典型的焊接方法.ppt

材料成形技术基础 典型的焊接方法 第一节弧焊方法 材料成形技术基础 一焊条电弧焊 1基本原理用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法 2焊接材料 电焊条 焊条组成 焊芯 电极 填充金属 药皮 保护作用 冶金作用 工艺性能 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 例 gb t5117 1995exxxx 焊条 最小抗拉强度 bkg f mm2 焊接位置 药皮类型和焊接电源种类 焊接位置平焊立焊横焊仰焊船形焊接全位置焊 电源种类 交流直流正接 工件接正极直流反接 工件接负极 3工艺特点 方便灵活 适应性强 设备简单 操作方便 对焊工操作技术要求高 生产效率低 劳动条件差 重要的补充 作为辅助手段 必不可少 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 2焊接材料 焊丝 钢芯 与手工焊钢芯同属一个国家标准 根据化学成分和用途不同 例 h08a e 钢焊丝 高级优质钢 平均含碳量0 08 高级优质钢 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 3工艺特点及适用范围 生产效率高 焊缝成形美观 质量高 劳动条件好 焊接位置 焊缝长短及板厚等 对坡口加工与装配精度要求高 适用于碳钢 低合金钢 耐热钢及不锈钢长焊缝的水平位置焊接 特别适用于厚板 20mm 的纵缝环缝的焊接 也可以进行不锈钢和低合金高强钢的带极堆焊 三钨极氩弧焊 tig tungsteninert gasarcwelding 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 手工tig自动tig直流交流 直流脉冲 热输入小 直流正接 直流反接 少用 正弦波 矩形波 合理分配 2工艺特点 保护效果好 焊接质量高 焊接应力变形小 操作方便 适用于空间各种位置焊接 电弧稳定 焊接成本高 设备复杂 对表面清理要求高 适用于不锈钢 耐热钢及铜 钛 铝 镁等有色金属的 3mm 薄板焊接或重要构件的打底焊 四熔化极气体保护焊 熔化极惰性气体保护焊migmetalinert gasarcwelding熔化极活性气体保护焊magmetalactive gasarcwelding 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 2分类 表7 9 mig ar hemag ar o2 ar co2 ar co2 o2 co2或co2 o2管状焊丝 co2或co2 ar 3工艺特点 mig mag可焊所有金属 铝 铜及合金 不锈钢效率高 焊丝作为电极直流反接 阴极雾化 co2气体保护焊生产效率高 热量集中明弧无渣 抗冷裂性强焊接成本低 飞溅大 第二节压力焊 焊接过程中 必须对焊件施加压力 加热或不加热 来完成焊接的焊接方法 材料成形技术基础 电阻焊 利用电流通过接头产生电阻热 将被焊金属的接触部位加热至塑性状态或局部熔化状态 然后施加一定的压力使金属原子间相互结合形成焊接接头 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 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 3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 生产效率高 易实现自动化 工件接长 环形工件 部件组焊 异质金属对接 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 形状紧凑 如棒 厚壁管金属型材 的材料 闪光对焊先接通电源 工件靠近 闪光 顶锻端面加热均匀 适用于断面f为1000mm2左右的闭合零件的拼口 凡是可以锻造的金属都能进行闪光焊 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工件段不大到热塑性状态 然后迅速顶锻 完成焊接的一种压焊的方法 2特点 接头焊接质量好 生产率高 成本低 以实现机械化和自动化生产 能焊接异种钢和异种金属 环境保护好 难焊非圆形横断面和薄壁管件 三钎焊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 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 第三节常用金属材料的焊接 材料成形技术基础 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 含碳量低 硅锰含量少 焊接性优良 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 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 2 合金结构钢的焊接 1 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 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 沉淀强化钢种消应力热处理时避免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 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 2 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 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 3 中碳调质钢的焊接焊接要点 淬硬倾向大 近缝区易出现马氏体组织 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 4 珠光体耐热钢常用焊接方法 手工电弧焊为主 埋弧焊和电渣焊也常用焊接要点 成分与低碳钢相近 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 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 1 热裂纹含镍量越高 产生热裂倾向越大 越不容易控制防止措施 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 2 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 3 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 4 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 2马氏体不锈钢的焊接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常用方法为手工电弧焊和钨极氩弧焊 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 且不要连续焊接常用手工电弧焊 通常需预热及焊后热处理 三有色金属的焊接 1铝及铝合金的焊接主要问题是气孔 裂纹及接头性能变化 1 铝合金的焊接热裂纹防止措施 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 2 铝合金的焊接气孔防止气孔措施 减少氢的来源合理选择规范参数采用混合气体保护焊对厚的工件适当预热 2铜及铜合金的焊接焊接时主要问题 焊缝能力差焊缝热裂倾向大气孔倾向严重接头性能下降薄板以钨极氩弧焊 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 第四节焊接力学 材料成形技术基础 一焊接残余应力与焊接残余变形 1焊接应力变形的形成机制1 基本概念内应力 无外力作用时 存在于物体内部自相平衡的应力 焊接应力就属于内应力的一种 2 焊接应力变形演变过程 从高温冷却到常温 焊接应力变形不仅大小发生变化 而且性质发生变化 一般为 焊缝处残余应力为拉应力 并产生收缩变形 3 影响因素tmax拘束 2焊接残余应力 1 分类及分布规律 x 纵向残余应力 y 横向残余应力 z 厚度残余应力2 残余应力的影响 静载强度 加工精度 刚度 尺寸稳定性 2焊接残余变形 1 分类及产生原因 纵向收缩变形 横向收缩变形 弯曲变形 角变形 波浪变形 扭转变形 2 焊接变形的不利影响 外形美观 结构尺寸精确性 结构的承载能力 二 减少及消除残余应力的措施1调节及控制方法 设计合理的焊接接头 先进的焊接方法 合理的焊接顺序和方向abc 反变形法 减应力加热法 锤击法 2焊后消除残余应力的方法 整体高温回火 局部高温回火 振动法 机械拉伸法 温差拉伸法 三 预防和消除残余变形措施1预防及控制措施 焊缝数量 焊缝尺寸 增大结构刚度 焊缝布置等 先进工艺 合理规范 刚性固定法 合理的焊接顺序 反变形法 2矫正方法 机械矫正法 外力 火焰矫正法 加热 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 低应力 无预兆 正断 低温 扩展迅速 应力集中处开裂 2影响金属脆断的主要因素1 应力状态2 温度3 加载速度4 材料本身状态 成分 板厚 3断裂力学评定方法断裂力学 研究带裂纹体强度和裂纹扩展规律的一门学科 1 裂纹基本形式 2 断裂判据断裂韧性 材料抵抗裂纹失稳扩展断裂的能力 材料特性 ki kic应力强度因子 c裂纹尖端张开位移codcrackopeningdisplacement ji jicj积分 4预防脆断的措施1 正确选择材料2 合理设计结构3 严格焊接工艺 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 2疲劳寿命 扩展过程 1 裂纹萌生0 a0 孕育期 2 裂纹稳定扩展