《汽车焊接技术》PPT课件.ppt

汽车焊接工艺和质量控制,清华大学机械工程系 副主任先进成形制造教育部重点实验室 副主任清华大学焊接技术中心 副主任朱志明 教 授,内容目录,汽车焊接工艺概述弧焊结构及弧焊质量控制点焊结构及点焊质量控制焊接新工艺简介,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接方法分类,金属焊接是指通过适当的手段，使两个分离的同种或异种金属物体产生原子或分子间结合而成为一体的连接方法。焊接不仅可以连接各种钢材，而且还可以连接铝、镁、钛、铜等有色金属及锆等特种金属及其合金，广泛应用于金属产品的加工制造中。焊接方法通常被划分为三大类：熔化焊、固相焊和钎焊。熔化焊以焊接过程中是否熔化和结晶为分类准则；固相焊以是否固相结合、是否加压为分类准则；而钎焊的分类则以钎料为划分的主要依据。随着现代工业生产的需要和科学技术的发展，焊接工艺技术也在不断进步，出现了许多新型焊接设备、先进焊接工艺和电弧控制技术。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接的特点,节省金属材料。与铆接相比，可节省金属材料1520。减轻了金属结构的自重。可制造双金属结构，能连接同类和不同类型的金属材料。能化大为小，以小拼大。把较小的零件用逐步装配焊接的方法制造形状复杂的结构件。结构强度高，产品质量好。在多数情况下焊接接头都能达到甚至高于母材的强度，产品质量比铆接要好。焊缝处密封性能好。焊接后易产生焊接应力与变形，导致出现裂纹。原因：受热不均匀。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊条电弧焊,熔焊（熔化焊）是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。熔焊在多数情况下同时还要向焊接部位加入熔化状态的填充金属，待冷却凝固后，两部分被焊金属即结合成不可分离的整体。【焊条电弧焊】是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最普遍的焊接方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊件与焊条而进行焊接的。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接电弧,焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区指电弧紧靠负电极的区域，是发射电子的地方，阴极区产生的热量占电弧总热量的36左右，温度大约在2400K 左右。阳极区指电弧紧靠正电极的区域，是接收电子的地方，产生的能量占到电弧总热量的43左右，温度大约在2600K 左右。弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量的21左右，但弧柱区中心温度最高，大约在6000-8000K的范围内。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接电弧的极性及应用,用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为正接。适于焊接厚件；工件接负极，焊条接正极，称为反接。反接适于焊接薄件。用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替变化，故不存在正、反接问题。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,埋弧自动焊,【埋弧焊】是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖，用机械装置自动控制送丝和电弧移动。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,埋弧焊的特点,埋弧焊可以使用较大的电流，焊接速度可以很快，生产率较高；焊接时采用渣保护，没有飞溅，焊接质量好；劳动条件好。埋弧焊在焊接过程中不易观察；适应性差，只能焊平焊位置，通常焊接直缝和环缝，不能焊空间位置焊缝和不规则焊缝。设备结构较复杂，投资大，装配要求高，调整等准备工作量较大。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,氩气保护电弧焊,是利用氩气作为电弧介质并保护焊接区的电弧焊。氩气是惰性气体，它可以保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。在高温不和金属起化学反应，也不溶于金属，是一种较理想的保护气体。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,氩气保护电弧焊,按所用电极不同，氩弧焊分为熔化极(焊丝)和不熔化极(钨极)两种，如图所示。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极，与埋弧自动焊相似；不熔化极氩弧焊焊接时，电极不熔化，只起导电和产生电弧作用。氩弧焊的特点是焊缝金属纯净，成形美观，焊缝致密；焊接变形小；焊接电弧稳定，飞溅少，表面无熔渣；明弧可见，便于操作；易于实现自动化。其缺点是设备和控制系统较复杂，氩气较贵，焊接成本较高。氩弧焊常用于不锈钢、耐热钢和非铁金属的焊接。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,CO气体保护焊,CO气体保护焊是利用 CO作为保护气体的气体保护焊。它用焊丝作电极，靠焊丝与焊件之间产生的电弧热熔化焊件和焊丝，以自动或半自动方式进行焊接。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,CO气体保护焊,CO 气体保护焊的特点是焊接热量集中，焊件变形小，质量较高；焊丝送进自动化，电流密度大，焊速快，生产率高；二氧化碳气体比较便宜，焊接成本仅是埋弧自动焊的40%左右，成本低；操作简便，适用范围广。CO2 气体保护焊缺点是飞溅较大，烟雾较多，弧光较强，很难用交流电源焊接，焊接设备比较复杂。CO气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻焊方法,【压焊】是指在焊接过程中必须对工件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法。加压可使两个焊件之间接触紧密，并在焊接部位产生一定的塑性变形，促使原子扩散而使二者焊接在一起。加热则进一步提高原子扩散能力，也使连接处晶粒细化。最常用的是电阻焊。【电阻焊】是将被焊金属工件压紧于两个电极之间，并通以电流，利用电流经过工件接触面及临近区域产生的电阻热，将局部加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种连接方法。【电阻焊】主要有点焊、缝焊、凸焊、对焊4种。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻点焊工艺,电阻点焊是将工件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。电阻点焊时两工件接触面处电阻大，发出的热量使该处温度急速升高，将该处金属熔化形成熔核。断电后，继续保持或稍加大压力，使熔核在压力下凝固，形成组织致密的焊点。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻点焊的分流问题,焊接第二个焊点时，部分电流会流经已焊好的焊点，产生分流现象。分流将使焊接处电流减小，以致加热不足，造成焊点强度显著下降，影响焊点质量。因此两焊点之间应有一定距离以减小分流。工件厚度越大，材料导电性能越好，工件表面存在氧化物或赃物时，都会使分流现象加重。提高焊点质量可以通过合理选取焊接电流、通电时间、电极压力和提高工件表面清理质量等方法实现。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻缝焊工艺,缝焊是将工件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缝焊时，相邻焊点互相部分重叠，密封性良好。但缝焊分流现象严重，焊接相同厚度的工件，其焊接电流为点焊的 1.52倍。一般只适合于焊接3mm以下的薄板结构，如易拉罐、油箱、烟道焊接等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接电阻焊,对接电阻焊按焊接过程不同分为电阻对焊和闪光对焊。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻对焊工艺,工件装配成对接接头，使其端面紧密接触，通电后利用电阻热加热至塑性状态，然后断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为电阻对焊。电阻对焊操作简单，接头比较光滑，但焊前对工件端面加工和清理有较高的要求，否则端面加热不均匀，容易产生氧化物夹杂，质量不易保证。因此，电阻对焊一般仅用于端面简单、直径小于 20mm和强度要求不高的工件。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,闪光对焊工艺,工件装配成对接接头，接通电源，并使其端面逐渐移近达到局部接触，利用电阻热加热这些接触点（产生闪光），使端面金属熔化，直至端部在一定深度范围内达到预定温度时，断电并迅速施加顶锻力完成焊接的方法称为闪光对焊。闪光对焊在焊接前对工件端面清理要求不严格，因为在焊接过程中，工件端面的氧化物及杂质一部分随闪光火花带出，一部分在加压时随液体金属挤出，使得接头中夹渣很少，质量较高。但金属损耗较多，工件需留出较大余量，焊后要清理毛刺。可以焊接相同的金属材料，也可以焊接异种金属材料。广泛用于刀具、管子、自行车圈，钢轨等的焊接。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,钎焊,【钎焊】是指采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接工件的方法。与熔焊相比钎焊焊接变形小，焊件尺寸精确，可以连接异种材料。生产率高，易于实现自动化。钎焊根据钎料熔点的不同可分为硬钎焊和软钎焊两种。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,硬钎焊和软钎焊,【硬钎焊】使用硬钎料进行的钎焊称硬钎焊，熔点高于 450 的钎料称为硬钎料。有铜基、铝基、银基、镍基钎料等，常用的为铜基。焊接时需要加钎剂，铜基钎料常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。硬钎焊的加热方式有氧乙炔火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热等。适合于工作温度较高，受力较大的工件。如刀具的焊接。【软钎焊】使用软钎料进行的钎焊称软钎焊，熔点低于 450 的钎料称为软钎料。有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料、镉基钎料等，常用的是锡铅钎料（又称焊锡）。软钎焊常用的钎剂为松香、氯化锌溶液。钎焊时可用烙铁、炉子加热焊件。软钎料强度低，工作温度低，主要用于工作温度较低，受力较小的工件。如电子元件的焊接。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,气 焊,【气焊】是利用气体火焰作热源的焊接法，常用的是氧乙炔焊。乙炔与氧混合燃烧所形成的火焰为氧乙炔焰。按氧和乙炔混合(容积)比例不同火焰分三种。中性焰是氧气与乙炔混合比为 1.11.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达3 150，适合于焊接低中碳钢、低合金钢、紫铜、铝及其合金等。氧化焰是氧气与乙炔混合比大于 1.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达 3300，适合于焊接黄铜、镀锌铁皮等。碳化焰是氧气与乙炔混合比小于 1.1 时燃烧所形成的火焰，适合于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。气焊的特点是所使用的设备简单、搬运方便、通用性强；火焰温度低，加热缓慢，加热面积大，焊件变形大；接头晶粒较粗，焊缝易产生气孔、夹渣的缺陷，综合力学性能较差；难于实现机械化，生产率低。气焊通常只适用于焊接厚度小于 5mm 的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊，还可作为钎焊及钢件表面淬火的热源。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接方法的选择,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,汽车焊接工艺,焊接作为一种应用广泛的永久性连接方法，可用于制造金属结构、连接机械零件等，在机械、造船、化工、汽车、国防等行业起着极为重要的作用。汽车的发动机、变速器、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车及零部件的制造中，所应用的焊接方法包括电阻焊（点焊和多点焊、凸焊和滚凸焊、缝焊、对焊）、电弧焊（焊条电弧焊、CO2气体保护焊、氩弧焊、埋弧焊、氩气或混合气体保护焊）、钎焊、氧乙炔气焊和摩擦焊、电子束焊、激光焊和超声波焊等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电阻焊在汽车焊接结构中的应用,点焊主要用于车身总成、底板、车门、侧围、后围、前桥和小零部件等。多点焊多用于车身底板、载货车车厢、车门、发动机盖和行李箱盖等。凸焊及滚凸焊用于车身零部件、减振器阀杆、螺钉、螺母和小支架等。缝焊用于车身顶盖雨檐、减振器封头、油箱、消声器和油底壳等。对焊用于钢圈、排进气阀杆、刀具等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,电弧焊在汽车焊接结构中的应用,CO2气体保护电弧焊可用于车厢、后桥、车架、减振器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸等的焊接。氩弧焊用于油底壳、铝合金零部件的焊接和补焊。焊条电弧焊用于厚板零部件，如支架、备胎架、车架等的焊接。埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等的焊接。氩气或混合气体（氩气+氧气或CO2）保护焊用于车身镀锌钢板的焊接。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,其他焊接方法在汽车焊接结构中的应用,钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。摩擦焊用于汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等的焊接。激光焊接用于不同厚度板材连接、车身焊接等。激光切割用于车身底板、齿轮、零件下料和修边等。电子束焊用于齿轮、后桥等的焊接超声波焊用于塑料件焊接。氧乙炔焊用于车身总成的补焊。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,轿车焊接结构,轿车以承载人为目的，所以要求具有高的安全性和乘坐舒适性。轿车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊结构、凸焊结构、螺栓焊结构、激光焊结构等。现代轿车上应用最多的焊接工艺就是点焊，一部轿车上大约有3000-6000个焊点。一般来说，增加点焊数量、减少弧焊长度是提高车身制造质量的基本方法之一。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,载货汽车焊接,载货汽车以承载和运输物品为目的，所以要求汽车有高的承载性能和安全性。载货汽车上常用的焊接结构包括：点焊结构、弧焊结构、凸焊结构和螺栓焊结构等。与轿车不同，载货汽车上使用最多的是弧焊结构。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,内容目录,焊接工艺概述弧焊结构及弧焊质量控制点焊结构及点焊质量控制焊接新工艺简介,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,弧焊结构,为了提高轿车车身的制造精度，现代轿车尽量减少弧焊焊缝数量，但在某些点焊焊钳难以达到的部位、要求强度高的部位（如前保险杠支架）、以及要求密封的部位等仍然采用弧焊。轿车上的弧焊接头一般有对焊、搭接焊、塞焊和开槽焊等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,点焊焊钳难以达到的部位采用弧焊,焊接性概念,【焊接性】是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定工作要求的能力。包括两方面内容：一是工艺焊接性，即在一定的焊接工艺条件下，能否获得优质，无缺陷的焊接接头的能力；二是使用焊接性，即焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的各种使用性能的程度。包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。金属焊接性与金属本身的材质和焊接工艺条件有关。例如铝在气焊和焊条电弧焊条件下，难以获得优质焊接接头，用氩弧焊却能达到较高的技术要求。因此，又可以说铝的焊接性能良好。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,钢焊接性的评定,【碳当量】钢的焊接性很大一部分取决于碳的含量。把钢中合金元素(包括碳)的含量按其作用换算成碳的相当含量称碳当量，碳当量常用来评定碳钢和低合金结构钢的焊接性。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为：在计算碳当量时，各元素的质量分数都取成分范围的上限。经验证明，碳当量越高，裂纹倾向就越大，焊接性越差。当 0.6 时，钢材焊接时冷裂倾向严重，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度和严格的工艺措施。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,常用金属材料的焊接,低碳钢的焊接：低碳钢的碳当量小，塑性好，一般没有淬硬与冷裂倾向，焊接性优良。中、高碳钢的焊接：中碳钢的含碳量较高，当 0.4 时，焊接接头易产生淬硬组织和冷裂纹倾向，焊缝金属热裂倾向较大。高碳钢焊接性更差。一般不作为焊接结构用材料，只限于修补工作。低合金高强度结构钢的焊接：低合金高强度结构钢由于化学成分不同，焊接性也不同。当 0.4 时，焊接性较差，采用焊条电弧焊或埋弧自动焊进行焊接。奥氏体不锈钢的焊接：在所用的不锈钢材料中，奥氏体不锈钢应用最广。奥氏体不锈钢焊接性良好，适用于焊条电弧焊、氩弧焊和埋弧自动焊。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,常用金属材料的焊接,铸铁的焊补：铸铁焊接性差，容易出现白口组织、裂纹、气孔等焊接缺陷。焊接只用来修补铸铁件缺陷和修理局部损坏的零件。补焊铸铁的常用方法是气焊和焊条电弧焊。铝及其合金的焊接性：铝及铝合金的焊接较为困难，焊接铝及铝合金，目前以氩弧焊较为理想。铜及其合金的焊接性：铜及铜合金焊接性能较差，目前，采用氩弧焊是焊接铜及铜合金最为理想的方法，也可采用气焊和焊条电弧焊等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,弧焊接头形式,常用接头形式有对接、搭接、角接和形等，如图所示。对接接头的应力集中相对较小，能承受较大载荷，焊接结构中常用；搭接接头应力分布不均，承载能力低，适用于被焊结构狭小处及密封的焊接结构；角接接头承载能力不高，一般用在不重要的结构件中；形接头整个接头承受载荷，承载能力强，生产中应用也很普遍。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接坡口,根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。常见对接接头的坡口形式有 I 形坡口、V 形坡口、X 形坡口、U 形坡口等四种。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接坡口,焊条电弧焊板厚在 6 毫米以下对接时，一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时，接头处根据工件厚度应开各种坡口。在板厚相等的情况下，V形坡口形状简单，加工方便；X形坡口比V形坡口需要的填充金属少，生产率高，并且焊后角变形小，但是X形坡口需要双面焊。U形坡口根部较宽，容易焊透，也比V形坡口焊条消耗量少，省工时，焊接变形也较小。但是U形坡口形状复杂，加工较困难，一般只在重要的厚板结构中采用。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,不同厚度钢板对接允许厚度差,焊接接头处钢板厚度最好相等，这样焊接时受热均匀，容易保证焊接质量。不同厚度金属对焊时，如果两板厚度差不超过下表规定，则接头的基本形式和尺寸应按厚板选取，如厚度超过表中规定值，则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝的空间位置,焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊操作方便，劳动条件好，生产效率高，焊缝质量易于保证。因此，一般应尽可能将工件放在平焊位置进行施焊。立焊时熔滴易向下流淌，成形较困难，不易操作。横焊时熔滴易偏向焊缝的下边，产生熔化不良，焊瘤，未焊透等缺陷。仰焊时熔滴最易下滴，焊缝成形困难，操作更难。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接接头工作应力分布,应力集中系数对接接头的工作应力分布丁字（十字）接头的工作应力分布搭接接头的工作应力分布正面角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布联合角焊缝的工作应力分布,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,应力集中系数,焊接接头的最大应力与平均应力之比，用应力集中系数表示：焊接接头中产生应力集中的原因：焊缝中的工艺缺陷，如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等，其中裂纹和未焊透引起的应力集中严重。不合理的焊缝外形。设计不合理的焊接接头，如断面的突变、加盖板的对接接头等，会造成严重的应力集中。焊缝布置不合理。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头工作应力分布（1）,对接接头常用于板材加工和零部件加工。通常焊缝略高于母材板面（加强高或余高），或进行变板厚板材加工。由于加强高等造成了构件表面不光滑，在焊缝与母材的过渡处将引起应力集中。KT的大小，与加强高和焊缝向母材的过渡有关，加强高越大，过渡半径越小，则应力集中系数KT 增加。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头工作应力分布（2）,由加强高带来的应力集中对动载结构的疲劳强度是不利的，因此要求越小越好。对重要的动载构件，有时采用削平加强高或增大圆弧的措施来降低应力集中，以提高接头的疲劳强度。对接接头外形的变化与其他接头相比是不大的，因此它的应力集中较小，而且易于降低和消除。总之，对接接头是最好的接头形式，不但静载可靠，而且疲劳强度也高。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,丁字（十字）接头工作应力分布（1）,丁字（十字）接头焊缝向母材过渡较急剧，接头在外力作用下力线扭曲很大，造成应力分布极不均匀，在角焊缝的根部和过渡处都有很大的应力集中。未开坡口丁字（十字）接头正面焊缝，由于整个厚度没有焊透，焊缝根部应力集中很大，在焊趾断面B-B上的应力分布也是不均匀的。B点的应力集中系数值随角焊缝的形状而变，随角的增大而减小，也随焊角尺寸的增大而减小。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊趾,根部,丁字（十字）接头工作应力分布（2）,开坡口未焊透的丁字（十字）接头的应力集中大大降低。保证焊透是降低丁字（十字）接头应力集中的重要措施之一。对重要的丁字（十字）接头必须开坡口或采用深熔法进行焊接。丁字（十字）接头当其焊缝不承受工作应力时，在角焊缝根部的A点处和焊趾B点处亦有应力集中。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,丁字（十字）接头工作应力分布（3）,工作焊缝的应力集中大于联系焊缝的应力集中。丁字接头由于偏心的影响，A和B点的应力集中系数都比十字接头的低。丁字（十字）接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力，因轧制板材常有夹层缺陷，尤其厚板更易出现层状撕裂，应将工作焊缝转化为联系焊缝。如果两个方向都受拉力，则应采用圆形、方形或特殊形状的轧制、锻制插入件。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,搭接接头工作应力分布,搭接接头使构件形状发生较大变化，应力集中比对接接头的情况复杂得多。根据搭接角焊缝受力的方向，可以分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,正面角焊缝的工作应力分布（1）,在正面角焊缝的搭接接头中，应力分布很不均匀，在角焊缝的根部和焊趾都有较大的应力集中，其数值与许多因素有关。如减小角焊缝斜边和水平边的夹角和增大熔深焊透根部，可降低应力集中系数。由于搭接接头的正面角焊缝与作用力偏心，所以承受拉力时，接头上产生附加弯曲应力。为了减少弯曲应力，两条正面角焊缝之间的间距应不小于板厚的四倍。即,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,两种不同受力情况的正面搭接接头,正面角焊缝的工作应力分布（2）,由两道正面角焊缝构成的焊接接头中，每道焊缝所担负的力不一定相等，它与焊件厚度、搭接长度和受力情况有关。左图中，若焊件厚度和焊缝尺寸相等，则每道焊缝所受之力也相等。右图中，即使焊件厚度和焊缝尺寸相同，但由于力的作用点不同，上板的搭接区段受F力拉伸，下板的搭接区段受F力压缩，故左端两板的相对位移大于右端，左边的焊缝承受之力比右端的大。搭接长度越大，差别越大。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,两种不同受力情况的正面搭接接头,正面角焊缝的工作应力分布（3）,F作用下搭接长度与焊件厚度比值对焊缝受力的影响,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,两种不同受力情况的正面搭接接头,侧面角焊缝的工作应力分布（1）,用侧面角焊缝连接的搭接接头的工作应力分布更为复杂。焊缝中既有正应力，又有切应力，且切应力沿侧面焊缝长度上的分布是不均匀的，它与焊缝尺寸、断面尺寸和外力作用点的位置等因素有关。左图所示受力情况，沿侧面焊缝长度上的剪切力，两端大，中间小，因为搭接板材不是绝对刚体，受力时本身产生弹性变形，在两块板的搭接区段通过各截面的力是不同的。对于右图受力情况，焊缝传递的剪切力以左端最高，向右逐渐减小。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,两种不同受力情况的侧面搭接接头,侧面角焊缝的工作应力分布（2）,对于左图，当按等强设计侧面搭接接头时，假设正应力的许用值为，切应力的许用值为=0.6，焊角K=板厚t，则焊缝的最小长度为l=1.2B（板宽）。此时，侧面焊缝的最大切应力max=1.3，应力集中系数KT为2.2。焊缝较短时（如l=200mm），应力分布较均匀，焊缝较长时（如l=400mm），应力分布不均匀的程度就更大。一般规范规定，侧面焊缝长度l不得大于50K。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,侧面角焊缝的工作应力分布（2）,当两个被连接件的截面积不相等时，切应力的分布不对称于焊缝中点，而是靠近小断面一端的应力高于断面大一端。这种接头的应力集中比断面相等的接头更为严重。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,联合角焊缝的工作应力分布,在只有侧面角焊缝的搭接接头中，焊缝附近有最大正应力，应力集中非常严重。增添正面角焊缝后，由于正面焊缝比侧面焊缝刚度大，变形小，承担了一部分外力，断面上的正应力分布较为均匀，并且侧面焊缝的应力分布也得到改善，最大切应力降低。因而应力集中得到改善。增添正面角焊缝，不但可以改善应力分布，还可以缩短搭接长度。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接接头静载强度,工作焊缝和联系焊缝对接接头的静载强度搭接接头的静载强度开槽焊接头及塞焊接头的静载强度丁字接头的静载强度点焊接头的静载强度焊缝许用应力,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,工作焊缝和联系焊缝,焊接结构上的焊缝根据其载荷的传递情况可分为两种：工作焊缝和联系焊缝。工作焊缝：焊缝与被连接元件是串联的，它承载着全部载荷的作用，一旦断裂，结构就立即失效。联系焊缝：焊缝与被连接件是并联的，它传递很小的载荷，主要起元件之间的相互联系作用，焊缝一旦断裂，结构不会立即失效。设计时，工作焊缝的强度必须计算，而联系焊缝的强度无须计算。既有工作应力，又有联系应力时，则只计算工作应力，而不考虑联系应力。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头的静载强度,计算对接接头时，不考虑焊缝加强高，所以计算基本金属强度的公式也完全适用于计算这种接头。焊缝计算长度取实际长度，计算厚度取两板中较薄者。如果焊缝金属的许用应力与基本金属相同，则不必进行强度计算。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头（全部焊透）,对接接头受拉力,对接接头受拉力时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头受压力,对接接头受压力时，按焊缝许用压应力a演算其强度：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头受剪切力,对接接头受剪切力时，按焊缝许用拉应力演算其强度：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头受板平面内弯矩,对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,对接接头受垂直板面弯矩,对接接头受弯矩时，按焊缝许用拉应力1演算其强度：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,长焊缝小间距搭接接头,作用力F与焊缝垂直：作用力F与焊缝平行：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,短焊缝大间距搭接接头,作用力F与焊缝平行：作用力F与焊缝垂直：,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,开槽焊接头,开槽焊接头承受剪切力，它作用于焊缝金属与母材接触面上，因此容许载荷能力取决于焊缝金属与母材接触面积的大小。接触面积与开槽长度L和板厚t成正比。受焊接方法及可达性影响。当开槽的可焊到性差时，焊接接头强度有所降低，取m=0.7。当开槽的可焊到性较好或采用埋弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取m=1.0。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,塞焊接头,塞焊接头也承受剪切力，也作用于焊缝金属与母材接触面上，因此容许载荷能力也取决于焊缝金属与母材接触面积的大小。焊缝金属接触面积与焊点直径d的平方及点数n成正比。受焊接方法及可达性影响。当可焊到性差时，焊接接头强度有所降低，取m=0.7。当可焊到性较好或采用埋弧焊等熔深较大的焊接方法时，可取m=1.0。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝许用应力,焊缝许用应力的大小不但与材料种类和焊接工艺有关，而且与焊接检验方法的精确程度密切相关。随着焊接技术的不断发展，以及焊接检验方法的日益改进，焊接接头的可靠性不断提高，焊缝的许用应力也相应增大。确定焊缝的许用应力有两种方法：按基本金属的许用应力乘以一个系数采用已经规定的具体数值,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,系数法确定焊缝许用应力,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,表中为基本金属的拉伸许用应力。适用于低碳钢及50kg级以下低合金结构钢。,采用已经规定的具体数值,普通检查方法：外观检查、测量尺寸和钻孔检查等；精确检查方法：在普通检查的基础上，用射线和超声波进行补充检查。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,钢结构焊缝许用应力 单位：MPa,钢材的分组尺寸,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝的合理布置,焊缝布置应尽量采用平焊缝：平焊容易操作，劳动条件好，生产率高，焊缝质量容易得到保证。焊缝布置要便于施焊：焊接时焊缝布置要留有足够的操作空间，使焊接工具能自如地进行操作。图a 布置不合理，不便焊条伸到待焊部位，无法施焊，改为图b 后操作便能顺利行。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝的合理布置,尽量减小焊缝长度和数量减少焊缝长度和数量，能有效地减少焊接应力和变形，同时减少焊接材料消耗，降低成本，提高生产率。如图a所示焊件用四块钢板组焊而成，有四道焊缝。若改造为下图、c结构，采用型材和冲压件减少焊缝，可简化焊接工艺和减少焊接变形。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝的合理布置,焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位：焊缝处存在残余应力和焊接缺陷，往往是力学性能较为薄弱的部位，因此，要求焊缝避开应力较大部位。如大跨度横梁，最大应力和焊缝在跨度中间，把焊缝移到两边靠近支承点处，改善焊缝受力状况，提高横梁承载能力。又如对压力容器应使焊缝避开应力集中的转角处，采用碟形封头结构较合理。焊缝应尽量远离机械加工面：当焊件上有要求较高的加工表面时，且必须加工后焊接时，为了防止焊接时已加工面受热而影响其形状和尺寸精度，焊缝应尽量远离机械加工面。若焊缝必须靠近加工表面，则先焊而后加工。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊缝的合理布置,焊缝布置应避免密集交叉，尽量对称布置 焊缝密集及交叉会使接头处严重过热，组织恶化，承载能力降低，严重时会引起裂纹。图 a 结构不合理；结构合理。焊缝的均匀对称可减少焊接应力分布不对称而产生的变形，图 a 焊缝偏于剖面中性轴一侧，焊后会产生较大弯曲变形；图 b 的两条焊缝对称于剖面中性轴，有可能使焊缝所产生的弯曲变形互相抵消，焊后无明显弯曲变形。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接变形及预防措施,焊接构件因焊接而产生的内应力称焊接应力，焊件因焊接而产生的变形称为焊接变形。焊接时，由于工件是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷缩速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生。变形是焊件自身降低其应力状态的结果，变形的表现形式与工件的截面尺寸、焊缝布置、焊接元件的组合方式及焊接接头的型式等因素有关。焊接变形的基本形式有弯曲变形、角变形、波浪变形和扭曲变形等。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接变形及预防措施,焊接变形不但影响结构尺寸的准确性和外形美观，严重时还可能降低承载能力，甚至造成事故。为了防止和减少焊接变形，设计时应尽可能采用合理结构形式和采用必要的焊接工艺措施。采用合理的结构 设计焊接结构时，在保证结构有足够承载能力情况下，采用尽量小的焊缝尺寸、数量；焊缝尽量对称布置；焊缝分散，避免集中。反变形法用经验和计算方法，估计焊后可能发生的变形大小和方向，焊前将工件安放在与焊接变形方向相反的位置上。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,防止角变形的反变形,焊接变形及预防措施,刚性固定法焊前将工件各部分用夹具、刚性支撑、专用夹具或定位点焊强制固定，以防止和加小变形。刚性固定法只适用于工件塑性较好，结构刚度较小的结构，对于淬硬性较大的金属不能使用，以免焊后断裂。焊接顺序变换法安排焊接顺序时应尽可能考虑焊缝自由伸缩，对称截面梁焊接次序要交替进行。焊前预热，焊后处理焊前对工件预热可以减少焊件各部位温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力。在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子对红热状态下的焊缝进行均匀迅速的敲击，均可有效地减小焊接变形。,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,焊接缺陷及防止方法,焊缝金属裂纹夹杂气孔咬边未熔合,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,未焊透熔透过大蛇形焊道焊接飞溅,焊缝金属裂纹,缺陷形成原因焊缝深宽比太大焊道太窄（特别是角焊缝和底层焊道）焊缝末端处的弧坑冷却过快预防措施增大电弧电压或减小焊接电流以加宽焊道而减小熔深减慢行走速度以加大焊道的横截面采用衰减控制以减小冷却速度；适当地填充弧坑；在完成焊道的顶部采用分段退焊技术一直到焊缝结束,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,夹杂,缺陷形成原因采用多焊道短路过渡（熔焊渣型夹杂物）高的行走速度（氧化膜型夹杂物）预防措施在焊接后续焊道之前，清除掉焊缝边上的渣壳减小行走速度；采用含脱氧剂较高的焊丝；提高电弧电压,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,气孔,缺陷形成原因保护气体覆盖不足焊丝的污染工件的污染电弧电压太高喷嘴与工件距离太大,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,预防措施增加保护气体流量，排除焊缝区的全部空气；减小保护气体的流量，以防止卷入空气；清除气体喷嘴内的飞溅；避免周边环境的空气流过大，破坏气体保护；降低焊接速度；减小喷嘴到工件的距离；焊接结束时应在熔池凝固之后再移开焊枪喷嘴采用清洁而干燥的焊丝；清除焊丝在送丝装置中或导丝管中粘附上的润滑剂在焊接之前清除工件表面上的全部油脂、锈、油漆和尘土；采用含脱氧剂的焊丝减小电弧电压减小焊丝的伸出长度,咬边,缺陷形成原因焊接速度太高；电弧电压太高；电流过大停留时间不足焊枪角度不正确预防措施减慢焊接速度；降低电压；降低送丝速度增加在熔池边缘的停留时间改变焊枪角度使电弧力推动金属流动,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,未熔合,缺陷形成原因焊缝区表面有氧化膜或锈皮热输入不足；焊接熔池太大焊接技术不合适；接头设计不合理预防措施在焊接之前清理全部坡口面和焊缝区表面上的轧制氧化皮或杂质提高送丝速度和电弧电压；减小焊接速度减小电弧摆动以减小焊接熔池采用摆动技术时应在靠近坡口面的熔池边缘停留；焊丝应指向熔池的前沿坡口角应足够大，以便减小焊丝伸出长度（增大电流），使电弧直接加热熔池底部；坡口设计为J形或U形,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,未焊透,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,曲线形成原因坡口加工不合适；焊接技术不合适；热输入不合适预防措施接头设计必须合适，适当加大坡口角度，使焊枪能够直接作用到熔池底部，同时要保持喷嘴到工件的距离合适；减小钝边高度；设置或增大对接接头中的底层间隙使焊丝保持适当的行走角度，以达到最大的熔深；是电弧处在熔池的前沿提高送丝速度以获得较大的焊接电流，保持喷嘴与工件的距离合适,熔透过大,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,曲线形成原因热输入过大坡口加工不合适预防措施减小送丝速度和电弧电压；提高焊接速度减小过大的底层间隙；增大钝边高度,蛇形焊道,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,曲线形成原因焊丝伸出长度过大焊丝的校正机构调整不良导电嘴磨损严重预防措施保持合适的焊丝伸出长度再仔细调整更换新的导电嘴,焊接飞溅,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,曲线形成原因电弧电压过高或过低焊丝与工件清理不良焊丝不均匀导电嘴磨损严重焊机动特性不合适预防措施根据焊接电流仔细调节电压；采用一元化调节焊机焊前仔细清理焊丝及坡口处检查压丝轮和送丝软管（修理或更换）更换新导电嘴对于整流式焊机应调节直流电感；对于逆变式焊机须调节控制回路的电子电抗器,内容目录,焊接工艺概述弧焊结构及弧焊质量控制点焊结构及点焊质量控制焊接新工艺简介,先进成形制造教育部重点实验室,焊接技术研究中心,点焊结构设计,考虑到焊点的可靠性，一般车身上的点焊设计为二层板，尽量少用三层板，不用四层板。一般二层板连接的板材厚度差小于2.5