第四篇 焊接(1)

第三篇焊接概述一什么是焊接?焊接实质是用加热或同时加压，并用或不用填加材料使焊件达到原子或离子结合的一种加工方法.实际上被焊接的可以是非金属,如塑料,用钎焊还可以把金属与非金属连接起来.第三篇焊接概述二焊接特点及应用1特点1)省工省料(与铆接比)可省料12~20%.2)能化大为小,拚小为大.大型结构,复杂零件,用焊接组合结构,焊接可将铸件,锻件连接起来,简化铸锻工艺和设备.3)可以制造双金属结构,节省贵重金属.4)生产率高便于实现机械化,自动化.2应用桥梁大容器水压机飞机汽车轮船电子组件….。第三篇焊接概述三焊接分类(按焊接过程特点)1熔化焊:局部加热将焊接接头加热熔化,并形成共同的熔池,冷却结晶形成牢固接头,将两工件焊接成整体.2压力焊:利用加压力(或同时加热)的方法,使两工件结合面紧密接触在一起,并产生一定的塑性变形或熔化,使他们的原子组成新的结晶,将两工件焊接起来.包括:电阻焊摩擦焊冷压焊等。3钎焊:对工件和作为填充金属的钎料进行适当的加热,工件金属不熔化,但熔点低的钎料被熔化,后填在工件之间与固态的被焊接金属互相扩散,钎料凝固后,将两工件焊接在一起.如铜焊银焊锡焊第三篇焊接概述三焊接分类(按焊接过程特点)第一章熔化焊第一节手工电弧焊一焊接过程及特点1焊接过程如右图2特点优点：设备简单.接头形式、焊缝形状、焊接位置、长度不受限制。缺点：有弧光，劳动条件下降，质量不稳，生产率低。第一章熔化焊第一节手工电弧焊一焊接过程及特点3应用单件小批，碳钢，低合金钢，不锈钢，铸铁焊补。适宜板厚３～２０ｍｍ。第三篇焊接第一节手工电弧焊三焊条1）焊芯：作用：电极、导电、填金属、添加合金元素。焊芯牌号：H08A（E）H—焊08—平均0.08%C，A—优质E—高级优质。2）药皮：作用；稳弧、保护焊区、添加合金元素。第三篇焊接第一节手工电弧焊三焊条3）焊条分类：结构焊条J不锈钢焊条B堆焊焊条D铸铁焊条Z低温钢焊条W耐热钢R镍及镍合金N铜及铜合金T铝及铝合金L特殊用途钢TS4）牌号符号+数1+数2符号—焊条大类数1—小类数2—药皮如J422结构钢焊条，焊缝抗拉强度不低于420Mpa，2型药皮，交直流第三篇焊接第一节手工电弧焊四焊接接头的组织与性能1焊接工件上温度的变化与分布1）距焊缝中心不同，受热最高温度不同。2）各点到达最高温度的时间不同。3）各点均经过冷--热—冷，相当于受到一次不同规范的热处理。因此，必然有相应的组织和性能的变化。第三篇焊接第一节手工电弧焊四焊接接头的组织与性能2接头组织与性能的变化以低碳钢为例：1）焊缝金属（1）熔化温度在1500℃以上。（2）形成柱状晶，约与池壁垂直（铸造）∵药皮渗合金，焊缝中硅，锰合金元素可能高于母材，且药皮保护。∴焊缝性能一般不低于母材（尤其强度）第三篇焊接第一节手工电弧焊四焊接接头的组织与性能2）溶合区焊缝与母材交界区，∵局部熔化（半熔化区）。组织：铸造组织+受热长大的粗晶。∴晶粒大小不均，化学成分不均（尤其异种金属）。性能：接头中性能最差。∴决定接头性能第三篇焊接第一节手工电弧焊四焊接接头的组织与性能3）过热区温度远高于相变温度，晶粒产生急剧长大。过热组织。性能：塑性韧性↓对于易淬硬钢材，危害更大。接头中性能较差4）正火区组织：发生重结晶，晶粒细化，正火组织性能：机械能提高第一章溶化焊第一节手工电弧焊四焊接接头的组织与性能5）部分相变区组织：部分相变（F、P）晶粒不均（部分F和P重结晶成为较细晶粒，未转变的F长大）性能：稍差3）~5）为热影响区第一章溶化焊第二节焊接应力与变形二焊接变形基本形式1）收缩变形：纵向与横向；2）角变形：V型坡口对接时，因焊缝截面上下不对称，焊后收缩不均引起；第一章溶化焊第二节焊接应力与变形二焊接变形基本形式3）弯曲变形：如丁字梁，焊缝在一端4）波浪变形；薄板焊缝收缩板材失稳（联系自由锻高坯镦粗、拉深起皱）5）扭曲变形：如工字梁，焊接顺序不当。第一章溶化焊第二节焊接应力与变形三防止和减少焊接变形措施1合理结构设计1）尽量减少焊缝，焊缝长度，截面厚的件两面开坡口；2）焊缝对称；3）避免密集交叉；4）利用型材、冲压件代替，减少焊缝。第一章溶化焊第二节焊接应力与变形三防止和减少焊接变形措施2工艺措施1)加余量法：在工件尺寸加大，通常0.1~0.2%；2)反变形法:焊前使焊件处于反变形位置,以抵消焊后变形；第一章溶化焊第二节焊接应力与变形三防止和减少焊接变形措施2工艺措施3)刚性固定法:将工件固定夹紧,或点焊在工作台上,焊后变形大大减少。这种方法适于塑性好的低碳钢件；第一章溶化焊第二节焊接应力与变形三防止和减少焊接变形措施2工艺措施4)选择合理的焊接顺序:对称两侧都有焊缝,尽量使收缩能互相抵消；第一章溶化焊第二节焊接应力与变形三防止和减少焊接变形措施2工艺措施5)焊前预热:工件预热150～350℃,减少温差,显著减少焊接应力。第一章溶化焊第二节焊接应力与变形四焊接变形的矫正方法1机械矫正法:用机械力矫正,压力机手锤敲击.2火焰矫正法:乙炔焰加热焊件,使其产生反向等量变形.主要低碳钢,部分低合金钢.第一章溶化焊第二节焊接应力与变形五减少和消除焊接残余应力的方法1焊前预热,减少温差2焊后退火(去应力退火)600～650℃保温80～90%残余应力消除,可整体,局部.第一章溶化焊第三节埋弧自动焊一焊接过程自动焊机头将光焊丝自动送入,保证弧长.电弧在焊剂下燃烧,靠焊机移动(或工件动).焊剂从漏斗中不断流出,撒在焊丝前工件上,焊剂熔化成熔渣,部分未熔可回收.焊丝---相当于焊芯.焊剂---相当于药皮.第一章溶化焊第三节埋弧自动焊二特点1生产率高,比手工高5～10倍(V↑I↑不换焊丝)2焊接质量高，且稳定。[（1）冷却速度慢，有利于气体、杂质上浮。（2）焊区保护好。（3）规范控制好。]3节省金属材料。[（1）没焊条头。（金属飞溅少，≤25mm不开坡口。）4劳动条件好。（看不到弧光，焊接烟雾少，机械操作。）第一章溶化焊第三节埋弧自动焊三工艺1下料，准备坡口，装配要严格准确。2焊前工件焊缝两侧50～60mm内的一切油污、铁锈除去，以免产生气孔。3一般适于长规则平焊、对接、搭接、丁字接头，规则环焊缝。第一章溶化焊第三节埋弧自动焊三工艺应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径（d≥250mm）环缝。第一章溶化焊第四节气体保护焊一氩弧焊用氩气做保护气体，电弧发生在电极和焊件之间，在电弧周围通以氩气。1不熔化极氩弧焊电极：钨或钨合金，（熔点：3380～3600℃）只导电产生电弧，必要时需另加焊丝。第一章溶化焊第四节气体保护焊一氩弧焊（1）直流正接：∵阴极3000℃，阳极4200℃＞钨熔点，∴钨→阴极。工件→阳极，以减少钨损耗。（2）交流或直流反接：焊铝镁及其合金，∵在焊件和熔池表面易形成熔点很高的氧化物薄膜，阻碍金属熔合和电弧稳定燃烧，∴采用“阳极破碎”—用较大氩正离子撞击氧化膜，使之破碎以利于焊合，多用交流，电流不能太大，钨极氩弧焊口适用于δ≤6mm薄板。第一章溶化焊第四节气体保护焊一氩弧焊2熔化极氩弧焊用焊丝做电极，并填焊缝，电流可大，δ=3～25mm均可焊，多直流反接：电弧稳定，自动、半自动焊接。第一章溶化焊第四节气体保护焊一氩弧焊3特点1）焊区保护，焊接质量好。2）电弧稳、飞溅少（Ar导热小，电弧热损失少）3）电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，熔池小，热影响区小，焊接变形小。4）明弧可见，便于操作，可自动全位置焊接。5）适于焊各类合金钢，易氧化的有色金属。6）焊前工件清理严格，设备价高，氩气贵，成本高。7）只在室内（防保护气流破坏）第一章溶化焊第四节气体保护焊二CO2保护焊1过程CO2做保护气体，电极：焊丝CO2→CO+O2O2进入熔池，会使Fe、C、Mn、Si和其它合金元素氧化烧损，降低焊缝力学性能，∴用Si、Mn较高的焊丝，或合金钢焊丝。第一章溶化焊第四节气体保护焊二CO2保护焊2特点：1）成本低，是手工、埋弧焊的40%2）质量较好，（低H，Mn↑、S↓，抗裂，热量集中，热影响区小）3）生产率高（自动送焊丝，电流大，v↑，比手工提高1～4倍）4）操作性好（明弧可见，适于各位置）5）飞溅大，弧光强，焊缝不美观，易产生气孔。3应用：低C钢，低合金钢，δ=0.8～4mm，最厚30mm。第一章溶化焊第五节电渣焊一电渣焊过程电弧产生→焊剂熔化形成渣池→电弧熄灭、熔渣导电产生电阻热→金属熔化形成熔池→凝固结晶、形成焊缝。电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的熔渣电阻热作为热源，熔化母材和电极(填充金属)，利用熔渣保护熔池进行焊接的熔焊方法。第一章溶化焊第五节电渣焊二电渣焊特点①厚截面焊缝一次焊成，生产率高；②焊缝金属纯净，焊接质量好；③电渣焊接头热影响区宽(25～30mm)，组织粗大，焊后必须进行正火处理；④只宜在立焊位焊接。三应用范围适用于焊接板厚40mm以上结构。一般用于直缝焊接，也可焊接环缝和变截面焊缝，是制造大型铸一焊，锻—焊结构的重要焊接方法。第一章溶化焊第六节其它熔化焊一等离子弧焊利用一些装置使自由电弧的弧柱受到压缩，弧柱中的气体就完全电离，产生温度比自由电弧高得多的等离子电弧。机械压缩（喷嘴压缩）电磁压缩：第一章溶化焊第五节其它熔化焊一等离子弧焊特点：（1）热力集中，12mm不开坡口，变形小。（2）电流，电弧仍稳定，可焊箔材、薄板。（3）焊接质量好（电弧稳定，Ar保护）应用：等离子弧焊适用于难熔、易氧化、热敏感性强的材料，如钼、钨、钛、铬及其合金和不锈钢等。在化工、原子能、精密仪器仪表、航空航天等工业中被广泛应用。第一章溶化焊第五节其它熔化焊二电子束焊电子束焊是利用加速和聚焦的电子束，轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。第一章溶化焊第五节其它熔化焊二电子束焊特点：1）能量集中，可达200mm，厚件不开坡口，不变形。2）真空中焊，不氧化，焊接质量好。3）电子束大小可调，薄件也可焊。应用：焊高熔点金属（钨、钼、钽、铌、钛）。缺点：焊件大小受真空室限制。第一章溶化焊第五节其它熔化焊三激光焊激光焊接是以聚焦的激光束为能源，轰击焊件产生的热量来进行焊接的方法。主要优点：热量集中，激光可反射、聚焦、改变方向，适于不同位置焊接。多用焊薄板，细丝。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊一点焊利用电流通过焊件接头的接触面及其邻近区域所产生的电阻热将焊件局部加热到熔化或塑性状态，并在压力下形成焊接接头的焊接方法。1电极：柱状工件：搭接2焊接过程：电极压紧工件→通电加热→断电→保持原压力（加大）→去压。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊二缝焊1焊接过程：与点焊相似，只是用滚动盘状电极代替柱状电极，形成连续焊点。2特点:由于焊点重迭50%以上，故密封性好，但分流严重，适于3mm以下薄板。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊二缝焊第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊三对焊利用电阻热使对接接头在整个断面上连接起来的一种电阻焊方法。1电阻对焊：（1）焊接过程：对正、夹紧、予压力→通电→塑性状态→增大压力、断电。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊三对焊1电阻对焊：（2）特点：易操作、接头外形光滑、毛刺少、接触面质量影响焊后质量。应用：断面简单，（Lord＜20mm）强度要求不高的件。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊三对焊2闪光对焊：（1）焊接过程：对正、通电→点接触→面接触熔化→加压、断电。第二章压力焊与钎焊第一节电阻焊三对焊2闪光对焊：（2）特点：接头质量好（飞溅、挤出杂质、夹渣少）、金属损耗多、工件尺寸留较大余量，毛刺多。应用：同种、异种金属均可，形状尽量相同，d=0.01mmF=20000m2刀具、钢轨、管子等。第二章压力焊与钎焊第二节摩擦焊一摩擦焊的过程摩擦焊是利用焊件接触面的强烈摩擦产生的热量，将焊件连接面快速加热到塑性状态，并在压力下形成接头的热压焊方法。第二章压力焊与钎焊第二节摩擦焊一摩擦焊的过程第二章压力焊与钎焊第二节摩擦焊二摩擦焊特点（1）接头质量好（接头杂质、氧化皮挤出、不易产生气孔、夹渣）；（2）操作简单、易自控、生产率高；（3）设备简单、耗电少（只有闪光焊1/10～1/15）