《材料成形工艺 教学课件 ppt 作者 周述积 第三篇材工焊接第十一 章电弧焊接专题(70)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料成形工艺 教学课件 ppt 作者 周述积 第三篇材工焊接第十一 章电弧焊接专题(70)（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三篇 金属焊接成形工艺,本篇内容分六章，PPT 251页，兼有录象六节、动画和现场、实物图片。 序 2P 第十一章 电弧焊接中的几个专题 69P 第十二章 焊接方法 84P 第十三章 常用金属材料的焊接 22P 第十四章 焊接材料 25P 第十五章 焊接工艺装备 35P 结 束 篇 常用材料成形工艺分析 与成形工艺方案的选择 14P 章后附有复习题。,第十一章 电弧焊接中的几个专题,外径 10.3m， 高 5.4m， 净重 473t 转轮叶片 320mm 主轴焊缝 185mm 焊缝长度 近5m,世界上最大的70万千瓦水轮机核心部件 三峡水轮机转轮焊接结构,问题一：焊接用在什么地方？,第一节
2、概 述,问题二：何谓焊接？, 焊接的本质就是： 通过加热或加压，使焊件达到原子间结合形成新的金属结构的一种加工方法。,问题三：金属焊接的障碍？,熔化焊(液相焊接) 电弧焊、电渣焊等； 压力焊 (固相焊接) 电阻焊、压力焊； 钎焊 (液-固相焊接) 软钎焊、硬钎焊。,从如下三类方法中得到解决：,本章着重先研究电弧焊接的质量控制。,问题四：如何实现金属焊接？,本章内容重点：,电弧焊接的本质与特征 金属的焊接性； 常用金属材料的焊接缺陷分析 与焊接质量控制；,第二节 电弧焊接的本质与特征,问题：您对焊接已经了解了多少？,这里是电弧焊接！,这里是机器人在进行电弧焊接,1、电弧焊接的本质和特性？,I,问
3、题 ： 电弧焊接中的带电粒子是怎样产生的？,带电粒子产生的途径,。,。,气体粒子的电离,。,电极的电子发射,，,。,2、电弧焊接的能量转换？,焊接电弧热量的产生,。,。,焊接电弧的温度分布,焊接电弧力及其作用,3、焊丝（焊条）的加热和熔化,电弧焊接中焊丝温度分布图,注意：还有电阻热对焊丝的预热作用,PR = I 2 RS = I 2LS / S,4、电弧焊接中有哪些熔滴过渡形式？,熔化极电弧焊中熔滴过渡的类型,熔滴过渡的具体形式,如小电流的MIG焊（熔化极氩弧焊）、 直流正接气体保护焊等,广泛应用于薄板和CO2气体保护焊过程,钢的大电流MIG焊,发生在焊条电弧焊和埋弧焊时的熔滴过渡形式,5、焊
4、缝成形与尺寸,熔池与焊缝 成形过程,焊缝尺寸参数,焊缝尺寸参数的意义？,金属焊接性是金属材料在焊接中获得优质接头的难易程度。,第三节 金属的焊接性,问题：金属焊接性是一个什么概念？,碳当量法用碳当量评估焊接接头淬硬或冷裂敏感性的大小，以此评价金属的焊接性。 评价淬硬倾向的碳当量法 国际焊接学会推荐：,问题：如何评价金属的焊接性？,CEWc+WMn/6+(WCr+WMo+WV)/5 +(WNi+WCu)/15（）,1、碳当量法,由CE大小评价钢材的淬硬倾向,当CE0.45，板料厚度25mm 时，焊接性好，淬硬倾向小，焊接时不必预热。 美国焊接学会推荐：,CeqC+Mn/6+Si/24 +Ni/1
5、5 + Cr/5 +Mo/4+Cu/13+P/2（）,此式可适用于C 0.6的碳钢和低、中合金钢，但要求 P0.05 。,有人提出用下列公式计算材料焊接裂纹的敏感指数！,Pw =Pcm+H/60+Rv/4082 或 Pc =Pcm+H/60+t/60 式中 Pw 、Pc 焊接裂纹的敏感指数； Pcm 焊接冷裂纹敏感指数； H 扩散氢含量，ml/100g ； Rv 焊缝拉伸拘束度； t 板料厚度，mm 。,上列公式一般用于低碳钢、低合金钢（Wc=0.070.22）,借用Pc可计算焊接预热温度，即 T0 = 1440 Pc 392 （）,2、试验法,常用金属焊接性实焊试验方法有多种，下面介绍一种作
6、为实例。,例：斜Y形坡口焊接裂纹试验, 试样的形状和尺寸是怎样确定的？, 试样焊缝是如何焊接的？,焊条电弧焊接,自动送丝电弧焊接,如何计算试样焊缝内的裂纹率？,C 裂纹率。一般当表面裂纹率20时，施工中可避免产生裂纹。然不允许出现根部裂纹。,第四节 常用金属材料的焊接缺陷分析 与焊接质量控制途径,主要有三类：,三、问题：金属材料在电弧焊接中通常会出现哪些不良的结合性缺陷？,氧化物: 部分进入焊缝中，影响焊缝质量。 硫化物: FeS与FeO等形成低熔共晶聚集在晶界， 增加裂纹倾向，降低冲击韧度和抗腐蚀 性。 磷: 与铁、镍等可形成低熔点共晶磷化铁，促 进热裂纹，会使焊缝的冷脆性加大。,1、 焊接
7、区内杂质对焊缝质量的影响？,2、焊接区内气体对焊缝质量的影响？,焊接区内气体 O2、N2、H2O 、H2、CO2等在电弧作用下：,3、电弧焊接时的热裂纹敏感性？,热裂纹发生在固相线以下的高温区间内， 此时焊接应力大于金属高温抗拉强度。,热裂纹包括结晶裂纹、液化裂纹、多边化裂纹。以结晶裂纹最为普遍。,1） 低碳钢、低合金钢焊缝中的热裂纹敏感性？,低碳钢、低合金钢的焊接性好，焊缝 中的热裂纹敏感性不强。如果C含量和 S、 P等杂质能够严格控制，则其抗热裂纹能 力好。,如果一旦出现热裂纹，那就要重新检 查钢中C和 S、P等杂质的含量及其在焊缝中的成分偏析状况。,中碳钢、中合金钢的焊接性不太好，焊缝
8、中的热裂纹敏感性较强，合金成分容易偏 析，有严重的热裂纹倾向。,2） 中碳钢、中合金钢焊缝中的热裂纹敏感性？,施焊中一般采用低碳、低合金焊接材料，并配以合适的坡口形式，适量减小熔合比， 有利于降低结晶裂纹的敏感程度。,3）不锈钢焊缝中的热裂纹敏感性？,一些以Cr、Ni为基本元素的奥氏体钢 ， 焊接时，其焊缝虽然有比较好的塑性和韧性，但对结晶裂纹仍很敏感。,结晶裂纹最容易在 单相奥氏体组织中形成。,18-8系列奥氏体 不锈钢一般不会 产生结晶裂纹。,当钢的接头在焊后冷却到 Ms点以下时，冷裂纹可能会立即产生，也可能经过数小时、几天甚至更长一段时间后出现，此称延迟裂纹。,4、电弧焊接时的冷裂纹敏感
9、性？,这种冷裂纹的危害性最大。常常在焊接中高碳钢、低中合金钢、铸铁以及钛合金时产生。,问题：冷（延迟）裂纹是如何产生的？,冷（延迟）裂纹的孕育期长短决定于含扩散氢量及接头拘束应力状态。,问题：接头拘束应力有哪些存在形式？,焊接热应力由接头不均匀加热和冷却所引起。,组织应力由焊缝冷却过程中的相变所产生。,拘束应力由被焊构件自身拘束条件所形成。,冷裂纹多出现在热影响区内，沿着晶界扩展，甚至穿晶开裂。,问题：冷（延迟）裂纹如何分布？,对于低塑性、淬硬倾向大的钢件，即使没有氢的诱发，仅在拘束应力的作用下，也容易焊后开裂，形成冷裂纹。,对于淬硬倾向低的钢件，焊后不一定立即产生冷裂纹，但经过一定孕育期后有
10、可能出现。这种具有延迟特征的冷裂纹带有隐蔽性，必须引起高度重视。,冷裂纹在接头中一般出现在什么位置？,冷裂纹在焊接接头中出现的位置有三种可能，如图所示。,1焊趾裂纹,2根部裂纹,3焊道下裂纹,预防冷裂纹的措施有： 选用碳当量或冷裂敏感小的母材； 合理选择焊接材料，用碱性焊条或奥氏体 钢焊条，焊条用前要烘干； 选用塑性好而强度级别稍低的焊接 材料； 改进焊接工艺。如焊前预热，控制焊接 热输入，采用焊后后热等。后热温度推荐： Tp=455.5Ceqp111.4 ,问题：如何预防冷裂纹的出现？,问题：金属材料在焊接中，其焊接接头 还会出现哪些性能的不良转变？,焊接接头中，除了可能出现夹杂、渣孔、气孔
11、、和冷热裂纹等破坏材料连贯性的焊接缺陷之外，其接头性能还会发生不良转变。主要表现为性能硬脆，韧性下降等。 焊接接头应该包括三部分： 一是由母材和焊材熔合而凝固冷却的焊缝； 二是焊缝两旁的母材热影响区； 三是熔池边界所形成的熔合区（半熔化区）。 下面重点讨论母材热影响区性能的不良转变。,5、焊接热影响区的脆化,钢铁材料焊接热影响 区的脆化按其形成机 理不同分有多种： 1）粗晶脆化 2）析出脆化 3）组织转变脆化 4）热应变脆化 5）氢脆 6）石墨脆化等,1焊缝区 （熔化区， 铸态组织） 2熔合区 （半熔化区，性能最薄弱） 3热影响区 （性能硬脆，韧性下降） 4母材,低碳钢焊接接头的组织,1. 粗
12、晶脆化,过热区晶粒粗大，将加大材料的脆性。脆性增加对焊接件产生断裂更为敏感。,不易淬火钢焊接接头脆化大都因热影响区晶粒粗大而引起。,焊接时，热输入量（电流大，焊速慢）或者焊接热影响区离熔合线越近，则其晶粒就越易长大。性能脆化更为加著。 为了控制焊接热影响区的晶粒粗大倾向，必须控制好焊接线上单位长度的热输入量（线能量）。,2. 析出脆化 焊接过程中，热影响区内过饱和固溶体会析出 合金碳化物、氮化物、金属间化合物等亚稳定组织， 在提高强度、硬度的同时，也可能会造成性能脆 化，此称析出脆化。这也属于一种组织转变的脆化。,若析出物能以弥散的颗粒状态均匀分布于热影响区中，这能有利于改善韧性，降低脆性，如
13、AlN、NbN、NbC、TiN等。,3. 热应变脆化 所谓热应变脆化即在室温下已有预应变条 件下的时效脆化。 这种脆化由于热影响区内常有固溶氮存 在，在热和应变的双重作用下，会产生一种 动态应变时效而使之出现脆性。,焊接Q345（16Mn）、Q420（15MnVN）钢时，都有一定的热应变脆化倾向，应当引起注意。,对于Q420（15MnVN）钢，因为一方面含有 N，会使热应变脆化倾向更为敏感；但另一方 面又含有起固氮作用的V元素，所以Q420的热 应变脆化倾向反而比Q345小。,热应变脆化在200400的温度范围内最为明显。常常发生在固溶氮含量较高的低碳钢和低合金钢预应变焊接结构中。,4. 组织
14、转变（A-M 组元）脆化 A-M 组元是在焊缝或热影响区内由富集 碳的残余奥氏体转变为脆性高碳马氏体和残余奥氏体的混合组织，会造成较为严重的脆化倾向。这种脆化又称之为A-M 组元脆化。,通过低温回火（250）或中温回火 （450500）有助于A-M 组元的分解。随 着A-M 组元的分解，焊接接头的韧性会得到 明显改善，中温回火的效果更好。,由于焊接时，冷却快，焊接接头的硬度会 提高，即意味着淬硬倾向增加。由于母材 成分不同，焊接规范不一，焊接方法各异， 因而焊接热影响区的硬化程度也就会不一样。,6、焊接热影响区的硬化,焊接热影响区的最高硬度值过大、过小都不利于焊接件在工况下的正常运行。,钢结构
15、焊接接头的允许最高硬度值参见教材P378表11-13。,当焊接热影响区的硬度超过允许最高硬度值时，虽然不一定立即造成开裂或出现裂纹源，但不能带着高硬度去承受各种负荷，这是非常危险的。,焊接热影响区的硬度主要与碳当量和焊后冷却速度有关。 在母材一定的前提下，焊接热影响区的硬度只有通过焊前预热，焊后缓冷 和退火来降低。,7. 调质钢焊接热影响区的软化,一般中碳钢属于调质钢。而焊后调质钢件在焊接热影响区往往出现强度与表面硬度降低的软化现象。 这在一定程度上影响了零件的承载能力和表面耐磨性。 如图所示，软化最大 值出现在 Ac 温度附近。 如淬火后回火温度越低， 则软化程度越严重,复习题,1、分专题描述电弧焊接的本质和特征，包括带电粒子 的产生，电弧焊接的能量转换，熔滴过渡形式，焊 缝成形与尺寸。 2、何谓金属焊接性？如何评价和测试金属的焊接性？ 3、说明斜Y形坡口焊接裂纹试验方案。如何计算试样 焊缝内的裂纹率？ 4、综述金属材料在电弧焊接中通常会出现哪些不良的 结合性缺陷？ 5、金属材料在焊接中，其焊接接头还会出现哪些性能 的不良转变？重点说明钢的焊接热影响区的脆化、 硬化和调质钢焊接热影响区的软化。,
