《《授課教案》第四篇金屬焊接成形(焊接生產(chǎn))》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《授課教案》第四篇金屬焊接成形(焊接生產(chǎn))（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、學習好資料 歡迎下載 竹南甘拉大鑿教案首頁 課程名稱：金屬材料成形基礎(chǔ) 任課教師： 第四篇 金屬連接成形（焊接生產(chǎn)） 計劃學時： 8 教學目的和要求: 本篇主要介紹了焊接成形工藝基礎(chǔ)、各種常用焊接生產(chǎn)方法、常用焊接材料、 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計及先進工藝方法。學完本篇要求學生了解并掌握焊接成形工藝基 礎(chǔ)、各種常用焊接生產(chǎn)方法、常用焊接材料、焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計及先進工藝方法。 重點：重點為焊接成形工藝基礎(chǔ)、常用焊接生產(chǎn)方法和焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計; 難點：難點為焊接成形工藝基礎(chǔ)、常用焊接生產(chǎn)方法和焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計 思考題： 1 .何謂焊接電弧用交流電焊機與直流電焊機焊接時？其電弧有何不同？ 2 .焊接

2、低碳鋼時，其焊接熱影響區(qū)可分為哪幾個 ？區(qū)域其中哪個區(qū)域的性能最 好？哪個區(qū)域的性能最差？為什么？ 3 .減小與消除焊接應力的措施有哪些？減小與消除焊接變形的措施有哪些？ 4 .釬焊與熔化焊相比，其焊接過程的實質(zhì)有何不同？ 5 .何謂金屬材料的可焊性？生產(chǎn)中常用什么方法評定鋼材的可焊性？ 6 .當焊接材料確定后，應如何選擇焊接方法？（根據(jù)材料的可焊性、工件的厚 度、生產(chǎn)批量、各種焊接方法的適用范圍和現(xiàn)場條件） 第四篇 金屬焊接成型 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

3、.熔化焊： 電弧焊（手工電弧焊、埋弧自動焊、氣體保護焊）、電渣焊、電子 束焊、激光焊、等離子弧焊等。 2 .壓力焊：電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊、高頻焊、擴散焊等。 3 .釬焊：軟釬焊、硬釬焊。 三、焊接成形的特點 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、加工裝配簡單。 5 .焊接應力變形大，接頭易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。 第一章 金屬焊接成形工藝基礎(chǔ) 1 手工電弧焊的焊接過程 一、手工電弧焊的特點 1 .設(shè)備簡單、應用靈活方便。 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

4、接過程 ①引弧——②形成熔池——③形成焊縫 三、焊接電弧 1 .焊接電弧的概念 在焊條末端和工件兩極之間的氣體介質(zhì)中，產(chǎn)生強烈而持久的放電現(xiàn)象 形成焊接電弧必須具備兩個條件 :使氣體電離 ［陰極發(fā)射電子 焊條一 當焊條末端和工件接觸時，接觸電阻R急劇增大，短路電流I也急劇增大。 使電阻熱：Q=I2Rt急劇增大。電場強度：E=V/d急劇增大。 從而使熱的金屬氣體和空氣產(chǎn)生熱電離和碰撞電離。 焊接電弧的穩(wěn)定燃燒一就是帶點粒子產(chǎn)生、運動、復合、產(chǎn)生的動態(tài)平衡 過程。 L 2 .電弧的構(gòu)造及熱量分布 陰極區(qū)：2400k 36% 陽極區(qū)：2600k 42% 弧柱區(qū)：

5、中心5000~8000k 21% 3 .電弧的極性 直流電源正接極：工件一正極（陽極）；負極（陰極）。 直流電源反接極：工件一負極（陰極）；焊條一正極（陽極） 2 焊接接頭金屬的組織與性能 一、熔焊過程冶金特點 1 .熔池金屬溫度高于一般冶金溫度。使金屬元素強烈蒸發(fā)、燒損。 2 .熔池金屬冷卻快，處于液態(tài)的時間短。 化學成分不均勻；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重。 1）O2 : O2 ——? [O] C+[O]——? CO ； Fe+[O] —? FeO ； Mn+[O] ——? MnO ； Si + [O] —? SiO2 氧化的結(jié)果：

6、①合金元素被燒損；②焊縫產(chǎn)生夾渣的缺陷； ③形成CO氣孔。 2 2） N2 : N2 ——? [N] Fe + [N] —>FaN ; 使接頭的塑性、韌性下降。 3） H2 : H2 一? [H]; 氫氣孔一?氫脆 二、熔焊冶金過程中必須采取的工藝措施 1 .減少有害氣體進入熔池； 2 .滲入合金元素； 3 .消除已進入熔池的有害元素。 三、電焊條 1 .電焊條的組成及作用 電焊條 焊條芯 藥皮 r焊縫的填充材料 .電極傳導電流 填充焊縫 導電 機械保護的作用 冶金的作用 穩(wěn)定電弧的作用 鉻和銘耐熱鋼焊條一R; 不銹鋼次I條一A ; 鑄鐵焊條

7、一Z; 銅及銅合金焊條一T; 特殊用途焊條一TS 藥皮的種類：① 氧化鈦型；②氧化鈦鈣型；③鈦鐵礦型；④氧化鈦型；⑤纖維 素型；⑥低氫鉀型；⑦低氫鈉型；⑧石墨型；⑨鹽基型。 2 .電焊條的分類 結(jié)構(gòu)鋼療I條一J; 低溫鋼療I條一W; 堆焊焊條一D; 金及鍥合金焊條一Ni ; 鋁及鋁合金焊條一L; 酸性焊條：在熔渣中以酸性氧化物為主（TiO2、SiO2、Fe2O3） 堿性焊條：在熔渣中以堿性氧化物為主（K2。、Na2O、CaO、MnO） 三、電焊條的選用 1 .根據(jù)被焊工件的強度選用； 2 .根據(jù)被焊工件的化學成分選用； 3 .根據(jù)被焊工件工作條件和結(jié)構(gòu)選用；

8、 4 .根據(jù)實際生產(chǎn)狀況選用。 四、焊接接頭金屬組織與性能 1 .焊接熱循環(huán) 2 .焊接接頭金屬組織與性能的變化 焊接接頭：1）焊縫區(qū)；2）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) 焊縫兩側(cè)的母材，由于焊接熱的作用，具組織 和性能發(fā)生變化的區(qū)域。 ①熔合區(qū)：是焊縫和母材金屬 的交界區(qū)。 （0.1-1mm） 加熱溫度：T液~丁固 強度、塑性、韌性極差，是裂紋和局部脆斷 的發(fā)源地。 ② 過熱區(qū)：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。（1-3mm） 加熱溫度：丁固~1100 C 塑性和韌性很低，是裂紋的發(fā)源地。

9、 ③ 正火區(qū)：在熱影響區(qū)內(nèi)相當于受到正火處理的區(qū)域。 （1.2-4mm） 加熱溫度：1100 C~Ac3 ； 力學性能優(yōu)于母材。 ④ 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：Ac3~ACi ; 力學性能較母材稍差 力學性能最差的區(qū)域：熔合區(qū)和過熱區(qū) 3）減小和消除焊接熱影響區(qū)的方法： ① 小電流、快速焊接； ②采用先進的焊接方法； ③焊前預熱、焊后熱處理（正火）。 五、焊接應力與變形 （一）焊接應力與變形產(chǎn)生的原因 焊接應力與變形產(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諫冷卻 焊接應力狀態(tài)： 焊縫區(qū)域一拉應力 兩側(cè)冷金屬一壓應力

10、 焊接變形：焊件整體縮短 ^L （二）焊接變形的基本形式 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 （三）焊接應力與變形的防止 1 .焊接應力的防止及消除措施 1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應盡可能小 2）合理選擇焊接順序。 ①（I — H）一田；②（I 一田）一（H 一田） 3）錘擊或碾壓焊縫。 4）采用小能量、多層焊。 5）焊前預熱（150 C ~350 C）。 6）焊后熱處理（去應力退火）?？上龖?0%左右 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

11、應盡可能小 2）合理選擇焊接順序。 1 — 4 — 3 — 2 1 — 2 — 3 — 4 1 — 4 — 5 — 2 — 3 — 6  3）加裕量法。 4）反變形法。 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： ①機械矯正；②火焰矯正。 坪扇 六、金屬材料的焊接性 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。 r① 工藝焊接性：焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向。 焊接性J 尤其指出現(xiàn)各種裂紋的可能性。 ：② 使用焊接性：焊接接頭在

12、使用中的可靠性。 包括力學性能及其它特殊性能。 2 .影響焊接性的因素 1）焊接方法；2）焊接材料；3）焊件化學成分；4）工藝參數(shù) 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）碳當量估算法 C—影響最顯著一基本元素 其它元素一 折合成碳的相當含量對焊接性的影響 Ce = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15 Ce<0.4%一具有良好的焊接性； Ce=0.4%~0.6%—焊接性較差； Ce>0.6%—焊接性差。 、埋弧自動焊 第二章金屬的焊接成形方法 1 熔化焊 1.埋弧自動焊設(shè)備及焊接過程

13、 設(shè)備： 1）焊接電源； 2）控制箱； 3）焊接小車。 焊接熱源：電弧熱 溶池保護：焊劑（氣、渣） 2.埋弧自動焊工藝 1）焊前準備 板厚在20~25mm以下的工件可不開坡口 ；但在 實際生產(chǎn)中，板厚在14~22mm應開Y型坡口，半厚 在22~50mm,可開雙Y型坡口或U型坡口。環(huán)焊縫： 焊絲起弧點應與環(huán)的中心偏離一定距離a ; （a=20~40mm）o直徑小于250mm 一般不采用埋弧 焊。 2）采取防漏措施 ①雙面焊；②手工電弧焊封底；③焊劑墊；④采用鎖底坡口；⑤水冷銅墊板 3）要有引弧板和引出板 3.埋弧自動焊工藝特點 1）生產(chǎn)率高（手弧焊的5~10倍）。

14、 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。 應用：主要用于較厚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、 其重機械、冶金機械（高爐爐身）等的焊接。 二、氣體保護焊 1 .氮弧焊 利用氮氣作為保護性介質(zhì)的電弧焊方法。 焊接熱源：電弧熱；保護介質(zhì)：Ar。 Ar：①不與金屬發(fā)生化學反應一不產(chǎn)生夾渣缺陷; ②不溶解于液體金屬中一不產(chǎn)生氣孔缺陷； ③比重大于空氣（25%）。 1）熔化極氮弧焊：適于25mm以下的工件。 2）非熔化極氮弧焊：適于6mm以下工

15、件的焊接。 （） Wftaw （b）蛔化糖色翼舞 ① ）氮弧焊的特點及應用 ①機械保護效果好，焊縫金屬純凈，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量優(yōu)良。 ② 電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小。 ③ 焊接熱影響區(qū)和變形小。 ④可進行全位置焊接。 ⑤ 氮氣昂貴，設(shè)備造價高。 應用：適用所有金屬材料的焊接。 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。 2 . CO2氣體保護焊 以CO2氣體作為保護性介質(zhì)的電弧焊方法。 焊接熱源：電弧熱；保護介質(zhì)：CO2 0 CO2：①與金屬發(fā)生化學反應一產(chǎn)生夾渣缺陷； ② ②解于液體金屬中一產(chǎn)生 CO氣孔缺陷；

16、③比重大于空氣（25%）。 1）存在問題 ① 氧化嚴重；② 氣孔傾向大（CO）;③ 飛濺嚴重。 2） CO2氣體保護焊的特點及應用 ①生產(chǎn)率高（是手弧焊的1?3倍）。 ②成本低（是手弧焊的40%）。 ③ 焊接熱影響區(qū)和變形小。 ④可進行全位置焊接。 ⑤飛濺嚴重，焊縫成形差。 應用：適用于低碳鋼和強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、機車車輛、汽車制造、農(nóng)業(yè)機械等。 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。 焊接熱源：電阻熱； 保護介質(zhì)：液態(tài)熔渣。 1 .焊接過程 2 .焊接特點及應用 1）大厚

17、度工件可一次焊成。 單絲一40~60mm；單絲才i動一60~150; 三絲擺動一450mm；板極電渣焊一 2）生產(chǎn)率高，成本低。 3）焊接質(zhì)量好。 4。熱影響區(qū)大。一焊后熱處理。 應用：① 適用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料; ②適用于厚大工件。厚度大于40mm的大型結(jié)構(gòu)件 2 壓力焊 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)晶和擴散作用， 使兩部分金屬達到原子間的結(jié)合，實現(xiàn)連接的焊接方法。 一、電阻焊 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。 1 .點焊 工藝參數(shù)：電極壓力；焊接電流；通電時間。 焊點距離

18、：太近一分流現(xiàn)象嚴重； 遠遠一強度不夠。 應用：4mm以下的薄板搭接。 2 .縫焊 應用：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 ， 應用：用于斷面簡單，直徑（或邊長）小于 20mm或強 度要求不太高的工件。 ; 2）閃光對焊 1 應用：用于重要工件的焊接?？珊赶嗤饘?，也可焊異種金屬（鋁一鋼、鋁 銅等）。工件直徑一0.01mm~200mm。 二、摩擦焊 1 .摩擦焊焊接過程 2 .摩擦焊接頭型式 3 .特點及應用 ①質(zhì)量穩(wěn)定； ②不需填充金屬及焊劑； ③ 生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化

19、。 應用：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。 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散， 冷凝后實現(xiàn)連接的焊接方法 一、釬焊的種類 1 .軟釬焊 釬料的熔點在450 C以下。 接頭強度低，一般為60~190MPa,工作溫度低于100 C 2 .硬釬焊 釬料的熔點在450 C以上。 接頭強度高，在200MPa以上，工作溫度較高。 二、釬料和溶劑 1 .釬料 釬料的作用：① 連接；② 填充。 釬料的種類：① 軟釬料：錫鋁合金（焊錫） ②硬釬料：鋁基、銅基、銀基、鍥基合金等。 2 .溶劑 溶劑的作用：① 理理

20、作用一去除表面氧化皮 ② 降低表面張力一改善液態(tài)釬料對焊件的濕潤性。 ③保護作用 三、釬焊的特點及應用 1 .加熱溫度低，接頭組織、性能變化小；焊接變形小，工件尺寸精確。 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)投資費用少。 應用：主要焊接精密、微型、復雜、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。 第三章常用金屬材料的焊接 1 碳鋼的焊接 1 .低碳鋼的焊接 低碳鋼：C<0.25%; Ce<0.4%;焊接性良好。 2 .中碳鋼的焊

21、接 中碳鋼:C<0.25~0.60%; Ce <0.4% 一 Ce =0.4%~0.60% 焊接性由良好 ?較差。 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：焊前預熱(150~250 C ),焊后緩冷。 選用低氫型焊條。 焊件開坡口，且采用細焊條、小電流、多層焊。 3 .高碳鋼的焊接 高碳鋼：C>0.60%; CE >0.60%;焊接性差。 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：焊前預熱（250~350 C ）,焊后緩冷。 選用低氫型焊條。 焊件開坡口，且采用細焊條、小電流、多層焊。 避免選用高碳鋼作為焊接結(jié)構(gòu)件。 2 合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

22、 合金結(jié)構(gòu)鋼：機械制造用結(jié)構(gòu)鋼一 （調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼） 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼一（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： 1）低強度普通低合金結(jié)構(gòu)鋼：（rS<400MPa； CE <0.4%;焊接性良好。 16Mn、09Mn2Si 2）高強度普通低合金結(jié)構(gòu)鋼： （rS>400MPa； CE <0.4%~0.5%;焊接性較差。 15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV 焊前預熱（150~250 c ）,焊后緩冷；選用低氫型焊條；焊件開坡口，且采 用細焊條、小電流、多層焊。 3 鑄鐵的焊補 一、鑄鐵焊補的特點（困難） 1 .熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織和淬硬

23、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、鑄鐵焊補的方法 1 .熱焊法 焊前將焊件整體或局部預熱至 600~700c并施焊，焊后緩冷。 用于形狀復雜，焊后需要機械加工的重要件。如汽缸體、汽缸蓋、機床導軌 等 2 .冷焊法 焊前不預熱或低溫預熱（<400 C）的焊補方法。 焊條：①鋼芯鑄鐵焊條一適用于非加工表面的焊補。 ②石墨化鑄鐵焊條一適用于較大灰口鑄鐵件的焊補。 焊縫性能與母材基本 相同，具有良好的加工性。 ③銅基鑄鐵焊條一主要用于一般鑄鐵件的焊補?？沽研院茫蛇M行機械加 工。 ④鍥基鑄鐵焊條一主要用于重要件加工表面

24、的焊補。具有良好的抗裂性與 加工性 ⑤高銳鑄鐵焊條一主要用于一般鑄鐵件的焊補。 可進行機械加工、塑性和 抗裂較好。 4 有色金屬的焊接 、鋁及鋁合金的焊接 1 .鋁及鋁合金的焊接特點 1）易氧化；2）易產(chǎn)生氣孔；3）易變形開裂；4）接頭易軟化 2 .鋁及鋁合金的焊接方法 一弧焊、氣焊、釬焊、電阻焊。 二、銅及銅合金的焊接 1 .銅及銅合金的焊接特點 1）難熔合；2）易氧化；3）易產(chǎn)生氣孔；4）易變形開裂。 2 .銅及銅合金的焊接方法 一弧焊、氣焊、釬焊、碳弧焊。 第四章 焊接成形金屬件的工藝設(shè)計 1焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇 1 .優(yōu)先選用低碳鋼和低強度低合金鋼;

25、 2 .對于重要件應有先選用鎮(zhèn)靜鋼； 3 .盡量選用同一牌號的材料； 4 .材料的厚度最好相等； 5 .盡量選用型材。 2焊接方法的選擇 焊接方法的選擇應充分考慮材料的焊接性、焊件厚度、焊縫長短、生產(chǎn)批量 及焊接質(zhì)量等因素。 3 接頭工藝設(shè)計 一、接頭形式的設(shè)計 1.對接接頭； 2.搭接接頭； 3.角接接頭； 4. T字接接頭 一-r 接接接頭一接頭受力簡單、均勻，應力集中較小，強度較高，優(yōu)先選用 接接接頭一接頭強度好。但受力復雜，應力集中嚴重，易產(chǎn)生焊接缺陷 、坡口形式的設(shè)計 不升埔” Y型博YBL案境口 tlMLl UU型坡11 單邊與U型?口 ?曲卬電?口 ”果: 不同厚度的工件焊接時: f) 3.焊縫應避開應力集中處和最大應力處 4.焊縫應遠離機械加工表面 五折邊整頭 理形封頭 5.焊縫的布置應便于焊接操作 hl e)