焊接工艺常识课件
机械制造基础,金工教研室 制造科学与工程学院 2005年春季学期,第四讲：焊接工艺常识,© 2004 金工教研室,机械制造基础,第四讲：焊接工艺常识,焊接工艺 永久性连接 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约） 现代工业的基础工艺 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车 基本焊接方法 电弧焊：属于熔化焊 其他焊接方法：压力焊、钎焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,本讲内容,一、电弧焊工艺常识 二、焊条电弧焊 三、特种焊接工艺方法 四、金属材料的焊接性 五、焊接结构设计 六、连接技术,© 2004 金工教研室,机械制造基础,一、电弧焊工艺常识,1、焊接电弧 气体介质中导电现象,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接电弧的热量,热量来源于 阳极43 阴极36 弧柱21 热量扩散 6585 加热熔化金属 其余 散失在电弧周围 飞溅的金属液,© 2004 金工教研室,机械制造基础,2、正接和反接,温度： 阳极：2600K 阴极：2400K 电弧中心：6000K 8000K 直流焊接 正接法：工件温度高 反接法 交流焊接：两极温度均为2500K 引弧电压：5090V 电弧电压：1635V,© 2004 金工教研室,机械制造基础,3、焊接接头的组织与性能,焊接工件上温度的变化与分布,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接接头组织,低碳钢,焊缝,焊接热影响区,© 2004 金工教研室,机械制造基础,4、焊缝,从熔池底向中心凝固 各个方向凝固速度不同 柱状铸态组织 铁素体少量珠光体 杂质集中在焊缝中心，影响焊缝质量,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊缝的热影响区,1融合区 0.11mm，关键 2过热区 脆性比融合区更大 3正火区 力学性能优于母材 4部分相变区 比正火区稍差 不同焊接方法热影响区宽度不同 焊后正火改善接头性能,© 2004 金工教研室,机械制造基础,5、焊接应力与变形,极不平衡的热循环过程 应力分布规律 先冷受压，后冷受拉,© 2004 金工教研室,机械制造基础,消除焊接应力,提高母材塑性 避免焊缝交叉 避免焊缝过宽过长 合理焊接顺序 先焊短焊缝 后焊长焊缝 预热焊件、振动焊缝 焊后退火,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接变形,收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形,© 2004 金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,减小焊接应力 提高结构刚度 对称焊缝分布 焊前反变形,© 2004 金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,合理焊接操作 平衡温度分布 利用变形,© 2004 金工教研室,机械制造基础,防止焊接变形,焊后校正,© 2004 金工教研室,机械制造基础,二、焊条电弧焊,焊条电弧焊过程 药皮燃烧： 电弧周围气体：CO2、CO、H2 熔池中熔渣，冷却形成渣壳 保护熔池中的熔化金属,© 2004 金工教研室,机械制造基础,1、电焊条,焊芯 导电和填充焊缝 焊接用钢丝 低碳钢、合金结构钢、不锈钢 药皮 焊接过程顺利进行 焊缝化学成分、力学性能,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条药皮,作用 提高电弧燃烧的稳定性 防止空气对熔化金属的有害作用 对熔池脱氧、加入合金元素 保证焊缝金属的化学成分和力学性能 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条药皮的作用,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条种类,按化学成分分成七大类 碳钢、低合金钢、不锈钢、堆焊、铸铁、铜及铜合金、铝及铝合金 焊条型号 E4303： E碳钢焊条 43：焊缝抗拉43 kgf/mm2 0：(0/1)全位置焊接、(2)平焊、(4)向下立焊 03：3、4为组合表示焊接电流种类和药皮类型，03为钛钙型药皮、交流或直流,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条种类,焊条牌号 J422、J507 J：结构钢焊条（奥氏体不锈钢A、铸铁Z） 42：抗拉强度等级MPa（50、55、60、70、80） 2：药皮和电流种类,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条种类,按熔渣性质 酸性焊条 酸性氧化物比碱性氧化物多 适合各种电源、易操作、电弧稳定、成本低 焊缝塑性韧性差、不宜用于重要构件 碱性焊条 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价格高，适于重要构件,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊条选用原则,选择依据：根据焊件 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 结构形状、受力情况、焊接设备条件 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强度较低者为准） 酸性/碱性：根据重要性 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条,© 2004 金工教研室,机械制造基础,2、埋弧焊,埋弧焊演示,© 2004 金工教研室,机械制造基础,埋弧焊特点,大电流（1000A）、生产率高 焊接质量高且稳定 节约金属 热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少 改善劳动条件 无弧光、烟雾 自动化程度高 工艺装备复杂，适合批量生产,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊丝与焊剂,焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 熔炼焊剂、陶质焊剂,© 2004 金工教研室,机械制造基础,埋弧焊工艺,仔细下料、准备（清理）坡口、装配 引弧板与引出板焊后去掉,© 2004 金工教研室,机械制造基础,防止烧穿焊剂垫、垫板,© 2004 金工教研室,机械制造基础,环缝焊接,© 2004 金工教研室,机械制造基础,3、气体保护焊氩弧焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,气体保护焊CO2保护焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,4、等离子弧焊接与切割,电弧压缩 机械压缩 热压缩 电磁收缩 中心区域温度极高 16000K 焊接/切割熔点很高的金属 不锈钢 钛、钨,© 2004 金工教研室,机械制造基础,5、焊接自动化,数控轨迹控制 焊接质量监控,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接机器人,焊接机器人演示,© 2004 金工教研室,机械制造基础,用电弧焊焊接钢板的问题,如图拼焊一张大钢板 焊缝布置合理吗？ 如何改进？ 对称，错开 如何合理安排焊缝顺序？ 先短后长,© 2004 金工教研室,机械制造基础,三、特种焊接工艺方法,简略了解其它焊接方法 电阻焊、摩擦焊、钎焊、电渣焊 真空电子束焊接、激光焊接 讨论 可以用于焊接的能源形式,© 2004 金工教研室,机械制造基础,1、电阻焊,电阻热 Q=I2Rt 特点 生产率高、焊接变形小 操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接） 设备复杂、耗电量大 接头形式、工件厚度受到限制 点焊、缝焊、对焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,点焊,局部高温焊合 分流现象 焊点的分布最小距离限制,© 2004 金工教研室,机械制造基础,点焊的接头形式,硬规范 软规范 电极压力 表面清洗 接头形式,© 2004 金工教研室,机械制造基础,缝焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,对焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,对焊接头形式,© 2004 金工教研室,机械制造基础,讨论这个问题,铜及铜合金可以采用电阻焊吗？,© 2004 金工教研室,机械制造基础,2、摩擦焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,摩擦焊的接头形式,© 2004 金工教研室,机械制造基础,3、钎焊,焊接过程示意图毛细管作用,© 2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊,硬钎焊 450以上、接头强度200MPa以上 自行车架、工具、刀具 软钎焊 450以下、接头强度70MPa以下 仪表、导电元件、各种低载荷构件 加热方式 烙铁、火焰、电阻、感应,© 2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊的常见接头形式,© 2004 金工教研室,机械制造基础,钎焊接头的比较,© 2004 金工教研室,机械制造基础,4、电渣焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,5、真空电子束焊接,© 2004 金工教研室,机械制造基础,6、激光焊接,© 2004 金工教研室,机械制造基础,题外话：关于铝热剂,什么是铝热剂 通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂 用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)代替氧化铁也可以做铝热剂 有什么特性 难熔的金属氧化物与混合物中的铝反应时放出大量热 有什么用？,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,原理 铝热反应公式示例：使用铝粉可还原氧化铁 Fe2O3 + 2 Al = 2Fe + Al2O3 还原反应产生大量的热能，无需外部的能源，就能熔化金属，可以用来焊接钢轨 优点 这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、和机械方面相匹配的焊接接头,© 2004 金工教研室,机械制造基础,焊接钢轨,过程 铝热剂被投入到一个耐火坩埚中，用点火器点燃，开始铝热反应。 反应结束后，液态钢自动从坩埚底部释放到耐火模具，从而连接钢轨的两端。 模具带有几何形状特征，能控制铸造和固化的过程。 当铝热钢冷却下来后，进行进一步的热处理来提高它的机械特性。,© 2004 金工教研室,机械制造基础,铝热焊设备,© 2004 金工教研室,机械制造基础,其它用途,冶炼难熔金属 军事用途 在炮弹导弹弹头一但装进铝热剂成分，可极大地提高杀伤力。 在前苏联科学家编写的火箭炮一书中，谈到火箭炮弹头装药就有铝热剂的成分。 在中国人民革命军事博物馆里，展品中就有美军的钢盔、卡宾枪、被烧熔在一起，除了火箭弹以外，其它炸弹没有如此大的能量。,© 2004 金工教研室,机械制造基础,选择焊接方法,自行车车架 钢窗 家用液化气罐主缝 自行车圈 电子线路板 锅炉壳体 钢轨对接 不锈钢储罐,硬钎焊（盐浴） 硬钎焊、对焊、电弧焊 缝焊 缝焊外边、闪光对焊 软钎焊 埋弧焊、电渣焊 闪光对焊、铝热焊 等离子弧焊接、氩弧焊,© 2004 金工教研室,机械制造基础,四、金属材料的焊接性,焊接性概念 设定相同（焊接方法、材料、参数、结构） 易焊、难焊：获得优质焊接接头的难易程度 焊接性并非一定 焊接方法、焊接材料、焊接工艺 评定方法 工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向 使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊性能要求）,© 2004 金工教研室,机械制造基础,钢材焊接性的估算,碳当量计算公式 计算结果 0.6% ：焊接性不好,© 2004 金工教研室,机械制造基础,小型抗裂实验法,© 2004 金工教研室,机械制造基础,碳钢焊接,低碳钢（C% 应力、变形开裂 焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊电阻焊 保证焊接接头与母材等强度 焊条：E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427)等 埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA) / 431,© 2004 金工教研室,机械制造基础,碳钢焊接,中碳钢：C% （0.25% 0.6%） 焊接性变差、淬硬倾向变大 工艺特点： 容易开裂：冷裂纹、热裂纹 必须预热，减小工件各个部分的温差 细焊条、小电流、开坡口多层焊接 焊条电弧焊、电渣焊（厚件） 选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度 焊条：E5016(J506)、 E6015D1(J607),© 2004 金工教研室,机械制造基础,合金钢焊接,合金结构钢焊接件较少 工艺与中碳钢近似 低合金结构钢焊接工艺特点 热影响区的淬硬倾向：合金含量大小 焊接接头的裂纹倾向： 冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力 热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn） 强度级别决定工艺 低：同低碳钢 低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火 高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理,© 2004 金工教研室,机械制造基础,铸铁补焊,铸铁焊接性很差，只能进行补焊 焊接特点 焊缝易形成白口、难以切削加工 易开裂、易产生气孔 流动性好，只能进行平焊 热焊法（600700）： 防止开裂，补焊后可切削加工 冷焊法（450以下）,© 2004 金工教研室,机械制造基础,非铁金属及其合金的焊
