金屬的連接成型工藝基礎(chǔ)課件(共55頁).ppt

1、1連接成型：將簡單型材或零件連接成復(fù)雜 零件和機(jī)器部件的加工工藝 根據(jù)連接成型原理不同，分為 機(jī)械連接 冶金連接 物化連接機(jī)械連接：利用螺釘、螺栓和鉚釘連接成型 接頭可以拆卸，主要用于裝配2 物化連接：利用粘接劑，通過物理、化學(xué) 作用將材料連接成型 接頭不可拆卸。主要用于異種材料冶金連接：通過加熱或加壓或既加熱又 加壓，使別離外表的原子間距足夠小 形成金屬鍵而獲得永久性接頭 主要用于金屬材料的連接3焊接特點： 1. 節(jié)省材料，結(jié)構(gòu)重量輕 2. 焊接接頭具有良好的力學(xué)性能 3. 可以實現(xiàn)不同材料間的連接成型 4.可以生產(chǎn)要求密封性的連接成型 缺點： 有些材料焊接困難；焊接不當(dāng)，易產(chǎn)生缺陷；接頭組

2、織、性能不均勻；易產(chǎn)生剩余變形4原理：通過加熱，加壓或加熱加壓，并且 用或不用填充材料，使焊件到達(dá)原 子結(jié)合的一種加工方法 分類：按焊接過程的特點分為 熔化焊 壓力焊 釬焊5電弧焊：用電弧作為熱源使焊件金屬局部熔化，形成熔池，隨著電弧的移動，熔池中的液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶，形成焊縫，實現(xiàn)焊接。焊接的本質(zhì)：小范圍的金屬熔煉與鑄造6 7 熔焊：將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加 壓力完成焊接的方法 是最根本的焊接方法，焊接生產(chǎn)中占主導(dǎo) 有電弧焊；氣焊；電渣焊；電子束焊； 激光焊 其中電弧焊是目前應(yīng)用最廣泛的焊接方法8電弧是兩電極之間持久而強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象。其宏觀表現(xiàn)是發(fā)出強(qiáng)光，釋放大量的熱量電弧組成： 陰

3、極區(qū)：發(fā)射電子區(qū) 陽極區(qū)：正離子區(qū)，并接受電子 弧柱區(qū)：氣體電離區(qū)9 電弧產(chǎn)生的過程：當(dāng)兩電極接觸時，因高溫，金屬很快熔化，并蒸發(fā)。當(dāng)兩極產(chǎn)生距離時，陰極外表金屬發(fā)射大量電子；陽極外表發(fā)生電離；在弧柱區(qū)電子與原子、分子間的碰撞產(chǎn)生大量熱量并導(dǎo)致電離。同時局部離子與電子間還會復(fù)合成原子或分子，并發(fā)光10電弧放電的特點是：電壓低，電流大，溫度高，能量密度大，可滿足焊接的要求正接：焊件接正極，焊條接負(fù)極反接：焊件接負(fù)極，焊條接正極11 二、焊接冶金過程電弧焊時，母材和焊條受到高溫作用而熔化，形成熔池。熔池可看作是一個微型冶金爐，其內(nèi)要進(jìn)行一系列物理、化學(xué)過程其冶金過程有以下特點： 1. 金屬熔池很小

4、，且四周是冷金屬， 熔池處于液態(tài)的時間很短12 1由于化學(xué)反響難于在如此短的時間內(nèi)到達(dá)平衡狀態(tài)，所以成分不均勻 2氣體和雜質(zhì)來不及浮出，導(dǎo)致容易產(chǎn)生氣孔和夾雜等缺陷 3焊縫金屬組織結(jié)晶后易產(chǎn)生粗大的柱狀晶 13 2. 熔池金屬溫度高于一般冶煉溫度 因此金屬元素蒸發(fā)和燒損強(qiáng)烈141. 熱源 要求能量集中，溫度高，以保證金屬快速 熔化，減小高溫對金屬性能的影響 2. 熔池的保護(hù)與凈化 保護(hù)：采用熔渣、惰性氣體、真空等保護(hù) 措施，將熔池與大氣隔離，阻止焊縫金屬氧化與雜質(zhì)進(jìn)入焊縫15 凈化：降低焊縫中氧、硫、磷等元素的含量 3. 填充金屬一方面可保證填滿焊縫，另一方面可向焊縫過渡有益的合金元素，以彌補(bǔ)

5、金屬的燒損， 并調(diào)整焊縫金屬的化學(xué)成分，滿足性能要求.16焊接接頭包括焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)熱影響區(qū)：焊縫附近組織、性能發(fā)生變化的區(qū)域熔合區(qū)：焊縫與熱影響區(qū)之間的過渡區(qū) 17焊縫周圍被加熱、冷卻，每一點被加熱的溫度不同，到達(dá)高溫的時間也不同，冷卻速度也不同18 低碳鋼焊接接頭191. 焊縫 熔池凝固成焊縫 焊縫金屬的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心長大，冷卻速度較快，晶粒呈垂直于熔池壁的柱狀晶 焊縫成分不均勻，焊縫中心區(qū)容易偏析硫、磷等雜質(zhì)，導(dǎo)致力學(xué)性能變差20 2. 熔合區(qū) 焊縫于母材交接的過度區(qū)其加熱溫度介于液固兩相線之間加熱時，金屬處于半熔化狀態(tài)，其成分不均勻，組織粗大，塑性、韌性很差是焊接接

6、頭中性能最差的區(qū)域21 3. 熱影響區(qū) 焊接過程中，被焊材料受熱但未熔化后，金相組織和力學(xué)性能發(fā)生變化的區(qū)域。熱影響區(qū)分為：過熱區(qū) 正火區(qū) 局部相變區(qū) 再結(jié)晶區(qū)22 1過熱區(qū) 具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域 固相線1100 性能：塑性、韌性很低，尤其是沖擊韌性較低，是熱影響區(qū)中性能最差的區(qū)域 2正火區(qū) 相當(dāng)于受到正火處理的那局部區(qū)域 1100AC3 冷卻后獲得正火組織，力學(xué)性能好23 3局部相變區(qū) 發(fā)生局部相變 AC3AC1之間，僅局部組織發(fā)生相變 冷卻后晶粒大小不均勻 力學(xué)性能比母材差 4再結(jié)晶區(qū) AC1450之間，發(fā)生再結(jié)晶，硬度降低 經(jīng)過冷塑性變形的母材才有再結(jié)晶區(qū)24 熱影響區(qū)的大小

7、和組織性能變化的程度取決于焊接方法、焊接標(biāo)準(zhǔn)、接頭形式等因素。熱源集中，焊接速度快時，熱影響區(qū)小 熱影響區(qū)往往是焊接件開始破壞的地方25 1. 焊接材料 2. 焊接方法 3. 焊接工藝 4. 焊后熱處理26焊接過程中由于熱源對焊接件局部不均勻加熱，使焊接件產(chǎn)生應(yīng)力和變形 一、焊接應(yīng)力于變形產(chǎn)生的原因 受不均勻加熱和冷卻 1. 縱向焊接應(yīng)力 自由伸縮的假想小板條，焊接中自由伸縮 但實際情況是，假想條相結(jié)合，相互牽制27 加熱：只加熱中間一條，是模擬的焊縫 因超過塑性溫度，伸長兩被壓縮 冷卻：中間條壓縮，被兩邊牽制，產(chǎn)生拉 應(yīng)力；兩邊條被中間條壓縮，產(chǎn)生 壓應(yīng)力28 2. 橫向焊接應(yīng)力及變形往往比

8、較復(fù)雜，分幾種情況討論 1由縱向變形引起的橫向應(yīng)力及變形 鋼板單邊施焊時，焊后焊接邊縮短，向焊接邊發(fā)生側(cè)彎 將焊縫看成為，將兩個板連接在一起 焊縫中部出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力，兩側(cè)出現(xiàn)壓應(yīng)力2930 2由焊縫冷卻先后不同形成的橫向應(yīng)力 焊縫中，有三個焊接點 焊接第一個點A：A點冷卻后鋼板的間隙變化不大，因為鋼板可以自由伸縮 焊接B點：受熱膨脹時，上端間隙被撐大，B點附近的金屬沒有受到明顯的壓縮變形，冷卻后間隙沒有明顯的縮小3132 焊接點C 加熱：C點不能自由伸縮，受到A、B的阻礙，因此C點受壓，B點受拉，A點受壓冷卻：C點被壓縮，產(chǎn)生塑性變形，焊點C處的間隙變小，但受到A、B處的阻礙 C點受拉，B受壓

9、，A點受拉 焊縫冷卻先后不同，對橫向應(yīng)力有影響3334 1. 采取合理的焊接順序 使焊縫的收縮自由，不受大的約束 1先焊收縮量較大的焊縫，使其一開始能夠比較自由收縮變形 2先焊工作時受力大的焊縫，使其承受壓應(yīng)力 臂厚不均時，先焊臂薄處 3拼焊時，先焊錯開的短焊縫，后焊直通的長焊縫35 2. 焊前預(yù)熱或加熱減應(yīng)區(qū) 36 3. 采用小線能量、快速焊 4.錘擊或輾壓焊縫 5. 焊后熱處理 6. 焊后拉伸或振開工件37 1. 預(yù)防措施1合理選擇焊縫的尺寸和形式 在保證承載力的前提下 盡量減小焊縫尺寸減小焊縫尺寸的設(shè)計38 2盡可能減少不必要的焊縫 3合理安排焊縫位置394采用能量集中的熱源、對稱焊、分

10、段焊和多層多道焊40 5預(yù)先反變形41 6焊前剛性固定42 7散熱法 通過強(qiáng)迫冷卻減小焊縫及其附近的受熱量43 2. 矯正焊接變形方法設(shè)法造成新的變形，抵消剩余變形 1機(jī)械矯正法 利用機(jī)械力的作用 2火焰加熱矯正法 不均勻加熱的方式引起結(jié)構(gòu)變形，矯正原有的變形44 缺陷的存在降低承載力，且導(dǎo)致應(yīng)力集中，陳勝裂紋一、焊接接頭缺陷有外觀缺陷和內(nèi)部缺陷外觀缺陷：焊瘤、咬邊、未焊透內(nèi)部缺陷：裂紋、氣孔、夾雜45 二、焊接質(zhì)量檢驗 1. 檢驗過程 1焊前檢驗 2生產(chǎn)過程中的檢驗 3成品檢驗46 2. 檢驗方法 1 外觀檢驗 以肉眼或低倍放大鏡 2 磁粉檢查 3滲透探傷著色探傷 4 超聲波探傷 5 射線探傷 6密封性檢驗 7耐壓檢驗 8焊接接頭力學(xué)性能檢驗474849505152 電弧焊：利用電弧作為熱源，使別離的 金屬局部熔化，隨著電弧的移動， 熔池中的液態(tài)金屬冷卻結(jié)晶，形成 焊縫，實現(xiàn)焊接件的連接 電弧焊的本質(zhì)是，小范圍內(nèi)的金屬熔煉與 鑄造焊接過程包含有：熱過程；冶金過程；結(jié)晶過程53 三、電焊條 1. 焊條組成由焊芯和藥皮組成焊芯：即是電極，又是填充金屬藥皮：涂在焊芯外表上的涂料層 作用：提高電弧的穩(wěn)定性 產(chǎn)生保護(hù)熔渣的氣體 保證焊縫金屬的脫氧、硫、磷 向焊縫滲加必要的合金元素54 2. 焊條種類 按用途劃分為十大類