金屬材料成形基礎(chǔ)第四篇

1、金屬材料成形基礎(chǔ)第四篇第1頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第四篇 焊 接 概 述 一、金屬焊接成形用加熱、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頭的材料成形方法。二、焊接成形的分類 1熔化焊： 2壓力焊：3釬焊：電弧焊（手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護(hù)焊）、電渣焊、電子束焊、激光焊、等離子弧焊等電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊、高頻焊、擴(kuò)散焊等軟釬焊、硬釬焊第2頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四三、焊接成形的特點(diǎn)1接頭 牢固、封性好。2可化大為小、以小拼大。 3可實現(xiàn)異種金屬的連接。4重量輕、加工裝配

2、簡單。5焊接應(yīng)力變形大，接頭易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。第3頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第4頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四1 手工電弧焊的焊接過程 第一章 金屬焊接成形工藝基礎(chǔ) 一、手工電弧焊的特點(diǎn)1 . 設(shè)備簡單、應(yīng)用靈活方便。2 . 勞動條件差、生產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。二、手工電弧焊焊接過程引弧 形成熔池形成焊縫三、焊接電弧1 . 焊接電弧的概念第5頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四焊條工件焊接電弧具備兩個條件使氣體電離陰極發(fā)射電子接觸電阻：R短路電流：I電阻熱：Q=I2RtE=V/dd在焊條末端和工件兩極之

3、間的氣體介質(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 就是帶點(diǎn)粒子產(chǎn)生、運(yùn)動、復(fù)合、產(chǎn)生的動態(tài)平衡過程。熱電離碰撞電離第6頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2 . 電弧的構(gòu)造及熱量分布陰極區(qū)：陽極區(qū)：弧柱區(qū)：2400k 36%2600k 42%50008000k 21%3 . 電弧的極性直流電源正接極：直流電源反接極：工件正極（陽極）；焊條負(fù)極（陰極）。工件負(fù)極（陰極）；焊條正極（陽極）。用于薄板金屬的焊接第7頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四 2 焊接冶金過程與電焊條一、熔焊冶金過程特點(diǎn)1. 熔池金屬溫度高于一般冶金溫度2. 熔

4、池金屬冷卻快，處于液態(tài)的時間短2000k使金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)、燒損。10s化學(xué)成分不均勻；焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。3. 空氣對焊縫的影響嚴(yán)重O2OFe+ O FeOMn+ O MnOSi+ O SiO2C+O CO1） O2 ：第8頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四氧化的結(jié)果合金元素被燒損；焊縫產(chǎn)生夾渣的缺陷；形成CO氣孔。2）N2 ：Fe+N Fe4N使接頭的塑性、韌性下降。3）H2 ：氫氣孔 氫脆二、熔焊冶金過程中必須采取的工藝措施1. 減少有害氣體進(jìn)入熔池；2. 滲入合金元素；3. 清除已進(jìn)入熔池的有害元素。NN2HH2第9頁，共60頁，2022年，5月20日

5、，13點(diǎn)30分，星期四三、電焊條1. 電焊條的組成及作用電焊條焊條芯藥皮焊縫的填充材料 填充焊縫電極傳導(dǎo)電流 導(dǎo)電機(jī)械保護(hù)的作用冶金的作用穩(wěn)定電弧的作用焊條芯藥皮藥皮的種類： 氧化鈣型；氧化鈦鈣型；鈦鐵礦型；氧化鈦型；纖維素型；低氫鉀型；低氫鈉型；石墨型；鹽基型。第10頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2. 電焊條的分類結(jié)構(gòu)鋼焊條J； 鉬和鉻耐熱鋼焊條R；低溫鋼焊條W； 不銹鋼焊條A；堆焊焊條D； 鑄鐵焊條Z；鎳及鎳合金焊條Ni ； 銅及銅合金焊條T；鋁及鋁合金焊條L； 特殊用途焊條TSJ 5 0 7藥皮種類（低氫型）抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊條J 4 2 2藥皮種類（鈣鈦型）抗

6、拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊條第11頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四酸性焊條：堿性焊條：在熔渣中以酸性氧化物為主（TiO2、SiO2、Fe2O3）在熔渣中以堿性氧化物為主（K2O、Na2O、CaO、MnO）三、電焊條的選用1. 根據(jù)被焊工件的強(qiáng)度選用2. 根據(jù)被焊工件的化學(xué)成分選用3. 根據(jù)被焊工件工作條件和結(jié)構(gòu)選用4. 根據(jù)實際生產(chǎn)狀況選用第12頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四一、 焊接熱循環(huán)焊接接頭焊縫區(qū)焊接熱影響區(qū)1） 焊縫區(qū)熔池金屬冷卻結(jié)晶所形成的鑄態(tài)組織。2） 焊接熱影響區(qū)二、 焊接接頭金屬組織與性能的變化焊縫兩側(cè)的母材，由于焊接熱的作用，其組織

7、和性能發(fā)生變化的區(qū)域。 3 焊接接頭金屬的組織與性能第13頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四 熔合區(qū)是焊縫和母材金屬的交界區(qū)。（0.11mm）加熱溫度：T液T固強(qiáng)度、塑性、韌性極差，是裂紋和局部脆斷的發(fā)源地。 過熱區(qū)加熱溫度：T固1100 塑性和韌性很低，是裂紋的發(fā)源地。在熱影響區(qū)內(nèi)具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。（13mm）第14頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四 正火區(qū)加熱溫度：1100 AC3在熱影響區(qū)內(nèi)相當(dāng)于受到正火處理的區(qū)域。（1.24mm）力學(xué)性能優(yōu)于母材。 部分相變區(qū)在熱影響區(qū)內(nèi)發(fā)生部分相變的區(qū)域。加熱溫度：AC3AC1力學(xué)性能較

8、母材稍差。力學(xué)性能最差的區(qū)域：熔合區(qū)和過熱區(qū)第15頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四減小和消除焊接熱影響區(qū)的方法： 小電流、快速焊接； 采用先進(jìn)的焊接方法； 焊后熱處理（正火）3 焊接應(yīng)力與變形一、焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的根本原因是：焊件(工件）在焊接過程中受到局部加熱和快速冷卻。第16頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四L0焊接應(yīng)力狀態(tài)：焊縫區(qū)域拉應(yīng)力兩側(cè)冷金屬壓應(yīng)力焊接變形：焊件整體縮短 L第17頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第18頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四二、焊接

9、變形的基本形式1 . 收縮變形2 . 角變形3 . 彎曲變形4 . 扭曲變形5 . 波浪形變形第19頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四三、焊接應(yīng)力與變形的防止1. 焊接應(yīng)力的防止及消除措施1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應(yīng)盡可能小。2）合理選擇焊接順序。（）（）（）123）錘擊或碾壓焊縫4）采用小能量、多層焊5）焊前預(yù)熱（150350）6）焊后熱處理（去應(yīng)力退火）可消除應(yīng)力80%左右第20頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2 . 焊接變形的防止及矯正措施1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應(yīng)盡可能小。2）合理選擇焊接順序。1234

10、1 4 3 212343）加裕量法。4）反變形法。1234561 4 5 2 3 61 2 3 4第21頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四5）采用焊前剛性固定法。6）采用合理的焊接規(guī)范（小電流、快速焊接）。7）焊接變形的矯正 機(jī)械矯正 火焰矯正第22頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四 第二章 常用焊接成形方法1 熔化焊一、埋弧自動焊焊接電源控制箱焊接小車焊接熱源：電弧熱溶池保護(hù)：焊劑（氣、渣）1. 埋弧自動焊設(shè)備及焊接過程第23頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第24頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期

11、四2. 埋弧自動焊工藝1）焊前準(zhǔn)備2)采取防漏措施雙面焊；手工電弧焊封底；焊劑墊；采用鎖底坡口；水冷銅墊板。板厚在2025mm以下的工件可不開坡口；但在實際生產(chǎn)中，板板厚在1422mm應(yīng)開Y型坡口，板厚在2250mm，可開雙Y型坡口或U型坡口。3)要有引弧板和引出板環(huán)焊縫：焊絲起弧點(diǎn)應(yīng)與環(huán)的中心偏離一定距離a；（a=2040mm）。直徑小于250mm一般不采用埋弧焊。第25頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四3. 埋弧自動焊工藝特點(diǎn)1）生產(chǎn)率高（手弧焊的510倍）2）焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定。3）節(jié)約金屬材料、生產(chǎn)成本低。4）勞動條件好。5）只能在水平位置焊接。應(yīng)用：主要用于較厚

12、鋼板的長直焊縫和較大直徑的環(huán)形焊縫焊接。如壓力容器的環(huán)焊縫和直焊縫、鍋爐冷卻壁的長直焊縫、船舶和潛艇殼體、其重機(jī)械、冶金機(jī)械（高爐爐身）等的焊接。第26頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四二、氣體保護(hù)焊1 . 氬弧焊利用氬氣作為保護(hù)性介質(zhì)的電弧焊方法。焊接熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：ArAr不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不產(chǎn)生夾渣缺陷不溶解于液體金屬中不產(chǎn)生氣孔缺陷比重大于空氣（25%）“陰極破碎”作用1）熔化極氬弧焊25mm以下的工件2）非熔化極氬弧焊適于6mm以下工件的焊接第27頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四熔化極亞弧焊非熔化極亞弧焊第28頁，共60頁，2

13、022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第29頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四3）氬弧焊的特點(diǎn)及應(yīng)用 機(jī)械保護(hù)效果好，焊縫金屬純凈，焊縫成形美觀， 焊接質(zhì)量優(yōu)良。 電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小。 焊接熱影響區(qū)和變形小。 可進(jìn)行全位置焊接。 氬氣昂貴，設(shè)備造價高。應(yīng)用：適用于易氧化的有色金屬及合金鋼材料的焊接。如：鋁、鎂、鈦及其合金和耐熱鋼、不銹鋼等。適用所有金屬材料的焊接。第30頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四以CO2氣體作為保護(hù)性介質(zhì)的電弧焊方法。焊接熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：CO2CO2 與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生夾渣缺陷 溶解于液體金屬中產(chǎn)生 CO

14、氣孔缺陷 比重大于空氣（25%） 氧化嚴(yán)重； 氣孔傾向大（CO）； 飛濺嚴(yán)重。1) 存在問題2 . CO2氣體保護(hù)焊第31頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四 生產(chǎn)率高（是手弧焊的13倍）。 成本低（是手弧焊的40%） 。 焊接熱影響區(qū)和變形小。 可進(jìn)行全位置焊接。 飛濺嚴(yán)重，焊縫成形差。應(yīng)用：適用于低碳鋼和強(qiáng)度級別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。目前廣泛用于造船、機(jī)車車輛、汽車制造、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。2）CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用第32頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四三、電渣焊利用電流通過液態(tài)熔渣時產(chǎn)生的電阻熱，同時加熱熔化焊絲和金屬母材的焊接方法。焊接

15、熱源：電阻熱保護(hù)介質(zhì)：液態(tài)熔渣1. 焊接過程第33頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2. 焊接特點(diǎn)及應(yīng)用 1）大厚度工件可一次焊成。單絲4060mm；單絲擺動60150mm；三絲擺動450mm；板極電渣焊(450mm)2）生產(chǎn)率高，成本低。3）焊接質(zhì)量好。 不易產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷。4）熱影響區(qū)大。焊后熱處理。應(yīng)用： 適用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料； 適用于厚大工件。厚度大于40mm的大型結(jié)構(gòu)件。第34頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2 壓力焊一、電阻焊 通過加壓、或同時加熱加壓，使焊件產(chǎn)生塑性變形，并經(jīng)再結(jié)晶和擴(kuò)散作用，使兩部分金屬達(dá)到原子

16、間的結(jié)合，實現(xiàn)連接的焊接方法。1. 點(diǎn)焊工藝參數(shù)電極壓力焊接電流通電時間適中 對組合焊件經(jīng)電極加壓，利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，實現(xiàn)焊接。焊點(diǎn)距離太近分流現(xiàn)象嚴(yán)重太遠(yuǎn)強(qiáng)度不夠應(yīng)用：4mm以下的薄板搭接。第35頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2 . 縫焊應(yīng)用：3mm以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3 . 對焊主要用于棒料的對接。1）電阻對焊應(yīng)用：用于斷面簡單，直徑（或邊長）小于20mm或強(qiáng)度要求不太高的工件。2）閃光對焊應(yīng)用：用于重要工件的焊接?？珊赶嗤饘?， 也可焊異種金屬（鋁鋼、鋁銅等）。 工件直徑0.01mm200m

17、m。第36頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第37頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四二、摩擦焊1. 摩擦焊焊接過程2. 摩擦焊接頭型式3. 特點(diǎn)及應(yīng)用 質(zhì)量穩(wěn)定； 不需填充金屬及焊劑； 生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化。應(yīng)用：適用于黑色金屬、有色金屬； 也適用于特種材料、異種材料焊接。第38頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四第39頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四3 釬焊是將釬料熔化，利用液態(tài)釬料濕潤母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，冷凝后實現(xiàn)連接的焊接方法。一、釬焊的種類1. 軟釬焊2. 硬釬焊釬料的熔點(diǎn)

18、在450以下。接頭強(qiáng)度低，一般為60190MPa，工作溫度低于100釬料的熔點(diǎn)在450以上。接頭強(qiáng)度高，在200MPa以上，工作溫度較高。第40頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四釬料的作用 連接 填充釬料的種類 軟釬料： 硬釬料：錫鉛合金（焊錫）鋁基、銅基、銀基、鎳基合金等。2. 溶劑溶劑的作用 清理作用 降低表面張力 保護(hù)作用去除表面氧化皮改善液態(tài)釬料對焊件的濕潤性，增強(qiáng)毛細(xì)管作用。二、釬料和溶劑1. 釬料第41頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2. 可焊同種、異種金屬和厚薄懸殊的工件。3. 生產(chǎn)率高。易于實現(xiàn)自動化。4. 設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費(fèi)

19、用少。應(yīng)用：主要焊接精密、微型、復(fù)雜、多焊縫異種金屬 的焊接。目前：軟釬焊廣泛用于電子、電器、儀表等行業(yè)；硬釬焊 用于硬質(zhì)合金刀具、鉆探鉆頭、換熱器的焊接。三、釬焊的特點(diǎn)及應(yīng)用加熱溫度低，接頭組織、性能變化?。缓附幼冃涡?， 工件尺寸精確。第42頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四1. 金屬材料的焊接性指被焊金屬采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性 工藝焊接性： 使用焊接性：焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向。尤其指出現(xiàn)各種裂紋的可能性焊接接頭在使用中的可靠性。包括力學(xué)性能及其它特殊性能2. 影響焊接性的因素1）焊接方法4）工藝

20、參數(shù)2）焊接材料3）焊件化學(xué)成分 第三章 常用金屬材料的焊接1 材料的焊接性第43頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四3. 焊接性的評定方法1）實驗法十字接頭試驗法、Y型坡口試驗法、“小鐵研”試驗法等。2）碳當(dāng)量估算法C 影響最顯著 基本元素 折合成碳的相當(dāng)含量對焊接性的影響其它元素CE = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15CE0.6%具有良好的焊接性焊接性較差焊接性差第44頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2 碳鋼的焊接1. 低碳鋼的焊接低碳鋼： C0.25%CE 0.4%焊接性良好。2. 中碳鋼的焊接中碳鋼：C0.250.60

21、%焊接性由 良好 較差。CE 0.60%焊接性差。CE 0.60%問題焊縫區(qū)易產(chǎn)生熱裂紋熱影響區(qū)易產(chǎn)生冷裂紋措施焊前預(yù)熱（250350 ），焊后緩冷。選用低氫型焊條。焊件開坡口，且采用細(xì)焊條、小電流、多層焊。避免選用高碳鋼作為焊接結(jié)構(gòu)件。焊補(bǔ)措施焊前預(yù)熱（150250 ），焊后緩冷。選用低氫型焊條。焊件開坡口，且采用細(xì)焊條、小電流、多層焊。第46頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四3 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接合金結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼普通低合金結(jié)構(gòu)鋼（調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼）（壓力容器、鍋爐、橋梁、車輛、船舶等結(jié)構(gòu)。）普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：低強(qiáng)度普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：高強(qiáng)度普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：s4

22、00MPaCE 400MPaCE 0.4%0.5%焊接性良好。焊接性較差。15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV焊前預(yù)熱（150250 ），焊后緩冷；選用低氫型焊條；焊件開坡口，且采用細(xì)焊條、小電流、多層焊。第47頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四4 鑄鐵的焊補(bǔ)一、鑄鐵焊補(bǔ)的特點(diǎn)（困難）1. 熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織和淬硬組織；2. 焊縫區(qū)易產(chǎn)生裂紋；3. 焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔；4. 熔池金屬易流失；二、鑄鐵焊補(bǔ)的方法1. 熱焊法焊前將焊件整體或局部預(yù)熱至600700并施焊，焊后緩冷。用于形狀復(fù)雜，焊后需要機(jī)械加工的重要件。如汽缸體、汽缸蓋、機(jī)床導(dǎo)軌等第48頁，共60頁

23、，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四2. 冷焊法焊前不預(yù)熱或低溫預(yù)熱（400）的焊補(bǔ)方法。焊條鋼芯鑄鐵焊條：適用于非加工表面的焊補(bǔ)石墨化鑄鐵焊條：高釩鑄鐵焊條：鎳基鑄鐵焊條：銅基鑄鐵焊條：適用于較大灰口鑄鐵件的焊補(bǔ)主要用于一般鑄鐵件的焊補(bǔ)主要用于重要件加工表面的焊補(bǔ)可進(jìn)行機(jī)械加工、塑性和抗裂較好。焊縫性能與母材基本相同，具有良好的加工性抗裂性好，可進(jìn)行機(jī)械加工。具有良好的抗裂性與加工性主要用于一般鑄鐵件的焊補(bǔ)第49頁，共60頁，2022年，5月20日，13點(diǎn)30分，星期四5 有色金屬的焊接一、鋁及鋁合金的焊接1. 鋁及鋁合金的焊接特點(diǎn)1）易氧化；2）易產(chǎn)生氣孔；4）接頭易軟化；3）易變形開裂；2. 鋁及鋁合金的焊接方法氬弧焊、氣焊、釬焊、電阻焊。第50頁，共60頁，2022