焊接冶金学及金属材料焊接-教案-模块十.pdf

1 授课题授课题目：目：模块十模块十 常用有色金属的焊接常用有色金属的焊接 授课方式 （请打） 理论课 讨论课 实验课 习题课 其他 课时 安排 教学大纲要求： 教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次） ：1、了解铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金基本知识。2、熟悉其焊接性及常用焊接方法。3、掌握其焊接工艺要点。 教学重点及难点：重点：铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金的焊接工艺。 难点：掌握铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金焊接时出现的焊接缺陷及其防止措施。 教 学内 容 备注 模块十模块十 常用有色金属的焊接常用有色金属的焊接 课题课题一一 铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接 一一铜及铜合金的焊接性铜及铜合金的焊接性 铜及铜合金的焊接性较差，主要表现在以下几个方面： 1、焊缝成形能力差 2、焊缝及热影响区热裂倾向大 防止热裂纹的措施有以下几点： （1）严格限制铜中杂质(氧、铋、铅、硫等)的含量。 （2）增强对焊缝的脱氧能力，通过焊丝加入硅、锰、磷等合金元素脱氧。 （3）选用能获得双相组织的焊材，破坏低熔点共晶薄膜的连续性，打乱柱状晶的方向。 （4）预热、缓冷等措施来减少焊接应力，减小根部间隙尺寸，并加大根部焊道尺寸，以防止裂纹的产生。 3、容易形成气孔 （1）气孔产生的主要原因有： 1）液态铜中溶解较多的氢，而凝固时其溶解度大大降低，若焊接时，焊缝冷却较快，过剩的氢来不及溢出则形成气孔。 2）焊接高温下铜与氧生成的氧化亚铜（Cu2O） ，Cu2O 不溶于铜而析出，与氢或 CO反应生成水蒸气或 CO2也不溶于铜，生成反应性气孔。 Cu2O+2H=2Cu+H2O Cu2O+CO=2Cu+CO2 3）铜的热导率比铁大 8 倍以上，焊缝的冷却要快得多，氢扩散逸出和 H2O 的上浮条件更恶劣，形成气孔的敏感性自然增大。 （2）减少和消除铜焊缝中的气孔措施 1）减少氢和氧的来源和预热来延长熔池存在时间，使气体易于析出； 2）采用含铝、钛等强脱氧剂的焊丝（同时也可脱氮脱氢）或在铜合金中加入铝、锡等元素都会获得良好的效果。 4、焊接接头性能下降 （1）塑性显著降低 （2）导电性下降 （3）耐蚀性能下降 2 二铜及铜合金的焊接工艺二铜及铜合金的焊接工艺及工艺及工艺要点要点 （一）工艺要点 1、焊前准备和焊后清理 2、焊接方法选择 3、背面加垫板 4、预热 由于铜的导热性很强，焊接时通常预热温度也较高，一般在 300以上。 （二）气焊工艺 见教材 （三）氩弧焊工艺 1、钨极氩弧焊工艺 纯铜可采用纯铜焊丝(HS201)，接头不要求导电性能时也可选用青铜焊丝(HS211)。黄铜常用焊丝牌号为 4 号黄铜丝(HS224)，但考虑氩弧焊电弧温度高，黄铜焊丝在焊接过程中锌的蒸发量大，烟雾多，且锌蒸汽有毒，故也可用无锌的青铜焊丝，如“HS211”焊丝。纯铜、黄铜手工钨极氩弧焊工艺参数见表 10-1。 2、熔化极氩弧焊工艺 熔化极氩弧焊焊接纯铜时，为了更有效地防止气孔，最好选用含有脱氧剂铝、钛的焊丝，一般选用“HS201”焊丝。 （四）埋弧焊工艺 铜及铜合金埋弧焊工艺参数见表 10-2。 （五）焊条电弧焊 焊纯铜时采用的焊条有 T107、T 207 两种。一般交直流焊机都可用来焊接纯铜，但采用直流焊机时必须采用反极性接法。焊接电流应根据焊件厚度、焊件外形尺寸、焊条直径和预热温度选择，随预热温度的提高，焊接电流应相应减小。 三三. 焊接实例焊接实例 见教材 课题课题二二 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接 一一铝及铝合金的焊接性铝及铝合金的焊接性 铝及铝合金的焊接性比低碳钢差，其焊接特点与钢也不同，这主要与其本身的物理和化学性能有关。铝及铝合金的组成不同，其焊接性也有一定差异。 1、容易被氧化 2、热导率和比热容大 3、容易形成热裂纹 （1）热裂纹产生的原因 低熔点共晶的存在是合金产生热裂纹的重要原因之一。 （2）影响焊接热裂纹的因素 （3）防止焊接热裂纹的途径 1）选择适当的填充金属 2）合理选择焊接方法及焊接参数 3）选用拘束度较小的结构形式。 二二铝及铝合金的焊接工艺铝及铝合金的焊接工艺及工艺及工艺要点要点 （一）焊接工艺要点 1、焊接材料的选择 铝及铝合金的焊接材料包括铝焊丝、铝气焊熔剂以及铝焊条等。 （1）铝焊丝 铝焊丝通常有以下几类： 1)专用焊丝用于焊接与其成分相同或相近的母材，可根据母材成分选用。若无现成焊丝，也可从母材上切下窄条作为填充金属。 2)通用焊丝是含硅量 wSi=5%的 Al-Si 焊丝，通常用于除 Al-Mg 合金以外的各种铝合 3 金。焊缝金属的流动性好且具有较高的抗裂纹能力。 3)特种焊丝是为焊接各种硬铝、超硬铝而专门冶炼的焊丝。这类焊丝的成分与母材相近，与通用焊丝相比，焊缝金属既有良好的抗裂性，又有较高的强度和塑性。常用铝及铝合金焊丝型号及牌号见表 10-3 。 （2）气焊熔剂 铝及铝合金气焊熔剂的牌号、成分和使用要求见表 10-4。 （3）铝焊条 铝及铝合金焊条的牌号及应用见表 10-5。 2、焊接方法的选择 表 10-6 列出了铝及铝合金常用焊接方法的特点及适用范围，在生产中应根据具体情况选择其中最合适的一种方法。 3、焊前准备及焊后清理 （1）焊前准备 铝及铝合金焊前准备包括焊前清理、设置垫板和预热。 1）焊前清理 2）设置垫板 3）预热 由于铝的导热性好，为了防止焊缝区热量的大量流失，焊前应对焊件进行预热。薄并且小的铝件可不预热；厚度超过 58mm 的铝件焊前应预热至 150300；多层焊时，注意控制层间温度不低于预热温度。 （2）焊后清理 （二）焊接工艺 1、钨极氩弧焊 采用钨极氩弧焊焊接时电弧稳定，所得焊缝致密，焊接接头的强度、塑性、韧性较好，且不存在焊后残留熔剂腐蚀问题，适用于 0.520mm 厚铝板、管的焊接。 1）接头形式 铝及铝合金手工钨极氩弧焊的接头形式可见表 10-7。 2）焊接电源及焊接工艺参数 常用交流手工钨极氩弧焊工艺参数见表 10-8。 3）操作技术（简介） 2、熔化极氩弧焊(MIG 焊) 1）特点及应用 2）焊接参数表 10-9 和表 10-10 列出了铝及铝合金的半自动和自动熔化极氩弧焊焊接参数。 3 )焊接操作 3、气焊 气焊铝及铝合金常用纯铝或铝硅合金作填充金属。焊接时最好采用对接接头；若用搭接、角接及 T 形接头，焊后残留在缝隙中的熔剂及熔渣难以清理，应避免采用。 1）火焰和焊嘴的选择 2）预热 3）气焊操作 铝及铝合金气焊接工艺参数见表 10-11。 三焊接实例三焊接实例 见教材 课题课题三三 钛及钛合金的焊接钛及钛合金的焊接 钛简介 一一钛及钛合金焊接性钛及钛合金焊接性 1、能够快速吸气 2、焊接接头组织和性能的变化 3、容易形成气孔 气孔的产生主要与以下因素有关： 1）氩气的纯度 4 2）钛板及焊丝表面状态 3）焊接工艺 常用的减少气孔的措施有： 1）严格限制原材料中氢、氧、氮等杂质气体的含量，焊前仔细清除焊丝、母材表面上的氧化膜及油污等有机物质。 2）保护气要用高纯度的氩气进行焊接氩气纯度不应低于 99.99%。焊炬上通氩气的管道不宜采用橡皮管，以尼龙软管为好。 3）正确选择焊接方法和焊接参数增加溶池停留时间有利于气泡逸出。 4）裂纹倾向大 二二钛及钛合金焊接工艺要点钛及钛合金焊接工艺要点 1、焊前清理 （1）机械清理一般采用切削加工、喷砂、喷丸或钢丝刷去清理焊区的铁锈、油污、氧化皮等污物。 （2）化学清洗是将焊件及焊丝在酸液中进行酸洗，去除焊件表面的氧化膜，使其表面呈银白色金属光泽为止。 2、焊接方法选择 3、焊接方法的选择 （1）手工钨极氩弧焊 钛及钛合金手工钨极氩弧焊的工艺参数见表 10-13。 （2）埋弧焊 焊接工艺参数参见表 10-14。 三焊接实例三焊接实例 见教材