第四章金屬連接成型連接成型指將簡單型材或零件連接成復雜零件和機器部件的加工工藝。根據連接成型原理不同，分為：機械連接、冶金連接和物化連接。1.機械連接——利用螺釘、螺栓和鉚釘連接成型，接頭可以拆卸，主要用于裝配。2.物化連接——利用粘結劑，通過物理、化學作用將材料連接成型，接頭不可拆卸。主要用于異種材料。3.冶金連接——通過加熱或加壓（或即加熱又加壓），使分離表面的原子間距足夠小形成金屬鍵而獲得永久性接頭，主要用于金屬材料的連接。第1節金屬連接方法概述第2節手工電弧焊第3節其他焊接方法簡介第4節常用金屬材料的焊接性能第5節焊接結構設計第6節機器零件毛坯的選擇第一節金屬連接方法的概述4.1.1鉚接鉚接的實質是把鉚釘穿入零件鉚釘孔內，利用軸向力將鉚釘頭部鐓粗成釘頭，或通過零件間的過盈量使兩個或兩個以上的零件固接起來的連接方法。

鉚接的分類緊固鉚接，又稱強固鉚接。這種鉚接要求鉚釘具有一定的強度來承受相應的載荷，但對接縫處的密封性要求較低。多用于房架、橋梁、起重機車輛等。又可分為活動鉚接和固定鉚接。緊密鉚接，這種鉚接對鉚釘承載要求不高，但對于接縫處要求具有較高的密封性，以防止泄漏。多用于水箱、氣罐、油罐等容器的鉚接。固密鉚接，又稱強密鉚接。既要求鉚釘具有足夠的強度來承受相應的載荷，又要求接縫處有良好的密封性，即在一定的壓力作用下，液體或氣體均不得滲漏。多用于鍋爐、壓縮空氣罐等高壓容器的鉚接。

鉚接的基本形式（1）搭接。（2）對接。（3）角接。鉚釘所用材料應具有高的塑性和不可淬透性，鋼鉚釘常用Q215、Q235等低碳鋼制成。在要求高強度時，也可使用低碳合金鋼。鉚釘也可用其它塑性金屬制成，如銅、鋁等。但鉚釘材料應和被鉚件材料相同，以避免由于線膨脹系數不同而使鉚縫惡化，并避免產生電化腐蝕。常見鉚釘鉚接后的形式見下圖。圖4-2常見鉚釘鉚接后的形式（a）單排搭接（b）雙排搭接（c）三排搭接（d）單排單搭板對接（e）雙排雙搭板對接圖4-3鉚縫的基本形式4.1.2膠接

利用膠粘劑在聯接面上產生的機械結合力、物理吸附力和化學鍵合力而使兩個膠接件聯接起來的工藝方法。膠接不僅適用于同種材料，也適用于異種材料。膠接工藝簡便，不需要復雜的工藝設備，膠接操作不必在高溫高壓下進行，因而膠接件不易產生變形，接頭應力分布均勻。在通常情況下，膠接接頭具有良好的密封性、電絕緣性和耐腐蝕性。膠接的工藝過程比較簡單，但為獲得理想的膠接效果，還應注意以下幾點：①接頭形式：增大膠接面積，提高接頭抗沖擊、抗剝離能力是設計膠接接頭的原則。因此，搭接、套接、嵌接等是較好的膠接接頭形式。圖4-4膠接基本形式②表面處理：材料的膠接表面狀況對膠接質量有直接影響，膠接前需要對材料進行表面處理,其主要工序包括：清洗除油和除銹；噴砂或機械加工，使膠接面具有一定的粗糙度；化學處理形成活性易膠接表面等。其中機械或化學處理有時可以省去，例如鋁蜂窩結構膠接時可不經機械處理；某些鋼鐵工件經噴砂處理后，不需化學處理也能獲得良好的膠接效果。③膠粘劑的選擇：膠粘劑品種繁多、性能各異。選擇時要考慮膠接件材料的種類和性質（金屬或非金屬、剛性或柔性等）、接頭使用環境（受力狀況、溫度、濕度、介質等）、允許的膠接工藝條件（固化溫度、壓力等），以及膠粘劑的價格。目前，膠接在機床、汽車、拖拉機、造船、化工、儀表、航空、航天等工業部門中的應用日漸廣泛，其應用實例如上圖所示。膠接接頭的受力情況如下圖所示。（c）錐形接頭（d）角接頭圖4-7膠接接頭形式4.1.3脹接指根據金屬具有塑性變形這一特點，用脹管器將管子脹牢固定在管板上的連接方法。多用于管束與鍋筒的連接。工作過程是：將脹管器插入管子頭，使管子頭發生塑性變形，直至完全貼合在管板上，并使管板孔壁周圍發生變形，然后拔出脹管器。由于管子發生的是塑性變形，而管板仍然處在彈性變形狀態，擴大后的管徑不能縮小，而管板孔壁則要彈性恢復而使孔徑變小（復原），這樣就使管子與管板緊緊地連接在一起了。利用管端與管板孔溝槽間的變形來達到緊固和密封的連接方法。用外力使管子端部發生塑性變形，將管子與管板連接在一起，又叫脹管。目前，多采用脹管器脹接。圖4-8脹接結構形式（1）光孔脹接如下圖（a）所示，一般用于工作壓力小于0.6MPa、溫度低于300℃、脹接長度小于20mm的場合。（2）翻邊脹接如下圖（b）所示，即管子脹緊后，將管端扳成喇叭形或翻打成半圓形，以提高接頭的連接強度。（3）開槽脹接如下圖（c）所示，在管板孔內開環形槽，使管子脹接時能鑲嵌到槽中，以提高抗拉脫力。（4）脹接加端面焊。4.1.4焊接將分離的金屬用局部加熱或加壓，借助于金屬內部原子的結合與擴散作用牢固地連接起來形成永久性接頭的過程。金屬材料的焊接性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數及結構形式條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現出易焊和難焊的差別。

金屬材料的焊接性不是一成不變的，同一種金屬材料，采用不同的焊接方法、焊接材料及焊接工藝（包括預熱和熱處理等），其焊接性可能有很大差別。優點：節省材料，接頭密封性好，可承受高壓；簡化加工與裝配工序，容易實現機械化和自動化生產。缺點：焊接結構有殘余應力和變形，焊接接頭性能不均勻，焊接質量檢驗困難。

焊接用于機械制造中的毛坯生產和制造各種金屬結構件。還用于零件修補。

焊接的特點焊接的本質：小范圍的金屬熔煉與鑄造

焊接的分類

焊接的三要素熱源：要求能量集中，溫度高，以保證金屬快速熔化，減小高溫對金屬性能的影響。熔池的保護與凈化：

保護：采用熔渣、惰性氣體、真空等保護措施，將熔池與大氣隔離，阻止焊接縫金屬氧化與雜質進入焊縫。凈化：降低焊縫中氧、硫磷等元素的含量。填充金屬：一方面保證填滿焊縫，另一方面可向焊縫過渡有益的合金元素，以彌補金屬的燒損，并調整焊縫金屬的化學成分，滿足性能要求。第二節手工電弧焊手工電弧焊是利用電弧釋放的熱量為熱源，使焊件和焊條局部融化形成共同的熔池，冷卻凝固后實現焊接的工藝。4.2.1手工電弧焊的焊接過程焊接電弧電弧是在兩電極之間的氣體介質內產生的一種強烈而持久的放電現象。即在局部氣體介質中有大量電子流通過的導電現象。電弧焊以焊條和工件為兩電極。一般情況下，電弧熱量在陽極區產生的較多，約占總熱量的43%，陰極約36%，弧柱約21%。溫度：用鋼焊條焊鋼材時，陽極區約2600K；陰極區約2400K；電弧中心約6000~8000K。使用直流電源焊接時有正接、反接兩種：正接——正極接工件（工件溫度可稍微高一些）；反接——負極接工件（工件溫度稍低一些）。交流焊機無正反接，溫度均為2500K。

手工電弧焊的焊接過程手工電弧焊的焊接過程主要包括焊條和焊件的熔化、焊滴過渡、熔池的形成和冷卻結晶（焊縫與渣殼的形成）等幾個階段。4.2.2手工電弧焊冶煉過程的特點電弧焊時，母材和焊條受到高溫作用而熔化，形成熔池。熔池可看作是一個微型冶金爐，其內要進行一系列物理、化學過程，其冶金過程特點如下：（1）金屬熔池很小，且周圍是冷金屬，熔池處于液態的時間很短；

①由于化學反應難于在如此短的時間內達到平衡狀態，所以成分不均勻。②氣體和夾雜來不及浮出，導致容易產生氣孔和夾雜等缺陷。③焊縫金屬組織結晶后易產生粗大的柱狀晶。（2）熔池金屬溫度高于一般冶煉溫度，因此金屬元素蒸發和燒損強烈；（3）金屬熔池體積小，散熱快，熔池處于液態的時間很短，使得各種冶金反應進行不徹底，造成焊縫金屬組織化學成分不均勻；（4）空氣在高溫電弧作用下分解出原子狀態的氧、氮和氫。當熔化金屬與空氣接觸時，會產生氧化物，使鋼中合金元素（C、Si、Mn）燒蝕，并使焊縫金屬含氧量增加，嚴重降低焊縫力學性能。第二章概述保證焊縫質量，應采取的措施4.2.3電焊條由焊條芯和藥皮組成二.焊條藥皮“作用”非常重要焊條鋼芯性能、化學成分、規格GB1300—77

已標準化第二章概述焊條藥皮作用焊條藥皮成分與作用第二章概述電弧的構造陰極：發射電子36％陽極：電子撞擊43％平2600K。弧柱區：21％6000-8000K第二章概述焊條的分類和型（牌）號：

我國生產的焊條按其用途分為結構鋼焊條（J）、鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條（R）、鉻不銹鋼焊條（G）、鉻鎳不銹鋼焊條（A），堆焊焊條（D）、鑄鐵焊條（z）、鎳及鎳合金焊條（Ni）、低溫鋼焊條（W）、銅及銅合金焊條（T），鋁及鋁合金焊條（L）和特殊用途焊條（S）十大類。其中，結構鋼焊條應用最廣泛。根據藥皮中熔渣酸性氧化物和堿性氧化物比例不同，焊條又分為酸性焊條和堿性焊條兩大類。焊條的分類酸性焊條和堿性焊條的特點酸性焊條：

氧化性強，具有優良的焊接性能，如穩弧性好，脫渣力強，飛濺小，焊縫成形美觀等，對鐵銹、油污和水分等容易導致氣孔的有害物質敏感性較低。堿性焊條：

有較強的脫氧、去氧、除硫和抗裂紋的能力，焊縫力學性能好，但焊接性能不如酸性焊條，如引弧較困難，電弧穩定性較差。對油污、鐵銹和水分較敏感等，一般要求用直流電源。而且藥皮熔點較高，還應采用直流反接法。●焊接位置平焊立焊橫焊仰焊船形焊接全位置焊焊條的牌號

根據GB5117一1995和GB5118—1995，低碳鋼和低合金鋼焊條型號的形式為：

“E××××”其中“E”表示焊條；第一、二位數字表示熔敷金屬抗拉強度的最低值；第三位數字表示焊條適用的焊接位置，“0”和“1”表示焊條適用于全位置焊接；“2”表示適用于平焊及平角焊，“4”表示適用于向下立焊；第四位數字表示焊接電流種類及藥皮類型（見表5.5）。例如，E4315所表示的焊條，熔敷金屬抗拉強度的最低值為420MPa，適用于全位置焊接；藥皮類型為低氫鈉型，應采用直流反接焊接。部分碳鋼焊條藥皮類型和焊接電流種類焊條的選擇原則一考慮母材的化學成分與力學性能1.一般要求焊縫金屬與母材等強度，因此可根據鋼材強度等級來選用相應的焊條。2.焊接特種鋼時，應選用專業焊條。保證焊縫金屬的主要化學成分及性能與母材相同（等成分原則）。3.焊接異種鋼時，采用低匹配原則。低碳鋼與低合金鋼焊接時，可按異種鋼接頭中強度較低的鋼材來選用焊條。二考慮結構的使用條件

對承受動載荷或沖擊載荷的焊縫，或結構復雜、大厚度的焊件，為保證焊縫具有較高的塑性、沖擊韌性、抗裂強度或低溫性能要求較高時，應選用堿性焊條，否則，選用酸性焊條。三考慮焊條的工藝性對焊前清理困難，且容易產生氣孔的焊接件，應選用酸性焊條；若母材中含有碳、硫磷等較高，則選用抗裂性較好的堿性焊條。四考慮焊接設備條件沒有直流電焊機，則只能選擇交直流兩用的焊條。在確定了焊條牌號后，還應根據焊接件的厚度、焊接位置等條件選擇焊條直徑，板件越厚，焊條直徑越大。4.2.4焊接接頭金屬組織與性能的變化2、焊接接頭的組成：焊縫金屬熔合區焊接熱影響區1、焊接工件上溫度的變化與分布低碳鋼焊接接頭的組織變化越靠近焊縫，加熱溫度越高1、焊縫金屬的組織及性能焊縫是由熔池金屬結晶形成的焊件結合部分。其金屬的結晶是從熔池底壁開始的。晶粒是柱狀晶，生長方向與最大冷卻方向相反，垂直于熔池底壁。由于熔池金屬受電弧吹力和保護氣體的吹動，晶粒有所細化。加之焊接材料的滲合金作用，所以焊縫金屬的力學性能可能不低于基體金屬。另外，焊縫成分不均勻，焊縫中心區容易偏析硫、磷等雜質，導致力學性能變差。2、熔合區和熱影響區的組織與性能的變化焊縫與母材交接的過渡區，其加熱的溫度介于液-固兩相線之間，加熱時，金屬處于半熔化狀態，其成分不均勻，組織粗大，塑性、韌性很差，是焊接接頭中性能最差的區域。根據熱影響區離焊縫的距離可劃分為如下幾個區域：2.2熔合區和熱影響區的組織與性能的變化受到不同規范的熱處理經歷了一次冶金過程！散熱太快了，.......力學性能最差晶粒粗大，塑性和韌性下降正火處理晶粒細化組織均勻晶粒大小不均勻低碳鋼焊接接頭的組織變化焊接熱影響區越小，焊接接頭的力學性能越好影響因素：

加熱的最高溫度，相變溫度停留時間，焊件大小，厚度，焊接方法，材料等。3、改善熱影響區組織性能的方法在焊接過程中熱影響區是不可避免的。對于普通焊接結構件，熱影響區造成的不利影響對使用功能影響不大，因此焊后不用特別處理。但對于重要結構件，則必須采取措施，保證焊接性能。

1）一般采用焊后退火或正火熱處理，改善焊縫及熱影響區的組織性能，使其晶粒細化。

2）采用多層焊，利用后層對前層的回火作用，使前層的組織和性能得到改善。

3）盡量選擇低碳且硫、磷含量低的鋼材為焊接結構材料

4）采用正確選擇焊接方法和焊接過程。4.2.5焊接應力與變形與鑄造過程產生熱應力相似，焊接過程中由于熱作用也將產生焊接應力和變形。焊接應力與變形產生的原因是焊接過程中對焊件的不均勻加熱和冷卻。

焊接應力超過材料的屈服強度極限，將產生塑性變形；焊接應力超過材料的抗拉強度極限，會產生裂紋。V（u）形坡口對接焊時，由于焊縫截面形狀上下不對稱，焊后收縮不均而引起的。T形梁和單邊焊縫焊接后，由于焊縫布置不對稱，縱向收縮引起的。焊縫布置不對稱或焊接過程不合理焊接薄板結構時，喪失穩定性而引起。防止與減少焊接變形的措施①合理設計焊接構件。在保證結構有足夠承載能力情況下，盡量減少焊縫數量、焊縫長度及焊縫截面積；要使結構中所有焊縫盡量處于對稱位置。厚大件焊接時，應開兩面坡口進行焊接，避免焊縫交叉或密集。盡量采用大尺寸板料及合適的型鋼或沖壓件代替板材拼焊，以減少焊縫數量，減少變形。②采取必要的技術措施。A.反變形法：經過計算或憑實際經驗預先判斷焊后的變形大小和方向，或焊前進行裝配時，將焊件安置在與焊接變形方向相反的位置。B加裕量法：焊前對焊件加放0.1%￣0.2%的收縮量，以補充焊后的收縮。圖4.8防止殼體局部塌陷的反變形(a)焊前預彎反變形；（b）焊后

C.剛性固定法利用夾具、胎具等強制手段，以外力固定被焊工件來減小焊接變形。該法能有效的減小焊接變形，但會產生較大的焊接應力，所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結構。D.選用合理的焊接順序合理選擇焊接順序能大大減小變形，如構件的對稱兩側都有焊縫，應該設法使兩側焊縫的收縮量能互相抵消或減弱。e.采用合理的焊接方法：焊接長焊縫時，為了減少焊接變形，常采用“逆向分段焊法”，即：把整個長焊縫分為長度為150￣200mm的小段，分段進行焊接，每一段都朝著與總方向相反的方向施焊，如圖5.12所示。圖5.12長縫的焊接(a)逐步退焊法；(b)跳焊法；（c）分中逐步退焊法；(d)分中對稱焊法矯正焊接變形的措施產生新的變形抵消原來的焊接變形。1）機械矯正變形：用手工錘擊，矯正機，輥床，壓力機等機械外力，使焊件產生與焊接變形反向的塑性變形而達到矯正。適用于塑性較好、厚度不大的焊件。2）火焰矯正變形：原理：利用金屬局部受熱后的冷卻收縮來抵消已發生的焊接變形。應用：主要用于低碳鋼和低淬硬傾向的低合金鋼。設備：火焰矯正一般采用氣焊焊炬，不需專門設備。減少和消除焊接應力的措施A合理的選擇焊接順序

盡量使焊縫能自由收縮，這樣產生的殘余應力較小。B.焊前預熱

目的是減小焊件上各部分的溫差，降低焊縫區的冷卻速度，從而減小焊接應力和變形。焊前將焊件預熱到350￣400℃，然后再進行焊接。c.焊后熱處理：

去應力退火可以消除焊接應力，即將工件均勻加熱到600￣650℃，保溫緩慢冷卻。整體高溫回火消除焊接應力的效果最好，一般可將80%￣90%以上的殘余應力消除掉。D.加熱“減應區”：在焊接結構上選擇合適的部位加熱后再焊接，可大大減少焊接應力。所選的加熱部位稱“減應區”。

5.焊接缺陷及防護措施第二章概述（2）焊接缺陷及其產生原因焊瘤

焊縫邊緣上存在多余的未與焊件熔合的堆積金屬。焊條熔化太快，電弧過長，電流過大，運條不正確，焊速太慢。夾渣

焊縫內部存在著非金屬夾雜物或氧化物。施焊中焊條未攪拌熔池，焊件不潔，電流過小，焊縫冷卻太快，多層焊時各層熔渣未清除干凈。咬邊在焊件與焊縫邊緣的交界處有小的溝槽。電流過大，焊條角度不對，運條方法不正確，電弧過長。裂紋

在焊縫和焊件表面或內部存在裂紋。焊件含碳、硫、磷高，焊接結構設計不合理，焊縫冷速太快，焊接順序不正確，焊接應力過大，存在咬邊、氣泡、夾渣，未焊透。氣孔

焊縫的表面或內部存在氣泡。焊件不潔，焊條潮濕，電弧過長，焊速過快，含碳量高。未焊透

被焊金屬和填充金屬之間在局部末熔合。裝配間隙太小，坡口間隙太小，運條太快，電流過小，焊條未對準焊縫中心，電弧過長。（2）焊接缺陷的防止防止焊接缺陷的主要途徑：一是制訂正確的焊接技術指導文件；二是針對焊接缺陷產生的原因在操作中采取防止措施。焊縫尺寸不符合要求應從恰當選擇坡口尺寸、裝配間隙及焊接規范入手，并輔以熟練操作技術。采用夾具固定、定位焊和多層多道焊有助于焊縫尺寸的控制和調節。6.焊接結構設計主要內容焊縫的布置焊接接頭及坡口形式的選擇焊縫布置的原則A、手工電弧焊應具有足夠的焊條操作空間第二章概述無法運行焊條！B、點焊或縫焊應考慮電極引入方便C、氣體保護焊：要考慮氣體的保護作用D、埋弧焊是接頭處有利于熔渣形成封閉空間

焊縫布置應該有利于減少焊接應力和變形

（一）盡量減少焊縫的數量（二）盡可能分散布置焊縫密集、交叉的焊縫，會加大熱影響區。（三）盡量對稱分布焊縫（四）焊縫應盡量避免最大應力和應力集中部位最大應力處易產生應力集中！已加工表面受熱后，會破壞原有精度！（五）焊縫應盡量避開機械加工面（2）

焊接接頭與坡口形式選擇接頭形式的選擇與設計焊接接頭是焊接結構最基本的組成部分，接頭設計應根據結構形狀及強度要求、工件厚度、可焊性、焊后變形大小，焊條消耗，坡口加工難易程度等各方面因素綜合考慮決定。通常手工電弧焊采用的接頭型式有

對接、搭接、T形接頭和角接4大類。①對接接頭及坡口選擇。手工電弧焊對接接頭形式可分為Ⅰ形坡口，V形坡口，X形坡口，U形坡口和雙U形坡口5種形式。每種坡口的尺寸和所適用的鋼板厚度都有明確的規定，如圖5.16所示。手工電弧焊和其他熔化焊焊接不同厚度的重要受力件時，若采用對接接頭，則應在較厚的板上作出單面或雙面削薄，然后再選擇適宜的坡口形式和尺寸（見圖5.17）。圖5.17不同厚度鋼板對接②搭接接頭及坡口選擇搭接接頭不需要開坡口，焊前準備和裝配工作比對接接頭簡單得多。但是搭接接頭應力分布復雜，往往產生彎曲附加應力，降低接頭強度，搭接接頭常用于焊前準備和裝配要求簡單的板類焊件結構中，如橋梁、房架等多采用搭接接頭的形式，如圖5.18所示。圖5.18搭接接頭③T形接頭及坡口形式T形接頭廣泛采用在空間類焊件上，T形接頭及坡口如圖5.19所示。完全焊透的單面坡口和雙面坡口的T形接頭在任何一種載荷下都具有很高的強度。根據焊件的厚度，T形接頭可選I形（不開坡口）、單邊V形、K形、單邊雙U形坡口形式。第二章概述④角接頭及坡口選擇

角接頭通常只起連接作用，不能用來傳遞工作載荷，且應力分布很復雜，承載能力低。根據焊件厚度不同，角接頭可選擇I形坡口（不開坡口）、單邊V形、單邊U形、V形及K形等5種坡口形式，如圖5.20所示。圖5.20角接頭的坡口形式(a）I形坡口；(b)K形坡口；（c）V形坡口單邊；（d）U形坡口單邊；（e）V形坡口焊接接頭形式的選擇（1）首先決定于焊縫位置之間的對應關系。但在結構設計時，設計者應綜合考慮結構形狀、使用要求、焊件厚度、變形大小、焊接材料的消耗量、坡口加工的難易程度等因素。（2）對接與搭接相比，具有受力簡單均勻、節省金屬等優點，故應用最多。但對接對下料尺寸和組裝要求比較嚴格。第三節其他焊接方法簡介4.3.1埋弧自動焊——當今生產效率較高的機械化焊接方法之一。是指電弧埋在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。焊絲與焊劑埋弧自動焊的焊絲同手工電弧焊焊芯的作用一樣，其成分標準也相同。常用焊絲牌號有H08A，H08MnA，H10Mn2等。

焊劑與焊條藥皮的作用也相同，在焊接過程中起穩弧、保護、脫氧、滲合金等作用。自動焊劑按制造方法分為熔煉焊劑、陶質焊劑和燒結焊劑。2焊接材料●焊絲——鋼芯(與手工焊鋼芯同屬一個國家標準)

根據化學成分和用途不同:例：

H08A(E)鋼焊絲高級優質鋼平均含碳量0.08%高級優質鋼第二章概述埋弧自動焊的焊接特點

但是，埋弧自動焊的靈活性差，只能焊接長而規則的水平焊縫，不能焊短的、不規則焊縫和空間焊縫，也不能焊薄的工件。焊接過程中，無法觀察焊縫成形情況，因而對坡口的加工、清理和接頭的裝配要求較高。埋弧自動焊設備較復雜，價格高，投資大。

通常用于碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼等中厚板（6～60mm）結構的長直焊縫及直徑大于250mm環縫的平焊。生產批量越大，經濟效果越佳。

4.3.2氣體保護焊

以惰性氣體—氬氣/CO2作為保護氣體將電弧、熔化金屬與周圍空氣隔離，防止空氣與金屬發生冶金反應的電弧焊。氣體保護焊屬于電弧焊。它以氣體代替手工電弧焊中的熔渣做焊縫的保護介質，避免殘留熔渣對焊件的腐蝕作用以及焊后繁瑣的清渣工作。氣體保護電弧焊的特點：（1）采用明弧焊、熔池可見性好，適用于全位置焊接，有利于焊接過程的機械化、自動化。（2）電弧熱量集中，熔池小，熱影響區窄，焊件變形小，尤其適用于薄板焊接。（3）可焊材料廣泛，可用于各種黑色金屬和非鐵合金的焊接。氬弧焊（1）不熔化極保護焊，也稱鎢極氬弧焊，是以高熔點的鈰鎢棒作為電極。焊接時，鈰鎢極不熔化，只起導電與產生電弧作用，易實現機械化，因電極所能通過的電流有限，所以只適合于焊接6mm以下的工件。圖5.24不熔化極氬弧焊1-焊絲或電極2-導電嘴3-噴嘴4-進氣管5-氬氣流6-電弧7-焊件9-焊絲圖5.24熔化極氬弧焊1-焊絲或電極2-導電嘴3-噴嘴4-進氣管5-氬氣流6-電弧7-焊件8-送絲輪（2）熔化極保護焊，熔化極氬弧焊以連續送進的焊絲作為電極，電流密度和氣體流量都較大，上產率高，多用于25mm以下的中厚板焊接。焊接時多用直流電源反接，可使電弧穩定。第二章概述氬弧焊的特點

（1）可以焊接各種金屬，尤其是易氧化的有色金屬和稀有金屬。（2）電弧穩定，飛濺小，焊縫致密、美觀。（3）保護中的電弧可見，便于操作。（4）熱量集中，熔池小、焊接速度快，熱影響區窄，工件焊后變形小。

二氧化碳氣體保護焊如右圖，焊絲由焊絲盤經送絲機構通過軟管從導電嘴送出，CO2氣體由氣瓶經過減壓器從焊炬噴嘴中以一定流量噴出，電弧引燃后，焊絲末端、電弧及熔池被CO2氣體所包圍，可防止空氣對高溫金屬的有害作用。A、CO2來源廣，價格低，生產率比手工電弧焊提高1—4倍。B、CO2電弧穿透能力強，熔深大，焊接速度快。C、焊縫氫含量低，焊絲中Mn含量高，脫硫作用好，因而焊接接頭的抗裂性好，品質良好。D、電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，焊接熱影響區較小。E、CO2氣體保護焊是明弧焊，可以清楚的看見焊接過程，容易發現問題及時處理。且CO2氣體保護焊半自動適于各種位置的焊接。二氧化碳氣體保護焊特點第二章概述二氧化碳氣體保護焊應用應用：用于焊接低碳鋼和低合金鋼，也可用于耐磨零件的堆焊，鑄鋼件的補焊，但是不適于焊接易氧化的非鐵金屬及其合金。注意事項：

CO2氣體保護焊時，為了減少飛濺、保護電弧穩定，要求使用直流焊機，且大多采用直流反接，焊接時，CO2流量通常為5—15L/min，保護氣體偏大或偏小均會使保護效果變差。二氧化碳氣體保護焊特點4.3.3電渣焊電渣焊---利用電流通過液態熔渣所產生的電阻熱作為熱源進行焊接的工藝方法。電渣焊一般都是在垂直立焊位置進行焊接的，其焊接過程如圖所示前后成形銅板伴著渣池緩慢上升，形成垂直焊縫電渣焊特點①生產效率高，成本低：電渣焊焊件不需開坡口，只需使焊接端面之間保持適當的間隙便可一次焊接完成，因此既提高了生產率，又降低了成本。②焊接品質好：由于渣池覆蓋在熔池上，保護作用良好，而且熔池金屬保護液態時間長，有利于焊縫化學成分的均勻和氣體雜質的上浮排除。因此，出現氣孔，夾渣等缺陷的可能性小，焊縫成分較均勻，焊接品質好。③焊接應力小：焊接速度慢，焊件冷卻速度相應降低，因此焊接應力小。④熱影響區大：電渣焊由于熔池在高溫停留時間較長，熱影響區較其他焊接方法都寬，造成接頭處晶粒粗大，力學性能有所降低。所以，一般電渣焊后都要進行熱處理或在焊絲、焊劑中配入釩、鈦等元素以細化焊縫組織。4.3.4電阻焊電阻焊---利用電流通過焊件及接觸處所產生的電阻熱、將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態，然后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法。電阻焊分為：點焊、縫焊和對焊。點焊是利用柱狀銅合金電極，在兩塊搭接焊件接觸面之間形成焊點，而將工件連接在一起的焊接方法。通電、加壓，電阻發熱---金屬熔化—形成焊點。包括預壓－通電－斷電維持－休止。焊接第二點時，有一部分電流會流經已焊好的焊點，稱點焊分流現象。點焊的應用主要適用于厚度小于4mm的薄板、沖壓結構及線材的焊接。廣泛用于制造汽車、車廂、飛機等薄壁結構以及罩殼和輕工業。縫焊縫焊的應用與缺點主要用于制造厚度小于3mm、要求密封性的薄壁結構。如：油箱、小型容器、管道等。缺點：焊接分流作用大，需要焊接電流比點焊增加15-40%。電阻對焊閃光對焊4.3.5摩擦焊摩擦焊---利用焊件相互摩擦產生的熱量，同時加壓進行焊接的焊接方法。焊接兩個圓形橫斷面工件時，首先使一工件以中心線為軸高速旋轉，然后將另一工件向旋轉工件施加軸向壓力，開始摩擦加熱。達到給定的摩擦焊時間或規定的摩擦變形量，即接頭加熱到焊接溫度時，立即停止工件的轉動，同時施加更大的軸向壓力，進行頂鍛焊接。通常，全部焊接過程只要幾秒鐘。摩擦焊焊接原理摩擦焊的特點(1)在摩擦焊過程中，焊件接觸表面的氧化膜與雜質被清除，因此接頭組織致密，不易產生氣孔、夾渣等缺陷，接頭質量好而且穩定。(2)可焊接的金屬范圍較廣，不僅可焊同種金屬，也可以焊接異種金屬。(3)焊接操作簡單，不需焊接材料，容易實現自動控制，生產率高(4)電能消耗少(只有閃光對焊的1/10一l/15)。(5)易于實現機械化和自動化缺點：設備復雜，一次性投資大；只適合于圓盤狀。4.3.6釬焊釬焊---利用熔點比焊件低的釬料（釬絲）作填充金屬，適當加熱后，釬料熔化而將處于固態的焊件聯結起來的焊接方法。釬焊的種類A軟釬焊---釬料熔點在450℃以下，接頭強度低。用于焊接電子元件等。60-140MPa

釬劑：松香和氯化鋅溶液B、硬釬焊---釬料熔點在450℃以上，焊接強度較高。用于焊接鋼、銅合金等。200-490MPa

釬劑：硼砂、硼酸和堿性氟化物的混合物。釬焊的過程將表面清理好的工件以搭接形式裝配在一起，把釬料放在接頭間隙附近或接頭間隙之間。當工件與釬料被加熱到稍高于釬料的熔點溫度后，釬料熔化(此時工件不熔化)，借助毛細管作用釬料被吸入并充滿固態工件間隙，液態釬料與工件金屬相互擴散溶解、冷凝后即形成釬焊接頭。釬焊的特點(1)工件加熱溫度較低，組織和力學性能變化很小，變形也小。接頭光滑平整，工件尺寸精確。廣泛應用于機械，電子，航空和航天等小而薄，精度高的零件。(2)可焊接性能差異很大的異種金屬，對工件厚度的差別也沒有嚴格限制。(3)工件整體加熱釬焊時，可同時釬焊多條(甚至上千條)接縫組成的復雜形狀構件．生產率很高。(4)設備簡單，投資費用少。

但釬焊的接頭強度較低，尤其是動載強度低，允許的工作溫度不高，焊前清整要求嚴格．4.3.7真空電子束焊對于鋯、鈦、鈮、鉬等稀有金屬及其合金的焊接難題直到真空電子束焊接技術出現，才得到解決。焊接原理：通過材料的熔融和汽化使材料達到牢固地結合。利用經過聚焦的高速運動的電子束撞擊焊件時，動能轉化為熱能，從而使焊件連接處熔化形成焊縫。圖5.27真空電子束焊示意圖1—真空室；2—焊件；3—電子束；4—磁性偏轉裝置；5—聚焦透鏡；6—陽極；7—陰極；8—燈絲；9—交流電源；10—直流高壓電源；11，12—直流電源；13—排氣裝置集束功率密度可達109瓦/厘米2

，束徑可達幾微米！被光斑照射的局部范圍內，在幾分之一微秒時間內溫度可達幾千度以上。特別適合焊接難熔、活性、高純度金屬及小零件的焊接缺點：設備復雜，成本高，尺寸受限制，生產效率低。4.3.8激光焊

它以高能量密度的激光束作為熱源，對金屬進行熔化形成焊接接頭的特種熔化焊接方法。激光焊接基本原理圖5.28激光焊接示意圖1—激光器；2—信號器；3—激光束；4—聚集系統；5—輔助能源；6—焊件；7—工作臺；8—信號器；9—觀測瞄準器；10—程控設備激發具有亞穩態能級結構的物質產生受激輻射，輸出大量的光能。其作用是使激光束準確聚焦并且可以調整聚焦位置。

激光焊接的特點(1)激光輻射的能量釋放極其迅速，點焊過程只有幾毫秒。這不僅提高了生產率，而且被焊材料不易氧化。因此可以在大氣中進行焊接，不需要氣體保護或真空環境。(2)激光焊接的能量密度很高，熱量集中，作用時間很短。所以焊接熱影響區極小，焊件不變形，特別適用于熱敏感材料的焊接。

(3)激光束可用反射鏡或偏轉棱鏡將其在任何方向上彎曲或聚焦，可以用光導纖維引到難以接近的部位。激光還可以通過透明材料壁進行聚焦，因此可以焊接一般焊法難以接近或無法安置的焊點。(4)激光可對絕緣材料直接焊接，焊接異種金屬材料也比較容易，甚至能把金屬與非金屬焊在一起。缺點：設備昂貴，能量轉化率低（5-20％），功率較小，可焊接的厚度受到一定限制，而且操作與維護的技術要求較高。激光焊接應用激光焊接技術被用于對金屬和非金屬材料的焊接、切割、穿孔。激光焊接(主要是脈沖激光點焊)特別適合焊接微型、精密、排列非常密集和熱敏感材料的焊件，已廣泛應用于微電子元件的焊接。如集成電路內外引線焊接，微型繼電器、電容器、石英晶體管殼封焊，以及儀表游絲的焊接等。4.3.8氣焊

是利用可燃性氣體在氧氣中燃燒時所產生的熱量，將母材焊接處熔化而實現連接的一種熔焊方法。

由氧氣瓶、氧氣減壓器、乙炔發生器（或乙炔瓶和乙炔減壓器）、回火保險器、焊炬和橡皮管等組成。

目前，主要用于薄鋼板（厚度0.5~3ｍｍ）、銅及銅合金的焊接和鑄鐵的補焊。用于野外維修。應用設備氧－乙炔氣焊氧－乙炔焊的分類（１）中性焰：氧氣與乙炔體積混合比為１－１．２，乙炔充分燃燒，適合焊接碳鋼和非鐵合金。（２）碳性焰：氧氣與乙炔體積混合比小于１，乙炔過剩，使用于焊接高碳鋼，鑄鐵和高速鋼。（３）氧化焰：氧氣與乙炔體積混合比大于１．２，氧氣過剩，適用于黃銅和青銅的釬焊。氣焊特點

Ａ、與焊接電弧比，氣體火焰的溫度低，熱量分散。因此，氣焊的生產率低，變形嚴重，街頭顯微組織粗大，性能較差。

Ｂ、但氣焊熔池溫度容易控制，容易實現單面焊雙面成形。

Ｃ、氣焊還便于預熱和后熱，不需要電源。Ｄ、氣焊常用于薄板焊接，管子焊接，鑄鐵補焊等。各種焊接方法的特點和應用4.4

常用金屬材料的焊接4.4.1

金屬材料的焊接性一.焊接性的概念焊接性---是指被焊金屬在一定的焊接工藝條件下（焊接方法、焊接材料、工藝參數、結構型式），獲得優質焊接接頭的難易程度。即對焊接加工的適應性。包括接合性能和使用性能。可焊性是一個相對的概念：表現為---1.工藝條件相同時，材料經焊接后產生缺陷、裂紋等的傾向性大小。2.材料對某種焊接工藝所表現出的可焊性，主要是指焊接接頭在使用中的可靠性。影響金屬材料焊接性的因素很多，焊接性的評定一般是通過估算或試驗方法確定。通常用碳當量法和冷裂紋敏感系數法。①碳當量法一般常用碳當量法估算可焊性，即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響相當的量。經驗公式為：1）C當量＜0.4%時，可焊性好。一般的焊接工藝條件下，不會產生裂紋。2）C當量=0.4～0.6%時，可焊性較差。焊前需采取適當的工藝措施。3）C當量＞0.6%時，可焊性差。焊接前后需都需采取措施。②冷裂紋敏感系數法。

由于碳當量法僅考慮了鋼材的化學成分，忽略了焊件板厚，焊縫含氫量等其他影響焊接性的因素，因此，無法直接判斷冷裂紋產生的可能性大小。由此提出了冷裂紋敏感系數的概念。其計算公式為：

冷裂紋敏感系數越大，則產生冷裂紋的可能性越大，焊接性越差。低碳鋼的碳含量≤0.25%，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接過程不敏感，可焊性良好。可用各種焊接方法進行焊接而不需采取特殊的工藝措施。注意:Ａ、在低溫環境下焊接厚度大，剛性大的結構時，應該進行預熱，否則容易產生裂紋。Ｂ、重要結構焊后要進行去應力退火以消除焊接應力。Ｃ、電渣焊的焊件，焊后應進行正火處理，以細化晶粒。低碳鋼的焊接C≤0.25～0.6%（C當量更大），隨著含碳量的增加，可焊性明顯變差。焊接前后需采取一定的工藝措施，以保證焊接質量。存在問題A、焊縫易產生氣孔。B、焊縫及焊接熱影響區易產生淬硬組織和裂紋。中碳鋼的焊接中碳鋼的焊接特點（1）熱影響區易產生淬硬組織和冷裂縫。（2）焊縫金屬熱裂縫傾向較大。工藝措施：焊前：必須預熱。（150～250℃）焊后：熱處理。（重要結構件）焊條：低氫型。焊接規范：細焊條、小電流、開坡口、多層焊。高碳鋼的焊接（１）焊接特點：高碳鋼Ｗｃ大于０．６０％，其焊接特點與中碳鋼基本相同，但淬硬和裂紋傾向更大，焊接性比中碳鋼更差。（２）焊接方法：一般這類鋼不用于制造焊接結構，大多是用手工電弧焊或氣焊來補焊修理一些損壞件，且焊接時注意焊前預熱和焊后緩冷。普通低合金結構鋼的焊接一般用于焊接結構件的合金結構鋼，用得最多的是普通低合金結構鋼，簡稱低合金鋼。低合金鋼的含碳量雖然較低，但因其他元素的含量不同，可焊性差別很大。其特點為：1.熱影響區的淬硬傾向：

鋼材的強度級別越高，焊后熱影響區的淬硬傾向也越大。2.焊接接頭的裂紋傾向：

隨著鋼材強度級別的提高，產生裂紋的傾向也增加。不銹鋼的焊接１、定義：

指具有優良的化學穩定性和一定的抗腐蝕性的高合金鋼，它的Ｗｃｒ＞１２％，還含有鎳，猛，鉬等合金元素。２、分類：（按組織狀態進行分類）

奧氏體不銹鋼，鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼等，其中一奧氏體不銹鋼的焊接性最好。３、牌號：

常見的有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti等。不銹鋼的焊接特性（1）焊接接頭的晶界腐蝕：①產生原因：

焊接時，在450~850C溫度范圍停留一定時間的接頭部位，在晶界處h會析出高鉻碳化物（Cr23C6）,引起晶粒表層含鉻量降低，形成貧鉻區,當晶界附近的金屬含鉻量低于臨界值12％時，便會發生明顯的晶界腐蝕。②防止措施：

A、增加焊縫中穩定碳化物形成元素的含量。

B、選擇超低碳焊條或母材。

C、采取合理的焊接過程和規范，采用小電流快速焊，強制冷卻。

D、焊后進行熱處理：固溶處理或穩定化處理（2）熱裂紋：①產生原因：焊接是產生較大拉應力，同時晶界處可能形成低熔點共晶，導致焊接時容易出現熱裂紋。②防止措施：A、選用含碳量很低的母材和焊接材料。B、減少母材和焊材中雜質來源，避免焊縫中雜質偏析和聚集。C、加入一定量的鐵素體形成元素。D、采取合理的焊接過程和規范，采用小電流快速焊，不橫向擺動。鑄鐵的焊補鑄鐵的含碳量很高，可焊性很差。通常鑄鐵不用作焊接結構件，但在鑄造生產中，常會遇到一些有缺陷的鑄件。在鑄造標準中，對可焊補的缺陷作出了規定。鑄鐵的焊接特點：（1）熔合區易產生白口組織，硬度高，很難加工（2）易產生裂縫；（3）易產生氣孔。第二章概述鑄鐵的焊補一般采用氣焊和手工電弧焊，焊接工藝分為：

熱焊法和冷焊法。

1.熱焊法焊前將工件預熱600～700℃，焊接過程中>400℃,

焊后緩慢冷卻。（1）焊件受熱均勻，焊接應力小；（2）冷卻速度慢，可防止焊接區產生白口組織和裂紋；（3）焊接質量好，易機加工。（4）缺點：焊接技術復雜，生產率低，成本高，焊件易變形，焊工勞動條件差。焊接特點應用一般僅用于焊后要求機械加工或形狀復雜的重要工件。冷焊法第二章概述焊前不預熱或只進行400℃以下的低溫預熱的焊補方

冷焊法主要依靠焊條的化學成分來防止產生白口組織和裂縫。焊接特點（1）生產率高，勞動條件好，成本低。（2）焊件變形小。（3）焊接品質不易保證，易產生白口組織，加工性較差。應用生產中冷焊多用于補焊要求不高的鑄件或用于補焊高溫預熱易引起變形的工件。5.2鋁及鋁合金的焊接第二章概述鋁的可焊性與銅的可焊性相似---焊接困難。焊接特點---（1）易氧化。（2）易在焊縫中形成氣孔。（3）焊接接頭易開裂。（4）鋁及鋁合金高