模塊2 化學(xué)能源及其焊接和加工《焊接科學(xué)與工程》教學(xué)課件

第X章XXXX模塊2

化學(xué)能源及其焊接和加工第二章化學(xué)能源及其焊接和加工2.1氣焊和火焰加工熱源及其應(yīng)用2.2氫氣能源及其焊接與切割2.3鋁熱源2.1氣焊和火焰加工熱源及其應(yīng)用特點(diǎn)：氣體的火焰作為熱源燃料：乙炔、氫氣、石油蒸汽、天然氣、其它燃?xì)庾畛Ｓ茫阂胰病紵幕鹧鏌崃孔罴?、溫度最高，適用于作焊接熱源助燃?xì)怏w：氧氣2.1.1火焰熱源所用氣體1、乙炔(C2H2)由瓶裝乙炔通過(guò)降壓壓力表,再通過(guò)阻火器(防止回火)供給焊槍或割槍作為燃?xì)?其肩部設(shè)有易熔栓,溫度在106度熔化,乙炔緩慢溢出而避免爆炸.瓶裝乙炔優(yōu)點(diǎn):方便、安全、節(jié)約電石和水、無(wú)廢渣處理之憂。容積40L、瓶體白色、“乙炔”紅漆2.1.1火焰熱源所用氣體2、氧氣焊接中的助燃?xì)怏w，由氧氣瓶通過(guò)降壓壓力表供給焊槍或割槍作助燃劑，在氣割中還分出一路作切割氧。容積40L、瓶體天藍(lán)、“氧”黑漆2.1.1火焰熱源所用氣體3、其它氣體氧-丙烷、氧-甲烷、氫-氧、石油氣、汽油蒸汽。2.1.1火焰熱源所用氣體4、氣體量的計(jì)算氣體的壓力P與體積V成反比，P1/P2=V2/V1，即P1V1=P2V2，氧氣瓶一般容量是40L，以15MPa的壓力將氧氣壓入瓶?jī)?nèi)，這時(shí)瓶?jī)?nèi)折合一個(gè)大氣壓時(shí)的氧量為V1=P2V2/P1=15×40×10=6000L2.1.2氧-乙炔火焰熱源氧-乙炔氣體混合后，點(diǎn)火劇烈燃燒為火焰，反應(yīng)如下：2.1.2氧-乙炔火焰熱源氧和乙炔的比例一般在1-1.2之間，為中性焰（標(biāo)準(zhǔn)焰），這時(shí)火焰高溫區(qū)為還原性氣氛可防止氧化，外焰可起隔絕空氣起保護(hù)作用。小于1時(shí)為碳化焰，火焰長(zhǎng)而軟，出現(xiàn)黑煙，焊接時(shí)金屬易增碳，降低焊縫質(zhì)量，很少使用。大于1.2時(shí)為氧化焰，火焰短，氧富余，氧化金屬，焊縫性能降低，一般不用?？捎煤笜屔系拈y門調(diào)節(jié)氧和乙炔比例來(lái)獲得所需的火焰性質(zhì)。2.1.2氧-乙炔火焰熱源切割火焰切割是高溫氧化過(guò)程，即要用中性火焰來(lái)加熱金屬到達(dá)高溫后，立即要用放出的切割氧使高溫金屬氧化，因此火焰中多了一個(gè)高壓切割氧，氧與鐵反應(yīng)生成氧化鐵，同時(shí)放出大量的熱量，加熱待切金屬，以不斷繼續(xù)切割。高壓氧的另一個(gè)作用是吹去氧化物。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用氧-乙炔火焰是焊接及火焰加工最常用的熱源，可用于氣焊、加壓氣焊、火焰粉末噴涂、火焰熔絲噴涂于氣割，是應(yīng)用最廣的火焰加工工藝。其設(shè)備及供氣系統(tǒng)相同，不同的是工具具有一定的區(qū)別。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用1、氣焊用火焰還原區(qū)的高溫高熱量加熱焊接部位和焊絲到熔化狀態(tài)形成熔池，共同凝固結(jié)晶成為焊縫。氣焊生產(chǎn)效率低，焊接熱影響區(qū)寬，焊接變形大，故大多由手工電弧焊代替，但在一些薄工件或低熔點(diǎn)金屬焊接中由于有火焰的保護(hù)，故能用光焊絲焊接，同時(shí)不用電源，便于在一些無(wú)電區(qū)域焊接；另，集清理、預(yù)熱和焊接設(shè)備為一體，便于焊修工作，目前應(yīng)用仍較多。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用2、火焰釬焊把被焊金屬用火焰加熱到非熔化狀態(tài)，將較低熔點(diǎn)的焊料熔化填入到焊接部位，依靠潤(rùn)濕和毛細(xì)管作用吸附在母材上，通過(guò)相互擴(kuò)散作用達(dá)到冶金結(jié)合。結(jié)合強(qiáng)度低，只適用于搭接。焊前要清除工件表面氧化膜，還要添加焊劑以除去釬焊過(guò)程中的氧化膜，增加潤(rùn)濕和毛細(xì)管作用而提高結(jié)合強(qiáng)度。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用3、氣壓焊對(duì)焊接部位同時(shí)加熱到表面熔化狀態(tài)或塑性狀態(tài)（不添加焊接材料），然后加以壓力使其焊接處冶金結(jié)合。要用形狀與工件接頭處形狀相適應(yīng)的多火焰炬來(lái)對(duì)該處同時(shí)加熱，另外還需要加壓設(shè)備來(lái)完成加以過(guò)程。氣壓焊是鋼軌焊接的一種重要方法。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用4、火焰粉末噴涂火焰粉末噴涂用的焊槍與氣焊基本相同，只是外加一送粉斗，將合金粉末通過(guò)重力和槍內(nèi)低壓區(qū)的吸力送入噴槍，在火焰中熔化或軟化，利用火焰氣流噴到并嵌入溫度相當(dāng)?shù)偷臋C(jī)體形成機(jī)械結(jié)合。如噴涂后停止加粉用火焰加熱重熔，由于基體表面溫度的提高，通過(guò)共同結(jié)晶或原子擴(kuò)散也可達(dá)到冶金結(jié)合，這時(shí)改稱為噴焊或重熔。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用5、火焰絲噴涂火焰絲噴涂與火焰粉末噴涂不同的是將噴絲在火焰中熔化，同時(shí)通過(guò)壓縮空氣使熔滴?；瘒姷讲⑶度霚囟认喈?dāng)?shù)偷幕w形成機(jī)械結(jié)合。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用6、氣割用氧-乙炔火焰先將金屬預(yù)熱到高溫，然后通入氧氣使其劇烈氧化并吹去氧化物。氣割原理是一個(gè)氧化過(guò)程1）要求金屬在氧內(nèi)的燃點(diǎn)低于熔點(diǎn)，否則形成熔割使切口凹凸不平，質(zhì)量很差。鑄鐵一般不用氣割。2）金屬所形成的氧化物的熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬，且流動(dòng)性好，否則難以切割，如高合金鋼。3）金屬燃燒時(shí)所放出的熱量越大導(dǎo)熱性越差，越易切割。有色金屬導(dǎo)熱性高，熔點(diǎn)低，燃燒生成熱少，有的易生成高熔點(diǎn)氧化物，故難以切割。2.1.3氧-乙炔火焰焊接及加工的設(shè)備、工具系統(tǒng)及其應(yīng)用7、氧溶劑切割和氧氣切割氧溶劑切割——用一管狀送粉器裝富鐵鐵粉，當(dāng)其進(jìn)入切割氧通道時(shí)迅速氧化生熱作為外加熱量提高溫度，也可加入一些降低氧化物熔點(diǎn)的溶劑以利于排渣。氧氣切割——待切金屬加熱至高溫后，立即通氧開(kāi)始切割。8、其他火焰加工焊接修復(fù)中，現(xiàn)場(chǎng)焊接的表面清理、缺欠挖割、焊前預(yù)熱、焊后正火及表面淬火處理等2.1.4氧-乙炔氣體火焰所用工具及設(shè)備1、調(diào)壓器2、焊槍3、割炬4、切割機(jī)5、數(shù)控切割機(jī)2.2氫氣能源及其焊接與切割2.2.1氫原子焊氫原子焊是一種早期應(yīng)用的氣電聯(lián)合焊接，有的地方將其歸為化學(xué)焊。其方法是將氫氣通入一兩鎢極間的電弧中，氫分子到電弧焊分解為[H]吸熱，遇到冷金屬聚合為H2放熱焊接。電弧高溫下：H2=2[H]-Q（吸熱）金屬低溫下：2[H]=H2+Q（放熱）外層氣流：2H2+O2=2H2O+Q（保護(hù)層）特點(diǎn)：熱能充分利用，溫度高達(dá)5540度，熱源獨(dú)立，可熔化高熔點(diǎn)金屬。2.2.2水蒸氣保護(hù)焊2.2.3氫-氧焰焊接及加工原料為水，生成物為水蒸氣，無(wú)CO和CO2氣體的排放，是一種節(jié)能又環(huán)保的加熱能源。氫-氧的發(fā)熱量和加熱溫度比氧-乙炔焰低，但耗氧比低，安全性好，用于低熔點(diǎn)金屬焊接、釬焊、塑料焊接、噴涂，特別是切割、預(yù)熱、清理、預(yù)熱熱處理有良好的效果。2.3鋁熱焊鋁熱焊是用金屬氧化物與鋁粉的化學(xué)反應(yīng)所放出熱，加熱待焊接頭到熔化狀態(tài)，使熔化的填充金屬與熔化的母材共同結(jié)晶為一整體焊接接頭。按熱源分屬化學(xué)焊按焊接過(guò)程分屬熔化焊原理：氧對(duì)鋁的親和力遠(yuǎn)大于鐵、銅、鎳、鉻和錳等元素，用鋁還原金屬氧化物，放出熱量，加熱焊接部位至熔化狀態(tài)，以還原出的金屬作為填充金屬與熔化的母材共同結(jié)晶。2.3鋁熱焊2.3鋁熱焊鋁熱焊的化學(xué)反應(yīng)，由引燃劑引燃，所產(chǎn)生的熱量足以將附近的鋁熱焊劑引燃（約1204度）并立即起化學(xué)反應(yīng)，其化學(xué)反應(yīng)是非爆炸性的，約不到一分鐘即可完成。2.3鋁熱焊鋁熱焊過(guò)程及應(yīng)用鋁熱焊實(shí)質(zhì)上是用液體成型（鑄造）的方法進(jìn)行焊接。不同的是，不是用加熱爐來(lái)熔化金屬和完成冶金過(guò)程，然后注入鋼水包再澆注到型框中凝固成型，而是在坩堝內(nèi)的鋁熱劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的金屬盒熔渣立即注入要焊部位的型框中凝固成型。2.3鋁熱焊鋁熱焊材料鋁熱焊劑配比的基本組成是三份氧化鐵皮和一份鋁制成細(xì)顆粒狀。用Mg或過(guò)氧化物和鉻酸鹽組成的引火劑引燃即起化學(xué)反應(yīng)。1kg的鋁熱劑的生成物為0.524kg的鐵和0.476kg的熔渣。為增加焊縫金屬量，常加鋼屑2.3鋁熱焊鋁熱焊材料有時(shí)