工程材料及其成形技術(shù)基礎(chǔ)

焊接1整理課件概述9．1電弧焊9．2電阻焊9．3摩擦焊等其他焊接方法9.5焊接件結(jié)構(gòu)工藝性9.6常用金屬材料的焊接本章內(nèi)容2整理課件概述1〕焊接的概念通過局部加熱、加壓或兩者并用，在使用或不用填充材料的情況下，使別離的金屬通過原子間的結(jié)合而形成永久性的連接。2〕常用焊接方法熔化焊：將焊處加熱到熔化狀態(tài)冷凝后形成焊接接頭。壓力焊：不管焊處是否加熱，都要加壓使之產(chǎn)生塑性變形而形成焊接接頭。釬焊：加熱時(shí)被焊處不熔化，只是釬料被加熱到熔化狀態(tài)，使固體金屬(焊件)與液態(tài)金屬(釬料〕之間的原子擴(kuò)散而結(jié)合形成焊接接頭。手工電弧焊氣焊激光焊電子束焊等離子弧焊電阻焊摩擦焊軟釬焊硬釬焊3整理課件3〕焊接特點(diǎn)可以小拼大，以簡拼繁；生產(chǎn)率高；節(jié)省金屬材料；勞動強(qiáng)度低；滿足氣密性要求。4〕焊接應(yīng)用(1)制造金屬結(jié)構(gòu)；(2)制造機(jī)器零件或毛坯；(3)聯(lián)接電氣導(dǎo)線；(4)在修理工作中的應(yīng)用。4整理課件§9-1電弧焊9.1.1手弧焊——是手工操縱電焊條利用焊接電弧進(jìn)行焊接的電弧焊方法。1、焊接電弧1〕焊接電弧的實(shí)質(zhì)：焊接電弧——發(fā)生在電極與工件之間的氣體介質(zhì)中強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。5整理課件組成產(chǎn)生熱量溫度分布陽極區(qū)43％約為2600K弧柱21％6000—8000K陰極區(qū)36％約為2400K2〕焊接電弧的組成及電極的極性電弧由三個(gè)區(qū)域組成：6整理課件電極的極性焊件接電源正極焊條接電源負(fù)極焊條接電源正極焊件接電源負(fù)極使用交流電時(shí)，極性交替變化，兩個(gè)極區(qū)的溫度和熱量分布根本相等。正接法〔厚度大〕反接法〔厚度小〕7整理課件2、手弧焊原理及焊接過程手弧焊焊接過程焊條與焊件的熔化包括熔滴的過渡熔池的形成冷卻〔焊逢與渣殼的形成〕8整理課件3、焊接的冶金特點(diǎn)熔焊實(shí)質(zhì)：局部金屬再熔煉的過程。〔1〕熔池體積小液態(tài)的時(shí)間很短(以秒計(jì))，各種化學(xué)反響難以到達(dá)平衡狀態(tài)，造成焊縫化學(xué)成分的不均勻。熔池中的氣體及存在的雜質(zhì)來不及上浮逸出。9整理課件〔2〕熔池溫度高周圍空氣中的氧、氮、氫等分子吸熱分解為化學(xué)性質(zhì)十分活潑的原子。使液態(tài)金屬中的有益元素大量燒損和氧化?！?〕焊接接頭組織與母材不同焊接接頭=焊縫+熔合區(qū)+熱影響區(qū)10整理課件焊接接頭組織與母材不同焊接接頭=焊縫+熔合區(qū)+熱影響區(qū)焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)局部相變區(qū)再結(jié)晶區(qū)11整理課件焊接接頭組織0123412整理課件①焊縫區(qū)液態(tài)金屬凝固而成的。屬于鑄造組織，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱狀晶。硫、磷等雜質(zhì)容易在焊縫中心形成偏析，使焊縫塑性降低，易產(chǎn)生熱裂紋。焊縫的強(qiáng)度一般不低于母材。②熔合區(qū)焊縫區(qū)與熱影響區(qū)過渡的區(qū)域。寬度：0．1—lmm特點(diǎn)：成分及組織極不均勻，晶粒長大嚴(yán)重，冷卻后為粗晶粒，強(qiáng)度下降，塑性和韌性很差，往往成為裂紋的發(fā)源地。13整理課件③熱影響區(qū)過熱區(qū)溫度范圍：固相線至1100℃寬度：約1.0—3.0mm特點(diǎn)：由于溫度高，晶粒粗大，塑性和韌性降低。易在過熱處產(chǎn)生裂紋。正火區(qū)溫度范圍：1100℃至Ac3之間寬度為1.2—4.0mm得到均勻細(xì)小的正火組織，金屬力學(xué)性能良好。14整理課件局部相變區(qū)溫度范圍：Acl—Ac3之間只有局部組織發(fā)生相變,局部金屬發(fā)生了重結(jié)晶，獲得細(xì)小的鐵素體和珠光體晶粒，而未重結(jié)晶的局部金屬那么得到粗大的鐵素體。晶粒大小不一，力學(xué)性能不均勻。再結(jié)晶區(qū)焊件溫度被加熱到450-Acl區(qū)域，冷變形的鋼會出現(xiàn)再結(jié)晶過程。15整理課件熱影響區(qū)的大小和組織性能變化程度取決于焊接方法、焊接標(biāo)準(zhǔn)、接頭形式等因素。減輕熱影響區(qū)影響方法焊前可預(yù)熱工件；焊后緩冷。焊接方法過熱區(qū)寬度（mm）熱影響區(qū)總寬度（mm）手工電弧焊2.2—3.56.0—8.5埋弧自動焊0.8—1.22.3—4.0氣焊2127電子束焊—0.05—0.7516整理課件3、電焊條1〕

焊條的組成和作用

①焊條芯——由經(jīng)過特殊冶金的專用金屬絲〔焊絲〕作用：導(dǎo)電產(chǎn)生電弧熔化填充金屬進(jìn)入熔池，是形成焊縫的主要金屬材料材料：低碳鋼、不銹鋼、有色金屬等。②藥皮——壓涂在焊芯外表的涂料層穩(wěn)弧作用保護(hù)脫氧滲合金17整理課件18整理課件2〕焊條的種類及選用焊條的種類：按用途分為十大類按藥皮特性分為兩大類①酸性焊條②堿性焊條〔低氫焊條〕19整理課件20整理課件*酸性焊條——藥皮熔渣中酸性氧化物比堿性氧化物多優(yōu)點(diǎn)：工藝性好〔易起弧、成型好、脫渣容易〕對水、油、銹產(chǎn)生的氣孔不敏感交、直流兩用缺點(diǎn)：抗裂性能比堿性焊條差*堿性焊條〔低氫焊條〕——藥皮熔渣中堿性氧化物比酸性氧化物多21整理課件酸性焊條有何特點(diǎn)？它適用于哪一類焊件？特點(diǎn)：(1)氧化性強(qiáng)，合金元素?zé)龘p大，焊縫的塑性和韌度不高。(2)焊縫中氫含量高，抗裂性差。(3)具有良好的工藝性，對油、水、銹不敏感，交直流電源均可用。(4)本錢低用于一般結(jié)構(gòu)件的焊接。22整理課件3〕焊條的選擇原那么①同成分原那么②

等強(qiáng)度原那么〔бb不一定越高越好，бb↑，脆性↑〕

③

一般結(jié)構(gòu)優(yōu)先選用酸性焊條；承受動載荷、高溫、高壓或低溫剛度大的結(jié)構(gòu)幾何形狀復(fù)雜、厚度大、焊時(shí)易產(chǎn)生較大應(yīng)力和裂紋的焊件及鑄件應(yīng)選用堿性焊條。④

焊條工藝性能要滿足施焊操作需要23整理課件9.1.2埋弧焊①埋弧焊系統(tǒng)簡介焊接小車焊機(jī)焊絲焊劑調(diào)節(jié)參數(shù)〔V、I〕完成引弧、收尾24整理課件②焊接過程引弧，形成封閉熔渣泡。電弧在封閉熔渣泡中燃燒保護(hù)焊縫金屬；防止弧光四射、液態(tài)金屬飛濺。③特點(diǎn)及應(yīng)用允許采用大電流〔300—2000A〕，生產(chǎn)率高。用于長直焊縫和大直徑環(huán)形焊縫的批量生產(chǎn)。25整理課件9.1.3氣體保護(hù)焊概念：用外加氣體來保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊。1、氬弧焊鎢極氬弧焊焊接特點(diǎn)：鎢棒為電極〔導(dǎo)電、產(chǎn)生電弧〕；一般采用直流正接〔防止夾鎢〕；焊接時(shí)需填加金屬；用于0.5—4mm薄板。26整理課件熔化極氬弧焊焊接特點(diǎn)：〔1〕焊絲為電極〔導(dǎo)電、填充金屬〕；〔2〕一般采用直流反接〔為了電弧穩(wěn)定和陰極破碎作用〕；〔3〕焊接時(shí)可采用大電流；〔4〕用于25mm以下中厚板。27整理課件2、CO2氣體保護(hù)焊根本原理類似熔化極氬弧焊特點(diǎn)：〔1〕不宜有色金屬焊接；〔2〕焊接時(shí)采用合金鋼焊絲；〔3〕采用直流反接法〔保證電弧穩(wěn)定燃燒，防止金屬飛濺〕；〔4〕適用于30mm以下低碳鋼和低合金鋼結(jié)構(gòu)鋼焊接。28整理課件9.1.4等離子弧焊兩個(gè)概念自由電弧等離子弧等離子弧壓縮效應(yīng)機(jī)械壓縮效應(yīng)熱壓縮效應(yīng)電磁壓縮效應(yīng)29整理課件§9－2電阻焊9.2.1點(diǎn)焊焊接設(shè)備點(diǎn)焊過程30整理課件9.2.2縫焊焊接過程工藝特點(diǎn)大電流焊機(jī)控制通電時(shí)間焊點(diǎn)重迭應(yīng)達(dá)50%具體應(yīng)用31整理課件9.2.3對焊電阻對焊閃光對焊32整理課件§9－3摩擦焊等其他焊接方法1、摩擦焊〔1〕分類連續(xù)驅(qū)動式儲能式〔2〕焊接特點(diǎn)接頭質(zhì)量高且穩(wěn)定適用范圍廣〔3〕應(yīng)用

33整理課件2、釬焊——利用熔點(diǎn)比焊件低的釬料作填充金屬，適當(dāng)加熱后釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件連接起來的一種焊接方法。根據(jù)釬料熔點(diǎn)的不同釬焊可分為：硬釬焊〔熔點(diǎn)>450°C〕軟釬焊〔熔點(diǎn)<450°C〕34整理課件3、電渣焊根本過程準(zhǔn)備階段〔工件接頭相距25—35mm〕引弧階段焊接階段〔焊接溫度保持1700—2000℃〕成縫階段接頭形式對接、角接、T形接頭焊接特點(diǎn)①一次焊接成厚工件；②材料消耗少，生產(chǎn)率高；③焊縫純潔、力學(xué)性能較差；④適用于厚壁壓力容器及大型構(gòu)件制造。35整理課件4、電子束焊焊接原理焊接特點(diǎn)保護(hù)效果極佳，質(zhì)量高能量密度大適用性強(qiáng)，調(diào)節(jié)范圍廣36整理課件5、激光焊焊接原理焊接特點(diǎn)能量密度大靈活性大放出能量極其迅速可實(shí)現(xiàn)異種金屬或非金屬的焊接37整理課件§9-5焊件結(jié)構(gòu)工藝性

9.5.1焊接缺陷及預(yù)防1、焊接應(yīng)力1)產(chǎn)生焊接應(yīng)力的主要原因:局部不均勻加熱焊接結(jié)構(gòu)自身或外界的約束結(jié)論：焊縫金屬承受拉應(yīng)力。焊縫兩側(cè)金屬承受壓應(yīng)力保存至室溫的應(yīng)力與變形稱為焊接剩余應(yīng)力和變形。‘’38整理課件2)減少和消除焊接應(yīng)力的措施(1)防止焊縫的密集與交叉，焊縫的數(shù)量應(yīng)盡可能少、焊縫長度盡可能短、截面盡可能小。(2)選擇合理的焊接順序(3)焊前預(yù)熱〔400℃以下〕(4)錘擊或碾壓焊縫(5)焊后熱處理39整理課件2、焊接變形1)變形原因：剩余應(yīng)力松弛不均勻收縮40整理課件2〕焊接變形的幾種根本形式41整理課件3〕焊接變形的防止與矯正〔1〕防止焊接變形的措施①設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)盡可能對稱。②采用反變形法③采用合理的焊接順序。

42整理課件④采用剛性固定法。

⑤加裕量法43整理課件〔2〕矯正焊接變形的方法根本原理：產(chǎn)生新變形抵消原來的焊接變形。①機(jī)械矯正法②火焰矯正法44整理課件9.5.2焊接接頭工藝設(shè)計(jì)1、焊縫的布置〔1〕焊縫應(yīng)盡可能分散45整理課件〔2〕焊縫的布置應(yīng)盡可能對稱46整理課件〔3〕焊縫應(yīng)避開應(yīng)力最大或應(yīng)力集中處47整理課件〔4〕焊縫的布置應(yīng)避開已加工外表48整理課件〔5〕焊件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于焊縫的施焊49整理課件2、接頭形式的選擇與設(shè)計(jì)〔1〕焊接接頭形式接頭形式有四種：〔2〕坡口的形式50整理課件〔3〕焊接空間位置51整理課件52整理課件§9.6常用金屬的焊接9.6.1金屬材料的焊接性1、焊接性概念——是指焊件材料對焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。1〕工藝焊接性——指某一焊接工藝條件下，能得到優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力。53整理課件2〕使用焊接性——整個(gè)焊接接頭或整個(gè)結(jié)構(gòu)滿足技術(shù)條件規(guī)定的使用性能的程度，即焊接接頭在使用中的可靠性。包括：缺口敏感性及耐腐蝕性等。2、評價(jià)方法熱影響區(qū)的淬硬和冷裂紋傾向材料的化學(xué)成分是影響淬硬和冷裂紋傾向的重要因素之一。54整理課件碳當(dāng)量法人們把各種元素對產(chǎn)生淬硬和冷裂紋的影響都折算成碳的影響，將這些影響綜合起來。經(jīng)驗(yàn)公式CE=C+Mn/6+〔Ni+Cu〕/15+〔Cr+Mo+V〕/5(％wt)CE<0.4％焊接性良好CE<0.4％--0.6％焊接性中等CE≥0.6％焊接性較差55整理課件9.6.2碳鋼的焊接

1、低碳鋼塑性好，沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感。焊接性好，不需采取特殊工藝措施，可選用酸性焊條，焊后也不需熱處理。但對承受動載荷的構(gòu)件、厚件及在低溫下焊接大剛度構(gòu)件，需采取一些工藝措施，如：焊前預(yù)熱、選用堿性焊條、焊后進(jìn)行熱處理。56整理課件2、中碳鋼屬易淬火鋼中碳鋼焊接特點(diǎn)：①熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織和冷裂紋②焊縫金屬熱裂紋傾向大

∴焊前需預(yù)熱，需選用抗裂性能好的低氫焊條。選用細(xì)焊條、小電流、開坡口進(jìn)行多層焊，防止母材過多熔入焊縫，同時(shí)減小焊接熱影響區(qū)的寬度。

57整理課件3、高碳鋼的焊補(bǔ)高碳鋼的焊接特點(diǎn)與中碳鋼根本相似。由于含碳量更高，使焊接性變差，應(yīng)采用更高的預(yù)熱溫度，更嚴(yán)格的工藝措施才能進(jìn)行焊接。實(shí)際上高碳鋼的焊接只限于修補(bǔ)工作。58整理課件9.6.3合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

強(qiáng)度級別低的低合金鋼：合金元素少，碳當(dāng)量低〔<0.4%〕具有良好的焊接性。強(qiáng)度級別高的低合金鋼：碳當(dāng)量較高，焊接性差，焊接時(shí)需采用嚴(yán)格的工藝措施。59整理課件①焊前預(yù)熱；②焊接時(shí)采用細(xì)焊條，小電流，開坡口，多層焊；③焊后緩冷；④選用堿性焊條；防止低合金高強(qiáng)度鋼焊接接頭產(chǎn)生淬硬和冷裂的焊接工藝措施是什么？60整理課件9.6.4鑄鐵的焊補(bǔ)

鑄鐵的焊接特點(diǎn)：①

熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織、淬硬組織。②

易產(chǎn)生裂紋③

易產(chǎn)生氣孔和夾渣另外，鑄鐵流動性好，立焊金屬易流失∴一般那只適于平焊。61整理課件1〕熱焊法——焊前將工件整體或局部預(yù)熱到600～700℃，且在400℃以上施焊，焊后緩冷。