材料工艺基础:第三章 焊接技术

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1、材料工艺基础材料工艺基础第三章 焊接技术材料工艺基础(焊接技术)23.1 材料连接方法材料连接方法o机械连接机械连接:螺栓螺栓-螺母连接,铆接螺母连接,铆接 o胶接胶接:用有机胶粘剂或无机胶粘剂胶连用有机胶粘剂或无机胶粘剂胶连 o焊接焊接:火焰焊、电弧焊、摩擦焊、高频焊、钎火焰焊、电弧焊、摩擦焊、高频焊、钎焊等焊等广泛应用于:飞机、汽车、船舶、火箭、房屋、桥梁、电站、广泛应用于:飞机、汽车、船舶、火箭、房屋、桥梁、电站、工业设备、输油管线等领域。工业设备、输油管线等领域。上述连接材料可以是金属、无机材料和塑料。其中,焊接应上述连接材料可以是金属、无机材料和塑料。其中,焊接应用最为广泛,特别是金

2、属的焊接。用最为广泛,特别是金属的焊接。材料工艺基础(焊接技术)3焊接是指采用适当的手段使两个分离的固态物质产生焊接是指采用适当的手段使两个分离的固态物质产生原子(分子)间结合而连接成一体的加工方法。被连原子(分子)间结合而连接成一体的加工方法。被连接的两个物体可以是各种接的两个物体可以是各种金属金属或或非金属非金属,也可以是一,也可以是一种金属与一种非金属。种金属与一种非金属。3.2 材料焊接材料焊接金属的焊接使被连接材料表面原子达到晶格间距,形成金属金属的焊接使被连接材料表面原子达到晶格间距,形成金属键的连接方式,具有稳定的形状(包括刚度和强度)。键的连接方式,具有稳定的形状(包括刚度和强

3、度)。分类:分类:熔化焊接、压力焊接、钎焊熔化焊接、压力焊接、钎焊材料工艺基础(焊接技术)43.2.1 焊接方法定义焊接方法定义o熔化焊接熔化焊接:使被连接两个被焊金属工件连接表面局部加热熔化为使被连接两个被焊金属工件连接表面局部加热熔化为液体,然后冷却结晶相互成一体的方法。液体,然后冷却结晶相互成一体的方法。电弧焊、熔渣电阻焊电弧焊、熔渣电阻焊(电渣焊)、电子束焊、激光焊、气焊、埋弧焊、氩弧焊等(电渣焊)、电子束焊、激光焊、气焊、埋弧焊、氩弧焊等。o压力焊接压力焊接(固相焊接):利用摩擦、扩散和加压等手段,使两个固相焊接):利用摩擦、扩散和加压等手段,使两个连接表面原子相互接近到晶格距离,工

4、件整体在固态的条件下实连接表面原子相互接近到晶格距离,工件整体在固态的条件下实现连接的方法。现连接的方法。变形焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、高频焊、电变形焊、摩擦焊、爆炸焊、扩散焊、高频焊、电阻对焊、闪光对焊等。阻对焊、闪光对焊等。o钎焊钎焊:利用某些熔点低于被连接构件材料的钎料金属利用某些熔点低于被连接构件材料的钎料金属(连接媒介物连接媒介物)加热熔化,在未熔的焊件连接界面上铺展润湿,与母体相互扩散加热熔化,在未熔的焊件连接界面上铺展润湿,与母体相互扩散然后冷却结晶形成结合的方法。然后冷却结晶形成结合的方法。火焰钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、火焰钎焊、浸渍钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、炉中钎焊、电弧钎

5、焊感应钎焊、炉中钎焊、电弧钎焊。材料工艺基础(焊接技术)53.2.2 熔化焊接熔化焊接(1)氧乙炔火焰焊(气焊)氧乙炔火焰焊(气焊)可用于焊接大部分黑色金可用于焊接大部分黑色金属和有色金属工件,具有属和有色金属工件,具有设备简单,操作灵活,成设备简单,操作灵活,成本低等优点,应用广泛。本低等优点,应用广泛。材料工艺基础(焊接技术)6气气焊焊焊焊炬炬及及工工作作示示意意图图材料工艺基础(焊接技术)7手工电弧焊是焊条和工件分别作为两个电极由焊工手工手工电弧焊是焊条和工件分别作为两个电极由焊工手工操作焊条进行焊接的方法,也称为焊条电弧焊。操作焊条进行焊接的方法,也称为焊条电弧焊。具有设备简单,操作灵

6、活,成本低等优点,且焊接性好,具有设备简单,操作灵活,成本低等优点,且焊接性好,对焊接接头的装配尺寸无特殊要求,可在各种条件下进行对焊接接头的装配尺寸无特殊要求,可在各种条件下进行各种位置的焊接,是生产中应用最广的焊接方法。主要应各种位置的焊接,是生产中应用最广的焊接方法。主要应用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金结构钢等。焊用于单件小批量生产中焊接碳素钢、低合金结构钢等。焊接厚度一般在接厚度一般在320 mm之间。之间。不适合焊接一些活泼金属、难熔金属及低熔点金属。不适合焊接一些活泼金属、难熔金属及低熔点金属。(2)手工电弧焊手工电弧焊材料工艺基础(焊接技术)8手工电弧焊焊条和工件之间通过

7、瞬时短路引燃电弧,焊条和工件之间通过瞬时短路引燃电弧,电弧热使焊件和焊条端部同时熔化,熔滴电弧热使焊件和焊条端部同时熔化,熔滴与熔化的母材形成熔池。与熔化的母材形成熔池。焊条药皮焊条药皮:熔化形成熔渣覆盖于熔池表面熔化形成熔渣覆盖于熔池表面并产生大量保护气体,并产生大量保护气体,实现气体熔渣联实现气体熔渣联合保护,合保护,同时在高温下熔渣与熔池液态金同时在高温下熔渣与熔池液态金属之间发生属之间发生冶金反应冶金反应,并具有,并具有稳定电弧稳定电弧的的作用。随焊条的移动,熔池冷却、结晶,作用。随焊条的移动,熔池冷却、结晶,形成连续的焊缝,熔渣凝固成渣壳。形成连续的焊缝,熔渣凝固成渣壳。材料工艺基础

8、(焊接技术)9(3)埋弧焊埋弧焊 电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。如果其引弧、焊丝送进、电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。如果其引弧、焊丝送进、移动电弧、收弧等动作由机械自动完成,则为自动埋弧焊。移动电弧、收弧等动作由机械自动完成,则为自动埋弧焊。用埋弧焊(熔剂层下焊接)的焊接方法焊接时,送丝机构将用埋弧焊(熔剂层下焊接)的焊接方法焊接时,送丝机构将焊丝自动送入电弧区,并保证选定的弧长,电弧在颗粒状熔焊丝自动送入电弧区,并保证选定的弧长,电弧在颗粒状熔剂(焊剂)层下燃烧。焊机带着焊丝相对工件均匀移动,焊剂(焊剂)层下燃烧。焊机带着焊丝相对工件均匀移动,焊剂从漏斗中不断流出覆盖在被焊部位,

9、防止熔池接触空气。剂从漏斗中不断流出覆盖在被焊部位,防止熔池接触空气。生产率高、焊缝质量高外形美观、节约材料、改善劳动条件,生产率高、焊缝质量高外形美观、节约材料、改善劳动条件,设备费用较贵、只适合长直焊缝和环形焊缝设备费用较贵、只适合长直焊缝和环形焊缝材料工艺基础(焊接技术)10大口径钢管焊接大口径钢管焊接视频视频材料工艺基础(焊接技术)11(4)气体保护焊气体保护焊 用外加气体作为电弧介用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区质并保护电弧和焊接区的电弧焊接。保护气体的电弧焊接。保护气体主要由主要由ArAr、HeHe、COCO2 2、N N2 2等。常用等。常用COCO2 2气体保气体保护焊

10、和氩弧焊两大类。护焊和氩弧焊两大类。材料工艺基础(焊接技术)12 氩弧焊氩弧焊使用高纯度氩气作为使用高纯度氩气作为保护气体的气体保护保护气体的气体保护焊。按所用电极的不焊。按所用电极的不同,氩弧焊分为不融同,氩弧焊分为不融化极氩弧焊和融化极化极氩弧焊和融化极氩弧焊氩弧焊。材料工艺基础(焊接技术)13 CO2气体保护焊和气体保护焊和氩弧焊氩弧焊材料工艺基础(焊接技术)14 药芯焊丝气体保护焊药芯焊丝气体保护焊 采用采用CO2或或CO2Ar混合气混合气体作为保护气,同时采用内体作为保护气,同时采用内部装有焊剂的药芯焊丝,药部装有焊剂的药芯焊丝,药芯的成分和焊条药皮类似,芯的成分和焊条药皮类似,实现

11、气体溶渣联合保护实现气体溶渣联合保护。特点:飞溅少,电弧稳定,特点:飞溅少,电弧稳定,焊缝成形美观;焊丝熔敷速焊缝成形美观;焊丝熔敷速度快,生产率高;调整焊剂度快,生产率高;调整焊剂成分,可焊接多种材料;抗成分,可焊接多种材料;抗气孔能力较强。但药芯焊丝气孔能力较强。但药芯焊丝制造较困难,且容易变潮,制造较困难,且容易变潮,使用前应烘烤。使用前应烘烤。焊接材料:碳钢、低合金钢、不锈钢等焊接材料:碳钢、低合金钢、不锈钢等材料工艺基础(焊接技术)15(5)电渣焊电渣焊电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行电渣焊是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的一种熔焊方法。焊接的一种熔

12、焊方法。材料工艺基础(焊接技术)16(6)等离子弧焊等离子弧焊等离子弧焊实际上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊,因此,等离子弧焊实际上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊,因此,等离子弧焊除了具有氩弧焊的优点以外,还有以下特点:等离子弧焊除了具有氩弧焊的优点以外,还有以下特点:等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透力强,可焊接厚等离子弧能量密度大,弧柱温度高,穿透力强,可焊接厚度度1012 mm的钢材而不开坡口(钨极氩弧焊的钢材而不开坡口(钨极氩弧焊3mm),),一一次焊透,双面成形。次焊透,双面成形。焊缝的高度和宽度均匀一致,焊缝表面光洁,质量高。焊缝的高度和宽度均匀一致,焊缝表面光洁,质量高。当电流

13、很小时(如当电流很小时(如0.1A),电弧也能稳定燃烧,并保持良),电弧也能稳定燃烧,并保持良好的挺直度和方向性。故可焊接好的挺直度和方向性。故可焊接很薄的箔材很薄的箔材。但其设备较复。但其设备较复杂,气体消耗量大,只适合室内焊接。杂,气体消耗量大,只适合室内焊接。材料工艺基础(焊接技术)17等离子弧焊等离子弧焊材料工艺基础(焊接技术)18(7)电子束焊和激光焊电子束焊和激光焊 利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法电子束焊。的焊件所产生的热能进行焊接的方法电子束焊。分为高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电分

14、为高真空电子束焊、低真空电子束焊、非真空电子束焊。子束焊。电子束能量密度大;电子束能量密度大;在真空环境下焊接,金属不与气相作用,不会被在真空环境下焊接,金属不与气相作用,不会被氧化、氮化,接头强度高;氧化、氮化,接头强度高;焊接适应性强。焊接适应性强。材料工艺基础(焊接技术)19电子束焊视频电子束焊视频 材料工艺基础(焊接技术)20激光焊:激光焊:利用聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热利用聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量将焊件熔化,进行焊接的方法。量将焊件熔化,进行焊接的方法。激光可通过光导纤维、棱镜等方法弯曲传输,适用于微型零激光可通过光导纤维、棱镜等方法弯曲传输,适用于微型零

15、部件及其他焊接方法难以达到的部位的焊接,还能通过透明部件及其他焊接方法难以达到的部位的焊接,还能通过透明材料进行焊接。材料进行焊接。能量密度高,可实现高速焊接,热影响区和焊接变形都很小,能量密度高,可实现高速焊接,热影响区和焊接变形都很小,焊件尺寸精度高,特别适用于热敏感材料。焊件尺寸精度高,特别适用于热敏感材料。激光不受电磁场的影响,不产生激光不受电磁场的影响,不产生X X射线,无需真空保护,可射线,无需真空保护,可以用于大型结构的焊接。以用于大型结构的焊接。可直接焊接绝缘导体,能焊接物理性能差别较大的异种材料可直接焊接绝缘导体,能焊接物理性能差别较大的异种材料焊接设备复杂,能量转化率低,输

16、出功率较小,焊件厚度受到一焊接设备复杂,能量转化率低,输出功率较小,焊件厚度受到一定限制,并且对激光束吸收率低的材料和低沸点材料不宜采用定限制,并且对激光束吸收率低的材料和低沸点材料不宜采用材料工艺基础(焊接技术)21材料工艺基础(焊接技术)22熔化焊的熔滴过渡过程熔化焊的熔滴过渡过程1.1.焊丝的加热和熔化特性焊丝的加热和熔化特性 熔化主要是阴极区和阳极区所产生的热量,弧柱区所产生的熔化主要是阴极区和阳极区所产生的热量,弧柱区所产生的热量次要。热量次要。电流:增大电流,熔化量增大。电流:增大电流,熔化量增大。电压:电弧电压较大时,对焊丝熔化速度影响较小;电压:电弧电压较大时,对焊丝熔化速度影

17、响较小;电弧电压较小时,反而增大焊丝熔化速度。电弧电压较小时,反而增大焊丝熔化速度。气体介质:影响焊丝熔化速度。气体介质:影响焊丝熔化速度。2.熔滴上的作用力熔滴上的作用力1)表面张力;)表面张力;2)熔滴重力;)熔滴重力;3)电磁力和斑点压力;)电磁力和斑点压力;4)等离子流力;)等离子流力;5)爆破力)爆破力材料工艺基础(焊接技术)233.熔滴过渡形式熔滴过渡形式 可分为三种形式:可分为三种形式:自由过渡,接触过渡,自由过渡,接触过渡,渣壁过渡渣壁过渡。其中:滴状过渡和喷射过渡为自由过渡形式。其中:滴状过渡和喷射过渡为自由过渡形式。短路过渡为接触过渡形式。短路过渡为接触过渡形式。渣壁过渡发

18、生在焊条手工焊和埋弧焊时的熔滴过渡形式渣壁过渡发生在焊条手工焊和埋弧焊时的熔滴过渡形式4.熔滴过渡的飞溅熔滴过渡的飞溅焊接过程中焊丝并没有全部过渡到焊缝,其中一部分以飞溅,焊接过程中焊丝并没有全部过渡到焊缝,其中一部分以飞溅,蒸发和氧化等损失。蒸发和氧化等损失。飞溅降低生产效率,影响焊接质量和使劳动条件变差。飞溅降低生产效率,影响焊接质量和使劳动条件变差。熔化焊的熔滴过渡过程熔化焊的熔滴过渡过程材料工艺基础(焊接技术)24作业作业:1)举例分析焊条外涂层(药皮)在焊接过程中的作用。举例分析焊条外涂层(药皮)在焊接过程中的作用。2)简述埋弧焊,简述埋弧焊,CO2气体保护焊和激光焊接气体保护焊和激

19、光焊接的工艺特点。的工艺特点。双双号号材料工艺基础(焊接技术)25(8)扩散焊扩散焊在真空或保护气氛中,在一定温度和压力下保持较长时间,使在真空或保护气氛中,在一定温度和压力下保持较长时间,使焊件接触面之间的原子相互扩散而形成接头的焊接方法。焊件接触面之间的原子相互扩散而形成接头的焊接方法。焊接温度低焊接温度低可焊接各种金属及合金可焊接各种金属及合金可焊接厚度差别很大的焊件可焊接厚度差别很大的焊件n单件生产率低单件生产率低n焊前对焊件表面的加工清理和装配精度要求严格焊前对焊件表面的加工清理和装配精度要求严格在航空工业中,用扩散焊制成的钛制品可以代替多种制品、在航空工业中,用扩散焊制成的钛制品可

20、以代替多种制品、火箭发动机喷嘴耐热合金与陶瓷的焊接。火箭发动机喷嘴耐热合金与陶瓷的焊接。机械制造工业中,将硬质合金刀片镶嵌到重型刀具上等。机械制造工业中,将硬质合金刀片镶嵌到重型刀具上等。材料工艺基础(焊接技术)26扩散焊视频扩散焊视频材料工艺基础(焊接技术)273.2.3 压力焊接压力焊接利用焊件接触产生的电阻热或摩擦热,加热到塑性利用焊件接触产生的电阻热或摩擦热,加热到塑性状态或局部熔化,施加压力形成焊接点。状态或局部熔化,施加压力形成焊接点。分为:分为:点焊;点焊;缝焊(滚焊);缝焊(滚焊);对焊;对焊;摩擦焊摩擦焊焊接电压很低(几伏至十几伏),焊接电流较大(几千至几万焊接电压很低(几伏

21、至十几伏),焊接电流较大(几千至几万安培),生产率高,焊接变形小;安培),生产率高,焊接变形小;不需填充金属和焊剂,操作简单、易实现机械化和自动化;不需填充金属和焊剂,操作简单、易实现机械化和自动化;焊接过程中无弧光、烟尘、有害气体少、噪声小,操作环境好焊接过程中无弧光、烟尘、有害气体少、噪声小,操作环境好设备复杂,价格昂贵设备复杂,价格昂贵材料工艺基础(焊接技术)28(1)点焊点焊主要适用于厚度小于主要适用于厚度小于4 mm的冲压件、轧制薄板的大批量生产,的冲压件、轧制薄板的大批量生产,如金属网、蒙皮、汽车驾驶室、车厢、电器仪表、飞机的制造。如金属网、蒙皮、汽车驾驶室、车厢、电器仪表、飞机的

22、制造。可焊接低碳钢、合金钢、铜合金、铝镁合金等可焊接低碳钢、合金钢、铜合金、铝镁合金等材料工艺基础(焊接技术)29点焊视频点焊视频材料工艺基础(焊接技术)30(2)缝焊缝焊用于制造有密封要求的低压容器,如油箱、气体净化器和管用于制造有密封要求的低压容器,如油箱、气体净化器和管道等。可焊接低碳钢、不锈钢、耐热钢、铝合金等道等。可焊接低碳钢、不锈钢、耐热钢、铝合金等材料工艺基础(焊接技术)31滚焊视频滚焊视频材料工艺基础(焊接技术)32(3)对焊对焊利用焊件端面的电阻热,使断面达到热塑性状态,施加顶利用焊件端面的电阻热,使断面达到热塑性状态,施加顶压力实现焊接。可分为电阻对焊和闪光对焊。压力实现焊

23、接。可分为电阻对焊和闪光对焊。材料工艺基础(焊接技术)33对焊视频对焊视频材料工艺基础(焊接技术)34(4)摩擦焊摩擦焊利用焊件接触端面利用焊件接触端面相互摩擦产生的热相互摩擦产生的热量,使端面达到热量,使端面达到热塑性状态,然后迅塑性状态,然后迅速施加顶锻力,实速施加顶锻力,实现焊接的一种固相现焊接的一种固相压焊方法。压焊方法。材料工艺基础(焊接技术)35摩擦焊视频摩擦焊视频材料工艺基础(焊接技术)363.2.4 钎焊钎焊采用比母材熔点低的金属材料作为钎料,将焊件和钎料加热,采用比母材熔点低的金属材料作为钎料,将焊件和钎料加热,只使钎只使钎料熔化而焊件不熔化料熔化而焊件不熔化,利用液态钎料填

24、充间隙、浸润母材并与母材相,利用液态钎料填充间隙、浸润母材并与母材相互扩散实现连接的方法。钎料的液相线温度高于互扩散实现连接的方法。钎料的液相线温度高于450而低于母材金属而低于母材金属的熔点时,称为硬钎焊;低于的熔点时,称为硬钎焊;低于450时,称为软钎焊。时,称为软钎焊。钎焊过程可分为钎料的浸润、铺展和连接三个阶段钎焊过程可分为钎料的浸润、铺展和连接三个阶段硬钎焊硬钎焊软钎焊软钎焊焊炬钎焊;炉中钎焊;感应加热钎焊;电阻加热钎焊炬钎焊;炉中钎焊;感应加热钎焊;电阻加热钎焊;浸渍钎焊;红外加热钎焊;扩散钎焊;焊;浸渍钎焊;红外加热钎焊;扩散钎焊;烙铁钎焊;浸渍钎焊;电阻钎焊烙铁钎焊;浸渍钎焊;

25、电阻钎焊材料工艺基础(焊接技术)37o钎焊接头的强度一般比较低,耐热能力较差。钎焊接头的强度一般比较低,耐热能力较差。o钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、钎焊可以用于焊接碳钢、不锈钢、高温合金、铝、铜等金属材料,还可以连接异种金属、铝、铜等金属材料,还可以连接异种金属、金属与非金属。金属与非金属。o适于焊接适于焊接受载不大受载不大或常温下工作的接头,对于或常温下工作的接头,对于精密的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤精密的、微型的以及复杂的多钎缝的焊件尤其适用。其适用。钎焊特点钎焊特点材料工艺基础(焊接技术)38钎焊接头形式钎焊接头形式硬钎焊硬钎焊软钎焊软钎焊材料工艺基础(焊接技术)39钎

26、焊视频钎焊视频刀具钎焊刀具钎焊烙铁烙铁钎焊钎焊材料工艺基础(焊接技术)403.3 金属焊接成形理论基础金属焊接成形理论基础3.3.1.焊接冶金过程焊接冶金过程焊接冶金过程的实质与普通冶金(炼钢)过程相同,都是液态金焊接冶金过程的实质与普通冶金(炼钢)过程相同,都是液态金属、溶渣和气体三者相互作用,金属再冶炼过程。具有以下特点:属、溶渣和气体三者相互作用,金属再冶炼过程。具有以下特点:u焊接冶金温度高,相界大,反应速度快,但电弧中有空气侵入焊接冶金温度高,相界大,反应速度快,但电弧中有空气侵入时,液态金属会发生强烈的氧化、氮化形成氧化物、氮化物等有时,液态金属会发生强烈的氧化、氮化形成氧化物、氮

27、化物等有害杂质,还有大量金属蒸发,而空气中的水分以及工件和焊接材害杂质,还有大量金属蒸发,而空气中的水分以及工件和焊接材料中的油、锈、水在电弧高温下分解出的氢原子可溶入液态金属料中的油、锈、水在电弧高温下分解出的氢原子可溶入液态金属中,导致接头塑性和韧度降低,以至产生裂纹;中,导致接头塑性和韧度降低,以至产生裂纹;u焊接熔池小(约焊接熔池小(约23 cm3)、处于液态的时间短()、处于液态的时间短(10 s),冷却),冷却快,使各种冶金反应难以达到平衡状态,焊接中化学成分不均匀,快,使各种冶金反应难以达到平衡状态,焊接中化学成分不均匀,且熔池中气体、氧化物等来不及浮出,容易形成气孔、夹渣等缺且

28、熔池中气体、氧化物等来不及浮出,容易形成气孔、夹渣等缺陷,甚至产生裂纹。陷,甚至产生裂纹。材料工艺基础(焊接技术)41熔池保护措施熔池保护措施焊接过程中,对熔化金属进行保护,使之与空焊接过程中,对熔化金属进行保护,使之与空气隔开。气隔开。保护方式有三种:气体保护、熔渣保保护方式有三种:气体保护、熔渣保护、气渣联合保护护、气渣联合保护。对焊接熔池进行冶金处理,主要通过焊接材料对焊接熔池进行冶金处理,主要通过焊接材料中加入一定的脱氧剂和一定量的合金元素,在中加入一定的脱氧剂和一定量的合金元素,在焊接过程中排除熔池中的焊接过程中排除熔池中的FeO,同时补偿合金,同时补偿合金元素的烧损。元素的烧损。材

29、料工艺基础(焊接技术)42焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能o焊缝金属:焊缝金属:由母材和焊条熔化后形成的熔池冷却结晶而成;由母材和焊条熔化后形成的熔池冷却结晶而成;o熔合区:熔合区:该区受热温度处于液相线与固相线之间,是焊缝金该区受热温度处于液相线与固相线之间,是焊缝金属到母材金属的过渡区域,宽度只有属到母材金属的过渡区域,宽度只有0.11 mm。冷却后,。冷却后,组织为部分铸态组织和部分过热组织。组织为部分铸态组织和部分过热组织。o焊接热影响区:焊接热影响区:(1)过热区)过热区:晶粒粗大的过热晶粒粗大的过热 组织;(组织;(2)正火区:相当于进行了正火处理;(正火区:相当于进行了正

30、火处理;(3)部分相变区:部分)部分相变区:部分发生正火,部分为原始组织;(发生正火,部分为原始组织;(4)再结晶区)再结晶区根据焊接热影响区的组织和宽度,可以间接判断焊缝的质根据焊接热影响区的组织和宽度,可以间接判断焊缝的质量。一般焊接热影响区宽度愈小,焊接街头的力学性能愈量。一般焊接热影响区宽度愈小,焊接街头的力学性能愈好。热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方好。热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法、焊接规范、接头形式等因素。法、焊接规范、接头形式等因素。材料工艺基础(焊接技术)43低碳钢焊缝的组织变化低碳钢焊缝的组织变化 材料工艺基础(焊接技术)443.3.2 焊接

31、应力和变形焊接应力和变形焊接后焊件内产生的应力和焊件产生的变形,是在焊接过焊接后焊件内产生的应力和焊件产生的变形,是在焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却引起的。程中对焊件的不均匀加热和冷却引起的。材料工艺基础(焊接技术)45减小和预防焊接应力的措施减小和预防焊接应力的措施o选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序o采用小电流,快速焊采用小电流,快速焊o焊前预热或焊后热处理焊前预热或焊后热处理o加热减小应力区加热减小应力区o捶击或碾压焊缝捶击或碾压焊缝o焊后拉伸或振动工件焊后拉伸或振动工件材料工艺基础(焊接技术)46预防和矫正焊接变形的措施预防和矫正焊接变形的措施o尽可能减少不必要的焊缝尽可能减少不

32、必要的焊缝o合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置o采用能量集中的热源、对称焊、分段焊和多层采用能量集中的热源、对称焊、分段焊和多层多道焊等可减小焊接变形多道焊等可减小焊接变形o合理选择焊缝尺寸和形式合理选择焊缝尺寸和形式o预先反变形预先反变形o刚性固定法刚性固定法o散热法散热法机械矫正法机械矫正法火焰加热矫正法火焰加热矫正法材料工艺基础(焊接技术)473.3.3 金属焊接性能:常见焊接缺陷及产生原因金属焊接性能:常见焊接缺陷及产生原因 材料工艺基础(焊接技术)48焊接质量检验焊接质量检验1.焊前检验;焊前检验;2.生产过程中的检验;生产过程中的检验;3.成品检验成品检验检检验验方方法法外观检验外观

33、检验磁粉检验磁粉检验着色检验着色检验超声波探伤超声波探伤射线探伤射线探伤致密性检验致密性检验水压检验水压检验气压检验气压检验煤油检验煤油检验材料工艺基础(焊接技术)49作业作业:1)1)说明电弧焊,气焊,电阻焊,电渣焊和摩擦焊所说明电弧焊,气焊,电阻焊,电渣焊和摩擦焊所用热源,并分析它们的加热特点。用热源,并分析它们的加热特点。2)2)结合结合Fe-CFe-C相图,分析低碳钢(相图,分析低碳钢(0.2C%0.2C%)热影响)热影响区的金相组织变化和对其力学性能性能的影响。区的金相组织变化和对其力学性能性能的影响。单号单号材料工艺基础(焊接技术)503.4 金属焊接成形工艺设计和结构设计金属焊接

34、成形工艺设计和结构设计3.4.1 焊接材料焊接材料 碳素钢:碳素钢:低碳钢和中高碳钢低碳钢和中高碳钢 合金结构钢:用的最多是低碳低合金结构钢合金结构钢:用的最多是低碳低合金结构钢 铸铁:铸铁:主要用于铸件表面的焊补主要用于铸件表面的焊补 非铁合金:非铁合金:铜及铜合金铜及铜合金 铝及铝合金铝及铝合金 钛及钛合金钛及钛合金材料工艺基础(焊接技术)513.4.2 碳素钢的焊接性能碳素钢的焊接性能 o焊接性的(以碳当量)估算方法:焊接性的(以碳当量)估算方法:oWCE0.4%时,焊接性能良好;时,焊接性能良好;WCE=0.40.6%时,工件焊前要预热,焊后要缓冷;时,工件焊前要预热,焊后要缓冷;WC

35、E0.6%时,焊前必须预热焊后要适当热处理。时,焊前必须预热焊后要适当热处理。材料工艺基础(焊接技术)523.4.3 低碳钢(低合金钢)的焊接性能低碳钢(低合金钢)的焊接性能 低碳钢(低碳低合金钢)不需采取预热措施;焊接中碳钢时焊前必须预热,并选用低低碳钢(低碳低合金钢)不需采取预热措施;焊接中碳钢时焊前必须预热,并选用低氢型焊条,用小电流、细焊条、开坡口进行多层焊;高碳钢预热的温度更高、工艺更严格。氢型焊条,用小电流、细焊条、开坡口进行多层焊;高碳钢预热的温度更高、工艺更严格。焊接方法焊接方法焊接材料焊接材料应用情况应用情况焊焊条条电电弧弧焊焊E4303(J422),E4315(J427)焊

36、焊接接强强度等度等级级低低碳低低碳钢钢构件构件E5016(J506),E5015(J507)焊焊接接强强度等度等级级高低碳高低碳钢钢构件,低温工作构件构件,低温工作构件埋弧埋弧焊焊H08,H08A,HJ430,HJ431一般一般结结构件构件H08MnA,HJ431重要重要结结构件构件电电渣渣焊焊H10Mn2,H08Mn2Si,HJ431,HJ360大厚度大厚度结结构件构件CO2保保护焊护焊H08Mn2Si,H08Mn2SiA不不规则焊缝结规则焊缝结构件构件材料工艺基础(焊接技术)533.4.4 低碳钢(低合金钢)焊接工艺参数选择低碳钢(低合金钢)焊接工艺参数选择 o焊条电弧焊参数的选择,考虑焊

37、接过程的稳定、焊缝成形焊条电弧焊参数的选择,考虑焊接过程的稳定、焊缝成形良好、防止焊接缺陷。厚度较大,环境温度低,开裂倾向良好、防止焊接缺陷。厚度较大,环境温度低,开裂倾向大时,须对焊件预热,温度大时,须对焊件预热,温度100150;o埋弧焊根据强度等级不同,选择相应的焊条和焊剂;多层埋弧焊根据强度等级不同,选择相应的焊条和焊剂;多层电弧焊时,第一道焊缝因母材溶入较多,含碳量若处于上电弧焊时,第一道焊缝因母材溶入较多,含碳量若处于上限,容易开裂,输入的热量要小或用电弧焊打底限,容易开裂,输入的热量要小或用电弧焊打底o电渣焊根据强度等级不同,选择相应的焊条和焊剂;焊接电渣焊根据强度等级不同,选择

38、相应的焊条和焊剂;焊接厚度一般较大,其熔池大,冷却慢,组织粗大,有过热现厚度一般较大,其熔池大,冷却慢,组织粗大,有过热现象,降低焊缝强度和韧性,焊后一般须正火加回火处理;象,降低焊缝强度和韧性,焊后一般须正火加回火处理;oCO2保护焊可以使焊缝具有足够的力学性能和抗晶间裂纹保护焊可以使焊缝具有足够的力学性能和抗晶间裂纹和气孔的能力,采用含和气孔的能力,采用含Mn和和Si的焊条,电流大但电压要的焊条,电流大但电压要低,否则降低焊缝性能低,否则降低焊缝性能材料工艺基础(焊接技术)543.4.5 焊件结构设计焊件结构设计 o焊缝布置焊缝布置o接头形式和坡口形式接头形式和坡口形式o焊接结构设计焊接结

39、构设计 根据被焊接材料强度等级,获得相应强度根据被焊接材料强度等级,获得相应强度的焊缝,连接零件组成结构;控制焊接应力和的焊缝,连接零件组成结构;控制焊接应力和应变,防止产生超过允许的变形和开裂应变,防止产生超过允许的变形和开裂材料工艺基础(焊接技术)55焊缝位置焊缝位置1.焊缝布置应尽量分散,不宜过长,间距应大于板厚焊缝布置应尽量分散,不宜过长,间距应大于板厚3倍,且不小于倍,且不小于100mm2.焊缝的位置应尽量对称布置,否则会由于焊缝不在中心引起弯曲变形。焊缝的位置应尽量对称布置,否则会由于焊缝不在中心引起弯曲变形。3.焊缝的布置不得交叉。焊缝的布置不得交叉。4.应尽量减少构件或焊接接头

40、部件的应力集中,避免尖角焊缝。应尽量减少构件或焊接接头部件的应力集中,避免尖角焊缝。5.焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。焊缝应避开最大应力和应力集中的部位。6.焊缝设计应远离加工表面。焊缝设计应远离加工表面。7.焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要。焊缝布置应满足焊接时运条角度的需要。平焊平焊操作方便,易于保证焊接质量,生产率高,应尽可操作方便,易于保证焊接质量,生产率高,应尽可能地应用。其他位置施焊,金属液因重力作用容易下流,施能地应用。其他位置施焊,金属液因重力作用容易下流,施焊困难。应尽量避免焊困难。应尽量避免 若确需采用这些位置时,应采取一定的若确需采用这些位置时,应采取一定的焊接措

41、施。焊接措施。材料工艺基础(焊接技术)56接头形式和坡口形式接头形式和坡口形式材料工艺基础(焊接技术)57 常见的焊接接头形式有对接、搭接、角接和常见的焊接接头形式有对接、搭接、角接和T T形接头。形接头。四种接头形式中,对接接头节省材料,容易保证质量,应力四种接头形式中,对接接头节省材料,容易保证质量,应力分布均匀,应用最广泛,但焊前准备及装配质量要求较高;分布均匀,应用最广泛,但焊前准备及装配质量要求较高;搭接接头两焊件不在同一平面上,浪费金属且受力时将产生搭接接头两焊件不在同一平面上,浪费金属且受力时将产生附加应力,适于薄板焊件焊件;附加应力,适于薄板焊件焊件;角接接头在构成直角连接时采

42、用,一般只起连接作用而不承角接接头在构成直角连接时采用,一般只起连接作用而不承受工作载荷;受工作载荷;T T形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式。形接头是结构非直线连接中应用最广泛的连接形式。在构件焊接时具体采用哪种形式焊接接头,主要根据焊件结在构件焊接时具体采用哪种形式焊接接头,主要根据焊件结构形状、使用要求、焊件厚度进行选择;另外还应考虑坡口加构形状、使用要求、焊件厚度进行选择;另外还应考虑坡口加工难易程度,焊接方法的种类等其它因素的要求。工难易程度,焊接方法的种类等其它因素的要求。焊接接头形式焊接接头形式材料工艺基础(焊接技术)58坡口形式的选择坡口形式的选择 根据设计或工艺需要

43、,在焊件待焊部位加工并装配成一定根据设计或工艺需要,在焊件待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。各种沟槽形式参见几何形状的沟槽称为坡口。各种沟槽形式参见GBT3375-94。焊条电弧焊:焊条电弧焊:焊接在焊接在6 mm以下对接焊缝时,用以下对接焊缝时,用I型坡口;型坡口;626 mm时,常时,常开单面坡口;在开单面坡口;在1260 mm时,常开时,常开V型坡口。型坡口。埋弧焊:埋弧焊:焊缝小于焊缝小于12 mm时,采用时,采用I形坡口单面施焊;焊缝小于形坡口单面施焊;焊缝小于24 mm时,采用时,采用I形坡口双面施焊,焊更厚构件时需开形坡口双面施焊,焊更厚构件时需开V型坡口。型坡口。

44、材料工艺基础(焊接技术)59焊条电弧焊接头形式与坡口形式焊条电弧焊接头形式与坡口形式 材料工艺基础(焊接技术)60焊接结构设计焊接结构设计 焊接结构应尽量选用型材或冲压件焊接结构应尽量选用型材或冲压件 设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、设计焊接结构时应尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等成形材料,以减少焊缝的数量、角钢和钢管等成形材料,以减少焊缝的数量、简化焊接工艺。简化焊接工艺。材料工艺基础(焊接技术)61焊缝分散布置焊缝分散布置材料工艺基础(焊接技术)62焊缝对称布置焊缝对称布置材料工艺基础(焊接技术)63焊缝避开最大应力断面与应力集中位置的设计焊缝避开最大应力断面与应力集中位置的设计

45、材料工艺基础(焊接技术)64焊缝远离机械加工表面的设计焊缝远离机械加工表面的设计 材料工艺基础(焊接技术)65焊缝位置便于电弧焊的设计焊缝位置便于电弧焊的设计 材料工艺基础(焊接技术)66焊缝便于埋弧焊的设计焊缝便于埋弧焊的设计 材料工艺基础(焊接技术)67便于点焊及缝焊的设计便于点焊及缝焊的设计 材料工艺基础(焊接技术)68本章小结本章小结本章介绍了常见焊接方法,以焊条电弧焊本章介绍了常见焊接方法,以焊条电弧焊为基础,介绍了焊接成形的工艺特点,焊为基础,介绍了焊接成形的工艺特点,焊缝形成原理,焊接方法,金属材料的焊接缝形成原理,焊接方法,金属材料的焊接性能、焊接结构工艺性。性能、焊接结构工艺性。

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