4-1 电弧焊

★复习题
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第一节
焊接电弧
焊接电弧：在电极与工件之间的气体介 焊接电弧：
质中长时间的放电现象， 质中长时间的放电现象，即在局部气体 介质中有大量电子流通过的导电现象。 介质中有大量电子流通过的导电现象。 电极可以是金属丝、钨丝、碳棒或焊条。 电极可以是金属丝、钨丝、碳棒或焊条。 1．电弧热量：电弧引燃放出大量热能和强烈的光。Q=UIT 电弧热量：电弧引燃放出大量热能和强烈的光。 电弧热量在阳极区产生的较多43％；阴极区相对较 电弧热量在阳极区产生的较多 ； 少36％，因放出大量电子，消耗了一部分能量；弧 ，因放出大量电子，消耗了一部分能量； 柱中产生热量21％。焊条电弧焊只有 的 柱中产生热量 。焊条电弧焊只有65％～85％的 热量用于加热和熔化金属，其余的热量散失在电弧 热量用于加热和熔化金属， 周围和飞溅的金属液中。 周围和飞溅的金属液中。
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三．焊接的应用
焊接广泛应用于机械制造、汽车制造、造船、 焊接广泛应用于机械制造、汽车制造 、 造船 、航空 航天、石油化工、冶金、电力、原子能、 航天 、 石油化工、冶金、 电力、 原子能、 电子和建筑 等等各个工业部门。 等等各个工业部门。 主要用于制造各种金属结构件。 主要用于制造各种金属结构件。如石油化工部门大型 球罐、压力容器、各种管道，起重机，房屋结构， 球罐、压力容器、各种管道，起重机，房屋结构，火 箭壳体和燃料容器。 箭壳体和燃料容器。 制造机器零件及工具。如压力机机架、各种轴类件， 制造机器零件及工具。如压力机机架、各种轴类件， 齿轮、刀具等。 齿轮、刀具等。 修复已经损坏的零件。 修复已经损坏的零件。
第四篇
焊 接
烟台大学机电汽车工程学院 机制学科组
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通过加热或加压 借助金属原子的结合与扩散作用 加热或加压， 结合与扩散作用， 焊接：通过加热或加压，借助金属原子的结合与扩散作用， 使分离的金属材料牢固地连接起来的一种方法。它是一种永 分离的金属材料牢固地连接起来的一种方法。 的金属材料牢固地连接起来的一种方法 不可拆卸的连接 久地不可拆卸的连接。 久地不可拆卸的连接。
焊缝和 焊接接头包括焊缝和热影响区。
1．焊缝的组织和性能 焊缝：熔化焊焊缝是由熔池结晶后形成的焊件结合部分。 焊缝：熔化焊焊缝是由熔池结晶后形成的焊件结合部分。 焊缝的性能决定于焊缝的化学成分和组织。 焊缝的性能决定于焊缝的化学成分和组织。 1）焊缝的结晶过程和组织 焊缝的结晶过程：从熔池底部开始向中心成长的。 焊缝的结晶过程：从熔池底部开始向中心成长的。因结晶 时各个方向的冷却速度不同从而形成柱状晶粒。 时各个方向的冷却速度不同从而形成柱状晶粒。 焊缝组织是粗大的柱状晶粒。 焊缝组织是粗大的柱状晶粒。 粗大的柱状晶粒
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焊缝的对称性对焊接变形的影响
一、焊接应力
1．后果 影响焊接构件的使用性能，引起焊件的变形； 影响焊接构件的使用性能，引起焊件的变形； 引起应力集中，降低承载能力； 引起应力集中，降低承载能力； 引起裂纹，缩短焊件使用寿命，造成脆断。 引起裂纹，缩短焊件使用寿命，造成脆断。
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2．防止措施
设计时应选用塑性好的材料， 设计时应选用塑性好的材料，要避免使焊缝密 塑性好的材料 集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长。 集交叉，避免使焊缝截面过大和焊缝过长。 在施焊中应确定正确的焊接次序。 在施焊中应确定正确的焊接次序。 正确的焊接次序
一．焊接方法的种类
1.按焊接的热源分类： 电弧焊， 电渣焊， 1.按焊接的热源分类：气焊 分类 ，电弧焊， 电渣焊， 电子束焊，激光焊，电阻焊，摩擦焊，感应钎焊。 电子束焊，激光焊，电阻焊，摩擦焊，感应钎焊。 电弧焊按保护方式又分为：焊条电弧焊，埋弧焊， 电弧焊按保护方式又分为：焊条电弧焊，埋弧焊，气 按保护方式又分为 体保护焊等。 体保护焊等。
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二、焊接变形
1．后果： 影响使用，过大的变形量将使焊件报废。 后果： 影响使用，过大的变形量将使焊件报废。
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2．防止措施
结构设计：采用对称结构或大刚度结构、 结构设计：采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称 分布结构。 分布结构。 施焊中，采用反变形措施或刚性夹持方法。 施焊中，采用反变形措施或刚性夹持方法。刚性夹 反变形措施或刚性夹持方法 持法不适合焊接淬硬性较大的钢结构件和铸铁件。 持法不适合焊接淬硬性较大的钢结构件和铸铁件。 正确选用焊接参数和焊接次序，使温度分布更加均 正确选用焊接参数和焊接次序， 焊接次序 变形相互抵消。 衡，变形相互抵消。 采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除小变形。 采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除小变形。 机械矫正法或火焰加热矫正法消除小变形
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2.按焊接过程工艺特征分类：熔焊，压焊， 2.按焊接过程工艺特征分类：熔焊，压焊，钎焊 分类 熔焊：将待焊处的母材金属熔化形成熔池， 熔焊：将待焊处的母材金属熔化形成熔池，待冷却 形成焊缝的焊接方法。如气焊、电弧焊、电渣焊、 形成焊缝的焊接方法。如气焊、电弧焊、电渣焊、 电子束焊和激光焊等。 电子束焊和激光焊等 压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或 压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（ 不加热）以完成焊接的方法。如电阻焊、摩擦焊等。 不加热）以完成焊接的方法。如电阻焊、摩擦焊等。 钎焊：利用熔点比母材（被焊的金属材料） 钎焊：利用熔点比母材（被焊的金属材料）低的液 态钎料，填充仍为固态的接头间隙， 固态的接头间隙 态钎料，填充仍为固态的接头间隙，并与母材发生 溶解与扩散，实现连接焊件的方法。 溶解与扩散，实现连接焊件的方法。
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第二节
焊接接头的组织与性能
一、焊接工件上温度的变化与分布
各点最高温度不同 因为离焊缝中心距离不同。 因为离焊缝中心距离不同。 各点在不同的时间达到该点最高 温度 因为热传导需要一定的时间。 因为热传导需要一定的时间。
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二、焊接接头的组织与性能
焊接接头：用焊接方法连接的接头，简称接头。 焊接接头：用焊接方法连接的接头，简称接头。
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1.熔合区 熔化金属 1500
℃
1 2 3 4
温 度 (℃ ）
1300 2.过热区 1100 3.正火区 4.部分相变区 900 700 500 300 100
0.77 2.1
%C
变化
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三、改善焊接热影响区组织和性能的方法
在焊接过程中，热影响区在焊接接头中必然存在， 在焊接过程中，热影响区在焊接接头中必然存在， 是不利影响，应尽量减少。 是不利影响，应尽量减少。 正确选择焊接方法与焊接工艺。 正确选择焊接方法与焊接工艺。
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2）焊缝的性能
由于焊缝化学成分很好， 由于焊缝化学成分很好 ， 焊缝力学性能各项指 标都可以达到技术要求。 标都可以达到技术要求 。 其中结构钢焊缝的强度还 可以高于母材， 塑性和母材差不多， 可以高于母材 ， 塑性和母材差不多 ， 韧性达不到实 物母材的指标。 物母材的指标。 主要由于柱状晶粒有所细化 ， 主要由于柱状晶粒有所 细化， 焊条渗合金作用 细化 合金元素含量提高。 使Si,Mn合金元素含量提高。 合金元素含量提高
焊前对焊件预热 预热， 焊前对焊件预热，这样可减弱焊件各部位间的 温差，从而显著减小焊接应力。 温差，从而显著减小焊接应力。 小能量焊接方法（ 焊接中采用小能量焊接方法 小电流、低电压、 焊接中采用小能量焊接方法（小电流、低电压、 慢焊速 或锤击焊缝可减小焊接应力 可减小焊接应力。 慢焊速）或锤击焊缝可减小焊接应力。 焊后去应力退火方法 采用焊后去应力退火方法。 采用焊后去应力退火方法。
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直流正接：将工件接到电源的正极，焊条（或电极）接到负极。 直流正接：将工件接到电源的正极，焊条（或电极）接到负极。 工件温度相对高一些。 工件温度相对高一些。 直流反接：将工件接到电源的负极，焊条（或电极）接到正极。 直流反接：将工件接到电源的负极，焊条（或电极）接到正极。 交流电源：两极加热温度一样，不存在正接和反接问题。 交流电源：两极加热温度一样，不存在正接和反接问题。 2．电弧电压：电弧稳定燃烧时的电压。与电弧长度有关，电 电弧电压：电弧稳定燃烧时的电压。与电弧长度有关， 弧长度越大，电弧电压也越高。 弧长度越大，电弧电压也越高。 空载电压：焊接时的引弧电压。一般为 空载电压：焊接时的引弧电压。一般为50～90V。
采用焊后正火处理， 采用焊后正火处理，使焊缝和焊接热影响区的组织转 变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的性能。 变成为均匀的细晶结构，以改善焊接接头的性能。
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第三节
焊接应力与变形
焊接过程是一个不平衡的热循环过程， 焊接过程是一个不平衡的热循环过程，加热后焊件各 不平衡的热循环过程 部分的温度不同，随后的冷却速度也各不相同。 部分的温度不同，随后的冷却速度也各不相同。因而焊件 各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力 内应力、 各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下，必将产生内应力、 变形或裂纹。 变形或裂纹。
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2．热影响区的组织和性能 热影响区的组织和性能
焊接热影响区：焊缝附近金属受热发生变化的区域。 焊接热影响区：焊缝附近金属受热发生变化的区域。 1）熔合区：焊缝和基体金属的交界区，温度处于固相线和液相 熔合区：焊缝和基体金属的交界区， 半熔化区。 线之间，又称为半熔化区 熔化金属凝固成铸态组织， 线之间，又称为半熔化区。熔化金属凝固成铸态组织，未熔 化金属因加热温度过高而成为过热粗晶。 化金属因加热温度过高而成为过热粗晶。它在很大程度上决 定着焊接接头的性能。 定着焊接接头的性能。 过热区：奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织， 2）过热区：奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，故塑性及韧 性降低，脆性较大。 性降低，脆性较大。 正火区：加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。 3）正火区：加热时金属发生重结晶，转变为细小的奥氏体晶粒。 冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织， 冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能 优于母材。 优于母材。 部分相变区：珠光体和部分铁素体发生重结晶， 4）部分相变区：珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小 的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变，但其晶粒有长大趋 的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变， 冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差 力学性能比正火区稍差。 势。冷却后晶粒大小不均，因而力学性能比正火区稍差。