第四章 金属焊接成形.ppt
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1、金 属 工 艺 学于美杰于美杰山大材料学院山大材料学院 第四章 金属的焊接成形v第一节第一节概述概述v第二节第二节焊条电弧焊焊条电弧焊v第三节第三节其他常用焊接方法其他常用焊接方法v第四节第四节常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接v第五节第五节焊件的结构工艺性焊件的结构工艺性重点内容重点内容1.焊接接头的组织结构和力学性能焊接接头的组织结构和力学性能2.减少焊接应力、变形的工艺措施减少焊接应力、变形的工艺措施3.影响焊接性的主要因素影响焊接性的主要因素4.各种焊接方法的特点和应用各种焊接方法的特点和应用第一节 概述第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Introductionon Weld
2、ingv焊接焊接n通过通过加热加热或或加压加压等手段,用或不用填充材料,借助于等手段,用或不用填充材料,借助于金属原子的金属原子的结合与扩散作用结合与扩散作用,使分离的金属材料牢固,使分离的金属材料牢固地连接起来的工艺方法。(地连接起来的工艺方法。(0.30.5nm距离)距离)v特点特点n节约金属材料,产品密封性好;节约金属材料,产品密封性好;n以小拼大,化复杂为简单;以小拼大,化复杂为简单;n便于制造便于制造双金属结构双金属结构(如轴承,钢铜);(如轴承,钢铜);n缺点:焊接接头处易产生缺陷和应力集中,力学性能缺点:焊接接头处易产生缺陷和应力集中,力学性能降低。降低。第一节 概述Introd
3、uctionon Weldingv连接处局部加热至熔化,不加压加压(加热)熔点低于母材的钎料熔化、扩散第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.1手工电弧焊手工电弧焊的特点及应用的特点及应用第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.1手工电弧焊手工电弧焊的特点及应用的特点及应用n特点特点设备简单,操作灵活,成本低;设备简单,操作灵活,成本低;可在各种条件下进行各种位置的焊接;可在各种条件下进行各种位置的
4、焊接;劳动条件差,生产率低;劳动条件差,生产率低;对工人技术水平要求较高,焊接质量不够稳定。对工人技术水平要求较高,焊接质量不够稳定。n应用应用生产中应用最广的焊接方法;生产中应用最广的焊接方法;单件小批量单件小批量焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊等;耐热钢和对铸铁的补焊等;适宜板厚为适宜板厚为3-20mm,1mm以下的薄板不适用。以下的薄板不适用。第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.1手工电弧焊手工电弧焊第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接
5、成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.2焊接电弧与电焊机接线法焊接电弧与电焊机接线法n焊接电弧是由焊接电源供给的,在具有一定电压的两焊接电弧是由焊接电源供给的,在具有一定电压的两电极之间,气体介质被电离,持续放电形成电弧。电极之间,气体介质被电离,持续放电形成电弧。n电弧的产生电弧的产生第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.2焊接电弧与电焊机接线法焊接电弧与电焊机接线法n热量主要集中在阳极区热量主要集中在阳极区电弧电弧区域区域温度温度/K热量热量阳极区阳极区260043阴极区阴极区240
6、036弧柱区弧柱区6000800021第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.2焊接电弧与电焊机接线法焊接电弧与电焊机接线法n直流电焊机分正接和反接直流电焊机分正接和反接正接正接:常用:常用反接:用于焊接薄钢板和有色金属反接:用于焊接薄钢板和有色金属n交流电弧焊不存在正接和反接交流电弧焊不存在正接和反接第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.3焊接冶金过程焊接冶金过程n加热特点加热特点局部加热温度高局部加热温度高加热速度快加热速度快热源是移
7、动的热源是移动的加热和冷却的区域不断变化加热和冷却的区域不断变化n冶金特点冶金特点冷却快,化学成分不均匀冷却快,化学成分不均匀大气下,合金元素烧损,使塑韧性大气下,合金元素烧损,使塑韧性(FeO、MnO、SiO2、Fe4N、Fe2N)氢脆:焊缝中吸氢导致接头塑韧性氢脆:焊缝中吸氢导致接头塑韧性气孔、夹渣气孔、夹渣第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.4焊接接头的组织结构和力学性能焊接接头的组织结构和力学性能焊缝区焊缝区热影响区热影响区熔合区熔合区0.1-1mm晶粒粗大晶粒粗大脆、性能最差脆、性能最差过热区过热区11
8、00固线固线晶粒粗大的过热组晶粒粗大的过热组织,塑韧性非常低织,塑韧性非常低部分相变区部分相变区Ac1Ac3部分部分A化,化,F晶粒晶粒长大,晶粒大小长大,晶粒大小不均匀不均匀性能低于正火区性能低于正火区铸态铸态柱状晶柱状晶晶粒细晶粒细强度不低于母材强度不低于母材正火区正火区Ac31100晶粒细化晶粒细化性能优于母材性能优于母材第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingn焊接接头焊接接头各区温度各区温度熔合区和过热区熔合区和过热区性能最差性能最差应尽量减小其宽度应尽量减小其宽度 产生应力与变形产生应力与变形的根本原因:的根本
9、原因:局部不均匀加热局部不均匀加热第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.5焊接应力与变形焊接应力与变形n焊接时,焊缝受压、母材受拉;焊接时,焊缝受压、母材受拉;n焊后冷却时,焊缝受拉、母材受压。焊后冷却时,焊缝受拉、母材受压。n焊接变形的基本形式:焊接变形的基本形式:第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv减少焊接变形的工艺措施减少焊接变形的工艺措施n反变形法:反变形法:第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shield
10、ed Metal Arc Weldingv减少焊接变形的工艺措施减少焊接变形的工艺措施n选择合理的焊接顺序:选择合理的焊接顺序:第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv减少焊接变形的工艺措施减少焊接变形的工艺措施n刚性固定法:刚性固定法:n焊前预热焊前预热n焊后热处理焊后热处理第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv实际生产中减少焊接应力的工艺措施实际生产中减少焊接应力的工艺措施n焊前预热焊前预热:减少温差减少温差n焊后热处理焊后热处理:高温回火(
11、或去应力退火)高温回火(或去应力退火)加热加热600650保温(不少于保温(不少于1小时)小时)缓冷缓冷可以消除可以消除8090多的焊接残余应力。多的焊接残余应力。第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv2.6焊条焊条焊芯作用焊芯作用:作电极导电;作电极导电;填充金属填充金属药皮作用药皮作用:提高电弧燃烧稳定性;提高电弧燃烧稳定性;对熔池形成气、渣联合保护;对熔池形成气、渣联合保护;有利于焊缝金属脱氧有利于焊缝金属脱氧;补充合金元素,提高焊缝力学性能。补充合金元素,提高焊缝力学性能。组成:稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、
12、合金剂、粘结剂第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv焊条分类焊条分类n按熔渣性质分按熔渣性质分酸性焊条酸性焊条:熔渣中以酸性氧化物为主(:熔渣中以酸性氧化物为主(SiO2、TiO2、P2O5)优点:电弧稳定、宜脱渣、飞溅小、对油锈或水的敏感性优点:电弧稳定、宜脱渣、飞溅小、对油锈或水的敏感性小、焊接电源用小、焊接电源用交流或直流都可交流或直流都可;缺点:熔渣氧化性强,对合金元素烧损大,非金属夹杂物缺点:熔渣氧化性强,对合金元素烧损大,非金属夹杂物量大,焊缝塑韧性差、抗裂性差;量大,焊缝塑韧性差、抗裂性差;应用:低碳钢和
13、不重要结构件。应用:低碳钢和不重要结构件。碱性焊条碱性焊条:熔渣中以碱性氧化物为主(:熔渣中以碱性氧化物为主(CaO、MnO、Na2O、MgO)优点:优点:S、P含量少、含量少、焊缝含氢少,塑韧性好焊缝含氢少,塑韧性好;缺点:电弧稳定性差、飞溅大,不易脱渣,对油锈水敏感缺点:电弧稳定性差、飞溅大,不易脱渣,对油锈水敏感性大,要求性大,要求直流电源直流电源;应用:应用:重要结构件重要结构件经济、工艺性好、力学性能差工艺性差,但力学性能好第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv焊条型号焊条型号类型代号类型代号碳钢焊条E 堆焊
14、焊条ED 低合金钢焊条E 铜及铜合金焊条TCU 不锈钢焊条E 铸铁焊条EZ 铝及铝合金焊条TAl 镍及镍合金焊条TNi(最低抗拉强度)(最低抗拉强度)(0、1)03钛钙型药皮,交流或直流正、反借使用钛钙型药皮,交流或直流正、反借使用电极焊条电极焊条第二节 焊条电弧焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Shielded Metal Arc Weldingv焊条选用原则焊条选用原则n根据被焊材料的类别选择相应的焊条种类;根据被焊材料的类别选择相应的焊条种类;n低碳钢和低合金钢构件,要求焊缝金属与母材低碳钢和低合金钢构件,要求焊缝金属与母材等强度等强度;异种钢焊接,异种钢焊接,按强度等级较低的
15、钢材按强度等级较低的钢材选用焊条;选用焊条;n焊接特种钢时,应选用专业焊条。焊接特种钢时,应选用专业焊条。保证焊缝金属的主保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同要化学成分及性能与母材相同;n对焊缝的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求对焊缝的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高时,应选用较高时,应选用碱性焊条碱性焊条,否则选用酸性焊条;,否则选用酸性焊条;n除平焊外,立焊、横焊、仰焊应选用全位置焊条。除平焊外,立焊、横焊、仰焊应选用全位置焊条。第三节 其他常用焊接方法第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形Other Common Welding Methodsv3.1埋弧(自动
16、)焊埋弧(自动)焊(SubmergedArcWelding)n电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法,称为埋弧焊。埋弧自动焊的焊接过程埋弧自动焊的焊接过程1-焊件;2-V形坡口;3-垫板;4-焊剂;5-焊剂斗;6-焊丝7-送丝轮;8-导电器;9-电缆;10-焊丝盘;11-焊剂回收器;12-焊渣;13-焊缝;特点特点:1)光)光焊丝自动送入;焊丝自动送入;2)焊剂预撒在将焊区域;)焊剂预撒在将焊区域;3)电弧在焊剂下燃烧;)电弧在焊剂下燃烧;4)靠焊机移动)靠焊机移动(或工件动或工件动)5)未熔焊剂可回收利用。)未熔焊剂可回收利用。焊丝焊丝相当于焊芯引弧和填充金属焊剂焊剂相当于药皮隔离空气、保护熔池、
17、冶金第三节 其他常用焊接方法焊接电流大焊丝连续中、薄件接头不开坡口电弧区保护严密气体、杂质易浮出弧光不外泄适用于厚板材,平焊长直焊缝和较大直径的环形焊缝 不能立焊和仰焊第第四四章章 金金属属的的焊焊接接成成形形v埋弧焊特点埋弧焊特点Other Common Welding Methods工艺特点:工艺特点:1)焊接电流大,熔深大;)焊接电流大,熔深大;2)采用焊剂垫或钢垫板,以防电流过大而烧穿焊件;)采用焊剂垫或钢垫板,以防电流过大而烧穿焊件;3)设引弧板和引出板,保证引弧和断弧处焊缝质量。)设引弧板和引出板,保证引弧和断弧处焊缝质量。660mm第三节 其他常用焊接方法第第四四章章 金金属属的
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