工程材料及其成形技术基础ppt课件

1 焊接 2 概述9 1电弧焊9 2电阻焊9 3摩擦焊等其他焊接方法9 5焊接件结构工艺性9 6常用金属材料的焊接 本章内容 3 概述 1 焊接的概念通过局部加热 加压或两者并用 在使用或不用填充材料的情况下 使分离的金属通过原子间的结合而形成永久性的连接 2 常用焊接方法熔化焊 将焊处加热到熔化状态冷凝后形成焊接接头 压力焊 不管焊处是否加热 都要加压使之产生塑性变形而形成焊接接头 钎焊 加热时被焊处不熔化 只是钎料被加热到熔化状态 使固体金属 焊件 与液态金属 钎料 之间的原子扩散而结合形成焊接接头 手工电弧焊气焊激光焊电子束焊等离子弧焊 电阻焊摩擦焊 软钎焊硬钎焊 4 3 焊接特点可以小拼大 以简拼繁 生产率高 节省金属材料 劳动强度低 满足气密性要求 4 焊接应用 1 制造金属结构 2 制造机器零件或毛坯 3 联接电气导线 4 在修理工作中的应用 5 9 1电弧焊 9 1 1手弧焊 是手工操纵电焊条利用焊接电弧进行焊接的电弧焊方法 1 焊接电弧1 焊接电弧的实质 焊接电弧 发生在电极与工件之间的气体介质中强烈而持久的放电现象 6 2 焊接电弧的组成及电极的极性电弧由三个区域组成 7 电极的极性 焊件接电源正极 焊条接电源负极 焊条接电源正极 焊件接电源负极 使用交流电时 极性交替变化 两个极区的温度和热量分布基本相等 正接法 厚度大 反接法 厚度小 8 2 手弧焊原理及焊接过程手弧焊焊接过程焊条与焊件的熔化包括熔滴的过渡熔池的形成冷却 焊逢与渣壳的形成 9 3 焊接的冶金特点熔焊实质 局部金属再熔炼的过程 1 熔池体积小液态的时间很短 以秒计 各种化学反应难以达到平衡状态 造成焊缝化学成分的不均匀 熔池中的气体及存在的杂质来不及上浮逸出 10 2 熔池温度高周围空气中的氧 氮 氢等分子吸热分解为化学性质十分活泼的原子 使液态金属中的有益元素大量烧损和氧化 3 焊接接头组织与母材不同焊接接头 焊缝 熔合区 热影响区 11 焊接接头组织与母材不同焊接接头 焊缝 熔合区 热影响区焊缝熔合区热影响区过热区正火区部分相变区再结晶区 12 焊接接头组织 0 1 2 3 4 13 焊缝区液态金属凝固而成的 属于铸造组织 晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶 硫 磷等杂质容易在焊缝中心形成偏析 使焊缝塑性降低 易产生热裂纹 焊缝的强度一般不低于母材 熔合区焊缝区与热影响区过渡的区域 宽度 0 1 lmm特点 成分及组织极不均匀 晶粒长大严重 冷却后为粗晶粒 强度下降 塑性和韧性很差 往往成为裂纹的发源地 14 热影响区过热区温度范围 固相线至1100 宽度 约1 0 3 0mm特点 由于温度高 晶粒粗大 塑性和韧性降低 易在过热处产生裂纹 正火区温度范围 1100 至Ac3之间宽度为1 2 4 0mm得到均匀细小的正火组织 金属力学性能良好 15 部分相变区温度范围 Acl Ac3之间只有部分组织发生相变 部分金属发生了重结晶 获得细小的铁素体和珠光体晶粒 而未重结晶的部分金属则得到粗大的铁素体 晶粒大小不一 力学性能不均匀 再结晶区焊件温度被加热到450 Acl区域 冷变形的钢会出现再结晶过程 16 热影响区的大小和组织性能变化程度取决于焊接方法 焊接规范 接头形式等因素 减轻热影响区影响方法焊前可预热工件 焊后缓冷 17 3 电焊条1 焊条的组成和作用 焊条芯 由经过特殊冶金的专用金属丝 焊丝 作用 导电产生电弧熔化填充金属进入熔池 是形成焊缝的主要金属材料材料 低碳钢 不锈钢 有色金属等 药皮 压涂在焊芯表面的涂料层稳弧作用保护脱氧渗合金 18 19 2 焊条的种类及选用焊条的种类 按用途分为十大类按药皮特性分为两大类 酸性焊条 碱性焊条 低氢焊条 20 21 酸性焊条 药皮熔渣中酸性氧化物比碱性氧化物多优点 工艺性好 易起弧 成型好 脱渣容易 对水 油 锈产生的气孔不敏感交 直流两用缺点 抗裂性能比碱性焊条差 碱性焊条 低氢焊条 药皮熔渣中碱性氧化物比酸性氧化物多 22 酸性焊条有何特点 它适用于哪一类焊件 特点 1 氧化性强 合金元素烧损大 焊缝的塑性和韧度不高 2 焊缝中氢含量高 抗裂性差 3 具有良好的工艺性 对油 水 锈不敏感 交直流电源均可用 4 成本低用于一般结构件的焊接 23 3 焊条的选择原则 同成分原则 等强度原则 b不一定越高越好 b 脆性 一般结构优先选用酸性焊条 承受动载荷 高温 高压或低温刚度大的结构几何形状复杂 厚度大 焊时易产生较大应力和裂纹的焊件及铸件应选用碱性焊条 焊条工艺性能要满足施焊操作需要 24 9 1 2埋弧焊 埋弧焊系统简介焊接小车焊机 焊丝焊剂 调节参数 V I 完成引弧 收尾 25 焊接过程引弧 形成封闭熔渣泡 电弧在封闭熔渣泡中燃烧保护焊缝金属 防止弧光四射 液态金属飞溅 特点及应用允许采用大电流 300 2000A 生产率高 用于长直焊缝和大直径环形焊缝的批量生产 26 9 1 3气体保护焊概念 用外加气体来保护电弧和焊接区的电弧焊 1 氩弧焊钨极氩弧焊 焊接特点 钨棒为电极 导电 产生电弧 一般采用直流正接 防止夹钨 焊接时需填加金属 用于0 5 4mm薄板 27 熔化极氩弧焊 焊接特点 1 焊丝为电极 导电 填充金属 2 一般采用直流反接 为了电弧稳定和阴极破碎作用 3 焊接时可采用大电流 4 用于25mm以下中厚板 28 2 CO2气体保护焊基本原理类似熔化极氩弧焊特点 1 不宜有色金属焊接 2 焊接时采用合金钢焊丝 3 采用直流反接法 保证电弧稳定燃烧 防止金属飞溅 4 适用于30mm以下低碳钢和低合金钢结构钢焊接 29 9 1 4等离子弧焊两个概念自由电弧等离子弧等离子弧压缩效应机械压缩效应热压缩效应电磁压缩效应 30 9 2电阻焊 9 2 1点焊焊接设备点焊过程 31 9 2 2缝焊焊接过程工艺特点大电流焊机控制通电时间焊点重迭应达50 具体应用 32 9 2 3对焊电阻对焊闪光对焊 33 9 3摩擦焊等其他焊接方法 1 摩擦焊 1 分类连续驱动式储能式 2 焊接特点接头质量高且稳定适用范围广 3 应用 34 2 钎焊 利用熔点比焊件低的钎料作填充金属 适当加热后钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法 根据钎料熔点的不同钎焊可分为 硬钎焊 熔点 450 C 软钎焊 熔点 450 C 35 3 电渣焊基本过程准备阶段 工件接头相距25 35mm 引弧阶段焊接阶段 焊接温度保持1700 2000 成缝阶段接头形式对接 角接 T形接头 焊接特点 一次焊接成厚工件 材料消耗少 生产率高 焊缝纯净 力学性能较差 适用于厚壁压力容器及大型构件制造 36 4 电子束焊焊接原理焊接特点保护效果极佳 质量高能量密度大适用性强 调节范围广 37 5 激光焊焊接原理焊接特点能量密度大灵活性大放出能量极其迅速可实现异种金属或非金属的焊接 38 9 5焊件结构工艺性9 5 1焊接缺陷及预防 1 焊接应力1 产生焊接应力的主要原因 局部不均匀加热焊接结构自身或外界的约束结论 焊缝金属承受拉应力 焊缝两侧金属承受压应力保留至室温的应力与变形称为焊接残余应力和变形 39 2 减少和消除焊接应力的措施 1 避免焊缝的密集与交叉 焊缝的数量应尽可能少 焊缝长度尽可能短 截面尽可能小 2 选择合理的焊接顺序 3 焊前预热 400 以下 4 锤击或碾压焊缝 5 焊后热处理 40 2 焊接变形1 变形原因 残余应力松弛不均匀收缩 41 2 焊接变形的几种基本形式 42 3 焊接变形的防止与矫正 1 防止焊接变形的措施 设计结构时尽可能对称 采用反变形法 采用合理的焊接顺序 43 采用刚性固定法 加裕量法 44 2 矫正焊接变形的方法基本原理 产生新变形抵消原来的焊接变形 机械矫正法 火焰矫正法 45 9 5 2焊接接头工艺设计 1 焊缝的布置 1 焊缝应尽可能分散 46 2 焊缝的布置应尽可能对称 47 3 焊缝应避开应力最大或应力集中处 48 4 焊缝的布置应避开已加工表面 49 5 焊件结构应便于焊缝的施焊 50 2 接头形式的选择与设计 1 焊接接头形式接头形式有四种 2 坡口的形式 51 3 焊接空间位置 52 53 9 6常用金属的焊接 9 6 1金属材料的焊接性1 焊接性概念 是指焊件材料对焊接加工的适应性 即在一定的焊接工艺条件下 获得优质焊接接头的难易程度 1 工艺焊接性 指某一焊接工艺条件下 能得到优质焊接接头的能力 54 2 使用焊接性 整个焊接接头或整个结构满足技术条件规定的使用性能的程度 即焊接接头在使用中的可靠性 包括 缺口敏感性及耐腐蚀性等 2 评价方法热影响区的淬硬和冷裂纹倾向材料的化学成分是影响淬硬和冷裂纹倾向的重要因素之一 55 碳当量法人们把各种元素对产生淬硬和冷裂纹的影响都折算成碳的影响 将这些影响综合起来 经验公式CE C Mn 6 Ni Cu 15 Cr Mo V 5 wt CE 0 4 焊接性良好CE 0 4 0 6 焊接性中等CE 0 6 焊接性较差 56 9 6 2碳钢的焊接 1 低碳钢塑性好 没有淬硬倾向 对焊接热过程不敏感 焊接性好 不需采取特殊工艺措施 可选用酸性焊条 焊后也不需热处理 但对承受动载荷的构件 厚件及在低温下焊接大刚度构件 需采取一些工艺措施 如 焊前预热 选用碱性焊条 焊后进行热处理 57 2 中碳钢属易淬火钢中碳钢焊接特点 热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹 焊缝金属热裂纹倾向大 焊前需预热 需选用抗裂性能好的低氢焊条 选用细焊条 小电流 开坡口进行多层焊 防止母材过多熔入焊缝 同时减小焊接热影响区的宽度 58 3 高碳钢的焊补高碳钢的焊接特点与中碳钢基本相似 由于含碳量更高 使焊接性变差 应采用更高的预热温度 更严格的工艺措施才能进行焊接 实际上高碳钢的焊接只限于修补工作 59 9 6 3合金结构钢的焊接 强度级别低的低合金钢 合金元素少 碳当量低 0 4 具有良好的焊接性 强度级别高的低合金钢 碳当量较高 焊接性差 焊接时需采用严格的工艺措施 60 焊前预热 焊接时采用细焊条 小电流 开坡口 多层焊 焊后缓冷 选用碱性焊条 防止低合金高强度钢焊接接头产生淬硬和冷裂的焊接工艺措施是什么 61 9 6 4铸铁的焊补 铸铁的焊接特点 熔合区易产生白口组织 淬硬组织 易产生裂纹 易产生气孔和夹渣另外 铸铁流动性好 立焊金属易流失 一般那只适于平焊 62 1 热焊法 焊前将工件整体或局部预热到600 700 且在400 以上施焊 焊后缓冷 2 冷焊法 焊前不预热或预热到较低温度 400 通过焊条来调整焊缝的化学成分 以防止或减少白口或裂纹 63 1 低碳钢焊条 适用于一般非加工面的焊补 2 高钒铸铁焊条 常用于高强度铸铁和球墨铸铁的焊补 3 纯镍铸铁焊条 镍适用于重要加工面小缺陷的焊补 4 镍铜铸铁焊条 适用于一般加工面小缺陷的焊补 64 9 6 5有色金属的焊接 1 铜与铜合金导热性好 焊不透收缩率大 变形大 应力大溶氢能力强 易形成氢气孔易氧化 氧化铜共晶体 热裂合金元素易蒸发 65 2 铝及铝合金