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1、,金 属 工 艺 学,于美杰山大材料学院,第四章 金属的焊接成形,第一节 概述 第二节 焊条电弧焊 第三节 其他常用焊接方法 第四节 常用金属材料的焊接 第五节 焊件的结构工艺性,重点内容,焊接接头的组织结构和力学性能减少焊接应力、变形的工艺措施影响焊接性的主要因素各种焊接方法的特点和应用,第一节 概述,第四章 金属的焊接成形,Introductionon Welding,焊接通过加热或加压等手段，用或不用填充材料，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的工艺方法。（0.30.5nm距离）特点 节约金属材料，产品密封性好；以小拼大，化复杂为简单；便于制造双金属结构（如轴
2、承，钢铜）；缺点：焊接接头处易产生缺陷和应力集中，力学性能降低。,第一节 概述,Introductionon Welding,连接处局部加热至熔化，不加压,加压（加热）,熔点低于母材的钎料熔化、扩散,第四章 金属的焊接成形,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.1 手工电弧焊的特点及应用,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.1 手工电弧焊的特点及应用特点设备简单，操作灵活，成本低；可在各种条件下进行各种位置的焊接；劳动条件差，生产率低；对工人技术水平要求较高，焊接质
3、量不够稳定。应用生产中应用最广的焊接方法；单件小批量焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢和对铸铁的补焊等；适宜板厚为3-20mm，1mm以下的薄板不适用。,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.1 手工电弧焊,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.2 焊接电弧与电焊机接线法焊接电弧是由焊接电源供给的，在具有一定电压的两电极之间，气体介质被电离，持续放电形成电弧。电弧的产生,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Weldi
4、ng,2.2 焊接电弧与电焊机接线法热量主要集中在阳极区,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.2 焊接电弧与电焊机接线法直流电焊机分正接和反接正接：常用反接：用于焊接薄钢板和有色金属交流电弧焊不存在正接和反接,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.3 焊接冶金过程加热特点局部加热温度高加热速度快热源是移动的加热和冷却的区域不断变化冶金特点冷却快，化学成分不均匀大气下，合金元素烧损，使塑韧性（FeO、MnO、SiO2、Fe4N、Fe2N）氢脆：焊缝中吸氢导致接头塑韧性
5、气孔、夹渣,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.4 焊接接头的组织结构和力学性能,焊缝区,热影响区,熔合区0.1-1mm晶粒粗大脆、性能最差,过热区1100固线晶粒粗大的过热组织，塑韧性非常低,部分相变区Ac1Ac3部分A化，F晶粒长大，晶粒大小不均匀性能低于正火区,铸态柱状晶晶粒细强度不低于母材,正火区Ac31100晶粒细化性能优于母材,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,焊接接头 各区温度,熔合区和过热区性能最差应尽量减小其宽度,产生应力与变形的根本原因：局部不均
6、匀加热,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.5 焊接应力与变形 焊接时，焊缝受压、母材受拉；焊后冷却时，焊缝受拉、母材受压。焊接变形的基本形式：,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,减少焊接变形的工艺措施反变形法：,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,减少焊接变形的工艺措施选择合理的焊接顺序：,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,减少焊接变形的工
7、艺措施刚性固定法：焊前预热焊后热处理,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,实际生产中减少焊接应力的工艺措施焊前预热：减少温差焊后热处理：高温回火（或去应力退火）加热600650保温（不少于1小时）缓冷可以消除8090多的焊接残余应力。,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,2.6 焊条,焊芯作用：作电极导电；填充金属药皮作用：提高电弧燃烧稳定性；对熔池形成气、渣联合保护；有利于焊缝金属脱氧;补充合金元素，提高焊缝力学性能。,组成：稳弧剂、造渣剂、造气剂、脱氧剂、合金剂、粘结
8、剂,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,焊条分类 按熔渣性质分酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主（SiO2、TiO2、P2O5）优点：电弧稳定、宜脱渣、飞溅小、对油锈或水的敏感性小、焊接电源用交流或直流都可；缺点：熔渣氧化性强，对合金元素烧损大，非金属夹杂物量大，焊缝塑韧性差、抗裂性差；应用：低碳钢和不重要结构件。碱性焊条：熔渣中以碱性氧化物为主（CaO、MnO、Na2O、MgO）优点：S、P含量少、焊缝含氢少，塑韧性好；缺点：电弧稳定性差、飞溅大，不易脱渣，对油锈水敏感性大，要求直流电源；应用：重要结构件,经济、工艺性好、力学性能差
9、,工艺性差，但力学性能好,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,焊条型号,（最低抗拉强度）,（0、1）,0 3,钛钙型药皮，交流或直流正、反借使用,电极焊条,第二节 焊条电弧焊,第四章 金属的焊接成形,Shielded Metal Arc Welding,焊条选用原则根据被焊材料的类别选择相应的焊条种类；低碳钢和低合金钢构件，要求焊缝金属与母材等强度；异种钢焊接，按强度等级较低的钢材选用焊条；焊接特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝金属的主要化学成分及性能与母材相同；对焊缝的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温性能要求较高时，应选用碱性焊条，
10、否则选用酸性焊条；除平焊外，立焊、横焊、仰焊应选用全位置焊条。,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.1 埋弧（自动）焊(Submerged Arc Welding)电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，称为埋弧焊。,埋弧自动焊的焊接过程1-焊件；2-V形坡口；3-垫板；4-焊剂；5-焊剂斗；6-焊丝7-送丝轮；8-导电器；9-电缆；10-焊丝盘；11-焊剂回收器；12-焊渣；13-焊缝；,特点：1）光焊丝自动送入；2）焊剂预撒在将焊区域；3）电弧在焊剂下燃烧；4）靠焊机移动(或工件动)5）未熔焊剂可回收利用。,焊丝相当于焊
11、芯引弧和填充金属,焊剂相当于药皮隔离空气、保护熔池、冶金,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,埋弧焊特点,Other Common Welding Methods,工艺特点：1）焊接电流大，熔深大；2）采用焊剂垫或钢垫板，以防电流过大而烧穿焊件；3）设引弧板和引出板，保证引弧和断弧处焊缝质量。,660mm,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.2 氩弧焊(Argon Arc Welding)熔化极氩弧焊焊丝既作电极，又作填充金属焊接电流大、熔深大用于较厚的焊件钨极氩弧焊（非熔化极）钨作电极焊丝作填充金属焊接
12、电流较小，以减少钨极损耗用于薄板0.56mm,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,氩弧焊特点可以焊接各种金属，尤其是在焊接过程中易氧化的Al、Mg等有色金属和稀有金属；氩气在高温下不分解，电弧稳定，飞溅小，焊缝致密、美观；电弧可见，便于操作，易实现全位置自动焊接；电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，热影响区窄，工件焊后变形小；焊接成本高（设备和控制系统）；为了防止保护气流破环，氩弧焊一般只在室内进行。,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.3 CO2气体
13、保护焊（CO2 Shield Welding）焊接成本低于氩弧焊电流大、熔深大、焊后不需清渣焊速高可自动焊，生产率高明弧焊接，易于控制CO2在高温下分解 气孔、飞溅、合金元素烧损适合于各种位置焊应用普及,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.4 电渣焊（Electroslag Welding）利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。,冷却铜滑块,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.4 电渣焊（Electroslag Welding）特点
14、多用于立焊可一次焊成很厚的焊件、生产效率高节省材料：不需开坡口，留2535mm间隙即可焊缝金属比较纯净：熔渣保护液态保持时间长缺点：热影响区宽、晶粒粗大，焊后正火处理细化晶粒应用适用于板厚40mm以上锅炉、重型机械等大型设备,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.5 等离子弧焊(Plasma Arc Welding)等离子弧特点（氩气流电离）三种压缩效应：机械、热、磁高温、高能量、高速，电弧挺直（3mm）、稳定、穿透力强等离子弧焊特点热影响区小，可焊热敏感性强的材料穿透力强，焊厚大板材，无需开坡口微束等离子弧：电流小到0
15、.1A时仍能稳定燃烧，焊接超薄板缺点：成本高（设备、耗气）应用国防工业和尖端技术所用铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属的焊接（一般用于室内）,高熔点合金,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.6 真空电子束焊利用定向高速运动的电子束流撞击工件使动能转化为热能而使工件熔化，形成焊缝。特点：用于焊稀有、难熔金属焊缝金属高纯度，内部熔合好，无气孔、无夹渣。能量密度高、熔深大，无焊接变形，不产生裂纹。任何厚件都无需开坡口，不用焊丝、焊剂等。缺点：成本高、工件大小受限应用：从微型电子线路组件到大型的导弹外壳,第三节 其他常用焊接
16、方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.7 激光焊接激光能量放出迅速（几毫秒），生产效率高在大气中焊接、几乎不氧化作用时间短，热影响区小，不产生变形能焊异种材料，如金属与非金属应用多用于微电子学元件的点焊焊接厚度受限用于一般电极无法插入位置的焊接,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.8 电阻焊（Resistance Welding）电阻焊：利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热、将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。,点焊 缝焊 对焊,第
17、三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.8 电阻焊（Resistance Welding）优点生产效率高变形小劳动条件好无需填料缺点耗电需清理表面分流现象：点焊和缝焊时，已焊成的焊点会导通电流，造成一定功率损耗。,通电、加压电阻发热-金属熔化形成焊点,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.9 摩擦焊(Friction Welding)利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻完成焊接的一种压焊方法。特点和应用摩擦过程可以清除表
18、面杂质、接头质量好没有电弧、不需要焊剂或保护气体可用于异种金属的焊接圆形截面的棒材或管材,第三节 其他常用焊接方法,第四章 金属的焊接成形,Other Common Welding Methods,3.10 钎焊（Brazing）利用熔点比焊件低的钎料（钎丝）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焊接方法。（焊件不熔化）软钎焊：450，铜焊加热方法：烙铁、火焰、电阻、感应等钎剂，如松香、硼砂，作用：清除氧化膜和杂质、改善钎料浸润性、保护钎料和焊件免于氧化。特点：焊件加热温度低，变形小钎焊的接头强度较低,第四节 常用金属材料的焊接,第四章 金属的焊接成形,Welding o
19、f Common Materials,4.1 金属材料的焊接性（可焊性）焊接性：被焊金属材料在一定的焊接条件下获得优质焊接接头的难易程度。影响焊接性的因素被焊接材料的化学成分（主要是指C含量）焊接方法焊接性的评价方法碳当量法：把影响焊接性能的合金元素对焊接性的影响折算为碳对焊接性的影响。碳对焊接性影响最大（影响钢铁材料铸造性能、可锻性、可焊性的共同因素是什么？）,%,碳当量愈高,塑性越差，焊接应力越大，焊接性越差,第四节 常用金属材料的焊接,第四章 金属的焊接成形,Welding of Common Materials,4.2 碳钢的焊接低碳钢塑性好，没有淬硬倾向，焊接应力小；可使用各种焊接方
20、法特例：环境温度低或构件刚性较大时。中碳钢可焊性较低，产生淬硬组织和冷裂、热裂倾向明显；焊前预热、焊后缓冷、热处理，以改善焊接接头塑性、减少残余应力；用低氢焊条高碳钢（必须采取以上措施）,塑性好坏对焊接应力的影响,影响因素S、P、H？,第四节 常用金属材料的焊接,第四章 金属的焊接成形,Welding of Common Materials,4.3 合金结构钢的焊接强度级别低的，合金元素含量少、碳当量低；s400MPa，焊接性好s400MPa，淬硬倾向明显，易开裂措施：焊前预热 150250 焊后缓冷焊后热处理：高温回火用低氢焊条,第四节 常用金属材料的焊接,第四章 金属的焊接成形,Weldi
21、ng of Common Materials,4.4 不锈钢的焊接奥氏体不锈钢焊接性良好晶间腐蚀、脆化、热裂纹铁素体不锈钢热影响区中的铁素体晶粒易过热粗化马氏体不锈钢焊后淬硬倾向大，易出现冷裂纹采用小电流、快速不摆动焊，焊后加大冷速保证焊缝金属与母材成分类型相同采用碱性低氢焊条,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,5.1 焊缝结构尽量平焊尽量减少焊缝数量焊缝位置便于操作避免密集和交叉焊缝尽可能对称分布应避开最大应力和应力集中处应尽量远离机械加工表面焊缝转角处应平滑过渡,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Stru
22、cture of Welding Parts,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,a、b不合理；c、d合理,第五节 焊件的结构工艺性,第四章 金属的焊接成形,Structure of Welding Parts,5.2 焊接接头和坡口对接、搭接、角接、T形接头开破口的目的：板厚较大时，保证焊透5.3 焊接方法的选择（表4-8）,
