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1、第三篇 材料的焊接成形工艺,二 焊接优点 1 焊缝体积小、重量轻、性能优越； 2 能简化复杂件、大型件的制造工艺； 铸焊 锻（压）焊 联合结构 3 修补铸件、锻件以及局部受损坏的零件； 三 缺点：焊接应力、变形。,一 连接技术,分离构件：原子 间结合,机械连接 焊 接 粘 结,熔化焊 钎 焊 压力焊,焊接工业的裁缝.,第一章 熔焊工艺,一 手弧焊（又称焊条电弧焊） （一）焊接电弧 1 组成：阴极区、阳极区和弧柱区 2 影响电弧稳定性的主要因素 电源性质直流反接稳定性最好 极间气氛的电离能 碱与碱土金属电离能低（K、Na、Ca），常为引弧 剂、稳弧剂 焊接电流I,惰性气体（He、Ar） 卤族元素
2、（F、Cl等）,电离能高，难于电离,有利于气体热电离 电场力过大，熔池金属飞溅,3 焊接电源的选择 酸性焊条尽量选交流成本低 碱性焊条多选直流反接 直流电源的正、反接法 碱性焊条药皮中含CaF2，电离能高，反接，焊条端为阳极区，促进CaF2电离。,正接法：工件接正极 反接法：工件接负极,（二）电焊条,碱性焊条含CaF2，目的：去氢。,依据熔渣性质,焊芯：其直径为焊条规格 作用,电极 填充材料,药皮,气渣联合保护,防止气孔、夹渣,冶金处理,脱氧、脱硫、 脱磷、渗合金,调整焊缝成分、 补充烧损,改善焊接工艺性,引弧性、稳弧、脱渣 焊接位置适应性,平、立、横、仰四种位置.,1 电焊条组成与作用,2
3、焊条分类 按用途：结构钢、不锈钢、铸铁十大类 按熔渣性质：酸性焊条、碱性焊条 按药皮类型：钛钙型、高钛钾型、低氢钠（钾）型 3 焊条的编号原则 典型的酸性焊条,E 4 3 1 3,钢芯熔化后形成的 物质 最低抗拉强度420MPa。,0、1全位置焊接,药皮类型：高钛钾型,熔敷金属,行业标准J421 ，其中J表示“结构钢” 交直流两用，用于一般低碳钢焊接,典型的碱性焊条,E5 0 1 5 ： 只能用直流反接、防止氢脆,低氢钠型,低氢,药皮中不含有机物及结晶水的物质 在药皮中加入 CaF2，分解 F- + H+ HF（不溶于金属液）,力学性能特点：（与同强度级别的酸性焊条比较） 优点：塑性提高14，
4、韧性k提高108,弱点：工艺性差,电弧稳定性,直流反接,F,烟尘有毒,NF、KF过热蒸汽剧毒,对水分、铁锈、油污敏感性大,对焊接部位要严格清理,对焊条严格烘干 350450，12h,4 焊条的选用原则 （1）焊接结构钢构件主要考虑焊缝的力学性能,强度焊缝与母材“等强度级别”原则 焊条的强度级别：42、50、55、60、 70、80等,塑性韧性,焊缝的重要性 动 载 荷 结构钢的刚度,选用碱性焊条,厚5mm 酸性焊条 厚100mm 碱性焊条,例：,（2）焊接不锈钢、耐热钢材料 主要考虑焊缝的化学成分要求 遵循“焊缝与母材同化学成分类型”原则 例：1Cr18Ni9Ti 焊条 E0-19-10-16
5、 （最新标准：E308-16）,低氢钾型药皮,熔敷金属化学成分分类代号,焊接 接头,焊 缝 区,热影响区 HAZ,过热区 正火区 部分相变区,晶粒粗大常为裂纹源 （脆性大、强度低）,（三）焊接接头的组织和性能 以低碳钢为例分析.,熔合区,改善热影响区组织、性能的方法 焊后热处理主要适于中小型重要件 采用正确的焊接方法或作特殊处理适于大型构件,例：过热区宽度（mm）,弹簧钢 工具钢,通常不直接焊接,原因,CE（焊接碳当量）,受热处理条件限制,激光焊接焊点可小到 几十至几百微米,二 其他常用的熔化焊,（一）埋弧焊 优点：效率高、焊接质量好。 例：810mm钢板 单位：3050m/h 而 手弧焊 6
6、8m/h 应用： 成批生产的中、厚板， 长的直、环缝平焊。 焊接位置：平焊 缺点：适应能力差，只能在水平位置焊接长直焊缝 或大直径的环焊缝。,.,（三）氩弧焊（全位置焊接） （1）氩气的特征.,单原子气体 比空气重25，不易漂散 既不与金属化合，也不溶于金属,弱点：电离能高 优点：高温时不分解、不吸热,氩气 特征,（2）阴极破碎作用. 工件端：阴极区发射电子（直流反接） 正离子轰击目标破碎气化,但一旦引燃，电弧热损失少， 电弧稳定。,（3）应用 极易氧化的有色金属（Al、Ti、Mg） 难熔的活性金属（Mo、Nb、Zr） 不锈钢和高温合金,熔化极氩弧焊 直流反接（为使电弧稳定） 交流:铝及其合金
7、 钨极氩弧焊 难熔的活性金属 直流正接 薄板（0.5-4mm） 脉冲氩弧焊 薄板.,（4）具体接法,铝 及其 合金,第二章 压力焊与钎焊,一、电阻焊 利用焊件接触处的电阻热将焊件加热到高塑性或半熔状态，并在压力下形成焊接接头的方法。,（四）CO2气体保护焊（全位置焊接） CO2 高温易分解，易使Fe及其它合金元素烧损，故不宜焊接有色金属和不锈钢，适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢，主要是薄板焊接。直流？接 答：直流反接。,判断题： 电渣焊是利用电流通过焊件所产生的电阻热作为热源来 进行焊接的。（ ）,注意： 钎焊：钎料熔化，工件不熔化（不是熔化焊）。,压力焊主要包括电阻焊（点焊、缝焊、对
8、焊）和摩擦焊。 注意：压力焊不需填充金属和焊剂。,二、钎焊 依靠液态钎料填满固态焊件之间的间隙，并与之相互扩散而结合的方法。 （一）分类： 1、软钎焊 钎料熔点450，接头强度70MPa 例：锡铅合金钎焊,2、硬钎焊 钎料熔点450，接头强度200MPa；。 例：硬质合金刀片与刀杆的焊接。,（二）应用： 异种材料的焊接、电子线路的焊接等。,第三章 常用金属材料的焊接,一 金属材料的焊接性能 1 基本概念,2 焊接性能的主要影响因素 （1）化学成分 碳当量估算法使用范围,工艺焊接性 形成焊接缺陷的敏感性 使用焊接性 力学性能与特殊性能,碳素结构钢 低合金结构钢,单位：,塑性,工件不能通过自身变形
9、缓解应力,导热性,温差，热应力,快速冷却,淬硬组织，脆性,CE,0.25%，W良好,CE,0.250.40%， W较好,0.400.60%， W较差，焊前低温预热150 250，焊后缓冷，以减少热应力, 0.60%，W差：,焊前高温预热600 700 ， 保温至不低于400 ，施焊， 焊后缓冷，立即去应力退火,（2）焊接工艺条件 焊接方法 如焊铝合金：气焊、手弧焊时，W极差 氩弧焊时，W良好 环境温度 结构的刚度, 焊接应力 产生机理,局部快速加热与冷却大的热应力 焊缝冷却时的收缩受到阻碍,CE 30mm，0焊接时， 须预热100150。,二 常用金属材料的焊接,1 碳素结构钢与低合金结构钢
10、依据焊条选择原则，确定合适的焊条。 依据材料的CE和环境温度，采取相应的措施。,2 不锈钢 依据焊条选择原则，确定合适的焊条。 采用氩弧焊。,3 铸铁的焊补,快冷，易出现白口组织，脆性,W极差,脆性大、强度低，易裂,碳、硅剧烈氧化 ,气孔（CO2） 硅酸盐夹杂物,所以，铸铁不能用作焊接结构材料。,铸铁流动性好，立焊时溶池金属易流失，因此铸铁焊补 只适合于平焊。 问：埋弧焊焊接位置一般为 焊？,铸铁不能用作焊接结构材料,只能对铸铁件的局部,铸造缺陷 局部破损,进行修复性焊补, 热焊法 与CE0.60的钢的焊法相同； 采用铸铁焊条 焊缝为铸铁,应用：焊缝要求与母材同质、同力学性能的重要铸件。, 冷
11、焊法：不预热或低温预热 钢芯铸铁焊条、采用Ni基焊条、铜基铸铁焊条等。 采用Ni基焊条，原因如下：,Ni促进G化，熔合处一般不会产生白口组织； 焊缝为Ni基合金塑性好，有良好的抗裂性。,应 用,a允许焊缝与母材不同材质,b焊后不需要切削加工,c对焊缝的力学性能要求不高，,高温局部预热会引发变形,的铸铁件,焊缝切削加工性能较差 ，,焊接方法： 原则上采用氩弧焊 铝合金焊条优先 也可采用钎焊 钎料：Al-Si合金 Zn基合金 还可用电阻焊（如闪光对焊）,4 铝及铝合金的焊接,主要问题： 1）氧化 Al2O3熔点2050，远高于铝的熔点660.4。 2)气孔 铝合金导热性冷却速度，氢气来不及逸出。,
12、焊前应将工件严格清洗和干燥。,第四章 焊接结构的设计,4-1 焊接材料及焊接方法的选择 一、焊接材料选择原则 1、在满足使用性能要求的前提下，尽量采用焊接性能好的材料。 例： 0.25%C低碳钢； CE0.4%的低合金结构钢。,2、尽量采用工字钢、槽钢、角钢等型材。 原因：减少焊缝，简化工艺；保证结构件的强度与刚性。 3、尽量选用同种材料焊接。若必须采用异种金属焊接， 须尽量选择化学成分、物理性能相近的材料。,焊接方法选择的原则： 在保证焊件质量的前提下，优先选择常用的焊接方法，生 产批量较大时还需考虑提高生产率和降低生产成本。,4-2 焊接结构工艺性 一、焊接接头设计 四种基本形式： 对接接
13、头、搭接接头、角接接头、丁字接头。 各自的特点： 对接接头受力均匀，应力集中较小，易于保证焊接质量。 塔接接头的接头处受附加弯矩，但无需开坡口。 角接与丁字接主要用于空间连接。 选择原则：应依据具体条件确定。如：焊接结构的形状、焊接方法、焊缝部位、坡口加工等。,二、坡口形式设计 坡口的形式有： Y型、双Y型、U型、双U型、K型等。 厚件开坡口的目的： 保证焊透； 调整母材成份。 选择坡口的依据： 焊件厚度； 焊缝位置(要便于焊接操作)。,1 焊缝避免密集、交叉,三、 焊缝布置,2 焊缝呈对称分布,3 使焊缝避开 应力集中及 应力最大位置,4 焊缝应远离机加工表面,5 焊缝分布便于操作,阴极区
14、2400K 弧柱区 500050000K 阳极区 2600K,电弧中的阳离子受阴极电场加速，以很高的速度冲击阴 极表面，使阴极表面的氧化膜破碎并清除掉，在惰性气 体的保护下，形成清洁的金属表面，这种现象称为阴极 破碎现象。 氩弧焊不仅有良好的保护作用，且有阴极破碎作用，可 去除氧化铝膜，使合金很好的熔合，焊接质量好，而在 普通手弧焊条件下，由于氧化铝膜熔点高（约2050） ，难以去除氧化铝膜，故焊接重要的铝合金多采用氩弧 焊。,Iron carbon equilibrium diagram,氩弧焊：使用氩气作为保护气体的气体保护焊。 氩气是惰性气体，不溶于液态金属，也不与金属 发生化学反应，是一种较理想的保护气体。氩气电离 能高，因此引弧较困难，但氩气热导率小，且是单原 子气体，高温时不分解、不吸热，电弧热量损失小， 所以电弧一旦引燃就很稳定。,丁字接头 又称为 T型接头 “对打脚踢”,由于采用脉冲电流，可以减小焊接电流的平均值， 获得较低的电弧线能量。因此利用脉冲TIG能够焊 接薄板或超薄板构件，例如焊接厚度小于0.1mm钢 板时仍能获得满意的效果。 http:/ http:/ http:/ http:/www.bbc.co.uk/,