自学考试《机械制造》代码2230 教学课件 焊接成型

1、第4章 焊接成型,自学考试机械制造代码2230 教学课件,考核知识点： 焊接实质和方法分类（领会） 焊接接头组织（识记） 焊接电弧（识记） 焊条电弧焊（简单应用） 其他焊接（识记） 金属的焊接性（领会） 常用金属材料的焊接（识记）,考点提要焊接成形,焊接成型的本质用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。,4.1概述,机械连接,化学连接,冶金连接（焊接）,焊接成型的分类,1.实现焊接的原理 2.焊接热源的种类及特征 3.焊接方法及分类,4.1.1焊接基础知识,从冶金的角度看焊接区可分为： 液相焊接、固相焊接、固液相焊接 液相焊接：用热源

2、加热焊接部位，使其发生熔化而 实现原子间的结合。 典型方法：熔化焊 固相焊接：利用压力使待焊部位的表面在固态下直 接紧密接触，温度升高后使待焊表面充 分进行扩散而实现原子间结合。 典型方法：压力焊 固液相焊接：待焊表面并不直接接触，通过二者毛细 间隙中的中间液相相联系。 典型方法：钎焊,1.实现焊接的原理,焊接热源应具备以下条件： 1）热量高集中 2）能得到致密而强韧的焊缝 3）控制焊接热影响区的尺寸 常用热源： 1）电弧热：利用气体介质中放电过程所产生的热能作为焊接热源。应用最广泛。如焊条电弧焊、埋弧自动焊 2）电阻热：利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源。如电阻焊、电渣焊 3）摩擦热

3、：机械摩擦而产生的热能作为焊接电源。如摩擦焊,2.焊接热源的种类及特征,1熔化焊：局部加热，融化，形成熔池，冷却结晶 电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等 2压力焊：对工件加压，可加热，也可不加热 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等 3钎焊：比母材熔点低的金属，填充接头间隙，扩散 软钎焊、硬钎焊,3.焊接方法及分类,焊接成形的特点,1接头牢固、封性好。 2可化大为小、以小拼大。 3可实现异种金属的连接。 4重量轻、加工装配简单。 5焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺 陷。,概念：焊接过程中，焊接区内各种物质之间

4、在高温下相互作用的过程 无保护下的空气焊接：焊缝金属含氧、含氮气量增加，锰、碳含量下降，材料塑形韧性集聚下降。,4.1.2 焊接冶金过程,1.熔焊化学冶金的特点,（1）药皮反应区： 水分蒸发、物质分解、合金氧化 释放大量气体隔绝空气，氧化金属,加热-熔化-形成熔滴-到达熔池,1.熔焊化学冶金的特点,（2）熔滴区：时间短、温度高 气体分解溶解、金属蒸发、金属及合金氧化还原、焊缝金属合金化 冶金反应最激烈，对焊缝成分影响大,加热-熔化-形成熔滴-到达熔池,1.熔焊化学冶金的特点,（3）熔池区： 反应时间长、温度分布不均,加热-熔化-形成熔滴-到达熔池,1.熔焊化学冶金的特点,（4）空气对焊缝的影响

5、严重,1） O2 ：发生氧化反应、一部分析出成为杂质、一部分不溶于液态金属，浮在表面,氧化的结果,合金元素被烧损；,焊缝产生夹渣的缺陷；,形成气孔。,2）N2 ：产生气孔、形成脆性氮化物、脆化,使接头的塑性、韧性下降。,3）H2 ：产生气孔、脆化,氢气孔,4）其它元素,S硫：硫化铁，降低焊缝冲击韧度和耐腐蚀性,P磷：共晶物质促进热脆性，磷化铁加大冷脆性,熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施,a 减少有害气体进入熔池机械保护隔绝空气；,b 渗入有益合金元素脱氧、脱硫、脱磷、去氢；,c 清除已进入熔池的有害元素清理锈、水、油污； 烘干焊条，去除水分。,焊接接头包括： 焊缝、熔合区、热影响区,4.1.3

6、 熔池结晶和接头组织,1.熔池结晶特点和形态 熔池体积小，金属处于液态时间短（十几秒） 熔池中反应温度高，比炼钢炉高200，金属烧损、蒸发 熔池结晶是连续熔化、连续结晶的过程,4.1.3 熔池结晶和接头组织,4.1.3 熔池结晶和接头组织,2.熔池接头的组织及性能 焊缝 属于铸造结构，按等强度原则选择焊条，强度不低于母材 熔合区 焊缝向热影响区的过渡区，组织不均匀，粗晶粒，强度下降，塑性韧性差，易产生裂纹，对接头性能影响大 热影响区 包括过热区、相变重结晶区、不完全结晶区,4.1.3 熔池结晶和接头组织,热影响区 过热区 过热组织、晶粒粗大，易产生裂纹 相变重结晶区 重结晶、均匀细小的正火组织

7、，力学性能良好 不完全结晶区 部分组织发生相变，重结晶部分组织细化，性能好；未重结晶的部分粗大铁素体，力学性能不均匀,4.1.3 熔池结晶和接头组织,4.2.1 焊条电弧焊,焊条电弧焊焊接过程,引弧,4.2熔化焊接,1.焊接电弧 电弧的形成将两极间的气体电离，并使两极间产生一定的电压 电弧放电产生大量热量 电弧的构造： 阴极区、阳极区热量占80%，弧柱区占20%,4.2.1 焊条电弧焊,2.焊缝的形成 电焊条倾斜，在电弧的吹力作用下，被焊接金属形成卵形熔池，并连续。 焊条药皮产生气体和液态熔渣，隔绝空气，保护液态金属。 冶金反应熔池中液体金属、液态熔渣、气体间的复杂物理化学反应。,4.2.1

8、焊条电弧焊,3.1焊条组成和作用,电焊条,焊芯,药皮,焊缝的填充材料 填充焊缝,电极传导电流 导电,保护电弧空间的作用,去除有害杂质的作用,稳定电弧的作用,药皮的种类：, 氧化钛型；氧化钛钙型； 钛铁矿型；氧化钛型；纤维素型；,低氢钾型；低氢钠型； 石墨型；盐基型。,3.2 焊条的分类（牌号与型号）,结构钢焊条J； 钼和铬耐热钢焊条R； 低温钢焊条W； 不锈钢焊条A； 堆焊焊条D； 铸铁焊条Z； 镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T； 铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TS,第3、4位组合表示焊接电流种类、药皮类型,表示抗拉强度Kgf/mm2,牌号（焊接行业中焊条代号）,E4303,第3位表

9、示焊接位置,表示焊条,抗拉强度420MPa,J422,药皮类型、电流种类、,结构钢焊条。,例：,3.2 焊条的分类（牌号与型号）,酸性焊条熔渣组成物以酸性氧化物为主， 可用直流反接，焊接薄板； 直流正接，焊接厚板 碱性焊条熔渣组成物以碱性氧化物和氟石为主， 适用直流反接 两种焊条的差别： 1.碱性焊条力学性能好 2.碱性焊条的焊缝金属抗裂性能好 3.碱性焊条工艺性能差，酸性焊条工艺性能好 直流反接工件接负极 直流正接工件接正极,3.3 焊条的选用,选用原则： 要求焊缝和母材具有相同水平的使用性能 焊接重要结构、压力容器、桥梁碱性焊条 焊接一般结构酸性焊条,4.4.1 金属焊接性的概念,金属材料

10、对焊接加工的适应性，反映了金属在一定条件下（焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式）获得优质焊接接头的难易程度。,焊接性, 金属对焊接缺陷的敏感性, 金属的焊接接头对使用要求的适应性,焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种裂纹的可能性,焊接接头在使用中的可靠性。包括力学性能及其它特殊性能,1.焊接性的概念,C, 影响最显著, 折合成碳的相当含量对焊接性的影响,其它元素,CE = C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15,CE0.4%,CE=0.4%0.6%,CE0.6%,具有良好的焊接性,焊接性较差,焊接性差,焊接性评判方法： 碳当量法：把碳和碳以外的合金元素的影响换算成

11、等效的碳含量。用等效碳含量初步评判焊接性。,低碳钢的焊接 C0.25% 性能良好，没有淬硬、冷裂倾向，不需要特别措施 可用E4303焊条 低合金结构钢的焊接 用于制造压力容器、锅炉、车辆 可用焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊。 强度级别要求低或是厚度薄时，可不预热 强度级别要求高则需预热 易出现冷裂纹，可在焊后进行去应力热处理,4.4.2 常用金属材料的焊接,中碳钢的焊接 碳含量高, C0.250.60%，CE =0.4%0.60% 淬硬倾向大，焊接性较差，易出现冷裂纹 焊前预热，焊后缓冷 工艺上需要小电流，多层多道焊 不锈钢的焊接 多采用氩弧焊或焊条电弧焊 奥氏体不锈钢 用化学成分相近的焊条焊

12、丝 焊接性良好，不需要特殊措施 铁素体不锈钢 易晶粒过热长大、裂纹 焊前预热，小电流，大焊速 马氏体不锈钢 焊接性能差，冷裂纹 焊前预热，焊后热处理,4.4.2 常用金属材料的焊接,铸铁的焊接 碳含量高，塑形低，焊接性差，易出现裂纹 融合期白口组织，硬、脆，难加工 热焊法： 适用形状复杂，需要机械加工 工件局部预热至600700，焊后缓冷。 可用铸铁焊条Z248 冷焊法： 适用工件补焊，无需机械加工 焊前不预热，采用小电流，分段焊 可用镍基铸铁焊条,4.4.2 常用金属材料的焊接,铝合金的焊接 表面氧化膜，熔点达2050 “阴极破碎”作用使用氩弧焊焊接，工件接负极，氩正离子撞击破碎氧化膜。 厚

13、度小于8，钨极氩弧焊，使用交流电源 厚度大于8，熔化极氩弧焊 也可采用电阻焊、钎焊,4.4.2 常用金属材料的焊接,4.4.3 焊接结构工艺性,焊接结构生产工艺过程概述,焊接生产工艺过程一般为：,备料,装配,焊接施工,焊接变形矫正,质量检验,表面处理,结构件在焊后易产生变形，内部易产生残余应力,焊接应力和焊接变形产生的原因 焊缝加热膨胀，周围金属未被加热，制约了受热膨胀 焊缝冷却收缩，周围金属阻碍自由收缩 焊接变形的基本形式 收缩变形 角变形 弯曲变形 波浪变形 扭曲变形,1.焊接应力与变形,焊接应力和焊接变形对焊接结构的影响 影响结构强度，导致结构破坏 焊接变形的控制 合理的结构和接头设计

14、减少焊缝 焊缝布置和坡口对称 焊缝截面和长度尽可能小 合理的焊接工艺设计 见下图,1.焊接应力与变形,1.焊前组装，反变形法,2.刚性固定法,3.合理的焊接顺序,4.矫正变形 机械矫正 火焰加热矫正,减少和消除焊接残余应力的措施 结构上避免焊缝密集交叉，焊缝截面、长度小 将焊件预热350400，可减小焊接应力 捶击焊接 去应力退火,2.焊接结构的设计,2.焊接结构的设计,2.焊接结构的设计,3.焊接接头与坡口 对称、搭接、角接、T形接头 工件厚，无法焊透，需要开坡口 4.焊缝位置的设计 工作应力较大处不要焊缝 避免十字交叉和密集交叉 焊缝应对称 焊缝应避开需要机械加工的部位 应考虑焊接操作的空

15、间,1.焊缝布置,1）焊缝应避免密集交叉,2）焊缝应对称分布,3）焊缝应避开应力集中处和最大应力处,4）焊缝应远离机械加工表面,5）焊缝的布置应便于焊接操作,6）焊缝应尽量分布在焊件的薄壁处,2.焊接方法的选择,焊接接头设计,1）接头形式,对接接头,T型接头,角接接头,搭接接头,2）接头过渡形式,考核知识点： 金属切削的基本知识（简单应用） 金属切削过程中的基本规律（简单应用） 切削条件的合理选择（综合应用）,考点提要金属切削的基本原理,考核知识点： 金属切削机床的分类（识记） 金属切削机床型号的编制方法（识记） 金属切削机床的组成（识记） 金属切削机床的运动（领会） 金属切削机床的技术性能（

16、领会）,考点提要金属切削机床概述,考核知识点： 车削的切削运动和加工用途（识记） 车床（综合应用） 工件的安装（识记） 车刀（识记）,考点提要车削加工,考核知识点： 铣削、刨削和拉削的切削运动及其加工用途（识记） 铣床（识记） 铣刀（识记） 铣削加工工艺特点（简单应用）,考点提要铣削、刨削和拉削加工,考核知识点： 钻削和镗削的切削运动和加工用途（识记） 钻床和镗床（识记） 钻削工具（识记） 钻削加工的特点（领会）,考点提要钻削和镗削加工,考核知识点： 磨削加工的切削运动和用途（识记） 砂轮（识记） 磨削加工特点（识记） 磨床和磨削加工工艺（领会） 高效磨削方法简介（识记） 表面光整加工方法简介

17、（识记）,考点提要磨削加工,考核知识点： 齿轮加工基本知识（领会） 齿轮加工机床（领会） 圆柱齿轮的加工工艺（识记） 电火花加工（识记） 激光加工（识记）,考点提要齿轮加工和特种加工,考核知识点： 机床夹具的作用与组成（识记） 工件的定位（综合应用） 工件的夹紧（简单应用） 常用机床夹具的设计特点（识记）,考点提要机床夹具设计,考核知识点： 加工精度的基本概念（领会） 工艺系统的几何误差（领会） 工艺系统的受力变形（领会） 工艺系统的热变形（领会） 工件残余应力引起的变形（识记） 表面质量对零件使用性能的影响（识记）,考点提要机械加工质量,考核知识点： 合金的铸造性能（领会） 砂型铸造的工艺分析（领会） 铸造工艺图的绘制（领会）,考点提要铸造成形,考核知识点： 金属的结构和结晶（识记） 合金的相结构（领会） 铁碳合金的基本相和基本组织（领会） 铁-碳相图分析（简单应用） 钢在加热和冷却时的组织转变（领会） 钢的热处理工艺（简单应用） 钢（简单应用） 铸铁（简单应用）,考点提要工程材料,考核知识点： 金属的结构和结晶（识记） 合金的相结构（领会） 铁碳合金的基本相和基本组织（领会） 铁-碳相图分析（简单应用） 钢在加热和冷却时的组织转变（领会） 钢的热处理工艺（简单应用） 钢（简单应用） 铸铁（简单应用）,考点