材料成形工艺12.19.ppt

1、材料成形工艺,宁波工程学院 周志斌 2011.12.19,fusion welding,pressure welding,soldering,气焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,埋弧焊,氩弧焊,CO,2,保护焊,气体保护焊,手工电弧焊,电弧焊,摩擦焊,爆炸焊,超声波焊,扩散焊,点焊,缝焊,对焊,电阻焊,软钎焊,硬钎焊,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,第二节 电阻焊,电阻焊分类： 点焊、缝焊、对 焊等。,热源 大电流通过时的 工件接触电阻热； 加热局部状态： 达到局部熔化或 塑性状态； 焊接接头的形成： 压力作

2、用下形成。,1、点 焊,1）点焊时的加热 电阻热： Q=I2Rt （R=2Rw+Rc+2Rew） Rew （电极焊件间接触电阻）的热量作用小； Rw （工件电阻）的热量加热焊件; Rc（工件接触面接触电阻）与压力、材料性质、表面状态及温度有关。,二、电阻焊,2）点焊时熔核的形成过程,贴合面边缘电流大，热强度大，形成塑性环，保持熔核正常生长。,3）点焊特征：,焊件依靠熔核连接，接头质量与熔核尺寸、熔核及邻近区的组织有关； 大电流、短时间操作；,4）点焊电极,结构设计： 1. 满足强度、刚度 及冷却条件的要求； 2.采用锥形或球面端面，其直径或球面半径取决于工件厚度、熔核尺寸。,功能：导电、导热、

3、传递压力； 材料：导电率、导热率、 高温硬度高 。 常用铜和铜合金： 如 CuZrNb ， Cu CrZr ， CuCoCrSi）。,各种点焊电极,5) 点焊方法,a 双面点焊 b 单面单点焊 c 单面多点焊 d 单面双点焊,6) 点焊设备及应用,7） 点焊循环,点焊过程：预压焊接 维持休止 预压（F0, I=0 ） 焊接（F=Fw 、I=Iw） 维持（F0, I=0 ） 休止（F=0, I=0 ） 回火（F=Fw,0I,Iw),8) 点焊工艺参数,主要指焊接电流 Iw、焊接时间tm、焊接压力Fw要求控制适当。 电流过低不能形成熔核，过高则造成飞溅。,时间过长，焊点组织变差。,焊接压力影响电阻

4、和焊件向电极的散热。 过小前期飞溅； 过大熔核尺寸小，焊透率下降。,上列点焊工艺参数中，最重要的是焊接电流。,焊接电流对焊点抗剪强度的影响,图中：AB段焊件加热在未 熔化状态； BC段电流加大，工件处于熔化焊接，形成熔核，抗剪强度上升； C 点右电流过大，形成飞溅。不允许电流过大。,焊接电流与焊接时间可以优 化组合，形成软、硬两种规范,硬规范：大电流，短时间；,软规范：较小电流，时间在 加长；,缝焊是在一对盘式滚动电极之间进行的一种电阻 焊。成形过程与点焊相似。其不同点只是电极连续转 动，使得焊点有一定重叠而形成了连续焊缝。,2、缝 焊,下面请看一段缝焊过程的录象。,缝焊可以分为三种：,1）

5、缝焊的应用特点,应用最广的是断续缝焊。主要是电极转 动，间隙供电，电极不致过热。焊接表面质 量尚好。,缝焊的工艺参数有： 点距：为焊点直径的 30 50，形成一定重叠； 电极压力（ 200010000 N），比点焊要大一些； 电极直径（200250 mm）及其工作表面宽度（B= 38mm ）； 焊接循环时间：通电时间和间隙时间之和； 焊接速度： 0.5 3 m/min； 焊接电流：比点焊大20 50 。,2）缝焊的工艺参数,注意：焊件材料不同，缝焊（主要指断续缝焊） 的工艺参数亦不同。,对焊是一种高效率且易于实现过程自动化 的电阻焊。常用于接长焊件或毛坯，焊接环形 和闭合焊件以及冲焊结构，如自

6、行车钢圈、汽 车车轮轮网等。,3、对 焊,1）电阻对焊,起先预热，工件平整端面全接触并予夹紧，通 电后，电阻热使工件端部迅速加热至塑性状态 （碳钢10001200 ），再行施加较大预锻力， 断电冷却后获得良好对接接头。图中可见，对焊 时沿工件长度方向温度分布不均匀，接头处最高。,对焊形式,2）闪光对焊,将工件夹紧后先通电，接触点强热熔化并爆破出现火光飞出，工件逐渐接近而形成“闪光”以加热工件，直至接头端部受热局部熔化，达到一定温度后突然加一个大的顶锻压力，待断电冷却即成对接接头。 该过程可分解为预热、闪光、顶锻三阶段。,常用对接焊头形式,4）高频焊,什么是高频焊？ 利用流经焊件连接面的高频电流

7、所产生的电阻热作为热源，使该表面达到熔化或者塑性状态，同时施加或者不施加顶锻力，使金属结合的一种方法.,高频焊的特点 速度高 热影响区小 清理要求低 高频对设备人体有危害 振荡器件寿命短 高频焊的应用 管件纵缝焊接,第三节 钎焊,1、什么是钎焊 ？ 采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料对母材间隙表面的毛细作用，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。,2、 钎焊的分类,硬钎焊（Brazing)： 钎料熔点高于450 的钎焊. 常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。 钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。 加热方法有火焰加热

8、、盐浴加热、炉内加热、电 阻加热、高频感应加热等。 软钎焊(Soldering）： 钎料熔点低于450 钎焊. 常用的钎料为锡、铅钎料。焊剂为松香、松香酒精 溶液、氯化锌溶液等，多用烙铁加热。,如何进行钎焊呢？ 应当注意以下几点： 1）焊件接头表面清理干净。清除油污、氧化物并 脱水烘干； 2）配用合适的钎料与钎剂。钎剂的作用是通过化 学反应清除氧化皮，改善钎焊表面的润湿性； 3）选定钎焊方法； 4）选择和控制好钎焊接头间隙； 5）计算接头搭接长度； 6）确定钎焊工艺参数，包括钎焊温度、加热速度、 保温时间和冷却速度等。,3、 钎焊工艺,4、 钎焊的应用,钎焊适合各种金属与非金属材料的焊接。但是

9、，各种合金或材料的焊接工艺是不尽相同的，需要针对具体材料科学制定。,第十二章 金属构件焊接工艺设计,第一节 金属材料的焊接性,金属材料的焊接性是指被焊金属在一定的焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。 金属材料焊接性好与差，与采用的焊接方法，焊接材料和焊接工艺有关。 (1)接合性能指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性。 (2)使用性能指在给定的焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其他特殊性能(如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等)。 2.钢的焊接性评定方法钢是焊接结构中最常用的金属材料，因而评定钢的焊接性显得尤为重要。,

10、(一)碳素钢和低合金结构钢的焊接,1.碳素钢的焊接 (1)低碳钢的焊接Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于wC低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。 1)在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。 2)重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。,表低碳钢焊接材料的选择,(2)中碳钢的焊接中碳钢的wC在0.25%0.60%之间，随wC增加，淬硬、冷裂倾向增大，焊接性逐渐变差。,(3)高碳钢的焊接高碳钢的wC大于0.60%，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。 2.低合金结构钢的焊

11、接低合金结构钢按其屈服强度分成Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，这类钢随强度级别的提高，焊接性变差。,(二)不锈钢的焊接,1.奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，一般不需要采取特殊的工艺措施。 2.马氏体不锈钢的焊接马氏体不锈钢的焊接性能较差，其主要问题是具有强烈的淬硬和冷脆倾向，碳含量越高焊接性越差。 3.铁素体不锈钢的焊接铁素体不锈钢焊接的主要问题是过热区晶粒长大引起脆化和裂纹。,(三)铸铁的补焊,1.铸铁的补焊特点 (1)焊补区易形成白口组织补焊时焊补区的碳、硅等促进石墨化元素会大量烧损，且冷却速度快，不利于石墨化，因此很容易形成硬而脆的白口组织，焊后难以切削

12、加工。 (2)焊补区易产生裂纹由于铸铁强度低，塑性差，当焊接应力较大时，易在焊补区产生裂纹。 (3)焊缝中易产生气孔铸铁碳含量高，补焊时易生成CO和CO2气体，由于冷速快，熔池中的气体往往来不及逸出而形成气孔。 (4)只适宜平焊铸铁的流动性好，熔池金属易流失，所以一般只适于在平焊位置施焊。 2.铸铁的补焊方法铸铁补焊按补焊前是否预热可分为热焊法和冷焊法两类。,(三)铸铁的补焊,(1)热焊法 焊补前将工件整体或局部缓慢预热到600700，焊补过程中保持400以上，选择大电流连续补焊，焊后缓慢冷却。 (2)冷焊法 焊补前不对铸件预热或预热温度仅在400以下，用焊条电弧焊进行焊补，这种焊法简便、生产

13、效率高、劳动条件好、成本低，但焊补质量不如热焊法。,(四)铜、铝合金的焊接,1.铜及铜合金的焊接 (1)难焊透、难熔合这是因铜的导热系数大，焊接时热量极易散失所致。 (2)裂纹倾向大主要是因铜在高温下易氧化，生成的Cu2O与铜形成低熔点共晶体分布在晶界上，从而使接头脆化。 (3)焊接应力和变形较大因铜的线胀系数大，收缩率也大，加上因导热性强而热影响区宽所致。 (4)易产生气孔铜在高温液态时易吸气，特别是氢气，冷却凝固过程中，氢的溶解度急剧下降又来不及逸出，便在焊缝中形成气孔。 (5)存在接头性能降低倾向焊接时产生的铜氧化及合金元素蒸发、烧损，特别是焊接黄铜时的锌蒸发(锌的沸点仅907)，会造成

14、焊缝的强度、塑性和耐蚀性、导电性降低。,(四)铜、铝合金的焊接,2.铝及铝合金的焊接 (1)易氧化铝极易氧化生成高熔点(2050)的致密氧化膜(Al2O3)，覆盖在金属表面，焊接时阻碍母材的熔化和熔合，且其密度大(约为铝的1.4倍)，不易浮出熔池，而形成焊缝夹杂。 (2)易形成气孔液态铝能吸收大量氢气，铝的高导热性又使熔池迅速凝固，因此焊后冷却凝固过程中，氢来不及析出而在焊缝中形成气孔。 (3)变形、裂纹倾向大高温下铝的强度和塑性低，因铝的热膨胀系数和冷却收缩率大，因而焊接应力大，易产生变形和裂纹。 (4)易焊穿、塌陷铝由固态加热到液态时无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度而焊穿。,第二节

15、 常用焊接方法的选择,表常用焊接方法的选择,第三节 焊件结构工艺性,(一)焊缝布置,1.焊缝位置应便于焊接操作应考虑各种焊接方法所需要的施焊空间。,图便于焊条伸入的焊缝布置a)不合理b)合理,图便于电极伸入的焊缝布置a)不合理b)合理,图利于保护气体作用的焊缝布置,a)不合理b)合理,图便于焊剂、熔渣存留的焊缝布置,a)不合理b)合理,2.焊缝布置应有利于减小焊接应力和变形,(1)尽量减少焊缝数量如选用型材和冲压件作被焊材料，焊缝数量减少，不仅减小了焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。,图减少焊缝数量a)不合理b)合理,(2)尽量分散布置焊缝如下图所示。,图分散布置焊缝a)不合理

16、b)合理,(3)尽量对称分布焊缝焊缝的对称布置,图对称分布焊缝a)不合理b)合理,3.焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位,图焊缝避开最大应力集中部位a)不合理b)合理,4.焊缝应尽量避开机械加工面一般情况下，,焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。,图焊缝远离机械加工表面a)不合理b)合理,(二)焊接接头和坡口型式的选择,1.焊接接头型式的选择 设计焊接结构时，设计者应综合考虑焊接结构形状、焊缝强度要求、焊件厚度、变形控制要求、焊接材料的消耗量、坡口加工的难易程度及施工条件等情况来确定接头型式，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。 2.焊接坡口型式的选择 坡口型式的

17、选择主要根据板厚、质量要求和采用的焊接方法确定，同时兼顾焊接工作量大小、焊接材料消耗、坡口加工成本和焊接施工条件等，一定要首先保证焊接质量，其次才考虑生产率和成本。,图焊条电弧焊接头坡口型式a)对接接头坡口型式b)角接接头坡口型式c)T形接头坡口型式d)搭接接头坡口型式,表不同厚度钢板对接时允许的厚度差,图不同厚度钢板的对接a)单面斜边b)双面斜边,第十三章 焊接缺陷与检验,(一)焊接缺陷,表常见焊接缺陷,(二)焊接质量检验,1.外观检验用肉眼或借助样板、低倍放大镜(520倍)检查焊缝成形、焊缝外形尺寸是否符合要求，焊缝表面是否存在缺陷，所有焊缝在焊后都要经过外观检验。 2.致密性检验对于贮存气体、液体、液化气体的各种容器、反