工程材料及其成形技术基础

焊接1整理课件概述9．1电弧焊9．2电阻焊9．3摩擦焊等其他焊接方法9.5焊接件结构工艺性9.6常用金属材料的焊接本章内容2整理课件概述1〕焊接的概念通过局部加热、加压或两者并用，在使用或不用填充材料的情况下，使别离的金属通过原子间的结合而形成永久性的连接。2〕常用焊接方法熔化焊：将焊处加热到熔化状态冷凝后形成焊接接头。压力焊：不管焊处是否加热，都要加压使之产生塑性变形而形成焊接接头。钎焊：加热时被焊处不熔化，只是钎料被加热到熔化状态，使固体金属(焊件)与液态金属(钎料〕之间的原子扩散而结合形成焊接接头。手工电弧焊气焊激光焊电子束焊等离子弧焊电阻焊摩擦焊软钎焊硬钎焊3整理课件3〕焊接特点可以小拼大，以简拼繁；生产率高；节省金属材料；劳动强度低；满足气密性要求。4〕焊接应用(1)制造金属结构；(2)制造机器零件或毛坯；(3)联接电气导线；(4)在修理工作中的应用。4整理课件§9-1电弧焊9.1.1手弧焊——是手工操纵电焊条利用焊接电弧进行焊接的电弧焊方法。1、焊接电弧1〕焊接电弧的实质：焊接电弧——发生在电极与工件之间的气体介质中强烈而持久的放电现象。5整理课件组成产生热量温度分布阳极区43％约为2600K弧柱21％6000—8000K阴极区36％约为2400K2〕焊接电弧的组成及电极的极性电弧由三个区域组成：6整理课件电极的极性焊件接电源正极焊条接电源负极焊条接电源正极焊件接电源负极使用交流电时，极性交替变化，两个极区的温度和热量分布根本相等。正接法〔厚度大〕反接法〔厚度小〕7整理课件2、手弧焊原理及焊接过程手弧焊焊接过程焊条与焊件的熔化包括熔滴的过渡熔池的形成冷却〔焊逢与渣壳的形成〕8整理课件3、焊接的冶金特点熔焊实质：局部金属再熔炼的过程。〔1〕熔池体积小液态的时间很短(以秒计)，各种化学反响难以到达平衡状态，造成焊缝化学成分的不均匀。熔池中的气体及存在的杂质来不及上浮逸出。9整理课件〔2〕熔池温度高周围空气中的氧、氮、氢等分子吸热分解为化学性质十分活泼的原子。使液态金属中的有益元素大量烧损和氧化。〔3〕焊接接头组织与母材不同焊接接头=焊缝+熔合区+热影响区10整理课件焊接接头组织与母材不同焊接接头=焊缝+熔合区+热影响区焊缝熔合区热影响区过热区正火区局部相变区再结晶区11整理课件焊接接头组织0123412整理课件①焊缝区液态金属凝固而成的。属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶。硫、磷等杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹。焊缝的强度一般不低于母材。②熔合区焊缝区与热影响区过渡的区域。宽度：0．1—lmm特点：成分及组织极不均匀，晶粒长大严重，冷却后为粗晶粒，强度下降，塑性和韧性很差，往往成为裂纹的发源地。13整理课件③热影响区过热区温度范围：固相线至1100℃宽度：约1.0—3.0mm特点：由于温度高，晶粒粗大，塑性和韧性降低。易在过热处产生裂纹。正火区温度范围：1100℃至Ac3之间宽度为1.2—4.0mm得到均匀细小的正火组织，金属力学性能良好。14整理课件局部相变区温度范围：Acl—Ac3之间只有局部组织发生相变,局部金属发生了重结晶，获得细小的铁素体和珠光体晶粒，而未重结晶的局部金属那么得到粗大的铁素体。晶粒大小不一，力学性能不均匀。再结晶区焊件温度被加热到450-Acl区域，冷变形的钢会出现再结晶过程。15整理课件热影响区的大小和组织性能变化程度取决于焊接方法、焊接标准、接头形式等因素。减轻热影响区影响方法焊前可预热工件；焊后缓冷。焊接方法过热区宽度（mm）热影响区总宽度（mm）手工电弧焊2.2—3.56.0—8.5埋弧自动焊0.8—1.22.3—4.0气焊2127电子束焊—0.05—0.7516整理课件3、电焊条1〕

焊条的组成和作用

①焊条芯——由经过特殊冶金的专用金属丝〔焊丝〕作用：导电产生电弧熔化填充金属进入熔池，是形成焊缝的主要金属材料材料：低碳钢、不锈钢、有色金属等。②药皮——压涂在焊芯外表的涂料层稳弧作用保护脱氧渗合金17整理课件18整理课件2〕焊条的种类及选用焊条的种类：按用途分为十大类按药皮特性分为两大类①酸性焊条②碱性焊条〔低氢焊条〕19整理课件20整理课件*酸性焊条——药皮熔渣中酸性氧化物比碱性氧化物多优点：工艺性好〔易起弧、成型好、脱渣容易〕对水、油、锈产生的气孔不敏感交、直流两用缺点：抗裂性能比碱性焊条差*碱性焊条〔低氢焊条〕——药皮熔渣中碱性氧化物比酸性氧化物多21整理课件酸性焊条有何特点？它适用于哪一类焊件？特点：(1)氧化性强，合金元素烧损大，焊缝的塑性和韧度不高。(2)焊缝中氢含量高，抗裂性差。(3)具有良好的工艺性，对油、水、锈不敏感，交直流电源均可用。(4)本钱低用于一般结构件的焊接。22整理课件3〕焊条的选择原那么①同成分原那么②

等强度原那么〔бb不一定越高越好，бb↑，脆性↑〕

③

一般结构优先选用酸性焊条；承受动载荷、高温、高压或低温刚度大的结构几何形状复杂、厚度大、焊时易产生较大应力和裂纹的焊件及铸件应选用碱性焊条。④

焊条工艺性能要满足施焊操作需要23整理课件9.1.2埋弧焊①埋弧焊系统简介焊接小车焊机焊丝焊剂调节参数〔V、I〕完成引弧、收尾24整理课件②焊接过程引弧，形成封闭熔渣泡。电弧在封闭熔渣泡中燃烧保护焊缝金属；防止弧光四射、液态金属飞溅。③特点及应用允许采用大电流〔300—2000A〕，生产率高。用于长直焊缝和大直径环形焊缝的批量生产。25整理课件9.1.3气体保护焊概念：用外加气体来保护电弧和焊接区的电弧焊。1、氩弧焊钨极氩弧焊焊接特点：钨棒为电极〔导电、产生电弧〕；一般采用直流正接〔防止夹钨〕；焊接时需填加金属；用于0.5—4mm薄板。26整理课件熔化极氩弧焊焊接特点：〔1〕焊丝为电极〔导电、填充金属〕；〔2〕一般采用直流反接〔为了电弧稳定和阴极破碎作用〕；〔3〕焊接时可采用大电流；〔4〕用于25mm以下中厚板。27整理课件2、CO2气体保护焊根本原理类似熔化极氩弧焊特点：〔1〕不宜有色金属焊接；〔2〕焊接时采用合金钢焊丝；〔3〕采用直流反接法〔保证电弧稳定燃烧，防止金属飞溅〕；〔4〕适用于30mm以下低碳钢和低合金钢结构钢焊接。28整理课件9.1.4等离子弧焊两个概念自由电弧等离子弧等离子弧压缩效应机械压缩效应热压缩效应电磁压缩效应29整理课件§9－2电阻焊9.2.1点焊焊接设备点焊过程30整理课件9.2.2缝焊焊接过程工艺特点大电流焊机控制通电时间焊点重迭应达50%具体应用31整理课件9.2.3对焊电阻对焊闪光对焊32整理课件§9－3摩擦焊等其他焊接方法1、摩擦焊〔1〕分类连续驱动式储能式〔2〕焊接特点接头质量高且稳定适用范围广〔3〕应用

33整理课件2、钎焊——利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种焊接方法。根据钎料熔点的不同钎焊可分为：硬钎焊〔熔点>450°C〕软钎焊〔熔点<450°C〕34整理课件3、电渣焊根本过程准备阶段〔工件接头相距25—35mm〕引弧阶段焊接阶段〔焊接温度保持1700—2000℃〕成缝阶段接头形式对接、角接、T形接头焊接特点①一次焊接成厚工件；②材料消耗少，生产率高；③焊缝纯洁、力学性能较差；④适用于厚壁压力容器及大型构件制造。35整理课件4、电子束焊焊接原理焊接特点保护效果极佳，质量高能量密度大适用性强，调节范围广36整理课件5、激光焊焊接原理焊接特点能量密度大灵活性大放出能量极其迅速可实现异种金属或非金属的焊接37整理课件§9-5焊件结构工艺性

9.5.1焊接缺陷及预防1、焊接应力1)产生焊接应力的主要原因:局部不均匀加热焊接结构自身或外界的约束结论：焊缝金属承受拉应力。焊缝两侧金属承受压应力保存至室温的应力与变形称为焊接剩余应力和变形。‘’38整理课件2)减少和消除焊接应力的措施(1)防止焊缝的密集与交叉，焊缝的数量应尽可能少、焊缝长度尽可能短、截面尽可能小。(2)选择合理的焊接顺序(3)焊前预热〔400℃以下〕(4)锤击或碾压焊缝(5)焊后热处理39整理课件2、焊接变形1)变形原因：剩余应力松弛不均匀收缩40整理课件2〕焊接变形的几种根本形式41整理课件3〕焊接变形的防止与矫正〔1〕防止焊接变形的措施①设计结构时尽可能对称。②采用反变形法③采用合理的焊接顺序。

42整理课件④采用刚性固定法。

⑤加裕量法43整理课件〔2〕矫正焊接变形的方法根本原理：产生新变形抵消原来的焊接变形。①机械矫正法②火焰矫正法44整理课件9.5.2焊接接头工艺设计1、焊缝的布置〔1〕焊缝应尽可能分散45整理课件〔2〕焊缝的布置应尽可能对称46整理课件〔3〕焊缝应避开应力最大或应力集中处47整理课件〔4〕焊缝的布置应避开已加工外表48整理课件〔5〕焊件结构应便于焊缝的施焊49整理课件2、接头形式的选择与设计〔1〕焊接接头形式接头形式有四种：〔2〕坡口的形式50整理课件〔3〕焊接空间位置51整理课件52整理课件§9.6常用金属的焊接9.6.1金属材料的焊接性1、焊接性概念——是指焊件材料对焊接加工的适应性，即在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。1〕工艺焊接性——指某一焊接工艺条件下，能得到优质焊接接头的能力。53整理课件2〕使用焊接性——整个焊接接头或整个结构满足技术条件规定的使用性能的程度，即焊接接头在使用中的可靠性。包括：缺口敏感性及耐腐蚀性等。2、评价方法热影响区的淬硬和冷裂纹倾向材料的化学成分是影响淬硬和冷裂纹倾向的重要因素之一。54整理课件碳当量法人们把各种元素对产生淬硬和冷裂纹的影响都折算成碳的影响，将这些影响综合起来。经验公式CE=C+Mn/6+〔Ni+Cu〕/15+〔Cr+Mo+V〕/5(％wt)CE<0.4％焊接性良好CE<0.4％--0.6％焊接性中等CE≥0.6％焊接性较差55整理课件9.6.2碳钢的焊接

1、低碳钢塑性好，没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感。焊接性好，不需采取特殊工艺措施，可选用酸性焊条，焊后也不需热处理。但对承受动载荷的构件、厚件及在低温下焊接大刚度构件，需采取一些工艺措施，如：焊前预热、选用碱性焊条、焊后进行热处理。56整理课件2、中碳钢属易淬火钢中碳钢焊接特点：①热影响区易产生淬硬组织和冷裂纹②焊缝金属热裂纹倾向大

∴焊前需预热，需选用抗裂性能好的低氢焊条。选用细焊条、小电流、开坡口进行多层焊，防止母材过多熔入焊缝，同时减小焊接热影响区的宽度。

57整理课件3、高碳钢的焊补高碳钢的焊接特点与中碳钢根本相似。由于含碳量更高，使焊接性变差，应采用更高的预热温度，更严格的工艺措施才能进行焊接。实际上高碳钢的焊接只限于修补工作。58整理课件9.6.3合金结构钢的焊接

强度级别低的低合金钢：合金元素少，碳当量低〔<0.4%〕具有良好的焊接性。强度级别高的低合金钢：碳当量较高，焊接性差，焊接时需采用严格的工艺措施。59整理课件①焊前预热；②焊接时采用细焊条，小电流，开坡口，多层焊；③焊后缓冷；④选用碱性焊条；防止低合金高强度钢焊接接头产生淬硬和冷裂的焊接工艺措施是什么？60整理课件9.6.4铸铁的焊补

铸铁的焊接特点：①

熔合区易产生白口组织、淬硬组织。②

易产生裂纹③

易产生气孔和夹渣另外，铸铁流动性好，立焊金属易流失∴一般那只适于平焊。61整理课件1〕热焊法——焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，且在400℃以上施焊，焊后缓冷。