机械工艺制造基础课程焊接改进.ppt

机械制造工艺基础机械制造工艺基础 3.4 金属材料的焊接性 3.4.1 金属材料的可焊性 1、可焊性的概念： 可焊性是指被焊金属在采用一定的焊接方法、焊接 材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质接 头的难易程度。 工艺可焊性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。 使用可焊性：焊接接头在使用中的可靠性。 2、估算钢材可焊性的方法： 碳当量：C当量=C+Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 b C当量0.6%时，可焊性差。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第一节 金属材料的焊接性 （2）冷裂纹敏感系数： Pc C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+ V/10+5B+h/600+H/60 (%) 防止裂纹要求的最低预热温度公式 Tp=1440Pc 392 () 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第二节 碳钢的焊接 一、低碳钢的焊接： 含碳量不大于0.25%，塑性好，一般没有淬硬倾 向，对焊接热过程不敏感，可焊性良好。焊这类 钢时，不需要采取特殊的工艺措施，通常在焊后 也不需要进行热处理（电渣焊除外）。 低碳钢工件用手工电弧焊时一般采用J422或J427 焊条，埋弧自动焊时一般用H08A或H08MnA+焊剂 431。 二、中、高碳钢的焊接： 中碳钢：C：0.250.6。 （1）热影响区易产生淬硬组织和冷裂缝： 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第二节 碳钢的焊接 中碳钢属于易淬火钢，热影响区易出 现马氏体等淬硬组织。如焊件刚性较大或 工艺不恰当时，就会在淬火区产生冷裂缝 。 (2)焊缝金属热裂缝倾向较大： 因母材含碳量与硫、磷杂质远远高于 焊条钢芯，母材熔化后进入熔池，使焊缝 金属含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低 熔点杂质的存在，焊缝及熔合区在相变前 就可能因内应力而产生裂缝。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第二节 碳钢的焊接 因此，焊接中碳钢构件，焊前必须进 行预热，以减小焊接应力，同时减慢热影 响区的冷却速度，避免产生淬硬组织。 高碳钢焊接性能更差，一般只是进行 修复。工艺措施更严格。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第三节 合金结构钢的焊接 b焊接结构中，用得最多的是低合金结构钢。 b普通低合金钢在我国一般按屈服强度分等级 ，主要用于制造压力容器、锅炉、桥梁、船舶 、车辆、起重机等。 b普通低合金钢一般采用手工电弧焊和埋弧自 动焊，此外，厚板可用电渣焊，也可采用气体 保护焊，强度级别较低的可以用CO2气体保护 焊，屈服强度大于500MPa的高强钢，宜用富 氩混合气体保护焊(例如Ar 80% + CO2 20%)。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第三节 合金结构钢的焊接 b其焊接特点： b（1）热影响区的淬硬倾向： b（2）焊接接头的裂缝倾向：延迟裂缝 强度越高，焊接性能降低。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第四节 不锈钢的焊接 b不锈钢按空冷后室温组织不同可分为马 氏体型不锈钢(如crl3型)，铁素体型不锈钢( 如c r17型)和奥氏体铬镍不锈钢(如crl8Ni9型 和Cr 25Ni 20型)。 b奥氏体不锈钢，如188型不锈钢，焊按 性良好，焊接时一般不需要采取特殊的工 艺措施，通常采用手工电弧焊和钨极氩弧 焊，也可采用埋弧自动焊。选用化学成分 类型相同的焊条。使焊缝化学成分与母材 化学成分具有相同的类型。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第四节 不锈钢的焊接 b马氏体不锈钢焊接性较差，其主要问题 是焊接接头冷裂纹和淬硬脆化。焊接时要 采取防止冷裂纹的一系列措施。 b铁素体不锈钢焊接的主要问题是过热区 晶粒长大引起脆化和裂纹。因此，要采取 较低温度预热，一般不超过150度。这主要 是为了防止过热脆化，减少在高温停留时 间。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第四节 不锈钢的焊接 b马氏体不锈钢和铁素体不锈钢的焊接方法也是 手工电弧焊(采用铬不锈钢焊条)和氩弧焊。 b工程上有时需要把不锈钢和低碳钢或普通低合 金钢焊按起来，通常采用手工电弧焊。但焊条选 择要注意，不能用焊1crl8Ni 9T1的A132(奥132)， 也不能用焊A 3钢的J 422(结422)。应选用属于25 13型的A 307(奥307)焊条。用A 307焊条焊接 1Crl8Ni 9T5和Q235A(A 3)钢，焊缝金属的组织是 奥氏体和少量(35)铁素体，这样就不会产生 焊接裂纹。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第五节 有色金属的焊接 一、铜及铜合金的焊接 铜及铜合金的焊接比低碳钢困难得多，其原因是 ： 铜的导热性很高 ，因此，焊前工件要预热， 焊接时要选用较大电流或火焰 。 铜在液态易氧化，容易产生较大的焊接应力 。 铜在液态时吸气性强，特别容易吸氢。 铜的电阻极小，不适于电阻焊接。 铜合金中的合金元素有的比铜更易氧化，使 焊接的困难增大。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第五节 有色金属的焊接 铜及铜合金可用氩弧焊、气焊、碳弧焊、钎焊等 方法进行焊接。 采用氩氩弧焊焊是保证证紫铜铜和青铜焊铜焊 接质质量的有效 方法。 气焊紫铜及青铜时应采用严格的中性焰。 黄铜的焊接，目前最常用的焊接方法仍是气焊， 一般用轻微的氧化焰，采用含硅的焊丝。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第五节 有色金属的焊接 二、铝及铝合金的焊接 铝及铝合金的焊接也比较困难，其焊接特点是： 铝铝与氧的亲亲和力很大 ； 铝铝的导热导热 系数较较大，要求使用大功率或能量 集中的热热源，铝铝的膨胀胀系数也较较大，易产产生焊焊 接应应力与变变形。 液态铝态铝 能吸收大量的氢氢。 铝铝在高温时时强度及塑性很低，因此常需采用 垫垫板。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第五节 有色金属的焊接 目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊 、气焊、点焊、缝焊和钎焊。 氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法，由 于氩气的保护作用和氩离子对氧化膜的阴 极破碎作用，焊接时可不用焊剂，但氩气 纯度要求大于99.9%。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第六节 异种金属的焊接性分析 异种金属焊接通常要比同种金属的焊接困难，因 为除了金属本身的物理化学性能对焊接有影响外 ，两种金属材料性能的差异会更大程度上影响它 们之间的焊接。 1结晶化学性的差异 两种被焊金属在冶金上是否相容取决于它们在液 态和固态时的互溶性以及在焊接过程中是否会产 生金属间化合物（脆性相）。 因此，在选择材料搭配时，首先要满足互溶性。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第六节 异种金属的焊接性分析 2物理性能的差异 金属的物理性能主要是熔化温度，膨胀系数，导 热系数和电阻率等。它们的差异将影响焊接的热 循环过程和结晶条件，增加焊接应力，降低接头 质量，使焊接困难。 异种金属的焊接方法 1熔焊 异种金属焊接中应用较多的是熔焊方法，采用熔 焊最大特点是控制稀释率和金属间化合物的产生 。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 第六节 异种金属的焊接性分析 为了减少稀释率，降低熔合比或控制不同金属母 材的熔化量，常可选用热源能量密度较高的电子 束焊、激光焊、等离子弧焊等方法。 2压焊 当焊接异种金属接头时，压焊具有一定的优越性 ，只要接头形式允许，采用压焊往往是比较合理 的选择。不过，大多数压焊方法对接头形式具有 一定要求。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 3.5 焊接结构设计 3.5.1 焊件材料的选择 1、尽量选用可焊性好的材料： （1）C 0.25%的低碳钢或CE 0.4%的低 合金钢。 （2）尽量选用镇静钢。 2、异种金属焊接时焊缝应与低强度金属等 强度，而工艺应按高强度金属设计。 3、尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等 型材。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 3.5.2 焊接方法的选择 1、单件生产钢结构件时： （1）板厚在3-10mm,强度较低，且焊缝较 短应选用手弧焊。 （2）板厚在10mm以上，焊缝为长直焊缝或 环焊缝应选用埋弧焊。 （3）板厚小于3mm，焊缝较短应选用CO2焊 。 2、大批量生产钢结构时： （1）板厚小于3mm,无密封要求应选用电阻 点焊。有密封要求应选用缝焊。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 3.5.2 焊接方法的选择 （2）板厚在3-10mm，焊缝短应用CO2焊， 焊缝长应用埋弧焊。 （3）板厚大于35mm，应用电渣焊。 3、焊接铝和铜合金时，应用氩弧焊。 4、焊接超薄材料、难熔金属或活泼金属 时，应用等离子弧焊、电子束焊或激光焊 ，也可采用超声波焊。 5、焊接多层复合板时，应采用扩散焊或 爆炸焊。 机械制造工艺基础机械制造工艺基础 3.5.3 焊接接头工艺设计 一、焊缝的布置： （1）焊缝应尽可能分散 。 （2）焊缝的位置应尽可 能对称分布。 （3）焊缝应尽可