机械制造技术基础-第二版-§23-焊接ppt课件

2.3焊接,焊接是现代工业生产中应用广泛的一种永久连接金属的工艺方法。,焊接过程的实质:是用加热或加压力等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。应用：用于制造各种金属结构和机器零部件。,分类：按焊接过程的特点可分为三大类:熔化焊利用局部加热的方法，将两工件的结合处加热到熔化状态并形成共同的溶池，或另加填充金属；冷却结晶以后形成牢固的接头，将两工件焊接成为整体。,压力焊利用加压力(或同时加热)的方法，使两工件接合面紧密接触在一起，并产生一定的塑性变形，也能形成原子间的结合，将两工件焊接起来。,钎焊对工件和作为填充金属的材料进行适当的加热、工件金属不熔化，但熔点低的钎料被熔后填充到工件之间，与固态的被焊金属相互溶解和扩散，钎料凝固后，将两工件焊接在一起。,手工电弧焊：是广泛采用的焊接方法。它以电弧的热量熔化金属，用手工操作进行焊接，具有操作方便、灵活，设备简单等优点。适用于各种焊接位置和接头型式，焊件厚度通常为3-20mm。缺点：是对操作技术要求较高，有弧光和烟尘污染，劳动条件较差等。主要介绍（即焊条电弧焊）,一、焊接电弧,电弧是一种强烈而持久的气体放电现象。1.电弧的引燃,生产中一般采用接触引弧。首先将焊条和焊件接触形成短路。在某些接触点上产生根大的短路电流温度迅速升高，为电子的逸出和气体电离准备能量条件。接着把焊条提起一段距离。在电场力作用下，被加热的阴极有电子高速飞出，撞击空气中的分子和原子，使空气电离成阳离子、阴离子和自由电子。这些带电质点按一定方向运动。即阳离子奔向阴极，阴离子和自由电子奔向阳极。在它们运动途中和到达两极时，不断碰撞和复合，产生大量的热和光形成电弧。,2电弧的组成,焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，(1)阴极区是电子发射的地方，发射电子需消耗一定能量，阴极区产生的热量不多，占电弧热的36%。用钢焊条焊接钢材时，阴极区的平均温度为2400K。,例：,(2)阳极区由于阳极表面受高速电子的撞击，传给较多的能量，因此阳极区产生的热量较多，占电弧热的43。当阳极和阴极的材料相同时，阳极区的平均温度略高于阴极区，为2600K。（摄氏度换算成绝对温度的换算公式:T(k)=t(c)+273K）。,WARNING:,(3)弧柱区指阴极区和阳极区之间的区域。因为阴极区和阳极区很薄，弧柱长度几乎等于电弧长度。弧柱产生的热量仅占电弧热的21%，但弧柱中心温度高达6000一8000K，弧柱周围温度则低得多，大部分热量散失在周围空气中。,WARNING:,总结：1）阳极区的温度高于阴极区。2）当采用直流弧焊机焊接时，通常把焊件接阳极，焊条接阴极称为正接法。这时电弧中热量主要集中在焊件上，有利于加快焊件熔化，保证足够的熔深。3）焊接有色金属及薄钢板时，宜采用反接法以避免烧穿焊件。4）当采用交流弧焊机焊接件因两极极性不断变化不存在正接或反接问题。,二、焊接电源,1）一般工业用电（包括照明和电力传动等)要求电源电压不随负载而变化，应具有水平的外特性曲线。,2）这种电源虽能满足引弧要求，但电源电压大于电弧电压，不能使电弧稳定燃烧。,3）对电源的要求：焊接电源应具有陡降的外特性曲线，电源电压随负载增大而迅速降低。当焊条和焊件接触时，电压为零，电流最大，称为短路电流。从短路到引弧电压的恢复时间尽可能的短（0.05S）。焊接电源应有几个可调的外特性曲线，很据焊接材料和厚度的变化。,4）电源类型弧焊机有交、直流之分。在焊接一般钢结构时，采用优质焊条，交流弧焊机与直流弧焊机在焊接质量和生产率方面无多大区别。由于交流弧焊机结构简单，制造和维修方便，价格低(仅为直流弧焊机的40一50%)，耗电省，工作噪声小，故常采用交流弧焊机。但直流弧焊机的电孤燃烧稳定，适合于用小电流焊接薄件;有正、反接法选择的可能性，能采用各种焊条进行焊接.,三、焊接冶金过程,在进行电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体之间进行着一系列物理化学反应，其冶金过程有以下特点：(1)温度高(2)熔池小(3)焊条金属以熔滴进入熔池(4)熔池金属不断更新,在焊接碳素结构钢和普通低合金钢时，熔滴的平均温度约2300，熔池在1600以上，高于普通冶金温度。,由于周围是固态金属，熔池存在时间仅几秒钟，各种化学反应无法达到平衡状态，因此在焊缝中出现化学成分不均匀的偏析现象。,焊条金属熔化成熔滴，由焊条顶端以不规则的球形逐步过渡到熔池，增加了液态金属和气体的接触机会使焊缝金属容易氧化、氮化和产生气孔。,随着电弧的移动，不断有新的金属液和熔渣进入熔池，这更增加了焊接冶金过程的复杂性。,四、焊条,1.组成焊条由焊条芯和药皮(涂料)两部分组成。,焊条芯是产生电弧的电极，又是填充焊缝的金属。,药皮对于保证焊接过程顺利进行和使焊缝具有一定的化学成分和力学性能。,提高电弧燃烧的稳定性；防止空气对融化金属的有害作用；对熔池脱氧或加入合金元素等。,2.分类：按照化学成分，焊条共分七类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等。其中应用最多的是：碳钢焊条、低合金钢焊条,3.焊条型号和牌号,焊条型号是国标中焊条的代号。如碳钢焊条（GB5117-85）E4303,E5015：第一、二位数字指抗拉强度等级(单位为kgfmm)，第三、四位数字表示焊条药皮的类型和适用焊接电源的种类，,焊条牌号是焊条行业中统一的焊条代号。一般用大写字母和3个数字标示。如J422,J507:其中“J”指结构钢焊条，第一、二位数字指抗拉强度等级(单位为kgfmm)，第三位数字表示焊条药皮的类型和适用焊接电流的种类,焊条还可按照熔渣性质分为酸性焊条和碱性焊条两大类。,4.酸性焊条和碱性焊条,酸性焊条-其中氧化钛型、氧化钛钙型、氧化铁型、钛铁矿型等.焊条中，药皮熔渣的酸性氧化物比碱性氧化物多，故称酸性焊条。,这类焊条药皮的氧化性强，合金元素烧损多；焊缝机械性能特别是冲击韧性较差；但焊接时碳的氧化造成熔池沸腾，有利于气体逸出，不易产生气孔；酸性熔渣流动性好，有利于焊缝形成和清除渣壳：不受电源限制，交流或直流两用。,酸性焊条适用于一般结构的焊接。常用的牌号有J422、J424等。,碱性焊条低氢型焊条又称碱性焊条。,电源宜用直流反接法以增加电弧燃烧的稳定性；焊缝的塑、韧性好。,低氢型焊条多用于重要结构的焊接。常用的牌号有结507、结557等。,低氢型焊条对工件上的油、锈等敏感，容易产生气孔。,焊缝机械性能较高,它的药皮成分主要是大理石和萤石，大理石分解出co：作为保护气体，含氢量较少；萤石能分解出氖具有去氢作用；再加上药皮中含有较多脱氧剂和合金剂，熔渣呈碱性，具有脱硫作用，故焊缝机械性能较高。,2电焊条的选用原则,通常应根据焊件的化学成分、机械性能、抗裂性、耐腐蚀性以及高温性能等要求，选用相应的焊条种类。再考虑焊接结构形状、受力况、工作条件和焊接设备等方面来选用具体的型号与牌号。,1）低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度、因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。2）对同一等级的酸性焊条或碱性焊条的选用，主要应考虑钢板厚度、结构形状、载荷性质和钢材的抗裂性能而定。通常对要求塑性好、冲击韧性高、抗裂能力强、低温性能好的，应选用碱性焊条。如焊件受力不复杂，母材质量较好，应尽量选用较经济的酸性焊条。3）低碳钢与低碳合金结构钢焊接，按照异种钢街头中强度低的钢选用焊条。4）对耐热钢和不锈钢等有特殊性能要求的钢种焊接，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝金属的主要成分和母材相同。,五、其它焊接方法,1.埋弧自动焊主要的焊接动作是引燃电弧、送进焊条以维持一定弧长和向前移动电弧，如果这儿个动作都由机械自动来完成，则称为自动焊。如果几个动作机械化了，而某几个动作还要焊工来辅助完成，则称为半自动焊。埋弧自动焊也称溶剂层下自动焊。,焊接时，自动焊机头将光焊丝自动送入电弧区并保证选定的孤长，电弧在焊剂(熔剂)层下面燃烧，电弧靠焊机控制均匀地向前移动(或者焊机不动，工件以匀速运动)。在焊丝前面，焊剂从漏斗中不断流出撤在工件表面。焊接时，部分焊剂熔化成为熔渣覆在焊缝表面，大部分焊剂未熔化，可收回重新使用。,常用来焊接长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。当工件厚度增加和批量生产时，其优点尤为显著。但必须添置价值较贵的自动焊机，自动焊对接头加工与装配要求严格，一般总是在平焊位置进行焊接。对狭窄位置的焊缝，以及薄板焊接，自动焊也受到一定限制。,2.氩弧焊氩弧焊以氩气作为保护气体，电弧发生在电极和焊件之间，在电弧周围通以氩气。氩气是惰性气体，它可以保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。在高温情况下，氩气不和金属起化学反应，也不溶于金属，因此氩弧焊的质量比较高。,氩弧焊几乎可以焊接所有钢材、非铁金属及其合金。目前，主要用于焊接铝、镁、钛及其合金、低合金钢、耐热钢、不锈钢等。但氩气成本较高，弧焊的设备及控制系统比较复杂，为了防止保护气流被破坏，氩弧焊只能在室内进行焊接。,3.二氧化碳气体保护焊(CO2保护焊)CO2保护焊是以二氧化碳作为保护气体的电弧焊，它用焊丝作电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化金属，以自动或半自动方式进行焊接。目前应用较多的是半自