常用金属材料焊接

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,*,第十四讲：常用金属材料焊接,Welding of Metals in Common Use,一.金属材料,焊接性,(,Welding Performance of Metals),二,.,碳素结构钢,和,低合金结构钢,焊接,(,Welding of Carbon Steel and Low Alloy Steel),三.,铸铁焊补,(,Remedy Welding of Cast Iron),四,.,有色金属,焊接,(,Welding of Nonferrous Alloys),五,.,焊接新工艺,(,New Technologies of,Welding),一.金属材料焊接性,Welding Performance of Metals,1,概念,：金属材料接受焊接，获得,优质接头难易程度。,2,影响因素,(,Factors),1）,化学成分,：以钢为例，随碳和,合金元素量增加，焊接性下降。,2）,焊接方法不同、焊条不同和,工艺参数不同,均会影响焊接性。,3间接评价金属材料,焊接性,:,A.,碳当量估算法,Estimation with Carbon Equivalent,碳当量：,Ce,=C+,Mn,/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15(%),Ce,0.6% ,焊接性很差,。,B.,冷裂纹敏感系数法,二.碳素和低合金结构钢焊接,1,碳钢分类：,低碳钢,C 0.6%,2低碳钢焊接,Welding of Low Carbon Steel,碳当量小于0.4%，,焊缝无淬硬和冷裂倾向，塑性好,，焊接时一般无需采用辅助措施；在以下特殊情况应采用辅助措施：,1）焊件,厚度大于50,mm,或环境温度低于,0， 应,预热,焊件,100-150，,且,去应力退火,2）,电渣焊厚件,，应,正火处理,。,3中碳钢焊接,Welding of Middle Carbon Steel,碳含量增加,，,淬硬倾向增大,，,焊接易产生,冷裂,，应采用辅助措施：,1）焊前,清理焊缝处,油污，,并将焊件预热150-250；,2）,细焊条、小电流、多层多道焊,，以防冷裂；,3）用,碱性焊条(低氢）,。,4高碳钢,Welding of High Carbon Steel,碳含量太高，冷裂严重，以,不能焊接,，,只能焊补,，且,采用中碳钢辅助措施,以外，还应增加以下措施：,（1）,焊补前预热250-350，,刚度大的件应在,焊补过程中保持预热,；,（2）,焊补后缓慢冷却或回火处理,。,低合金结构钢焊接,Welding of Low Alloy Steel,1概念及其焊接问题,5%以下合金元素结构钢叫低合金高强度钢。由于合金元素的影响，,易形成淬硬组织,或,冷裂纹,。,2级别低的低合金结构钢,如16,Mn,，,碳当量=0.4%，,焊接性良好,，,一般不需预热,，但在以下情况应采取措施：,（1）,焊件厚度达,32-38,毫米或环境温度较低时,，,应将焊件预热到100-150；,2）,焊后退火处理,。,3级别高的低合金结构钢,由于淬硬组织、冷裂倾向大，应采取以下措施：,1）焊接时应,预热,；,2）用,碱性焊条,；,3）采用,多层多道,焊；,4）焊后,回火处理,或,消氢处理,。,三.铸铁焊补,Remedy Welding of Cast Iron,1,铸铁焊接性,：,Welding Performance of Cast Iron,铸铁中,C、,Si,含量高，焊接性很差，,只可以焊补,。,铸铁易出现：,白口组织,、,裂纹,、,气孔,（一氧化碳）和,夹渣,等。,2.,铸铁焊补工艺,1）,热焊（,Hot Welding,),A.,概念,：,焊前,预热,焊件,600-700,以上，且在焊,接过程中,保持预热温度不低于400,，,焊后,缓冷,（或退火）,以消除焊接应力。,B.,采用焊条,：碳、硅含量高,铸铁焊条,。,C.,焊接方法,：,气焊或手弧焊,（可局部预热），,以碳酸钠和硼砂为熔剂。,D.,应用范围,：适用,结构复杂,、,重要,铸铁件,加工表面,的焊补。,注：热焊补可机加工，,但生产率低，成本高。,(2),冷焊,（,Cold Welding ),A.,概念：,焊前,不预热或预热,温度,低于400 ,。,靠焊条成分,改善焊接部位塑性，,防止白口和裂纹,。,B.,焊条,：,钢芯,：熔合区为白口，硬度高，难以机加工，,只用于非加工表面,焊补。,铸铁,：含,C、SI,高，凝固形成灰口，可机加工，,常,用在灰铸铁件的焊补,。,此外，还有,铜基,和,镍基,焊条，焊后,均可机加工,，,镍基焊条抗裂性和机加工性好，主要,用于,重要铸铁,件加工表面的焊补。,C.,焊接方法：,焊补部位的大小、方位不同，用,手弧焊或气焊方法,，且采用小电流、分段焊和轻敲焊缝的工艺措施。,D.,应用：,冷焊补适合各种位置,、生产率高和劳动,条件好，应用广泛，,但焊补质量不如热焊补。,四.,有色金属焊接,Welding of Nonferrous Alloys,A.,铜合金焊接,1焊接铜合金易出现问题,：,1),气孔(,Blowhole),由于溶解度的降低，,氢,以分子形态析出；,氧化亚铜遇氢形成,水汽,。,2),裂纹(,Cracking,),种类：热裂和冷裂。,原因：1)晶界处,低熔点,氧化亚铜和铜的,共晶物,；,2)铜,膨胀系数大,、氢气或水汽,内压力大,、,过热组织和高温下材料,强度和塑性差,。,(3)过热,：,晶粒粗大。 此外，铜合金的焊接还会出现,未熔合,和,变形,等。,2采取措施,：,1),焊丝中加脱氧剂,，防止氧化亚铜产生。,（如：磷青铜焊丝中的磷是脱氧用的）,2)焊前,清除焊件,、焊丝和熔剂油、锈和水。,3)加大功率，,消除未熔合并使氢逸出,。,4)焊前,预热,。,5)焊后,锤击焊缝,。（通过再结晶退火细化晶粒）,3焊接方法,1),紫铜和青铜,焊接,最好用,氩弧焊,，以防氧化烧损；没有条件也可,用手弧焊和钎焊，但,不能用电阻焊,。,2),黄铜,焊接,采用,气焊。,（因锌沸点为900，易蒸发且,ZnO,蒸,汽有毒，,采用氧化性气焊,形成,ZnO,薄膜，阻止蒸发）,或,采用含硅焊丝,，形成二氧化硅薄膜防止锌蒸发。,B.,铝及其合金焊接,1易产生问题,：,1),氧化,形成高熔点,AI,2,O,3,（ 2050，,且比重大），易形成夹渣和未熔合缺陷。,2),气孔,（由于吸氢严重）,3),裂纹和变形,（由于易熔共晶的存在、膨胀系数大 和高温下强度低）,2采取措施,：,1),去除,AI,2,O,3,通过,焊丝脱氧,；或氩弧焊采用,直流反接,或,交流弧焊,，以击碎,AI,2,O,3,膜。,(2),去除氢气,1）,减少氢气来源,（清除焊件表面的油、锈水）；,2）,降低冷却速度,，以利氢的排出。,3),消除热裂,选择,成分合适的焊丝,且不要使接头过热。,4),减小变形,1）采用,夹具,；,2）,加快焊接速度,；,3）加垫板,防止塌陷,；,4）尽可能采用,能量集中的焊接方法,。,3焊接方法,:,最好是,氩弧焊,，对一般件,也可采用气焊,、电渣焊、电阻焊和钎焊等方法。,（因氩弧焊对焊缝保护好，且氩离子可清除焊件表面的,AI,2,O,3,膜）,焊接新工艺,New Technologies of,Welding,一、焊接新工艺分类、及发展趋势,1分类：,熔化焊：等离子弧焊、真空电子束焊、激光焊,压力焊：摩擦焊、扩散焊、爆炸焊,2.发展趋势,新材料出现促使高能束流的焊接；,改进焊接工艺提高焊接质量或生产率；,利用微机控制焊接过程和机器人焊接。,二、几种焊接新工艺简介,等离子弧焊 真空电子束焊,激光焊 超声波焊,摩擦焊 扩散焊,（一）等离子弧焊,1、概念：等离子弧焊枪产生等离子弧，在保护气体,（氩气）下焊接金属。,（1）等离子弧实质：,电离度很高的“压缩”电弧：,密度10,5,10,6,W/cm,2,，,温度可达25万,K。,（2）,等离子弧产生原理：,1）机械压缩效应,2）热压缩效应,3）电磁压缩效应,等离子弧焊示意图：,（3）等离子弧焊特点,1）能量集中：10,5,-10,6,W/cm,2,、,温度： 2万-5万,K,2）,很强吹力，填充性好。,3）等离子弧呈中性。,2分类：,1）大电流（穿透法）,利用小孔效应，不开坡口直接焊2-12.5,mm,焊件，,单面施焊双面成形。,2）微束等离子弧焊,电流小：30,A-0.1A，,喷射速度和能量密度也小，,焊接0.025,mm-2.5mm,箔材和薄板。,3、应用范围,（1）大电流等离子弧：,适合焊一定板厚、单面施焊双面成形的,难熔金属材料。,（2）微束等离子弧焊：,适合焊接箔材和薄板。,应用于航空、军工和尖端科技的铜及铜,合金、钛及钛合金，如钛合金的导弹壳,体、波纹管及膜盒等。,（二）真空电子束焊,1定义：,利用真空内高速运动的电子束，经加速、聚焦、,偏转撞击工件将动能转变为热能的焊接。,2原理：,1）加热材料，发射电子；,2）电子被电场加速；,3）用电子光学系统，将低密度电子束聚焦形,成高密度电子束；,4）电子束撞击工件形成焊缝。,3电子束焊特点,1）真空保护，焊接质量好。,2）电子束能量密度大： 10,6,-10,8,W/cm,2,，,比电弧高100-1000倍。焊接速度快、焊缝深。,3）变形小。,4）工艺调节范围广，适应性强。,如钢板0.1-300,mm、,铝板300,mm,以上。,5）设备复杂、造价高，焊件大小受真空室限制。,出现：（1）低真空电子束焊：比氩气纯度高,（2）非真空电子束焊：电子束进入氦气室,4、电子束焊的应用,1）适合焊性能活泼、纯度高和极易被污染金属：,铝、钛、锆、钼、铍、高合金钢和不锈钢。,2）焊接已加工好的组合件：组合齿轮。,3）,焊接异种金属,：铜-镍、钼-镍、钼-铜、钼-钨。,4）宇宙飞船的修补最适宜采用电子束焊接，,宇宙空间为天然真空室。,5）低真空或非真空焊可实现大型结构件的焊接。,（三）激光焊,激光：,原子受激辐射，产生一种单色性好、方向性强、相干性强、亮度高的光束，能量密度高：10,13,W/cm,2,。,1/1000,秒能将光能转变为热能，温度达1万以上，可熔化或汽化对激光有吸收能力的,金属和非金属,。,用于焊接金属或非金属。,1、分类：脉冲式和连续式两类。,按焊缝形成原理：分传热式和深穿入焊式两种。,2.,激光,焊特点：,1）能量密度大，焊接变形小。,可焊精密零件和热敏感材料。,2）可达性好，用偏转棱镜或光导纤维将激光引到,难以接近的部位，如真空管中电极的焊接；,3）激光辐射放出能量极其迅速，生产率高，,焊件不易氧化，可在各种气氛下焊接，,几乎可焊所有金属与非金属；,3应用：,1）脉冲式激光焊-,适合焊电子和仪表工业微型器件：如0.2,mm,以上薄片、薄膜，直径0.02,mm-0.2mm,丝的密封焊；,异种金属或材料,的焊接，如集成电路外引线、密封性继电器等。,2）连续激光焊-,如,CO,2,激光器，可进行从薄板到50,mm,厚板的深穿入焊。,（,四）超声波焊,1、概念：固相焊接，通过声学系统的高频弹性振动以及工件间的静压力实现焊接。,2、按接头分：点焊、缝焊、环焊。,3、特点及应用：,（1）,可焊同种或异种金属、金属与非金属,以及塑料间的焊接；如铝合金与铝合金、,不锈钢与铝合金、金属与半导体以及钼,与铍等热敏感材料。,（2） 适于焊金属箔片、细丝以及微型器件： 0.002毫米的金箔和铝箔。,（3）焊接厚薄悬殊或多层薄片的特殊件：,热电偶丝、电阻应变片及电子管灯丝等。,（4）比熔化焊耗电少、变形小、联结强度高，,且稳定性好。,应用：在电子、电器仪表、宇航及原子能工业、,冶金和机械工业得到广泛应用。,（,五）摩擦焊,1定义：,利用工件表面,相互摩擦产生的热量,，将金属局部加热到塑性状态，然后在压力下完成焊接。,2特点及应用,1）接头质量好、稳定；,2）生产率高，如蛇形管接头120件/,h ，,闪光焊为20件/,h；,3）,成本低 ，节电、节省金属。,4）可焊异种金属如：铜-钢、铝-钢、钢-锆、,铜-不锈钢。,5）易于机械化、自动化。,应用：杆状工件，最大截面不超过20000,mm,2,，,不能焊非圆截面件， 主要用于：,锅炉、石油化工、机械等工业领域。,（六）扩散焊,1、概念：,在真空或保护气氛下，平整光洁焊接表面在热与压力的共同作用下，发生,微观塑性流变,，相互紧密接触，经,原子相互扩散,达到完全冶金联接。,2、特点和应用：,（1）母材不会过热或熔化，适于焊弥散强化高温合金、,纤维强化的硼-铝复合材料。,（2）可焊接异类材料：,异种金属、金属与陶瓷,焊前要求：,表面须进行精加工、磨平抛光和清洗油污。,词汇：,金属焊接性:,Welding Performance of Metal,碳素钢焊接:,Welding of Carbon Steel,低合金钢:,Low Alloy Steel,铸铁焊补:,Remedy Welding of Cast Iron,有色金属焊接:,Welding of Nonferrous Alloys,焊接新工艺:,New Technologies of Welding,低碳钢焊接:,Welding of Low Carbon Steel,碳当量估算:,Estimation with Carbon Equivalent,中碳钢焊接:,Welding of Middle Carbon Steel,高碳钢焊接:,Welding of High Carbon Steel,铸铁焊接性：,Welding Performance of Cast Iron,热焊:,Hot Welding,冷焊:,Cold Welding,气孔:,Blowhole,裂纹:,Cracking,