《授课教案》第四篇金属焊接成形(焊接生产)

学习好资料欢迎下载竹南甘拉大凿教案首页课程名称：金属材料成形基础任课教师：第四篇 金属连接成形（焊接生产）计划学时： 8教学目的和要求:本篇主要介绍了焊接成形工艺基础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、 焊接结构设计及先进工艺方法。学完本篇要求学生了解并掌握焊接成形工艺基 础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、焊接结构设计及先进工艺方法。重点：重点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计;难点：难点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计思考题：1 .何谓焊接电弧用交流电焊机与直流电焊机焊接时？其电弧有何不同？2 .焊接低碳钢时，其焊接热影响区可分为哪几个 ？区域其中哪个区域的性能最 好？哪个区域的性能最差？为什么？3 .减小与消除焊接应力的措施有哪些？减小与消除焊接变形的措施有哪些？4 .钎焊与熔化焊相比，其焊接过程的实质有何不同？5 .何谓金属材料的可焊性？生产中常用什么方法评定钢材的可焊性？6 .当焊接材料确定后，应如何选择焊接方法？（根据材料的可焊性、工件的厚 度、生产批量、各种焊接方法的适用范围和现场条件）第四篇金属焊接成型一、金属焊接成形用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从 而获得不可拆卸接头的材料成形方法。二、焊接成形的分类1 .熔化焊： 电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子 束焊、激光焊、等离子弧焊等。2 .压力焊：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。3 .钎焊：软钎焊、硬钎焊。三、焊接成形的特点1 .接头牢固、封性好。2 .可化大为小、以小拼大。3 .可实现异种金属的连接。4 .重量轻、加工装配简单。5 .焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。第一章金属焊接成形工艺基础 1手工电弧焊的焊接过程一、手工电弧焊的特点1 .设备简单、应用灵活方便。2 .劳动条件差、生产率低、质量不稳定。二、手工电弧焊焊接过程引弧形成熔池形成焊缝三、焊接电弧1 .焊接电弧的概念在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象形成焊接电弧必须具备两个条件:使气体电离阴极发射电子焊条一当焊条末端和工件接触时，接触电阻R急剧增大，短路电流I也急剧增大。 使电阻热：Q=I2Rt急剧增大。电场强度：E=V/d急剧增大。从而使热的金属气体和空气产生热电离和碰撞电离。焊接电弧的稳定燃烧一就是带点粒子产生、运动、复合、产生的动态平衡 过程。L2 .电弧的构造及热量分布阴极区：2400k36%阳极区：2600k42%弧柱区：中心50008000k 21%3 .电弧的极性直流电源正接极：工件一正极（阳极）；负极（阴极）。直流电源反接极：工件一负极（阴极）；焊条一正极（阳极） 2焊接接头金属的组织与性能一、熔焊过程冶金特点1 .熔池金属温度高于一般冶金温度。使金属元素强烈蒸发、烧损。2 .熔池金属冷却快，处于液态的时间短。化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。3 .空气对焊缝的影响严重。1）O2 : O2 OC+O CO ； Fe+O FeO ；Mn+O MnO ； Si + O SiO2 氧化的结果：合金元素被烧损；焊缝产生夹渣的缺陷；形成CO气孔。 22） N2 : N2 NFe + N FaN ;使接头的塑性、韧性下降。3） H2 : H2 一 H; 氢气孔一氢脆二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施1 .减少有害气体进入熔池；2 .渗入合金元素；3 .消除已进入熔池的有害元素。三、电焊条1 .电焊条的组成及作用电焊条焊条芯药皮r焊缝的填充材料 .电极传导电流填充焊缝 导电机械保护的作用 冶金的作用稳定电弧的作用铬和铭耐热钢焊条一R;不锈钢次I条一A ;铸铁焊条一Z;铜及铜合金焊条一T;特殊用途焊条一TS药皮的种类： 氧化钛型；氧化钛钙型；钛铁矿型；氧化钛型；纤维 素型；低氢钾型；低氢钠型；石墨型；盐基型。2 .电焊条的分类结构钢疗I条一J;低温钢疗I条一W;堆焊焊条一D;金及锲合金焊条一Ni ;铝及铝合金焊条一L;酸性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）碱性焊条：在熔渣中以碱性氧化物为主（K2。、Na2O、CaO、MnO） 三、电焊条的选用1 .根据被焊工件的强度选用；2 .根据被焊工件的化学成分选用；3 .根据被焊工件工作条件和结构选用；4 .根据实际生产状况选用。四、焊接接头金属组织与性能1 .焊接热循环2 .焊接接头金属组织与性能的变化焊接接头：1）焊缝区；2）焊接热 影 响区。1） 焊缝区熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。2）焊接热影响区焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，具组织 和性能发生变化的区域。熔合区：是焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）加热温度：T液丁固强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断 的发源地。 过热区：在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）加热温度：丁固1100 C塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 正火区：在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm）加热温度：1100 CAc3 ； 力学性能优于母材。 部分相变区：在热影响区内发生部分相变的区域。加热温度：Ac3ACi ; 力学性能较母材稍差 力学性能最差的区域：熔合区和过热区3）减小和消除焊接热影响区的方法： 小电流、快速焊接；采用先进的焊接方法；焊前预热、焊后热处理（正火）。五、焊接应力与变形（一）焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的根本原因是：焊件（工件）在焊接过程中受到局部加热和快谏冷却焊接应力状态：焊缝区域一拉应力两侧冷金属一压应力焊接变形：焊件整体缩短 L（二）焊接变形的基本形式1 .收缩变形；2 .角变形；3 .弯曲变形；4 .扭曲变形；5 .波浪形变形（三）焊接应力与变形的防止1 .焊接应力的防止及消除措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小2）合理选择焊接顺序。（I H）一田；（I 一田）一（H 一田）3）锤击或碾压焊缝。4）采用小能量、多层焊。5）焊前预热（150 C 350 C）。6）焊后热处理（去应力退火）。可消除应力80%左右2 .焊接变形的防止及矫正措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小2）合理选择焊接顺序。1 4 3 21 2 3 41 4 5 2 3 63）加裕量法。4）反变形法。5）采用焊前刚性固定法。6）采用合理的焊接规范（小电 流、快速焊接）。7）焊接变形的矫正：机械矫正；火焰矫正。坪扇六、金属材料的焊接性1 .金属材料的焊接性指被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下, 获得优质焊接接头的难易程度。r 工艺焊接性：焊接接头产生工艺缺陷的倾向。焊接性J尤其指出现各种裂纹的可能性。： 使用焊接性：焊接接头在使用中的可靠性。 包括力学性能及其它特殊性能。2 .影响焊接性的因素1）焊接方法；2）焊接材料；3）焊件化学成分；4）工艺参数3 .焊接性的评定方法1）实验法十字接头试验法、Y型坡口试验法、“小铁研”试验法等。2）碳当量估算法C影响最显著一基本元素其它元素一 折合成碳的相当含量对焊接性的影响Ce = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15Ce0.6%焊接性差。、埋弧自动焊第二章金属的焊接成形方法 1 熔化焊1.埋弧自动焊设备及焊接过程设备：1）焊接电源；2）控制箱；3）焊接小车。焊接热源：电弧热溶池保护：焊剂（气、渣）2.埋弧自动焊工艺1）焊前准备板厚在2025mm以下的工件可不开坡口 ；但在 实际生产中，板厚在1422mm应开Y型坡口，半厚 在2250mm,可开双Y型坡口或U型坡口。环焊缝： 焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a ; （a=2040mm）o直径小于250mm 一般不采用埋弧 焊。2）采取防漏措施双面焊；手工电弧焊封底；焊剂垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板3）要有引弧板和引出板3.埋弧自动焊工艺特点1）生产率高（手弧焊的510倍）。2）焊接质量高且稳定。3）节约金属材料、生产成本低。4）劳动条件好。5）只能在水平位置焊接。应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、 其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。二、气体保护焊1 .氮弧焊利用氮气作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热；保护介质：Ar。Ar：不与金属发生化学反应一不产生夹渣缺陷;不溶解于液体金属中一不产生气孔缺陷； 比重大于空气（25%）。1）熔化极氮弧焊：适于25mm以下的工件。2）非熔化极氮弧焊：适于6mm以下工件的焊接。（） Wftaw（b）蛔化糖色翼舞 ）氮弧焊的特点及应用机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。 电弧燃烧稳定，飞溅小。 焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。 氮气昂贵，设备造价高。应用：适用所有金属材料的焊接。适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐 热钢、不锈钢等。2 . CO2气体保护焊以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热；保护介质：CO2 0CO2：与金属发生化学反应一产生夹渣缺陷； 解于液体金属中一产生 CO气孔缺陷；比重大于空气（25%）。1）存在问题 氧化严重； 气孔倾向大（CO）; 飞溅严重。2） CO2气体保护焊的特点及应用生产率高（是手弧焊的13倍）。成本低（是手弧焊的40%）。 焊接热影响区和变形小。可进行全位置焊接。飞溅严重，焊缝成形差。应用：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。三、电渣焊利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热， 同时加热熔化焊丝和金属母材的焊 接方法。焊接热源：电阻热；保护介质：液态熔渣。1 .焊接过程2 .焊接特点及应用1）大厚度工件可一次焊成。单丝一4060mm；单丝才i动一60150;三丝摆动一450mm；板极电渣焊一2）生产率高，成本低。3）焊接质量好。4。热影响区大。一焊后热处理。应用： 适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料;适用于厚大工件。厚度大于40mm的大型结构件 2 压力焊通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用， 使两部分金属达到原子间的结合，实现连接的焊接方法。一、电阻焊对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的 电阻热，实现焊接。1 .点焊工艺参数：电极压力；焊接电流；通电时间。焊点距离：太近一分流现象严重；远远一强度不够。应用：4mm以下的薄板搭接。2 .缝焊应用：3mm以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3 .对焊主要用于棒料的对接。1）电阻对焊，应用：用于断面简单，直径（或边长）小于 20mm或强度要求不太高的工件。;2）闪光对焊1应用：用于重要工件的焊接。可焊相同金属，也可焊异种金属（铝一钢、铝铜等）。工件直径一0.01mm200mm。二、摩擦焊1 .摩擦焊焊接过程2 .摩擦焊接头型式3 .特点及应用质量稳定；不需填充金属及焊剂； 生产率高，易实现自动化。应用：适用于黑色金属、有色金属； 也适用于特种材料、异种材料 焊接。钎焊是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散， 冷凝后实现连接的焊接方法一、钎焊的种类1 .软钎焊钎料的熔点在450 C以下。接头强度低，一般为60190MPa,工作温度低于100 C2 .硬钎焊钎料的熔点在450 C以上。接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。二、钎料和溶剂1 .钎料钎料的作用： 连接； 填充。钎料的种类： 软钎料：锡铝合金（焊锡）硬钎料：铝基、铜基、银基、锲基合金等。2 .溶剂溶剂的作用： 理理作用一去除表面氧化皮 降低表面张力一改善液态钎料对焊件的湿润性。保护作用三、钎焊的特点及应用1 .加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小，工件尺寸精确。2 .可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。3 .生产率高。易于实现自动化。4 .设备简单，生产投资费用少。应用：主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属的焊接。目前：软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊用于硬质合金刀具、钻 探钻头、换热器的焊接。第三章常用金属材料的焊接 1 碳钢的焊接1 .低碳钢的焊接低碳钢：C0.25%; Ce0.4%;焊接性良好。2 .中碳钢的焊接中碳钢:C0.250.60%; Ce 0.60%; CE 0.60%;焊接性差。问题：焊缝区易产生热裂纹；热影响区易产生冷裂纹。措施：焊前预热（250350 C ）,焊后缓冷。选用低氢型焊条。焊件开坡口，且采用细焊条、小电流、多层焊。 避免选用高碳钢作为焊接结构件。 2 合金结构钢的焊接合金结构钢：机械制造用结构钢一 （调质钢、渗碳钢）普通低合金结构钢一（压力容器、锅炉、桥梁、车辆、船舶等结 构。）普通低合金结构钢：1）低强度普通低合金结构钢：（rS400MPa； CE 400MPa； CE 0.4%0.5%;焊接性较差。15MnVN、18MnMoNb、14MnMoV焊前预热（150250 c ）,焊后缓冷；选用低氢型焊条；焊件开坡口，且采 用细焊条、小电流、多层焊。 3 铸铁的焊补一、铸铁焊补的特点（困难）1 .熔合区易产生白口组织和淬硬组织；2 .焊缝区易产生裂纹；3 .焊缝区易产生气孔；4 .熔池金属易流失；二、铸铁焊补的方法1 .热焊法焊前将焊件整体或局部预热至 600700c并施焊，焊后缓冷。用于形状复杂，焊后需要机械加工的重要件。如汽缸体、汽缸盖、机床导轨等2 .冷焊法焊前不预热或低温预热（400 C）的焊补方法。焊条：钢芯铸铁焊条一适用于非加工表面的焊补。石墨化铸铁焊条一适用于较大灰口铸铁件的焊补。焊缝性能与母材基本相同，具有良好的加工性。铜基铸铁焊条一主要用于一般铸铁件的焊补。抗裂性好，可进行机械加 工。锲基铸铁焊条一主要用于重要件加工表面的焊补。具有良好的抗裂性与 加工性高锐铸铁焊条一主要用于一般铸铁件的焊补。可进行机械加工、塑性和抗裂较好。 4有色金属的焊接、铝及铝合金的焊接1 .铝及铝合金的焊接特点1）易氧化；2）易产生气孔；3）易变形开裂；4）接头易软化2 .铝及铝合金的焊接方法一弧焊、气焊、钎焊、电阻焊。二、铜及铜合金的焊接1 .铜及铜合金的焊接特点1）难熔合；2）易氧化；3）易产生气孔；4）易变形开裂。2 .铜及铜合金的焊接方法一弧焊、气焊、钎焊、碳弧焊。第四章焊接成形金属件的工艺设计 1焊接结构材料的选择1 .优先选用低碳钢和低强度低合金钢;2 .对于重要件应有先选用镇静钢；3 .尽量选用同一牌号的材料；4 .材料的厚度最好相等；5 .尽量选用型材。 2焊接方法的选择焊接方法的选择应充分考虑材料的焊接性、焊件厚度、焊缝长短、生产批量 及焊接质量等因素。 3接头工艺设计一、接头形式的设计1.对接接头； 2.搭接接头； 3.角接接头； 4. T字接接头一-r 接接接头一接头受力简单、均匀，应力集中较小，强度较高，优先选用 接接接头一接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷 、坡口形式的设计不升埔”Y型博YBL案境口tlMLlUU型坡11单边与U型口曲卬电口”果:不同厚度的工件焊接时:f)3.焊缝应避开应力集中处和最大应力处4.焊缝应远离机械加工表面五折边整头理形封头5.焊缝的布置应便于焊接操作hle)