第四章焊接成形课件.ppt
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1、第四章 焊接成形第四章 焊接成形4.1 4.1 焊接基本原理焊接基本原理4.2 4.2 常用焊接方法常用焊接方法4.3 4.3 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接4.4 4.4 焊件结构工艺性焊件结构工艺性概 述l1、金属焊接成形 用用加加热热、加加压压等等工工艺艺措措施施,使使两两分分离离表表面面产产生生原原子子间间的的结结合与扩散作用,从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。合与扩散作用,从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。l2、焊接成形的特点(1 1)与与铸铸钢钢结结构构件件相相比比,可可节节约约材材料料、减减轻轻重重量量、降降低低成本;成本;(2 2)对一些单件大型零件可以以小拼大,简化
2、制造工艺;)对一些单件大型零件可以以小拼大,简化制造工艺;(3 3)可可修修补补铸铸锻锻件件的的缺缺陷陷和和局局部部损损坏坏的的零零件件,经经济济意意义义重大;重大;(4 4)接头致密性高,连接性能好;)接头致密性高,连接性能好;(5 5)容易产生焊接变形、焊接应力及焊接缺陷等。)容易产生焊接变形、焊接应力及焊接缺陷等。l3、主要焊接方法 熔熔焊焊将将两两个个焊焊件件局局部部连连接接处处加加热热至至熔熔化化状状态态,并并加加入入填填充充金金属属形形成成熔熔池池,待待其其冷冷却却结结晶晶后后形形成成牢牢固固接接头的一个整体的焊接方法。头的一个整体的焊接方法。压压焊焊将将两两个个焊焊件件局局部部连
3、连接接处处施施加加压压力力(不不论论加加热热与与否否),使使其其产产生生塑塑性性变变形形,从从而而焊焊合合成成一一个个整整体体的的焊接方法。焊接方法。钎钎焊焊利利用用对对熔熔点点比比焊焊件件低低的的填填充充金金属属钎钎料料的的加加热热熔熔化化(焊焊件件不不熔熔化化),填填入入接接头头间间隙隙并并与与母母材材通通过过扩扩散接合成一个整体的焊接方法。散接合成一个整体的焊接方法。主要焊接方法主要焊接方法熔熔 焊焊压压 焊焊钎钎 焊焊电电弧弧焊焊电电渣渣焊焊气气 焊焊弧弧焊焊等等离离子子电电阻阻焊焊摩摩擦擦焊焊软软钎钎焊焊硬硬钎钎焊焊点点 焊焊缝缝 焊焊对对 焊焊自动自动半自动半自动焊焊条条电电弧弧焊
4、焊埋埋 弧弧 焊焊气气体体保保护护焊焊氩弧焊氩弧焊CO2焊焊锡锡 焊焊铜铜 焊焊银银 焊焊4.1 焊接的基本原理4.1.1 焊接电弧4.1.2 电弧焊冶金过程的特点4.1.3 焊接接头金属组织与性能的变化4.1.4 焊接应力与变形4.1.1 焊接电弧1、焊接电弧是电极与工件之间的气体介质中长时间而强有力的放电现象。2、焊接电弧的结构 电弧的结构示意图电弧的结构示意图1 1)阴极区:)阴极区:电子发射区,热量约占电子发射区,热量约占36%36%,平均温度平均温度2400K2400K;2 2)阳极区:)阳极区:受电子轰击区域,热量约占受电子轰击区域,热量约占43%43%,平均温度,平均温度2600
5、K2600K;3 3)弧柱区:)弧柱区:阴、阳两极间区域,几乎等阴、阳两极间区域,几乎等于电弧长度,热量于电弧长度,热量21%21%,弧柱中心温度,弧柱中心温度可达可达50008000K50008000K。4.1.1 焊接电弧2600K2400K厚件厚件薄件薄件空载电压?工作电压?电弧长度?4.1.2 焊条电弧焊冶金过程的特点l焊接电弧和熔池的温度高于一般的冶炼温度。导致金属元素蒸发烧损。l金属熔池体积小,高温时间短,导致化学成份不均匀,气体和杂质来不及浮出。易产生气孔和夹渣等缺陷。l空气中的氧与金属发生化学反应,使金属元素烧蚀,同时残留在焊缝金属中,导致气孔夹渣。l空气中的氢、氮留在金属中,
6、使力学性能变脆。焊缝处的力学性能变差焊缝处的力学性能变差保证焊缝质量的措施l造成有效的保护,限制空气进入焊接区。l渗入有用的合金元素,以保证焊缝的化学成分。l进行脱氧、脱硫和脱磷。FeFe2 2O O3 3+MnMnO+2FeO+MnMnO+2FeO FeO+MnMnO+FeFeO+MnMnO+Fe 2FeO+SiSiO 2FeO+SiSiO2 2+2Fe+2FeMnO SiO2加入加入CaO脱硫、脱磷脱硫、脱磷4.1.3 焊接接头组织与性能的变化l温度分布焊接接头组织与性能的变化l焊缝区铸态组织l焊接热影响区 熔合区熔合区铸态组织与过热粗晶组织,性能低。铸态组织与过热粗晶组织,性能低。过热区
7、过热区过热粗晶组织,性能低。过热粗晶组织,性能低。正火区正火区细晶组织,性能高。细晶组织,性能高。部分相变区部分相变区晶粒大小不均匀,性能稍低。晶粒大小不均匀,性能稍低。l重要的焊接结构件应进行正火或退火处理。4.1.4 焊接应力与变形1、焊接应力产生的原因与示例2、减少焊接应力的措施3、焊接变形4、减少焊接变形的措施1、焊接应力产生的原因与示例平板对焊长方长方形钢形钢板边板边缘焊:缘焊:圆筒形环缝圆筒形环缝原原因因:焊焊件件上上温温度度不不均均匀匀热热胀胀冷冷缩缩不不均均匀匀焊焊缝缝处处冷冷却却收收缩缩受受阻阻焊焊缝缝处处受受拉拉应力应力2、减少焊接应力的措施l合理选材、避免焊缝密集交叉、避
8、免焊接面过大、焊缝过长。l选择合理的焊接次序。预热法:预热法:预热到预热到350400C焊后退火处理:焊后退火处理:加热到加热到500650C、之间不能自之间不能自由收缩而开裂由收缩而开裂好好焊接变形l收缩变形:l角变形:l弯曲变形:l扭曲变形:l波浪形变形:减少焊接变形的措施l焊缝对称设计l反变形法l加裕法l刚性夹持法l选择合理的焊接次序不合理不合理矫正矫正机械矫正机械矫正火焰加热矫正火焰加热矫正合理合理对称进行施焊对称进行施焊本节复习与思考题l焊接电弧的产生、电弧区温度高低、空载电压与工作电压、直流正接与反接的应用。l焊条电弧焊冶金过程有何特点?l焊接热影响区组织、性能有何变化?l焊接应力
9、与变形产生的原因是什么?减少焊接应力与变形产生的措施有哪些。4.2 常用焊接方法4.2.1 焊条电弧焊4.2.2 埋弧自动焊4.2.3 氩弧焊4.2.4 气体保护焊4.2.5 气焊与气割4.2.6 钎焊4.2.1 焊条电弧焊1、电焊条的组成与作用2、药皮的组成与作用3、焊条的分类及牌号4、焊条的选用原则5、焊条的选用实例6、焊接工艺参数1、电焊条的组成与作用l电焊条的组成?焊芯的作用:焊芯的作用:焊焊芯起芯起导电和填充焊缝金属的作用。导电和填充焊缝金属的作用。焊芯采用专门冶炼的钢丝制造,常见牌号焊芯采用专门冶炼的钢丝制造,常见牌号H08、H08A、H08E、H08Mn2Si等,直径等,直径1.
10、65mm.药皮的作用药皮的作用:提高电弧的稳定性,改善焊接工艺提高电弧的稳定性,改善焊接工艺性;将空气与熔池隔开以保护熔池;对熔池中金性;将空气与熔池隔开以保护熔池;对熔池中金属脱氧并渗合金;造渣缓冷,进行冶金处理;从属脱氧并渗合金;造渣缓冷,进行冶金处理;从而提高焊缝力学性能。而提高焊缝力学性能。焊芯与药皮焊芯与药皮2、药皮的组成与作用原料种类作 用稳弧剂改善引弧性能,提高电弧燃烧的稳定性。造渣剂造渣、保护焊缝、脱硫脱磷造气剂造成一定量的气体,隔绝空气,保护焊接熔滴与熔池。脱氧剂降低电弧气氛和熔渣的氧化性,脱除金属中的氧,锰还起脱硫作用。合金剂使焊缝金属获得必要的合金成分稀渣剂增加熔渣流动性
11、,降低熔渣粘度粘结剂将药皮牢固的粘结在焊芯上。3、焊条的分类及牌号l按药皮化学性质可分为酸性和碱性(低氢)l按用途不同可分为10大类。即结构钢焊条(J)、低温钢焊条(W)、钼和铬钼耐热钢焊条(R)、不锈钢焊条(A、G)、堆焊焊条(D)、铸铁焊条(Z)、镍和镍合金焊条(Ni)铜及铜合金焊条(T)、铝及铝合金焊条(L)、特殊用途焊条(Ts)酸性焊条碱性焊条熔渣呈酸性保护气体是H2、CO熔渣呈碱性保护气体是CO、CO2电弧稳定、可交、直两用。焊接电流大,焊缝成型好。操作要求不严氟化物降低电弧稳定性、用直流焊接电流小,焊缝成型差。操作要求严药皮成分氧化性强,易烧蚀有用合金,合金元素过渡效果差脱硫、磷能
12、力差、抗裂性差。易产生“白点”,冲击韧性一般。药皮成分有还原性,合金烧蚀少,合金元素过渡效果好脱硫、磷能力好、抗裂性好。冲击韧性高。用于一般钢结构、生产率高。用于锅炉压力容器。的受压元件与重要结构件。焊条牌号焊条类别代码焊条类别代码焊条类别代码药皮类型代号药皮类型代号焊条抗拉强度(焊条抗拉强度(Kg/mm2)J422表示:结构钢焊条,表示:结构钢焊条,焊缝强度不低于焊缝强度不低于420MPa,药皮类型为氧化钛钙型药皮类型为氧化钛钙型4、焊条的选用原则1、等强度原则 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,因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。2、同成分原则 焊接不锈钢或耐热
13、钢等有特殊性能要求的钢材,应选用相应的专用焊条,以保证焊缝金属的主要化学成分与性能和母材相同3、抗裂性要求 容易产生裂纹的结构,如焊件形状复杂、厚度大、刚度大,高强度,受动载荷或冲击载荷,以及低温环境等,应选用抗裂性能优良的碱性焊条。4、抗气孔要求 容易产生气孔的焊件选用酸性焊条。5、低成本要求 在酸、碱性焊条都能满足要求时,选用酸性焊条。l低碳钢与低合金结构钢焊接,可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。l铸钢的含碳量一般都比较高,而且厚度较大,形状复杂,很容易产生焊接裂纹。选用碱性焊条。5、焊条的选用实例l 某工字梁采用 16Mn 钢焊接而成。母材的力学性能和化学成分如下:lb=5
14、20MPa,s=350MPa,5=21%,,40C 时,k=30J/cm2,C=0.2%,Mn=1.6%,Si=0.6%,S0.05%,P0.05%,梁受力大且受冲击载荷,工作温度:-2040C,试选用合适的焊条牌号。l分析:16Mn 钢属低合金结构钢,根据焊条选用原则,应按等强度原则选用。梁受力大,且受冲击载荷,工作温度较抵,是较重要结构,要求冲击韧度好,抗裂性,低温冲击韧度好,应选用耐冲击较好的碱性焊条。5、焊条的选用实例l查阅焊接手册lJ*1、J*5 均为酸性焊条,J*6、J*7 为碱性焊条。l常见牌号有:J422、J426、J427、J502、J506、J507、J553、J556、J
15、557、J606J507的力学性能指示与母材接近的力学性能指示与母材接近。6 6、焊接工艺参数、焊接工艺参数 正确选择焊接工艺参数才能获得优良的焊接接头正确选择焊接工艺参数才能获得优良的焊接接头(1 1)焊条直径)焊条直径d d 根据焊件厚度选择焊条直径根据焊件厚度选择焊条直径焊件厚度(MM)234561212焊条直径23.23.2或4.04或54、5、6(2)焊接电流焊接电流I:I焊焊=(3050)d6 6、焊接工艺参数、焊接工艺参数(3)焊接速度:单位时间内完成的焊缝长度单位时间内完成的焊缝长度电流和焊速对焊缝形状的影响电流和焊速对焊缝形状的影响a a 电流、焊速合适;电流、焊速合适;b
16、b 电流太小;电流太小;c c 电流太大;电流太大;d d 焊速太慢;焊速太慢;e e焊速太快焊速太快6 6、焊接工艺参数、焊接工艺参数(4)(4)焊弧长度 电电弧弧长长度度是是焊焊芯芯端端部部与与熔熔池池之之间间的的距距离离。一一般般要要求求电电弧弧的的长长度度小小于于或或等等于于焊焊条条直直径径。电电弧弧过过长长,燃燃烧烧不不稳稳定定,熔熔深深减减少少,容容易易产产生生焊焊接缺陷。接缺陷。7 7、焊缝空间位置、焊缝空间位置平平 焊焊立立 焊焊横横 焊焊仰仰 焊焊问答:焊接工艺参数有哪些?如何选用?答:焊条直径、焊接电流、运条速度、电弧长度。根据焊件厚度选择焊条直径根据焊件厚度选择焊条直径
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