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文檔簡介

焊接成型焊接的實質通過加熱或加壓等手段,使分離的兩部分金屬借助于金屬間原子的粘結與擴散作用,使分離的金屬材料牢固地連接起來,成為不可拆卸的連接方式。焊接特點1)能化大為小,拼小為大:把大型復雜的機器零部件,分解為簡單的小零部件來準備毛坯,然后再用焊接的方法把它們連接起來,這樣可簡化鍛造或鍛壓工藝,還可以解決鑄鍛能力的不足。焊接成型焊接的實質通過加熱或加壓等手段,使分離的兩部分12)可以把不同種類的金屬結合起來①制造雙金屬結構的零件,例如:蒸煮鍋的筒體。②把零件或毛坯的不同部分直接焊接起來,例:麻花鉆、硬質合金車刀。3)可以修補鍛件、鑄件上的缺陷和局部損壞的零件。2)可以把不同種類的金屬結合起來2焊接方法分類根據(jù)焊接過程的特點可分為三大類:熔化焊:電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊。壓力焊:電阻焊、摩擦焊、壓力氣焊、冷壓焊、超聲波焊、高頻焊、爆炸焊。釬焊:軟釬焊、硬釬焊。焊接方法分類根據(jù)焊接過程的特點可分為三大類:3第一節(jié)熔化焊一、手工電弧焊電弧焊是利用電弧釋放的熱量為熱源,使焊件和焊條局部熔化形成共同的熔池,冷凝后實現(xiàn)焊接的焊接方法。(一)焊接電弧電弧是在兩電極之間的氣體介質內產生的一種強烈而持久的放電現(xiàn)象。第一節(jié)熔化焊一、手工電弧焊4電弧熱量與溫度分布電弧熱量:陽極區(qū)產生的較多,約占總熱量的43%,陰極約36%,弧柱約21%。溫度:用鋼焊條焊鋼材時陽極區(qū)—2600K陰極區(qū)—2400K電弧中心—6000~8000K電弧熱量與溫度分布電弧熱量:陽極區(qū)產生的較多,約占總熱量的45電弧的極性使用直流電源焊接時有正接、反接兩種:正接:正極接工件—工件溫度可稍高一些。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。電弧的極性使用直流電源焊接時有正接、反接兩種:6交流焊機、無正反接特點,溫度均為2500K。焊機的空載電壓就是焊接時引弧電壓,一般為50~90V。電弧穩(wěn)定燃燒時電壓為電弧電壓。電弧長度越大,電弧電壓也越高,一般為16~35V。交流焊機、無正反接特點,溫度均為2500K。7②不需要填充金屬,焊接變形小,焊縫表面平整,可進行流水作業(yè)。力擠壓焊件,叫做頂鍛。對鍋爐、受壓容器等重要構件,當厚度大于20mm時,焊后必須退火,以消除應力。獲得的焊件也是中間粗大,并帶有毛刺。以上四區(qū)是焊接熱影響區(qū)中主要的組織變化區(qū)段,其中熔合區(qū)和過熱區(qū)對焊接接頭組織性能的不利影響最為顯著,因此在焊接中應盡量減少熱影響區(qū)的范圍。在常溫下與低碳鋼一樣。件、棒料及管件類焊接。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結構,可選用:焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加熱到很高的溫度,然后再快速冷卻下來,各點處溫度不同,冷卻速度也不相同,在熱脹冷縮和塑性變形的影響下,必將產生內應力、變形或裂紋。利用柱狀電極在兩個焊件接觸面間形成點焊,而將兩焊件連接起來的焊接方法。正接:正極接工件—工件溫度可稍高一些。絲滾輪、導電嘴進反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。同一種金屬材料,采用不同的焊接方法,焊接材料及焊接工藝,焊接性不同。主要問題是氣孔、裂紋及接頭性能變化(二)手工電弧焊的焊接過程①電弧在焊條與被焊件之間燃燒。②電弧熱使工件和焊條熔化形成共同熔池。③電弧熱同時使焊條的藥皮熔化或燃燒,形成熔渣浮在熔池內金屬液表面,并產生大量氣流圍繞在電弧周圍,可防止空氣中氧、氮的侵入,起保護熔化金屬的作用。②不需要填充金屬,焊接變形小,焊縫表面平整,可進行流水作業(yè)8④電弧向前移動,熔池內熔化金屬冷卻凝固,新的熔化不斷形成。不斷凝固而形成連續(xù)的焊縫。熔渣凝固為渣殼復蓋在焊縫表面,遂焊縫的成型和冷卻有著重要作用。④電弧向前移動,熔池內熔化金屬冷卻凝固,新的熔化不斷形成。9(三)電弧焊的冶金過程特點電弧焊的焊接過程為冶金過程,熔化金屬、熔渣和氣體三者之間發(fā)生一系列冶金反應,與一般冶煉過程比較有以下特點:1)金屬元素強烈蒸發(fā)、燒損---焊接電弧和熔池溫度高于一般冶煉溫度。2)化學成分不夠均勻,氣體和雜質來不及浮出----熔池體積小,液態(tài)時間短。3)熔化金屬與空氣接觸,產生氧化物,使鋼中合金元素C、Si、Mn燒蝕,氮、氫在高溫下溶解于液態(tài)金屬,產生氮化物增加焊縫脆性,氫的溶入會引起氫脆化—空氣在高溫電弧作用下分解出原子狀態(tài)的氧、氮、氫。(三)電弧焊的冶金過程特點電弧焊的焊接過程為冶金過程,熔化金10(四)電焊條手工電弧焊焊條由焊條芯和藥皮(涂料)分組成。焊條芯:作用:①導電產生電??;②熔化后作為填充金屬進入熔池,是形成焊縫的主要金屬材料。焊條直徑是用焊芯直徑來表示,一般為2~6㎜,常用3~5㎜,最大的為9㎜,最小的為0.4㎜。常用焊條鋼芯牌號和成分及用途見表。(四)電焊條手工電弧焊焊條由焊條芯和藥皮(涂料)分組成。11焊條藥皮主要作用:提高電弧穩(wěn)定性;防止空氣對熔化金屬的有害作用;對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能。焊條藥皮主要作用:提高電弧穩(wěn)定性;防止空氣對熔化金屬12焊接成形工藝課件13焊條的種類、型號和牌號焊條有七大類:碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅焊條、鋁焊條

焊條的種類、型號和牌號焊條有七大類:碳鋼焊條、低合金14焊條型號牌號藥皮類型焊接電源焊接位置用途E4303J422鈦鈣型交流或直流全位置焊接用于較重要的低碳鋼及強度等級較低的低合金鋼,如09Mn2等。J422GM適于海上平臺、船舶、工程機械等表面裝飾焊縫的焊接J422Fe適于較重要的低碳鋼結構焊接E5016J506低氫鉀型交流或直流全位置焊接用于中碳鋼和低合金鋼的焊接如:16Mn,9Mn2Si。摘自GB5117-85焊條牌號藥皮焊接電源用途E4303J422鈦鈣型交15

第3、4位組合表示焊接電流種類、藥皮類型表示抗拉強度Kgf/mm2E4303第3位表示焊接位置表示焊條例:第3、4位組合表示焊接16——牌號(焊接行業(yè)中焊條代號)J422藥皮類型、電流種類、1-5酸性、6、7堿性抗拉強度420MPa結構鋼焊條?!铺枺ê附有袠I(yè)中焊條代號)J422藥皮類型、電流種類、117注意:焊條型號是國家標準中的焊條代號;焊條牌號是焊接行業(yè)的焊條代號,注意型號和牌號的對應關系。按熔渣性質,焊條可分為兩類:酸性焊條:藥皮熔渣中的酸性氧化物較多,適于各種電源,成本低,但焊縫的塑性、韌性差,操作性好,滲合金作用弱不宜焊接受動載荷和要求高強度的重要結構件

堿性焊條:熔渣中堿性氧化物多,一般采用直流電源。焊縫塑性、韌性好,抗沖擊能力強,價格較高,操作性差,故只適于焊接重要結構件。注意:焊條型號是國家標準中的焊條代號;焊條牌號是焊接行業(yè)的焊18焊條選用原則選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性、耐腐蝕性、以及耐高溫性能等要求選用相應的焊條種類。(1)低碳鋼、普通低合金鋼構件焊縫與母材等強度。注意:鋼材按屈服強度定等級,結構鋼焊條的等級是指焊縫金屬抗拉強度最低保證值。焊條選用原則選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性19反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。線的之間的溫度范圍熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結構,可選用:電極壓緊焊件→通電加熱→斷電→維持原壓或增壓→去壓③電弧熱同時使焊條的藥壓緊對接的焊件→通電加熱→頂鍛并斷電→去壓③適用性廣—可以焊接幾乎所有的金屬,特別適于焊接易氧化材料。入焊劑層內,與焊⑥需較徹底地消除焊接應力時,焊后去應力退火。電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內燃燒。常用的釬料是錫鉛合金,所以通常稱錫焊。是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。中厚板采用埋弧焊、MIG焊(熔化極氣體保護電弧焊)和電子束焊(2)同一強度等級酸、堿性焊條的選用堿性焊條:要求塑性好、沖擊韌性高、抗裂性好、低溫性好。酸性焊條:受力不復雜,母材質量較好,盡量選用較便宜的酸性焊條。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。(2)同一強度等級酸20(3)低碳鋼與低合金鋼焊接,按接頭中強度較低者選焊條。(4)鑄鋼易裂一般應選堿性,且采用適當工藝,如預熱。(5)特殊性能要求鋼,選相應焊條,以保證焊縫主要化學成分、性能與母材相同。(3)低碳鋼與低合金鋼焊接,按接頭中強度較低者選焊條。21(五)焊接接頭的組織與性能在熔化焊的條件下,焊接接頭的組織主要指焊縫及焊縫附近的熱影響區(qū)的組織。(五)焊接接頭的組織與性能在熔化焊的條件下,焊接接頭的組織221.焊縫焊縫處的金屬溫度最高,冷卻時從熔池壁開始并垂直于池壁方向,最后形成柱狀晶粒。但在熔池中心最后冷卻的部分還聚集了各種雜質。這部分對焊縫的強度有很大的影響。特別是對于窄焊縫,強度影響更大。1.焊縫焊縫處的金屬溫度最高,冷卻時從熔池壁開始并垂直于池壁232.焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。⑴熔合區(qū)最靠近焊縫的部位受高溫影響最大。溫度在液相線和固相線的之間的溫度范圍內。冷卻后,具有鑄態(tài)組織和粗大晶粒,強度、塑性和韌性都下降的特點。焊接接頭的裂紋常從這里產生。2.焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。24⑵過熱區(qū)被加熱到Ac3以上100~200℃至固相線溫度區(qū)間。奧氏體晶粒急劇長大,形成過熱組織,故塑性、韌性降低,對易淬火鋼,此區(qū)脆性更大.⑶正火區(qū)被加熱到Ac1到Ac3以上100~200℃區(qū)間。金屬發(fā)生重結晶。冷卻后金屬晶粒細化得到正火組織。其機械性能比母材好。⑵過熱區(qū)25⑷部分相變區(qū)相當于加熱到Ac1~Ac3之間的溫度范圍的金屬是部分相變區(qū)。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結晶轉變使晶粒細化,部分鐵素體來不及轉變,冷卻后晶粒大小不同,因此機械性能稍差。以上四區(qū)是焊接熱影響區(qū)中主要的組織變化區(qū)段,其中熔合區(qū)和過熱區(qū)對焊接接頭組織性能的不利影響最為顯著,因此在焊接中應盡量減少熱影響區(qū)的范圍。⑷部分相變區(qū)26影響熱影響區(qū)的因素影響因素:①焊接方法:表中列出了不同焊接方法焊接低碳鋼時,熱影響區(qū)的平均尺寸數(shù)值。由表可知,電子束焊接的熱影響區(qū)最小,埋弧自動焊次之,電渣焊和氣焊最寬。影響熱影響區(qū)的因素影響因素:①焊接方法:表中列出了不同焊27②焊接規(guī)范:指焊條直徑、焊接電流和焊接速度的選擇。同一焊接方法,不同焊接規(guī)范,熱影響區(qū)的大小、組織和性能也不同。夠減小焊件受熱程度和加快焊接速度的規(guī)范都能減小熱影響區(qū)。③接頭類型;④焊接材料;⑤焊后冷速;都會對熱影響區(qū)產生影響。②焊接規(guī)范:指焊條直徑、焊接電流和焊接速度的選擇。28(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加熱到很高的溫度,然后再快速冷卻下來,各點處溫度不同,冷卻速度也不相同,在熱脹冷縮和塑性變形的影響下,必將產生內應力、變形或裂紋。(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加29焊接應力的存在將影響焊接構件的使用性能,承載能力大為降低,對于接觸腐蝕性介質的焊件,應力腐蝕現(xiàn)象加劇,減少使用期限。假定整條焊縫同時形成,則應力分布如圖示焊接應力的存在將影響焊接構件的使用性能,承載能力大為降低,對30焊接應力的防止與減小對于承受重載的重要構件、壓力容器等,焊接應力的防止和消除:①選擇塑性好的材料。②避免焊縫密集交叉,焊縫過長,截面過大。③合理的焊接次序。圖a為正確。

焊接應力的防止與減小對于承受重載的重要構件、壓力容器等,焊接31④焊前預熱,可減小溫差,減少焊接應力較為效。⑤采用小能量焊接方法,或焊后立即捶擊。⑥需較徹底地消除焊接應力時,焊后去應力退火。⑦采用水壓試驗或振動法消除焊接應力。④焊前預熱,可減小溫差,減少焊接應力較為效。32(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。變形種類:收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形

(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。33焊件產生變形主要由焊接應力引起的,預防焊接應力的措施對防止焊接變形有時是有效的。當對焊件的變形有較高的限定時:結構設計:對稱結構或大剛度結構、焊縫對稱分布結構。焊件產生變形主要由焊接應力引起的,預防焊接應力的措施對防止焊34施焊中:采用反變形措施或剛性夾持方法(剛性夾持不適于淬硬性較大的鋼結構和鑄鐵件。)施焊中:采用反變形措施或剛性夾持方法(剛性夾持不適于淬硬性較35焊接成形工藝課件36變形矯正方法變形矯正方法37二、埋弧焊(一)埋弧自動焊設備常用的埋弧自動焊焊機有等速送絲式和電弧電壓調節(jié)式(常用)。電弧電壓調節(jié)式自動焊焊機是由焊接電源、控制箱和自動焊車組成:控制箱:調整焊接電流,電弧電壓和送絲速度,完成引弧、熄弧等動作,使焊接過程穩(wěn)定進行。二、埋弧焊(一)埋弧自動焊設備38自動焊車:完成等速移動電弧和自動送絲等動作,焊接電流為400~1200A。自動焊車:完成等速移動電弧和自動送絲等動作,焊接電流為40039(二)埋弧焊的焊接過程埋弧自動焊的焊接過程與手工電弧焊相似,不同的是用焊絲和焊劑代替焊條。焊接是在焊劑層下自動進行,所以也叫做焊劑層下自動焊。焊接時,焊劑經漏斗落到焊接區(qū)域,焊絲由焊絲盤經送絲滾輪、導電嘴進入焊劑層內,與焊件觸及后自動引燃電弧。(二)埋弧焊的焊接過程埋弧自動焊的焊接過程與手工電弧焊相似,40電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內燃燒。氣泡外的液態(tài)焊渣把空氣與電弧、熔池隔開,將弧光遮住。當焊接小車移動時,焊劑漏斗、焊絲和電弧一起移動。在焊接接頭處自動形成整齊的焊縫。冷凝的焊渣在焊縫上形成固態(tài)渣殼。電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內41(二)焊絲與焊劑埋弧焊絲的作用與焊條作用相同,焊劑的作用和藥皮相同。(二)焊絲與焊劑埋弧焊絲的作用與焊條作用相同,焊劑的作用和藥42(三)埋弧焊特點1生產率高—焊接電流大,熱量散失少,金屬熔化率高,原件焊層少等,生產率比手弧焊高5~10倍。2焊接質量好且穩(wěn)定。3節(jié)省金屬材料,改善勞動強度。4由于埋弧焊看不見電弧,不便觀察控制熔池情況。5只適用于平焊、長直焊縫、圓環(huán)焊縫,不適于狹窄位置焊合薄板焊接。(三)埋弧焊特點1生產率高—焊接電流大,熱量散失少,金屬熔43廣泛用于鍋爐、化工容器、造船機車車輛、起重機等金屬結構的大批量生產中。圓環(huán)焊縫長直焊縫廣泛用于鍋爐、化工容器、造船機車車輛、起重機等金屬結構的大批44三、氣體保護焊1、氬弧焊氬弧焊是以氬氣作保護氣體的電弧焊,焊接質量較高。按所用的電極不同,氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。三、氣體保護焊1、氬弧焊45(1)不熔化極氬弧焊是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。具有很高的發(fā)射能力。為了減少鎢極消耗,電流密度一般都要加以限制。鎢極氬弧焊可以交直流兩用。除了鋁、鎂及其合金的薄焊件外,一般都用直流正接。多用來焊接4㎜以下的薄件。(1)不熔化極氬弧焊是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。具有很高的46對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能。防止措施:關鍵在于選擇合適焊絲,控制焊縫成分和配以合理規(guī)范參數(shù)按所用的電極不同,氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。焊接時,就盡量縮短400-600℃和650-850℃的加熱和冷卻時間氣系統(tǒng)和焊柜組成。由于電源已通,接觸點處就有密度很大的電流通過,產生電阻熱使金屬迅速加熱熔化。設計焊接結構時多用型材,以降低重量,減少焊縫,簡化工藝。選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性、耐腐蝕性、以及耐高溫性能等要求選用相應的焊條種類。在滿足工作性能要求的前提下,首先要考慮焊接性較好的材料。狀和尺寸應基本一致。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。第四節(jié)金屬材料的焊接性熔化焊:電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊。拘束度較大或含氫量較高時,在焊縫或近縫區(qū)可能產生冷裂紋態(tài)組織和粗大晶粒,(2)熔化極氬弧焊是以連續(xù)送進的焊絲和焊件為電極。電流密度和氣體流量都較大,生產率高,多用于中厚板焊接。生產中多采用直流反接。對氬氣要求純度99.7%以上,焊前必須把接頭表面清理干凈。對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能47氬弧焊與熔渣保護焊相比的優(yōu)點①保護作用好,熔池金屬基本不受侵害。②焊接質量高—電弧穩(wěn)定,熱量集中,熔池小,變形較小,焊縫致密無渣殼,成形美觀。③適用性廣—可以焊接幾乎所有的金屬,特別適于焊接易氧化材料。④明弧可見,操作方便,可以全位置焊接。氬弧焊與熔渣保護焊相比的優(yōu)點①保護作用好,熔池金屬基本不受48氬弧焊與熔渣保護焊相比的缺點①氬氣成本高,設備比較復雜。②只能在室內進行焊接—以防保護氣體被破壞。氬弧焊主要用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金,低合金鋼、耐熱合金、不銹鋼等。氬弧焊與熔渣保護焊相比的缺點①氬氣成本高,設備比較復雜。492.二氧化碳氣體保護焊以CO2作為保護氣體的電弧焊。焊絲作電極,焊絲的送進靠送絲機構實現(xiàn)。二氧化碳氣體保護焊除了氣瓶、焊柜和送絲結構外,其余設備和氬弧焊一樣。主要由:焊接電源、控制系統(tǒng)、送絲結構、供氣系統(tǒng)和焊柜組成。2.二氧化碳氣體保護焊以CO2作為保護氣體的電弧焊。焊絲作50與手工電弧焊和埋弧自動焊相比的優(yōu)點①生產率高—熔敷速度快,焊后無熔渣。②焊接成本低:代替藥皮和焊劑大大降低成本。③焊接質量好。④能全位焊接,明弧可見,操作方便。適用范圍廣:焊件薄至1㎜,厚件采用多層焊不限。與手工電弧焊和埋弧自動焊相比的優(yōu)點①生產率高—熔敷速度快,51二氧化碳氣體保護焊的缺點及解決方法金屬的飛濺大,焊縫金屬的氧化燒損和氣孔等的較嚴重。但是可以得到解決,例如:控制焊絲的成分,加入適量的硅和錳,可以減少或消除焊縫金屬的元素燒損和氣孔。選擇合適的電源,控制和調節(jié)焊接電路參數(shù),采用直流反接極性等措施,可以減少焊縫氣孔和金屬飛濺。同時還能穩(wěn)定電弧,改善焊接工藝性。二氧化碳氣體保護焊的缺點及解決方法金屬的飛濺大,焊縫金屬的52四、電渣焊利用電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源進行焊接的方法。電渣焊一般都是在直立位置焊接,兩個工件接頭相距25~35mm,固態(tài)溶劑熔化后形成的渣池具有較大的電阻。四、電渣焊利用電流通過熔渣所產生的電阻熱作為熱源進行焊接的方53當電流通過時產生大量的電阻熱,使渣池溫度保持在1700~2000℃焊接時焊絲不斷被送進并被熔化,熔池和渣池逐漸上升,冷卻塊也同時配合上升,從而使立焊縫由下向上順次形成。當電流通過時產生大量的電阻熱,使渣池溫度保持在1700~2054電渣焊特點1)可一次焊很厚的工件;2)生產率高,成本低,工件不需要開坡口;3)焊縫金屬比較純凈;電渣焊的熔池保護嚴密,保持液態(tài)的時間較長冶金過程較完善,熔池中的氣體和雜質有充分時間浮出;4))焊接后冷卻速度較慢,焊接應力較小,相應晶粒粗大。一般要焊后熱處理,如正火處理。★熔化焊還有真空電子束焊接,激光焊接等焊接方法,見P134~135電渣焊特點1)可一次焊很厚的工件;55第二節(jié)壓力焊一、電阻焊電阻焊是利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產生的電阻熱把焊件加熱到塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)在在壓力作用下形成牢固接頭的一種壓焊法。電阻焊有三種基本類型:點焊、縫焊、對焊。

第二節(jié)壓力焊一、電阻焊56電阻焊特點①生產率高:焊接時間以秒計(0.01~幾十秒),因焊接電流較大(幾千~幾萬安),但焊接電壓很低(幾~十幾伏)。②不需要填充金屬,焊接變形小,焊縫表面平整,可進行流水作業(yè)。③易于機械化和自動化。④設備復雜,電能消耗大。⑤焊件尺寸及接頭形式受到限制,焊前清理要求高。電阻焊特點①生產率高:焊接時間以秒計(0.01~幾十秒),57電阻熱計算一段焊接時間的電阻熱可由焦耳—楞次定律計算。Q=I2RtQ-電阻焊過程中產生的電阻熱(J)。I-通過焊接區(qū)的電流強度(A)。R-兩電極間總電阻(Ω)。T-通電時間(s)。因為兩焊件的總電阻是有限的,為了使焊件在極短的時間內迅速地加熱,以減少散熱損失,因此電阻焊通常使用較大的焊機,以提供較大的電流。電阻熱計算一段焊接時間的電阻熱可由焦耳—楞次定律計算。58(一)點焊利用柱狀電極在兩個焊件接觸面間形成點焊,而將兩焊件連接起來的焊接方法。整個焊縫是由多個尺寸不大的單個焊點組成的。(一)點焊利用柱狀電極在兩個焊件接觸面間形成點焊,而將兩焊件59每個焊點的焊接過程電極壓緊焊件→通電加熱→斷電→維持原壓或增壓→去壓通電過程中,被壓緊的兩焊件之間的貼合面處金屬局部熔化形成“熔核”,其周圍的金屬則達塑性狀態(tài)。斷電后金屬在電極壓力作用下,熔核冷卻、結晶、去壓后可以得到組織致密的焊點。每個焊點的焊接過程電極壓緊焊件→通電加熱→斷電→維持原壓或增60每個焊點的焊接過程焊完一點后移動焊件,再焊第二點。兩焊點之間應保持一定距離,以免焊接第二點,產生分流現(xiàn)象使焊接處電流減小,影響焊點質量。不同材料及不同厚度的工件焊點間最小間距不同。每個焊點的焊接過程焊完一點后移動焊件,再焊第二點。兩焊點之間61點焊接頭型式主要為搭接點焊主要用于薄板之間,如汽車外殼、客貨車箱、圓棒之間如鋼筋網(wǎng),圓棒與薄板如螺母和薄板的焊接。每件低碳鋼金屬厚度由

0.2至16

㎜。目前廣泛用于汽車、火車、飛機外殼或車廂。鋼筋構、電子件管及儀表等的制造中。可焊接低碳鋼、不銹鋼、鋼合金、鋁、鎂合金等。

點焊接頭型式主要為搭接62(二)縫焊縫焊和點焊過程相似,只是用旋轉的圓盤狀滾動電極代替柱狀電極。盤狀電極壓緊焊件并滾動,同時也帶動焊件向前移動配合斷續(xù)通電,形成連續(xù)重疊的焊縫。焊點相互重疊50%以上,密封性好主要用于要求密封性好的薄壁結構??p焊只適用于3mm以下的薄壁結構。(二)縫焊縫焊和點焊過程相似,只是用旋63(三)對焊利用電阻熱時兩個工件在壓力下沿整個斷面上焊接起來的一種方法。對焊主要用于刀具、鋼筋、管子、鋼軌等圓形、方形、矩形截面間的焊接。根據(jù)工藝過程不同,可分為:電阻對焊、閃光對焊。(三)對焊利用電阻熱時兩個工件在壓力下沿整個斷面上焊接起來的641.電阻對焊電阻對焊過程:壓緊對接的焊件→通電加熱→頂鍛并斷電→去壓通電只把接觸面及其鄰近地區(qū)加熱至塑性狀態(tài),隨后用比壓緊焊件更大的壓力擠壓焊件,叫做頂鍛。頂鍛的同時停止加熱,焊件在頂鍛力的作用下逐漸冷卻,可促進金屬原子間的溶解與擴散作用,并獲得致密的金屬組織。1.電阻對焊電阻對焊過程:65接頭處因頂鍛引起的變形而加粗,形成飛邊使焊件長度縮短,當縮短至預定長度時取出壓力,焊接完成。接頭處因頂鍛引起的變形而加粗,形成飛邊使焊件長度縮短,當縮短662.閃光對焊閃光對焊的過程是焊件接通電源(兩件尚未接觸)→兩件接近閃光→頂鍛并斷電→去壓當兩焊件接近時,因端面不是絕對平整的,只有少量點首先接觸。由于電源已通,接觸點處就有密度很大的電流通過,產生電阻熱使金屬迅速加熱熔化。2.閃光對焊閃光對焊的過程是67熔化的金屬由于電磁收縮效應而爆裂成微粒,并向外飛濺形成火花,這就是閃光。閃光使端面變得較平。焊件不斷接近,接觸點逐漸增多,連續(xù)產生閃光,一直繼續(xù)到整個端面熔化一薄層為止。這時端面兩側一定范圍內的金屬已達到塑性狀態(tài),以后的過程和電阻對焊相同。獲得的焊件也是中間粗大,并帶有毛刺。閃光過程就是加熱過程。熔化的金屬由于電磁收縮效應而爆裂成微粒,并向外飛濺形成火花,68這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。焊件可以是同種金屬,也可以是異種金屬。例:鋁與銅、鋼與銅等。截面可以小到0.01的金屬絲,也可大到10萬的金屬棒或金屬板。對焊件的接觸端面形狀和尺寸應基本一致。這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。69這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。焊件可以是同種金屬,也可以是異種金屬。例:鋁與銅、鋼與銅等。截面可以小到0.01的金屬絲,也可大到10萬的金屬棒或金屬板。電阻對焊件的接觸端面形狀和尺寸應基本一致。這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。70二、摩擦焊摩擦焊是利用工件之間相互摩擦產生的熱量,同時加壓而進行焊接的方法。焊接過程:對工件施以壓力并轉動工件,產生熱量,驟然停止轉動工件并加大壓力,使兩焊件產生塑性變形而焊接起來。二、摩擦焊摩擦焊是利用工件之間相互摩擦產生的熱量,同時加壓而71摩擦焊接頭質量好而且穩(wěn)定,可焊同種金屬,也可焊異種金屬,生產率高,電能消耗少,一次性投資大。摩擦焊廣泛用于圓形工件、棒料及管件類焊接。實心焊件的直徑為2mm~100mm,管類焊件外徑最大可達150mm。摩擦焊接頭質量好而且穩(wěn)定,可焊同種金屬,也可焊異種金屬,生產72第三節(jié)釬焊釬焊是利用熔點比焊件的釬料作為填充金屬,加熱時釬料熔化而將焊件連接起來的焊接方法。(一)硬釬焊釬料熔點在450℃以上,接頭強度在200Mpa以上。釬料有銅基、銀基和鎳基等。主要用于受力較大的鋼鐵和銅合金的焊件,如自行車架、帶鋸鋸條等以及工具、刀具的焊接。第三節(jié)釬焊釬焊是利用熔點比焊件的釬料作為填充金屬,加熱時73(二)軟釬焊釬料熔點在450℃以下,接頭強度較低,一般不超過70MPa。只用于焊接受力不大、工作溫度較低的工件。常用的釬料是錫鉛合金,所以通常稱錫焊。常用的焊劑為松香或氯化鋅溶液,加熱方法有烙鐵加熱、火焰加熱電阻加熱、感應加熱、爐內加熱等。主要用于制造精密儀表、電器部件異種金屬構件復雜薄板構件等。釬焊一般不適于鋼結構件、重載動載零件的焊接。

(二)軟釬焊釬料熔點在450℃以下,接頭強度較低,一般不超過74焊接成形工藝課件75第四節(jié)金屬材料的焊接性一、焊接性的概念金屬材料的焊接性:指被焊金屬在一定的焊接方工藝條件下,獲得優(yōu)質的焊接接頭的難易程度。同一種金屬材料,采用不同的焊接方法,焊接材料及焊接工藝,焊接性不同。第四節(jié)金屬材料的焊接性一、焊接性的概念76(一)鋼材焊接性的估算方法碳當量法:影響鋼材焊接性的主要因素是化學成分,碳的影響最為明顯,其它元素影響可折合成碳的影響。計算公式(見P141)C當=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)式中各元素符號為鋼中相應元素的質量百分數(shù)。(一)鋼材焊接性的估算方法碳當量法:影響鋼材焊接性的主要因素77

可焊性的判斷C當<0.4%時:焊接性好。一般焊接工藝條件下,焊件不會產生裂紋。但厚大工件或在低溫下焊接時,應考慮預熱。C當=0.4%~0.6%時:焊接性較差。鋼材塑性下降,有淬硬傾向,焊前工件需要適當預熱,焊后緩冷;采取一定的工藝措施才能防止裂紋。C當>0.6%時:焊接性差。鋼材塑性較低,淬硬傾向明顯,焊前必須預熱到較高的溫度,焊接時要采取減少焊接應力和防止開裂的工藝措施,焊后要進行適當?shù)臒崽幚???珊感缘呐袛郈當<0.4%時:焊接性好。一般焊接工藝條件下78注意

當量法估算是粗略的,因為鋼材的焊接性還受結構剛度、焊后應力條件、環(huán)境溫度等因數(shù)影響。工作中根據(jù)實際情況進行抗裂試驗及焊接接頭使用焊接性的試驗。注意79(二)小型抗裂試驗法焊完后在室溫下放置24小時,先檢查焊縫及熱影響區(qū)有無表面裂紋,再從垂直焊縫方向切取厚度為15mm的金相磨片兩塊,進行低倍放大檢查是否存在內裂紋。可初步評定材料的焊接性。而后調整工藝(如預熱、緩冷等)再焊接試板,直至不產生裂紋。(二)小型抗裂試驗法焊完后在室溫下放置24小時,先檢查焊縫及80二、碳鋼的焊接(一)低碳鋼的焊接含碳量≤0.25%,焊接性能優(yōu)良。不需要采取特殊的工藝措施,通常在焊后不需要進行熱處理。厚度>50mm的低碳鋼結構,常用大電流多層焊,焊后進行去應力退火。低溫下焊接剛度較大的結構時,焊前預熱。電渣焊后正火處理細化晶粒。二、碳鋼的焊接(一)低碳鋼的焊接81低碳鋼焊接材料的選擇采用熔焊法焊接鋼結構時,焊接材料及工藝的選擇主要應保證焊接接頭與工件材料等強度。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結構,可選用:E4313(J421)、E4303(J422)、E4320(J424)焊條;焊接動載荷結構、復雜結構、或厚板結構時,應選用:E4316(J426)、E4315(J427)、E5015(J507)焊條;埋弧焊時,一般采用H08A或H08MnA焊絲配焊劑431進行焊接。低碳鋼焊接材料的選擇采用熔焊法焊接鋼結構時,焊接材料及工藝82(二)中、高碳結構鋼的焊接中碳鋼含碳量在0.25%~0.6%之間。隨著含碳量的增加,淬硬傾向越加明顯,焊接性逐漸變差,生產中主要焊接各種中碳鋼的鑄件和鍛件。(二)中、高碳結構鋼的焊接83中碳鋼的焊接特點:1.熱影響區(qū)易產生淬硬組織和冷裂紋中碳鋼屬淬火鋼,熱影響區(qū)金屬被加熱超過淬火溫度區(qū)段時,受工件低溫部分的迅速冷卻作用,易出現(xiàn)馬氏體等淬硬組織。2.焊縫金屬產生熱裂傾向大工件材料含C、S、P量遠遠高于焊芯,工件材料熔化進入熔池使焊縫金屬含碳量增加,塑性下降。S、P等雜質存在焊縫及熔合區(qū)在相變前易產生裂紋,因此,焊前必須預熱,同時減慢熱影響區(qū)的冷卻速度以免產生淬硬組織。中碳鋼的焊接特點:1.熱影響區(qū)易產生淬硬組織和冷裂紋84中、高碳鋼焊接材料的選擇中碳鋼多用手工電弧焊。厚件采用電渣焊,焊后進行熱處理。應采用抗裂性能較好的低氫焊條。要求焊縫和工件材料等強度時,可選用:E5016(J506)、E5015(J507)、E6016-D1(J606)、E6015(J607)焊條,不要求等強度時,可選用:E4315(J427)型強度低些的焊條以提高焊縫的塑性。中、高碳鋼焊接材料的選擇中碳鋼多用手工電弧焊。厚件采用電渣85應選用細焊條、小電流,開坡口進行多層焊,以防止工件材料過多地進入焊縫,同時也可減小焊接熱影響區(qū)的寬度。高碳鋼焊接特點與中碳鋼相似,由于含碳量更高,焊接性變得更差,預熱的溫度更高,工藝措施更嚴格實際上,高碳鋼的焊接只限于用焊條電弧焊進行修補工作。應選用細焊條、小電流,開坡口進行多層焊,以防止工件材料過多86三、合金結構鋼的焊接合金結構鋼分為機械制造用合金結構鋼(強度級別較高)和低合金結構鋼(強度級別較低)兩大類。機械制造用合金結構鋼用于焊接結構較少。如需焊接,焊接工藝措施與中碳鋼基本相同。三、合金結構鋼的焊接合金結構鋼分為機械制造用合金結構鋼(強度87低合金鋼的焊接特點1.熱影響區(qū)的淬硬傾向鋼中合金元素越多,鋼材強度級別越高則焊后熱影響區(qū)的淬硬傾向越大。強度級別較大的低合金結構鋼淬硬傾向增加,熱影響區(qū)易產生馬氏體組織,硬度明顯增高,塑性韌性則下降。2.焊接接頭的裂紋傾向隨著鋼材強度級別提高產生冷裂紋的傾向加劇。影響冷裂紋的因素主要由三方面:焊縫的含氫量;熱影響區(qū)的含氫量;焊接接頭的應力大小。我國低合金鋼產生熱裂紋的傾向不大。低合金鋼的焊接特點1.熱影響區(qū)的淬硬傾向88低合金鋼的焊接工藝1.強度級別較低的鋼材在常溫下與低碳鋼一樣。在低溫或大剛度、大厚度結構進行小焊腳、短焊縫焊接時應防止淬硬組織,要適當增大電流減慢焊接速度、選用抗裂性強的低氫焊條,必要時需預熱。對鍋爐、受壓容器等重要構件,當厚度大于20mm時,焊后必須退火,以消除應力。低合金鋼的焊接工藝1.強度級別較低的鋼材892.強度級別較高的低合金鋼構件焊前一般均需預熱,焊接時,應調整焊接參數(shù)以控制熱影響區(qū)的冷卻速度不宜過快。焊后應進行熱處理,以消除內應力。不能立即熱處理時,可先進行消氫處理,防止因氫引起的冷裂。2.強度級別較高的低合金鋼構件90四、鑄鐵的補焊鑄鐵的焊接主要是補焊,分為:熱補焊預熱到600~700℃后施焊,冷補焊預熱在400℃以下,施焊。四、鑄鐵的補焊鑄鐵的焊接主要是補焊,分為:91五、特殊性能鋼的焊接(一)珠光體耐熱鋼常用焊接方法:手工電弧焊、埋弧焊和電渣焊焊接要點:成分與低碳鋼相近,焊接性也接近主要問題是冷裂紋、再熱裂紋、粗晶區(qū)脆化以及熱影響區(qū)的軟化五、特殊性能鋼的焊接(一)珠光體耐熱鋼92(二)不銹鋼的焊接1.奧氏體不銹鋼的焊接主要問題是熱裂紋、脆化、晶間腐蝕和應力腐蝕開裂(1)熱裂紋含鎳量越高,產生熱裂傾向越大,越不容易控制防止措施:嚴格限制S、P含量;調整焊縫金屬組織,金屬合金成分;采用小線能量及小截面焊道。(二)不銹鋼的焊接1.奧氏體不銹鋼的焊接93(2)接頭脆化防止措施:嚴格控制焊縫中鐵素體含量;多層焊時采用較小線能量。(3)晶間腐蝕防止措施:盡量降低母材及焊縫中含碳量;采用熱量集中的焊接方法;在鋼中添加穩(wěn)定化元素Ti、Nb等;在鋼及焊縫金屬中加鐵素體形成元素。(2)接頭脆化94(4)應力腐蝕開裂防止措施:焊后消除或減少焊接殘余應力;選用奧氏體-鐵素體雙相組織的母材或焊接材料;采用高Ni的鉻鎳不銹鋼焊條焊接方法:采用手工電弧焊、鎢極氬弧焊和熔化極富氬混合氣體保護焊(4)應力腐蝕開裂952.馬氏體不銹鋼的焊接主要問題是冷裂紋和脆化拘束度較大或含氫量較高時,在焊縫或近縫區(qū)可能產生冷裂紋預熱是防止這類鋼產生冷裂紋的重要措施常用方法為手工電弧焊和鎢極氬弧焊2.馬氏體不銹鋼的焊接963.鐵素體不銹鋼的焊接主要問題是熱影響區(qū)脆化和常溫沖擊韌度較低焊接時,就盡量縮短400-600℃和650-850℃的加熱和冷卻時間可采用小功率,高焊速進行焊接,盡量減少焊縫截面,且不要連續(xù)焊接常用手工電弧焊,通常需預熱及焊后熱處理3.鐵素體不銹鋼的焊接97六、有色金屬的焊接(一)鋁及鋁合金的焊接主要問題是氣孔、裂紋及接頭性能變化(1)鋁合金的焊接熱裂紋防止措施:關鍵在于選擇合適焊絲,控制焊縫成分和配以合理規(guī)范參數(shù)采用熱能集中的焊接方法,有利于減少裂紋。裂紋傾向大的鋁合金,不宜采用大電流和高焊速。六、有色金屬的焊接(一)鋁及鋁合金的焊接98(2)鋁合金的焊接氣孔防止氣孔措施:減少氫的來源;合理選擇規(guī)范參數(shù);采用混合氣體保護焊;對厚的工件適當預熱。(2)鋁合金的焊接氣孔99(二)銅及銅合金的焊接焊接時主要問題:焊縫能力差;焊縫熱裂傾向大;氣孔傾向嚴重;接頭性能下降薄板以鎢極氬弧焊、手工電弧焊和氣焊為好中厚板采用埋弧焊、MIG焊(熔化極氣體保護電弧焊)和電子束焊厚板建議用電渣焊(二)銅及銅合金的焊接焊接時主要問題:100第五節(jié)連接成型件材料的選擇在滿足工作性能要求的前提下,首先要考慮焊接性較好的材料。低碳鋼和含碳量小于0.4%的低合金鋼都有良好的焊接性,設計中應盡量選用;含碳量大于0.4%和碳當量大于0.4%的合金鋼,焊接性不好,設計時一般不宜選用。若必須選用,應在設計中和生產中采取必要的措施。第五節(jié)連接成型件材料的選擇在滿足工作性能要求的前提下,首101第五節(jié)連接成型件材料的選擇強度級別較低的低合金結構鋼,焊接性能與低碳鋼基本相同,而強度明顯提高,應優(yōu)先選用。強度級別較高的低合金結構鋼,焊接性能稍差些,設計強度要求高的重要結構可以選用。鎮(zhèn)靜鋼脫氧完全,組織致密,質量較高,可選作重要的焊接結構。沸騰鋼含氧量較多組織成分不均勻,焊接時易產生裂紋。承受動載荷、在嚴寒下工作的重要構件等情況不宜選用。第五節(jié)連接成型件材料的選擇強度級別較低的低合金結構鋼,焊102第五節(jié)連接成型件材料的選擇一般要求接頭強度不低于被焊鋼材中的強度較低者。設計焊接結構時多用型材,以降低重量,減少焊縫,簡化工藝。還可以選用鑄鋼件、鍛件或沖壓件來焊接。第五節(jié)連接成型件材料的選擇一般要求接頭強度不低于被焊鋼材103第六節(jié)焊接接頭的工藝設計(一)焊縫的布置1.焊縫布置應盡量分散。兩條焊縫的間距一般要求大于三倍板厚。第六節(jié)焊接接頭的工藝設計(一)焊縫的布置1042.焊縫的位置應盡可能對稱布置。焊后不會發(fā)生明顯的變形。2.焊縫的位置應盡可能對稱布置。焊后不會發(fā)生明顯的變形。1053.焊縫應盡量避開最大應力斷面和應力集中位置。

3.焊縫應盡量避開最大應力斷面和應力集中位置。106③易于機械化和自動化。利用柱狀電極在兩個焊件接觸面間形成點焊,而將兩焊件連接起來的焊接方法。一般要焊后熱處理,如正火處理。焊接是在焊劑層下自動進行,所以也叫做焊劑層下自動焊。只用于焊接受力不大、工作溫度較低的工件。25%,焊接性能優(yōu)良。(三)電弧焊的冶金過程特點防止空氣對熔化金屬的有害作用;焊接變形:由焊接應力引起的變形。承受動載荷、在嚴寒下工作的重要構件等情況不宜選用。還可以選用鑄鋼件、鍛件或沖壓件來焊接。用于較重要的低碳鋼及強度釬焊一般不適于鋼結構件、重載動載零件的焊接。電弧電壓調節(jié)式自動焊焊機是由焊接電源、控斷電后金屬在電極壓力作用4.焊縫應盡量避開機械加工面。③易于機械化和自動化。4.焊縫應盡量避開機械加工面。1075.焊縫位置應便于操作5.焊縫位置應便于操作1085.焊縫位置應便于操作5.焊縫位置應便于操作109此外,焊縫應盡量放在平焊位置,盡可能避免仰焊縫,減少橫焊焊縫,盡量使全部焊接部件,至少是主要部件能在焊接前一次裝配點固。此外,焊縫應盡量放在平焊位置,盡可能避免仰焊縫,減少橫焊焊縫110(二)接頭形式的選擇與設計1.接頭形式

對接T型接角接搭接

(二)接頭形式的選擇與設計1.接頭形式111I型、V型、X型、U型、雙U型、T型、單邊V型、Y型、K型電弧焊對接焊接時,板厚為1~6mm時,可不開坡口(即I型坡口)直接焊成。

2.坡口形式I型、V型、X型、U型、雙U型、T型、單邊V型、1123.接頭過渡形式3.接頭過渡形式113埋弧焊:與焊條電弧焊基本相同,板厚小于12mm時可不開坡口(即I型坡口),板厚小于24mm時按GB986-88《埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》選定。電渣焊:兩工件之間的間隙一般應取25~35mm。氣焊:一般采用對接接頭和角接接頭。埋弧焊:114(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加熱到很高的溫度,然后再快速冷卻下來,各點處溫度不同,冷卻速度也不相同,在熱脹冷縮和塑性變形的影響下,必將產生內應力、變形或裂紋。(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加115(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。變形種類:收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形

(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。116電弧電壓調節(jié)式自動焊焊機是由焊接電源、控按所用的電極不同,氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。獲得的焊件也是中間粗大,并帶有毛刺。在鋼中添加穩(wěn)定化元素Ti、Nb等;可焊接低碳鋼、不銹鋼、鋼合金、鋁、鎂合金等。由表可知,電子束焊接的熱影響區(qū)最小,埋弧自動焊次之,電渣焊和氣焊最寬。(4)鑄鋼易裂一般應選堿性,且采用適當工藝,如預熱。結構設計:對稱結構或大剛度結構、焊縫對稱分布結構。線的之間的溫度范圍⑦采用水壓試驗或振動法消除焊接應力。①選擇塑性好的材料。釬料有銅基、銀基和鎳基等。例:鋁與銅、鋼與銅等。焊后不會發(fā)生明顯的變形。2)生產率高,成本低,工件不需要開坡口;施焊中:采用反變形措施或剛性夾持方法(剛性夾持不適于淬硬性較大的鋼結構和鑄鐵件。)電弧電壓調節(jié)式自動焊焊機是由焊接電源、控施焊中:采用反變形措117這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。焊件可以是同種金屬,也可以是異種金屬。例:鋁與銅、鋼與銅等。截面可以小到0.01的金屬絲,也可大到10萬的金屬棒或金屬板。對焊件的接觸端面形狀和尺寸應基本一致。這種焊接方法接頭質量較高,常用于受力要求較高的重要對焊件。118摩擦焊接頭質量好而且穩(wěn)定,可焊同種金屬,也可焊異種金屬,生產率高,電能消耗少,一次性投資大。摩擦焊廣泛用于圓形工件、棒料及管件類焊接。實心焊件的直徑為2mm~100mm,管類焊件外徑最大可達150mm。摩擦焊接頭質量好而且穩(wěn)定,可焊同種金屬,也可焊異種金屬,生產119第四節(jié)金屬材料的焊接性一、焊接性的概念金屬材料的焊接性:指被焊金屬在一定的焊接方工藝條件下,獲得優(yōu)質的焊接接頭的難易程度。同一種金屬材料,采用不同的焊接方法,焊接材料及焊接工藝,焊接性不同。第四節(jié)金屬材料的焊接性一、焊接性的概念1202.強度級別較高的低合金鋼構件焊前一般均需預熱,焊接時,應調整焊接參數(shù)以控制熱影響區(qū)的冷卻速度不宜過快。焊后應進行熱處理,以消除內應力。不能立即熱處理時,可先進行消氫處理,防止因氫引起的冷裂。2.強度級別較高的低合金鋼構件121此外,焊縫應盡量放在平焊位置,盡可能避免仰焊縫,減少橫焊焊縫,盡量使全部焊接部件,至少是主要部件能在焊接前一次裝配點固。此外,焊縫應盡量放在平焊位置,盡可能避免仰焊縫,減少橫焊焊縫122焊接成型焊接的實質通過加熱或加壓等手段,使分離的兩部分金屬借助于金屬間原子的粘結與擴散作用,使分離的金屬材料牢固地連接起來,成為不可拆卸的連接方式。焊接特點1)能化大為小,拼小為大:把大型復雜的機器零部件,分解為簡單的小零部件來準備毛坯,然后再用焊接的方法把它們連接起來,這樣可簡化鍛造或鍛壓工藝,還可以解決鑄鍛能力的不足。焊接成型焊接的實質通過加熱或加壓等手段,使分離的兩部分1232)可以把不同種類的金屬結合起來①制造雙金屬結構的零件,例如:蒸煮鍋的筒體。②把零件或毛坯的不同部分直接焊接起來,例:麻花鉆、硬質合金車刀。3)可以修補鍛件、鑄件上的缺陷和局部損壞的零件。2)可以把不同種類的金屬結合起來124焊接方法分類根據(jù)焊接過程的特點可分為三大類:熔化焊:電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊。壓力焊:電阻焊、摩擦焊、壓力氣焊、冷壓焊、超聲波焊、高頻焊、爆炸焊。釬焊:軟釬焊、硬釬焊。焊接方法分類根據(jù)焊接過程的特點可分為三大類:125第一節(jié)熔化焊一、手工電弧焊電弧焊是利用電弧釋放的熱量為熱源,使焊件和焊條局部熔化形成共同的熔池,冷凝后實現(xiàn)焊接的焊接方法。(一)焊接電弧電弧是在兩電極之間的氣體介質內產生的一種強烈而持久的放電現(xiàn)象。第一節(jié)熔化焊一、手工電弧焊126電弧熱量與溫度分布電弧熱量:陽極區(qū)產生的較多,約占總熱量的43%,陰極約36%,弧柱約21%。溫度:用鋼焊條焊鋼材時陽極區(qū)—2600K陰極區(qū)—2400K電弧中心—6000~8000K電弧熱量與溫度分布電弧熱量:陽極區(qū)產生的較多,約占總熱量的4127電弧的極性使用直流電源焊接時有正接、反接兩種:正接:正極接工件—工件溫度可稍高一些。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。電弧的極性使用直流電源焊接時有正接、反接兩種:128交流焊機、無正反接特點,溫度均為2500K。焊機的空載電壓就是焊接時引弧電壓,一般為50~90V。電弧穩(wěn)定燃燒時電壓為電弧電壓。電弧長度越大,電弧電壓也越高,一般為16~35V。交流焊機、無正反接特點,溫度均為2500K。129②不需要填充金屬,焊接變形小,焊縫表面平整,可進行流水作業(yè)。力擠壓焊件,叫做頂鍛。對鍋爐、受壓容器等重要構件,當厚度大于20mm時,焊后必須退火,以消除應力。獲得的焊件也是中間粗大,并帶有毛刺。以上四區(qū)是焊接熱影響區(qū)中主要的組織變化區(qū)段,其中熔合區(qū)和過熱區(qū)對焊接接頭組織性能的不利影響最為顯著,因此在焊接中應盡量減少熱影響區(qū)的范圍。在常溫下與低碳鋼一樣。件、棒料及管件類焊接。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結構,可選用:焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加熱到很高的溫度,然后再快速冷卻下來,各點處溫度不同,冷卻速度也不相同,在熱脹冷縮和塑性變形的影響下,必將產生內應力、變形或裂紋。利用柱狀電極在兩個焊件接觸面間形成點焊,而將兩焊件連接起來的焊接方法。正接:正極接工件—工件溫度可稍高一些。絲滾輪、導電嘴進反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。同一種金屬材料,采用不同的焊接方法,焊接材料及焊接工藝,焊接性不同。主要問題是氣孔、裂紋及接頭性能變化(二)手工電弧焊的焊接過程①電弧在焊條與被焊件之間燃燒。②電弧熱使工件和焊條熔化形成共同熔池。③電弧熱同時使焊條的藥皮熔化或燃燒,形成熔渣浮在熔池內金屬液表面,并產生大量氣流圍繞在電弧周圍,可防止空氣中氧、氮的侵入,起保護熔化金屬的作用。②不需要填充金屬,焊接變形小,焊縫表面平整,可進行流水作業(yè)130④電弧向前移動,熔池內熔化金屬冷卻凝固,新的熔化不斷形成。不斷凝固而形成連續(xù)的焊縫。熔渣凝固為渣殼復蓋在焊縫表面,遂焊縫的成型和冷卻有著重要作用。④電弧向前移動,熔池內熔化金屬冷卻凝固,新的熔化不斷形成。131(三)電弧焊的冶金過程特點電弧焊的焊接過程為冶金過程,熔化金屬、熔渣和氣體三者之間發(fā)生一系列冶金反應,與一般冶煉過程比較有以下特點:1)金屬元素強烈蒸發(fā)、燒損---焊接電弧和熔池溫度高于一般冶煉溫度。2)化學成分不夠均勻,氣體和雜質來不及浮出----熔池體積小,液態(tài)時間短。3)熔化金屬與空氣接觸,產生氧化物,使鋼中合金元素C、Si、Mn燒蝕,氮、氫在高溫下溶解于液態(tài)金屬,產生氮化物增加焊縫脆性,氫的溶入會引起氫脆化—空氣在高溫電弧作用下分解出原子狀態(tài)的氧、氮、氫。(三)電弧焊的冶金過程特點電弧焊的焊接過程為冶金過程,熔化金132(四)電焊條手工電弧焊焊條由焊條芯和藥皮(涂料)分組成。焊條芯:作用:①導電產生電??;②熔化后作為填充金屬進入熔池,是形成焊縫的主要金屬材料。焊條直徑是用焊芯直徑來表示,一般為2~6㎜,常用3~5㎜,最大的為9㎜,最小的為0.4㎜。常用焊條鋼芯牌號和成分及用途見表。(四)電焊條手工電弧焊焊條由焊條芯和藥皮(涂料)分組成。133焊條藥皮主要作用:提高電弧穩(wěn)定性;防止空氣對熔化金屬的有害作用;對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能。焊條藥皮主要作用:提高電弧穩(wěn)定性;防止空氣對熔化金屬134焊接成形工藝課件135焊條的種類、型號和牌號焊條有七大類:碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅焊條、鋁焊條

焊條的種類、型號和牌號焊條有七大類:碳鋼焊條、低合金136焊條型號牌號藥皮類型焊接電源焊接位置用途E4303J422鈦鈣型交流或直流全位置焊接用于較重要的低碳鋼及強度等級較低的低合金鋼,如09Mn2等。J422GM適于海上平臺、船舶、工程機械等表面裝飾焊縫的焊接J422Fe適于較重要的低碳鋼結構焊接E5016J506低氫鉀型交流或直流全位置焊接用于中碳鋼和低合金鋼的焊接如:16Mn,9Mn2Si。摘自GB5117-85焊條牌號藥皮焊接電源用途E4303J422鈦鈣型交137

第3、4位組合表示焊接電流種類、藥皮類型表示抗拉強度Kgf/mm2E4303第3位表示焊接位置表示焊條例:第3、4位組合表示焊接138——牌號(焊接行業(yè)中焊條代號)J422藥皮類型、電流種類、1-5酸性、6、7堿性抗拉強度420MPa結構鋼焊條?!铺枺ê附有袠I(yè)中焊條代號)J422藥皮類型、電流種類、1139注意:焊條型號是國家標準中的焊條代號;焊條牌號是焊接行業(yè)的焊條代號,注意型號和牌號的對應關系。按熔渣性質,焊條可分為兩類:酸性焊條:藥皮熔渣中的酸性氧化物較多,適于各種電源,成本低,但焊縫的塑性、韌性差,操作性好,滲合金作用弱不宜焊接受動載荷和要求高強度的重要結構件

堿性焊條:熔渣中堿性氧化物多,一般采用直流電源。焊縫塑性、韌性好,抗沖擊能力強,價格較高,操作性差,故只適于焊接重要結構件。注意:焊條型號是國家標準中的焊條代號;焊條牌號是焊接行業(yè)的焊140焊條選用原則選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性、耐腐蝕性、以及耐高溫性能等要求選用相應的焊條種類。(1)低碳鋼、普通低合金鋼構件焊縫與母材等強度。注意:鋼材按屈服強度定等級,結構鋼焊條的等級是指焊縫金屬抗拉強度最低保證值。焊條選用原則選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性141反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。線的之間的溫度范圍熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。焊條電弧焊焊接一般低碳鋼結構,可選用:電極壓緊焊件→通電加熱→斷電→維持原壓或增壓→去壓③電弧熱同時使焊條的藥壓緊對接的焊件→通電加熱→頂鍛并斷電→去壓③適用性廣—可以焊接幾乎所有的金屬,特別適于焊接易氧化材料。入焊劑層內,與焊⑥需較徹底地消除焊接應力時,焊后去應力退火。電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內燃燒。常用的釬料是錫鉛合金,所以通常稱錫焊。是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。中厚板采用埋弧焊、MIG焊(熔化極氣體保護電弧焊)和電子束焊(2)同一強度等級酸、堿性焊條的選用堿性焊條:要求塑性好、沖擊韌性高、抗裂性好、低溫性好。酸性焊條:受力不復雜,母材質量較好,盡量選用較便宜的酸性焊條。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。(2)同一強度等級酸142(3)低碳鋼與低合金鋼焊接,按接頭中強度較低者選焊條。(4)鑄鋼易裂一般應選堿性,且采用適當工藝,如預熱。(5)特殊性能要求鋼,選相應焊條,以保證焊縫主要化學成分、性能與母材相同。(3)低碳鋼與低合金鋼焊接,按接頭中強度較低者選焊條。143(五)焊接接頭的組織與性能在熔化焊的條件下,焊接接頭的組織主要指焊縫及焊縫附近的熱影響區(qū)的組織。(五)焊接接頭的組織與性能在熔化焊的條件下,焊接接頭的組織1441.焊縫焊縫處的金屬溫度最高,冷卻時從熔池壁開始并垂直于池壁方向,最后形成柱狀晶粒。但在熔池中心最后冷卻的部分還聚集了各種雜質。這部分對焊縫的強度有很大的影響。特別是對于窄焊縫,強度影響更大。1.焊縫焊縫處的金屬溫度最高,冷卻時從熔池壁開始并垂直于池壁1452.焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。⑴熔合區(qū)最靠近焊縫的部位受高溫影響最大。溫度在液相線和固相線的之間的溫度范圍內。冷卻后,具有鑄態(tài)組織和粗大晶粒,強度、塑性和韌性都下降的特點。焊接接頭的裂紋常從這里產生。2.焊接熱影響區(qū)熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)等。146⑵過熱區(qū)被加熱到Ac3以上100~200℃至固相線溫度區(qū)間。奧氏體晶粒急劇長大,形成過熱組織,故塑性、韌性降低,對易淬火鋼,此區(qū)脆性更大.⑶正火區(qū)被加熱到Ac1到Ac3以上100~200℃區(qū)間。金屬發(fā)生重結晶。冷卻后金屬晶粒細化得到正火組織。其機械性能比母材好。⑵過熱區(qū)147⑷部分相變區(qū)相當于加熱到Ac1~Ac3之間的溫度范圍的金屬是部分相變區(qū)。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結晶轉變使晶粒細化,部分鐵素體來不及轉變,冷卻后晶粒大小不同,因此機械性能稍差。以上四區(qū)是焊接熱影響區(qū)中主要的組織變化區(qū)段,其中熔合區(qū)和過熱區(qū)對焊接接頭組織性能的不利影響最為顯著,因此在焊接中應盡量減少熱影響區(qū)的范圍。⑷部分相變區(qū)148影響熱影響區(qū)的因素影響因素:①焊接方法:表中列出了不同焊接方法焊接低碳鋼時,熱影響區(qū)的平均尺寸數(shù)值。由表可知,電子束焊接的熱影響區(qū)最小,埋弧自動焊次之,電渣焊和氣焊最寬。影響熱影響區(qū)的因素影響因素:①焊接方法:表中列出了不同焊149②焊接規(guī)范:指焊條直徑、焊接電流和焊接速度的選擇。同一焊接方法,不同焊接規(guī)范,熱影響區(qū)的大小、組織和性能也不同。夠減小焊件受熱程度和加快焊接速度的規(guī)范都能減小熱影響區(qū)。③接頭類型;④焊接材料;⑤焊后冷速;都會對熱影響區(qū)產生影響。②焊接規(guī)范:指焊條直徑、焊接電流和焊接速度的選擇。150(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加熱到很高的溫度,然后再快速冷卻下來,各點處溫度不同,冷卻速度也不相同,在熱脹冷縮和塑性變形的影響下,必將產生內應力、變形或裂紋。(六)焊接應力焊接過程中,焊縫被加熱處于液態(tài),相鄰的金屬加151焊接應力的存在將影響焊接構件的使用性能,承載能力大為降低,對于接觸腐蝕性介質的焊件,應力腐蝕現(xiàn)象加劇,減少使用期限。假定整條焊縫同時形成,則應力分布如圖示焊接應力的存在將影響焊接構件的使用性能,承載能力大為降低,對152焊接應力的防止與減小對于承受重載的重要構件、壓力容器等,焊接應力的防止和消除:①選擇塑性好的材料。②避免焊縫密集交叉,焊縫過長,截面過大。③合理的焊接次序。圖a為正確。

焊接應力的防止與減小對于承受重載的重要構件、壓力容器等,焊接153④焊前預熱,可減小溫差,減少焊接應力較為效。⑤采用小能量焊接方法,或焊后立即捶擊。⑥需較徹底地消除焊接應力時,焊后去應力退火。⑦采用水壓試驗或振動法消除焊接應力。④焊前預熱,可減小溫差,減少焊接應力較為效。154(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。變形種類:收縮變形角變形彎曲變形扭曲變形波浪變形

(七)焊接變形焊接變形:由焊接應力引起的變形。155焊件產生變形主要由焊接應力引起的,預防焊接應力的措施對防止焊接變形有時是有效的。當對焊件的變形有較高的限定時:結構設計:對稱結構或大剛度結構、焊縫對稱分布結構。焊件產生變形主要由焊接應力引起的,預防焊接應力的措施對防止焊156施焊中:采用反變形措施或剛性夾持方法(剛性夾持不適于淬硬性較大的鋼結構和鑄鐵件。)施焊中:采用反變形措施或剛性夾持方法(剛性夾持不適于淬硬性較157焊接成形工藝課件158變形矯正方法變形矯正方法159二、埋弧焊(一)埋弧自動焊設備常用的埋弧自動焊焊機有等速送絲式和電弧電壓調節(jié)式(常用)。電弧電壓調節(jié)式自動焊焊機是由焊接電源、控制箱和自動焊車組成:控制箱:調整焊接電流,電弧電壓和送絲速度,完成引弧、熄弧等動作,使焊接過程穩(wěn)定進行。二、埋弧焊(一)埋弧自動焊設備160自動焊車:完成等速移動電弧和自動送絲等動作,焊接電流為400~1200A。自動焊車:完成等速移動電弧和自動送絲等動作,焊接電流為400161(二)埋弧焊的焊接過程埋弧自動焊的焊接過程與手工電弧焊相似,不同的是用焊絲和焊劑代替焊條。焊接是在焊劑層下自動進行,所以也叫做焊劑層下自動焊。焊接時,焊劑經漏斗落到焊接區(qū)域,焊絲由焊絲盤經送絲滾輪、導電嘴進入焊劑層內,與焊件觸及后自動引燃電弧。(二)埋弧焊的焊接過程埋弧自動焊的焊接過程與手工電弧焊相似,162電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內燃燒。氣泡外的液態(tài)焊渣把空氣與電弧、熔池隔開,將弧光遮住。當焊接小車移動時,焊劑漏斗、焊絲和電弧一起移動。在焊接接頭處自動形成整齊的焊縫。冷凝的焊渣在焊縫上形成固態(tài)渣殼。電弧熱使焊劑、焊件和焊絲熔化,形成封閉的氣泡,電弧就在氣泡內163(二)焊絲與焊劑埋弧焊絲的作用與焊條作用相同,焊劑的作用和藥皮相同。(二)焊絲與焊劑埋弧焊絲的作用與焊條作用相同,焊劑的作用和藥164(三)埋弧焊特點1生產率高—焊接電流大,熱量散失少,金屬熔化率高,原件焊層少等,生產率比手弧焊高5~10倍。2焊接質量好且穩(wěn)定。3節(jié)省金屬材料,改善勞動強度。4由于埋弧焊看不見電弧,不便觀察控制熔池情況。5只適用于平焊、長直焊縫、圓環(huán)焊縫,不適于狹窄位置焊合薄板焊接。(三)埋弧焊特點1生產率高—焊接電流大,熱量散失少,金屬熔165廣泛用于鍋爐、化工容器、造船機車車輛、起重機等金屬結構的大批量生產中。圓環(huán)焊縫長直焊縫廣泛用于鍋爐、化工容器、造船機車車輛、起重機等金屬結構的大批166三、氣體保護焊1、氬弧焊氬弧焊是以氬氣作保護氣體的電弧焊,焊接質量較高。按所用的電極不同,氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。三、氣體保護焊1、氬弧焊167(1)不熔化極氬弧焊是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。具有很高的發(fā)射能力。為了減少鎢極消耗,電流密度一般都要加以限制。鎢極氬弧焊可以交直流兩用。除了鋁、鎂及其合金的薄焊件外,一般都用直流正接。多用來焊接4㎜以下的薄件。(1)不熔化極氬弧焊是以高熔點的鎢棒和焊件為電極。具有很高的168對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能。防止措施:關鍵在于選擇合適焊絲,控制焊縫成分和配以合理規(guī)范參數(shù)按所用的電極不同,氬弧焊可分為不熔化極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。焊接時,就盡量縮短400-600℃和650-850℃的加熱和冷卻時間氣系統(tǒng)和焊柜組成。由于電源已通,接觸點處就有密度很大的電流通過,產生電阻熱使金屬迅速加熱熔化。設計焊接結構時多用型材,以降低重量,減少焊縫,簡化工藝。選用焊條通常是根據(jù)焊件化學成分、力學性能、抗裂性、耐腐蝕性、以及耐高溫性能等要求選用相應的焊條種類。在滿足工作性能要求的前提下,首先要考慮焊接性較好的材料。狀和尺寸應基本一致。反接:負極接工件—工件溫度可稍低一些。第四節(jié)金屬材料的焊接性熔化焊:電弧焊、氣焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊。拘束度較大或含氫量較高時,在焊縫或近縫區(qū)可能產生冷裂紋態(tài)組織和粗大晶粒,(2)熔化極氬弧焊是以連續(xù)送進的焊絲和焊件為電極。電流密度和氣體流量都較大,生產率高,多用于中厚板焊接。生產中多采用直流反接。對氬氣要求純度99.7%以上,焊前必須把接頭表面清理干凈。對溶池脫氧,加入合金元素,以保證焊縫金屬的化學成分和力學性能169氬弧焊與熔渣保護焊相比的優(yōu)點①保護作用好,熔池金屬基本不受侵害。②焊接質量高—電弧穩(wěn)定,熱量集中,熔池小,變形較小,焊縫致密無渣殼,成形美觀。③適用性廣—可以焊接幾乎所有的金屬,特別適于焊接易氧化材料。④明弧可見,操作方便,可以全位置焊接。氬弧焊與熔渣保護焊相比的優(yōu)點①保護作用好,熔池金屬基本不受170氬弧焊與熔渣保護焊相比的缺點①氬氣成本高,設備比較復雜。②只能在室內進行焊接—以防保護氣體被破壞。氬弧焊主要用于焊接鋁、鎂、鈦及其合金,低合金鋼、耐熱合金、不銹鋼等。氬弧焊與熔渣保護焊相比的缺點①氬氣成本高,設備比較復雜。1712.二氧化碳氣體保護焊以CO2作為保護氣體的電弧焊。焊絲作電極,焊絲的送進靠送絲機構實現(xiàn)。二氧化碳氣體保護焊除了氣瓶、焊柜和送絲結構外,其余設備和氬弧焊一樣。主要由:焊接電源、控制系統(tǒng)、送絲結構、供氣系統(tǒng)和焊柜組成。2.二氧化碳氣體保護焊以CO2作為保護氣體的電弧焊。焊絲作172與手工電弧焊和埋弧自動焊相比的優(yōu)點①生產率高—熔敷速度快,焊后無熔渣。②焊

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