金屬工藝學(xué)課件4

第四章材料的連接成形

—金屬焊接2006-2-81—、概述本質(zhì)

分離金屬構(gòu)件于連接處達(dá)到原子間結(jié)合，滿(mǎn)足使用要求，此稱(chēng)焊接。

原理

1）局部加熱至熔化，通過(guò)結(jié)晶凝固而連接。2）局部加熱加壓至塑性狀態(tài)而連接。3）通過(guò)其他物理方式獲得連接效果。2006-2-82焊接方法的分類(lèi)1）熔化焊

接頭局部加熱至熔化狀態(tài)，通過(guò)結(jié)晶凝固而連接成不可拆卸的整體主要包括電弧焊等。

2006-2-832）壓力焊

對(duì)焊件施加壓力（可同時(shí)加熱），通過(guò)塑性連接、金屬再結(jié)晶和原子擴(kuò)散獲得原子間結(jié)合。主要包括用電阻加熱的壓力焊（點(diǎn)焊、對(duì)焊、高頻焊等）和摩擦焊等。2006-2-843）釬焊

低熔點(diǎn)釬料熔化并滲入被焊工件接頭間隙中，然后通過(guò)原子擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)連接。2006-2-85

應(yīng)用

廣泛用于制造各種金屬結(jié)構(gòu)，如橋梁、船舶、密封壓力容器、化工設(shè)備、機(jī)車(chē)、車(chē)輛和飛行器等。2006-2-86二、熔焊工藝基礎(chǔ)焊接電弧

介于電極與焊件間的一種氣體介質(zhì)的連續(xù)放電現(xiàn)象，伴隨有強(qiáng)烈的光和熱，產(chǎn)生高溫。

電弧電源：交流電和直流電兩種。

電弧工作電壓：16~35V

溫度分布：弧柱區(qū)：6000~8000K

陽(yáng)極區(qū)：2600K

陰極區(qū)：2400K

電弧結(jié)構(gòu)：由陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)和弧柱區(qū)構(gòu)成。2006-2-87工件

陰極區(qū)2400K弧柱區(qū)6000-8000K陽(yáng)極區(qū)2600K（+）（-）2006-2-882、電弧焊質(zhì)量控制弧焊冶金反應(yīng)激烈，但不完全。焊接接頭組織不均，性能脆弱。產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，降低承載能力。2006-2-891）焊縫區(qū)冶金反應(yīng)激烈，但不平衡基于電弧強(qiáng)熱高溫，連接處局部熔化，熔池內(nèi)冶金反應(yīng)激烈，金屬蒸發(fā)，氣體離子還原成原子狀態(tài)，金屬燒損，形成氧化夾雜。工件液滴金屬熔池

熔池小，冷卻快，液體停留時(shí)間短，冶金反應(yīng)不平衡，有害氣體（H2）進(jìn)入熔池，焊縫性能下降。2006-2-810

焊縫冶金質(zhì)量控制途徑：

對(duì)熔池（液態(tài)金屬）實(shí)行隔離空氣保護(hù)。方法：

熔渣保護(hù)：焊條電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、電渣焊等；氣體保護(hù)：Ar氣保護(hù)、CO2氣體保護(hù)。向熔池添加合金元素，調(diào)整冶金成分。2006-2-8112）焊接熱影響區(qū)組織變異，性能脆弱焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)構(gòu)成。低碳鋼焊接接頭溫度分布與組織1500

T,C焊縫熔合區(qū)熱影響區(qū)Wc,%熔合區(qū)過(guò)熱區(qū)正火區(qū)部分相變區(qū)2006-2-812

熱影響區(qū)（3~6mm）組織變異狀況：部分相變區(qū)（Ac1~Ac3）：不完全正火或淬火，力學(xué)性能減弱。

正火區(qū)（Ac3~Ac3+100~200C）:受熱正火（奧氏體化，空泠）熱處理，力學(xué)性能改善。對(duì)于中碳、高碳鋼、合金鋼，有淬火傾向，出現(xiàn)馬氏體，硬度脆化。

過(guò)熱區(qū)（Ac3+100~200C）:晶粒顯著粗大,形成過(guò)熱組織，塑性、韌性差。2006-2-813結(jié)論：

焊縫兩旁相當(dāng)于進(jìn)行了一次不同溫度規(guī)范的熱處理，此稱(chēng)熱影響區(qū)。熱影響區(qū)組織變異，對(duì)焊接接頭性能不利，使之脆弱，且熔焊過(guò)程中無(wú)法自動(dòng)消除，常采用焊后熱處理消除或改善。2006-2-8143）產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形原因

焊件局部不均勻加熱和冷卻，膨脹和收縮受到牽制，相關(guān)部位產(chǎn)生焊接應(yīng)力并出現(xiàn)變形。ll（+）（+）（-）ll’（+）（-）（-）焊接中冷卻后應(yīng)力規(guī)律

焊縫區(qū)—拉應(yīng)力（+）遠(yuǎn)離焊縫兩側(cè)對(duì)應(yīng)邊緣—壓應(yīng)力（-）2006-2-815

變形規(guī)律

焊接變形越大，焊接應(yīng)力減小，通過(guò)變形來(lái)平衡或釋放應(yīng)力，即變形總朝力圖減小焊接應(yīng)力的方向彎曲或扭曲。焊接變形形式

—整體尺寸收縮、角變形、彎曲、扭曲等。2006-2-816防止或減小焊接變形措施

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理；（2）采用正當(dāng)焊接工藝；如：剛性固定法反變形法

用夾具防止焊件變形示意圖2006-2-817（3）焊縫分散，不宜密集和過(guò)于交叉；焊縫設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能對(duì)稱(chēng)布置。

2006-2-818（4）合理安排焊接次序；對(duì)于長(zhǎng)焊縫，可許時(shí)應(yīng)分段施焊。12341—4—3—212341234561—4—5—2—3—61—2—3—42006-2-819

（5）焊后矯正處理包括機(jī)械矯正和火焰矯正。2006-2-820三、電弧焊1、焊條電弧焊焊芯藥皮

藥皮

造渣、造氣（CO2）；隔離空氣，保護(hù)熔池；滲入合金元素，調(diào)整成份。

焊芯作用

導(dǎo)電、熔補(bǔ)金屬；要求低硫、低磷、低碳；專(zhuān)用冶煉、軋制與拉拔而成；1）電焊條電焊條用于焊條電弧焊；電焊條由外覆藥皮和中間焊芯組成；2006-2-821

焊條類(lèi)型：

堿性焊條

藥皮為堿性氧化物。如J507表示用

于厚板的結(jié)構(gòu)鋼焊條，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低500MPa；氧化鈦鈣型藥皮，交直流電源兩用。

酸性焊條

藥皮為酸性氧化物。如J422表示結(jié)構(gòu)鋼焊條，熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不低于420MPa；氧化鈦鈣型藥皮，交直流電源兩用。2006-2-822

焊條選用

焊條直徑以焊絲直徑表示，標(biāo)準(zhǔn)系列1.6，2.0，2.5，3.2，4.0，5.0，6.0，8.0。

對(duì)動(dòng)載或受沖擊等重要零件的焊接，用堿性焊條。

滿(mǎn)足焊縫與母材等強(qiáng)度要求，熔敷金屬成分與母材基本一致。

2006-2-823

2）焊條電弧焊的焊接過(guò)程

電弧向前移動(dòng)，新的熔池形成，過(guò)后熔池凝固，構(gòu)成連續(xù)焊縫。

熔池保護(hù)：熔化了的熔渣浮起并受熱分解出

CO2、CO和H2，對(duì)熔池實(shí)施熔渣和氣體雙保護(hù)，防止O2、N2侵入。

熔池形成：電弧熱同時(shí)熔化焊條端部和工件連接處。2006-2-824

3）焊條工藝參數(shù)

焊接速度：保護(hù)焊透，焊縫良好前提下盡量快速施焊。

焊機(jī)空載電壓：60~70V。電弧工作電壓：20~35V。

焊接電流

=（30~45）d焊條（A）

焊條（焊芯）直徑與被焊件厚度相當(dāng)。

d件=3mm；d焊條=2