第三篇 金屬的焊接成形

第三篇材料的焊接成形工藝二焊接優(yōu)點(diǎn)1焊縫體積小、重量輕、性能優(yōu)越；2能簡化復(fù)雜件、大型件的制造工藝；鑄－焊鍛〔壓〕－焊聯(lián)合結(jié)構(gòu)3修補(bǔ)鑄件、鍛件以及局部受損壞的零件；三缺點(diǎn)：焊接應(yīng)力、變形。一連接技術(shù)別離構(gòu)件：原子間結(jié)合機(jī)械連接焊接粘結(jié)熔化焊釬焊壓力焊焊接－工業(yè)的裁縫.第一章熔焊工藝一手弧焊〔又稱焊條電弧焊〕〔一〕焊接電弧1組成：陰極區(qū)、陽極區(qū)和弧柱區(qū)2影響電弧穩(wěn)定性的主要因素①電源性質(zhì)－直流反接穩(wěn)定性最好②極間氣氛的電離能堿與堿土金屬電離能低〔K、Na、Ca〕，常為引弧劑、穩(wěn)弧劑

③焊接電流I惰性氣體〔He、Ar〕鹵族元素〔F、Cl等〕電離能高，難于電離有利于氣體熱電離電場力過大，熔池金屬飛濺3焊接電源的選擇酸性焊條——盡量選交流——本錢低堿性焊條——多項(xiàng)選擇直流反接

△直流電源的正、反接法．堿性焊條藥皮中含CaF2，電離能高，反接，焊條端為陽極區(qū)，促進(jìn)CaF2電離。正接法：工件接正極反接法：工件接負(fù)極〔二〕電焊條

堿性焊條含CaF2，目的：去氫。依據(jù)熔渣性質(zhì)焊芯：其直徑為焊條規(guī)格作用電極填充材料藥皮氣渣聯(lián)合保護(hù)隔絕大氣緩冷防止氣孔、夾渣

冶金處理脫氧、脫硫、脫磷、滲合金調(diào)整焊縫成分、補(bǔ)充燒損改善焊接工藝性引弧性、穩(wěn)弧、脫渣焊接位置適應(yīng)性平、立、橫、仰四種位置.1電焊條組成與作用2焊條分類①按用途：結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、鑄鐵……十大類②按熔渣性質(zhì)：酸性焊條、堿性焊條③按藥皮類型：鈦鈣型、高鈦鉀型、低氫鈉〔鉀〕型

3焊條的編號(hào)原那么①典型的酸性焊條E4313鋼芯熔化后形成的物質(zhì)最低抗拉強(qiáng)度420MPa。0、1全位置焊接．藥皮類型：高鈦鉀型熔敷金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)J421，其中J表示“結(jié)構(gòu)鋼〞交直流兩用，用于一般低碳鋼焊接

②典型的堿性焊條E501

5：只能用直流反接、防止氫脆低氫鈉型低氫藥皮中不含有機(jī)物及結(jié)晶水的物質(zhì)在藥皮中參加CaF2，分解F-+H+→HF↑〔不溶于金屬液〕力學(xué)性能特點(diǎn)：〔與同強(qiáng)度級別的酸性焊條比較〕優(yōu)點(diǎn)：塑性δ提高14％，韌性αk提高108％弱點(diǎn)：工藝性差電弧穩(wěn)定性↓直流反接F煙塵有毒NF、KF過熱蒸汽劇毒對水分、鐵銹、油污敏感性大對焊接部位要嚴(yán)格清理對焊條嚴(yán)格烘干350～450℃，1～2h4焊條的選用原那么〔1〕焊接結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件－主要考慮焊縫的力學(xué)性能強(qiáng)度－焊縫與母材“等強(qiáng)度級別〞原那么焊條的強(qiáng)度級別：42、50、55、60、70、80等塑性韌性焊縫的重要性↑動(dòng)載荷結(jié)構(gòu)鋼的剛度↑選用堿性焊條厚5mm酸性焊條厚100mm堿性焊條例：〔2〕焊接不銹鋼、耐熱鋼材料主要考慮焊縫的化學(xué)成分要求遵循“焊縫與母材同化學(xué)成分類型〞原那么例：1Cr18Ni9Ti焊條E0-19-10-16〔最新標(biāo)準(zhǔn)：E308-16〕

低氫鉀型藥皮

熔敷金屬化學(xué)成分分類代號(hào)焊接接頭焊縫區(qū)熱影響區(qū)HAZ焊件材料焊件原始狀態(tài)熱處理知識(shí)應(yīng)能夠依據(jù)正確分析熱影響區(qū)過熱區(qū)正火區(qū)局部相變區(qū)晶粒粗大常為裂紋源〔脆性大、強(qiáng)度低〕〔三〕焊接接頭的組織和性能以低碳鋼為例分析.熔合區(qū)

改善熱影響區(qū)組織、性能的方法①焊后熱處理－主要適于中小型重要件②采用正確的焊接方法或作特殊處理－適于大型構(gòu)件例：過熱區(qū)寬度〔mm〕氧炔焊手弧焊真空電子束焊212.2~3.00.05~0.72彈簧鋼工具鋼通常不直接焊接原因CE〔焊接碳當(dāng)量〕受熱處理?xiàng)l件限制激光焊接焊點(diǎn)可小到幾十至幾百微米二其他常用的熔化焊〔一〕埋弧焊優(yōu)點(diǎn)：效率高、焊接質(zhì)量好。例：8～10mm鋼板單位：30～50m/h而手弧焊6～8m/h△應(yīng)用：成批生產(chǎn)的中、厚板，長的直、環(huán)縫平焊。焊接位置：平焊

.〔三〕氬弧焊〔1〕氬氣的特征.單原子氣體〔保護(hù)性氣要求〕比空氣重25％，不易漂散既不與金屬化合，也不溶于金屬弱點(diǎn)：電離能高優(yōu)點(diǎn)：高溫時(shí)不分解、不吸熱氬氣特征〔2〕陰極破碎作用.工件端：陰極區(qū)發(fā)射電子〔直流反接〕—正離子轟擊目標(biāo)－破碎氣化〔3〕應(yīng)用①極易氧化的有色金屬〔Al、Ti、Mg〕②難熔的活性金屬〔Mo、Nb、Zr〕③不銹鋼和高溫合金

熔化極氬弧焊—直流反接〔為使電弧穩(wěn)定〕鎢極氬弧焊—交流〔鎢使電弧穩(wěn)定〕—直流正接：難熔金屬〔4〕具體接法鋁及其合金第二章壓力焊與釬焊一、電阻焊——利用焊件接觸處的電阻熱將焊件加熱到高塑性或半熔狀態(tài)，并在壓力下形成焊接接頭的方法?！菜摹矯O2氣體保護(hù)焊CO2高溫易分解，易使Fe及其它合金元素?zé)龘p，故不宜焊接有色金屬和不銹鋼，適用于低碳鋼和強(qiáng)度級別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼，主要是薄板焊接。直流？接答：直流反接。

判斷題：電渣焊是利用電流通過焊件所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源來進(jìn)行焊接的?！病匙⒁猓衡F焊：釬料熔化，工件不熔化〔不是熔化焊〕。壓力焊主要包括電阻焊〔點(diǎn)焊、縫焊、對焊〕和摩擦焊。注意：壓力焊不需填充金屬和焊劑。二、釬焊——依靠液態(tài)釬料填滿固態(tài)焊件之間的間隙，并與之相互擴(kuò)散而結(jié)合的方法?！惨弧撤诸悾?、軟釬焊釬料熔點(diǎn)<450℃，接頭強(qiáng)度<70MPa例：錫鉛合金釬焊2、硬釬焊釬料熔點(diǎn)>450℃，接頭強(qiáng)度>200MPa；。例：硬質(zhì)合金刀片與刀桿的焊接。〔二〕應(yīng)用：異種材料的焊接、電子線路的焊接等。第三章常用金屬材料的焊接一金屬材料的焊接性能1根本概念

2焊接性能的主要影響因素〔1〕化學(xué)成分碳當(dāng)量估算法—使用范圍工藝焊接性—形成焊接缺陷的敏感性使用焊接性—力學(xué)性能與特殊性能

碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼CE=C+Cr+Mo+V5+Mn6Ni+Cu15+單位：％塑性↓工件不能通過自身變形緩解應(yīng)力導(dǎo)熱性↓

溫差↑，熱應(yīng)力↑快速冷卻淬硬組織，脆性↑CE↑≤0.25%，W良好CE0.25～0.40%，W較好0.40～0.60%，W較差，焊前低溫預(yù)熱150～250℃，焊后緩冷，以減少熱應(yīng)力>0.60%，W差：焊前高溫預(yù)熱600～700℃，保溫至不低于400℃，施焊，焊后緩冷，立即去應(yīng)力退火〔2〕焊接工藝條件①焊接方法如焊鋁合金：氣焊、手弧焊時(shí)，W極差氬弧焊時(shí)，W良好②環(huán)境溫度③結(jié)構(gòu)的剛度★焊接應(yīng)力產(chǎn)生機(jī)理①局部快速加熱與冷卻→大的熱應(yīng)力②焊縫冷卻時(shí)的收縮受到阻礙CE<0.4%，當(dāng)厚度>30mm，＜0℃焊接時(shí)，須預(yù)熱100~150℃?！Ｓ媒饘俨牧系暮附?碳素結(jié)構(gòu)鋼與低合金結(jié)構(gòu)鋼①依據(jù)焊條選擇原那么，確定適宜的焊條。②依據(jù)材料的CE和環(huán)境溫度，采取相應(yīng)的措施。2不銹鋼①依據(jù)焊條選擇原那么，確定適宜的焊條。②采用氬弧焊。3鑄鐵的焊補(bǔ)快冷，易出現(xiàn)白口組織，脆性↑W極差脆性大、強(qiáng)度低，易裂碳、硅劇烈氧化→氣孔〔CO2〕硅酸鹽夾雜物所以，鑄鐵不能用作焊接結(jié)構(gòu)材料。鑄鐵流動(dòng)性好，立焊時(shí)溶池金屬易流失，因此鑄鐵焊補(bǔ)只適合于平焊。問：埋弧焊焊接位置一般為焊？

鑄鐵不能用作焊接結(jié)構(gòu)材料只能對鑄鐵件的局部鑄造缺陷局部破損進(jìn)行修復(fù)性焊補(bǔ)①熱焊法與CE>0.60％的鋼的焊法相同；采用鑄鐵焊條焊縫為鑄鐵應(yīng)用：焊縫要求與母材同質(zhì)、同力學(xué)性能的重要鑄件。②冷焊法：不預(yù)熱或低溫預(yù)熱采用Ni基焊條，原因如下：Ni促進(jìn)石墨化，熔合處不產(chǎn)生白口組織焊縫軟且塑性好，固態(tài)收縮后期，能以焊縫的塑性變形緩解應(yīng)力，抗裂性好應(yīng)用a允許焊縫與母材不同材質(zhì)b焊后不需要切削加工c對焊縫的力學(xué)性能要求不高，高溫局部預(yù)熱會(huì)引發(fā)變形的鑄鐵件∵焊縫切削加工性能較差，∴焊接方法：原那么上采用氬弧焊鋁合金焊條優(yōu)先也可采用釬焊釬料：Al-Si合金Zn基合金還可用電阻焊4鋁及鋁合金的焊接主要問題：1〕氧化Al2O3溶點(diǎn)2050℃，遠(yuǎn)高于鋁的熔點(diǎn)660.4℃。2)氣孔鋁合金導(dǎo)熱性↑↑冷卻速度↑↑，氫氣來不及逸出。焊前應(yīng)將工件嚴(yán)格清洗和枯燥。第四章焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)§4-1焊接材料及焊接方法的選擇一、焊接材料選擇原那么1、在滿足使用性能要求的前提下，盡量采用焊接性能好的材料。例： ≤0.25%C低碳鋼； CE≤0.4%的低合金結(jié)構(gòu)鋼。2、盡量采用工字鋼、槽鋼、角鋼等型材。原因：減少焊縫，簡化工藝；保證結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度與剛性。3、盡量選用同種材料焊接。假設(shè)必須采用異種金屬焊接，須盡量選擇化學(xué)成分、物理性能相近的材料?！?-2焊接結(jié)構(gòu)工藝性一、焊接接頭設(shè)計(jì)◆四種根本形式：對接接頭、搭接接頭、角接接頭、丁字接頭?！舾髯缘奶攸c(diǎn)：對接接頭受力均勻，應(yīng)力集中較小，易于保證焊接質(zhì)量。塔接接頭的接頭處受附加彎矩，但無需開坡口。角接與丁字接主要用于空間連接。

◆選擇原那么：應(yīng)依據(jù)具體條件確定。如：焊接結(jié)構(gòu)的形狀、焊接方法、焊縫部位、坡口加工等。焊接方法選擇的原那么：在保證焊件質(zhì)量的前提下，優(yōu)先選擇常用的焊接方法，生產(chǎn)批量較大時(shí)還需考慮提高生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)本錢。

二、坡口形式設(shè)計(jì)☆坡口的形式有：Y型、雙Y型、U型、雙U型、K型等。

☆厚件開坡口的目的：保證焊透；調(diào)整母材成份?！钸x擇坡口的依據(jù)：焊件厚度；焊縫位置(要便于焊接操作)。

1焊縫防止密集、交叉三、焊縫布置2焊縫呈對稱分布3使焊縫避開應(yīng)力集中及應(yīng)力最大位置4焊縫應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)加工外表5焊縫分布便于操作

陰極區(qū)2400°K

弧柱區(qū)5000~50000°K

陽極區(qū)2600°K電弧中的陽離子受陰極電場加速，以很高的速度沖擊陰極外表，使陰極外表的氧化膜破碎并去除掉，在惰性氣體的保護(hù)下，形成清潔的金屬外表，這種現(xiàn)象稱為陰極破碎現(xiàn)象。氬弧焊不僅有良好的保護(hù)作用，且有陰極破碎作用，可去除氧化鋁膜，使合金很好的熔