第一章_电弧焊

一 概念焊接 两种或两种以上的材料 同种或异种 通过加热 加压 使工件原子或分子之间结合和扩散 造成永久性联接的工艺过程 二 分类1 熔化焊将工件焊接处局部加热到熔化状态 形成熔池 通常还加入填充金属 冷却结晶后形成焊缝 被焊工件结合为不可分离的整体 2 压力焊在焊接过程中无论加热与否 均需要加压的焊接方法 第四篇焊接 概述 2020 4 6 第四篇焊接 概述 2020 4 6 第四篇焊接 概述 2020 4 6 3 钎焊采用熔点低于被焊金属的钎料 填充金属 熔化之后 填充接头间隙 并与被焊金属相互扩散实现连接 钎焊过程中被焊工件不熔化 且一般没有塑性变形 钎焊 软钎焊 硬钎焊 第四篇焊接 概述 2020 4 6 三 生产特点1 节省金属材料 结构重量轻 2 化大为小 以小拼大 可制造重型 复杂的机器零部件 简化铸造 锻造及切削加工工艺 获得最佳技术经济效果 3 焊接接头具有良好的力学性能和密封性 4 能够制造双金属结构 使材料的性能得到充分利用 四 应用焊接技术在机器制造 造船工业 建筑工程 电力设备生产 航空及航天工业等应用十分广泛 第四篇焊接 概述 2020 4 6 2020 4 6 电弧焊 利用电弧热来局部熔化被焊工件及填充金属 然后凝固成坚实接头的焊接方法 电弧焊是现代焊接方法中应用最为广泛 最为重要的一类焊接方法 电弧焊在焊接生产劳动总量中所占比例一般在60 以上 第一章电弧焊 2020 4 6 第一节焊接电弧第二节焊接接头的组织与性能第三节焊接应力与变形第四节焊条电弧焊第五节埋弧焊第六节气体保护焊 第一章电弧焊 一 概念电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象 二 电弧的构造与极性1 构造阳极区 热量占43 温度2600 K弧柱区 21 6000 K 8000 K阴极区 36 2400 K 第一节焊接电弧 2020 4 6 第一节焊接电弧 焊接电弧分为阳极区 阴极区和弧柱区 如图所示 第一节焊接电弧 2020 4 6 2 极性直流反接 工件 焊条 熔池小 工件温度低用于焊接薄板 有色合金 不锈钢 铸铁直流正接 工件 焊条 熔池深 工件温度高用于焊接高熔点金属或厚大的焊件注意 交流弧焊机不存在正接 反接问题 第一节焊接电弧 2020 4 6 三 电弧的静特性1 电压引弧电压 弧焊机的空载电压 50 90V 电弧电压 电弧稳定燃烧时的电压 16 35V 电压与电弧长度 焊条与工件间的距离 有关 电弧长度 电弧电压 2 静特性在电弧长度一定时 电弧两端的电压与电弧中通过的电流之间的关系称为电弧的静特性 第一节焊接电弧 2020 4 6 四 焊接设备1 直流电焊机2 交流电焊机 第一节焊接电弧 2020 4 6 焊接接头 中心部分 焊缝区紧接焊缝的母材 热影响区焊缝区温度情况 第二节焊接接头的组织与性能 2020 4 6 一 焊接接头的组织与性能1 焊缝区因结晶时各个方向的冷却速度不同 从而形成柱状的铸态组织 由铁素体和少量珠光体组成 焊接时 晶粒有所细化 同时由于焊接材料的渗合金作用 焊缝金属的性能可能不低于母材金属的性能 2 焊接热影响区焊接热影响区是指焊缝两侧金属因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域 由于焊缝附近各点受热情况不同 热影响区可分为 第二节焊接接头的组织与性能 2020 4 6 图低碳钢焊接接头的组织 1液态线温度 2固态线温度 31100 C4GS A3 线温度727 C 第二节焊接接头的组织与性能 2020 4 6 1 熔合区 半熔化状态 铸态组织 过热粗晶粒 焊缝和基体金属交界区 性能最差 2 过热区 过热组织 粗大奥氏体晶粒 塑性 韧性低 脆性大 3 正火区 发生重结晶 细小奥氏体晶粒 力学性能优于母材 4 部分相变区 部分发生重结晶 力学性能比正火区稍差强度越高 淬硬倾向越大的钢种 熔合区和过热区硬度峰值越高 塑性越低 产生焊缝裂纹的倾向越大 第二节焊接接头的组织与性能 2020 4 6 二 改善焊接热影响区组织和性能的方法1 正确选择焊接材料 焊接方法 焊接工艺 减小焊接热影响区范围 2 焊后正火处理 第二节焊接接头的组织与性能 2020 4 6 一 焊接应力的产生与防止1 应力的产生当焊缝及其相邻区金属处于加热阶段时都会膨胀 但受到焊件冷金属的阻碍 不能自由伸长而受压 形成压应力 冷却到室温时 其收缩又受到周边冷金属的阻碍 不能缩短到自由收缩所应达到的位置 因而产生残余拉应力 焊接应力 第三节应力与变形 2020 4 6 2 应力的危害产生变形 产生裂纹而报废 承载能力大为降低 甚至出现脆断的危险后果 3 防止措施1 结构设计时应注意选用塑性好的材料 应避免使焊缝密集交叉 避免使焊缝截面过大和焊缝过长 第三节应力与变形 2020 4 6 2 选择合理的焊接顺序 1 尽量使焊缝能自由收缩 这样产生的残余应力较小 图大型容器底板的拼焊顺序若先焊横向焊缝3 再焊纵向焊缝1和2 则焊缝1和2在横向和纵向的收缩都会受到阻碍 焊接应力增大 焊缝交叉处和焊缝上都极易产生裂纹 2 采用分散对称焊工艺 长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接 这样加热时间短 温度低且分布均匀 可减小焊接应力和变形 如图所示 图分散对称的焊接顺序图长焊缝的分段焊a 退焊b 跳焊 第三节应力与变形 2020 4 6 3 焊前预热 即在焊前将工件加热到350 400 的高温 然后再进行焊接 预热可使焊缝区金属和周围金属的温差减小 焊后又可比较均匀地同时缓慢冷却 从而显著减小焊接应力 4 焊接中采用小能量焊接方法或锤击焊缝 5 当需较彻底地消除焊接应力时 可采用焊后去应力退火 第三节应力与变形 2020 4 6 二 焊接变形的产生与防止1 变形基本类型 第三节应力与变形 2020 4 6 第三节应力与变形 2020 4 6 第三节应力与变形 2020 4 6 2 防止措施 1 结构设计时 采用对称结构或大刚度结构 焊缝对称分布结构 2 反变形 焊接前预测焊接变形量和变形方向 在焊前组装时将被焊工件向焊接变形相反的方向进行人为的变形 以达到抵消焊接变形的目的 如图所示 第三节应力与变形 2020 4 6 3 加裕量法 根据经验 在工件下料尺寸上加一定裕量 通常为0 1 0 2 以补充焊后的收缩 4 刚性夹持法 利用夹具 胎具等强制手段 以外力固定被焊工件来减小焊接变形 如图所示 该法能有效地减小焊接变形 但会产生较大的焊接应力 所以一般只用于塑性较好的低碳钢结构 第三节应力与变形 2020 4 6 3 矫正方法 1 机械矫正 利用机械力产生塑性变形来矫正焊接变形 如图所示为工字梁弯曲变形的机械矫正 这种方法适用于塑性较好 厚度不大的焊件 第三节应力与变形 2020 4 6 2 火焰矫正 利用金属局部受热后的冷却收缩来抵消已发生的焊接变形 这种方法主要用于低碳钢和低淬硬倾向的低合金钢 图示为T形梁上拱变形的火焰矫正方法 第三节应力与变形 2020 4 6 第三节应力与变形 2020 4 6 三 裂纹的产生与防止焊接应力过大 使焊件产生裂纹 内裂纹 对重要焊件 应进行焊接接头的内部探伤检查 防止措施 合理选材 选用合理的焊接工艺和焊接参数 第三节应力与变形 2020 4 6 概念 焊条电弧焊 手工电弧焊 是利用焊条与工件间产生电弧热 手工操作将工件和焊条熔化而进行焊接的方法 焊条电弧焊是最常用的焊接方法 优点 设备简单 操作方便 灵活 并可实现全方位焊接 尤适用于形状复杂 尺寸小 焊缝短或弯曲及难以实现自动化焊接的焊件 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 一 焊接过程电弧在焊条与被焊工件之间燃烧 电弧热使工件和焊芯同时熔化形成熔池 同时也使药皮熔化和分解 焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用过渡到熔池当中 与母材的一部分共同形成焊缝 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 二 电焊条电焊条由金属芯 即焊芯 和外层涂敷的药皮 稳弧剂 造渣剂 造气剂 脱氧剂 合金剂 粘结剂 两部分组成 焊条可按熔渣性质分为酸性焊条和碱性焊条两大类 1 酸性焊条药皮熔渣中酸性氧化物比碱性氧化物多的焊条 缺点 1 焊缝质量较低 力学性能较低 2 脱O S P能力差 氧化程度较高 优点 1 工艺性较好 2 内部气孔和杂质较少 3 成本较低 主要用于非重要构件 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 2 碱性焊条熔渣中碱性氧化物比酸性氧化物多的焊条 由于用碱性焊条焊接时焊缝中含氢量极低 故又称低氢焊条 优点 焊缝质量高 抗冲击能力强缺点 1 操作性差 焊前需烘干焊件 仔细清理焊件坡口 不允许残留有油 锈和氧化皮等 2 电弧不稳定 3 价格高 适合于焊接重要结构件 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 3 焊条选用原则 1 等性能原则 焊条强度要稍高于基体强度 钢的强度以屈服强度表示 焊条强度以抗拉强度表示 2 焊件工作条件 对要求塑性 冲击韧性好 抗裂能力强或低温性能好的焊件 应选用碱性焊条 3 焊件结构特点 厚度较大 形状复杂 很容易产生焊接裂纹的工件和选用碱性焊条 4 按被焊接材料种类 铸钢用碱性焊条 低碳钢与低合金钢焊接 按接头中强度较低的钢材选用焊条 5 焊接不锈钢 耐热钢等特殊性能材料 应选用相应的专用焊条 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 4 焊条型号 牌号和种类 1 型号E4303 2 牌号J422 药皮类型 1 5酸性 6 7碱性 3 种类按化学成份分为 碳钢焊条低合金钢焊条不锈钢焊条铸铁焊条铜及铜其合金焊条铝及铝合金焊条 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 表3 2两种焊条分类的对应关系 第四节焊条电弧焊 2020 4 6 一 焊接过程电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法称埋弧焊 也称溶剂层下电弧焊 1 焊丝自动送入 工件与焊丝相对匀速移动 2 电弧在颗粒状焊剂下燃烧 焊剂不断流出撒在被焊部位 3 部分焊剂形成熔渣覆盖焊缝表面 其他焊剂不熔化 可回收重复使用 第五节埋弧焊 2020 4 6 图埋弧焊时焊缝的形成1 焊丝 2 焊件 3 焊剂 4 液态金属 5 液态焊剂 6 焊缝 7 焊渣 第五节埋弧焊 2020 4 6 图埋弧自动焊的焊接过程 1 焊件 2 V形坡口 3 垫板 4 焊剂 5 焊剂斗 6 焊丝7 送丝轮 8 导电器 9 电缆 10 焊丝盘 11 焊剂回收器 12 焊渣 13 焊缝 第五节埋弧焊 2020 4 6 图埋弧自动焊机 第五节埋弧焊 2020 4 6 第五节埋弧焊 2020 4 6 二 特点1 优点 1 生产率高由于电流较大 单位时间内焊丝的熔化量显著增加 焊缝的熔深也增加 从而提高了生产率 2 焊缝质量好由于焊剂对电弧空间的有效保护 防止了空气的侵入 焊缝的化学成分和性能较均匀 此外由于熔深较大 不易产生未焊透的缺陷 同时也消除了手工焊中因更换焊条而容易引起的一些缺陷 因此埋弧焊焊缝表面光洁平直 3 节省材料埋弧焊由于焊剂保护 金属飞溅少 还消除了手工焊中焊条头的损失 第五节埋弧焊 2020 4 6 4 改善劳动条件埋弧焊消除了弧光对人体的有害作用 放出的有害气体较少 自动焊机减轻了工人的劳动强度 2 缺点 1 主要使用于水平焊缝焊接 2 只适于长焊缝的成批生产 3 不适合焊接厚度小于1mm的薄板 4 难以焊接铝 钛等氧化性强的金属及其合金 第五节埋弧焊 2020 4 6 三 工艺埋弧焊要求更仔细地下料 开坡口和装配 焊前应将焊缝两侧50 60mm内的一切污垢和铁锈除掉 以免产生气孔 由于引弧处和断弧处质量不易保证 焊前应在焊缝两端焊上引弧板和引出板 如图所示 第五节埋弧焊 2020 4 6 为了保持焊缝成形和防止烧穿 生产中常采用各种类型的焊剂垫和垫板 或者先用焊条电弧焊封底 第五节埋弧焊 2020 4 6 气体保护焊是利用气体流保护电弧及熔池 以保证焊缝质量的一种电弧焊工艺 常用的保护气体有氩气 氦气 氢气 氮气和CO2气体 也有使用混合气体保护的 特点 1 明弧焊接 熔池可见度好 操作方便 易实现自动化 2 电弧受到保护气流压缩 热量集中 焊接速度快 熔池小而深 热影响区窄 焊后变形小 适用于薄件及有色件的焊接 3 焊缝表面无渣 可以节约大量清渣时间 4 气体保护焊接设备复杂 焊接时容易受气流干扰 第六节气体保护焊 2020 4 6 一 氩弧焊不熔化电极氩弧焊 钨极氩弧焊 熔化电极氩弧焊 连续送进的焊丝作为电极 第六节气体保护焊 2020 4 6 图钨极氩弧焊示意图 自动焊 1 熔池2 焊丝3 送丝滚轮4 焊丝盘5 钨极6 导电嘴7 焊炬8 喷嘴9 保护气体10 电弧 第六节气体保护焊 2020 4 6 图钨极氩弧焊1 钨极 2 导电嘴 3 绝缘套 4 喷嘴 5 氩气流 6 焊丝 7 焊缝 8 工件 9 进气管 第六节气体保护焊 2020 4 6 图熔化极氩弧焊示意图 自动焊 1 焊接电弧2 保护气体3 焊炬4 导电嘴5 焊丝6 送丝滚轮7 焊丝盘8 喷嘴9 熔池 第六节气体保护焊 2020 4 6 1 氩弧焊应用采用直流正接法 用于