金属材料成形基础分解.pptx

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1、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。焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；（5）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件和工具；（3）修复。第1页/共52页焊接方法压 焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊 钎 焊软钎焊硬钎焊封接粘接熔焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊焊条电弧焊气体保护焊埋弧焊电阻焊第2页/共52页电弧焊基本历史

2、1801 迪威 电弧放电现象1855 俄罗斯人 碳弧焊应用：铁管及容器的制造 蒸汽机修理问题：碳元素使金属接头变得脆硬1891 俄罗斯人 金属极焊接法空气中 铁电极第3页/共52页电弧焊基本历史1907 瑞典人 焊条电弧焊1912 瑞典人 开发出保护良好的厚涂层焊条1920 英国人 全焊接船下水焊条电弧焊问题：有限长度焊条第4页/共52页电弧焊基本历史焊条电弧焊动画第5页/共52页电弧焊基本历史1930 埋弧焊埋弧焊动画第6页/共52页电弧焊基本历史1930 美 国 GTAW1940 美国 成功应用该方法于焊接镁及不锈钢薄板钨极氩弧焊动画第7页/共52页电弧焊基本历史k1945 交流GTAW焊

3、接方法l1945 直流金属极焊接方法GMA二氧化碳气体保护电弧焊动画第8页/共52页1 手工电弧焊的焊接过程 第一章 金属焊接成形工艺基础 一、手工电弧焊的特点1.设备简单、应用灵活方便。2.劳动条件差、生产率低、质量不稳定。二、手工电弧焊焊接过程引弧 形成熔池形成焊缝三、焊接电弧1.焊接电弧的概念第9页/共52页焊条工件焊接电弧具备两个条件使气体电离阴极发射电子接触电阻：R短路电流：I电阻热：Q=I2RtE=V/dd在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。+-d 焊接电弧的稳定燃烧 就是带点粒子产生、运动、复合、产生的动态平衡过程。热电离碰撞电离第10页/共52页2.

4、电弧的构造及热量分布阴极区：阳极区：弧柱区：2400k36%2600k42%50008000k21%3.电弧的极性直流电源正接：直流电源反接：工件正极（阳极）；焊条负极（阴极）。工件负极（阴极）；焊条正极（阳极）。用于薄板金属的焊接第11页/共52页 2 2 焊接接头金属的组织与性能焊接接头金属的组织与性能一、熔焊过程冶金特点1.熔池金属温度高于一般冶金温度2.熔池金属冷却快，处于液态的时间短2000k使金属元素强烈蒸发、烧损。10s化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。3.空气对焊缝的影响严重O2OFe+O FeOMn+O MnOSi+O SiO2C+O CO1）O2：第12页/共5

5、2页氧化的结果合金元素被烧损；焊缝产生夹渣的缺陷；形成CO气孔。2）N2：Fe+NFe4N使接头的塑性、韧性下降。3）H2：氢气孔 氢脆二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施1.减少有害气体进入熔池；2.渗入合金元素；3.清除已进入熔池的有害元素。NN2HH2第13页/共52页三、焊条三、焊条1.焊条的组成及作用焊条焊条芯药皮焊缝的填充材料 填充焊缝电极传导电流 导电机械保护的作用冶金的作用稳定电弧的作用焊条芯药皮药皮的种类：氧化钛型；氧化钛钙型；钛铁矿型；氧化钛型；纤维素型；低氢钾型；低氢钠型；石墨型；盐基型。第14页/共52页2.2.焊条的分类焊条的分类结构钢焊条J；钼和铬耐热钢焊条R；低温

6、钢焊条W；不锈钢焊条A；堆焊焊条D；铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条Ni；铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条L；特殊用途焊条TSJ507药皮种类（低氢型）抗拉强度结构钢焊条J422药皮种类（钙钛型）抗拉强度结构钢焊条第15页/共52页酸性焊条：碱性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）在熔渣中以碱性氧化物为主（K2O、Na2O、CaO、MnO）三、焊条的选用1.根据被焊工件的强度选用2.根据被焊工件的化学成分选用3.根据被焊工件工作条件和结构选用4.根据实际生产状况选用第16页/共52页用焊接方法连接的接头称为焊接接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。在焊接或切割过程中，

7、材料因受热的影响（但未熔化）而发生组织与力学性能变化的区域叫做热影响区（HAZ）。随着钢材强度与厚度的增加，热影响区脆化倾向增大，产生焊接缺陷的可能性增加，对焊接质量产生很大影响。熔化区和非熔化区之间的过渡部分。熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区)是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。四、焊接接头第17页/共52页减小和消除焊接热影响区的方法：小电流、快速焊接；采用先进的焊接方法；焊前预热、焊后热处理（正火）五、焊接应力与变形（一）焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的根本原因是：焊件(工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。第18页/共52页L0焊接应力状态

8、：焊缝区域拉应力两侧冷金属压应力焊接变形：焊件整体缩短 L第19页/共52页（二）焊接变形的基本形式（二）焊接变形的基本形式1.收缩变形2.角变形3.弯曲变形4.扭曲变形5.波浪形变形第20页/共52页（三）焊接应力与变形的防止（三）焊接应力与变形的防止1.焊接应力的防止及消除措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。2）合理选择焊接顺序。（）（）（）123）锤击或碾压焊缝4）采用小能量、多层焊5）焊前预热（150 350）6）焊后热处理（去应力退火）可消除应力80%左右第21页/共52页2.焊接变形的防止及矫正措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。2）合理

9、选择焊接顺序。1234143212343）加裕量法。4）反变形法。1234561452361234第22页/共52页5）采用焊前刚性固定法。6）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）。7）焊接变形的矫正 机械矫正 火焰矫正第23页/共52页 第二章 金属的焊接成形方法1 熔化焊一、埋弧自动焊焊接电源控制箱焊接小车焊接热源：电弧热溶池保护：焊剂（气、渣）1.埋弧自动焊设备及焊接过程第24页/共52页第25页/共52页2.2.埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺1）焊前准备2)采取防漏措施双面焊；手工电弧焊封底；焊剂垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板。板厚在2025mm以下的工件可不开坡口；但在实际生产中，板厚

10、在1422mm应开Y型坡口，半厚在2250mm，可开双Y型坡口或U型坡口。3)要有引弧板和引出板环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a；（a=2040mm）。直径小于250mm一般不采用埋弧焊。第26页/共52页3.3.埋弧自动焊工艺特埋弧自动焊工艺特点点1）生产率高（手弧焊的510倍）2）焊接质量高且稳定。3）节约金属材料、生产成本低。4）劳动条件好。5）只能在水平位置焊接。应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。第27页/共52页二、气体保护焊二、气体保护焊1.

11、氩弧焊利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：ArAr不与金属发生化学反应不产生夹渣缺陷不溶解于液体金属中不产生气孔缺陷比重大于空气（25%）“阴极破碎”作用1）熔化极氩弧焊25mm以下的工件2）非熔化极氩弧焊适于6mm以下工件的焊接第28页/共52页3）氩弧焊的特点及应用 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。电弧燃烧稳定，飞溅小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。氩气昂贵，设备造价高。应用：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。适用所有金属材料的焊接。第29页/共52页以CO2气体作为保护性介质的

12、电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：CO2CO2 与金属发生化学反应产生夹渣缺陷 溶解于液体金属中产生 CO 气孔缺陷 比重大于空气（25%）氧化严重；气孔倾向大（CO）；飞溅严重。1)存在问题2.2.COCO2 2气体保护焊气体保护焊第30页/共52页 生产率高（是手弧焊的13倍）。成本低（是手弧焊的40%）。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。飞溅严重，焊缝成形差。应用：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。2）CO2气体保护焊的特点及应用第31页/共52页三、电渣焊三、电渣焊利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化

13、焊丝和金属母材的焊接方法。焊接热源：电阻热保护介质：液态熔渣1.焊接过程第32页/共52页2.2.焊接特点及应用焊接特点及应用 1）大厚度工件可一次焊成。单丝4060mm；单丝摆动60150；三丝摆动450mm；板极电渣焊2）生产率高，成本低。3）焊接质量好。不易产生夹渣、气孔等缺陷。4）热影响区大。焊后热处理。应用：适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料；适用于厚大工件。厚度大于40mm的大型结构件。第33页/共52页2 2 压力焊压力焊一、电阻焊 通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原子间的结合，实现连接的焊接方法。1.点焊工艺参数电极压力焊接电流

14、通电时间适中 对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，实现焊接。焊点距离太近分流现象严重太远强度不够应用：4mm以下的薄板搭接。第34页/共52页2.2.缝焊缝焊应用：3mm以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3.对焊主要用于棒料的对接。1）电阻对焊应用：用于断面简单，直径（或边长）小于20mm或强度要求不太高的工件。2）闪光对焊应用：用于重要工件的焊接。可焊相同金属，也可焊异种金属（铝钢、铝铜等）。工件直径0.01mm200mm。第35页/共52页二、摩擦焊二、摩擦焊1.摩擦焊焊接过程2.摩擦焊接头型式3.特点及应用 质量稳定；不需填充金

15、属及焊剂；生产率高，易实现自动化。应用：适用于黑色金属、有色金属；也适用于特种材料、异种材料焊接。第36页/共52页3 3 钎焊钎焊是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。一、钎焊的种类1.软钎焊2.硬钎焊钎料的熔点在450 以下。接头强度低，一般为60190MPa，工作温度低于100 钎料的熔点在450 以上。接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。第37页/共52页钎料的作用钎料的作用 连接 填充钎料的种类 软钎料：硬钎料：锡铝合金（焊锡）铝基、铜基、银基、镍基合金等。2.溶剂溶剂的作用 清理作用 降低表面张力 保护作用去除表面氧化

16、皮改善液态钎料对焊件的湿润性，增强毛细管作用。二、钎料和溶剂1.钎料第38页/共52页2.可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。3.生产率高。易于实现自动化。4.设备简单，生产投资费用少。应用：主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属 的焊接。目前：软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊 用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。三、钎焊的特点及应用1.加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小，工件尺寸精确。第39页/共52页第三章 焊接成形金属件的工艺设计1 焊接结构材料的选择1.优先选用低碳钢和低强度低合金钢；2.对于重要件应有先选用镇静钢；3.尽量选用同一牌号的材料；4.材料的厚

17、度最好相等；5.尽量选用型材。2 焊接方法的选择 焊接方法的选择应充分考虑材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短、生产批量及焊接质量等因素。第40页/共52页3 3 接头工艺设接头工艺设计计一、接头形式的设计1.对接接头2.搭接接头3.角接接头4.T字接接头对接接头 接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用搭接接头 接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷。第41页/共52页二、坡口形式的设计二、坡口形式的设计第42页/共52页不同厚度的工件焊接时：第43页/共52页三、焊缝的布置三、焊缝的布置1.焊缝应避免密集交叉第44页/共52页2.2.焊缝应对称分布焊缝应对称分布第45

18、页/共52页3.3.焊缝应避开应力集中处和最大应力处焊缝应避开应力集中处和最大应力处第46页/共52页4.4.焊缝应远离机械加工表面焊缝应远离机械加工表面第47页/共52页5.5.焊缝的布置应便于焊接操作焊缝的布置应便于焊接操作第48页/共52页焊接方法代号焊条电弧焊SMAW气焊OFW钨极气体保护焊GTAW熔化极气体保护焊GMAW(含药芯焊丝电弧焊FCAW)埋弧焊SAW电渣焊ESW摩擦焊FRW螺柱焊SW表l 焊接方法及代号 第49页/共52页(a)平焊试件(b)横焊试件代号1G 代号2G(c)立焊试件(d)仰焊试件代号3G代号4G(A)板材对接焊缝试件(无坡口时为堆焊试件)第50页/共52页(a)水平转动试件(b)垂直固定试件代号1G(转动)代号2G(c)水平固定试件(d)450固定试件代号5G、5GX(向下焊)代号6G、6GX(向下焊)（B）管材对接焊缝试件第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页