《工程材料及其成型技術(shù)》第八章焊接1

1、第八章第八章 焊焊 接接 （Weld)Weld) 教學(xué)要求教學(xué)要求： 1.1.各種焊接方法的原理，特點(diǎn)及適用范圍；各種焊接方法的原理，特點(diǎn)及適用范圍； 2. 2. 焊接缺陷的形成原因及其防范、焊接缺陷的形成原因及其防范、 焊接結(jié)構(gòu)工藝性；焊接結(jié)構(gòu)工藝性； 3.3.焊條和焊接工藝的選擇。焊條和焊接工藝的選擇。 教學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)時(shí)數(shù)： 4 4 學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)機(jī)械連接機(jī)械連接化學(xué)連接化學(xué)連接冶金連接（焊接）冶金連接（焊接）金屬焊接成形金屬焊接成形 是是用加熱、加壓等工藝措施，使兩分離用加熱、加壓等工藝措施，使兩分離表面產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，從而獲得不可拆卸接表面產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，從而獲得不可拆

2、卸接頭的材料成形方法。頭的材料成形方法。概述概述材料連接方法材料連接方法1、焊接成形的分類、焊接成形的分類 1 1熔化焊：熔化焊： n母材接頭、焊絲皆熔化母材接頭、焊絲皆熔化電弧焊（手工電電弧焊（手工電弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊）、電渣弧焊、埋弧自動(dòng)焊、氣體保護(hù)焊）、電渣焊、電子束焊、激光焊、等離子弧焊等焊、電子束焊、激光焊、等離子弧焊等2 2壓力焊壓力焊：n加熱加熱 + + 加壓加壓 電阻焊、摩擦焊、冷壓電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊、高頻焊、擴(kuò)散焊、超聲波焊、爆炸焊、高頻焊、擴(kuò)散焊等焊等3 3釬釬 焊：焊：母材不熔化、焊絲熔化母材不熔化、焊絲熔化軟釬焊、硬釬焊軟釬焊、硬釬焊2、

3、焊接成形的特點(diǎn)、焊接成形的特點(diǎn)1 1接頭接頭 牢固、封性好；牢固、封性好；2 2可化大為小、以小拼可化大為小、以小拼大大3 3可實(shí)現(xiàn)異種金屬的連可實(shí)現(xiàn)異種金屬的連接接4 4重量輕、加工裝配簡重量輕、加工裝配簡單單5 5焊接應(yīng)力變形大，接焊接應(yīng)力變形大，接頭易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣頭易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷?？椎热毕荨?3 3焊接成形的應(yīng)用焊接成形的應(yīng)用 制造金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、工具制造金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件、工具 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： - - 簡化制造工藝，化繁為簡，以小拼大簡化制造工藝，化繁為簡，以小拼大 - - 使用性能好；重量輕；使用性能好；重量輕； - - 省工、省材、成本低。省工、省材、成本低。

4、 表面保護(hù)、修理、修復(fù)零件表面保護(hù)、修理、修復(fù)零件 耐熱層耐熱層 耐磨層耐磨層 噴涂噴涂 堆焊堆焊 耐蝕層耐蝕層 加厚加厚修復(fù)形狀和尺寸修復(fù)形狀和尺寸 （再制造）（再制造）焊條焊條工件工件焊接電弧具備兩個(gè)條件具備兩個(gè)條件使氣體電離使氣體電離陰極發(fā)射電子陰極發(fā)射電子接觸電阻：接觸電阻：R R短路電流：短路電流：I I電阻熱：電阻熱：Q=IQ=I2 2RtRtE=V/dd 在焊條末端和工件兩極之間的氣體介在焊條末端和工件兩極之間的氣體介質(zhì)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。質(zhì)中，產(chǎn)生強(qiáng)烈而持久的放電現(xiàn)象。+-d 焊接電弧的穩(wěn)定燃燒焊接電弧的穩(wěn)定燃燒 就是就是帶點(diǎn)粒子產(chǎn)生帶點(diǎn)粒子產(chǎn)生-運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)-復(fù)合復(fù)合-

5、產(chǎn)生的產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)平衡過程。動(dòng)態(tài)平衡過程。8.1 8.1 焊接成形原理焊接成形原理 8.1.1焊接電弧焊接電弧陰極區(qū)陰極區(qū)：陽極區(qū)陽極區(qū)：弧柱區(qū)弧柱區(qū)：2400k 36%2600k 42%50008000k 21%電弧的極性電弧的極性直流電源正接法直流電源正接法工件接正極（陽極）；工件接正極（陽極）；焊條接負(fù)極（陰極）。焊條接負(fù)極（陰極）。直流電源反接法：直流電源反接法：工件接負(fù)極（陰極）；工件接負(fù)極（陰極）；焊條接正極（陽極）焊條接正極（陽極）用于薄板金屬的焊接用于薄板金屬的焊接8.1.2.8.1.2.熔焊過程與焊接質(zhì)量熔焊過程與焊接質(zhì)量 1.1.過程過程： 加熱熔化加熱熔化 熔池形成熔池形成

6、結(jié)晶結(jié)晶/ /相變相變 2 2. .問題問題： 氧化：氧化：Me + OMe + O2 2 MeOMeO 例例 光焊絲與焊縫金屬的成分與性能光焊絲與焊縫金屬的成分與性能 下表下表 n1.1.光焊絲與焊縫金屬的成分與性能光焊絲與焊縫金屬的成分與性能 化化學(xué)學(xué)成成分分%Mt.力學(xué)力學(xué) 性性能能CSiMnNOb(Mp)(%)ak光光焊焊絲絲0.100.030.30.550.030.023303380120焊焊縫縫金金屬屬0.020.050.10.20.080.230.150.33004-8515 吸吸 氣氣 N,H N,H 溶于熔池，結(jié)晶時(shí)金屬的溶于熔池，結(jié)晶時(shí)金屬的N,HN,H溶解度溶解度迅速下降

7、但來不及析出，出現(xiàn)氫脆，冷裂紋。迅速下降但來不及析出，出現(xiàn)氫脆，冷裂紋。3.3.措措 施施 機(jī)械保護(hù)機(jī)械保護(hù) 利用保護(hù)性氣體（利用保護(hù)性氣體（CO2, Ar2CO2, Ar2）熔渣隔絕空氣。熔渣隔絕空氣。 藥皮保護(hù)藥皮保護(hù) 通過焊條通過焊條藥皮藥皮脫氧、去氫、去硫，滲合金脫氧、去氫、去硫，滲合金 -增加熔池的合金元素增加熔池的合金元素 -清除熔池內(nèi)的有害元素清除熔池內(nèi)的有害元素 8.1.3 8.1.3 焊接材料焊接材料 1 1、焊條的組成和作用、焊條的組成和作用 （1 1）焊焊 芯芯金屬絲金屬絲 作用：作用： a . a . 電弧一極電弧一極 b . b . 填充焊縫填充焊縫 材料：材料：H0

8、8A. H08Mn2Si H08A. H08Mn2Si 等等 低低C.C.低低S.P.S.P.以減少焊縫裂紋傾向以減少焊縫裂紋傾向。 規(guī)格：規(guī)格： 常用常用 直徑直徑 2 2，2.52.5，3 3，3.23.2，4 4，5 5，6 6（mmmm） 長度長度 250 250 450mm450mm（2 2） 藥藥 皮皮-礦石粉礦石粉, ,合金粉合金粉, ,粘接劑粘接劑n作用：作用：n a.a.改善焊接工藝性改善焊接工藝性穩(wěn)弧穩(wěn)弧n b.b.機(jī)械保護(hù)作用機(jī)械保護(hù)作用形成熔渣和氣體保護(hù)熔形成熔渣和氣體保護(hù)熔池池n c.c.冶金處理作用冶金處理作用脫氧、脫硫、滲金屬。脫氧、脫硫、滲金屬。8.1.3 8.

9、1.3 焊接材料焊接材料 2 2、焊條的分類焊條的分類（1 1）按藥皮的性質(zhì)分）按藥皮的性質(zhì)分 1 1）酸性焊條）酸性焊條 藥皮中酸性氧化物多，對(duì)金屬氧化作用大。藥皮中酸性氧化物多，對(duì)金屬氧化作用大。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 焊接工藝性好，穩(wěn)弧好。焊接工藝性好，穩(wěn)弧好。 適應(yīng)性廣，交直流兩用，對(duì)接頭的油、銹、水不敏感。適應(yīng)性廣，交直流兩用，對(duì)接頭的油、銹、水不敏感。缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 焊縫金屬韌性、塑性低（藥皮中焊縫金屬韌性、塑性低（藥皮中MeMe燒損大）燒損大） 抗裂性差抗裂性差氫脆（焊縫金屬含氫多）氫脆（焊縫金屬含氫多）2 2）堿性焊條堿性焊條（低氫焊條）（低氫焊條） 藥皮藥皮CaCOCaCO3 3多，分解成多

10、，分解成CaOCaO和和COCO2 2保護(hù)性氣體保護(hù)性氣體n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n抗裂性好抗裂性好（含（含H H2 2低，低，CaOCaO 脫脫S-S-焊縫含焊縫含S S低）；低）； n焊縫綜合力學(xué)性能高（焊縫綜合力學(xué)性能高（Me Me 燒損少）燒損少） 。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：n穩(wěn)弧差，對(duì)油銹水敏感，穩(wěn)弧差，對(duì)油銹水敏感，n有毒煙塵（有毒煙塵（HFHF）多，抗氣孔性差。）多，抗氣孔性差。（2 2） 按焊芯化學(xué)成分分按焊芯化學(xué)成分分 n 八類八類（P213P213） 3 3、 焊條的型號(hào)及牌號(hào)焊條的型號(hào)及牌號(hào)(p213)(p213) 1)1)牌號(hào)牌號(hào)（行業(yè)代號(hào)）（行業(yè)代號(hào)） X + X + 三個(gè)數(shù)三個(gè)數(shù) （例（例

11、J422) 個(gè)位個(gè)位 表示藥皮類型及電源種類表示藥皮類型及電源種類 十位和百位十位和百位 表示焊后焊縫抗拉強(qiáng)度表示焊后焊縫抗拉強(qiáng)度（KgfKgf/ /mmmm）；）； X X（漢字或拼音）漢字或拼音）表示大類：表示大類：， J J結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼，A A奧氏體不銹鋼，奧氏體不銹鋼，Z Z鑄鐵焊條鑄鐵焊條 其他牌號(hào)見其他牌號(hào)見焊接材料產(chǎn)品樣本焊接材料產(chǎn)品樣本，例：例：J422J422：2 2: :鈦鈣型，交直流兩用；鈦鈣型，交直流兩用； 4242：抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度42Kfg42Kfgmm (420MPa )mm (420MPa )的；的； J J: :結(jié)構(gòu)鋼焊條。結(jié)構(gòu)鋼焊條。2 2）型號(hào)（國家標(biāo)準(zhǔn)

12、中的焊條代號(hào)）型號(hào)（國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號(hào)）n E+E+四個(gè)數(shù)四個(gè)數(shù)： 個(gè)位和十位數(shù)表示藥皮類型和電流種類個(gè)位和十位數(shù)表示藥皮類型和電流種類 n 十位數(shù)又表示焊接位置。十位數(shù)又表示焊接位置。n 百、千位表示焊縫金屬的百、千位表示焊縫金屬的 抗拉強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度（KfgKfgmmmm） （ 見見 P213 P213 ）例例E43033 3: :鈦鈣型，交直流、正反接；鈦鈣型，交直流、正反接；0 0：全位置焊；：全位置焊； 4343：抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度43Kfg43Kfgmm (420MPa )mm (420MPa )的的, ,E E: :電焊條。電焊條。4 4、焊條的選用焊條的選用 1 1）考慮焊件的

13、成分與性能考慮焊件的成分與性能 低碳鋼，低合金鋼低碳鋼，低合金鋼選強(qiáng)度等級(jí)相同的焊條（選強(qiáng)度等級(jí)相同的焊條（等等強(qiáng)度法則強(qiáng)度法則） 特殊鋼鑄鐵，有色金屬特殊鋼鑄鐵，有色金屬選成分相近焊條選成分相近焊條（近成（近成分法則）分法則） 2 2）考慮焊件的使用性能）考慮焊件的使用性能 動(dòng)載、沖擊選堿性焊條；一般要求選酸性焊條。動(dòng)載、沖擊選堿性焊條；一般要求選酸性焊條。 3 3）考慮焊件幾何形狀）考慮焊件幾何形狀 薄件選小規(guī)格焊條，接頭難清理選酸性焊條。薄件選小規(guī)格焊條，接頭難清理選酸性焊條。 4 4）考慮焊機(jī)）考慮焊機(jī)： 交直流，直流。交直流，直流。 8.1.4 焊接接頭的組織和性能焊接接頭的組織和性

14、能n熔合區(qū)熔合區(qū)：1 1）成分不均勻；）成分不均勻；2 2）組織粗大；）組織粗大；3 3）性能很差。）性能很差。n熱影響區(qū)熱影響區(qū)的三個(gè)部的三個(gè)部分：分：1 1）過熱區(qū)）過熱區(qū)：晶粒粗大，：晶粒粗大，塑韌性差；塑韌性差；2 2）正火區(qū)）正火區(qū)：晶粒細(xì)小，：晶粒細(xì)小，機(jī)性好；機(jī)性好；3 3）部分相變區(qū)）部分相變區(qū)：晶粒：晶粒不均勻，性能差不均勻，性能差 8.1.5. 8.1.5. 焊接應(yīng)力與焊接變形焊接應(yīng)力與焊接變形 1.1.焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式 圖圖8.3.8.3.焊接變形的基本形式焊接變形的基本形式2. 2. 焊接應(yīng)力的產(chǎn)生焊接應(yīng)力的產(chǎn)生3.3.減少應(yīng)力的措施減少應(yīng)力的措施

15、(1) (1) 合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)（合理設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)（P237)P237) 1 1）力求焊縫數(shù)量少，截面小，長度短）力求焊縫數(shù)量少，截面小，長度短(1)(1)機(jī)械應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力 焊接焊接結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)不合理不合理阻礙脹縮阻礙脹縮引起的應(yīng)力引起的應(yīng)力(2)(2)熱應(yīng)力熱應(yīng)力 局部局部加熱冷卻加熱冷卻工件工件脹縮不同步脹縮不同步引應(yīng)的應(yīng)力引應(yīng)的應(yīng)力 b,b,力求焊縫對(duì)稱，避免密排交叉力求焊縫對(duì)稱，避免密排交叉C C、避開應(yīng)力集中處布置焊縫、避開應(yīng)力集中處布置焊縫, ,避免尖角避免尖角 (2) (2) 焊前預(yù)熱焊前預(yù)熱 （ 加熱減應(yīng)法）加熱減應(yīng)法） (3)(3)合理選擇焊接順序合理選擇焊接順序 a a、自由性自由性: : 加熱時(shí)自由膨脹，冷卻時(shí)自由收縮。加熱時(shí)自由膨脹，冷卻時(shí)自由收縮。b:b:對(duì)稱性對(duì)稱性: : 抵消變形，減少變形抵消變形，減少變形C C、分散性、分散性: : 分段焊分段焊 4.4.減少變形的措施減少變形的措施 (1)(1)反變形法反變形法4.4.減少變形的措施減少變形的措施（2 2）剛性固定法）剛性固定法5.5.焊接應(yīng)力的消除和變形的矯正焊接應(yīng)力的消除和變形的矯正（1 1）變形矯正法變形矯正法 1 1） 加加 熱熱 矯矯正正法法2 2）機(jī)械矯正法）機(jī)械