金屬材料成形基礎(chǔ)課件

1、焊接：焊接：是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件達到原子結(jié)合的一種方法。不用填充材料，使焊接件達到原子結(jié)合的一種方法。焊接方法：焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊等。熔化焊、壓力焊、釬焊等。焊接的主要特點是：焊接的主要特點是： （1 1）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量；）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量； （2 2）簡化復(fù)雜零件和大型零件的制造；）簡化復(fù)雜零件和大型零件的制造； （3 3）適應(yīng)性好；可實現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)；）適應(yīng)性好；可實現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)； （4 4）滿足特殊連接要求；可實現(xiàn)不同材料間的連）滿足特殊連接要求；可實現(xiàn)不同材料間的連 接成型；接成型

2、； （5 5）降低勞動強度，改善勞動條件。）降低勞動強度，改善勞動條件。焊接方法的應(yīng)用：焊接方法的應(yīng)用： （1 1）制造金屬結(jié)構(gòu)件；）制造金屬結(jié)構(gòu)件； （2 2）制造機器零件和工具；）制造機器零件和工具； （3 3）修復(fù)。）修復(fù)。焊接方法焊接方法壓壓 焊焊摩擦焊摩擦焊超聲波焊超聲波焊爆炸焊爆炸焊擴散焊擴散焊高頻焊高頻焊 釬釬 焊焊軟釬焊軟釬焊硬釬焊硬釬焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊電弧焊電弧焊電渣焊電渣焊等離子弧焊等離子弧焊電子束焊電子束焊激光焊激光焊焊條電弧焊焊條電弧焊氣體保護焊氣體保護焊埋弧焊埋弧焊電阻焊電阻焊電弧焊基本歷史n1801 迪威迪威 電弧放電現(xiàn)象電弧放電現(xiàn)象n1855 俄羅斯人俄羅

3、斯人 碳弧焊碳弧焊應(yīng)用：鐵管及容器的制造應(yīng)用：鐵管及容器的制造 蒸汽機修理蒸汽機修理問題：碳元素使金屬接頭變得脆硬問題：碳元素使金屬接頭變得脆硬n1891 俄羅斯人俄羅斯人 金屬極焊接法金屬極焊接法空氣中空氣中 鐵電極鐵電極電弧焊基本歷史n1907 瑞典人瑞典人 焊條電弧焊焊條電弧焊n1912 瑞典人瑞典人 開發(fā)出保護良好的厚涂層焊條開發(fā)出保護良好的厚涂層焊條n1920 英國人英國人 全焊接船下水全焊接船下水n焊條電弧焊問題：焊條電弧焊問題： 有限長度焊條有限長度焊條電弧焊基本歷史焊條電弧焊動畫焊條電弧焊動畫電弧焊基本歷史n 1930 埋弧焊埋弧焊動畫埋弧焊動畫電弧焊基本歷史n 1930 美國

4、 GTAWn 1940 美國 成功應(yīng)用該方法于焊接鎂及不銹鋼薄板鎢極氬弧焊動畫鎢極氬弧焊動畫電弧焊基本歷史n 1945 交流GTAW焊接方法n 1945 直流金屬極焊接方法GMA二氧化碳?xì)怏w保護電弧焊動畫二氧化碳?xì)怏w保護電弧焊動畫1 1 手工電弧焊的焊接過程手工電弧焊的焊接過程 第一章 金屬焊接成形工藝基礎(chǔ) 一、手工電弧焊的特點一、手工電弧焊的特點1 . 設(shè)備簡單、應(yīng)用靈活方便。2 . 勞動條件差、生產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。二、手工電弧焊焊接過程二、手工電弧焊焊接過程引弧 形成熔池形成焊縫三、焊接電弧三、焊接電弧1 . 1 . 焊接電弧的概念焊接電弧的概念焊條焊條工件工件焊接電弧具備兩個條件使氣體

5、電離陰極發(fā)射電子接觸電阻：R短路電流：I電阻熱：Q=I2RtE=V/dd在焊條末端和工件兩極之間的氣體介質(zhì)中，產(chǎn)生強烈而持久的放電現(xiàn)象。+-d 焊接電弧的穩(wěn)定燃燒 就是帶點粒子產(chǎn)生、運動、復(fù)合、產(chǎn)生的動態(tài)平衡過程。熱電離碰撞電離碰撞電離2 . 2 . 電弧的構(gòu)造及熱量分布電弧的構(gòu)造及熱量分布陰極區(qū)：陽極區(qū)：弧柱區(qū)：2400k 36%2600k 42%50008000k 21%3 . 3 . 電弧的極性電弧的極性直流電源正接正接：直流電源反接反接：工件正極（陽極）；焊條負(fù)極（陰極）。工件負(fù)極（陰極）；焊條正極（陽極）。用于薄板金屬的焊接用于薄板金屬的焊接 2 焊接接頭金屬的組織與性能一、熔焊過程

6、冶金特點一、熔焊過程冶金特點1 . 熔池金屬溫度高于一般冶金溫度2 . 熔池金屬冷卻快，處于液態(tài)的時間短2000k使金屬元素強烈蒸發(fā)、燒損。10s化學(xué)成分不均勻；焊縫區(qū)易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。3 .空氣對焊縫的影響嚴(yán)重O2OFe+ O FeOMn+ O MnOSi+ O SiO2C+O CO1 1） O O2 2 ：氧化的結(jié)果合金元素被燒損；焊縫產(chǎn)生夾渣的缺陷；形成CO氣孔。2 2）N N2 2 ：Fe+N Fe4N使接頭的塑性、韌性下降。3 3）H H2 2 ：氫氣孔 氫脆二、熔焊冶金過程中必須采取的工藝措施二、熔焊冶金過程中必須采取的工藝措施1. 減少有害氣體進入熔池；2. 滲入合金元素；

7、3. 清除已進入熔池的有害元素。NN2HH2三、焊條三、焊條1. 1. 焊條的組成及作用焊條的組成及作用焊條焊條芯藥皮焊縫的填充材料填充材料 填充焊縫電極電極傳導(dǎo)電流 導(dǎo)電機械保護機械保護的作用冶金冶金的作用穩(wěn)定電弧穩(wěn)定電弧的作用焊條芯焊條芯藥皮藥皮藥皮的種類： 氧化鈦型；氧化鈦鈣型；鈦鐵礦型；氧化鈦型；纖維素型；低氫鉀型；低氫鈉型；石墨型；鹽基型。2. 2. 焊條的分類焊條的分類結(jié)構(gòu)鋼焊條J； 鉬和鉻耐熱鋼焊條R；低溫鋼焊條W； 不銹鋼焊條A；堆焊焊條D； 鑄鐵焊條Z；鎳及鎳合金焊條Ni ； 銅及銅合金焊條T；鋁及鋁合金焊條L； 特殊用途焊條TSJ 5 0 7藥皮種類（低氫型）抗拉強度結(jié)構(gòu)鋼

8、焊條J 4 2 2藥皮種類（鈣鈦型）抗拉強度結(jié)構(gòu)鋼焊條酸性焊條：堿性焊條：在熔渣中以酸性氧化物為主（TiO2、SiO2、Fe2O3）在熔渣中以堿性氧化物為主（K2O、Na2O、CaO、MnO）三、焊條的選用三、焊條的選用1. 根據(jù)被焊工件的強度選用2. 根據(jù)被焊工件的化學(xué)成分選用3. 根據(jù)被焊工件工作條件和結(jié)構(gòu)選用4. 根據(jù)實際生產(chǎn)狀況選用n用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭。焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和用焊接方法連接的接頭稱為焊接接頭。焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。熱影響區(qū)。 n在焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生組織與在焊接或切割過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)

9、生組織與力學(xué)性能變化的區(qū)域叫做熱影響區(qū)（力學(xué)性能變化的區(qū)域叫做熱影響區(qū)（HAZ）。隨著鋼材強度與厚度的）。隨著鋼材強度與厚度的增加，熱影響區(qū)脆化傾向增大，產(chǎn)生焊接缺陷的可能性增加，對焊接增加，熱影響區(qū)脆化傾向增大，產(chǎn)生焊接缺陷的可能性增加，對焊接質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。n熔化區(qū)和非熔化區(qū)之間的過渡部分。熔化區(qū)和非熔化區(qū)之間的過渡部分。 n熔合區(qū)和熱影響區(qū)中的過熱區(qū)熔合區(qū)和熱影響區(qū)中的過熱區(qū)(或淬火區(qū)或淬火區(qū))是焊接接頭中機械性能最差是焊接接頭中機械性能最差的薄弱部位，會嚴(yán)重影響焊接接頭的質(zhì)量。的薄弱部位，會嚴(yán)重影響焊接接頭的質(zhì)量。 四、焊接接頭四、焊接接頭減小和消除焊接熱影響區(qū)的方

10、法： 小電流、快速焊接； 采用先進的焊接方法； 焊前預(yù)熱、焊后熱處理（正火）五、焊接應(yīng)力與變形五、焊接應(yīng)力與變形（一）焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的根本原因是：焊件(工件）在焊接過程中受到局部加熱和快速冷卻。L L0焊接應(yīng)力狀態(tài)：焊接應(yīng)力狀態(tài)：焊縫區(qū)域焊縫區(qū)域拉應(yīng)力拉應(yīng)力兩側(cè)冷金屬兩側(cè)冷金屬壓應(yīng)力壓應(yīng)力焊接變形： 焊件整體縮短 L（二）焊接變形的基本形式1 . 收縮變形 2 . 角變形3 . 彎曲變形4 . 扭曲變形 5 . 波浪形變形（三）焊接應(yīng)力與變形的防止1 . 1 . 焊接應(yīng)力的防止及消除措施焊接應(yīng)力的防止及消除措施1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截

11、面和長度也應(yīng)盡可能小。2）合理選擇焊接順序。（）（）（）1 12 23）錘擊或碾壓焊縫4）采用小能量、多層焊5）焊前預(yù)熱（150 350 ）6）焊后熱處理（去應(yīng)力退火）可消除應(yīng)力80%80%左右2 . 2 . 焊接變形的防止及矯正措施焊接變形的防止及矯正措施1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應(yīng)盡可能小。2）合理選擇焊接順序。1 12 23 34 41 4 3 21 12 23 34 43）加裕量法。4）反變形法。1234561 4 5 2 3 61 2 3 45）采用焊前剛性固定法。6）采用合理的焊接規(guī)范（小電流、快速焊接）。7）焊接變形的矯正 機械矯正 火焰矯正 第二章 金屬的焊接成

12、形方法1 熔化焊一、埋弧自動焊一、埋弧自動焊焊接電源控制箱焊接小車焊接熱源：電弧熱溶池保護：焊劑（氣、渣）1. 1. 埋弧自動焊設(shè)備及焊接過程埋弧自動焊設(shè)備及焊接過程2. 2. 埋弧自動焊工藝埋弧自動焊工藝1 1）焊前準(zhǔn)備）焊前準(zhǔn)備2)2)采取防漏措施采取防漏措施雙面焊；手工電弧焊封底；焊劑墊；采用鎖底坡口；水冷銅墊板。板厚在2025mm以下的工件可不開坡口；但在實際生產(chǎn)中，板厚在1422mm應(yīng)開Y型坡口，半厚在2250mm，可開雙Y型坡口或U型坡口。3)3)要有引弧板和引出板要有引弧板和引出板環(huán)焊縫：焊絲起弧點應(yīng)與環(huán)的中心偏離一定距離a a；（a a=2040mm）。直徑小于250mm一般不

13、采用埋弧焊。3. 3. 埋弧自動焊工藝特點埋弧自動焊工藝特點1）生產(chǎn)率高（手弧焊的510倍）2）焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定。3）節(jié)約金屬材料、生產(chǎn)成本低。4）勞動條件好。5）只能在水平位置焊接。應(yīng)用：主要用于較厚鋼板的長直焊縫和較大直徑的環(huán)形焊縫焊接。如壓力容器的環(huán)焊縫和直焊縫、鍋爐冷卻壁的長直焊縫、船舶和潛艇殼體、其重機械、冶金機械（高爐爐身）等的焊接。二、氣體保護焊二、氣體保護焊1 . 1 . 氬弧焊氬弧焊利用氬氣作為保護性介質(zhì)的電弧焊方法。焊接熱源：電弧熱保護介質(zhì)：ArAr不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)不產(chǎn)生夾渣缺陷不溶解于液體金屬中不產(chǎn)生氣孔缺陷比重大于空氣（25%）“陰極破碎”作用1 1）熔化極氬弧焊）

14、熔化極氬弧焊2525mm以下的工件2 2）非熔化極氬弧焊）非熔化極氬弧焊適于6 6mm以下工件的焊接3 3）氬弧焊的特點及應(yīng)用）氬弧焊的特點及應(yīng)用 機械保護效果好，焊縫金屬純凈，焊縫成形美觀， 焊接質(zhì)量優(yōu)良。 電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小。 焊接熱影響區(qū)和變形小。 可進行全位置焊接。 氬氣昂貴，設(shè)備造價高。應(yīng)用：應(yīng)用：適用于易氧化的有色金屬及合金鋼材料的焊接。如：鋁、鎂、鈦及其合金和耐熱鋼、不銹鋼等。適用所有金屬材料的焊接。以CO2氣體作為保護性介質(zhì)的電弧焊方法。焊接熱源：電弧熱保護介質(zhì)：COCO2 2CO2 與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生夾渣缺陷 溶解于液體金屬中產(chǎn)生 CO 氣孔缺陷 比重大于空氣（25%）

15、 氧化嚴(yán)重； 氣孔傾向大（CO）； 飛濺嚴(yán)重。1) 1) 存在問題存在問題2 . 2 . COCO2 2氣體保護焊氣體保護焊 生產(chǎn)率高（是手弧焊的13倍）。 成本低（是手弧焊的40%） 。 焊接熱影響區(qū)和變形小。 可進行全位置焊接。 飛濺嚴(yán)重，焊縫成形差。應(yīng)用：適用于低碳鋼和強度級別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。目前廣泛用于造船、機車車輛、汽車制造、農(nóng)業(yè)機械等。2 2）COCO2 2氣體保護焊的特點及應(yīng)用氣體保護焊的特點及應(yīng)用三、電渣焊三、電渣焊利用電流通過液態(tài)熔渣時產(chǎn)生的電阻熱，同時加熱熔化焊絲和金屬母材的焊接方法。焊接熱源：電阻熱保護介質(zhì)：液態(tài)熔渣1. 1. 焊接過程焊接過程2. 2. 焊接特

16、點及應(yīng)用焊接特點及應(yīng)用 1 1）大厚度工件可一次焊成。）大厚度工件可一次焊成。單絲4060mm；單絲擺動60150；三絲擺動450mm；板極電渣焊2 2）生產(chǎn)率高，成本低。）生產(chǎn)率高，成本低。3 3）焊接質(zhì)量好。）焊接質(zhì)量好。 不易產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷。不易產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷。4 4）熱影響區(qū)大。）熱影響區(qū)大。焊后熱處理。焊后熱處理。應(yīng)用： 適用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料； 適用于厚大工件。厚度大于40mm的大型結(jié)構(gòu)件。2 壓力焊一、電阻焊一、電阻焊 通過加壓、或同時加熱加壓，使焊件產(chǎn)生塑性變形，并經(jīng)再結(jié)晶和擴散作用，使兩部分金屬達到原子間的結(jié)合，實現(xiàn)連接的焊接方法。1. 1. 點焊點焊工

17、藝參數(shù)電極壓力焊接電流通電時間適中適中 對組合焊件經(jīng)電極加壓，利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，實現(xiàn)焊接。焊點距離太近分流現(xiàn)象嚴(yán)重太遠(yuǎn)強度不夠應(yīng)用：4mm以下的薄板搭接。2 . 2 . 縫焊縫焊應(yīng)用：應(yīng)用：3mm3mm以下的薄板搭接。以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3 . 3 . 對焊對焊主要用于棒料的對接。1 1）電阻對焊）電阻對焊應(yīng)用：用于斷面簡單，直徑（或邊長）小于20mm或強度要求不太高的工件。2 2）閃光對焊）閃光對焊應(yīng)用：用于重要工件的焊接。可焊相同金屬， 也可焊異種金屬（鋁鋼、鋁銅等）。 工件直徑0.01mm200mm。二、摩擦焊二、摩擦

18、焊1 . 1 . 摩擦焊焊接過程摩擦焊焊接過程2 . 2 . 摩擦焊接頭型式摩擦焊接頭型式3. 3. 特點及應(yīng)用特點及應(yīng)用 質(zhì)量穩(wěn)定； 不需填充金屬及焊劑； 生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化。應(yīng)用：適用于黑色金屬、有色金屬； 也適用于特種材料、異種材料焊接。3 3 釬焊釬焊是將釬料熔化，利用液態(tài)釬料濕潤母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散，冷凝后實現(xiàn)連接的焊接方法。一、釬焊的種類一、釬焊的種類1. 1. 軟釬焊軟釬焊2. 2. 硬釬焊硬釬焊釬料的熔點在450 以下。接頭強度低，一般為60190MPa，工作溫度低于100 釬料的熔點在450 以上。接頭強度高，在200MPa以上，工作溫度較高。釬料的作用 連

19、接 填充釬料的種類 軟釬料： 硬釬料：錫鋁合金（焊錫）鋁基、銅基、銀基、鎳基合金等。2. 2. 溶劑溶劑溶劑的作用 清理作用 降低表面張力 保護作用去除表面氧化皮改善液態(tài)釬料對焊件的濕潤性，增強毛細(xì)管作用。二、釬料和溶劑二、釬料和溶劑1. 1. 釬料釬料2. 可焊同種、異種金屬和厚薄懸殊的工件。3. 生產(chǎn)率高。易于實現(xiàn)自動化。4. 設(shè)備簡單，生產(chǎn)投資費用少。應(yīng)用：主要焊接精密、微型、復(fù)雜、多焊縫異種金屬 的焊接。目前：軟釬焊廣泛用于電子、電器、儀表等行業(yè)；硬釬焊 用于硬質(zhì)合金刀具、鉆探鉆頭、換熱器的焊接。三、釬焊的特點及應(yīng)用三、釬焊的特點及應(yīng)用加熱溫度低，接頭組織、性能變化小；焊接變形小， 工件尺寸精確。第三章 焊接成形金屬件的工藝設(shè)計1 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇1. 優(yōu)先選用低碳鋼和低強度低合金鋼；2. 對于重要件應(yīng)有先選用鎮(zhèn)靜鋼；3. 盡量選用同一牌