项目六 焊接加工入门

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,*,焊接加工,一,焊接基础,知识,二 焊接方法,三 焊接结构工艺,四 焊接技术新发展,焊接：,是利用加热或加压（或者加热和加压），使分离,的两部分金属靠得足够近，原子互相扩散，形成,原子间的结合的连接方法。在机械制造、建筑、,车辆、石油化工、原子能、航空航天等部门得到,广泛运用。,焊接的特点：,优点：,1,）连接性能好，密封性好，承压能力高；,2,）省料，重量轻，成本低；,3,）加工装配工序简单，生产周期短；,4,）易于实现机械化和自动化。,缺点：,1,）,焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便,；,2,）,焊接接头的组织和性能往往要变坏；,3,）,要产生焊接残余应力和焊接变形；,4,）,会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等,。,焊接方法可分为：,1,）,熔焊：,利用局部加热的方法，把工件的焊接处加热到熔化状态，形成熔池，然后冷却结晶，形成焊缝，将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。,2,）压焊：,在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。,3,）钎焊：,利用熔点比母材低的填充金属熔化后，填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方法。,(a)(b),熔焊焊接头的组成,a),对接头,b),搭接接头,1-,熔焊金属,2-,熔合区,3-,热影响区,4-,母材,焊缝各部分名称,二 焊接方法,焊接方法的种类很多，按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。常用焊接方法有,:,熔焊,堆焊与喷涂,高能焊,电渣焊,电弧焊,气焊,激光焊,电子束焊,等离子弧焊,气体保护焊,埋弧焊,焊条电弧焊,（一）手工电弧焊,电弧焊：,是熔化焊中最基本的焊接方法，它也是在各种焊接方法中应用最普遍的焊接方法，其中最简单最常见的是使用电焊条的手工焊接，称为,手工电弧焊,或简称,手弧焊,。,这种方法设备简单，灵活方便，尤其适于结构形状复杂、焊缝短或弯曲的焊件和各种不同空间位置的焊缝焊接。,1,、,手弧焊的焊接过程,将电焊机的输出端两极分别与焊件和焊钳连接，如图所示。再用焊钳夹持电焊条。焊接时在焊条与焊件之间引出电弧，高温电弧将焊条端头与焊件局部熔化而形成熔池。然后，熔池迅速冷却、凝固形成焊，促使分离的两块焊件牢固地连接成一整体。焊条的药皮熔化后形成熔渣覆盖在熔池上，熔渣冷却后形成渣壳依旧覆盖并保护在焊缝上。最后将渣壳清除掉，焊接接头的工作就此完成,。,焊条电弧焊的工作原理和典型的装置,1-,热影响区,2-,弧坑,3-,焊缝弧坑,4-,焊芯,5-,绝缘手把,6-,焊钳,7-,用于导电的裸露部分,8-,药皮部分,9-,焊条,10-,焊缝金属,11-,地线夹头,12-,渣防护层,13-,焊接熔池,14-,气体保护,15-,焊条端部分形成的套筒,16-,焊件,17-,焊条药皮,1,焊接电弧,（,1,）,.,焊接电弧的产生,焊接电弧是在焊条与工件之间产生的强烈、持久又稳定的气体放电现象。焊接引弧时，焊条和工件瞬间接触形成短路，强大的电流产生强烈电阻热使接触点熔化甚至蒸发，当焊条提起时，在电场作用下，热的金属发射大量电子，电子碰撞气体使之电离，正、负离子和电子构成电弧。,（,2,）,.,焊接电弧的结构,电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图所示。,1,）阴极区：,电子发射区，热量约占,36%,，平均温度,2400,K,；,2,）,阳极区：,受电子轰击区域，热量约占,43%,，平均温度,2600,K,；,3,）,弧柱区：,阴、阳两极间区域，几乎等于电弧长度，热量,21%,，弧柱中心温度可达,6000,8000,K,。,电弧的结构示意图,2,、焊机,手弧焊的主要设备是弧焊机，简称为电焊机。电焊机是焊接电弧的电源。电焊机按所提供的焊接电流种类不同可分为交流电焊机和直流电焊机两类。,（,1,）,.,交流电焊机,交流电焊机又称弧焊变压器，是一种特殊的降压变压器，它是由降压变压器、阻抗调节器、手柄和焊接电弧等组成。,图为,BX3-300,型结构。,常用的交流电焊机型号有：,BX3,300,、,BX1,330,、,BX1,400,、,BX3,500,等。,BX3-300,型交流弧焊机,（,2,）,.,整流器式电焊机,整流式直流电焊机，又称弧焊整流器或整流焊机。,整流弧焊机是由交流变压器、整流器、磁饱和电抗器、输出电抗器以及控制系统等组成。其中整流器是由大功率硅整流元件构成，它是将电流由交流变为直流供焊接使用。磁饱和电抗器相当一个很大的电感，使电源获得下降特性。焊接电流的调节是通过电流控制器来改变磁饱和电抗器控制绕组中直流电的大小。整流弧焊机的输入端电压一般为单相,220V,、,380V,或三相,380V,；空载电压一般为,60,90V,；工作电压一般为,25,40V,。,常用的整流弧机型号有,ZXG,300,、,ZXG,500,等,整流器式直流电焊机,(a)(b),直流甩弧焊的正接与反接,a),正接法,b),反接法,三、电焊条,电焊条（简称焊条）是涂有药皮的供手弧焊用的熔化电极。,1.,焊条的组成和作用,焊条是由焊芯和药皮两部分组成。,焊芯 焊芯是焊条内的金属丝。它的作用有两个：,起到电极的作用。即传导电流，产生电弧。,形成焊缝金属。焊芯熔化后，其液滴过渡到熔池中作为填充金属，并与熔化的母材熔合后，经冷凝成为焊缝金属。,焊条的纵截面,1-,焊芯,2-,药皮,3-,焊条夹持端,d-,焊条直径,L-,焊条长度,药皮 药皮是压涂在焊芯上的涂料层。它是由矿石粉、有机物粉、铁合金粉和粘结剂等原料按一定比例配制而成。药皮的主要作用有三个：,改善焊条的焊接工艺性能：容易引燃电弧、稳定电弧燃烧，并减少飞溅等。,机械保护作用：药皮熔化后造成气体和熔渣，隔绝空气，保护熔池和焊条熔化后形成的熔滴不受空气的侵入。,冶金处理作用：去除有害元素（氧、氢、硫、磷），添加有用的合金元素，改善焊缝质量。,4.,焊条的分类、型号及牌号,焊条的分类,焊条的品种繁多，有如下分类方法：,按用途进行分类 我国现行的新国标按用途分为八大类型：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条和铝及铝合金焊条。,按药皮熔化成的熔渣化学性质分类 将焊条分为酸性焊条和碱性焊条两大类。,按焊接工艺及冶金性能要求、焊条的药皮类型来分类 将焊件分为十大类，如氧化钛型、钛钙型、低氢钾型、低氢钠型等。,焊条型号：,是以焊条国家标准为依据，反映焊条主要特性的一种表示方法。,现以碳钢焊条其型号编制方法为：字母“,E”,表示焊条；,E,后的前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为,Mpa,；第三位数字表示焊条的焊接位置，若为“,0”,及“,1”,则表示焊条适用于全位置焊接（即可进行平、立、仰、横焊），“,2”,表示焊条适用于平焊及平角焊，“,4”,表示焊条适用于向下立焊；第三位和第四位数字组合时表示药皮类型及焊接电流种类，如为“,03”,表示钛钙型药皮、交直流正反接，又如“,15”,表示低氢钠型、直流反接。,6.,焊条的牌号,焊条牌号是指除焊条国家标准的焊条型号外，考虑到国内各行业对原部标的焊条牌号印象较深。因此仍保留了原焊条分十大类的牌号名称。,7.,酸性焊条与碱性焊条,在熔渣中酸性氧化物（如,SiO2,）比碱性氧化物（如,CaO,）多的一种焊条则称为酸性焊条。酸性焊条应用广泛，适用于交直流电焊机，焊接工艺性能好，对锈、水、油污等产生气孔的因素敏感性小，但添加给焊缝的合金元素少，焊缝的力学性能差，特别是冲击韧性较差，容易产生热裂缝。,8.,焊条的选用,1,）等强度原则；,2,）同成分原则；,3,）抗裂性要求；,4,）抗气孔要求；,5,）低成本要求。,第二章 手弧焊焊接工艺及操作方法,一、手弧焊工艺,（一）、焊接接头与坡口型式,1,、焊接接头 焊接接头是指用焊接方法把两部分金属连接起来的连接部分,最基本的焊接接头形式有四种：,（,1,）、对接接头 即对接接头焊缝，简称对接。,（,2,）、角接接头 即角接接头焊缝，简称角接。,（,3,）、形接头 即,T,形接头焊缝，简称丁字接。,（,4,）、搭接接头 即搭接接头焊缝，简称搭接。,对接接头受力比较均匀，使用最多，重要的受力焊缝应尽量选用。,焊接接头型式和坡口型式,a),对接接头,b),角接接头,c)T,形接头,d),搭接接头,（二）、焊接的空间位置：焊缝在结构上的位置不同时，对施焊的难易程度影响很大，从而也影响了焊接质量和生产率。,（三）、焊接规范参数的选择,1,、焊条直径与焊接电流的选择,2,、焊接速度的选择,3,、焊弧长度的选择,4,、焊缝层数的选择,（二）,焊接的过程,焊接的冶金过程如图所示,母材、焊条受电弧高温作用熔化形成金属熔池，将进行熔化、氧化、还原、造渣、精炼及合金化等物理、化学过程。,金属与氧的作用对焊接质量影响最大，氧与多种金属发生氧化反应：,焊条电弧焊过程,为保证焊缝质量，可从两方面采取措施：,1,）减少有害元素进入熔池，主要采用机械保护，如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体（,CO,2,，氩气）等）。,2,）清除已进入熔池的有害元素，增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。,3,）焊接工艺。,焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫,焊接工艺参数,。,线能量,:,指熔焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响,焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。,4,）焊后热处理：,如正火，能细化接头组织，改善性能。,5,）接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热,等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。,（三）焊接应力和变形,1.,焊接应力与变形产生的原因,焊件在焊接过程中受到局部加热和冷却是产生焊接应力和变形的主要原因。图,4-9,是低碳钢平板对接焊时产生应力和变形的示意图。,平板焊接时，要产生热胀冷缩。加热时，如自由膨胀则如图,4-9a,中虚线所示，但由于受到阻碍，产生同样伸长，故高温处产生压应力，低温处产生拉应力，两者平衡。冷却后，由于冷却速度不同，高温处冷却慢，收缩大。同样最后在高温处产生拉应力，低温处产生压应力。,图,4-9,平板对接焊的应力,a),焊接过程中,b),冷却后,一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。,2.,焊接应力与变形的危害,焊接应力：,1,）增加结构工作时的应力，降低承载能力；,2,）引起焊接裂纹，甚至脆断；,3,）促使产生应力腐蚀裂纹；,4,）残余应力衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。,焊接变形：,1,）使工件形状尺寸不合要求；,2,）影响组装质量；,3,）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性；,4,）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。,3.,焊接应力和变形的防止,焊接应力的防止及消除措施：,1,）结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小；,2,）采取合理的焊接顺序，使焊缝较自由的收缩，,3,）焊缝仍处在较高温度时，锤击或辗压焊缝使金属伸长，减少残余应力；,4,）采用小线能量焊接，多层焊，减少残余应力；,5,）焊前预热可减少工件温差，减少残余应力；,6,）焊后进行去应力退火，消除焊接残余应力。,焊接变形的防止和消除措施：,1,）,结构设计要避免焊缝密集交叉，焊缝截面和长度要尽可能小，与防止应力一样也是减少变形的有效措施；,2,）焊前组装时，采用反变形法；,3,）刚性固定法，但会产生较大的残余应力；,4,）采用合理的焊接规范；,5,）选用合理的焊接顺序，如对称焊、分段退焊。,6,）采用机械或火焰矫正法来减少变形。,