机械工程师复习材料《焊 接》

焊接焊接的概念、特点及应用焊接——是通过加热或加压力（或两者并用），使被焊金属原子之间互相溶解与扩散，使分离的金属材料牢固地连结在一起的工艺方法。焊接成形特点减轻了结构重量，节省材料与工时。能化大为小，拼小成大，降低生产成本。可制造双金属结构。接头的组织性能不均匀。焊接的应用焊接技术广泛应用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器等。焊接焊接的方法与特点焊接方法的种类很多，通常按焊接过程的特点分为三大类：熔（化）焊、压（力）焊、钎焊。熔焊——将两焊件接头加热至熔化状态，并加入填充金属，冷凝后形成牢固的接头。如电弧焊、埋弧焊、气焊等。用于机械制造中所有同种金属、部分异种金属及某些非金属材料的焊接。压焊——在焊接时不论加热与否，都需要施加一定的压力，使接触处的金属结合起来。如电阻焊、摩擦焊、冷压焊等。主要用于汽车等薄板结构件的装配、焊接。钎焊——利用熔点比焊件低的釺焊材料与焊件共同加热至釺料熔化（但焊件不熔化），填充到焊件的连接处，釺料冷凝后使工件焊合。如烙铁焊、火焰焊等。适用于金属、非金属、异种材料之间的钎焊。焊接熔焊工艺基础熔焊的冶金原理焊接接头的组织与性能改善焊接头组织与性能的措施熔焊工艺基础熔焊的冶金原理在焊接过程中，金属母材和焊条被加热熔化形成熔池，当金属至高温冷却，要发生冶金化学反应，与一般冶炼比较有以下特点：熔池的温度高。熔池的体积小，凝固速度快，造成化学成分不均匀易产生气孔、夹杂等缺陷。氮和氢在高温是熔于金属液与铁形成化合物，造成焊缝脆性。焊缝金属的塑性、韧性低。为保证焊缝质量采取的措施制造保护气氛。使熔池与空气隔绝离，形成有效保护。添加合金元素。弥补合金元素烧损，提高焊缝的性能。进行脱O2和脱P。熔焊工艺基础焊接接头的组织与性能焊缝金属的组织——柱状铸态组织焊接热影响区——焊缝两侧因焊接热作用而发生组织性能变化区域。根据受热不同热影响区分为：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。熔合区——焊缝和基体金属交界区，该区在焊接时处于半熔化状态，组织成分不均匀，力学性能不好。过热区——在此区奥氏体晶粒长大形成过热组织，因而它的塑性、韧性差，容易产生焊接裂纹。这两个区域对焊接接头有不利影响，应尽可能减少。正火区——是指在热影响区中温度接近于Ac3，具有正火组织的区域。冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体，其组织性能好。它是焊接接头中性能最好的区域。部分相变区——是指在热影响区中温度处于Ac1~Ac3之间，部分组织发生相变的区域。冷却后得到的铁素体和珠光体细小但不均匀，力学性能较差。熔焊工艺基础改善焊接头组织与性能的措施正确选择线能量线能量——由焊接电源输入给单位长度焊缝的能量值。它与焊接速度、焊接电流和电压有关。一般说，在保证焊接质量的条件下，增加焊接速度、减少焊接电流都能减小焊接热影响区。焊缝的合金化处理焊件预热和焊后热处理焊接工艺焊接接头与坡口焊接接头的形式对接搭接角接T形接坡口的概念和形式坡口——根据设计和工艺要求，在焊件待焊部位加工的一定几何形状的沟槽。坡口的形式——常见的有I形坡口、V形坡口、U形坡口、X形坡口和双U形坡口。焊接工艺金属材料的焊接金属材料的焊接性（或可焊性）——是指金属材料对焊接加工的适应性。低碳钢有良好的焊接性。中碳钢（随钢中含C↑，焊接性↓）。含C0.6%高碳钢的焊接性极差，很少用。焊接工艺焊接变形与防止焊接的特点——热源集中，局部受热不均匀，造成产生焊接应力与变形。因焊接而产生变形常见的形式：收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形波浪变形控制变形采用方法合理安排装配和焊接次序利用反变形法控制残余变形利用刚性固定法焊接电弧焊手工电弧焊埋弧自动焊焊接焊接电弧及其特性焊接电弧——指由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。特点：低电压（10—50V）大电流（几安-几千安）温度高（5000—30000k）焊接电弧特性焊接电弧的组成：由阴极区、阳极区和弧柱组成，电弧长度主要由弧柱长度决定。电弧电压与电弧长度成正比。电弧焊手工电弧焊手工电弧焊——是利用焊条和焊件间产生的电弧使焊条和焊件同时熔化的一种手工操作的焊接方法。焊接材料焊条——由金属焊芯和涂于焊心外部的药皮（涂料）两部分组成。钛钙型焊条（酸性焊条）特点：溶渣流动性好、易脱渣、电弧稳定、飞溅小、焊波整齐应用：适用全位置焊接，交、直流及正、反接均可使用低氢焊条（碱性焊条）特点：溶渣流动性好，工艺要求一般，采用短电弧，焊接时要求焊条必须干燥应用：可全位置焊接，电源为直流反接。焊接工艺参数的选择使用碱性低氢焊条，用直流电源。使用酸性焊条，多用交流电源。焊接电流的选用：在保证质量的前提下用大电流，一般可根据焊件厚度、焊条直径及焊接方式选择。电弧焊埋弧焊埋弧焊——电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。特点——有覆盖焊接区的颗粒状材料（熔化的焊剂）对熔融金属起保护作用和冶金反应作用。优点——大电流、高效率、易保证焊接质量、便于生产机械化和劳动条件较好等。缺点——焊接位置受限（只能平焊），可见度差，不适于薄板件焊接。应用——中厚板、多种材料、多种产品焊接。种类——自动埋弧焊（全机械）、半自动埋弧焊（手送焊丝）埋弧焊焊接材料、工艺及设备焊接材料焊丝——作用相当焊条芯焊剂——相当药皮焊接工艺焊接电流——与电流密度、焊条直径有关。（焊条直径↑、焊接电流↑、电流密度↓）电弧电压焊接速度焊接设备等速送丝焊机——送丝速度不变变速送丝焊机——送丝速度可随时调焊接氩弧焊氩弧焊——利用钨做电极的惰性气体保护焊，称为钨极惰性气体保护焊。利用氩气作为保护气体的，称钨极氩弧焊——氩弧焊。特点由于用惰性气体保护，适用各类合金钢、易氧化的有色金属及合金的焊接。电弧稳定、飞溅小、焊缝致密，表面没有溶渣，成形美观。电弧和熔池区是气流保护，明弧可见，便于操作，容易实现全位置自动焊接。电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池小，焊接速度快，因此焊接热影响区较窄，工件焊后变形小。缺点——成本高，设备较复杂，使用受限。应用——主要用于有色金属Al、Mg、Ti及合金，稀有金属，特殊性能钢和部分重要的低合金结构钢。分类熔化极氩弧焊（焊丝熔化）非熔化极氩弧焊（电极不熔化，需外加焊丝）焊接气焊气焊——利用可燃气体加氧气混合燃烧的热量熔化金属进行焊接的方法。可燃气体——主要有：乙炔、氢气和天然气，一般使用最多的是氧-乙炔焊。特点与手弧焊相比，气焊火焰温度比电弧焊低，热量分散，加热较缓慢，生产率低，焊接变形严重。焊接接头质量不高。气焊不需要电源，对室外工作提供一定的方便。应用——一般用于3mm以下的低碳薄板、铸铁和管子的焊接。Cu、Al及合金焊接时，在质量要求不高时，也可用气焊。设备——氧气瓶、乙炔瓶（乙炔发生器）、减压器、焊炬、回火保险器等。工艺参数的选择火焰的种类：中性火焰适用于低碳钢、中碳钢、合金钢及有色金属材料。碳化焰适用于含碳量较高的金属。氧化焰适用于黄铜、锡青铜等。焊丝：应与工件成分基本相同，焊丝直径视工件厚度而定。焊接气割气割——是利用氧乙炔火焰及高压氧流氧化燃烧金属，以割断工件的方法。对金属材料进行气割时，必须具备的条件金属燃点比熔点低；燃烧后生成的氧化物熔点比金属熔点低；金属被燃烧时能放出大量的热，利于切割过程不断进行。应用——适用于切割低碳钢和中碳钢低合金钢等。设备——与气焊基本相同。但割炬比焊炬多一个输送氧气的管路和开关。