第四篇-材料的连接成形-概述-熔焊工艺.pptx
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1、焊接:焊接:是通过加热或加压,或者两者并用,并且用或是通过加热或加压,或者两者并用,并且用或不用填充材料,使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料,使焊接件达到原子结合的一种方法。焊接方法:焊接方法:熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是:焊接的主要特点是:(1 1)节省材料,减轻质量;)节省材料,减轻质量;(2 2)简化复杂零件和大型零件的制造;)简化复杂零件和大型零件的制造;(3 3)适应性好;可实现特殊结构的生产;)适应性好;可实现特殊结构的生产;(4 4)满足特殊连接要求;可实现不同材料间的连)满足特殊连接要求;可实现不同材料间的连 接成型;接成型;(5
2、5)降低劳动强度,改善劳动条件。)降低劳动强度,改善劳动条件。焊接方法的应用:焊接方法的应用:(1 1)制造金属结构件;)制造金属结构件;(2 2)制造机器零件和工具;)制造机器零件和工具;(3 3)修复。)修复。焊接的方法焊接的方法:(1)(1)熔化焊熔化焊:根据焊接的过程可分为三类根据焊接的过程可分为三类:将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法.主要有电弧焊主要有电弧焊,气焊气焊,电渣焊电渣焊,等离子弧焊等离子弧焊,电子束焊电子束焊,激光焊等激光焊等.(2)(2)压力焊压力焊:(3)(3)钎焊钎焊:通过加压和加热的综合作用通过加压和加热的综合作
3、用,以实现金属接合的焊接方法以实现金属接合的焊接方法.以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接以熔点低于被焊金属熔点的焊料填充接头形成焊缝的焊接方法方法.主要包括电阻焊主要包括电阻焊,摩擦焊摩擦焊,爆炸焊等爆炸焊等.主要包括软钎焊和硬钎焊主要包括软钎焊和硬钎焊.焊接方法焊接方法压压力力焊焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊钎钎焊焊及及封封粘粘软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊手工电弧焊手工电弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊气门芯气门芯4.1 4.1 熔焊
4、工艺熔焊工艺 一、熔焊原理及过程一、熔焊原理及过程二、焊接接头的组织与性能二、焊接接头的组织与性能三、焊接变形和焊接应力三、焊接变形和焊接应力四、熔焊方法及工艺四、熔焊方法及工艺本节重点:本节重点:熔化焊焊接接头的组织性能熔化焊焊接接头的组织性能本节难点:本节难点:焊接应力与变形焊接应力与变形一、熔焊原理及过程熔焊原理及过程熔焊的本质及特点熔焊的本质及特点熔化焊的本质是小熔熔化焊的本质是小熔池熔炼与铸造,是金池熔炼与铸造,是金属熔化与结晶的过程。属熔化与结晶的过程。熔池存在时间短,温熔池存在时间短,温度高;冶金过程进行度高;冶金过程进行不充分,氧化严重;不充分,氧化严重;热影响区大。热影响区大
5、。冷却速度快,结晶后冷却速度快,结晶后易生成粗大的柱状晶。易生成粗大的柱状晶。熔化焊的三要素熔化焊的三要素热源热源能量要集中,温度要高。以保证金属快速熔化,减小能量要集中,温度要高。以保证金属快速熔化,减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。电子束和激光。熔池的保护熔池的保护可用渣保护、气保护和渣可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化,气联合保护。以防止氧化,并进行脱氧、脱硫和脱磷,给熔池过渡合金元素。并进行脱氧、脱硫和脱磷,给熔池过渡合金元素。填充金属填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到保
6、证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到力学性能和其它性能的要求,主要有焊芯和焊丝。力学性能和其它性能的要求,主要有焊芯和焊丝。焊接电弧焊接电弧电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低,电流最大,温度最高,发光最强。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。将电弧放电用作焊接热源,既安全,加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度和热量分布焊接电弧的温度和热量分布温度温度K热量分布热量分布阳极区:阳极区:260043弧柱区
7、:弧柱区:6000800021阴极区阴极区:240036 由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异,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:在使用直流电焊机焊接时,有两种接线方法:直流正接:直流正接:焊件接正极,焊条接负极(厚板)焊件接正极,焊条接负极(厚板)直流反接:直流反接:焊件接负极,焊条接正极(薄板、碱性焊条)焊件接负极,焊条接正极(薄板、碱性焊条)二、二、焊接接头的组织与性能焊接接头的组织与性能熔焊热源的高温集中融化焊缝区金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,必然属,并向工件金属传导热量,必然引起焊缝及附近区域金属
8、的组织和引起焊缝及附近区域金属的组织和性能发生变化。性能发生变化。焊缝区焊缝区在焊接接头横截面上在焊接接头横截面上 测量的焊缝金属的区域。测量的焊缝金属的区域。熔合区熔合区熔合线两侧有一个很熔合线两侧有一个很 窄的焊缝与热影响区的过渡区。窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区热影响区-受焊接热循环的影响,受焊接热循环的影响,焊缝附近的母材因焊接热作用发生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组织或性能变化的区域(过热区、(过热区、正火区、部分相变区)正火区、部分相变区)。热影响区中的热影响区中的过热区过热区,对焊接接头有不利影响,应使之尽可能减小。,对焊接接头有不利影响,应使之尽可
9、能减小。熔合区熔合区成分不均,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。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。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。焊接热循环的特点是加热和冷却速焊接热循环的特点是加热和冷却速度很快,对易淬火钢,易导致马氏体相度很快,对易淬火钢,易导致马氏体相变;对其它材料,易产生焊接变形、应变;对其它材料,易产生焊接
10、变形、应力及裂纹。力及裂纹。焊缝热影响区焊缝热影响区焊缝的组织和性能焊缝的组织和性能热源移走后,熔池焊热源移走后,熔池焊缝中的液体金属立刻开缝中的液体金属立刻开始始冷却结晶冷却结晶,以垂直熔,以垂直熔合线的方式向熔池中心合线的方式向熔池中心生长为柱状树枝晶。生长为柱状树枝晶。低熔点物质将会被推低熔点物质将会被推向焊缝最后结晶部位,向焊缝最后结晶部位,形成成分偏析。形成成分偏析。三、焊接应力和焊接变形三、焊接应力和焊接变形焊接应力与变形产生的原因:焊接应力与变形产生的原因:焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束,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。不能自由膨胀和收缩。
11、焊接过程中,焊缝被加热处于液态,相邻的金属加热到很高的温度,然后再快速冷却下来,各点处温度不同,冷却速度也不相同,在热胀冷缩和塑性变形的影响下,必将产生内应力、变形或裂纹。焊缝是靠一个移动的点热源加热,然后逐次冷却下来形成的,因此应力的形成、大小和分布状况较复杂。假定整条焊缝同时形成,则应力分布如图4-5 焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能,承载能力大为降低,对于接触腐蚀性介质的焊件,应力腐蚀现象加剧,减少使用期限。焊接变形:由焊接应力引起。变形种类:图4-7 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形 焊件产生变形主要由焊接应力引起的,预防焊接应力的措施对防止焊接变形有时是有效的。焊
12、接变形与应力的危害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。生不利影响。产生焊接变形,可能使焊接结构尺寸不合要求,组装困难,产生焊接变形,可能使焊接结构尺寸不合要求,组装困难,间隙大小不一致等,从而影响焊件质量。间隙大小不一致等,从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力,降低承载能力;焊接残余应力会增加工件工作时的内应力,降低承载能力;还会引起裂纹,甚至造成脆断,应力的存在会诱发应力还会引起裂纹,甚至造成脆断,应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态,在一定条件下会衰减而产生
13、残余应力是一种不稳定状态,在一定条件下会衰减而产生一定的变形,使构件尺寸不稳定,所以减少和防止焊接一定的变形,使构件尺寸不稳定,所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。变形和应力是十分必要的。焊接应力的防止及消除焊接应力的防止及消除采取合理的采取合理的焊接顺序焊接顺序,使焊缝能够自由地收缩,以减少,使焊缝能够自由地收缩,以减少应力(图应力(图a)。而图)。而图b因先焊焊缝因先焊焊缝1导致对焊缝导致对焊缝2的拘束度的拘束度增加,而增大残余应力。增加,而增大残余应力。焊缝不要有密集交叉截面,长度也要尽可能小,以减小焊焊缝不要有密集交叉截面,长度也要尽可能小,以减小焊接局部加热,从而减少焊接应力。
14、接局部加热,从而减少焊接应力。采用小能量,多层焊,也可减少焊缝应力。采用小能量,多层焊,也可减少焊缝应力。焊前预热可以减少工件温差,也能减少残余应力。焊前预热可以减少工件温差,也能减少残余应力。当焊缝还处在较高温度时,锤击焊缝使金属伸长,也当焊缝还处在较高温度时,锤击焊缝使金属伸长,也能减少焊接残余应力。能减少焊接残余应力。焊后进行消除应力的焊后进行消除应力的退火退火可消除残余应力。可消除残余应力。焊接变形的防止和消除焊接变形的防止和消除焊缝对称布置焊缝对称布置 采用反变形方法采用反变形方法采用对称焊和分段倒退焊采用对称焊和分段倒退焊采用多层多道焊,能减少焊接变形采用多层多道焊,能减少焊接变形
15、采用焊前刚性固定组装焊接,限制产生焊接变形,采用焊前刚性固定组装焊接,限制产生焊接变形,但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。也可防止焊接变形。严重的焊接变形应消除,常采用严重的焊接变形应消除,常采用机械矫正法机械矫正法,通常,通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法,一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。般也仅适用于塑性好,且无淬硬倾向的材料。四、熔焊方法及工艺四、熔焊方法及工艺1.1.手工电弧焊手工电弧焊2.2.
16、埋弧焊埋弧焊3.3.气体保护焊气体保护焊4.4.电渣焊电渣焊5.5.等离子弧焊等离子弧焊6.6.电子束焊电子束焊7.7.激光焊激光焊1.1.手工电弧焊手工电弧焊(1)(1)焊接过程焊接过程 手工电弧焊是手工电弧焊是熔焊熔焊一种一种,它是用手操作焊条它是用手操作焊条,利用焊条与被焊金属工利用焊条与被焊金属工件间产生的电弧热量加热并熔化金属件间产生的电弧热量加热并熔化金属,随后形成焊缝随后形成焊缝,获得牢固接头的焊获得牢固接头的焊接方法接方法.焊接时焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接,焊条和工件之间产生电焊条和工件之间产生电弧将工件局部加热到熔化状态形成熔池弧将工
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- 第四 材料 连接 成形 概述 熔焊 工艺
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