中级焊工教案
中级焊工培训教案,主讲人：宋学卫,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,相图：指示在一定条件（温度、压强、浓度）下金属或合金所呈现相应相(均一组态和性质的聚集体)的图，称为相图。由于所指示的相一般均为平衡状态（外界条件不变时,这种状态不随时间而变化）,因也称平衡图。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,状态图：在外界条件(温度、 压强)相同时，相图给出不同组成(组分)的合金所呈现的相的平衡状态,所以，有时也称为组成图。仅仅指示一定状态(而不是严格的平衡相)的图，则称状态图。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,简史 自吉布斯于 1876年创建相律后，1900年巴基乌斯-洛兹本首先将相律应用于合金组成的研究，这对合金相图工作有重大意义，相图的测定和理论工作从此逐步展开。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,1897-1905年间海科克和内维尔曾测定一些二元系由液相开始凝固为固相的平衡温度。1903-1915年德国塔曼 学派发表了许多合金系的平衡图，1932年马辛以德文出版了三元系一书,是有关相图的第一部专著。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,1935年马什出版相图原理。1936年出版汉森的二元系相图一书。以后相图测试技术逐步完善，相图的热力学探讨不断加深。迄今制就的较完整的二元合金相图已达 百，二元相图或三元等温截面及三元垂直截面的积累，也以千计。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,铁碳合金的基本组织 ：固溶体、金属化合物、机械混合物等三种。铁碳合金的 Fe 和 C 可形成铁素体（F） 奥氏体（A）、渗碳体（Fe3C）三种基本金相组织。这些基本相以机械混合物的形式结合，还可形成珠光体（P）和莱氏体（Ld)。铁碳合金中这些基本组织性能各异，其数量、形态、分布直接决定了铁碳合金的性能。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,左上图铁素体晶体结构 右上图铁素体显微组织 1.1、铁素体：是碳溶于-Fe中的间隙固溶体，用符号“F”（或）表示，呈体心立方晶格，铁素体塑性、韧性好，而强度、硬度低。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,左上图奥氏体晶体结构 右上图奥氏体显微组织 奥氏体： 是碳溶于-Fe中的间隙固溶体，用符号“A”（或）表 示，呈面心立方晶格。 其具有一定的强度和硬度，塑性和韧性也好。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,奥氏体是一种高温组织，稳定存在的温度范围为7271394，显 微组织为多边形晶粒，晶粒内常可见到孪晶（晶粒平行的直线 条），生产中利用奥氏体塑性好的特点，常将钢加热到高温奥氏体 状态进行塑性加工。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,右上图：片状珠光体显微组织 右下图：球状珠光体显微组织珠光体：是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号“P”表示，珠光体是奥氏体冷却时，在727发生共析转变的产物，力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,右图：莱氏体显微组 织 莱氏体：是由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物，其力学性能与渗碳体相似，硬度很高，塑性极差，几乎为零。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第一章 金相组织图,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,一、钢的退火：将钢加热到一定温度（A1）并保温一段时间，然后使它慢慢冷却的处理方法称为退火。常用退火方法有：完全退火；球化退火；消应退火等。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,一、钢的退火： 退火改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能，消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,二、钢的正火：正火是将钢加热到临界温度（A3）以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,二、钢的正火：正火能消除过共析钢的网状渗碳体，细化晶格，提高综合力学性能。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,三、钢的淬火：淬火是将钢加热到临界温度（A1）以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,三、钢的淬火： 淬火能增加钢的强度和硬度， 但要减少其塑性。淬火中常用 的淬火剂有：水、油、碱水和 盐类溶液等。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,四、钢的回火：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得最佳的力学性能。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第二章 钢的热处理知识,四、钢的回火：回火分 低温回火（150-250）； 中温回火（350-450）； 高温回火（500-650）三类。 （高温回火又称为调质处理）回火多与淬火、正火配合使用。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,一、焊丝的加热和熔化特性 1.焊丝的热源，焊丝熔化的热源 电弧热（主）+电阻热（次） 2.焊丝的熔化特性，焊丝的熔化特性焊丝的熔化速度与焊接电流之间的关系。 3.焊丝的熔化特性主要受焊丝材料、直径和伸出长度等因素影响。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,二、熔滴上的作用力 1.熔滴上的作用力是影响熔滴过渡及焊缝成形的主要因素。 重力 表面张力 电弧力 熔滴爆破力 电弧的气体吹送力 2.在不同的焊接条件下，力的种类、大小不同，形成了不同的熔滴过渡形式,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,三、熔滴过渡型式及特点熔滴过渡过程复杂，对电弧的稳定性、焊缝成形和冶金过程均有影响。随着电流的增加，熔滴过渡的体积减小、频率加快。有三种型式：自由过渡、接触过渡、渣壁过渡,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,1.自由过渡又称滴状过渡、喷射过渡:易在（富）氩气氛中获得，熔深大、熔敷效率高，适用于中、厚板平位置的填充、盖面。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,2.接触过渡：又称短路过渡：在各种气氛中，低电压、细焊丝（小电流）（但电流密度不小）均可获得；热输入小、焊接变形小、全位置焊性能好但一般飞溅较大；适用于薄板焊接或中厚板的打底焊接。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,3.搭桥过渡、又称渣壁渡：沿渣壳（埋弧焊）、沿套筒（焊条电弧焊）是常见焊接方法的熔滴过渡形式,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,四、各种焊接方法溶滴过渡型式 1、焊条手工焊、酸性焊条、细滴过渡碱性焊条：粗滴过渡+短路过渡 2、CO2焊：滴状过渡（粗丝）、短路过渡、表面张力过渡（细丝）,第一部分 中级电焊工技能-理论 第三章 焊丝的熔化与熔滴过渡,3、MIG（焊铝）：喷射过渡、亚射流过渡 4、MAG（熔滴过渡形式最多、最灵活）：短路过渡,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,一、熔池的一次结晶焊接熔池的金属由液态转变为固态的过程，称为焊接熔池的一次结晶。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,1.一次结晶特点： 1.1熔池的体积小、冷却速度大 电弧焊时，熔池体积最大约为30Cm³，液态金属的质量不超过200g（单丝自动埋弧焊）。由于熔池的体积小，周围又被冷金属所包围，所以熔池的冷却速度很大，可达100/s，比铸锭的冷却速度大几百到上万倍，这就使含碳量高、含合金元素较多的钢材，在焊接接头中出现淬火硬组织（马氏体）和结晶裂纹。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,1.2熔池中的液态金属处于过热状态 对于低碳钢和低合金钢来说，弧焊时熔池的平均温度为（1770±100），远超材料的熔点，处于过热状态。因此合金元素的烧损比较严重。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,1.3熔池是在运动状态下结晶。熔焊时：熔池随热源作同速移动，在熔池中金属的熔化和结晶过程在同时进行，即熔池的前半部处在熔化过程，后半部处在结晶过程，故熔池内的熔化金属处于运动状态下结晶。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,2 . 如何改善焊缝一次结晶组织？什么是变质处理？通过焊接材料（焊条、焊剂）向熔池中加入某些合金元素如V、Mo、Ti、Nb、Ai等，可以细化晶粒，得到细晶组织，从而既可保证强度和塑性，又能提高抗裂性，此方法称为变质处理。变质处理对改善焊缝的一次结晶组织十分有效。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,举例：E5015MoV焊条，就是在原来E5015焊条的基础上，在药皮中再加入少量的钼铁和钒铁，它具有更高的抗裂性能。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,三、焊缝金属的二次结晶？一次结晶结束后，转变为固体的焊缝。冷却到室温时，要经过一系列的组织相变过程，这种相变过程称为焊缝金属的二次结晶。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,低碳钢焊缝金属二次结晶结束时，其组织为铁素体加珠光体。由铁碳合金状态图可知，其中铁素体约占82%，珠光体约占18%，焊缝金属的硬度约为83HBS。但铁碳合金状态图是在材料极缓慢的冷却条件下获得的，实际上焊缝金属二次结晶时的冷却速度相当快，因此组织中的珠光体含量会增加，冷却速度越高，珠光体含量也越多，焊缝的硬度和强度也随之增加，,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,举例：焊缝金属的冷却速度为110s时，其硬度可达96HBS，这就是为什么当焊缝金属为低碳钢，冷却时尽管并未出现淬火组织，但其硬度仍会增加的原因。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,四、什么是焊接热循环在焊接热源作用下，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为该点的焊接热循环。当热源向该点靠近时，该点的温度随之升高，直到达到最大值；随着热源的离开，温度又逐渐降低，整个过程可以用一条曲线来表示，称为焊接热循环曲线。显然，在焊缝两侧距焊缝远近不同的各点，所经历的热循环并不相同，距焊缝越近的各点，加热达到的最高温度越高，越远的各点加热的最高温度越低。,第一部分 中级电焊工技能-理论 第四章 焊接熔池结晶,五、焊接热循环的主要参数 1焊接加热速度。 2加热所达到的最高温度。 3在组织转变温度(一般指1100）以上停留的时间。 4冷却速度（800 500 ）。,
