焊接冶金-绪论第一讲.ppt

焊接冶金与金属焊接性焊接冶金与金属焊接性 高等职业教育高等职业教育“十一五十一五”规划教材（焊接专业）规划教材（焊接专业）辽宁石油化工大学机械工程学院 办公室：机械楼 503主讲：史艳华主讲：史艳华15040818431目目 录录绪绪 论论第第1章章 焊接材料的组成及作用焊接材料的组成及作用第第2章章 焊接化学冶金焊接化学冶金第第3章章 焊接接头的组织和性能焊接接头的组织和性能第第4章章 焊接缺陷及其控制焊接缺陷及其控制第第5章章 焊接性及其试验方法焊接性及其试验方法第第6章章 低合金高强度钢的焊接低合金高强度钢的焊接第第7章章 不锈钢及耐热钢的焊接不锈钢及耐热钢的焊接第第8章章 有色金属的焊接有色金属的焊接课程简介课程简介1、本课程的任务、本课程的任务本本课课程程分分上上下下两两篇篇，上上篇篇主主要要论论述述材材料料在在熔熔焊焊条条件件下下化化学学冶冶金金和和物物理理冶冶金金的的基基本本理理论论，包包括括焊焊接接材材料料的的组组成成及及作作用用，焊焊接接化化学学冶冶金金，焊焊接接接接头头的的组组织织和和性性能能，焊焊接接缺缺陷陷及及其其控控制制，下下篇篇主主要要论论述述典典型型材材料料的的焊焊接接性性及及焊焊接接工工艺艺要要点点，包包括括焊焊接接性性及及其其试试验验方方法法，低低合合金金高高强强钢钢的的焊焊接接，不不锈锈钢钢及及耐热热钢钢的的焊焊接接，有色金属的焊接。有色金属的焊接。2、课程的目的、课程的目的 u 掌握材料熔焊的基本理论掌握材料熔焊的基本理论u 培养分析材料焊接性的能力及方法培养分析材料焊接性的能力及方法u 为焊材选用、制定工艺及开展焊材研究打基础为焊材选用、制定工艺及开展焊材研究打基础3、课程考核方法与要求、课程考核方法与要求本课程为材料成型与控制专业考试课本课程为材料成型与控制专业考试课.学时：学时：64学时（授课学时（授课16周周32次）次）学分：学分：4学分学分旷课累计达到该门课程总课时的旷课累计达到该门课程总课时的1/5（13学学时）将取消考试资格。时）将取消考试资格。在一学期内因其他原因请假导致缺课超过在一学期内因其他原因请假导致缺课超过上课总学时上课总学时1/3（21学时），将取消其考试学时），将取消其考试资格。资格。考核：平时考核：平时20%+期末考试期末考试80%平时成绩：考勤平时成绩：考勤10%，课堂笔记，课堂笔记10%4、教学参考书、教学参考书张文钺主编张文钺主编,焊接冶金学焊接冶金学,机械工业出版社；机械工业出版社；刘会杰主编刘会杰主编,焊接冶金与焊接性焊接冶金与焊接性,机械工业出机械工业出版社；版社；u焊接技术是材料工程领域的主要加工工具之一。焊接技术是材料工程领域的主要加工工具之一。u已广泛应用在航天，航空，能源，交通，化工，武已广泛应用在航天，航空，能源，交通，化工，武器，医药，机械，电子以及各种金属结构等工业部门。器，医药，机械，电子以及各种金属结构等工业部门。u随着科学技术不断的发展和各种新材料的不断出现，随着科学技术不断的发展和各种新材料的不断出现，焊接技术在我国科学事业，经济建设和国防建设上将焊接技术在我国科学事业，经济建设和国防建设上将起到越来越重要的作用。起到越来越重要的作用。第一讲：绪第一讲：绪 论论已知的加工工艺有哪些？已知的加工工艺有哪些？焊接、冶金、铸造、热处理焊接、冶金、铸造、热处理u抚顺石化设备厂生产车间车削加工与钻床加工抚顺石化设备厂生产车间车削加工与钻床加工焊接制造的成就焊接制造的成就长长江江三三峡峡水水利利工工程程，水水轮轮机机转转轮轮直直径径10.7m,10.7m,高高 5.4m,5.4m,重重达达440440吨吨,是是世世界界最最大大、最最重重的的不不锈锈钢钢焊接转轮。焊接转轮。每每个个转转轮轮需需要要消消耗耗1212吨焊丝。吨焊丝。焊接制造的焊接制造的成就成就“世界第一拱桥世界第一拱桥”上海卢浦大桥，上海卢浦大桥，20032003年年建成，全长建成，全长3900m,3900m,跨度跨度550m.550m.为世界跨度最大的全焊为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥，用钢结构拱桥，用3.53.5万吨万吨厚度为厚度为30-100mm30-100mm的细晶的细晶粒钢焊接而成。粒钢焊接而成。黄浦江上第一座钢结构黄浦江上第一座钢结构拱桥。拱桥。总设计师：林元培总设计师：林元培焊接制造的成就焊接制造的成就中国国家大剧院中国国家大剧院 2007.92007.9建成。建成。世界最大的穹顶世界最大的穹顶 长轴长轴212.2212.2m,m,高高46.2846.28m m，短轴短轴143.64m,143.64m,钢结构的总重量钢结构的总重量达达64756475吨吨.北京最深的建筑北京最深的建筑 最深处为最深处为-32.5-32.5米米（负（负1010楼）楼）法国建筑师法国建筑师保罗保罗安德鲁安德鲁 西气东输一线西气东输一线 2002.72002.72004.102004.10第一条高强度钢的第一条高强度钢的长距离管线长距离管线应用自动化焊接技应用自动化焊接技术和其他新型焊接术和其他新型焊接材料和工艺。材料和工艺。焊接制造的成就新疆塔里木盆地的新疆塔里木盆地的轮南轮南到到上海上海的输送天然气的的输送天然气的管线，全长约管线，全长约4,200km。管线采用管线采用X70钢，直径钢，直径1016 mm（40英寸）英寸）的焊接螺旋管和焊接直的焊接螺旋管和焊接直缝管。缝管。焊接制造的成就焊接制造的成就航空、航天工业的发展航空、航天工业的发展铝合金、钛合金铝合金、钛合金“神神舟舟”载载人人飞飞船船和和长长征征系系列列运运载载火火箭箭的的燃燃料料箱箱，都都是是全全焊焊接接的的铝铝合合金金结结构。构。神舟神舟1号号神舟神舟3 3号号神舟神舟5 5号号神舟神舟8 8、9 9号号鸟巢鸟巢焊接制造的成就焊接制造的成就瑞士赫尔佐格、瑞士赫尔佐格、德梅隆德梅隆 +中国李兴刚中国李兴刚面积面积25.825.8万平方米万平方米,容容8000080000人人,总用钢量总用钢量1111万万吨吨,其中焊缝总长其中焊缝总长320km.320km.主支撑用钢主支撑用钢Q460E-Z35,Q460E-Z35,厚厚110mm,400110mm,400吨吨诺亚方舟诺亚方舟什么是焊接？什么是焊接？如何实现焊接？如何实现焊接？刘刘 欢欢刘刘 欢欢1.焊接的本质和途径焊接的本质和途径（1）焊接的概念及内涵）焊接的概念及内涵焊接概念：通过加热或加压或两者并用，使焊接概念：通过加热或加压或两者并用，使被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久被焊材料达到原子间的结合，从而形成永久性连接的工艺。性连接的工艺。它包括三方面的含义：它包括三方面的含义：焊接的焊接的途径途径，即加热或加压或二者并用；，即加热或加压或二者并用；焊接的焊接的本质本质，即微观上达到原子间的结合；，即微观上达到原子间的结合；焊接的焊接的结果结果，即宏观上形成永久性的连接。，即宏观上形成永久性的连接。（2）实现焊接的途径：）实现焊接的途径：加热或加压或两者并用加热或加压或两者并用。能量是实现焊接的基本条件，根据能量的基本性质，分为热能量是实现焊接的基本条件，根据能量的基本性质，分为热能和机械能。能和机械能。机械能机械能(加压加压)：破坏金属表面氧化膜破坏金属表面氧化膜；热能热能：加热加热。热能形式热能形式电弧热（气体放电产热、等离子焰等）电弧热（气体放电产热、等离子焰等）化学热（氧化生热等）化学热（氧化生热等）电阻热（电渣、导电、高频感应等）电阻热（电渣、导电、高频感应等）摩擦热摩擦热电子束（动能电子束（动能 热能）热能）光能（激光、太阳能等）光能（激光、太阳能等）波能（微波等）波能（微波等）各种热能的能量密度各种热能的能量密度火焰：火焰：2103w/cm3,3400-3500K电弧：电弧：104-105w/cm3,6000-8000K等离子弧：等离子弧：105w/cm3,18000-24000K电子束：电子束：107-109w/cm3激光：激光：107-109w/cm3本课程研究本课程研究熔焊区熔焊区-高压焊接区高压焊接区-电阻焊区电阻焊区-熔焊区熔焊区-不可焊区不可焊区 纯铁焊接时所需要的温度及压力纯铁焊接时所需要的温度及压力*区别理解：区别理解：钎焊是焊接吗钎焊是焊接吗？答答：在在微微观观上上有有原原则则性性区区别别，钎钎焊焊只只是是钎钎料料熔熔化化，母母材材不不熔熔化化，不不会会形形成成共共同同晶晶粒粒。钎钎料料与与线线材材之之间形成有相互原子渗透的机械结合。铜、铝间形成有相互原子渗透的机械结合。铜、铝什么是粘接？靠粘结剂与母材之靠粘结剂与母材之间的粘合作用。一间的粘合作用。一般没有原子相互渗般没有原子相互渗透或扩散。透或扩散。*问题？问题？什么是焊接接头？什么是焊接接头？焊接接头由几部份组成？焊接接头由几部份组成？形成过程？形成过程？什么样材料会发生固态相变什么样材料会发生固态相变2.焊接接头及其形成过程焊接接头及其形成过程（1）焊接接头：）焊接接头：被焊材料经焊接之后发生组织和被焊材料经焊接之后发生组织和性能变化的区域性能变化的区域.（2）焊接接头的组成：）焊接接头的组成：焊焊缝缝：由由熔熔化化的的被被焊焊材材料料与与填填充充材材料料经经凝凝固固而形成；而形成；热热影影响响区区：超超过过了了使使母母材材组组织织和和性性能能发发生生变变化的温度，并且未熔化的母材区域。化的温度，并且未熔化的母材区域。（Hot Affected Zone HAZ）熔合区：熔合区：熔合线、部分熔化区、半熔化区熔合线、部分熔化区、半熔化区。（3）焊接接头的形成过程：）焊接接头的形成过程：焊接焊接热热过程：过程：加热与冷却；加热与冷却；固固液液状态演变状态演变过程：过程：固固液及液液及液固转变；固转变；焊接焊接化学冶金化学冶金过程：过程：在焊缝对应的焊接区，金属、熔渣、气相在较高温在焊缝对应的焊接区，金属、熔渣、气相在较高温度下发生的冶金反应过程。包括：氧化、还原、渗度下发生的冶金反应过程。包括：氧化、还原、渗氢、除氢、去氢、除氢、去C，脱硫、脱氮、合金化，脱硫、脱氮、合金化各过程是相互联系，不是孤立进行的，甚至共同发各过程是相互联系，不是孤立进行的，甚至共同发生发展。生发展。焊缝强韧化途径：焊缝强韧化途径：合金化合金化 添加韧化元素添加韧化元素V、Mo、Nb、Ti、Re；净化焊缝净化焊缝 降低降低C，除，除S、P、O、N、H-韧化韧化 *这是目前接焊领域研究的重点这是目前接焊领域研究的重点！（4）什么样材料有固态相变过程？）什么样材料有固态相变过程？具有同素异构具有同素异构转变的材料转变的材料 (1)熔焊方法的种类熔焊方法的种类气焊：气焊：是利用可燃气体燃烧所释放出的化学是利用可燃气体燃烧所释放出的化学热来实现焊接的方法。热来实现焊接的方法。3.焊接方法的种类及特性焊接方法的种类及特性电弧焊：电弧焊：是以气体介质放电所产生的电是以气体介质放电所产生的电弧作为热源的焊接方法。弧作为热源的焊接方法。（应用最大）（应用最大）手工电弧焊 埋弧自动自动焊惰性气体保护焊（TIG钨极惰性气体保护焊、MIG熔化极惰性气体保护焊）熔化极气体保护焊（MAG CO2+O2）等离子弧焊 电电弧弧：是是一一种种气气体体放放电电现现象象，是是指指两两电电极极间间存存在在电电位位差差，电电荷荷通通过过电电极极之之间间的的气气体体空空间间的的一一种种导导电现象。电现象。u高高能能束束流流焊焊：是是以以电电子子束束或或激激光光束束与与被被焊焊材材料料局局部部表表面面相相互互作作用用而而产产生生的的热热能能作作为为热热源源的的焊接方法。焊接方法。u电渣焊：电渣焊：是以熔渣作为导电介质（高是以熔渣作为导电介质（高R值导值导体），利用电流通过熔渣产生的电阻热作为体），利用电流通过熔渣产生的电阻热作为热源的焊接方法。热源的焊接方法。高阻值导体高阻值导体-电阻焊电阻焊（2 2）熔焊方法的特点）熔焊方法的特点1）气焊：）气焊：设设备备简简单单，便便宜宜，在在电电力力供供应应困困难难的的偏偏远远地地区区起起重重要要作作用用。但但其其能能量量密密度度低低，焊焊速速低低，不不适适于于焊焊接接活活性性材材料料(Al、Mg及及其其合合金金)。2）焊条电弧焊：）焊条电弧焊：设设备备较较为为简简单单，便便携携带带，不不适适于于焊焊接接活活性性材材料料，由由于于焊焊条条长长度度和和药药皮皮过过热热和和脱脱落落的的限制，限制，降低了焊接生产率降低了焊接生产率。3）埋弧焊：）埋弧焊：消消除除了了飞飞溅溅，焊焊缝缝洁洁净净，熔熔敷敷效效率率高高，仅仅限于平焊限于平焊。4）熔化极气体保护焊）熔化极气体保护焊MIG：惰惰性性气气体体保保护护时时，它它可可用用于于焊焊接接活活性性材材料料。与与钨钨极极气气体体保保护护焊焊相相比比，它它具具有有相相当当高高的的熔熔敷敷率率。缺缺点点是是受受焊焊枪枪尺尺寸寸的的限限制制，难难于于达到狭小的区域或角落达到狭小的区域或角落。熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊5）钨极气体保护焊）钨极气体保护焊TIG：适适用用于于焊焊接接薄薄板板(3mm以以下下)，焊焊接接活活性性材材料料，其其缺缺点点是是熔熔敷敷效效率率低低，过过大大的的焊焊接接电电流流易易造造成成焊焊缝缝夹夹钨钨。多多用用于于厚厚工工件件焊焊接接时时的的氩氩弧焊弧焊打底打底。6）等离子弧焊：）等离子弧焊：电电弧弧放放电电产产生生高高度度电电离离的的离离子子流流，具具有有大大量量热热能能和和动动能能。电电弧弧挺挺直直，对对弧弧长长变变化化不不敏敏感，焊接速度快，缺点感，焊接速度快，缺点设备费用高设备费用高。7）真空电子束焊：）真空电子束焊：真真空空中中利利用用高高压压高高速速运运动动的的电电子子猛猛烈烈轰轰击击金金属属表表面面，动动能能转转化化为为热热能能。因因其其能能量量密密度度高高能能实实现现全全熔熔透透的的穿穿孔孔型型焊焊接接，可可焊焊厚厚度度大大，焊焊速速快快，焊焊接接热热影影响响区区窄窄，焊焊接接变变形形小小(深深宽宽比比40)，可可焊焊多多种种类类型型的的材材料料，缺缺点点设设备备造造价价高高，同同时时需需要要真真空空环环境境和和X射射线线防护设施，对工件装配和对中要求高防护设施，对工件装配和对中要求高.真空电子束焊真空电子束焊8）激光束焊：）激光束焊：靶靶材材受受到到激激发发辐辐射射放放射射出出强强光光，Laser，经经过过聚聚集集产产生生能能量量高高度度集集中中的的激激光光束束，做做为为热热源源实实现现高高速速焊焊接接。形形成成深深而而窄窄的的全全熔熔透透焊焊缝缝，热热影影响响区区和和焊焊接接变变形形小小，缺缺点点金金属属表表面面的的反反射射作作用用降降低低了了激激光光的的利利用用率，设备造价高，需对工件准确的装配和对中。率，设备造价高，需对工件准确的装配和对中。9）电电渣渣焊焊：熔熔敷敷效效率率高高，多多厚厚工工件件均均单单道道焊焊完完，无无角角变变形形，缺缺点点只只适适于于垂垂直直焊焊接接，易易造造成成焊焊缝缝及及热热影影响响区区晶晶粒粒严严重重粗粗化化，降降低接头韧性。高度机械化、自动化。低接头韧性。高度机械化、自动化。*厚度大于厚度大于25mm钢板。钢板。*20世世纪纪50年年代代，乌乌克克兰兰的的巴巴顿顿电电焊焊研研究究所所发发明明电电渣渣焊焊，代代替替埋埋弧弧焊焊来来焊焊接接厚厚壁壁压压力力容器的纵向焊缝。容器的纵向焊缝。熔熔化化槽槽内内一一对对在在焊焊接接过过程程中中交交替替上上移移的的铜铜滑块支撑。滑块支撑。-高度机械化自动化高度机械化自动化小小 结结 1、什么是焊接？、什么是焊接？2、焊接接头、组成、形成过程？、焊接接头、组成、形成过程？3、焊接方法种类及特征？、焊接方法种类及特征？4、焊接接头的形成过程有（、焊接接头的形成过程有（-）、（）、（-）、）、（-）。）。5、电渣焊适用于（、电渣焊适用于（-），埋弧焊适用于），埋弧焊适用于（-），适用于活性材料焊接的方法有），适用于活性材料焊接的方法有（-），（），（-）适用于薄板焊接。）适用于薄板焊接。6、焊接接头由（、焊接接头由（-）（）（-）（）（-）组成。）组成。