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,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,金属工艺学 答疑信箱：,第四篇 焊 接,1,概述,焊接是利用,加热,或,加压,力等手段,借助金属,原子的结合与扩散,作用,使分离的金属材料牢固连接起来。,焊接分类(按焊接过程特点),1,熔化焊,（熔焊）: 局部加热，焊接接头熔化形成共同的熔池,冷却结晶形成牢固接头.,2.,压力焊,: 利用加压(或同时加热) ,使两工件产生一定的塑性变形，熔化,使原子组成新的结晶形成牢固接头。,3,钎焊,: 对钎料进行加热熔化,工件不熔化, 钎料熔化后填充在被焊接金属缝隙之间，凝固后两工件形成牢固接头.,2,二、焊接生产特点,：,1.永久性连接，不易拆卸，接头性能好；,2.节省材料，节省工时，成本低，重量轻；,3.能化大为小,拚小成大.化复杂为简单；,4.可以制造双金属结构,节省贵重金属.,5. 生产率高 便于实现机械化,自动化.,6. 不可拆卸；在某些场合使用不便；,7.局部加热，焊接接头处组织和性能要变化；,8.有些金属目前常规方法焊接质量仍不理想。,3,第四篇 焊 接,第一章 电 弧 焊,4,一、焊接电弧,在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象。,电弧组成：,5,1.,电弧热量,组成,：（,以直流焊接为例）,阳极区 约占电弧总热量的43%;,阴极区 约占电弧总热量36%;,弧柱区 其余21%左右的热量,2.,电弧温度,：,（极区的温度因电极材料不同）,用钢焊条焊接钢材时,阳极区温度约为 2600K,阴极区温度约为 2400K,电弧弧柱中心区温度,可达60008000K。,交流焊接电弧三个区域、电弧热量、电弧温度几乎不明显,6,3.,焊接的接法,（仅在直流焊接中存在）,正接,：工件接电源正极,焊条接负极。,正接常用于焊厚件，熔深较大的焊缝处。,反接,：,工件接电源负极,焊条接正极。,常用于焊一些薄板件，熔深较浅的焊缝及一特殊的焊接场合。,交流焊接不存在正接和反接问题,7,交,流,电,焊,机,4.手工电弧焊设备：,（1）交流焊机,8,交,流,电,焊,机,9,旋转式直流弧焊机,特点：直流电稳定，引弧容易，电弧稳定，焊接质量较好。但结构复杂，价格贵，维修较困难，噪音大。现较少用。,旋转式直流弧焊机,（2）直流电焊机,小型直流电焊机,10,ZXE1-250交直流两用弧焊机,ZX6,系列三相整流弧焊机,（3）整流电焊机,（归属直流焊机的一种）,11,二、 焊接接头的组织与性能,（一）焊接工件上,温度的变化与分布,距焊缝中心不同，,受热最高温度不同。,各点到达最高温,度的时间不同。,各点相当于受到,一次不同规范的,热处理。,12,（二）焊接接头组织与性能,13,以低碳钢焊缝为例 分析,焊缝组成,1.,焊缝金属,熔化温度在1500以上。,组织：形成柱状晶，约与池壁垂直（与铸造相似）,性能： 药皮成分起渗合金作用，焊缝成分中硅，锰合金元素可能高于母材，有熔渣保护。性能一般不低于母材（尤其强度）。,2.,焊接热影响区,：,即除去焊缝金属之外区域，有两个焊接热影响区（左右各一）。,14,1）,熔合区,焊缝与母材交界区,组织：局部熔化铸造组织+受热长大的粗晶。,性能；接头中性能最差。,2）,过热区,：,组织：晶粒产生急剧长大。过热组织。,性能：塑性、韧性，极易裂纹； 接头中性能较差,3）,正火区,：,组织：正火组织，发生重结晶，晶粒细化,性能：机械性能提高（比焊接母材高）,4）,部分相变区,：,组织：部分相变（F、P）晶粒不均,性能：机械性能稍差,热影响区对焊接性能影响因焊接方法、焊接规范不同而不同。,15,（三）改善焊接热影响区组织及性能方法,熔化焊的焊接热影响区不可避免；,不同焊接方法、焊接规范,焊接热影响区宽窄尺寸不同；,改善方法,焊后热处理（正火、退火等）；,正确选择,焊接方法、焊接规范,16,三、焊接应力与变形,1. 产生应力、变形、裂纹原因,应力原因：,加热不均, 各处热胀量不同;,变形原因,：内应力有通过变形自发释放趋势，拉应力部分缩短，压应力部分伸长，形成变形。,裂纹原因,：若内应力超过材料的抗拉极限，且无法变形，则出现裂纹。,17,2. 焊接变形基本形式与防止减少措施,（1）,收缩变形,：加热不均, 各处热胀量,措施,：加裕量，尺寸总量加大0.10.2%。,（2）,角变形,：V型坡口焊缝截面上下不对称引起；,措施：,正确开破口（双面）、反变形法。,（3）,弯曲变形,：焊缝在构件一端不对称引起；,措施：,刚性固定法。,（4）,波浪变形,；薄板焊缝收缩使板材失稳引起；,措施,：刚性固定法。,（5）,扭曲变形,：焊接顺序不当或同时发生弯曲变形、波浪变形等。,措施：,刚性固定法、选择合理的焊接顺序。,18,其它措施：,焊前预热: 减少温差,可显著 减少焊接应力；,焊后热处理:正火或退火应用。,正确布置焊缝,采用不同的焊接工艺等,3.变形矫正,基本原理: 新变形抵消焊接变形.,机械矫正法: 用机械力矫正,压力机手锤敲击,火焰矫正法: 乙炔焰加热焊件,使其产生反向等量变形.主要低碳钢,部分低合金钢.,19,四、焊条电弧焊(手工电弧焊),优点: 设备简单、成本低；,使用及维护方便；,接头、焊缝形状、位置不受限制；,使用范围广，性能能满足大部分场合需要。,缺点：有弧光及气体产生，劳动条件差；,质量取决于操作者水平、不稳定；,生产率较低。,（一）焊条电弧焊焊接过程,焊接过程: 引弧上提焊条稳定电弧向前、向下送进焊条形成稳定熔池形成焊缝。,20,21,22,（二） 焊条,组成：由焊芯和药皮两部分组成,。,1. 焊芯：,作用,：导电及作为填充金属,焊芯用碳素钢牌号、成分见表4-2/P157,2.焊条药皮：,作用,：改善焊接工艺性，使电弧易燃和燃烧稳定。,对焊接区起保护，造渣、造气、冶金化学作用，,药皮组成成分、作用见表4-3/P158,23,3.焊条种类及型号,按成分分类，7种类型：,结构钢、,低合金钢、,不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金焊条,旧的分类10种（以用途分类）,结构钢焊条J 、不锈钢焊条B 、堆焊焊条D、铸铁焊条Z、,低温钢焊条W、,耐热钢焊条R、镍及镍合金焊条N 、,铜及铜合金焊条T、铝及铝合金焊条L、,特殊用途钢焊条TS。,按熔渣分类（2种）,酸性焊条和碱性焊条,24,焊条型号,国家标准中规定的焊条代号。,碳钢焊条型号见GB/T511795,、,GB/T511895,焊条牌号,是焊条行业,统一的焊条代号。,字母+,前二位数字代表焊缝金属抗拉强度,末尾数字表示焊条的药皮类型和焊接电流种类,例如J422 J：结构钢焊条 42：焊缝抗拉强度不低于420MPa,2：钛钙型药皮，交直流两用（表4-4/P138）,25,酸性焊条,：药皮熔渣中酸性氧化物(如SiO2、TiO2、Fe2O3)比碱性氧化物(如CaO、FeO、MnO、Na2O)多的焊条。,特点与应用：,适合各种电源,操作性较好,电弧稳定,成本低;,焊缝渗合金作用弱,焊缝强度低，塑性、韧性稍差，,应用：,不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。,碱性焊条,：药皮熔渣中碱性氧化物(如CaO、FeO、MnO、Na2O)比酸性氧化物(如SiO2、TiO2、Fe2O3) 多的焊条,碱性焊条又称为低氢焊条,渗合金作用强，焊缝强度高，塑性、韧性好，抗裂性好；,操作性较差,焊前工艺准备严格；,对电源有要求，电弧不稳定，易灭弧；成本比酸性焊条高；,应用：,适合焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。,26,4.焊条的选用原则,(1)低碳钢和普通低合金钢构件-,等强度选用,(2)同强度酸性焊条或碱性焊条的选定-,选较经济的酸性焊条,。,(3)低碳钢与低合金结构钢焊接-,按较低的选,。,(4)铸钢结构的焊接-,一般应选用碱性焊条,(5) 特殊性能要求-,选专用焊条,，,27,五、埋弧自动焊,问题的提出：焊接厚大件（或与提高生产率）加大电流速度焊条发热 药皮脱落 焊条长度减短换焊条频率焊条头浪费多。,解决：, 用颗粒状焊剂取代焊条药皮, 用连续自动送进的焊丝取代焊芯, 用自动焊机取代焊工的手工操作,28,（一）埋弧焊接过程,1-,焊件；2-V形坡口；,3-垫板；4-焊剂；,5-焊剂斗；6-焊丝,7-送丝轮；8-导电器；,9-电缆；10-焊丝盘；,11-焊剂回收器；,12-焊渣；,13-焊缝；,29,30,（二）埋弧自动焊的特点, 生产率高(为手弧焊的510倍), 焊接质量好(渣保护效果好、焊接规范稳定), 节省金属材料, 劳动条件好, 适应性较差，一般只宜焊平焊位的直缝和环缝，不能焊空间位置焊缝和不规则焊缝，焊前试验、调整等工作量较大。,焊缝位置概念,：焊缝位置有,平焊、立焊、横焊和仰焊四种.,31,（三）埋弧焊工艺,1.,下料、坡口准备、焊前拼装；,2.引弧板与引出板设置；,3.焊剂垫与垫板的应用；,4.大圆筒焊件的焊接。,32,六、气体保护焊,普通焊接存在问题：,焊缝保护不好（易氧化，元素烧损）,焊接过程不可见,普通焊接时成本较高（焊条制作复杂引起）,思路：,采用氩气保护,采用二氧化碳气体保护,（一）氩弧焊,氩气,(,Ar,),是惰性气体，在高温下，既不同金属发生化学反应，也不溶于液态金属，是较理想的焊接保护气体。,氩弧焊使用的氩气纯度达,99.9%,，一般,99.99%,。,二、,33,氩弧焊的两种形式,1.钨极氩弧焊(TIG) 2. 熔化极氩弧焊(MIG),34,钨极氩弧焊(TIG)示意图,1-钨极；2-导电嘴；3-绝缘套；4-喷嘴；5-氩气流；,6-焊丝；7-焊缝；8-工件；9-进气管,35,36,氩弧焊特点:,(1)适于焊接各类合金钢、易氧化的非铁金属及锆、钽、钼等稀有金属材料;,(2)电弧稳定,焊缝致密,表面没熔渣,成形美观;,(3)熔池受气流保护,明弧可见,便于操作;,(4)焊接速度较快,焊接热影响区较窄;,(,5,),焊前对焊件的清理要求很严格,(,6,),采用特殊的非接触引弧方式。,(,7,),钨极,氩弧焊,适合焊接薄板（ 6mm）和超薄板。,(,8,),价格较高,氩弧焊目前主要用于焊接铝、镁、钛及其合金,也用于焊接不锈钢、耐热钢和一部分重要的低合金结构钢焊件。,37,（二）CO,2,气体保护焊：,用CO,2,作保护气的电弧焊。,38,CO2气体保护焊焊接处示意图,39,CO,2,气体保护焊特点：,成本低,；（约是焊条电弧焊的40%）,生产率高；（比焊条电弧焊提高13倍）,操作性能好；,焊接质量好。,CO,2,气体保护焊的焊丝,普通焊丝；,药芯焊丝：由薄钢带卷成圆形或由异形管内填充药构成；截面形状有O、E、T形状。,40,七、等离子弧焊,等离子弧焊的三个效应：,机械压缩效应：热压缩作用：电磁收缩效应：,等离子弧焊特点:,（1）能量密度大,弧柱温度高, 生产率高;,（2）焊接质量好;,（3）设备较复杂,气体消耗量大,只宜室内焊接。,应用:,铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属焊件。如钛合金导弹壳体、波纹管及膜盒、微型继电器、电容器的外壳封焊以及飞机上一些薄壁容器等,41,八、微型计算机在电弧焊中的应用,利用微型计算机可以对焊接电流、电压、焊接速度、气体流量和压力等参数进行快速综合运算分析和控制,采用微型计算机代替常规数控来控制焊接工卡具、自动定位和焊机(或焊件)运动轨迹,其精度可达0.0025mm,而且通用性强,故获得广泛应用。,在现代工业生产中,已经采用了相当数量的焊接机器人。,42,焊接机器人优点:,(1)能代替人在危险、污染或特殊情况下进行焊接,如在高温、高压、易爆、有毒、水下、放射性等条件下进行焊接。,(2)能代替人从事简单而单调重复的焊接工作 。,(3)焊接工作具有高的重复再现精度,不会发生人所常有的误动作,能保证焊接质量稳定可靠。,(4)具有高的运动精度和焊接参数控制精度,可实现超小型焊件的精密焊接。,43,44,本章小结：,了解焊接定义、分类、焊接电弧的特点；,焊接接头的组织与性能；,（重点）,焊接应力、焊接变形形式及防止措施；,（重点）,焊条组成、种类、型号和牌号以及选用；,（重点）,焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊方法原理、特点及应用；,45,作业：,第四篇 第一章,P166.,（1） 、（2） 、（4）,、（7）、,46,
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