第二章 金属焊接与切割基础知识.doc

第2章 金属焊接与切割基础知识一、本章教学目的：1、了解金属学与热处理基本知识。挂图讲解的同时，播放视频2、了解常用金属材料的一般知识3、掌握焊接与切割的基本原理及工艺基础知识二、教学重点、难点： 重点：焊接与切割的工艺基础 难点：金属学与热处理知识通过“刀”的质量好坏，引申、讲解金属材料及热处理的相关知识三、培训课时：8学时四、教学方法： 讲授法、多媒体教学法五、教学内容： 附后六、思考： 1、淬火、回火、退火、正火对钢材性能各有什么影响？ 2、工作中，如何处理焊缝坡口和焊缝尺寸？2.1焊接与切割概述一、焊接与切割的基本原理及分类（一）基本原理焊接定义：通过加热或加压，或两者并用，并且使用或不用填充材料，使工件达到结合的方法。（二）焊接方法的分类焊接按在焊接过程中金属状态及工艺分为三种:熔化焊、压力焊、钎焊。（三）切割的方法和分类、定义：利用热能或机械能将工件分割的一种加工方法。、切割的分类：火焰切割：气割、液化石油气割、氢氧源切割、氧熔剂切割电弧切割：等离子切割、碳弧切割冷切割：激光切割、水射流切割二、焊接与切割的应用范围：造船、电站、汽车、石油、桥梁、机械等。材料：超高强钢、活性金属、难熔金属、非金属。三、学习焊接与切割安全技术的必要性1、安全生产法律法规的要求，体现国家对劳动者生命安全的关心。2、安全生产的需要。3、特种作业人员安全与身心健康的需要。2.2金属学及热处理基本知识一、金属晶体结构的一般知识1、晶体：原子按一定几何形状作有规律的重复排列的固体物质称晶体。2、典型金属晶体结构：以上图形是在电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构。不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格体心立方晶格塑性比面心立方晶格的好，而后者的强度高于前者。特点：晶体有熔点；具有各向异性。如：食盐，冰，金属非晶体无熔点；各向同性。如：玻璃，松香，沥青（1）金属的组织与结构在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织。（2）铁的同素异晶转变铁属于立方晶格，随着温度的变化，铁可以由一种晶体转变为另一种晶格，这种晶格的转变，称为同素异晶转变。体心立方晶格的纯铁称-Fe，面心立方晶格的铁称为-Fe。-Fe加热可变为-Fe，反之高温下-Fe冷却可变为-Fe。铁的同素异晶转变是在910恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程，是钢进行热处理的依据。二、合金的基本知识两种或两种以上的元素（其中至少有一种是金属），组合成的金属，称为合金。合金分为三类：固溶体：一种物质的原子均匀的溶解在另一种物质的晶格内，形成单项晶体结构。金属化合物：合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。机械混合物：固溶体和化合物均为单项的合金，若合金是有两种不同的晶体结构彼此机械混合组成。三、钢的热处理钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。1、淬火和回火淬火：将钢加热到某一温度范围并保持，使钢的组织全部变成奥氏体，然后快速冷却，使奥氏体来不及分解和合金元素的扩散而成马氏体组织。加热至淬火温度(临界点以上3050)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。回火：淬火后进行回火，可以在保持一定强度的基础上恢复钢的韧性。回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。在150250范围内的回火称“低温回火”。回火马氏体有较高的硬度和耐磨性，内应力和脆性有所降低。刃具、量具，要进行低温回火处理。中温回火温度是300450。有一定的弹性和韧性，并有较高硬度。轴类、刀杆、轴套等进行中温回火。高温回火温度为500680。综合性能：强度、韧性、塑性等都较好淬火加高温回火习惯上称为“调质处理”。用于各种轴类零件、连杆、齿轮、受力螺栓等。2、退火和正火退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。3、时效热处理：材料经固溶处理或冷塑变形后，在室温或高于室温条件下，其组织和性能随时间而变化的过程。时效可进一步消除内应力，稳定零件尺寸，它与回火作用相类似。2.3常用金属材料的一般知识一、金属材料的性能1、物理化学性能：密度、导电性、导热性、热膨胀性、抗氧化性、耐腐蚀性。2、力学性能：强度（屈服强度、抗拉强度）、塑性（伸长率、收缩率、冷弯角）、冲击韧性、硬度。3、工艺性能：切削性、铸造性、焊接性。二、钢材和有色金属的分类、编号及性能1、钢材分类：含碳量在2.11%以下的铁碳合金叫钢，含碳量在2.11%-6.67%的叫铸铁。2、钢材编号：我国钢材编号采用国际化学符号和汉语拼音字母并用的原则。（1）碳素结构钢例：Q235-AF的含义是：Q代表屈服点的字母，235代表钢的屈服强度为235MPa，A代表质量等级，F代表是沸腾钢。（2）合金结构钢：钢号由数字、化学元素符号和数字组成。前面两位数字表示平均含碳量的万分之几。（3）不锈钢与耐热钢的编号：化学元素符号前面的数字表示平均含碳量的千分之几。如：1Cr18Ni9表示平均含碳量为0.1%,平均含铬量18%左右,平均含镍量9%左右。2.4焊接工艺基础知识一、焊接接头的种类及接头形式焊接接头型式：（1）对接接头：两件表面构成大于或等于135小于或等于180夹角的接头。（2）角接接头：常用于不重要的结构中。（3）T形接头：两件焊接件构成直角的接头。（4）搭接接头：两件部分重叠构成的接头。钢板厚度在6毫米以下，除重要结构外一般不开坡口。对接接头 角接接头 T形接头 搭接接头二、焊缝坡口的基本形式与尺寸坡口根据设计或工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽。 1、坡口的形式：I形、V形、Y 形、双Y形、U形等各种形式。2、坡口的几何尺寸：坡口面，坡口面角度及坡口角度、根部间隙、钝边（钝边的作用）、根部半径。3、钢板厚度在6毫米以下，除重要结构外一般不开坡口。I形 V形（带钝边）X形（带钝边） U形（带钝边） 双U形（带钝边）三、焊接位置种类平焊、立焊、横焊和仰焊等。四、焊缝形式及形状尺寸1、按焊缝结合形式焊缝有五种形式：对接焊缝、角焊缝、端接焊缝、塞焊缝、槽焊缝。2、按焊缝施焊位置：平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝。3、按焊缝断续分为：连续焊缝和断续焊缝。4、形状尺寸：焊缝宽度、余高、熔深、焊缝厚度、焊脚、成形参数、熔合比。五、焊缝符号表示法1、基本符号、辅助符号、补充符号。2、符号在图纸上的位置。3、焊缝尺寸符号及其标注位置。六、焊接工艺参数及其对焊缝形状的影响焊接时，为了保证焊接质量而选定的各项参数（例如焊接电压、电弧电流、焊接速度、线能量等）的总称叫焊接工艺参数。所谓线能量是指熔焊时，由焊接热源输入给单位长度焊缝上的能量焦耳/厘米或焦耳/毫米，也称热输入。1、焊接电流：增大焊接电流，则焊缝厚度和余高都增加，而焊缝宽度则几乎不变2、电弧电压：当其他条件不变时，电弧电压增加，焊缝宽度