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国家国家职业资格培格培训教程教程焊焊 工工（基础知识）（基础知识）焊接概述焊接概述 随着社会生活和科学技术的发展，随着社会生活和科学技术的发展，焊接已成为机械制造工业部门和修焊接已成为机械制造工业部门和修理行业中重要的加工工艺，也是现理行业中重要的加工工艺，也是现代工业生产中不可缺少的加工方法。代工业生产中不可缺少的加工方法。n第一节第一节 焊接的物理实质焊接的物理实质n 在机械制造中需要把两个或两个以上零件在机械制造中需要把两个或两个以上零件按一定的形式和位置连接在一起。按一定的形式和位置连接在一起。n连接特点：连接特点：n1.临时性连接：不毁坏零件拆卸。临时性连接：不毁坏零件拆卸。n2.永久性连接：毁坏零件后拆卸。永久性连接：毁坏零件后拆卸。连接技术综述连接技术综述n 通过机械、物理和化学方法，以及冶通过机械、物理和化学方法，以及冶金方式，将多个零件连接成一个整体，金方式，将多个零件连接成一个整体，并保持相互位置的工艺方法并保持相互位置的工艺方法n机械连接机械连接n可拆卸连接可拆卸连接/不可拆卸连接不可拆卸连接n物理化学方法物理化学方法n钎焊钎焊/粘接粘接n冶金方式：冶金方式：焊接焊接机械连接可拆卸连接机械连接可拆卸连接机械连接不可拆卸连接机械连接不可拆卸连接铆接铆接n焊接三个要点：焊接三个要点：n一是材料，可以是金属、非金属；可以一是材料，可以是金属、非金属；可以是同种材料、异种材料。是同种材料、异种材料。n二是达到原子间的结合。二是达到原子间的结合。n三是永久性。三是永久性。焊接焊接焊接的实质焊接的实质:（不可拆卸的连接）不可拆卸的连接）通过加热或加压（或两者并用），用通过加热或加压（或两者并用），用或不用填充金属，使焊件形成原子间结合或不用填充金属，使焊件形成原子间结合的一种连接方法。的一种连接方法。焊接的特点及应用焊接的特点及应用n焊接生产的特点：焊接生产的特点：n优优点点是是：连连接接性性能能好好；省省工工省省料料成成本本低低；重重量轻；可简化工艺。量轻；可简化工艺。n缺缺点点是是：不不可可拆拆卸卸；焊焊接接接接头头组组织织和和性性能能要要变坏；要产生焊接应力、变形和缺陷。变坏；要产生焊接应力、变形和缺陷。n焊接生产的应用：焊接生产的应用：n制造金属结构制造金属结构n机器零部件和工具机器零部件和工具n修补修补焊接与铆接相比焊接与铆接相比优点：优点：1、节约金属材料，便于、节约金属材料，便于制造双金属制造双金属 结构。结构。2、减轻结构重量、减轻结构重量,以小拼以小拼大，化复大，化复 杂为简单。杂为简单。3、构件质量高、构件质量高,产品密封产品密封性好。性好。4、焊接的材料厚度不受、焊接的材料厚度不受限制。限制。5、减轻劳动强度、提高、减轻劳动强度、提高生产力。生产力。缺点：缺点：1.焊接结构的应力集中比焊接结构的应力集中比较大。较大。2.有较大的焊接应力和变有较大的焊接应力和变形。形。3.焊缝中存在一定数量的焊缝中存在一定数量的焊接缺陷。焊接缺陷。4.焊接结构具有较大的性焊接结构具有较大的性能不均匀性。能不均匀性。5.焊接接头的整体性。焊接接头的整体性。焊接的应用焊接的应用n1、制造金属结构、制造金属结构n2、制造金属零件或毛坯、制造金属零件或毛坯n3、连接电器导线、连接电器导线 第二节第二节 焊接方法分类焊接方法分类n金属连接的障碍金属连接的障碍n金属表面只有个别微观点接触；金属表面只有个别微观点接触；n材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污材料表面存在着氧化膜、油、杂质、污物、锈等。物、锈等。n解决的方法解决的方法n加热（加热到熔化状态）加热（加热到熔化状态）熔化焊熔化焊n加压（加热或不加热）加压（加热或不加热）压力焊压力焊焊接方法分类焊接方法分类等离子弧焊非熔化极TIG激光焊电子束焊钎焊钎焊电渣焊MAG压力焊压力焊铝热焊气焊CO2MIG 电弧弧焊 熔化极熔化极手工焊埋弧焊熔化焊接熔化焊接n焊接分类焊接分类n一、冶金角度分：一、冶金角度分：n液相焊接：液相焊接：n 指熔化焊，利用热源加热侍焊指熔化焊，利用热源加热侍焊部位，使之发生熔化，利用液相的部位，使之发生熔化，利用液相的相溶，达到原子间的结合。它包括相溶，达到原子间的结合。它包括电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊、激光焊等。激光焊等。n固相焊接：固相焊接：n 指压力焊，是焊接时必须使用压指压力焊，是焊接时必须使用压力，使待焊部位的表面在固态下达力，使待焊部位的表面在固态下达到紧密接触，并使待焊表面的温度到紧密接触，并使待焊表面的温度升高（一般低于材料的熔点），通升高（一般低于材料的熔点），通过调解温度、压力和时间，造成接过调解温度、压力和时间，造成接头处材料进行扩散，实现原子间的头处材料进行扩散，实现原子间的结合。它包括电阻焊、磨擦焊、超结合。它包括电阻焊、磨擦焊、超声波焊等。声波焊等。n固固-液相焊接：液相焊接：n 待待焊表面并不直接接触，通表面并不直接接触，通过两者毛两者毛细间隙中的中隙中的中间液相液相联系。系。在待在待焊的同的同质或异或异质材材质固固态母材母材与中与中间液相之液相之间存在两个固存在两个固-液界液界面，由于固液相面，由于固液相间能充分能充分进行行扩散，散，可可实现原子原子间的的结合。合。n二、从焊接方法上分：二、从焊接方法上分：n熔化焊：熔化焊：n 将焊件接头加热至熔化状态，不加压将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。力完成焊接的方法。n 它包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光它包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝焊、电子束焊、等离子弧焊、堆焊和铝热焊等。热焊等。焊接热源种类及其特性焊接热源种类及其特性热源的发展热源的发展上个世纪上个世纪80年代发现碳弧焊；年代发现碳弧焊；1891年金属极电弧焊；年金属极电弧焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；本世纪初薄皮焊条电弧焊和氧乙炔气焊；30年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；年代，厚皮焊条电弧焊、氢原子焊、氦气保护焊；40年代，埋弧焊和电阻焊；年代，埋弧焊和电阻焊；50年代，年代，CO2气体保护焊和电渣焊；气体保护焊和电渣焊；60年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；年代，电子束焊和等离子弧焊与切割；70年代，激光焊焊接与切割；年代，激光焊焊接与切割；80年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；年代，逐步完善电子束焊接和激光焊接工程；90年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。年代，寻找新能源，如太阳能、微波等。n 从从发展的展的趋势来看，来看，焊接技接技术逐步向高效率、高逐步向高效率、高质量、低成量、低成本、自本、自动化、低消耗方向化、低消耗方向发展。展。焊接接热源要能量高度集中，快速源要能量高度集中，快速实现焊接接过程，并保程，并保证得到致密得到致密而而强韧的的焊缝和和热影响区。影响区。熔化焊的基本方法熔化焊的基本方法（热源种类）热源种类）1.气焊气焊 气气焊是利用可燃气体和助燃气体混合燃是利用可燃气体和助燃气体混合燃烧的火的火焰去熔化工件接焰去熔化工件接缝处的金属和的金属和焊丝，而达到金属，而达到金属间牢固牢固连接的方法。利用化学反接的方法。利用化学反应能能转变成成热能能的一种熔化的一种熔化焊接方法。接方法。设备简单、操作方便、操作方便、实用性用性强等特点。在各工等特点。在各工业部部门的制造和的制造和维修中得修中得到广泛的使用。到广泛的使用。可燃气体主要有乙炔、液化石油气（丙可燃气体主要有乙炔、液化石油气（丙烷、丁丁烷、丙、丙烯等）和等）和氢气；助燃气体有氧气。气；助燃气体有氧气。n请观看请观看“气焊气焊”视频视频.电焊工操电焊工操作（视频）作（视频）清华大学的焊接视清华大学的焊接视频教程频教程气焊气焊.wmv2.电弧热：电弧热：利用气体介质放电过程所利用气体介质放电过程所产生的热能作为焊接热源。产生的热能作为焊接热源。3.化学热：化学热：利用可燃和助燃气体或铝、利用可燃和助燃气体或铝、镁热剂进行化学反应时所产生镁热剂进行化学反应时所产生的热能作为热源。的热能作为热源。关于铝热剂关于铝热剂n什么是铝热剂什么是铝热剂n通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂n用某些金属氧化物用某些金属氧化物(如如V2O5，Cr2O3，MnO2等等)代替氧化铁也可以做铝热剂代替氧化铁也可以做铝热剂n有什么特性有什么特性n难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热出大量热焊接钢轨焊接钢轨n原理原理n铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁铁nFe2O3+2 Al=2Fe+Al2O3 n还原反应产生大量的热能，无需外部的能还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨n优点优点n这些原料完全彻底地和合金元素混合在一这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头冶金、和机械方面相匹配的焊接接头焊接钢轨焊接钢轨n过程程n铝热剂被投入到一个被投入到一个耐火坩耐火坩埚中，用点火中，用点火器点燃，开始器点燃，开始铝热反反应。n反反应结束后，液束后，液态钢自自动从坩从坩埚底部底部释放放到耐火模具，从而到耐火模具，从而连接接钢轨的两端。的两端。n模具模具带有几何形状特有几何形状特征，能控制征，能控制铸造和固造和固化的化的过程。程。n当当铝热钢冷却下来后，冷却下来后，进行行进一步的一步的热处理理来提高它的机械特性。来提高它的机械特性。铝热焊设备铝热焊设备铝铝热焊热焊设备设备铝热剂的其它用途铝热剂的其它用途n冶炼难熔金属冶炼难熔金属n军事用途军事用途n在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。极大地提高杀伤力。n在前苏联科学家编写的在前苏联科学家编写的火箭炮火箭炮一书中，一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。n在中国人民革命军事博物馆里，展品中就在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。能量。4.电阻热：电阻热：利用电流通过导体时产生的利用电流通过导体时产生的电阻热作为热源。电阻热作为热源。5.点焊点焊n局部高温焊合局部高温焊合n分流现象分流现象n焊点的分布最小距离限制焊点的分布最小距离限制n电阻点焊机电阻点焊机 点焊的接头形式点焊的接头形式n硬规范硬规范n软规范软规范n电极压力电极压力n表面清洗表面清洗n接头形式接头形式n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）清华大学的清华大学的焊接视频教程焊接视频教程点焊点焊.wmv6.缝焊缝焊n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）清华大清华大学的焊接视频教程学的焊接视频教程缝焊缝焊.wmv7.对焊对焊对焊接头形式对焊接头形式n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）清华大学清华大学的焊接视频教程的焊接视频教程对焊对焊.wmvn电阻对焊机电阻对焊机 n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）清华大学清华大学的焊接视频教程的焊接视频教程电阻焊电阻焊.wmv8.高频感应热：高频感应热：对于有磁性的金属对于有磁性的金属 材料可利材料可利用高频感应所产生的二次电流作用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实现为热源，在局部集中加热，实现高速焊接。如高频焊管等。高速焊接。如高频焊管等。9.摩擦热：摩擦热：由机械摩擦而产生的热能由机械摩擦而产生的热能作为热源。作为热源。摩擦焊摩擦焊摩擦焊的接头形式摩擦焊的接头形式n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）焊接视焊接视频课件频课件摩擦焊摩擦焊.mpg10.等离子焰：等离子焰：电弧放电或高频放电产生高度电弧放电或高频放电产生高度电离的离子流，它本身携带大量电离的离子流，它本身携带大量的热能和动能，利用这种能量进的热能和动能，利用这种能量进行焊接。行焊接。11.电子束：电子束：利用高压高速运动的电子利用高压高速运动的电子在真空中猛烈轰击金属局部表在真空中猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作面，使这种动能转化为热能作为热源。为热源。真空电真空电子束子束焊接焊接12.激光束：激光束：通过受激辐射而使放射增通过受激辐射而使放射增强的光即激光，经过聚焦产强的光即激光，经过聚焦产生能量高度集中的激光束作生能量高度集中的激光束作为热源。为热源。激光焊接激光焊接n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）焊接视频焊接视频课件课件激光焊接激光焊接.mpg13.13.超声波超声波 焊机焊机 n焊接冶金及金属焊接性的特点焊接冶金及金属焊接性的特点n以熔化焊为例，焊接过程经过了以熔化焊为例，焊接过程经过了加热加热熔化熔化冶金反应冶金反应结晶结晶固态相变固态相变接头。接头。特点：特点：n1、焊接热过程、焊接热过程n 贯穿整个焊接过程，决定焊接应力、贯穿整个焊接过程，决定焊接应力、应变、冶金反应、结晶、相变。应变、冶金反应、结晶、相变。n2、焊接化学冶金过程、焊接化学冶金过程n 熔化金属、熔渣、气相进行系列的化熔化金属、熔渣、气相进行系列的化学冶金反应。学冶金反应。n焊接时金属结晶和相变过程焊接时金属结晶和相变过程熔焊的保护措施熔焊的保护措施n1.真空保真空保护焊接接n2.气体保气体保护焊接接n3.熔渣保熔渣保护焊接接压力焊：压力焊：通过对焊件施加压力（加热通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的方法。或不加热）来完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、它包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻扩散焊、超声波焊、高频焊和电阻焊等。焊等。接触焊：接触焊：点焊、对焊、闪光焊、缝点焊、对焊、闪光焊、缝焊等。焊等。n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）焊接视频课件焊接视频课件爆爆炸焊接炸焊接.mpg钎焊：钎焊：采用比母材熔点低的金属材料作采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加料，在加热温度高于温度高于钎料低于母料低于母材熔点的情况下，利用液材熔点的情况下，利用液态钎料料润湿母材，填充接湿母材，填充接头间隙，并与母材隙，并与母材相互相互扩散散实现连接接焊件的方法。件的方法。它包括硬钎焊、软钎焊等。它包括硬钎焊、软钎焊等。如：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。如：真空钎焊、火焰钎焊、感应钎焊等。n钎焊焊接过程示意图毛细管作用钎焊焊接过程示意图毛细管作用钎焊分类钎焊分类n硬钎焊硬钎焊n450以上、接头强度以上、接头强度200MPa200MPa以上以上n自行车架、工具、刀具自行车架、工具、刀具n软钎焊软钎焊n450以下、接头强度以下、接头强度70MPa70MPa以下以下n仪表、导电元件、各种低载荷构件仪表、导电元件、各种低载荷构件n加热方式加热方式n烙铁、火焰、电阻、感应烙铁、火焰、电阻、感应钎焊的常见接头形式钎焊的常见接头形式钎焊接头的比较钎焊接头的比较金属切削刀具的钎焊金属切削刀具的钎焊n.电焊工操作（视频）电焊工操作（视频）清华大学清华大学的焊接视频教程的焊接视频教程钎焊钎焊.wmv选择焊接方法选择焊接方法n自行车车架自行车车架n钢窗钢窗n家用液化气罐主缝家用液化气罐主缝n自行车圈自行车圈n电子线路板电子线路板n锅炉壳体锅炉壳体n钢轨对接钢轨对接n不锈钢储罐不锈钢储罐硬钎焊（盐浴）硬钎焊（盐浴）硬钎焊、对焊、电弧焊硬钎焊、对焊、电弧焊缝焊缝焊缝焊外边、闪光对焊缝焊外边、闪光对焊软钎焊软钎焊埋弧焊、电渣焊埋弧焊、电渣焊闪光对焊、铝热焊闪光对焊、铝热焊等离子弧焊接、氩弧焊等离子弧焊接、氩弧焊焊接方法特点应用气气焊焊熔池温度、大小易控制，各种焊接位置均易单面焊透；焊接质量较差；焊接变形大；生产率低；设备较简单，不需电源，野外施工方便。13mm薄板；铸铁补焊；管子焊接；野外施工；黄铜焊接常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用手弧手弧焊焊与气焊比：焊接质量好；焊接变形小生产率高与埋弧自动焊比：设备简单适应性强，可焊各种空间位置和短、曲焊缝单件小批生产；板厚一般3mm。12mm也可焊，但质量不易保证全位置焊短、曲焊缝常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用埋弧自埋弧自动焊动焊与手弧焊比：生产率高，成本低质量稳定，成型美观劳动条件好，对焊工操作技术要求低适应性差，一般只能平焊设备复杂，且需工艺装备 成批生产、中厚板、长直焊缝和较大直径（一般300mm以上）环缝的平焊常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用氩氩弧弧焊焊焊接质量优良小电流时电弧也很稳定，易控制背面成型可全位置焊氩气贵，成本高铝、钛及其合金、不锈钢等合金钢打底焊管子焊接薄板常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用COCO2 2气体气体保保护焊护焊成本低（CO2气体便宜）生产率高(电流密度大)焊薄板变形小可全位置焊有氧化性成型较差，飞溅大设备使用维修不便碳钢和强度级别较低的普通低合金钢宜焊薄板，也可焊中厚板单件小批、短曲焊缝用半自动CO2焊；成批生产、长直缝和环缝用CO2自动焊常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用电电渣渣焊焊与电弧焊比：厚大截面可一次焊成，生产率高接头金属组织粗大，焊后要正火 板厚40mm的直缝，也可焊环缝和变截面焊缝常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用电电阻阻焊焊与熔焊比：生产率高焊接变形小设备复杂，投资大电源功率大成批大量生产可焊异种金属对焊用于焊接杆状零件；点焊用于焊接薄板壳体；缝焊用于薄壁容器和管道焊接常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用焊接方法特点应用钎焊钎焊与熔焊比：焊接变形小，尺寸精确生产率高，易实现机械化、自动化可焊异种金属和异种材料可焊某些复杂的特殊结构，如蜂窝结构接头强度低，工作温度低电子元件、线路仪器仪表及精密机械部件异种金属和材料复杂的、难以焊接的特殊结构常用焊接方法特点和应用常用焊接方法特点和应用