【2017年整理】4篇-焊接

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1、2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,1,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,1,思考题：p166：2、3、4、7p191：1,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,2,第4篇 材料的连接技术,本章内容： 连接和焊接的内涵； 焊接工艺特点（重点） ； 焊接方法的选择（难点）； 焊接结构工艺性（重点）。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,3,第4篇 材料的连接技术,连接技术（joining technology）,可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接；永久性连接：焊接、铆钉连接、胶接等。,过盈配合连接既可拆，也可永久连接。,螺纹连接（机械）,

2、铆接（机械）,粘接（物化连接）,焊接（冶金连接）,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,4,4-1 焊接概述及基本理论,焊接的主要特点是： （1）节省材料，减轻质量；(省料、省时、轻巧) （2）简化复杂零件和大型零件的制造；(以小拼大) （3）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；(双金属结构) （5）降低劳动强度，改善劳动条件。 (6)接头质量不易保证,焊接（welding） ：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。,焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。,应用：船舶、桥梁、压力容器、汽车、

3、重型设备等。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,5,利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化成熔池（molten pool），药皮熔化分解形成熔渣和气体，保护熔池。 电弧焊冶金过程与炼钢相似：熔化、氧化还原、造渣、精炼、渗合金等一系列物理、化学过程。,焊接过程：以焊条电弧焊（shielded metal arc welding）为例,电弧焊过程中，电弧向前移动，新的熔池形成，旧的熔池冷却凝固形成焊缝，熔渣凝固成渣壳。,焊条电弧焊过程,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,6,焊接接头（welding joint）： 包括焊缝、熔合区和热影响区。,2017/12/2

4、9,华中农业大学 金属工艺学,7,一、焊接热过程及焊接热源,焊接热过程的特点 焊件的加热、焊件中的热传递及冷却。 1）加热的局部性温度分布不均热应力、变形； 2）焊接热源是移动的准稳定温度场计算困难； 3）加热速度和冷却速度极高。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,8,有电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。 1）能量密度高焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2）热源性能稳定保证质量； 3）高的热效率节约能耗。,2. 焊接热源,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,9,焊接方向,T3,T2,T1,O,S,T,S,x,y,T1,T2,温度场的等温线及温度梯度

5、,3. 焊接温度场（welding temperature field）,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,10,4. 焊接热循环（weld thermal cycle）,加热速度H加热最高温度TM相变点以上停留时间tH冷却速度C,时间,温度,TM,TH,焊接热循环曲线,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,11,二、焊接化学冶金,焊接化学冶金过程： 焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,12,药皮反应区：100-药皮熔点，水分蒸发、某些物质分解、铁合金氧化等；熔滴反应区：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金

6、成分的氧化还原、焊缝金属的合金化等；熔池反应区：熔滴、熔渣以及母材金属各相间的物理化学反应继续进行，直至金属凝固，形成焊缝。温度分布极不均匀,焊接化学冶金反应区 以焊条电弧焊为例：,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,13,2. 气相对焊缝金属的影响,来源：焊接材料简单气体的分解：H2、N2、O2；复杂气体的分解：H2O、CO2低氢型焊条： H2和H2O少；埋弧焊和中性焰气焊：CO2和H2O少,3. 熔渣及其对金属的作用,作用：保护熔池、改善工艺性能、冶金处理。种类：盐型熔渣、盐-氧化物型熔渣、氧化物型熔渣。,脱氧、脱硫、脱磷,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,14,

7、三、焊接接头的金属组织和性能,焊接接头：0.焊缝区（weld metal area）1.熔合区（bond）2.过热区、3.正火区、4.部分相变区。,热影响区（heat-affected zone）,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,15,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,16,4-2 常用焊接工艺,连接（joining）,机械连接,焊接（welding）,胶接（adhesion bonding）,螺栓,铆接,熔焊,压焊,钎焊,相近加工方法,电弧焊,电渣焊,电子束焊,激光束焊,气焊,铝热剂焊,电阻焊,高频焊,摩擦焊,超声波焊,爆炸焊,热切割,碳弧气刨,堆焊,喷镀,20

8、17/12/29,华中农业大学 金属工艺学,17,一、熔焊（fusion welding）,熔焊：接头被加热到熔化温度以上。特点：可焊各种金属任何厚度，强度高，应用广。种类：电弧焊、电渣焊、气焊等。焊条电弧焊应用最广。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,18,熔焊的三要素,熔池的保护 可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷，给熔池过渡合金元素。,填充金属 保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能和其它性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,热源 能量要集中，温度要高。以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电

9、子束和激光。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,19,焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。,电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度C和热量分布 温度 C 热量分布 阳极区： 2600 43 弧柱区： 60008000 21 阴极区 ： 2400 36,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,20,由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：焊件接负极

10、，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,21,1、电弧焊 （焊条电弧焊、 埋弧自动焊）,1）.焊条电弧焊,焊条电弧焊(即手工电弧焊)是利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行焊接的方法。特点：设备简单，容易维护，焊钳小，使用灵便焊条电弧焊可在室内、室外、高空和各种焊接位置进行其焊接接头可与工件(母材)的强度相近应用：适于焊接高强度钢、铸钢、铸铁和非铁金属是焊接生产中应用最广泛的焊接方法。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,22,、焊条电弧焊的焊接过程,焊条电弧焊的焊接过程如图4-14所示。电弧在焊条与被焊工

11、件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯同时熔化形成熔池，同时也使焊条的药皮熔化和分解。,药皮熔化后与液态金属发生物理化学反应，所形成的熔渣不断从熔池中浮起；药皮受热分解产生大量的C02、CO和H2等保护气体，围绕在电弧周围。 熔渣和气体能防止空气中氧和氮的侵入，起保护熔化金属的作用。,原来的熔池则不断冷却凝固，构成连续的焊缝。覆盖在焊缝表面的熔渣也逐渐凝固成为固态渣壳。这层熔渣和渣壳对焊缝成形的好坏和减缓金属的冷却速度有着重要的作用。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,23,、电焊条普通电焊条组成：焊芯和药皮(涂料)两部分作用：焊芯起导电和填充焊缝的作用；药皮则用于保证焊接顺利进行并使焊

12、缝具有一定的化学成分和力学性能。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,24,1焊芯 焊芯(埋弧焊时为焊丝)是组成焊缝金属的主要材料。 焊芯的化学成分和非金属夹杂物的多少将直接影响焊缝质量。 结构钢焊条的焊芯应符合国家标准GB 130077焊接用钢丝的要求。常用的结构钢焊条焊芯的牌号和成分见表4-2。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,25,焊芯具有较低的含碳量和一定的含锰量，含硅量控制较严，硫、磷含量则应低。 焊芯牌号中带“A”字符号者，其硫、磷含量不超过0.03。 焊芯的直径即称为焊条直径，最小为1.6mm，最大为8mm。其中以3.25 mm的焊条应用最广。 焊接合

13、金结构钢、不锈钢用的焊条，应采用相应的合金结构钢、不锈钢的焊接钢丝作焊芯。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,26,2焊条药皮 焊条药皮在焊接过程中的作用主要是：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金属的有害作用，对熔池脱氧和加入合金元素，以保证焊缝金属的化学成分和力学性能。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,27,3焊条的种类、型号和牌号焊条的种类 焊接的应用范围越来越广泛，为适应各个行业，各种材料和达到不同性能要求的焊条品种非常多。 我国将焊条按化学成分划分为七大类：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条及焊丝、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条 其

14、中应用最多的是碳钢焊条和低合金钢焊条。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,28,焊条还可按熔渣性质分为酸性焊条和碱性焊条两大类。,牌号参考：http:/ 金属工艺学,29,焊条的型号,焊条型号是国家标准中的焊条代号。 碳钢焊条型号见GB 511785，如E4303、E5015、 E5016等。1.“E”表示焊条；2.前两位数字表示焊缝金属的抗拉强度等级(单位为kgfmm2)；3.第三位数字表示焊条的焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置焊接(平、立、仰、横)，“2”表示焊条适用于平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊；4.第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类

15、型，如“03”为钛钙型药皮，交流或直流正、反接，“15”为低氢钠型药皮，直流反接，“16”为低氢钾型药皮，交流或直流反接。 低合金钢焊条型号中的四位数字之后，还标出附加合金元素的化学成分。 如E5515B2V：属低氢钠型，是适用直流反接进行各种位置焊接的焊条，并含0.6Si和0.100.35V。,2017/12/29,华中农业大学 金属工艺学,30,焊条的牌号,焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。 焊条牌号一般用一个大写拼音字母和三个数字表示，如J422、J507等。 拼音字母表示焊条的大类，如“J”表示结构钢焊条(碳钢焊条和普通低合金钢焊条），“A”表示奥氏体不锈钢焊条，“Z”表示铸铁焊条等； 前两位数字表示各大类中若干小类，如结构钢焊条前两位数字表示焊缝金属抗拉强度等级，其等级有42、56、55、60、70、75、85等，分别表示其焊缝金属的抗拉强度大于或等于420、500、550、600、700、750和850 MPa； 最后一个数字表示药皮类型和电流种类，见表4-4，其中1至5为酸性焊条，6至 9为碱性焊条。,