焊接工艺常识

Title,First,Second,Third,Forth,Fifth, 2004,金工教研室,机械制造基础,*,机械制造基础,金工教研室,制造科学与工程学院,2005,年春季学期,第四讲：焊接工艺常识, 2004,金工教研室,机械制造基础,第四讲：焊接工艺常识,焊接工艺,永久性连接,起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）,现代工业的基础工艺,造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车,基本焊接方法,电弧焊：属于熔化焊,其他焊接方法：压力焊、钎焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,本讲内容,一、电弧焊工艺常识,二、焊条电弧焊,三、特种焊接工艺方法,四、金属材料的焊接性,五、焊接结构设计,六、连接技术, 2004,金工教研室,机械制造基础,一、电弧焊工艺常识,1,、焊接电弧,气体介质中导电现象, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接电弧的热量,热量来源于,阳极,43,阴极,36,弧柱,21,热量扩散,65,85,加热熔化金属,其余,散失在电弧周围,飞溅的金属液, 2004,金工教研室,机械制造基础,2,、正接和反接,温度：,阳极：,2600K,阴极：,2400K,电弧中心：,6000K,8000K,直流焊接,正接法：工件温度高,反接法,交流焊接：两极温度均为,2500K,引弧电压：,50,90V,电弧电压：,16,35V, 2004,金工教研室,机械制造基础,3,、焊接接头的组织与性能,焊接工件上温度的变化与分布, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接接头组织,低碳钢,焊缝,焊接热影响区, 2004,金工教研室,机械制造基础,4,、焊缝,从熔池底向中心凝固,各个方向凝固速度不同,柱状铸态组织,铁素体少量珠光体,杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊缝的热影响区,1,融合区,0.11mm,，关键,2,过热区,脆性比融合区更大,3,正火区,力学性能优于母材,4,部分相变区,比正火区稍差,不同焊接方法热影响区宽度不同,焊后正火改善接头性能, 2004,金工教研室,机械制造基础,5,、焊接应力与变形,极不平衡的热循环过程,应力分布规律,先冷受压，后冷受拉, 2004,金工教研室,机械制造基础,消除焊接应力,提高母材塑性,避免焊缝交叉,避免焊缝过宽过长,合理焊接顺序,先焊短焊缝,后焊长焊缝,预热焊件、振动焊缝,焊后退火, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接变形,收缩变形,角变形,弯曲变形,扭曲变形,波浪变形, 2004,金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,减小焊接应力,提高结构刚度,对称焊缝分布,焊前反变形, 2004,金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,合理焊接操作,平衡温度分布,利用变形, 2004,金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,焊后校正, 2004,金工教研室,机械制造基础,二、焊条电弧焊,焊条电弧焊过程,药皮燃烧：,电弧周围气体：,CO,2,、,CO,、,H,2,熔池中熔渣，冷却形成渣壳,保护熔池中的熔化金属, 2004,金工教研室,机械制造基础,1,、电焊条,焊芯,导电和填充焊缝,焊接用钢丝,低碳钢、合金结构钢、不锈钢,药皮,焊接过程顺利进行,焊缝化学成分、力学性能, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条药皮,作用,提高电弧燃烧的稳定性,防止空气对熔化金属的有害作用,对熔池脱氧、加入合金元素,保证焊缝金属的化学成分和力学性能,稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接,原料种类,原料名称,作用,稳弧剂,碳酸钾、碳酸钠、长石、大理石、钛白粉、钠水玻璃、钾水玻璃,改善引弧性能、提高电弧燃烧的稳定性,造气剂,淀粉、木屑、纤维素、大理石,造成一定量的气体，隔绝空气，保护焊接熔滴与熔池,造渣剂,大理石、长石、萤石、菱苦石、锰矿、钛铁矿、粘土、钛白粉、金红石,造成具有一定物理化学性能的熔渣，保护焊缝，碱性渣中的,CaO,可脱硫、磷, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条药皮的作用, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条种类,按化学成分分成七大类,碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金,焊条型号,E4303,：,E,碳钢焊条,43,：焊缝抗拉,43 kgf/mm2,0,：,(0/1),全位置焊接、,(2),平焊、,(4),向下立焊,03,：,3,、,4,为组合表示焊接电流种类和药皮类型，,03,为钛钙型药皮、交流或直流, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条种类,焊条牌号,J422,、,J507,J,：结构钢焊条（奥氏体不锈钢,A,、铸铁,Z,）,42,：抗拉强度等级,MPa,（,50,、,55,、,60,、,70,、,80,）,2,：药皮和电流种类, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条种类,按熔渣性质,酸性焊条,酸性氧化物比碱性氧化物多,适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低,焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件,碱性焊条,焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强,要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条选用原则,选择依据,：根据焊件,化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能,结构形状、受力情况、焊接设备条件,低碳钢和低合金钢构件,：根据强度（两构件强度较低者为准）,酸性,/,碱性,：根据重要性,铸铁,：碱性焊条和适当工艺（预热）,不锈钢和耐热钢,：特殊、专用焊条, 2004,金工教研室,机械制造基础,2,、埋弧焊,埋弧焊演示, 2004,金工教研室,机械制造基础,埋弧焊特点,大电流（,1000A,）、生产率高,焊接质量高且稳定,节约金属,热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少,改善劳动条件,无弧光、烟雾,自动化程度高,工艺装备复杂，适合批量生产, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊丝与焊剂,焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能,熔炼焊剂、陶质焊剂, 2004,金工教研室,机械制造基础,埋弧焊工艺,仔细下料、准备（清理）坡口、装配,引弧板与引出板焊后去掉, 2004,金工教研室,机械制造基础,防止烧穿焊剂垫、垫板, 2004,金工教研室,机械制造基础,环缝焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,3,、气体保护焊氩弧焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,气体保护焊,CO2,保护焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,4,、等离子弧焊接与切割,电弧压缩,机械压缩,热压缩,电磁收缩,中心区域温度极高,16000K,焊接,/,切割熔点很高的金属,不锈钢,钛、钨, 2004,金工教研室,机械制造基础,5,、焊接自动化,数控轨迹控制,焊接质量监控, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接机器人,焊接机器人演示, 2004,金工教研室,机械制造基础,用电弧焊焊接钢板的问题,如图拼焊一张大钢板,焊缝布置合理吗？,如何改进？,对称，错开,如何合理安排焊缝顺序？,先短后长,1,2,3,4,5,6,7,8, 2004,金工教研室,机械制造基础,三、特种焊接工艺方法,简略了解其它焊接方法,电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊,真空电子束焊接、激光焊接,讨论,可以用于焊接的能源形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,1,、电阻焊,电阻热,Q=I,2,Rt,特点,生产率高、焊接变形小,操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）,设备复杂、耗电量大,接头形式、工件厚度受到限制,点焊、缝焊、对焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,点焊,局部高温焊合,分流现象,焊点的分布最小距离限制, 2004,金工教研室,机械制造基础,点焊的接头形式,硬规范,软规范,电极压力,表面清洗,接头形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,缝焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,对焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,对焊接头形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,讨论这个问题,铜及铜合金可以采用电阻焊吗？, 2004,金工教研室,机械制造基础,2,、摩擦焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,摩擦焊的接头形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,3,、钎焊,焊接过程示意图毛细管作用, 2004,金工教研室,机械制造基础,钎焊,硬钎焊,450,以上、接头强度,200MPa,以上,自行车架、工具、刀具,软钎焊,450,以下、接头强度,70MPa,以下,仪表、导电元件、各种低载荷构件,加热方式,烙铁、火焰、电阻、感应, 2004,金工教研室,机械制造基础,钎焊的常见接头形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,钎焊接头的比较, 2004,金工教研室,机械制造基础,4,、电渣焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,5,、真空电子束焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,6,、激光焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,题外话：关于铝热剂,什么是铝热剂,通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂,用某些金属氧化物,(,如,V,2,O,5,，,Cr,2,O,3,，,MnO,2,等,),代替氧化铁也可以做铝热剂,有什么特性,难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热,有什么用？, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,原理,铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁,Fe,2,O,3,+ 2 Al = 2Fe + Al,2,O,3,还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨,优点,这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,过程,铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。,反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。,模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。,当铝热钢冷却下来后，进行进一步的热处理来提高它的机械特性。, 2004,金工教研室,机械制造基础,铝热焊设备, 2004,金工教研室,机械制造基础,其它用途,冶炼难熔金属,军事用途,在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。,在前苏联科学家编写的,火箭炮,一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。,在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。, 2004,金工教研室,机械制造基础,选择焊接方法,自行车车架,钢窗,家用液化气罐主缝,自行车圈,电子线路板,锅炉壳体,钢轨对接,不锈钢储罐,硬钎焊（盐浴）,硬钎焊、对焊、电弧焊,缝焊,缝焊外边、闪光对焊,软钎焊,埋弧焊、电渣焊,闪光对焊、铝热焊,等离子弧焊接、氩弧焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,四、金属材料的焊接性,焊接性概念,设定相同（焊接方法、材料、参数、结构）,易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度,焊接性并非一定,焊接方法、焊接材料、焊接工艺,评定方法,工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向,使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）, 2004,金工教研室,机械制造基础,钢材焊接性的估算,碳当量计算公式,计算结果,0.6%,：焊接性不好, 2004,金工教研室,机械制造基础,小型抗裂实验法, 2004,金工教研室,机械制造基础,碳钢焊接,低碳钢（,C% ,应力、变形开裂,焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊,保证焊接接头与母材等强度,焊条：,E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427),等,埋弧焊丝,/,焊剂：,H08A(H08MnA) / 431, 2004,金工教研室,机械制造基础,碳钢焊接,中碳钢：,C%, （,0.25%,0.6%,）,焊接性变差、淬硬倾向变大,工艺特点：,容易开裂：冷裂纹、热裂纹,必须预热，减小工件各个部分的温差,细焊条、小电流、开坡口多层焊接,焊条电弧焊、电渣焊（厚件）,选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度,焊条：,E5016(J506),、,E6015,D1(J607), 2004,金工教研室,机械制造基础,合金钢焊接,合金结构钢焊接件较少,工艺与中碳钢近似,低合金结构钢焊接工艺特点,热影响区的淬硬倾向：合金含量大小,焊接接头的裂纹倾向：,冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力,热裂纹倾向不大（我国合金都含,Mn,）,强度级别决定工艺,低：同低碳钢,低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火,高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理, 2004,金工教研室,机械制造基础,铸铁补焊,铸铁焊接性很差，只能进行补焊,焊接特点,焊缝易形成白口、难以切削加工,易开裂、易产生气孔,流动性好，只能进行平焊,热焊法（,600,700,）：,防止开裂，补焊后可切削加工,冷焊法（,450,以下）, 2004,金工教研室,机械制造基础,非铁金属及其合金的焊接,铜及铜合金,困难,导热性太好，容易焊不透,易氧化、易开裂、易形成气孔,电阻很小，难以采用电阻焊,铜合金比纯铜更难焊接,氩弧焊（紫铜、青铜）,气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,非铁金属及其合金的焊接,铝及铝合金,也比较困难,极易氧化、,Al,2,O,3,阻碍金属熔和、易夹渣,导热性较好，需预热、使用大功率热源,容易产生气孔（易吸收,H,2,）,高温下强度塑性很低，焊缝塌陷,氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,选择焊接方法圆筒低压容器,Q235,钢板,20mm,批量生产,埋弧自动焊,20,钢板,2mm,批量生产,缝焊,45,钢板,6mm,单件生产,焊条电弧焊,紫铜板,4mm,单件生产,氩弧焊,铝合金板,20mm,单件生产,氩弧焊,不锈钢板,10mm,小批生产,氩弧焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,讨论焊接工艺问题,如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊才能既不开裂，又能切削加工？, 2004,金工教研室,机械制造基础,五、焊接结构设计,焊接结构件材料的选择,应选碳当量小于,0.4,的金属材料,优选强度等级低的低合金结构钢,优选镇静钢（脱氧完全）,异种金属间焊接,以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺,各种金属材料的焊接性能可查表, 2004,金工教研室,机械制造基础,1,、合理选用型材减少焊缝数量, 2004,金工教研室,机械制造基础,2,、焊接接头设计,分散布置焊缝, 2004,金工教研室,机械制造基础,3,、对称布置焊缝, 2004,金工教研室,机械制造基础,对称布置焊缝, 2004,金工教研室,机械制造基础,对称布置焊缝, 2004,金工教研室,机械制造基础,4,、避开应力集中的位置, 2004,金工教研室,机械制造基础,避开应力集中的位置, 2004,金工教研室,机械制造基础,避开应力集中的位置, 2004,金工教研室,机械制造基础,5,、避开机械加工位置, 2004,金工教研室,机械制造基础,6,、便于电弧焊的设计, 2004,金工教研室,机械制造基础,便于电弧焊的设计, 2004,金工教研室,机械制造基础,便于电弧焊的设计, 2004,金工教研室,机械制造基础,7,、便于埋弧焊的设计, 2004,金工教研室,机械制造基础,8,、便于点焊及缝焊的设计, 2004,金工教研室,机械制造基础,其他布置原则,尽可能平焊,避免仰焊,减少横焊,一次装配，尽可能完成大部分焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,9,、焊条电弧焊接头形式,对接接头, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条电弧焊接头形式,T,型接头, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条电弧焊接头形式,角接接头, 2004,金工教研室,机械制造基础,焊条电弧焊接头形式,搭接接头, 2004,金工教研室,机械制造基础,接头过渡形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,接头过渡形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,电渣焊接头形式, 2004,金工教研室,机械制造基础,讨论如图三个焊件,这三个焊件结构设计都有问题, 2004,金工教研室,机械制造基础,六、连接技术综述,通过机械、物理和化学方法，以及冶金方式，将多个零件连接成一个整体，并保持相互位置的工艺方法,机械连接,可拆卸连接,/,不可拆卸连接,物理化学方法,钎焊,/,粘接,冶金方式：焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,机械连接可拆卸连接, 2004,金工教研室,机械制造基础,机械连接不可拆卸连接, 2004,金工教研室,机械制造基础,物理化学方法钎焊, 2004,金工教研室,机械制造基础,物理化学方法粘接, 2004,金工教研室,机械制造基础,讨论：汽车中的连接,举例说明汽车中的连接,可拆卸连接,不可拆卸连接,粘接,焊接, 2004,金工教研室,机械制造基础,总结,电弧焊工艺,焊条电弧焊的各种方法,特种焊接工艺方法,金属材料的焊接性,焊接结构设计,连接技术, 2004,金工教研室,机械制造基础,