材料工程基礎(chǔ)課件-金屬材料加工工藝-第五章

1、第一節(jié)第一節(jié) 焊接概述焊接概述第二節(jié)第二節(jié) 熔化焊熔化焊第三節(jié)第三節(jié) 壓力焊壓力焊第四節(jié)第四節(jié) 釬焊釬焊第五節(jié)第五節(jié) 焊接缺陷及其檢驗(yàn)焊接缺陷及其檢驗(yàn)第五章第五章 金屬的焊接金屬的焊接 焊接是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。焊接是一種永久性連接金屬材料的工藝方法。焊接焊接過程的實(shí)質(zhì)過程的實(shí)質(zhì)是用加熱或加壓等手段，借助于金屬原子的是用加熱或加壓等手段，借助于金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來。結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來。 焊接在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要地作用，在制焊接在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要地作用，在制造大型結(jié)構(gòu)或復(fù)雜地機(jī)器部件時(shí)，更顯優(yōu)越，因?yàn)?/p>

2、它可造大型結(jié)構(gòu)或復(fù)雜地機(jī)器部件時(shí)，更顯優(yōu)越，因?yàn)樗梢杂没鬄樾?，化?fù)雜為簡單地方法準(zhǔn)備坯料，然后用以用化大為小，化復(fù)雜為簡單地方法準(zhǔn)備坯料，然后用逐次裝配焊接地方法拼小成大，這是其他工藝方法難以逐次裝配焊接地方法拼小成大，這是其他工藝方法難以做到的。做到的。第一節(jié)第一節(jié) 焊焊 接接 概概 述述q 焊接方法的分類焊接方法的分類q 金屬的可焊性金屬的可焊性 金屬的可焊性金屬的可焊性屬于工藝性能，是指被焊金屬材料在屬于工藝性能，是指被焊金屬材料在一定條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。一定條件下獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。 金屬的可焊性主要與下列因素有關(guān)金屬的可焊性主要與下列因素有關(guān): 1、材料本身

3、的成分組織；、材料本身的成分組織； 2、焊接方法；、焊接方法； 3、焊接工藝條件；、焊接工藝條件； 熔化焊是焊接熔化焊是焊接最基本最基本的焊接方法。根據(jù)焊接能源種的焊接方法。根據(jù)焊接能源種類、能源傳遞介質(zhì)和方式的不同，熔化焊類、能源傳遞介質(zhì)和方式的不同，熔化焊可分為可分為電弧焊、電弧焊、氣焊、電渣焊、電子束焊、激光焊和等離子焊等。氣焊、電渣焊、電子束焊、激光焊和等離子焊等。第二節(jié)第二節(jié) 熔熔 化化 焊焊q 熔化焊的基本原理熔化焊的基本原理 熔化焊的基本原理熔化焊的基本原理是指將填充材料（如焊絲）和工是指將填充材料（如焊絲）和工件的連接區(qū)基體材料共同加熱至熔化狀態(tài)，在連接處形件的連接區(qū)基體材料共

4、同加熱至熔化狀態(tài)，在連接處形成熔池，熔池中的液態(tài)金屬冷卻凝固后形成牢固的焊接成熔池，熔池中的液態(tài)金屬冷卻凝固后形成牢固的焊接接頭，使分離工件連接成為一個(gè)整體。接頭，使分離工件連接成為一個(gè)整體。 在高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢畛浣饘伲ㄈ绾笚l）和基體在高溫?zé)嵩吹淖饔孟?，填充金屬（如焊條）和基體金屬發(fā)生局部熔化。熔池金屬發(fā)生局部熔化。熔池前部（前部（2-1-2區(qū)）熔化金屬區(qū)）熔化金屬被電弧吹力吹到熔池后部被電弧吹力吹到熔池后部（2-3-2區(qū)），迅速冷卻結(jié)區(qū)），迅速冷卻結(jié)晶。隨著熱源不斷移動，晶。隨著熱源不斷移動，從而形成連續(xù)的致密層狀從而形成連續(xù)的致密層狀組織焊縫。組織焊縫。 一般，一般，低碳鋼焊件低碳鋼焊

5、件的熱影響區(qū)較窄，危害性較小，的熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后可直接使用；對于焊后可直接使用；對于碳素鋼和低合金鋼焊件碳素鋼和低合金鋼焊件，焊后可，焊后可進(jìn)行正火處理，細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能；對于進(jìn)行正火處理，細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能；對于無法進(jìn)無法進(jìn)行熱處理的焊件行熱處理的焊件，則需正確選擇焊接方法和工藝條件，則需正確選擇焊接方法和工藝條件，來減小熱影響區(qū)的范圍。來減小熱影響區(qū)的范圍。 焊接時(shí)，焊件各部分冷熱不均，受熱部位產(chǎn)生拉應(yīng)焊接時(shí)，焊件各部分冷熱不均，受熱部位產(chǎn)生拉應(yīng)力，未受熱部位則產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度，力，未受熱部位則產(chǎn)生壓應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定程度，焊件出現(xiàn)變形。焊件出現(xiàn)變形

6、。 手工電弧焊手工電弧焊是利用焊條與工件之間產(chǎn)生的電弧熱將是利用焊條與工件之間產(chǎn)生的電弧熱將工件和焊條熔化的一種焊接方法。工件和焊條熔化的一種焊接方法。q 手工電弧焊手工電弧焊 焊接電弧焊接電弧是在電極和是在電極和工件間的氣體介質(zhì)中常時(shí)間工件間的氣體介質(zhì)中常時(shí)間放電的現(xiàn)象。放電的現(xiàn)象。 電弧引燃時(shí)，弧柱中充電弧引燃時(shí)，弧柱中充滿了高溫電離氣體，發(fā)出大滿了高溫電離氣體，發(fā)出大量的光和熱。量的光和熱。鋼焊條焊接鋼材時(shí)的焊接電弧鋼焊條焊接鋼材時(shí)的焊接電弧 焊縫附近焊縫附近基體金屬基體金屬焊焊 條條藥藥 皮皮焊焊 芯芯熔熔 渣渣熔熔 化化焊焊 縫縫CO2保護(hù)熔池保護(hù)熔池電電弧弧電電弧弧 電焊條由焊芯和

7、藥皮組成。電焊條由焊芯和藥皮組成。導(dǎo)電與充填焊縫。導(dǎo)電與充填焊縫。提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，防止空氣對熔化金提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，防止空氣對熔化金屬的有害作用，保證焊縫金屬的脫氧和加入合金元素。屬的有害作用，保證焊縫金屬的脫氧和加入合金元素。 設(shè)備簡單，易于維護(hù)，使用靈活；適于多種鋼材設(shè)備簡單，易于維護(hù)，使用靈活；適于多種鋼材 和有色金屬等，是應(yīng)用最廣泛的焊接方法。和有色金屬等，是應(yīng)用最廣泛的焊接方法。焊縫短而不連續(xù)，焊縫寬度不均，焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。焊縫短而不連續(xù)，焊縫寬度不均，焊縫質(zhì)量不穩(wěn)定。 埋弧自動焊埋弧自動焊是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動完成手工電是利用專門的機(jī)械設(shè)備自動完成手工電弧焊中的引燃電弧

8、、送進(jìn)焊條以及移動電弧等焊接動作，弧焊中的引燃電弧、送進(jìn)焊條以及移動電弧等焊接動作，并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。并使電弧在較厚焊劑下燃燒的熔化焊。q 埋弧自動焊埋弧自動焊 如圖所示，埋弧焊的焊接過程可概括為：自動送絲；如圖所示，埋弧焊的焊接過程可概括為：自動送絲；引?。缓竸┳詣酉铝?；焊機(jī)勻速運(yùn)動；電弧在焊劑下燃引??；焊劑自動下料；焊機(jī)勻速運(yùn)動；電弧在焊劑下燃燒。燒。 焊接材料焊接材料焊焊 劑劑焊焊 絲絲熔熔 煉煉焊焊 劑劑陶陶 瓷瓷焊焊 劑劑相當(dāng)相當(dāng)于焊于焊 芯芯相當(dāng)相當(dāng)于藥于藥 皮皮 熔煉焊劑：熔煉焊劑：在熔煉爐中制備，成分均勻，適于大量生產(chǎn)； 陶瓷焊劑：陶瓷焊劑：利用粉末冶金工藝制備

9、，顆粒強(qiáng)度低。 1、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定；焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定； 2、熔深大，節(jié)省焊接材料；熔深大，節(jié)省焊接材料； 3、無弧光，無金屬飛濺，焊接煙霧少；無弧光，無金屬飛濺，焊接煙霧少； 4、自動化操作，生產(chǎn)效率高。自動化操作，生產(chǎn)效率高。 5、設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，適于長的直線焊縫和圓筒形設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，適于長的直線焊縫和圓筒形 工件的縱、環(huán)焊縫的批量生產(chǎn)。工件的縱、環(huán)焊縫的批量生產(chǎn)。 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是利用保護(hù)性氣體防止外界有害氣體對是利用保護(hù)性氣體防止外界有害氣體對熔池進(jìn)行侵害的特殊焊接方法。它適于一些化學(xué)性質(zhì)活熔池進(jìn)行侵害的特殊焊接方法。它適于一些化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬焊縫的焊接作業(yè)。潑的金屬

10、焊縫的焊接作業(yè)。q 氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊 q 一些先進(jìn)的熔化焊技術(shù)一些先進(jìn)的熔化焊技術(shù) 陰極被燈絲加熱到陰極被燈絲加熱到2600K，并發(fā)射大量的電，并發(fā)射大量的電子。這些電子在高壓電場子。這些電子在高壓電場的作用下，經(jīng)電磁透鏡聚的作用下，經(jīng)電磁透鏡聚焦成電子束，高速轟擊工焦成電子束，高速轟擊工件表面（件表面（160000km/s）。）。電子動能瞬間變成熱能電子動能瞬間變成熱能（能量密度是普通電弧的（能量密度是普通電弧的1000倍）。倍）。 利用原子受到激發(fā)而輻射的原理，使物質(zhì)受激發(fā)而利用原子受到激發(fā)而輻射的原理，使物質(zhì)受激發(fā)而產(chǎn)生波長單一、方向一致和能量很高的光束。產(chǎn)生波長單一、方向一致和能量

11、很高的光束。利用激光器受利用激光器受激產(chǎn)生激光束，通過聚焦激產(chǎn)生激光束，通過聚焦系統(tǒng)將其聚集成半徑微小系統(tǒng)將其聚集成半徑微小的光斑，當(dāng)調(diào)焦到被焊工的光斑，當(dāng)調(diào)焦到被焊工件的接縫時(shí)，光能轉(zhuǎn)換為件的接縫時(shí)，光能轉(zhuǎn)換為熱能，從而使金屬熔化形熱能，從而使金屬熔化形成焊接接頭。成焊接接頭。 壓力焊（俗稱固態(tài)焊）壓力焊（俗稱固態(tài)焊）是在壓力（或同時(shí)加熱）作是在壓力（或同時(shí)加熱）作用下，在被焊的分離金屬結(jié)合面產(chǎn)生塑性變形而使金屬用下，在被焊的分離金屬結(jié)合面產(chǎn)生塑性變形而使金屬連接成為整體的焊接工藝。連接成為整體的焊接工藝。第三節(jié)第三節(jié) 壓壓 力力 焊焊q 電阻焊電阻焊 電阻焊電阻焊是利用電流通過被焊工件以及

12、接觸部分產(chǎn)生是利用電流通過被焊工件以及接觸部分產(chǎn)生電阻熱，使接觸部位達(dá)到塑性或局部熔化狀態(tài)，加壓焊電阻熱，使接觸部位達(dá)到塑性或局部熔化狀態(tài)，加壓焊合而使工件焊接在一起的焊接方法。合而使工件焊接在一起的焊接方法。 電阻焊電阻焊對對 焊焊滾滾 焊焊點(diǎn)點(diǎn) 焊焊根據(jù)焊接接頭根據(jù)焊接接頭形式的差異形式的差異 加加 壓壓斷電保壓斷電保壓通通 電電去去 壓壓 對 焊對 焊 是是利用電阻熱將利用電阻熱將兩個(gè)工件的整兩個(gè)工件的整個(gè)端面焊接起個(gè)端面焊接起來的一種焊接來的一種焊接方法。方法。 摩擦焊摩擦焊是利用工件之間的相互摩擦產(chǎn)生的熱量同時(shí)是利用工件之間的相互摩擦產(chǎn)生的熱量同時(shí)加壓使工件連接到一起的焊接方法。加壓

13、使工件連接到一起的焊接方法。 爆炸焊爆炸焊是利用爆炸產(chǎn)生的巨大沖擊波能量，使界面是利用爆炸產(chǎn)生的巨大沖擊波能量，使界面在大的接觸壓力下焊接在一起。在大的接觸壓力下焊接在一起。 釬焊釬焊是利用熔點(diǎn)比被焊接金屬熔點(diǎn)低的金屬作釬料，是利用熔點(diǎn)比被焊接金屬熔點(diǎn)低的金屬作釬料，將釬料與工件一起加熱到釬料熔化狀態(tài)，借助毛細(xì)管作將釬料與工件一起加熱到釬料熔化狀態(tài)，借助毛細(xì)管作用將其吸入到固態(tài)間歇內(nèi)，使釬料與固態(tài)工件表面發(fā)生用將其吸入到固態(tài)間歇內(nèi)，使釬料與固態(tài)工件表面發(fā)生原子的相互擴(kuò)散、溶解和化合而連成整體的焊接方法。原子的相互擴(kuò)散、溶解和化合而連成整體的焊接方法。第四節(jié)第四節(jié) 釬釬 焊焊q 釬焊接頭的形成過

14、程釬焊接頭的形成過程 釬焊接頭的形成包括兩個(gè)過程：釬焊接頭的形成包括兩個(gè)過程： 釬料熔化和流入、釬料熔化和流入、填充接頭間歇形成釬料充滿焊縫的過程；填充接頭間歇形成釬料充滿焊縫的過程； 液態(tài)釬料與液態(tài)釬料與釬焊金屬相互作用。釬焊金屬相互作用。 軟釬焊軟釬焊是指使用的釬料熔點(diǎn)低于是指使用的釬料熔點(diǎn)低于450的釬焊，通常的釬焊，通常用烙鐵加熱。軟釬焊的接頭強(qiáng)度不高（用烙鐵加熱。軟釬焊的接頭強(qiáng)度不高（70MPa）。）。 含少量銻的含少量銻的錫鐵合金釬料錫鐵合金釬料應(yīng)用最廣泛。應(yīng)用最廣泛。 軟釬焊所用的軟釬焊所用的釬劑釬劑主要有：松香、主要有：松香、ZnCl2溶液、溶液、 ZnCl2釬劑膏等（釬劑主要用來清除氧化物，保護(hù)釬焊區(qū)，釬劑膏等（釬劑主要用來清除氧化物，保護(hù)釬焊區(qū)，增加潤濕性）。增加潤濕性）。 軟釬料軟釬料主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于焊接受力不大的常溫工作的儀表、焊接受力不大的常溫工作的儀表、導(dǎo)電元件等。導(dǎo)電元件等。 q 軟釬焊和硬釬焊軟釬焊和硬釬焊 硬釬焊硬釬焊是指使用的釬料熔點(diǎn)高于是指使用的釬料熔點(diǎn)高于450的釬焊。其主的釬