常用金属材料的焊接及工艺.ppt

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1、第四节 常用金属材料的焊接,一、金属材料的焊接性,1、焊接性的概念,是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下,获得优质焊接接头的难易程度。焊接性是一个相对的概念。如:Al、Ti,2、焊接性的评定指标,材料经焊接后焊接接头产生缺陷的倾向性大小,如裂纹,(工艺焊接性);焊接接头在使用中的可靠性,包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能,(使用焊接性)。,焊接性通常通过抗裂性试验、力学性能试验等确定。,3、钢材焊接性的评定方法,钢材焊接性的影响因素:,(1)材料的化学成分:Wc焊接性 接头淬硬程度是引起焊接裂纹的原因。,(2)焊接方法,焊接材料,焊件结构,焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢CE计算公式为:,根据

2、经验分析:,1)C当量0.4%时,焊接性好。一般的焊接工艺条件下,不会产生裂纹;厚大件或在低温焊接时需预热;2)C当量=0.40.6%时,塑性降低,淬硬倾向逐渐明显,焊接性较差。需焊前预热,采取工艺措施;3)C当量0.6%时,塑性差,淬硬倾向大,焊接性差。焊接前、中、后需都需采取措施。,练习:试比较下列钢材的焊接性,09Mn2Cu的碳当量为:,09MnV的碳当量为:,14MnMoV的碳当量为:,Ceq值越大,焊接性差;且工件板厚越厚,焊接性差。,1、碳钢的焊接,低碳钢的焊接,1)焊接性:焊接性良好Wc0.25%,CE0.4%,一般不会产生淬硬、冷裂倾向。,2)焊接工艺:一般不需要预热,不需要特

3、殊的焊接工艺措施,焊后也不需要进行热处理;对于在低温焊接时或厚大件(50mm)需预热或焊后热处理。,二、常用钢材的焊接,手工电弧焊时,根据母材强度等级一般选用酸性焊条 E4303(J422)、E4320(J424)等;承受动载荷、结构复杂的厚大焊件,选用抗裂性好的碱性焊条E4351(J427)、E4316(J426)等。埋弧焊时,一般选用焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。,2)中碳钢焊接的主要特点(存在问题):,中碳钢的焊接:焊接性较差,1)焊接性:Wc=0.250.6%C当量0.40.6%可焊性较差,随C,由中变差。,1)“HAZ”区产生淬硬组织M及冷裂纹;2)焊缝金属易产生热裂

4、纹。,防止裂纹(冷裂、热裂)工艺措施:,1)选用抗裂性能好的低H型焊条 J506、J507等2)焊前预热;应力、冷速 Wc0.45%预热150250;C、件厚,预热250350。,2、低合金结构钢的焊接,焊接结构中,用得最多的是低合金结构钢。主要用于建筑结构和工程结构,如压力容器、锅炉、桥梁、船舶、车辆和起重机械等。,(1)焊接主要问题如下:,热影响区有淬硬倾向:淬硬程度与钢材的化学成分和强度级别有关。,普低钢 以热轧或正火状态供应,按s分六级:,300、350、400低等级(强度)普低钢或低合金钢 450、500、550高等级(强度)普低钢或低合金钢,1、300、350、400低等级(强度)

5、焊接特点:C当量20 mm焊后热处理)仍可得良好的质量。,2、450、500、550高等级(强度)焊接特点:C当量=0.400.50%焊接性稍差。淬硬倾向增加,热影响区容易产生马氏体组织,硬度明显增高,塑 性和韧度则下降。,2、低合金结构钢的焊接,强度级别高,易出现冷裂纹;级别,裂纹加剧。影响冷裂纹的因素三方面:焊缝及“HAZ”的含H量;(重要因素)“HAZ”的淬硬程度;接头处残余应力大小。(又称延迟裂纹),焊接接头的裂纹倾向:,2、低合金结构钢的焊接,(1)焊接主要问题如下:,热影响区有淬硬倾向:,(2)低合金结构钢焊接生产中采取的措施:,1.强度级别低,一般和低碳钢一样;2.对锅炉、压力容

6、器等重要构件,当厚度大于20mm时,焊后必须进行退火处理,以消除应力。3.强度级别高,焊前一般均需预热;焊接时,应调整焊接参数,以控制热影响区的冷却速度。焊后还应进行热处理以消除内应力。,2、低合金结构钢的焊接,三、铸铁件的焊补,为修补铸件的缺陷而进行的焊接称为补焊。,1、铸铁的焊接特点,1)接头易产生白口组织及淬硬组织:局部加热,冷速快,3)铸铁含碳量高,焊接时易生成CO2和CO气体,产生气孔。,2)易产生裂缝:铸铁强度低,塑性差;杂质含量高,4)流动性好,液体易流失,只适用平焊。,1)热焊法 焊前将工件局部或整体预热到600700,焊后缓慢冷却。特点是:焊补质量好,但生产率低,成本高,劳动

7、条件差,一般用于重要铸件。,铸铁的焊补一般采用气焊和手工电弧焊,2、铸铁的补焊工艺,2)冷焊法 焊前工件不预热或只进行400以下的低温预热的焊补方法。冷焊法主要依靠焊条的化学成分来防止产生白口组织和裂缝。特点是:生产率高,成本低,劳动条件好,但质量不易保证。,四、有色金属及其合金的焊接,1.铜及铜合金的焊接1)铜及铜合金的焊接特点:铜的导热性高,焊接时热量极易散失。焊不透铜在液态时易氧化,生成的CU2O与铜组成低熔点共晶,分布在晶界上形成薄弱环节;力学性能低铜的收缩系数大;易产生焊接应力和裂缝。铜在液态时吸气性强;易产生气孔。铜的电阻极小;不适宜电阻焊接。铜合金中的元素更易氧化,使可焊性更差。

8、,2)铜及铜合金的常用焊接方法,铜及铜合金焊条牌号焊接工艺见:GB367083,易保证紫铜、青铜的焊接质量!,埋弧焊,铝的焊接性与铜的可焊性相似-焊接困难。,2.铝及铝合金的焊接,焊丝与母材成分相近 焊接表面要清洁1.易氧化;AL2O3熔点2050 2.导热系数大,线膨系数大,易产生应力与变形;3.液态铝易吸气、尤其是吸H2,比Cu还强.气孔4.高温强度、塑性低,焊缝塌陷,用垫板,液固同色,难操作。,目前焊接铝及铝合金的常用方法有氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和钎焊。其中氩弧焊是焊接铝及铝合金较好的方法。气焊常用于要求不高的铝及铝合金工件的焊接。,第五节 焊接结构设计,一、焊件的选材原则(5条),1

9、)在满足使用性能要求的前提下,应尽量选用焊接性较好的材料。,低碳钢和强度级别较低的低合金结构钢,2)辅助工艺的可行性,如选高碳钢或合金结构钢,需预热和缓冷的条件,3)注意材料与焊接方法的匹配性,4)尽量不选用异种材料相互焊接。,如Al、Mg等,应选择亚弧焊的方法,如选用,尽量使熔点、力学性能和抗氧化 性能相差较小。,合理选材与减少焊缝,5)尽量选用轧制型材,以减少备料工作量和焊缝数量,降低成本,且减少焊接应力、变形和焊接缺陷。,二、焊件的结构工艺性,1.焊缝的布置 结构设计关键 原则要求如下:,1)焊缝位置应便于施焊,焊条电弧焊,电阻点焊或缝焊,2)焊缝的布置应尽可能分散,改进,密集、交叉的焊

10、缝,会加大热影响区及焊接应力。,3)焊缝的位置应尽可能对称布置,4)焊缝应尽量避开最大应力和应力集中的位置,5)焊缝应尽量远离机械加工表面,2.焊接接头形式的选择,1)、接头及坡口形式,(1)焊接接头形式,对接接头 角接接头 形接头 搭接接头,(2)坡口形式 与焊件厚度有关,根据设计或工艺需要,在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽称为坡口。目的:使接头处焊透并减小焊条的熔化量。,对接接头受力较均匀,重要的受力焊缝应尽量选用。,焊件不在同一平面,产生附加弯矩,金属消耗量也大,一般应避免采用。但不需开坡口,焊前准备简便,装配时尺寸要求不高,对于受力不大的平面联结与空间架构,采用搭接可以节

11、省工时。,受力比对接接头复杂,接头成一定角度必须选用。,2)、坡口形式的选择,单面坡口的可焊性较好,但焊条消耗量大,且焊后易产生角变形;双面坡口受热均匀,变形较小,焊条消耗量也小,但必须两面施焊。,1、焊条电弧焊,焊接板厚在6mm以下的对接焊缝时,用I型坡口直接焊接,但当焊接厚度大于6mm的构件时,需开坡口。,板厚小于12mm时可直接采用I形坡口单面施焊,板厚小于24mm时可直接采用I形坡口双面施焊,焊更厚构件时需开坡口。,2、埋弧焊,3、电渣焊,电渣焊可选用对接接头、T形接头和角接接头。生产中经常采用的是对接接头。,4、气焊,气焊由于火焰温度低,T形接头和搭接接头很少采用,一般多采用对接接头和角接接头。,3.接头过渡形式,厚度相差较大的金属材料焊接时,接头处会造成应力集中,而且接头两侧受热不匀,易产生焊不透的缺陷。,当厚度差超过允许值,过渡形式有:,不同厚度金属材料对接的过渡形式,不同厚度的角接与T形接头的过渡形式,角接、T形接头过渡,

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