《焊接工艺基础》PPT

机械制造技术基础----焊接工艺《焊接工艺基础》周老师金华市技师学院机械制造工艺基础----焊接工艺第三章焊接工艺•各种连接方法的比较螺纹连接：采用螺栓和螺母将两个零件连接为一体的工艺。可拆卸，接头应力小；但工艺繁杂，材料消耗大，接头笨重。机械制造工艺基础----焊接工艺•各种连接方法的比较铆接：用铆钉将两个零件连接为一体的工艺。紧固力较大，可拆卸，接头应力小，重量较轻；但工艺繁杂，材料消耗大。机械制造工艺基础----焊接工艺•各种连接方法的比较焊接：采用化学和力学冶金的方法，将两个零件连接为一个整体的工艺。接头强度高，不可拆卸，工艺简单，材料消耗少，接头重量轻；但应力大，接头组织与性能变化大。焊接定义：指用加热或加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而形成不可折卸接头的材料成形方法机械制造工艺基础----焊接工艺焊接成形特点：（1）结构分解：可将大而复杂的结构分解为小而简单的坯料拼焊。如汽车车身生产过程，先分别制造出车门、驾驶室、前围和侧围，再将各部件组装拼焊。简化了工艺，降低了成本。（2）异材连接：可实现不同材料间的连接成形。机械制造工艺基础----焊接工艺机械制造工艺基础----焊接工艺（3）可实现特殊结构的生产。例如，126×104kW核电站锅炉，外径6400mm，壁厚200mm，高13000mm，工作参数为17.5MPa，350℃，要求无泄漏（有放射性核燃料），这只有采用焊接方法才能制造出来。机械制造工艺基础----焊接工艺（4）重量：与铆接相比，焊接结构重量轻，可以减轻机器自重，提高运载能力和行驶性能。但不可拆卸，易引起残余应力，焊缝易产生裂纹、气孔等缺陷，因此，应特别注意焊缝品质的检验，否则易造成恶性事故。机械制造工艺基础----焊接工艺•焊接工艺的分类：根据焊接过程的工艺特点，可将焊接分为：熔化焊压力焊钎焊利用局部加热，使焊件接头处熔化并加入填充金属，待其冷却凝固后连接成整体的焊接方法。利用加热或其它方法使金属接头处于半熔化或高塑性状态，在足够的压力下产生塑性变形，通过原子间的结合连结金属的方法。利用低熔点钎料被加热熔化，在焊件接头处与母材相互扩散而形成焊接接头的方法。机械制造工艺基础----焊接工艺熔焊压焊钎焊电弧焊(手弧焊、气体保护焊、埋弧焊)电渣焊、电子束焊、激光焊等离子弧焊电阻焊、摩擦焊、超声波焊爆炸焊、扩散焊、高频焊软钎焊、硬钎焊机械制造工艺基础----焊接工艺•焊接在工业中的应用：（1）金属结构的焊接。如锅炉、压力容器、管道、桥梁、海洋平台和起重机等，船舶、车辆、飞机、火箭的梁架和外壳。机械制造工艺基础----焊接工艺•焊接在工业中的应用：（1）建筑与桥梁：高楼建筑和大桥结构中的钢筋骨架一般采用焊接方法连接。（2）造船：大型船舶的船体一般采用焊接结构。（3）锅炉：锅炉压力容器结构体积大，一般采用焊接结构。（4）车辆：汽车和火车车身结构大而复杂，一般采用焊接结构机械制造工艺基础----焊接工艺（5）机械零件的焊接。如轴、齿轮、锻模和刀具等。水轮机转轮15焊接的蜗壳水轮机转轮13北京国家大剧院芜湖长江大桥大型30万吨原油船液化汽船千吨级热壁加氢反应器600MW电站锅炉汽包大型空间环境模拟舱“神舟”4号飞船铝合金T型底板焊接生产线汽车消音器焊接专机手动变位机（平衡式）机械制造工艺基础----焊接工艺奥运会主体育场国家体育场是目前中国投资规模最大、科技含量最高的体育场所，被誉为“第四代体育场馆”。它是世界最大的钢结构建筑体育馆，而且在世界建筑发展史上也将具有开创性的意义钢结构工程是整个国家体育场工程中技术含量最高、施工难度最大、安全风险最大的关键项目。国家体育场造型呈双曲面马鞍形，东西向结构高度为６８米，南北向结构高度为４１米，钢结构最大跨度长轴３３３米，短轴２９７米，由２４榀门式桁架围绕体育场内部碗状看台旋转而成，结构组件相互支撑，形成网格状构架，组成体育场整个的“鸟巢”造型。在国家体育场钢结构吊装过程中，面临构件运输距离长、组拼安装难度大、高空焊接工作量大、吊装单元吨位重、起重位高、构件造型复杂且节点数量多、超大型吊装机械多等诸多前所未遇的困难。机械制造工艺基础----焊接工艺机械制造工艺基础----焊接工艺该“鸟巢”钢结构施工部分由绍兴一民企——浙江精工钢结构有限公司承担。该工程从去年五月份开始，主要分两部分操作，一部分为场内制作，主要在绍兴制作好后运到北京安装；另一部分是具体的安装工作。为解决这一难题，精工钢构应用了日本医学上头颅骨再造的科学技术原理，发挥自己公司加工制造数控机械的优势，再与吉林大学共同研发出用于大吨位、大厚板异形件加工的无模成形技术软件。在“鸟巢”焊接过程中，精工使用了焊接机器人。机械制造工艺基础----焊接工艺机械制造工艺基础----焊接工艺3.2.1熔焊原理及过程1、熔焊本质及特点：①熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。通过熔化使表面消失，通过结晶形成金属键和共同晶粒使分离的两件成为一个共同的整体机械制造工艺基础----焊接工艺②熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重；热影响区大。③结晶：冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。2、熔化焊的三要素：1)热源：能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。3.2.1熔焊原理及过程机械制造工艺基础----焊接工艺2)熔池的保护：可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。3)填充金属：保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到机械性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。3.2.1熔焊原理及过程机械制造工艺基础----焊接工艺•热源：•电弧：是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧三个区：阴极区、阳极区和弧柱区。阴极区-电子发射区。阳极区-接收电子。弧柱区-气体电离区。•电弧的温度：弧柱区6000～8000K,阳极区2600K,阴极区2400K。机械制造工艺基础----焊接工艺2、熔池的保护—渣保护：1．渣保护：•使熔池与空气隔离，防止金属氧化和吸气；•向熔池过渡合金元素，提高焊缝性能；•同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射。机械制造工艺基础----焊接工艺（1）焊剂：①焊剂牌号、分类和用途：•焊剂有熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非熔炼焊剂又有烧结焊剂和粘结焊剂两种。熔炼焊剂主要起保护作用，非熔炼焊剂除了起保护作用外还可以起渗合金，脱氧、去硫等冶金作用。•焊剂是由SiO2，MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐，根据其中硅、锰、氟的含量不同，可分为无锰、低锰、中锰和高锰型。•焊剂也可用“焊剂”的汉语拼音首写字母“HJ”来表示。2、熔池的保护—渣保护：机械制造工艺基础----焊接工艺②焊剂保护的效果：•形成熔融的液态焊剂薄膜；•通过冶金反应合金化及去氢；合金化：增加及调整焊缝中的Si、Mn含量；去氢：焊剂中加入CaF2。2、熔池的保护—渣保护：机械制造工艺基础----焊接工艺(2)电渣：除应有焊剂的基本性能外，电渣还应有合适的电导率，高的蒸发温度。一般SiO2含量愈高，电导率愈低，粘度愈高；钙和其他元素的氟化物和钛的氧化物使渣的电导率增大，粘度减小。电渣的种类有高电导率的焊剂170，中等电导率的焊剂252和低电导率的焊剂360。2、熔池的保护—渣保护：机械制造工艺基础----焊接工艺（2）气保护：用于保护熔池和溶滴的气体应是惰性气体，并在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体(如Ar或CO2)。喷嘴结构应尽可能使气体以层流流出。2、熔池的保护—气保护：机械制造工艺基础----焊接工艺（1）氩气：•氩气为惰性气体，比空气重25%；高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反应，是一种理想的保护气体。•由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。•氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%。氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会影响焊缝质量。2、熔池的保护—气保护：机械制造工艺基础----焊接工艺（2）CO2气体：•CO2为无色无味气体，密度是空气的1.5倍，在常温下很稳定，但在高温下易分解。•CO2气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气保护焊接熔池和电弧方面，效果良好。•但CO2气体为氧化性气体，在高温下将分解为CO和O2：所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。2、熔池的保护—气保护：机械制造工艺基础----焊接工艺高温下同时有CO2、O2、CO存在。合金元素的氧化烧损主要产生于高温分解出来的原子氧的氧化作用。进入熔池中的FeO与C作用，在液态金属中产生CO气体；进入熔滴中的FeO与C作用，易产生飞溅。合金元素烧损、CO气孔和飞溅是CO2焊接的三个主要问题，通过加药芯来改善。2、熔池的保护—气保护：机械制造工艺基础----焊接工艺药皮气体渣壳焊缝工件焊芯熔滴熔渣熔池2、熔池的保护—渣气联合保护：（3）渣气联合保护：利用渣的良好的冶金反应和焊缝成形特点，以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。如焊条的药皮及CO2+药芯。机械制造工艺基础----焊接工艺2、熔池的保护—渣气联合保护：①药皮：药皮成分：稳弧剂、合金化剂、脱氧剂、去氢剂、粘结剂等。药皮类型：酸性药皮与碱性药皮。酸性药皮工艺性好，因为无反电离物质CaF2,因而电弧易引燃批，引燃后燃烧稳定，脱渣性好，焊缝成形美观，碱性药皮则相反，工艺性差；碱性药皮焊缝含氢量低，焊接质量好。②CO2+药芯：机械制造工艺基础----焊接工艺3、填充金属：当焊缝较宽时，靠母材的熔化不能填满焊缝，这时，必须用焊丝填满。另外，为了提高焊缝性能，使焊缝与母材等强度，必须用焊丝过渡合金元素。常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。如H08、H08A、H08MnA。焊丝有H10Mn2、H08MnA、H08MnMoAH08Mn2MoA、Cr19Ni9、H08MnSi等，其碳含量较低，硅含量也较低，P和S0.03%。以保证焊缝有较高的强度和韧性。H代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表含碳量的万分之几；A为高级优质钢；E代表特级优质钢。机械制造工艺基础----焊接工艺第二节焊接接头的组织与性能焊接热循环：焊接热循环---焊缝及其附近的母材经受的加热和冷却作用。焊接接头由焊缝区、熔合区和热影响区组成。机械制造工艺基础----焊接工艺焊缝区：产生熔化和凝固的区域称为焊缝区热影响区：受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域。熔合线：熔焊焊缝和母材的交界线熔合区，熔合线两侧有一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区，也称半熔化区。机械制造工艺基础----焊接工艺焊缝区的特点：柱状树枝晶发达,成分偏析严重。低碳钢热影响区特点：1）过热区：1100℃以上，晶粒粗大，塑性差。2）正火区：850-1100℃晶粒细小，性能好。3）部分相变区：700-850℃，晶粒大小不均，性能较差。机械制造工艺基础----焊接工艺1）过热区：低碳钢加热到1100℃以上冷却后，晶粒粗大，塑性差，易产生过热组织，是热影响区中性能最差的部分。机械制造工艺基础----焊接工艺2）正火区：低碳钢加热到850～1100℃，冷却后，晶粒细小，性能好。机械制造工艺基础----焊接工艺3）部分相变区：低碳钢加热到700～850℃时，存在铁素体和奥氏体两相区，冷却后，奥氏体发生相变，晶粒细小；而铁素体保持高温粗大组织。此区晶粒大小不均，性能较差。淬火钢热影响区特点：1）易淬火钢当加热到AC3以上区域冷却时，热影响区为淬火区，性能变脆，易产生裂纹。2）易淬火钢当加热到AC1至AC3区域冷却时，部分奥氏体发生相变，产生马氏体等淬火组织。机械制造工艺基础----焊接工艺二、焊缝的组织和性能：成分偏析：宏观偏析的分布与焊缝成型系数B/H有关。当B/H很小时，易形成中心线偏析，产生热裂纹。焊缝金属的宏观组织形态是柱状晶、晶粒粗、成分偏析严重、组织不致密。但由于焊接冷却快，化学成分控制严格，碳、磷、硫等含量低，通过渗