第四篇金属连接成形(焊接生产) 阿南叶技大唇教案首页 课程名称:金属材料成形基础 任课教师:徐晓峰 第四篇金属连接成形(焊接生产) 计划学时:8 教学目的和要求: 本篇主要介绍了焊接成形工艺基础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、 焊接结构设计及先进工艺方法。学完本篇要求学生了解并掌握焊接成形工艺基 础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、焊接结构设计及先进工艺方法。 重点:重点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计:。 难点:难点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计。 思考题: 何谓焊接电弧用交流电焊机与直流电焊机焊接时?其电弧有何不同 2.焊接低碳钢时,其焊接热影响区可分为哪几个?区域其中哪个区域的性能最 好?哪个区域的性能最差?为什么? 3.减小与消除焊接应力的措施有哪些?减小与消除焊接变形的措施有哪些? 4.钎焊与熔化焊相比,其焊接过程的实质有何不同? 5.何谓金属材料的可焊性?生产中常用什么方法评定钢材的可焊性? 6.当焊接材料确定后,应如何选择焊接方法?(根据材料的可焊性、工件的厚 度、生产批量、各种焊接方法的适用范围和现场条件)
第四篇 金属连接成形（焊接生产） 59 教案首页 课程名称 ：金属材料成形基础 任课教师：徐晓峰 第四篇 金属连接成形（焊接生产） 计划学时： 8 教学目的和要求： 本篇主要介绍了焊接成形工艺基础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、 焊接结构设计及先进工艺方法。学完本篇要求学生了解并掌握焊接成形工艺基 础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、焊接结构设计及先进工艺方法。 重点：重点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计；。 难点：难点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计。 思考题： 1．何谓焊接电弧用交流电焊机与直流电焊机焊接时？其电弧有何不同？ 2．焊接低碳钢时，其焊接热影响区可分为哪几个?区域其中哪个区域的性能最 好？哪个区域的性能最差？为什么？ 3．减小与消除焊接应力的措施有哪些？减小与消除焊接变形的措施有哪些？ 4．钎焊与熔化焊相比，其焊接过程的实质有何不同？ 5．何谓金属材料的可焊性？生产中常用什么方法评定钢材的可焊性？ 6．当焊接材料确定后，应如何选择焊接方法？（根据材料的可焊性、工件的厚 度、生产批量、各种焊接方法的适用范围和现场条件）
第四篇金属连接成形(焊接生产) 第四篇金属焊接成型 概 述 一、金属焊接成形 用加热、加压等工艺措施,使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用,从 而获得不可拆卸接头的材料成形方法 焊接成形的分类 1.熔化焊:电弧焊〔手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊)、电渣焊、电子 束焊、激光焊、等离子弧焊等。 2。压力焊:电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、髙频焊、扩散焊等 3.钎焊:软钎焊、硬钎焊 三、焊接成形的特点 1.接头牢固、封性好。 2.可化大为小、以小拼大。 3.可实现异种金属的连接。 4.重量轻、加工装配简单 5.焊接应力变形大,接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷 第一章金属焊接成形工艺基础 §1手工电弧焊的焊接过程 手工电弧焊的特点 1.设备简单、应用灵活方便。 2.劳动条件差、生产率低、质量不稳定。 二、手工电弧焊焊接过程 ①引弧 ②形成熔池 ③形成焊缝 、焊接电弧 1.焊接电弧的概念 在焊条末端和工件两极之间的气体介质中,产生强烈而持久的放电现象 使气体电离 形成焊接电弧必须具备两个条件 阴极发射电子 当焊条末端和工件接触时,接触电阻R急剧增大,短路电流I也急剧增大。 使电阻热:Q=I2Rt急剧增大。电场强度:E=Vd急剧增大。 从而使热的金属气体和空气产生热电离和碰撞电离。 焊接电弧的稳定燃烧一就是带点粒子产生、运动、复合、产生的动态平衡 过程。 2.电弧的构造及热量分布 阴极区:2400k36% 阴极区 阳极区:2600k42% 弧柱 弧柱区:中心5000~8000k21 阳极区 3.电弧的极性 杠件 直流电源正接极:工件一正极(阳极); 焊条 60
第四篇 金属连接成形（焊接生产） 60 第四篇 金属焊接成型 概 述 一、金属焊接成形 用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从 而获得不可拆卸接头的材料成形方法。 二、焊接成形的分类 1．熔化焊： 电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子 束焊、激光焊、等离子弧焊等。 2．压力焊：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。 3．钎焊：软钎焊、硬钎焊。 三、焊接成形的特点 1．接头 牢固、封性好。 2．可化大为小、以小拼大。 3．可实现异种金属的连接。 4．重量轻、加工装配简单。 5．焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。 第一章 金属焊接成形工艺基础 §1 手工电弧焊的焊接过程 一、手工电弧焊的特点 1 . 设备简单、应用灵活方便。 2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。 二、手工电弧焊焊接过程 ①引弧 ② 形成熔池 ③形成焊缝 三、焊接电弧 1 . 焊接电弧的概念 在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。 当焊条末端和工件接触时，接触电阻 R 急剧增大，短路电流 I 也急剧增大。 使电阻热：Q=I2Rt 急剧增大。电场强度：E=V/d 急剧增大。 从而使热的金属气体和空气产生热电离和碰撞电离。 焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带点粒子产生、运动、复合、产生的动态平衡 过程。 2 . 电弧的构造及热量分布 阴极区：2400k 36% 阳极区：2600k 42% 弧柱区：中心 5000~8000k 21% 3 . 电弧的极性 直流电源正接极：工件—正极（阳极）； 焊 条 — 形成焊接电弧必须具备两个条件 使气体电离 阴极发射电子
第四篇金属连接成形(焊接生产) 负极(阴极) 直流电源反接极:工件一负极(阴极);焊条一正极(阳极)。 §2焊接接头金属的组织与性能 熔焊过程冶金特点 1.熔池金属温度髙于一般冶金温度。使金属元素强烈蒸发、烧损。 2.熔池金属冷却快,处于液态的时间短。 化学成分不均匀;焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。 3.空气对焊缝的影响严重 C+[O]→CO;Fe+[O] Feo MnO Si+[O]→SiO 氧化的结果:①合金元素被烧损:②焊缝产生夹渣的缺陷; ③形成CO气孔。 2)N2:N Fe+ N FeN 使接头的塑性、韧性下降。 3)H2:H 田;氢气孔→→→氢脆 、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施 1.减少有害气体进入熔池 2.渗入合金元素 3.清除已进入熔池的有害元素。 三、电焊条 电焊条的组成及作用 个∫焊条芯∫焊缝的填充材料填充焊缝 电焊 电极传导电流导电 机械保护的作用 药皮准金的作用 稳定电弧的作用 药皮的种类:①氧化钛型;②氧化钛钙型;③钛铁矿型;④氧化钛型;⑤纤维 素型;⑥低氢钾型;⑦低氢钠型;⑧石墨型;⑨盐基型。 2.电焊条的分类 结构钢焊条一J 钼和铬耐热钢焊条一R 低温钢焊条W 不锈钢焊条一A 堆焊焊条一D 铸铁焊条一Z; 镍及镍合金焊条一Ni 铜及铜合金焊条一T; 铝及铝合金焊条一L; 特殊用途焊条一TS 酸性焊条:在熔渣中以酸性氧化物为主(TiO2、SiO2、Fe2O3) 碱性焊条:在熔渣中以碱性氧化物为主(KzO、NaO、CaO、MnO 三、电焊条的选用 1.根据被焊工件的强度选用 2.根据被焊工件的化学成分选用; 3.根据被焊工件工作条件和结构选用
第四篇 金属连接成形（焊接生产） 61 负极（阴极）。 直流电源反接极：工件—负极（阴极）；焊条—正极（阳极）。 §2 焊接接头金属的组织与性能 一、熔焊过程冶金特点 1 . 熔池金属温度高于一般冶金温度。使金属元素强烈蒸发、烧损。 2 . 熔池金属冷却快，处于液态的时间短。 化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。 3 .空气对焊缝的影响严重。 1） O2 ： C+[O] CO ； Fe+[O] FeO ； Mn+[O] MnO ； Si + [O] SiO2 氧化的结果：①合金元素被烧损；②焊缝产生夹渣的缺陷； ③形成 CO 气孔。 2）N2 ：N2 [N] Fe + [N] Fe4N ； 使接头的塑性、韧性下降。 3）H2 ：H2 [H] ； 氢气孔 氢脆 二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施 1. 减少有害气体进入熔池； 2. 渗入合金元素； 3. 清除已进入熔池的有害元素。 三、电焊条 1. 电焊条的组成及作用 药皮的种类：① 氧化钛型；②氧化钛钙型；③钛铁矿型；④氧化钛型；⑤纤维 素型；⑥低氢钾型；⑦低氢钠型；⑧石墨型；⑨盐基型。 2. 电焊条的分类 结构钢焊条—J； 钼和铬耐热钢焊条—R； 低温钢焊条—W； 不锈钢焊条—A； 堆焊焊条—D； 铸铁焊条—Z； 镍及镍合金焊条—Ni ； 铜及铜合金焊条—T； 铝及铝合金焊条—L； 特殊用途焊条—TS 酸性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3） 碱性焊条：在熔渣中以碱性氧化物为主（K2O、Na2O、CaO、MnO） 三、电焊条的选用 1. 根据被焊工件的强度选用； 2. 根据被焊工件的化学成分选用； 3. 根据被焊工件工作条件和结构选用； O2 [O] 电焊条 焊条芯 药皮 焊缝的填充材料 填充焊缝 电极传导电流 导电 机械保护的作用 冶金的作用 稳定电弧的作用
第四篇金属连接成形(焊接生产) 4.根据实际生产状况选用。 四、焊接接头金属组织与性能 1.焊接热循环 2.焊接接头金属组织与性能的变化 焊接接头:1)焊缝区:2)焊接热影 650 响区。 1)焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。 2)焊接热影响区 焊缝两侧的母材,由于焊接热的作用,其组织 l熔合区 和性能发生变化的区域。 ⊥北金-5 ①熔合区:是焊缝和母材金属的交界区。 (0.1-1mm) 2.过热区 加热温度:T液~T 3.正火区900 强度、塑性、韧性极差,是裂纹和局部脆断 部分相变区A 的发源地。 ②过热区:在热影响区内具有过热组织或晶 粒显著粗大的区域。(1-3mm) 加热温度:Tg~1100℃ 蠢藏签器洲县 塑性和韧性很低,是裂纹的发源地。 ③正火区:在热影响区内相当于受到正火处理的区域。(12-4mm) 加热温度:1100℃~AC3;力学性能优于母材。 ④部分相变区:在热影响区内发生部分相变的区域。 加热温度:Ac3~AC1:力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域:熔合区和过热区 3)减小和消除焊接热影响区的方法: ①小电流、快速焊接; ②采用先进的焊接方法 ③焊前预热、焊后热处理(正火)。 五、焊接应力与变形 )焊接应力与变形产生的原因 焊接应力与变形产生的根本原因是: 焊件(工件)在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。 焊接应力状态 焊缝区域一拉应力 两侧冷金属一压应力 焊接变形:焊件整体缩短△L
第四篇 金属连接成形（焊接生产） 62 L 0 Ⅱ Ⅰ 4. 根据实际生产状况选用。 四、焊接接头金属组织与性能 1. 焊接热循环 2. 焊接接头金属组织与性能的变化 焊接接头：1）焊缝区；2）焊接热 影 响区。 1） 焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。 2） 焊接热影响区 焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织 和性能发生变化的区域。 ① 熔合区：是焊缝和母材金属 的交界区。 （0.1-1mm） 加热温度：T 液~T 固 强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断 的发源地。 ② 过热区：在热影响区内具有过热组织或晶 粒显著粗大的区域。（1-3mm） 加热温度：T 固~1100 ℃ 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。 ③ 正火区：在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm） 加热温度：1100 ℃~AC3 ； 力学性能优于母材。 ④ 部分相变区：在热影响区内发生部分相变的区域。 加热温度：AC3~AC1 ； 力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域：熔合区和过热区 3）减小和消除焊接热影响区的方法： ① 小电流、快速焊接； ② 采用先进的焊接方法； ③ 焊前预热、焊后热处理（正火）。 五、焊接应力与变形 （一）焊接应力与变形产生的原因 焊接应力与变形产生的根本原因是： 焊件(工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。 焊接应力状态： 焊缝区域—拉应力 两侧冷金属—压应力 焊接变形：焊件整体缩短 L’
第四篇金属连接成形(焊接生产) (二)焊接变形的基本形式 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 纵向破淞≥ 模向收缩 (三)焊接应力与变形的防止 1.焊接应力的防止及消除措施 1)设计时,焊缝不要密集交叉,截面和长度也应尽可能小 2)合理选择焊接顺序。 ①(I一Ⅱ)一Ⅲ;②(I一Ⅲ)一(Ⅱ一Ⅲ) Ⅲ Ⅲ 3)锤击或碾压焊缝 4)采用小能量、多层焊 5)焊前预热(150℃~350℃)。 6)焊后热处理(去应力退火)。可消除应力80%左右 2.焊接变形的防止及矫正措施 )设计时,焊缝不要密集交叉,截面和长度也应尽可能小。 2)合理选择焊接顺序。 2 2-3-4 14-5-2-3-6
第四篇 金属连接成形（焊接生产） 63 （二）焊接变形的基本形式 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 （三）焊接应力与变形的防止 1 . 焊接应力的防止及消除措施 1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。 2）合理选择焊接顺序。 ①（Ⅰ—Ⅱ）—Ⅲ；②（Ⅰ—Ⅲ）—（Ⅱ—Ⅲ） 3）锤击或碾压焊缝。 4）采用小能量、多层焊。 5）焊前预热（150 ℃ ~350 ℃）。 6）焊后热处理（去应力退火）。可消除应力 80%左右 2 . 焊接变形的防止及矫正措施 1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。 2）合理选择焊接顺序。 1 — 4 — 3 — 2 1 — 2 — 3 — 4 1— 4 — 5 — 2 — 3 — 6 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 1 2 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 1 2 3 4 1 3 2 4 1 2 3 4 5 6