南昌大学金属工艺学第4篇.ppt

第四篇焊接 概述 一 定义 焊接是在两块金属之间 用局部加热或加压等手段借助于金属内部原子间的结合力 使金属连接成牢固整体的一种加工方法 二 分类 熔化焊 利用金属熔化和凝固时的相互结晶而形成连接 按实现原子间产生结合的方式不同 可拆卸连接 不可拆卸连接 金属连接方式 压力焊 依靠压力 使接头处的金属材料产生塑性变形而形成原子间的结合 钎焊 依靠低熔点钎料熔化后 与高熔点被焊金属在一定温度下相互间产生一定的物理化学作用而形成原子间的连接 1 与作为金属连接方法的铆接相比 省工省料 密封性好 劳动条件好 2 与作为零件成形工艺的铸 锻相比 可制造双金属结构 能化大为小 拼小成大 简化铸 锻 冲工艺 被喻为神奇的 钢铁裁缝 三 特点 焊接时局部加热 而产生焊接残余应力和焊接变形 焊接缺陷的隐避性 易导致焊接结构的意外破坏 第1章电弧焊 一 概念 焊接电弧是在电极与工件间的气体介质中长时间而有力的放电现象 即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象 2 极性 直流正接 焊件 焊条 焊件热量多 溶池深用于焊高熔点或厚大焊件 直流反接 焊件 焊条 溶深小 用于焊薄板 有色合金 不锈钢 铸铁等 二 产生与存在的条件 1 气体电离 2 阴极发射电子 电源 三 构造与极性 1 构造 弧柱区21 6000 8000 k 阴极区36 2400 k 阳极区43 2600 k 注意 交流电没有正接与反接 1 1焊接电弧 焊接接头 焊接接头的中心部分 焊缝区 紧接焊缝的母材 热影响区 一 焊缝区 在焊接过程中 焊缝受到一次冶金的过程 二 热影响区焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化的区域 热影响区各点相当于受到一次不规范的热处理 1 2焊接接头金属组织与性能的变化 1 熔合区 2 过热区 3 正火区 4 部分相变区 性能最差 强度愈高 淬硬倾向愈大的钢种 熔合区和过热区的硬度峰值愈高 塑性愈低 产生焊接裂缝的倾向愈大 三 改善焊接接头组织性能的措施 对焊缝渗透合金 加强脱氧 脱硫 脱磷 加强对焊缝的保护 焊后热处理 选择焊接方法 控制焊接加热温度和加热时间 尽量减小热影响区宽度 操作灵活方便 2 焊接特点 所用设备简单 维修方便 被焊材料不限 适应性广 生产率低 焊接质量取决于焊工操作水平 劳动条件差 劳动强度大 焊接位置 焊缝形状 一 手工电弧焊焊接过程及特点 1 焊接过程 引弧 焊条送进 焊条移动 1 3焊条电弧焊 熔焊冶金过程特点 1 熔池温度高且处于大气之中 熔池易发生下列氧化反应 2 熔池体积小且在运动下结晶 保证焊缝质量的措施 对熔池和电弧区域形成有效的保护 Fe O FeO Mn O MnO Si 20 SiO2 2Al 3O Al2O3 向熔池添加有益的合金元素 二 熔焊冶金过程与焊缝质量 组成 传导电流 形成焊缝50 70 1 焊芯 提高电弧燃烧的稳定性 防止空气对熔化金属的有害作用 对溶池的脱氧和加人合金元素 2 药皮 三 电焊条 分类 1 按用途分 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 铸铁焊条 铝及铝合金焊条 铜及铜合金焊条 镍和镍合金焊条 1 酸性焊条 氧化性较强 工艺性能较好 合金元素烧损严重 焊缝机械性能差 劳动条件好 应用于焊接一般钢结构 焊前清理和焊条烘干要求不太严 50 200 烘干1小时即可 若不吸潮也可不烘干 交 直流两用 焊缝抗裂性能优良 应用于焊接重要的结构件 2 碱性焊条 氧化性较小 工艺性能比较差 焊前清理和焊条烘干要求很严 300 350 烘干1 2小时 而且要放在保温筒中保存使用 需直流电焊机并反接 劳动条件较差 烟尘多 产生HF有毒气体 应加强通风 2 按药皮熔渣的酸碱性分类 牌号及型号 结 或J 1 5酸性焊条6 7碱性焊条 例 J422 J507 1 牌号 2 型号 碳钢及低合金钢 结 或E 选用 2 工作条件 1 等性能原则 3 焊件结构特点 4 其它 焊条的强度要稍高于基体的强度 要注意的是 钢的强度是以屈服强度表示的 而焊条表示的是抗拉强度 对要求塑性好 冲击韧性高 抗裂能力强或低温性能好 应选用碱性焊条 厚度较大 形状复杂 很容易产生焊接裂纹 一般应选用碱性焊条 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 以保证焊缝金属的主要化学成分与性能和母材相同 第二章其他常用焊接方法 2 1埋弧焊 一 焊接过程 焊丝 焊条焊芯焊剂 药皮自动送丝 人手的送进焊接小车 人手的移动 二 特点及应用 1 生产率高 2 焊缝质量好且稳定 3 省电省材 4 改善了劳动条件5 设备费用较贵 工艺准备复杂 对接头加工与装配要求严格 6 灵活性较差 焊位 焊缝形状受限制 只能平焊 长的直线焊缝和大直径的环形焊缝 主要用于生产批量大 厚度较大 6 60mm 且长的直焊缝和大直径的环形焊缝 P159 一 特点 1 明弧焊 溶池可见度好 操作方便 2 电弧受到保护气流压缩 热量集中 焊接速度快 熔池小 溶池深 热影响区窄 焊后变形小 适于薄件及有色件 3 焊缝表面无渣 可以节约大量清渣时间 4 适于全位置焊接 并有利于焊接过程自动化 5 气体保护焊设备较复杂 焊接时 容易受气流干扰 2 2气体保护焊 P162 二 种类 不熔化极氩弧焊 钨极氩弧焊 熔化极氩弧焊 1 氩弧焊 采用直流正接法 用于焊接低合金钢 不锈钢 耐热钢 钛合金等 采用交流电源 用于焊接铝 镁合金 保护效果最好 但氩气成本高 主要用于焊接易氧化的有色金属 稀有金属 高强度合金钢及一些特殊性能的合金钢 2 CO2气体保护焊 成本低 但具有一定的氧化性故焊接时 需采用脱氧元素较高的焊丝 主要用于低碳钢和普通低合金钢薄板的焊接 2 3电阻焊 一 特点及主要应用 1 生产率高 焊接变形小 2 不开坡口 不用填充金属 无需保护 3 操作简单 劳动条件好 易实现自动化 4 设备复杂耗电多 焊件尺寸受限 适于成批大量生产 P168 接头性能较差 多用于对接头强度和质量要求不很高 直径小于20mm的棒料 管材 门窗等构件的焊接 二 种类 1 点焊 柱状电极 多用于焊接非密封性的薄板冲压件 S 4mm 2 缝焊 滚轮电极 多用于焊接有密封性要求的薄壁结构 S 3mm 3 对焊 利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来 电阻对焊 加压 通电 加压 闪光对焊 通电 移动 加压 焊接质量好 生产率高 可焊同种金属或异种金属 钢 钢 铜 钢 铝 钢 铝 铜等 可焊直径为0 01mm的金属丝和断面为上万平方毫米的金属棒 管或异型材料 多用于焊接重要管道 钢轨 锚链 刀具 钢筋等 2 4摩擦焊 摩擦焊 利用摩擦热将两焊件焊在一起 一 焊接过程 二 特点及应用 加热温度低 接头质量好 焊接生产率高 1200件 h 成本低 耗电为闪光焊的10 20 焊接成本为CO2电弧焊的70 左右 能焊同种金属 异种金属及某些非金属材料 焊接过程可控性好 质量稳定 焊件精度高 劳动条件好 无弧光 烟尘 射线污染 要求被焊工件至少应有一件是旋转体 如棒料 管材 摩擦焊设备的一次投资大 适用于成批大量生产 在各种回转体结构焊接中 可逐步取代电弧焊 电阻焊 闪光焊 一些用熔焊 电阻焊不能焊的异种金属 可用摩擦焊焊接 如铜 铝摩擦焊等 P171 2 5钎焊 一 钎焊过程 二 钎焊种类 1 硬钎焊 T熔 450 接头强度较高 适于钎焊接头受力较大或工作温度较高的工件 如刀具 冰箱压缩机管道等 2 软钎焊 T熔 450 接头强度较低 适于钎焊接头受力不大或工作温度较低的工件 如各种电器导线的连接 仪表 仪器元件的焊接等 三 钎焊熔剂 简称钎剂 1 清除氧化膜及杂质 2 改善钎料充填接头间隙的性能 润湿性 3 防止被焊金属氧化 软钎焊用钎剂由松香 氯化锌与氯化铵溶液等 硬钎焊用钎剂由硼砂 硼酸 氟化物 氯化物所组成 P172 四 钎焊特点及应用 1 加热温度低 组织性能变化小 变形小 2 可焊接性能差异很大的异种金属和厚薄悬殊的工件 4 接头强度较低 成本高 主要用于精密仪表 电气零部件 异种金属焊件及空间技术领域 第三章常用金属的焊接 4 3 1金属的焊接 可焊 性 一 焊接性的概念 焊接性是指被焊金属在一定的焊接工艺下 获得优质接头的难易程度 二 焊接性的影响因素 1 母材 2 焊接方法 3 焊接材料 焊条 焊丝 焊剂和保护性气体 4 工艺措施 优质接头 接头无缺陷和接头要有好的使用性能 P177 三 钢材焊接性的评定 1 碳当量法 只适于碳钢 低合金钢 Ce 0 25 时 焊接性良好 Ce 0 25 0 4 时 焊接性较好 Ce 0 4 0 6 时 焊接性较差 Ce 0 6 时 焊接性差 2 试验法 适于所有金属 一 低碳钢 C 0 25 无淬硬倾向 焊 好 二 中碳钢 工艺措施 1 焊前预热 焊后缓冷 2 采用小规范措施 3 选用碱性焊条 4 焊后热处理 0 25 C 0 4 焊 较好 0 4 C 0 6 焊 较差 4 3 2碳钢的焊接 三 高碳钢 C 0 6 淬硬倾向 焊 差 一般不作为焊接结构件 只用于修复的场合 P179 一 强度级别低 合金元素少的合金钢 焊接性能与低碳钢类似 二 强度级别高的合金钢 焊接性与高碳钢类似 4 3 3合金结构钢的焊接 4 3 4铸铁的焊补 一 主要问题 1 易产生白口和淬硬组织 2 易产生裂缝 3 易产生气孔和夹渣 二 方法 1 热焊法 焊前将工件整体或局部预热到600 700 焊后缓慢冷却 质量好 成本高 生产率低 劳动条件差 一般用于焊补形状复杂焊后需加工的重要铸件 2 冷焊法焊补之前 工件不预热或只进行400 以下低温预热的焊补 冷焊法方便灵活生产率高 成本低 劳动条件好 但焊接处切削加工性能较差 生产中多用于焊补要求不高的铸件 P180 P181 第四章焊接结构设计 4 4 1焊接结构件材料的选择 一 尽量选焊接性能好的材料钢 有色金属 铸铁 二 最好不选用两种性能相差很远的材料 三 应尽量选近似焊接结构的型材 P184 4 4 2焊接方法的选择 常用焊接方法的特点及应用范围如下表所示 4 4 3焊接接头工艺设计 一 焊缝的布置 1 焊缝应尽量分散 2 焊缝应尽量对称 3