《第十三章：焊接教案资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十三章：焊接教案资料（64页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二节 焊接的冶金原理,第三节 常用焊接方法,第四节 焊接应力与焊接变形及其防止措施,第五节 常用焊接材料,第三章 焊接,第一节 焊接概述,返回,第六节 焊接结构工艺性,焊接概述,焊接是现代工业生产中应用最广泛的一种连接金属的工艺方法。 一、焊接实质与分类 焊接：通过加热、有时既加热、又加压，使填充金属与被焊金属相结合，从而形成一个整体工艺方法。 分类：按特点分 1。熔化焊：利用局部加热的方法，使填充金属与被焊金属结合处加热成为熔化状态，形成熔池，冷却后，形成牢固接头的工艺方法。如手工电弧焊、气焊、电渣焊。 2。压力焊：焊接时通电加热，并施加一定压力，使两焊件表面产生一定的很薄的金属熔化层，在
2、压力下形成牢固接头工艺方法。电阻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊。,3。钎焊：对被焊件和填充金属加热，被焊件不熔化，钎料熔化，钎料（填充金属）与被焊金属连接处，形成相互扩散的焊缝。（锡焊、铜焊） 二、焊接的特点 1。与铆接相比省材料、省工时，构件轻。 2。气密性、水密性好。 3。能化大为小，拼小成大。 4。易于机械化，自动化，提高生产率。,第一节 焊接的基本原理,3-1-1 电弧焊冶金过程特点,3-1-2 焊接接头金属组织与性能,返回,3-2-2 焊接接头金属组织与性能,一、焊接接头上的温度变化及分布 焊缝附近的金属从室温加热到不同温度，后又冷却至室温，相当于不规范的热处理，因此组织、性能有较大改变
3、。,图5.1-1 焊缝区各点温度变化情况,二、焊接接头金属的组织与性能变化 1。焊接接头 ：是由焊缝、熔合区、和热影响区组成的金属 2。焊缝金属的组织和性能： 焊缝组织：铸态组织，生成柱状晶，晶粒粗大，组织不致密，但是，由于焊接熔池小，冷却快，以及焊条药皮、焊剂等发生的一系列化学反应，使焊缝的化学成分优于母材。 焊缝性能：机械性能提高，其力学性能不低于母材。 3。焊接接头中的熔合区及热影响区组织和性能： 焊缝附近金属受热发生变化的区域。 A 熔合区：是一个很窄焊缝向热影响区过渡的区域。这部分的加热温度处于液相线和固相线之间。冷却后这里的化学成分不均匀晶粒粗大，其力学性能是焊接接头中最差的。,（
4、1）过热区：在1100-1400，高温晶粒急剧长大，冷却后即得到粗晶组织，使该区金属的塑性及冲击韧性变得很低。 （2）正火区：温度在Ac3-11000，金属快冷，晶粒细化，将得到正火组织，机械性得到改善。,（3）部分相变区：相当Ac1-Ac3之间，部分金属发生相变，P和部分F发生相变，转变为A，晶粒大小不一，性能稍差。 （4）再结晶区：加工硬化组织有此区。消除加工硬化采用再结晶退火。 三、改善方法 在焊接过程中，选择正确的焊接方法，合理的焊接工艺，尽量减少热影响区，提高焊接速度，减小电流，热处理。,B 热影响区,第三节 常用焊接方法,3-3-1 熔化焊,3-3-2 压力焊,3-3-3 钎 焊,
5、返回,3-3-1 熔化焊,常见的熔化焊有电弧焊、气焊、电渣焊等。其中电弧焊又包括手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊等。 一、埋弧自动焊 1。焊接过程：分为自动焊和半自动焊。 2。埋弧自动焊的特点及应用 （1）特点 生产率高 焊接质量高而稳定 节省金属和电能 劳动条件好，无弧光、烟雾，机械操作 适应性差 （2）应用：造船、车辆、容器等。,气袋,焊剂,a)焊剂垫,铜垫,b) 焊剂-铜垫,钢垫板,c) 钢垫板,d) 锁底对接,图 5.2-3,图5.2-4 环缝自动焊,二、 二氧化碳气体保护焊 1。焊接过程：用二氧化碳气体保护熔池。 常分为自动和半自动。 2。特点及应用 （1）特点 生产率高 焊接质量
6、好 成本低，二氧化碳价低 操作性能好 飞溅大、烟雾大，易产生气孔，设备贵。 （2）应用： 适用机车、造船、机械化工等。,三、氩弧焊 1。焊接过程 2。氩弧焊特点及应用 特点 （1）保护作用好，适于有色金属，稀有金属。 （2）热影响区小。 （3）操作性能好。 （4）氩成本高，设备贵。 应用： 适于铝、铜、镁、钛、不锈钢、耐热钢等。,四、电渣焊 1。电渣焊过程：是利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源来熔化焊丝金属进行焊接。 2。特点及应用 （1）焊件厚度大。 （2）焊缝质量好。 （3）经济效益好。 （4）热影响区大。,3-3-2 压力焊,一、电阻焊 电阻焊：是利用电流通过焊件与焊件接触处，产生电
7、阻热，将局部加热到塑性或半熔化状态，在压力下形成接头。 电阻焊在焊接过程中产生的热量，可用焦耳-楞次定律计算： QI2Rt 电阻焊根据接头形式不同可分为点焊、缝焊、对焊。 二、电阻焊的过程及工艺 （1）点焊：把清理好的薄板放在两电极之间，夹紧通电，接触面产生电阻热，而使其熔化，在压力下使焊件在一起。电极通水冷却。点焊质量与焊接电流、通电时间、电极电压、工件清洁程度有关。相邻两点要有足够的距离。,（2）缝焊 与点焊相似，称为重叠点焊，用旋转盘状电极，代替柱状电极，焊接时滚盘压紧工件并转动，继续通电，形成连续焊点，重叠50%以上，密封性能好，由于焊点近，电流是点焊1.5-2倍。,图5.2-10 缝
8、焊示意图,（3）对焊 电阻对焊：把工件加压，使焊件压紧，然后通电，产生电 阻热，加热至塑性状态，断电加压，使工件焊到一起，电阻对焊操作简便，接头光滑，接头要清理，适于要求不高的一些工件。 闪光对焊：工件夹好后通电，点接触，点熔化，在电磁力作用下，液体金属发生爆炸，产生闪光，送进工件全部熔化，断电加压使金属工件焊到一起。热影响区小，质量好，适于直径小于20mm棒料。,图5.2-11 对焊示意图,图5.2-12 对焊接头型式,2。电阻焊特点及应用 （1）特点 接头质量好，热影响区小。 生产率高，易于机械自动化 不需填加金属和焊剂 劳动条件好，焊接过程中无弧光，噪音小，烟尘和有害 气体少。 电阻焊件
9、结构简单，重量轻，气密性好，易于获得形状 复杂的零件。 耗电量大，设备贵。 （2）应用 点焊：主要用于厚度4mm的薄板冲压结构、金属网及 钢筋等。 缝焊：主要用于焊缝较规则、板厚3mm的密封结构。 对焊：主要用于：制造封闭形零件。,二、摩擦焊 1。焊接过程：摩擦焊是利用金属工件接触面摩擦产生 热 量，使工件端面达到塑性状态，加压使工件焊接在一起。 2。特点及应用 特点: （1）接头质量好，组织致密。 （2）生产率高。 （3）焊接范围广。 （4）设备简单，耗能少，劳动条件好。 （5）刹车要敏感， （6）形状受限。 应用: 适用于圆柱、管料等。,3-3-3 钎焊,钎焊是利用熔点比焊件低的钎料作充填
10、金属，适当加热，钎料熔化，工件未熔化，充填接头间隙，把固态工件连接起来。 一、钎焊的种类 按钎料熔点分为： 1。软钎焊：钎料熔点在450以下，接头强度低于70MPa，受力不大的低温工作的工件。 2。硬钎焊：钎料熔点在450以上，接头强度较高，工作温度较低的工件。 二、钎焊的特点 1。热影响区小，温度低，变形小。 2。适应性广。 3。生产率高。 4。设备简单。 5。强度有限，有色金属钎料成本高。,图 5.2-15 钎焊的接头形式,3-4-1 焊接应力与变形,一、焊接应力与变形产生的原因 在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，将产生焊接应力与变形。,图5.1-3 钢杆自由伸缩,图5.1-4 钢
11、杆膨胀受阻,(-),(+),a)焊接过程中,(-),(-),(+),b)冷却以后,图5.1-5 平板对焊接时变形与应力的形成,二、焊接应力与变形的分类 1。焊接应力分类 （1）按形成原因分 热应力： 加热不均 相变应力：相变产生体积变化 收缩应力：熔池体积收缩受阻 （2）按位置分 纵向应力 横向应力 2。焊件变形分类： 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形,焊接变形的基本形式,三、防止或减少焊接变形、应力的措施 1。防止或减少焊接变形措施 （1）焊缝设计要合理 合理选择焊缝尺寸,和连接形式。 焊缝与焊缝的距离不得小于100。,a) 不开坡口,b) 开坡口,图5.1-6 相同承载能力的
12、十字接头,尽量减少焊缝。,a)四块钢板焊接,b)两根槽钢焊接,c)两个冲压件焊接,图5.1-7 采用不同坯料的焊接结构,合理安排焊缝。,Y,X,2,1,X,a) 焊缝不对称于X轴,b) 焊缝对X、Y轴均对称,图5.1-8 焊缝的对称性对焊接变形的影响,1-焊前结构件中心线,2-焊后结构曲线(有下挠),（2）采用合理工艺措施 焊件尺寸要增加收缩余量 反变形法 刚性固定法,a)焊前,b)焊后,图5.1-9 钢板对接反变形,a) 焊前,b) 焊后,图5.1-10 丁字接头反变形,选合理焊接次序 1,a) 合理,b)不合理,图5.1-11 X型坡口焊接顺序,1,2,3,4,1,2,3,4,a),b),
13、图5.1-12 对称面梁的焊接顺序,选合理焊接次序 2,图5.1-14 按焊缝长短确定焊接顺序,选合理焊接次序3, 强制冷却法,（3）、矫正焊缝 火焰校正 机械校正,变形,图13-26 火焰矫正,图13-27 机械矫正,火焰矫正,2。防止减少焊接应力的工艺措施 （1）锤击焊缝。 （2）加热减应区。 （3）焊前预热。 （4）焊后退火处理。,图5.1-15 框架断口焊接,第五节 常用金属材料的焊接,3-5-1 常用焊接材料,3-5-2 金属材料焊接性,-3-5-3 钢的焊接,返回,3-5-1 常用焊接材料,一、焊条 手工电弧焊焊条由焊条芯和药皮两部分组成。 1。焊条芯：作用是导电、引弧、充填焊缝，
14、其化学成分和夹 杂将直接影响焊接质量 。 2。药皮： 作用是稳弧、保护熔池、补加合金元素。 3。电焊条的分类 按国标分十大类：J-结构钢焊条 R-耐热钢焊条 B-不锈钢焊条D-堆焊焊条 N-镍及镍合金焊条 Z-铸铁焊条 T-铜及铜合金焊条 W-低温焊条 L-铝及铝合金焊条 TS-特殊焊条 按着药皮酸碱特性分为酸性和碱性焊条。 酸性焊条氧化性强，烧损大，机械性差，工艺性能较好。 碱性焊条脱氧、去氢、去硫，机械性好，工艺性能较差。,二、焊丝和焊剂 三、焊接材料选择原则 1。依照结构和要求、成分、性能，选相近 焊条。 2。依照车间设备及生产条件来选择。 3。选成本低，劳动条件好的焊接材料。,3-5-
15、2 金属材料焊接性,一、焊接性概念 焊接性：是指被焊金属材料在采用一定的焊接工 艺条下，获得优质焊接接头的难易程度。 评价焊接性： （一）是工艺焊接性：接头裂纹倾向性，力学性能等。 （二）是使用焊接性：机械性能、耐热、耐腐蚀等。 二、焊接性的影响因素 1。焊接方法 2。材料因素 3。工艺因素 4。使用条件。,三、焊接性的评价方法 （一）、碳当量法 C当=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15 % 1。当C当0.4%时，钢材塑性良好，淬硬倾向不明显，焊接性好，焊前不必预热； 2.当C当=0.40.6%时，钢材的塑性下降,淬硬倾向明显，焊接性较差，焊前需适当预热，焊后要缓冷,要
16、采取一定焊接工艺措施才能防止裂纹； 3.当C当0.6%时，钢材塑性较低，淬硬倾向较强，焊接性差，焊前焊件必须预热到较高温度,焊接时要采取减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理，才能保证焊接质量。 （二）冷裂纹敏感系数 Pc Pc=C+Si/30+Mn/20+Cu/20+Ni/60+Cr/20+Mo/15+V/10+5B+h/600+H/60 碳当量只考虑了化学成分的影响，没考虑板厚和含氢量的影响。Pc各项均有一定范围。通过斜V型坡口的试验时，要考虑最低预热温度 。 Tp=1440Pc-293(C0),3-5-3 钢的焊接,一、碳素钢的焊接 1。低碳钢的焊接：C0.25%,塑性好,无淬硬倾向,焊接性好,无需
