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1、4-2 常用熔焊方法,4 焊接,一、焊条电弧焊,利用电弧作为热源,用手工操纵焊条进行焊接的方法。 手工操作:引燃电弧送进焊条沿焊缝移动焊条 特点: 设备简单、操作灵活; 可焊多种金属材料; 室内外焊接效果接近; 对焊工操作技术水平要求较高; 生产效率低。,焊条电弧焊焊接过程,1、焊接电弧,(1)焊接电弧产生 (2)焊接电弧结构,(2)焊条分类 按用途不同分为10大类: 结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈 钢焊条、堆焊焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条等。 结构钢焊条 包括:碳钢焊条和低合金钢焊条两大类。 按药皮性质不同又分为酸性焊条和碱性焊条两种
2、酸性焊条:药皮中含有多量酸性氧化物,如SiO2,MnO2等 碱性焊条:药皮中含有多量碱性氧化物(如CaO等)和萤石 (CaF2),药皮产生的保护气体中氢含量极少, 又称低氢焊条。,(3)焊条型号和牌号 焊条型号是国家标准中规定的焊条代号。 焊接结构中应用最广的碳钢和低合金钢焊条,国家标准规定焊条型号由字幕“E”和4位数字组成。 在我国已公布的碳钢焊条牌号中,按熔敷金属抗拉强度的不同,碳钢焊条已经形成了两个系列,即 E43系列(熔敷金属抗拉强度420MPa)和E50系列(熔敷金属抗拉强度490MPa)。如E4303、E5015等。,焊条牌号是焊条生产行业统一的焊条编号。 焊条牌号由一个大写字母和
3、三位数字组成。如 J422、J507。 大写字母表示焊条种类; 前两位数字表示焊缝的抗拉强度等级; 末尾数字表示焊条的药皮类型和焊接电流种类。,(4)焊条的选用原则 “等强度”原则:焊接低、中碳钢或低合金钢的构件,一般应按照“等强度”原则,选择强度等级相同的焊条; “同成分”原则:焊接特殊性能钢(不锈钢或耐热钢等)、非铁金属焊件,应选择与母材化学成分类别相同或相近的各类焊条,如不锈钢焊条、耐热钢焊条等。 酸性焊条和碱性焊条各有特点,选用时应综合考虑各方面的因素。,从焊缝金属力学性能考虑: 酸性焊条的焊缝金属的塑性、韧性较低,抗裂性较差,适于普通结构件焊接。 碱性焊条的焊缝力学性能较好,抗裂性好
4、,适于承受交变冲击载荷的重要结构件和几何形状复杂、刚性大、易裂焊接的焊接。 当母材的焊接性较差时,也应选用抗裂性好的碱性焊条,从焊接操作工艺性考虑: 酸性焊条电弧稳定,飞溅小,易脱渣,对油污、水和锈的敏感性小,焊接电源可采用交流或直流,焊接操作工艺性好; 碱性焊条稳弧性差,飞溅大,对油污、水和锈的敏感性大,焊接电源一般要求采用直流,焊接烟尘有毒,要求现场通风和防护,焊接操作工艺性差;,从经济效益考虑:酸性焊条便宜,碱性焊条稍贵。,二、埋 弧 焊,1、埋弧焊焊接材料 根据母材金属的化学成分和力学性能,选择焊丝,再根据焊丝选配相应的焊剂。,2、埋弧焊焊接过程及工艺,焊接过程,埋弧自动焊,焊缝形成过
5、程,埋弧焊工艺,3、埋弧焊的特点及应用,生产率高,节省焊接材料。 焊接质量好。 节省金属材料。 劳动条件好。 适应性差。 不适于焊接3mm以下厚度的薄板。 设备费用一次性投资较大。 适用于批量生产中厚板结构的长直焊缝和较大直径(250mm)环焊缝的平焊和平角焊。,三、气体保护焊,采用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊 根据保护气体的不同,分为两类: 惰性气体保护焊、 CO2气体保护焊 气体保护焊的优点: 电弧在气流压缩下燃烧,加热集中; 明弧可见,焊缝空间位置、形状不受限制; 操作易实现自动化; 焊接速度快,焊缝表面无渣壳,生产效率高; 焊接熔池在气流下冷却,热影响区小,焊件变形小
6、,1、氩弧焊,1) 保护气体和电极材料 在惰性气体中燃烧的电弧热量损失较少。 Ar:成本低,电弧燃烧非常稳定,焊丝熔滴呈稳定的 轴向射流过渡,飞溅极小。,钨极氩弧焊(TIG焊 ) 铈(钍)钨合金作为电极 电极不熔化 焊接电流不能太大,只适合焊接厚度4mm以下的薄板 熔化极氩弧焊 (MIG焊) 焊丝做电极 电流大,母材熔深大,生产率高,适合焊接中厚板,2)电源种类和极性,焊接铝、镁合金,为去除熔池表面的氧化膜,应采用直流反接,利用“阴极破碎”作用消除氧化膜。但直流反接时钨极烧损大,一般选用交流氩弧焊。 焊接除铝合金、镁合金以外其它金属,钨极氩弧焊以直流正接为宜。,3)氩弧焊特点,保护效果好,焊缝
7、金属纯净,焊接质量优良; 电弧非常稳定,尤其是小电流时也很稳定;因此,钨极氩弧焊容易控制熔池温度,实现单面焊双面成形。 氩气价格较贵,生产成本较高。,4)氩弧焊应用,氩弧焊适用于焊接易氧化的金属和合金钢,如铝、镁、钛及其合金、稀有金属锆、钼等,一级不锈钢、耐热钢等构件焊接。还可用于构件单面焊的打底焊。,2、 CO2气体保护焊,为了稳定电弧,减少飞溅,CO2焊采用直流反接,CO2气体保护焊的特点: (1)生产率高; (2)成本低; (3)焊缝质量较好; (4) 焊缝成形稍差,飞溅较大;操作不当时,易出现气孔;不能在有风的地方施焊。 主要适用于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢焊件。 多用
8、于薄板焊接,也可用于中厚板焊接。 由于金属和合金元素易氧化烧损,故不宜焊接有色金属和高合金钢。,四、电 渣 焊,概念:利用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的 熔焊方法。,电渣焊特点: (1)生产率高,成本低。 (2)焊缝金属纯净,焊接质量好。 (3)焊后需要热处理。 适用于焊接厚度40mm以上结构的焊接。一般用于立焊直焊缝,也可用于焊接环焊缝。,4-3 压焊和钎焊,一、电 阻 焊,概念:将工件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热,把焊接接头处的母材加热到塑性或局部熔化状态,再在压力下完成焊接的方法。 电阻焊时的电阻热,可利用焦耳楞次定律计算: QI2Rt
9、,电阻焊特点: 与熔焊相比,电阻焊速度快,易于实现自动化; 焊缝不需填充金属,接头处变形小; 焊接操作简便,现场环境干净; 适于大批量生产。 但其设备较熔焊复杂、耗电量大、焊件的接头形式及断面尺寸受到较大限制,不宜焊接较厚大工件。,电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三种形式。,1、点焊,将焊件装配成搭接接头,并压紧在两圆柱形电极之间,利用电阻热熔化母材金属,形成一个焊点的电阻焊方法,点焊过程: 点焊分流现象:焊接新焊点时,有一部分电流会流经已焊好焊点,使焊接电流发生变化,影响点焊质量。 点距:两相邻焊点间的中心距。焊件厚度越大,导电性越强,点距要越大。 焊点直径:要尽量大 应用:主要用于不要求密封的冲
10、压薄板、钢筋、金属丝网等焊接。,影响点焊质量的主要因素: 焊接电流、通电时间、电极压力、工件表面清理情况 根据焊接时间的长短和电流大小,把点焊焊接规范分为硬规范和软规范。 硬规范:在较短时间内通以大电流的规范。 生产率高、焊件变形小、电极磨损慢,但要求设备功率大,规范应控制明确。 软规范:在较长时间内通以较小电流的规范。 生产率低,但可选用功率小的设备焊接较厚的工件,更适合焊件有淬硬倾向的金属。,2、 缝焊,应用:只适用于焊接3mm以下薄板、有密封要求的较规则焊缝,如油箱、小型容器和烟道等结构产品。,3、 对焊,对焊:将焊件装配成对接接头,钳口形电极夹住焊件,电阻热加热接头金属,在压力下完成焊
11、接的电阻焊方法。 应用:刀具、管子、钢筋、钢轨、锚链、链条等的焊接,电阻对焊,将焊件装配成对接接头,使其端面紧密接触,利用电阻热加热至塑性状态,然后迅速施加顶锻力完成焊接的方法 。 焊前接头端面要平滑、清洁 (焊前加工、清理要求较高) 一般用于截面简单、直径(或边长)小于20mm和强度要求不高的棒材和线材。,特点: 接头夹渣少,质量好,强度较高,承载能力强。 金属损耗较大,焊件需留较大余量; 焊接时火花飞溅,易污损其它设备与环境,需隔离防护 接头处焊后有毛刺需加工清理。 应用:适用于承受较大载荷零件或重要零件的焊接。,闪光对焊,二、摩擦焊,利用工件接触端面相对旋转运动中摩擦产生的热,将焊件接头
12、处加热到塑性状态,然后迅速加压顶锻完成焊接的一种压焊方法。 按焊件相对运动的轨迹不同,摩擦焊又分为旋转式摩擦焊和轨道式摩擦焊两种。,优点: 接头组织致密,焊接质量好且稳定。 焊前接头不需特殊清理,焊接时不需焊接材料,焊接时间短,生产成本低。 可焊接的金属范围广,也可焊接异种金属材料。 应用: 主要用于旋转焊件的压焊,焊接接头一般为等截面,非圆截面的焊接比较困难。 摩擦焊焊件的最大截面不超过0.02m2,三、 钎 焊,钎焊:利用熔点比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到关于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。 钎焊过程 熔
13、化钎料的润湿过程; 钎料组分与母材相互扩散过程。,钎剂的作用: 清除被焊工件表面的氧化膜及其它杂质; 保护母材接触面和钎料不受氧化; 改善钎料流入间隙的性能(润湿性)和毛细流动性。 根据钎料熔点不同,钎焊分为硬钎焊和软钎焊。,一、硬钎焊 钎料熔点在450以上,接头强度在200MPa以上。 用于受力较大的钢铁和铜合金构件的焊接及刀具、工具的焊接。 常用钎剂为硼砂、硼酸、氯化物等 常用钎料有铜基、银基和镍基钎料。 二、软钎焊 钎料熔点在450以下,接头强度较低,一般不超过70MPa 用于焊接受力不大的常温下工作的工件。如仪表、导电元件以及钢铁、铜及铜合金等制造的构件。 常用钎剂为松香、氯化锌溶液;
14、 常用钎料是锡铅合金。,钎焊构件的接头形式 板料搭接 套件镶接 钎焊加热方法: 烙铁加热 火焰加热 电阻加热 感应加热 炉内加热 盐浴加热,钎焊与熔焊相比,钎焊特点是:,(1)工件加热温度较低,组织和力学性能变化很小,变形也小;接头光滑平整,工件尺寸精确。 (2)可焊接性能差异很大的异种金属,对工件厚度的差别也没有严格限制。 (3)工件整体加热钎焊时,可同时钎焊多条接缝组成的复杂形状构件,生产率很高。 (4)设备简单,投资费用少。 (5)钎焊接头强度低,尤其是动载荷强度低,允许的工作温度不高,焊前清理要求严格,钎料价格比较贵。,4-4 常用金属材料的焊接,一、碳钢的焊接,1、 低碳钢的焊接(C
15、0.25 %) 焊接性良好:CE0.4% ,一般不需采取特殊工艺措施。 焊接方法、工艺与焊接材料选择 焊条电弧焊: 一般焊件,按“等强”原则,选用酸性焊条E4303(J422)、E4320(J424)等 ; 承受动载荷、结构复杂的厚大焊件,选用抗裂性好的碱性焊条E4315(J427)、E4316(J426)等 。 埋弧焊:焊丝H08A或H08MnA配合焊剂HJ431。 电渣焊:焊后应进行正火处理。,2、中、高碳钢的焊接,(1)中碳钢(C=0.25%-0.45% ) 焊接性较差:CE=0.4%-0.6% ,热影响区组织淬硬倾向增大,较易出现裂纹和气孔 ,需采取一定的工艺措施 焊接方法、工艺与焊接
16、材料选择 多采用焊条电弧焊,焊条按“等强”原则选用抗裂性好的碱性焊条E5015(J507)、E5016(J506)、 E5515(J557 ) 、E5516(J556)等 预热:35、45钢,焊前应预热150250 焊后缓冷,并在热处理600650 去应力回火。 为避免焊缝碳含量升高,采用开坡口并采用细焊条,小电流,多层焊等工艺。 无法预热时,选用奥氏体不锈钢焊条,(2)高碳钢 焊接性差:CE0.6% ,淬硬倾向大,易出现裂纹和气孔 ,需采取工艺措施。高碳钢一般不用于制作焊接结构,只用于破损工件的焊补 。 通常采用焊条电弧焊或气焊 焊条电弧焊的焊条选用E6015(J607)、E7015(J707) 等 焊前应预热250350 焊后缓冷,并立即在650进行去应力回火。 为避免焊缝碳含量升高,采用开坡口并采用细焊条,小电流,多层焊等工艺焊接方法、工艺与焊接材料选择 无法预热时,选用奥氏体不锈钢焊条,二、低合金结构钢焊接,低合金结构钢:是在碳钢基础上加入总量不超过5的合金元素,以提高强度并保证一