机械制造技术第08次课-第三章

前次课回顾 第一节 熔焊 六、其他熔焊方法介绍 1、埋弧自动焊 2、气体保护焊 3、电渣焊 4、电子束焊 5、激光焊 第二节 常用金属的焊接性能 一、金属的焊接性 二、结构钢的焊接 三、铸铁的焊补 四、有色金属的焊接 本次课内容 第三节 焊接结构设计 一、焊接结构件材料的选择 二、焊接方法的选择 三、焊件的焊缝布置 四、焊接接头的工艺设计 1、焊接接头的类型及特点 2、焊接接头坡口的设计 第四节 其他焊接技术 一、压焊 1、电阻焊 (点、缝、对焊 ) 2、其它压焊 二、钎焊 1） 低合金高强度结构钢（ 460）的焊接 焊前为热轧或正火状态，强度级别低 /高的焊接性好 /差。 焊接特点 热影响区的淬硬倾向： 强度级别越高，淬硬倾向越大。 焊接接头的裂缝倾向： 热裂倾向不大： 因焊件中常含的 作用。 冷裂倾向较大： 液态合金钢容易吸收氢，在含氢量、淬硬组织及应力的共同作用下，可能产生冷裂。 强度级别高或厚板焊接或低温焊接，焊前预热 150 以下 第二节 常用金属的焊接性能 二、结构钢的焊接 2、合金结构钢的焊接 第二节 常用金属的焊接性能 二、结构钢的焊接 2、合金结构钢的焊接 2）低、中碳合金调质钢 （ s=490980/8801176)的焊接 低碳合金调质钢： 有一定的冷裂倾向。焊前为调质状态，一般在 250 以下预热，焊后不热处理。 （合金渗碳钢） 中碳合金调质钢： 冷、热裂倾向更大。焊前最好经过（退）正火处理，并在 350 以下预热，焊后调质处理。 3）珠光体耐热钢 的焊接 焊前为正火加回火状态，组织为珠光体为或（珠光体和少量铁素体） 焊接性能与低合金 高强度结构钢 相似，但冷裂倾向更大。 焊前预热 400 以下，焊后高温回火。 珠光体耐热钢 : 主要合金元素为 等，常见牌号有 12 1) 易产生白口组织（ 淬硬组织（ M） 焊缝基本上为白口组织，熔合区易产生白口组织和淬硬组织，焊后难以机加工。 2) 易产生裂纹 铸铁强度低、塑性差，接头易产生裂纹。 3) 易产生气孔 铸铁含碳量高，焊接时产生的 4) 一般采用平焊 铸铁流动性好 第二节 常用金属的焊接性能 三、铸铁的焊补 1、铸铁焊补的特点 铸铁没有焊接构件，铸铁的焊接主要是 焊补。 第二节 常用金属的焊接性能 三、铸铁的焊补 2、铸铁焊补方法 1）热焊法 热焊是焊前将焊件整体或局部预热到 600700C，焊中保持此温度，焊后随炉缓慢冷却。 中小铸件的焊补一般采用气焊，使用 专用的铸铁焊芯 。 较大铸件的焊补可用焊条电弧焊，使用 专用的铸铁焊条 ，药皮成分主要是石墨、硅铁、碳酸钙等，以补充碳和硅的烧损，并造渣清除杂质。 热焊接头无白口组织和裂缝，焊后可进行机加工。 工作环境差，生产率低。 热焊用于焊后需要机加工的重要零件，如机床导轨等。 铸铁没有焊接构件，铸铁的焊接主要是 焊补。 第二节 常用金属的焊接性能 三、铸铁的焊补 2、铸铁焊补方法 2）冷焊法 焊补之前，焊件不预热或 400C 以下低温预热。 一般采用焊条电弧焊进行焊补。焊接时采用小电流、窄焊缝、短焊道（ 1050焊后及时轻轻锤击以松弛应力。 焊条 非铸铁芯铸铁焊条 钢芯铸铁焊条 1： 低碳钢焊丝， 强氧化性 药皮，熔合处有白口 钢芯铸铁焊条 2： 低碳钢焊丝， 钒铁 药皮，焊缝为 （高钒铸铁焊条） 碳化物，抗裂性较好，熔合处有白口 铜基铸铁焊条： 铜焊丝，低氢药皮，铜促进石墨化，无白口 镍基铸铁焊条： 纯镍或铜镍焊丝，镍、铜促进石墨化，机加性好 铸铁没有焊接构件，铸铁的焊接主要是 焊补。 1）焊接特点 极易氧化生成氧化铝。 高熔点氧化铝覆盖在金属表面，阻碍金属熔合；氧化铝比重大，易使焊缝夹渣。 易产生气孔。 液态铝能吸收大量的氢，凝固时氢来不及逸出形成气孔。 易产生裂纹。 铝的膨胀系数大，易产生焊接应力与变形，甚至裂纹。 易焊穿。 高温时强度与塑性低，易引起焊缝塌陷和焊穿。常采用 垫板 。 易散热。 铝的导热系数大，要求使用能量集中的强热源。 第二节 常用金属的焊接性能 四、有色金属的焊接 1、铝及铝合金的焊接 2）焊接方法 常用方法有：氩弧焊、气焊、焊条电弧焊、钎焊等。 氩弧焊时可不使用溶剂（氩离子对氧化膜有破坏作用），但氩气的纯度要大于 气焊、焊条电弧焊时必须使用 溶剂 去除氧化膜和油污等。 厚大或复杂焊件应300 1）焊接特点 焊缝成形能力差。 铜导热性为碳钢的 7倍，热量易散失，母材与填充金属难以熔合。 热裂纹倾向大。 铜氧化生成的 因膨胀系数大，使焊件在应力作用下开裂。 气孔倾向严重。 液态铜能吸收大量的氢，凝固时氢来不及逸出形成气孔。 接头性能下降。 焊缝与热影响区晶粒粗大，合金元素的氧化和蒸发 第二节 常用金属的焊接性能 四、有色金属的焊接 2、铜及铜合金的焊接 2）焊接方法 紫铜和青铜的焊接 采用氩弧焊是保证紫铜和青铜焊接的质量的有效方法。 气焊时，应采用严格的中性焰（氧：乙炔 =氧多易氧化，氢多生气孔。 黄铜的焊接 气焊是最常用的焊接方法。 采用轻微的氧化焰，并采用含硅的焊丝，使熔池表面形成一层致密的氧化硅薄膜，以阻止低沸点锌的蒸发、氢的熔入和熔池金属的氧化。 在满足工作性能要求的前提下，首先应该考虑用焊接性能较好的材料来制造焊接结构。 低碳钢 好； 低合金钢（碳当量小于 好 应优先选用强度等级低的低合金钢；强度等级较高的低合金钢只要采用合适的焊接材料和工艺，也可以使用。 应尽量选用同种金属材料进行焊接。 应多采用 工字钢 、 槽钢 、 角钢 和 钢管 等成型材料。 第三节 焊接结构设计 一、焊接结构件材料的选择 角钢 俗称角铁、是两边互相垂直成角形的长条钢材。有等边角钢和不等边角钢之分。 槽钢 是截面为凹槽形的长条钢材。 工字钢 是截面为工字形的长条钢材。 常用金属材料的焊接性能 (书上没有 ) B D C BC D A A D D D D 钛及其合金 C B A A D A A D C C B 铝及其合金 A A D D D B A C C B B 铜及其合金 B D D B B C C B B 铸铁 B B B A A A A A A A 铸钢 A D C B D A A C B A B 耐热钢 A A A A B A A B B A A 不锈钢 A A A A A A A A A A B 低合金钢 A A A B A A A B B A A 中碳钢 A A A A A A A A A A A 低碳钢 钎 焊 摩 擦 焊 对 焊 点焊、缝焊 电 渣 焊 电子束焊 氩 弧 焊 体保护焊 埋 弧 焊 手 弧 焊 气焊 焊接方法 金属材料 A：焊接性良好； B：焊接性较好； C：焊接性较差； D：焊接性不好 ； ：很少采用。 根据 材料性能 、工件结构特征 、生产率要求 、 各种焊接方法的适用范围 和 现场设备条件 等综合考虑选择焊接方法。 第三节 焊接结构设计 1、考虑焊件材料的性能 1) 考虑焊件材料的物理性能 导热性、导电性、熔点等 2) 考虑焊件材料的力学性能 电渣焊降低接头冲击韧性等 3) 考虑焊件材料的冶金性能 极易氧化的材料用氩弧焊等。 二、焊接方法的选择 2、考虑焊件的结构特征 结构特征： 包括焊件的结构形状、尺寸、厚度、接头形式、焊缝长短、空间位置等 稍好 中 少 D D D A D B A A C C 钎焊 好 少 中 D D D A D D A A C D 超声波焊 好 中 中 D D C A C A C D C A 闪光对焊 好 中 中 D D D A D C A A D D 缝焊 好 中 中 C B B A D C A A C D 点焊 压焊 最好 中 大 D D D A B A A B A A 电子束焊 好 少 大 D D A C A C D B A A 电渣焊 好 中 中 C C B A A A C A A A 熔化极氩弧焊 好 中 少 C B B A C B A A A A 钨极氩弧焊 好 少 中 C B A A A A B A A A 好 少 中 D B D A A A C A A A 埋弧焊 差 少 少 C B B A B A B A A A 焊条电弧焊 熔焊 焊 接 费 设 备 费 仰 焊 横 焊 立 焊 平 焊 超 厚 板 厚 板 薄 板 搭 接 T 形 接 对 接 自 动 化 程 度 费用 焊接位置 板厚 接头形式 焊接方法 表 3常用焊接方法对焊件结构的适应性 A：最佳； B：佳； C：差； D：极差 第三节 焊接结构设计 三、焊件的焊缝布置 1、尽量处于平焊位置 2、便于施焊 3、尽量减少焊缝数量 4、避免焊缝过分集中 5、尽量使焊缝对称 图 3焊条电弧焊时的施焊空间 图 30 型材组合结构的焊缝布置图 3点焊、缝焊焊缝位置 图 3埋弧焊焊缝设计 6、避免焊缝受力 7、远离机械加工表面 图 3工字梁焊缝布置 图 3箱形容器焊缝布置 图 3- 1 焊缝布置远离机加工面 平焊 立焊 横焊 仰焊 第三节 焊接结构设计 四、焊接接头的工艺设计 类型： 按焊件之间的相对位置及其组成的几何形状，焊接接头分 4种类型 :对接、搭接、 接 特点： 接头形式应根据 结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度 等因素综合考虑 图 3焊接接头的基本类型 应力集中严重 图 3形或角接接头的设计 1、焊接接头的类型及特点 第三节 焊接结构设计 四、焊接接头的工艺设计 目的： 保证焊件焊透 主要形式： 型、带钝边 图 3常用对接接头坡口型式 图 3常用 角接 接头坡口形式 图 3常用 头坡口形式 2、焊接接头坡口的设计 第三节 焊接结构设计 四、焊接接头的工艺设计 2、焊接接头坡口的设计 坡口设计的原则 焊条电弧焊时，板厚 20用小坡口，大根部间隙 根部间隙与坡口的大小在保证焊透的前提下应尽量小 节省填充材料（双 U、 、 焊接易于操作（单 U、 、 坡口易加工，且成本低（单 U、 、 焊接变形小（双 U、 、 不同厚度或宽度的板材焊接时，应尽量使接头两侧宽、厚相同或相近 第四节 其他焊接技术 一、压焊 1、电阻焊 1）点焊 过程： 加压，通电形成熔核，断电继续施压，直到焊点形成 电极： 电极由铜或铜合金制作，内部通冷却水 焊点间距： 先前焊点的分流现象，焊点间应有一定距离 影响因素： 电极压力、电流大小、焊接时间 分类： 强条件或硬规范焊接： 采用大电流和短时间焊接 弱条件或软规范焊接： 采用小电流长时间焊接 应用： 主要适用于无气密性要求的厚度 3 压焊 是焊接过程中对焊件施加压力（加热或不加热），使焊件牢固地连接起来的焊接方法。 电阻焊 是焊件在电极压力作用下，利用电流流过接头的接触面及其邻近区域时产生的电阻热使焊件金属熔化，冷却凝固后形成焊缝的一种压焊方法。 Q= 核 第四节 其他焊接技术 一、压焊 1、电阻焊 2）缝焊 通电特点： 一般为断续通电 分流严重： 缝焊过程分流现象严重，要使用大功率焊机 接头形式： 缝焊必须是搭接接头 特点： 较好的气密性和液密性。 应用： 适于厚度小于 3 主要用于焊接要求气密性或液密性的薄壁容器 焊点重叠 圆盘状 滚轮电极 第四节 其他焊接技术 一、压焊 1、电阻焊 3）对焊 （ 1）电阻对焊 特点： 接头表面光滑，毛刺小，焊接过程简单，易于操作等，待焊面需清理。 应用： 直径 20 （ 2）闪光对焊 特点： 待焊面上的杂质被火花带出或压力挤出，接头质量好，强度高。 应用： 重要的受力结构件的焊接，可焊接同种或异种金属，直径大小均可。 对焊 是利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来的一种方法。 种类： 根据加压和通电的先后次序不同，对焊分为电阻对焊、闪光对焊。 电阻对焊 是先加压后通电 闪光对焊 是先通电后加压 第四节 其他焊接技术 一、压焊 2、其它压焊 1） 超声波焊 是焊件在压力作用下，利用超声波的高频振荡使两焊件接触表面产生强烈的摩擦作用，以清除表面氧化膜并加热而实现焊接的一种方法。 （ a）切向传递 （ b）垂直传递 12341 2 3 4 V P V P 1 2 3 4 超声波焊接特点 可焊材料范围广。可焊接高热导率和高电导率的材料如铜、银等及异种材料。 热影响区小，接头强度高且稳定性好。 对焊件表面的清洁度要求不高。 高频振动会引起焊缝表面疲劳破坏，不适于硬脆的材料 超声波焊接应用 丝、箔、片等细薄件的搭接。 第四节 其他焊接技术 一、压焊 2、超声波焊 2） 扩散焊 在真空或保护气体环境中，焊件在一定温度和压力作用下，经过焊接区金属原子充分地相互扩散以及微观塑性变形，或在界面产生微量的液相而实现结合的焊接方法。 扩散焊特点 接头质量好。无热影响区；焊接应力与变形小。 可焊接材料广泛。可实现不同厚度、不同材料焊件之间的焊接。 扩散焊应用： 金属与陶瓷、金属与玻璃等难焊异种材料的焊接。 3） 爆炸焊 利用炸药爆炸产生的巨大冲击波使一个焊件（复板）迅速撞击另一个焊件（基板），其接触处在高温下产生金属射流清除焊件表面氧化物等杂质，液态金属在高压下冷却，形成焊接接头。 爆炸焊特点 接头强度一般大于母材。 可大面积焊接。 爆炸焊应用： 铝 雷管 炸药 缓冲层 基板 第四节 其他焊接技术 二、钎焊 1 分类： 硬钎焊： 钎料熔点在 450 以上，接头强度高（ 200 铜、银 软钎焊： 钎料熔点在 45