金属焊接设计工艺

焊接是制造金属制品的一项重要工艺和技术，被广泛应用于机械制造、电讯和家用电器的各个行业。焊接的方法分类方法有很多种，不同的焊接方法其焊接工艺有所不同。本章主要介绍金属的焊接性能及我们的结构设计中常用的几种焊接方法。

1.1

金属的可焊性

在设计金属材料之间的焊接结构时，首先要考虑要焊接的金属之间的可焊性，

不同的金属进行焊接和相同的金属进行焊接，其可焊性都是不一样的。特别是重要的焊接结构时，要仔细检查焊接材料之间的可焊性。

1.1.1

不同金属材料之间焊接及其焊接性能

不同金属材料之间焊接及其焊接性能各不相同，具体见下表5-1：

表5-1 异种金属的焊接性

钨 钼 铬 钛 铍 铁 镍 铜 金 银 镁 铝 锌 镉 铅 锡 钨 钼 E 铬 E E 钛 F E G 铍 P P P P 铁 F G E F F 镍 F F G F F G 金 铜 P P P F F F E P F F F F E E 银 P P P F P P P F E 镁 P P P P P P P F F F 铝 P P P P F P P F F F F 镉 锌 P P P P P F F G F G P F P P 铅 P P P P P F P F G E P F P P P P P P P P P 锡 P P P P P P P P F F P P P P F 注：E—优秀；G—良好；F—较好；P—差；空格—无数据。

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1.1.2

同种金属的焊接性能

实际上，我们遇到最多的还是同种金属之间的焊接，主要是钢及钢的焊接，以

及有色金属及有色金属之间的焊接。

钢及钢的可焊性

含碳量越低，钢合金中合金的含量越低，其焊接性能越好，含碳量和合金含量越大，可焊性不好，焊接时淬裂的可能性越大，具体参见表5-2。 表5-2 钢材的焊接性 钢号 可焊性 可焊等级 非铁元素含量(%) 合金元素总含含碳量 量 <1 1~3 >3 <0.25 <0.2 <0.18 说明 08、10、20、25、良15Mn、20Mn、15Cr、20Cr、0Cr13、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9、 30、35、30Mn、30Cr、1Cr13、0CrMnSi、 一般 好 在任何普通生产条件下，都能焊接，没有工艺，对于焊接前后热处理以及焊接焊接的热规范没有特殊要求，焊接后变形容易矫正。 <1 1~3 >3 0.25~0.35 焊接形成冷裂的倾0.2~0.3 0.18~0.25 向小，按照合理的焊接热规范可以得到满意的焊接性能。在焊接复杂的结构和厚板时，必须预热。 40、45、20Cr、40Cr、2Cr13、 较差 <1 1~3 0.35~0.45 在通常情况下，焊0.3~0.4 接时，有形成裂纹2 / 8

>3 0.28~0.38 的倾向，焊前应预热、焊后要热处理、严格按照特别的焊接规范，才能获得满意的焊接性能。 50、55、60、65、很70、65Mn、3Cr13、差 50Cr、40CrSi、 <1 1~3 >3 >0.45 >0.4 >0.38 在通常情况下，焊接时，很容易形成裂纹的倾向，焊前应预热、焊后要热处理、严格按照特别的焊接规范，才能完成焊接。 有色金属的焊接性能

有色金属的焊接，通常采用气焊和氩弧焊，并合理选择焊丝，才能到达理想的焊接性能。常用有色金属的焊接性能表5-3所示：

表5-3 有色金属焊接性能

铜 黄铜 硅青铜磷青铜 锡青铜铝青铜 纯铝 铝镁系铝合金 锰铝系铝合金 硬 铝超硬铝 高强度铝合金 一般 良好 较差 良好 一般 较差 很差 1.2 1.2.1

点焊设计 接头型式

点焊是电阻焊最常见的一种焊接方法是钣金结构设计中常用的焊接方式，常见

的点焊接头是板材的搭接和折弯边接，如图5-1，

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搭接折边接 图5-1点焊的接头型式 1.2.2 点焊的典型结构 应尽可能采用具有强烈水冷的通用电极进行点焊。点焊距离工件边缘的距离不应太小。如图5-2。 上电极工件1工件2下电极 X—焊点中心到折弯边的距离；D—电极的直径 图5-2点焊的结构形式 1.2.3 点焊的排列 点焊的排数在一般情况下，排成一列，在焊件要求有高强度时，允许用多行排列或交错排列。如图5-3。 4 / 8 图5-3点焊的排列 1.2.4 钢板点焊直径以及焊点之间的距离 两板厚度之比在1：3范围内时，能成功地点焊，但焊接情况并不理想，为了焊

接性能好，两板厚度之比最好采用1：1，或者接近1：1。表5-4给出了不同厚度零件点焊的焊点直径、焊点排列之间距离、焊点之间的距离等参数。

表5-4 焊点的距离以及焊点的直径

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零件厚度 焊点中心至最近边缘距离X (mm) 6 6 6 6 6 6 9 9 9 11 11 11 焊点直径d 焊点排列之焊点之间的 间距离u (mm) 6~8 6~8 8~11 8~15 8~15 8~15 10~20 10~25 10~25 11~25 11~25 11~25 距离t (mm) 8 8 11 15 18 20 20 25 25 25 25 25 (mm) (mm) 0.5+0.5 0.5+0.8 0.5+1.0 1.0+1.0 1.0+1.5 1.0+2.0 1.5+1.5 1.5+2.0 1.5+2.5 2.0+2.0 2.0+2.5 2.5+2.5 3~4 3~4 3~4 4~5 4~5 4~5 5~6 5~6 5~6 6~7 6~7 6~7 注: 点焊零件的厚度不在表5-2的规范内，可以选用及其近似的规范。

1.2.5

铝合金板材的点焊

工业纯铝（L1-6）、防锈铝（LF2-LF6、LF21）的焊接性较好，硬铝（LY11、LY12）

的焊接性尚稍差一些。对铝合金的点焊，因其导热性好，铝合金板的焊点最小间距一般不小于板厚的8倍。表5-4 为铝合金板焊点间距及搭边宽度。

表5-5 铝合金点焊最小搭边宽度、焊点间距和排间距离（mm）

板厚 焊点中心至最焊点排列之焊点之间的近边缘最小距间最小距离最小距离t 离x u 9.5 13 16 19 32 6 8 9.5 13 16 0.5 1.0 1.6 2.0 3.2 9.5 13 19 22 29 6 / 8

1.2.6 点焊的定位 点焊一般是采用以下三种方法定位的： 1）通过开工艺定位孔用销子定位 预先在工件1和工件2上打二个孔，焊接时用定位销来保证工件1及工件2之间的相对位置X和Y，如图5-4，这样的定位容易获得较高的定位精度，定位简单方便。为了规范和统一定位孔的直径，便于定位销的通用性，点焊工艺定位孔直径D最好选择1.7和3.0。这种定位方法一般实用于焊接的两个零件不在整件的外表，或者尽管在外面但定位孔不影响美观的情况。 工件1工件2 图5-4用销子定位 2） 过开工艺定位孔上螺丝定位 这种方法的原理同5.2.6基本相同，但是，比较麻烦，采用较少。 3） 制作定位工装焊接

对于象机箱机柜的前门等零件，对外观影响较大，因为造型和美观的原因，不能开定位孔，一般需要用专门的定位工装，焊接时对焊接件定位，其焊接精度取决于定位工装的精度。

1.3

角焊

通讯行业的机箱机柜的钣金结构设计中，经常会用到角焊，特别是机柜的结构

设计中，为了达到较高的框架强度和刚度，经常需要进行角焊，如图5-5所示。但是，这种角焊焊接质量不易控制，焊接后，外侧要打磨，效率较低，特别是焊缝较长时，焊接容易变形，如果焊接的板材较薄，板材还容易焊通，造成零件报废，所以，建议尽量不要采用这种焊接结构，特别是批量很大的小盒体钣金零件，原则上，为了避免打磨、保证焊接质量和加工进度、降低成本和报废率，应该尽可能避免这种焊接，如果外观和设计上许可，尽可能采取图5-6所示拉铆、螺装、点焊代替钣金间的角焊。

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图5-5 钣金间的角焊

图5-6 用点焊、铆接和螺装代替钣金的角焊

1.4

缝焊

缝焊如图5-7 所示，是钣金焊接中特别是机柜、底座中常见的焊接方式，焊

接牢固，焊接后零件刚度好，但是，一般都需要打磨。同上面所述的角焊的情况一样，为了避免打磨，原则上，在批量很大的小盒体机箱或类似的产品中，应该尽量避免采用。

图5-7 缝焊

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