主要工艺参数
（1）火焰能率 （2）火焰性质
碳化焰
§3第—三3 章气焊焊与接气割
中性焰 （3）焊丝直径
氧化焰
§3第—三3 章气焊焊与接气割
二、气割
1．气割原理
将金属的待切割处预热到燃烧 点，并从割炬的另一喷孔高速 喷出纯氧气流，使切割处的金 属发生剧烈的氧化，成为熔融 的金属氧化物，同时被高压氧 气流吹走，从而形成一条割缝
电极接电源负极，喷嘴接 正极，而零件不参与导电。 电弧在电极和喷嘴之间产生
钨极接电源负极，零 件接正极，等离子弧在 钨极与零件之间产生
第三章 焊接
（3）联合型（混合型）等离子弧
转移弧和非转移弧同时 存在，需要两个电源独 立供电。电极接两个电 源的负极，喷嘴及零件 分别接各个电源的正极
第三章TI焊接方法
第三章TIG焊接方法3.1TIG焊接方法的原理3.1.1前言TIG是英文Tungsten Inert Gas 的缩写，TIG焊接方法是使用钨电极和惰性气体保护的一种弧焊技术，该技术于1930年研究成功，最初阶段保护气体使用氦气，所以曾经使用氦弧焊的名称(Heli Arc)，目前广泛使用氩气作为保护气体，所以又把TIG焊接技术称之为氩弧焊技术。
3.1.2TIG焊接方法的原理图3.1表示TIG焊接方法的原理。
在TIG焊接技术中，在不熔化的钨电极与母材之间产生电弧，利用氩气等惰性气体把熔融金属与空气隔开以起保护作用，利用电弧产生的高热量把母材进行熔化从而连结在一起。
在TIG焊接方法中有使用填充材料的填丝TIG和不使用填充材料只熔化母材的TIG焊。
图3.1 TIG焊接方法的原理3.2TIG焊接方法的起弧方式TIG 焊接方法中的起弧方式可分为三类:“高频振荡起弧方式”、“外加直流高压脉冲起弧方式”和“接触起弧方式”。
最近，由于环境保护的要求，限制高频噪音的发生，所以在TIG焊接方法中倾向于不使用“高频振荡起弧方式”。
1.高频振荡起弧方式如图3.2所示，电极与母材不接触，利用高频振荡打破电极与母材之间的绝缘状态，产生电弧。
图3.2 高频振荡起弧方式2.外加直流高压脉冲起弧方式如图3.3所示，电极与母材不接触，利用外加直流高压脉冲产生电弧。
图3.3 外加直流高压脉冲起弧方式3.接触起弧方式如图3.4所示，电极与母材接触的瞬间，把焊枪提升一点距离, 从而产生电弧。
图3.4 接触起弧方式3.3TIG焊接方法的主要特点TIG焊接方法的主要特点如下:①由于有惰性气体保护，对焊缝金属的保护效果好，所以在焊接金属中极少混入杂质，从而能取得高质量的焊接结果。
②能焊接工业中使用的几乎所有的金属（铅、锡等低熔点金属除外）。
③没有飞溅，操作方便。
④能实现任何形式的接头的焊接，而且焊接姿态不受限制。
⑤即使在小电流区域也能得到稳定的电弧，所以能焊接薄板。
金属焊接加工
碱性焊条于酸性焊条：根据焊接过程中产生的氧化物熔渣的酸、碱性 区分，碱性焊条所形成的焊缝质量（抗冲击性能、抗裂性能、脱氧脱 硫能力等）较好，适用于直流反接（工件接负极）手工电弧焊，但工 艺性较差；酸性焊条工艺性较好，但焊缝力学性能较差，交直流焊机 均适用。
3．焊条的选用依据 焊接件材料（种类、性能等）、结构特点、工作条件（负 荷性质）；焊接设备与施工条件等
图3－4运条基本动作 1-轴向送进 2-焊条前移方向 3-焊条横向摆动
（三）息弧 息弧 息弧就是使电弧自动熄灭。 在焊缝结束时，应让焊条在熔池处短暂停留或作环形运条，
使熔池填满，然后向焊缝前上方提拉焊条息弧。 一根焊条用完时，息弧前应减小焊条与焊件之间的夹角，
将熔池中金属和焊渣往后赶，形成弧坑后息弧。
焊条直径 （mm）
2
2.5
3.2
4.0
5.0
5.8
焊接电流（A）50～60 70～90
100～ 130
160～ 200
200～ 250
250～ 300
对于低、中碳钢，也可按焊条半径R（mm）用下列公式精确计算：
I=43r3（A）
3. 焊接层数
当工件厚度δ较大时须采用多层焊接，为保证焊缝力学性能和生产 效率，每层厚度应在焊条直径的0.8～1.2倍之间。因此，层数n可用下式 计算:
构。常见的坡口形式有I形坡口(板厚6mm以下，也称无坡口)、Y形坡
口、X形坡口、单U形坡口和双U形坡口等五种形式。
图3—7 对接接头的坡口形式及其尺寸 a) 无坡口 b) Y形坡口 c) X形坡口 d) 单U形坡口 e) 双U形坡口
3．焊接位置 焊接位置 是指焊接时焊缝所处的空间位置。
焊缝的空间位置将直接影响焊接的操作的难易程度，进而影响焊缝 质量。常见的焊接位置有平焊、立焊、横焊及仰焊四种形式，如图3—8 所示。
3．焊条的选用依据 焊接件材料（种类、性能等）、结构特点、工作条件（负 荷性质）；焊接设备与施工条件等
图3－4运条基本动作 1-轴向送进 2-焊条前移方向 3-焊条横向摆动
（三）息弧 息弧 息弧就是使电弧自动熄灭。 在焊缝结束时，应让焊条在熔池处短暂停留或作环形运条，
使熔池填满，然后向焊缝前上方提拉焊条息弧。 一根焊条用完时，息弧前应减小焊条与焊件之间的夹角，
将熔池中金属和焊渣往后赶，形成弧坑后息弧。
焊条直径 （mm）
2
2.5
3.2
4.0
5.0
5.8
焊接电流（A）50～60 70～90
100～ 130
160～ 200
200～ 250
250～ 300
对于低、中碳钢，也可按焊条半径R（mm）用下列公式精确计算：
I=43r3（A）
3. 焊接层数
当工件厚度δ较大时须采用多层焊接，为保证焊缝力学性能和生产 效率，每层厚度应在焊条直径的0.8～1.2倍之间。因此，层数n可用下式 计算:
构。常见的坡口形式有I形坡口(板厚6mm以下，也称无坡口)、Y形坡
口、X形坡口、单U形坡口和双U形坡口等五种形式。
图3—7 对接接头的坡口形式及其尺寸 a) 无坡口 b) Y形坡口 c) X形坡口 d) 单U形坡口 e) 双U形坡口
3．焊接位置 焊接位置 是指焊接时焊缝所处的空间位置。
焊缝的空间位置将直接影响焊接的操作的难易程度，进而影响焊缝 质量。常见的焊接位置有平焊、立焊、横焊及仰焊四种形式，如图3—8 所示。
3-3气焊和气割
壳体
yQy-1型氧 气减压器
弹性薄膜 装置 调压弹簧
调压螺钉
减压器的构造: 从气瓶来的高压气体进入高压室后，由高压表指示 压力。
减压器不工作时，应放松调压弹簧，使活门被副弹簧压下，关闭通 道，高压气体就不能入低压室。
减压器工作时，应按顺时针方向将调压螺钉旋入，压缩调压弹簧， 顶开活门，高压气体经通道进入低压室，随着低压室内气体压力的增加， 压迫薄膜及调压弹簧，使活门开启度逐渐减小。当低压室内气体压力达 到一定数值时，又会将活门关闭，低压表指示出减压后气体的压力。控 制调节螺钉，可改变低压室的压力，获得所需的工作压力。
2．氧乙炔焰
乙炔在完全燃烧后生成二氧化碳和水蒸气，并放出 大量的热，共化学反应式为：
C2H2+2.5O2→ 2CO2+H2O+1301.85kJ/mol 可见，乙炔完全燃烧必须2.5倍的氧，由于空气可供
给一部分氧，因而由氧气瓶供给的氧只是使乙炔燃烧成
一氧化碳： C2H2+O2→ 2CO+H2+450.11kJ/mol
（2）碳化焰： 碳化焰的氧气和乙炔混合的体积比小于1.0。 由于氧气较少，燃烧不完全，整个火焰比中性焰长，温度较 低，最高温度约为2700~3000 ℃。 由于有乙炔过剩，故适用于焊接高碳钢、硬质合金，焊补铸 铁等。
（3）氧化焰：氧化焰的氧气与乙炔混合的体积比大于1.2。 由于燃烧时有过剩氧气，故燃烧比中性焰剧烈。由于对金属 熔池有氧化作用，降低了焊缝质量，故只适用于焊接黄铜， 一般不宜采用。
干式回火保险器如图所示，当回火时，高温高压的回火气 体从出气口倒流人回火保险器里，活门关闭，爆破橡皮膜泄压 后排入大气。
上端盖
防爆橡皮膜
出气口 橡胶筛板 滤清器 橡皮反向活门 下端盖
材料加工工艺第三章 焊接技术
钎焊：利用某些熔点低于被连接构件材料的钎料金属(连接媒介物)加 热熔化，在未熔的焊件连接界面上铺展润湿，与母体相互扩散然后 冷却结晶形成结合的方法。火焰钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、感应 钎焊、炉中钎焊、电弧钎焊。
材料工艺基础（焊接技术）
4
3.2.2 熔化焊接
(1) 氧－乙炔火焰焊（气焊）
可用于焊接大部分黑色金 属和有色金属工件，具有 设备简单，操作灵活，成 本低等优点，应用广泛。
特点：飞溅少，电弧稳定， 焊缝成形美观；焊丝熔敷速 度快，生产率高；调整焊剂 成分，可焊接多种材料；抗 气孔能力较强。但药芯焊丝 制造较困难，且容易变潮， 使用前应烘烤。
焊接材料：碳钢、低合金钢、不锈钢等
材料工艺基础（焊接技术）
14
(5) 电渣焊
电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行 焊接的一种熔焊方法。
① 焊接温度低 ② 可焊接各种金属及合金 ③ 可焊接厚度差别很大的焊件
单件生产率低 焊前对焊件表面的加工清理和装配精度要求十分严格
在航空工业中，用扩散焊制成的钛制品可以代替多种制品、 火箭发动机喷嘴耐热合金与陶瓷的焊接。 机械制造工业中，将硬质合金刀片镶嵌到重型刀具上等。
材料工艺基础（焊接技术）
材料工艺基础（焊接技术）
29
滚焊视频
材料工艺基础（焊接技术）
30
(3) 对焊
利用焊件端面的电阻热，使断面达到热塑性状态，施加顶 压力实现焊接。可分为电阻对焊和闪光对焊。
材料工艺基础（焊接技术）
31
(4) 摩擦焊
利用焊件接触端面 相互摩擦产生的热 量，使端面达到热 塑性状态，然后迅 速施加顶锻力，实 现焊接的一种固相 压焊方法。
材料工艺基础（焊接技术）
材料工艺基础（焊接技术）
4
3.2.2 熔化焊接
(1) 氧－乙炔火焰焊（气焊）
可用于焊接大部分黑色金 属和有色金属工件，具有 设备简单，操作灵活，成 本低等优点，应用广泛。
特点：飞溅少，电弧稳定， 焊缝成形美观；焊丝熔敷速 度快，生产率高；调整焊剂 成分，可焊接多种材料；抗 气孔能力较强。但药芯焊丝 制造较困难，且容易变潮， 使用前应烘烤。
焊接材料：碳钢、低合金钢、不锈钢等
材料工艺基础（焊接技术）
14
(5) 电渣焊
电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行 焊接的一种熔焊方法。
① 焊接温度低 ② 可焊接各种金属及合金 ③ 可焊接厚度差别很大的焊件
单件生产率低 焊前对焊件表面的加工清理和装配精度要求十分严格
在航空工业中，用扩散焊制成的钛制品可以代替多种制品、 火箭发动机喷嘴耐热合金与陶瓷的焊接。 机械制造工业中，将硬质合金刀片镶嵌到重型刀具上等。
材料工艺基础（焊接技术）
材料工艺基础（焊接技术）
29
滚焊视频
材料工艺基础（焊接技术）
30
(3) 对焊
利用焊件端面的电阻热，使断面达到热塑性状态，施加顶 压力实现焊接。可分为电阻对焊和闪光对焊。
材料工艺基础（焊接技术）
31
(4) 摩擦焊
利用焊件接触端面 相互摩擦产生的热 量，使端面达到热 塑性状态，然后迅 速施加顶锻力，实 现焊接的一种固相 压焊方法。
材料工艺基础（焊接技术）
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（1）对焊剂的要求：
焊剂与焊条药皮相似 工艺性要求 冶金性要求
14
1）有良好的保护性能和冶金性能
A. 良好的保护作用：保护电弧和熔池，防止焊缝氧化、 氮化，防止合金元素的烧损 B. 抗气孔能力强：气孔是埋弧焊的常见缺陷，由于焊
接熔池大，长度＝3～5B，甚至10B，母材熔化量大，
易出现气孔。 C. 脱氧＆渗合金作用：防止热裂、冷裂、保证化学成 分＆力学性能
（2）有利于焊缝成形：熔渣的作用
7
（3）熔池存在时间长：冶金反应充分、[O]、[H]、[N]少 （4）焊缝质量稳定：有渣壳保护，减少了焊缝中[O]、 [H]、[N]的含量，从而减少了产生气孔、裂纹的可能。 （5）工艺参数自动调节，对焊工技术要求不高。 （6）劳动条件好：没有弧光辐射
（7）抗风性能好：与其他弧焊方法比埋弧抗风能力好
HJ×5×
HJ×6× HJ×7× HJ×8×
中硅中氟
高硅中氟 低硅高氟 中硅高氟
10～30
21
• 焊剂－－HJ431
第一位数字表示MnO的含量
焊剂牌号
HJl××
焊剂类型
无锰
w(MnO)(％)
>2
HJ2××
HJ3×× HJ4×× HJ5××
低锰
中锰 高锰 陶质
2～15
15～30 >30
HJ6 ××
烧结
22
• 焊剂－－HJ431
第二位数字表示SiO2的含量
焊剂牌号 HJ×1× HJ×2× HJ×3× HJ×4× 焊剂类型 低硅低氟 中硅低氟 高硅低氟 低硅中氟 w(SiO 2 ) (％) <10 10～30 >30 <10 w(CaF2) (％) <10 <10 <10 10～30
17
（2）焊剂分类
18
• 1）按制造方法分：
熔炼焊剂：抗湿性好、强度高、合金成分受限制
（高温，不宜加入碳酸盐、脱氧剂、合金剂） 浮石状――起泡颗粒、堆积比重<1g/ml 结晶状――呈晶体状 玻璃状――透明颗粒、堆积比重>1.4g/ml
HJ －－熔炼焊剂 SJ－－ 烧结焊剂
非熔炼焊剂: 易吸潮，易渗合金
常用的焊接方法
埋弧焊、 气体保护焊（CO2、MIG、MAG、TIG） 电阻焊（ERW）
了解一种焊接方法可以从以下几个方面入手：
原理
特点
应用 对焊接材料的要求 焊接工艺
1
§1 埋弧焊
Submerged arc welding（SMAW）
一、埋弧焊原理
二、埋弧焊特点、应用
三、埋弧焊冶金过程 四、埋弧焊电弧控制 五、埋弧焊设备、焊接材料、焊接工 艺、常见缺陷
2
一、埋弧焊原理
Welding Theory of SMAW
• 埋弧焊是利用电弧作为热源的焊接
方法。
• 埋弧焊时电弧是在一层颗粒状的可 熔化焊剂覆盖下燃烧，电弧热使焊
剂熔化用的金属电极是不间断送进的裸 焊丝。
3
4
焊接过程
4个步骤：
焊接电源在导电嘴和工件之间产生电弧 焊丝由焊丝盘、送丝机构和导电嘴送入焊接区 颗粒焊剂由焊剂斗经软管均匀敷到焊接区 行走小车带动焊丝及送丝机构、焊剂漏斗、焊接 控制盘等行走
5
焊缝形成过程
连续送进的焊丝在焊剂 下引燃电弧
电弧热使焊丝、母材、 焊剂熔化蒸发，形成一 个空腔 电弧在空腔内稳定燃烧 空腔底部是熔池，上部 是液态熔渣，液态熔渣 外部是焊剂 熔池凝固后形成焊缝
焊接工 艺性能
多层焊性能
合金剂的添加
焊缝金属的成分变动小
几乎不可能
焊缝金属成分波动比较大
容易
20
• 2）按化学成分分：
酸性焊剂
中性焊剂
碱性焊剂
我国根据MnO、SiO2、CaF2的含量把熔炼焊剂分为： 高Mn高Si低F焊剂，如HJ431
低Mn中Si中F焊剂，如HJ250
中Mn中Si中F焊剂，如HJ350
≤4mm薄板 X （3）适用位置：平焊（船形焊）位置 flat position of welding （4）应用领域：在造船、桥梁、锅炉压力容器制造、化工、 起重机械、工程机械等领域有广泛应用。 10
11
12
13
三、埋弧焊冶金过程
metallurgy process
一般焊缝的成分主要由焊丝和焊剂共同决定，埋弧焊时 熔合比较大，母材的影响不容忽视 。 埋弧焊用焊丝、焊剂？ 1．埋弧焊用焊剂：
6
二、埋弧焊特点、应用 feature ＆ application 1、优点
（1）生产效率高：焊丝直径大，焊接电流高，电弧的熔深 能力＆焊丝的熔覆效率都比较高。
ds为4～6mm，dsmax＝8mm。 单丝、8mm、8～10mm厚、对接接头，焊接速度可 达30~50m/h=0.5~0.8m/min。 热量大，单丝一次熔深可达20mm。
烧结焊剂: 600－1000℃ 粘结焊接： 400℃以下
19
熔炼焊剂与烧结焊剂比较
比较项目 高速焊接性能 大电流 焊接性能 吸潮性能 抗锈性能 韧性 成分波动 焊缝 性能 熔炼焊剂 焊道均匀，不易产生气孔和夹渣 焊道凹凸显著，易粘渣 比较小，可不必再烘干 比较敏感 受焊丝成分和焊剂碱度影响大 焊丝参数变化时，成分波动小， 均匀 烧结焊剂 焊道无光泽，易产生气孔， 夹渣 焊道均匀，易脱渣 比较大，必须再烘干 不敏感 比较容易得到较好的韧性 成分波动大，不容易均匀
8
2、缺点
（1）焊接位置受限制：只能平焊（焊剂的原因） （2）只适用于长焊缝：灵活性差 （3）不能直接观察电弧：需靠焊缝自动跟踪装置
来保证不会焊偏
（4）不适用于小电流、薄板：电场强度高，电流 小于100A时，电弧的稳定性不好
（5）一般电流大，不宜焊接板厚<1mm的焊件
9
3、应用
（1）适用金属：黑色金属，有氧化性不适于Al、Ti的焊接， 对热敏感材料也不适用埋弧焊（韧性差） （2）适用板厚：≥50mm 特厚板； 20～50mm 厚板； 4.5～20mm中板；
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2）有良好的工艺性能
• 良好的稳弧、造渣、脱渣、成形性能
• 有害气体少，限制CaF2的量 • 有适当的颗粒度＆足够的强度：保证透气性、成 形要求、能够重复使用
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其他要求
• 3）颗粒均匀：0.45～2.5mm
• 4）含水量小于0.10％ • 5）机械夹杂物含量不得大于0.30％ • 6）含S≤0.06％，含P≤0.08％