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热加工工艺基础1金属材料导论2铸造3压力加工4焊接热加工工艺焊接:是通过加热或加压等手段,借助金属原子的结合与扩散作用,使分离的金属材料牢固地连接起来。手段原理得到压力加工外力(冲击力、压力)塑性变形原材料、毛坯或零件铸造液态金属浇入型腔冷却凝固毛坯或零件焊接加热或加压原子的结合与扩散不可拆接头压力焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊钎焊软钎焊硬钎焊熔焊电弧焊电渣焊等离子弧焊电子束焊激光焊手弧焊气体保护焊埋弧焊电阻焊焊接方法:熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接方法气门芯焊接的主要特点是:•优点:(1)小大,简单复杂,简化工艺。(2)不同材料连接成形,节约贵重金属。(3)特殊结构件的生产,如锅炉。•缺点:(1)不均匀加热、冷却,接头残余应力较大。(2)接头性能较差(脆性较大,裂纹、夹渣、气孔等缺陷)。(3)不可拆。焊接方法的应用:(1)制造金属结构件;(2)制造机器零件和工具;(3)修复。4.1焊条电弧焊4.3常用金属材料的焊接4.4焊接的结构设计4.2其他常用焊接方法本篇重点:本篇的主要内容焊条电弧焊的原理与特点,焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。焊接电弧是在电极和工件之间的气体介质中长时间的放电现象,即在局部气体介质中有大量电子流通过的导电现象。电弧放电电压最低,电流最大,温度最高,发光最强。将电弧放电用作焊接热源,既安全,加热效率也高。电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度和热量分布温度热量分布阳极区:260043%弧柱区:6000~800021%阴极区:240036%4.1.1焊接电弧由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异,在使用直流电焊机焊接时,有两种接线方法:直流正接:焊件接正极,焊条接负极(厚板、酸性焊条)直流负接:焊件接负极,焊条接正极(薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金)焊接电弧特点:•同一时间各点温度不同。同一点在不同时间的温度不同。•各点加热冷却速度不同。•加热冷却速度快,易变形、应力、裂纹。一、焊接工件温度的变化与分布4.1.2焊接接头的组织与性能总之,焊缝的形成是一次冶金过程,焊缝附近区域金属相当于受到一次不同区域的热处理,必然会产生相应的组织和性能的变化。熔焊热源的高温集中融化焊缝区金属,并向工件金属传导热量,必然引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。焊缝区——在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。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(熔合区、过热区、正火区、部分相变区)。热影响区中的过热区,对焊接接头有不利影响,应使之尽可能减小。正火区,加热时金属发生重结晶,得到均匀而细小的组织,性能优于母材。部分相变区比正火区稍差些。熔合区是焊缝与基体金属的交界区。成分不均,组织为粗大的过热组织或淬硬组织,是焊接接头中的最差的部位。在低碳钢焊接接头中,熔合区很窄,但因强度、塑性和韧性都下降,而且此处接头断面变化,引起应力集中,在很大程度上决定焊接接头的性能。二、焊接接头的组织与性能较好粗大晶粒+细小晶粒部分相变区最好细小晶粒正火区最差粗大晶粒过热区差铸态组织+粗大晶粒熔合区性能组织区域较好粗大晶粒+细小晶粒部分相变区最好细小晶粒正火区最差粗大晶粒过热区差铸态组织+粗大晶粒熔合区性能组织区域焊缝热影响区焊接热影响区的大小、组织和性能取决于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度。同一焊接方法,不同焊接参数,热影响区大小也不同。在保证焊接质量条件下,增加焊速或减小焊接电流都能减小热影响区。通常,手工电弧焊(或埋弧自动焊)焊接一般低碳钢时,由于热影响区较窄,故影响不大。但对重要的碳钢构件、合金钢构件或用电渣焊焊接的构件,则必须注意热影响区带来的不利影响,主要措施:对于重要构件,焊后要进行正火处理。对于不能进行焊后处理的工件,则只能正确选用焊接方法与焊接工艺来减少焊接热影响区的范围。三、改善焊接热影响区组织和性能的方法4.1.3焊接变形和焊接应力焊接应力与变形产生的原因:焊接是一个不平衡加热过程,因此不均匀加热以及不均匀冷却是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束,不能自由膨胀和收缩。焊接变形与应力的危害工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。焊接残余应力:(1)增加内应力降低承载力,造成脆断。(2)应力腐蚀现象加剧减少焊件使用期限,产生裂纹而报废。(3)应力衰减增大变形,使构件尺寸不稳定。焊接变形:尺寸不合要求组装困难,间隙不一致;形状变化产生附加应力,降低承载力。减小焊接应力的措施:(1)选用塑性好的材料;(2)合理布置焊缝;避免焊缝交叉、避免焊缝截面过大、过长;(3)合理安排焊接次序;焊前预热、小能量焊接方法和锤击焊缝等方法均可减小应力;(4)重要的焊件,采用焊后去应力退火及时消除应力。焊接变形的防止与消除(1)基本变形形式:尺寸收缩:纵横向受拉应力角变形:横向收缩不均匀弯曲变形:纵向收缩不均匀扭曲变形:纵横向收缩不均匀翘曲变形:薄板厚度方向失稳(2)焊接变形的防止方法;1)当对焊缝的变形有较高限定时,结构设计采用对称结构或大刚度结构、焊缝对称结构等;2)反变形法、刚性夹持法等;3)正确选择焊接次序、焊接参数等。4)对于焊后变形小但已超过允许值的焊件,采用机械矫正法、火焰加热矫正法。严重的焊接变形应消除,常采用机械矫正法,通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法,一般也仅适用于塑性好,且无淬硬倾向的材料。焊接裂纹(1)主要存在于焊缝或热影响区的熔合区,且往往是内裂纹,危害极大。(2)焊件裂纹的产生主要与焊接材料的成分(P、S含量高)、焊缝金属的结晶特点(结晶区间要小)和含氢量多少有关。因此,焊接中应合理选材,采取措施减小应力,并选用合理的焊接工艺和焊接参数进行焊接,以确保焊接质量。4.1.4焊条电弧焊概念:又称为“手工电弧焊”;是利用焊条和工件间的电弧热,将工件和焊条熔化而进行焊接的方法。特点:设备简单、操作灵活,适用于全位置焊接。材料适应性广,适于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和非铁金属,其焊接接头强度和母材接近,是焊接生产中应用最为广泛的焊接方法。原理:•是利用焊条和工件间的电弧热,将工件熔化而进行焊接的方法。(1)手工短路引燃电弧。(2)焊芯,工件熔化熔池药皮熔化气体、熔渣(3)焊条移动新熔池;新气体、熔渣(4)旧熔池冷却焊缝熔渣冷却固态渣壳一、焊条电弧焊的焊接过程电弧焊的冶金过程特点:电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素强烈蒸发,并使电弧区的气体分解成原子状态,增大了气体的活泼性,导致金属烧损或形成有害杂质。金属熔池体积小,熔池四周是冷金属,熔池处于液态的时间很短,一般在10秒左右。导致各种化学反应难以达到平衡状态,化学成分不够均匀,气体和杂质来不及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。熔池不断更新,有害气体容易进入熔池,形成氧化物、气孔杂质等缺陷。焊缝质量有很多种因素决定,如母材金属和焊条金属的质量、焊前的清理程度、焊接时电弧的稳定性、焊接参数、焊接操作技术、焊后的冷却速度以及焊后热处理等。焊接过程焊接工艺•二、电焊条由两部份组成:焊芯和药皮(1)焊芯起导电和填充金属作用。(2)药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能(物理冶金作用)。1、焊芯是组成焊缝的主要材料。材料:碳素钢丝、合金钢丝、不锈钢丝。元素:C、Si含量较低,S、P0.03%。牌号:H08H08AH08EC%=0.08%,H--焊接用钢丝,A--高级优质钢,E--特级优质钢。钢芯直径即焊条直径,焊条直径最小1.6mm,最大为8mm。3.2~5mm最为常用。2、焊条药皮主要作用是:稳定电弧、防止空气侵入焊缝,对熔池脱氧和添加合金元素,以保证焊缝的化学成分和力学性能。3.焊条的种类、型号和牌号种类:分七大类:碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条等。焊条型号:是国家统一标准中的焊条代号GB5117-85。如E4303、E5015等。E:代表焊条;前两位(43):代表焊缝金属的抗拉强度;第三位(0):代表焊接位置(“0”或“1”代表全位置焊接,“2”表示适用于平焊及平角焊,“4”表示适用于立向下焊)第三位和第四位组合:表示电源种类和药皮类型。03—钛钙型药皮,交直流;15—低氢钠型药皮,直流反接;16—低氢钾型药皮,交直流反接。•焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。表示方法:一个大写字母+三位数字1、一个大写字母代表焊条的大类,如J、A、Z等;2、后面三位数字分别代表:前两位代表焊缝的最低抗拉强度等级。后一位数字代表,该焊条的药皮类型和电源种类。以结构钢焊条为例:J422其中:J——结构钢焊条42——焊缝金属抗拉强度大于等于420MPa2——药皮类型(钛钙型)和电源种类(交直流)焊条还可按熔渣的性质分为:酸性焊条和碱性焊条。酸性焊条:优点:工艺性能较好,一般交直流两用。适用各种电源,操作性较好,电弧稳定,成本低;缺点:焊缝抗裂性能较差,塑、韧性稍差,渗合金作用弱,故不宜焊接承受动载荷和要求高强度的重要结构件。碱性焊条优点:抗裂性能较好,一般直流专用。焊缝塑、韧性好,抗冲击能力强;缺点:工艺性能较差,操作性差,电弧不够稳定,价格较高,故只适合焊接重要结构件。4、电焊条的选用原则总的原则是“同合金,等强度”。等强度原则:低碳钢和普通低合金钢构件,一般都要求焊缝金属与母材等强度,因此可根据钢材强度等级来选用相应的焊条。同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主要应考虑:焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷性质和抗裂性能而定。低碳钢与低合金结构钢焊接,可按某一种钢接头中强度较低的钢材来选用焊接材料,按较高一侧选工艺.铸钢含碳量较高,刚度大,结构复杂,通常选碱性焊条,且采取必要的工艺措施进行焊接。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。
本文标题:焊接01
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