第四章 焊接.ppt

金属工艺学 第四篇金属焊接成型 概述 一 金属焊接成形 用加热 加压等工艺措施 使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用 从而获得不可拆卸接头的材料成形方法 二 焊接成形的分类 1 熔化焊 2 压力焊 3 钎焊 电弧焊 手工电弧焊 埋弧自动焊 气体保护焊 电渣焊 电子束焊 激光焊 等离子弧焊等 电阻焊 摩擦焊 冷压焊 超声波焊 爆炸焊 高频焊 扩散焊等 软钎焊 硬钎焊 三 焊接成形的特点 1 接头牢固 密封性好 2 可化大为小 以小拼大 3 可实现异种金属的连接 4 重量轻 加工装配简单 5 焊接应力变形大 接头易产生裂纹 夹渣 气孔等缺陷 1手工电弧焊的焊接过程 第一章金属焊接成形工艺基础 一 手工电弧焊的特点 1 设备简单 应用灵活方便 2 劳动条件差 生产率低 质量不稳定 二 手工电弧焊焊接过程 引弧 三 焊接电弧 1 焊接电弧的概念 具备两个条件 使气体电离 阴极发射电子 电阻热 Q I2Rt 在焊条末端和工件两极之间的气体介质中 产生强烈而持久的放电现象 焊接电弧的稳定燃烧 就是带点粒子产生 运动 复合所产生的动态平衡过程 2 电弧的构造及热量分布 2400k36 2600k42 5000 8000k21 3 电弧的极性 直流电源正接极 直流电源反接极 工件 正极 阳极 焊条 负极 阴极 工件 负极 阴极 焊条 正极 阳极 用于薄板金属的焊接 2焊接接头金属的组织与性能 一 熔焊过程冶金特点 1 熔池金属温度高于一般冶金温度 2 熔池金属冷却快 处于液态的时间短 2000k 使金属元素强烈蒸发 烧损 10s 化学成分不均匀 焊缝区易产生气孔 夹渣等缺陷 3 空气对焊缝的影响严重 1 O2 氧化的结果 合金元素被烧损 焊缝产生夹渣的缺陷 形成CO气孔 2 N2 使接头的塑性 韧性下降 3 H2 氢气孔 二 熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施 1 减少有害气体进入熔池 2 渗入合金元素 3 清除已进入熔池的有害元素 三 电焊条 1 电焊条的组成及作用 电焊条 焊条芯 药皮 焊缝的填充材料 填充焊缝 电极传导电流 导电 机械保护的作用 冶金的作用 稳定电弧的作用 药皮的种类 氧化钛型 氧化钛钙型 钛铁矿型 氧化钛型 纤维素型 低氢钾型 低氢钠型 石墨型 盐基型 2 电焊条的分类 结构钢焊条 J 钼和铬耐热钢焊条 R 低温钢焊条 W 不锈钢焊条 A 堆焊焊条 D 铸铁焊条 Z 镍及镍合金焊条 Ni 铜及铜合金焊条 T 铝及铝合金焊条 L 特殊用途焊条 TS 在熔渣中以酸性氧化物为主 TiO2 SiO2 Fe2O3 在熔渣中以碱性氧化物为主 K2O Na2O CaO MnO 三 电焊条的选用 1 根据被焊工件的强度选用 2 根据被焊工件的化学成分选用 3 根据被焊工件工作条件和结构选用 4 根据实际生产状况选用 四 焊接接头金属组织与性能 1 焊接热循环 焊接接头 焊缝区 焊接热影响区 1 焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织 2 焊接热影响区 2 焊接接头金属组织与性能的变化 焊缝两侧的母材 由于焊接热的作用 其组织和性能发生变化的区域 熔合区 是焊缝和母材金属的交界区 0 1 1mm 加热温度 T液 T固 强度 塑性 韧性极差 是裂纹和局部脆断的发源地 过热区 加热温度 T固 1100 塑性和韧性很低 是裂纹的发源地 在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域 1 3mm 正火区 加热温度 1100 AC3 在热影响区内相当于受到正火处理的区域 1 2 4mm 力学性能优于母材 部分相变区 在热影响区内发生部分相变的区域 加热温度 AC3 AC1 力学性能较母材稍差 力学性能最差的区域 熔合区和过热区 减小和消除焊接热影响区的方法 小电流 快速焊接 采用先进的焊接方法 焊前预热 焊后热处理 正火 五 焊接应力与变形 一 焊接应力与变形产生的原因 焊接应力与变形产生的根本原因是 焊件 工件 在焊接过程中受到局部加热和快速冷却 应力的形成过程 焊接应力与变形 二 焊接变形的基本形式 1 收缩变形 2 角变形 3 弯曲变形 4 扭曲变形 5 波浪形变形 三 焊接应力与变形的防止 1 焊接应力的防止及消除措施 1 设计时 焊缝不要密集交叉 截面和长度也应尽可能小 2 合理选择焊接顺序 3 锤击或碾压焊缝 4 采用小能量 多层焊 5 焊前预热 150 350 6 焊后热处理 去应力退火 可消除应力80 左右 2 焊接变形的防止及矫正措施 1 设计时 焊缝不要密集交叉 截面和长度也应尽可能小 2 合理选择焊接顺序 1 4 3 2 3 反变形法 1 2 3 4 5 6 1 4 2 5 3 3 1 2 3 4 4 采用焊前刚性固定法 5 采用合理的焊接规范 小电流 快速焊接 6 焊接变形的矫正 机械矫正 火焰矫正 7 分段退焊的应用 六 金属材料的焊接性 1 金属材料的焊接性 指被焊金属采用一定的焊接方法 焊接材料 工艺参数及结构形式条件下 获得优质焊接接头的难易程度 焊接性 工艺焊接性 使用焊接性 焊接接头产生工艺缺陷的倾向 尤其指出现各种裂纹的可能性 焊接接头在使用中的可靠性 包括力学性能及其它特殊性能 2 影响焊接性的因素 1 焊接方法 4 工艺参数 2 焊接材料 3 焊件化学成分 3 焊接性的评定方法 1 实验法 小型抗裂试验法 1 碳当量估算法 C 影响最显著 基本元素 折合成碳的相当含量对焊接性的影响 其它元素 CE C Mn 6 Cr Mo V 5 Ni Cu 15 CE 0 4 CE 0 4 0 6 CE 0 6 具有良好的焊接性 焊接性较差 焊接性差 2 实验法 小型抗裂试验法 第二章金属的焊接成形方法 1熔化焊 一 埋弧自动焊 焊接电源 控制箱 焊接小车 焊接热源 电弧热 溶池保护 焊剂 气 渣 1 埋弧自动焊设备及焊接过程 2 埋弧自动焊工艺 1 焊前准备 2 采取防漏措施 双面焊 手工电弧焊封底 焊剂垫 采用锁底坡口 水冷铜垫板 板厚在20 25mm以下的工件可不开坡口 但在实际生产中 板厚在14 22mm应开Y型坡口 半厚在22 50mm 可开双Y型坡口或U型坡口 3 要有引弧板和引出板 环焊缝 焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a a 20 40mm 直径小于250mm一般不采用埋弧焊 3 埋弧自动焊工艺特点 1 生产率高 手弧焊的5 10倍 2 焊接质量高且稳定 3 节约金属材料 生产成本低 4 劳动条件好 5 只能在水平位置焊接 应用 主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接 如压力容器的环焊缝和直焊缝 锅炉冷却壁的长直焊缝 船舶和潜艇壳体 其重机械 冶金机械 高炉炉身 等的焊接 二 气体保护焊 1 氩弧焊 利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法 焊接热源 电弧热 保护介质 Ar Ar 不与金属发生化学反应 不产生夹渣缺陷 不溶解于液体金属中 不产生气孔缺陷 比重大于空气 25 1 熔化极氩弧焊 25mm以下的工件 2 非熔化极氩弧焊 适于6mm以下工件的焊接 3 氩弧焊的特点及应用 机械保护效果好 焊缝金属纯净 焊缝成形美观 焊接质量优良 电弧燃烧稳定 飞溅小 焊接热影响区和变形小 可进行全位置焊接 氩气昂贵 设备造价高 应用 适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接 如 铝 镁 钛及其合金和耐热钢 不锈钢等 适用所有金属材料的焊接 以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法 焊接热源 电弧热 保护介质 CO2 CO2 与金属发生化学反应 产生夹渣缺陷 溶解于液体金属中 产生CO气孔缺陷 比重大于空气 25 氧化严重 气孔倾向大 CO 飞溅严重 1 存在问题 2 CO2气体保护焊 生产率高 是手弧焊的1 3倍 成本低 是手弧焊的40 焊接热影响区和变形小 可进行全位置焊接 飞溅严重 焊缝成形差 应用 适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接 目前广泛用于造船 机车车辆 汽车制造 农业机械等 2 CO2气体保护焊的特点及应用 三 电渣焊 利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热 同时加热熔化焊丝和金属母材的焊接方法 焊接热源 电阻热 保护介质 液态熔渣 1 焊接过程 2 焊接特点及应用 1 大厚度工件可一次焊成 单丝 40 60mm 单丝摆动 60 150 三丝摆动 450mm 板极电渣焊 2 生产率高 成本低 3 焊接质量好 不易产生夹渣 气孔等缺陷 4 热影响区大 焊后热处理 应用 适用于碳钢 合金钢 不锈钢等材料 适用于厚大工件 厚度大于40mm的大型结构件 2压力焊 一 电阻焊 通过加压 或同时加热加压 使焊件产生塑性变形 并经再结晶和扩散作用 使两部分金属达到原子间的结合 实现连接的焊接方法 1 点焊 工艺参数 电极压力 焊接电流 通电时间 适中 对组合焊件经电极加压 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 实现焊接 焊点距离 太近 分流现象严重 太远 强度不够 应用 4mm以下的薄板搭接 2 缝焊 应用 3mm以下的薄板搭接 如 密封的容器 油箱 水箱等 管道等 3 对焊 主要用于棒料的对接 1 电阻对焊 应用 用于断面简单 直径 或边长 小于20mm或强度要求不太高的工件 2 闪光对焊 应用 用于重要工件的焊接 可焊相同金属 也可焊异种金属 铝 钢 铝 铜等 工件直径 0 01mm 200mm 二 摩擦焊 1 摩擦焊焊接过程 2 摩擦焊接头型式 3 特点及应用 质量稳定 不需填充金属及焊剂 生产率高 易实现自动化 应用 适用于黑色金属 有色金属 也适用于特种材料 异种材料焊接 3钎焊 是将钎料熔化 利用液态钎料湿润母材 填充接头间隙并与母材相互扩散 冷凝后实现连接的焊接方法 一 钎焊的种类 1 软钎焊 2 硬钎焊 钎料的熔点在450 以下 接头强度低 一般为60 190MPa 工作温度低于100 钎料的熔点在450 以上 接头强度高 在200MPa以上 工作温度较高 钎料的作用 连接 填充 钎料的种类 软钎料 硬钎料 锡铝合金 焊锡 铝基 铜基 银基 镍基合金等 2 溶剂 溶剂的作用 清理作用 降低表面张力 保护作用 去除表面氧化皮 改善液态钎料对焊件的湿润性 增强毛细管作用 二 钎料和溶剂 1 钎料 2 可焊同种 异种金属和厚薄悬殊的工件 3 生产率高 易于实现自动化 4 设备简单 生产投资费用少 应用 主要焊接精密 微型 复杂 多焊缝异种金属的焊接 目前 软钎焊广泛用于电子 电器 仪表等行业 硬钎焊用于硬质合金刀具 钻探钻头 换热器的焊接 三 钎焊的特点及应用 加热温度低 接头组织 性能变化小 焊接变形小 工件尺寸精确 第三章常用金属材料的焊接 1碳钢的焊接 1 低碳钢的焊接 低碳钢 C 0 25 CE 0 4 焊接性良好 2 中碳钢的焊接 中碳钢 C 0 25 0 60 问题 焊缝区易产生热裂纹 热影响区易产生冷裂纹 3 高碳钢的焊接 高碳钢 C 0 60 焊接性差 CE 0 60 问题 焊缝区易产生热裂纹 热影响区易产生冷裂纹 措施 焊前预热 250 350 焊后缓冷 选用低氢型焊条 焊件开坡口 且采用细焊条 小电流 多层焊 避免选用高碳钢作为焊接结构件 焊补 措施 焊前预热 150 250 焊后缓冷 选用低氢型焊条 焊件开坡口 且采用细焊条 小电流 多层焊 2合金结构钢的焊接 合金结构钢 机械制造用结构钢 普通低合金结构钢 调质钢 渗碳钢 压力容器 锅炉 桥梁 车辆 船舶等结构 普通低合金结构钢 低强度普通低合金结构钢 高强度普通低合金结构钢 s 400MPa CE 0 4 16Mn 09Mn2Si s 400MPa CE 0 4 0 5 焊接性良好 焊接性较差 15MnVN 18MnMoNb 14MnMoV 焊前预热 150 250 焊后缓冷 选用低氢型焊条 焊件开坡口 且采用细焊条 小电流 多层焊 3铸铁的焊补 一 铸铁焊补的特点 困难 1 熔合区易产生白口组织和淬硬组织 2 焊缝区易产生裂纹 3 焊缝区易产生气孔 4 熔池金属易流失 二 铸铁焊补的方法 1 热焊法 焊前将焊件整体或局部预热至600 700 并施焊 焊后缓冷 用于形状复杂 焊后需要机械加工的重要件 如汽缸体 汽缸盖 机床导轨等 2 冷焊法 焊前不预热或低温预热 400 的焊补方法 焊条 钢芯铸铁焊条 适用于非加工表面的焊补 石墨化铸铁焊条 高钒铸铁焊条 镍基铸铁焊条 铜基铸铁焊条 适用于较大灰口铸铁件的焊补 主要用于一般铸铁件的焊补 主要用于重要件加工表面的焊补 可进行机械加工 塑性和抗裂较好 焊缝性能与母材基本相同 具有良好的加工性 抗裂性好 可进行机械加工 具有良好的抗裂性与加工性 主要用于一般铸铁件的焊补 4有色金属的焊接 一 铝及铝合金的焊接 1 铝及铝合金的焊接特点 1 易氧化 2 易产生气孔 4 接头易软化 3 易变形开裂 2 铝及铝合金的焊接方法 氩弧焊 气焊 钎焊 电阻焊 二 铜及铜合金的焊接 1 铜及铜合金的焊接特点 2 易氧化 3 易产生气孔 1 难熔合 4 易变形开裂 2 铜及铜合金的焊接方法 氩弧焊 气焊 钎焊 碳弧焊 第四章焊接成形金属件的工艺设计 1焊接结构材料的选择 1 优先选用低碳钢和低强度低合金钢 2 对于重要件应有先选用镇静钢 3 尽量选用同一牌