第一章_電弧焊

一 概念焊接 兩種或兩種以上的材料 同種或異種 通過加熱 加壓 使工件原子或分子之間結合和擴散 造成永久性聯(lián)接的工藝過程 二 分類1 熔化焊將工件焊接處局部加熱到熔化狀態(tài) 形成熔池 通常還加入填充金屬 冷卻結晶后形成焊縫 被焊工件結合為不可分離的整體 2 壓力焊在焊接過程中無論加熱與否 均需要加壓的焊接方法 第四篇焊接 概述 2020 4 6 第四篇焊接 概述 2020 4 6 第四篇焊接 概述 2020 4 6 3 釬焊采用熔點低于被焊金屬的釬料 填充金屬 熔化之后 填充接頭間隙 并與被焊金屬相互擴散實現(xiàn)連接 釬焊過程中被焊工件不熔化 且一般沒有塑性變形 釬焊 軟釬焊 硬釬焊 第四篇焊接 概述 2020 4 6 三 生產特點1 節(jié)省金屬材料 結構重量輕 2 化大為小 以小拼大 可制造重型 復雜的機器零部件 簡化鑄造 鍛造及切削加工工藝 獲得最佳技術經濟效果 3 焊接接頭具有良好的力學性能和密封性 4 能夠制造雙金屬結構 使材料的性能得到充分利用 四 應用焊接技術在機器制造 造船工業(yè) 建筑工程 電力設備生產 航空及航天工業(yè)等應用十分廣泛 第四篇焊接 概述 2020 4 6 2020 4 6 電弧焊 利用電弧熱來局部熔化被焊工件及填充金屬 然后凝固成堅實接頭的焊接方法 電弧焊是現(xiàn)代焊接方法中應用最為廣泛 最為重要的一類焊接方法 電弧焊在焊接生產勞動總量中所占比例一般在60 以上 第一章電弧焊 2020 4 6 第一節(jié)焊接電弧第二節(jié)焊接接頭的組織與性能第三節(jié)焊接應力與變形第四節(jié)焊條電弧焊第五節(jié)埋弧焊第六節(jié)氣體保護焊 第一章電弧焊 一 概念電極與工件之間的氣體介質中長時間的放電現(xiàn)象 二 電弧的構造與極性1 構造陽極區(qū) 熱量占43 溫度2600 K弧柱區(qū) 21 6000 K 8000 K陰極區(qū) 36 2400 K 第一節(jié)焊接電弧 2020 4 6 第一節(jié)焊接電弧 焊接電弧分為陽極區(qū) 陰極區(qū)和弧柱區(qū) 如圖所示 第一節(jié)焊接電弧 2020 4 6 2 極性直流反接 工件 焊條 熔池小 工件溫度低用于焊接薄板 有色合金 不銹鋼 鑄鐵直流正接 工件 焊條 熔池深 工件溫度高用于焊接高熔點金屬或厚大的焊件注意 交流弧焊機不存在正接 反接問題 第一節(jié)焊接電弧 2020 4 6 三 電弧的靜特性1 電壓引弧電壓 弧焊機的空載電壓 50 90V 電弧電壓 電弧穩(wěn)定燃燒時的電壓 16 35V 電壓與電弧長度 焊條與工件間的距離 有關 電弧長度 電弧電壓 2 靜特性在電弧長度一定時 電弧兩端的電壓與電弧中通過的電流之間的關系稱為電弧的靜特性 第一節(jié)焊接電弧 2020 4 6 四 焊接設備1 直流電焊機2 交流電焊機 第一節(jié)焊接電弧 2020 4 6 焊接接頭 中心部分 焊縫區(qū)緊接焊縫的母材 熱影響區(qū)焊縫區(qū)溫度情況 第二節(jié)焊接接頭的組織與性能 2020 4 6 一 焊接接頭的組織與性能1 焊縫區(qū)因結晶時各個方向的冷卻速度不同 從而形成柱狀的鑄態(tài)組織 由鐵素體和少量珠光體組成 焊接時 晶粒有所細化 同時由于焊接材料的滲合金作用 焊縫金屬的性能可能不低于母材金屬的性能 2 焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū)是指焊縫兩側金屬因焊接熱作用而發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域 由于焊縫附近各點受熱情況不同 熱影響區(qū)可分為 第二節(jié)焊接接頭的組織與性能 2020 4 6 圖低碳鋼焊接接頭的組織 1液態(tài)線溫度 2固態(tài)線溫度 31100 C4GS A3 線溫度727 C 第二節(jié)焊接接頭的組織與性能 2020 4 6 1 熔合區(qū) 半熔化狀態(tài) 鑄態(tài)組織 過熱粗晶粒 焊縫和基體金屬交界區(qū) 性能最差 2 過熱區(qū) 過熱組織 粗大奧氏體晶粒 塑性 韌性低 脆性大 3 正火區(qū) 發(fā)生重結晶 細小奧氏體晶粒 力學性能優(yōu)于母材 4 部分相變區(qū) 部分發(fā)生重結晶 力學性能比正火區(qū)稍差強度越高 淬硬傾向越大的鋼種 熔合區(qū)和過熱區(qū)硬度峰值越高 塑性越低 產生焊縫裂紋的傾向越大 第二節(jié)焊接接頭的組織與性能 2020 4 6 二 改善焊接熱影響區(qū)組織和性能的方法1 正確選擇焊接材料 焊接方法 焊接工藝 減小焊接熱影響區(qū)范圍 2 焊后正火處理 第二節(jié)焊接接頭的組織與性能 2020 4 6 一 焊接應力的產生與防止1 應力的產生當焊縫及其相鄰區(qū)金屬處于加熱階段時都會膨脹 但受到焊件冷金屬的阻礙 不能自由伸長而受壓 形成壓應力 冷卻到室溫時 其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙 不能縮短到自由收縮所應達到的位置 因而產生殘余拉應力 焊接應力 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 2 應力的危害產生變形 產生裂紋而報廢 承載能力大為降低 甚至出現(xiàn)脆斷的危險后果 3 防止措施1 結構設計時應注意選用塑性好的材料 應避免使焊縫密集交叉 避免使焊縫截面過大和焊縫過長 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 2 選擇合理的焊接順序 1 盡量使焊縫能自由收縮 這樣產生的殘余應力較小 圖大型容器底板的拼焊順序若先焊橫向焊縫3 再焊縱向焊縫1和2 則焊縫1和2在橫向和縱向的收縮都會受到阻礙 焊接應力增大 焊縫交叉處和焊縫上都極易產生裂紋 2 采用分散對稱焊工藝 長焊縫盡可能采用分段退焊或跳焊的方法進行焊接 這樣加熱時間短 溫度低且分布均勻 可減小焊接應力和變形 如圖所示 圖分散對稱的焊接順序圖長焊縫的分段焊a 退焊b 跳焊 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 3 焊前預熱 即在焊前將工件加熱到350 400 的高溫 然后再進行焊接 預熱可使焊縫區(qū)金屬和周圍金屬的溫差減小 焊后又可比較均勻地同時緩慢冷卻 從而顯著減小焊接應力 4 焊接中采用小能量焊接方法或錘擊焊縫 5 當需較徹底地消除焊接應力時 可采用焊后去應力退火 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 二 焊接變形的產生與防止1 變形基本類型 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 2 防止措施 1 結構設計時 采用對稱結構或大剛度結構 焊縫對稱分布結構 2 反變形 焊接前預測焊接變形量和變形方向 在焊前組裝時將被焊工件向焊接變形相反的方向進行人為的變形 以達到抵消焊接變形的目的 如圖所示 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 3 加裕量法 根據經驗 在工件下料尺寸上加一定裕量 通常為0 1 0 2 以補充焊后的收縮 4 剛性夾持法 利用夾具 胎具等強制手段 以外力固定被焊工件來減小焊接變形 如圖所示 該法能有效地減小焊接變形 但會產生較大的焊接應力 所以一般只用于塑性較好的低碳鋼結構 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 3 矯正方法 1 機械矯正 利用機械力產生塑性變形來矯正焊接變形 如圖所示為工字梁彎曲變形的機械矯正 這種方法適用于塑性較好 厚度不大的焊件 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 2 火焰矯正 利用金屬局部受熱后的冷卻收縮來抵消已發(fā)生的焊接變形 這種方法主要用于低碳鋼和低淬硬傾向的低合金鋼 圖示為T形梁上拱變形的火焰矯正方法 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 三 裂紋的產生與防止焊接應力過大 使焊件產生裂紋 內裂紋 對重要焊件 應進行焊接接頭的內部探傷檢查 防止措施 合理選材 選用合理的焊接工藝和焊接參數(shù) 第三節(jié)應力與變形 2020 4 6 概念 焊條電弧焊 手工電弧焊 是利用焊條與工件間產生電弧熱 手工操作將工件和焊條熔化而進行焊接的方法 焊條電弧焊是最常用的焊接方法 優(yōu)點 設備簡單 操作方便 靈活 并可實現(xiàn)全方位焊接 尤適用于形狀復雜 尺寸小 焊縫短或彎曲及難以實現(xiàn)自動化焊接的焊件 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 一 焊接過程電弧在焊條與被焊工件之間燃燒 電弧熱使工件和焊芯同時熔化形成熔池 同時也使藥皮熔化和分解 焊條金屬熔滴借重力和電弧氣體吹力的作用過渡到熔池當中 與母材的一部分共同形成焊縫 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 二 電焊條電焊條由金屬芯 即焊芯 和外層涂敷的藥皮 穩(wěn)弧劑 造渣劑 造氣劑 脫氧劑 合金劑 粘結劑 兩部分組成 焊條可按熔渣性質分為酸性焊條和堿性焊條兩大類 1 酸性焊條藥皮熔渣中酸性氧化物比堿性氧化物多的焊條 缺點 1 焊縫質量較低 力學性能較低 2 脫O S P能力差 氧化程度較高 優(yōu)點 1 工藝性較好 2 內部氣孔和雜質較少 3 成本較低 主要用于非重要構件 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 2 堿性焊條熔渣中堿性氧化物比酸性氧化物多的焊條 由于用堿性焊條焊接時焊縫中含氫量極低 故又稱低氫焊條 優(yōu)點 焊縫質量高 抗沖擊能力強缺點 1 操作性差 焊前需烘干焊件 仔細清理焊件坡口 不允許殘留有油 銹和氧化皮等 2 電弧不穩(wěn)定 3 價格高 適合于焊接重要結構件 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 3 焊條選用原則 1 等性能原則 焊條強度要稍高于基體強度 鋼的強度以屈服強度表示 焊條強度以抗拉強度表示 2 焊件工作條件 對要求塑性 沖擊韌性好 抗裂能力強或低溫性能好的焊件 應選用堿性焊條 3 焊件結構特點 厚度較大 形狀復雜 很容易產生焊接裂紋的工件和選用堿性焊條 4 按被焊接材料種類 鑄鋼用堿性焊條 低碳鋼與低合金鋼焊接 按接頭中強度較低的鋼材選用焊條 5 焊接不銹鋼 耐熱鋼等特殊性能材料 應選用相應的專用焊條 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 4 焊條型號 牌號和種類 1 型號E4303 2 牌號J422 藥皮類型 1 5酸性 6 7堿性 3 種類按化學成份分為 碳鋼焊條低合金鋼焊條不銹鋼焊條鑄鐵焊條銅及銅其合金焊條鋁及鋁合金焊條 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 表3 2兩種焊條分類的對應關系 第四節(jié)焊條電弧焊 2020 4 6 一 焊接過程電弧埋在焊劑層下燃燒進行焊接的方法稱埋弧焊 也稱溶劑層下電弧焊 1 焊絲自動送入 工件與焊絲相對勻速移動 2 電弧在顆粒狀焊劑下燃燒 焊劑不斷流出撒在被焊部位 3 部分焊劑形成熔渣覆蓋焊縫表面 其他焊劑不熔化 可回收重復使用 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 圖埋弧焊時焊縫的形成1 焊絲 2 焊件 3 焊劑 4 液態(tài)金屬 5 液態(tài)焊劑 6 焊縫 7 焊渣 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 圖埋弧自動焊的焊接過程 1 焊件 2 V形坡口 3 墊板 4 焊劑 5 焊劑斗 6 焊絲7 送絲輪 8 導電器 9 電纜 10 焊絲盤 11 焊劑回收器 12 焊渣 13 焊縫 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 圖埋弧自動焊機 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 二 特點1 優(yōu)點 1 生產率高由于電流較大 單位時間內焊絲的熔化量顯著增加 焊縫的熔深也增加 從而提高了生產率 2 焊縫質量好由于焊劑對電弧空間的有效保護 防止了空氣的侵入 焊縫的化學成分和性能較均勻 此外由于熔深較大 不易產生未焊透的缺陷 同時也消除了手工焊中因更換焊條而容易引起的一些缺陷 因此埋弧焊焊縫表面光潔平直 3 節(jié)省材料埋弧焊由于焊劑保護 金屬飛濺少 還消除了手工焊中焊條頭的損失 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 4 改善勞動條件埋弧焊消除了弧光對人體的有害作用 放出的有害氣體較少 自動焊機減輕了工人的勞動強度 2 缺點 1 主要使用于水平焊縫焊接 2 只適于長焊縫的成批生產 3 不適合焊接厚度小于1mm的薄板 4 難以焊接鋁 鈦等氧化性強的金屬及其合金 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 三 工藝埋弧焊要求更仔細地下料 開坡口和裝配 焊前應將焊縫兩側50 60mm內的一切污垢和鐵銹除掉 以免產生氣孔 由于引弧處和斷弧處質量不易保證 焊前應在焊縫兩端焊上引弧板和引出板 如圖所示 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 為了保持焊縫成形和防止燒穿 生產中常采用各種類型的焊劑墊和墊板 或者先用焊條電弧焊封底 第五節(jié)埋弧焊 2020 4 6 氣體保護焊是利用氣體流保護電弧及熔池 以保證焊縫質量的一種電弧焊工藝 常用的保護氣體有氬氣 氦氣 氫氣 氮氣和CO2氣體 也有使用混合氣體保護的 特點 1 明弧焊接 熔池可見度好 操作方便 易實現(xiàn)自動化 2 電弧受到保護氣流壓縮 熱量集中 焊接速度快 熔池小而深 熱影響區(qū)窄 焊后變形小 適用于薄件及有色件的焊接 3 焊縫表面無渣 可以節(jié)約大量清渣時間 4 氣體保護焊接設備復雜 焊接時容易受氣流干擾 第六節(jié)氣體保護焊 2020 4 6 一 氬弧焊不熔化電極氬弧焊 鎢極氬弧焊 熔化電極氬弧焊 連續(xù)送進的焊絲作為電極 第六節(jié)氣體保護焊 2020 4 6 圖鎢極氬弧焊示意圖 自動焊 1 熔池2 焊絲3 送絲滾輪4 焊絲盤5 鎢極6 導電嘴7 焊炬8 噴嘴9 保護氣體10 電弧 第六節(jié)氣體保護焊 2020 4 6 圖鎢極氬弧焊1 鎢極 2 導電嘴 3 絕緣套 4 噴嘴 5 氬氣流 6 焊絲 7 焊縫 8 工件 9 進氣管 第六節(jié)氣體保護焊 2020 4 6 圖熔化極氬弧焊示意圖 自動焊 1 焊接電弧2 保護氣體3 焊炬4 導電嘴5 焊絲6 送絲滾輪7 焊絲盤8 噴嘴9 熔池 第六節(jié)氣體保護焊 2020 4 6 1 氬弧焊應用采用直流正接法 用于