(2.29)--焊接1- 电弧焊金属工艺学.ppt

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1、第4篇 焊接绪焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件产生原子结合的一种成形方法。焊接的特点：a 减轻结构质量，节约大量金属材料。b 生产率高、生产周期短，劳动强度低。c 可以保证高的气密性，提高产品质量。d 可以制造双金属结构。e 便于实现机械化、自动化。f 焊后产生应力和变形，热影响区力学性能差。种类：熔化焊 fusion welding固态焊 solid-state welding又称为压力焊钎 焊：包括硬钎焊brazing、软钎焊soldering应用：制造金属结构，如锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆、桥梁、飞机、火箭、起重机、海洋结构、冶金设备等。也可制造机器

2、零部件和工具，如重型机械、冶金、锻压机械的机架、锻模、刀具等。在一些主要工业国家，每年生产的焊接结构约占钢产量的45%。第1章 电弧焊第1节 焊接电弧焊接电弧：是在加有一定电压的两电极间的气体介质中强烈而持续的放电现象。电弧产生的热量与焊接电流与电弧电压的乘积成正比。焊接电弧区及热量分布焊接电弧区：阳极区、弧柱区、阴极区。热量分布：43%21%36%温度分布：因电极材料不同而不同。直流电源的正接与反接 正接：工件接正极，焊条（或电极）接负极。正接时工件温度相对较高。用于厚板、高熔点材料。反接：工件接电源负极，焊条接正极。用于铸铁焊补、有色金属、合金钢、薄板。空载电压（引弧电压）和电弧电压。空载

3、电压（引弧电压）：5090V工作电压（电弧电压）：16 35V外接电压（电源电压）：220V/380V课堂思考1.用直流焊机焊接较厚钢板时，采用（）。A.正接B.反接2.用直流焊机焊接有色金属为什么采用反接？21 焊接工件上温度的变化与分布温度变化温度变化：焊接接头经历了升降温热循环，焊缝经历了一次冶金过程，附近区域经历了不同规范的热处理。hanjieguocheng第2节 焊接接头的组织与性能（熔化焊）温度分布温度分布：焊接接头上不同位置的点所经历的热循环是不同的，最高加热温度不同，加热速度和冷却速度也不同。22 焊接接头的组织与性能以低碳钢为例能够达到的最高温度以低碳钢为例。焊缝区：柱状铸

4、态组织，由铁素体和少量珠光体组成，杂质偏析在焊缝中心区。由于焊接材料的渗合金作用，焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能比母材（即焊件）金属高，焊缝金属的性能可能不低于母材金属的性能。热影响区：熔合区（半熔化区）：熔化部分结晶成铸态组织，未熔部分过热粗晶，导致力学性能下降。另外，该区断面积变化，易产生应力集中。所以决定了焊接接头的性能。过热区：AC3以上（100200）固相线。，加热时奥氏体晶粒粗大，形成过热组织，魏氏组织、塑性、韧性降低。正火区：AC3AC3+（100200）。发生重结晶，组织为细小、均匀的铁素体+珠光体，性能优于母材。部分相变区：加热温度AC1AC3，P转变为奥氏体，F部分未转

5、变，晶粒不均匀，力学性能稍差。影响热影响区的因素：焊接方法、工艺参数、接头形式、焊后冷速。23 改善焊接热影响区组织和性能的方法焊后正火选择合适的焊接材料、方法和工艺。课堂思考1.判断：焊接热影响区是指在焊接热作用下，温度发生变化的区域。2.低碳钢焊接接头的热影响区有哪几个？哪个区域力学性能最好？第3节 焊接应力与变形31 不利影响变形变形：尺寸不合要求、装配质量、间隙不一致，降低塑性、产生附加应力、增加矫正成本。应力应力：降低承载能力、引起裂纹、促进应力腐蚀。32 产生原因原因原因：局部加热局部（焊缝及附近区）膨胀受阻 焊件刚性小，则变形量大，应力小。焊件刚性大，则变形量小，应力大。典型示例

6、 a 平板对接焊缝 b 钢板边缘焊缝。c 圆筒环焊缝 d 焊缝交叉处的应力叠加。焊接变形的基本形式焊接变形的基本形式 a a 收缩变形：纵、横向尺寸减小。b b 角变形：V形坡口，焊缝截面不对称，向焊缝侧弯曲。c c 弯曲变形：焊缝位置与焊件中心轴不对称。d d 扭曲变形：焊缝在构件横截面上布置不对称或焊接工艺不合理，使工件产生纵向扭曲变形。e e 波浪变形：薄板尺寸失稳。减少焊接变形与应力的工艺措施减少焊接应力的工艺措施 a 避免焊缝密集交叉、过厚、过长。b 选择合理的焊接次序，尽量保证收缩自由。c 预热缓冷法。350400。d 小能量焊接、锤击。e 焊后退火处理。600650，保温，缓冷。

7、防止和减少焊接变形的工艺措施 a 结构对称、刚性好。b 反变形法。通过试验或计算。c 加裕量法。d 刚性夹持法（见gangxingguding）。e 选择合理的焊接次序。矫正焊接变形的方法 a 机械矫正法：辊床、压力机、矫直机、千斤顶、锤击。b 火焰加热矫正法：利用局部加热，主要用于低碳钢和部分普通低合金钢。第4节 焊条电弧焊焊条电弧焊：利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接。41 焊条电弧焊的焊接过程焊接过程hanjieguocheng影响焊缝质量的因素焊接材料焊接工艺焊后冷却焊接过程4.2 电焊条组成：焊条芯和药皮。（1）焊芯作用 a 传导焊接电流，产生电弧。b 填充金属

8、，形成焊缝。结构钢焊芯化学成分特点：符合国家标准熔化焊用钢丝要求。a 低碳，一定的锰量。b 硅含量严格。c P、S含量小，0.03%。直径：1.68mm，其中3.25mm的焊条用得最广。（2）焊条药皮作用a 机械保护作用：防止空气对熔化金属的有害作用。b 冶金处理：保证焊接过程熔渣和熔池间的各种冶金化学反应。包括除S、P脱氧；过渡合金，控制成分。c 改善焊接工艺性：保证电弧稳定性、减小飞溅；获得良好的焊缝外形。主要组成：如表。（3）焊条的种类、型号和牌号种类：按化学成分有七大类型号：国家标准（GB/T5117-95）。例 E4315碱形性焊条和酸性焊条：按熔渣性质。牌号：焊条行业统一的焊条代号

9、。例JxxxJ（结构钢）AxxxA（奥氏体钢）ZxxxZ（铸铁）（4）焊条的选用原则 等强度原则。酸碱焊条的选用原则。异种钢焊接，按强度低的钢选用。铸钢一般用碱性焊条。特种钢选用专用焊条。第5节 埋弧焊51 埋弧焊的焊接过程埋弧焊：熔剂层下电弧焊。埋弧焊设备：焊接电源、焊车、控制箱。常用埋弧自动焊机型号有MZ-1000和MZ1-1000两种。焊接过程焊接过程焊机与焊件相对运动，焊剂自动撒在工件表面上焊丝末端与焊件间产生电弧焊丝焊件被熔化形成熔池熔剂被熔化，与熔池产生物理化学反应，并部分蒸发，形成熔渣泡，起保护作用电弧移动，形成焊缝。（见maihuhan）52 埋弧焊的特点（1）优点生产率高：电

10、流大、节省更换焊条时间。焊接质量高而稳定。节省金属材料 劳动条件好。（2）缺点设备、工装昂贵。工艺复杂、装配要求高。不适合对狭窄焊缝及薄板。53 埋弧焊的焊丝与焊剂焊丝与焊剂的作用：与焊条焊芯与药皮的作用类似。焊剂的种类：熔炼焊剂：成分均匀、不吸水。陶质焊剂：易于添加元素，颗粒强度低、易吸潮。54 埋弧焊工艺 a a 焊缝两侧5060除锈。b b 开坡口：20mm双面焊或开坡口。c c 装配点固：保证间隙均匀减少错边。d d 设置引弧板和引出板。e e 悬空焊接：不加任何衬托装置，一般用于间隙小于1mm且不开坡口的平板对接。f f 焊剂垫法 g g 其它工艺垫板法。h h 环缝焊接。第6节 气

11、体保护焊61 氩弧焊氩弧焊：以氩气作为保护气体的电弧焊。按所用电极可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊yahuhan。不熔化极氩弧焊铈钨棒作电极，只起导电产生电弧的作用，不熔化，易于机械化和自动化。应用：厚度6mm以下的工件。工艺：焊接钢材，多采用直流正接，以减少钨极烧损；焊接铝、镁合金时，直流反接。操作方式与气焊类似，焊接3mm以下板时，采用卷边接头直接熔合，板较厚时需手工填充金属。熔化极氩弧焊电极：连续送进的焊丝。焊接厚度：25mm以下。工艺：焊接铝、镁及合金时，氩气纯度99.9%，焊接钢、铜及合金时，氩气纯度99.7%。焊前接头表面清理干净。主要特点 a 适于合金钢、易氧化非铁金属、稀有金

12、属。b 电弧稳定，焊缝致密、表面美观。c 明弧可见，便于操作。d 热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区窄。e 氩气价格昂贵。应用：铝、镁、钛及其合金，也可焊接不锈钢、耐热钢和部分重要的低合金结构钢。62 二氧化碳气体保护焊保护气体：CO2电极：焊丝工艺：CO2为氧化性气体，在电弧热作用下能分解出CO或O，与熔池中的铁、碳及合金元素作用，造成气孔、飞溅和元素烧损，所以采用含锰、硅较高的焊接钢丝或含有相应合金元素的合金钢焊丝。1优点 a 成本低。b 生产率高 c 操作性好 d 质量较好，热影响区小。缺点 a 氧化、飞溅、易产生气孔。b 焊缝不光。c 烟雾大。应用：30mm的低碳钢和部分低合金钢。

13、如造船、机车车辆、汽车、农机。第7节 等离子弧焊接与切割等离子体：完全电离了的气体就是等离子体。是一种特殊是物质形态。产生：能量高度集中（其温度达16000K）。应用 切割：用于切割时称为等离子弧切割。用于有色金属、难熔金属、非金属中厚以上板（不锈钢可达150mm、合金钢120mm、铝铜合金150mm）。高温气体速度可达10000m/s，具有高冲击能量，有利于切割。焊接：气流速度低，并通以均匀Ar气流。用于有色、难熔金属（不锈钢、耐热钢、钛合金、钨、钽、铌、锆、镍等）。(1)等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。因此焊接厚度1012 mm的钢材可不开坡口，一次焊透双面成形。等离子弧焊的焊

14、接速度快，生产率高。焊后的焊缝宽度和高度较均匀一致，焊缝表面光洁。(2)当电流小到0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。等离子弧焊接特点等离子弧焊接特点：等离子弧焊接等离子弧焊接应用应用 等离子弧焊接已在生产中得到广泛应用，特别是在国防工业及尖端技术中用以焊接铜铜合合金金、合合金金钢钢、钨钨、钼钼、钴钴、钛钛等金属焊件。如钛合金导导弹弹壳壳体体、波波纹纹管管、微微型型继继电电器器、电电容容器器的的外外壳壳封封焊焊以及飞机上一些薄薄壁壁容容器等器等均可用等离子弧焊接。如图所示的拼接大块钢板是否合理？为什么？为减小焊接应力与变形，应怎样改变？合理的

15、焊接次序是什么？答：不合理，因为图示的焊件焊缝密集交叉，焊接时形成焊接热影响区使得材料性能变差，若多条焊缝密集交叉，则热影响区相互交错，极易在交叉部位形成裂纹。焊接时，为减少焊接应力，应尽可能采用“T”形交叉焊缝，且焊接次序按照“先焊小，后焊大”的原则，使得各部位焊接时可以自由伸缩。第2章 其它焊接方法第1节 电阻焊电阻焊：压力焊的一类。利用电流通过焊件及其接触处产生的的电阻热，使工件接头处局部被加热到塑性（或熔化）状态，然后断电同时施加一定的压力，在压力下焊接起来的一种压力焊法。电阻热：Q=I2RtQ电阻焊时所产生的电阻热，J；I焊接电流，A；R工件的总电阻，工件本身的电阻和工件间的接触电阻

16、，；t通电时间，s。特点：特点：生产率高、焊接变形小、劳动条件好、不需另加焊接材料、操作简便、易实现机械化；设备较复杂、耗电量大，接头形式与工件厚度(或断面)受到限制。分类：分类：点焊、缝焊（滚焊）、对焊。11 点焊点焊点焊：利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点。焊接过程焊接过程：加压通电、接触处升温熔化断电，加大压力熔核压力下结晶。形成焊点重复上述过程。点焊过程与点焊机点焊焊接之电阻点焊演示分流现象：部分电流流向已焊好的焊点，使焊接处电流减小，影响焊接质量。如图。所以点焊时需要一定的点距。材料较厚、导电性较好时分流严重，点距应大。影响点焊质量的因素a 焊接电流和时间 硬规

17、范（短时大电流）：焊件变形小，电极磨损小，但设备功率大。用于导热性较好的金属。软规范（长时小电流）：生产率较低，但可用较小功率的设备焊接较厚件，更适合焊接有淬硬倾向的材料。lb 电极压力l 一定的电极压力可保证顺利通电，消除缩松。材料高温强度越大，焊件越厚，则电极压力应越大。但压力过大电阻小，电极散热多，表面产生压坑。lc 表面清理l 表面氧化、泥垢将使焊件间电阻增大，甚至存在局部不导电而影响电流通过。点焊前表面喷砂、酸洗。接头方式：搭接，如图。应用：4mm的薄板冲压件及线材，在汽车、车箱、日用品方面得到广泛应用。12 缝焊（滚焊）焊接过程：旋转盘滚动，压紧焊件连续或断续通电重叠焊点（50%）

18、。特点特点：分流严重，电流大（点焊的1.5-2倍），要用大功率，精确控制焊机。应用：应用：200Mpa）。应用：受力较大的钢铁、铜合金构件、刀具、工具。b 软钎焊：钎料熔点小于450。特点：强度低（105w/2）调焦至焊缝光能转化为热能熔化形成焊接接头。特点 a 焊接极快，不易氧化，因而生产率高且勿需保护。b 热影响区小。不变形，可远距离传送，穿透力不及电子束。c 可用光导纤维引导及透明材料聚焦，因而可焊接一般方法难以接近的点。d 可焊绝缘材料，对异种金属也比较容易。应用：微型、精密、排列密集，热敏元件（板、线）。管材的有关实用知识管材按生产方法分类1.无缝管热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压管、顶管2.焊管按工艺分电弧焊管、电阻焊管（高频、低频）、气焊管、炉焊管按焊缝分直缝焊管、螺旋焊管