焊接工藝常識.ppt

1、 2004 金工教研室,機械制造基礎,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,一、電弧焊工藝常識,1、焊接電弧 氣體介

2、質中導電現(xiàn)象, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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 6585 加熱熔化金屬 其余 散失在電弧周圍 飛濺的金屬液, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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：5090V 電弧電壓：1635V, 2004 金工教研室,機械制造基礎,3、焊接接頭的組織與性能,焊接工件上溫度的變化與分布, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊接接頭組織,低碳鋼,焊縫,焊接熱影響區(qū),

3、 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊縫的熱影響區(qū),1融合區(qū) 0.11mm，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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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

4、 先焊短焊縫 后焊長焊縫 預熱焊件、振動焊縫 焊后退火, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊接變形,收縮變形 角變形 彎曲變形 扭曲變形 波浪變形, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,防止焊接變形,合理焊接操作 平衡溫度分布 利用變形, 2004 金工教研室,機械制造基礎,防止焊接變形,焊后校正, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機

5、械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊條藥皮的作用, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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43 kgf/mm2 0

6、：(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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊條種類,焊條牌號 J422、J507 J：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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2

7、004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,2、埋弧焊,埋弧焊演示, 2004 金工教研室,機械制造基礎,埋弧焊特點,大電流（1000A）、生產(chǎn)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(chǎn), 2004 金工教研室,機

8、械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,防止燒穿焊劑墊、墊板, 2004 金工教研室,機械制造基礎,環(huán)縫焊接, 2004 金工教研室,機械制造基礎,3、氣體保護焊氬弧焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,氣體保護焊CO2保護焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 200

9、4 金工教研室,機械制造基礎,5、焊接自動化,數(shù)控軌跡控制 焊接質量監(jiān)控, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊接機器人,焊接機器人演示, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,1、電阻焊,電阻熱 Q=I2Rt 特點 生產(chǎn)率高、焊接變形小 操作簡便、易實現(xiàn)自動（汽車外殼焊接

10、） 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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,點焊,局部高溫焊合 分流現(xiàn)象 焊點的分布最小距離限制, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,縫焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,對焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,對焊接頭形式, 2004 金工教研室,機械制造基礎,討論這個問題,銅及銅合金可以采用電阻焊嗎？, 2004 金工教研室,機械制造基礎,2、摩擦焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,摩擦焊的接頭形式, 2004

11、 金工教研室,機械制造基礎,3、釬焊,焊接過程示意圖毛細管作用, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,釬焊的常見接頭形式, 2004 金工教研室,機械制造基礎,釬焊接頭的比較, 2004 金工教研室,機械制造基礎,4、電渣焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,5、真空電子束焊接, 2004 金工教研室,機械制造基礎,6、激光焊接, 2004 金工教研室,機械制造基礎,題外

12、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？, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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 + 2 Al = 2Fe + Al2O3 還原反應產(chǎn)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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,焊接鋼軌,過

13、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。, 2004 金工教研室,機械制造基礎,鋁熱焊設備, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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

14、能量。, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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）, 2004 金工教研室,機械制造

15、基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,小型抗裂實驗法, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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

16、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)、 E6015D1(J607), 2004 金工教研室,機械制造基礎,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?。汉瑲淞?、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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,鑄鐵補焊,鑄鐵焊接性很差，只能進

17、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(chǎn)生氣孔 流動性好，只能進行平焊 熱焊法（600700）： 防止開裂，補焊后可切削加工 冷焊法（450以下）, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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(chǎn)生氣孔（易吸收H2） 高溫下強度

18、塑性很低，焊縫塌陷 氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊、釬焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,選擇焊接方法圓筒低壓容器,Q235鋼板20mm批量生產(chǎn) 埋弧自動焊 20鋼板2mm批量生產(chǎn) 縫焊 45鋼板6mm單件生產(chǎn) 焊條電弧焊,紫銅板4mm單件生產(chǎn) 氬弧焊 鋁合金板20mm單件生產(chǎn) 氬弧焊 不銹鋼板10mm小批生產(chǎn) 氬弧焊, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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？, 2004 金工教研室,機械制造基礎,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

19、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, 2004 金工教研室,機械制造基礎,1、合理選用型材減少焊縫數(shù)量, 2004 金工教研室,機械制造基礎,2、焊接接頭設計,分散布置焊縫, 2004 金工教研室,機械制造基礎,3、對稱布置焊縫, 2004 金工教研室,機械制造基礎,對稱布置焊縫, 2004 金工教研室,機械制造基礎,對稱布置焊縫, 2004 金工教研室,機械制造基礎,4、避開應力集中的位置, 2004 金工教研室,機械制造基礎,避開應力集中的位置, 2004 金工教研室,機械制造基礎,避開應力集中的位置, 2004 金工教研室,機械制造基礎,5、避開機械加工位置, 2004 金工教研室,機械制造基礎,6、便于電弧焊的設計, 2004 金工教研室,機械制造基礎,便于電弧焊的設計, 2004 金工教研室,機械制造基礎,便于電弧焊的設計, 2004 金工教研室,機械制造基礎,7、便于埋弧焊的設計, 2004 金工教研室,機械制造基礎,8、便于點焊及縫焊的設計, 2004 金工教研室,機械制造基礎,其