第4章 焊接.ppt

2020 1 15 1 第4章焊接 2 2020 1 15 教学重点 焊接的特点 分类及应用 胶接工艺手工电弧焊 常用金属材料的焊接 教学难点 本课题重点与难点 焊接应力与变形 3 2020 1 15 概述 焊接 将分离的金属通过局部加热或同时加压 借助于金属内部原子的结合与扩散作用而牢固地连接起来 胶接 用胶粘剂把两个零件连接起来 并使接合处有足够强度 焊接的应用 焊接主要用于制造各种金属构件 如建筑结构 船体 车辆 锅炉及各种压力容器 焊接也常用于制造机械零件 如重型机械的机架 底座 箱体 轴 齿轮等 此外 焊接还用于修复 4 2020 1 15 焊接方法的分类 概述 5 2020 1 15 一 焊条电弧焊 1 焊接过程 电弧焊 以电弧作为焊接热源的焊接方法 焊条电弧焊 手工电弧焊 应用最广泛 录像 焊接电弧 焊缝冶金过程 交流焊机 无正反接特点 温度均为2500K 电弧组成 阴极区阳极区弧柱区 接线方法 直流 正接 厚板反接 薄板 6 2020 1 15 一 焊条电弧焊 2 焊接设备 焊条电弧焊的主要设备是电焊机 实际上是一种弧焊电源 按产生的电流种类不同 分为直流弧焊机和交流弧焊机 1 交流弧焊机 交流电焊机又称弧焊变压器 是一种特殊的降压变压器 特点 结构简单 制造方便 价格便宜 节省电能 使用可靠 维修方便 但电弧不太稳定 是常用的焊条电弧焊设备 7 2020 1 15 直流弧焊机 直流弧焊机分焊接发电机和弧焊整流器两种 1 焊接发电机 能适应各种焊条 但结构较复杂 噪音大 成本高 主要适用于小电流焊接 2 弧焊整流器 结构简单 维修容易 噪音小 使用已趋普遍 3 焊接设备 续 一 焊条电弧焊 3 焊钳和面罩 录像 焊条电弧焊设备 8 2020 1 15 一 焊条电弧焊 3 电焊条 焊条是涂有药皮的供焊条电弧焊用的溶化电极 1 焊条的组成 焊芯 导电 引弧 溶化后填充金属 药皮 由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成 药皮作用 稳弧 保护焊缝 造气 造渣 录像 焊条 焊条直径的选择主要取决于焊件的板厚 接头形式 焊道层数 焊芯 药皮 9 2020 1 15 3 焊条 续 焊条的分类 型号与牌号 一 焊条电弧焊 1 焊条的分类 10 2020 1 15 3 焊条 续 焊条的分类 型号与牌号 一 焊条电弧焊 1 焊条的分类 续 酸性焊条 一般结构件碱性焊条 低氢焊条 重要结构件 11 2020 1 15 3 焊条 续 焊条的分类 型号与牌号 一 焊条电弧焊 2 焊条的型号 续 碳钢焊条和低合金钢焊条型号表示 E 四位数字 E表示焊条 前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值 第三位数字表示焊接位置 0 1 表示全位置焊接 平 立 仰 横 2 表示平焊及平角焊 4 表示向下立焊 第三位和第四位数字组合表示焊接电流种类及药皮类型 如 12 2020 1 15 3 焊条 一 焊条电弧焊 结构钢焊件 等强度原则 碱性焊条 抗裂纹原则 形状复杂 刚度大 工作中受冲击和交变应力的焊件 酸性焊条 抗气孔原则 性能要求不高 难以清理干净的焊条 不锈钢 耐热钢 同成分原则 化学成分相同或相近原则 若被焊件在腐蚀性介质中工作 应选用不锈钢焊条 低成本原则 在酸性焊条和碱性焊条都能满足要求的情况下 应尽量选用酸性焊条 需提高焊缝质量 应选用碱性焊条 3 焊条选用原则 13 2020 1 15 4 焊条电弧焊工艺 一 焊条电弧焊 1 接头形式 常见的接头形式 对接 交接 T行接 搭接等 如下图 2 坡口形式 14 2020 1 15 4 焊条电弧焊工艺 一 焊条电弧焊 3 焊缝的空间位置 常见的接头形式 平焊 立焊 横焊 仰焊等 如下图 平焊时 操作方便 易保证焊接质量 生产率高 尽可能采用 立焊 横焊 仰焊尽可能避免 录像 焊条电弧焊工艺过程 15 2020 1 15 5 焊接接头的组织与性能 1 焊缝的组织与性能 一 焊条电弧焊 焊接接头包括 焊缝区 熔合区 热影响区三部分 焊缝区 属铸态组织 力学性能好 热影响区 受焊接热的影响 在固态下发生金相组织和力学性能变化的区域 熔合区 焊缝区向热影响区过渡的区域 力学性能最差 16 2020 1 15 热影响区及熔合区的组织与性能 热影响区按温度可分 过热区 正火区和部分相变区等 过热区 晶粒粗大的过热组织 塑性及韧性很低 容易产生焊接裂纹 正火区 发生重结晶 得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织 其力学性能优于母材 一 焊条电弧焊 部分相变区 珠光体和部分铁素体发生重结晶 晶粒细化 部分铁素体来不及转变 冷却后晶粒大小不均匀 其力学性能较差 熔合区和过热区是焊接接头中比较薄弱的部分 对焊接质量影响最大 因此在焊接过程中尽可能减小其宽度 焊接接头组织和性能的好坏主要与焊接材料 焊接方法和焊接工艺有关 其中焊接工艺是影响焊接接头组织和性能的主要因素 录像 热影响区及熔合区的组织与性能 17 2020 1 15 6 焊接应力与变形 1 焊接变形的基本形式 一 焊条电弧焊 纵向和横向收缩 焊缝截面上下不对称 焊缝布置不对称 焊接顺序不合理 薄板焊接后 焊缝收缩应力大 18 2020 1 15 6 焊接应力与变形 2 减小焊接变形的措施 一 焊条电弧焊 1 尽量减少焊缝数量 使焊缝对称分布 避免焊缝的密集和交叉 2 选择合理的焊接工艺参数 3 选择合理的焊接顺序 4 刚性固定法 5 反变形法 6 焊前预热 焊后缓冷 7 每焊好一道焊逢 趁热用小锤轻轻敲击 以降低内应力 8 重要的焊件在焊后进行去应力退火 19 2020 1 15 6 焊接应力与变形 2 减小焊接变形的措施 了解 一 焊条电弧焊 20 2020 1 15 结构设计中应采用 对称结构或大刚度结构 焊缝对称分布结构 施焊中 采用反变形措施或刚性夹持方法 刚性夹持不适于淬硬性较大的钢结构和铸铁件 21 2020 1 15 焊接变形的矫正方法 焊接变形的矫正方法 机械矫正法火焰矫正法 22 2020 1 15 1 焊接与其他连接方法的本质区别是 A 所采用的热源不同B 使被连接件之间形成原子间的结合C 所用压力不同D 只能连接金属材料2 手弧焊采用直流焊机焊薄件时 工件与焊条的接法用 正接法 反接法 Y接法 接法3 采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时 通常选用碱性焊条 原因是 A 焊缝成形好B 焊接电弧稳定C 焊接接头抗裂性能好D 交 直流电焊机都可以使用4 具有较好的脱氧 除硫 去氢和去磷作用以及机械性能较高的焊条是 酸性焊条 结构钢焊条 碱性焊条 不锈钢焊条 选择题 23 2020 1 15 5 下列各项中 焊条金属芯所起的作用是 A 改善焊条公艺性B 防止空气对熔池的侵入C 参与渗合合金等冶金反应D 填充金属6 焊接热影响区中 对焊接接头性能不利的区域是 对焊接接接性能有利的区域是 焊缝金属 部分相变区 熔合区 正火区7 焊接热影响区中 晶粒得到细化 机械性能也得到改善的区域是 正火区 熔合区 过热区 部分相变区 24 2020 1 15 二 其他焊接方法简介 1 埋弧焊 埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法 埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法 材料 焊剂 焊丝 25 2020 1 15 埋弧自动焊与焊条电弧焊相比 具有如下优点 1 生产率高2 焊接质量好3 节省金属材料与电能4 改善了工人的劳动条件 二 其他焊接方法简介 埋弧自动焊 缺点 对于短焊缝 曲折焊缝及薄板焊接困难 设备费用较贵 焊接过程看不到电弧 不能及时发现问题 应用 常用于成批生产 焊缝在水平位置上 被焊工件厚度为6 60mm的长直焊缝及较大直径的环形焊缝 在桥梁 造船 锅炉 压力容器 冶金机械制造等工业中获得广泛应用 录像 埋弧自动焊 26 2020 1 15 1 氩弧焊氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊 二 其他焊接方法简介 2 气体保护电弧焊 气体保护焊是以外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊 特点 焊接质量优良 焊接成形好 焊接变形小 焊接电弧稳定 飞溅少 能进行全位置焊接 缺点 设备和控制系统较复杂 焊接成本高 应用 主要用于焊接易氧化非铁金属材料 稀有金属 高强度合金钢 不锈钢 耐热钢 特别适合薄板焊接 录像 氩弧焊 全位置焊接 27 2020 1 15 2 气体保护电弧焊 续 2 CO2气体保护焊 简称CO2焊 二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护气体的电弧焊 二 其他焊接方法简介 录像 CO2气体保护焊 特点 焊接质量高 生产效率高 操作性能好 焊接成本低 缺点 大电流焊接时 电弧飞溅大 焊缝成形不美观 很难用交流电源焊接 焊接设备比较复杂 应用 低碳钢和低合金结构钢 焊接厚度在0 8 4mm 机车车辆 造船及汽车制造等部门 28 2020 1 15 3 气焊与气割 气焊是利用气体火焰作为热源 将工件和焊丝熔化而进行焊接的的一种方法 气焊时通过调节氧和乙炔的混合比值 可得到三种不同性质的气焊火焰 中性焰 碳化焰和氧化焰 二 其他焊接方法简介 气焊 优点 设备简单 操作方便 通用性强 不需电能 缺点 加热面积大 接头热影响区宽 工件变形大 接头晶粒较粗 综合力学性能较差 生产效率低 不易实现机械化 适用于单件或小批量生产 应用 主要用于焊接板厚0 5 3mm的薄板 有色金属及合金 钎焊刀具和铸铁补焊等 29 2020 1 15 3 气焊与气割 续 气割的过程如图 二 其他焊接方法简介 气割 优点 设备简单 操作方便 生产率较高 成本低 切口质量好 缺点 适用的材料种类较少 应用 主要用于低碳钢 中碳钢 低合金高强度结构钢 录像 气焊与气割 氧气切割 30 2020 1 15 4 压焊 压焊是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压 使其产生塑性变形 并通过再结晶和扩散等作用 使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法 常用的有电阻焊和摩擦焊 1 电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热 把焊件加热到塑性或局部熔化状态 再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法 电阻焊可分为点焊 缝焊 对焊 录像 电阻焊 31 2020 1 15 1 点焊点焊 是利用电流通过两圆柱形电极和搭接的两焊件产生电阻热 将焊件加热并局部熔化 形成一个熔核 其周围为塑性状态 然后在压力下熔核结晶 形成一个焊点的焊接方法 如图4 28所示 点焊的接头形式如图4 29所示 均为搭接接头 焊接前应清理 点焊的焊接过程分为 预压 通电加热 断电冷却三个阶段 点焊时会发生点焊分流现象 如图4 30所示 故焊点间距不宜过小 主要用于厚度小于4mm的薄板焊接 特殊情况可达10mm 薄板冲压结构 钢筋等 32 2020 1 15 2 缝焊缝焊与点焊同属于搭接电阻焊 焊接过程与点焊相似 采用滚盘作电极 边焊边滚 相邻两个焊点重叠一部分 形成一条有密封性的焊缝 焊接原理如图4 31所示 焊接接头形式如图4 32所示 焊接分流现象较严重 故同等条件下焊接电流较大 主要用于有密封性要求的薄板件 主要用于有气密性要求 厚度小于3mm的容器和管道 3 对焊对焊是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊 可分为电阻对焊和闪光对焊 如图4 33所示 对焊的应用可见图4 34所示 对焊分为电阻对焊 闪光对焊 同种或异种材料 33 2020 1 15 1 电阻对焊 先加预压 使两端面压紧 再通电加热 使待焊处达到塑性温度后 再断电加压顶锻 产生一定塑性变形而焊合 适于截面简单 直径小于20mm和强度要求不高的杆件 2 闪光对焊 两焊件不接触 先加电压 再移动焊件使之接触 由于接触点少 其电流密度很大 接触点金属迅速达到熔化 蒸发 爆破 呈高温颗粒飞射出来 称为闪光 经多次闪光加热后 端面均匀达到半熔化状态 同时多次闪光把端面的氧化物也清除干净 于是断电加压顶锻 形成焊接接头 对焊断面形状应相近 以保证断面均匀加热 其焊接质量较高 常用于重要零件焊接 刀具 钢棒 钢管等 34 2020 1 15 4 电阻焊特点及应用1 加热迅速 温度较低 焊接热影响区及变形小 易获得优质接头 2 不需外加填充金属和焊剂 3 电阻对焊无弧光 噪声小 烟尘 有害气体少 劳动条件好 4 焊件结构简单 重量轻 气密性好 易于获得形状复杂的零件 5 易实现机械化 自动化 生产率高 6 焊接接头质量不稳定 7 焊机复杂 造价较高 点焊适于低碳钢 不锈钢 铜合金 铝镁合金 厚度4mm以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接 缝焊适于板厚3mm以下 焊缝规则的密封结构的焊接 对焊主要用于制造封闭形零件 轧制材料接长 异种材料制造的焊接 35 2020 1 15 摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量 将金属局部加热到塑性状态 然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法 2 摩擦焊 1 摩擦焊的工艺过程摩擦焊过程如图4 35所示 分为连续驱动式和储能式 2 摩擦焊接头形式接头一般是等断面 也可为不等断面 但其中必须有一个为圆形 如图4 36所示 同种或异种材料 36 2020 1 15 3 摩擦焊的特点及应用 1 接头质量好且稳定 2 生产率高 成本低 3 适用范围广 4 生产条件好 摩擦焊用于圆形工件 棒料管子的对接 录像 摩擦焊 37 2020 1 15 5 钎焊 钎焊 加热到高于钎料熔点 低于母材熔点的温度 钎剂能除去氧化膜和油污等杂质 保护母材接触面和钎料不受氧化 并增加钎料湿润性和毛细流动性 1 软钎焊 易熔钎料 钎料熔点在4500C以下的钎焊 常用锡铅钎料 松香 氯化锌溶液作钎剂 其接头强度低 工作温度低 具较好的焊接工艺性 用于电子元件 电子线路的焊接 2 硬钎焊 难熔钎料 钎料熔点在4500C以上的钎焊 常用铜基和银基钎料 硼砂 硼酸 氯化物 氟化物组成钎剂 接头强度较高 工作温度也高 用于受力大 工作温度高的 刀具 零件 的焊接 录像 钎焊 同种 异种材料 或非金属 38 2020 1 15 3 钎焊接头及加热方式钎焊的接头形式有板料搭接 套件镶接等 如图4 37所示 钎焊的加热方式有 火焰加热 电阻加热 感应加热 炉内加热 盐浴加热和烙铁加热 4 钎焊特点及应用1 采用低熔点的钎料作为填充金属 钎料熔化 母材不熔化 2 工件加热温度较低 接头组织 性能变化小 焊件变形小 接头光滑平整 焊件尺寸精确 3 可焊接异种金属 焊件厚度不受限制 4 生产率高 可整体加热 一次焊成整个结构的全部焊缝 易于实现机械化自动化 39 2020 1 15 5 钎焊设备简单 生产投资费用少 钎焊主要用于焊接精密 微型 复杂 多焊缝 异种材料的焊件 特别适用于管件套接 管子和法兰 轴和轴套之类接头的焊接 40 2020 1 15 把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上 电路板 汽车车厢 汽车油箱 供水管道维修 铝合金装饰薄板的焊接 a 手工电弧焊b 埋弧自动焊c 点焊d 缝焊e 氩弧焊f 软钎焊g 硬钎焊 下列情况应选用什么焊接方法 41 2020 1 15 三 金属材料的焊接性 1 金属材料的焊接性 1 焊接性概念焊接性反映金属材料在一定的焊接工艺条件下 获得优质焊接接头的难易程度 它包括两方面内容 接合性能 即在一定的焊接工艺条件下 形成焊接缺陷的敏感性 使用性能 即在一定的焊接工艺条件下 焊接接头对使用要求的适应性 42 2020 1 15 2 钢焊接性的评定钢的焊接性取决于碳及合金元素的含量 其中碳含量影响最大 把钢中合金元素 包括碳 的含量按其作用换算成碳的相当含量 用符号WCE表示 它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标 见下面公式 式中元素的符号表示其在钢中含量的百分数 当 WCE0 6 时 焊接性差 须焊前预热和严格的工艺措施 三 金属材料的焊接性 43 2020 1 15 2 常用金属材料的焊接 低碳钢的焊接性低碳钢的碳质量分数Wc 0 25 塑性好 焊接性优良 焊前一般不需预热 适应各种不同接头 不同位置 不同焊接方法和交直流弧焊机的焊接 中 高碳钢的焊接性大多WCE 0 4 0 6 时 焊接性较差 焊前需适当预热 3 低合金高强度结构钢的焊接性强度级别较低的低合金高强度结构钢 当WCE 0 4 时 焊接性良好 当WCE 0 4 时 焊接性较差 焊前需预热 三 金属材料的焊接性 44 2020 1 15 4 奥氏体不锈钢的焊接 了解 奥氏体不锈钢焊接性良好 一般采用快速焊 收弧时注意填满弧坑 焊接电流比焊低碳钢时要降低20 左右 5 有色金属的焊接 了解 1 铝及铝合金的焊接铝及铝合金的焊接性不好 易产生夹渣 气孔 烧穿 热裂纹等缺陷 须采取特殊工艺措施 才能保证焊接质量 常用的焊接方法有氛弧焊 气焊和焊条电弧焊等 2 铜及铜合金的焊接钢及铜合金焊接性能较差 易产生未焊透 不熔合 夹渣 热裂 气孔 变形大等缺陷 三 金属材料的焊接性 45 2020 1 15 铸铁含碳量高 杂质多 塑性差 焊接性较差 焊接只用来修补铸铁件缺陷和修理局部损坏的零件 补焊铸铁的常用方法是气焊和焊条电弧焊 铸铁补焊的主要问题是出现白口组织和裂纹 预防白口的措施 在焊条或焊丝中加人碳 硅等石墨化元素 使焊缝形成灰口组织 减慢冷却速度 条件允许时采用钎焊等 预防裂纹的措施 注意焊前预热和焊后缓冷 控制连续焊的焊缝长度 采用小电流 断续焊等方法 铸铁补焊时必开坡口 并清除坡口及附近的铸造缺陷及脏物 铸铁的焊接 三 金属材料的焊接性 46 2020 1 15 四 焊接新工艺简介 了解 1 电子束焊 了解 奥氏体不锈钢焊接性良好 一般采用快速焊 收弧时注意填满弧坑 焊接电流比焊低碳钢时要降低20 左右 2 激光焊 了解 3 扩散焊 了解 4 超声波焊 了解 5 爆炸焊 了解 6 等离子弧切割 了解 7 水射流切割 了解 8 数控切割机 了解 本部分 自学 录像 等离子弧焊 录像 激光焊 47 2020 1 15 1 传统焊接方法的新发展 为提高焊接质量和焊接生产率 利用传统的焊接方法 组织生产线 实现机械化 使焊接过程自动化 智能化是重点发展方向 目前全世界50 以上的工业机器人是用于焊接技术 最大限度地采用熔化极气体保护焊和埋弧焊 代替焊条电弧焊是自动化发展的主要方向 四 焊接新工艺简介 了解 48 2020 1 15 2 高能束焊接方法的应用 高能束焊接方法能量密度高 可一次穿透较厚的焊缝而不需预制坡口 可焊接任何金属和非金属材料 1 等离子弧焊等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用 获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法 四 焊接新工艺简介 了解 录像 等离子弧焊 49 2020 1 15 真空电子束焊是将工件放在真空内 利用真空室内产生的电子束经聚焦和加速 轰击工件后动能转化为热能的一种熔化焊 特点 焊接质量好 特别适合于焊接化学活泼性强 纯度高和极易被大气污染的金属 如钛 不锈钢等 热源能量密度大 熔深大 焊接速度快 焊接变形小 焊接工艺参数调节范围广 焊接过程控制灵活适应性强 焊接设备复杂 造价高 使用与维护要求技术高等 真空电子束焊在原子能 航空航天等尖端技术部门应用日益广泛 四 焊接新工艺简介 了解 2 真空电子束焊 50 2020 1 15 激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接的方法 激光束能量密度大 加热范围小 焊接速度高 焊缝可极为窄小 可以焊接所有金属 能在任何空间进行焊接 并可实现其他焊接方法所不能完成的远距离焊接 多用于仪器 微电子工业中超小型元件及空间技术中特种材料的焊接 3 激光焊 四 焊接新工艺简介 了解 录像 激光焊 51 2020 1 15 3 特种焊接方法 超声波焊 超声波焊是利用超声波的高频振荡能对