工藝技術(shù)_金屬的連接成型基礎(chǔ)課件

第三篇金屬的連接成型 連接成型 將簡(jiǎn)單型材或零件連接成復(fù)雜零件和機(jī)器部件的加工工藝根據(jù)連接成型原理不同 分為 機(jī)械連接 冶金連接 物化連接機(jī)械連接 利用螺釘 螺栓和鉚釘連接成型接頭可以拆卸 主要用于裝配 物化連接 利用粘接劑 通過物理 化學(xué)作用將材料連接成型接頭不可拆卸 主要用于異種材料冶金連接 通過加熱或加壓 或既加熱又加壓 使分離表面的原子間距足夠小形成金屬鍵而獲得永久性接頭主要用于金屬材料的連接 第九章焊接理論基礎(chǔ)與焊接質(zhì)量 焊接特點(diǎn) 1 節(jié)省材料 結(jié)構(gòu)重量輕2 焊接接頭具有良好的力學(xué)性能3 可以實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接成型4 可以生產(chǎn)要求密封性的連接成型缺點(diǎn) 有些材料焊接困難 焊接不當(dāng) 易產(chǎn)生缺陷 接頭組織 性能不均勻 易產(chǎn)生殘余變形 原理 通過加熱 加壓或加熱加壓 并且用或不用填充材料 使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法分類 按焊接過程的特點(diǎn)分為 熔化焊 壓力焊 釬焊 9 1電弧焊的本質(zhì) 電弧焊 用電弧作為熱源使焊件金屬局部熔化 形成熔池 隨著電弧的移動(dòng) 熔池中的液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶 形成焊縫 實(shí)現(xiàn)焊接 焊接的本質(zhì) 小范圍的金屬熔煉與鑄造 9 2焊接工藝基礎(chǔ) 熔焊 將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài) 不加壓力完成焊接的方法是最基本的焊接方法 焊接生產(chǎn)中占主導(dǎo)有電弧焊 氣焊 電渣焊 電子束焊 激光焊其中電弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法 一 焊接電弧 電弧是兩電極之間持久而強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象 其宏觀表現(xiàn)是發(fā)出強(qiáng)光 釋放大量的熱量電弧組成 陰極區(qū) 發(fā)射電子區(qū)陽極區(qū) 正離子區(qū) 并接受電子弧柱區(qū) 氣體電離區(qū) 電弧產(chǎn)生的過程 當(dāng)兩電極接觸時(shí) 因高溫 金屬很快熔化 并蒸發(fā) 當(dāng)兩極產(chǎn)生距離時(shí) 陰極表面金屬發(fā)射大量電子 陽極表面發(fā)生電離 在弧柱區(qū)電子與原子 分子間的碰撞產(chǎn)生大量熱量并導(dǎo)致電離 同時(shí)部分離子與電子間還會(huì)復(fù)合成原子或分子 并發(fā)光 電弧放電的特點(diǎn)是 電壓低 電流大 溫度高 能量密度大 可滿足焊接的要求正接 焊件接正極 焊條接負(fù)極反接 焊件接負(fù)極 焊條接正極 二 焊接冶金過程電弧焊時(shí) 母材和焊條受到高溫作用而熔化 形成熔池 熔池可看作是一個(gè)微型冶金爐 其內(nèi)要進(jìn)行一系列物理 化學(xué)過程其冶金過程有以下特點(diǎn) 1 金屬熔池很小 且四周是冷金屬 熔池處于液態(tài)的時(shí)間很短 1 由于化學(xué)反應(yīng)難于在如此短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡狀態(tài) 所以成分不均勻2 氣體和雜質(zhì)來不及浮出 導(dǎo)致容易產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷3 焊縫金屬組織結(jié)晶后易產(chǎn)生粗大的柱狀晶 2 熔池金屬溫度高于一般冶煉溫度因此金屬元素蒸發(fā)和燒損強(qiáng)烈 三 焊接三要素 1 熱源要求能量集中 溫度高 以保證金屬快速熔化 減小高溫對(duì)金屬性能的影響2 熔池的保護(hù)與凈化保護(hù) 采用熔渣 惰性氣體 真空等保護(hù)措施 將熔池與大氣隔離 阻止焊縫金屬氧化與雜質(zhì)進(jìn)入焊縫 凈化 降低焊縫中氧 硫 磷等元素的含量3 填充金屬一方面可保證填滿焊縫 另一方面可向焊縫過渡有益的合金元素 以彌補(bǔ)金屬的燒損 并調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分 滿足性能要求 9 2焊接接頭組織與性能 焊接接頭包括焊縫 熔合區(qū) 熱影響區(qū)熱影響區(qū) 焊縫附近組織 性能發(fā)生變化的區(qū)域熔合區(qū) 焊縫與熱影響區(qū)之間的過渡區(qū) 一 焊接工件上的溫度分布 焊縫周圍被加熱 冷卻 每一點(diǎn)被加熱的溫度不同 達(dá)到高溫的時(shí)間也不同 冷卻速度也不同 二 焊接接頭的組織與性能 低碳鋼焊接接頭 1 焊縫熔池凝固成焊縫 焊縫金屬的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心長(zhǎng)大 冷卻速度較快 晶粒呈垂直于熔池壁的柱狀晶 焊縫成分不均勻 焊縫中心區(qū)容易偏析硫 磷等雜質(zhì) 導(dǎo)致力學(xué)性能變差 2 熔合區(qū)焊縫于母材交接的過度區(qū)其加熱溫度介于液 固兩相線之間加熱時(shí) 金屬處于半熔化狀態(tài) 其成分不均勻 組織粗大 塑性 韌性很差是焊接接頭中性能最差的區(qū)域 3 熱影響區(qū)焊接過程中 被焊材料受熱 但未熔化 后 金相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化的區(qū)域 熱影響區(qū)分為 過熱區(qū) 正火區(qū) 部分相變區(qū) 再結(jié)晶區(qū) 1 過熱區(qū)具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域固相線 1100 性能 塑性 韌性很低 尤其是沖擊韌性較低 是熱影響區(qū)中性能最差的區(qū)域2 正火區(qū)相當(dāng)于受到正火處理的那部分區(qū)域1100 AC3冷卻后獲得正火組織 力學(xué)性能好 3 部分相變區(qū)發(fā)生部分相變AC3 AC1之間 僅部分組織發(fā)生相變冷卻后晶粒大小不均勻力學(xué)性能比母材差4 再結(jié)晶區(qū)AC1 450 之間 發(fā)生再結(jié)晶 硬度降低經(jīng)過冷塑性變形的母材才有再結(jié)晶區(qū) 熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度取決于焊接方法 焊接規(guī)范 接頭形式等因素 熱源集中 焊接速度快時(shí) 熱影響區(qū)小熱影響區(qū)往往是焊接件開始破壞的地方 三 影響焊接接頭組織和性能的因素 1 焊接材料2 焊接方法3 焊接工藝4 焊后熱處理 9 3焊接應(yīng)力和焊接變形 焊接過程中由于熱源對(duì)焊接件局部不均勻加熱 使焊接件產(chǎn)生應(yīng)力和變形一 焊接應(yīng)力于變形產(chǎn)生的原因受不均勻加熱和冷卻1 縱向焊接應(yīng)力自由伸縮的假想小板條 焊接中自由伸縮但實(shí)際情況是 假想條相結(jié)合 相互牽制 加熱 只加熱中間一條 是模擬的焊縫因超過塑性溫度 伸長(zhǎng)兩被壓縮冷卻 中間條壓縮 被兩邊牽制 產(chǎn)生拉應(yīng)力 兩邊條被中間條壓縮 產(chǎn)生壓應(yīng)力 2 橫向焊接應(yīng)力及變形往往比較復(fù)雜 分幾種情況討論1 由縱向變形引起的橫向應(yīng)力及變形鋼板單邊施焊時(shí) 焊后焊接邊縮短 向焊接邊發(fā)生側(cè)彎將焊縫看成為 將兩個(gè)板連接在一起焊縫中部出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力 兩側(cè)出現(xiàn)壓應(yīng)力 2 由焊縫冷卻先后不同形成的橫向應(yīng)力焊縫中 有三個(gè)焊接點(diǎn) 焊接第一個(gè)點(diǎn)A A點(diǎn)冷卻后鋼板的間隙變化不大 因?yàn)殇摪蹇梢宰杂缮炜s 焊接B點(diǎn) 受熱膨脹時(shí) 上端間隙被撐大 B點(diǎn)附近的金屬?zèng)]有受到明顯的壓縮變形 冷卻后間隙沒有明顯的縮小 焊接點(diǎn)C加熱 C點(diǎn)不能自由伸縮 受到A B的阻礙 因此C點(diǎn)受壓 B點(diǎn)受拉 A點(diǎn)受壓冷卻 C點(diǎn)被壓縮 產(chǎn)生塑性變形 焊點(diǎn)C處的間隙變小 但受到A B處的阻礙C點(diǎn)受拉 B受壓 A點(diǎn)受拉焊縫冷卻先后不同 對(duì)橫向應(yīng)力有影響 二 減小和防止焊接應(yīng)力的措施 1 采取合理的焊接順序使焊縫的收縮自由 不受大的約束1 先焊收縮量較大的焊縫 使其一開始能夠比較自由收縮變形2 先焊工作時(shí)受力大的焊縫 使其承受壓應(yīng)力臂厚不均時(shí) 先焊臂薄處3 拼焊時(shí) 先焊錯(cuò)開的短焊縫 后焊直通的長(zhǎng)焊縫 2 焊前預(yù)熱或加熱減應(yīng)區(qū) 3 采用小線能量 快速焊4 錘擊或輾壓焊縫5 焊后熱處理6 焊后拉伸或振動(dòng)工件 三 預(yù)防與矯正焊接變形的措施 1 預(yù)防措施1 合理選擇焊縫的尺寸和形式在保證承載力的前提下盡量減小焊縫尺寸 減小焊縫尺寸的設(shè)計(jì) 2 盡可能減少不必要的焊縫3 合理 安排焊縫位置 4 采用能量集中的熱源 對(duì)稱焊 分段焊和多層多道焊 5 預(yù)先反變形 6 焊前剛性固定 7 散熱法通過強(qiáng)迫冷卻減小焊縫及其附近的受熱量 2 矯正焊接變形方法設(shè)法造成新的變形 抵消殘余變形1 機(jī)械矯正法利用機(jī)械力的作用2 火焰加熱矯正法不均勻加熱的方式引起結(jié)構(gòu)變形 矯正原有的變形 9 4焊接質(zhì)量檢驗(yàn) 缺陷的存在降低承載力 且導(dǎo)致應(yīng)力集中 陳勝裂紋一 焊接接頭缺陷有外觀缺陷和內(nèi)部缺陷外觀缺陷 焊瘤 咬邊 未焊透內(nèi)部缺陷 裂紋 氣孔 夾雜 二 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)1 檢驗(yàn)過程1 焊前檢驗(yàn)2 生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)3 成品檢驗(yàn) 2 檢驗(yàn)方法1 外觀檢驗(yàn)以肉眼或低倍放大鏡2 磁粉檢查3 滲透探傷 著色探傷 4 超聲波探傷5 射線探傷6 密封性檢驗(yàn)7 耐壓檢驗(yàn)8 焊接接頭力學(xué)性能檢驗(yàn) 電弧焊 利用電弧作為熱源 使分離的金屬局部熔化 隨著電弧的移動(dòng) 熔池中的液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶 形成焊縫 實(shí)現(xiàn)焊接件的連接電弧焊的本質(zhì)是 小范圍內(nèi)的金屬熔煉與鑄造焊接過程包含有 熱過程 冶金過程 結(jié)晶過程 三 電焊條1 焊條組成由焊芯和藥皮組成焊芯 即是電極 又是填充金屬藥皮 涂在焊芯表面上的涂料層作用 提高電弧的穩(wěn)定性 產(chǎn)生保護(hù)熔渣的氣體 保證焊縫金屬的脫氧 硫 磷 向焊縫滲加必要的合金元素 2 焊條種類按用途劃分為十