金属材料成形基础第四篇.ppt

第四篇第四篇 焊焊 接接 概概 述述 一、金属焊接成形一、金属焊接成形用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。二、焊接成形的分类二、焊接成形的分类 1 1熔化焊：熔化焊：2 2压力焊：压力焊：3 3钎焊：钎焊：电弧焊电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等焊、等离子弧焊等电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等爆炸焊、高频焊、扩散焊等软钎焊、硬钎焊软钎焊、硬钎焊三、焊接成形的特点三、焊接成形的特点1 1接头接头 牢固、封性好。牢固、封性好。2 2可化大为小、以小拼大。可化大为小、以小拼大。3 3可实现异种金属的连接。可实现异种金属的连接。4 4重量轻、加工装配简单。重量轻、加工装配简单。5 5焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。1 1 手工电弧焊的焊接过程手工电弧焊的焊接过程 第一章第一章 金属焊接成形工艺基础金属焊接成形工艺基础 一、手工电弧焊的特点一、手工电弧焊的特点1.1.设备简单、应用灵活方便。设备简单、应用灵活方便。2.2.劳动条件差、生产率低、质量不稳定。劳动条件差、生产率低、质量不稳定。二、手工电弧焊焊接过程二、手工电弧焊焊接过程引弧引弧 形成熔池形成熔池形成焊缝形成焊缝三、焊接电弧三、焊接电弧1.1.焊接电弧的概念焊接电弧的概念2.2.电弧的构造及热量分布电弧的构造及热量分布阴极区：阴极区：阳极区：阳极区：弧柱区：弧柱区：2400k 36%2600k 42%50008000k 21%3.3.电弧的极性电弧的极性直流电源直流电源正接极正接极：直流电源直流电源反接极反接极：工件工件正极（阳极）；焊条正极（阳极）；焊条负极（阴极）。负极（阴极）。工件工件负极（阴极）；焊条负极（阴极）；焊条正极（阳极）。正极（阳极）。用于薄板金属的焊接用于薄板金属的焊接 2 2 焊接冶金过程与电焊条焊接冶金过程与电焊条一、熔焊冶金过程特点一、熔焊冶金过程特点1.1.熔池金属温度高于一般冶金温度熔池金属温度高于一般冶金温度2.2.熔池金属冷却快，处于液态的时间短熔池金属冷却快，处于液态的时间短2000k使金属元素强烈蒸发、烧损。使金属元素强烈蒸发、烧损。10s化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。3.3.空气对焊缝的影响严重空气对焊缝的影响严重O2OFe+O FeOMn+O MnOSi+O SiO2C+O CO1 1）O O2 2：氧化的结果氧化的结果合金元素被烧损；合金元素被烧损；焊缝产生夹渣的缺陷；焊缝产生夹渣的缺陷；形成形成COCO气孔。气孔。2 2）N N2 2 ：Fe+N Fe4N使接头的塑性、韧性下降。使接头的塑性、韧性下降。3 3）H H2 2 ：氢气孔氢气孔 氢脆氢脆二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施1.1.减少有害气体进入熔池；减少有害气体进入熔池；2.2.渗入合金元素；渗入合金元素；3.3.清除已进入熔池的有害元素。清除已进入熔池的有害元素。NN2HH22.2.电焊条的分类电焊条的分类结构钢焊条结构钢焊条JJ；钼和铬耐热钢焊条钼和铬耐热钢焊条RR；低温钢焊条低温钢焊条WW；不锈钢焊条不锈钢焊条AA；堆焊焊条堆焊焊条DD；铸铁焊条铸铁焊条ZZ；镍及镍合金焊条镍及镍合金焊条Ni Ni；铜及铜合金焊条铜及铜合金焊条TT；铝及铝合金焊条铝及铝合金焊条LL；特殊用途焊条特殊用途焊条TSTSJ 5 0 7药皮种类（低氢型）药皮种类（低氢型）抗拉强度抗拉强度结构钢焊条结构钢焊条J 4 2 2药皮种类（钙钛型）药皮种类（钙钛型）抗拉强度抗拉强度结构钢焊条结构钢焊条酸性焊条：酸性焊条：碱性焊条：碱性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主在熔渣中以酸性氧化物为主（TiOTiO2 2、SiOSiO2 2、FeFe2 2O O3 3）在熔渣中以碱性氧化物为主在熔渣中以碱性氧化物为主（K K2 2O O、NaNa2 2O O、CaOCaO、MnOMnO）三、电焊条的选用三、电焊条的选用1.1.根据被焊工件的强度选用根据被焊工件的强度选用2.2.根据被焊工件的化学成分选用根据被焊工件的化学成分选用3.3.根据被焊工件工作条件和结构选用根据被焊工件工作条件和结构选用4.4.根据实际生产状况选用根据实际生产状况选用一、一、焊接热循环焊接热循环焊接接头焊接接头焊缝区焊缝区焊接热影响区焊接热影响区1 1）焊缝区焊缝区熔池金属冷却结晶所形成的熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。铸态组织。2 2）焊接热影响区焊接热影响区二、二、焊接接头金属组织与性能的变化焊接接头金属组织与性能的变化焊缝两侧的母材，由于焊焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，接热的作用，其组织和性其组织和性能发生变化的区域能发生变化的区域。3 3 焊接接头金属的组织与性能焊接接头金属的组织与性能 熔合区熔合区是焊缝和母材金属的交界区。是焊缝和母材金属的交界区。（0.10.11mm1mm）加热温度：加热温度：T液T固强度、塑性、韧性极差，是强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。裂纹和局部脆断的发源地。过热区过热区加热温度：加热温度：T固1100 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。在热影响区内具有过热组在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。织或晶粒显著粗大的区域。（1 13mm3mm）正火区正火区加热温度：加热温度：1100 AC3在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.21.24mm4mm）力学性能优于母材。力学性能优于母材。部分相变区部分相变区在热影响区内发生部分相变的区域。在热影响区内发生部分相变的区域。加热温度：加热温度：AC3AC1力学性能较母材稍差。力学性能较母材稍差。力学性能最差的区域：力学性能最差的区域：熔合区熔合区和和过热区过热区减小和消除焊接热影响区的方法：减小和消除焊接热影响区的方法：小电流、快速焊接；小电流、快速焊接；采用先进的焊接方法；采用先进的焊接方法；焊后热处理（正火）焊后热处理（正火）3 3 焊接应力与变形焊接应力与变形一、焊接应力与变形产生的原因一、焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的根本原因是：焊接应力与变形产生的根本原因是：焊件焊件(工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。L L0焊接应力状态：焊接应力状态：焊缝区域焊缝区域拉应力拉应力两侧冷金属两侧冷金属压应力压应力焊接变形：焊接变形：焊件整体缩短焊件整体缩短 L L二、焊接变形的基本形式二、焊接变形的基本形式1.1.收缩变形收缩变形 2.2.角变形角变形3.3.弯曲变形弯曲变形4.4.扭曲变形扭曲变形 5.5.波浪形变形波浪形变形三、焊接应力与变形的防止三、焊接应力与变形的防止1.1.焊接应力的防止及消除措施焊接应力的防止及消除措施1 1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。2 2）合理选择焊接顺序。）合理选择焊接顺序。（）（）（）1 12 23 3）锤击或碾压焊缝）锤击或碾压焊缝4 4）采用小能量、多层焊）采用小能量、多层焊5 5）焊前预热（）焊前预热（150150350350）6 6）焊后热处理（去应力退火）焊后热处理（去应力退火）可消除应力可消除应力80%80%左右左右2.2.焊接变形的防止及矫正措施焊接变形的防止及矫正措施1 1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。2 2）合理选择焊接顺序。）合理选择焊接顺序。1 12 23 34 41 4 3 21 12 23 34 43 3）加裕量法。）加裕量法。4 4）反变形法。）反变形法。1234561 4 5 2 3 61 2 3 45 5）采用焊前刚性固定法。）采用焊前刚性固定法。6 6）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）。）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）。7 7）焊接变形的矫正）焊接变形的矫正 机械矫正机械矫正 火焰矫正火焰矫正 第二章第二章 常用焊接成形方法常用焊接成形方法1 1 熔化焊熔化焊一、埋弧自动焊一、埋弧自动焊焊接电源焊接电源控制箱控制箱焊接小车焊接小车焊接热源：电弧热焊接热源：电弧热溶池保护：焊剂（气、渣溶池保护：焊剂（气、渣）1.1.埋弧自动焊设备及焊接过程埋弧自动焊设备及焊接过程2.2.埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺1 1）焊前准备）焊前准备2)2)采取防漏措施采取防漏措施双面焊；手工电弧焊封底；焊剂双面焊；手工电弧焊封底；焊剂垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板。垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板。板厚在板厚在202025mm25mm以下的工件可不开坡口；但在实际生产中，以下的工件可不开坡口；但在实际生产中，板板厚在板板厚在141422mm22mm应开应开Y Y型坡口，型坡口，板板厚在厚在222250mm50mm，可开，可开双双Y Y型坡口或型坡口或U U型坡口。型坡口。3)3)要有引弧板和引出板要有引弧板和引出板环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离一定距离a a；（；（a=20a=2040mm40mm）。直）。直径小于径小于250mm250mm一般不采用埋弧焊。一般不采用埋弧焊。3.3.埋弧自动焊工艺特点埋弧自动焊工艺特点1 1）生产率高（手弧焊的）生产率高（手弧焊的5 51010倍）倍）2 2）焊接质量高且稳定。）焊接质量高且稳定。3 3）节约金属材料、生产成本低。）节约金属材料、生产成本低。4 4）劳动条件好。）劳动条件好。5 5）只能在水平位置焊接。）只能在水平位置焊接。应用应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。身）等的焊接。二、气体保护焊二、气体保护焊1.1.氩弧焊氩弧焊利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：保护介质：ArArArAr不与金属发生化学反应不与金属发生化学反应不产生夹渣缺陷不产生夹渣缺陷不溶解于液体金属中不溶解于液体金属中不产生气孔缺陷不产生气孔缺陷比重大于空气（比重大于空气（25%25%）“阴极破碎阴极破碎”作用作用1 1）熔化极氩弧焊）熔化极氩弧焊25mm25mm以下的工件以下的工件2 2）非熔化极氩弧焊）非熔化极氩弧焊适于适于6mm6mm以下工件的焊接以下工件的焊接熔化极亚弧焊熔化极亚弧焊非熔化极亚弧焊非熔化极亚弧焊3 3）氩弧焊的特点及应用）氩弧焊的特点及应用 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。焊接质量优良。电弧燃烧稳定，飞溅小。电弧燃烧稳定，飞溅小。焊接热影响区和变形小。焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。可进行全位置焊接。氩气昂贵，设备造价高。氩气昂贵，设备造价高。应用：应用：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。适用所有金属材料的焊接。适用所有金属材料的焊接。以以COCO2 2气体作为保护性介质的电弧焊方法气体作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：焊接热源：电弧热电弧热保护介质：