金属工艺学 第五版cp4

第四篇焊接•焊接是应用最广泛的金属不可拆卸连接方法焊接过程的实质是利用加热、加压等手段，借助金属的原子结合与扩散作用，使分离的金属牢固地结合起来的成形方法。焊接方法分类第一章电弧焊第一节焊接电弧•焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象。•电焊机不同，阳极区、阴极区的温度分布不同。•直流弧焊机，由于阳极和阴极上有差异，所以有正接和反接两种接线方法。•焊条电弧焊只有65%~85%的热量用于加热和溶化金属。第二节焊接接头的组织与性能1—焊缝宽度；2—热影响区；A—熔合区；2-1—过热区；2-2—完全重结晶区（正火区）；2-3—部分重结晶区（部分相变区）；2-4—再结晶区；2-5—时效区；3—母材组织低碳钢焊接接头的组成焊接接头的组织与性能•（1）焊缝•由于焊接熔池小，冷却快，焊缝组织的晶粒有所细小。渗合金的作用。焊缝金属的性能可能不低于母材。焊缝结晶是从低部的半熔化区开始逐渐进行，各个方向的冷却速度不同，因此形成柱状晶。低熔点的硫、磷和氧化铁等易偏析集中在焊缝中心区，这会影响到焊缝的力学性能。•（2）热影响区•焊接热影响区是指焊缝附近因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。低碳钢的热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。•1）熔合区（半溶化区）熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属成为过热粗晶。虽然该区很窄，但因其强度、塑性和韧性都下降，并且是应力集中处，所以是焊接接头性能最薄弱的区域。•2）过热区奥氏体晶粒急剧长大的区域。该区材料较母材的塑性及韧性降低。•3）正火区加热时金属发生再结晶，冷却后得到均匀细小的组织，力学性能优于母材。•4）部分相变区部分铁素体晶粒长大，力学性能比正火区稍差。第三节焊接应力与变形•原因：焊件被局部的不均匀加热•一.焊接应力的分布平板对接焊缝圆筒环形焊缝二.预防和减少焊接应力•在设计和施工中必须采取相应措施。首先，在结构设计时应该选用塑性好的材料，要避免使焊缝密集交叉，避免焊缝截面过大和焊缝过长。•其次，在施焊时应采用正确的焊接参数和焊接次序。•焊前对焊件进行适当预热，以减小焊件各部位之间的温差。•对于承受重载的重要构件、压力容器等，焊接以后可以采用焊后消除应力退火的热处理方法。交叉平板焊接次序对焊接应力的影响三.焊件的变形变形种类：•上图所示为焊接变形的基本类型。具体焊件会出现哪种变形，与焊件结构、焊缝布置、焊接工艺和应力分布等因素有关。•一般情况下，结构简单的小型焊件，焊后仅出现收缩变形，焊件尺寸减小。•当焊件坡口横截面的上下尺寸相差较大或焊缝分布不对称，以及焊接次序不合理时，则焊件容易发生角变形、弯曲变形或扭曲变形。•对于薄板焊件，最容易产生不规律的波浪变形。四.防止和消除焊接变形•主要方法有：(1)预防和减小焊接应力；(2)当对焊接变形有比较严格的限定时，在结构设计中，应采用对称结构、大刚度结构或焊缝对称分布结构；(3)施焊中，采用反变形措施或刚性夹持法；(4)对于焊后变形量不大，但已经超过允许值的焊件，可以采用机械矫正法或火焰加热矫正法消除焊接变形。五.焊接裂纹•焊接裂纹存在于焊缝或熔合区。•对于重要焊件，焊后应进行焊接接头的内部探伤检查。•裂纹的产生也与焊接材料的成分、焊缝金属的结晶特点和含氢量的多少有关。第四节焊条电弧焊（手工电弧焊）•一.原理及过程电弧热形成熔池——药皮的冶金反应——药皮产生保护气体——熔渣上浮二.电焊条1.普通焊条的组成及其作用焊芯：作为电弧电极和焊缝的填充金属；焊芯的直径即为焊条直径（1.6mm~8mm),其中以3.2~5mm的焊条应用最广。一般长度为350-400mm了解常用结构钢焊条焊芯的牌号和成分药皮的作用：a.帮助引弧，使电弧稳定；b.产生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化；c.向焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度。了解焊条药皮原料的种类及其作用2.焊条种类3.焊条型号和牌号•焊条型号是国家标准中的焊条代号。•E5516焊缝金属抗拉强度≧550MPa焊条的焊接位置，0、1表示适全位置焊接焊条电流种类和药皮类型。16表示低氢甲型药皮，交流或直流反接；碳钢焊条•焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。以结构钢焊条为例：J422焊条电流种类和药皮类型（见表4-4）；1~5为酸性焊条、6和7为碱性焊条。结构钢焊条焊缝金属的抗拉强度大于或等于420MPa4.5.手工电弧焊接特点及应用•焊接质量受焊工技术水平、施工条件等影响，变动幅度大。•操作简单、灵活，可焊接各种空间位置的焊缝。•是焊接生产中应用最广泛的方法。•一般适用于单件小批生产2mm以上厚度的各种常用金属、各种焊接位置的焊缝和一些不规则的焊缝。第五节埋弧焊埋弧焊与手工电弧焊的特点比较•生产率高焊丝上没有涂料，可通过较大的电流；自动送丝，节省辅助时间•焊接质量高而且稳定熔池被液态焊渣泡包围；熔池大而深，冶金过程进行的较为完善，气体与杂质易于浮出；焊接参数实现自动控制；埋弧焊与手工电弧焊的特点比较（续）•节能、节材电弧的热量损失小，能量集中，节能；厚度在20mm以下的工件可不开坡口进行焊接；没有焊头的浪费；很少金属溶滴飞溅，节材。•改善劳动条件•设备费用高，工艺装备复杂。适合中等厚度板材的长、直焊缝或大圆周环形焊缝的平焊的焊接位置，通常采用焊接对接和T形接头。不适于狭窄位置的焊缝以及薄板的焊接。可焊钢板厚度为6—60mm第六节亚弧焊焊接特点•非熔化极氩弧焊采用铈钨棒作为电极，也称钨极氩弧焊。焊接时电极不熔化，只起导电和产生电弧的作用，另有焊丝熔化充填熔池。因电极通过的电流有限，所以只适用于焊接厚度6mm以下的工件。•熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极进行焊接，因此可以采用较大的电流，适用于焊接厚度25mm以下的工件。•氩弧焊的主要特点是：１）适用于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属及稀有金属。２）氩弧焊电弧稳定，飞溅少，焊缝致密，表面没有熔渣，成形美观。３）电弧和熔池区用气流保护，明弧可见，便于操作，容易实现自动化焊接。４）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区较窄，工件焊接变形小。由于氩气价格较高，目前氩弧焊主要用于铝合金、钛合金、镁合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接和一部分重要的低合金结构钢焊件。钨极脉冲氩弧焊•钨极脉冲氩弧焊是近年来发展起来的新工艺，特点（1）脉冲式电源的能量，易于控制，可避免烧穿工件，适合于焊接0.1~5mm的钢材或管材，并能实现单面焊双面成形，保证根部焊透。（2）适合各种空间位置的焊接（3）焊接易淬火钢材和高强度钢，可减少裂纹倾向和焊接变形。CO2保护焊•CO2保护焊是一种比较便宜的气体保护焊方法，它常用于30mm以下厚度的低碳钢和低合金结构钢的焊接。第七节•等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊。等离子弧焊接不仅具有氩弧焊的优点，还具有以下特点：1）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，因此焊接厚度10~20mm的钢材可以不开坡口，一次焊透双面成形。2）等离子弧焊焊接速度快，生产率高，焊后焊缝宽度和高度均匀一致，焊缝表面光洁。3）电流小到0.1A时，电弧仍然能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。•等离子弧焊需要应用专用的焊接设备和焊丝，设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。第二章其它常用焊接方法•电阻焊的优点是：焊接电压低（1~12伏特），焊接电流大（几千~几万安培），热量集中，焊接变形小，不需要充填金属，对操作者技术要求不高，易于实现机械化和自动化。不足之处是设备费用高，一些形状复杂的工件需要用特殊装备，如专用夹具等。第一节电阻焊利用电流通过焊件及其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。电阻焊的形式点焊缝焊对焊凸焊第二节第三节第三章常用金属材料的焊接第四章焊接结构设计第一节焊接结构件材料的选择自学第二节焊接接头的工艺设计作业及习题•1.低碳钢的热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。•2.预防和减少焊接应力的方法•3.防止和消除焊接变形的主要方法•4.焊条电弧焊的焊接过程•5、．焊接要求有密封性的3mm以下的薄板结构，最佳的焊接方法()•(A)手工电弧焊(B)气体保护焊(C)电渣焊(D)电阻焊（E）摩擦焊