第四篇材料的连接成形概述熔焊工艺学习教案

1、会计学1第四篇第四篇 材料的连接成形材料的连接成形(chn xn) 概述概述 熔焊工艺熔焊工艺第一页，共51页。焊接焊接(hnji)(hnji)的的方法方法: :(1)(1)熔化熔化(rnghu)(rnghu)焊焊: :根据焊接的过程可分为根据焊接的过程可分为(fn wi)(fn wi)三类三类: :将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法. .主要有电弧焊主要有电弧焊, ,气焊气焊, ,电渣焊电渣焊, ,等离子弧焊等离子弧焊, ,电子束焊电子束焊, ,激光焊等激光焊等. .(2)(2)压力焊压力焊: :(3)(3)钎焊钎焊: :通过加压和加热的综合

2、作用通过加压和加热的综合作用, ,以实现金属接合的焊接方法以实现金属接合的焊接方法. .以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接方法以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接方法. .主要包括电阻焊主要包括电阻焊, ,摩擦焊摩擦焊, ,爆炸焊等爆炸焊等. .主要包括软钎焊和硬钎焊主要包括软钎焊和硬钎焊. .第1页/共51页第二页，共51页。焊接焊接(hnji)方方法法压力压力(yl)(yl)焊焊摩擦摩擦(mc)(mc)焊焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎焊及封粘钎焊及封粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等

3、离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手工电弧焊手工电弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊第2页/共51页第三页，共51页。气门芯气门芯第3页/共51页第四页，共51页。4.1 4.1 熔焊熔焊(rn hn)(rn hn)工艺工艺 一、熔焊原理及过程一、熔焊原理及过程二、焊接接头二、焊接接头(ji tu)(ji tu)的组织与性的组织与性能能三、焊接变形和焊接应力三、焊接变形和焊接应力四、熔焊方法及工艺四、熔焊方法及工艺本节重点：熔化焊焊接接头本节重点：熔化焊焊接接头(ji (ji tu)tu)的组织性能的组织性能本节难点：焊接应力与变形本节难点：焊接应力与变形第4页/共51页第五页

4、，共51页。一、熔焊原理(yunl)及过程熔焊的本质及特点熔焊的本质及特点熔化焊的本质是小熔熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的金属熔化与结晶的过程。过程。熔池存在时间短，温熔池存在时间短，温度高；冶金过程进度高；冶金过程进行不充分，氧化严行不充分，氧化严重；热影响区大。重；热影响区大。冷却速度冷却速度(sd)快，快，结晶后易生成粗大结晶后易生成粗大的柱状晶。的柱状晶。第5页/共51页第六页，共51页。熔化焊的三要素熔化焊的三要素热源热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有速熔化，减小热影响区

5、。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。熔池的保护熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合气联合(linh)保护。以防止氧化，并进行脱氧、保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。填充金属填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。主要有焊芯和焊丝。第6页/共51页第七页，共51页。焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的电弧是指两

6、电极之间强烈而持久的气体放电气体放电(fng din)现象。现象。电弧放电电弧放电(fng din)电压最低，电流最大电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。，温度最高，发光最强。将电弧放电将电弧放电(fng din)用作焊接热源，既用作焊接热源，既安全，加热效率也高。安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度和热量分布焊接电弧的温度和热量分布 温度温度 K 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 43 弧柱区：弧柱区： 60008000 21 阴极区阴极区 ： 2400 36 第7页/共51页第八页，共51页。第8页/共51

7、页第九页，共51页。 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：焊件接正极直流正接：焊件接正极(zhngj)，焊条接负极（厚板），焊条接负极（厚板）直流反接：焊件接负极，焊条接正极直流反接：焊件接负极，焊条接正极(zhngj)（薄板、碱性焊条）（薄板、碱性焊条）第9页/共51页第十页，共51页。二、二、 焊接接头焊接接头(ji tu)的组织与性能的组织与性能 熔焊熔焊(rn hn)热源的高温集中融化焊缝区热源的高温集中融化焊缝区金金属，并向工件金属传导热量

8、，必然属，并向工件金属传导热量，必然引起焊缝及附近区域金属的组织和引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。性能发生变化。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上在焊接接头横截面上 测量的焊缝金属的区域。测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很熔合线两侧有一个很 窄的焊缝与热影响区的过渡区。窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响，受焊接热循环的影响， 焊缝附近的母材因焊接热作用发生焊缝附近的母材因焊接热作用发生 组织或性能变化的区域（过热区、组织或性能变化的区域（过热区、 正火区、部分相变区）。正火区、部分相变区）。 热影响热影响(yngxing)区中的过热区，对

9、焊接接头有不利影响区中的过热区，对焊接接头有不利影响(yngxing)，应使，应使之尽可能减小。之尽可能减小。 熔合区熔合区成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接接头中的最差的部位。差的部位。 在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此在低碳钢焊接接头中，熔合区很窄，但因强度、塑性和韧性都下降，而且此处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。处接头断面变化，引起应力集中，在很大程度上决定焊接接头的性能。第10页/共51页第十一页，共51页。 焊接热循环的特点是加热和冷却速度焊接热循环

10、的特点是加热和冷却速度(sd)很快很快，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易，对易淬火钢，易导致马氏体相变；对其它材料，易产生焊接变形、应力及裂纹。产生焊接变形、应力及裂纹。第11页/共51页第十二页，共51页。焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)热影响区热影响区第12页/共51页第十三页，共51页。焊缝焊缝(hn fn(hn fn) )的的组织和性能组织和性能 热源移走后热源移走后，熔池焊缝，熔池焊缝(hn (hn fnfn) )中的液体金属中的液体金属立刻开始冷却结晶，立刻开始冷却结晶，以垂直熔合线的方式以垂直熔合线的方式向熔池中心生长为柱向熔池中心生长为柱状树枝晶。状树枝晶。 低

11、熔点物质将低熔点物质将会被推向焊缝会被推向焊缝(hn (hn fnfn) )最后结晶部位最后结晶部位，形成成分偏析。，形成成分偏析。第13页/共51页第十四页，共51页。三、焊接应力三、焊接应力(yngl)和焊接变形和焊接变形焊接应力与变形产生的原因：焊接应力与变形产生的原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束(jsh)，不能自由膨胀和收缩。，不能自由膨胀和收缩。第14页/共51页第十五页，共51页。第15页/共51页第十六页，共51页。第16页/共51页第十七页，共51页。焊接变形与应力的危害焊接变形与应力的危害 工件焊接后产生变形和应力对结构

12、的制造工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产和使用会产生不利影响。生不利影响。产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而组装困难，间隙大小不一致等，从而(cng r)影响焊件质量。影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，

13、使构件尺寸不稳定，减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。的。第17页/共51页第十八页，共51页。焊接应力的防止焊接应力的防止(fngzh)及消除及消除采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少采取合理的焊接顺序，使焊缝能够自由地收缩，以减少 应力（图应力（图a）。而图）。而图b因先焊焊缝因先焊焊缝1导致对焊缝导致对焊缝2的拘束的拘束度度 增加，而增大增加，而增大(zn d)残余应力。残余应力。第18页/共51页第十九页，共51页。焊缝不要有密集焊缝不要有密集(mj)交叉截面，长度也要尽可能小，以减小焊交叉截

14、面，长度也要尽可能小，以减小焊 接局部加热，从而减少焊接应力。接局部加热，从而减少焊接应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力。第19页/共51页第二十页，共51页。当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属(jnsh)伸长伸长，也，也 能减少焊接残余应力。能减少焊接残余应力。焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。第20页/共51页第二十一页，共51页。焊接变形焊接变形(bin xng)的防止和消

15、除的防止和消除焊缝焊缝(hn fn)(hn fn)对称布对称布置置 采用采用(ciyng)(ciyng)反变形方法反变形方法第21页/共51页第二十二页，共51页。采用对称采用对称(duchn)(duchn)焊和分段焊和分段倒退焊倒退焊采用多层多道焊，能减少焊接采用多层多道焊，能减少焊接(hnji)(hnji)变变形形第22页/共51页第二十三页，共51页。采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生(chnshng)(chnshng)焊接变形，但这样会产生焊接变形，但这样会产生(chnshng)(chnshng)较大的焊接应力。采用定位焊组装也可较大的焊接应力。采用定

16、位焊组装也可防止焊接变形。防止焊接变形。第23页/共51页第二十四页，共51页。严重严重(ynzhng)的焊接变形应消除，常采用机械矫的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常正法，通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。第24页/共51页第二十五页，共51页。火焰火焰(huyn)矫正法是利用火焰矫正法是利用火焰(huyn)加热加热的热变形方法，一的热变形方法，一 般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。第25页/共51页第二十六页，共51页。四、熔焊方法四、熔焊方法(fngf)及工艺及工艺1. 1. 手工电弧焊手工电弧

17、焊2. 2. 埋弧焊埋弧焊3. 3. 气体气体(qt)(qt)保护焊保护焊4. 4. 电渣焊电渣焊5. 5. 等离子弧焊等离子弧焊6. 6. 电子束焊电子束焊7. 7. 激光焊激光焊第26页/共51页第二十七页，共51页。1. 1. 手工手工(shugng)(shugng)电弧电弧焊焊(1) (1) 焊接焊接(hnji)(hnji)过过程程 手工电弧焊是熔焊一种手工电弧焊是熔焊一种, ,它是用手操作焊条它是用手操作焊条, ,利用焊条与被焊金属工件间产生利用焊条与被焊金属工件间产生的电弧热量加热并熔化金属的电弧热量加热并熔化金属, ,随后形成焊缝随后形成焊缝, ,获得牢固接头的焊接获得牢固接头的

18、焊接(hnji)(hnji)方法方法. . 焊接时焊接时, ,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接, ,焊条和工件之间产生电焊条和工件之间产生电弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池, ,焊条作为一个电极焊条作为一个电极, ,其端部在电其端部在电弧的作用下不断被熔化弧的作用下不断被熔化, ,形成熔滴进入熔池形成熔滴进入熔池, ,随着电弧的向前移动随着电弧的向前移动, ,熔池熔池尾部液态金属逐步冷却结晶尾部液态金属逐步冷却结晶, ,最终形成焊缝最终形成焊缝.(.(其过程如图其过程如图) )第27页/共51页第二十八页，共51页。第28页/共5

19、1页第二十九页，共51页。手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。热，将工件熔化而进行焊接的。电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使电弧在焊条与被焊工件之间燃烧，电弧热使工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔工件（基本金属）和焊条同时熔化成为熔池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力池，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的 作 用 逐 渐 过 渡 到 熔 池 当 中的 作 用 逐 渐 过 渡 到 熔 池 当 中(dngzhng)(dngzhng)。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起

20、物理化学作用，所形成烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。，其保护熔化金属的作用。第29页/共51页第三十页，共51页。 渣保护渣保护 为了使熔池为了使熔池与空气与空气(kngq)(kngq)隔离隔离， 可在熔池上覆盖一层熔可在熔池上覆盖一层熔渣。渣。 一方面防止金属氧化和一方面防止金属氧化和吸气吸气 另一方面向熔池过渡合另一方面向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能金元素，提高焊缝性能。 同时，还可以减少散热同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强，提高生产率，防止强光辐射。光辐射。 第30页/共51页第

21、三十一页，共51页。 渣渣- -气联合气联合(linh)(linh)保护保护第31页/共51页第三十二页，共51页。(2) (2) 电焊条电焊条 焊条在焊接焊条在焊接(hnji)(hnji)过程中一是作为电极传导电流及产生电弧过程中一是作为电极传导电流及产生电弧，二是作为填充材料。焊条是手工电弧焊接，二是作为填充材料。焊条是手工电弧焊接(hnji)(hnji)必须使用的焊接必须使用的焊接(hnji)(hnji)填充材料。填充材料。作用作用(zuyng)(zuyng)：组成组成(z (z chn)chn)： 焊条由焊芯和药皮两部分组焊条由焊芯和药皮两部分组成成。焊芯：焊芯： 其作用是传导电流、产

22、生电弧和填充金属的作用。其作用是传导电流、产生电弧和填充金属的作用。药皮：药皮：由多种矿石粉、铁合金粉、有机物和粘结剂等组成。由多种矿石粉、铁合金粉、有机物和粘结剂等组成。其作用是其作用是：稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。 焊芯的直径即称为焊条直径，最小为焊芯的直径即称为焊条直径，最小为1.6mm1.6mm，最大为，最大为8mm8mm，以直径为，以直径为3.23.25mm5mm的焊条应用最广。的焊条应用最广。 焊接合金结构钢、不锈钢用的钢条、应采焊接合金结构钢、不锈钢用的钢条、应采用相应的合金结构钢、不锈钢的焊接钢丝作焊芯。用相应的合金结构钢、不锈钢

23、的焊接钢丝作焊芯。第32页/共51页第三十三页，共51页。 焊条的种类和编号焊条的种类和编号 种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊种类：结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低温条、堆焊焊条、低温(dwn)(dwn)钢焊条、铸铁焊条、钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金焊条、特殊用途焊条。、特殊用途焊条。 编号：以结构钢焊条为例：编号：以结构钢焊条为例：422422 其中：其中： 结构钢焊条结构钢焊条 焊缝金属抗拉强度大于等焊缝金属抗拉强度大于等于于 药皮类型（钛钙型）和电药皮类型（钛钙型）和电源种

24、类（交直流）源种类（交直流） 507 7 507 7 低氢钠型，直流低氢钠型，直流第33页/共51页第三十四页，共51页。 酸性药皮与碱性药皮两者的性质酸性药皮与碱性药皮两者的性质 酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。 碱性药皮中有益碱性药皮中有益(yuy)(yuy)元素多，能使焊元素多，能使焊接接头力学性能提高。接接头力学性能提高。 碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可碱性药皮中因不含有机物，也称低氢型药皮。可以提高焊缝金属的抗裂性。以提高焊缝金属的抗裂性。 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产

25、生飞溅和易产生飞溅和COCO气孔。气孔。第34页/共51页第三十五页，共51页。 电焊条的选用原则电焊条的选用原则 等强度原则：低碳钢和普通低合金钢构件等强度原则：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，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此可根据钢材强度等级(dngj)(dngj)来选用来选用相应的焊条。相应的焊条。 同一强度等级同一强度等级(dngj)(dngj)的酸性焊条和碱的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结性焊条的选用。主要应考虑：焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。而定。 低碳

26、钢与低合金结构钢焊接，可按某一种低碳钢与低合金结构钢焊接，可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。条。 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条。钢材，应选用相应的专用焊条。第35页/共51页第三十六页，共51页。直直流流电电焊焊机机第36页/共51页第三十七页，共51页。交交流流电电焊焊机机第37页/共51页第三十八页，共51页。交交流流电电焊焊机机第38页/共51页第三十九页，共51页。交交流流电电焊焊机机第39页/共51页第四十页，共51页。第40页/共51页第四十一页，共51页。第41页/共51页第四十二页，共51页。(4)埋弧焊的工艺埋弧焊的工艺(gngy)第42页/共51页第四十三页，共51页。第43页/共51页第四十四页，共51页。第44页/共51页第四十五页，共51页。 气保护气保护 用于保护熔池和溶滴用于保护熔池和溶滴的气的气 体应是惰性气体，体应是