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第七章 焊接 7.1 焊接工艺基础 7.1.1 焊接的特点、应用与分类 １、焊接的主要特点　　焊接与铆接等其他加工方法相比，具有减轻结构重量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性能高；工作过程中无噪音等优点。其不足之处是会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。２、焊接在工业生产中的应用　　焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。 7.1 焊接工艺基础 ３、焊接方法的分类 7.1.2 焊接接头的组织与性能 1、焊缝的组织与性能 用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。由于温度的分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。 7.1 焊接工艺基础 7.1 焊接工艺基础 焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区三部分组成的。焊缝两侧因焊接热作用而导致母材的组织和性能发生变化的区域称为焊接热影响区。焊缝和母材的交界线称为熔合线，熔合线两侧有一个比较窄小的焊缝与热影响区的过渡区，称为熔合区。 焊缝组织是由熔池金属结晶得到的柱状铸态组织，由铁素体和少量珠光体组成。铸态组织晶粒粗大，组织不致密。但由于焊接熔池体积小，冷却速度快，焊条药皮、焊剂或焊丝在焊接过程中的渗合金作用，使得焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能高于母材，所以焊缝金属的力学性能不低于母材，特别是强度容易达到。 7.1 焊接工艺基础 ２、热影响区及熔合区的组织与性能 （1）熔合区 　　也称半熔化区，化学成分不均匀，金属组织晶粒粗大，其力学性能最差。 （2）热影响区 　　由于热影响区各点温度不同，热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区等。 　　（１）过热区。焊接时被加热到Ac3以上100～200℃至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。因而其塑性及韧性很低，容易产生焊接裂纹。 　　（２）正火区。被加热到Ac3至Ac3以上100～200℃区间，金属发生重结晶，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。 7.1 焊接工艺基础 被加热到Ac1～Ac3温度区间，珠光体和部分铁素体发生重结晶，晶粒细化；部分铁素体来不及转变。冷却后晶粒大小不均匀，其力学性能较差。 综上所述，熔合区和过热区是焊接接头中比较薄弱的部分，对焊接质量影响最大。因此在焊接过程中尽可能减小其宽度。　焊接接头组织和性能的好坏主要与焊接材料、焊接方法和焊接工艺有关，其中焊接工艺是影响焊接接头组织和性能的主要因素 （３）部分相变区 7.1 焊接工艺基础 7.2 常用焊接方法 7.2.1 焊条电弧焊 焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件，从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法。由于它使用的设备简单，操作灵活方便，能够适应各种条件下的焊接，因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法。但焊条电弧焊要求操作者技术水平较高，生产率较低，劳动条件较差。 1、焊接过程 焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。 1）焊接电弧的产生 7.2 常用焊接方法 焊接电弧分三个区域，即阴极区，阳极区和弧柱区。当采用直流电源时，如焊条接负极，工件接正极，则阴极区在焊条末端，阳极区在工件上。 阴极区：热量约占电弧总热量的38％，温度约为2100℃。 阳极区：热量约占电弧总热量的42％，温度约为2300℃。 弧柱区：热量约占电弧总热量的20％，弧柱中心温度可达5700℃以上。 图中纵坐标表示力拉伸力F，单位为N；横坐标表示绝对伸长量Δl，单位为mm。 2）电弧的组成及热量分布 7.2 常用焊接方法 7.2 常用焊接方法 （1)直流电源焊接 　　正接法：焊件接电源正极，焊条接负极,见左下图。正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件焊接。 　　反接法：焊件接电源负极，见右下图用于薄板和有色金属焊接。 （2)交流弧焊电源焊接时，不存在正、反接问题。 与外力相等而方向相反的相互作用力，称为内力。单位截面积上的内力称为应力，拉伸时的应力用符号σ表示。 3）电弧的极性及应用 7.2 常用焊接方法 7.2 常用焊接方法 2、焊条电弧焊设备 焊条电弧焊的主要设备是电焊机，实际上是一种弧焊