《材料成型技术与基础》全套PPT电子课件教案-第09章 焊接.ppt

第九章 焊接 9.1 电弧焊 9.2 电阻焊 9.3 摩擦焊、钎焊 9.4 其他焊接方法 9.5 焊接件结构工艺性 9.6 常用金属材料的焊接 9.7 焊接技术新进展 本章小结 常用焊接方法 真空钎焊 感应钎焊 炉中钎焊 电阻钎焊 盐浴钎焊 火焰钎焊 烙铁钎焊 爆炸焊 超声波焊 电阻焊 扩散焊 摩擦焊 高能焊 堆焊与喷涂 电渣焊 电弧焊 气焊 熔焊 压焊 钎焊 9.1 电弧焊 9.1.1 焊条电弧焊 9.1.2 埋弧焊 9.1.3 气体保护焊 9.1.4 等离子弧焊接与切 割 第九章 焊接 9.1.1 焊条电弧焊 1. 焊接电弧 焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间有力的放电现 象,即在局部气体介质有大量电子流通过的导电现象。电极可以是金 属丝、钨丝、碳棒或焊条。电弧电压一般为1635之间。 2. 焊条电弧焊的原理及过程 特点:温度高(2000左右)、 熔 池体积小、熔池和熔滴难以保护。 3. 电焊条 (1) 焊芯（埋弧焊时为焊丝） (2) 焊条药皮 其作用是稳定电弧、保护焊缝 (免受空气的有害作用,顺利脱氧 和合金化). (3)焊条的种类及型号 (4)焊条的选用原则 第九章 焊接 原理 一般情况下，气体是不导电的，要使两极间能够连 续地放电，必须使两极间的气体电离，连续不断地产 生带电粒子（电子、正负离子），同时，在两极间应 有足够的电压，带电粒子在电场的作用下向两极做定 向运动，即形成导电体并通过很大的电流，产生强烈 的电弧放电。 第九章 焊接 常用结构钢焊条焊芯的牌号和成分 钢号 化学成分/% 用途cmnsicrnisp h080.10.30. 55 0.30.20.3 0.04 0.04 一般焊接 结构 h08a 0.10.30. 55 0.30.20.3 0.03 0.03 重要的焊 接结构 h08 mna 0.10.81. 1 0.070.20.3 0.03 0.03 用作埋弧 自动焊钢 丝 焊芯的含碳量、硫和磷含量都低.此外,合金结构钢、不锈钢用焊 条的焊芯应采用相应的焊接钢丝作焊芯. 第九章 焊接 化学反应 fe+o feo 4feo fe3o4+fe si+2o sio2 mn+o mno feo+mn mno+fe 2feo+si sio2+2fe feo+c co +fe mno+fes mns+feo cao+fes cas+feo 第九章 焊接 焊条药皮原料的种类、名称及其作用 原料种类原料名称作用 稳弧剂 碳酸钾、碳酸钠、长石、大 理石、钛白粉、钠钾水玻璃 改善引弧性能,提高电弧 燃烧的稳定性 造气剂 淀粉、木屑、纤维素、大理石 造成一定量的气体、隔 绝空气、保护焊接熔滴 与熔池 造渣剂 大理石、萤石、萤苦土、长石 、粘土、钛白粉、锰钛铁矿 造渣,保护焊缝。碱性渣 中的cao还可起脱硫、 脱磷作用 脱氧剂锰铁、硅铁、钛铁、铝铁、石 墨 脱除金属中的氧.锰还起 脱硫作用 合金剂锰、硅、铬、钼、钒、钨铁焊缝金属合金化 稀渣剂萤石、长石、钛白粉、钛铁降低熔渣的粘性 粘结剂钾水玻璃、钠水玻璃将药皮牢固粘在钢芯上 焊条按熔渣性质可分酸性焊条和碱性焊条两大类：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）多的焊条为酸性焊条。该类焊条适合各种电 源，操作性较好，电弧稳定，成本低，但焊缝强度较低，渗合金 作用弱，故不宜焊接承受重载和要求高强度的重要结构件。碱性 氧化物比酸性氧化物多的为碱性焊条，。该类焊条一般要求采用 直流电源，焊缝强度高，抗冲击能力强，但操作性差，电弧不稳 定，成本高，故只适合焊接重要结构件。 焊条按化学成分可分为七大类，其中的碳钢焊条和低合金钢焊 条的型号可用e表示。e表示焊条，前两位数字表示熔敷 金属的最低b（单位kgf/mm2）；第三位数字表示焊条适用的焊 接位置（“0”及“1”表示适用各种焊接位置，“2”表示适合平焊及平 角焊，“4”表示适合向下立焊）；第三及第四位数字组合表示药皮 类型和电流种类。如e5515属低氢钠型、适用直流电源进行各种焊 接位置的焊条，焊缝的b550mpa。 第九章 焊接 焊条的种类及型号 国标样本 编号名称 代号名称代号 gb5117-85碳钢焊条e结构钢焊条j结 gb5118-85低合金钢焊条 e结构钢焊条 钼和铬钼耐热钢焊条 低温钢焊条 j r w 结 热 温 gb983-85不锈钢焊条e不锈钢焊条g a 铬 奥 gb984-85堆焊焊条ed堆焊焊条d堆 gb10044-88铸铁焊条ez铸铁焊条z铸 -镍及镍合金焊条ni镍 gb3670-83铜及铜合金焊条tcu铜及铜合金焊条t铜 gb3669-83铝及铝合金焊条tal铝及铝合金焊条l铝 -特殊用途焊条ts特 焊条的选用原则 首先根据焊件化学成分、力学性能、抗裂性、耐蚀性及高温性 能等要求，选用相应的焊条种类。再考虑焊接结构形状、受力情 况、焊接设备条件和焊条售价来选定具体型号。 1）低碳钢和普通低合金钢构件，一般按照焊缝金属与母材等强 度的原则。钢材强度是s ，焊缝强度是b。 2）要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能力强或低温性能好的构件 应选用碱性焊条，而对受力不复杂、母材质量好的构件，可选用 酸性焊条。 3）低碳钢和低合金结构钢焊接，应按异种钢接头中强度较低的 钢材来选用相应的焊条。 4）铸铁应选用碱性焊条，焊接前应预热。 5）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，以保证焊缝的主要化学成分与性能和母材相同。 第九章 焊接 埋弧焊示意图及焊件剖面 9.1.2 埋弧焊 1.埋弧焊（熔剂层下焊接）的焊接过程 焊接时，送丝机构将焊丝自动送入 电弧区，并保证选定的弧长，电弧在 颗粒状熔剂（焊剂）层下燃烧。焊机 带着焊丝相对工件均匀移动，焊剂从 漏斗中不断流出撒在被焊部位。 2.埋弧焊的特点 生产率高、焊缝质量高外形美观、 节约金属材料、改善劳动条件、设备 费用较贵、只适合长直焊缝和环焊缝 3.埋弧焊的焊丝和焊剂 4.埋弧焊工艺 第九章 焊接 埋弧焊过程 第九章 焊接 焊丝和焊剂 焊剂按照制造方法可分为熔炼焊剂和陶瓷焊剂两大类。 国产焊剂作用范围及配用焊丝 牌号焊剂类型配用焊丝使用范围 hj130无锰高硅低氟h10mn2低碳钢及普通低合金钢 hj230低锰高硅低氟h08mna，h10mn2低碳钢及普通低合金钢 hj250低锰中硅中氟h08mnmoa焊接15mnv，18mnmonb等 hj260低锰高硅中氟cr19ni9焊接不锈钢 hj330中锰高硅低氟h08mna，h08mn2重要低碳钢和低合金钢 hj350中锰中硅中氟h08mnmoa焊接含mnmo等低合金高强钢 hj431高锰高硅低氟h08a，h08mna低碳钢及普通低合金钢 第九章 焊接 埋弧焊工艺 埋弧焊一般在平焊位置焊接，用以焊接对接和t形接头 的长直焊缝。厚度20mm的焊件，可采用单面焊接。厚 度20mm的焊件可开坡口单面焊或双面焊。焊缝起止处 焊上引弧板和引出板。生产中常采用各种焊剂垫和垫板 以保证焊缝成形和防止烧穿。 焊接筒体对接焊缝时，工件以一定的焊接速度旋转，焊 丝位置不动。为防止熔池金属流失，焊丝位置应逆旋转方 向偏离焊件中心线一定距离a。 第九章 焊接 埋弧焊的引弧板和引出板 第九章 焊接 埋弧焊的焊剂垫 第九章 焊接 环缝埋弧焊示意图 第九章 焊接 9.1.3 气体保护焊 1、氩弧焊 2、二氧化碳气体保护焊 1焊丝或电极;2导电嘴;3喷嘴;4进气管;5氩气流 6电弧;7工件;8填充焊丝;9送丝滚轮 第九章 焊接 氩弧焊 （1）不熔化极氩弧焊采用高熔点的钨棒作为电极，钨棒消耗 很慢，它起着导电和产生电弧的作用。不熔化极氩弧焊可分为 自动钨极氩弧焊和手工钨极氩弧焊两种形式。手工钨极氩弧焊 的操作与气焊相似。焊接3mm的薄件时，采用卷边（弯边） 接头直接焊合。焊接厚工件时需添加填充金属。焊接钢板时， 应采用直流正接，以减少钨棒的损失。焊接铝及铝合金则采用 直流反接或交流电源。只适合焊接6mm以下的工件。 （2）熔化极氩弧焊是以连续送进的焊丝作电极，可用较大电 流焊接厚度为25mm以下的工件。 氩弧焊的特点：适合各类合金钢和易氧化的有色金属； 电弧稳定，飞溅小，焊缝致密美观；明弧可见，便于操作； 热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区小，焊后变形小。 第九章 焊接 氩弧焊过程 第九章 焊接 二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊焊接装置示意图 由于co2是氧化性气体， 在电弧热作用下会分解为 co和o，使钢中c、mn si等合金元素烧损。故常 选用h08mnsia焊丝焊接 低碳钢，选用h08mn2sia 焊丝焊接低合金结构钢。 第九章 焊接 二氧化碳气体保护焊焊接过程 第九章 焊接 二氧化碳气体保护焊的特点 优点： 1）操作性能好，明弧可见，适合各种位置的焊接； 2）质量较高。 3）成本低，是埋弧焊和焊条电弧焊的40%； 4）生产率高，比焊条电弧焊提高了13倍； 缺点： 1）由于co2的氧化作用，熔滴的飞溅较为严重，焊缝 不很光滑； 2）操作不当时容易产生气孔。 第九章 焊接 等离子弧焊接与切割 电弧在“机械压缩效应”“热压缩效应”和“电磁压缩效应”的作用 下，被压缩得很细，使能量高度集中，其温度可达1600k以上。 第九章 焊接 等离子弧切割过程 第九章 焊接 等离子弧焊的特点 等离子弧焊实际上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊，因此， 等离子弧焊除了具有氩弧焊的优点以外，还有以下特点： 1）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透力强。故可焊接 厚度1012mm的钢材而不开坡口（钨极氩弧焊只能是3mm）， 一次焊透，双面成形。 2）焊缝的高度和宽度均匀一致，焊缝表面光洁，质量高。 3）当电流很小时（如01a），电弧也能稳定燃烧，并保持良 好的挺直度和方向性。故可焊接很薄的箔材。 但其设备较复杂，气体消耗量大，只适合室内焊接。 第九章 焊接 92 电阻焊 9.2.1 点焊 点焊是利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一 个个焊点的焊接方法。 9.2.2 缝焊 缝焊的电极是一对旋转的圆盘. 9.2.3 对焊 对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种 方法。有电阻对焊和闪光对焊两种。 9.2.4 凸焊 凸焊是当两个工件采用搭接接头形式时，先在一个工件上预先 加工出凸点。电流通过凸点时使局部加热，在压力作用下接头处 形成一个或多个熔核，从而完成焊接过程。 第九章 焊接 点焊示意图 第九章 焊接 点焊过程 第九章 焊接 点焊及其应用 为防止点焊时产生分流现象，焊点之间要有一定的距离。 工件厚度/mm 点距/mm 结构钢耐热钢铝合金 0.510815 1121018 2161425 3201830 点焊主要适合4mm的薄板冲压结构和线材的焊接。点焊件采 用搭接接头。 第九章 焊接 点焊接头形式 第九章 焊接 缝焊示意图 缝焊适合3mm厚度的 薄板结构。应用于要求密 封性能好的薄壁结构。如 油箱、小型容器和管道等。 第九章 焊接 对焊示意图 第九章 焊接 对焊接头形式 第九章 焊接 对焊过程 应用： 1）电阻对焊使用于截面简单 直径（或边长）20mm和强 度要求不高的工件； 2）闪光对焊可焊接同种金属 也可焊接异种金属，被焊件 可以是直径小于001mm的金 属丝，也可以是截面大到 2000mm2的金属棒或金属型材。 第九章 焊接 对焊主要应用于刀具、管子、钢筋、钢轨、锚链、链条 等的焊接。 凸焊示意图 第九章 焊接 凸焊的特点 凸焊与点焊相比具有以下特点： 1）在一个焊接循环内可同时焊接多个焊点，生产率高，且没有 分流现象。 2）由于电流密度集中于凸点，电流密度大，故可用较小的电流 进行焊接，并能可靠地形成较小的熔核。而在点焊时，对应 于某一板厚，要形成小于某一尺寸的熔核是很困难的。 3）凸点的位置准确，尺寸一致，各点的强度比较均匀，因此， 对于给定的强度，凸焊焊点的尺寸可以小于点焊。 4）与点焊相比，工件表面的油、锈、氧化皮、镀层和其他涂层 对凸焊的影响较小。 5）板件凸焊最适宜的厚度为0.54mm。厚度0.25mm的板件应 采用点焊。 第九章 焊接 凸焊应用示例 第九章 焊接 凸焊主要适用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。 9.3.1 摩擦焊 摩擦焊是利用工件间相互摩擦产生的热量,同时加压而进行的 焊接方法。 摩擦焊的特点: 接头组织致密(氧化物和杂 质被去除);可焊接同种或异 种金属;不需焊接材料。 9.3.2 钎焊 钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属,加热时钎料熔化 而将焊件连结起来的焊接方法 . 钎焊的过程: 钎焊的种类: 硬钎焊(钎料熔点450,接头强度200mpa); 软钎焊(钎料熔点450,接头强度70mpa) 钎焊接头形式 9.3 摩擦焊、钎焊 第九章 焊接 钎焊的接头形式 钎焊的特点 1）焊接温度低，变形小，接头 光滑。 2）可焊接异种金属材料。 3）生产率高（可同时钎焊数条 接缝。 4）设备简单，投资少。 5）焊缝接头的强度低，允许的 工作温度低。 钎焊可用于各类导线和硬质合金刀具的焊接。 摩擦焊接头形式 摩擦焊接头一般是等端面的 特殊时也可以是不等端面的.但 至少有一个焊件是圆形或管状. 摩擦焊可焊直径为2100mm 的实心焊件,或外径可达几百mm 的管类焊件. 第九章 焊接 9.4 其它焊接方法 9.4.1 电渣焊 电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接 9.4.2 真空电子束焊接 9.4.3 激光焊接 9.4.4 高频焊 高频焊是用流经工件连接面的高频电流所产生的电阻热加热， 并在施加压力（或不加压）的情况下使工件间实现相互连接的 一类焊接方法。 9.4.5 爆炸焊 9.4.6 超声波焊接 9.4.7 扩散焊 第九章 焊接 电渣焊示意图 1工件 2焊丝 3焊渣 4熔池 5冷却铜滑块 6-焊缝 7、8冷却水进、出管 第九章 焊接 电渣焊工件装配图 电渣焊的特点 第九章 焊接 1）可一次焊接很厚的工件。 2）成本低，生产率高。 3）焊缝金属较纯净。 4）焊接应力小。 5）热影响区宽，晶粒粗大。 特点： 1）焊缝金属纯度高，无气孔和 夹杂。 2）焊接热影响区小，不变形。 3）焊接时不加填充金属、不开 坡口。 4）焊接过程的控制灵活，适应 性好。 真空电子束焊接示意图 第九章 焊接 激光焊接示意图 特点： 1）速度快，生产率高 2）不需气体保护 3）热影响区小、不变形 4）焊接材料广泛 5）可通过透明材料璧进行 聚焦； 6）适合微型元件的焊接 第九章 焊接 高频电流的邻近效应 hf高频电源；1工件；2触头接触位置； 3电流线路；4邻近导体 第九章 焊接 长度较小零件的高频焊接 hf高频电流 f压力 第九章 焊接 型材及管材的高频焊接 a） b） c） d） e） a）板条对接接头；b）板条t型接头；c）管坯纵缝对接（接触焊）； d）管坯纵缝对接（感应焊）；e）管坯纵缝对接（碾压焊） hf高频电源；ic感应圈；t工件移动方向 第九章 焊接 1雷管；2炸药；3复板；4基板；5地面 复合板的爆炸焊工艺安装示意图 第九章 焊接 超声波焊示意图 1发生器；2换能器； 3聚能器；4藕荷杆； 5上声极；6工件； 7下声极；a振幅分布 i发生器转换电源； f静电压； v1、v2振动方向 第九章 焊接 扩散焊示意图 凹凸不平的初始接触 第一阶段：变形和交界面的形成 第二阶段：晶界迁移和微孔消除 第三阶段：体积扩散、微孔消除 第九章 焊接 95 焊接件结构工艺性 951 焊接缺陷及其预防 1 焊接应力 预防和消除焊接应力的途径：选材应注意选塑性好的材料； 避免焊缝交叉，避免焊缝截面过大和长度过长； 正确确定 焊接次序；焊前预热；焊接过程 中敲击焊缝； 焊后进 行去应力退火(500600)。 2 焊接变形 预防焊接变形的途径：以上预防焊接应力的措施均可使用， 此外可采用反变形法或刚性夹持法；正确的焊接顺序； 焊后可采用机械矫正法或火焰加热矫正法以消除少量焊接变形 3 焊接裂纹 952 焊接接头工艺设计 1 焊缝的布置 2 接头形式的选择与设计 第九章 焊接 低碳钢焊接时热影响区内的组织变化 第九章 焊接 对接焊缝、圆筒环焊缝的焊接应力分布 第九章 焊接 焊接次序对焊接应力的影响 第九章 焊接 焊接变形的基本形式 第九章 焊接 平板焊接的反变形 第九章 焊接 防止壳体焊接局部塌陷的反变形 第九章 焊接 x形坡口焊接次序 第九