企業(yè)培訓_焊接培訓講義

焊接培訓1 金工教研室制造科學與工程學院2005年春季學期 第四講 焊接工藝常識 第四講 焊接工藝常識 焊接工藝永久性連接起源于一次世界大戰(zhàn)后 凡爾賽公約 現(xiàn)代工業(yè)的基礎工藝造船 航空 鍋爐 化工 機械 汽車基本焊接方法電弧焊 屬于熔化焊其他焊接方法 壓力焊 釬焊 本講內容 一 電弧焊工藝常識二 焊條電弧焊三 特種焊接工藝方法四 金屬材料的焊接性五 焊接結構設計六 連接技術 一 電弧焊工藝常識 1 焊接電弧氣體介質中導電現(xiàn)象 焊接電弧的熱量 熱量來源于陽極43 陰極36 弧柱21 熱量擴散65 85 加熱熔化金屬其余散失在電弧周圍飛濺的金屬液 2 正接和反接 溫度 陽極 2600K陰極 2400K電弧中心 6000K 8000K直流焊接正接法 工件溫度高反接法交流焊接 兩極溫度均為2500K引弧電壓 50 90V電弧電壓 16 35V 3 焊接接頭的組織與性能 焊接工件上溫度的變化與分布 焊接接頭組織 低碳鋼 焊縫 焊接熱影響區(qū) 4 焊縫 從熔池底向中心凝固各個方向凝固速度不同柱狀鑄態(tài)組織鐵素體 少量珠光體雜質集中在焊縫中心 影響焊縫質量 焊縫的熱影響區(qū) 1 融合區(qū)0 1 1mm 關鍵2 過熱區(qū)脆性比融合區(qū)更大3 正火區(qū)力學性能優(yōu)于母材4 部分相變區(qū)比正火區(qū)稍差不同焊接方法熱影響區(qū)寬度不同焊后正火改善接頭性能 5 焊接應力與變形 極不平衡的熱循環(huán)過程應力分布規(guī)律先冷受壓 后冷受拉 消除焊接應力 提高母材塑性避免焊縫交叉避免焊縫過寬過長合理焊接順序先焊短焊縫后焊長焊縫預熱焊件 振動焊縫焊后退火 焊接變形 收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形 防止焊接變形 減小焊接應力提高結構剛度對稱焊縫分布焊前反變形 防止焊接變形 合理焊接操作平衡溫度分布利用變形 防止焊接變形 焊后校正 二 焊條電弧焊 焊條電弧焊過程藥皮燃燒 電弧周圍氣體 CO2 CO H2熔池中熔渣 冷卻形成渣殼保護熔池中的熔化金屬 1 電焊條 焊芯導電和填充焊縫焊接用鋼絲低碳鋼 合金結構鋼 不銹鋼藥皮焊接過程順利進行焊縫化學成分 力學性能 焊條藥皮 作用提高電弧燃燒的穩(wěn)定性防止空氣對熔化金屬的有害作用對熔池脫氧 加入合金元素保證焊縫金屬的化學成分和力學性能穩(wěn)弧 造氣 造渣 脫氧 合金 稀渣 粘接 焊條藥皮的作用 焊條種類 按化學成分分成七大類碳鋼 低合金鋼 不銹鋼 堆焊 鑄鐵 銅及銅合金 鋁及鋁合金焊條型號E4303 E碳鋼焊條43 焊縫抗拉43kgf mm20 0 1 全位置焊接 2 平焊 4 向下立焊03 3 4為組合表示焊接電流種類和藥皮類型 03為鈦鈣型藥皮 交流或直流 焊條種類 焊條牌號J422 J507J 結構鋼焊條 奧氏體不銹鋼A 鑄鐵Z 42 抗拉強度等級MPa 50 55 60 70 80 2 藥皮和電流種類 焊條種類 按熔渣性質酸性焊條酸性氧化物比堿性氧化物多適合各種電源 易操作 電弧穩(wěn)定 成本低焊縫塑性韌性差 不宜用于重要構件堿性焊條焊縫塑性韌性好 抗沖擊能力強要求直流電源 操作性差 電弧不夠穩(wěn)定 價格高 適于重要構件 焊條選用原則 選擇依據(jù) 根據(jù)焊件化學成分 力學性能 抗裂性 耐腐蝕耐高溫性能結構形狀 受力情況 焊接設備條件低碳鋼和低合金鋼構件 根據(jù)強度 兩構件強度較低者為準 酸性 堿性 根據(jù)重要性鑄鐵 堿性焊條和適當工藝 預熱 不銹鋼和耐熱鋼 特殊 專用焊條 2 埋弧焊 埋弧焊演示 埋弧焊特點 大電流 1000A 生產率高焊接質量高且穩(wěn)定節(jié)約金屬熱量集中 可無坡口 無焊條頭 飛濺少改善勞動條件無弧光 煙霧自動化程度高工藝裝備復雜 適合批量生產 焊絲與焊劑 焊絲焊劑決定焊縫化學成分 力學性能熔煉焊劑 陶質焊劑 埋弧焊工藝 仔細下料 準備 清理 坡口 裝配引弧板與引出板 焊后去掉 防止燒穿 焊劑墊 墊板 環(huán)縫焊接 3 氣體保護焊 氬弧焊 氣體保護焊 CO2保護焊 4 等離子弧焊接與切割 電弧壓縮機械壓縮熱壓縮電磁收縮中心區(qū)域溫度極高16000K焊接 切割熔點很高的金屬不銹鋼鈦 鎢 5 焊接自動化 數(shù)控軌跡控制焊接質量監(jiān)控 焊接機器人 焊接機器人演示 用電弧焊焊接鋼板的問題 如圖拼焊一張大鋼板焊縫布置合理嗎 如何改進 對稱 錯開如何合理安排焊縫順序 先短后長 三 特種焊接工藝方法 簡略了解其它焊接方法電阻焊 摩擦焊 釬焊 電渣焊真空電子束焊接 激光焊接討論可以用于焊接的能源形式 1 電阻焊 電阻熱Q I2Rt特點生產率高 焊接變形小操作簡便 易實現(xiàn)自動 汽車外殼焊接 設備復雜 耗電量大接頭形式 工件厚度受到限制點焊 縫焊 對焊 點焊 局部高溫焊合分流現(xiàn)象焊點的分布最小距離限制 點焊的接頭形式 硬規(guī)范軟規(guī)范電極壓力表面清洗接頭形式 縫焊 對焊 對焊接頭形式 討論這個問題 銅及銅合金可以采用電阻焊嗎 2 摩擦焊 摩擦焊的接頭形式 3 釬焊 焊接過程示意圖 毛細管作用 釬焊 硬釬焊450 以上 接頭強度200MPa以上自行車架 工具 刀具軟釬焊450 以下 接頭強度70MPa以下儀表 導電元件 各種低載荷構件加熱方式烙鐵 火焰 電阻 感應 釬焊的常見接頭形式 釬焊接頭的比較 4 電渣焊 5 真空電子束焊接 6 激光焊接 題外話 關于鋁熱劑 什么是鋁熱劑通常把鋁粉和氧化鐵的混合物叫鋁熱劑用某些金屬氧化物 如V2O5 Cr2O3 MnO2等 代替氧化鐵也可以做鋁熱劑有什么特性難熔的金屬氧化物與混合物中的鋁反應時放出大量熱有什么用 焊接鋼軌 原理鋁熱反應公式示例 使用鋁粉可還原氧化鐵Fe2O3 2Al 2Fe Al2O3還原反應產生大量的熱能 無需外部的能源 就能熔化金屬 可以用來焊接鋼軌優(yōu)點這些原料完全徹底地和合金元素混合在一起形成鋁熱劑 它可以組成與鋼軌化學 冶金 和機械方面相匹配的焊接接頭 焊接鋼軌 過程鋁熱劑被投入到一個耐火坩堝中 用點火器點燃 開始鋁熱反應 反應結束后 液態(tài)鋼自動從坩堝底部釋放到耐火模具 從而連接鋼軌的兩端 模具帶有幾何形狀特征 能控制鑄造和固化的過程 當鋁熱鋼冷卻下來后 進行進一步的熱處理來提高它的機械特性 鋁熱焊設備 其它用途 冶煉難熔金屬軍事用途在炮彈導彈彈頭一但裝進鋁熱劑成分 可極大地提高殺傷力 在前蘇聯(lián)科學家編寫的 火箭炮 一書中 談到火箭炮彈頭裝藥就有鋁熱劑的成分 在中國人民革命軍事博物館里 展品中就有美軍的鋼盔 卡賓槍 被燒熔在一起 除了火箭彈以外 其它炸彈沒有如此大的能量 選擇焊接方法 自行車車架鋼窗家用液化氣罐主縫自行車圈電子線路板鍋爐殼體鋼軌對接不銹鋼儲罐 硬釬焊 鹽浴 硬釬焊 對焊 電弧焊縫焊縫焊外邊 閃光對焊軟釬焊埋弧焊 電渣焊閃光對焊 鋁熱焊等離子弧焊接 氬弧焊 四 金屬材料的焊接性 焊接性概念設定相同 焊接方法 材料 參數(shù) 結構 易焊 難焊 獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度焊接性并非一定焊接方法 焊接材料 焊接工藝評定方法工藝焊接性 出現(xiàn)工藝缺陷的傾向使用焊接性 使用中的可靠性 力學 特殊性能要求 鋼材焊接性的估算 碳當量計算公式計算結果0 6 焊接性不好 小型抗裂實驗法 碳鋼焊接 低碳鋼 C 應力 變形開裂焊條電弧焊 埋弧焊 電渣焊 氣體保護焊電阻焊保證焊接接頭與母材等強度焊條 E4313 J421 E4303 J422 E4315 J427 等埋弧焊絲 焊劑 H08A H08MnA 431 碳鋼焊接 中碳鋼 C 0 25 0 6 焊接性變差 淬硬傾向變大工藝特點 容易開裂 冷裂紋 熱裂紋必須預熱 減小工件各個部分的溫差細焊條 小電流 開坡口多層焊接焊條電弧焊 電渣焊 厚件 選擇抗裂能力較強的低氫型焊條 等強度焊條 E5016 J506 E6015 D1 J607 合金鋼焊接 合金結構鋼焊接件較少工藝與中碳鋼近似低合金結構鋼焊接工藝特點熱影響區(qū)的淬硬傾向 合金含量大小焊接接頭的裂紋傾向 冷裂紋傾向大小 含氫量 淬硬程度 應力熱裂紋傾向不大 我國合金都含Mn 強度級別決定工藝低 同低碳鋼低溫大厚度高剛度構件 大電流 慢速 低氫焊條 退火高 焊前預熱 焊后先消氫處理 再退火處理 鑄鐵補焊 鑄鐵焊接性很差 只能進行補焊焊接特點焊縫易形成白口 難以切削加工易開裂 易產生氣孔流動性好 只能進行平焊熱焊法 600 700 防止開裂 補焊后可切削加工冷焊法 450以下 非鐵金屬及其合金的焊接 銅及銅合金困難導熱性太好 容易焊不透易氧化 易開裂 易形成氣孔電阻很小 難以采用電阻焊銅合金比純銅更難焊接氬弧焊 紫銅 青銅 氣焊 黃銅 碳弧焊 釬焊 非鐵金屬及其合金的焊接 鋁及鋁合金也比較困難極易氧化 Al2O3阻礙金屬熔和 易夾渣導熱性較好 需預熱 使用大功率熱源容易產生氣孔 易吸收H2 高溫下強度塑性很低 焊縫塌陷氬弧焊 氣焊 點焊 縫焊 釬焊 選擇焊接方法 圓筒低壓容器 Q235鋼板20mm批量生產埋弧自動焊20鋼板2mm批量生產縫焊45鋼板6mm單件生產焊條電弧焊 紫銅板4mm單件生產氬弧焊鋁合金板20mm單件生產氬弧焊不銹鋼板10mm小批生產氬弧焊 討論焊接工藝問題 如圖鑄件補焊后還是開裂 怎么樣補焊才能既不開裂 又能切削加工 五 焊接結構設計 焊接結構件材料的選擇應選碳當量小于0 4的金屬材料優(yōu)選強度等級低的低合金結構鋼優(yōu)選鎮(zhèn)靜鋼 脫氧完全 異種金屬間焊接以焊接性較差的金屬材料設計焊接工藝各種金屬材料的焊接性能可查表 1 合理選用型材減少焊縫數(shù)量 2 焊接接頭設計 分散布置焊縫 3 對稱布置焊縫 對稱布置焊縫 對稱布置焊縫 4 避開應力集中的位置 避開應力集中的位置 避開應力集中的位置 5 避開機械加工位置 6 便于電弧焊的設計 便于電弧焊的設計 便于電弧焊的設計 7 便于埋弧焊的設計 8 便于點焊及縫焊的設計 其他布置原則 盡可能平焊避免仰焊減少橫焊一次裝配 盡可能完成大部分焊接 9 焊條電弧焊接頭形式 對接接頭 焊條電弧焊接頭形式 T型接頭 焊條電弧焊接頭形式 角接接頭 焊條電弧焊接頭形式 搭接接頭 接頭過渡形式 接頭過渡形式 電渣焊接頭形式 討論如圖三個焊件 這三個焊件結構設計都