第四章 金屬的焊接成形.ppt

金屬工藝學(xué) 于美杰山大材料學(xué)院 yumeijie 第四章金屬的焊接成形 第一節(jié)概述第二節(jié)焊條電弧焊第三節(jié)其他常用焊接方法第四節(jié)常用金屬材料的焊接第五節(jié)焊件的結(jié)構(gòu)工藝性 重點(diǎn)內(nèi)容 焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能減少焊接應(yīng)力 變形的工藝措施影響焊接性的主要因素各種焊接方法的特點(diǎn)和應(yīng)用 第一節(jié)概述 第四章金屬的焊接成形 IntroductiononWelding 焊接通過加熱或加壓等手段 用或不用填充材料 借助于金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用 使分離的金屬材料牢固地連接起來的工藝方法 0 3 0 5nm距離 特點(diǎn)節(jié)約金屬材料 產(chǎn)品密封性好 以小拼大 化復(fù)雜為簡單 便于制造雙金屬結(jié)構(gòu) 如軸承 鋼 銅 缺點(diǎn) 焊接接頭處易產(chǎn)生缺陷和應(yīng)力集中 力學(xué)性能降低 第一節(jié)概述 IntroductiononWelding 連接處局部加熱至熔化 不加壓 加壓 加熱 熔點(diǎn)低于母材的釬料熔化 擴(kuò)散 第四章金屬的焊接成形 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 1手工電弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 1手工電弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)設(shè)備簡單 操作靈活 成本低 可在各種條件下進(jìn)行各種位置的焊接 勞動(dòng)條件差 生產(chǎn)率低 對工人技術(shù)水平要求較高 焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定 應(yīng)用生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的焊接方法 單件小批量焊接碳素鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼 不銹鋼 耐熱鋼和對鑄鐵的補(bǔ)焊等 適宜板厚為3 20mm 1mm以下的薄板不適用 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 1手工電弧焊 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 2焊接電弧與電焊機(jī)接線法焊接電弧是由焊接電源供給的 在具有一定電壓的兩電極之間 氣體介質(zhì)被電離 持續(xù)放電形成電弧 電弧的產(chǎn)生 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 2焊接電弧與電焊機(jī)接線法熱量主要集中在陽極區(qū) 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 2焊接電弧與電焊機(jī)接線法直流電焊機(jī)分正接和反接正接 常用反接 用于焊接薄鋼板和有色金屬交流電弧焊不存在正接和反接 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 3焊接冶金過程加熱特點(diǎn)局部加熱溫度高加熱速度快熱源是移動(dòng)的加熱和冷卻的區(qū)域不斷變化冶金特點(diǎn)冷卻快 化學(xué)成分不均勻大氣下 合金元素?zé)龘p 使塑韌性 FeO MnO SiO2 Fe4N Fe2N 氫脆 焊縫中吸氫導(dǎo)致接頭塑韌性 氣孔 夾渣 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 4焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能 焊縫區(qū) 熱影響區(qū) 熔合區(qū)0 1 1mm晶粒粗大脆 性能最差 過熱區(qū)1100 固線晶粒粗大的過熱組織 塑韌性非常低 部分相變區(qū)Ac1 Ac3部分A化 F晶粒長大 晶粒大小不均勻性能低于正火區(qū) 鑄態(tài)柱狀晶晶粒細(xì)強(qiáng)度不低于母材 正火區(qū)Ac3 1100晶粒細(xì)化性能優(yōu)于母材 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 焊接接頭各區(qū)溫度 熔合區(qū)和過熱區(qū)性能最差應(yīng)盡量減小其寬度 產(chǎn)生應(yīng)力與變形的根本原因 局部不均勻加熱 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 5焊接應(yīng)力與變形焊接時(shí) 焊縫受壓 母材受拉 焊后冷卻時(shí) 焊縫受拉 母材受壓 焊接變形的基本形式 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 減少焊接變形的工藝措施反變形法 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 減少焊接變形的工藝措施選擇合理的焊接順序 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 減少焊接變形的工藝措施剛性固定法 焊前預(yù)熱焊后熱處理 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 實(shí)際生產(chǎn)中減少焊接應(yīng)力的工藝措施焊前預(yù)熱 減少溫差焊后熱處理 高溫回火 或去應(yīng)力退火 加熱600 650 保溫 不少于1小時(shí) 緩冷可以消除80 90 多的焊接殘余應(yīng)力 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 2 6焊條 焊芯作用 作電極導(dǎo)電 填充金屬藥皮作用 提高電弧燃燒穩(wěn)定性 對熔池形成氣 渣聯(lián)合保護(hù) 有利于焊縫金屬脫氧 補(bǔ)充合金元素 提高焊縫力學(xué)性能 組成 穩(wěn)弧劑 造渣劑 造氣劑 脫氧劑 合金劑 粘結(jié)劑 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 焊條分類按熔渣性質(zhì)分酸性焊條 熔渣中以酸性氧化物為主 SiO2 TiO2 P2O5 優(yōu)點(diǎn) 電弧穩(wěn)定 宜脫渣 飛濺小 對油銹或水的敏感性小 焊接電源用交流或直流都可 缺點(diǎn) 熔渣氧化性強(qiáng) 對合金元素?zé)龘p大 非金屬夾雜物量大 焊縫塑韌性差 抗裂性差 應(yīng)用 低碳鋼和不重要結(jié)構(gòu)件 堿性焊條 熔渣中以堿性氧化物為主 CaO MnO Na2O MgO 優(yōu)點(diǎn) S P含量少 焊縫含氫少 塑韌性好 缺點(diǎn) 電弧穩(wěn)定性差 飛濺大 不易脫渣 對油銹水敏感性大 要求直流電源 應(yīng)用 重要結(jié)構(gòu)件 經(jīng)濟(jì) 工藝性好 力學(xué)性能差 工藝性差 但力學(xué)性能好 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 焊條型號 最低抗拉強(qiáng)度 0 1 03 鈦鈣型藥皮 交流或直流正 反借使用 電極焊條 第二節(jié)焊條電弧焊 第四章金屬的焊接成形 ShieldedMetalArcWelding 焊條選用原則根據(jù)被焊材料的類別選擇相應(yīng)的焊條種類 低碳鋼和低合金鋼構(gòu)件 要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度 異種鋼焊接 按強(qiáng)度等級較低的鋼材選用焊條 焊接特種鋼時(shí) 應(yīng)選用專業(yè)焊條 保證焊縫金屬的主要化學(xué)成分及性能與母材相同 對焊縫的塑性 沖擊韌性 抗裂強(qiáng)度或低溫性能要求較高時(shí) 應(yīng)選用堿性焊條 否則選用酸性焊條 除平焊外 立焊 橫焊 仰焊應(yīng)選用全位置焊條 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 1埋弧 自動(dòng) 焊 SubmergedArcWelding 電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接的方法 稱為埋弧焊 埋弧自動(dòng)焊的焊接過程1 焊件 2 V形坡口 3 墊板 4 焊劑 5 焊劑斗 6 焊絲7 送絲輪 8 導(dǎo)電器 9 電纜 10 焊絲盤 11 焊劑回收器 12 焊渣 13 焊縫 特點(diǎn) 1 光焊絲自動(dòng)送入 2 焊劑預(yù)撒在將焊區(qū)域 3 電弧在焊劑下燃燒 4 靠焊機(jī)移動(dòng) 或工件動(dòng) 5 未熔焊劑可回收利用 焊絲相當(dāng)于焊芯引弧和填充金屬 焊劑相當(dāng)于藥皮隔離空氣 保護(hù)熔池 冶金 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 埋弧焊特點(diǎn) OtherCommonWeldingMethods 工藝特點(diǎn) 1 焊接電流大 熔深大 2 采用焊劑墊或鋼墊板 以防電流過大而燒穿焊件 3 設(shè)引弧板和引出板 保證引弧和斷弧處焊縫質(zhì)量 6 60mm 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 2氬弧焊 ArgonArcWelding 熔化極氬弧焊焊絲既作電極 又作填充金屬焊接電流大 熔深大用于較厚的焊件鎢極氬弧焊 非熔化極 鎢作電極焊絲作填充金屬焊接電流較小 以減少鎢極損耗用于薄板0 5 6mm 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 氬弧焊特點(diǎn)可以焊接各種金屬 尤其是在焊接過程中易氧化的Al Mg等有色金屬和稀有金屬 氬氣在高溫下不分解 電弧穩(wěn)定 飛濺小 焊縫致密 美觀 電弧可見 便于操作 易實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接 電弧在氣流壓縮下燃燒 熱量集中 熱影響區(qū)窄 工件焊后變形小 焊接成本高 設(shè)備和控制系統(tǒng) 為了防止保護(hù)氣流破環(huán) 氬弧焊一般只在室內(nèi)進(jìn)行 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 3CO2氣體保護(hù)焊 CO2ShieldWelding 焊接成本低于氬弧焊電流大 熔深大 焊后不需清渣焊速高可自動(dòng)焊 生產(chǎn)率高明弧焊接 易于控制CO2在高溫下分解氣孔 飛濺 合金元素?zé)龘p適合于各種位置焊應(yīng)用普及 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 4電渣焊 ElectroslagWelding 利用電流通過液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法 冷卻銅滑塊 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 4電渣焊 ElectroslagWelding 特點(diǎn)多用于立焊可一次焊成很厚的焊件 生產(chǎn)效率高節(jié)省材料 不需開坡口 留25 35mm間隙即可焊縫金屬比較純凈 熔渣保護(hù) 液態(tài)保持時(shí)間長缺點(diǎn) 熱影響區(qū)寬 晶粒粗大 焊后正火處理細(xì)化晶粒應(yīng)用適用于板厚40mm以上鍋爐 重型機(jī)械等大型設(shè)備 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 5等離子弧焊 PlasmaArcWelding 等離子弧特點(diǎn) 氬氣流電離 三種壓縮效應(yīng) 機(jī)械 熱 磁高溫 高能量 高速 電弧挺直 3mm 穩(wěn)定 穿透力強(qiáng)等離子弧焊特點(diǎn)熱影響區(qū)小 可焊熱敏感性強(qiáng)的材料穿透力強(qiáng) 焊厚大板材 無需開坡口微束等離子弧 電流小到0 1A時(shí)仍能穩(wěn)定燃燒 焊接超薄板缺點(diǎn) 成本高 設(shè)備 耗氣 應(yīng)用國防工業(yè)和尖端技術(shù)所用銅合金 合金鋼 鎢 鉬 鈷 鈦等金屬的焊接 一般用于室內(nèi) 高熔點(diǎn)合金 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 6真空電子束焊利用定向高速運(yùn)動(dòng)的電子束流撞擊工件使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能而使工件熔化 形成焊縫 特點(diǎn) 用于焊稀有 難熔金屬焊縫金屬高純度 內(nèi)部熔合好 無氣孔 無夾渣 能量密度高 熔深大 無焊接變形 不產(chǎn)生裂紋 任何厚件都無需開坡口 不用焊絲 焊劑等 缺點(diǎn) 成本高 工件大小受限應(yīng)用 從微型電子線路組件到大型的導(dǎo)彈外殼 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 7激光焊接激光能量放出迅速 幾毫秒 生產(chǎn)效率高在大氣中焊接 幾乎不氧化作用時(shí)間短 熱影響區(qū)小 不產(chǎn)生變形能焊異種材料 如金屬與非金屬應(yīng)用多用于微電子學(xué)元件的點(diǎn)焊焊接厚度受限用于一般電極無法插入位置的焊接 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 8電阻焊 ResistanceWelding 電阻焊 利用電流通過焊件及接觸處所產(chǎn)生的電阻熱 將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài) 然后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法 點(diǎn)焊縫焊對焊 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 8電阻焊 ResistanceWelding 優(yōu)點(diǎn)生產(chǎn)效率高變形小勞動(dòng)條件好無需填料缺點(diǎn)耗電需清理表面分流現(xiàn)象 點(diǎn)焊和縫焊時(shí) 已焊成的焊點(diǎn)會(huì)導(dǎo)通電流 造成一定功率損耗 通電 加壓電阻發(fā)熱 金屬熔化 形成焊點(diǎn) 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 9摩擦焊 FrictionWelding 利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱量 使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài) 然后迅速頂鍛完成焊接的一種壓焊方法 特點(diǎn)和應(yīng)用摩擦過程可以清除表面雜質(zhì) 接頭質(zhì)量好沒有電弧 不需要焊劑或保護(hù)氣體可用于異種金屬的焊接圓形截面的棒材或管材 第三節(jié)其他常用焊接方法 第四章金屬的焊接成形 OtherCommonWeldingMethods 3 10釬焊 Brazing 利用熔點(diǎn)比焊件低的釬料 釬絲 作填充金屬 適當(dāng)加熱后 釬料熔化而將處于固態(tài)的焊件聯(lián)結(jié)起來的焊接方法 焊件不熔化 軟釬焊 450 銅焊加熱方法 烙鐵 火焰 電阻 感應(yīng)等釬劑 如松香 硼砂 作用 清除氧化膜和雜質(zhì) 改善釬料浸潤性 保護(hù)釬料和焊件免于氧化 特點(diǎn) 焊件加熱溫度低 變形小釬焊的接頭強(qiáng)度較低 第四節(jié)常用金屬材料的焊接 第四章金屬的焊接成形 WeldingofCommonMaterials 4 1金屬材料的焊接性 可焊性 焊接性 被焊金屬材料在一定的焊接條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度 影響焊接性的因素被焊接材料的化學(xué)成分 主要是指C含量 焊接方法焊接性的評價(jià)方法碳當(dāng)量法 把影響焊接性能的合金元素對焊接性的影響折算為碳對焊接性的影響 碳對焊接性影響最大 影響鋼鐵材料鑄造性能 可鍛性 可焊性的共同因素是什么 碳當(dāng)量愈高 塑性越差 焊接應(yīng)力越大 焊接性越差 第四節(jié)常用金屬材料的焊接 第四章金屬的焊接成形 WeldingofCommonMaterials 4 2碳鋼的焊接低碳鋼塑性好 沒有淬硬傾向 焊接應(yīng)力小 可使用各種焊接方法特例 環(huán)境溫度低或構(gòu)件剛性較大時(shí) 中碳鋼可焊性較低 產(chǎn)生淬硬組織和冷裂 熱裂傾向明顯 焊前預(yù)熱 焊后緩冷 熱處理 以改善焊接接頭塑性 減少殘余應(yīng)力 用低氫焊條高碳鋼 必須采取以上措施 塑性好壞對焊接應(yīng)力的影響 影響因素S P H 第四節(jié)常用金屬材料的焊接 第四章金屬的焊接成形 WeldingofCommonMaterials 4 3合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接強(qiáng)度級別低的 合金元素含量少 碳當(dāng)量低 s 400MPa 焊接性好 s 400MPa 淬硬傾向明顯 易開裂措施 焊前預(yù)熱150 250 焊后緩冷焊后熱處理 高溫回火用低氫焊條 第四節(jié)常