武漢理工大學(xué),金屬工藝學(xué)第13章 焊接工藝基礎(chǔ)

1、 板料沖壓的基本工序可分為分離工序分離工序和變形工序變形工序兩大類。 上次課內(nèi)容回顧上次課內(nèi)容回顧 落料落料和沖孔沖孔 沖裁變形和分離過程可分彈性變形彈性變形、塑性變形塑性變形、斷裂分?jǐn)嗔逊蛛x離三個階段。 板料分離后所形成的斷口區(qū)域包括:圓角、光亮帶、斷裂圓角、光亮帶、斷裂帶和毛刺帶和毛刺等4部分。 沖裁件斷面質(zhì)量的優(yōu)劣、與沖模間隙、刃口鋒利程度和材料排樣方式密切相關(guān)。 凸凹模刃口尺寸的確定原則凸凹模刃口尺寸的確定原則 變形工序：彎曲和拉深變形工序：彎曲和拉深 拉深缺陷及預(yù)防措施第四篇第四篇 焊接焊接 材料連接方法有材料連接方法有螺紋連接螺紋連接、銷釘連接銷釘連接、鉚接鉚接及及焊接焊接等多種。

2、等多種。螺紋連接（機(jī)械）螺紋連接（機(jī)械）鉚接（機(jī)械）鉚接（機(jī)械）粘接（物化連接）粘接（物化連接）焊接（冶金連接）焊接（冶金連接）第第1313章章 焊接工藝基礎(chǔ)焊接工藝基礎(chǔ) 13.1 概述概述1 13.2 焊接工藝基礎(chǔ)焊接工藝基礎(chǔ)2 13.3 焊接接頭組織與性能焊接接頭組織與性能3本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容3 3、掌握防止和消除焊接變形的常用方法。、掌握防止和消除焊接變形的常用方法。 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)1 1、較深刻地理解焊接工藝的基本理論；、較深刻地理解焊接工藝的基本理論；2 2、對焊接接頭的組織與性能、焊接應(yīng)力與變形的形成過程、對焊接接頭的組織與性能、焊接應(yīng)力與變形的形成過程有清楚的認(rèn)識；有清楚

3、的認(rèn)識； 13.4 焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形413.1 13.1 概述概述 焊接：焊接：是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用(或不用或不用)填充材料，使焊接件達(dá)到原子結(jié)合的一種方法。填充材料，使焊接件達(dá)到原子結(jié)合的一種方法。焊接的主要特點(diǎn)：焊接的主要特點(diǎn)： （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

4、成型；接成型；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(jī)器零件和工具；）制造機(jī)器零件和工具； （3 3）修復(fù)。）修復(fù)。焊接方法焊接方法焊接方法：焊接方法：熔焊、壓焊、釬焊等。熔焊、壓焊、釬焊等。 1、熔焊、熔焊是一種將焊件接頭部位加熱至融化狀態(tài)，不是一種將焊件接頭部位加熱至融化狀態(tài)，不加壓力完成的焊接方法。加壓力完成的焊接方法。 它采用局部加熱方法，使工件的焊接接頭部分出現(xiàn)局部熔化，通常還需填充金屬，共同構(gòu)成熔池。熔池經(jīng)冷卻結(jié)晶后，形成牢固的原子間結(jié)合，使分離的工件成為一體。 2、壓焊、壓焊是在焊接過程中必須對工件施加壓力，（加是在焊接過程

5、中必須對工件施加壓力，（加熱或不加熱）以完成焊接的方法。熱或不加熱）以完成焊接的方法。 3、釬焊、釬焊是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將是采用比母材熔點(diǎn)低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利焊件和釬料加熱到高于釬料熔點(diǎn)、低于母材熔點(diǎn)的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接焊件的方法。連接焊件的方法。焊接方法焊接方法壓力焊壓力焊摩擦焊摩擦焊超聲波焊超聲波焊爆炸焊爆炸焊擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊高頻焊高頻焊釬焊及封粘釬焊及封粘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

6、焊高能束焊高能束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(hù)焊氣體保護(hù)焊埋弧焊埋弧焊電阻焊電阻焊等離子弧焊等離子弧焊化學(xué)熱焊化學(xué)熱焊氣焊氣焊鋁熱焊鋁熱焊13.2 13.2 電弧焊工藝基礎(chǔ)電弧焊工藝基礎(chǔ) 13.2.1 13.2.1 焊接電弧焊接電弧 焊接電弧焊接電弧是在具有一定電壓的電極與工件之間的氣體介質(zhì)中長時間的放電現(xiàn)象，即在局部氣體介質(zhì)中有大量的電子流過的導(dǎo)電現(xiàn)象。 焊接電弧的溫度和熱量分布焊接電弧的溫度和熱量分布 溫度溫度 K K 熱量分布熱量分布 陽極區(qū)：陽極區(qū)： 2600 432600 43 弧柱區(qū)：弧柱區(qū)： 600060008000 218000 21 陰極區(qū)陰極區(qū)

7、： 2400 362400 36 由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽極和陰極上有一定的差異，由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽極和陰極上有一定的差異，在使用直流電焊機(jī)焊接時，有兩種接線方法：在使用直流電焊機(jī)焊接時，有兩種接線方法：直流正接：直流正接：焊件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條）焊件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條） 直流負(fù)接：直流負(fù)接：焊件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊焊件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和鋁合金）條、低合金鋼和鋁合金） 如果焊接時使用的是交流弧焊機(jī)，因為電極每秒鐘正負(fù)變?nèi)绻附訒r使用的是交流弧焊機(jī)，因為電極每秒鐘正負(fù)變化達(dá)一百次之多，所以兩極加熱溫度一樣，都在化達(dá)

8、一百次之多，所以兩極加熱溫度一樣，都在2500K左右，因左右，因而不存在正接和反接問題。而不存在正接和反接問題。 冷卻速度快，結(jié)晶后易生成粗大的柱狀晶。冷卻速度快，結(jié)晶后易生成粗大的柱狀晶。熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)：熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)： 熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉與鑄造，是金屬熔化與結(jié)晶的過程。的過程。 熔池存在時間短，溫度高；冶金過程進(jìn)行不充分，氧化嚴(yán)熔池存在時間短，溫度高；冶金過程進(jìn)行不充分，氧化嚴(yán)重；熱影響區(qū)大。重；熱影響區(qū)大。熔化焊的三要素熔化焊的三要素?zé)嵩礋嵩?能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，減小能量要集中，溫度要高。以保證金屬快速熔化，

9、減小熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、熱影響區(qū)。滿足要求的熱源有電弧、等離子弧、電渣熱、電子束和激光。電子束和激光。熔池的保護(hù)熔池的保護(hù) 可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣可用渣保護(hù)、氣保護(hù)和渣- -氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，氣聯(lián)合保護(hù)。以防止氧化，并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。并進(jìn)行脫氧、脫硫和脫磷，給熔池過渡合金元素。填充金屬填充金屬 保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到保證焊縫填滿及給焊縫帶入有益的合金元素，并達(dá)到力學(xué)性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。力學(xué)性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊絲。 電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件（基本金電弧在焊條

10、與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件（基本金屬）和焊條同時熔化成為熔池，焊條金屬熔滴借重力和電屬）和焊條同時熔化成為熔池，焊條金屬熔滴借重力和電弧氣體吹力的作用逐漸過渡到熔池當(dāng)中?；怏w吹力的作用逐漸過渡到熔池當(dāng)中。 電弧熱還使焊條的藥皮熔化或燃燒。藥皮燃燒后與液體金電弧熱還使焊條的藥皮熔化或燃燒。藥皮燃燒后與液體金屬起物理化學(xué)作用，所形成的熔渣和氣體可防止空氣中氧、屬起物理化學(xué)作用，所形成的熔渣和氣體可防止空氣中氧、氮的侵入，其保護(hù)熔化金屬的作用。氮的侵入，其保護(hù)熔化金屬的作用。電弧焊的焊接過程：電弧焊的焊接過程： 手工電弧焊是利用焊條與工手工電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件熔化件間

11、產(chǎn)生的電弧熱，將工件熔化而進(jìn)行焊接的。而進(jìn)行焊接的。電弧焊的冶金過程特點(diǎn)：電弧焊的冶金過程特點(diǎn)： 電弧和熔池金屬溫度高于一般的冶煉溫度，使金屬元素強(qiáng)電弧和熔池金屬溫度高于一般的冶煉溫度，使金屬元素強(qiáng)烈蒸發(fā)，導(dǎo)致烈蒸發(fā)，導(dǎo)致金屬燒損金屬燒損或形成或形成有害雜質(zhì)有害雜質(zhì)。 金屬熔池體積小，熔池處于液態(tài)的時間很短，一般在金屬熔池體積小，熔池處于液態(tài)的時間很短，一般在秒左右，導(dǎo)致化學(xué)秒左右，導(dǎo)致化學(xué)成分不夠均勻成分不夠均勻，氣體和雜質(zhì)來不及浮出，氣體和雜質(zhì)來不及浮出，易產(chǎn)生易產(chǎn)生氣孔和夾雜氣孔和夾雜等缺陷。等缺陷。 熔池不斷更新，有害氣體容熔池不斷更新，有害氣體容易進(jìn)入熔池，形成易進(jìn)入熔池，形成氧化物

12、氧化物、氣孔、雜質(zhì)氣孔、雜質(zhì)等缺陷。等缺陷。熔池的保護(hù)熔池的保護(hù) 焊劑是由焊劑是由SiOSiO2 2，MnOMnO、MgOMgO及及CaFCaF等組成的硅酸鹽。等組成的硅酸鹽。焊劑保護(hù)的效果焊劑保護(hù)的效果 形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。中的含氣量，提高焊縫韌性。 延長熔池存在時間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。延長熔池存在時間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。渣保護(hù)渣保護(hù) 為了使熔池與空氣隔離，為了使熔池與空氣隔離，可在熔池上覆蓋一層熔渣可在熔池上覆蓋一層熔渣 一方面防止金

13、屬氧化和吸氣一方面防止金屬氧化和吸氣 另一方面向熔池過渡合金元素，另一方面向熔池過渡合金元素，提高焊縫性能提高焊縫性能 同時，還可以減少散熱，提高同時，還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射 氣保護(hù)氣保護(hù) 用于保護(hù)熔池和溶滴的氣用于保護(hù)熔池和溶滴的氣體應(yīng)是惰性氣體，并在高體應(yīng)是惰性氣體，并在高溫下不分解，或是低氧化溫下不分解，或是低氧化性的不溶于金屬液體的雙性的不溶于金屬液體的雙原子氣體原子氣體(如如Ar或或CO2)。 噴嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使氣體噴嘴結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能使氣體以層流流出。以層流流出。CO2氣體氣體 CO2為無色無味氣體，密度是空氣的為無色無味氣體，密度是空氣的1.5倍

14、，在常溫下很穩(wěn)定，但在高倍，在常溫下很穩(wěn)定，但在高溫下易分解。溫下易分解。 CO2氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護(hù)焊接熔池氣體密度大，受熱后體積膨脹大，所以在隔離空氣保護(hù)焊接熔池和電弧方面，效果良好。和電弧方面，效果良好。 但但CO2氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為氣體為氧化性氣體，在高溫下將分解為CO和和O2： 2CO2 2CO + O2 所以二氧化碳在高溫時有強(qiáng)烈的氧化性。所以二氧化碳在高溫時有強(qiáng)烈的氧化性。氬氣氬氣 氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氬氣為惰性氣體，高溫下不溶入液態(tài)金屬，也不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此，氬氣是一種理想的保護(hù)氣體。

15、因此，氬氣是一種理想的保護(hù)氣體。 由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。由于氬弧溫度高，因此一旦引燃，電弧就很穩(wěn)定。 氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)氬弧焊一般要求氬氣純度達(dá)99.9%，我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可，我國生產(chǎn)的工業(yè)純氬，其純度可達(dá)達(dá)99.9%，完全合乎氬弧焊的要求。，完全合乎氬弧焊的要求。 氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會影氬弧焊對焊前的除油、去銹、去水等準(zhǔn)備工作要求嚴(yán)格，否則就會影響焊縫質(zhì)量。響焊縫質(zhì)量。渣渣- -氣聯(lián)合保護(hù)氣聯(lián)合保護(hù) 利用渣的良好的冶金反應(yīng)利用渣的良好的冶金反應(yīng)和焊縫成型特點(diǎn)以及氣體和焊縫成型特點(diǎn)以及氣體的優(yōu)良電弧熱效率和穩(wěn)弧的優(yōu)良電

16、弧熱效率和穩(wěn)弧作用，可獲得良好的熔池作用，可獲得良好的熔池保護(hù)效果。如焊條的藥皮保護(hù)效果。如焊條的藥皮及二氧化碳加藥芯。及二氧化碳加藥芯。填充金屬填充金屬填滿焊縫，提高焊縫性能，使填滿焊縫，提高焊縫性能，使焊焊縫與母材等強(qiáng)度縫與母材等強(qiáng)度，用焊絲和焊芯，用焊絲和焊芯（填充金屬）過渡合金元素。（填充金屬）過渡合金元素。常用的焊條鋼芯為碳素鋼絲、合常用的焊條鋼芯為碳素鋼絲、合金鋼絲和不銹鋼絲。金鋼絲和不銹鋼絲。H代表焊接用鋼絲，其后的兩位代表焊接用鋼絲，其后的兩位數(shù)字代表含碳量的萬分之幾；數(shù)字代表含碳量的萬分之幾；A為高級優(yōu)質(zhì)鋼為高級優(yōu)質(zhì)鋼；E代表特級優(yōu)質(zhì)代表特級優(yōu)質(zhì)鋼。鋼。13.2.2 13.2

17、.2 電焊條電焊條一、電焊條的組成及作用一、電焊條的組成及作用 涂有藥皮供手工電弧焊用的融化電極稱為焊條，它由焊芯和藥皮（涂料）兩部分組成。dL152032 1 焊條縱截面焊條縱截面1-1-焊條夾持端焊條夾持端 2-2-藥皮藥皮 3-3-焊芯焊芯 焊芯是由專門冶煉的焊條鋼經(jīng)軋制和拉拔而成的，主要起導(dǎo)電和填充焊縫金屬的作用。 藥皮的作用：提高電弧燃燒的穩(wěn)定性；對焊接過程和焊縫起保護(hù)作用；控制焊縫金屬的化學(xué)成分。二、焊條的種類、型號和牌號二、焊條的種類、型號和牌號焊條類別代 號拼音漢字結(jié)構(gòu)鋼焊條J結(jié)鉬及鉻鉬耐熱鋼焊條R熱不銹鋼焊條G鉻A奧堆焊焊條D堆低溫鋼焊條W溫鑄鐵焊條Z鑄鎳及鎳合金焊條Ni鎳銅

18、及銅合金焊條T銅鋁及鋁合金焊條L鋁特殊用途焊條TS特殊 焊接的應(yīng)用范圍越來越廣泛，為適應(yīng)各個行業(yè)，各種焊接的應(yīng)用范圍越來越廣泛，為適應(yīng)各個行業(yè)，各種材料和達(dá)到不同性能要求的焊條品種非常多。材料和達(dá)到不同性能要求的焊條品種非常多。 每種類型的焊條又因藥皮類型不同，可具有不同的焊接工藝性能和不同的焊縫力學(xué)性能。牌牌 號號藥皮類型藥皮類型適用電源適用電源備備 注注 0不規(guī)定不規(guī)定酸性焊條 1氧化鈦型交直兩用 2氧化鈦鈣型交直兩用 3鈦鈣型交直兩用 4氧化鐵型交直兩用 5高纖維素型交直兩用 6低氫鉀型交直兩用堿性焊條 7低氫鈉型直流專用 8石墨型交直兩用 9鹽基型直流專用焊條的型號焊條的型號 焊條型號

19、是國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號。碳鋼焊條型號見焊條型號是國家標(biāo)準(zhǔn)中的焊條代號。碳鋼焊條型號見GB 5117GB 511719951995，如，如E4303E4303、E5015E5015、 E5016E5016等。等。1.“E”1.“E”表示焊條；表示焊條；2.2.前兩位數(shù)字表示前兩位數(shù)字表示熔敷金屬（熔敷金屬（deposited metaldeposited metal）抗抗拉強(qiáng)度的最小值，單位為拉強(qiáng)度的最小值，單位為MpaMpa；3.3.第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，第三位數(shù)字表示焊條的焊接位置，“0”0”及及“1”1”表示焊條適用于全位置焊接表示焊條適用于全位置焊接( (平、立、仰、橫平、立、仰

20、、橫) )，“2”2”表示焊條適用于平焊及平角焊，表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”4”表示焊條適用表示焊條適用于向下立焊于向下立焊；4.4.第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及第三位和第四位數(shù)字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型，藥皮類型，如如“03”03”為鈦鈣型藥皮，交流或直流正、為鈦鈣型藥皮，交流或直流正、反接，反接，“15”15”為低氫鈉型藥皮，直流反接，為低氫鈉型藥皮，直流反接，“16”16”為低氫鉀型藥皮，交流或直流反接。為低氫鉀型藥皮，交流或直流反接。E 43 0 3E表示焊條類別43表示熔敷金屬抗拉強(qiáng)度的最小值為430Mpa0表示焊條適用于全位置焊接03表示焊條藥皮為鈦鈣

21、型，交直兩用 焊條E4303也稱J422碳鋼焊條，藥皮是鈦鈣型，藥皮中含30%以上氧化鈦和20%以下鈣或鎂的碳酸鹽礦，熔渣流動性好，脫渣容易，電弧穩(wěn)定，熔深適中，飛濺小，焊波整齊，適用于全位置焊，電流為交、直流，正、反接，主要用于焊接較重要的低碳鋼結(jié)構(gòu)。 焊條的牌號焊條的牌號 拼音字母表示焊條的大類拼音字母表示焊條的大類，如，如“J”J”表示結(jié)構(gòu)鋼焊條表示結(jié)構(gòu)鋼焊條( (碳碳鋼焊條和普通低合金鋼焊條），鋼焊條和普通低合金鋼焊條），“A”A”表示奧氏體不銹鋼焊表示奧氏體不銹鋼焊條，條，“Z”Z”表示鑄鐵焊條等；表示鑄鐵焊條等； 前兩位數(shù)字表示各大類中若干小類前兩位數(shù)字表示各大類中若干小類； 最后

22、一個數(shù)字表示藥皮類型和電流種類最后一個數(shù)字表示藥皮類型和電流種類。 焊條牌號是焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號。焊條牌號是焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號。 焊條牌號一般用一個大寫拼音字母和三個數(shù)字表示，如焊條牌號一般用一個大寫拼音字母和三個數(shù)字表示，如J422J422、J507J507等。等。 以結(jié)構(gòu)鋼焊條為例：以結(jié)構(gòu)鋼焊條為例： 42 2其中：其中： 結(jié)構(gòu)鋼焊條結(jié)構(gòu)鋼焊條 焊縫金屬抗拉強(qiáng)度大于等于焊縫金屬抗拉強(qiáng)度大于等于 藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直兩用）藥皮類型（鈦鈣型）和電源種類（交直兩用） 酸性焊條與堿性焊條兩者的性質(zhì)酸性焊條與堿性焊條兩者的性質(zhì) 酸性焊條的工藝性好，適用于各種電源，操作性好，電弧

23、穩(wěn)定，成本低。但焊縫強(qiáng)度稍低，特別是沖擊韌度較差，滲合金作用弱，故不宜焊接承受重載和要求高強(qiáng)度的重要結(jié)構(gòu)件。 堿性焊條一般要求采用直流電源，焊縫強(qiáng)度高、抗沖擊力強(qiáng)，但操作性差、電弧不夠穩(wěn)定、成本高，故只適合焊接重要結(jié)構(gòu)件。 堿性焊條脫硫、脫磷能力強(qiáng)，藥皮有去氫作用，焊接接頭含氫量很低，故稱低氫型焊條，這種焊條具有良好的抗裂性和力這種焊條具有良好的抗裂性和力學(xué)性能。學(xué)性能。 堿性藥皮氧化性強(qiáng)，對銹、油、水的敏感性大，易產(chǎn)生飛濺和CO氣孔。 堿性藥皮在高溫下，易生成較多的有毒物質(zhì)（HF等），因而應(yīng)注意通風(fēng)。電焊條的選用原則電焊條的選用原則 等強(qiáng)度原則等強(qiáng)度原則：低碳鋼和普通低合金鋼構(gòu)件，一般都要求

24、焊：低碳鋼和普通低合金鋼構(gòu)件，一般都要求焊縫金屬與母材等強(qiáng)度，縫金屬與母材等強(qiáng)度， 因此可根據(jù)鋼材強(qiáng)度等級來選用因此可根據(jù)鋼材強(qiáng)度等級來選用相應(yīng)的焊條。相應(yīng)的焊條。 同一強(qiáng)度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用。主要應(yīng)考慮：同一強(qiáng)度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用。主要應(yīng)考慮：焊接件的結(jié)構(gòu)形狀、鋼板厚度、載荷性質(zhì)和抗裂性能而定焊接件的結(jié)構(gòu)形狀、鋼板厚度、載荷性質(zhì)和抗裂性能而定。 低碳鋼低碳鋼與與低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼焊接，可按某一種鋼接頭中焊接，可按某一種鋼接頭中強(qiáng)度較強(qiáng)度較低低的鋼材來選用相應(yīng)的焊條。的鋼材來選用相應(yīng)的焊條。 焊接不銹鋼或耐熱鋼等有特殊性能要求的鋼材，應(yīng)選用相焊接不銹鋼或耐熱鋼等有

25、特殊性能要求的鋼材，應(yīng)選用相應(yīng)的專用焊條。應(yīng)的專用焊條。 鑄鋼件的含碳量一般比較高，而且厚度較大，形狀復(fù)雜，鑄鋼件的含碳量一般比較高，而且厚度較大，形狀復(fù)雜，易產(chǎn)生焊接裂紋，一般采用堿性焊條。易產(chǎn)生焊接裂紋，一般采用堿性焊條。13.3 13.3 焊接接頭的組織與性能焊接接頭的組織與性能 一、焊接工件上溫度的變化與分布一、焊接工件上溫度的變化與分布 焊接時，電弧沿著工件逐漸移動并對工件進(jìn)行焊接時，電弧沿著工件逐漸移動并對工件進(jìn)行局部局部加熱。加熱。因此在焊接過程中，焊縫及其附近的金屬都是由常溫狀態(tài)開始因此在焊接過程中，焊縫及其附近的金屬都是由常溫狀態(tài)開始被加熱到較高的溫度，然后再逐漸冷卻到常溫。

26、被加熱到較高的溫度，然后再逐漸冷卻到常溫。 隨著各點(diǎn)金屬所在位置的隨著各點(diǎn)金屬所在位置的不同，其最高加熱溫度是不同不同，其最高加熱溫度是不同的。的。焊縫區(qū)各點(diǎn)溫度變化情況焊縫區(qū)各點(diǎn)溫度變化情況 電弧焊熱源的高溫集中融化焊縫區(qū)金屬，并向工件金電弧焊熱源的高溫集中融化焊縫區(qū)金屬，并向工件金屬傳導(dǎo)熱量，必然引起焊縫及附近區(qū)域金屬的組織和性能發(fā)屬傳導(dǎo)熱量，必然引起焊縫及附近區(qū)域金屬的組織和性能發(fā)生變化。生變化。整個焊接接頭由整個焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)構(gòu)成。構(gòu)成。 低碳鋼焊接接頭組織低碳鋼焊接接頭組織二、焊接接頭的組織與性能二、焊接接頭的組織與性能 焊縫的結(jié)晶是從熔池

27、底焊縫的結(jié)晶是從熔池底壁開始向中心成長的。壁開始向中心成長的。1、焊縫區(qū)、焊縫區(qū) 因結(jié)晶時各個方向的冷因結(jié)晶時各個方向的冷卻速度不同，從而形成柱狀卻速度不同，從而形成柱狀的鑄態(tài)組織，由鐵素體和少的鑄態(tài)組織，由鐵素體和少量珠光體所組成。量珠光體所組成。 因結(jié)晶是從熔池底部的半熔化區(qū)開始逐次進(jìn)行的，低熔點(diǎn)因結(jié)晶是從熔池底部的半熔化區(qū)開始逐次進(jìn)行的，低熔點(diǎn)的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析物集中在焊縫中心區(qū)，將影響焊的硫磷雜質(zhì)和氧化鐵等易偏析物集中在焊縫中心區(qū)，將影響焊縫的力學(xué)性能?？p的力學(xué)性能。因此，應(yīng)慎重選用焊條或其它焊接材料。因此，應(yīng)慎重選用焊條或其它焊接材料。熔合區(qū)熔合區(qū) 是焊縫和基體金屬的交界區(qū)。

28、是焊縫和基體金屬的交界區(qū)。 此區(qū)溫度處于固相線此區(qū)溫度處于固相線和液相線之間，由于焊接和液相線之間，由于焊接過程中母材部分熔化，所過程中母材部分熔化，所以也稱為以也稱為半熔化區(qū)半熔化區(qū)。 在低碳鋼焊接接頭中，熔合區(qū)雖然很窄在低碳鋼焊接接頭中，熔合區(qū)雖然很窄(0.1(0.11 mm)1 mm)，但因，但因其強(qiáng)度、塑性和韌性都下降，而且此處接頭斷面變化，易引起其強(qiáng)度、塑性和韌性都下降，而且此處接頭斷面變化，易引起應(yīng)力集中，所以熔合區(qū)在很大程度上應(yīng)力集中，所以熔合區(qū)在很大程度上決定著焊接接頭的性能決定著焊接接頭的性能。 熔化的金屬凝固成鑄熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織；未熔化金屬因加態(tài)組織；未熔化金屬因加

29、熱溫度過高而成為過熱粗熱溫度過高而成為過熱粗晶。晶。2、熔合區(qū)、熔合區(qū) 3、焊接熱影響區(qū)、焊接熱影響區(qū) 焊接熱影響區(qū)是指焊縫兩側(cè)金屬因焊接熱作用（但未焊接熱影響區(qū)是指焊縫兩側(cè)金屬因焊接熱作用（但未熔化）而發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。熔化）而發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。 由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為過過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等。低碳鋼焊接接頭組織低碳鋼焊接接頭組織 過熱區(qū)過熱區(qū)加熱溫度在加熱溫度在AcAc3 3以上以上100100200200至固相線溫至固相線溫度區(qū)間。由于該區(qū)域內(nèi)奧氏度區(qū)間。由于該區(qū)域內(nèi)奧氏體晶

30、粒急劇長大，形成過熱體晶粒急劇長大，形成過熱組織，故塑性及韌性降低。組織，故塑性及韌性降低。 正火區(qū)正火區(qū)加熱溫度在加熱溫度在AcAc1 1至至AcAc3 3以上以上100100200200區(qū)間。加區(qū)間。加熱時發(fā)生金屬重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)闊釙r發(fā)生金屬重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏體晶粒。細(xì)小的奧氏體晶粒。 部分相變區(qū)部分相變區(qū)在在AcAc1 1AcAc3 3溫度區(qū)間。珠光體和部分鐵素溫度區(qū)間。珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏體晶粒。部分鐵素體不發(fā)體發(fā)生重結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)小的奧氏體晶粒。部分鐵素體不發(fā)生相變，但其晶粒有長大趨勢。生相變，但其晶粒有長大趨勢。焊縫熱影響區(qū)焊縫熱影響區(qū) 在低碳鋼焊接接

31、頭中，熔合區(qū)很窄，但因強(qiáng)度、塑在低碳鋼焊接接頭中，熔合區(qū)很窄，但因強(qiáng)度、塑性和韌性都下降，而且此處接頭斷面變化，引起應(yīng)力集性和韌性都下降，而且此處接頭斷面變化，引起應(yīng)力集中，在很大程度上決定焊接接頭的性能。中，在很大程度上決定焊接接頭的性能。焊縫的組織和性能焊縫的組織和性能 熱源移走后，熔池焊縫中的液體金屬立刻開始熱源移走后，熔池焊縫中的液體金屬立刻開始冷卻結(jié)晶冷卻結(jié)晶，以，以垂直熔合線的方式向熔池中心生長為垂直熔合線的方式向熔池中心生長為柱狀樹枝晶。柱狀樹枝晶。低熔點(diǎn)物質(zhì)將會被推向焊縫最后結(jié)晶部位，形成成分低熔點(diǎn)物質(zhì)將會被推向焊縫最后結(jié)晶部位，形成成分偏析偏析。 焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能

32、變化的程度，決定于焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度等因素。等因素。 同一焊接方法使用不同焊接參數(shù)時，熱影響區(qū)的大小也同一焊接方法使用不同焊接參數(shù)時，熱影響區(qū)的大小也不相同。在保證焊接質(zhì)量的條件下，不相同。在保證焊接質(zhì)量的條件下，增加焊接速度或減少焊增加焊接速度或減少焊接電流接電流都能減小焊接熱影響區(qū)。都能減小焊接熱影響區(qū)。改善焊接熱影響區(qū)組織和性能的方法改善焊接熱影響區(qū)組織和性能的方法 1、用焊條電弧焊或埋弧焊方法焊接一般低碳鋼結(jié)構(gòu)時，因熱影響區(qū)較窄，危害性較小，焊后不進(jìn)行處理即可使用。 2、

33、對重要的碳鋼構(gòu)件、合金鋼構(gòu)件或用電渣焊焊接的構(gòu)件，為消除熱影響區(qū)的影響，一般采用焊后正火處理焊后正火處理，使焊縫和焊接熱影響區(qū)的組織轉(zhuǎn)變成為均勻的細(xì)晶結(jié)構(gòu)，以改善焊接接頭的性能。 3、對焊后不能進(jìn)行熱處理的金屬材料或構(gòu)件，則只能在正確選擇焊接方法與焊接工藝焊接方法與焊接工藝上來減少焊接熱影響區(qū)的范圍。上次課內(nèi)容的回顧上次課內(nèi)容的回顧熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)：熔焊的本質(zhì)及特點(diǎn)：小熔池熔煉與鑄造、熔池存在時間短，溫度高；小熔池熔煉與鑄造、熔池存在時間短，溫度高；冷卻速度快冷卻速度快熔化焊的三要素：熔化焊的三要素：熱源、熔池的保護(hù)、填充金屬熱源、熔池的保護(hù)、填充金屬直流正接與直流反接直流正接與直流反接熔池的

34、保護(hù)：熔池的保護(hù)：渣保護(hù)、氣保護(hù)、渣渣保護(hù)、氣保護(hù)、渣- -氣聯(lián)合保護(hù)氣聯(lián)合保護(hù)電焊條：電焊條：組成與作用組成與作用酸性藥皮與堿性藥皮兩者的性質(zhì)酸性藥皮與堿性藥皮兩者的性質(zhì)電焊條的選用原則：電焊條的選用原則：等強(qiáng)度原則等強(qiáng)度原則整個焊接接頭由整個焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)焊縫區(qū)、熔合區(qū)、熱影響區(qū)構(gòu)成。構(gòu)成。由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為由于焊縫附近各點(diǎn)受熱情況不同，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)和過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)等部分相變區(qū)等。焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊接熱影響區(qū)的大小和組織性能變化的程度，決定于焊接方法、焊接焊接方法、焊接參數(shù)、接頭形式和焊

35、接后冷卻速度參數(shù)、接頭形式和焊接后冷卻速度等因素。等因素。在保證焊接質(zhì)量的條件下，在保證焊接質(zhì)量的條件下，增加焊接速度或減少焊接電流增加焊接速度或減少焊接電流都能減小焊都能減小焊接熱影響區(qū)。接熱影響區(qū)。 焊接過程是一個極不平衡的熱循環(huán)過程焊接過程是一個極不平衡的熱循環(huán)過程，即焊縫及其，即焊縫及其相鄰區(qū)金屬都要由室溫被加熱到很高溫度相鄰區(qū)金屬都要由室溫被加熱到很高溫度( (焊縫金屬已處于焊縫金屬已處于液態(tài)液態(tài)) )，然后再快速冷卻下來。，然后再快速冷卻下來。 13.4 13.4 焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形 由于在這個熱循環(huán)過程中，焊件各部分的溫度不同，由于在這個熱循環(huán)過程中，焊件各部分的溫度不

36、同，隨后的冷卻速度也各不相同，因而焊件各部位在隨后的冷卻速度也各不相同，因而焊件各部位在熱脹冷縮熱脹冷縮和和塑性變形塑性變形的影響下，必將產(chǎn)生的影響下，必將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形或裂紋內(nèi)應(yīng)力、變形或裂紋。 當(dāng)焊縫及相鄰區(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(yīng)力壓應(yīng)力，該壓應(yīng)力使處于塑性狀態(tài)的金屬產(chǎn)生壓縮變形。 隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，不能縮到自由收縮所達(dá)到的位置，因而產(chǎn)生殘余拉應(yīng)拉應(yīng)力力（焊接應(yīng)力）。 產(chǎn)生焊接變形，可能使焊接結(jié)構(gòu)尺寸不合要求尺寸不合要求，組裝困組裝困難難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質(zhì)量影響焊件質(zhì)量。 焊接殘余應(yīng)

37、力會增加工件工作時的內(nèi)應(yīng)力，降低承載能降低承載能力力；還會引起裂紋裂紋，甚至造成脆斷脆斷，應(yīng)力的存在會誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋。 殘余應(yīng)力是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會衰減而產(chǎn)生一定的變形，使構(gòu)件尺寸不穩(wěn)定尺寸不穩(wěn)定，所以減少和防止焊接變形和應(yīng)力是十分必要的。焊接變形與應(yīng)力的危害焊接變形與應(yīng)力的危害 工件焊接后產(chǎn)生變形和應(yīng)力對結(jié)構(gòu)件的制造和工件焊接后產(chǎn)生變形和應(yīng)力對結(jié)構(gòu)件的制造和使用會產(chǎn)生不利影響。使用會產(chǎn)生不利影響。焊接應(yīng)力的防止及消除焊接應(yīng)力的防止及消除 對于承受重載的重要結(jié)構(gòu)件、壓力容器等，焊接應(yīng)力對于承受重載的重要結(jié)構(gòu)件、壓力容器等，焊接應(yīng)力必須加以防止和消除。必須加以防止和消除。 1、在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)選用塑性好的材料，要避免使焊縫密集交叉，避免使焊縫截面過大和焊縫過長。 2、采用合理的焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少應(yīng)力。 圖b因先焊焊縫1導(dǎo)致對焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應(yīng)力。 4、當(dāng)焊縫還處在較高溫度時，錘擊焊縫使金屬伸長，也能減少焊接殘余應(yīng)力。 5、當(dāng)需較徹底地清除焊接應(yīng)力時，可采用焊后去應(yīng)力退火方法。 3、焊前對焊件預(yù)熱，可以減弱焊件