《【材料課件】《授課教案》第四篇　金屬焊接成形（焊接生產）4》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《【材料課件】《授課教案》第四篇　金屬焊接成形（焊接生產）4（15頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、第四篇 金屬連接成形（焊接生產） 教案首頁 課程名稱 ：金屬材料成形基礎 任課教師：徐曉峰 第四篇 金屬連接成形（焊接生產） 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、各種常用焊接生產方法、常用焊接材料、焊接結構設計及先進工藝方法。學完本篇要求學生了解并掌握焊接成形工藝基礎、各種常用焊接生產方法、常用焊接材料、焊接結構設計及先進工藝方法。 重點：重點為焊接成形工藝基礎、常用焊接生產方法和焊接結構設計；。 難點：難點為焊接成形工藝基礎、常用焊接生產方法和焊接結構設計。 思考題：

2、 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，其焊接過程的實質有何不同？ 5． 何謂金屬材料的可焊性？生產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 概 述 一、金屬焊接成形 用加熱、加壓等工藝措施，

3、使兩分離表面產生原子間的結合與擴散作用，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．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，接頭易產生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。 第一章 金屬焊接成形工藝基礎 §1 手工電弧焊的焊接過程 一、手工電弧焊的特

4、點 1 . 設備簡單、應用靈活方便。 2 . 勞動條件差、生產率低、質量不穩(wěn)定。 二、手工電弧焊焊接過程 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中，產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 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生熱電離和碰撞電離。 焊接電弧的穩(wěn)定燃燒 — 就是帶點粒子產生、運動、復合、產生的動

5、態(tài)平衡過程。 2 . 電弧的構造及熱量分布 陰極區(qū)：2400k 36% 陽極區(qū)：2600k 42% 弧柱區(qū)：中心5000~8000k 21% 3 . 電弧的極性 直流電源正接極：工件—正極（陽極）；焊條—負極（陰極）。 直流電源反接極：工件—負極（陰極）；焊條—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)易產生氣孔、夾渣等缺陷。 [O] O2 3 .空氣對焊縫的影響嚴重。 1） O2 ：

6、 C+[O] CO ； Fe+[O] FeO ； Mn+[O] MnO ； Si + [O] SiO2 氧化的結果：①合金元素被燒損；②焊縫產生夾渣的缺陷； ③形成CO氣孔。 2）N2 ：N2 [N] Fe + [N] Fe4N ； 使接頭的塑性、韌性下降。 3）H2 ：H2 [H] ； 氫氣孔 氫脆 二、熔焊冶金過程中必須采取的工藝措施 1. 減少有害氣體進入熔池； 2. 滲入合金元素； 3. 清除已進入熔池的有害元素。 三、電焊條 1. 電焊條

7、的組成及作用 焊縫的填充材料 填充焊縫 電極傳導電流 導電 焊條芯 電焊條 機械保護的作用 藥皮 冶金的作用 穩(wěn)定電弧的作用 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 結構鋼焊條—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；

8、 特殊用途焊條—TS 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（K2O、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構選用； 4. 根據(jù)實際生產狀況選用。 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) 熔池金屬冷卻結晶所形成的鑄態(tài)組織。 2） 焊接熱影響區(qū) 焊縫兩側的母材，由于焊接熱的作用，其組織和性能發(fā)

9、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~T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)內具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。（1-3mm） 加熱溫度：T固~1100 ℃ 塑性和韌性很低，是裂紋的發(fā)源地。 ③ 正火區(qū)：在熱影響區(qū)內相當于受到正火處理的區(qū)域。（1.2-4mm） 加熱溫度：1100 ℃~AC3 ； 力學性能優(yōu)于母材。 ④ 部分相變區(qū)：在熱影響區(qū)內發(fā)生部分相變的區(qū)域。 加熱溫度：AC3~AC1 ； 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

10、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）焊接應力與變形產生的原因 焊接應力與變形產生的根本原因是： 焊件(工件）在焊接過程中受到局部加熱和快速冷卻。 L0 Ⅰ Ⅱ 焊接應力狀態(tài)： 焊縫區(qū)域—拉應力 兩側冷金屬—壓應力 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

11、 . 焊接應力的防止及消除措施 1）設計時，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。 Ⅱ Ⅰ Ⅲ 1 2 ①（Ⅰ—Ⅱ）—Ⅲ；②（Ⅰ—Ⅲ）—（Ⅱ—Ⅲ） Ⅱ Ⅰ Ⅲ 3）錘擊或碾壓焊縫。 4）采用小能量、多層焊。 5）焊前預熱（150 ℃ ~350 ℃）。 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）設計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應盡可能小。 1 2 3 4 2）合理選擇焊接順序。 1 2 3 4 1 — 4 — 3

12、— 2 1 — 2 — 3 — 4 1 2 3 4 5 6 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。 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)及結構形式條件下，獲得優(yōu)質焊接接頭的難易程度。 焊接接頭產生工藝缺陷的傾向。 尤其指出現(xiàn)各種裂紋的可能性。

13、① 工藝焊接性： 焊接接頭在使用中的可靠性。 包括力學性能及其它特殊性能。 焊接性 ② 使用焊接性： 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— 基本元素 其它元素— 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%—具有良好的焊接性； CE=0.4%~0.6%—焊接性較差； CE>0.6%—焊

14、接性差。 第二章 金屬的焊接成形方法 §1 熔化焊 一、埋弧自動焊 1. 埋弧自動焊設備及焊接過程 設備： 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）。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

15、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）生產率高（手弧焊的5~10倍）。 2）焊接質量高且穩(wěn)定。 3）節(jié)約金屬材料、生產成本低。 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 . 氬弧焊 利用氬氣作為保護性介質的電弧焊方法。 焊接熱源：電弧熱；保護介質：Ar。 Ar：①不與金屬發(fā)生化學反應

16、—不產生夾渣缺陷； ②不溶解于液體金屬中—不產生氣孔缺陷； ③比重大于空氣（25%）。 1）熔化極氬弧焊：適于25mm以下的工件。 2）非熔化極氬弧焊：適于6mm以下工件的焊接。 3）氬弧焊的特點及應用 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 氬氣昂貴，設備造價高。 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的電弧焊方法。

17、 焊接熱源：電弧熱；保護介質：CO2 。 CO2：① 與金屬發(fā)生化學反應—產生夾渣缺陷； ② 溶解于液體金屬中—產生 CO 氣孔缺陷； 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構鋼的焊接。 目前廣泛用于造船、機車車輛、汽車制造、農業(yè)機械等。

18、三、電渣焊 利用電流通過液態(tài)熔渣時產生的電阻熱，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：液態(tài)熔渣。 1. 焊接過程 2. 焊接特點及應用 1）大厚度工件可一次焊成。 單絲—40~60mm；單絲擺動—60~150； 三絲擺動—450mm；板極電渣焊— 2）生產率高，成本低。 3）焊接質量好。 4）熱影響區(qū)大。—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的大型結構件。 §2 壓力焊 通過加壓、或同時加熱加壓，使焊件產生塑性變形，并經再結晶和擴散作用，使兩部分金屬達

19、到原子間的結合，實現(xiàn)連接的焊接方法。 一、電阻焊 對組合焊件經電極加壓，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：太近—分流現(xiàn)象嚴重； 太遠—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 應用：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

20、）。工件直徑—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 質量穩(wěn)定； ② 不需填充金屬及焊劑； ③ 生產率高，易實現(xiàn)自動化。 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。 §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 ℃以下。 接頭強度低，一般為60~190MPa，工作溫度低于100 ℃ 2. 硬釬焊 釬料的熔點在450 ℃

21、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、鎳基合金等。 2. 溶劑 溶劑的作用：① 清理作用—去除表面氧化皮 ② 降低表面張力—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??；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．生產率高。易于實現(xiàn)自動化。 4．設備簡單，生產投資費用少。 應用：主要焊接精密、微型、復雜、多焊縫異種金屬的焊接。

22、 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. 中碳鋼的焊接 中碳鋼：C<0.25~0.60%；CE <0.4% CE =0.4%~0.60% 焊接性由良好 較差。 問題：焊縫區(qū)易產生熱裂紋；熱影響區(qū)易產生冷裂紋。 措施：焊前預熱（150~250 ℃ ），焊后緩冷。 選用低氫型焊條。 焊件開坡口

23、，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)易產生熱裂紋；熱影響區(qū)易產生冷裂紋。 措施：焊前預熱（250~350 ℃ ），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構件。 §2 合金結構鋼的焊接 合金結構鋼：機械制造用結構鋼—（調質鋼、滲碳鋼） 普通低合金結構鋼—（壓力容器、鍋爐、橋梁、車輛、船舶等結構。） 普通低合金結構鋼： 1）低強度普通低合金結構鋼：σs<400MPa；CE <0.4%；焊接性良好。 16Mn、09Mn2Si

24、 2）高強度普通低合金結構鋼：σs>400MPa；CE <0.4%~0.5%；焊接性較差。15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV 焊前預熱（150~250 ℃ ），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)易產生白口組織和淬硬組織； 2. 焊縫區(qū)易產生裂紋； 3. 焊縫區(qū)易產生氣孔； 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600~700℃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

25、. 冷焊法 焊前不預熱或低溫預熱（￡400 ℃）的焊補方法。 焊條：①鋼芯鑄鐵焊條—適用于非加工表面的焊補。 ②石墨化鑄鐵焊條—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—主要用于一般鑄鐵件的焊補。抗裂性好，可進行機械加工。 ④鎳基鑄鐵焊條—主要用于重要件加工表面的焊補。具有良好的抗裂性與加工性 ⑤高釩鑄鐵焊條—主要用于一般鑄鐵件的焊補?？蛇M行機械加工、塑性和抗裂較好。 §4 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 1）易氧化；2）易產生氣孔；3）易變形開裂；4）接頭易軟化。 2. 鋁及

26、鋁合金的焊接方法 氬弧焊、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）易產生氣孔；4）易變形開裂。 2. 銅及銅合金的焊接方法 氬弧焊、氣焊、釬焊、碳弧焊。 第四章 焊接成形金屬件的工藝設計 §1 焊接結構材料的選擇 1. 優(yōu)先選用低碳鋼和低強度低合金鋼； 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、生產批

27、量及焊接質量等因素。 §3 接頭工藝設計 一、接頭形式的設計 1. 對接接頭； 2. 搭接接頭； 3. 角接接頭； 4. T字接接頭 對接接頭— 接頭受力簡單、均勻，應力集中較小，強度較高，優(yōu)先選用。 搭接接頭— 接頭強度好。但受力復雜，應力集中嚴重，易產生焊接缺陷。 二、坡口形式的設計 不同厚度的工件焊接時： 三、焊縫的布置 1. 焊縫應避免密集交叉 2. 焊縫應對稱分布 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 5. 焊縫的布置應便于焊接操作 73