《金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝》課件

金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝引言焊接技術(shù)作為一種重要的金屬加工工藝，焊接技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色，它廣泛應(yīng)用于各種金屬結(jié)構(gòu)的制造、維修、修復(fù)等方面。課程內(nèi)容本課程將全面講解金屬結(jié)構(gòu)焊接工藝的基本理論、常用焊接方法、焊接接頭的設(shè)計與制造、焊接質(zhì)量控制以及焊接安全防護(hù)等方面知識，旨在為學(xué)員提供系統(tǒng)全面的焊接技能知識。焊接的基本概念11.焊接定義焊接是指利用熱或壓力，或兩者兼用，使兩個或多個金屬工件在原子間產(chǎn)生冶金結(jié)合的一種加工工藝。22.焊接原理焊接過程中，熱量使金屬工件局部熔化或塑性變形，形成熔池或塑性連接區(qū)，冷卻后，金屬原子在分子力作用下形成冶金結(jié)合，從而實現(xiàn)工件的牢固連接。33.焊接特點焊接具有連接牢固、效率高、適用范圍廣、可塑性強(qiáng)等特點，是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的工藝之一。金屬材料的化學(xué)成分與性能化學(xué)成分金屬材料的化學(xué)成分是指組成金屬材料的各種元素及其含量。不同元素的含量會影響金屬材料的性能，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等。性能金屬材料的性能是指金屬材料在各種外力作用下表現(xiàn)出來的性質(zhì)，如強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、耐腐蝕性、耐熱性等。這些性能決定了金屬材料的使用范圍。金屬材料的組織結(jié)構(gòu)1顯微組織顯微組織是指金屬材料在顯微鏡下觀察到的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。它包括晶粒、相、缺陷等，這些結(jié)構(gòu)會影響金屬材料的性能。2晶粒大小晶粒的大小會影響金屬材料的強(qiáng)度、硬度和韌性。一般來說，晶粒越細(xì)小，金屬材料的強(qiáng)度和硬度越高，韌性越低。3相組成相組成是指金屬材料中存在的不同晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。不同的相組成會影響金屬材料的性能，如強(qiáng)度、硬度、耐腐蝕性等。金屬材料的力學(xué)性能強(qiáng)度強(qiáng)度是指金屬材料抵抗外力破壞的能力，包括抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度等。硬度硬度是指金屬材料抵抗局部壓痕的能力，包括布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度等。塑性塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生永久性變形的程度，通常用延伸率和斷面收縮率表示。韌性韌性是指金屬材料抵抗沖擊載荷的能力，通常用沖擊韌性表示。常見金屬材料及其焊接性1鋼鐵材料鋼鐵材料是焊接應(yīng)用最廣泛的金屬材料之一，具有強(qiáng)度高、價格低廉等優(yōu)點，但焊接時需要注意防止裂紋、氣孔等缺陷的產(chǎn)生。2不銹鋼不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性，焊接時需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，防止焊接裂紋和晶間腐蝕的發(fā)生。3鋁合金鋁合金具有重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性好等優(yōu)點，焊接時需要注意防止熱裂紋、氣孔、焊縫變形等缺陷的產(chǎn)生。鋼鐵材料碳素鋼碳素鋼是含碳量較低的鋼鐵，具有較好的可焊性，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械等領(lǐng)域。低合金鋼低合金鋼是指含少量合金元素的鋼鐵，具有較高的強(qiáng)度和韌性，焊接時需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)。高強(qiáng)度鋼高強(qiáng)度鋼是指具有高強(qiáng)度的鋼鐵，焊接時需要注意防止焊接裂紋和變形。不銹鋼奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和塑性，焊接時需要注意防止晶間腐蝕和熱裂紋的發(fā)生。鐵素體不銹鋼鐵素體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性和磁性，焊接時需要注意防止焊接裂紋和變形。雙相不銹鋼雙相不銹鋼兼具奧氏體和鐵素體不銹鋼的優(yōu)點，焊接時需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)。鋁合金可焊性鋁合金的可焊性取決于合金成分和焊接工藝，焊接時需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)。焊接工藝焊接鋁合金時，需要使用專門的焊接材料和工藝參數(shù)，以防止熱裂紋、氣孔、焊縫變形等缺陷的產(chǎn)生。焊接強(qiáng)度鋁合金焊接接頭的強(qiáng)度取決于焊接工藝和材料，焊接時需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，以保證焊接接頭的強(qiáng)度。焊接的基本工藝1手工電弧焊手工電弧焊是最基本的焊接方法之一，操作簡單，設(shè)備簡便，適用于各種金屬材料的焊接。2埋弧焊埋弧焊是一種自動焊接方法，效率高、質(zhì)量好，主要用于厚板的焊接。3氣體保護(hù)焊氣體保護(hù)焊是一種使用惰性氣體保護(hù)焊接區(qū)域的焊接方法，適用于各種金屬材料的焊接。手工電弧焊1原理手工電弧焊是利用電弧產(chǎn)生的高溫使金屬熔化，形成熔池，冷卻后形成冶金結(jié)合。2特點操作簡單、設(shè)備簡便、適用范圍廣、成本低廉，但勞動強(qiáng)度大、效率低、焊縫質(zhì)量易受操作者技術(shù)水平影響。3應(yīng)用手工電弧焊廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械、船舶等領(lǐng)域，尤其適用于現(xiàn)場焊接。埋弧焊原理埋弧焊是利用埋在焊劑下的電弧產(chǎn)生的熱量，使金屬熔化，形成熔池，冷卻后形成冶金結(jié)合。特點焊接效率高、焊縫質(zhì)量好、勞動強(qiáng)度低、可實現(xiàn)自動化，但設(shè)備較復(fù)雜、成本較高，不適合現(xiàn)場焊接。應(yīng)用埋弧焊主要用于厚板的焊接，如船舶制造、橋梁建設(shè)等。氣體保護(hù)焊MIG焊MIG焊是金屬惰性氣體保護(hù)焊，利用惰性氣體保護(hù)焊接區(qū)域，防止金屬氧化，提高焊縫質(zhì)量。MAG焊MAG焊是金屬活性氣體保護(hù)焊，利用活性氣體保護(hù)焊接區(qū)域，可以提高焊接效率。TIG焊TIG焊是鎢極惰性氣體保護(hù)焊，利用鎢極產(chǎn)生電弧，并使用惰性氣體保護(hù)焊接區(qū)域。焊接接頭的形式與設(shè)計對接接頭對接接頭是指將兩個工件的端面或邊面對接連接在一起的接頭，是焊接接頭中最常用的形式。角接頭角接頭是指將兩個工件的邊面以一定的角度連接在一起的接頭，常用于結(jié)構(gòu)的加固。T形接頭T形接頭是指將兩個工件的邊面以T字形連接在一起的接頭，主要用于工件的連接和加固。對接接頭坡口形式對接接頭的坡口形式主要有V型、U型、X型等，不同的坡口形式適用于不同的焊接厚度和焊接工藝。間隙對接接頭的間隙是指兩個工件之間的距離，一般在1-3mm之間，過大或過小都會影響焊縫質(zhì)量。坡口角度對接接頭的坡口角度是指坡口與工件表面的角度，一般在30-45度之間，不同的坡口角度適用于不同的焊接工藝。角接頭坡口形式角接頭的坡口形式主要有單邊坡口、雙邊坡口、開角坡口等，不同的坡口形式適用于不同的焊接厚度和焊接工藝。間隙角接頭的間隙是指兩個工件之間的距離，一般在1-3mm之間，過大或過小都會影響焊縫質(zhì)量。坡口角度角接頭的坡口角度是指坡口與工件表面的角度，一般在30-45度之間，不同的坡口角度適用于不同的焊接工藝。T形接頭坡口形式T形接頭的坡口形式主要有單邊坡口、雙邊坡口、開角坡口等，不同的坡口形式適用于不同的焊接厚度和焊接工藝。間隙T形接頭的間隙是指兩個工件之間的距離，一般在1-3mm之間，過大或過小都會影響焊縫質(zhì)量。焊接工藝焊接T形接頭時，需要注意選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，以保證焊縫質(zhì)量。焊縫的種類與性能1熔融焊縫熔融焊縫是指利用熱量使金屬熔化，冷卻后形成的焊縫，是焊接中最常用的類型。2固相焊縫固相焊縫是指利用壓力使金屬在固態(tài)下產(chǎn)生冶金結(jié)合的焊縫，常用于焊接異種金屬或薄板。熔融焊縫熔透焊熔透焊是指焊縫完全熔透整個接頭，形成連續(xù)的焊縫，是焊接接頭的理想形式。未熔透焊未熔透焊是指焊縫未完全熔透整個接頭，存在未熔透部位，會影響焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。咬邊咬邊是指焊縫與母材之間沒有完全熔合，存在空隙，會影響焊接接頭的強(qiáng)度和美觀。固相焊縫摩擦焊摩擦焊是利用摩擦產(chǎn)生的熱量使金屬工件表面熔化，并在壓力作用下完成連接。爆炸焊爆炸焊是利用爆炸產(chǎn)生的沖擊波和高溫，使金屬工件表面熔化，并在壓力作用下完成連接。焊縫的質(zhì)量要求強(qiáng)度要求焊縫的強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計要求，保證焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。氣密性要求焊縫應(yīng)具有良好的氣密性，防止漏氣或漏液，確保焊接接頭的密封性能。外觀要求焊縫外觀應(yīng)平整、光滑，無明顯缺陷，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。焊接設(shè)備與工具焊機(jī)焊機(jī)是焊接過程中的主要設(shè)備，它提供焊接所需的電流和電壓。焊槍焊槍是焊接過程中的重要工具，它將電流和電壓傳遞到焊絲，并控制電弧的產(chǎn)生和熄滅。焊材焊材是指用于焊接的材料，包括焊絲、焊條、焊劑等。輔助設(shè)備輔助設(shè)備包括焊接夾具、焊臺、焊鉗、焊帽等，用于輔助焊接操作。焊機(jī)直流焊機(jī)直流焊機(jī)是指輸出直流電流的焊機(jī)，適用于各種金屬材料的焊接。交流焊機(jī)交流焊機(jī)是指輸出交流電流的焊機(jī)，主要用于手工電弧焊。脈沖焊機(jī)脈沖焊機(jī)是指輸出脈沖電流的焊機(jī)，可以提高焊接效率和焊縫質(zhì)量。焊槍MIG焊槍MIG焊槍是用于MIG焊的焊槍，它配備有送絲機(jī)構(gòu)，可以自動送絲到焊接區(qū)域。MAG焊槍MAG焊槍是用于MAG焊的焊槍，它配備有送絲機(jī)構(gòu)和氣體噴嘴，可以自動送絲和噴射氣體到焊接區(qū)域。TIG焊槍TIG焊槍是用于TIG焊的焊槍，它配備有鎢極和氣體噴嘴，可以產(chǎn)生電弧和噴射氣體到焊接區(qū)域。焊材焊絲焊絲是用于MIG焊和MAG焊的焊材，它可以根據(jù)不同的焊接材料和工藝要求選擇合適的焊絲。焊條焊條是用于手工電弧焊的焊材，它包含焊芯和藥皮，可以根據(jù)不同的焊接材料和工藝要求選擇合適的焊條。焊劑焊劑是用于埋弧焊的焊材，它可以保護(hù)焊接區(qū)域，防止金屬氧化，并提高焊縫質(zhì)量。焊接的輔助設(shè)備1焊接夾具焊接夾具用于固定焊接工件，保證焊接過程中的準(zhǔn)確性和可靠性。2焊臺焊臺用于放置焊接材料和工具，方便焊接操作。3焊鉗焊鉗用于夾持焊條，保證焊條的穩(wěn)定性和安全性。4焊帽焊帽用于保護(hù)焊工的眼睛和面部，防止焊接過程中產(chǎn)生的光和熱傷害。焊接過程中的熱量傳遞1傳導(dǎo)傳導(dǎo)是指熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的分子運動而傳遞的過程，是焊接熱量傳遞的主要方式之一。2對流對流是指熱量通過流體的流動而傳遞的過程，在焊接過程中，空氣流動會帶走一部分熱量。3輻射輻射是指熱量通過電磁波的形式傳遞的過程，焊接過程中電弧輻射的熱量會使工件溫度升高。焊接熱影響區(qū)定義焊接熱影響區(qū)是指焊縫附近受熱而發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域，它會影響焊接接頭的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等。特點焊接熱影響區(qū)的組織結(jié)構(gòu)和性能會發(fā)生變化，通常比母材的性能差，需要通過適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)和熱處理來改善其性能。焊接變形及其控制變形原因焊接變形是由于焊接過程中的熱應(yīng)力和金屬材料的熱膨脹和收縮造成的。變形形式焊接變形主要包括縱向變形、橫向變形、彎曲變形、扭曲變形等?？刂品椒刂坪附幼冃蔚姆椒ㄖ饕üに噮?shù)控制、預(yù)熱和后熱處理、采用合理的設(shè)計和焊接順序等。焊接殘余應(yīng)力及其影響11.定義焊接殘余應(yīng)力是指焊接后在金屬材料內(nèi)部存在的應(yīng)力，它會影響焊接接頭的強(qiáng)度、韌性、疲勞強(qiáng)度等。22.影響因素焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生受焊接工藝、焊接材料、工件形狀等因素的影響。33.影響焊接殘余應(yīng)力過大，可能會導(dǎo)致焊接裂紋、變形、疲勞失效等問題。焊接變形的防治措施工藝參數(shù)控制選擇合適的焊接電流、焊接速度、焊絲直徑等工藝參數(shù)，可以有效控制焊接變形。預(yù)熱和后熱處理預(yù)熱可以提高焊接材料的溫度，減小焊接過程中的熱應(yīng)力，后熱處理可以消除焊接殘余應(yīng)力，改善焊接接頭的性能。合理的設(shè)計和焊接順序采用合理的焊接設(shè)計和焊接順序，可以有效控制焊接變形，如采用對稱焊接、分層焊接等方式。焊接缺陷及其預(yù)防1氣體孔洞氣體孔洞是指焊縫中存在的空洞，通常是由于焊接過程中的氣體含量過高或焊縫冷卻過快造成的。2裂紋裂紋是指焊縫或熱影響區(qū)中存在的裂縫，通常是由于焊接應(yīng)力集中或焊接材料性能差造成的。3未熔合未熔合是指焊縫與母材之間沒有完全熔合，存在空隙，會影響焊接接頭的強(qiáng)度和可靠性。氣體孔洞原因焊接過程中，空氣、水分、焊劑等進(jìn)入熔池，形成氣體，冷卻后形成氣孔。預(yù)防措施選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，嚴(yán)格控制焊接環(huán)境，防止空氣、水分、焊劑等進(jìn)入熔池。裂紋原因焊接應(yīng)力集中、焊接材料性能差、冷卻速度過快、焊接熱影響區(qū)組織變化等因素都可能導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。預(yù)防措施選擇合適的焊接材料和工藝參數(shù)，控制焊接熱輸入，進(jìn)行預(yù)熱和后熱處理，改善焊接接頭的組織結(jié)構(gòu)。未熔合原因焊接電流過小、焊接速度過快、焊絲與母材之間間隙過大、焊接環(huán)境不良等因素都可能導(dǎo)致未熔合的產(chǎn)生。預(yù)防措施選擇合適的焊接電流、焊接速度，嚴(yán)格控制焊絲與母材之間的間隙，保持良好的焊接環(huán)境。焊接質(zhì)量檢驗1目視檢查目視檢查是最基本的焊接質(zhì)量檢驗方法，通過觀察焊縫外觀，判斷焊縫是否符合要求。2滲透檢查滲透檢查是利用滲透液檢測焊縫表面缺陷的檢驗方法，適用于檢測表面裂紋、氣孔等缺陷。3超聲波檢查超聲波檢查是利用超聲波檢測焊縫內(nèi)部缺陷的檢驗方法，適用于檢測焊縫內(nèi)部裂紋、氣孔、未熔合等缺陷。目視檢查檢查內(nèi)容目視檢查主要檢查焊縫的外觀、尺寸、形狀、焊縫成形、咬邊、氣孔、裂紋等缺陷。檢查標(biāo)準(zhǔn)目視檢查應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，如GB/T3323-2017《焊縫檢驗通用術(shù)語》等。滲透檢查原理滲透檢查是利用滲透液的毛細(xì)作用，將滲透液滲入焊縫表面缺陷，然后通過顯色劑使缺陷顯現(xiàn)。步驟滲透檢查一般包括預(yù)處理、滲透、清洗、顯色、檢驗等步驟。超聲波檢查原理超聲波檢查是利用超聲波在焊縫內(nèi)部的傳播特性，檢測焊縫內(nèi)部缺陷。方法超聲波檢查常用的方法有脈沖反射法、穿透法等，可以根據(jù)不同的缺陷類型選擇合適的方法。金屬材料焊接的安全防護(hù)焊工個人防護(hù)焊工應(yīng)佩戴防護(hù)眼鏡、面罩、手套、防護(hù)服等個人防護(hù)用品，防止焊接過程中產(chǎn)生的光和熱傷害。焊接環(huán)境的防護(hù)焊接作業(yè)區(qū)域應(yīng)通風(fēng)良好，防止焊接煙塵和有害氣體積累，并配備必要的消防設(shè)備。焊工個人防護(hù)11.防護(hù)眼鏡或面罩佩戴防護(hù)眼鏡或面罩可以有效防止焊接過程中產(chǎn)生的強(qiáng)光傷害眼睛。22.防護(hù)手套佩戴防護(hù)手套可以防止焊接過程中產(chǎn)生的高溫傷害皮膚。33.