金屬材料焊接工藝 第3版 教案 21 習題課、耐熱鋼的類型與性能- 30 鋁及鋁合金的焊接

授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號21授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：習題課教學目標：重點難點及解決方法：授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號22授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：第五章耐熱鋼的焊接1、耐熱鋼的類型與性能2、低、中合金耐熱鋼的焊接教學目標：知識目標：1、了解耐熱鋼的性能類型2、了解低、中合金耐熱鋼的焊接性能力目標：1、知道耐熱鋼對焊接接頭的要求2、熟悉低、中合金耐熱鋼的焊接工藝特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：要求學生必須熟記耐熱鋼的各種分類方法。舉例說明低、中合金耐熱鋼的焊接工藝。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1．對耐熱鋼焊接接頭有哪些基本要求？2．耐熱鋼中含有哪些合金元素？這些合金元素的作用是什么？合金元素的質(zhì)量分數(shù)有何特點？3．低、中合金耐熱鋼的性能有何特點？其焊接性如何？4．試分析低、中合金耐熱鋼的焊接工藝要點。課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1耐熱鋼的類型在高溫下工作，并具有一定強度和抗氧化、耐蝕能力的鐵基合金稱之為耐熱鋼。耐熱鋼廣泛用于石油化工工業(yè)中的高溫管線、反應塔和加熱爐、熱電站的鍋爐和汽輪機、汽車和船舶的內(nèi)燃機、航空航天工業(yè)的噴氣發(fā)動機、核能動力裝置等高溫裝置。耐熱鋼分為:（按特性分）熱穩(wěn)定鋼--在高溫狀態(tài)下具有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕的一類鋼，如常用的鉻鎳鋼（Cr25Ni20、Cr25Ni20Si2等）和高鉻鋼（Cr17、Cr25Ti等）；熱強鋼--在高溫狀態(tài)下既具有抗氧化或耐氣體介質(zhì)腐蝕，又必須具有一定的高溫強度的一類鋼，主要有高鉻鎳鋼（1Cr18Ni9Ti、4Cr25Ni20等）以及多元合金化的以Cr12為基的馬氏體不銹鋼（1Cr12MoWV）等。按合金元素質(zhì)量分數(shù)分類分為低合金耐熱鋼，其合金系有Mo、Cr-Mo、Mo-V、Cr-Mo-V、Mn-Mo-V、Mn-Ni–Mo和Cr-Mo-Ti-B等；中合金耐熱鋼，其合金系有Cr-Mo、Cr-Mo-V、Cr-Mo-Nb和Cr-Mo-W-V-Nb等；高合金耐熱鋼，其合金系有Cr-Ni、Cr-Ni-Ti、Cr-Ni-Mo、Cr-Ni-Nb、Cr-Ni-Mo-Nb、Cr-Ni-Mo-V-Nb和Cr-Ni-Si等。按組織分類分為珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點2耐熱鋼的性能1．高溫化學穩(wěn)定性高溫化學穩(wěn)定性主要是指高溫抗氧化性，有時還要求具有抗氫腐蝕性。2．高溫力學性能高溫力學性能主要指熱強性。提高熱強性的措施：（1）利用Mo、W固溶強化，提高原子間結合力；（2）形成穩(wěn)定的第二相，主要是碳化物相（WC等）。（3）強化晶界，如控制晶粒度，加入微量細化晶粒的合金元素（B、Re）等。能力知識點3對耐熱鋼焊接接頭性能的基本要求等熱強性2．焊接接頭的抗氧化性3．焊接接頭組織的穩(wěn)定性4．焊接接頭的物理均一性.填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段低、中合金耐熱鋼的焊接能力知識點1低、中合金耐熱鋼的成分與性能特點成分是以Cr、Mo為主要合金元素鉻的質(zhì)量分數(shù)在0.5％～12.5％之間，鉬的質(zhì)量分數(shù)為0.5％或1％，室溫組織以珠光體為主，因此又稱為珠光體耐熱鋼。具有良好的抗氧化性和熱強性，還具有一定的抗硫和氫腐蝕的能力，同時具有很好的冷熱加工性能。主要應用于在600℃以下工作的動力、石油化工等工業(yè)設備中。按合金化方式可將低碳低合金耐熱鋼分為以下三類：（1）Mo鋼Mo鋼是最早使用的低合金耐熱鋼，Mo的質(zhì)量分數(shù)為0.5％。Mo的主要作用是固溶強化，提高鋼的熱強性?，F(xiàn)在應用很少。（2）Cr-Mo鋼為了改善Mo鋼的石墨化問題，提高鋼的組織穩(wěn)定性，進而提高熱強性，在Mo鋼中加入一定量的Cr，Cr能使碳化物具有一定的熱穩(wěn)定性，阻止石墨化。Cr-Mo鋼的使用溫度可以提高到550℃。（3）多元復合合金化的低合金耐熱鋼除固溶強化外，鋼中加入了Ｖ、Ｔi、Ｂ等微量元素進行時效強化和晶界強化，進一步提高鋼的熱強性和高溫組織的穩(wěn)定性。其合金系統(tǒng)有Cr-Mo-V，Cr-Mo-W-V，Cr-Mo-W-V-B，Cr-Mo-V-Ti-B等。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點2低、中合金耐熱鋼的焊接性1．熱影響區(qū)淬硬性及冷裂紋低合金耐熱鋼的主要合金元素是Cr和Mo，能顯著提高鋼的淬硬性。如果在焊接時冷卻速度過快，則在焊縫及熱影響區(qū)形成對冷裂紋敏感的馬氏體和上貝氏體等組織。如圖5-1所示，12Cr2MoWVTiB鋼氬弧焊焊接接頭的過熱區(qū)出現(xiàn)了粗大的馬氏體組織。2．消除應力裂紋傾向低合金耐熱鋼中的Cr、Mo、V、Nb、Ti等元素屬于強碳化物元素，若結構拘束度較大，那么在消除應力處理或高溫下長期使用時，在熱影響區(qū)的粗晶區(qū)容易出現(xiàn)消除應力裂紋。圖5-2為10CrMo910鋼焊接接頭在620℃回火處理后出現(xiàn)的消除應力裂紋。消除應力裂紋一般在500～700℃敏感溫度范圍內(nèi)形成，并且出現(xiàn)在殘余應力較高的部位，如接頭咬邊、未焊透等應力集中處，這些部位在加熱過程中，殘余應力釋放，蠕變變形較大，更容易出現(xiàn)裂紋。為了防止消除消除應力裂紋，可采取下列措施：1）選用高溫塑性優(yōu)于母材的焊接材料，嚴格控制母材和焊接材料的合金成分，特別是要限制V、Nb、Ti等合金元素的含量到最低的程度。2）將預熱溫度提高到250℃以上，道間溫度控制在300℃左右。3）采用低熱輸入焊接工藝和方法，縮小焊接接頭過熱區(qū)的寬度，細化晶粒。4）選擇合理的熱處理工藝，避免在敏感溫度區(qū)間停留較長時間。3．熱影響區(qū)的軟化低合金耐熱鋼焊接接頭熱影響區(qū)存在軟化問題，其軟化區(qū)的金相組織特征是鐵素體加上少量碳化物，在粗視磨片上觀察到一條明顯的“白帶”，其硬度明顯下降。軟化區(qū)的存在對室溫性能沒有什么不利的影響，但在高溫長期靜載拉伸條件下，接頭往往在軟化區(qū)發(fā)生破壞。4．回火脆性Cr-Mo耐熱鋼及焊接接頭在350～500℃溫度區(qū)間長期運行過程中發(fā)生脆變的現(xiàn)象稱為回火脆性。焊縫金屬回火脆化的敏感性比母材大，這是因為焊接材料中的雜質(zhì)難以控制。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點3低、中合金耐熱鋼的焊接工藝要點1．低合金耐熱鋼的焊接工藝低、中合金耐熱鋼一般在預熱狀態(tài)下焊接（定位焊同樣需要預熱），焊后大多要進行高溫回火處理。多層焊時應保持道間溫度不低于預熱溫度。焊接過程中盡量避免中斷，不得以中斷焊接時，應采取緩冷措施；重新施焊的焊件仍需預熱，焊接完畢應將焊件保持在預熱溫度以上數(shù)小時，然后再緩慢冷卻。（1）焊接方法常采用的熔焊方法有焊條電弧焊、埋弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊和電渣焊,但常以焊條電弧焊為主，埋弧焊和氣體保護焊的應用也越來越多。（2）焊前準備焊前準備的內(nèi)容主要包括下料、坡口加工、熱切割邊緣和坡口面的清理以及焊接材料的預處理。一般的低合金耐熱鋼工件，可以采用各種熱切割下料。為防止厚板熱切割邊緣的開裂，應采取下列工藝措施：1）對于所有厚度的2.25Cr-Mo、3Cr-1Mo型鋼和15mm以上的1.25Cr-0.5Mo鋼板，熱切割前應將割口邊緣預熱150℃以上。2）對于15mm以下的2.25Cr-Mo鋼板，熱切割前應預熱100℃以上。熱切割邊緣應作機械加工并用磁粉探傷檢查是否存在表面裂紋。焊接材料在使用前應作適當?shù)念A處理。埋弧焊絲用光焊絲，表面要清理干凈。鍍銅焊絲應將表面積塵和污垢仔細清理。焊條和焊劑要妥善保管，在使用前，應嚴格按工藝規(guī)程的規(guī)定進行烘干。表5-3列出了幾種常用低合金耐鋼的焊條和焊劑烘干溫度。（3）焊接材料焊接材料的選擇原則應保證焊縫金屬的合金成分、強度性能與母材基本一致。若二者成分相差很大，則焊接接頭在長期高溫條件下工作時，會因成分不均勻而導致合金元素擴散，使焊接接頭的高溫性能不穩(wěn)定；焊縫強度不能選得過高，以免使焊縫塑性變差，甚至產(chǎn)生冷裂紋。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段焊接材料中碳的質(zhì)量分數(shù)應略低于母材，其wc<0.12％，但不得低于0.07％，否則會造成焊縫金屬的沖擊韌度、熱強性等降低。含碳量對10CrMo910鋼焊縫金屬沖擊韌度的影響如圖5-3所示，焊縫金屬wc＝0.08％時的韌性明顯高于wc＝0.05％的焊縫。（3）預熱和焊后熱處理低合金耐熱鋼預熱溫度范圍一般80～150℃，；局部預熱時，必須保證預熱寬度大于焊件壁厚的4倍，且不能少于150㎜。對于低合金耐熱鋼來說，焊后熱處理的目的不僅是消除焊接殘余應力，更重要的是改善組織，提高接頭的綜合性能。低合金耐熱鋼焊后一般作高溫回火處理，回火參數(shù)主要是加熱溫度和保溫時間?；鼗饻囟鹊姆秶?80～760℃。2．中合金耐熱鋼的焊接（1）焊接方法應優(yōu)先選擇低氫的焊接方法。如鎢極氬弧焊和熔化極氣體保護焊等。在厚壁焊件中，可選擇焊條電弧焊、埋弧焊和電渣焊。但必須采用堿性藥皮焊條和焊劑。（2）焊前準備切割之前，必須將切割邊緣200mm寬度內(nèi)預熱到150℃以上。切割面應采用磁粉探傷檢查是否存在裂紋，焊接坡口應機械加工，坡口面上的熱切割硬化層應清理干凈，必要時應作表面硬度測定加以鑒別。接頭坡口形式和尺寸的設計原則是盡量減少焊縫的橫截面積。（3）焊接材料焊接材料選擇原則是在保證焊接接頭具有與母材相當?shù)母邷厝渥儤O限和抗氧化性的前提下，改善其焊接性。其方案有兩種：一是選用高鉻鎳奧氏體焊接材料；二是選擇與母材化學成分相近的中合金耐熱鋼焊接材料。（4）預熱和焊后熱處理預熱和焊后熱處理是焊接過程中不可缺少的重要工序。預熱是防止裂紋，降低接頭硬度和焊接應力；焊后熱處理的目的在于改善焊縫金屬及其熱影響區(qū)的組織，使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變成回火馬氏體，降低接頭區(qū)的硬度，提高其韌性、變形能力和高溫持久強度并消除內(nèi)應力。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁2015—2016學年第一學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師姚佳授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號23授課日期12月17日月日月日月日授課班級13機制-1教學內(nèi)容：3、高合金耐熱鋼的焊接教學目標：知識目標：了解高合金耐熱鋼的焊接性能力目標：熟悉高合金耐熱鋼的焊接工藝特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：舉例說明高合金耐熱鋼的焊接工藝。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1高合金耐熱鋼的焊接性按其組織特征可分為奧氏體型、鐵素體型、馬氏體型和彌散硬化型四類。按其基本合金系統(tǒng)可分為鉻鎳型和純鉻型兩類。高合金耐熱鋼與低、中合金耐熱鋼相比，具有獨特的物理性能。如表4-1所示（教材P67），由表中的數(shù)據(jù)可見，與碳鋼相比，奧氏體耐熱鋼的熱系數(shù)較大，導熱率較低，導致焊件變形較為嚴重，焊接過程需加以控制。一、奧氏體耐熱鋼的焊接性1.鐵素體含量的控制奧氏體耐熱鋼焊縫金屬中鐵素體含量關系到抗熱裂性、σ相脆化和熱強性能。從抗熱裂性能角度出發(fā)，要求焊縫金屬內(nèi)含有一定量的鐵素體，但從σ相脆化和熱強性能角度考慮，鐵素體含量越低越好。妥善和合理地解決這一矛盾是奧氏體耐熱鋼焊接的核心問題。不同成分的鉻鎳焊縫金屬在焊后狀態(tài)的鐵素體含量可按德龍（Delong）焊縫組織圖來確定，如圖5-4所示。奧氏體焊縫金屬的力學性能與其鐵素體含量存在一定的關系，隨著鐵素體含量的增加，奧氏體鉻鎳焊縫金屬的常溫抗拉強度提高，而變形能力下降；尤其是高溫抗拉強度、高溫持久強度及低溫韌性隨之明顯下降。因此，對于高溫強度要求較高的焊接接頭，必須嚴格控制鐵素體含量，在某些場合下還必須采用全奧氏體的焊縫金屬。2.σ相脆化鉻鎳奧氏體不銹鋼和焊縫金屬在高溫下持續(xù)加熱過程中也會發(fā)生σ相脆化。在奧氏體不銹鋼中，σ相析出的溫度為650～850℃。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段σ相的出現(xiàn)使奧氏體不銹鋼缺口沖擊韌度明顯降低，另外σ相對奧氏體抗高溫氧化性和接頭的高溫蠕變極限也有一定的有害作用。因此必須采取相應措施控制奧氏體焊縫金屬的σ相轉(zhuǎn)變。防止奧氏體不銹鋼焊縫金屬σ相形成的最有效措施是調(diào)整焊縫金屬的合金成分，嚴格限制Mo、Si、Nb等加速σ相形成的元素，適當降低Cr含量并相應提高Ni含量。二、鐵素體耐熱鋼的焊接性鐵素體耐熱鋼是以低碳高鉻Fe-Cr-C合金為主，并加入Al、Nb、Mo和Ti等鐵素體化元素。鉻的質(zhì)量分數(shù)高于21％的鐵素體耐熱耐熱鋼在600～800℃溫度范圍內(nèi)長時間加熱時，會形成σ相。在800℃高溫，σ相形成速度可達到最高值；在較低的溫度下，σ相形成速度減慢而需要較長時間。鉻的質(zhì)量分數(shù)大于17％的高鉻鋼在450～525℃之間溫度下加熱，會產(chǎn)生475℃脆性，故對鐵素鐵耐熱鋼，應避免在450～525℃的溫度區(qū)間進行焊接接頭的焊后熱處理。三、馬氏體耐熱鋼的焊接性馬氏體耐熱鋼的合金系統(tǒng)基本是Fe-Cr-C，通常鉻的質(zhì)量分數(shù)在11.5～18％。這些鋼幾乎在所有的冷卻條件下都轉(zhuǎn)變成馬氏體組織，能夠淬硬，冷裂傾向很大，故這類鋼的焊接性很差。能力知識點2合金耐熱鋼的焊接工藝要點一、奧氏體耐熱鋼的焊接工藝要點可以采用所有的熔焊方法焊接。在擬定奧氏體耐熱鋼焊接工藝時應考慮其特殊的物理性能，即低的熱導率、高的電阻率、高的線膨脹系數(shù)以及高度致密的表面保護膜等。奧氏體耐熱鋼含有大量對氧親和力較高的元素，因此不論采用何種焊接方法，都必須利用焊劑、焊條藥皮和惰性保護氣體對焊接熔池和高溫區(qū)作良好的保護，以使決定熱強性的基本元素保持在所要求的范圍內(nèi)。奧氏體耐熱鋼焊接材料選擇的原則：在無裂紋的前提下保證焊縫金屬的熱強性與母材金屬基本相等。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段1.焊條電弧焊工藝應選擇較小的焊接電流，或選用耐發(fā)紅的奧氏體不銹鋼的焊條。施焊過程應采用窄焊道技術，以加快冷卻速度，焊道寬度不應超過焊芯直徑的4倍，多層焊每層焊道的厚度不應大于3mm；仔細清理坡口表面，焊條使用前應按要求烘干，以防產(chǎn)生氣孔；選擇工藝性好的鈦鈣型藥皮的焊條，以防夾渣。2.熔化極惰性氣體保護焊工藝對于20mm以下的奧氏體耐熱鋼應優(yōu)先采用自動或半自動熔化極惰性氣體保護焊，半自動焊選用的焊絲直徑為φ0.6～1.6㎜；自動焊選用的焊絲直徑為φ2.0～3.0㎜。焊接電源可使用平特性的直流電源或直流脈沖電源，直流反接。保護氣體可使用純Ar、Ar+O2或Ar+CO2，純He、He+Ar+CO2等混合氣體。采用較低的焊接電流和電壓。3.鎢極氬弧焊按對焊縫質(zhì)量的要求不同，可采用氬氣、氦氣或其混合氣體作保護氣體。單層焊或打底焊時，焊縫背面應通相同的氣體保護或特制的成形氣體。焊接電源通常選擇恒流特性的直流電源，采用正極性，也可采用頻率范圍為0.5～20Hz的低頻脈沖直流電。填充焊絲可采用與熔化極氣體保護焊相同成分的焊絲，或硅的質(zhì)量分數(shù)為0.3～0.5％，其它成分與母材相同的焊絲。手工氬弧焊時，選用的焊絲直徑為1.6～2.5mm，自動氬弧焊選用填充焊絲的直徑為0.8～1.2mm。5.焊后熱處理對奧氏體耐熱鋼焊件，當壁厚超過20mm時，有時應考慮作適當?shù)暮负鬅崽幚?。奧氏體耐熱鋼的焊后熱處理，按處理的溫度：可分為低溫、中溫和高溫焊后熱處理。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段二、馬氏體耐熱鋼的焊接工藝要點1.焊前預熱使用與母材成分相同或相近的焊接材料焊接馬氏體耐熱鋼時，為防止冷裂紋，焊前需要預熱。預熱溫度一般選在200～320℃，最好不高于馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度。2.焊后開始回火的溫度焊件焊后不應以焊接溫度直接升溫進行回火處理。一般，對于剛度較小的構件，可以冷至室溫后再進行回火；對于大厚度的結構，特別當碳的質(zhì)量分數(shù)較高時，需焊后冷至100～150℃，保溫0.5～1h，然后加熱至回火溫度。3.焊后熱處理馬氏體耐熱鋼的焊后熱處理包括回火和完全退火。4.焊接方法常用的焊接方法有焊條電弧焊、氣體保護電弧焊等。焊條電弧焊是最常用的焊接方法。三、鐵素體耐熱鋼的焊接工藝要點普通高鉻鐵素體耐熱鋼可采用焊條電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊、等離子弧焊等熔焊方法。在采用同質(zhì)焊接材料，特別是拘束度大時，易產(chǎn)生裂紋。為防止產(chǎn)生裂紋，改善接頭塑性，以焊條電弧焊為例，可采取以下工藝措施：1.預熱預熱溫度在100～150℃左右，使材料在韌性較高的狀態(tài)下焊接。2.焊接材料根據(jù)對焊接接頭性能要求不同，可選用與母材相近的鐵素體不銹鋼焊條，也可采用奧氏體不銹鋼焊條3.焊接參數(shù)采用小的焊接熱輸入，高的焊接速度及盡量減少焊條的橫向擺動，以窄焊道進行焊接，控制道間溫度，前一道焊縫冷卻至預熱溫度后才允許焊下一道焊縫，以防止焊接接頭過熱。多層焊時控制道間溫度應高于150℃，以減少高溫脆化和475℃脆性。4.焊后熱處理為了使焊接接頭的組織均勻化，從而提高其塑性和韌性，焊后應進行750～800℃退火處理。退火后應快冷，防止出現(xiàn)σ相及475℃脆性，以得到均勻的鐵素體組織。能力知識點3高合金耐熱鋼的焊接工程實例1000t試管機壓力閥套的基本材料為3Cr13鋼鍛件。由于采用了焊接結構，使壓力閥套具有體積小、重量輕、耐磨性良好的特點，并滿足了技術性能的要求。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段2.焊接工藝要點1）坡口形式V形坡口2）預熱溫度整體預熱200～400℃3）焊接方法焊條電弧焊，直流反極選用E310型（A402）焊條，直徑為φ4mm，焊接電流為140～210A。4）裝配定位焊裝配按圖樣要求控制好裝配間隙，預熱后用直徑φ3.2mm、E310型焊條立即進行定位焊。5）焊接工藝多層多道連續(xù)焊，封底焊時焊接電流為160A，以后各層的焊接電流可稍大些。焊接道間溫度不得低于200℃。6）檢驗先進行目視外觀檢查，并用著色滲透探傷，并要求焊縫表面不得存在裂紋，然后用X光射線探傷。7）焊后熱處理將焊件進行730～790℃的爐中高溫回火處理。8）焊件機械加工焊后按圖樣進行機械加工，機加削除V形鎖底接頭的鎖底部分。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號24授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：4、低合金鋼與奧氏體不銹鋼的焊接教學目標：知識目標：1、了解低合金鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性能力目標：1、熟悉低合金鋼與奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點2、掌握復合鋼板的焊接特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：舉例說明珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接工藝。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：1Cr18Ni9鋼與Q235鋼焊接時存在哪些問題？如何解決？課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接性當兩種成分、組織性能不同的金屬通過焊接而形成連續(xù)的焊接接頭時，接頭部位實質(zhì)上是成分與組織變化的過渡區(qū)，集中了各種矛盾，具體表現(xiàn)如下：1．焊縫金屬化學成分的稀釋珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時，焊縫金屬平均成分是由兩種不同類型的母材和填充金屬混合所組成。由于珠光體鋼中不含或只有少量的合金元素，如珠光體鋼溶入焊縫金屬的比例增大，則會沖淡焊縫金屬的合金濃度，從而改變焊縫金屬的化學成分和組織狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱為母材金屬對焊縫金屬的稀釋作用。在Q235鋼與1Cr18Ni9鋼的焊縫金屬中，如果由于母材對焊縫金屬的過分稀釋，可使焊縫中奧氏體形成元素不足，結果在焊縫中出現(xiàn)馬氏體組織，使焊接接頭的脆性增大，導致焊接接頭形成裂紋。通過圖5-7舍夫勒組織圖，來分析討論用不同奧氏體不銹鋼填充材料，焊接Q235鋼與不同奧氏體不銹鋼的焊縫金屬的金相組織以及熔合比變化所帶來的影響。首先將鋼的合金元素含量折算成鉻當量和鎳當量，再在圖5-7中找出相應的點，即可知該焊縫的正常冷卻組織中的相組成。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段2．凝固過渡層的形成在焊縫金屬熔池邊緣，金屬在液態(tài)持續(xù)時間最短，溫度也較熔池中部低，液體金屬流動性較差，最先結晶形成固態(tài)。由于珠光體鋼與奧氏體不銹鋼化學成分相差懸殊，在珠光體鋼一側(cè)熔池邊緣，熔化的母材金屬和填充金屬不能充分地混合，在此側(cè)的焊縫金屬中珠光體鋼所占比例較大，且越靠近熔合線稀釋程度就越大；而在焊縫金屬熔池的中心，其稀釋程度就小。在珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時，在珠光體鋼一側(cè)熔合線的焊縫金屬存在一個成分梯度很大的過渡層，寬約為0.2～0.6mm。這種成分上的過渡變化區(qū)是因熔池凝固特性而造成的，故稱為凝固過渡層，實際上是高硬度的馬氏體脆性層。凝固過渡層的大小與母材厚度、焊接參數(shù)和材料有關。凝固過渡層還與填充金屬的成分有關，當過渡層中鎳含量低于5％～6％時，將產(chǎn)生馬氏體組織如圖5-8所示。從圖5-8可以看出，脆性層寬度B與焊縫中鎳含量成反比。當填充金屬選用1Cr18Ni9時，脆性層寬度為B1，是比較大的；當采用Cr15Ni25Mo6填充金屬時，此脆性層寬度縮小到B3。采用高鎳的填充金屬，提高焊縫金屬中鎳的質(zhì)量分數(shù)，可以使脆化層的寬度明顯降低。3．碳遷移過渡層的形成碳從珠光體母材通過熔合區(qū)向焊縫擴散，從而在靠近熔合區(qū)的珠光體母材上形成了一個軟化的脫碳層，而在奧氏體不銹鋼焊縫中形成了硬度較高的增碳層。過渡層的形成，造成脫碳層與增碳層硬度的明顯差別。在長時間高溫下工作時，由于對變形阻力的不同，將產(chǎn)生應力集中，使接頭的高溫持久強度和塑性下降，可能導致沿熔合區(qū)斷裂。碳的遷移是形成過渡層的主要原因。碳的擴散取決于本身擴散能力，還與接頭的成分、組織和狀態(tài)有關。具體條件如下：1）焊接過程中熔合區(qū)兩側(cè)分別為固體和液體，此時碳將由溶解度較低的母材向溶解度較大的熔池過渡。2）焊縫凝固后熔合區(qū)兩側(cè)分別為奧氏體相和鐵素體相，碳將由溶解度低而擴散系數(shù)高的鐵素體相的母材向溶解度高的奧氏體相焊縫中擴散。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3）焊縫與母材中碳化物形成元素的種類與數(shù)量不同，在珠光體母材與奧氏體焊縫熔合時，焊縫中有較多的比鐵更強的碳化物形成元素，促使熔合區(qū)附近母材中的滲碳體分解，析出的碳原子越過熔合區(qū)擴散到焊縫中，并在熔合區(qū)附近形成穩(wěn)定的碳化物。碳化物形成元素的差別是珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時形成碳遷移過渡層的主要原因。4．殘余應力的形成異種鋼焊接接頭，由于兩種鋼的線膨脹系數(shù)相差很大，不僅焊接時會產(chǎn)生較大的殘余應力，而且在交變溫度下工作，必然會產(chǎn)生交變熱應力，從而有可能發(fā)生疲勞破壞。異種鋼接頭中的焊接殘余應力，即使通過焊后熱處理也難以消除，只是焊接殘余應力重新分布。如圖5-13所示為異種鋼接頭熔合區(qū)附近的焊接殘余應力特征，在焊態(tài)時，奧氏體焊縫承受拉應力，珠光體母材承受壓應力；焊后熱處理，并未消除殘余應力，而只是使焊接殘余應力重新分布。能力知識點2珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接工藝特點1.焊接方法選用熔合比小、稀釋率低的焊接方法。如焊條電弧焊、鎢極氬弧焊、熔化極氣體保護焊都比較合適。2.焊接材料2.焊接材料必須考慮接頭的使用要求、稀釋作用、碳的遷移、殘余應力及抗裂性等問題。珠光體鋼與奧氏體不銹鋼焊接時常用焊接材料見表5-14。3.焊接工藝要點1）盡量選用小直徑的焊條和焊絲，并選用小電流、大電壓和高焊速進行焊接，以減小熔合比。2）如果珠光體鋼有淬硬傾向，應適當預熱，其預熱溫度應比珠光體鋼同種材料焊接時略低一些。3）堆焊過渡層對于較厚的焊件，為了防止因應力過高而在熔合區(qū)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，可以在珠光體鋼的坡口表面堆焊過渡層，如圖5-14所示。過渡層中應含有較多的強碳化物形成元素，具有較小的淬硬傾向，也可用高鎳奧氏體不銹鋼焊條堆焊過渡層。過渡層厚度一般為6～9㎜。4）珠光體鋼與奧氏體不銹鋼的焊接接頭，焊后一般不進行熱處理。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段能力知識點3復合鋼板的焊接特點復合鋼板是由兩種材料復合軋制而成的雙金屬板。它是由覆層（不銹鋼）和基層（碳鋼或低合金鋼）組成。接觸腐蝕介質(zhì)或高溫的一面由不銹鋼板承擔，而結構所需強度和剛度則由碳鋼或低合金鋼板承擔。廣泛用于石油、化工、制藥、制堿和航海等要求防腐和耐高溫的容器和管道等。其中以低合金鋼與奧氏體不銹鋼合成的不銹復合鋼板應用最為廣泛。不銹復合鋼板由于化學成分和物理性能差異很大，其焊接性也存在重大差異，因而不能采用單一的焊接材料和焊接工藝進行焊接，而應將覆層和基層區(qū)別對待。1.焊接方法可以采用焊條電弧焊、埋弧焊、CO2氣體保護焊及惰性氣體保護焊等方法。但覆蓋層常用焊條電弧焊。2.焊接材料焊縫由過渡層、基層和覆層三部分組成，各自的焊接材料選擇如下：1）過渡層焊接材料必須選用其鉻、鎳含量高于覆層中含量的不銹鋼焊接材料。2）基層焊接材料選用與基層材料單獨焊接時相同的焊接材料，并以同樣的焊接工藝焊接。3）覆層焊接材料原則上與單獨焊接不銹鋼時的焊接材料相同，焊接工藝也相同。3、焊接坡口常用的焊條電弧焊對接接頭的坡口形式見表5-15（教材P119）。4、焊接順序不銹復合鋼板對接焊縫順序如圖5-15所示。不銹復合鋼板的搭接接頭和角接接頭形式如圖5-16和圖5-17所示。在待焊區(qū)中碳鋼和不銹鋼共存部位，要選用過渡層的焊接材料。待焊處出現(xiàn)都是碳鋼時，可以按基層所選用的焊接材料進行施焊；同樣，待焊區(qū)都是不銹鋼材料時，選用覆層的焊接材料，但是考慮到焊接熔池的深度，可能將基層熔化，此時，第一層焊縫仍要選用過渡層的焊接材料。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段5.不銹復合鋼板焊接時應注意的問題：1）下料最好采用等離子弧切割等離子切割的割縫質(zhì)量比氧乙炔火焰切割質(zhì)量高，切口光滑，熱影響區(qū)??；2）裝配應以覆層為基準，防止錯邊過大而影響覆層質(zhì)量，定位焊縫盡可能地放在基層面；3）焊前對坡口兩側(cè)20～40mm范圍內(nèi)進行清理；4）焊接過渡層時應選用盡可能小的焊接電流。能力知識點4焊接工程實例0Cr18Ni10Ti+Q345異種鋼焊接工程實例瀝青溶液換熱器中有一道法蘭材質(zhì)為Q345鋼的鍛件，與壁厚為26mm的0Cr18Ni10Ti鋼筒體焊接的工序，為異種鋼的焊接。1）焊接方案的制定在鍛件內(nèi)側(cè)與待焊坡口處堆焊過渡層，然后與筒節(jié)成為同質(zhì)材料的焊接，焊接接頭形式與坡口尺寸如圖5-18所示。2）焊接方法鍛件內(nèi)側(cè)用焊條電弧焊施焊；鍛件與筒體焊接采用焊條電弧焊打底，再用埋弧焊施焊。3）內(nèi)側(cè)過渡層堆焊法蘭盤內(nèi)側(cè)堆焊過渡層并延伸至坡口內(nèi)側(cè)。堆焊前采用丙酮清理坡口內(nèi)側(cè)的油污等污染物，并用氧乙炔火焰進行烘烤，以防止堆焊時產(chǎn)生裂紋和氣孔。堆焊時采用小電流、多層多道焊，焊條選擇及焊接參數(shù)見表5-16。4）要嚴格控制焊接熱輸入，特別是用小的焊接電流和快的焊接速度來將熔合比控制在最小值。裝配時，要求對接接頭處不留任何間隙，最大裝配間隙不能超過1.0mm。正面第一層焊縫用埋弧焊施焊。各層焊接參數(shù)及焊接材料選用見表5-16。正面焊縫全部焊接完畢，背面用碳弧氣刨清根，徹底打磨滲碳層后，進行背面第八層焊縫的焊接，采用焊條電弧焊施焊。焊接接頭內(nèi)部質(zhì)量經(jīng)X光射線探傷滿足JB4730-1994Ⅱ級以上標準。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號25授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：習題課教學目標：重點難點及解決方法：授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學課√內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號26授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：第六章鑄鐵的焊接1、鑄鐵的類型與性能教學目標：知識目標：1、了解鑄鐵的類型2、了解鑄鐵的性能能力目標：掌握鑄鐵的組織素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：強調(diào)白口組織和灰鑄鐵的組織差異。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：（1）．工業(yè)上常用鑄鐵有哪幾種？其中的石墨形態(tài)有何不同？（2）影響鑄鐵組織的因素有哪些？課后小結：通過考核同學們對以上知識能基本掌握。填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．復習引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容習題課鑄鐵是指碳的質(zhì)量分數(shù)大于2.11%的鐵碳合金。工業(yè)常用鑄鐵中碳的質(zhì)量分數(shù)在3.0%～4.5%之間，是以Fe、C、Si為主要組成元素并含有較多Mn、S、P等雜質(zhì)的多元合金。鑄鐵具有良好的鑄造性能，便于鑄造生產(chǎn)形狀復雜的機械零部件；另外還具有成本低，減摩性、減振性和切削加工性好等優(yōu)點，在機械制造業(yè)中獲得了廣泛應用。能力知識點1鑄鐵的種類及成分特點按用途分為工程結構件用鑄鐵和特殊鑄鐵（抗磨鑄鐵、耐熱鑄鐵和耐腐蝕鑄鐵）；按碳的存在形式及石墨形態(tài)不同分為白口鑄鐵、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和蠕墨鑄鐵共五大類。白口鑄鐵中碳絕大部分以滲碳體（FeC3）的形式存在，其斷口呈亮白色，故稱之為白口鑄鐵。滲碳體性能硬而脆，其硬度為800HBW左右，因而白口鑄鐵切削加工困難；主要用于煉鋼原料，很少用于制造機械零件。灰鑄鐵中石墨以片狀形式存在，其斷口呈灰色?；诣T鐵的強度低、塑性差；但灰鑄鐵抗壓強度高、耐磨性好、減振性好、收縮率低、流動性好，且成本低廉，可以鑄造形狀復雜的機械零件，至今仍是工業(yè)中應用廣泛的一種鑄鐵；常用于各種機床的床身及拖拉機、汽車發(fā)動機缸體、缸蓋等鑄件的生產(chǎn)。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段球墨鑄鐵中石墨以球狀形式存在；在高溫鐵液中加入球化劑（稀土金屬、鎂合金和硅鐵等）經(jīng)球化處理后獲得；強度接近于碳鋼，具有良好的耐磨性和一定的塑性，并能通過熱處理改善性能；廣泛用于機械制造業(yè)中，常用于制造曲軸、大型管道、受壓閥門和泵的殼體、汽車減速器外殼及齒輪、渦輪、蝸桿等。可鍛鑄鐵中石墨以團絮狀形式存在；是由一定成分的白口鑄鐵經(jīng)長時間石墨化退火獲得的；與灰鑄鐵相比，具有較好的強度和塑性，耐磨性和減振性優(yōu)于碳鋼；主要用于管類零件和農(nóng)機具等。蠕墨鑄鐵中石墨以蠕蟲狀形式存在；生產(chǎn)方式與球墨鑄鐵相似；具有比灰鑄鐵強度高、比球墨鑄鐵鑄造性能好、耐熱疲勞性能好的優(yōu)點；主要用來制造大功率柴油機氣缸蓋、電動機外殼等。能力知識點2鑄鐵的組織及性能鑄鐵的基體組織一般為鐵素體、珠光體或二者的混合組織，可以認為鑄鐵是在鋼的基體上加上石墨。性能主要取決于石墨的形狀、大小、數(shù)量和分布等。石墨的強度、硬度極低（抗拉強度＜20MPa，硬度HBW≈3），塑性、韌性幾乎等于零，其力學性能遠低于基體組織，故石墨相當于在基體組織中存在無數(shù)個“小裂紋”，不僅降低了鋼的有效承載面積，而且在尖角處還會產(chǎn)生應力集中，促使基體在較低應力作用下產(chǎn)生裂紋擴展甚至斷裂，因此鑄鐵的強度、塑性和韌性比鋼小得多。但正是由于鑄鐵中石墨的存在，使其具有優(yōu)良的鑄造性、切削加工性、減振性、耐磨性和低的缺口敏感性。在灰鑄鐵中，由于片狀石墨對基體有較大的割裂作用，通過改變基體組織不能顯著提高其塑性和韌性，所以生產(chǎn)中只能通過改變基體組織中珠光體的數(shù)量，以改善鑄鐵的硬度和耐磨性，而鑄鐵的強度、塑性和韌性等，則主要由石墨決定。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段球墨鑄鐵中由于石墨呈球狀分布，對基體的分割作用大為減小，故可有效利用基體的強度達70%～80%，因此其力學性能明顯優(yōu)于灰鑄鐵。球墨鑄鐵還可以通過合金化或熱處理等途徑來強化或改變基體組織，以達到提高力學性能的目的鑄鐵中碳的存在狀態(tài)和基體組織決定于鑄件的冷卻速度（壁厚）及化學成分。圖6-1為鑄件壁厚及化學成分對鑄鐵組織的影響，當鑄件壁厚增加時會降低冷卻速度。元素的石墨化作用：促進石墨化的元素如C、Si、Al、Ti、Ni、Cu、P等和阻礙石墨化的元素如S、V、Mo、Cr、Mn等，如圖6-2所示。碳和硅是灰鑄鐵中最重要的元素，碳是形成石墨的基礎，硅是強烈促進石墨化的元素，在鑄造中當冷卻速度一定時，增加碳、硅的質(zhì)量分數(shù)可消除白口組織，調(diào)整碳、硅的質(zhì)量分數(shù)還可獲得不同的基體組織。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號27授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：2、灰鑄鐵的焊接性教學目標：知識目標：了解灰鑄鐵的焊接性能力目標：理解灰鑄鐵的焊接時存在的問題素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：掌握灰鑄鐵焊接時易出現(xiàn)的問題授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：（3）灰鑄鐵焊接時存在哪些問題？（4）灰鑄鐵電弧冷焊時為何會形成白口組織和淬硬組織？應如何解決？課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．復習引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1灰鑄鐵的焊接性焊接性很差，其主要表現(xiàn)是焊接接頭易產(chǎn)生白口和淬硬組織及裂紋。一、焊接接頭白口及淬硬組織灰鑄鐵焊接時，由于熔池體積小，存在時間短，加之鑄鐵內(nèi)部的熱傳導作用，使得焊縫及近縫區(qū)的冷卻速度遠遠大于鑄件在砂型中的冷卻速度。因此，在焊接接頭的焊縫及半熔化區(qū)將會產(chǎn)生大量的滲碳體，形成白口組織。圖6-3是碳和硅的質(zhì)量分數(shù)分別為3%和2.5%的常用灰鑄鐵焊條電弧焊焊接接頭組織變化圖。1．產(chǎn)生原因（1）焊縫區(qū)焊縫為非鑄鐵成分時，不存在白口組織問題；當焊縫為鑄鐵成分時，焊縫基本為白口鑄鐵組織。增大焊接熱輸入，焊縫會出現(xiàn)一定量的灰鑄鐵，但不能消除白口組織。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段（2）半熔化區(qū)組織為共晶滲碳體+二次滲碳體+珠光體的白口鑄鐵。（3）奧氏體區(qū)若冷卻速度較慢時，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織；若冷卻速度較快時，奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。熔焊時采取適當工藝措施使該區(qū)域緩冷，可使奧氏體直接析出石墨，而避免二次滲碳體的析出，同時可防止馬氏體的形成。灰鑄鐵焊接接頭的白口化問題是指焊縫及半熔化區(qū)易出現(xiàn)白口組織。2．防止措施常用方法:改變焊縫的化學成分或降低焊接冷卻速度。二、焊接冷裂紋1．焊接冷裂紋產(chǎn)生的原因灰鑄鐵焊接接頭的裂紋主要是冷裂紋，其產(chǎn)生原因主要有以下幾個方面：（1）灰鑄鐵本身強度低，基本無塑性，承受塑性變形的能力幾乎為零，因此容易引起開裂。（2）焊接過程對焊件的局部加熱和冷卻，勢必使焊件產(chǎn)生焊接應力，焊接應力是導致焊件產(chǎn)生裂紋的又一重要原因。（3）焊接接頭的白口組織和淬硬組織又硬又脆，不能產(chǎn)生塑性變形，在受到應力作用時容易引起開裂，嚴重時會使焊縫與熱影響區(qū)交界的整個界面開裂而分離。2．防止灰鑄鐵冷裂紋的措施灰鑄鐵焊接冷裂紋產(chǎn)生的主要原因是焊接應力，避免裂紋產(chǎn)生也主要是從降低焊接應力著手。（1）預熱防止鑄鐵型焊縫冷裂紋最有效的方法是對焊件進行整體預熱（550～700℃），使溫差減小，降低焊接應力，同時促進焊縫金屬石墨化，并要求焊后在相同溫度下消除應力。（2）焊接材料采用鎳基或銅基焊接材料，使焊縫成為塑性良好的非鐵合金，對冷裂紋不敏感。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段（3）工藝措施用異質(zhì)焊接材料焊接灰鑄鐵時，常采用“短段焊”、“斷續(xù)焊”等工藝措施，并及時錘擊焊縫，使焊縫金屬發(fā)生塑性變形，以減小和消除焊接應力。另一工藝措施是采用小規(guī)范焊接，較小的焊接電流既可減小熱輸入，又可減小熔合區(qū)白口及淬硬層寬度，從而減小焊接應力，有利于防止裂紋。三、焊接熱裂紋灰鑄鐵焊接的熱裂紋大多為結晶裂紋。當焊縫為鑄鐵時，由于液態(tài)鐵在凝固過程中析出石墨，體積膨脹且流動性好，不會形成熱裂紋。但采用低碳鋼焊條或鎳基鑄鐵焊接材料時，焊縫有較大的熱裂紋傾向。解決方法：在冶金方面可通過調(diào)整焊縫化學成分，加入稀土元素，增強焊縫脫硫、磷能力，以及細化晶粒等途徑，提高焊縫抗熱裂紋能力。在焊接工藝方面，采用正確的冷焊工藝，使焊接應力降低、使母材中的有害雜質(zhì)較少熔入焊縫等，均有助于防止焊接熱裂紋的產(chǎn)生。由以上分析可知，灰鑄鐵焊接接頭裂紋傾向較大，這主要與灰鑄鐵本身的性能特點、焊接應力、接頭組織及化學成分等因素有關。為防止焊接裂紋，在生產(chǎn)中主要是采取減小焊接應力、改變焊縫合金系統(tǒng)及限制母材中雜質(zhì)熔入焊縫等措施。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號28授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：3、球墨鑄鐵的焊接教學目標：知識目標：了解球墨鑄鐵的焊接性能力目標：熟悉球墨鑄鐵的焊接工藝特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：舉例說明球墨鑄鐵的焊接工藝。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：球墨鑄鐵對焊接接頭的要求與灰鑄鐵有何不同？課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．復習引入10分鐘2．講解45分鐘3．提問20分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容能力知識點1球墨鑄鐵的焊接性焊接性比灰鑄鐵差。主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）球墨鑄鐵的白口化傾向和淬硬傾向比灰鑄鐵大；（2）焊接接頭力學性能要求高由于球墨鑄鐵的強度、塑性和韌性比灰鑄鐵高，因此，為保證焊接接頭與母材等強匹配，要求接頭的強度和塑性較高。能力知識點2球墨鑄鐵的焊接工藝要點球墨鑄鐵的焊接主要是鐵素體球墨鑄鐵和珠光體球墨鑄鐵的焊接。鐵素體球墨鑄鐵的抗拉強度為400～500MPa，斷后伸長率高達10%～18%；珠光體球墨鑄鐵的抗拉強度提高到600～800MPa，斷后伸長率下降到2%～3%；鐵素體+珠光體混合組織球墨鑄鐵的力學性能介于二者之間。球墨鑄鐵良好的力學性能對焊接提出了較高的要求，并且球墨鑄鐵力學性能接近于鋼，焊接方法不僅用于球墨鑄鐵件的缺陷補焊，還用于球墨鑄鐵之間、球墨鑄鐵與其他金屬的焊接結構制造。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段目前，球墨鑄鐵焊接最常用的方法是氣焊和焊條電弧焊。1．氣焊由于氣焊具有火焰溫度低、加熱及冷卻速度緩慢的特點，對降低焊接接頭的白口及淬硬組織的形成是有利的。另外由于火焰溫度低，還可以減少球化劑的蒸發(fā)（鎂的沸點為1070℃，釔的沸點為3038℃），有利于保證焊縫獲得球墨鑄鐵組織。氣焊的不足之處在于，補焊效率低，焊接變形較大，因此，適用于新鑄件小缺陷的補焊。2．同質(zhì)焊縫（球墨鑄鐵型焊縫）焊條電弧焊要求完全避免白口組織需要高溫預熱（700℃）；如果焊后鑄件需要進行整體熱處理，可以采用較低的預熱溫度（500℃）。為了保證焊接接頭具有足夠的強度、塑性和韌性，球墨鑄鐵焊后應進行正火或退火熱處理。3．異質(zhì)（非球墨鑄鐵型）焊縫電弧冷焊主要采用鎳鐵鑄鐵焊條（EZNiFe-1）和高釩鑄鐵焊條（EZV）。其工藝與灰鑄鐵焊接工藝基本相同。但由于球墨鑄鐵淬硬傾向較大，在氣溫較低或焊接較厚大的工件時，應適當預熱，預熱溫度為100～200℃。焊接電流應在保證熔合良好的前提下，采用盡量小的電流值，如φ3.2mm焊條，采用90～100A焊接電流；φ4.0mm焊條，采用135～145A焊接電流。高釩鑄鐵焊條只能用于非加工面的焊接。鎳基鑄鐵焊條用于加工面的焊接多。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號29授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：習題課教學目標：重點難點及解決方法：授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案首頁學年第學期機械工程學院材料技術系（部）焊接技術及自動化教研室課程名稱金屬材料焊接工藝任課教師授課形式理論教學√課內(nèi)實踐□理實一體□習題復習□考核評價□其他活動□課時安排2課時序號30授課日期月日月日月日月日授課班級教學內(nèi)容：第七章非鐵金屬材料及其焊接工藝1、鋁及鋁合金的焊接教學目標：知識目標：了解鋁及鋁合金的焊接性能力目標：掌握鋁及鋁合金的特點素質(zhì)目標：1、培養(yǎng)學生良好的操作習慣2、具有與人溝通、與人合作的社會交往能力重點難點及解決方法：要求學生熟悉鋁及鋁合金的焊接工藝特點。授課地點：教室教學媒體：投影儀設備及材料：其它資源：學習效果評價方式：課堂提問及作業(yè)作業(yè)和思考題：鋁及鋁合金焊接時為何容易出現(xiàn)氣孔？應如何防止氣孔的產(chǎn)生？純鋁及不同類型的鋁合金焊接應選用什么成分的焊絲比較合理？課后小結：填表說明：1.序號，指該課程授課的順序號，應與授課計劃一致；2.授課形式在相應的選項打“√”。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段一、教學組織1．引入10分鐘2．講解50分鐘3．提問15分鐘4.小結15分鐘二、教學內(nèi)容在工業(yè)生產(chǎn)中通常把金屬材料分為兩大類：鐵金屬材料和非鐵金屬材料。例如，鋼、鑄鐵、不銹鋼、鉻、錳屬于鐵金屬材料；除此之外的一切金屬，如鋁、鎂、銅、鈦、錫、鉛等金屬及其合金統(tǒng)稱為非鐵金屬材料，也稱為有色金屬材料。許多非鐵金屬材料具有鐵金屬材料不可替代的特殊性能。例如，鋁、美及其合金與鐵金屬材料相比，具有密度小、比強度高的特點，因此在航空航天、電工、化工、國防等工業(yè)部門得到廣泛應用。能力知識點1鋁及鋁合金的類型及性能特點鋁具有密度小、耐蝕性好、導電性及導熱性高等良好性能。鋁的資源豐富，特別是在鋁中加入各種合金元素而成的鋁合金，強度顯著提高，使用非常廣泛。工業(yè)純鋁：鋁的質(zhì)量分數(shù)為99.0%～99.7%，還含有少量的Fe和Si及其它雜質(zhì)。鋁合金：工業(yè)純鋁的強度較低，不能用來制造承受載荷很大的結構，所以使用受到限制。在純鋁中加入少量合金元素，能大大改善鋁的各項性能，例如Cu、Si和Mn能提高強度，Ti能細化晶粒、Mg能防止海水腐蝕、Ni能提高耐熱性等，因此在工業(yè)上大量使用的是鋁合金。1．鋁及鋁合金的分類填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段按合金化系列，鋁及其合金分為工業(yè)純鋁（1×××系）、鋁銅合金（2×××系）、鋁錳合金（3×××系）、鋁硅合金（4×××系）、鋁鎂合金（5×××系）、鋁鎂硅合金（6×××系）、鋁鋅鎂銅合金（7×××系）。按熱處理方式，鋁合金分為非熱處理強化鋁合金和熱處理強化鋁合金。前者只能變形強化，后者既能變形強化，也可熱處理強化。按產(chǎn)品成形方法不同，分為變形鋁及鋁合金、鑄造鋁合金。非熱處理強化鋁合金又稱防銹鋁，如牌號3A21（LF21）等，可通過加工硬化、固溶強化來提高力學性能，特點是強度中等、塑性及耐蝕性好，焊接性良好，在焊接結構中應用最廣泛（Al-Mn和Al-Mg系合金）。熱處理強化鋁合金是通過固溶、淬火、時效等工藝措施提高力學性能，經(jīng)熱處理后可顯著提高抗拉強度，但焊接性較差，熔焊時易產(chǎn)生焊接裂紋，焊接接頭力學性能下降。2．鋁及其合金的牌號、成分及性能純鋁牌號以國際四位數(shù)字體系表達：如1A99表示鋁的質(zhì)量分數(shù)為99.99％的原始純鋁；1B99表示鋁的質(zhì)量分數(shù)為99.99％的改型純鋁；1070表示雜質(zhì)極限含量無特殊控制、鋁的質(zhì)量分數(shù)為99.70％的純鋁；1235表示對兩種雜質(zhì)極限含量有特殊控制、鋁的質(zhì)量分數(shù)為99.35％的純鋁。常用的純鋁牌號有1A99、1A97、1A93、1A90、1A85、1A70、1060、1050、1035、1200。純鋁的主要用途是代替貴重的銅合金，制作導線、電器元件及換熱器件；制作各種要求質(zhì)輕、導熱、耐大氣腐蝕但強度不高的器具；配制各種鋁合金。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段變形鋁合金的牌號也用四位國際字符體系來表示。例如，2A11表示鋁銅原始合金；5A05表示鋁鎂原始合金，5B05表示鋁鎂改型合金。牌號中第一、三、四位為阿拉伯數(shù)字，第二位為英文大寫字母Ａ、Ｂ或其他字母（有時也用數(shù)字）。第一位數(shù)字為2～9，表示變形鋁合金的不同組別，其中“2”表示鋁銅合金，“3”表示鋁錳合金，“4”表示鋁硅合金等；最后兩位數(shù)字為合金的編號，沒有特殊意義，僅用來區(qū)分同一組別中的不同合金；如果第二位字母為A，則表示原始合金，如果是B或其他字母，則表示原始合金的改型合金，如果是數(shù)字，則0表示原始合金，1～9表示改型合金。能力知識點2鋁及鋁合金的焊接性純鋁的熔點低（660℃），熔化時顏色不變，難以觀察到熔池，焊接時容易塌陷和燒穿；熱導率是低碳鋼的3倍，散熱快，焊接時不易熔化；線脹系數(shù)是低碳鋼的2倍，焊接時易變形；在空氣中易氧化生成致密的高熔點氧化膜Al2O3（熔點2050℃），難熔且不導電，焊接時易造成未熔合、夾雜并使焊接過程不穩(wěn)定。因此鋁及其合金的焊接性比低碳鋼差，合金種類不同，焊接性也有一定差別，概括起來有以下幾個問題。一、易氧化二、能耗大三、容易產(chǎn)生氣孔四、容易形成焊接熱裂紋鋁合金母材的合金系統(tǒng)及合金成分對焊接熱裂紋的產(chǎn)生有根本性的影響。一般來講，純鋁的裂紋傾向最小，含銅的鋁合金裂紋傾向最大，添加鎂、鋅、硅等合金元素對裂紋有不同程度的影響。如圖7-7所示。對含有銅的硬鋁（Al-Cu-Mg）和超硬鋁（Al-Zn-Cu-Mg）合金，目前很難用熔焊方法獲得沒有裂紋的焊接接頭，所以一般不能選用熔焊方法制造硬鋁和超硬鋁焊接結構。填表說明：1.本頁可續(xù)頁；2.教學方法如：項目教學、案例分析、分組討論、角色扮演、啟發(fā)引導等；3.教學手段如：課件演示、模型講解、實物講解、掛圖講解、視頻講解、網(wǎng)絡課程等。授課教案教學內(nèi)容及過程時間分配方法及手段3．焊接熱裂紋的防止途徑（1）選擇適當焊接材料以調(diào)整焊縫化學成分由于鋁合金為共晶型合金，少量易熔共晶會增大結晶裂紋傾向，但當易熔共晶數(shù)量很多時，反而會產(chǎn)生對裂紋的“愈合”作用，使裂紋傾向減小。采用TIG焊焊接Al-Mn和Al-Mg合金的T形接頭時，選用不同含鎂量的焊絲，裂紋結果如圖7-8所示（2）選擇合適的焊接方法和焊接參數(shù)熱能集中的焊接方法