材料的连接成型.ppt

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1、金属工艺学14 4 材料的连接成形材料的连接成形4.1 熔熔焊焊工工艺艺4.2压压力力 焊焊 工工 艺艺4.3钎钎焊焊与与封封焊焊4.4 金金属属材材料料的的焊焊接接性性4.5 焊焊接接缺缺陷陷与与检检验验4.6 焊焊接接件件结结构构设设计计概概述述金属工艺学24 4 材料的连接成形材料的连接成形v 概述概述v本章重点：本章重点：焊焊条电弧焊的原理条电弧焊的原理与特点，焊接材与特点，焊接材料、焊接方法、料、焊接方法、焊接工艺参数和焊接工艺参数和焊接结构形式的焊接结构形式的选用原则。选用原则。材料连接的方法材料连接的方法有螺纹连接、销有螺纹连接、销钉连接、铆接及钉连接、铆接及焊接等多种。焊接等多

2、种。金属工艺学3材料连接的方式材料连接的方式螺纹连接（机械）螺纹连接（机械）铆接（机械）铆接（机械）粘接（物化连接）粘接（物化连接）焊接（冶金连接）焊接（冶金连接）金属工艺学4v焊焊 接接v序言提要：焊接是一种极为广泛的连接方法，序言提要：焊接是一种极为广泛的连接方法， 焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，焊接是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。使焊接件达到原子结合的一种方法。v焊接方法：熔化焊、焊接方法：熔化焊、 压力焊、钎压力焊、钎 焊等。焊等。v焊接的主要特点是：焊接的主要特点是： （1 1）节省材料，减轻质量；）节

3、省材料，减轻质量； （2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造； （3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产。）适应性好；可实现特殊结构的生产。 （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型。）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型。 （5 5）降低劳动强度，改善劳动条件；）降低劳动强度，改善劳动条件；v焊接方法的应用：焊接方法的应用： （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复）修复金属工艺学5焊接方法焊接方法电弧焊电弧焊熔焊熔焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激

4、光焊激光焊手弧焊手弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊根据实现原子结合根据实现原子结合基本途径的不同，基本途径的不同，对熔焊分类。对熔焊分类。金属工艺学6焊接方法焊接方法电阻焊电阻焊压力焊压力焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎焊及封粘钎焊及封粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接金属工艺学7气门芯气门芯返回返回金属工艺学84.1 熔焊工艺熔焊工艺 v4.1.1 4.1.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程v4.1.1.1 4.1.1.1 熔池的保护熔池的保护v4.1.1.2 4.1.1.2 电焊条电焊条v4.1.2 4.1.2 焊接接头的组织与性能焊接接头的组

5、织与性能v4.1.3 4.1.3 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力v4.1.4 4.1.4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺v本节重点：本节重点：熔化焊焊接接头的组织性能熔化焊焊接接头的组织性能v本节难点：本节难点：焊接应力与变形焊接应力与变形v作业题：作业题：P182 3.5, 3.6, 3.7金属工艺学94.1.1 4.1.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程v熔焊的本质及特点熔焊的本质及特点v 熔化焊的本质是小熔熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。如化与结晶的过程。如图图.v 熔池存在时间短，温熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充度高；冶金过程进

6、行不充分，氧化严重；热影响区分，氧化严重；热影响区大。大。v 冷却速度快，结晶后冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶易生成粗大的柱状晶。金属工艺学10v熔化焊的三要素熔化焊的三要素v1热源热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。子束和激光。v2熔池的保护熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。进行脱氧、脱硫和脱磷

7、，给熔池过渡合金元素。v3填充金属填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。金属工艺学11焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。体放电现象。 电弧放电电压最低，电流最大，温度电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。最高，发光最强。 将电弧放电用作焊接热源，既安全，将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。加热效率也高。v电弧的三个区电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区

8、和弧柱区v焊接电弧的温度焊接电弧的温度 和热量分和热量分布布 温度温度 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 43 弧柱区弧柱区 60008000 21 阴极区阴极区 2400 36金属工艺学12 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：v 直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）（厚板、酸性焊条）； v 直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极；焊件接负极，焊条接正极；（薄板、碱性低氢焊（薄板、碱性低氢焊条、低

9、合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）金属工艺学13v电弧焊的焊接过程：电弧焊的焊接过程：v 手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。件熔化而进行焊接的。v 电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。v 电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液

10、体金属起物理化学作用，所形成的熔渣不断地从熔池向上金属起物理化学作用，所形成的熔渣不断地从熔池向上浮起，药皮燃烧产生大量的浮起，药皮燃烧产生大量的气体围绕与电弧周围，气体围绕与电弧周围，熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。属的作用。金属工艺学14v电弧焊的冶金过程特点：电弧焊的冶金过程特点：v 电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。

11、气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。v 金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态的时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难的时间很短，一般在秒左右。导致各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。v 熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔杂质等缺陷。气孔杂质等缺陷。返回金属工艺学154.1.1.1 熔池的保护熔池的保护v（1）渣保护）渣保护v为了使熔

12、池与空气隔离，可在熔为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣，池上覆盖一层熔渣，v一方面防止金属氧化和吸气，一方面防止金属氧化和吸气，v另一方面向熔池过渡合金元素，另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能；提高焊缝性能；v同时，还可以减少散热，提高生同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射。产率，防止强光辐射。金属工艺学16焊件保护焊件保护焊剂是由焊剂是由SiO2SiO2，MnOMnO、MgOMgO及及CaFCaF等组等组成的硅酸盐。成的硅酸盐。焊剂保护的效果焊剂保护的效果va) a) 形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔形成熔融的液态焊剂薄膜，使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含池与空气隔

13、绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。气量，提高焊缝韧性。vb b）延长熔池存在时间，加强了冶金）延长熔池存在时间，加强了冶金反应，有利于气孔、夹渣的析出。反应，有利于气孔、夹渣的析出。金属工艺学17v（2 2）气保护）气保护v用于保护熔池和溶滴的气用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双性的不溶于金属液体的双原子气体原子气体( (如如ArAr或或CO2)CO2)。v喷嘴结构应尽可能使气体喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出，如图以层流流出，如图12-1612-16所示。所示。v氩气氩气v氩气为惰性气体

14、，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，因此，氩气是一种理想的保护气体。应，因此，氩气是一种理想的保护气体。v由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。v氩弧焊一般要求氩气纯度达氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度，我国生产的工业纯氩，其纯度可达可达99.9%99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。，完全合乎氩弧焊的要求。v氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。影

15、响焊缝质量。金属工艺学18v渣渣-气联合保护气联合保护v利用渣的良好的冶金反应利用渣的良好的冶金反应和焊缝成型特点以及气体和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮保护效果。如焊条的药皮及二氧化碳加药芯。及二氧化碳加药芯。vCO2气体气体vCOCO2 2为无色无味气体，密度是空气的为无色无味气体，密度是空气的1.51.5倍，在常温下很稳定，但倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。在高温下易分解。vCOCO2 2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空

16、气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。池和电弧方面，效果良好。v但但COCO2 2气体为氧化性气体，在高温下将分解为气体为氧化性气体，在高温下将分解为COCO和和O O2 2： COCO2 2 CO + OCO + O2 2v所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。金属工艺学19v填充金属填充金属v填满焊缝，提高焊缝性能，填满焊缝，提高焊缝性能，使焊缝与母材等强度，用使焊缝与母材等强度，用焊丝和焊芯（填充金属）焊丝和焊芯（填充金属）过渡合金元素。过渡合金元素。v常用的焊条钢芯为碳素钢常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。丝、合金钢丝和不锈钢丝。vH H代表

17、焊接用钢丝，其后的代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表含碳量的万两位数字代表含碳量的万分之几；分之几；A A为高级优质钢；为高级优质钢；E E代表特级优质钢。代表特级优质钢。金属工艺学204.1.1.2 4.1.1.2 电焊条电焊条v1 1电焊条的组成及作用电焊条的组成及作用v组成：组成：焊芯焊芯和药皮和药皮v作用：作用： 焊芯焊芯填充金属填充金属 药皮药皮稳弧、造气、造稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结渣、脱氧、合金、粘结等。等。v药皮必须含有造气剂和药皮必须含有造气剂和造渣剂。造渣剂。v药皮中还应含有稳弧剂药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。剂、

18、脱硫剂和去氢剂等。v2 2焊条的种类和编号焊条的种类和编号 种类：种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛低温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。及铜合金焊条、特殊用途焊条。编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例：422422其中：其中： 结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度焊缝金属抗拉强度大于等于大于等于 药皮类型（钛钙型）药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）和电源种类（交直流） 507 7507 7低氢，直

19、流低氢，直流金属工艺学21v2 2焊条的种类和编号焊条的种类和编号 种类：种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。 编号：编号：以结构钢焊条为例：以结构钢焊条为例： 其中：其中： 结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等于焊缝金属抗拉强度大于等于 药皮类型（钛钙型）和电源种药皮类型（钛钙型）和电源种类（交直流）类（交直流） 507 7507 7低氢，直

20、流低氢，直流金属工艺学22v酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质v 酸性药皮工艺性好，而酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差碱性药皮工艺性差。 碱性药皮中有益元素多，碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高能使焊接接头力学性能提高。v 碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高可以提高焊缝金属的抗裂性。焊缝金属的抗裂性。v 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞溅和飞溅和CO气孔。气孔。v 碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒物质（碱性药皮在高温下，易生成较多的有毒

21、物质（HF等），等），因而应注意通风。因而应注意通风。金属工艺学23v3.3.电焊条的选用原则电焊条的选用原则v( () ) 等强度原则等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件，：低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，一般都要求焊缝金属与母材等强度， 因此可根因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。据钢材强度等级来选用相应的焊条。v( () ) 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定载荷性质和抗裂性能而定；v( () ) 低碳钢与低合金

22、结构钢焊接，可按某一种低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。v( () ) 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。钢材，应选用相应的专用焊条。金属工艺学244.1.2 4.1.2 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能 熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属熔焊热原的高温集中融化焊缝区金属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。生变化。v（1 1）焊缝区）焊缝区在焊

23、接接头横截面上测量的焊缝在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。金属的区域。v（2 2）熔）熔合区合区熔合线两侧有一个很窄的焊缝与熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区的过渡区。v（3 3）热影响）热影响区区-受焊接热循环的影响，焊缝附受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域域（过热区、正火区、部分相变区）过热区、正火区、部分相变区）。金属工艺学25熔合区熔合区成分不均，组织成分不均，组织为粗大的过热组织或淬为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中硬组织，是焊接接头中的最差的部位。的最差的部位。 在低碳钢焊

24、接接头中，在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的程度上决定焊接接头的性能。性能。热影响区中的热影响区中的过热过热区区，对焊接接头有，对焊接接头有不利影响，应使之不利影响，应使之尽可能减小。尽可能减小。金属工艺学26 焊接热循环的特点是加热焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火和冷却速度很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。应力及裂纹。柱

25、状晶的生长柱状晶的生长金属工艺学27焊缝热影响区焊缝热影响区金属工艺学28焊缝结晶过程焊缝结晶过程焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能 热源移走后，熔池焊缝中的热源移走后，熔池焊缝中的液体金属立刻开始液体金属立刻开始冷却结晶冷却结晶，以，以垂直熔合线的方式向熔池中心生垂直熔合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。如图长为柱状树枝晶。如图12-21所所示。示。 低熔点物质将会被推向焊缝最低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析。后结晶部位，形成成分偏析。金属工艺学294.1.3 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊接应力与变形产生的原因：焊接应力与变形产生的原因：焊接过程的加热和冷却受到周

26、围冷金属焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。的拘束，不能自由膨胀和收缩。与铸件的变形比较与铸件的变形比较金属工艺学30焊接应力与变形产生焊接应力与变形产生当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无残余变形。当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。金属工艺学31焊接应力与变形的产生焊接应力与变形的产生金属工艺学32v焊件焊后的变焊件焊后的变形形式主要有：形形式主要有：尺寸收缩、角变尺寸收缩、角变形、弯曲变形、形、弯曲变形

27、、扭曲变形、波浪扭曲变形、波浪变形变形等。等。金属工艺学33v焊接变形与应力的危害焊接变形与应力的危害 工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。不利影响。v 产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。v 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力

28、腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹。v 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。接变形和应力是十分必要的。金属工艺学34焊接应力的防止及消除焊接应力的防止及消除采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图12-26a）。而图）。而图12-26b）因先焊焊缝）因先焊焊缝1导致对焊缝导致对焊缝2的拘束度增加，而增大残余应力。的拘束度增加，而增大残余应力。金属工艺学35

29、焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。以减小焊接局部加热，从而减少焊接应力。 采用小能采用小能量，多层焊，量，多层焊，也可减少焊缝也可减少焊缝应力。应力。 焊前预热焊前预热可以减少工件可以减少工件温差，也能减温差，也能减少残余应力。少残余应力。金属工艺学36退火退火消除残余应力消除残余应力 当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。长，也能减少焊接残余应力。 焊后进行消除应力的焊后进行消除应力的退火退火可消除残余应力。可消除残余应力。金属工艺学37

30、 焊缝对称布置，如图焊缝对称布置，如图12-2712-27所示。所示。 v采用采用反变形反变形方法方法( (图图12-28)12-28)。 焊接变形的防止和消除焊接变形的防止和消除金属工艺学38焊接变形的防止和消除焊接变形的防止和消除采用采用对称焊对称焊（图（图10-20）和）和分段倒退焊分段倒退焊（图（图10-21） 合理布置焊缝合理布置焊缝合理设计焊缝合理设计焊缝金属工艺学39采用采用多层多道焊多层多道焊（图（图12-31），能减少焊接变形。），能减少焊接变形。 采用焊前采用焊前刚性固定刚性固定组装组装焊接，限制产生焊接变焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大形，但这样会产生较大的焊接应

31、力。采用定位的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变焊组装也可防止焊接变形。形。金属工艺学40合理安排焊接次序合理安排焊接次序扭曲裂纹扭曲裂纹金属工艺学41消除变形的方法消除变形的方法防止角变形防止角变形防止扭曲变形防止扭曲变形金属工艺学42消除变形的方法消除变形的方法严重的焊接变形应消除，常采用严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法机械矫正法，通常只适于塑性好，通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。的低碳钢和普通低合金钢。v火焰矫正法火焰矫正法是利用火焰加热的是利用火焰加热的热变形方法，一般也仅适用于塑热变形方法，一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。性好，且无淬硬倾向的材料。金属工艺

32、学43矫正变形的方法矫正变形的方法返回金属工艺学44思考思考题题1 1、从减少焊接应力考虑，拼焊如题图、从减少焊接应力考虑，拼焊如题图1 1所所示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在示的钢板时，应怎样确定焊接顺序？试在图中标出，并说明理由。图中标出，并说明理由。图图1金属工艺学454.1.4 4.1.4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺v4.1.4.1 4.1.4.1 手弧焊（略）手弧焊（略）v4.1.4.2 4.1.4.2 埋弧焊埋弧焊v4.1.4.3 4.1.4.3 气体保护焊气体保护焊v4.1.4.4 4.1.4.4 二氧化碳焊二氧化碳焊v4.1.4.5 4.1.4.5 电渣焊电渣焊v4.1.

33、4.6 4.1.4.6 等离子弧焊等离子弧焊v4.1.4.7 4.1.4.7 电子束焊电子束焊v4.1.4.8 4.1.4.8 激光激光金属工艺学464.1.4.2 4.1.4.2 埋弧焊埋弧焊v埋弧焊的原理及特点埋弧焊的原理及特点v埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高（接，生产率高（图

34、图12-45）；金属利用率，焊接质）；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接焊缝的焊接金属工艺学47埋弧自动焊埋弧自动焊金属工艺学48埋弧自动焊工艺过程埋弧自动焊工艺过程金属工艺学49埋弧自动焊过程埋弧自动焊过程金属工艺学50埋弧自动焊开坡口埋弧自动焊开坡口金属工艺学51v2埋弧焊的工艺埋弧焊的工艺v(1)焊前准备焊前准备v板厚小于板厚小于14mm时，可不开坡口；时，可不开坡口；v板厚为板厚为1422mm时，应开时，应开Y型坡口；型坡口；v板厚为板厚为2250mm时，可开双时，可开双Y型或型或U型坡口。型坡口。vY型和双

35、型和双Y型坡口的角度为型坡口的角度为5060（图图12-46）。）。金属工艺学52焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板引弧板和熄弧板和熄弧板（图（图12-4712-47），以防止起弧和熄弧时），以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中工件焊缝之中金属工艺学53v(2)平板对接焊平板对接焊 一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单

36、面焊双面成型（用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型（图图12-48）。）。v(3) 环焊缝环焊缝 焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距离离e（图图12-49），以防止熔池金属的流淌。一般偏离距），以防止熔池金属的流淌。一般偏离距离为离为2040mm，直径小于，直径小于250mm的环缝一般不采用的环缝一般不采用埋弧自动焊。埋弧自动焊。v(4)多丝埋弧焊多丝埋弧焊 同时有两个以上焊丝起弧焊接，焊接速度高，焊缝成同时有两个以上焊丝起弧焊接，焊接速度高，焊缝成型好（型好（图图12-50）。前一电弧保证熔深，后续电弧调节）。前一电弧保证熔深，后续电弧

37、调节熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。金属工艺学54各种埋弧焊工艺各种埋弧焊工艺金属工艺学55v埋弧焊的应用埋弧焊的应用 埋弧焊主要用于压力容器埋弧焊主要用于压力容器的的环缝焊和直缝焊环缝焊和直缝焊，锅炉，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接机械（高炉炉身）的焊接。金属工艺学564.1.4.3 4.1.4.3 气体保护焊气体保护焊v1 1氩弧焊氩弧焊 利用氩气保护电弧热源及焊缝区进行焊接。利用氩气保护电弧热源及焊缝区进行焊接。v(1)

38、(1) 钨极氩弧焊钨极氩弧焊v以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点以钨钍合金和钨铈合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊，如的特点，形成不熔化极氩弧焊，如图图12-2512-25所示。所示。金属工艺学57熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊17金属工艺学58金属工艺学59环焊缝焊接环焊缝焊接不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊金属工艺学60v(2)熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊v以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝熔滴通常呈很细颗粒的焊丝熔滴通常呈很细颗

39、粒的“喷射过渡喷射过渡”进入熔池（进入熔池（图图12-52），所用电流比较大，生产率高。），所用电流比较大，生产率高。v板厚板厚8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常采用焊通常采用直流反接，直流反接，这对于焊铝工件正好有这对于焊铝工件正好有“阴极破阴极破碎碎”作用。作用。金属工艺学61熔化极氩弧焊过程熔化极氩弧焊过程金属工艺学62氩弧焊工艺过程氩弧焊工艺过程金属工艺学63v(3)脉冲氩弧焊脉冲氩弧焊 将电流波形调制成脉冲形式（图），用高脉冲将电流波形调制成脉冲形式（图），用高脉冲来焊接，低脉冲用来维弧和凝固，可控制焊缝来焊接，低脉冲用来维弧和凝

40、固，可控制焊缝的尺寸与焊接质量。的尺寸与焊接质量。v(4)氩弧焊的特点及应用氩弧焊的特点及应用v 机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成型美观。量优良，焊缝成型美观。v 电弧稳定，可实现单面焊双面成型。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。v 可全位置自动焊接。可全位置自动焊接。v 氩气贵，成本高。氩气贵，成本高。 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。焊接。如铝、钛和不锈钢等。返回返回金属工艺学644.1.4.4 4.1.4.4 二氧化碳焊二氧化碳焊 以以CO2CO2为保护气体，

41、用焊丝为电极引燃电弧，为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。实现半自动焊或自动焊。 v(1)CO2气体气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但果好。但CO2在高温下易分解为在高温下易分解为CO和和O，导致，导致合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和合金元素的氧化，熔池金属的飞溅和CO气孔。气孔。焊接用焊接用CO2纯度要大于纯度要大于99.8%。金属工艺学65CO2 CO2 焊时的飞溅焊时的飞溅金属工艺学66二氧化碳焊工艺过程二氧化碳焊工艺过程金属工艺学67v(2)CO2 焊时的飞溅焊时的飞溅 CO2+Fe = FeO+COvFeOFe

42、O进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应应：FeOFeO+C = Fe+CO +C = Fe+CO 生成的生成的COCO在熔池和熔滴内在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。体积急剧膨胀而爆破，导致飞溅。v(3)防止飞溅的措施防止飞溅的措施vCO2CO2焊常用焊常用H08Mn2SiAH08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。焊丝来进行脱氧，合金化。v采用短路过渡和细颗粒过渡。采用短路过渡和细颗粒过渡。v为使电弧稳定，飞溅少，为使电弧稳定，飞溅少，CO2CO2焊采用焊采用直流反接直流反接。v采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。采用含硅、锰、钛、铝的焊

43、丝，防止铁的氧化。v采用药芯焊丝。采用药芯焊丝。 vCO2CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。返回返回金属工艺学684.1.4.5 4.1.4.5 电渣焊电渣焊v利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔利用电流通过熔渣时产生的电阻热加热和熔化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。化焊丝和母材来进行焊接的一种熔化焊方法。分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊分为丝极、板极、熔嘴和熔管电渣焊。v1电渣焊的结晶特点电渣焊的结晶特点v电渣焊的线能量大，加热和冷却速度低，高温停留时电渣焊的线能量

44、大，加热和冷却速度低，高温停留时间长，所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝间长，所以电渣焊焊缝的一次结晶晶粒为粗大的树枝状组织，热影响区也严重过热。状组织，热影响区也严重过热。v在焊接低碳钢时焊缝和近缝区产生粗大的魏氏组织。在焊接低碳钢时焊缝和近缝区产生粗大的魏氏组织。为了改善焊接接头的力学性能，焊后要进行（正火）为了改善焊接接头的力学性能，焊后要进行（正火）热处理热处理.金属工艺学69电渣焊方法电渣焊方法金属工艺学70电渣焊工艺过程电渣焊工艺过程金属工艺学71电渣焊中心偏电渣焊中心偏析析v电渣焊时，焊缝成型系数为熔池宽度与深度之比。焊缝成型系数越小，则电渣焊时，焊缝成型系数为熔池宽度与深

45、度之比。焊缝成型系数越小，则表征焊缝中一次结晶晶粒主轴与焊缝轴线近于垂直，焊缝中心偏析越严重，表征焊缝中一次结晶晶粒主轴与焊缝轴线近于垂直，焊缝中心偏析越严重，产生中心热裂纹的敏感性越大。电渣焊时的成型系数一般为产生中心热裂纹的敏感性越大。电渣焊时的成型系数一般为24左右，以左右，以防止中心偏析防止中心偏析（图（图12-56）。）。金属工艺学72v2电渣焊工艺特点电渣焊工艺特点 电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点：电渣焊与一般电弧焊相比有如下优点：v 电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。电渣焊可一次焊接很厚的工件，故焊接生产率高。v 电渣焊只需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中电渣焊只

46、需留有一定的间隙而不开坡口，焊接过程中焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚焊剂、焊丝和电能的消耗量均比埋弧焊低，而且工件厚度越大效果越明显。度越大效果越明显。v 电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂电渣焊时金属熔池的凝固速率低，熔池中的气体和杂质较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较质较易浮出，故电渣焊焊缝产生气孔，夹渣的倾向性较低。低。v 渣池的热容量大，对电流的波动敏感性小，电流密度渣池的热容量大，对电流的波动敏感性小，电流密度可在较大的范围内变化（可在较大的范围内变化（0.20.2300A/mm2300A/mm2）。）。v 电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊

47、接易淬火钢时，电渣焊时，一般不需预热。用电渣焊焊接易淬火钢时，产生淬火裂纹的倾向小。产生淬火裂纹的倾向小。 金属工艺学734.1.4 熔焊方法及工艺熔焊方法及工艺返回返回广泛用于锅炉制造，重型机械和石油化工等行业。电广泛用于锅炉制造，重型机械和石油化工等行业。电渣焊除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢以及渣焊除焊接碳钢、低合金、中合金钢和高合金钢以及铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛铸铁外，也可用来焊接铝及铝合金、镁合金、钛及钛合金和铜。合金和铜。金属工艺学744.1.4.6 4.1.4.6 等离子弧焊等离子弧焊v利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时利用机械压缩效应（电弧通过

48、喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流离子和电子往弧柱中冷却下，带电粒子流离子和电子往弧柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离子体，如子体，如图图12-59所示。所示。v等离子弧温度高达等离子弧温度高达24000K以上，能量密度可达以上，能量密度可达105106W/cm2，因而可一次性熔化较厚的，因而可一次性熔化较厚的

49、材料。等离子弧可用于焊接和切割。材料。等离子弧可用于焊接和切割。金属工艺学75等离子弧焊原理等离子弧焊原理v等离子弧温度等离子弧温度高达高达24000K以以上，能量密度上，能量密度可可105106W/cm2，因，因而可一次性熔而可一次性熔化较厚的材料。化较厚的材料。等离子弧可用等离子弧可用于于焊接和切割焊接和切割。金属工艺学76等离子弧的形成等离子弧的形成金属工艺学77等离子弧焊过程等离子弧焊过程金属工艺学78等离子弧切割等离子弧切割金属工艺学79v1等离子弧焊接工艺等离子弧焊接工艺v(1) 穿孔型穿孔型等离子弧焊接等离子弧焊接 在大电流在大电流(100300A)和大的离子气流量的工和大的离子

50、气流量的工艺参数条件下艺参数条件下,利用穿孔焊接可在不用衬垫的情利用穿孔焊接可在不用衬垫的情况下实现单面焊双面成形，因而受到特别重视况下实现单面焊双面成形，因而受到特别重视（图图12-60）。）。金属工艺学80穿孔型等离子弧焊接穿孔型等离子弧焊接v穿孔型等离子弧焊穿孔型等离子弧焊接最适用于焊接接最适用于焊接38 mm 不锈钢，不锈钢，12mm以下钛合金，以下钛合金，2-6mm低碳钢或低合金钢，低碳钢或低合金钢，以及铜、黄铜、镍及以及铜、黄铜、镍及镍基合金的对接缝。镍基合金的对接缝。可实现不开坡口，不可实现不开坡口，不加填充金属，不用衬加填充金属，不用衬垫的单面焊双面型。垫的单面焊双面型。厚度大