工艺技术-金属工艺学之焊接工艺课件(ppt 87页)

金属工艺学 第四篇 焊接 * 1 第四篇 焊接 金属工艺学 第四篇 焊接 本章重点： 深刻地理解焊接工程的基本理论； 对焊接接头的组织与性能、焊接应力与变形的形成过程 有清楚的认识； 掌握防止和消除焊接变形的常用方法。 第 13章 焊接工艺基础 13.1 概述 13.2 电弧焊工艺基础 13.3 焊接接头的组织与性能 13.4 焊接应力与变形 作业： P199 13.1、 13.4、 13.7 * 2 金属工艺学 第四篇 焊接 * 3 焊接： 通过 加热或加压 ，或两者兼用，并且用或不用填充 金属，使分离的两部分金属形成 原子间结合 的一种工艺方法。 焊接是一种 永久 连接金属材料的工艺方法。 第一节 概述 一、焊接成形的特点 1 重量轻，节省材料。 2生产率高，生产周期短，劳动强度低，易实现自动化 。 3可实现异种金属的连接。 4可进行组合件的生产。 5焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 4 二、焊接成形的分类 1. 熔化焊： 把焊件连接处 局部加热到熔化状态 ，然后 冷却凝固 成 一体，不加压力完成的焊接方法。 2. 压力焊： 在焊接过程中必须 对焊件施加压力 （加热或不加热） 的焊接方法。 3. 钎焊： 在焊接过程中 采用低熔点的填充金属（钎料）熔化 后， 与固态母材相互扩散 ，冷凝后实现 连接的焊接方法。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 5 压力焊 摩擦焊 超声波焊 爆炸焊 扩散焊 感应焊 钎焊 软钎焊 硬钎焊 熔 化 焊 电弧焊 电渣焊 高能 束 焊 化学热焊 手工电弧焊 气体保护焊 埋弧焊 电阻焊 等离子弧焊 电子束焊 激光焊 金属工艺学 第四篇 焊接 * 6 三、各种焊接方法的特征 金属工艺学 第四篇 焊接 * 7 气门芯 金属工艺学 第四篇 焊接 * 8 第二节 电弧焊工艺基础 1、焊接电弧的概念 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 。 电弧形成条件 ： （ 1） 使气体电离； （ 2）阴极发射电子。 2、电弧的构造及热量分布 阴极区： 2400k 36% 阳极区： 2600k 42% 弧柱区： 50008000k 21% 金属工艺学 第四篇 焊接 * 9 3、电弧的极性 （ 1）直流电源 正接 ： 正极接工件 ，工件温度稍高。 直流电源 反接 ： 负极接工件 ，工件温度稍低。 对薄板的焊接，可采用 反接 。 （ 2） 交流焊机无正反接特点 ，两极温度均为 2500K。 （ 3）适当的空载电压以保证 引弧 ，一般为 50 90V。 （ 4）提供电弧工作电压，保证电弧稳定燃烧。 电弧长度越大，电弧工作电压也越高，一般为 16 35V。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 10 4. 电弧焊冶金过程 （ 1）在电弧高温作用下，工件和 焊条同时产生局部熔化，形成 熔 池 。 （ 2）电弧的移动形成动态熔池， 熔池 前部的加热融化 与 后部的顺 序冷却结晶 ，形成完整的焊缝。 （ 3） 药皮熔化 进入熔池发生冶金反应 形成 熔渣 构成渣壳保护； 药皮分解 CO2,CO,H2等气体 围绕在 电弧和熔池周围 保护熔化熔池。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 11 5. 电弧焊冶金特点 电弧焊冶金反应的本质是 小熔池熔炼与铸造 ，是金属熔 化与结晶的过程。 熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化 严重；热影响区大。 冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶；有害气体容 易进入熔池，形成氧化物、气孔等缺陷，使焊缝金属的塑 性、韧性下降。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 6.熔化焊的三要素 ü 熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣 -气联合保护。以防止氧化 ，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。 ü 填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到 力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。 ü 热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小 热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣 热、电子束和激光。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 13 焊芯 药皮 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。 药皮的种类 ： 焊缝的 填充材料 填充焊缝 保护焊缝和焊接过程 控制焊缝金属的化学成分 稳定电弧 电极 传导电流 导电 电焊条 焊芯 药皮 7.电焊条的组成及作用 金属工艺学 第四篇 焊接 * 14 J 5 0 7 药皮种类（低氢钠型 ）抗拉强度 500MPa 结构钢焊条 药皮种类（氧化钙钛型 ） 抗拉强度 420MPa 结构钢焊条 8.电焊条的分类 结构钢焊条 J ； 钼和铬耐热钢焊条 R ； 低温钢焊条 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 TS J 4 2 2 金属工艺学 第四篇 焊接 * 15 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） 9. 电焊条的选用 ( ) 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。 ( ) 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑： 焊接 件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定； ( ) 低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢 材来选用相应的焊条。 ( ) 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专 用焊条。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 16 第三节 焊接接头的组织与性能 焊缝区 焊接热影响区 1） 焊缝区 2） 焊接热影响区 焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快，对易淬火钢，易导 致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。 1、焊接热循环 2、焊接接头金属组织与性能的变化 焊接接头 熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织 。 焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。 热影响区包括： 熔合区、过热区、正火区和部分相变区。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 17 熔合区 是焊缝和母材金属的交界区。 0.1-1mm） 加热温度： T液 T固 熔合区成分不均，组织为粗大的 过热组织或淬硬组织， 是焊接接头 中的最差的部位。 强度、塑性、韧 性极差，是裂纹和局部脆断的发源 地。 过热区 在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。 （ 1-3mm） 加热温度： T固 1100 力学性能较母材稍差。 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 18 正火区 在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（ 1.2-4mm） 加热温度： 1100 AC3 力学性能优于母材 。 部分相变区 在热影响区内发生部分相变的区域。 加热温度： AC3AC1 力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域： 熔合区和过热区 金属工艺学 第四篇 焊接 * 焊缝 的 组织 和性能 热源移走后，熔池焊 缝中的液体金属立刻开始 冷 却结晶 ，以垂直熔合线的方 式向熔池中心生长为柱状树 枝晶。 低熔点物质将会被推向 焊缝最后结晶部位，形成成 分偏析。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 20 第四节 焊接应力与变形 焊接应力状态： 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 l 一、焊接应力与变形产生的原因 根本原因 ：焊件在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 21 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 金属工艺学 第四篇 焊接 * 22 不正确 正确 三、焊接应力与变形的防止 1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 23 1 2 2）合理选择焊接顺序。 尽量保证焊缝能自由收缩 （先自由后约束） （ ） （ ） （ ） 1 2 3 4 1 4 3 2 1 23 4 1 23 4 56 1 4 5 2 3 61 2 3 4 使其变形能相互抵消或减弱 金属工艺学 第四篇 焊接 * 24 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。 3）反变形法 金属工艺学 第四篇 焊接 * 25 7）采用焊前刚性固定法。 8）焊接变形的矫正。 机械矫正 火焰矫正 金属工艺学 第四篇 焊接 * 26 思考题思考题 减少焊接应力考虑，拼焊如 图 1所示的钢板时，应怎样确 定焊接顺序？试在图中标出， 并说明理由。 图 1 金属工艺学 第四篇 焊接 * 27 思考题思考题 减少焊接应力考虑，拼焊如 图 1所示的钢板时，应怎样确 定焊接顺序？试在图中标出， 并说明理由。 图 1 先焊成三个长条，然 后再焊在一起。即先焊 1- 2， 1-3， 4-5， 6-7，然后 再焊两个长缝 。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 28 第一节 手工电弧焊 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 焊接过程冶金特点： 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。 第十四章第十四章 其他常用焊接方法其他常用焊接方法 金属工艺学 第四篇 焊接 * 29 第二节 埋弧焊 一、埋弧焊的原理及特点 埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃 烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可 连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率， 焊接质量好，劳动条件好。 埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。 1.设备及焊接过程 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 ） 金属工艺学 第四篇 焊接 * 30 板厚小于 14mm时，可不开坡口； 板厚为 14 22mm时，应开 Y型坡口； 板厚为 22 50mm时，可开双 Y型或 U型坡口。 Y型和双 Y型坡口的角度为 50° 60° 二、埋弧自动焊工艺 1）焊前准备 金属工艺学 第四篇 焊接 * 31 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。 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。 焊缝间隙应均匀，焊直缝时， 应安装 引弧板和熄弧板 ，以防 止起弧和熄弧时产生的气孔、 夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入 工件焊缝之中 金属工艺学 第四篇 焊接 * 32 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。 三、 埋弧自动焊工艺特点 金属工艺学 第四篇 焊接 * 33 第三节 气体保护焊 一、 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： Ar Ar 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%） 1）非熔化极氩弧焊 适于 6mm以下工件的焊接 钨极氩弧焊 以钨钍合金和钨铈合金为阴极， 利用钨合金熔点高，发射电子能力强 ，阴极产热少，钨极寿命长的特点， 形成不熔化极氩弧焊。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 34 2）熔化极氩弧焊 25mm以下的工件 以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），焊丝 熔滴通常呈很细颗粒的 “喷射过渡 ”进入熔池，所用电流比较大， 生产率高。 板厚 8mm以上的铝容器。为使电弧稳定，熔化极氩弧焊通常 采用 直流反接 ，这对于焊铝工件正好有 “阴极破碎 ”作用。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 35 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： 适用所有金属材料的焊接。 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。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 36 焊接热源： 电弧热 保护介质： CO2 CO2 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。 二、 CO2气体保护焊 üCO2+Fe = FeO+CO FeO进入熔池和熔滴，与熔池和熔滴中的碳反应： FeO+C = Fe+CO 生成的 CO在熔池和熔滴内体积急剧膨胀而爆破，导致飞 溅。 以 CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。 1) 存在问题 金属工艺学 第四篇 焊接 * 37 ü防止飞溅的措施 CO2焊常用 H08Mn2SiA焊丝来进行脱氧，合金化。 采用短路过渡和细颗粒过渡。 为使电弧稳定，飞溅少， CO2焊采用 直流反接 。 采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，防止铁的氧化。 采用药芯焊丝。 CO2焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢 和低合金结构钢薄板的焊接。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 38 2） CO2气体保护焊的特点及应用 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 低碳钢和低合金结构钢薄 板的焊接 。 目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 39 利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化 焊丝和金属母材的焊接方法。 第四节 电 渣 焊 焊接热源： 电阻热 保护介质： 液态熔渣 1. 焊接过程 金属工艺学 第四篇 焊接 * 40 2、焊接特点及应用 1）大厚度工件可一次焊成。 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。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 41 第五节 等离子弧焊 ü 利用 机械压缩效应 （电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩） 、 热压缩效应 （在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流 离子和 电子 往弧柱中心集中）和 电磁收缩效应 （弧柱带电粒子的电 流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收 缩） 将电弧压缩为细小的等离子体 。 ü 等离子弧温度高达 24000K 以上，能量密度可达 105 106W/cm2 ，因而可一次性熔 化较厚的材料。 等离子弧可 用于焊接和切割。 等离子弧的形成 金属工艺学 第四篇 焊接 * 42 等离子弧焊接工艺 穿孔型等离子弧焊接最 适用于焊接 3 8 mm 不 锈钢， 12mm以下钛合 金， 2-6mm低碳钢或低 合金钢，以及铜、黄铜 、镍及镍基合金的对接 缝。可实现不开坡口， 不加填充金属，不用衬 垫的单面焊双面型。厚 度大于上述范围时可采 用 Y型坡口多层焊。 在大电流 (100 300A)和大的离子气流量的工艺参数条件下 ,利用穿孔焊接可 在不用衬垫的情况下实现 单面焊双面成形 ，因 而受到特别重视。 1、穿孔型等离子弧焊接 金属工艺学 第四篇 焊接 * 43 2、熔入型等离子弧焊接 当等离子弧的离子气流量较小时，穿孔效应消失，等离子 弧焊接同钨极氩弧焊相似，称为熔入型等离子弧焊。熔入型等 离子弧焊适用薄板，多层焊缝的盖面及角焊缝的焊接，填加或 不加填充焊丝，优点是焊速较快。 由于喷嘴的拘束作用和维弧电流的同时存在，小电流的等 离子弧可以十分稳定，目前已成为焊接金属薄箔的有效方法。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 44 3、微束等离子弧焊接 ü 15 30A以下的熔入型等离子弧焊接通常称为微束等离 子弧焊接。 ü 除此之外还有脉冲等离子弧焊接，熔化极等离子弧焊接 和变极性等离子弧焊接。 4、 等离子弧切割 等离子弧切割通常采用氮和压缩空气作离子气，将切口金 属熔化并吹除。特别是空气等离弧切割，近年来受到国内外的 重视。由于空气等离子弧的热焓值高，加上氧和金属相互作用 过程中放热，切割速度提高，切口质量也很好。等离子弧切割 低碳钢的厚度为 0.6 80mm。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 45 5、等离子弧焊的特点及应用 ü 等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强。 10 12mm厚钢材可不开坡口，一次焊透双面成型，焊接速度快 ，生产率高，应力变形小。 ü 电流小到 0.1A时，电弧仍能稳定燃烧，能保持良好的挺直 度与方向性，所以可焊接很薄的箔材。 ü 等离子弧焊接在生产中已广泛应用，特别是国防工业及尖 端技术所用的铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的 焊接。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、 电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器均可用等离子 弧焊接。 ü 但等离子弧焊接设备比较复杂，气体耗量大，只宜于室内 焊接。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 46 第六节 压力焊 压力焊： 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。 一、 电阻焊 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。 点焊 1. 点焊 焊接时电极压紧工件，接通电流，电阻 热使局部金属熔化形成熔核，断电后继续保 持压力或加大压力，使熔核凝固形成焊点。 电极压力 焊接电流（适中 ） 通电时间 影响焊接质量的主要因素 金属工艺学 第四篇 焊接 * 47 2. 缝焊 太近 分流现象严重 太远 强度不够焊点距离 和点焊过程相似，只是用旋转的圆盘状滚 动电极代替柱状电极。盘状电极压紧焊件并 滚动，同时也带动焊件向前移动配合断续通 电，形成连续重叠的焊缝。 应用：要求密封性好的 3mm以下的薄壁结构 。 如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等 。 太近 分流现象严重 太远 强度不够焊点距离 缝焊 点焊接头形式 分流现象： 一个点焊好后，焊另一个点， 有一部分电流流经已焊好的点处的现象。 应用：主要适用于薄板搭接接头。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 48 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。 对焊 金属工艺学 第四篇 焊接 * 49 摩擦焊是利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生 的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种 压焊方法。 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 。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 50 2. 硬钎焊 钎料的熔点在 450 以上。 接头强度高，在 200MPa以上，工作温度较高。 1. 软钎焊 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 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。 第七节 钎焊 一、钎焊的种类 金属工艺学 第四篇 焊接 * 51 钎料的作用钎料的作用 连 接 填充 软钎 料： 锡铝合金（焊锡） 硬 钎 料： 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 钎料的种类 金属工艺学 第四篇 焊接 * 52 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。 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。 三、钎焊的特点及应用 金属工艺学 第四篇 焊接 * 53 电子束焊接过程 ü 电子束焊是利用高速运动的电子撞击工件时，将动能转化为 热能将焊缝熔化进行的熔化焊方法。 ü 为扩大电子束焊的应用范围，先后研制出了低真空电子束焊 和非真空电子束焊，为防止电子枪的污染，采用氦气隔离电 子枪与工作室，使电子束能在大气中进行焊接。 ü 电子束焊一般不加填充金属，如要求焊缝有突出表面的堆高 可在接缝预加垫片。对接缝间隙为 0.1倍的板厚，一般不能 超过 0.2mm。 第九节 电子束焊 金属工艺学 第四篇 焊接 * 54 电子束焊的特点及应用 ü 保护效果好，焊缝质量高，适用范围广。 ü 能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔 金属。 ü 加热小，焊接变形小。 ü 电子束焊成本高，主要用于微电子器件焊装、导弹外壳 的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接 。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 55 第十节 激光弧 1激光焊接过程 ü 利用光学系统将激光聚焦成微小光斑，使其能量密度达到 1013W/cm2，从而使材料熔化焊接。激光焊分为脉冲和连续 激光焊，脉冲激光焊主要用于微电子工业中的薄膜、丝、集 成电路内引线和异材焊接。连续激光焊可焊较厚的板材，接 缝间隙很小。 2激光焊的特点 高能高速焊，无焊接变形。 灵活性大。 生产率高，材料不易氧化。 设备复杂，目前主要用于薄板和微型件的焊接。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 56 第十五章第十五章 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 一、可焊性的概念 ü 金属材料的可焊性，是指在一定焊接工艺条件下，金属获 得 优质焊接接头 的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺 条件下，表现出 “ 好焊 ” 和 “ 不好焊 ” 的差别。 Ø 碳当量法 ： 碳钢及低合金结构钢的碳当量 经验公式 为： 第一节 金属材料的焊接性 二、钢的可焊性评定 金属工艺学 第四篇 焊接 * 57 Ø 根据经验： C当量 0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显， 可焊性良好 。在一般的焊接工艺条件下，焊件不会产生 裂缝，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。 C当量 =0.4% 0.6%时，钢材塑性下降，淬硬倾向明 显， 可焊性较差 。焊前工件需要适当预热，焊后应注意 缓冷，要采取一定的焊接工艺措施才能防止裂缝。 C当量 0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向很强， 可 焊性不好 。焊前工件必须预热到较高温度，焊接时要采 取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适 当的热处理，才能保证焊接接头质量。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 58 第二节 碳钢的焊接 1. 低碳钢的焊接 低碳钢： C0.60% 焊接性差 。CE 0.60% 问题 焊缝区易产生热裂纹 热影响区易 产生 淬硬 组织甚至导致冷裂纹 措施 焊前预热（ 250350 ），焊后缓冷。 选用低氢型焊条。 焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。 高碳钢一般不用于焊接结构，只用于修补。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 61 第三节 合金结构钢的焊接 合金结构钢 普通低合金结构钢： 低强度普通低合金结构钢： 高强度普通低合金结构钢： s400MPa CE 0.4%0.5% 焊接性良好。 焊接性较差。15MnVN、 18MnMoNb、 14MnMoV 焊前预热（ 150250 ），焊后缓冷； 选用低氢型焊 条；焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。 机械制造用结构钢（ 调质钢、渗碳钢 ） 普通低合金结构钢 （ 压力容器、锅炉、桥梁、 车辆、船舶等结构 。） 金属工艺学 第四篇 焊接 * 62 第四节 铸铁的补焊 1. 熔合区易产生白口组织和淬硬组织； 2. 焊缝区易产生裂纹； 3. 焊缝区易产生气孔； 4. 熔池金属易流失。 一、铸铁焊补的特点（困难） 二、铸铁焊补的方法 1. 热焊法 焊前将焊件整体或局部预热至 600700 并施焊，焊后缓冷 。 用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。 如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 63 2. 冷焊法 焊前不预热或低温预热（ 400 ）的焊补方法。 焊条 钢芯铸铁焊条： 适用于非加工表面的焊补 石墨化铸铁焊条： 高钒铸铁焊条： 镍基铸铁焊条： 铜基铸铁焊条： 适用于较大灰口铸铁件的焊补 主要用于一般铸铁件的焊补 主要用于重要件加工表面的焊补 可进行机械加工、塑性和抗裂较好。 焊缝性能与母材基本相同，具有良好的加工性 抗裂性好，可进行机械加工。 具有良好的抗裂性与加工性 主要用于一般铸铁件的焊补 金属工艺学 第四篇 焊接 * 64 第五节 有色金属的焊接 一、铝及铝合金的焊接 1. 铝及铝合金的焊接特点 1）易氧化； 2）易产生气孔； 3）易变形开裂； 4）接头易软化； 2. 铝及铝合金的焊接方法 氩弧焊、气焊、钎焊、电阻焊。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 65 二、铜及铜合金的焊接 1. 铜及铜合金的焊接特点 1）易氧化； 2）易产生气孔； 3）易变形开裂； 4）难熔合。 2. 铜及铜合金的焊接方法 氩弧焊、气焊、钎焊、碳弧焊。 金属工艺学 第四篇 焊接 上次课内容回顾上次课内容回顾 * 66 埋弧自动焊 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、船舶和潜艇壳体等的焊 接。 氩弧焊 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。 CO2气体保护焊应用： 适用于低碳钢和强度级别不高的 低碳钢和低合金结构钢 薄 板 的焊接 。 点焊应用： 主要适用于 薄板 搭接接头。 缝焊应用： 要求密封性好的 3mm以下的薄壁结构。 如：密封的容器（油箱、水箱 等）、管道等。 摩擦焊应用： 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。 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。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 67 第十六章第十六章 焊接结构设计焊接结构设计 1. 优先选用低碳钢和低强度低合金钢； 2. 对于重要件应优先选用镇静钢； 3. 尽量选用同一牌号的材料； 4. 材料的厚度最好相等； 5. 尽量选用型材。 §1 焊接结构材料的选择 §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。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 68 生产单件钢结构件 1板厚小于 3 mm，焊缝较短应选用 CO2焊。 2板厚在 3 10 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。 3板厚在 10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 生产大批量钢结构 1板厚小于 3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选 用缝焊。 2板厚在 3 10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用 CO2自动 焊。 3板厚大于 10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用埋弧焊 或电渣焊。 生产不锈钢、铝合金和铜合金结构 1板厚小于 3mm, 应选用脉冲钨极和钨极氩弧焊。 2板厚在 3 10 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用熔化极氩 弧或等离子弧自动焊。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 69 根据下列零件的特点连线相对应的焊接方法 手工电弧焊 钎焊 缝焊 埋弧自动焊埋弧自动焊 氩弧焊氩弧焊 锅炉炉身环缝 汽车油箱 电子线路板电子线路板 不锈钢钢板不锈钢钢板 灰口铸铁的补焊灰口铸铁的补焊 思考题思考题 金属工艺学 第四篇 焊接 * 70 根据下列零件的特点连线相对应的焊接方法 手工电弧焊 钎焊 缝焊 埋弧自动焊埋弧自动焊 氩弧焊氩弧焊 锅炉炉身环缝 汽车油箱 电子线路板电子线路板 不锈钢钢板不锈钢钢板 灰口铸铁的补焊灰口铸铁的补焊 思考题思考题 金属工艺学 第四篇 焊接 * 71 §3 接头工艺设计接头工艺设计 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。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 72 二、焊接接头坡口形式的设计 金属工艺学 第四篇 焊接 * 73 为了在焊接时使接头两侧加热均匀，避免变形，要求 接头处 加工成相同或相近的尺寸 。不同厚度的工件焊接接头的过渡形式 ： 金属工艺学 第四篇 焊接 * 74 三、焊缝的布置 1. 焊缝应避免密集交叉 ， 以 便减小焊接热影响区，防止 粗大组织的出现； 筋板切角 可避免焊缝交叉 ，减小应力 金属工艺学 第四篇 焊接 * 75 2. 焊缝的位置应尽可能对称分布焊缝的位置应尽可能对称分布 ，以抵消焊接变形。，以抵消焊接变形。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 76 3. 焊缝应避开应力集中处和最大应力处 金属工艺学 第四篇 焊接 * 77 4. 焊缝应远离机械加工表面 金属工艺学 第四篇 焊接 * 78 5. 尽量减少焊缝的长度和数量 不正确 正确 金属工艺学 第四篇 焊接 * 79 6. 焊缝的布置应便于焊接操作 焊缝位置便于手工电弧焊的设计 金属工艺学 第四篇 焊接 * 80 6. 焊缝的布置应便于焊接操作 焊缝位置便于点焊及缝焊的设计 不正确 正确 金属工艺学 第四篇 焊接 * 81 6. 焊缝的布置应便于焊接操作 焊缝位置便于自动焊的设计 不正确 正确 金属工艺学 第四篇 焊接 * 82 7.角接改为对接以增加接头强度 角接改为对接的设计 不正确 正确 金属工艺学 第四篇 焊接 * 83 8.焊缝的尖角部分易产生应力集中，诱发裂纹，应改为 平缓过渡。 金属工艺学 第四篇 焊接 * 84 §4 典型工艺设计实例典型工艺设计实例 结构名称：中压容器 材料： 16MnR（原材料尺寸为 1200×5000 ×12（板厚） mm） 件厚：筒身 12mm；封头 14mm；入孔圈 20mm；管接头 7mm 压力容器 金属工艺学 第四篇 焊接 * 85 工艺设计要点： 筒身用钢板冷卷，按实际尺寸，可分为三节，为 避免焊缝密集，筒身纵焊缝可相互错开 180° ，封头应 采用热压成型，与筒身连接处应有 30 mm 50mm的直段 ，使焊缝躲开转角应力集中位置。 根据各条焊缝的不同情况，可选用不同的焊接方 法、接头型式、焊接材料与工艺。 生产数量： 小批生产 金属工艺学 第四篇 焊接 * 86 中压容器焊接工艺示意图 焊接过程 中压容器焊接 金属工艺学 第四篇 焊接 序号 焊缝 名称 焊 接方法与 焊 接工 艺 焊 接 材 料 1 筒身 纵缝1、 2、 3 因容器 质 量要求高，又小 批生 产 ，采用埋弧 焊 双面 焊 ，先内后外，不开坡口 。材料 为 16MnR应 在室内 焊 接。 焊丝 ： H08MnA 焊剂 ： 431 焊 条： 结 507 2 筒身 环缝4、 5、 6、 7 采用埋弧 焊 双面 焊 ， 顺 序 焊 4、 5、 6焊缝 ，先内后外 ，不开坡口。 7焊缝 装配后 先在内部用手弧 焊 封底， 再用埋弧 焊焊 外 环缝 。 焊丝 ： H08MnA 焊剂 ： 431 焊 条： 结 507 3 管接 头焊 接9 管壁 7mm，手弧 焊 双面 焊，装配后角 焊缝 ，不开坡 口。 焊 条： 结 507 4 入孔圈 纵缝10 板厚 20mm， 焊缝 短（100mm），手弧 焊 ，平 焊 位置， V型坡口。 焊 条： 结 507 5 入孔圈 环缝8 处 于立 焊 位置的 圆 角 焊缝，采用手弧 焊 ， 单 面坡口 ，双面 焊 焊 条： 结 507 * 87