第四章焊接成形课件.ppt

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1、,第四章 焊接成形,第四章 焊接成形,4.1 焊接基本原理4.2 常用焊接方法4.3 常用金属材料的焊接4.4 焊件结构工艺性,概 述,1、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。2、焊接成形的特点（1）与铸钢结构件相比，可节约材料、减轻重量、降低成本；（2）对一些单件大型零件可以以小拼大，简化制造工艺；（3）可修补铸锻件的缺陷和局部损坏的零件，经济意义重大；（4）接头致密性高，连接性能好；（5）容易产生焊接变形、焊接应力及焊接缺陷等。,3、主要焊接方法熔焊将两个焊件局部连接处加热至熔化状态，并加入填充金属形成熔池，待其冷

2、却结晶后形成牢固接头的一个整体的焊接方法。压焊将两个焊件局部连接处施加压力（不论加热与否），使其产生塑性变形，从而焊合成一个整体的焊接方法。钎焊利用对熔点比焊件低的填充金属钎料的加热熔化（焊件不熔化），填入接头间隙并与母材通过扩散接合成一个整体的焊接方法。,主要焊接方法,4.1 焊接的基本原理,4.1.1 焊接电弧4.1.2 电弧焊冶金过程的特点4.1.3 焊接接头金属组织与性能的变化4.1.4 焊接应力与变形,4.1.1 焊接电弧,1、焊接电弧是电极与工件之间的气体介质中长时间而强有力的放电现象。 2、 焊接电弧的结构,电弧的结构示意图,1）阴极区：电子发射区，热量约占36%，平均温度240

3、0K；2）阳极区：受电子轰击区域，热量约占43%，平均温度2600K；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50008000K。,4.1.1 焊接电弧,2600K,2400K,厚件,薄件,空载电压？工作电压？电弧长度？,4.1.2 焊条电弧焊冶金过程的特点,焊接电弧和熔池的温度高于一般的冶炼温度。导致金属元素蒸发烧损。金属熔池体积小，高温时间短，导致化学成份不均匀，气体和杂质来不及浮出。易产生气孔和夹渣等缺陷。空气中的氧与金属发生化学反应，使金属元素烧蚀，同时残留在焊缝金属中，导致气孔夹渣。空气中的氢、氮留在金属中，使力学性能变脆。,焊缝处的力学性能变差,

4、保证焊缝质量的措施,造成有效的保护，限制空气进入焊接区。渗入有用的合金元素，以保证焊缝的化学成分。进行脱氧、脱硫和脱磷。 Fe2O3+MnMnO+2FeO FeO+MnMnO+Fe 2FeO+SiSiO2+2Fe,MnO SiO2,加入CaO脱硫、脱磷,4.1.3 焊接接头组织与性能的变化,温度分布,焊接接头组织与性能的变化,焊缝区铸态组织焊接热影响区熔合区铸态组织与过热粗晶组织，性能低。过热区过热粗晶组织，性能低。正火区细晶组织，性能高。部分相变区晶粒大小不均匀，性能稍低。重要的焊接结构件应进行正火或退火处理。,4.1.4 焊接应力与变形,1、焊接应力产生的原因与示例2、减少焊接应力的措施3

5、、焊接变形4、减少焊接变形的措施,1、焊接应力产生的原因与示例,平板对焊,长方形钢板边缘焊：,圆筒形环缝,原因：焊件上温度不均匀热胀冷缩不均匀焊缝处冷却收缩受阻焊缝处受拉应力,2、减少焊接应力的措施,合理选材、避免焊缝密集交叉、避免焊接面过大、焊缝过长。选择合理的焊接次序。,预热法：预热到350400C焊后退火处理：加热到500650C,、之间不能自由收缩而开裂,好,焊接变形,收缩变形：角变形：弯曲变形：扭曲变形：波浪形变形：,减少焊接变形的措施,焊缝对称设计反变形法加裕法刚性夹持法选择合理的焊接次序,不合理,矫正机械矫正火焰加热矫正,合理,对称进行施焊,本节复习与思考题,焊接电弧的产生、电弧

6、区温度高低、空载电压与工作电压、直流正接与反接的应用。焊条电弧焊冶金过程有何特点？焊接热影响区组织、性能有何变化？焊接应力与变形产生的原因是什么？减少焊接应力与变形产生的措施有哪些。,本节结束,4.2 常用焊接方法,4.2.1 焊条电弧焊4.2.2 埋弧自动焊4.2.3 氩弧焊4.2.4 气体保护焊4.2.5 气焊与气割4.2.6 钎焊,4.2.1 焊条电弧焊,1、电焊条的组成与作用2、药皮的组成与作用3、焊条的分类及牌号4、焊条的选用原则5、焊条的选用实例6、焊接工艺参数,1、电焊条的组成与作用,电焊条的组成？,焊芯的作用：焊芯起导电和填充焊缝金属的作用。焊芯采用专门冶炼的钢丝制造，常见牌号

7、H08、H08A、H08E、H08Mn2Si等，直径1.65mm.,药皮的作用：提高电弧的稳定性，改善焊接工艺性；将空气与熔池隔开以保护熔池；对熔池中金属脱氧并渗合金；造渣缓冷，进行冶金处理；从而提高焊缝力学性能。,焊芯与药皮,2、药皮的组成与作用,3、焊条的分类及牌号,按药皮化学性质可分为酸性和碱性（低氢）按用途不同可分为10大类。即结构钢焊条（J）、低温钢焊条（W）、钼和铬钼耐热钢焊条（R）、不锈钢焊条（A、G）、堆焊焊条（D）、铸铁焊条（Z）、镍和镍合金焊条（Ni）铜及铜合金焊条（T）、铝及铝合金焊条（L）、特殊用途焊条（Ts）,焊条牌号,焊条类别代码,焊条类别代码,药皮类型代号,焊条抗

8、拉强度（Kg/mm2）,J422表示：结构钢焊条，焊缝强度不低于420MPa，药皮类型为氧化钛钙型,4、焊条的选用原则,1、等强度原则 低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。2、同成分原则 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应的专用焊条，以保证焊缝金属的主要化学成分与性能和母材相同3、抗裂性要求 容易产生裂纹的结构，如焊件形状复杂、厚度大、刚度大，高强度，受动载荷或冲击载荷，以及低温环境等，应选用抗裂性能优良的碱性焊条。4、抗气孔要求 容易产生气孔的焊件选用酸性焊条。5、低成本要求 在酸、碱性焊条都能满足要求时，选用酸

9、性焊条。低碳钢与低合金结构钢焊接，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条。铸钢的含碳量一般都比较高，而且厚度较大，形状复杂，很容易产生焊接裂纹。选用碱性焊条。,5、焊条的选用实例,某工字梁采用 16Mn 钢焊接而成。母材的力学性能和化学成分如下：b=520MPa，s=350MPa，5=21%,，40C 时，k=30J/cm2，C=0.2%，Mn=1.6%，Si=0.6%，S0.05%，P0.05%，梁受力大且受冲击载荷,工作温度：-2040C，试选用合适的焊条牌号。分析： 16Mn 钢属低合金结构钢，根据焊条选用原则，应按等强度原则选用。梁受力大，且受冲击载荷，工作温度较抵，是较重要结

10、构，要求冲击韧度好，抗裂性，低温冲击韧度好，应选用耐冲击较好的碱性焊条。,5、焊条的选用实例,查阅焊接手册J*1、 J*5 均为酸性焊条， J*6、 J*7 为碱性焊条。常见牌号有：J422、 J426、 J427、 J502、 J506、 J507、 J553、 J556、 J557、 J606,J507的力学性能指示与母材接近。,6、焊接工艺参数,正确选择焊接工艺参数才能获得优良的焊接接头（1）焊条直径d 根据焊件厚度选择焊条直径,(2)焊接电流I: I焊=(3050)d,6、焊接工艺参数,(3)焊接速度: 单位时间内完成的焊缝长度,电流和焊速对焊缝形状的影响a 电流、焊速合适；b 电流太

11、小；c 电流太大；d 焊速太慢； e焊速太快,6、焊接工艺参数,(4)焊弧长度 电弧长度是焊芯端部与熔池之间的距离。一般要求电弧的长度小于或等于焊条直径。电弧过长，燃烧不稳定，熔深减少，容易产生焊接缺陷。,7、焊缝空间位置,平 焊,立 焊,横 焊,仰 焊,问答：焊接工艺参数有哪些？如何选用？答：焊条直径、焊接电流、运条速度、电弧长度。 根据焊件厚度选择焊条直径 根据焊条直径选择焊接电流 I焊=(3050)d 观察焊缝宽度与堆高选择合适的运条速度 电弧长度小于或等于焊条直径。,4.2.2 埋弧自动焊,埋弧自动焊的特点,生产率高。是手弧焊的510倍焊缝质量高且稳定节省金属材料改善了劳动条件缺点：设

12、备费用贵，工艺准备复杂，对接头加工与装配要求严。用于直线焊缝与圆筒形工件的纵、环焊接。不宜焊薄板。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。,埋弧焊的焊接材料有焊丝和焊剂。 焊丝除作电极和填充金属外，还有渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。 焊剂分为熔炼焊剂和非熔炼焊剂，前者主要起保护作用，后者还起渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。使用前均需烘干。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

13、定距离a；（a=2040mm）。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,4.2.3 氩弧焊,氩弧焊是用氩气（Ar2）作为保护气体的气体保护焊。分为熔化极氩弧焊和钨极氩弧焊两种,适于6mm以下工件的焊接,25mm以下的工件,氩弧焊的特点,由于用惰性气体保护，适合于接各类合金钢，易氧化的有色金属以及锆、钽、铌等稀有金属。氩弧焊电弧稳定，飞溅小，焊缝致密，表面没有焊渣，成形美观。电弧和熔池是气体保护，明弧可见，便于操作，易实现自动化。电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小，焊接速度较快，焊接热影响区

14、小，工件焊后变形小。氩气价格高，控制系统较复杂，操作时忌自然吹风，只能在室内进行。目前主要用于焊接有色金属及不锈钢、耐热钢。,4.2.4 二氧化碳气体保护焊,二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳气体作为保护气体的电弧焊。它利用焊丝作电极，以自动或半自动的方式进行焊接。,二氧化碳气体保护焊的特点,成本低 。 （是手弧焊的40%）焊接质量较好。 焊接热影响区和变形小生产率高。（是手弧焊的13倍）。操作性能好。缺点：飞溅大，烟雾多，弧光强烈，焊缝表面不够美观，忌吹风，易产生气孔，设备较复杂。目前广泛用于汽车、造船、机车车辆、农机生产等。,4.2.5 气焊与气割,气焊是利用气体火焰作为热源来熔化母材和填充

15、金属的一种焊接方法。使用的气体是氧气和乙炔。气焊常用于厚度3mm以下的低碳钢薄板和管子的焊接。,气焊火焰有哪几种？,4.2.5 气焊与气割,氧气切割是根据某些金属（如铁）在氧气流中能够剧烈氧化（即燃烧）的原理，利用割炬来进行切割的。切割过程：金属氧气切割的条件：金属材料的燃点必须低于熔点。燃烧生成的金属氧化物的熔点，应低于金属本身的熔点。金属燃烧时能放出大量的热，而且金属本身的导热性要低。满足上述条件的金属：纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢。,4.2.6 钎焊,钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后钎料熔化而将处于固态的焊件联结起来的一种焊接方法。分为硬钎焊与软钎焊硬钎焊 钎料的

16、熔点在450 以上.软钎焊 钎料的熔点在450 以下。钎焊接头的型式：,钎焊的熔剂：软钎焊时用松香或氯化锌硬钎焊时用硼砂、硼酸氟化物等。,钎焊的特点,温度低，性能变化小，变形也小。接头光滑平整，工件尺寸精准。可焊接性能差别很大的异种金属，对工件厚度差没有严格限制。设备简单，生产投资费用少。主要用途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,本节复习与思考题,气焊与气体保护焊有什么区别？电焊条的组成、牌号、选用？气焊火焰种类、气割过程、气割原理。埋弧焊的特点与应用。焊接工艺参数有哪些？如何选用。钎焊和熔化焊的实质差别是什么？钎焊的主要应用范围有哪些？,本节

17、结束,4.3 常用金属材料的焊接,4.3.1 金属材料的焊接性（可焊性）4.3.2 低C钢的焊接4.3.3 中高C钢的焊接4.3.4 合金结构钢的焊接4.3.5 不锈钢的焊接4.3.6 铸铁的补焊4.3.7 铜合金的焊接4.3.8 铝合金的焊接,4.3.1 金属材料的可焊性,金属材料的可焊性是指被焊金属在采用一定的焊焊接方法、焊接材料、工艺参数(工艺参数包括？）及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,概念,估算钢材可焊性的方法,碳当量,碳当量经验公式：,4.3.1 金属材料的可焊性,C当量0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊件不会产生裂纹。可焊性好。C当量=0.40.6%时，钢

18、材塑性下降，淬硬倾向明显。可焊较差。C当量0.6%时，钢材塑性较差，淬硬倾向强。可焊性差值得注意的是，钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度的影响，故应根据具体情况进行抗裂试验及使用焊接性试验。,4.3.2 低C钢的焊接,C含量小于0.25%时，其塑性好，没有淬硬倾向，对焊接过程不敏感焊接性好。焊接性好、应用广泛。一般选用J42 H08A。除低温度环境以及50mm厚度以上外、一般不需要采取措施。,4.3.3 中、高C钢的焊接,C含量在0.25%0.6%之间中C钢，随着C含量增加，淬硬、开裂倾向增加。焊接性较差，主要用于铸钢件的焊接。高C钢仅用于修补焊。一般选用J506 、 J506、

19、J606、J607等 。选用细焊条，小电流，开坡口进行多层焊焊前焊件要预热到150250C或更高。,4.3.4 合金结构钢的焊接,低C低合金的结构钢其焊接性可利用C当量并参照低C钢确定。热影响区的淬硬倾向低合金钢焊接时，热影响区可能产生淬硬组织，淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。钢中含碳及合金元素越多，钢材强度级别越高，焊后热影响区的淬硬倾向也越大。强度级别大于450MPa级的低合金钢，淬硬倾向增加，热影响区容易产生马氏体组织，形成淬火区，硬度明显增加，塑性、韧性则下降。,热影响区的淬硬倾向,不同环境温度的预热要求： 工件厚度/mm：16以下，不低于-10不预热, -10以下预热1001

20、50 工件厚度/mm：16-24，不低于-5不预热 ,-5以下预热100150 工件厚度/mm：24-40，不低于0不预热, 0以下预热100150 工件厚度/mm：40以上，均应预热100150,4.3.5 不锈钢的焊接,4.3.6 铸铁的补焊,用于铸件的修补其焊接特点是：熔合区易产生白口组织易产生裂纹易产生气孔 C+O2CO（CO2）焊接方法：热焊法冷焊法,铸铁件的补焊之一热焊法,焊前预热到600700C焊补后缓慢冷却可防止白口组织，焊缝质量好，焊后可进行切削加工用于焊后需要进行切削加工的重要的、形状复杂的零件的的修补。用气焊方法较方便。 铸铁铁棒、硼砂（或CJ201）焊剂也可用焊条电弧焊

21、。选择铸铁焊条,铸铁件的补焊之一冷焊法,焊前不预热或只预热到400C依靠焊条成份变化来调整焊缝化学成份防止和减少白口组织和避免裂纹。方便灵活、生产率高、成本低、劳动条件好，焊后不能进行切削加工用焊条电弧焊。尽量采用小电流、短弧、窄焊道。,4.3.7 铜合金的焊接,散热快，焊件要预热，选用大电流或火焰。易造成焊不透。液态铜易氧化低熔点共晶沿晶界分布在热胀冷缩产生的应力作用下开裂。液态铜易吸气气孔不适于电阻焊铜合金比纯铜更难焊接一般采用氩弧焊、气焊等。,特点,4.3.8 铝合金的焊接,散热快，焊件要预热，选用大电流或火焰。易造成焊不透。液态铝易氧化夹渣液态铝易吸气气孔不适于电阻焊焊接时需用垫板垫着

22、。一般采用氩弧焊、气焊等。,特点,本节复习与思考题（P166）,1、低合金高强度钢焊接时易产生哪些缺陷？应采取什么措施防止。2、15号钢有很好的焊接性能，而在相当条件下焊接15MnVN钢时，焊接接头韧性表现较差，分析原因。3、焊接铁素体和马氏体不锈钢时，易出现哪些问题？应采取什么工艺措施？4、为什么铜及铜合金的焊接比低碳钢的焊接困难得多？,本节结束,4.4 焊件结构工艺性,4.4.1 焊件结构材料的选择4.4.2 焊接接头的设计接头过渡形式坡口形式4.4.3 焊缝布置,4.4.1 焊件结构材料的选择,1、在满足工作性能的要求下，尽量选择焊接性好的材料。 选用：低碳钢、碳当量小于0.4%的低合金

23、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。多选用型材：如工字钢、槽钢等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。,4.4.2 焊接接头的设计,接头形式： 对接接头、T型接头、角接接头、搭接接头 坡口形式（GB98588） 6mm以下不开坡口。,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,对接接头, 接头受力简单、均匀，应力集中较小， 强度较高，优先选用,搭接接头, 接头强度好。但受力复杂，应力集中严重，易产生焊接缺陷。,其选择应根据结构的形状和焊接

24、生产工艺而定，要考虑易于保证焊接质量和尽量降低成本。对于钎焊，电阻焊的点焊和缝焊采用搭接；对焊采用对接；熔化焊可采用对接、搭接，角接和T形接对比选择。压力容器一般采用对接，桁架结构一般采用搭接。对于气焊和钨极氩弧焊可采用卷边接头。,坡口形式的设计,4.4.3 焊缝的布置,焊缝的布置原则：（1）焊缝的布置尽可能分散。（2）焊缝的位置尽可能对称（3）焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置（4）焊缝应尽量避开机械加工表面。（5）焊缝位置应便于焊接操作。,3、焊缝布置,焊缝的布置尽可能分散。两焊缝之间的距离大于三倍钢板厚度，且不小于100mm,焊缝布置,焊缝的位置尽可能对称,焊缝布置,焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置,焊缝布置,焊缝应尽量避开机械加工表面。,焊缝布置,焊缝位置应便于焊接操作。,本节复习与思考题(P172),1、简述焊缝布置的基本原则。2、如图所示三种焊件，其焊缝是否合理，请加以改正。,本章完,