第三章金属焊接成形 第一节概述 焊接 通过加热或加压,使焊件达到原子结合的一种加工方法。 焊接的种类 熔化焊一—气焊、电弧焊、电渣焊等 压力焊 电阻焊、压力焊; 钎焊 软钎焊、硬钎焊。 焊接的特点与应用 优点: 连接性能好 省工省料成本低 重量轻 简化工艺 缺点 结构不可拆卸 焊接接头的组织、性能变坏 产生残余应力和变形 易产生焊接缺陷 应用: 金属结构件—一自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、管道、船舶 车辆等; 机器部件—一轴、齿轮、刀具等。 第二节熔焊过程和焊接质量 一、熔焊冶金过程和电焊条 1、熔焊的冶金过程 空气中的02、N2、H20在电弧的作用下 02→20发生氧化反应,焊缝性能降低 2N高温熔入液态金属,冷却后形成气孔; H20→2H+0形成气孔,产生氢脆。 保证焊缝质量措施: 减少有害元素进入熔池 消除已进入熔池的有害元素,增加金属元素 2、电焊条 2.1焊条的组成专用焊接金属丝
1 第三章 金属焊接成形 第一节 概 述 焊接 —— 通过加热或加压，使焊件达到原子结合的一种加工方法。 焊接的种类： 熔化焊 —— 气焊、电弧焊、电渣焊等； 压力焊 —— 电阻焊、压力焊； 钎焊 —— 软钎焊、硬钎焊。 焊接的特点与应用 优点： 连接性能好 省工省料成本低 重量轻 简化工艺 缺点： 结构不可拆卸 焊接接头的组织、性能变坏 产生残余应力和变形 易产生焊接缺陷 应用： 金属结构件——自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、管道、船舶、 车辆等； 机器部件——轴、齿轮、刀具等。 第二节 熔焊过程和焊接质量 一、熔焊冶金过程和电焊条 1、熔焊的冶金过程 空气中的 O2、N2、H2O 在电弧的作用下： O2 → 2O 发生氧化反应，焊缝性能降低； N2 → 2N 高温熔入液态金属，冷却后形成气孔； H2O → 2H+O 形成气孔，产生氢脆。 保证焊缝质量措施： 减少有害元素进入熔池 消除已进入熔池的有害元素，增加金属元素 2、电焊条 2.1 焊条的组成专用焊接金属丝
由多种矿石粉铁合金配成 焊芯的作用: 作电极传导电流,产生电弧 作填充金属(调整成分) 药皮的作用: 机械保护作用(气体和熔渣) 冶金处理(熔渣) 改善焊接工艺性(引弧容易燃烧稳定) 2.2焊条的种类、型号与牌号 按用途分: 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 铸铁焊条 堆焊焊条 镍和镍合金焊条 铜和铜合金焊条 铝和铝合金焊条 按按熔渣性质分 酸性焊条(Si02、Mn0等) 碱性焊条(Ca0、Fe0等) 2.3焊条的型号 碳钢焊条(GB5117-8: E5015 E501 药皮类型(酸、碱),电流种类 焊接位置(平、横、立、仰) 抗拉强度≥430Ma 焊条 3、碱性焊条和酸性焊条的特性 碱性焊条 机械性能好(韧性髙,抗裂性好); 焊接工艺性能差;(用直流电) 对油污、锈、水敏感性大;(清洗、烘干) 排出有毒烟尘HF。(通风良好) 酸性焊条与碱性焊条相反 4、焊条的选用 选用原则: 焊缝和母材具有相同水平的使用性能。 不绣钢、耐热钢焊条一一按相同成分选择焊条 结构钢焊条一一按等强原则选相同强度等级焊条 例:16Mn,抗拉强度520Mpa,可选用E5003(J502),E5015(J507),E5016 (J506)
2 由多种矿石粉铁合金配成 焊芯的作用： 作电极传导电流，产生电弧 作填充金属（调整成分） 药皮的作用： 机械保护作用(气体和熔渣) 冶金处理（熔渣） 改善焊接工艺性（引弧容易燃烧稳定） 2.2 焊条的种类、型号与牌号 按用途分： 碳钢焊条 低合金钢焊条 不锈钢焊条 铸铁焊条 堆焊焊条 镍和镍合金焊条 铜和铜合金焊条 铝和铝合金焊条 按按熔渣性质分： 酸性焊条（SiO2、MnO 等） 碱性焊条（CaO、FeO 等） 2.3 焊条的型号： 碳钢焊条 (GB5117-85): E 4 3 0 3 , E 5 0 1 5 , E 5 0 1 6 . 药皮类型（酸、碱），电流种类 焊接位置（平、横、立、仰） 抗拉强度 ≥ 430 MPa 焊条 3、碱性焊条和酸性焊条的特性 碱性焊条： 机械性能好（韧性高，抗裂性好）； 焊接工艺性能差；（用直流电） 对油污、锈、水敏感性大；（清洗、烘干） 排出有毒烟尘 H F 。（通风良好） 酸性焊条与碱性焊条相反 4、焊条的选用 选用原则： 焊缝和母材具有相同水平的使用性能。 不绣钢、耐热钢焊条——按相同成分选择焊条 结构钢焊条——按等强原则选相同强度等级焊条 例：16 Mn ,抗拉强度 520 Mpa , 可选用 E5003 (J502), E5015 (J507), E5016 (J506)
焊接接头的组织和性能 1、低碳钢焊接接头的组成 熔化金属 低碳钢焊接接头的组织 I过热区 1—一焊缝区(熔化区) 2——熔合区(半熔化区) 3——热影响区 母材 焊缝的组织和性能 铸态组织,性能可以达到要求 熔合区的组织和性能 成分不均匀,组织粗大,机械性能很低 热影响区的组织和性能 过热区(1100℃)组织粗大,机械性能很低 正火区(Ac3~1100℃)晶粒细小,机械性能高, 部分相变区(Ac1~Ac3)晶粒不均匀,机械性能低 可见,熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位,会严重影响焊接接 头的质量。 三、焊接变形和焊接应力 1、焊接变形和残余应力的不利影响 造成焊件的尺寸、形状变化 矫正变形会使性能降低,成本增加 焊接应力会降低承载能力 引起焊接裂纹 应力衰减会产生变形 2、焊接变形和残余应力产生原因 在焊接过程中,对焊件进行局部的不均匀加热,会产生焊接应力和变形。下 图为平板对接焊缝的应力和变形过程示意图 叫(- (+) a)焊接过程中 b)冷却以后
3 二、焊接接头的组织和性能 1、低碳钢焊接接头的组成 低碳钢焊接接头的组织 1——焊缝区（熔化区） 2——熔合区（半熔化区） 3——热影响区 4——母材 焊缝的组织和性能 铸态组织，性能可以达到要求。 熔合区的组织和性能 成分不均匀，组织粗大，机械性能很低。 热影响区的组织和性能 过热区（1100 ℃ ）组织粗大，机械性能很低, 正火区（Ac3～1100℃）晶粒细小，机械性能高， 部分相变区（Ac1～Ac3）晶粒不均匀，机械性能低。 可见，熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位，会严重影响焊接接 头的质量。 三、焊接变形和焊接应力 1、焊接变形和残余应力的不利影响 造成焊件的尺寸、形状变化； 矫正变形会使性能降低，成本增加； 焊接应力会降低承载能力； 引起焊接裂纹； 应力衰减会产生变形。 2、焊接变形和残余应力产生原因 在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会产生焊接应力和变形。下 图为平板对接焊缝的应力和变形过程示意图
3、焊接变形的基本形式 a)纵向和横向收缩变形b)角变形 c)弯曲变形 d)扭曲变形 e)波浪形变形 4、减少焊接应力与变形的工艺措施 焊前预热及焊后热处理 选择合理的焊接次序 刚性固定法 反变形法 锤击焊缝法 采用机械矫正和火焰矫正。 焊接顺序 刚性固定法 形 机械矫正与 一 反变 火焰 矫正 加热位置 支承
4 3、焊接变形的基本形式 4、减少焊接应力与变形的工艺措施 焊前预热及焊后热处理； 选择合理的焊接次序； 刚性固定法； 反变形法； 锤击焊缝法； 采用机械矫正和火焰矫正。 焊接顺序 刚性固定法 反变 形 机械矫正与 火 焰 矫正
第三节常用焊接方法 手工电弧焊 焊接电弧 电弧一一气体电离、电极发射电子 电弧的温度 阴极区2100℃ 弧柱57007700℃, 弧柱区 阳极区2300℃ 电弧区热量 阳极占43%, 阴极区占36%, 弧柱区占21% 正接法:工件接正极,焊条接负极 2、焊接过程 焊接方向 (1)电弧在焊条与被焊件之间燃烧, 焊条 电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池; (2)电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和 气体,对熔化金属和熔池起保护作用 (3)电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和 气体,对熔化金属和熔池起保护作用 3、手工电弧焊的特点 手工电弧焊有何特点?使用哪种设备? 优点:设备简单,操作灵活,适应性强 缺点:生产效率低,劳动强度大,质量不易保证。 电焊机: 直流电焊机:引弧容易,电弧稳定,焊接质量好 交流电焊机:结构简单,使用可靠,维修方便 二、埋弧自动焊 1.埋弧自动焊的焊接过程 焊丝|焊剂
5 第三节 常用焊接方法 一、手工电弧焊 1、焊接电弧 电弧——气体电离、电极发射电子 电弧的温度： 阴极区 2100 ℃， 弧柱 5700~7700 ℃， 阳极区 2300 ℃ 电弧区热量： 阳极占 43%, 阴极区占 36%, 弧柱区占 21%。 正接法: 工件接正极, 焊条接负极 2、焊接过程 (1)电弧在焊条与被焊件之间 燃烧, 电弧热使工件和焊条同时熔化成熔池； (2) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和 气体,对熔化金属和熔池起保护作用； (3) 电弧使焊条的药皮熔化或燃烧,产生熔渣和 气体,对熔化金属和熔池起保护作用； 3、手工电弧焊的特点 手工电弧焊有何特点？使用哪种设备？ 优点：设备简单，操作灵活，适应性强。 缺点：生产效率低，劳动强度大，质量不易保证。 电焊机： 直流电焊机：引弧容易，电弧稳定，焊接质量好 交流电焊机：结构简单，使用可靠，维修方便 二、埋弧自动焊 1. 埋弧自动焊的焊接过程 焊丝 焊剂