内容发布更新时间 : 2024/5/3 1:18:21星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

§5.7 金属焊接工艺的基础知识 §5.7.1 金属焊接的方法

将两块分离的金属其欲结合部位局部加热到熔化或半熔化状态，采取施加压力或不加压、或填充其他金属、利用原子间的扩散与结合等方法，使它们联结成为整体，这个过程称为焊接。 常见的焊接方法有： （1）

电弧焊：这是最常用的金属焊接方法。它是用填充金属（焊条）作为一个电极，而被

焊接金属作为另一个电极，在两个电极之间通过放电造成电弧，利用电弧产生的热量使连接处的金属局部熔化，并填充同时熔化的焊条金属，凝固后形成永久性接头（焊缝），从而完成焊接过程。 （2）

电弧焊可分为手工电弧焊、半自动（电弧）焊、自动（电弧）焊。自动（电弧）焊通

常是指埋弧自动焊-在焊接部位覆有起保护作用的焊剂层，由填充金属制成的光焊丝插入焊剂层，与焊接金属产生电弧，电弧埋藏在焊剂层下，电弧产生的热量熔化焊丝、焊剂和母材金属形成焊缝，其焊接过程是自动化进行的。最普遍使用的是手工电弧焊。 手工电弧焊的基本工艺如下：

a. 在焊接前清理焊接表面，以免影响电弧引燃和焊缝的质量。 b. 准备好接头形式（坡口型式）。

坡口的作用是使焊条、焊丝或焊炬（气焊时喷射乙炔-氧气火焰的喷嘴）能直接伸入坡口底部以保证焊透，并有利于脱渣和便于焊条在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。 坡口的形状和尺寸主要取决于被焊材料及其规格（主要是厚度）以及采取的焊接方法、焊缝形式等。

在实际应用中常见的坡口型式有： 弯边接头-适用于厚度＜3mm的薄件；

平坡口-适用于3~8mm的较薄件； V型坡口-适用于厚度6~20mm的工件（单面焊接）；

X型坡口-适用于厚度12~40mm的工

件，并有对称型与不对称型X坡口之分（双面焊接）；

U型坡口-适用于厚度20~50mm的工件（单面焊接）； 双U型坡口-适用于厚度30~80mm的工件（双面焊接）。

坡口角度通常取60~70°，采用钝边（也叫做根高）的目的是防止焊件烧穿，而间隙则是为了便于焊透。

电弧焊的焊接规范中最主要的参数有：

焊条种类（取决于母材的材料）、焊条直径（取决于焊件厚度、焊缝位置、焊接层数、焊接速度、焊接电流等）、焊接电流、焊接层数、焊接速度等。

除了上述的普通电弧焊外，为了进一步提高焊接质量，还采用：

气体保护电弧焊：例如利用氩气作为焊接区域保护气体的氩弧焊、利用二氧化碳作为焊接区域保护气体的二氧化碳保护焊等，其基本原理是在以电弧为热源进行焊接时，同时从喷枪的喷嘴中连续喷出保护气体把空气与焊接区域中的熔化金属隔离开来，以保护电弧和焊接熔池中的液态金属不受大气中的氧、氮、氢等污染，以达到提高焊接质量的目的。

钨极氩弧焊：以高熔点的金属钨棒作为焊接时产生电弧的一个电极，并处在氩气保护下的电弧焊，常用于不锈钢、高温合金等要求严格的焊接。

等离子电弧焊：这是由钨极氩弧焊发展起来的一种焊接方法，在喷嘴孔道的机械压缩作用下，

加上冷气流的热收缩作用以及电磁收缩作用，使得通入喷嘴的保护气体和离子气体（例如纯氩、氩-氢混合气、纯氮等）从喷嘴喷出形成等离子气流速度较快的等电子弧，焊接时电弧能量密度高，焊接质量优良。

（2）电渣焊：利用电流通过熔化状态的熔渣时产生的电阻热来熔化插入熔渣的焊丝（填充金属）与母材形成熔池进行焊接，其原理与电渣重熔冶炼相似，适用于焊接厚度较大（例如50~800mm）的工件。

（3）电阻焊（接触焊）：利用强大的电流通过焊接结合处，因为电阻热能导致高热，根据焦耳-楞次定律Q=0.24I2?R?t，可把接头处加热到熔化或半熔化状态，同时施以一定的压力，使其结合成为整体，无需外加填充金属和焊剂。按照

接头的形式，有点焊（焊接部位为有一定直径的点）、缝焊（俗称滚焊，焊接部位为线状）和截面相差不大时的对接焊（俗称碰焊）。点焊和缝焊多用于薄板件（薄壳工件），碰焊多用于棒类工件（例如刃具、建筑钢筋等）。

（4）气焊：利用可燃气体燃烧，例如氧气-乙炔（C2H2，又称电石气），其火焰产生的热能使焊接部位和填充金属（焊丝）熔化而联结成整体。

（5）钎焊：利用熔化的填充金属（钎料）把加热的固体金属联结在一起。热源可以是如同气焊中的气体火焰，也可以是烙铁（电烙铁、火烙铁）。钎焊过程中的焊接金属本身不发生熔化（仅仅加热到一定温度），其结合是依靠被焊金属与钎料之间的原子互相扩散达到坚固的结合。视钎料的软硬不同，可分为软钎焊（例如利用低熔点锡合金作钎料的锡焊）和硬钎焊（例如用铜作钎料的铜焊，常见于机械加工用刀具中硬质合金刀头与中碳结构钢刀柄的焊接）。

（6）摩擦焊：依靠焊接金属在焊接处相对高速摩擦产生高热至半熔化状态，再施以一定压力实现结合。

焊接的方法很多，除了上述常见的几种外，还有电子束焊接、激光束焊接、爆炸压力焊接等，以及常用于塑料的超声波焊接等等。

§5.7 金属焊接工艺的基础知识 §5.7.2 常见的焊接缺陷

（1）未焊透：母体金属接头处中间（X坡口）或根部（V、U坡口）的钝边未完全熔合在一起而留下的局部未熔合。未焊透降低了焊接接头的机械强度，在未焊透的缺口和端部会形成应力集中点，在焊接件承受载荷时容易导致开裂。 （2）未熔合：固体金属与填充金属之间（焊道与母材之间），或者填充金属之间（多道焊时的焊道之间或焊层之间）局部未完全熔化结合，或者在点焊（电阻焊）时母材与母材之间未完全熔合在一起，有时也常伴有夹渣存在。

（3）气孔：在熔化焊接过程中，

焊缝金属内的气体或外界侵入的气体在熔池金属冷却凝固前未来得及逸出而残留在焊缝金属内部或表面形成的空穴或孔隙，视其形态可分为单个气孔、链状气孔、密集气孔（包括蜂窝状气孔）等，特别是在电弧焊中，由于冶金过程进行时间很短，熔池金属很快凝固，冶金过程中产生的气

体、液态金属吸收的气体，或者焊条的焊剂受潮而在高温下分解产生气体，甚至是焊接环境中的湿度太大也会在高温下分解出气体等等，这些气体来不及析出时就会形成气孔缺陷。尽管气孔较之其它的缺陷其应力集中趋势没有那么大，但是它破坏了焊缝金属的致密性，减少了焊缝金属的有效截面积，从而导致焊缝的强度降低。

某钢板对接焊缝X射线照相底片V型坡口，手工电弧焊，未焊透 某钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，密集气孔 （4）夹渣与夹杂物：熔化焊接时的冶金反应产物，例如非金属杂质（氧化物、硫化物等）以及熔渣，由于焊接时未能逸出，或者多道焊接时清渣不干净，以至残留在焊缝金属内，称为夹渣或夹杂物。视其形态可分为点状和条状，其外形通常是不规则的，其位置可能在焊缝与母材交界处，也可能存在于焊缝内。另外，在采用钨极氩弧焊打底+手工电弧焊或者钨极氩弧焊时，钨极崩落的碎屑留在焊缝内则成为高密度夹杂物（俗称夹钨）。

W18Cr4V（高速工具钢）-45钢棒 对接电阻焊缝中的夹渣断口照片 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，局部夹渣 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，手工电弧焊，两侧线状夹渣 钢板对接焊缝X射线照相底片 V型坡口，钨极氩弧焊打底+手工电弧焊，夹钨 （5）裂纹：焊缝裂纹是焊接过程中或焊接完成后在焊接区域中出现的金属局部破裂的表现。 焊缝金属从熔化状态到冷却凝固的过程经过热膨胀与冷收缩变化，有较大的冷收缩应力存在，而且显微组织也有从高温到低温的相变过程而产生组织应力，更加上母材非焊接部位处于冷固态状况，与焊接部位存在很大的温差，从而产生热应力等等，这些应力的共同作用一旦超过了材料的屈服极限，材料将发生塑性变形，超过材料的强度极限则导致开裂。裂纹的存在大大降低了焊接接头的强度，并且焊缝裂纹的尖端也成为承载后的应力集中点，成为结构断裂的起源。

裂纹可能发生在焊缝金属内部或外部，或者在焊缝附近的母材热影响区内，或者位于母材与焊缝交界处等等。根据焊接裂纹产生的时间和温度的不同，可以把裂纹分为以下几类：

a.热裂纹（又称结晶裂纹）：产生于焊缝形成后的冷却结晶过程中，主要发生在晶界上，金相学中称为沿晶裂纹，其位置多在焊缝金属的中心和电弧焊的起弧与熄弧的弧坑处，呈纵向或横向辐射状，严重时能贯穿到表面和热影响区。热裂纹的成因与焊接时产生的偏析、冷热不均以及焊条（填充金属）或母材中的硫含量过高有关。

b.冷裂纹：焊接完成后冷却到低温或室温时出现的裂纹，或者焊接完成后经过一段时间才出