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1、第4章 焊接,概述,1.焊接定义 是利用加热、加压等工艺措 施，借助于金属原子间的结合与 扩散作 用，使分离的金属造成永久性的连接.,电弧焊,熔焊,电渣焊,等离子弧焊,电子束焊,激光焊,手弧焊,气体保护焊,埋弧焊,2.焊接分类,电阻焊,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,3.焊接的特点及应用,1接头 牢固、密封性好。 2可化大为小、以小拼大。 3可实现异种金属的连接。 4.可用来焊补某些缺陷及局部损坏的机件. 缺点:焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷,焊接方法的应用： （1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复,第1节 手工
2、电弧焊,它是依靠电弧放电,产生热量,使两块分离的金属连在一起的方法.,1.1焊接电弧,1.1.1 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 1.1.2 焊接电弧的产生,具备两个条件,使气体电离,阴极发射电子,电阻热：Q=I2Rt,2400k 36%,2600k 42%,50008000k 21%,1.1.3 电弧的构造及热量分布,1.1.4 焊接设备,直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）； 直流反接：焊件接负极，焊条接正极；（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）,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
3、接线方法：,1.2焊接过程冶金特点,在电弧焊过程中，液态金属、熔渣和气体三者相互作用，是金属再冶炼的过程。 特点: 1 . 熔池金属温度高于一般冶金温度2000k 使金属元素强烈蒸发、烧损。 2.熔池金属冷却快，处于液态的时间短10s 化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣 等缺陷 3 .空气对焊缝的影响严重,1） O2 ：,氧化的结果,合金元素被烧损；,焊缝产生夹渣的缺陷；,形成CO气孔。,2）N2 ：,使接头的塑性、韧性下降。,3）H2 ：,氢气孔,为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程中必须采取的工艺措施,（1）机械保护:使熔化金属与空气隔开 保护方式有三种：气体保护、熔渣保护和气-渣联合保护
4、。 （2）冶金处理:主要通过在焊接材料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量的合金元素，在焊接过程中排除熔池中的FeO，同时补偿合金元素的烧损。,1.3电焊条,电焊条,焊条芯,药皮,焊缝的填充材料 填充焊缝,电极传导电流 导电,机械保护的作用,冶金的作用,稳定电弧的作用,1.3.1 电焊条的组成及作用,药皮的种类, 氧化钛型；氧化钛钙型； 钛铁矿型； 氧化钛型；,纤维素型；低氢钾型； 低氢钠型；石墨型；,1.3.2 焊条的种类,1.焊条的种类 (1)按化学成分划分 : 结构钢焊条J； 钼和铬耐热钢焊条R； 低温钢焊条W； 不锈钢焊条A； 堆焊焊条D； 铸铁焊条
5、Z； 镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T； 铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TS,(2)根据熔渣化学性质:酸性焊条:和碱性焊条。 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）,接头质量一般,但酸性焊条具有良好的工艺性，交直流电源均可用，广泛用于一般结构件的焊接。 碱性焊条（又称低氢焊条）：药皮中以碱性氧化物以莹石为主（K2O、Na2O、CaO、MnO） ，并含较多 铁合金 ,焊缝力学性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较差，一般要求采用直流焊接电源，主要用于焊接重要的钢结构或合金钢结构。,1.3.3焊条的牌号与型号,焊条牌号,交流、直流电源均可使用。,表示熔敷金属的抗拉
6、强度（b）不低于420MPa（43kgf/mm2），,焊条型号：国家标准代号 。碳钢焊条型号见国家标准GB5117-85,如E4303 其编制方法是： “E”表示焊条， 前两位数字表示熔敷金属的最小抗拉强度值（kgf/mm2）； 第三位数字表示焊条使用的焊接位置：“0”、“1”均表示适用于全位置焊接，“2”表示适用于平焊和平角焊，“4”表示适用于向下立焊； 第三、第四位数字组合表示焊接电流的种类和焊条药皮类型。,1.3.4电焊条的选用,1.等强度原则 2.同成分原则 3.抗裂性的要求 4.抗气孔的要求 5.低成本的要求 在确定了焊条牌号后，还应根据焊接件厚度、焊接位置等条件选择焊条直径。一般是
7、焊接件愈厚，焊条直径应愈大。,1.4 焊接接头金属组织与性能 1.4.1. 焊接时焊件的加热和冷却特点,加热特点:焊件各部分最高的 加热温度不均匀. 焊缝-熔点以上 紧邻焊缝母材-接近熔点 越远离焊缝-温度越低 冷却特点:冷却速度快 焊缝-相当于金属型铸造 邻近母材-不同程度的 热处理(热影响区) 熔合区:焊缝和热影响区之间的 过度区.,1.4.2焊接接头的组成,焊缝区 熔合区 焊接热影响区(过热区、正火区、部分相变区),1.4.3 焊接接头的组织与性能,(1） 焊缝区,熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。 性能:不低于母材,(2)熔合区,是焊缝和母材金属的交界区。（0.1-1mm）,加热温度：
8、,T液T固,强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。,3.过热区 在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm） 加热温度： T固1100 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。,4. 正火区,加热温度：,1100 AC3,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。,5. 部分相变区,在热影响区内发生部分相变的区域。,加热温度：,AC3AC1,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,1.4.4 改善焊接接头性能的措施：,（1）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料。,(2)使热影响区的冷却速度适当。 对于低碳钢，采
9、用细焊丝、小电流、高焊速 对于易淬硬钢，在不出现硬脆马氏体的前提下适当提高冷却速度，可以细化晶粒，有利于改善接头性能。,(3）采用多层焊,（4）进行焊后热处理 。,1.5 焊接应力,1.5.1焊接应力产生的原因 焊接热源对焊件的局部加热,以及焊接接头受到周围母材或结构产生的刚性拘束 外因 金属的热胀冷缩和高温时呈塑性状态 内因,1.5.2 焊接应力的防止及消除措施,1.合理选择焊接顺序。,（）,（）,（）,2.焊缝不要有密集交叉截面，长度也要尽可能小.,1.5.2 消除焊接应力的方法 1.去应力退火 可消除应力80%左右 2.当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残余应力。,
10、3. 采用小能量，多层焊，也可减少焊缝应力。 4. 焊前预热可以减少工件温差，也能减少残余应力,1.6 焊接变形,1.6.1焊接变形的基本形式,1 . 收缩变形,2 . 角变形,3 . 弯曲变形,4 . 扭曲变形,5. 波浪变形,1.6.2 焊接变形的防止及矫正措施,(1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。,(2)合理选择焊接顺序。,对称布置焊逢,对称焊接方法,1,2,3,4,5,6,1 4 2 5 36,a)退焊,b)跳焊,(3）反变形法,(4）采用焊前刚性固定法。,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。,(5
11、）采用合理的焊接规范 （小电流、快速焊接）,(6）焊接变形的 矫正, 机械矫正, 火焰矫正,1.7金属材料的焊接性,1.7.1 金属材料的焊接性 指被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。,焊接性, 工艺焊接性：, 使用焊接性：,焊接接头产生工艺缺陷的倾向。尤其指出现各种裂纹的可能性,焊接接头在使用中的可靠性。包括力学性能及其它特殊性能,1.7.2影响焊接性的因素,1.焊接方法,4. 工艺参数,2.焊接材料,3.焊件化学成分,1.7.3 焊接性的评定方法,1.碳当量估算法,C, 影响最显著, 基本元素, 折合成碳的相当含量对焊接性的影响,其它元素,CE = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15,CE0.4%,CE=0.4%0.6%,CE0.6%,具有良好的焊接性,焊接性较差,焊接性差,2.实验法,小型抗裂试验法,知识就是力量,
