第4篇焊接

第4篇焊接•概述•一、什么是焊接：焊接是一种永久性连接金属工件的工艺方法。•二、焊接的分类:焊接方法的种类很多，按焊接过程的特点可分为3大类：•1）熔化焊：定义：把焊件两部分的接头迅速加热形成金属熔池，一般还要同时熔入填充金属，凝固后成一整体。•特点：加热温度较高；焊件容易变形；接头表面的清洁程度要求不高；焊接操作简便，适用范围较广。•2）压力焊：定义：将焊件两部分的接头迅速加热至熔化或塑性状态，施加一定的压力，使接头紧密接触，产生一定塑性变形，于是焊件的两部分就焊接成一体。特点：只适用于塑性较高的金属材料；接头表面的清洁程度要求较高。•3）钎焊：定义：在焊件两部分的接头之间，熔入低熔点的钎料，凝固后就把焊件的两部分焊接成为一体。特点：焊件的接头表面并不熔化；接头表面上必须清理得十分干净。•三、优缺点：优点:节省材料和工时,可以以小拼大,结构重量轻,强度好,密封性好,适于自动化.•缺点:应力,变形,某些材料的焊接还比较困难.•四、应用：船舶行业，锅炉行业，机械制造行业第1章电弧焊•§1.1手工电弧焊•一、焊接电弧：•1、操作：焊条，工件接触，很快分开至2-6毫米，在空气中产生强烈的弧光和放出大量的热。•2、电弧的形成:短路--空载--燃弧三个极短的阶段来完成•3、电弧的构造及热与温度的分布•图4.1.1电弧的构造•1—电源（直流）；•2—焊条；3—阴极区；•4—弧柱；5—阳极区；6—工件•4、设备:手工电弧焊所采用的焊机有两种,一种是直流电焊机,另一种是交流电焊机.采用直流电焊机焊接时,有两种接线方法,正接或反接.正接:工件接正,焊条接负.反接:工件接负,焊条接正.采用交流电焊机焊接时,由于电流方向迅速变换,没有正接极和反接极的区别.•5、手弧焊的焊接过程图4.1.21—已凝固的焊缝金属；2—熔渣；3—熔化金属；4—焊条药皮燃烧产生的保护气体；6—焊条芯；5、7—焊条药皮；8—电弧；•9—金属熔滴；10—母材二、电焊条•1、焊条的组成和作用•手弧焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。•1）焊芯•常用碳素钢焊芯牌号:H08;H08A;H08MnA•作用:①导电;②填充金属,弥补合金元素的烧损•2）药皮•作用:稳弧(提高电弧燃烧的稳定性);保护(防止空气对熔化金属的有害作用);渗加合金(加入合金元素,以保证焊缝金属的化学成分与力学性能)•2焊条的种类、牌号•1)焊条种类及其表示方法•2)酸性焊条与碱性焊条的区别是:酸:工艺性能好,力学性能差;碱:工艺性能差,力学性能好.•3)焊条的选用原则:a:低碳钢和普低钢构件:采用等强原则.•b:同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条:一般选用酸性80%,便宜,易操作,但有氢脆,重要结构用碱性,性能好,但较贵.•C:低碳钢和低合金结构钢焊接:可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊条.•d:铸钢的含碳量一般都比较高,而且厚度较大,形状复杂,很容易产生焊接裂纹,一般应选用碱性焊条•e:焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材,应选用相应的专用焊条,以保证焊缝金属的主要化学成分与性能和母材相同.•三、埋弧自动焊•图4.1.3图4.1.4埋弧焊示意图•1—焊剂斗；2—焊丝盘；1—工件；2—焊剂；•3—导电嘴3—焊丝；4—电弧；•5—熔池；6—熔渣；•7—焊缝；8—渣壳•1埋弧焊的焊接过程•埋弧焊过程具体如下：•1）准备•2）引弧•3）焊接图4.1.5自动焊的引弧板和引出板图4.1.6自动焊的焊剂垫•2埋弧焊的特点和应用•优点:1）生产率高、成本低2）焊接质量好，而且稳定3）劳动条件好•缺点:1）因为费用较贵,准备工作费时,所以只适于批量生产长焊缝的焊件2）不能焊接薄的工件,以免焊穿,适易于焊接的钢材厚度为:6—60毫米.3）只能进行平焊,而且不能焊接任意弯曲的焊缝,但是,可以焊接直径为500毫米以上的环焊缝.•四、气体保护焊•1氩弧焊:是以氩气作为保护气体的电弧焊•按所用电极的不同,可分为:1）非熔化极氩弧焊•2）熔化极氩弧焊•1）非熔化极氩弧焊:也叫钨极氩弧焊,是以高熔点的钨棒为电极,焊接时,钨棒并不熔化,只起产生电弧的作用,焊接3毫米以下的工件时,可以不用填充金属,焊接较厚的工件时,需用手工添加填充金属,焊接钢材时,多用直流电源正接极,以减小钨极的消耗.因电极所能通过的电流有限,所以只适于焊接6毫米以下的工件.•图4.1.7氩弧焊示意图•（a）熔化极(b)钨极•2）熔化极氩弧焊:是以连续送进的金属焊丝为电极,因此可以用较大的焊接电流,适用于焊接厚度为25毫米以下的焊件,自动熔化极氩弧焊操作与埋弧焊相似,不同的是熔化极氩弧焊不用焊剂,而是用氩气作保护.•3）氩弧焊的特点：•①保护效果良好•②氩弧焊电弧稳定,飞溅小,表面没有熔渣,成形美观.•③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。•④氩气贵，成本高。•2、CO2气体保护焊•图4.1.8CO2气体保护焊设备示意图•2、CO2气体保护焊•CO2气体保护焊的特点：•①成本低。•②生产率高。•③焊接质量比较高。•④采用明弧操作，能全位置焊，易实现自动或半自动焊接。•⑤焊缝成形差，金属飞溅严重。第2章焊接质量及其控制•§2.1焊接接头的组织与性能:•1、焊接接头的组成:由焊缝和热影响区组成.热影响区是指焊缝两测因焊接热作用而发生组织性能变化的区域.•2、热影响区与熔合区的组织和性能图4.2.1低碳钢焊接接头的组织变化•1）熔合区:焊缝和基本金属的交界区.2）过热区:组织为过热粗晶•3）正火区:这个区域的组织相当于进行一次正火,使晶粒细化,力学性能有所改善.4)部分相变区:晶粒大小不均,对力学性能也有不利影响.•3、改善热影响区性能的方法:进行适当的正火或退火,则焊缝和热影响区的组织都能转变成均匀的细晶,并使焊件的内应力降低或消除.•§2.2焊接应力与变形•1、焊接应力与变形•1)产生的原因:在焊接过程中,对工件的局部进行不均匀的加热,是产生焊接应力的根本原因.•2)变形的基本形式:最常见的几种焊接变形的基本形式如下图所示。•(1)收缩变形•(2)角变形•(3)弯曲变形•(4)扭曲变形•(5)波浪形变形•图4.2.5焊接变形的基本形式•3)减小焊接变形的工艺措施•（1）反变形法•图4.2.6平板焊的反变形•(a)焊前反变形（b）焊后•图4.2.7防止壳体焊接局部塌陷的反变形•（a）焊前预弯反变形(b)焊后•（2）加裕量法•（3）刚性夹持法•图4.2.8X型坡口焊接次序(a)合理(b)不合理•（4）选择合理的焊接次序•图4.2.9梁的焊接次序•4)矫正焊接变形的方法•（1）机械矫正法•（2）火焰加热矫正法•图4.2.10火焰矫正法•5)减少焊接应力的工艺措施•（1）选择合理的焊接次序•图4.2.11焊接次序对焊接应力的影响•（a）正确（b）不正确•（2）预热法•（3）焊后退火处理•§2.3焊接接头的主要缺陷及检验•1、焊接接头的主要缺陷•1）焊接裂纹•图4.2.12常见的焊接缺陷(a)未焊透与示熔合(b)气孔和夹渣(c)咬边(d)裂纹•2）未焊透•3）未熔合•4）夹渣•5）气孔•6）咬边•2、焊接缺陷检验：常用的方法如下：•1）X射线•2）超声波探伤第3章其他焊接方法（选学）•3.1电渣焊•3.1.1电渣焊焊接过程•3.1.2电渣焊的特点•图4.3.1电渣焊示意图•1—已凝固的焊缝金属；2—金属熔池；•3—熔渣池；4—导电嘴；5—焊丝；6—水冷滑块；•7—焊缝；8—母材•3.2电阻焊•3.2.1点焊•图4.3.2电阻焊种类(a)点焊(b)缝焊(c)对焊•3.2.2缝焊•3.2.3对焊•1）电阻对焊•2）闪光对焊•3.3钎焊•3.3.1软钎焊•3.3.2硬钎焊•图4.3.3钎焊接头形式•3.4常用焊接方法的比较和选用•表4.3.1.tif常用焊接方法的比较•3.5焊接新技术简介•3.5.1等离子弧切割•图4.3.4等离子切割示意图•1—冷却水；2—等离子气；3—电极；•4—等离子弧；5—工件•3.5.2电子束焊接•图4.3.5电子束焊原理•1—阴极；2—控制板；•3—阳极；4—电磁透镜•5—电子束；6—聚焦束；•7—工件；8—焊缝•3.5.3激光焊接•图4.3.6激光焊示意图•1—激励电源；2—激光器；3—聚焦系统；•4—聚焦光束；5—工件；6—工作台•3.5.4激光切割•3.5.5摩擦焊•图4.3.7摩擦焊示意图•1—旋转夹具；2、3—焊具；4—静止夹具第4章常用金属材料的焊接•1金属材料的可焊性•1)可焊性的概念: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.•2)钢材可焊性的评定方法•C当量＜0.4%时,钢材可焊性良好.•C当量=0.4%--0.6%时,钢材可焊性较差.•C当量＞0.6%时,钢材可焊性不好.第5章焊接结构设计•1、焊缝的布置：1）焊缝的布置应尽可能分散•图4.5.1焊缝分散布置的设计•(a)、(b)、(c)不合理(d)、(e)、(f)合理•图4.5.2焊缝对称布置的设计•(a)、(b)不合理(c)、(d)、(e)合理•2）焊缝的位置应尽可能对称布置•图4.5.3焊缝避开最大应力与应力集中位置的设计•(a)、(b)、(c)不合理(d)、(e)、(f)合理•3）焊缝应尽量避开最大应力与应力集中的位置•图4.5.4焊缝远离机械加工表面的设计•(a)、(b)不合理(c)、(d)合理•4）焊缝应尽量避开机械加工表面•图4.5.5焊缝位置便于手弧焊的设计•(a)、(b)、(c)不合理(d)、(e)、(f)合理•5）焊缝位置应便于操作•5.3焊接方法的选择•5.4接头型式的选择与设计•表4.5.1.tif不同厚度金属材料对接时允许的厚度差•图4.5.6.tif手工电弧焊接头型式•图4.5.7不同厚度金属材料对接的过渡型式•图4.5.8不同厚度的角接与丁字接头的过渡型式