机械工艺制造基础课程焊接改进精选文档.ppt
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1、机械工艺制造基础课程焊接改进本讲稿第一页,共六十六页b焊接成形原理:焊接成形原理:焊接是指用加热或加压等工艺措施,使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用,从而形成不可折卸接头的材料成形方法。b焊接成形特点:焊接成形特点:(1)可化大而复杂的结构为小而简单的坯料拼焊,简化了工艺,降低了成本。(2)可实现不同材料间的连接成形。3.1 3.1 概述概述本讲稿第二页,共六十六页本讲稿第三页,共六十六页(3)可实现特殊结构的生产。(4)与铆接相比,焊接结构重量轻,可以减轻机器自重,提高运载能力和行驶性能。但不可拆卸,易引起残余应力,焊缝易产生裂纹、气孔等缺陷,因此,应特别注意焊缝品质的检验,否则易造成恶
2、性事故。本讲稿第四页,共六十六页b焊接工艺的分类:焊接工艺的分类:根据焊接过程的工艺特点,可将焊接分为:熔化焊熔化焊 压力焊压力焊 钎焊钎焊 电弧焊 电阻焊 软钎焊 电渣焊 摩擦焊 硬钎焊 电子束焊 超声波焊 激光焊 爆炸焊 等离子弧焊 扩散焊 高频焊本讲稿第五页,共六十六页b焊接在工业中的应用:焊接在工业中的应用:(1)金属结构的焊接。如锅炉、压力容器、管道、桥梁、海洋平台和起重机等,船舶、车辆、飞机、火箭的梁架和外壳。本讲稿第六页,共六十六页(2)机械零件的焊接。如轴、齿轮、锻模和刀具等。本讲稿第七页,共六十六页3.2 3.2 焊接工艺的基本原理焊接工艺的基本原理本讲稿第八页,共六十六页3
3、.2.1 3.2.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程1 1、熔焊本质及特点:、熔焊本质及特点:熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造,是金属熔化与结晶的过程。本讲稿第九页,共六十六页 熔池存在时间短,温度高;冶金过程进行不充分,氧化严重;热影响区大。冷却速度快,结晶后易生成粗大的柱状晶。2、熔化焊的三要素:、熔化焊的三要素:1)热源: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、电子束和激光。3.2.1 3.2.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程本讲稿第十页,共六十六页2)熔池的保护:可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化,并进行脱氧、脱硫和脱磷,
4、给熔池过渡合金元素。3)填充金属:保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到机械性能和其它性能的要求,主要有焊芯和焊丝。3.2.1 3.2.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程本讲稿第十一页,共六十六页b 热源:(1)电弧:是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧三个区:阴极区、阳极区和弧柱区。阴极区-电子发射区。阳极区-接收电子。弧柱区-气体电离区。3.2.1 3.2.1 熔焊原理及过程熔焊原理及过程本讲稿第十二页,共六十六页电弧的温度:弧柱区60008000K,阳极区2600K,阴极区2400K。本讲稿第十三页,共六十六页2、熔池的保护渣保护:1渣保护:本讲稿第十四页,共六十六页(2)
5、气保护:2、熔池的保护气保护:本讲稿第十五页,共六十六页2 2、熔池的保护、熔池的保护渣气联合保护:渣气联合保护:(3)渣气联合保护:利用渣的良好的冶金反应和焊缝成形特点,以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用,可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及CO2+药芯。本讲稿第十六页,共六十六页3、填充金属:当焊缝较宽时,靠母材的熔化不能填满焊缝,这时,必须用焊丝填满。另外,为了提高焊缝性能,使焊缝与母材等强度,必须用焊丝过渡合金元素。本讲稿第十七页,共六十六页手工电弧焊的焊条手工电弧焊的焊条药皮:药皮成分:稳弧剂、合金化剂、脱氧剂、去氢剂、粘结剂等。药皮类型:酸性药皮与碱性药皮。酸性药皮工艺性好,碱
6、性药皮工艺性差;碱性药皮焊缝含氢量低,焊接质量好。本讲稿第十八页,共六十六页 常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。如H08、H08A、H08MnA。H代表焊接用钢丝,其后的两位数字代表含碳量的万分之几;A为高级优质钢;E代表特级优质钢。本讲稿第十九页,共六十六页第二节第二节 焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能一、焊接热循环:焊接热循环:焊接热循环焊接热循环-焊缝及其附近的母材经受的加热和冷焊缝及其附近的母材经受的加热和冷却作用。却作用。焊接热影响区焊接热影响区-受焊接热循环的影响,焊缝附近的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域。母材因焊接热作用
7、发生组织或性能变化的区域。熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线,熔合线两侧有一个熔焊焊缝和母材的交界线叫熔合线,熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区,叫熔合区,也称半熔很窄的焊缝与热影响区的过渡区,叫熔合区,也称半熔化区。化区。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。本讲稿第二十页,共六十六页二、焊缝的组织和性能:成分偏析:宏观偏析的分布与焊缝成型系数B/H有关。当B/H很小时,易形成中心线偏析,产生热裂纹。焊缝金属的宏观组织形态是柱状晶、晶粒粗、成分偏析严重、组织不致密。但由于焊接冷却快,化学成分控制严格,碳、磷、硫等含量低,通过渗合金调整焊缝的化学
8、成分,使其有一定的合金元素,这样焊缝金属的强度可与母材相当。a)B/H较大 b)B/H较小图3-5 焊缝结晶过程本讲稿第二十一页,共六十六页低碳钢的热影响区:1)过热区:1100以上,晶粒粗大,塑性差。2)正火区:850-1100晶粒细小,性能好。3)部分相变区:700-850,晶粒大小不均,性能较差。三、热影响区与熔合区的组织和性能:三、热影响区与熔合区的组织和性能:本讲稿第二十二页,共六十六页本讲稿第二十三页,共六十六页熔合区成分不均,组织为粗大的过热组织或淬硬组织,是焊接接头中的最差的部位。三、热影响区与熔合区的组织和性能:三、热影响区与熔合区的组织和性能:本讲稿第二十四页,共六十六页1
9、)焊剂与焊丝:直接影响焊缝的化学成分。2)焊接方法:不同的热源,温度高低和热量集中程度不同。3)焊接工艺参数:电流、电压、焊接速度和线能量(单位长度焊缝上的能量E=IU/),直接影响输入焊接接头的热量大小。4)熔合比(Fm/Ft):是指母材在焊缝中所占的百分数,将影响焊缝的化学成分。Fm Ft5)焊后热处理:四、影响焊接接头性能的因素:本讲稿第二十五页,共六十六页 第三节 焊接变形和焊接应力一、焊接应力与变形产生的原因:自由膨胀和收缩 刚性夹持 局部约束加热时冷却后加热前本讲稿第二十六页,共六十六页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,当拘束很大时(如大平板对接),则会
10、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。第三节第三节 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力本讲稿第二十七页,共六十六页 第三节第三节 焊接变形和焊接应力焊接变形和焊接应力焊件焊后的变形形式主要有尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。本讲稿第二十八页,共六十六页二、焊接变形与应力的危害:二、焊接变形与应力的危害: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。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,应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态,在一
11、定条件下会衰减而产生一定的变形,使构件尺寸不稳定。本讲稿第二十九页,共六十六页三、焊接应力和变形的防止:1、焊接应力的防止及消除: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。采取合理的焊接顺序,使焊缝能够自由地收缩,以减少应力。采用小线能量,多层焊,也可减少焊缝应力。1221本讲稿第三十页,共六十六页三、焊接应力和变形的防止:焊前预热可以减少工件温差,也能减少残余应力。焊后进行去应力退火可消除残余应力。2、焊接变形的防止及消除:焊缝不要有密集交叉,以减少焊接局部加热;还可对称布置焊缝,使变形互相抵消。焊接工艺上,采用高能量密度的热源、采用小线能量焊接规范、分
12、段倒退焊、多层多道焊都能减少焊接变形。本讲稿第三十一页,共六十六页三、焊接应力和变形的防止:111122本讲稿第三十二页,共六十六页采用反变形方法:三、焊接应力和变形的防止:采用焊前刚性固定组装焊接,限制产生焊接变形,但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。焊前反变形焊前反变形焊后焊后焊前预弯反变形焊前预弯反变形焊后焊后本讲稿第三十三页,共六十六页三、焊接应力和变形的防止:焊前预热,焊接过程中采用散热措施,锤击还处在高温的焊缝等都能减少焊接变形。本讲稿第三十四页,共六十六页严重的焊接变形应消除,常采用机械矫正法,通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法是利用火焰加
13、热的热变形方法,一般也仅适用于塑性好,且无淬硬倾向的材料。三、焊接应力和变形的防止:本讲稿第三十五页,共六十六页第四节 焊接缺陷 焊接接头的不完整性称焊接缺陷。主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷。本讲稿第三十六页,共六十六页第四节 焊接缺陷一、焊接裂纹:1、热裂纹:b 特征:发生在焊缝区,在焊缝结晶过程中形成,叫结晶裂纹。发生在热影响区,在加热到过热温度时因晶间低熔点杂质发生熔化而产生,叫液化裂纹。裂纹沿晶间开裂,有氧化色彩。b 产生原因:晶间存在液态薄膜;接头存在拉应力。b 防止措施:控制低熔点杂质,S、P等;适当提高焊缝成形系数,防止中心偏析;碳含量应在0.10%以下;减小焊
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