新（北科大《工程材料》教学课件）工程材料17.ppt

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1、 第十七讲：焊接 Welding 一.焊接概述 Outline of Welding 二.焊接过程及电焊条 Process of Welding and Welding Rod 三.接头组织和性能 Structure and Property of Joint 四.焊接应力与变形 Welding Stress and Distortion 一.焊接概述 Outline of Welding 1.概念：经加热或加压，使两部分金属靠得足够近,实现原子间结合。2.分类(Classes)：1）熔化焊:Flow welding 电弧焊、电渣焊和气焊等；Electro-slag、Gas Welding 2

2、）压力焊:Pressure Welding 电阻焊、摩擦焊等，Resistance Welding Friction welding 3）钎焊：Soldering Welding 软钎焊和硬钎焊。3特点：(Characteristics)(1)以小拼大，简化铸造、锻压和切削工艺；(2)联接性能好；(3)节省材料和工时，成本低；(4)重量轻；(5)缺点:不可拆、产生应力、粗晶等缺陷。二.手工电弧焊焊接过程和电焊条 Process of Electrode Welding and Welding Rod 1.焊接过程 Welding Process （1）宏观过程 a.引燃电弧 直流焊机两种接法：

3、正、反接，对碱性焊条熔化极氩弧焊、二氧化碳气体保护焊及薄板的焊接，采用反接。b.焊件边缘和焊条熔化形成熔池。c.熔池凝固形成焊缝。（2）冶金过程：A.空气在电弧下为原子态：O、N、H,O与金属反应，生成FeO 、MnO、SiO2 等，降低机械性能；N和H则形成气孔 使材料变脆。B.为保证焊缝性能不低于母材，采取措施：1）阻止空气侵入焊区药皮、焊剂和保护气体。2）添加有益元素：锰、硅等。3）对熔池脱氧、脱磷和脱硫。C.电弧焊冶金特点:(Metallurgical Characteristics)1）熔池温度高 2）反应速度快2.电焊条(Shielded Arc Electrode)（1）组成：焊

4、芯+药皮 （2）作用：1)焊芯 a.作为电极导电，产生电弧;b.熔化成为填充金属。2)药皮 a.改善焊接工艺性；b.提供机械保护；c.进行冶金处理。手弧焊：（3）种类及牌号(Classes and Shop Sign)1）种类：酸性焊条和碱性焊条。2）牌号：J422、J507等。（4）焊条选用(Election Principle)1）结构钢：按等强度原则选焊条；2）强度不一致钢：按低强度原则选焊条；3）特殊性能钢：按等成分原则选焊条；4）以下情况选碱性焊条：A）焊接重要结构；B）焊接焊接性差金属；C）环境温度低施焊；D）焊件刚度大。三.接头组织和性能 1.接头组成及热循环 a）组成：焊缝+熔

5、合区+热影响区 b）热循环：接头某点在焊接过程中温度随时间变化。焊接热循环曲线：2.焊缝组织和性能 Structure and Property of Joint a)组织：铸态组织；b)性能：没有缺陷前提下，性能不低于母材。3.熔合区和热影响区组织和性能 (1)熔合区（0.1-1.0mm）a)组织：被加热到固相线和液相线之间，部分熔化后结晶、部分组织过热。b)性能：成分不均，晶粒粗大，性能严重降低。低碳钢热影响区内的组织变化：焊缝处的柱状树枝晶焊缝宏观偏析与成形系数关系(2)热影响区 Zone of Heat Affecting a)低碳钢热影响区：过热区+正火区+部分相变区1）过热区 Ov

6、erheated Zone 组织：被加热1100以上，形成粗大过热组织；性能：大大降低其塑性和冲击韧性，热影响区中性能最差 区域。2）正火区 Normalized Zone 组织：被加热到Ac3-1100之间，相当于进行 正火处理；性能：综合机械性能优于母材。3)部分相变区 Partial Phase Transformation Zone 组织：被加热到Ac1-Ac3，部分组织转变，组织不均 性能：组织不均，性能也较差。b)易淬火钢热影响区（淬火区+部分淬火区）1)淬火区组织：被加热Ac3线以上，淬火后形成马氏体；性能：机械性能严重下降，易引起冷裂。2)部分淬火区 组织：加热在Ac1-Ac3

7、之间，部分形成马氏体；性能：脆性增加，机械性能下降。对低碳钢，接头熔合区和过热区性能最差。4.影响接头性能因素:1）焊接材料：影响成分,组织和性能。2）焊接方法：保护效果不同、热影响区不同。3）焊接工艺：焊接电流、焊接速度和线能量等 影响热影响区大小。4）焊后热处理：细化组织，减小焊接应力。5）此外，接头形式、工件厚度、焊接环境和 预热与否均会影响接头的性能。四.焊接应力与焊接变形Welding Stress and Strain 1.危害 A）应力：降低有效承载力、引起尺寸、形状不稳、产生裂纹。B）变形：影响装配、产生附加应力、即使 矫正也会降低塑性。2.产生原因 A）局部加热和冷却；B）不

8、自由膨涨和收缩。3.焊接应力(1)分布：焊缝处受拉应力；远离焊缝处受压应力。(2)减小应力措施：a)设计结构避免焊缝密集交叉、减小焊缝截面和长度等以减少局部加热时间；b)焊前预热可减小温差，以减小应力；对接接头的纵、横向的焊接残余应力分布：环形焊缝的纵向应力分布：焊接顺序对焊接应力影响：焊接顺序：c)合理焊接顺序，各部分自由收缩以降低应力 d)采用小线能量的焊接方法；e)锤击焊缝以松弛应力。（3）消除焊接应力方法：去应力退火 对钢而言，加热到550-650，保温一段时 间后，随炉冷却。消除80%以上应力。4.焊接变形防止和矫正 (1)形式：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、翘曲变形 (2)

9、防止：a)设计焊接结构，焊缝布置和坡口型式应尽可能 对称；焊缝截面和长度应尽可能小而短；b)应用“反变形”法；c)采用“刚性固定”法；d)尽可能采用能量集中焊接方法；e)此外，还有多层多道焊、合理焊接顺序、预热法和 散热法。常见的焊接变形方式：焊缝布置尽可能对称X型坡口采用对称的焊接顺序长焊缝焊接顺序V型坡口反变形工艺快速冷却可减小变形：刚性固定可防止角变形(3)变形矫正方法 a)机械矫正：矫正低碳钢、普通低合金结构钢。b)热矫正：局部加热。矫正原理：加压或加热产生新的塑性变形 抵消焊接变形。五.焊接缺陷（自学）：机械矫正：火焰矫正：Questions:1.How to define the

10、the zone affected by the heat of joining process?2.How to understand the stress and distortion of welding?词汇：焊接：Welding焊接概述：Outline of Welding 焊接过程及电焊条：Process of Welding and Welding Rod 接头组织和性能：Structure and Property of Joint焊接应力与变形：Welding Stress and Distortion熔化焊：Flow Welding 电弧焊：Electro-slag Wel

11、ding气焊：Gas Welding 压力焊：Pressure Welding 电阻焊：Resistance Welding摩擦焊：Friction Welding 钎焊：Soldering Welding手工电弧焊焊接过程：Process of Electrode Welding冶金特点:Metallurgical Characteristics电焊条:Shielded-Arc Electrode 种类及牌号:Classes and Shop Sign 选用原则:Election Principle 热影响区:Zone of Heat Affecting 过热区:Overheated Zone 正火区:Normalized Zone 部分变粗区:Partial Phase Transformation Zone 焊接应力与变形:Welding Stress and Strain