工艺技术-焊接工艺培训教材(ppt 46页)

第四篇 焊 接 1 * 金属工艺学 答疑信箱： 概述 焊接 是利用 加热 或 加压 力等手段 ,借助金属 原子 的结合与扩散 作用 ,使分离的金属材料牢固连接起 来。 焊接分类 (按焊接过程特点 ) 1 熔化焊 （熔焊） : 局部加热，焊接接头熔化形 成共同的熔池 ,冷却结晶形成牢固接头 . 2.压力焊 : 利用加压 (或同时加热 ) ,使两工件产 生一定的塑性变形，熔化 ,使原子组成新的结晶形 成牢固接头。 3 钎焊 : 对钎料进行加热熔化 ,工件不熔化 , 钎料 熔化后填充在被焊接金属缝隙之间，凝固后两工 件形成牢固接头 . 2 * 金属工艺学 答疑信箱： 二、焊接生产特点 ： 1.永久性连接，不易拆卸，接头性能好； 2.节省材料，节省工时，成本低，重量轻； 3.能化大为小 ,拚小成大 .化复杂为简单； 4.可以制造双金属结构 ,节省贵重金属 . 5. 生产率高 便于实现机械化 ,自动化 . 6. 不可拆卸；在某些场合使用不便； 7.局部加热，焊接接头处组织和性能要变化； 8.有些金属目前常规方法焊接质量仍不理想。 3 第四篇 焊 接 第 一章 电 弧 焊 4 * 金属工艺学 答疑信箱： 一、焊接电弧 在电极与工件之间的气体介质中长时 间的放电现象。 电弧组成： 5 * 金属工艺学 答疑信箱： 1.电弧热量 组成 ：（ 以直流焊接为例） 阳极区 约占电弧总热量的 43%; 阴极区 约占电弧总热量 36%; 弧柱区 其余 21%左右的热量 2.电弧温度 ： （极区的温度因电极材料不同） 用钢焊条焊接钢材时 , 阳极区温度约为 2600 K, 阴极区温度约为 2400 K, 电弧弧柱中心区温度 ,可达 6000 8000 K。 交流焊接电弧三个区域、电弧热量、电弧温度几乎 不明显 6 * 金属工艺学 答疑信箱： 3.焊接的接法 （仅在直流焊接中存在） n 正接 ：工件接电源正极 ,焊条接负极。 正接常用于焊厚件，熔深较大的焊缝处。 n 反接 ： 工件接电源负极 ,焊条接正极。 常用于焊一些薄板件，熔深较浅的焊缝及一特殊的焊接场合 。 交流焊接不存在正接和反接问题 7 * 金属工艺学 答疑信箱： 交 流 电 焊 机 4.手工电弧焊设备： （ 1）交流焊机 8 * 金属工艺学 答疑信箱： 交 流 电 焊 机 9 * 金属工艺学 答疑信箱： 旋转式直流弧焊机 特点：直流 电稳定，引弧容易，电弧稳定 ，焊接质量较好。但结构复杂 ，价格贵，维修较困难，噪音 大。现较少用。 旋转式直流弧焊机（ 2）直流电焊机 小型直流电焊机 10 * 金属工艺学 答疑信箱： ZXE1-250交直流两用弧焊 机 ZX6系列三相整流弧焊机 （ 3）整流电焊机 （归属直流焊机的一种） 11 * 金属工艺学 答疑信箱： 二、 焊接接头的组织与性能 （一）焊接工件上 温度的变化与分布 n 距焊缝中心不同， 受热最高温度不同。 n 各点到达最高温 度的时间不同。 n 各点相当于受到 一次不同规范的 热处理。 12 * 金属工艺学 答疑信箱： （二）焊接接头组织与性能 13 * 金属工艺学 答疑信箱： 以低碳钢焊缝为例 分析 焊缝组成 1 .焊缝金属 熔化温度在 1500 以上。 组织：形成柱状晶，约与池壁垂直（与铸造相似） 性能： 药皮成分起渗合金作用，焊缝成分中硅，锰 合金元素可能高于母材，有熔渣保护。性能一般 不低于母材（尤其强度）。 2.焊接热影响区 ： 即除去焊缝金属之外区域，有两个焊接热影响区（ 左右各一）。 14 * 金属工艺学 答疑信箱： 1） 熔合区 焊缝与母材交界区 组织：局部熔化铸造组织 +受热长大的粗晶。 性能；接头中性能最差。 2） 过热区 ： 组织：晶粒产生急剧长大。过热组织。 性能：塑性、韧性 ，极易裂纹； 接头中性能较差 3） 正火区 ： 组织：正火组织，发生重结晶，晶粒细化 性能：机械性能提高（比焊接母材高） 4） 部分相变区 ： 组织：部分相变（ F、 P）晶粒不均 性能：机械性能稍差 热影响区对焊接性能影响因焊接方法、焊接规范不同而不同 。 15 * 金属工艺学 答疑信箱： （三）改善焊接热影响区组织及性能方法 熔化焊的焊接热影响区不可避免； 不同焊接方法、焊接规范 焊接热影响区宽窄尺寸不同； 改善方法 焊后热处理（正火、退火等）； 正确选择 焊接方法、焊接规范 16 * 金属工艺学 答疑信箱： 三、焊接应力与变形 1. 产生应力、变形、裂纹原因 n 应力原因： 加热不均 , 各处热胀量不同 ; n 变形原因 ：内应力有通过变形自发释放趋势，拉应力部分 缩短，压应力部分伸长，形成变形。 n 裂纹原因 ：若内应力超过材料的抗拉极限，且无法变形， 则出现裂纹。 17 * 金属工艺学 答疑信箱： 2. 焊接变形基本形式与防止减少措施 （ 1） 收缩变形 ：加热不均 , 各处热胀量 措施 ：加裕量，尺寸总量加大 0.10.2%。 （ 2） 角变形 ： V型坡口焊缝截面上下不对称引起； 措施： 正确开破口（双面）、反变形法。 （ 3） 弯曲变形 ：焊缝在构件一端不对称引起； 措施： 刚性固定法。 （ 4） 波浪变形 ；薄板焊缝收缩使板材失稳引起； 措施 ：刚性固定法。 （ 5） 扭曲变形 ：焊接顺序不当或同时发生弯曲变形 、波浪变形等。 措施： 刚性固定法、选择合理的焊接顺序。 18 * 金属工艺学 答疑信箱： 其它措施： n 焊前预热 : 减少温差 ,可显著 减少焊接应力； n 焊后热处理 :正火或退火应用。 n 正确布置焊缝 n 采用不同的焊接工艺等 3.变形矫正 基本原理 : 新变形抵消焊接变形 . n 机械矫正法 : 用机械力矫正 ,压力机手锤敲击 n 火焰矫正法 : 乙炔焰加热焊件 ,使其产生反向等 量变形 .主要低碳钢 ,部分低合金钢 . 19 * 金属工艺学 答疑信箱： 四、焊条电弧焊 (手工电弧焊 ) 优点 : 设备简单、成本低； 使用及维护方便； 接头、焊缝形状、位置不受限制； 使用范围广，性能能满足大部分场合需要。 缺点：有弧光及气体产生，劳动条件差； 质量取决于操作者水平、不稳定； 生产率较低。 （一）焊条电弧焊焊接过程 n 焊接过程 : 引弧 上提焊条稳定电弧 向前、 向下送进焊条 形成稳定熔池 形成焊缝。 20 * 金属工艺学 答疑信箱： 21 * 金属工艺学 答疑信箱： 22 * 金属工艺学 答疑信箱： （二） 焊条 组成：由焊芯和药皮两部分组成 。 1. 焊芯： 作用 ：导电及作为填充金属 焊芯用碳素钢牌号、成分见表 4-2/P157 2.焊条药皮： 作用 ：改善焊接工艺性，使电弧易燃和燃烧稳定。 对焊接区起保护，造渣、造气、冶金化学作用 ， 药皮组成成分、作用见表 4-3/P158 23 * 金属工艺学 答疑信箱： 3.焊条种类及型号 按成分分类， 7种类型： 结构钢、 低合金钢、 不锈钢、堆焊、铸铁、铜及 铜合金、 铝及铝合金焊条 旧的分类 10种（以用途分类） 结构钢焊条 J 、不锈钢焊条 B 、堆焊焊条 D、铸铁 焊条 Z、 低温钢焊条 W 、 耐热钢焊条 R、镍及镍 合金焊条 N 、 铜及铜合金焊条 T、铝及铝合金焊条 L、 特殊用途钢焊条 TS。 按熔渣分类（ 2种） 酸性焊条和碱性焊条 24 * 金属工艺学 答疑信箱： 焊条型号 国家标准中规定的焊条代号。 n 碳钢焊条型号见 GB/T511795 、 GB/T511895 焊条牌号 是焊条行业 统一的焊条代号。 字母 + 前二位数字代表焊缝金属抗拉强度 末尾数字表示焊条的药皮类型和焊接电流种类 例如 J422 J：结构钢焊条 42：焊缝抗拉强度不低于 420MPa 2：钛钙型药皮，交直流两用（表 4-4/P138） 25 * 金属工艺学 答疑信箱： 酸性焊条 ：药皮熔渣中酸性氧化物 (如 SiO2、 TiO2、 Fe2O3) 比碱性氧化物 (如 CaO、 FeO、 MnO、 Na2O)多的焊条。 特点与应用： n 适合各种电源 ,操作性较好 ,电弧稳定 ,成本低 ; n 焊缝渗合金作用弱 ,焊缝强度低，塑性、韧性稍差， 应用： 不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。 碱性焊条 ：药皮熔渣中碱性氧化物 (如 CaO、 FeO、 MnO、 Na2O)比酸性氧化物 (如 SiO2、 TiO2、 Fe2O3) 多的焊条 , 碱性焊条又称为低氢焊条 n 渗合金作用强，焊缝强度高，塑性、韧性好，抗裂性好； n 操作性较差 ,焊前工艺准备严格； n 对电源有要求，电弧不稳定，易灭弧；成本比酸性焊条高 ； 应用： 适合焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。 26 * 金属工艺学 答疑信箱： 4.焊条的选用原则 (1)低碳钢和普通低合金钢构件 -等强度选用 (2)同强度酸性焊条或碱性焊条的选定 - 选较经济的酸性焊条 。 (3)低碳钢与低合金结构钢焊接 -按较低的选 。 (4)铸钢结构的焊接 -一般应选用碱性焊条 (5) 特殊性能要求 -选专用焊条 ， 27 * 金属工艺学 答疑信箱： 五、埋弧自动焊 问题的提出：焊接厚大件（或与提高生产率 ） 加大电流 速度 焊条发热 药皮脱 落 焊条长度减短 换焊条频率 焊条头 浪费多。 解决： 用颗粒状焊剂取代焊条药皮 用连续自动送进的焊丝取代焊芯 用自动焊机取代焊工的手工操作 28 * 金属工艺学 答疑信箱： （一）埋弧焊接过程 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； 29 * 金属工艺学 答疑信箱： 30 * 金属工艺学 答疑信箱： （二）埋弧自动焊的特点 生产率高 (为手弧焊的 5 10倍 ) 焊接质量好 (渣保护效果好、焊接规范稳定 ) 节省金属材料 劳动条件好 适应性较差，一般只宜焊平焊位的直缝和环缝，不能焊空 间位置焊缝和不规则焊缝，焊前试验、调整等工作量较大 。 焊缝位置概念 ：焊缝位置有 平焊、立焊、横焊和仰焊四种 . 31 * 金属工艺学 答疑信箱： （三）埋弧焊工艺 1.下料、坡口准备、焊前拼装； 2.引弧板与引出板设置； 3.焊剂垫与垫板的应用； 4.大圆筒焊件的焊接。 32 * 金属工艺学 答疑信箱： 六、气体保护焊 普通焊接存在问题： 焊缝保护不好（易氧化，元素烧损） 焊接过程不可见 普通焊接时成本较高（焊条制作复杂引起） 思路： 采用氩气保护 采用二氧化碳气体保护 （一）氩弧焊 氩气 (Ar)是惰性气体，在高温下，既不同金属发生化学 反应，也不溶于液态金属，是较理想的焊接保护气体。 氩弧焊使用的氩气纯度达 99.9%，一般 99.99% 。 二、 33 * 金属工艺学 答疑信箱： 氩弧焊的两种形式 1.钨极氩弧焊 (TIG) 2. 熔化极氩弧焊 (MIG) 34 * 金属工艺学 答疑信箱： 钨极氩弧焊 (TIG)示意图 1-钨极； 2-导电嘴； 3-绝缘套； 4-喷嘴； 5-氩气流； 6-焊丝； 7-焊缝； 8-工件； 9-进气管 35 * 金属工艺学 答疑信箱： 36 * 金属工艺学 答疑信箱： 氩弧焊特点 : (1)适于焊接各类合金钢、易氧化的非铁金属及锆、 钽、钼等稀有金属材料 ; (2)电弧稳定 ,焊缝致密 ,表面没熔渣 ,成形美观 ; (3)熔池受气流保护 ,明弧可见 ,便于操作 ; (4)焊接速度较快 ,焊接热影响区较窄 ; (5)焊前对焊件的清理要求很严格 (6)采用特殊的非接触引弧方式。 (7)钨极 氩弧焊 适合焊接薄板（ 6mm）和超薄板。 (8)价格较高 ,氩弧焊目前主要用于焊接铝、镁、钛及 其合金 ,也用于焊接不锈钢、耐热钢和一部分重要 的低合金结构钢焊件。 37 * 金属工艺学 答疑信箱： （二） CO2气体保护焊： 用 CO2作保护气的电弧焊。 38 * 金属工艺学 答疑信箱： CO2气体保护焊焊接处示意图 39 * 金属工艺学 答疑信箱： CO2气体保护焊特点： n 成本低 ；（约是焊条电弧焊的 40%） n 生产率高；（比焊条电弧焊提高 1 3倍） n 操作性能好； n 焊接质量好。 CO2气体保护焊的焊丝 普通焊丝； 药芯焊丝：由薄钢带卷成圆形或由异形管内填充 药构成；截面形状有 O、 E、 T形状。 40 * 金属工艺学 答疑信箱： 七、等离子弧焊 等离子弧焊的三个效应： n 机械压缩效应：热压缩作用：电磁收缩效应： 等离子弧焊特点 : （ 1）能量密度大 ,弧柱温度高 , 生产率高 ; （ 2）焊接质量好 ; （ 3）设备较复杂 ,气体消耗量大 ,只宜室内焊接。 应用 : 铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属焊件。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等 41 * 金属工艺学 答疑信箱：