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1、道虽迩，不行不至；事虽小，不为不成。 荀子修身,播种行为就收获习惯， 播种习惯就收获性格， 播种性格就收获命运。,思考题：常见的连接方式有哪一些？,1、机械连接； 2、焊接； 3、粘接（胶接）；,焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：利用加热或者同时加热加压的方法，使分离的金属零件形成原子间的结合，从而形成新的金属结构。 连接方法分类 可拆式连接：螺纹联接、摩擦联接等 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接等,第三章 焊接,教 学 重 点,电弧焊过程、特点及应用，常用金 属材料的焊接，焊接结构设计等。,教 学 难 点,本篇重点与难点,常用金属材料的焊接，焊接结构设 计，焊接应
2、力与变形等。,用加热或加压力等手段，借助金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来的方法。,焊接动画,第三章 焊接,熔（化）焊：将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。主要包括：电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。,压力焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法称为压焊。主要包括：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。,钎焊：钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属（称为钎料），将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间隙并与固态母材通过扩散实现连接焊件的方法。,焊接成形的分
3、类,主要焊接方法,压力焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,扩散焊,高频焊,钎焊,软钎焊,硬钎焊,熔 焊,电弧焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手工电弧焊,气体保护焊,埋弧焊,电阻焊,焊接成形的特点, 接头牢固、密封性好、承压能力高 。, 可化大为小、以小拼大。, 可实现异种金属的连接。, 省料、重量轻、加工装配简单。, 焊接结构不可拆卸 。,1）焊接结构是不可拆卸的，更换修理不便 ； 2）焊接接头的组织和性能往往要变坏； 3）要产生焊接残余应力和焊接变形； 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等。,优点：,缺点：,焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力
4、容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。,焊接成形的应用,气门芯,第三章 焊接,电弧焊,其他常用焊接方法,常用金属材料的焊接,焊接结构设计,主要内容,1-1 焊接电弧,一、电弧焊焊接过程,形成熔池,形成焊缝,第一节 电弧焊,熔化,工件 焊芯,手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件熔化而进行焊接的。焊接时,焊工手握夹着焊条的焊钳进行焊接, 在电弧高热的作用下，被焊金属局部熔化，在电弧的吹力作用下，被焊金属上形成了凹坑。这个凹坑称为熔池。焊条作为一个电极,其端部在电弧的作用下不断被熔化,形成熔滴，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池
5、当中,随着电弧的向前移动,熔池尾部液态金属逐步冷却结晶,最终形成焊缝。电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体金属起物理化学作用，所形成的熔渣和气体可防止空气中氧、氮的侵入，其保护熔化金属的作用。,二、焊接电弧,1 . 焊接电弧的概念,在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。,电弧焊,手工电弧焊,气体保护焊,埋弧焊,熔化焊,焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触,发生短路.强大的短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速,的电子撞击焊条端头与焊件间的
6、空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向负极。这些带电质点的定向运动形成了焊接电弧。焊接电弧的最高温度可达6000-8000K，并发出大量紫外线和红外线，对人体有害，因此应用面罩及手套保护眼睛和皮肤等。,焊接电弧的产生,2 . 焊接电弧的构造及热量分布,阴极区：电子发射区,阳极区：受电子轰击区域，,弧柱区：阴、阳两极间区域，,热量约占36%，平均温度2400K；,热量约占43%，平均温度2600K；,几乎等于电弧长度，热量21%，弧柱中心温度可达60008000K。,焊接电弧分三个区域,（2)交流电源焊接时，不存在正、反接问题。,（1)直流电源焊接 正接法：焊件接电源正
7、极，焊条接负极 。 反接法：焊件接电源负极，焊条接正极。 选择极性时，主要根据焊条的性质与焊件的厚度。 正接时，工件上热量较大，可保证有较大的熔深,用于厚件焊接（酸性焊条）；反接法用于薄板和有色金属焊接（碱性低氢焊条）。,3 . 电弧的极性及应用,1-2 焊接接头的组织与性能,焊接接头,焊缝区,焊接热影响区,1 焊缝区,熔池金属冷却结晶所 形成的铸态组织。,2 焊接热影响区,焊缝两侧的母材，由于 焊接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。,焊接热影响区,熔合区,过热区,正火区,部分相变区,焊缝热影响区, 熔合区,焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）,加热温度：,T液T固,强度、塑性、韧
8、性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。, 过热区,加热温度：,T固1100 ,塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。,在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）, 正火区,在热影响区内相当于受到 正火处理的区域。（1.2-4mm）,力学性能优于母材。, 部分相变区,在热影响区内发生部分相变 的区域。,力学性能较母材稍差。,力学性能最差的区域：,熔合区和过热区,在焊接过程中热影响区是不可避免的。熔合区与过热区对焊接质量影响最大，应尽量减少它们的宽度。对于普通焊接结构件，热影响区造成的不利影响对使用功能影响不大，因此焊后不用特别处理。 但对于重要结构件，则必须采取措施，保证焊接性能。 1）
9、一般采用焊后正火热处理，改善焊缝及热影响区的组织性能，使其晶粒细化。 2）对于焊后不能热处理的结构件，则必须采用恰当的焊接方法及焊接工艺。如: 小电流、快速焊接； 采用先进的焊接方法。,改善热影响区组织性能的方法,低碳钢焊接接头的组织、性能变化如右图所示，熔合区和过热区性能最差，热影响区越小越好，其影响因素有焊接方法、焊接规范、接头形式等。 3. 影响焊接接头性能的因素 焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。具体有：,1）焊接材料、焊丝和焊剂都要影响焊缝的化学成分。 2）焊接方法，一方面影响组织粗细，一方面影响有害杂质含量。,低碳钢焊接接头的性能分布,3）焊接工艺。焊接时，为保证焊接质量
10、而选定的诸物理量（如焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等）的总称，叫焊接工艺参数。线能量:指熔焊时，焊接能源输入给单位长度焊缝上的能量。显然焊接工艺参数，影响焊接接头输入能量的大小，影响焊接热循环，从而影响热影响区的大小和接头组织粗细。 4）焊后热处理：如正火，能细化接头组织，改善性能。 5）接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。,焊接接头的主要缺陷,气孔 焊接时熔池中的气泡 在焊缝凝固时未能逸 出而形成的空穴。,夹渣 夹渣是焊后残留在 焊缝中的熔渣。,未焊透 未焊透是焊接接头 根部未完全熔透的 现象。,焊接裂纹 是由于焊接残余应力 较大而在
11、焊缝或热影 响区产生的裂纹。,1-3 焊接应力与变形,焊接过程中工件局部的不均匀加热和冷却是产生焊接应力与变形的根本原因。 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。在焊接结构中，焊接应力与变形既同时存在，又相互制约。要使焊接应力减小，应允许被焊工件有适当的变形。一般，当焊接结构刚度较小或被焊工件材料塑性较大时，焊接变形较大，焊接应力较小；相反，焊接变形较小，焊接应力较大。,1-3 焊接应力与变形,焊接应力状态： 焊缝区域拉应力 两侧冷金属压应力,焊 接 应 力,一般情况下，焊件塑性好，结构刚度小时，焊件收缩容易，焊件变形大，焊接应力小；反之焊接变形小，焊接应力大。对吗？,
12、焊件焊后的变形形式主要有： 尺寸收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。,焊 接 变 形,收缩变形 由于焊缝的纵向（沿焊缝方向）和横向（垂直于焊缝方向）收缩，引起焊缝的纵向收缩和横向收缩。,焊 接 变 形,角变形 V形坡口对接焊，由于焊缝截面形状上下不对称，造成焊缝上下横向收缩量不均匀而引起角变形。 弯曲变形 T形梁焊接后，由于焊缝布置不对称，焊缝多的一面收缩量大，引起弯曲变形。,焊 接 变 形,扭曲变形 工字梁焊接时，由于焊接顺序和焊接方向不合理引起扭曲变形，又称螺旋形变形。 波浪形变形 由于焊缝收缩时薄板局部引起较大的压应力而失去稳定，焊后使构件呈波浪形。这种变形容易发生在薄板焊
13、接中。,焊 接 变 形,1）增加结构工作时的应力，降低承载能力； 2）引起焊接裂纹，甚至脆断； 3）促使产生应力腐蚀裂纹； 4）残余应力是一种不稳定状态,衰减会产生变形，引起形状、尺寸不稳定。,1）使工件形状尺寸不合要求； 2）影响组装质量； 3）矫正焊接变形很费工时，增加成本，降低接头塑性； 4）使结构形状发生变化，并产生附加应力，降低承载能力。,1-3 焊接应力与变形,焊接应力：,焊接变形：,焊接应力与变形的危害,工艺措施,焊接应力及变形的预防、消除措施,焊缝不要密集交叉， 截面和长度应尽可能小。(P154),合理选择焊接次序。,1 4 3 2,1,2,3,4,5,6,1 2 3 4,焊接
14、应力及变形的预防、消除措施,1,4,5,2,3,6,焊前反变形,焊后,焊前预弯反变形,焊后,焊接应力及变形的预防、消除措施,采用反变形方法,根据经验在工件下料尺寸上加一定裕量，通常为0.1%0.2%，以弥补焊后的收缩变形。 当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。,采用定位焊组装也可防止焊接变形。,加裕量法,刚性固定法,采用对称焊和分段倒退焊,采用多层多道焊，能减少焊接变形,焊接应力及变形的预防、消除措施,对于焊后变形小，但 已超过允许值的焊件的 焊接变形常采用: 机械矫正 火焰矫正,机 械 矫 正 法,火 焰
15、矫 正 法,焊接应力及变形的预防、消除措施,机械矫正法 严重的焊接变形应消除，常采用机械矫正法，通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。,火焰矫正法 利用氧乙炔焰对焊件适当部分加热，利用加热时的压缩塑性变形和冷却时的收缩变形来矫正原来的变形。适用于低碳钢和没有淬硬倾向的普通低合金钢。,1-4 焊条电弧焊(手工电弧焊),一、焊接过程,熔化,焊缝,药皮熔化+液态金属,熔渣,特点是什么?, 要得到一个合格的焊缝也不是一件容易的事。,1. 电焊条的组成及作用,电焊条,焊条芯,药皮(涂料),焊缝填充材料 填充焊缝,电极传导电流 导电,脱氧保护作用,冶金作用,稳定电弧作用等,焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝
16、。 焊芯牌号：H+材料牌号（H08，H08Mn2Si）,药皮必须含有造气剂和造渣剂。还应含有稳弧剂和合金化剂，以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。,焊条药皮 “作用”非常重要,焊条芯性能、化学成分、 规格GB1300-77 已标 准化,二、电焊条（焊条）,2.电焊条的分类与牌号,根据药皮的性质及其作用，焊条分为：酸性焊条和碱性焊条。,酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物比碱性氧化物多。具有良好的工艺性能，交直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧度，不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故用于一般结构件的焊接。 碱性焊条：工艺性能差，要求用直流电源施焊，但焊接质量好，用于重要的结构件及焊接性较差金属的焊接。,按用途分为：电焊条的分类,碳钢焊条,低合金钢焊条,不锈钢焊条,堆焊焊条,铸铁焊条,镍及镍合金焊条,铜及铜合金焊条,铝及铝合金焊条,
