焊接冶金学及金属材料焊接教学教案

XXX2程别课类课师授教课象授对教材和主要参艺措施和正确的热参数，进而制定出合理的焊接工艺教学难324）：教学重点及难点：重点：气相与金属的作用、熔渣与金属的作用、控制气相危害措施、焊缝合金化途径。难点：焊接化学冶金过程的特点、焊接化学冶金过程的动力学。焊缝中的化学不均匀正是这些运动促使熔池中的冶金反应剧烈发生，对保证焊接质量的稳定性具有重大5属于这类熔渣的渣系主要有CaF2-NaF、CaF2-BaCl2-NaF、KCl-NaCl-Na3AlF6，BaF2-MgF2-CaF2-LiF属于这一类熔渣的渣系主要有FeO-MnO-SiO2、CaO-TiO2-SiO2、MnO-SiO2等。不同，也没有考虑在某些复合盐中，少量的酸性氧化物占有着碱性氧化物，如（CaO）接触面积上的内摩擦力称为动力粘度，简称粘度，以η表示。粘度的单位是帕秒（Pa.s）。粘度的倒数Ф=1/η称为流动性。粘度越小，流动性越大。（1）温度对粘度的影响熔渣的粘度随温度的上升而下降，但不同成分的熔渣其具62）脱氧产物应不溶于液态金属，其密度也应小于液态金属的密度，这样可加快脱3）应综合考虑脱氧剂对焊缝成分、性能及焊接工艺性反应的结果使气相中的氧化性减弱。先期脱氧的效果取决于脱氧剂对因氢在扩散过程中总有一部分要转变为残余氢，还有一部分扩散到焊件以外的空（2）白点7在气体保护焊时必须严格控制保护气体中的含水量，必要时须采用脱水或干燥措把焊件加热到350℃以上，保温lh，几乎可将溶于液态钢而进入熔渣，故在焊丝中加入这些元素，可增强脱3）水蒸气对金属的氧化焊接区的水蒸气在高温下分解后所生成的氧使铁和其他合金元素氧化。水蒸气不仅使液态铁氧化，还可使焊缝金属8金属；合金的损失比较少。缺点是：不易制造，合金成分难以对氧的亲和力从大到小的顺序为Al>Zr>Ti>Si>V>Mn>Cr>M（1）选择对硫亲和力比铁大的元素进行脱硫9脱磷效果均不甚理想，为降低焊缝的含磷量，主要应严格限制原材料中磷的含量，如1一般情况下焊缝中没有等轴晶，只有在焊缝断面的上部有少量的等轴晶（电渣焊除（2）熔池中的液态金属处于过热状态由于液态金属的过热程度较大，合金元素的（G）逐渐变小，而结晶速度逐渐增大，所以结晶形态将由平面晶向胞状晶、树枝胞状晶2凝固组织的金相观察中，证实了上述结晶形态变化的趋低速焊接时，在熔合线附近出现胞状树枝晶，在焊缝中心出现较细的胞状树枝晶。当焊接速度增大，熔池中心的温度梯度下降很多，使熔池中心的成分过冷加大，因此快速焊当焊接速度一定，焊接电流较小（150A）时，焊缝得到胞状组织；增加电流到300A和杂质都聚集在那里，凝固后在焊缝中心附近出现区域偏析。一般来说，杂质含量越高的区域，熔点越低。在结晶后期，在应力作用下，容易产生焊缝纵向热裂纹。除了焊接速度较大，使结晶方向接近于垂直焊缝，易产生焊缝中心纵向裂纹外，存在下列情况，也会增），偏析层中。由层状偏析所造成的气孔见图2-17。母材与焊缝交界的地方并不是一条线，而是一个区，即所谓熔一般电弧焊的条件下，熔合区宽度=0.133～0.15对于奥氏体钢的电弧焊时，熔合区宽度=0.06～应当说明，焊接条件下影响组织转变的因素很多，往往是多种组织同时存在，有时可律3焊接时通过焊接材料（焊条、焊丝或焊剂）在金属熔池中加入少量某些合金元素，使结晶过程发生明显变化，从而使晶粒细化的方法叫做变质处理。目前变质处理常用的元素有Mo、V、Ti、Nb、Zr、Al及稀土元素Mn-Si含量对焊缝金属显微组织及韧性的影应当说明，焊缝的固溶强化和变质处理，强韧化的机理是不同的。有的合金元素主要法1（一）加热速度(ωH）（四）冷却速度(ωc）和冷却时间（tc）所谓短段多层焊，就是每层（或每道）焊缝长度较短，焊接接头各点所经历的焊接短段多层焊更适合于焊接易于晶粒长大同时又易于淬讲解清楚焊接热循环几个基本参数对热影响区性能的影充分讨论长段多层焊和短段多层焊的特点2韧性下降（尤以200～300℃)为甚，金属表面呈现蓝色得名。1（1）焊接工艺是通过影响电弧周围气体向熔融金属中的溶入及熔池中气体的逸出而（2）电源的种类、极性和所用焊接参数对气孔的形成也有重要影响。一般来讲，交重点讲特征和施皮配方，选择药皮原材料时，在考虑其主要作用的同时，还要考虑兼顾其（1）非合金钢及细晶粒钢焊条（旧标准叫结构钢焊条）主要焊接碳钢和低合金高（2）热强钢焊条（旧标准叫钼和铬钼耐热钢焊条）主要用于焊接珠光体耐热钢和（3）不锈钢焊条主要用于焊接不锈钢和热强钢，可分为铬不锈钢和铬镍不锈钢焊（4）堆焊焊条主要用于堆焊，以获得具有诸如红硬性、耐磨性、耐蚀性等性能的焊接材料的型号和牌号编制方法需要学生熟悉和识记。注意新旧标准常用焊接材料的性能和特点需要掌2（5）低温钢焊条主要焊接在低温下工作的焊接结构，其熔敷金属具有不同的低（1）酸性焊条药皮中含有多量酸性氧化物的焊条。这类焊条的焊接工艺性好，（2）碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物的焊条。使用这类焊条焊接的焊缝含氢量低，故又称低氢型焊条。主要用于焊接性能要求高的重要3）抗裂纹原则凡符合《压力容器安全技术监察规程》的Ⅱ类和Ⅲ类的压力容器3下面仅以低碳钢焊接为例，介绍几种常用焊条的性能（4）立、横、仰焊的对接焊和角焊可参照按板厚选择焊条的方法，但这时只限3、根据使用性能选择焊条（见表5-7）1、按照适用的焊接方法分类可以分为埋弧焊焊丝、二氧化碳气体保护焊焊丝、钨极氩弧焊焊丝、熔化极氩弧焊焊丝、自保护焊焊丝和电渣焊焊2、按照焊丝的形状结构分类可以分为实芯焊丝、药芯焊3、按照适焊的金属材料分类可以分为低碳钢、低合金钢用焊丝，硬质合金堆焊焊丝、铜及铜合金焊丝、铝及铝合金焊丝、钛及钛合金焊丝和铸铁4气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝型号和主要化学成分见表5-10。碳钢药芯焊丝型号编制方法示例如图5-7。低合金钢药芯焊丝型号编制方法举例如图5-8。药芯焊丝牌号表示方法示例如图5-10。a、由于中性焊剂不含或含有少量的脱氧剂，所以在焊接过程中只能依赖于焊丝提b、电弧电压变化时，中性焊剂能维持熔敷c、熔深、热输人量和焊道数量等参数变化时，抗拉强度和冲击韧性等力学性能会d、尽管焊剂对于锰和硅可以显示中性，但对于活泼的合金元素可能不是a、由于含有脱氧剂，那么熔敷金属中的锰、硅将随电弧电压的变化而变化。由于5b、活性焊剂中，更活泼的焊剂具有较强的抗氧化性能，但在多道焊时会产生较多3）合金焊剂合金焊剂指使用碳钢焊丝，其熔敷金属为合金钢的焊剂。焊剂中添（1）在焊接低碳钢和强度等级较低的合金钢时，选配焊剂和焊丝通常以满足力学性能要求为主，使焊缝强度达到与母材等强度，同时要满足其它力学性能指标要求。（2）焊接低合金高强度钢时，除要使焊缝与母材等强度外，还要特别注意提高焊缝的塑性和韧性，一般选用中锰中硅或低锰中硅焊剂配合相应钢（3）焊接低温钢、耐热钢和耐蚀钢时，选择的焊剂和焊丝首先要保证焊缝具有与在进行埋弧焊焊剂与焊丝的选配时，还应着重考虑埋弧焊的工艺特点和冶2）热输入高埋弧焊是一种高效焊接方法，为获得高的熔敷率，通常选用大电流推荐采用的各种常用钢材埋弧焊焊丝-焊剂组合综列于表5-22。1）：=0.4%～0.6%，尤其是大于0.5%时，钢材（3）在使用美国焊接学会（AWS）推荐的碳当量的估算公式时，须根据计算出来某任务二重点讲解碳当要说明不同的钢材，所使用的碳当量公式2法都是从某一特定的角度来考虑焊接性的某一方面断增加，选择已有的或设计新的焊接性试验方法1教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次1、了解各种钢材焊接性。2、掌握教学重点及难点：重点：碳素钢、热轧及正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢难点：掌握常用金属焊接时出现的焊接缺陷及其防止措1）采用旧冶炼方法生产的转炉钢，由于含氮量高，杂质含量多，从而冷脆性大，时3）采用质量不符合要求的焊条焊接时，会使焊缝金属中的碳、硫含量过高，导致产生裂纹。如某厂采用酸性焊条焊接Q235-A钢时，4）某些焊接方法会降低低碳钢焊接接头的质量。如电渣焊，由于线能量大，会使焊(1)热影响区容易产生淬硬组织。含碳量越高，板厚越大，这种倾向也越大。如果(2)由于基体金属含碳量较高，所以焊缝的含碳量也较高，容易产生热裂纹。(3)由于含碳量的增高，对气孔的敏感性增加。因此对焊接材料的脱氧性，基本金），本模块的重点是焊接性分析和工艺要点。焊接性部分要2（5）焊后最好对焊件立即进行消除应力热处理，至少应在焊件冷却到预热温度或层间温度之前进行。特别是对于大厚度焊件、高刚性结构件以及恶劣条件下(动载荷或冲击载荷)工作的焊件更应如此。消除应力的回火温度为600～650℃。若焊后不可能立即进行消除应力热处理，也应进行后热，以(1)由于高碳钢零件为了获得高硬度和耐磨性，材料本身都需经过热处理，所以(2)焊件焊前应进行预热，预热温度一般为250～350℃以上，焊接过程中必需保(3)焊后焊件必需保温缓冷，并立即送入炉中在650℃进行消除应力热处理。(4)尽量减小熔合比、小电流、低焊速，焊接过程中应尽量连续施焊，中间不停(5)焊后工件保温，并应立即将工件送入炉中进行消除应力高温回火，随后再根(6)焊条选用由于高碳钢的抗拉强度大都在675MPa以上，所以常用的焊条型号为E7015、E6015，对构件结构要求不高时可选用E5热轧及正火钢包括热轧钢及正火钢。正火钢中的含钼钢需在正火+回火条件下才能保证良好的塑性和韧性。因此，正火钢又可分为在正火状态下使用和正火+回火状态下通过提高预热温度（如将预热温度由180℃提高到230℃)或焊后及时进行后热（180℃3在下列情况下，要求热轧及正火钢进行焊后热（3）电渣焊接头为了细化晶粒，提高接头韧性，焊后一般要求进行正火或正火+回在确定退火温度时，应注意两点：一是退火温度不应超过焊前的回火温度，以保证韧性和耐磨性。钢中强度级别不同加入的合金元素及其含量B。常用于工程机械、矿山机械。推土机、工程起重机、重型汽车的制造。42、在800℃~500℃之间的冷却速度大于产生脆性混合组织的临界温度。至于热影1、在焊接方法选用上，由于不强调线能量对接头性能的影响，因而基本上不受限52、由于不必顾虑回火区的软化，可以采用较大的线能量并适当提高预热温度，从而可有效的防止冷裂，一般预热温度及层间温3、为了保证焊缝与母材在相同热处理条件下获得相同的性能，焊接材料应保证熔2、采用热量集中，能量高的焊接热源，在保证焊透的条件下尽量用小线能量，以3、因焊后不再进行调质处理，焊接材料成分可与母材有较大差别。为了防止冷裂低温用钢的类型很多，常用低温用钢的牌号、化学成分和力学性能分别见表7-14（2）淬火+回火淬火温度780～820℃,回火温度为560～600℃。9%Ni钢回火温度略高于AC1（520℃),回火时可获得少量的逆变奥氏体。由于逆变6低温韧性。用9%Ni钢取代奥氏体钢低温用钢可以采用焊条电弧焊、熔化极气体保护焊或埋弧焊焊接，其工艺1教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次1、了解不锈钢的基本知识。2、熟奥氏体不锈钢是在高铬不锈钢中加入适当的镍（wNi=8%～25%）而形成的具有奥氏2腐蚀的不锈钢，也可用于抗高温氧化用钢，但很难用作热强（1）采用小的热输入，即小电流、大的焊接速度，减少横向摆动，待前一道焊缝（2）焊后进行750~800℃退火处理，退火后应快冷，防止出现σ相和475℃脆化。（3）对超纯铁素体不锈钢，主要是防止焊缝的污染，以避免焊缝增加碳、氮、氧3、为防止过热，尽量减少热输入，多层焊时这类钢主要有12Cr13、20Cr133焊前预热是防止产生冷裂纹的主要工艺措施为200～260℃,对刚性比较高的焊件可预热至400~450℃。奥氏体-铁素体型不锈钢简称双相不锈钢，这类钢综合了奥氏体型和铁素体型不锈艺性能良好的钛钙型药皮的焊条。常用的焊接参常见的焊接参数见表8-9和表8-10。根据奥氏体不锈钢和双相不锈钢对抗裂性和耐蚀性的要求，焊接时要注意以下几41教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次1、了解铸铁基本过程。2、熟悉各难点：掌握铸铁焊接时容易出现的焊接缺陷及其防止措膨胀过程，可以松弛部分焊接应力，有利于改善焊缝的抗③与焊补处刚度有关焊补处刚度大，将增大焊接应力，促使裂纹产生。2采用坡口两侧栽丝法焊接可以有效防止热影响区冷裂发展成剥离性裂2）电弧热焊缺点：①预热温度高，工人劳动环境变坏。②加热焊件2）采用低碳钢芯加石墨型药皮钢芯铸铁焊条药皮中加入适量石3（2）电弧冷焊缺点：①铸铁型焊缝的焊接熔池及其热影镍基铸铁焊条采用石墨型药皮是基于以下几点焊缝以Cu为基础，在其中机械地混合着少量④由于焊缝的Cu基很软，而马氏体、渗碳体很硬，所以焊接接头加工性不良。4括减少了最易形成白口的半熔化区宽度，使白口4、大厚件多层焊焊补时，合理安排多层焊焊接顺序，必要时采用1）： （2）增强对