金屬工藝學(xué)-4焊接

1、1金 屬 工 藝 學(xué) 焊 接河北理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院.第四章 焊接焊接： 經(jīng)過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充金屬，使焊件間到達(dá)原子結(jié)合的一種加工方法。本質(zhì)： 經(jīng)過焊接使焊件到達(dá)了原子結(jié)合，從而將原來分開的物體構(gòu)成一個(gè)整體，這是任何其它銜接方式所不具備的。2.第四章 焊接焊接熔焊壓焊（固相焊）釬焊電弧焊等離子弧焊電渣焊氣體保護(hù)焊氣焊手弧焊埋弧焊CO2氣體保護(hù)焊氬弧焊氫原子焊電阻焊摩擦焊超聲波焊電焊縫焊對(duì)焊3.4-1 手弧焊手弧焊是熔焊中電弧焊的一種焊接方法熔焊： 焊接過程中，將焊件加熱至熔化形狀，不加壓力完成的焊接方法通稱為熔焊。電弧焊：電?。涸诠ぜc焊條兩電極之間的氣體介質(zhì)中繼續(xù)劇烈

2、的放電景象 利用電弧放電俗稱電弧熄滅所產(chǎn)生的熱量將焊條與工件相互熔化并在冷凝后構(gòu)成焊縫，從而獲得結(jié)實(shí)接頭的焊接過程。 4.4-1 手弧焊手弧焊： 用手工支配焊條進(jìn)展焊接的電弧焊方法。5.4-1 手弧焊優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用的設(shè)備簡單方法簡便靈敏順應(yīng)性強(qiáng)缺陷：消費(fèi)率較低焊接質(zhì)量不夠穩(wěn)定可焊最小厚度為 1.0mm 1.5mm焊接質(zhì)量在一定程度上決議于焊工的操作技術(shù)；對(duì)于活潑金屬Ti、Nb、Zr等和難熔金屬不能采用手弧焊。對(duì)于低熔點(diǎn)金屬不能夠用手弧焊。6.4-1 手弧焊一、手弧焊的設(shè)備電弧焊機(jī)：轉(zhuǎn)換電壓交流直流焊鉗：夾持焊條和傳導(dǎo)電流7.4-1 手弧焊交流電焊機(jī)：是一個(gè)交流變壓器，只是次級(jí)的匝數(shù)較少，而線徑較粗

3、罷了，可以輸出低電壓、大電流。 U1/U2=n1/n2 220V,380V6070V2035V8.4-1 手弧焊直流電焊接：對(duì)交流電進(jìn)展整流而獲得直流電一種直流弧焊電源。硅整流弧焊機(jī)9.4-1 手弧焊逆變式弧焊整流機(jī) 焊接電弧正常任務(wù)時(shí)采用脈沖寬度調(diào)制控制方式,設(shè)定逆變頻率為20kHZ,并進(jìn)展恒流外特性控制;系統(tǒng)在空載時(shí)由于采用電壓反響控制使PWM調(diào)制器延續(xù)地輸出脈沖,間歇振蕩的頻率低而脈沖寬度窄,不但空載損耗小,而且使變壓器不易飽和。系統(tǒng)對(duì)焊接電弧的短路過程采用了短路分頻控制方式,并進(jìn)展短路電流的控制.系統(tǒng)采用了小給定值和最小脈寬控制電路。 焊接容易起弧、焊弧穩(wěn)定、焊接特性好。 10.4-1

4、 手弧焊焊鉗:焊鉗是夾持焊條和傳導(dǎo)電流，也被稱為焊把. 焊鉗要求：導(dǎo)電性能好、分量輕 夾持焊條牢以及裝換焊條方便等。面罩和護(hù)目鏡 面罩的作用是維護(hù)焊工的面部免受劇烈的電弧光和金屬飛濺的灼傷。面罩是由輕而堅(jiān)韌的纖維紙板制成的。 護(hù)目鏡的作用是減弱電弧光的強(qiáng)度，并過慮紅外線和紫外線,清楚地察看焊接熔池的情況，焊接過程而不會(huì)使眼睛受弧光灼傷。11.4-1 手弧焊二、電焊條：焊芯和藥皮組成焊芯：起導(dǎo)電和填充焊縫作用，與熔化的母材共同構(gòu)成焊縫。 規(guī)格:直徑1.6mm8mm之間，常用2.56mm。12.4-1 手弧焊藥皮:提高電弧穩(wěn)定性；防止空氣對(duì)熔化金屬的有害作用；防止焊縫金屬氧化，補(bǔ)充合金元素，以保證

5、焊縫金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能。按熔渣性質(zhì)，焊條可分為兩類：酸性焊條：藥皮熔渣中的酸性氧化物較多，適于各種電源， 本錢低，但焊縫的塑性、韌性稍差，操作性好， 滲合金作用弱不宜焊接受動(dòng)載荷和要求高強(qiáng)度的 重要構(gòu)造件堿性焊條：熔渣中堿性氧化物多，普通采用直流電源。焊縫 塑性、韌性好，抗沖擊才干強(qiáng)，價(jià)錢較高，操作性差 只適于焊接重要構(gòu)造件。 13.4-1 手弧焊焊條的種類、型號(hào)和牌號(hào) 焊條有10大類：構(gòu)造鋼焊條、碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、銅焊條、鋁焊條、低溫鋼焊條、鎳和鎳合金焊條第3、4位組合表示焊接電流種類、藥皮類型表示焊縫的抗拉強(qiáng)度Kgf/mm2牌號(hào)焊接行業(yè)中焊條代號(hào)

6、E 43 03表示焊條類別14.4-1 手弧焊三、手弧焊工藝：a.選擇接頭方式和坡口接頭方式：對(duì)接、角接、T字接、搭接 15.4-1 手弧焊 坡口的作用：使焊條、焊絲或焊炬氣焊時(shí)放射乙炔-氧氣火焰的噴嘴能直接伸入坡口底部以保證焊透，并有利于脫渣和便于焊條在坡口內(nèi)作必要的擺動(dòng)，以獲得良好的熔合。坡口的外形和尺寸主要取決于被焊資料及其規(guī)格主要是厚度以及采取的焊接方法、焊縫方式等。在實(shí)踐運(yùn)用中常見的坡口型式有： 彎邊接頭：厚度3mm的薄件； 平坡口：3-8mm的較薄件； V型坡口：厚度6-20mm的工件單面焊接； X型坡口：厚度12-40mm的工件，對(duì)稱型與不對(duì)稱型(雙面焊接)U型坡口：厚度20-5

7、0mm的工件單面焊接； 雙U型坡口：厚度30-80mm的工件雙面焊接。 坡口角度通常取60-70，采用鈍邊也叫做根高的目的是防止焊件燒穿，而間隙那么是為了便于焊透。 16.4-1 手弧焊b.焊接前清理焊接外表，以免影響電弧引燃和焊縫質(zhì)量c.焊接位置：平焊、立焊、橫焊和仰焊。 平焊易操作，勞動(dòng)條件好，消費(fèi)率高，焊縫質(zhì)量易保證，所以焊縫布置應(yīng)盡能夠放在平焊位置。立焊、橫焊和仰焊時(shí)，由于重力作用，被熔化的金屬要向下滴落而呵斥施焊困難，因此，應(yīng)盡量防止。17.4-1 手弧焊d.確定焊接工藝參數(shù)：焊條直徑、焊接電流、焊接速度 根據(jù)所焊接工件的材質(zhì)選擇焊條，焊接速度和電弧長度，由焊工根據(jù)焊條牌號(hào)和焊縫所在

8、空間的位置，在施焊過程中調(diào)理。 1焊條直徑為提高消費(fèi)率，通常選用直徑較粗的焊條，普通不大于6mm。工件厚度在4 mm以下的對(duì)接焊時(shí)，普通均用直徑小于等于工件厚度的焊條。大厚度工件焊接時(shí)，普通接頭處要開坡口，在焊打底層焊時(shí)，可采用2.54mm直徑焊條，之后各層可采用5-6 mm直徑焊條。立焊時(shí)，焊條直徑普通不超越5毫米；仰焊時(shí)那么不應(yīng)超越4毫米。18.4-1 手弧焊2焊接電流根據(jù)焊條直徑來確定。焊接電流太小，焊接消費(fèi)率較低，電弧不穩(wěn)定，還能夠焊不透工件。焊接電流太大，那么會(huì)引起熔化金屬的嚴(yán)重飛濺，甚至燒穿工件。對(duì)于焊接普通鋼材的工件，焊條直徑在3-6mm時(shí)，可由以下閱歷公式求得焊接電流的參考值:

9、I=(3055)dI焊接電流A； d焊條直徑mm； 此外，電流大小的選擇，還與接頭型式和焊逢在空間的位置等要素有關(guān)。立焊、橫焊時(shí)的焊接電流應(yīng)比平焊減少10 - 15%；仰焊那么減少15 - 20%。19.4-1 手弧焊操作方法：引弧和運(yùn)條引?。褐睋舴ǎ瑒澆练?0.4-1 手弧焊運(yùn)條：熔池、焊縫、橫向擺動(dòng)根本運(yùn)條方法21.4-1 手弧焊四、焊接缺陷未焊透燒穿夾渣氣孔裂紋22.4-2 其他焊接方法一、氣焊 利用乙炔和氧混合熄滅所產(chǎn)生的熱量使焊件和焊絲部分熔化進(jìn)展焊接的方法。23.4-2 其他焊接方法二、氣體維護(hù)焊 用外加氣體來維護(hù)焊接區(qū)的電弧焊。常用維護(hù)氣體：氬氣氦氣二氧化碳24.4-2 其他焊接

10、方法氬弧焊:以氬氣作維護(hù)氣體的電弧焊，焊接質(zhì)量較高。按所用電極不同：1.不熔化極氬弧焊：鈰鎢棒作電極，只適于厚度6mm以下工件。焊接3mm以下薄件時(shí)，常用卷邊直接焊接。焊接較厚工件時(shí)，需添加填充金屬。焊接鋼材時(shí)，多用直流正接以減少鎢極的燒損。焊接鋁、鎂及其合金時(shí)那么希望用直流反接或交流電源。 2.熔化極氬弧焊： 以延續(xù)送進(jìn)的焊絲作為電極進(jìn)展焊接。此時(shí)可用較大電流焊接厚度25mm以下工件。 對(duì)氬氣要求純度99.7以上 焊前必需把接頭外表清理干凈 25.4-2 其他焊接方法26.4-2 其他焊接方法 特點(diǎn)：1.適于各種合金鋼、易氧化的非鐵合金及鎬、鉬等稀有金屬。2.電弧穩(wěn)定，飛濺小，外表沒有熔渣，

11、成型美觀。3.明弧可見，易于操作，易實(shí)現(xiàn)全位置自動(dòng)焊接。4.熱影響區(qū)窄，接頭質(zhì)量高，因此工件變形小。5.本錢高。 目前主要用于：焊接鋁、鎂、鈦及其合金，也用于焊接不銹鋼、耐熱鋼、一些重要低合金鋼。27.4-2 其他焊接方法二氧化碳?xì)怏w維護(hù)焊以CO2氣體維護(hù)熔池的電弧焊。以焊絲為電極,可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送進(jìn)；焊絲中還需參與硅、錳等脫氧劑, H08MnSiA。特點(diǎn)CO2焊本錢低、質(zhì)量好、效率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊、全位置焊。主要適用于焊接低碳鋼和低合金構(gòu)造鋼的中、薄板構(gòu)造，如轎車外殼的拼接等28.4-2 其他焊接方法粗絲CO2焊焊絲1.6 5.0mm細(xì)絲CO2焊焊絲0.5 1.2mmCO2維護(hù)焊適宜焊 530

12、mm的中厚板適宜焊 0.8 4.0 mm的薄板29.4-2 其他焊接方法電阻焊：焊件組合后經(jīng)過電極施加壓力，利用電流經(jīng)過接頭的接觸面及臨近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)展焊接的方法。根據(jù)接頭方式和焊接過程的不同分類：對(duì)焊、點(diǎn)焊、縫焊特點(diǎn)： 1焊接速度快，變形?。?2消費(fèi)率高，勞動(dòng)條件好； 3易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化； 4設(shè)備復(fù)雜，耗電量大。30.4-2 其他焊接方法電阻對(duì)焊：將焊件配備成對(duì)接接頭，時(shí)期端面嚴(yán)密接觸，利用電阻加熱至塑性形狀，然后切段電流迅速施加頂鍛壓力完成焊接的方法。壓緊、通電、塑變適用焊截面簡單的方、圓、直徑或邊長小于 20 mm且強(qiáng)度要求不高的桿件、管材等。31.4-2 其他焊接方法閃光對(duì)

13、焊：通電、接近、閃電、最后壓緊塑變適用于焊各種大小的等截面的重要工件，可以是同種金屬或異種金屬，尤其適宜細(xì)絲的對(duì)接或特別粗大的金屬棒、管或異型資料的對(duì)接。如焊接重要的管道、鋼軌、錨鏈、刀具、鋼筋等。32.4-2 其他焊接方法點(diǎn)焊：焊件配備配成搭接接頭，并壓緊在兩柱狀電極之間，利用電阻熱融化母材金屬，構(gòu)成焊點(diǎn)的電阻焊方法。適用焊無氣密性要求的薄板構(gòu)造，如汽車外殼等；低、中碳鋼、低合金鋼、不銹鋼及鋁合金等厚度小于6mm的板料搭接。33.34.4-2 其他焊接方法縫焊：焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^并置于兩個(gè)滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動(dòng)，延續(xù)或斷續(xù)通電，構(gòu)成一條焊縫的電阻焊方法。適用焊有氣密性要求的薄

14、板3mm容器和管道等，如汽車水箱、油箱。電流大、短時(shí)、高效、變形?。徊惶畛浣饘?、接頭平整、機(jī)械自動(dòng)化。35.4-2 其他焊接方法埋弧自動(dòng)焊：電弧在焊劑層下熄滅進(jìn)展焊接。特點(diǎn)：焊接質(zhì)量高，焊縫質(zhì)量好且穩(wěn)定，外表光滑美觀；電流大、熔深大，省工省時(shí)效率高；節(jié)省焊接資料和電能； 造船、石油、化工容器、管道、鍋爐等但設(shè)備投資較高，且只適用于平焊位置。36.4-2 其他焊接方法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(dǎo)電器；9-電纜；10-焊絲盤；11-焊劑回收器；12-焊渣；13-焊縫；37.4-2 其他焊接方法釬焊：利用熔點(diǎn)比焊件金屬低的填充金屬釬料，經(jīng)加熱熔化

15、后，將兩個(gè)焊件在固態(tài)下銜接起來的焊接方法。釬焊過程熔化釬料的填縫過程 釬料組分與母材相互分散過程38.4-2 其他焊接方法釬劑的作用有:去除氧化膜和油污等雜質(zhì)維護(hù)母材接觸面和釬料不受氧化添加釬料的潤濕性和毛細(xì)流動(dòng)性硬釬焊運(yùn)用熔點(diǎn)高于450的釬料 焊件接頭強(qiáng)度高，任務(wù)溫度高 用于受力較大的鋼鐵件、工具及鋁、銅合金件，如釬焊刀具、自行車架等常用釬劑為硼砂、硼酸、氯化物等39.4-2 其他焊接方法軟釬焊運(yùn)用熔點(diǎn)低于450的釬料 焊件接頭強(qiáng)度低，任務(wù)溫度低 用于電子線路元件的銜接等 常用釬劑為松香、氯化鋅溶液特點(diǎn)：焊件加熱溫度低、組織和性能變化小接頭尺寸準(zhǔn)確、消費(fèi)率高用于特殊構(gòu)造件和異種金屬焊接，如儀

16、表、航空、噴氣設(shè)備和硬質(zhì)合金刀具的焊接。40.4-3 焊接根底知識(shí)焊接質(zhì)量與構(gòu)造資料的選用、焊縫位置的布置、接頭方式和坡口外形、工藝規(guī)范確實(shí)定、焊接方法和焊接資料的選用等有關(guān)。焊接冶金特點(diǎn)焊接應(yīng)力與變形焊接資料的選擇焊接構(gòu)造工藝性41.4-3 焊接根底知識(shí)焊接冶金特點(diǎn)：氧、氮、氫等分子吸熱分解為化學(xué)性質(zhì)非常活潑的原子，與熔池有益元素生成氧化物或氮化物而燒損，并溶解在金屬熔池中，是焊縫的化學(xué)成分發(fā)生變化，因此降低了焊縫的力學(xué)性能。部分加熱，熱量集中，熔池體積小，冷卻速度極快，化學(xué)反響不能到達(dá)平衡。焊縫的化學(xué)成分不均勻，有氣孔和夾渣。預(yù)防氣體維護(hù)滲入合金元素42.4-3 焊接根底知識(shí)焊接應(yīng)力與變形

17、受熱不均勻 + 熔敷金屬收縮內(nèi)應(yīng)力+外形尺寸變化根本緣由：不均勻溫度場以及由它引起的部分塑性變形和不同比容的組織。采取合理的構(gòu)造設(shè)計(jì)和工藝措施減少或消除焊接應(yīng)力和變形43.4-3 焊接根底知識(shí)焊接變形 焊接過程中引起的焊件變形直接影響焊件的性能和運(yùn)用，因此需求采用不同的焊接工藝來控制和預(yù)防焊件的變形，并對(duì)產(chǎn)生焊接變形的構(gòu)件進(jìn)展矯正。焊接變形種類縱向收縮變形：沿焊縫長度方向的收縮。橫向收縮變形：垂直于焊縫方向的橫向收縮。角變形：繞焊縫軸線的角位移。撓曲變形：構(gòu)件中性軸上下不對(duì)稱的收縮引起的彎曲變形。失穩(wěn)變形：薄壁構(gòu)造在焊接剩余壓應(yīng)力的作用下，部分失穩(wěn)而產(chǎn)生波浪形；錯(cuò)邊變形：焊接邊緣在焊接過程中，

18、因膨脹不一致而產(chǎn)生厚度方向的錯(cuò)邊。扭曲變形：由于裝配不良、施焊程序不合理而使焊縫的縱向、橫向收縮沒有 規(guī)律所引起的變形。44.4-3 焊接根底知識(shí) 焊接變形的根本方式a收縮變形 b角變形 c彎曲變形 d扭曲變形 e波浪變形45.4-3 焊接根底知識(shí)焊接剩余應(yīng)力的消除和調(diào)整 設(shè)計(jì)上合理地確定焊縫的數(shù)量、坡口的外形和尺寸應(yīng)采取合理的焊接順序先焊接納縮量大的焊縫焊接時(shí)適當(dāng)降低焊件的剛度在焊件的適當(dāng)部位部分加熱，使焊縫能比較自在地收縮，以減小剩余應(yīng)力。熱處置(高溫回火)是消除焊接剩余應(yīng)力常用方法。整體消除應(yīng)力的熱處置效果比部分熱處置好。也可采用機(jī)械拉伸法預(yù)載法來消除或調(diào)整。 46.4-3 焊接根底知識(shí)

19、焊前反變形焊后焊前預(yù)彎反變形焊后47.合理不合理4-3 焊接根底知識(shí)48.4-3 焊接根底知識(shí)焊接變形的矯正 機(jī)械方法矯正。對(duì)于長而規(guī)那么的對(duì)接焊縫引起的薄板殼構(gòu)造變形，用鋼輪輾壓焊縫及其兩側(cè)，可獲得良好矯正效果。利用部分加熱產(chǎn)生緊縮塑性變形使較長的焊件在冷卻后收縮的火焰矯正法，具有機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、設(shè)備簡單的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛采用。49.機(jī)械矯正法火焰矯正法4-3 焊接根底知識(shí)50.4-3 焊接根底知識(shí)焊接資料的選擇 焊條、焊絲、焊劑、氣體金屬資料的焊接性能焊接資料的選擇51.4-3 焊接根底知識(shí)1.金屬資料的焊接性能 金屬資料對(duì)焊接加工的順應(yīng)性。在一定焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭難易程度。決議于金屬資

20、料本身性質(zhì)和加工條件。包括內(nèi)容: 結(jié)合性能：指某種資料在給定的焊接工藝條件下，構(gòu)成完好而無缺陷的焊接接頭的才干。運(yùn)用性能 ：指在給定的焊接工藝條件下，焊接接頭或整體構(gòu)造滿足運(yùn)用要求的才干。52.4-3 焊接根底知識(shí)2.焊接資料的選擇 焊條類型、型號(hào)和藥皮按焊縫金屬與母材等強(qiáng)度原那么選擇相應(yīng)的焊條強(qiáng)度等級(jí)按構(gòu)造特點(diǎn)、設(shè)備條件等選擇藥皮類型焊條型號(hào)藥皮類型焊接位置電流種類焊條型號(hào)藥皮類型焊接位置電流種類E43系列熔敷金屬抗拉強(qiáng)度420MPa(43kgf/mm2)E50系列熔敷金屬抗拉強(qiáng)度490MPa(50kgf/mm2)E4300特殊型平、立仰、橫交流直流正、反接E5001鈦鐵礦型平、立仰、橫交流

21、直流正、反接E4301鈦鐵礦型平、立仰、橫交流直流正、反接E5003鈦鈣型平、立仰、橫交流直流正、反接E4303鈦鈣型平、立仰、橫交流直流正、反接E5010高纖維素 鈉型平、立仰、橫直流反接53.焊接構(gòu)造工藝性設(shè)計(jì)原那么：有利于減少焊接任務(wù)量，便于施焊；使焊件在焊后少加工；有利于減少焊接應(yīng)力和變形；用拼焊構(gòu)造替代整鑄、整鍛件，簡化工藝節(jié)省資料；降低勞動(dòng)強(qiáng)度。4-3 焊接根底知識(shí)54.4-3 焊接根底知識(shí)焊接接頭的工藝設(shè)計(jì)焊縫的布置 焊縫布置應(yīng)盡量分散不合理合理55.4-3 焊接根底知識(shí)焊接接頭的工藝設(shè)計(jì) 焊縫布置應(yīng)盡量分散不合理合理焊縫的布置56.4-3 焊接根底知識(shí)焊接接頭的工藝設(shè)計(jì) 焊縫的位置應(yīng)盡能夠?qū)ΨQ布置不合理合理焊縫的布置57.4-3 焊接根底知識(shí)焊