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1、2018年9月14日星期五,1,机械制造工艺基础,主讲教师：周世权,2018年9月14日星期五,2,第三章 焊接工艺 Welding Process,3.3 焊接工艺 3.3.1 熔化焊方法及工艺 1. 埋弧焊 1) 埋弧焊的原理及特点 埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高（图3-27）；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。,2018年9月14日星期五,3,第三章 焊接工艺 Welding Process,图3-27
2、 埋弧焊的工艺过程 1焊件；2焊剂；3焊剂斗；4焊丝； 5送丝滚轮；6导电嘴；7焊缝；8焊渣,2018年9月14日星期五,4,第三章 焊接工艺 Welding Process,2) 埋弧焊的工艺 (1)焊前准备(dh23_c) 板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为1422mm时，应开Y型坡口；板厚为2250mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为5060（图3-28）。,2018年9月14日星期五,5,第三章 焊接工艺 Welding Process,焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板（图3-29），以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之
3、中。,2018年9月14日星期五,6,第三章 焊接工艺 Welding Process,(2)平板对接焊(dh23) 一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型（图3-30）。,2018年9月14日星期五,7,第三章 焊接工艺 Welding Process,(3) 环焊缝(dh36) 焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距离e（图3-31），以防止熔池金属的流淌。一般偏离距离为2040mm，直径小于250mm的环缝一般不采用埋弧自动焊。,2018年9月14日星期五,8,第三章 焊接工艺 Weldin
4、g Process,3埋弧焊的应用 埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。,2018年9月14日星期五,9,第三章 焊接工艺 Welding Process,3.3.2 其它熔化焊方法及工艺 其它熔化焊方法包括氩气保护电弧焊（氩弧焊(dh114)）、二氧化碳气体保护电弧焊（二氧化碳焊(dh68)）、电渣焊(dh152)、等离子弧焊(dh84)、电子束焊(dh156)和激光焊(dh94)。它们的工艺过程特点及应用见表3-7所示。,2018年9月14日星期五,10,第三章 焊接工艺 Welding Pr
5、ocess,表3-7其它熔化焊方法及工艺特点及应用,2018年9月14日星期五,11,第三章 焊接工艺 Welding Process,续表3-7其它熔化焊方法及工艺特点及应用,2018年9月14日星期五,12,第三章 焊接工艺 Welding Process,2018年9月14日星期五,13,第三章 焊接工艺 Welding Process,3.3.2 压力焊方法及工艺 3.3.2.1电阻焊 1电阻点焊(dh158) 点焊过程。电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压获得焊点的电阻焊方法（图3-44）。,2018年9月14日星期五,14,第三章 焊接工艺 Welding Process,点焊
6、焊缝设计。点焊焊缝设计包括焊点直径d0，焊点数n等，如表3-8所示。 点焊时的分流。因已焊点形成导电通道，在焊下一点时，焊接电流一部分将从已焊点流过，使待焊点电流减小的现象称为分流（如图3-45）。,2018年9月14日星期五,15,第三章 焊接工艺 Welding Process,2018年9月14日星期五,16,第三章 焊接工艺 Welding Process,分流减小了焊接电流，使焊点质量下降。如焊接电流为I，分流电流为I1，流过待焊点的电流为I2，则 I= I1 + I2 (3-5) I1 =K /L (3-6) 式中，K比例系数；板厚；L点距。 从上式中可见，工件愈厚、导电性愈好、点
7、距愈小、分流愈严重。因此，对一定的材料和板厚，为防止分流应满足最小点距的要求。常用材料最小点距如表3-9所示。,2018年9月14日星期五,17,第三章 焊接工艺 Welding Process,表3-9 常用板材点焊时的最小点距,2018年9月14日星期五,18,第三章 焊接工艺 Welding Process,4）点焊时的熔核偏移。在焊接不同厚度或不同材料时，因薄板或导热性好的材料，吸热少，而散热快，导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象（图3-46）称为熔核偏移。熔核偏移易使焊点减小，导致接头性能下降。可采用特殊电极和工艺垫片的措施，防止熔核偏移，如图3-47所示。图3-47a)为在薄板处
8、用加黄铜套的电极减少薄板散热。图3-47b）为在薄件上加一工艺垫片，加厚薄件。 5） 点焊工艺参数。点焊的工艺参数为电流、压力和时间。大电流，短时间称为强规范。主要用于薄板和导热性好的金属的焊接，也可用于不同厚度或不同材料及多层薄板的点焊。小电流，长时间称为弱规范。主要用于厚板和易淬火钢的点焊。,2018年9月14日星期五,19,第三章 焊接工艺 Welding Process,电极压力分为平压力、阶梯形压力和马鞍形压力。其中以马鞍形压力最好。因它有预压、焊接压力和顶锻压力，从而可改善通电、调整接触电阻的大小、防止缩松和缩孔的产生和细化晶粒。点焊主要用于汽车(dh66,dh67) 、飞机等薄板
9、结构的大批量生产。 2电阻缝焊(dh132) 缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝（图3-48）。缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大1.52倍。缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托车的油箱、气体静化器等的焊接(dh83) 。,图3-48 图3-49,2018年9月14日星期五,20,第三章 焊接工艺 Welding Process,3对焊 对焊是利用电阻热将工件断面对接焊接的一种电阻焊方法。 1） 电阻对焊(dh160) 。先将工件夹紧并加压，然后通电使接触面温度达到塑性温度(9501000)。在压力下塑变和再结晶形成固态焊接接
10、头（图3-49a）。电阻对焊要求对接处焊前严格清理，所焊截面积较小，一般用于钢筋的对接焊。 2） 闪光对焊(dh117,dh80) 。先通电，后接触，因个别点接触，个别点通过的电流密度很高，可使其瞬间熔化或汽化，形成液态过梁。由于过梁上存在电磁收缩力和电磁引力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光（图3-49b）。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使对口处的温度迅速升高。,图3-48 图3-49,2018年9月14日星期五,21,第三章 焊接工艺 Welding Process,当温度分布达到合适的状态后，立刻施加顶锻力，将对口处所有的液态物质全部挤出，使纯净的高温金属相互接触，在压力下产生塑变
11、和再结晶，形成固态连接接头。 闪光对焊主要用于钢轨、锚链、管子等的焊接，也可用于异种金属的焊接。因接头中无过热区和铸态组织，所以性能高。,2018年9月14日星期五,22,第三章 焊接工艺 Welding Process,3.3.2.2 其他压焊方法及工艺 其他压焊方法及工艺包括摩擦焊(dh18)、超声波焊、扩散焊和爆炸焊(dh128,dh71,dh72,dh73,dh74,dh75,dh69)，它们的工艺原理、方法、特点及应用列于表3-10中。 表3-10其他压焊方法及工艺原理、方法、特点及应用,2018年9月14日星期五,23,第三章 焊接工艺 Welding Process,续表3-10
12、其他压焊方法及工艺原理、方法、特点及应用,2018年9月14日星期五,24,第三章 焊接工艺 Welding Process,续表3-10其他压焊方法及工艺原理、方法、特点及应用,2018年9月14日星期五,25,第三章 焊接工艺 Welding Process,复习思考题 (1)埋弧焊为什么要安装引弧板和引出板？ (2)点焊的热源是什么？为什么会有接触电阻？接触电阻对点焊熔核的形成有什么影响？怎样控制接触电阻的大小？ (3)什么是点焊的分流和熔核偏移？怎样减小和防止？ (7)试述电阻对焊和闪光对焊过程，为什么闪光对焊为固态下的连接接头？,2018年9月14日星期五,26,第三章 焊接工艺 W
13、elding Process,本讲小结： 主要内容：埋弧焊工艺原理，埋弧焊工艺过程，直缝与环缝埋弧焊工艺；电阻焊工艺原理，接触电阻，点焊、缝焊与对焊的工艺过程，点焊的分流与熔核偏移。 重点内容：直缝与环缝埋弧焊工艺，接触电阻，点焊的分流与熔核偏移。,2018年9月14日星期五,27,第三章 焊接工艺 Welding Process,34 焊接结构设计 341 焊件材料的选择 1尽量选用焊接性好的材料 C0.25%的低碳钢或CE0.4%的低合金钢。因这类钢淬硬倾向小，塑性高，焊接工艺简单。 尽量选用镇静钢。镇静钢含气量低，特别是含H2和O2量低，可防止气孔和裂纹等缺陷。 2异种金属焊接时焊缝应与
14、低强度金属等强度，而工艺应按高强度金属设计 3尽量采用工字钢、槽钢、角钢和钢管等型材，以简化工艺过程,2018年9月14日星期五,28,第三章 焊接工艺 Welding Process,342 焊接方法的选择 1生产单件钢结构件 板厚在310 mm,强度较低，且焊缝较短应选用手弧焊。 板厚在10 mm以上，焊缝为长直焊缝或环焊缝应选用埋弧焊。 板厚小于3 mm，焊缝较短应选用CO2焊。 2. 生产大批量钢结构 板厚小于3 mm,无密封要求应选用电阻点焊，有密封要求应选用缝焊。 板厚在310 mm,焊缝为长直焊缝或环焊缝，应选用CO2自动焊。 板厚大于10 mm，焊缝为长直焊缝和环焊缝隙，应选用
15、埋弧焊或电渣焊。,2018年9月14日星期五,29,第三章 焊接工艺 Welding Process,343 焊接接头工艺设计 1焊缝的布置 焊缝应尽可能分散，如图3-52。以便减小焊接热影响区，防止粗大组织的出现。 焊缝的位置应尽可能对称分布，如图3-53，以抵消焊接变形。 焊缝应尽可能避开最大应力和应力集中的位置，如图3-54。以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力和开裂。 焊缝应尽量避开机械加工表面，如图3-55，以防止破坏已加工面。,2018年9月14日星期五,30,第三章 焊接工艺 Welding Process, 应便于焊接操作，如图3-56、图3-57、图3-58。焊缝
16、位置应使焊条易到位，焊剂易保持，电极易安放。,2018年9月14日星期五,31,第三章 焊接工艺 Welding Process,2接头型式的选择与设计 接头型式应根据结构形状、强度要求、工件厚度、焊后变形大小、焊条消耗量、坡口加工难易程度等各个方面因素综合考虑决定。 根据GB98580手弧焊焊接接头的基本型式与尺寸规定，焊接碳钢和低合金钢的接头型式可分为对接接头、角接接头、丁字接头及搭接接头四种，常用接头型式基本尺寸如图3-59所示。,2018年9月14日星期五,32,第三章 焊接工艺 Welding Process,设计焊接结构最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。如果采用两块厚度相差较大的金属材料进行焊接，则接头处会造成应力集中，而且接头两边受热不匀易产生焊不透等缺陷。根据生产经验，不同厚度金属材料对接时，允许的厚度差如表3-15所示。如果1超过表中规定值，或者双面超过2（1）时，应在较厚板料上加工出单面或双面斜边的过渡型式。,
