金属的连接成型工艺基础课件

单击此处编辑母版标题样式,课件,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,课件,*,第三篇 金属的连接成型,连接成型：将简单型材或零件连接成复杂,零件和机器部件的加工工艺,根据连接成型原理不同，分为,机械连接 冶金连接 物化连接,机械连接：利用螺钉、螺栓和铆钉连接成型,接头可以拆卸，主要用于装配,1,课件,物化连接：利用粘接剂，通过物理、化学,作用将材料连接成型,接头不可拆卸。主要用于异种材料,冶金连接：通过加热或加压（或既加热又,加压），使分离表面的原子间距足够小,形成金属键而获得永久性接头,主要用于金属材料的连接,2,课件,第九章 焊接理论基础与焊接质量,焊接特点：,1. 节省材料，结构重量轻,2. 焊接接头具有良好的力学性能,3. 可以实现不同材料间的连接成型,4.可以生产要求密封性的连接成型,缺点：,有些材料焊接困难；焊接不当，易产生缺陷；接头组织、性能不均匀；易产生残余变形,3,课件,原理：通过加热，加压或加热加压，并且,用或不用填充材料，使焊件达到原,子结合的一种加工方法,分类：按焊接过程的特点分为, 熔化焊 压力焊 钎焊,4,课件,9.1 电弧焊的本质,电弧焊：用电弧作为热源使焊件金属局部熔化，形成熔池，随着电弧的移动，熔池中的液态金属冷却结晶，形成焊缝，实现焊接。,焊接的本质：小范围的金属熔炼与铸造,5,课件,6,课件,9.2 焊接工艺基础,熔焊：将焊件接头加热至熔化状态，不加,压力完成焊接的方法,是最基本的焊接方法，焊接生产中占主导,有电弧焊；气焊；电渣焊；电子束焊；,激光焊,其中电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法,7,课件,一、焊接电弧,电弧是两电极之间持久而强烈的气体放电现象。其宏观表现是发出强光，释放大量的热量,电弧组成：,阴极区：发射电子区,阳极区：正离子区，并接受电子,弧柱区：气体电离区,8,课件,电弧产生的过程：,当两电极接触时，因高温，金属很快熔化，并蒸发。,当两极产生距离时，,阴极表面金属发射大量电子；,阳极表面发生电离；,在弧柱区电子与原子、分子间的碰撞产生大量热量并导致电离。同时部分离子与电子间还会复合成原子或分子，并发光,9,课件,电弧放电的特点是：电压低，电流大，温度高，能量密度大，可满足焊接的要求,正接：焊件接正极，焊条接负极,反接：焊件接负极，焊条接正极,10,课件,二、焊接冶金过程,电弧焊时，母材和焊条受到高温作用而熔化，形成熔池。熔池可看作是一个微型冶金炉，其内要进行一系列物理、化学过程,其冶金过程有以下特点：,1. 金属熔池很小，且四周是冷金属，,熔池处于液态的时间很短,11,课件,1）由于化学反应难于在如此短的时间内达到平衡状态，所以成分不均匀,2）气体和杂质来不及浮出，导致容易产生气孔和夹杂等缺陷,3）焊缝金属组织结晶后易产生粗大的柱状晶,12,课件,2. 熔池金属温度高于一般冶炼温度,因此金属元素蒸发和烧损强烈,13,课件,三、焊接三要素,1. 热源,要求能量集中，温度高，以保证金属快速,熔化，减小高温对金属性能的影响,2. 熔池的保护与净化,保护：采用熔渣、惰性气体、真空等保护 措施，将熔池与大气隔离，阻止焊缝金属氧化与杂质进入焊缝,14,课件,净化：降低焊缝中氧、硫、磷等元素的含量,3. 填充金属,一方面可保证填满焊缝，另一方面可向焊缝过渡有益的合金元素，以弥补金属的烧损，,并调整焊缝金属的化学成分，满足性能要求.,15,课件,9.2 焊接接头组织与性能,焊接接头包括焊缝、熔合区、热影响区,热影响区：焊缝附近组织、性能发生变化的区域,熔合区：焊缝与热影响区之间的过渡区,16,课件,一、焊接工件上的温度分布,焊缝周围被加热、冷却，每一点被加热的温度不同，达到高温的时间也不同，冷却速度也不同,17,课件,二、焊接接头的组织与性能,低碳钢焊接接头,18,课件,1. 焊缝,熔池凝固成焊缝, 焊缝金属的结晶是从熔池底壁开始向中心长大，冷却速度较快，晶粒呈垂直于熔池壁的柱状晶,焊缝成分不均匀，焊缝中心区容易偏析硫、磷等杂质，导致力学性能变差,19,课件,2. 熔合区,焊缝于母材交接的过度区,其加热温度介于液固两相线之间,加热时，金属处于半熔化状态，其成分不均匀，组织粗大，塑性、韧性很差,是焊接接头中性能最差的区域,20,课件,3. 热影响区,焊接过程中，被焊材料受热（但未熔化）后，金相组织和力学性能发生变化的区域。,热影响区分为：过热区 正火区,部分相变区 再结晶区,21,课件,1）过热区,具有过热组织或晶粒显著粗大的区域,固相线1100,性能：塑性、韧性很低，尤其是冲击韧性较低，是热影响区中性能最差的区域,2）正火区,相当于受到正火处理的那部分区域,1100AC3,冷却后获得正火组织，力学性能好,22,课件,3）部分相变区,发生部分相变,AC3AC1之间，仅部分组织发生相变,冷却后晶粒大小不均匀,力学性能比母材差,4）再结晶区,AC1450之间，发生再结晶，硬度降低,经过冷塑性变形的母材才有再结晶区,23,课件,热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法、焊接规范、接头形式等因素。,热源集中，焊接速度快时，热影响区小,热影响区往往是焊接件开始破坏的地方,24,课件,三、影响焊接接头组织和性能的因素,1. 焊接材料,2. 焊接方法,3. 焊接工艺,4. 焊后热处理,25,课件,9.3 焊接应力和焊接变形,焊接过程中由于热源对焊接件局部不均匀加热，使焊接件产生应力和变形,一、焊接应力于变形产生的原因,受不均匀加热和冷却,1. 纵向焊接应力,自由伸缩的假想小板条，焊接中自由伸缩,但实际情况是，假想条相结合，相互牵制,26,课件,加热：只加热中间一条，是模拟的焊缝,因超过塑性温度，伸长两被压缩,冷却：中间条压缩，被两边牵制，产生拉,应力；两边条被中间条压缩，产生,压应力,27,课件,2. 横向焊接应力及变形,往往比较复杂，分几种情况讨论,1）由纵向变形引起的横向应力及变形,钢板单边施焊时，焊后焊接边缩短，向焊接边发生侧弯,将焊缝看成为，将两个板连接在一起,焊缝中部出现横向拉应力，两侧出现压应力,28,课件,29,课件,2）由焊缝冷却先后不同形成的横向应力,焊缝中，有三个焊接点,焊接第一个点A：A点冷却后钢板的间隙变化不大，因为钢板可以自由伸缩,焊接B点：受热膨胀时，上端间隙被撑大，B点附近的金属没有受到明显的压缩变形，冷却后间隙没有明显的缩小,30,课件,31,课件,焊接点C,加热：C点不能自由伸缩，受到A、B的阻碍，因此C点受压，B点受拉，A点受压,冷却：C点被压缩，产生塑性变形，焊点C处的间隙变小，但受到A、B处的阻碍,C点受拉，B受压，A点受拉,焊缝冷却先后不同，对横向应力有影响,32,课件,33,课件,二、减小和防止焊接应力的措施,1. 采取合理的焊接顺序,使焊缝的收缩自由，不受大的约束,1）先焊收缩量较大的焊缝，使其一开始能够比较自由收缩变形,2）先焊工作时受力大的焊缝，使其承受压应力,臂厚不均时，先焊臂薄处,3）拼焊时，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝,34,课件,2. 焊前预热或加热减应区,35,课件,3. 采用小线能量、快速焊,4.锤击或辗压焊缝,5. 焊后热处理,6. 焊后拉伸或振动工件,36,课件,三、预防与矫正焊接变形的措施,1. 预防措施,1）合理选择焊缝的尺寸和形式,在保证承载力的前提下,尽量减小焊缝尺寸,减小焊缝尺寸的设计,37,课件,2）尽可能减少不必要的焊缝,3）合理安排焊缝位置,38,课件,4）采用能量集中的热源、对称焊、分段焊和多层多道焊,39,课件,5）预先反变形,40,课件,6）焊前刚性固定,41,课件,7）散热法,通过强迫冷却减小焊缝及其附近的受热量,42,课件,2. 矫正焊接变形方法,设法造成新的变形，抵消残余变形,1）机械矫正法,利用机械力的作用,2）火焰加热矫正法,不均匀加热的方式引起结构变形，矫正原有的变形,43,课件,9.4 焊接质量检验,缺陷的存在降低承载力，且导致应力集中，陈胜裂纹,一、焊接接头缺陷,有外观缺陷和内部缺陷,外观缺陷：焊瘤、咬边、未焊透,内部缺陷：裂纹、气孔、夹杂,44,课件,二、焊接质量检验,1. 检验过程,1）焊前检验,2）生产过程中的检验,3）成品检验,45,课件,2. 检验方法,1） 外观检验,以肉眼或低倍放大镜,2） 磁粉检查,3）渗透探伤（着色探伤）,4） 超声波探伤,5） 射线探伤,6）密封性检验,7）耐压检验,8）焊接接头力学性能检验,46,课件,47,课件,48,课件,49,课件,50,课件,51,课件,电弧焊：利用电弧作为热源，使分离的,金属局部熔化，随着电弧的移动，,熔池中的液态金属冷却结晶，形成,焊缝，实现焊接件的连接,电弧焊的本质是，小范围内的金属熔炼与,铸造,焊接过程包含有：热过程；冶金过程；结晶过程,52,课件,三、电焊条,1. 焊条组成,由焊芯和药皮组成,焊芯：即是电极，又是填充金属,药皮：涂在焊芯表面上的涂料层,作用：提高电弧的稳定性,产生保护熔渣的气体,保证焊缝金属的脱氧、硫、磷,向焊缝渗加必要的合金元素,53,课件,2. 焊条种类,按用途划分为十大类,3. 焊条选用,有以下原则,根据被焊的金属材料类别选择相应的焊条种类,结构钢焊条的力学性能应满足焊缝与焊接件等强度要求,54,课件,对特殊钢，保证接头的特殊性能，应具有相同或相近的成分,焊接结构件在较差的条件下工作时，应选用碱性焊条,对几何形状复杂、厚度大、焊接时易产生较大应力和裂纹的焊接件，应选用抗裂性好的碱性焊条,焊条工艺性能要满足施焊操作要求,55,课件,