機械制造基礎(chǔ)上冊第章金屬的焊接成型市公開課一等獎省賽課微課金獎?wù)n件

第8章金屬焊接成型8.1焊接工藝基礎(chǔ)8.2熔化焊8.3其它焊接方法8.4慣用金屬材料焊接8.5焊接件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計1/90焊接方法種類很多，各有其特點及應(yīng)用范圍。但按焊接過程本質(zhì)不一樣，可分為熔化焊、壓力焊、釬焊三大類。熔化焊：它是利用局部加熱方法，把工件焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接成為一個整體。這類僅靠加熱工件到熔化狀態(tài)實現(xiàn)焊接工藝方法，叫熔化焊，簡稱熔焊。壓力焊：是將兩構(gòu)件連接部分加熱到塑性狀態(tài)或表面局部熔化狀態(tài)，同時施加壓力使焊件連接起來一類焊接方法，叫壓力焊，簡稱壓焊。釬焊：利用熔點比母材低填充金屬熔化之后，填充接頭間隙并與固態(tài)母材相互擴散實現(xiàn)連接一個焊接方法。2/903/90焊接與其它加工方法相比，含有以下特點：①適應(yīng)性廣②能夠生產(chǎn)要求密封性構(gòu)件③可節(jié)約金屬4/908.1焊接工藝基礎(chǔ)8.1.1電孤焊冶金過程特點8.1.2焊接接頭組織和性能8.1.3焊接變形與應(yīng)力5/908.1.1電孤焊冶金過程特點1.焊接電弧焊接電弧組成圖2.焊接冶金過程特點6/908.1.2焊接接頭組織和性能1.焊件上溫度改變和分布2.焊接接頭金屬組織與性能改變3.改進(jìn)焊接熱影響區(qū)性能方法7/901.焊件上溫度改變和分布焊接區(qū)各點溫度改變情況8/902.焊接接頭金屬組織與性能改變低碳鋼焊接接頭組織與性能改變示意圖9/90（1）焊縫（2）焊接熱影響區(qū)①熔合區(qū)②過熱區(qū)③正火區(qū)④部分相變區(qū)⑤再結(jié)晶區(qū)3.改進(jìn)焊接熱影響區(qū)性能方法10/908.1.3焊接變形與應(yīng)力1.焊接變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因2.焊接變形基本形式3.預(yù)防及消除焊接應(yīng)力4.預(yù)防及矯正焊接變形5.矯正焊接變形方法11/901.焊接變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因模擬焊縫示意圖12/902.焊接變形基本形式焊接變形基本形式①收縮變形②角變形③彎曲變形④波浪變形⑤扭曲變形13/903.預(yù)防及消除焊接應(yīng)力（1）降低焊接應(yīng)力辦法①焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計要防止焊縫密集交叉，焊縫截面和長度也要盡可能小，以降低焊接局部加熱從而降低焊接殘余應(yīng)力。②預(yù)熱能夠減小工件溫差，也能減小殘余應(yīng)力。③采取合理焊接次序，使焊縫能較自由地收縮，以減小應(yīng)力。④采取小線能量焊接時，殘余應(yīng)力也較小。⑤每焊完一道焊縫，馬上均勻錘擊焊縫使金屬伸長，也能減小焊接殘余應(yīng)力。（2）消除焊接應(yīng)力方法消除應(yīng)力最慣用、最有效方法是消除應(yīng)力退火。14/90拼焊時焊接次序15/904.預(yù)防及矯正焊接變形(1)預(yù)防焊接變形辦法①設(shè)計結(jié)構(gòu)時，要考慮預(yù)防焊接變形。②焊前組裝時，采取反變形法。③剛性固定法。④焊接工藝上，采取能量集中焊接方法，采取小線能量，采取合理焊接次序，采取多層多道焊等，都能降低焊接變形。16/90平板對焊時反變形法17/90焊工字梁時反變形法18/90剛性固定法19/90合理焊接次序20/90分段退焊法21/905.矯正焊接變形方法矯正焊接變形方法有機械矯正法和火焰矯正法兩種。22/908.2熔化焊8.2.1手工電弧焊過程及工藝(設(shè)備焊條及參數(shù))8.2.2其它熔化焊方法23/908.2.1手工電弧焊過程及工藝(設(shè)備焊條及參數(shù))1.手工電弧焊設(shè)備(1)交流電焊機(2)直流電焊機①發(fā)電機式直流電焊機②整流式直流電焊機③逆變式直流弧焊機24/90火焰加熱矯正丁字梁焊接變形25/90焊機內(nèi)部接線圖26/90BX3-300型交流電弧焊機27/902.手工電弧焊焊條(1)焊條組成及作用①焊芯②藥皮（2）焊條分類和編號（3）焊條選取標(biāo)準(zhǔn)焊接低碳鋼或低合金鋼時，普通應(yīng)使焊縫金屬與母材等強度；焊接耐熱鋼、不銹鋼時，應(yīng)使焊縫金屬化學(xué)成份與焊件化學(xué)成份相近；焊接形狀復(fù)雜和剛度大結(jié)構(gòu)及焊接承受沖擊載荷、交變載荷結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選取抗裂性能好堿性焊條；焊接難以在焊前清理焊件時，應(yīng)選取抗氣孔性能好酸性焊條。使用酸性焊條比堿性焊條經(jīng)濟，在滿足使用性能要求前提下應(yīng)優(yōu)先選取酸性焊條。28/90幾個慣用焊絲牌號和成份(GB/T14957-1994)29/90鋼焊條藥皮類型和電源種類編號30/903.手工電弧焊工藝進(jìn)行手工電弧焊時需要考慮以下幾個方面主要工藝問題：(1)接頭形式及準(zhǔn)備工作①接頭形式②接頭準(zhǔn)備工作（2）焊接規(guī)范選擇①焊條直徑選擇②焊接電流選擇31/90各種接頭形式32/90對接接頭各種坡口形式33/908.2.2其它熔化焊方法1.埋弧自動焊（1）埋弧自動焊設(shè)備（2）焊接材料（3）埋弧自動焊工藝（4）埋弧自動焊特點和應(yīng)用①生產(chǎn)率高、成本低。②焊接質(zhì)量好。③勞動條件好。34/90埋弧焊自動焊過程示意圖35/90埋弧自動焊裝置示意圖36/90熔煉焊劑牌號37/90對接接頭焊接工藝舉例38/90焊劑墊環(huán)縫自動焊示意圖39/902.氣體保護(hù)電弧焊(1)氬弧焊氬弧焊主要特點以下：①保護(hù)效果好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊縫成形美觀，適于焊接各類合金鋼、易氧化有色金屬及稀有金屬。②電弧在氬氣流壓縮下燃燒，熱量集中，所以焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊后變形也較小。③電弧穩(wěn)定，尤其是小電流時也很穩(wěn)定。所以，輕易控制熔池溫度及單面焊雙面成形。為了更輕易確保工件后面均勻焊透和焊縫成形，現(xiàn)在普遍采取脈沖電流來焊接，這種焊接方法叫脈沖氬弧焊。④明弧可見，便于觀察和操作，可全位置焊，焊后無渣，便于機械化和自動化。40/901.焊絲或電極2.導(dǎo)電嘴3.噴嘴4.進(jìn)氣管5.氬氣流6.電弧7.工件8.填充焊絲9.送絲輥輪41/90鎢極氬弧焊焊接接頭形式42/90脈沖氬弧焊電流43/90二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊主要特點是：①成本低②質(zhì)量好③生產(chǎn)率高④適應(yīng)性強44/90二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊裝置示意圖45/903.電渣焊電渣焊過程可分為三個階段：①建立渣池②正常焊接過程③焊縫收尾46/90電渣焊47/908.3其它焊接方法8.3.1電阻焊8.3.2釬焊8.3.3焊接新工藝技術(shù)介紹48/908.3.1電阻焊1.對焊2.點焊3.多點凸焊4.縫焊49/901.對焊電阻焊基本形式50/90對焊51/90點焊焊接過程52/90多點凸焊原理53/908.3.2釬焊1.軟釬焊2.硬釬焊54/90慣用釬焊接頭形式55/908.3.3焊接新工藝技術(shù)介紹1.等離子弧焊接與切割2.真空電子束焊接3.激光焊接與切割4.計算機在焊接上應(yīng)用5.焊接機器人和智能化56/901.等離子弧焊接與切割等離子弧焊示意圖57/902.真空電子束焊接電子束焊接特點是：電子束能量密度很高，焊縫深而窄，焊件熱影響區(qū)、焊接變形極??；焊接質(zhì)量高，焊接速度快。58/903.激光焊接與切割（1）激光焊接（2）激光切割①激光蒸發(fā)切割②激光熔化吹氣切割③激光反應(yīng)氣體切割59/904.計算機在焊接上應(yīng)用利用計算機對焊接生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行采集，存放并打印成報表；對焊接瞬態(tài)過程參數(shù)進(jìn)行檢測與數(shù)據(jù)處理，方便于研究焊接瞬態(tài)過程；對焊機輸出焊接參數(shù)進(jìn)行控制等是當(dāng)前計算機在焊接中應(yīng)用最主要方向。60/905.焊接機器人和智能化焊接機器人是焊接柔性自動化新方式。焊接機器人主要優(yōu)點是穩(wěn)定和提升焊接質(zhì)量，確保其均一性；提升生產(chǎn)率，可24小時連續(xù)生產(chǎn)；可在有害環(huán)境下長久工作，改進(jìn)了工人勞動條件，降低對工人操作技術(shù)要求，可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品焊接自動化；為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術(shù)基礎(chǔ)。61/908.4慣用金屬材料焊接8.4.1金屬焊接性能8.4.2慣用金屬材料焊接特點62/908.4.1金屬焊接性能1.金屬焊接性能概念2.估算鋼材可焊性方法63/901.金屬焊接性能概念金屬材料焊接性能（又稱可焊性），是指被焊金屬在采取一定焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，取得優(yōu)質(zhì)焊接接頭難易程度。它包含兩個方面：一是工藝可焊性，主要是指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺點傾向，尤其是出現(xiàn)各種裂縫可能性；二是使用可焊性，主要是指焊接接頭在使用中可靠性，包含焊接接頭機械性能及其它特殊性能(如耐熱、耐蝕性能等)。64/902.估算鋼材可焊性方法碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼碳當(dāng)量經(jīng)驗公式為：65/908.4.2慣用金屬材料焊接特點1.碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接2.鑄鐵補焊3.慣用有色金屬及其合金焊接66/901.碳素鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接(1)碳素鋼焊接①低碳鋼焊接②中碳鋼焊接③高碳鋼補焊67/90（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接68/902.鑄鐵補焊鑄鐵焊接性差，其焊接過程會產(chǎn)生以下幾個問題：①焊接接頭易產(chǎn)生白口及淬硬組織②開裂傾向大③焊縫中易產(chǎn)生氣孔和夾渣69/903.慣用有色金屬及其合金焊接(1)銅及銅合金焊接銅及銅合金焊接性比低碳鋼差，在焊接時常出現(xiàn)以下情況：①銅及其合金導(dǎo)熱性好，熱容量大。母材和填充金屬不能很好地熔合，易產(chǎn)生焊不透現(xiàn)象。②銅及其合金線膨脹系數(shù)大，凝固時收縮率大，所以其焊接變形較大。假如焊件剛度大，限制焊件變形，則焊接應(yīng)力就大，易產(chǎn)生裂紋。③液態(tài)銅溶氫能力強，凝固時其溶解度急劇下降，氫來不及逸出液面，易生成氣孔。④銅在高溫時極易氧化，生成氧化亞銅(Cu2O)，它與銅易形成低熔點共晶體，分布在晶界上，易引發(fā)熱裂紋。⑤銅合金中許多合金元素（鋅、錫、鉛、鋁及錳等）比銅更易氧化和蒸發(fā)，從而降低焊縫力學(xué)性能，并易產(chǎn)生熱裂、氣孔和夾渣等，缺點。為確保銅及其合金焊接質(zhì)量，常采取以下辦法：①嚴(yán)格控制母材和填充金屬中有害成份，對主要銅結(jié)構(gòu)，必須選取脫氧銅做母材。②去除焊件、焊絲等表面上油、銹和水分，以降低氫起源。③焊前預(yù)熱以填補熱傳導(dǎo)損失，并改進(jìn)應(yīng)力分布情況；焊后進(jìn)行再結(jié)晶退火，以細(xì)化晶粒和破壞晶界上低熔點共晶體。70/90(2)鋁及鋁合金焊接鋁及其合金焊接時有以下特點：①易氧化在焊接過程中，鋁及其合金極易生成熔點高(約2050℃)、密度大(3.85g／cm3)氧化鋁，妨礙了金屬之間良好結(jié)合，并易造成夾渣，處理方法是：焊前去除工件坡口和焊絲表面氧化物，焊接過程中采取氬氣保護(hù)；在氣焊時，采取熔劑，并在焊接過程中不停用焊絲挑破熔池表面氧化膜。②易形成氣孔液態(tài)鋁溶氫能力強，凝固時其溶氫能力將大大下降，易形成氫氣孔。③易產(chǎn)生熱裂紋鋁及鋁合金線膨脹系數(shù)約為鋼兩倍，凝固時體積收縮率約6.5%左右，所以，焊接一些鋁合金時，往往因為過大內(nèi)應(yīng)力而在脆性溫度區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生熱裂紋。④鋁在高溫時強度和塑性很低焊接時常因為不能支持熔池金屬而引發(fā)焊縫塌陷或燒穿，所以，常需要采取墊板。71/908.5焊接件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計8.5.1焊接件材料選擇8.5.2焊接方法選擇8.5.3焊縫布置8.5.4接頭型式8.5.5焊接件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計示例72/908.5.1焊接件材料選擇焊接結(jié)構(gòu)件選材除應(yīng)滿足載荷、環(huán)境等工作條件外，還應(yīng)滿足以下要求：①工藝性能要求②體積與重量要求③經(jīng)濟性④優(yōu)先選取型材和管材73/908.5.2焊接方法選擇各種焊接方法特點比較74/908.5.3焊縫布置1.便于操作2.避開應(yīng)力最大或應(yīng)力集中部位3.防止密集與匯交4.避開加工部位75/90手工電弧焊操作空間76/90點焊或縫焊焊縫設(shè)置77/90避開最大應(yīng)力部位78/90避開應(yīng)力集中部位79/90防止焊縫密集80/90防止焊縫交匯81/90手弧焊接頭形式和坡口形式82/90不一樣厚度板對接83/908.5.5焊接件結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計示例1.確定焊縫位置2.設(shè)計焊接接頭3.選擇焊接方法和焊接材料4.瓶體裝配圖5.主要工藝辦法6.主要工藝過程84/901.確定焊縫位置瓶體焊縫布置方案85/902.設(shè)計焊接接頭氣瓶主環(huán)縫接頭形式86/903.選擇焊接方法和焊接材料瓶體焊接采取生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量穩(wěn)定埋弧自動焊。焊接材料可用焊絲H08A、H08MnA或H10Mn2A，配合HJ431。瓶嘴焊接因焊縫直徑小，用手弧焊焊接。構(gòu)件材料選取20鋼時，焊條可用E4303(J422)；構(gòu)件材料為1