焊接技术 6 金属焊接性与焊接方法.ppt

1、焊接冶金与金属焊接性,第六章 金属焊接性与焊接方法,第六章 金 属 焊 接 性,第一节 焊接性与焊接性试验,（一）金属焊接性,一、焊接性概念 Weldability,金属是否能适应焊接加工而形成完整的、具备 一定使用性能的焊接接头的特性。,包括两个方面：一是金属在经受焊接加工时对缺陷的敏感性；二是焊接接头在一定的使用条件下可靠运行的能力。,第六章 金 属 焊 接 性,1、影响焊接性的因素,（1）材料因素,焊接金属、焊接材料（焊条、焊丝、焊剂、保护气体）所有材料影响熔池冶金和结晶过程，焊接金属主要影响焊接HAZ区性能,（2）工艺因素 同一材料，不同的方法不同的焊接性 焊前预热、焊后热处理 焊条焊

2、剂的烘干，坡口清理等：严格按规范 执行,第六章 金 属 焊 接 性,Prof. Z SUN，smse,（3）结构因素 焊接接头的刚度、应力集中和多轴应力等，在拘束尽量小的条件下焊接。,（4）使用条件 焊接结构必需符合使用条件的要求。 载荷性质、工作温度、介质性质 极端条件下的焊接：腐蚀环境（海洋平台），高温环境（汽轮机、发电机），低温环境（低温设施），辐射环境（核设施），等,第六章 金 属 焊 接 性,Prof. Z SUN，smse,二、焊接性试验,（一）试验内容 1、焊缝金属抵抗产生热裂纹的能力 2、焊缝及HAZ区抵抗产生冷裂纹的能力 3、焊接接头金属抗脆性转变能力 4、焊接接头的使用性能

3、,（二）焊接性试验方法 模拟类方法，实焊类方法，理论计算类方法,第六章 金 属 焊 接 性,1、斜Y坡口对接裂纹试验（Y slit cracking test）,广泛用于评价打底焊缝及其热影响区冷裂倾向,第六章 金 属 焊 接 性,计算式：,a）根部裂纹率,b）表面裂纹率,c）断面裂纹率,第六章 金 属 焊 接 性,预热温度对裂纹影响：可测得能够防止冷裂 纹的临界预热温度，评定冷裂敏感性,冷却速度、冷却时间对裂纹的影响：可测得 裂纹率急剧增长的临界冷却速度或极限冷却时间 评定冷裂敏感性,斜Y坡口试验条件苛刻，一般，裂纹率不超过 20%，在实际焊接时就不会开裂。,第六章 金 属 焊 接 性,直Y

4、坡口：跟部裂纹敏感性,第六章 金 属 焊 接 性,2、插销试验（Implant test） 一种简便而又节省材料的试验方法 主要用于考核材料的氢致裂纹敏感性，也可用于 考核再热裂纹及层状撕裂等的敏感性。,第六章 金 属 焊 接 性,3、碳当量计算分析,国际焊接学会：,适用于400700MPa强度非调质钢,当CE(IIW) 0.45%时，焊接厚度25mm以下 的板可不预热 当CE(IIW) 0.41%且w(C) 0.207%时，焊接 厚度小于37mm的板可不预热,第六章 金 属 焊 接 性,3、碳当量计算分析,美国焊接学会 ：,适用成分（质量百分数，小于）：C0.6，Mn1.6，Ni3.3，Cr

5、1.0，Mo0.6，Cu0.51，P0.050.15，当Cu0.5或P0.05，则可不计入。,第六章 金 属 焊 接 性,Prof. Z SUN，smse,第六章 金 属 焊 接 性,日本：,适用于调质低合金钢，5001000MPa，成分（质量百分数，小于）：C0.2，Si0.55，Mn1.5，Ni2.5，Cr1.25，Mo0.7，Cu0.5，V0.1，B0.006。,HT50 Ceq 0.46% HT60 Ceq 0.52% 预热75oC HT70 Ceq 0.52% 预热100oC HT80 Ceq 0.62% 预热150oC,第六章 金 属 焊 接 性,日本伊藤：,适用成分（质量百分数，

6、%）：C0.070.22，Si00.60，Mn0.11.4，Ni01.2，Cu00.50，Cr01.20，Mo00.07， V00.12，B00.005。扩散氢H1.05.0mol/100g，板厚h1959mm，焊接线能量1780kJ/cm。,计算所需的预热温度：,第六章 金 属 焊 接 性,第二节 合金钢的焊接,一、热轧及正火钢的焊接 热轧及正火钢的分类、成分、性能,（一）焊接性分析,焊接缺陷（裂纹）；材料性能（脆化）,1、热裂纹 w(C)较低，w(Mn)较高，Mn/S比可以达到要求，具有较好 的抗热裂性能，正常情况下不会出现热裂纹。 当成分不合格，出现波动，偏析C、S含量偏高Mn/S比 低

7、于要求出现裂纹 可以通过焊接材料调整焊缝金属成分。降低焊剂中的C、S含量,第六章 金 属 焊 接 性,2、冷裂纹 主要问题。 淬硬组织：对氢致裂纹敏感 淬硬倾向与冷裂纹的关系 热影响区最高硬度与冷裂倾向的关系,3、再热裂纹 不含强碳化物形成元素，对再热裂纹不敏感。 如有强碳化物形成元素，则要注意,第六章 金 属 焊 接 性,4、层状撕裂 主要与板厚有关，不受钢材限制。 板厚16mm以下，不易出现 冶金轧制质量，片状硫化物带状分布，影 响大 抗层状裂纹的Z向钢。Z向断面收缩率达到 20%， 即不会出现层状撕裂,第六章 金 属 焊 接 性,5、HAZ的性能 主要是过热区的脆化问题。 合金化方式影响

8、过热区脆化。 Mn-Si，固溶强化，合金元素在完全固溶条件下有 优良的综合性能 Mn-V、Mn-Nb、Mn-Ti等，固溶强化，沉淀强化 正火处理 正火钢的过热敏感性比热轧钢大 出现冷裂，采用小线能量焊接，可降低脆化,第六章 金 属 焊 接 性,（二）焊接工艺特点 焊接方法不是关键，无特殊要求。 根据材料厚度、产品结构和具体施工条件选择： 手弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊,1、热轧钢 （1）主要特点 碳当量较低，强度不高，具有较好的塑性、 韧性及焊接性，HAZ淬硬倾向略大于低碳钢。焊 件较厚，接头刚性大，环境温度低时易产生冷裂 纹。,第六章 金 属 焊 接 性,（2）工艺措施 要求焊缝与母材等

9、强的焊件，选用相应强度级别 的焊条； 不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高 塑性、韧性； 尽量使用低氢焊条；对强度级别低地低合金钢、 非动载荷构件，可使用酸性焊条； 板厚增加，刚性变大，应提高预热温度； 在环境温度0oC以下施工，构件预热100150oC 酸性焊条150250oC烘干，碱性焊条350 450oC烘干后在100150oC保温。,第六章 金 属 焊 接 性,（3）焊接规范 295Mpa级，Ceq0.280.35%，09Mn2、09Mn2Cu、 09Mn2Si、09MnV、12Mn、18Nb6等，可以不预热，不后热， 常采用J422、J423、J426、J427焊条。 345M

10、Pa级，Ceq0.310.39%，16Mn、16MnCu、16MnRe 、16MnSiCu、12MnNb、14MnNb等，厚度大于40mm，需要 大于100oC预热 ，焊后600650oC回火，常采用J502、J503、 J506、J507焊条。 390MPa级，Ceq0.380.42%，15MnV、15MnCu、 15MnVRe、16MnNb、15MnTi、15MnTiCu，厚度大于32mm ，需要大于100oC预热 ，用J506、J507焊条，焊后560590回 火；用J556、J557焊条，焊后600650oC回火。,第六章 金 属 焊 接 性,2、正火钢 （1）主要特点 碳当量较高，焊

11、接HAZ有明显的淬硬倾向， 焊后于800500oC冷却速度越大，淬硬越严重， 冷裂敏感性增加。输入焊接线能量不可过低（焊 接电流小，焊接线速度高），否则易产生淬硬组 织；线能量过高，过热度大，晶粒粗大，接头塑 性降低。,第六章 金 属 焊 接 性,（2）工艺措施 要求焊缝与母材等强的焊件，选用相应强度级别的焊 条； 不要求等强的焊件，选用强度略低的焊条，提高塑性 、韧性； 使用低氢焊条；适当控制线能量和焊后冷却速度； 强度级别高或厚度较大的焊件，焊后应及时热处理， 或在200350oC保温26 h； 焊件、焊条应保持低氢状态，定位焊也应采取预热措 施； 严禁在非焊接部位引弧。 焊条350450

12、oC烘干，使用前100150oC保温,第六章 金 属 焊 接 性,（3）焊接规范 440MPa级，Ceq0.410.43%，15MnVN、 15MnVNCu、15MnVTiRe、14MnVTiRe等，厚度大于 32mm，需要大于100oC预热，常采用J556、J557、J606 、J607焊条。 490MPa级，Ceq0.500.55%，18MnMoNb、 14MnMoV、15MnMoVCu、14MnMoVN等，大于150oC 预热，焊后600650oC回火；12Ni4CrMoV钢，大于 150oC预热，保持层温150300oC，焊后600650oC回火 ；常采用J607、J606焊条。 54

13、0MPa级，Ceq0.47%，14MnMoVB，200250oC 预热，焊后55020oC或66020oC回火，用J706、J707焊条,第六章 金 属 焊 接 性,二、低碳调质钢的焊接,成分、性能、特点,（一）焊接性分析,各种裂纹的敏感性,1、焊缝热裂纹 含碳量较低，含锰量较高，S、P控制严格热裂倾向较小。,高Ni低Mn钢，热裂倾向略大，但不突出,？,第六章 金 属 焊 接 性,2、热影响区液化裂纹 不常见，主要在高Ni低Mn钢中，与 比有关，Mn/S比超过50%，敏感性很低。,Mn/S,线能量影响：线能量大，晶粒粗大，晶界溶化严重，液化裂纹倾向大。,埋弧自动焊，可采用小能量的焊接方法或控制

14、熔池形状，减小凹度等。,3、冷裂纹 马氏体转变温度高，自回火作用，减小了淬硬裂纹倾向,第六章 金 属 焊 接 性,4、再热裂纹 能够引起再热裂纹的元素：Cr、Mo、Cu、V、 Nb、Ti、B等。其中V的影响最大，Mo次之。,Cr的影响与其含量有关。 在Cr-Mo系、Cr-Mo-V系钢中，当w(Cr)1%时，增加Cr含量再热裂纹倾向加大；当w(Cr)1%时，增加Cr含量再热裂纹倾向减小。,*焊接Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Mo-V和Ni-Mo-V等类 型钢时，需注意再热裂纹问题。,第六章 金 属 焊 接 性,5、层状撕裂 不敏感。,6、HAZ性能 （1）过热区脆化 控制冷却，得到低马+下贝组织

15、。,（2）软化 普遍问题。 调质状态，HAZ的高温回火区超出了母材的回火温度软化，必须注意!,第六章 金 属 焊 接 性,（二）焊接工艺特点 1、主要特点 母材为低碳马氏体或贝氏体组织，具有高的强韧性和焊接性。 控制冷却速度，得到低碳马氏体+下贝氏体组织 冷速慢，易出现上贝氏体、高碳马氏体及铁素体混合组织，韧性下降； 冷速快，出现淬硬组织，韧性、塑性降低。,第六章 金 属 焊 接 性,2、工艺措施 按设计要求，选用相应强度级别的低氢焊条； 焊件、焊条应保持低氢状态； 根据板厚、预热温度、层间温度确定合适的焊接线能量，并严格控制；强度越高，控制要求越严格。 焊后热处理应比母材回火温度低2030o

16、C； 控制坡口边缘的切割裂纹和装配点固焊裂纹，必须打磨掉割口渣和氧化皮； 严禁在非焊接部位引弧； 焊条350450oC烘干，使用前100150oC保温。,第六章 金 属 焊 接 性,3 焊接规范 590MPa级，Ceq0.580.65% 14MnMoVN，大于150oC预热，保持层温高于150oC，200400oC24h去氢处理，焊后630640oC回火； 12Ni2CrMoV、12MnCrNiMoVCu等，80120oC预热，保持层温80120oC ，焊后630640oC回火； 常用J707焊条,第六章 金 属 焊 接 性,690MPa级，Ceq0.55%，14MnMoNbB，大于150oC

17、预热，保持层温高于150oC，250或150oC去氢处理，焊后630640oC回火；常采用J707、J807焊条。 690MPa级，Ceq0.67%，12Ni5CrMoV，120140oC预热，保持层温120140oC ，200oC去氢处理，常用J807焊条。,第六章 金 属 焊 接 性,第三节 异种钢焊接问题,第六章 金 属 焊 接 性,第四节 焊接方法特点,一、手工电弧焊 1、特点 （1）操作灵活 适合各种位置（全位置）焊接，平焊、立焊、仰焊，对接、搭接、角接、T型接头等，室内室外，复杂结构 （2）待焊接头装配要求低 焊接过程主要由焊工操作控制 （3）可焊金属材料广 几乎没有什么限制 （4

18、）熔覆速度低 焊接电流小，需更换焊条 （5）依赖性强 焊接接头的性能对焊工的操作水平和临场发挥依赖性强,第六章 金 属 焊 接 性,2、手弧焊设备 焊接电源 电源外特性、动特性、规范调节特性 交流弧焊机、旋转式直流弧焊发电机、弧焊整流器、逆变弧焊整流器（新型直流电源，体积小、质量小、高效节能、动态响应好）,3、手弧焊辅助设备 电焊钳（焊把），面罩和护目镜，电焊条保温筒 ，焊缝接头尺寸监测器，清渣榔头和钢丝刷，夹具及 变位器，气动打渣工具及高速角向砂轮机,第六章 金 属 焊 接 性,4、手弧焊电源选择 （1）根据焊接金属材质、焊条类型、焊接结构选择: 酸性焊条焊接低碳钢：交流弧焊变压器 碱性焊条

19、焊接高压容器、高压管道等重要结构，焊接 非铁金属、合金钢、铸铁等：弧焊整流器、弧焊发电 等直流电源 通用性较强地交、直流焊机：多用途 （2）根据焊接结构所用材料、板厚范围、结构形式等因素确定所需弧焊电源的容量，参照弧焊电源技术数据，选用相应的电源 （3）价格、效率、电网容量、操作维修费用、占地面积以及场地设施等,第六章 金 属 焊 接 性,二、埋弧自动焊 以裸金属焊丝与焊件（母材）间所形成电弧为热 源，以覆盖在电弧周围的颗粒状焊剂及其熔渣作保护 的电弧焊方法。,1、特点 优点： （1）焊缝质量高 电弧掩埋在焊剂及熔渣之下，保护性好； 对焊工的依赖性小，焊缝化学成分劾机械性能稳定性好。 （2）生

20、产率高 焊接电流和电流密度均高于手弧焊，保护性好 （3）劳动条件好 无弧光辐射，焊工的主要工作是操纵焊机,第六章 金 属 焊 接 性,缺点： （4）焊接位置：只适用于平焊 颗粒状焊剂 （5）对焊剂要求高 成分控制要严，难以焊接铝、镁等氧化性强的金属及其合金 （6）只适合于长焊缝 短焊缝的生产率还低于手弧焊 （7）电弧弧柱电位梯度大，不适合1mm以下的薄板,第六章 金 属 焊 接 性,2、设备 等速送丝式，变速送丝式埋弧自动焊 （1）组成及要求 送丝及行走机构，弧焊电源，送丝及行走电机 拖动控制系统，焊头调整机构。 （2）机械结构类型 小车式，门架式（大车式），悬臂式（容器环 缝、纵缝专用）。,

21、第六章 金 属 焊 接 性,3、高生产率的埋弧自动焊方法 （1）双丝和多丝串列电弧埋弧自动焊 沿焊接方向前后串列的双丝或多丝埋弧自动焊：提高焊接效率 前列电弧可采用足够大的电流以保证熔深，后随电弧则用来改善焊缝成形，可采用较低的电流和稍高的电弧电压；焊丝之间的距离和倾角可以调整焊缝形状。,第六章 金 属 焊 接 性,（2）窄间隙埋弧自动焊 超过100mm的超厚板，传统的X或U型坡口： 生产率低，性能差 近年发展窄间隙埋弧自动焊 关键： a 研制能在窄坡口中实现埋弧焊的焊嘴 能伸入窄坡口的导电嘴、焊剂输出口，焊缝跟踪自动检测传感器 b 研制在窄坡口条件下具有良好脱渣性的专用焊剂,第六章 金 属

22、焊 接 性,（3）埋弧带极堆焊 用矩形截面取代圆形焊丝：具有稀释率低、 熔覆率高、熔覆面积大、埋弧边缘平整、熔合线 整齐、焊剂耗量低等优点。耐磨、耐蚀构件工作 面堆焊的高生产率方法。 常用带宽有50、100、25、50mm， 厚度0.41.0mm,第六章 金 属 焊 接 性,三、钨极氩弧焊 以氩气作为保护气体的TIG（Tungsten Inert Gas：钨极惰性气体）焊。 手工操作，机械、自动操作 最小板厚0.4mm，一般不超过4mm。火箭发动机壳，16mm，填充金属，慢，质量好。,第六章 金 属 焊 接 性,1、特点 优点： （1）能焊接除熔点非常低的铅、锡以外的绝大多数金属和合金 （2）

23、能焊接化学活泼性强和形成高熔点氧化膜的铝、镁及其合金 （3）避免焊后去渣工序 （4）无飞溅 （5）某些场合颏不加填充金属 （6）能进行全位置焊接 （7）能进行脉冲焊接，减少热输入,第六章 金 属 焊 接 性,（8）能焊接薄板 （9）明弧，能观察电弧及熔池 （10）填充金属的填加量不受焊接电流影响 缺点： （1）焊接速度低 （2）熔覆率小 （3）需要采取防风措施 （4）焊缝金属易于受钨的污染 （5）消耗氩气，成本较高,第六章 金 属 焊 接 性,2、焊接电流 （1）直流TIG焊接 正接、反接 直流电弧产生的热量集中在阳极，钨电极的加热程度在反接时较正接剧烈，反接时的载流能力是正接时的1/10左右

24、，但反接时，电弧具有去除熔池表面氧化膜的功能。 （2）交流TIG焊接 兼有去除氧化膜和提高钨电极载流能力的优点。,第六章 金 属 焊 接 性,（3）直流脉冲TIG焊接 常用脉冲0.310Hz。 较直流TIG的优点： 增大焊缝的深宽比，防止烧穿，减小热影响区范围，增加熔池的搅拌作用,典型的钨极亚弧焊机： 直流手工钨极亚弧焊机，交流手工钨极亚弧焊机，交流方波手工钨极亚弧焊机，自动钨极亚弧焊机。,第六章 金 属 焊 接 性,四、熔化极气体保护焊,热量：焊丝与工件间的电弧 保护：气体，隔离空气,GMAW 分类,采用实芯焊丝,MIG焊接-保护气体,MAG焊接-保护气体,CO2焊接-保护气体,采用药芯焊丝

25、=药芯焊丝气体保护焊-保护气体,第六章 金 属 焊 接 性,1、特点 优点： （1）可焊金属范围宽 只有低熔点或低沸点金属如铅、锡、锌等不宜 （2）适用性强 全位置焊接，最薄1mm，厚度不受限制 （3）焊接效率高 较手弧焊高得多：连续送丝，不需要换焊条；焊 道之间不需要清渣；通过焊丝的电流密度大,第六章 金 属 焊 接 性,（4）可获得较手弧焊低得多的含氢量 （5）在相同电流下，比手弧焊熔深大得多 （6）焊接薄板时，焊速快，变形小,缺点： （1）灵活性差 焊枪必须靠近构件，空间受限 （2）环境制约 室外应用受到限制 （3）不够轻便 焊枪大,第六章 金 属 焊 接 性,2、选择保护气体的原则 被

26、焊金属的性质、接头质量要求、焊件厚度、焊接位置、焊接工艺。,铝及铝合金、钛及钛合金、铜及铜合金、锆及锆合金、镍及镍合金等易氧化的金属，应采用惰性气体（Ar或Ar+He混合气体），优质焊缝金属,低碳钢、低合金钢、不锈钢等，不宜采用惰性气体，而用氧化性气体：CO2、Ar+CO2、Ar+O2，可以细化过渡熔滴，克服电弧阴极斑点漂移及焊道边缘坡口咬边等缺陷。,Ar中加入He、CO2、O2，可以提高焊接效率,第六章 金 属 焊 接 性,3、焊接电源选择 （1）电流种类及极性 一般采用直流电源反极性。直流弧焊发电机、硅 整流电源、可控硅整流电源、晶体管整流电源、逆变 整流电源,（2）电源外特性 熔化极弧长

27、恒值调节原理： a 等速送丝式焊机配用恒压外特性电源（电压变化 率,的外特性称为恒压外特性）,第六章 金 属 焊 接 性,b 弧压反馈送丝式焊机配用恒流外特性电源（陡降及垂降外特性称为恒流外特性） 如用亚射流电弧焊铝时，则等速送丝式焊机配用恒流外特性电源,第六章 金 属 焊 接 性,（一）熔化极氩弧焊 1、工艺特点 （1）采用纯Ar或富Ar（Ar70%）作保护气体， 几乎可焊接所有金属。 （2）焊接厚板铝、铜及不锈钢时，生产率比TIG 焊高，焊接变形比TIG焊小。 （3）焊接铝及铝合金时，直流反接法有良好的阴 极雾化作用。 （4）熔滴过渡主要采用喷射过渡、脉冲过渡和短 路过渡三种形式,第六章

28、金 属 焊 接 性,2、铝及铝合金焊接工艺 易氧化，形成高熔点的Al2O3膜，难以熔合成形。 Ar的纯度要高（Ar99.9%），焊前必须仔细清洗焊丝和坡口。 用化学法和电解法清洗焊丝，812h内使用； 机械法清理坡口，不超过34昼夜。 （1）短路过渡焊接 细焊丝、小电流，适用于12mm薄板对接、搭接、角接和全位置焊接。 （2）喷射过渡焊接 焊接电流必须大于临界电流,第六章 金 属 焊 接 性,3、不锈钢焊接工艺 （1）短路过渡焊接 通常采用0.81.2mm细焊丝，保护气体为Ar+O215%或Ar+CO2525%混合气。 （2）喷射过渡焊接 采用Ar+O212%或Ar+CO2510%作保护气体。

29、焊丝可做较小摆动。为提高抗腐蚀性，尽量提高冷却速度。与腐蚀介质接触的工作面应最后焊,第六章 金 属 焊 接 性,4、低碳钢和低合金钢焊接工艺 （1）短路过渡焊接 通常采用1.6mm硅锰焊丝和Ar+CO22030%富Ar气体。 （2）喷射过渡焊接 采用Ar+O235%或Ar+CO21025%作保护气体。 焊接电流必须大于临界电流： 莱斯奈维奇（Lesnewich）经验公式估算临界电流：IL=60+135d-1.2l,焊丝伸出长度,第六章 金 属 焊 接 性,（二）熔化极脉冲氩弧焊 1、工艺特点 （1）具有较宽的电流调节范围 包括从短路过渡到喷射过渡所有的电流区域，从几十安培到几百安培，既能焊接厚

30、板，也能焊接薄板 可以用粗丝焊接薄板。工艺方便：送丝容易，降低焊丝成本，产生气孔倾向减小 （2）可用较小的平均电流进行焊接 熔滴过渡和熔池金属加热是间歇性的，不易发生淌流，便于全位置焊接，焊缝成形控制比普通氩弧焊有利。 （3）可有效地控制输入热量，改善接头性能,第六章 金 属 焊 接 性,2、脉冲参数选择 （1）基值电流Ib 脉冲电弧间歇时维持导电状态。不宜过大，脉 冲不明显；不宜过小，电弧不稳。 （2）脉冲电流Ip 决定脉冲能量的一个重要因素。必须大于临界 脉冲电流值IPL。 脉冲电流增大，熔深增大；脉冲电流减小，熔 深减小。通过调节脉冲峰值电流来调节熔深大小。,第六章 金 属 焊 接 性,

31、（3）脉冲频率fP 一般根据焊接电流确定。电流大，频率高；电流小，频率低。有一调节范围：过高，失去脉冲特点；过低，焊接过程不稳定。 （4）脉宽比K=tp/Tp 反映了脉冲焊接特点的强弱。过大，接近于连续喷射过渡焊接情况，失去脉冲焊意义。一般取2550%。 非平焊取低值 。,第六章 金 属 焊 接 性,选择脉冲喷射过渡焊接规范的程序： 焊前先根据具体焊接要求选定Ip、fP、K这些脉冲参数，焊接时主要调节焊接电流（总平均电流）、电弧电压及焊接速度等。保证送丝速度等于焊丝熔化速度。在等速送丝情况下，通过调节送丝速度来改变总平均电流大小，控制电弧的线能量,第六章 金 属 焊 接 性,（三）CO2气体保

32、护焊 CO2气体密度大，隔离空气，保护焊接区的效果十分良好。 1、工艺特点 （1）CO2电弧穿透力强，焊丝熔化率高，生产效率可比手弧焊提高13倍。 （2）CO2保护焊的成本只有埋弧焊鹤手工焊的4050%。 （3）抗锈能力强，焊缝含氢量低。 （4）在电弧高温中，CO2分解出原子态氧,第六章 金 属 焊 接 性,a 合金元素烧损 b 增加金属飞溅 c 引起CO气孔 采用含有Si、Mn、Al等脱氧元素的焊丝。 主要用于焊接碳钢及低合金钢等黑色金属,第六章 金 属 焊 接 性,2、焊接材料 （1）CO2保护气体 固态、液态、气态 液态CO2是无色液体；黑色气瓶，黄色“CO2”字样。气瓶中压力降到980

33、kPa时不再使用。 （2）焊丝 CO2焊丝成分要求： a 有足够数量的脱氧元素 b 含碳量要低，通常w(C)0.11% c 保证焊缝金属具有满意的机械性能和抗裂性能 H08Mn2SiA应用最广的焊丝,第六章 金 属 焊 接 性,3、焊接规范选择 （1）短路过渡焊接 应用最广。薄板及全位置焊接。 电弧电压、焊接电流、焊接回路电感、焊接速度、气体流量、焊丝伸出长度 一般采用直流反极性。堆焊时用直流正极性。 （2）细颗粒过渡焊接 CO2长弧焊接。 电流增大到一定程度，焊丝的熔化金属以小颗粒状态进入熔池。 电弧穿透力强，熔深大，适合于焊接中厚及大厚度工件直流反接,第六章 金 属 焊 接 性,4、药芯焊

34、丝CO2电弧焊 （1）药芯成分改变了纯CO2电弧气氛的物理化学性质，飞溅少且飞溅颗粒细，容易清除，焊缝较实芯焊丝电弧焊美观。 （2）与焊条手弧焊相比，由于CO2电弧的热效率高，且焊接电流大，生产效率高35倍。 （3）调节焊丝成分就可以焊接不同的钢种，不像冶炼实芯焊丝那么复杂。 （4）焊接熔池受到CO2气体和熔渣两方面保护，抗气孔能力强于实芯焊丝。 （5）送丝比较困难，药芯易吸潮，需要在250300oC下焙烘。,第六章 金 属 焊 接 性,Prof. Z SUN，smse,五、等离子弧焊接与切割 1、等离子弧特点 焊接等离子弧： 一种经压缩了的电弧。特征是弧柱截面小、能量密度大（105106W/

35、cm2)、弧柱中心温度高达1800024000K、焰流速度超过300m/s。 焊接、喷涂、堆焊和切割中广泛应用。 通过机械压缩、热压缩、磁收缩三种压缩效应获得有非转移弧、转移弧、联合型弧。,第六章 金 属 焊 接 性,优点： 1）热源的能量密度大、温度高，穿透能力强。 一次焊透板材厚度（mm）：不锈钢8，钛及钛合金 12，镍及镍合金6，低合金钢7，低碳钢8。 2）电弧挺性好。 等离子弧的扩散角只有5o左右，弧长变化时，对焊缝成形的影响很小。钨极亚弧焊扩散角约45o。 3）等离子弧是压缩电弧，热电离充分，即使电流小于1A时仍能稳定燃烧，特别适宜于焊接微型精密零件。 4）等离子弧穿透性强、挺性好，

36、借助小孔效应正面施焊，背面不用衬垫也可获得良好的反面成形。,第六章 金 属 焊 接 性,缺点： 5）焊枪结构及电气控制电路较复杂。 6）焊枪尺寸较大，笨重，影响手工焊时对焊缝的观察。 7）当使用转移弧时，工艺参数选择不当，可能出现双弧现象，等离子弧电流降低，过程中断，烧毁喷嘴,第六章 金 属 焊 接 性,双弧：除了在钨极和工件之间燃烧等离子弧外，还会在钨极-喷嘴-工件之间产生串列的旁弧,防止产生双弧的途径： 正确选择电流和离子气流量； 减小转弧时的冲击电流值； 电极和喷嘴的对中要好； 喷嘴的水冷却效果要好； 电极内缩量不要太大； 喷嘴至工件的距离不要太小。,第六章 金 属 焊 接 性,2、等离

37、子弧焊接 （1）普通等离子弧焊接 一般采用30A以上电流，最适合于焊接厚3mm以上的板材，利用小孔效应一次正面焊反面成形，焊接生产率高。焊接3mm以下板材，可采用非转移型弧。 （2）微束等离子弧焊接 一般工作电流小于30A，弧柱直径细小微束或微弧。转移弧和非转移弧同时存在。常用于自动焊。,第六章 金 属 焊 接 性,（3）脉冲等离子弧焊接 焊接电流调制成基值电流和脉冲电流。基值电流起维弧作用，脉冲电流熔化金属。拓宽了焊接规范参数的调节范围，有助于满足各种接头型式及空间位置的焊接要求。 （4）熔化极等离子弧焊接 等离子弧焊和熔化极气体保护焊相结合的一种焊接方法。有钨极结构型（适用于焊接）和水冷喷

38、嘴型（适用于堆焊） 。,第六章 金 属 焊 接 性,六、现代焊接技术,（一）电子束焊接 电子束焊接是利用会聚的高能量电子束轰击工件后，将动能转化为热能，从而使焊件熔化，形成焊缝 电子的产生、加速和会聚成束是由电子枪完成的,从焊接环境压强分类： 高真空（10-110-2Pa）、低真空（2510-1Pa）、非真空（惰性气体保护）； 从加速电压分类： 高压（加速电压60150kV），低压（30kV），中压（3060kV）。,第六章 金 属 焊 接 性,电子束焊接设备 Electron Beam Welding Equipment,第六章 金 属 焊 接 性,1、特点 优点： （1）功率密度大。电子束

39、的功率密度可达到106109W/cm2，相当于电弧功率密度的1010000倍。 （2）焊缝深宽比大。一般电弧焊的深宽比2，电子束焊接的深宽比可20。可以一次焊接多层板。厚板和薄板都不开坡口，不加填充金属。输入线能量小。 （3）熔池周围气氛纯度高。在真空度为510-2Pa时，其污染程度为0.66ppm，比99.99%的工业纯氩纯洁几百倍。 （4）工作距离大。电子束的工作距离可高达几百毫米，而电弧的长度只有几毫米,第六章 金 属 焊 接 性,（5）实应性强。电子束功率可在1kW几百kW调节。可以进行高速焊接，薄板焊接速度可以达到1030m/min。 缺点： （6）设备价格昂贵，焊接费用大。 （7）

40、接头边缘要机械加工，接头间隙要小于0.1板厚，且不能大于2mm。 （8）真空度要求高，时间长，降低效率。夹具和焊件必须是无磁性物质，否则必须进行完全的退磁处理。,第六章 金 属 焊 接 性,2、焊接工艺与应用 可以在一般电弧焊难以进行的场合施焊。 如：焊接变形量小，可以焊接已经精加工后的组 装件；可以单道焊接厚度超过100mm的碳钢或厚度达 到475mm的铝板；可以焊接热处理强化或冷作硬化 的材料而不恶化接头的机械性能；可以焊接贴近热敏 元件的焊件；可以焊接内部保持高真空度的密封件； 可以焊接难熔金属、活性金属、异种金属或复合材料 等；可以焊接复杂形状的精密零部件 。,第六章 金 属 焊 接 性,（1）合金钢焊接 强度提高小线能量保证焊接接头具有良好地综合性能 与其它熔化焊方法相比，在相同熔深时电子束焊接所用的线能量最小特别适宜于高强钢的焊接。 （2）钛及钛合金焊接 工业纯钛和钛合金。避免有害气体的污染，能量密度大，焊速高焊缝中不出现粗大片状的相，焊接接头有效系数可达100%。高电压、小束流防止晶粒长大 。,第六章 金