机械制造基础上册第章金属的焊接成型市公开课一等奖省赛课微课金奖课件

第8章金属焊接成型8.1焊接工艺基础8.2熔化焊8.3其它焊接方法8.4惯用金属材料焊接8.5焊接件结构工艺设计1/90焊接方法种类很多，各有其特点及应用范围。但按焊接过程本质不一样，可分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。熔化焊：它是利用局部加热方法，把工件焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体。这类仅靠加热工件到熔化状态实现焊接工艺方法，叫熔化焊，简称熔焊。压力焊：是将两构件连接部分加热到塑性状态或表面局部熔化状态，同时施加压力使焊件连接起来一类焊接方法，叫压力焊，简称压焊。钎焊：利用熔点比母材低填充金属熔化之后，填充接头间隙并与固态母材相互扩散实现连接一个焊接方法。2/903/90焊接与其它加工方法相比，含有以下特点：①适应性广②能够生产要求密封性构件③可节约金属4/908.1焊接工艺基础8.1.1电孤焊冶金过程特点8.1.2焊接接头组织和性能8.1.3焊接变形与应力5/908.1.1电孤焊冶金过程特点1.焊接电弧焊接电弧组成图2.焊接冶金过程特点6/908.1.2焊接接头组织和性能1.焊件上温度改变和分布2.焊接接头金属组织与性能改变3.改进焊接热影响区性能方法7/901.焊件上温度改变和分布焊接区各点温度改变情况8/902.焊接接头金属组织与性能改变低碳钢焊接接头组织与性能改变示意图9/90（1）焊缝（2）焊接热影响区①熔合区②过热区③正火区④部分相变区⑤再结晶区3.改进焊接热影响区性能方法10/908.1.3焊接变形与应力1.焊接变形和残余应力产生原因2.焊接变形基本形式3.预防及消除焊接应力4.预防及矫正焊接变形5.矫正焊接变形方法11/901.焊接变形和残余应力产生原因模拟焊缝示意图12/902.焊接变形基本形式焊接变形基本形式①收缩变形②角变形③弯曲变形④波浪变形⑤扭曲变形13/903.预防及消除焊接应力（1）降低焊接应力办法①焊接结构设计要防止焊缝密集交叉，焊缝截面和长度也要尽可能小，以降低焊接局部加热从而降低焊接残余应力。②预热能够减小工件温差，也能减小残余应力。③采取合理焊接次序，使焊缝能较自由地收缩，以减小应力。④采取小线能量焊接时，残余应力也较小。⑤每焊完一道焊缝，马上均匀锤击焊缝使金属伸长，也能减小焊接残余应力。（2）消除焊接应力方法消除应力最惯用、最有效方法是消除应力退火。14/90拼焊时焊接次序15/904.预防及矫正焊接变形(1)预防焊接变形办法①设计结构时，要考虑预防焊接变形。②焊前组装时，采取反变形法。③刚性固定法。④焊接工艺上，采取能量集中焊接方法，采取小线能量，采取合理焊接次序，采取多层多道焊等，都能降低焊接变形。16/90平板对焊时反变形法17/90焊工字梁时反变形法18/90刚性固定法19/90合理焊接次序20/90分段退焊法21/905.矫正焊接变形方法矫正焊接变形方法有机械矫正法和火焰矫正法两种。22/908.2熔化焊8.2.1手工电弧焊过程及工艺(设备焊条及参数)8.2.2其它熔化焊方法23/908.2.1手工电弧焊过程及工艺(设备焊条及参数)1.手工电弧焊设备(1)交流电焊机(2)直流电焊机①发电机式直流电焊机②整流式直流电焊机③逆变式直流弧焊机24/90火焰加热矫正丁字梁焊接变形25/90焊机内部接线图26/90BX3-300型交流电弧焊机27/902.手工电弧焊焊条(1)焊条组成及作用①焊芯②药皮（2）焊条分类和编号（3）焊条选取标准焊接低碳钢或低合金钢时，普通应使焊缝金属与母材等强度；焊接耐热钢、不锈钢时，应使焊缝金属化学成份与焊件化学成份相近；焊接形状复杂和刚度大结构及焊接承受冲击载荷、交变载荷结构时，应选取抗裂性能好碱性焊条；焊接难以在焊前清理焊件时，应选取抗气孔性能好酸性焊条。使用酸性焊条比碱性焊条经济，在满足使用性能要求前提下应优先选取酸性焊条。28/90几个惯用焊丝牌号和成份(GB/T14957-1994)29/90钢焊条药皮类型和电源种类编号30/903.手工电弧焊工艺进行手工电弧焊时需要考虑以下几个方面主要工艺问题：(1)接头形式及准备工作①接头形式②接头准备工作（2）焊接规范选择①焊条直径选择②焊接电流选择31/90各种接头形式32/90对接接头各种坡口形式33/908.2.2其它熔化焊方法1.埋弧自动焊（1）埋弧自动焊设备（2）焊接材料（3）埋弧自动焊工艺（4）埋弧自动焊特点和应用①生产率高、成本低。②焊接质量好。③劳动条件好。34/90埋弧焊自动焊过程示意图35/90埋弧自动焊装置示意图36/90熔炼焊剂牌号37/90对接接头焊接工艺举例38/90焊剂垫环缝自动焊示意图39/902.气体保护电弧焊(1)氩弧焊氩弧焊主要特点以下：①保护效果好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝成形美观，适于焊接各类合金钢、易氧化有色金属及稀有金属。②电弧在氩气流压缩下燃烧，热量集中，所以焊接速度快，热影响区小，焊后变形也较小。③电弧稳定，尤其是小电流时也很稳定。所以，轻易控制熔池温度及单面焊双面成形。为了更轻易确保工件后面均匀焊透和焊缝成形，现在普遍采取脉冲电流来焊接，这种焊接方法叫脉冲氩弧焊。④明弧可见，便于观察和操作，可全位置焊，焊后无渣，便于机械化和自动化。40/901.焊丝或电极2.导电嘴3.喷嘴4.进气管5.氩气流6.电弧7.工件8.填充焊丝9.送丝辊轮41/90钨极氩弧焊焊接接头形式42/90脉冲氩弧焊电流43/90二氧化碳气体保护焊主要特点是：①成本低②质量好③生产率高④适应性强44/90二氧化碳气体保护焊装置示意图45/903.电渣焊电渣焊过程可分为三个阶段：①建立渣池②正常焊接过程③焊缝收尾46/90电渣焊47/908.3其它焊接方法8.3.1电阻焊8.3.2钎焊8.3.3焊接新工艺技术介绍48/908.3.1电阻焊1.对焊2.点焊3.多点凸焊4.缝焊49/901.对焊电阻焊基本形式50/90对焊51/90点焊焊接过程52/90多点凸焊原理53/908.3.2钎焊1.软钎焊2.硬钎焊54/90惯用钎焊接头形式55/908.3.3焊接新工艺技术介绍1.等离子弧焊接与切割2.真空电子束焊接3.激光焊接与切割4.计算机在焊接上应用5.焊接机器人和智能化56/901.等离子弧焊接与切割等离子弧焊示意图57/902.真空电子束焊接电子束焊接特点是：电子束能量密度很高，焊缝深而窄，焊件热影响区、焊接变形极小；焊接质量高，焊接速度快。58/903.激光焊接与切割（1）激光焊接（2）激光切割①激光蒸发切割②激光熔化吹气切割③激光反应气体切割59/904.计算机在焊接上应用利用计算机对焊接生产过程参数进行采集，存放并打印成报表；对焊接瞬态过程参数进行检测与数据处理，方便于研究焊接瞬态过程；对焊机输出焊接参数进行控制等是当前计算机在焊接中应用最主要方向。60/905.焊接机器人和智能化焊接机器人是焊接柔性自动化新方式。焊接机器人主要优点是稳定和提升焊接质量，确保其均一性；提升生产率，可24小时连续生产；可在有害环境下长久工作，改进了工人劳动条件，降低对工人操作技术要求，可实现小批量产品焊接自动化；为焊接柔性生产线提供技术基础。61/908.4惯用金属材料焊接8.4.1金属焊接性能8.4.2惯用金属材料焊接特点62/908.4.1金属焊接性能1.金属焊接性能概念2.估算钢材可焊性方法63/901.金属焊接性能概念金属材料焊接性能（又称可焊性），是指被焊金属在采取一定焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式条件下，取得优质焊接接头难易程度。它包含两个方面：一是工艺可焊性，主要是指焊接接头产生工艺缺点倾向，尤其是出现各种裂缝可能性；二是使用可焊性，主要是指焊接接头在使用中可靠性，包含焊接接头机械性能及其它特殊性能(如耐热、耐蚀性能等)。64/902.估算钢材可焊性方法碳钢及低合金结构钢碳当量经验公式为：65/908.4.2惯用金属材料焊接特点1.碳素钢和低合金结构钢焊接2.铸铁补焊3.惯用有色金属及其合金焊接66/901.碳素钢和低合金结构钢焊接(1)碳素钢焊接①低碳钢焊接②中碳钢焊接③高碳钢补焊67/90（2）低合金结构钢焊接68/902.铸铁补焊铸铁焊接性差，其焊接过程会产生以下几个问题：①焊接接头易产生白口及淬硬组织②开裂倾向大③焊缝中易产生气孔和夹渣69/903.惯用有色金属及其合金焊接(1)铜及铜合金焊接铜及铜合金焊接性比低碳钢差，在焊接时常出现以下情况：①铜及其合金导热性好，热容量大。母材和填充金属不能很好地熔合，易产生焊不透现象。②铜及其合金线膨胀系数大，凝固时收缩率大，所以其焊接变形较大。假如焊件刚度大，限制焊件变形，则焊接应力就大，易产生裂纹。③液态铜溶氢能力强，凝固时其溶解度急剧下降，氢来不及逸出液面，易生成气孔。④铜在高温时极易氧化，生成氧化亚铜(Cu2O)，它与铜易形成低熔点共晶体，分布在晶界上，易引发热裂纹。⑤铜合金中许多合金元素（锌、锡、铅、铝及锰等）比铜更易氧化和蒸发，从而降低焊缝力学性能，并易产生热裂、气孔和夹渣等，缺点。为确保铜及其合金焊接质量，常采取以下办法：①严格控制母材和填充金属中有害成份，对主要铜结构，必须选取脱氧铜做母材。②去除焊件、焊丝等表面上油、锈和水分，以降低氢起源。③焊前预热以填补热传导损失，并改进应力分布情况；焊后进行再结晶退火，以细化晶粒和破坏晶界上低熔点共晶体。70/90(2)铝及铝合金焊接铝及其合金焊接时有以下特点：①易氧化在焊接过程中，铝及其合金极易生成熔点高(约2050℃)、密度大(3.85g／cm3)氧化铝，妨碍了金属之间良好结合，并易造成夹渣，处理方法是：焊前去除工件坡口和焊丝表面氧化物，焊接过程中采取氩气保护；在气焊时，采取熔剂，并在焊接过程中不停用焊丝挑破熔池表面氧化膜。②易形成气孔液态铝溶氢能力强，凝固时其溶氢能力将大大下降，易形成氢气孔。③易产生热裂纹铝及铝合金线膨胀系数约为钢两倍，凝固时体积收缩率约6.5%左右，所以，焊接一些铝合金时，往往因为过大内应力而在脆性温度区间内产生热裂纹。④铝在高温时强度和塑性很低焊接时常因为不能支持熔池金属而引发焊缝塌陷或烧穿，所以，常需要采取垫板。71/908.5焊接件结构工艺设计8.5.1焊接件材料选择8.5.2焊接方法选择8.5.3焊缝布置8.5.4接头型式8.5.5焊接件结构工艺设计示例72/908.5.1焊接件材料选择焊接结构件选材除应满足载荷、环境等工作条件外，还应满足以下要求：①工艺性能要求②体积与重量要求③经济性④优先选取型材和管材73/908.5.2焊接方法选择各种焊接方法特点比较74/908.5.3焊缝布置1.便于操作2.避开应力最大或应力集中部位3.防止密集与汇交4.避开加工部位75/90手工电弧焊操作空间76/90点焊或缝焊焊缝设置77/90避开最大应力部位78/90避开应力集中部位79/90防止焊缝密集80/90防止焊缝交汇81/90手弧焊接头形式和坡口形式82/90不一样厚度板对接83/908.5.5焊接件结构工艺设计示例1.确定焊缝位置2.设计焊接接头3.选择焊接方法和焊接材料4.瓶体装配图5.主要工艺办法6.主要工艺过程84/901.确定焊缝位置瓶体焊缝布置方案85/902.设计焊接接头气瓶主环缝接头形式86/903.选择焊接方法和焊接材料瓶体焊接采取生产率高、焊接质量稳定埋弧自动焊。焊接材料可用焊丝H08A、H08MnA或H10Mn2A，配合HJ431。瓶嘴焊接因焊缝直径小，用手弧焊焊接。构件材料选取20钢时，焊条可用E4303(J422)；构件材料为1