焊接冶金课件说课材料.ppt
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1、焊接冶金课件1 1、焊接的本质和途径、焊接的本质和途径 焊接是通过焊接是通过加热加热或或加压加压或者或者两者并用两者并用,并且用或不,并且用或不用填充材料,使被焊材料形成永久连接的一种工艺。焊用填充材料,使被焊材料形成永久连接的一种工艺。焊接的本质是使焊件达到原子间的结合接的本质是使焊件达到原子间的结合。焊件可以是金属焊件可以是金属材料,也可以是非金属材料,如塑料、陶瓷等。材料,也可以是非金属材料,如塑料、陶瓷等。原子间的作用力与距离的关系原子间的作用力与距离的关系2 2、焊接接头及其形成过程、焊接接头及其形成过程焊接接头焊接接头 指被焊材料经焊接之后发生组织和性指被焊材料经焊接之后发生组织和
2、性能发生变化的区域。由焊缝、融合区和热能发生变化的区域。由焊缝、融合区和热影响区构成。影响区构成。焊缝焊缝:一般由熔化的被焊材料和添加材料经凝固一般由熔化的被焊材料和添加材料经凝固 后形成的,组织和性能均不同于母材。后形成的,组织和性能均不同于母材。融合区:是焊缝与热影响区的分界线。融合区:是焊缝与热影响区的分界线。热影响区:母材组织和性能发生变化,但未熔化。热影响区:母材组织和性能发生变化,但未熔化。焊接接头的形成过程焊接接头的形成过程1、焊接热过程、焊接热过程2、固液状态演变过程、固液状态演变过程3、焊接化学冶金过程、焊接化学冶金过程4、固态相变过程、固态相变过程3 3、焊接方法的种类和特
3、点、焊接方法的种类和特点焊接分类:焊接分类:熔焊:气焊、电弧焊、高能束流焊熔焊:气焊、电弧焊、高能束流焊 、电渣焊电渣焊压焊:电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、超压焊:电阻焊、摩擦焊、爆炸焊、超声波焊、扩散焊声波焊、扩散焊钎焊钎焊气焊利用气体燃烧的火焰作为热源的焊接方法。乙炔(C2H2)是最常用的可燃气体。氧和乙炔燃烧的化学过程是:2C2H2+5O24CO+2H2+3O2+热量4CO2+2H2O+热量。氧乙炔火焰生成的氢和二氧化碳对熔化金属有一定的保护作用。气焊设备简单、操作灵活方便,火焰易于控制,不需要电源。所以气焊主要用于焊接厚度小于3mm以下的低碳钢薄板,铜、铝等有色金属及其合金,以及铸铁的焊补等
4、。此外,也适用于没有电源的野外作业。气焊火焰的温度低,热量分散,加热速度缓慢,故生产率低,工件变形严重,焊接的热影响区大,焊接接头质量不高。气焊火焰气焊火焰中性焰中性焰氧化焰氧化焰碳化焰碳化焰中性焰:如图所示,氧气和乙炔的体积混合比为中性焰:如图所示,氧气和乙炔的体积混合比为1.11.2时燃烧所形成的火焰称为中性焰,又称为时燃烧所形成的火焰称为中性焰,又称为正常焰。它由焰心、内焰和外焰三部分构成。中正常焰。它由焰心、内焰和外焰三部分构成。中性焰在距离焰心前面性焰在距离焰心前面14mm处温度最高,可达处温度最高,可达3150。中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、普。中性焰适用于焊接低碳钢、中碳钢、普
5、通低合金钢、不锈钢、紫铜、铝及铝合金等金属通低合金钢、不锈钢、紫铜、铝及铝合金等金属材料。材料。碳化焰:如图所示,碳化焰是指氧和乙炔碳化焰:如图所示,碳化焰是指氧和乙炔的体积混合比小于的体积混合比小于1.1时燃烧形成的火焰。时燃烧形成的火焰。由于氧气较少,燃烧不完全,过量的乙炔由于氧气较少,燃烧不完全,过量的乙炔分解为碳和氢,其中碳会渗到熔池中造成分解为碳和氢,其中碳会渗到熔池中造成焊缝增碳。碳化焰比中性焰的火焰长,也焊缝增碳。碳化焰比中性焰的火焰长,也由焰心、内焰和外焰构成,其明显特征是由焰心、内焰和外焰构成,其明显特征是内焰呈乳白色。碳化焰最高温度为内焰呈乳白色。碳化焰最高温度为27003
6、000。碳化焰适于焊接高碳钢、铸。碳化焰适于焊接高碳钢、铸铁和硬质合金等材料铁和硬质合金等材料。氧化焰:如图所示氧和乙炔的体积混合比氧化焰:如图所示氧和乙炔的体积混合比大于大于1.2时燃烧所形成的火焰称为氧化焰。时燃烧所形成的火焰称为氧化焰。氧化焰比中性焰短,分为焰心和外焰两部氧化焰比中性焰短,分为焰心和外焰两部分。由于火焰中有过量的氧,故对熔池金分。由于火焰中有过量的氧,故对熔池金属有强烈的氧化作用,一般气焊时不宜采属有强烈的氧化作用,一般气焊时不宜采用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才采用用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时才采用轻微氧化焰,以利用其氧化性,在熔池表轻微氧化焰,以利用其氧化性,在熔池
7、表面形成一层氧化物薄膜,减少低沸点的锌面形成一层氧化物薄膜,减少低沸点的锌的蒸发。的蒸发。氧化焰的最高温度为氧化焰的最高温度为31003300。电电弧弧焊焊电弧的实质是电极与工件之间的气体介电弧的实质是电极与工件之间的气体介质产生强烈持久的放电现象,是气体放电质产生强烈持久的放电现象,是气体放电的一种特殊的一种特殊形式形式。电弧放电过程是将电能转换成热能,伴电弧放电过程是将电能转换成热能,伴有强烈的弧光。有强烈的弧光。(1 1)焊条电弧焊焊条电弧焊1 1 基本原理基本原理 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法。用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法。手工手工电弧电弧焊有以下焊有以下特点特点:(1 1)操
8、作方便,适应性强。适用于各种钢种、各种)操作方便,适应性强。适用于各种钢种、各种厚度、各种位置和各种结构的焊接。特别是对不规厚度、各种位置和各种结构的焊接。特别是对不规则的焊缝、短焊缝、仰焊缝、高空和位置狭窄的焊则的焊缝、短焊缝、仰焊缝、高空和位置狭窄的焊缝,均能操作自如。缝,均能操作自如。(2 2)焊接质量好。因)焊接质量好。因电弧电弧温度高,焊接速度较快,温度高,焊接速度较快,热影响区小,焊接接头的机械性能较为理想。热影响区小,焊接接头的机械性能较为理想。(3 3)易于分散应力和控制变形。采用手工)易于分散应力和控制变形。采用手工电弧电弧焊,焊,可以通过工艺调整,来减少变形和改善应力分布。
9、可以通过工艺调整,来减少变形和改善应力分布。(4 4)设备简单,使用维护方便。)设备简单,使用维护方便。(5 5)由于手工操作,生产效率低,焊工的劳动强度)由于手工操作,生产效率低,焊工的劳动强度也比较大。也比较大。(6 6)焊接质量不稳定。手工)焊接质量不稳定。手工电弧电弧焊的焊接质量,与焊的焊接质量,与焊工的技能有关,这是手工焊工的技能有关,这是手工电弧电弧焊的最大缺点。焊的最大缺点。当今生产效率较高的机械化焊接方法之一,当今生产效率较高的机械化焊接方法之一,又称焊剂层下自动电弧焊。电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法,它是利用电电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法,它是利用电气及机械装置控制送丝和移
10、动电弧的一种焊接方法。气及机械装置控制送丝和移动电弧的一种焊接方法。(2 2)埋)埋 弧弧 自自 动动 焊焊埋弧自动焊的特点和应用埋弧自动焊的特点和应用1)生产率高2)焊缝质量好3)成本低4)劳动条件好5)适应性差6)对焊前准备要求严7)焊接设备较复杂,设备费一次投资较大 (3 3)熔化极气体保护焊)熔化极气体保护焊利用连续送进的焊丝与焊件之间燃烧的电孤利用连续送进的焊丝与焊件之间燃烧的电孤作热源,由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进作热源,由焊炬喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接。行焊接。常用的保护气体有氩气、氦气、二氧化碳气常用的保护气体有氩气、氦气、二氧化碳气或这些气体的混合气。或这些气体的混
11、合气。以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气以氩气或氦气为保护气时称为熔化极惰性气体保护电弧焊,在国际上简称为,体保护电弧焊,在国际上简称为,MIG焊;焊;以惰性气体与氧化性气体以惰性气体与氧化性气体(O2、CO2)混合气混合气为保护气时、或以为保护气时、或以CO2气体或气体或CO2O2混合气为混合气为保护气时,统称为熔化极活性气体保护电弧焊,保护气时,统称为熔化极活性气体保护电弧焊,在国际上简称为在国际上简称为MAG焊。焊。基本原理基本原理用连续送进的焊用连续送进的焊丝与被焊工件之丝与被焊工件之间燃烧的电弧作间燃烧的电弧作为热源来熔化焊为热源来熔化焊丝与母材金属,丝与母材金属,通过焊枪喷嘴输
12、通过焊枪喷嘴输送保护气体。送保护气体。熔化极气体保护电弧焊的主要优点:熔化极气体保护电弧焊的主要优点:l方便地进行各种位置的方便地进行各种位置的焊接焊接l速度较快速度较快l熔敷率较高熔敷率较高l可适用于大部分主要金属,包括碳钢、合金钢。可适用于大部分主要金属,包括碳钢、合金钢。l熔化极惰性气体保护焊适用于焊接不锈钢、铝、熔化极惰性气体保护焊适用于焊接不锈钢、铝、镁、铜、钛、锆及镍合金。镁、铜、钛、锆及镍合金。MIG:Metal Inert-Gas arc welding MAG:Metal Active-Gas arc welding(4 4)钨极氩弧焊钨极氩弧焊 (TIG)(TIG)T Tu
13、ngsten ungsten I InertnertG Gas arc weldingas arc welding 基本原理基本原理也称也称非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊,利,利用惰性气体作保护气体,电极用难熔金用惰性气体作保护气体,电极用难熔金属(钨或钨合金)棒,焊件作为另一个属(钨或钨合金)棒,焊件作为另一个电极。通过钨极与焊件之间产生的电弧电极。通过钨极与焊件之间产生的电弧加热和熔化焊件及填充金属,形成焊接加热和熔化焊件及填充金属,形成焊接接头。接头。工艺特点工艺特点保护效果好,焊接质量高;保护效果好,焊接质量高;焊接应力变形小;焊接应力变形小;操作方便,适用于空间各种位置焊接操作方便,适
14、用于空间各种位置焊接电弧稳定电弧稳定焊接成本高焊接成本高设备复杂设备复杂对表面清理要求高对表面清理要求高适用于不锈钢、耐热钢及铜、钛、适用于不锈钢、耐热钢及铜、钛、铝、镁等有色金属的(铝、镁等有色金属的(3mm3mm)薄板)薄板焊接或重要构件的打底焊焊接或重要构件的打底焊用等离子弧作为热源的焊接方法。气体由电弧加热产生离解,在高速通过水冷喷嘴时受到压缩,增大能量密度和离解度,形成等离子弧。它的稳定性、发热量和温度都高于一般电弧,因而具有较大的熔透力和焊接速度。形成等离子弧的气体和它周围的保护气体一般用氩。根据各种工件的材料性质,也有使用氦或氩氦、氩氢等混合气体的。等离子弧焊接属于高质量焊接方法
15、。焊缝的深/宽比大,热影响区窄,工件变形小,可焊材料种类多。(5 5)等离子弧)等离子弧焊焊等离子弧焊接的特点:等离子弧焊接的特点:(1 1)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。)微束等离子弧焊可以焊接箔材和薄板。(2 2)具有小孔效应,较好实现单面焊双面自由成形。)具有小孔效应,较好实现单面焊双面自由成形。(3 3)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,)等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透能力强,101012mm12mm厚度钢材可不开坡口,能一次焊透,双面成厚度钢材可不开坡口,能一次焊透,双面成形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。形,焊接速度快,生产率高,应力变形小。(4 4)设备比
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