材料成形工艺

材料成形工艺.第1页，课件共59页，创作于2023年2月焊接（welding)利用加热或加压，把两个分离的金属连接成一个不可拆卸的整体的工艺方法。a)铆钉连接b)螺纹连接c)焊接一、焊接概述第2页，课件共59页，创作于2023年2月fusionweldingpressureweldingsoldering气焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊埋弧焊氩弧焊CO2保护焊气体保护焊手工电弧焊电弧焊熔化焊摩擦焊爆炸焊超声波焊扩散焊点焊缝焊对焊电阻焊压力焊软钎焊硬钎焊钎焊常用焊接方法火焰钎焊感应钎焊电阻钎焊炉中钎焊烙铁钎焊盐浴钎焊第3页，课件共59页，创作于2023年2月问题：三类焊接方法有何本质上的不同？熔焊属于液相焊接。焊缝类似铸态组织。压焊属于固相焊接，一般需要同时加压和加热。加热温度不得超过母材熔点。钎焊属于固-液相焊接，加热温度高于填充钎料熔化温度，但也不得超过母材熔点。第4页，课件共59页，创作于2023年2月1）电焊条的组成及作用电焊条焊芯corewine药皮coat一、焊条电弧焊(SMAW)1.电焊条（weldingrod）第5页，课件共59页，创作于2023年2月（1）导电；（2）作为焊缝的填充金属（1）稳弧；（2）保护焊接区；（造气、造渣）（3）冶金处理；（渗加合金元素、脱氧脱硫）焊芯的作用药皮的作用a)光焊丝焊接的焊缝b)带药皮焊条焊接的焊缝固态渣壳液态熔渣焊缝熔池金属熔滴

焊条药皮焊条芯气体第6页，课件共59页，创作于2023年2月七大类：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；2）电焊条的种类及牌号第7页，课件共59页，创作于2023年2月具体牌号表示：2位数字表示小类，含义因大类不同而异大写拼音字母表示大类；如“J”，表示结构钢焊条；“A”：表示铬镍不锈钢焊条表示药皮类型和所需电源类型；0~9“2”表示“钛钙型药皮，交直流两用”“7”表示“低氢型药皮，直流电源”“J422”表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度≥420MPa，钛钙型药皮，交直流两用“J507”表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度≥500MPa，低氢型药皮，直流电源两种常用焊条：第8页，课件共59页，创作于2023年2月2.焊条电弧焊工艺（1）接头形式与坡口序号示意图适用板厚焊缝名称卷边对接焊缝（喇叭型）11~3平对焊缝（I形焊缝）23~8V形焊缝33~26对接接头第9页，课件共59页，创作于2023年2月序号示意图适用板厚焊缝名称4单边V形焊缝5620~6020~603~26U形焊缝单边U形焊缝（J型焊缝）对接接头第10页，课件共59页，创作于2023年2月序号示意图适用板厚焊缝名称7X形焊缝89>1240~6012~60双U形焊缝K形焊缝对接接头第11页，课件共59页，创作于2023年2月填角焊开槽焊塞焊开槽焊搭接接头第12页，课件共59页，创作于2023年2月填角焊双面开坡口单面开坡口注意：使用中尽量避免单面角焊缝MPPMT形接头第13页，课件共59页，创作于2023年2月种类特点种类特点简单，但强度低强度较大强度大，美观强度大，美观易装配，经济易装配，经济有准确直角，刚度大焊缝多，不合理角接头第14页，课件共59页，创作于2023年2月二、埋弧焊(submergedarcwelding)

埋弧焊时，采用不切断的盘状焊丝，配用一种颗粒状的焊剂，以代替手弧焊时的焊条。焊接过程中，焊剂不断撒在焊件接缝上及其近旁地区。焊丝末端伸入焊剂内并与焊件之间产生电弧。由于电弧被焊剂层所覆盖，焊工看不到电弧，故称埋弧焊，即电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊。埋弧焊时，全部焊接操作包括引弧、焊丝下送和弧长调节、焊丝前移以及焊缝收尾等全部由机械来完成的称自动埋弧焊(automaticsubmergedarcwelding)。若引弧和焊丝送进由机械来完成，而电弧操纵由手工完成的称半自动埋弧焊(semi-automaticsubmergedarcwelding)。第15页，课件共59页，创作于2023年2月二、埋弧自动焊1、什么是埋弧自动焊？电弧在焊剂层下燃烧；焊丝自动送进。

埋弧焊装置示意图焊剂漏斗焊丝盘焊丝送丝机构控制箱导电嘴覆盖焊剂焊件弧焊电源第16页，课件共59页，创作于2023年2月埋弧焊接过程示意图

23546910图中：1-电弧；2-母材；3-焊剂；4-焊丝；5-焊剂漏斗；

6-导电嘴；7-熔渣；8-金属熔池；9-渣壳；10-焊缝。2、埋弧自动焊是如何进行的？焊丝充填焊缝金属；焊剂熔渣对金属熔池起保护和调整焊缝金属的合金成分（脱氧、合金化）第17页，课件共59页，创作于2023年2月3、埋弧自动焊有哪些应用特点？焊缝质量好。减少了合金元素的烧损，焊缝内在质量好；飞溅少，表面光整平直、美观。特点生产效率高。用较大的电流（＞100A），有高的熔敷率，熔深大；工艺参数可以自动调节，电弧工作稳定；焊丝自动送进。生产成本低。表现为焊材利用率高。焊接一些中厚钢板可不开坡口，节约机加工成本。劳动条件得到改善。排除了电弧光对工作环境的危害。对焊工的操作技术要求不高。第18页，课件共59页，创作于2023年2月

适合于焊低碳钢、低合金钢和低碳不锈钢。碳当量一般不大于0.3％～0.4％并要求含S、P量低。

还可用来焊接铜合金、镍合金，但不适合焊接铝、钛合金。

最适合于焊接中厚板（6mm以上）的长直和连续环形焊缝，但只适合于焊接平焊缝。

埋弧自动焊广泛应用于造船、压力容器、石化、桥梁、重型机器等行业。4、埋弧自动焊怎么用？第19页，课件共59页，创作于2023年2月

主要考虑以下内容：合理选用焊接材料，包括焊剂和焊丝；科学规范工艺参数，包括电流、电弧电压与焊接速度等；确立工艺和质量保证措施；5、埋弧自动焊工艺应考虑哪些内容？第20页，课件共59页，创作于2023年2月1）埋弧焊焊接材料的选用（一）焊剂

作用与焊条药皮相似

要求稳弧低S、P不易产生裂纹、气孔熔点、粘度、颗粒度、结合强度合适吸潮性小不产生有害气体第21页，课件共59页，创作于2023年2月（二）

焊剂与焊丝的配用原则（焊普通结构钢）

原则母材合金成分与使用条件为依据

高Mn高Si焊剂配用低碳钢焊丝重要结构用高Mn高Si焊剂配用中Mn焊丝低Mn高Si焊剂配用高Mn焊丝

实例高Mn高Si焊剂与低碳钢焊丝H08、H08A配用；重要结构配用中Mn焊丝H08Mn或H08MnA第22页，课件共59页，创作于2023年2月（三）高Mn高Si焊剂的作用与渣系反应

作用提高Mn、Si

含量，降低热裂纹敏感性，提高焊缝综合力学性能。

渣系反应2Fe+SiO2

=2FeO

+SiFe+MnO=2FeO

+Mn说明：

渣系反应中被还原出来的Si、Mn通过熔渣扩散进入熔池金属内。熔滴过渡中，金属熔滴伴随有碳的氧化烧损，有利于减少熔池中的溶氢量。

第23页，课件共59页，创作于2023年2月

焊接电流

焊接电流主要影响焊缝形状与尺寸。熔深H与电流I成正比，即

H=KmIKm-熔深系数。2）埋弧焊焊接工艺参数的选用焊接电流对焊缝成形的影响B-焊缝宽度H-熔深a-余高第24页，课件共59页，创作于2023年2月电弧电压加大电弧电压不会带来什么好处。相反，将使电弧增长，会造成电弧不稳定，熔宽增加，余高减小，可能出现咬边。电弧电压对焊缝成形的影响B-焊缝宽度H-熔深a-余高第25页，课件共59页，创作于2023年2月

焊接速度

焊接速度必须选择适宜。若过快，即线能量小，使得熔深浅，余高低，焊缝窄并影响焊材和母材的熔合，易出现气孔、未焊透、咬边和焊缝不规则等缺陷。若过慢，即线能量大，会使熔池扩大，容易出现夹渣。焊接速度对焊缝成形的影响第26页，课件共59页，创作于2023年2月

对于埋弧自动焊，应采用以下工艺措施：①焊丝送进方向正常与焊件水平工作面垂直，但有时也保持一定倾角。倾角方向、大小对熔深、熔宽、焊缝余高均有影响。②焊件倾斜会形成上坡焊或下坡焊，也将影响熔深、熔宽、焊缝余高。问题：

焊丝倾角和焊件倾斜对熔深、熔宽、焊缝余高等焊缝形成参数与焊接质量会带来怎样的影响呢？

请大家分析和讨论。2）埋弧自动焊的工艺措施第27页，课件共59页，创作于2023年2月③对于平放角焊缝，有条件时应置于船形位置进行焊接，即采用船形焊。采用船形焊可使焊缝均匀，成形美观，电弧稳定。第28页，课件共59页，创作于2023年2月④焊剂层厚度的控制被熔化的焊剂质量应等于同时被熔化的焊丝质量。焊剂层太厚，会使焊缝中间上凸，出现峰形，焊剂层太薄，电弧外露，保护性不好。⑤添置引弧板和引出板，保证焊缝始端、末端获优质焊缝。⑥必要时，工件焊缝底面需要添置板状衬垫，以保证焊透和焊缝背面成形良好。焊件连接焊缝引出板下面请看一段埋弧焊过程的录象。第29页，课件共59页，创作于2023年2月三、氩弧焊

分类：按电极类型分为

非熔化极（钨极）氩弧焊（TIG焊

）熔化极氩弧焊（MIG焊

）

氩弧焊是一种用惰性气体--氩气作为电弧介质以求保护焊接电弧和熔池的焊接方法。第30页，课件共59页，创作于2023年2月1、钨极氩弧焊（TIG焊

）1）钨极氩弧焊原理

钨极4和工件7分别作为电弧电极。焊丝1熔化后填充熔池，氩气保护电弧和熔池。2）钨极材料

W-Th或W-Ce合金。特性：耐高温；载流能力强；发射电子能力强。第31页，课件共59页，创作于2023年2月3）钨极氩弧焊焊枪空气自冷式:用于小电流（<100A）焊接；水冷式:用于大电流焊接。钨极氩弧焊焊枪结构示意图气冷式水冷式第32页，课件共59页，创作于2023年2月4）钨极氩弧焊设备与控制系统配套手工钨极氩弧焊设备与控制系统配套组成示意图图中：1-填充焊丝；3-焊枪（炬）；8-冷却水系统；

11-供气系统；12-焊接电源；13-控制系统。第33页，课件共59页，创作于2023年2月

①

钨极不熔化，电弧稳定；熔滴不通过电弧区，无飞溅；但使用电流有限，熔深浅。只适合于薄板（<6mm）。②焊接质量好。明弧操作，易于控制。③对焊材污染很敏感。焊前务必对焊材和母材清理干净。④手工钨极氩弧焊生产率低。自动钨极氩弧焊要加焊枪（炬）移动装置。⑤因使用氩气保护，相对成本比较高。5）钨极氩弧焊的工艺特点第34页，课件共59页，创作于2023年2月6）钨极氩弧焊的应用

主要用来焊接Al、Mg、Ti等活泼金属及Mo、Zr、Nb等难熔活性金属与合金。7）钨极氩弧焊的操作技术要点①对焊接夹具精度要求高，因产品多属薄壁拼焊结构，容易变形，故焊前装配必须严格一致。②一般采用直流正接。但焊接Al、Mg合金则宜于用交流TIG焊。③焊接电流、焊接速度将依据工件材料、厚度、接头形式、焊接位置和电流极性等因素来确定。④电弧长度1～5mm；气体流量6～15L/min。第35页，课件共59页，创作于2023年2月2、熔化极氩弧焊（MIG焊）

思路：

以可熔化的焊丝替代不可熔化的钨极并填充金属。原理上类似埋弧焊，只是这里用氩气保护，而埋弧焊是用熔渣保护。图中：3-焊丝；4-导电嘴；

5-喷嘴；6-送丝机构。熔化极氩弧焊示意图第36页，课件共59页，创作于2023年2月特点:

电流密度高，母材熔深大，

适合中厚板焊接。

熔化极氩弧焊（MIG焊）除使用氩气作保护性气体外，也可以用氩、氦两种气体混合。

因为惰性气体不与液态金属发生冶金反应，故电弧燃烧稳定，熔滴过渡平稳。在焊接钢铁材料时，为了节约惰性气体用量和改善焊缝成形状况，可在惰性气体中加入少量氧化性气体CO2或O2。

惰性气体中加入氧化性气体CO2的混合气体保护焊称为MAG焊。第37页，课件共59页，创作于2023年2月装备系统半自动熔化极氩弧焊的装备也不外乎是电源3、送丝机4、控制箱5、焊炬（枪）1、气瓶8等。熔化极氩弧焊装备示意图第38页，课件共59页，创作于2023年2月四、CO2

气体保护焊

合金元素烧损、气孔及飞溅是CO2

气体保护焊质量控制中的三大主要问题。

效率高、明弧可见易控制，变形小，CO2成本低是其优点。CO2气体保护焊主要用来焊接低碳钢、普通低合金钢。第39页，课件共59页，创作于2023年2月1、合金元素的氧化烧损及CO的生成CO2

Me（Fe、Si）+CO2=MeO+CO

（合金元素与C02作用）Me+0=Me0

（合金元素与0作用）Mn+FeO=MnO+Fe

（合金元素与Fe0作用）

Si02、Me0浮于熔池上表面；

Fe0部分进入液态金属，部分进入熔渣。

C0

的生成和逸出，促使C烧损并将引起熔池爆破，造成熔池、熔滴飞溅；还有可能在焊缝中形成气孔。

第40页，课件共59页，创作于2023年2月问题：如何解决C02

气体保护焊中合金元素烧损、飞溅及气孔等质量潜在问题？

为使焊缝强度不至于因碳烧损而降低，焊材中还得适量加入Cr、Mo、V等强化元素。2、相应的焊接冶金措施

在焊材中加入Al、Ti、Si、Mn等强脱氧剂，通过脱氧去除FeO。通常采用Si、Mn联合脱氧。适当减少焊材的含碳量也是必要措施之一。

脱氧反应式如下：第41页，课件共59页，创作于2023年2月3、CO2

气体保护焊中的气孔问题

CO2

气体保护焊中的气孔主要为CO气孔、N2气孔、H2气孔。

CO气孔是因焊丝脱氧元素不足而造成CO的形成，即

FeO+C=Fe+CO

N2气孔是由于保护气氛遭到破坏，有空气侵入。需要加强保护或选用含固氮元素（Ti、Al）的焊丝。

H2气孔是因焊丝、工件表面油污或CO2气体中水分的分解所致。第42页，课件共59页，创作于2023年2月4、CO2

气体保护焊中的飞溅问题产生的原因：

由焊接冶金反应形成CO膨胀爆破所引起。

操作时要求合理选用焊接工艺参数；可在CO2中加入一定比例的Ar；采用低飞溅焊丝。第43页，课件共59页，创作于2023年2月5、C02气体保护焊的设备组成（自动焊机）第44页，课件共59页，创作于2023年2月

等离子弧焊是基于钨极氩弧焊（TIG焊

）而发展起来的一种高温、高能量密度的焊接方法。它还可用于金属切割。五、等离子弧焊钨极压缩喷嘴护罩冷却水等离子弧焊缝焊件第45页，课件共59页，创作于2023年2月问题：何谓等离子弧？等离子弧实际上是一种受到压缩作用的拘束电弧。能量密度高达106W/cm2以上；最高温度可达24000～50000K；电弧扩散角小，5°左右；且电弧稳定，指向性好。

第46页，课件共59页，创作于2023年2月问题：等离子弧是如何形成的？等离子弧的形成基于电弧受到三种压缩作用：水冷喷嘴的外部拘束压缩离子气流的冷却压缩弧柱自身的电磁收缩第47页，课件共59页，创作于2023年2月关键设备是等离子弧焊枪！等离子弧焊枪喷嘴大电流等离子弧焊枪微束等离子弧焊枪第48页，课件共59页，创作于2023年2月几乎所有金属结构材料都可以用等离子弧焊接或等离子弧切割。但对板厚有一定限制，一般可焊3～8mm。用微束等离子弧焊可焊接超薄金属材料。最薄可达0.01mm。用等离子弧切割，不仅可切割各种金属材料，还可切割花岗岩、耐火砖、混凝土等非金属材料。等离子弧还常用于堆焊与热喷涂。问题：等离子弧焊接用在什么地方？第49页，课件共59页，创作于2023年2月六、现代还用到哪些其他熔焊方法？

常用的其他熔焊方法还有：电渣焊气焊电子束焊激光焊第50页，课件共59页，创作于2023年2月1）电渣焊第51页，课件共59页，创作于2023年2月

电渣焊是利用电流通过熔渣所产