材料成形技术基础第7章.ppt

第七章焊接成形技术 7 1典型弧焊方法 一 手工电弧焊 1 原理及特点用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法 手工电弧焊原理示意1 熔渣 2 熔融渣 3 保护气体 4 焊芯 5 药皮 6 熔滴 7 工件 8 熔池 9 焊缝 手工电弧焊优缺点 优点 简便灵活 适应性强 设备简单 易于移动 本成低缺点 对焊工操作技术要术高 劳动条件差 生产率低 2 焊条 焊条型号 是在国家标准及权威性国际组织 ISO 的有关法规中 根据焊条特性指标明确划分规定的 是焊条生产 使用 管理及研究等有关单位必须遵守执行的 7 1典型弧焊方法 7 1典型弧焊方法 例 GB T5117 1995 碳钢焊条 Exxxx 焊条 焊接位置 最小抗拉强度 bMPa或N mm2 第三位及第四位数字组合表示药皮类型和焊接电源种类 有关焊条型号的主要标准还有 GB T983 1995 低合金钢焊条 GB T3670 1995 铜及铜合金焊条 GB T983 1995 不锈钢焊条 GB T13814 1992 镍及镍合金焊条 JB T6964 93 特细碳钢焊条 牌号焊条 对焊条产品的具体命名 由焊条生产厂家制定 属于同药皮类型 符合相同焊条型号 性能的产品命名为一个牌号 并同时注明 符合GBE 型或相当于GBE 型 结构钢焊条 J J 结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度等级 焊接电流种类和药皮类型 例 J422 J507 7 1典型弧焊方法 钼及铬钼耐热钢焊条 R R 耐热钢焊条 熔敷金属化学成分等级 不同牌号编号 焊接电流种类和药皮类型焊接电流种类和药皮类型 例 R317不锈钢焊条 G 或A G或A表示不锈钢焊条 焊缝金属主要化学成分组分等级 不同牌号编号 焊接电源种类和药皮类型 例 G202 A137 7 1典型弧焊方法 手工电弧焊焊接位置 平焊 立焊 横焊 仰焊 船形焊接 全位置焊 7 1典型弧焊方法 手工电弧焊焊接位置示意 当今生产效率较高的机械化焊接方法之一1 基本原理 电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法 它是利用电气及机械装置控制送丝和移动电弧的一种焊接方法 二 埋弧自动焊 7 1典型弧焊方法 埋弧自动焊原理示意1 焊剂 2 焊丝 3 电弧 4 金属熔池 5 熔渣 6 焊缝 7 工件 8 渣壳 7 1典型弧焊方法 2 焊丝及焊剂焊丝 普遍使用 2 6mm实心焊丝 己有用于碳素结构钢 合金结构钢 高合金钢 各种有色金属及堆焊用特殊合金焊丝 例 碳素结构钢焊丝 焊剂 在焊接时被加热熔化形成熔渣 对熔化金属起保护和冶金作用 它是埋弧焊接过程中保证焊缝质量的重要材料 保证电弧稳定燃烧 保证焊缝金属得到所需的成分和性能 减少焊缝中产生气孔和裂纹的可能性 有利成形和脱渣 不易吸潮并有一定的颗粒度和强度 焊接时无有害物质析出 7 1典型弧焊方法 焊剂牌号及型号 焊剂牌号 炼焊熔剂牌号表示 HJ 焊剂中氧化锰含量 焊剂中二氧化硅含量 同一类型焊剂牌号编号 例 HJ431 高锰高硅低氟熔炼焊剂 烧结焊剂牌号表示 SJ 焊剂的渣系 同一渣系中不同牌号焊剂 例 SJ501 铝钛型烧结焊剂 熔炼焊剂与烧结焊剂优缺点比较见教材表7 2熔炼焊剂用途及配用焊丝见教材表7 3 7 1典型弧焊方法 7 1典型弧焊方法 碳素钢用焊剂型号 GB5293 85 碳素钢埋弧焊用焊剂 规定型号划分是依据焊缝金属力学性能 低合金钢用焊剂型号 GB12470 90 低合金钢埋弧焊用焊剂 规定型号划分依据焊缝金属力学性能和焊剂渣系 7 1典型弧焊方法 3 主要优缺点及应用范围优点 生产效率高 焊缝成形美观 质量高 劳动条件好 缺点 一般只适合于平焊及平角焊位置 设备复杂 灵活性不及手工电弧焊 7 1典型弧焊方法 应用场合 适用于碳钢 低合金钢 耐热钢 不锈钢及多种有色金属 Ni Ti Cu 焊接 特别适用于中厚板结构的长焊缝的焊接 也可以在金属表面堆焊耐磨或耐蚀合金 三钨极氩弧焊 TungstenInert GasArcWeldingTIG 1 基本原理也称非熔化极氩弧焊 利用惰性气体作保护气体 电极用难熔金属 钨或钨合金 棒 焊件作为另一个电极 通过钨极与焊件之间产生的电弧加热和熔化焊件及填充金属 形成焊接接头 7 1典型弧焊方法 TIG原理示意1 钨极电极夹头 2 钨电极 3 焊枪手把 4 氩气瓶 5 焊接电源 6 电弧 7 保护气体 8 焊枪气体 分类 按操作方式可分为 手工TIG与自动TIG按电源种类可分为 7 1典型弧焊方法 各种电流TIG特点及应用 DC正接 w电极接电源负 发热量小 电极许用电流大 电极不易烧损 电弧稳定 应用广泛 工件接电源正 熔深大 生产率高 DC反接 w电极接电流正 具有 阴极清理作用 电极发热量大易烧损 工件接电源负 熔深浅 一般不推荐使用 DC脉冲 采用可控的脉冲电流加热工件 输入热量小 工件变形小 可焊淬火倾问大的钢 7 1典型弧焊方法 正弦AC 焊接电流负半波 工件为负 电弧有明显清理作用 焊接电流正半波 工件为正 相当于DC正接 主要用于铝 镁及合金和铝青铜焊接 矩形波AC 电流为正 负半波不对称的矩形波 采用较长正半波持续时间 增加熔深 在保证足够阴极清理作用下 适当缩短负半波持续时间 这样既保证了具有阴极清理作用又可获得较合理的两电极热量分配 7 1典型弧焊方法 2 特点优点 氩气不和金属产生化学反应 又不溶于金属 且比空气重 能有效隔绝电弧和周围空气 保护效果好 焊接质量高 焊接应力变形小 熔池可见度好 便于控制 易于实现机械化 自动化和全位置焊接 直流正接电弧稳定 小电流 10A 下仍可稳定燃烧 特别适用于薄板 超薄板焊接 7 1典型弧焊方法 缺点 钨电极承受电流小 熔深浅 熔敷小 生产率低 Ar气贵 比手弧焊 埋弧焊 CO2焊成本高 对焊件表面清理要求严 7 1典型弧焊方法 3 应用 除低熔点 低沸点 和易蒸发的Pb Sn Zn不能焊外 几乎可焊所有金属厚壁压力容器及管道要求焊透焊缝的打底焊厚板窄间隙对接接头的多层或多层多道焊 四 熔化极气体保护焊 可分为 熔化极惰性气体保护焊 MetalInert GasArcWeldingMIG 熔化极活性气体保护焊 MetalActive GasArcWeldingMAG 7 1典型弧焊方法 1 基本原理 用连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属 通过焊枪喷嘴输送保护气体 熔化极气体保护焊原理示意1 焊丝盘 2 送丝滚轮 3 焊丝 4 导电嘴 5 保护气体喷嘴 6 保护气体 7 熔池 8 焊缝 9 电弧 10 工件 2 分类 MIG Ar HeMAG Ar O2 Ar CO2 Ar CO2 O2 CO2或CO2 O2管状焊丝 CO2或CO2 Ar 7 1典型弧焊方法 3 熔滴过渡类型 自由过渡 熔滴从焊丝端头脱落后 通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池 又分为 滴状过渡和喷射过渡两种滴状过渡熔滴直径大于焊丝直径 它分为 轴向滴状过渡和非轴向滴状过渡两种喷射过渡熔滴直径等于或小于焊丝直径 熔滴沿焊丝轴线过渡短路过渡 特点是弧长短 一般短路频率20 200次混合过渡 较大电流CO2焊及药芯焊丝焊属自由过渡和短路过渡的混合过渡 4 实芯焊丝气保护焊工艺特点 MIGMAG可焊所有金属 铝 铜及合金 不锈钢效率高 焊丝作为电极电流密度大 熔深大 熔敷速度快直流反接 阴极雾化熔滴过渡形式 喷射过渡 脉冲喷射过渡 短路过渡 铝及合金采用 亚射流过渡 射滴 短路 CO2气体保护焊生产效率高 比手工定弧焊高1 3倍明弧无渣 抗锈能力强 降低焊缝含氢量焊接成本低 只有手工电弧焊的40 50 适用面广 可用于各种位置焊接熔滴过渡形式 滴状过渡 短路过渡 潜弧射滴过渡 7 1典型弧焊方法 5 药芯焊丝气体保护焊 综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊特点优点 采用气 渣联合保护 电弧稳定 飞溅小 成形好熔敷效率 生产率较高可焊材料广有更强的抗气孔性能缺点 成本高对送丝机构要求高焊丝外皮易生锈中焊 焊丝剂易吸潮多用于半自动焊 主要用干碳钢 低合金钢 不锈钢和铸铁 7 1典型弧焊方法 第二节高效弧焊技术 一 高效埋弧焊1 多电源串列双 多 丝埋弧焊 多电源串列双 多 丝埋弧焊1一电源12一电源23一工件4一焊缝5一电弧6一焊剂7一导电嘴 7 2高效弧焊技术 2 单电源并列双 多 丝埋弧焊 单电源并列双 多 丝埋弧焊1一电源2一工件3一焊缝4一电弧5一焊剂6一焊丝7一导电嘴 7 2高效弧焊技术 3 热丝填丝埋弧焊 热丝填丝埋弧焊1一焊件2一焊缝3一焊剂4一热丝5一导电嘴6一熔池7一电弧8一电源 7 2高效弧焊技术 4 窄间隙埋弧焊 与传统埋弧焊相比 总效率可提高50 80 可节约焊丝38 50 焊剂56 64 7 窄间隙埋弧焊主度要用于水平或接近水平位置的焊接 分有单丝和双丝窄间隙埋弧焊两种厚板焊接时 采用I形坡口 间隙15 35mm 其中尤其以20 30mm用得更多 7 2高效弧焊技术 二 活性焊剂作用下钨极氩弧焊 活性焊剂作用下钨极氩弧焊则被简称为A TIG焊焊前在待焊区域涂敷的活性焊剂使熔池金属的表面张力减小 电弧的径向截面缩小 电弧能密增加 电弧对熔池作用力增大 使熔池表面下凹增加 致焊缝熔宽减小 熔深大幅增加用 I 形坡口 无需添加填充丝 对于厚10mm以下的奥氏体不锈钢板 厚12mm以下的碳锰钢板可一次焊透 实现单面焊双面成形 7 2高效弧焊技术 三 高效气体保护焊 1 熔化极气体保护窄间隙焊用于平焊 垂直焊 横向焊以及全位置焊可焊黑色金属 也可焊接有色金属它又分为 实芯焊丝气保护窄间隙焊和药芯焊丝气保护窄间隙焊两种 7 2高效弧焊技术 2 高熔敷率气体保护焊1 高熔敷T I M E焊增大焊接电流 最大700A 提高送丝速度 2 50m min 加大焊丝伸出长度 25 35mm 采用 5 Ar 26 5 He 8 C02 0 5 02 多元保护气体 实现高熔敷率 最大450g min 的高速 高效焊接熔滴的过渡形式可为 短路过渡 射流过渡和旋转射流过渡 所以可以焊各种板厚的工件主要用实芯焊丝 药芯焊丝的使用比例很小可焊低碳钢 低合金钢 细晶结构钢 b为890N mm2 高温耐热钢 13CrMo44 低温钢 高强钢 HY80 等 2 热丝TIG MIG焊利用电流流经送进中的焊丝所产生的电阻热 将焊丝加热到较高温度再进入电弧区 提高焊丝的熔化速度 增加熔敷率预热焊丝的电流一般由另外的附加电源提供 但也可直接利用焊接电源 7 2高效弧焊技术 3 双丝熔化极气体保护焊 双丝单弧填丝焊在熔池插入另一丝 插入丝接电源的连工件端起分流作用 插入丝在分流作用下被预热到较高温度 增加焊丝的熔敷率 可提高生产效率一倍以上单熔池双丝双弧焊用两套焊接电源 两套送丝系统和一把焊枪 两个送丝机通过两根送丝管将两根焊丝送进一把焊枪中的两个独立的导电嘴 两个燃烧的电弧形成一个熔池 两根丝用相同或不相同频率的脉冲电流进行焊接分离双丝双弧焊此方法不共熔池 小电流电弧在前形成较浅熔深和起预热作用 大电流电弧在后起增加熔深和热处理作用 7 2高效弧焊技术 4 复合双弧焊 TIG MIG复合双弧焊它常常被应用于堆焊 它采用一个焊接电源 电弧在钨电极 TIG 和焊丝 MIG 中交替燃烧 共同形成一个焊接熔池 TIG MIG复合双弧焊 7 2高效弧焊技术 等离子 MIG复合双弧焊 a b 等离子一MIG复合双弧焊 7 2高效弧焊技术 激光 电弧复合双弧焊 激光 TIG弧焊示意图 图7一21激光一等离子弧示意图 7 2高效弧焊技术 非真空电子束 等离子复合双弧焊 非真空电子束 等离子复合双弧焊示意图 7 2高效弧焊技术 电阻焊分类与组合 7 3压力焊及钎焊 一 电阻焊 焊件组合后通过电极施加压力 利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到融化或塑性状态 使之在压力条件下形成接头的焊接方法 1 点焊 将焊件装配成搭接接头 并压紧在两极之间 接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化 形成焊点的方法 是一种高速 经济的连接方法 适用于可以采用搭接接头不要求气密性 厚度 3mm冲压 轧制的薄板结构 可焊材料为低碳钢 淬火钢 镀锌钢板 不锈钢 铝合金和铜合金等 7 3压力焊及钎焊 各种点焊方法原理示意 2 缝焊 是焊件搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间 滚轮加压焊件并转动连续或断续放电 从而产生一连串熔核 相互搭叠得密封焊缝的电阻焊方法 广泛应用在家用电器 电冰箱壳体 交通运输 汽车 拖拉机油箱 及航空航天 燃油油箱 等工业中要求密封性的接头制造 被焊材料厚度通常在0 1 2mm 可焊材料为低碳钢 合金结构钢 不锈钢 耐热钢 铝合金和钛合金等 铜不能缝焊 黄铜也难以缝焊 7 3压力焊及钎焊 缝焊原理示意 3 凸焊 是在一个焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸起点 使其与另一焊件表面相接触加压并通电加热 凸点焊塌后 使这些触点形成焊点的一种电阻焊方法 分为 单点 多点凸焊 环焊 T焊 滚凸焊和线材交叉凸焊五类 用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件 除可进行板件凸焊外 还可进行螺帽 螺钉类零件的凸焊 线材交叉凸焊 管子凸焊和板材T型凸焊 板件凸焊最佳厚度为0 5 4mm 凸焊不适宜于铝 铜 鎳等软金属 7 3压力焊及钎焊 凸焊基本类型 4 对焊 把两焊件端部相对放置 利用焊接电流加热 然后加压完成焊接的电阻焊方法 可分为电阻对焊和闪光对焊两类对焊应用范围 工件接长 如带钢 型材 石油和天然气输送管道的对焊接长 环形工件的焊接 如自行车 摩托车轮圈 链环对焊 部件的组焊 将锻造 冲压 轧制 机械加工零件拼焊成复杂零件 异种金属对焊 如刀具刃部 高速钢 与柄部 中碳钢 铜 铝导电接头对接焊等 7 3压力焊及钎焊 电阻对焊先压紧工件 通电 顶锻力加热沿径向不均 轴向较均匀 且低于熔点 适用于焊接截面F 250mm2 端面形状相同 如棒 厚壁管金属型材 氧化物易于挤出的材料 如碳素钢 不锈钢 铜和铝等 它具有接头光滑 毛刺小 焊接过程简单的特点 闪光对焊先接通电源 工件靠近 闪光 顶锻闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊两种连续闪光焊 闪光阶段和顶锻阶段是连读完成的 适用于断面为1000mm2左右的闭合拼口焊 如车圈 铝窗等预热闪光焊 在闪光前先连读几次短时通电加热 预热 工件端面 再进入闪光和顶锻阶段 适合于焊5000 10000mm2大型截面零件 可焊材料有低碳钢 低合金钢 工具钢 不锈钢 铜合金 铝合金 镁合金和钛合金 甚至可以焊许多异种金属组件 7 3压力焊及钎焊 二 摩擦焊1 原理 利用焊接接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热使工件端部达到热塑性状态 然后迅速顶锻 完成焊接的一种压焊的方法2 分类 根据工件相对摩擦运动轨迹可分为 旋转摩擦焊和轨道摩擦焊根据机械供给方式可分为 连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种 摩擦焊示意图 a 旋转摩擦焊 b 轨道摩擦焊 7 3压力焊及钎焊 3 特点 可代替锻造 铸造和部分机械加工 生产率高 成本低 易实现机械化和自动化生产 能焊接高温时 塑性良好的同种金属以及能够互相固溶和扩散的异种金属 环境保护好 高温强度高 塑性低 导热性好的材料不容易焊接 如不锈钢 铜 硬质合金 钢等 活性金属 如钛 锆等 淬硬性好的钢材 表面氧化膜不易破碎或有镀膜 渗层及摩擦系数太小 如铸铁 黄铜等 的金属很难焊接 7 3压力焊及钎焊 三 搅拌摩擦焊 搅拌摩擦焊 FrictionStirWelding 简称FSW 是由摩擦焊派生发展起来的一种新型固相焊接方法 搅拌摩擦焊接过程 7 3压力焊及钎焊 1 搅拌摩擦焊的优缺点 优点 焊接接头质量高 能一次完成较大截面 较长焊缝 一次焊成20m焊缝 的不同位置焊接 成本低 易于实现机械化 自动化焊接 焊接过程无污染 无烟尘 无辐射 缺点 焊件必须刚性固定 同时还需在焊缝背面加垫板 相对于熔焊它焊速较低 焊接结来 摩擦针退出工件时总要留有一个称为 匙孔 的凹坑 需要将该坑部切除或凑加引出板 7 3压力焊及钎焊 2 应用 7 3压力焊及钎焊 搅拌摩擦焊的应用 四 钎焊1 基本原理 采用比母材熔点低的金属材料作钎料 将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度 利用毛细作用使液态钎料润湿母材 填充接头间隙并与母材相互扩散 连接焊件的方法 7 3压力焊及钎焊 2 分类 根据钎料熔点分软钎焊 TM 450 铅 锡等硬钎焊 TM 450 铜 银 镍等 3 特点 成分不同 钎料熔化 母材固态加热温度低 变形小 易保证焊件尺寸精度 对母材组织和性能影响小异质接头焊接 金属 非金属等生产效率高 大批量生产强度较低 耐热性差 装配要求高 一 结构钢的焊接 1 碳钢的焊接焊接性 在一定的焊接工艺下 获得优质焊接接着的难易程度低碳钢焊接 含碳量低 硅锰含量少 焊接性优良 可用手工电弧焊 埋弧焊 电渣焊 钨极氩弧焊 熔化极气体保护焊 电阻焊 气焊及钎焊都是成熟的焊接方法中碳钢焊接 含锰量不高时 焊接性良好 随含碳量的增加 焊接性变差 多数情况下 需预热和控制层间温度 焊后应进行消应力热处理 采用手工焊时 若要求焊缝与母材等强 应尽量选用与母材强度级别相等的低氢焊条 7 4常用金属材料的焊接 2 合金结构钢的焊接 主要介绍强度用钢 高强钢 按屈服点高低及热处理状态分为热轧钢 正火钢 低碳调质钢 中碳调质钢 1 热轧钢及正火钢常用焊接方法 手工电弧焊 埋弧焊 气体保护焊 电渣焊 压力焊 焊接要点 抗热裂性比较好有一定的冷裂倾向 随强度级别升高而增大沉淀强化钢种有产生再热裂纹倾向 消除应力热处理时应避免600 保温热轧钢在制造大厚件时 有层状撕裂危险存在过热区脆化问题 7 4常用金属材料的焊接 2 低合金高强度钢常用焊接方法 手工电弧焊 气体保护焊 电渣焊及压力焊 主要工艺措施 预热选择合适的焊接线能量后热及焊后热处理 3 低碳调质钢 焊接要点 含碳量低 含锰量高 热裂倾向小冷裂纹倾向比较大 工艺合适可以避免有一定的再热裂纹敏感性对层状撕裂不敏感 有过热区脆化和热影响区软化问题工艺措施 焊前预热避免使用大的焊接线能量 7 4常用金属材料的焊接 4 中碳调质钢 焊接要点 淬硬倾向大 近缝区易出现马氏体组织 冷裂倾向大碳及合金元素高 有较大热裂倾向有再热裂纹倾向焊后淬火区出现淬硬的马氏体 导致脆化焊后热影响区总有软化区工艺措施 预热及后热宜采用小线能量焊接采用低碳 硫 磷焊丝 7 4常用金属材料的焊接 5 珠光体耐热钢 焊接方法 手工电弧焊为主 埋弧焊和电渣焊也常用焊接要点 含碳量和合金元素含量与低碳调质钢相近 焊接性也接近主要问题是冷裂纹 再热裂纹 粗晶区脆化以及热影响区的软化工艺措施 防止冷裂和粗晶脆化 正确选择预热温度和焊后回火温度至关重要减少软化 应尽可能减少焊接线能量和降低预热温度防止延迟裂纹 焊后立即进行高温回火 7 4常用金属材料的焊接 二 不锈钢的焊接 1 奥氏体不锈钢的焊接 主要问题是热裂纹 脆化 晶间腐蚀和应力腐蚀开裂 含镍量越高 产生热裂倾向越大 越不容易控制 25 20钢比18 8钢热裂倾向大 热裂防止措施 严格限制S P含量调整焊缝金属组织 金属合金成分采用小线能量及小截面焊道接头脆化防止措施 严格控制焊缝中铁素体含量多层焊时采用较小线能量晶间腐蚀防止措施 尽量降低母材及焊缝中含碳量采用热量集中的焊接方法在钢中添加稳定化元素Ti Nb等在钢及焊缝金属中加铁素体形成元素 7 4常用金属材料的焊接 不锈钢焊接接头晶间腐蚀1 焊缝腐蚀区 2 热影响区敏化腐蚀区 3 刀蚀区 应力腐蚀开裂防止措施 焊后消除或减少焊接残余应力选用奥氏体 铁素体双相组织的母材或焊接材料采用高Ni的铬镍不锈钢焊条焊接奥氏体不锈钢常采用手工电弧焊 钨极氩弧焊和熔化极富氩混合气体保护焊 7 4常用金属材料的焊接 2 马氏体不锈钢的焊接 可分两类 Cr13系列和Cr12为基多元合金强化马氏体钢 和低碳 中碳调质钢类似 主要问题是冷裂纹和脆化 拘束度较大或含氢量较高时 在焊缝或近缝区可能产生冷裂纹预热是防止这类钢产生冷裂纹的重要措施 但预热温度要控制不要超过400 以防止产生475 脆性为防止冷裂 马氏体钢 F11钢除外 焊后应立即进行高温回火常用方法为手工电弧焊和钨极氩弧焊 7 4常用金属材料的焊接 3 铁素体不锈钢的焊接 主要问题是热影响区脆化和常温冲击韧度较低工艺措施 焊接时 就尽量缩短400 600 和650 850 的加热和冷却时间可采用小功率 高焊速进行焊接 尽量减少焊缝截面 且不要连续焊接为防止高铬铁素体钢的室温韧性的大幅度降低接头上产生裂纹 常进行低温 70 150 预热 使接头处于富有韧性状态下 这样可以有效地防止裂纹的产生常用手工电弧焊 通常需预热及焊后热处理 7 4常用金属材料的焊接 三 有色金属的焊接 1 铝及铝合金的焊接 只有变形铝合金可以焊接 主要问题是气孔 热裂纹及接头性能变化 热处理强化铝有较高热裂倾向热裂纹防止措施 关键在于选择合适焊丝 控制焊缝成分和配以合理规范参数硬铝及超硬铝由于成分复杂产生裂纹倾向大 在原合金系统中进行成分调整难以改善抗裂性 因此 常用含硅5 质量分数 的AL Si焊丝 SALSi 1 来解决裂纹问题采用热能集中的焊接方法 有利于减少裂纹 裂纹倾向大的铝合金 不宜采用大电流和高焊速 7 4常用金属材料的焊接 气孔防止措施 以纯铝 铝镁合金为突出 减少氢的来源合理选择规范参数采用Ar 少量CO2或O2混合气体保护焊对厚的工件适当预热 7 4常用金属材料的焊接 2 铜及铜合金的焊接 焊接时主要问题 焊缝成形能力差焊缝热裂倾向大气孔倾向严重接头性能下降建议 薄板以钨极氩弧焊 手工电弧焊和气焊为好中厚板采用埋弧焊 MIG焊和电子束焊厚板建议用电渣焊 1 纵向残余应力与横向残余应力 在焊接结构中 通常将沿焊缝方向的应力定义为纵向残余应力 用 x表示 垂直于焊缝方向的应力定义为横向残余应力 用 y表示 沿板厚方向的应力定义为板厚应力 用 z表示 7 5焊接力学 低碳钢长板条中心堆焊时的应力变形情况 一 焊接残余应力与焊接残余变形 对接焊缝残余应力典型分布 7 5焊接力学 2 焊接残余变形分类 1 总体变形纵向收缩变形横向收缩变形弯曲变形扭曲变形 7 5焊接力学 扭转变形 7 5焊接力学 2 局部变形角变形波浪变形 3 焊接变形对焊接结构的影响 外形美观 结构尺寸精确性 结构的承载能力 7 5焊接力学 二 减少及消除残余应力的措施1 减少焊接残余应力措施 1 设计措施 2 工艺措施合理的焊接顺序和方向ABC 反变形法和减应力加热法 采用小线能量焊接 锤击法 2 焊后消除残余应力的方法 1 整体 局部高温回火 2 温差拉伸法 3 机械拉伸法 4 爆炸冲击法 5 振动法 7 5焊接力学 三 预防和消除残余变形措施1 预防焊接残余变形措施 减少焊接残余变形的原则 对称加热 力求分散 均匀布置 切勿集中 反向变形 以变治变 该紧就紧 该松就松 1 合理按排焊接顺序要领 先主后次 先大后小 先内后外 先短后长 异向分段 亦退亦进 多点同步 对称适量 7 5焊接力学 2 必要的拘束 采用各种适用的卡具装置强制固定 造成大的拘束度 变形会显著减少 上述 该紧就紧 就是指必要的拘束薄板焊时 常用压板压紧防止失稳出现波浪变形强制拘束对防止回转变形尤为重要 但拘束度过大 又容易引起裂纹 但如发生回转变形 则又会产生终端裂纹 增大引出板宽度 牢固点焊点 甚至还可采用千斤顶 3 预留收缩裕量 以变治变 主要针对横向收缩和纵向收缩 组装时预留收缩裕量 以保证焊后产品焊后产品的尺寸要求 该松就松 指可控的自由收缩 7 5焊接力学 4 采用反变形 是一种 以变治变 的方法 分弹性预弯法和塑性预弯法两种弹性预弯法 使构件反向变形 在弹性状态下拘束 焊接后再释放拘束塑性预弯法 使构件在塑性状态下拘束的反变形塑性预弯法要求预弯变形量必须很精确 而要掌握这一点又是很困难的 在实际使用中 弹性预弯要比塑性预弯更可靠些 5 改变热分布形式 通过强制冷却和预热改变焊件上热分布形式 可以减少变形 图为强制冷却减少变形的例子 焊接时 在臂上方孔中通水 焊接热可迅速散失 再配合以小的线能量和合理焊接顺序 弯曲变形仅为0 35mm 钻机臂截面形状 7 5焊接力学 2 消除焊接残余变形方法 1 火焰矫正法要领 凸起部位就是加热区 矫正顺序为 刚性大 先矫 刚性小 后矫 具体顺序 先矫均匀总变形 其次矫短段弯曲变形 最后矫局部弯曲变形 7 5焊接力学 2 机械加压变形法 是一种冷矫方法 用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形 以与原来的焊接变形相抵消 可以用手工锤击 压力机 辊压机 平板机等机械设备矫正 如图所示 适用于结构规则或薄板结构 7 5焊接力学 使用千斤顶校正梁的弯曲变形 四 焊接结构的脆性断裂 1 研究意义 1 定义 金属材料在载荷远小于设计应力 无明显塑变的情况下 发生的突然断裂2 断裂特点 在没有显著塑性变形下发生 无预兆 破坏一经发生 扩展迅速 破坏时应力远小于结构设计许用应力 7 5焊接力学 2 焊接结构脆断的三个基本因素脆性断口几乎看不到塑性变形的痕迹 裂口平整 断口有金属光泽 材料工作条件下韧性不足 结构上存在严重的应力集中 过大的拉应力 7 5焊接力学 3 预防脆断的措施 正确选择材料 合理设计结构 严格制造工艺 五 焊接接头的疲劳强度 1 研究意义1 定义 结构在交变载荷的作用下 无明显塑变的情况下 发生的低应力破坏 2 特点 交变载荷 断口为疲劳辉纹 多起源于表面应力集中处 低应力破坏 无明显塑变 疲劳强度与载荷循环特性有关 7 5焊接力学 2 提高疲劳强度的措施 降低应力集中程度 采用合理结构形式降低应力集中 选用应力集中的系数小的焊接接头 采取妥善的工艺措施 调整残余应力 整体退火或利用超载预拉伸法来降低构件的残余拉应力 采用局部加热或挤压在应力集中处产生残余压应力 表面强化处理 涂层保护 大气及介质侵蚀往往对材料疲劳强度产生不利的影响 因此采用涂层保护是有效的 7 5焊接力学 六 焊接结构的应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏 SCC 材料和结构在腐蚀介质和静拉伸应力共同作用作用下引起的断裂1 应力腐蚀破坏条件 1 有拉应力存在2 有腐蚀介质存在3 仅合金发生应力腐蚀 纯金属不发生 7 5焊接力学 2 防止产生应力腐蚀的措施 1 正确选材2 合理设计结构 3 清除和调节残余应力 4 采用电化学保护5 用镀层或涂层隔离环境6 控制和改善环境 一 焊接专家系统在焊接领域中专家系统的类型主要分有工艺选择及工艺制定型 焊接缺陷预测与诊断型 辅助设计型和咨询 解释 型几种 1 工艺选择及工艺制定型焊接专家系统 在所开发的所有焊接专家系统中 焊接工艺制定 选择 专家系统占的比重最大 约占70 7 6计算机在焊接成形中的应用 2 焊接缺陷预测与诊断型焊接专家系统 裂纹诊断专家系统WeldCracExpert 由英国焊接研究所 TWI 开发并己商品化的用于焊接裂纹类型诊断的专家系统 该软件可根据用户给出的裂纹特征 位置及焊接工艺情况 分析现存裂纹属于哪一种类型 有缺陷结构安全评定专家系统 国内开发的断裂评估专家系统已达到实用水平 3 辅助设计型焊接专家系统 焊接变压器设计专家系统 由国内开发 已达实用水平 焊接标准符号生成系统Weldsymple 由美国CSM 科罗拉多矿业学院 和AWI联合开