第一节 金属熔焊.ppt

1、焊 接 篇,零件连接方式,焊接：是指利用局部加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使分离的两部分金属，通过原子的扩散与结合，形成永久性连接的一种工艺方法。,焊接的优点：,（3）重量轻；,（1）连接性能好；具有较好的机械性能、密封性、导电性、耐腐蚀性、耐磨性等。,（2）省料省工成本低；比一般铆接节省金属材料10-20%，生产周期短，可焊补。,（4）简化工艺；可以小拼大，以简单拼复杂。,广泛应用于：航空、车辆、船舶、建筑以及国防等工业部门，如制造金属结构（船体、桥梁、容器、管道等）、制造机器零件或毛坯（轧辊、大型齿轮、刀具等）等。,焊接的缺点：,（3）产生残余应力和变形，影响零、部件与金属

2、结构的形状、尺寸，增加工作时的应力，降低承载能力；,（1）焊接结构不可拆卸，更换修理部分零部件不便；,（2）焊接接头的组织和性能往往要变坏；,（4）焊接时易产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等，引起应力集中，降低承载能力，缩短使用寿命。,转轮,焊 接 接 头,焊接不锈钢管件,接头、管件,焊接方法的分类 (按焊接过程特点),压 力 焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎 焊,软钎焊,硬钎焊,熔化焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,3.1 熔化焊: 熔焊是指焊接过程中将工件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。是最基本的焊接方

3、法，在焊接生产中占主导地位，常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊等。,3.2 压力焊： 压焊是指焊接过程中对工件施加压力（加热或不加热）完成焊接的方法。压焊只适用于塑性较好的金属材料的焊接，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦焊等。,3.3 钎焊 钎焊是将比母材（被焊接的材料的总称）熔点低的填充金属（钎料）熔化之后填充工件接头间隙，并与固态母材相互扩散实现连接的焊接方法，常见的钎焊方法有软钎焊和硬钎焊。,3焊接方法的分类 (按焊接过程特点),第一节 金属熔焊,一、熔焊的冶金特点,1.定义：利用焊接热源将被焊金属的连接处局部加热到熔化状态，通过冷却结晶过程把被焊金属连接起来。,2.冶金特点：,1）焊接热

4、源和熔池温度高,使金属元素蒸发、烧损严重，同时气体分解为原子状态，物理化学反应剧烈；,2）熔池体积小，冷却速度快，导致化学成分不均匀,易形成气孔、夹渣等缺陷，甚至产生裂纹。,为保证焊缝的质量，焊接过程中通常采取以下措施：,对焊接熔池进行冶金处理。 如：通过焊条药皮加合金元素，进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等，调整焊缝的化学成分。,在焊接过程中对熔化金属进行保护，使之与空气隔开。如：采用焊条药皮、埋弧焊焊剂、气体保护焊的保护 气体等使熔池同空气隔绝； 焊接前清理坡口处的锈、油、水；烘干焊条等。,减少有害元素进入熔池,清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。,二、焊接接头金属组织与性能的变化,1、焊

5、接工件上温度的变化与分布,1)距焊缝中心不同，受热最高温度不同。,2)各点到达最高温度的时间不同。,3)各点均经过冷-热冷，相当于受到一次不同规范的热处理。因此，必然有相应的组织和性能的变化。,焊接热循环,低碳钢焊接接头组织变化示意图,2、焊接接头包括焊缝、熔合区和焊接热影响区。,二、焊接接头金属组织与性能的变化,2.1 焊缝金属：由熔池冷却凝固后形成,以低碳钢为例,1、焊缝的结晶侧壁伸向中心，各个方向冷速不同，形成柱状的铸态组织，由F + P（少量）组成。,2、焊接时，熔池金属受到电弧吹力，干扰柱状晶连续成长，柱状晶呈倾斜状且有所细化，加之掺合金作用，焊缝金属中Si、Mn 均母材。,焊缝金属

6、成分、强度不低于母材,但易产生裂纹。,2.2 熔合区及焊接热影响区 “HAZ”, 焊接热影响区：焊缝两侧因焊接热作用而发生组 织和性能变化的区域，称为焊接 热影响区。亦称“近缝区”。, 熔合区：焊接加热时，该区的温度处于固相线 和液相线之间，金属处于半熔化状态。,组织：未熔化但因过热 而长大的粗晶组 织和（部分新结 晶的）铸态组织。,熔合区,又称半熔化区，是焊 缝与母材的交界区。,特点：该区很窄，组织不均匀，强度下降，塑性很 差，是产生裂纹及局部脆断的发源地。,加热温度：14901530,焊接热影响区：过热区,特点：宽度为13mm，塑性和韧性下降。 焊接刚度大的结构时，该区易产生裂纹。,紧靠熔

7、合区；,加热温度： 11001490（1100固相线）,组织： 粗大的过热组织。,特点：宽度约1.24.0mm，力学性能优于母材。,正火区：紧靠着过热区；,焊接热影响区：正火区,加热温度：8501100（AC1至AC3以上100-200）,组织：加热时金属发生重结 晶，冷却后得到均匀 细小的铁素体和珠光 体组织（近似于正火 组织)。,加热温度： AC1AC3之间,特点：部分组织发生相变，晶粒不均匀，力学性能 比正火区稍差。,组织： F+P（F粗、细不均）,焊接热影响区：部分相变区,焊接热影响区的大小和组织、性能变化的程度，取决于焊接方法、焊接参数、接头形式以及焊后冷却速度等。,同一种焊接方法采

8、用不同焊接参数时，热影响区的大小也是不相同的。采用小电流快速焊可减小热影响区。,2.3 提高焊接接头质量的措施,（1） 合理的选用焊接方法和焊接规范来减少热影响 区的影响; 焊接方法：优先采用手工电弧焊、气保焊、埋弧焊 等，少用气焊和电渣焊等； 焊接规范：小直径焊条（或焊丝）、小电流、快速 焊、多层焊等。 （2） 焊前预热、焊后热处理来细化晶粒，清除硬化 组织 （3） 加强对焊缝金属的保护。,1、应力与变形的形成原因,三、焊接应力与变形,三、焊接应力与变形,焊接应力与变形产生的根本原因：对焊件进行局部的不均匀的加热。,焊后冷却时，焊缝受拉应力（因收缩受阻），远离焊缝区受压应力。,焊接加热时，焊

9、缝区受压力应力（因膨胀受阻，用符号“-”表示） 远离焊缝区受拉应力（用符号“+”表示）,2、焊接变形,焊接应力和焊接变形总是同时存在，不会单独存在，当母材塑性较好，刚度较小时，焊接变形较大而应力较小；反之，则应力较大而变形较小。,三、焊接应力与变形,焊接变形和残余应力的不利影响：,焊接变形,焊接应力,3、防止与减少焊接应力及变形的措施,（1）合理的结构设计,1.尽量减少焊逢长度及焊缝面积； 2.尽量减少焊缝数量； 3.焊缝尽量不要交叉、密集，所有焊缝尽 量保持对称； 4.避免将焊缝安排在受力最大处集中处； 5.开缓和槽或加薄壁凸缘。,三、焊接应力与变形,（2）工艺措施, 反变形法：即焊前使构件

10、产生与焊接残余变形方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。,3、防止与减少焊接应力及变形的措施, 加余量法：工件下料时，给工件尺寸加大一定的收缩余量，以补偿焊后的收缩。, 刚性固定法：即焊前将焊件刚性固定，对防止角变形和失稳变形较有效，该法会增大焊接应力，为防止产生裂纹，一般只用于塑性好的材料。,a）用夹具夹紧凸缘 b）用压铁压紧薄板,（2）工艺措施,3、防止与减少焊接应力及变形的措施,（2）工艺措施,选择合理的焊接顺序,3、防止与减少焊接应力及变形的措施, 焊前预热，焊后热处理。 焊前将工件加热至350左右，可使焊缝部分与周围基体金属的温差减小，可显著减少焊接应力。,焊接顺序对焊接应力的影响,4、焊接变形的矫正,（1）机械矫正法：即利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使两者相互抵消。,机械矫正示例a）用压力机矫正