材料成形技术基础PPT精选文档

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1、第七章第七章 焊接成形技术焊接成形技术1 17-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法一、手工电弧焊一、手工电弧焊1. 1. 原理及特点原理及特点 用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊法手工电弧焊原理示意手工电弧焊原理示意1-熔渣，2-熔融渣，3-保护气体，4-焊芯，5-药皮，6-熔滴，7-工件，8-熔池，9-焊缝手工电弧焊优缺点：手工电弧焊优缺点：优点：优点： 简便灵活，适应性强简便灵活，适应性强 设备简单，易于移动设备简单，易于移动 本成低本成低缺点：缺点： 对焊工操作技术要术高对焊工操作技术要术高 劳动条件差劳动条件差 生产率低生产率低2 22.2.焊条焊条焊条组

2、成焊条组成焊芯焊芯药皮药皮电极电极填充金属填充金属保护作用保护作用冶金作用冶金作用工艺性能工艺性能焊条型号：焊条型号：是在国家标准及权威性国际组织(ISO)的有关法规中，根据焊条特性指标明确划分规定的，是焊条生产、使用、管理及研究等有关单位必须遵守执行的。7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法3 37-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法例：例：GB/T51171995碳钢焊条E x x x x焊条焊条焊接位置焊接位置最小抗拉强度最小抗拉强度b bMPaMPa或或N/mmN/mm2 2第三位及第四位数第三位及第四位数字组合表示药皮类字组合表示药皮类型和焊接电源种类型和焊接电源种类4 4有关焊

3、条型号的主要标准还有：GB/T983-1995低合金钢焊条GB/T3670-1995铜及铜合金焊条GB/T983-1995不锈钢焊条GB/T13814-1992镍及镍合金焊条JB/T6964-93特细碳钢焊条牌牌号号焊焊条条：对焊条产品的具体命名，由焊条生产厂家制定。属于同药皮类型，符合相同焊条型号、性能的产品命名为一个牌号。并同时注明“符合GB E型或相当于GB E型”结结构构钢钢焊焊条条：J（J：结构钢焊条；：焊缝金属抗拉强度等级；：焊接电流种类和药皮类型） 例：例：J422、J5077-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法5 5钼钼及及铬铬钼钼耐耐热热钢钢焊焊条条：R（R：耐热钢焊条；：

4、熔敷金属化学成分等级；：不同牌号编号；：焊接电流种类和药皮类型焊接电流种类和药皮类型） 例：例：R317不不锈锈钢钢焊焊条条：G或A。G或A表示不锈钢焊条；（：焊缝金属主要化学成分组分等级；：不同牌号编号；：焊接电源种类和药皮类型） 例：例：G202、A1377-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法6 6手工电弧焊焊接位置手工电弧焊焊接位置：平焊、立焊、横焊、仰焊、船形焊接、全位置焊7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法手工电弧焊焊接位置示意手工电弧焊焊接位置示意7 7 当今生产效率较高的机械化焊接方法之一当今生产效率较高的机械化焊接方法之一1.1.基本原理：基本原理：电弧在焊剂下燃烧进行焊

5、接的方法，它是利用电气及机械装置控制送丝和移动电弧的一种焊接方法二、埋弧自动焊二、埋弧自动焊7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法埋弧自动焊原理示意埋弧自动焊原理示意1-焊剂，2-焊丝，3-电弧，4-金属熔池，5-熔渣，6-焊缝，7-工件，8-渣壳8 8H H0808A(E)A(E)钢焊丝低硫磷含量优质钢平均含碳量0.08%硫磷含量更低的高级优质钢7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法2.焊丝及焊剂焊丝及焊剂 焊焊丝丝:普遍使用26mm实心焊丝。己有用于碳素结构钢、合金结构钢、高合金钢、各种有色金属及堆焊用特殊合金焊丝。 例：例：碳素结构钢焊丝9 9焊焊剂剂：在焊接时被加热熔化形成熔渣，对

6、熔化金属起保护和冶金作用，它是埋弧焊接过程中保证焊缝质量的重要材料 保证电弧稳定燃烧 保证焊缝金属得到所需的成分和性能 减少焊缝中产生气孔和裂纹的可能性 有利成形和脱渣 不易吸潮并有一定的颗粒度和强度 焊接时无有害物质析出7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法1010焊剂牌号及型号焊剂牌号及型号：焊剂牌号：炼焊熔剂牌号表示：HJ ：焊剂中氧化锰含量，：焊剂中二氧化硅含量，：同一类型焊剂牌号编号。 例：例：HJ431（高锰高硅低氟熔炼焊剂） 烧结焊剂牌号表示：SJ ：焊剂的渣系，：同一渣系中不同牌号焊剂。 例：例：SJ501（铝钛型烧结焊剂）熔炼焊剂与烧结焊剂优缺点比较见教材表72 熔炼焊剂用

7、途及配用焊丝见教材表7 3 7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法11117-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法 碳素钢用焊剂型号碳素钢用焊剂型号：GB5293-85碳素钢埋弧焊用焊剂规定型号划分是依据焊缝金属力学性能。1212 低合金钢用焊剂型号低合金钢用焊剂型号：GB12470-90低合金钢埋弧焊用焊剂规定型号划分依据焊缝金属力学性能和焊剂渣系7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法13133.主要优缺点及应用范围 优点：优点： 生产效率高； 焊缝成形美观，质量高； 劳动条件好； 缺点：缺点： 一般只适合于平焊及平角焊位置； 设备复杂，灵活性不及手工电弧焊。7-1 7-1 典型弧焊方法

8、典型弧焊方法 应用场合：应用场合： 适用于碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢及多种有色金属（Ni、Ti、Cu）焊接； 特别适用于中厚板结构的长焊缝的焊接； 也可以在金属表面堆焊耐磨或耐蚀合金。1414三三 钨极氩弧焊钨极氩弧焊 ( (Tungsten InertGas Arc Welding TIG ) ) 1.1.基本原理基本原理 也称非熔化极氩弧焊，利用惰性气体作保护气体，电极用难熔金属（钨或钨合金）棒，焊件作为另一个电极。通过钨极与焊件之间产生的电弧加热和熔化焊件及填充金属，形成焊接接头 7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法TIGTIG原理示意原理示意1-钨极电极夹头，2-钨电极，3-焊

9、枪手把，4-氩气瓶，5-焊接电源，6-电弧，7-保护气体，8-焊枪气体1515分类：分类：按操作方式可分为：手工TIG与自动TIG 按电源种类可分为：直流交流直流脉冲热输入小直流正接多用直流反接少用矩形波合理分配正弦波7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法1616各种电流各种电流TIGTIG特点及应用特点及应用DCDC正接：正接：w电极接电源负，发热量小，电极许用电流大。电极不易烧损，电弧稳定，应用广泛。工件接电源正，熔深大，生产率高。DCDC反接：反接：w电极接电流正，具有“阴极清理作用”。电极发热量大易烧损。工件接电源负，熔深浅，一般不推荐使用。DCDC脉冲：脉冲：采用可控的脉冲电流加热

10、工件，输入热量小，工件变形小，可焊淬火倾问大的钢。7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法1717正弦正弦ACAC：焊接电流负半波（工件为负）电弧有明显清理作用，焊接电流正半波（工件为正），相当于DC正接。主要用于铝、镁及合金和铝青铜焊接。矩形波矩形波AC:AC:电流为正、负半波不对称的矩形波。采用较长正半波持续时间，增加熔深。在保证足够阴极清理作用下，适当缩短负半波持续时间。这样既保证了具有阴极清理作用又可获得较合理的两电极热量分配。7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法18182.特点 优点：优点： 氩气不和金属产生化学反应，又不溶于金属，且比空气重，能有效隔绝电弧和周围空气，保护效果好

11、，焊接质量高； 焊接应力变形小； 熔池可见度好，便于控制，易于实现机械化、自动化和全位置焊接； 直流正接电弧稳定，小电流（10A）下仍可稳定燃烧，特别适用于薄板、超薄板焊接。7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法1919缺点：钨电极承受电流小，熔深浅，熔敷小，生产率低；Ar气贵，比手弧焊、埋弧焊、CO2焊成本高；对焊件表面清理要求严。7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法3.应用：除低熔点（低沸点）和易蒸发的Pb、Sn、Zn不能焊外，几乎可焊所有金属厚壁压力容器及管道要求焊透焊缝的打底焊厚板窄间隙对接接头的多层或多层多道焊2020四、熔化极气体保护焊四、熔化极气体保护焊可分为：熔化极惰性气

12、体保护焊（Metal Inert-Gas Arc Welding MIG）熔化极活性气体保护焊（Metal Active-Gas Arc Welding MAG)7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法1.1.基本原理：基本原理：用连续送进的焊丝与被焊工件之间燃烧的电弧作为热源来熔化焊丝与母材金属，通过焊枪喷嘴输送保护气体。熔化极气体保护焊原理示意熔化极气体保护焊原理示意1-焊丝盘，2-送丝滚轮，3-焊丝，4-导电嘴，5-保护气体喷嘴，6-保护气体，7-熔池，8-焊缝，9-电弧，10-工件21212.分类：分类：lMIG Ar 、 HelMAG Ar+O2 、Ar+CO2 、Ar+CO2+O2

13、 、CO2或CO2+O2l管状焊丝CO2或CO2+Ar7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法3.熔滴过渡类型：熔滴过渡类型：自由过渡熔滴从焊丝端头脱落后，通过电弧空间自由运动一段距离后落入熔池。又分为：滴状过渡和喷射过渡两种滴状过渡熔滴直径大于焊丝直径，它分为：轴向滴状过渡和非轴向滴状过渡两种喷射过渡熔滴直径等于或小于焊丝直径，熔滴沿焊丝轴线过渡短路过渡特点是弧长短。一般短路频率 20200次混合过渡较大电流CO2焊及药芯焊丝焊属自由过渡和短路过渡的混合过渡22224.4.实芯焊丝气保护焊工艺特点：实芯焊丝气保护焊工艺特点：MIG MAGl可焊所有金属铝，铜及合金，不锈钢l效率高焊丝作为电极

14、电流密度大，熔深大，熔敷速度快l直流反接阴极雾化 熔滴过渡形式：喷射过渡、脉冲喷射过渡、短路过渡。 铝及合金采用：亚射流过渡（射滴短路）CO2气体保护焊气体保护焊l生产效率高，比手工定弧焊高13倍l明弧无渣、抗锈能力强，降低焊缝含氢量l焊接成本低，只有手工电弧焊的40%50%l适用面广，可用于各种位置焊接 熔滴过渡形式：滴状过渡、短路过渡、潜弧射滴过渡7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法23235.5.药芯焊丝气体保护焊药芯焊丝气体保护焊综合了手工电弧焊和普通熔化极气体保护焊特点优点：优点：l采用气、渣联合保护，电弧稳定，飞溅小，成形好l熔敷效率、生产率较高l可焊材料广l有更强的抗气孔性能

15、缺点：缺点：l成本高l对送丝机构要求高l焊丝外皮易生锈中焊，焊丝剂易吸潮多用于半自动焊。主要用干碳钢、低合金钢、不锈钢和铸铁。 7-1 7-1 典型弧焊方法典型弧焊方法2424第二节 高效弧焊技术一、高效埋弧焊一、高效埋弧焊 1.多电源串列双（多）丝埋弧焊 多电源串列双（多）丝埋弧焊多电源串列双（多）丝埋弧焊 1一电源1 2一电源2 3一工件 4一焊缝 5一电弧 6一焊剂 7一导电嘴 7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术25252.单电源并列双（多）丝埋弧焊 单电源并列双（多）丝埋弧焊单电源并列双（多）丝埋弧焊 1一电源 2一工件 3一焊缝 4一电弧 5一焊剂 6一焊丝 7一导电嘴7-2

16、7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术26263.热丝填丝埋弧焊 热丝填丝埋弧焊热丝填丝埋弧焊1一焊件 2一焊缝 3一焊剂 4一热丝 5一导电嘴 6一熔池 7一电弧 8一电源7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术27274.窄间隙埋弧焊 与传统埋弧焊相比，总效率可提高50%80%，可节约焊丝38%50%、焊剂56%64.7%窄间隙埋弧焊主度要用于水平或接近水平位置的焊接。分有单丝和双丝窄间隙埋弧焊两种厚板焊接时，采用I形坡口，间隙1535mm，其中尤其以2030mm用得更多 7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术2828二、活性焊剂作用下钨极氩弧焊二、活性焊剂作用下钨极氩弧焊活性焊剂作用下钨极氩

17、弧焊则被简称为A-TIG焊焊前在待焊区域涂敷的活性焊剂使熔池金属的表面张力减小，电弧的径向截面缩小，电弧能密增加，电弧对熔池作用力增大，使熔池表面下凹增加，致焊缝熔宽减小、熔深大幅增加用“I”形坡口，无需添加填充丝。对于厚10mm以下的奥氏体不锈钢板、厚12mm以下的碳锰钢板可一次焊透，实现单面焊双面成形 7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术2929三、高效气体保护焊三、高效气体保护焊1.熔化极气体保护窄间隙焊 l用于平焊、垂直焊、横向焊以及全位置焊l可焊黑色金属，也可焊接有色金属l它又分为：实芯焊丝气保护窄间隙焊和药芯焊丝气保护窄间隙焊两种7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术2.高熔

18、敷率气体保护焊1）高熔敷T.I.M.E焊 l增大焊接电流（最大700A），提高送丝速度（250m/min），加大焊丝伸出长度（2535mm），采用（5%Ar26.5%He8%C020.5%02）多元保护气体，实现高熔敷率（最大450g/min）的高速、高效焊接l熔滴的过渡形式可为：短路过渡、射流过渡和旋转射流过渡，所以可以焊各种板厚的工件l主要用实芯焊丝，药芯焊丝的使用比例很小l可焊低碳钢、低合金钢、细晶结构钢（b为890N/mm2）、高温耐热钢（13CrMo44）、低温钢、高强钢（HY80）等30302）热丝TIG/MIG焊 l利用电流流经送进中的焊丝所产生的电阻热，将焊丝加热到较高温度再进

19、入电弧区，提高焊丝的熔化速度，增加熔敷率l预热焊丝的电流一般由另外的附加电源提供，但也可直接利用焊接电源7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术31313）双丝熔化极气体保护焊双丝单弧填丝焊双丝单弧填丝焊 在熔池插入另一丝，插入丝接电源的连工件端起分流作用。插入丝在分流作用下被预热到较高温度，增加焊丝的熔敷率。可提高生产效率一倍以上单熔池双丝双弧焊单熔池双丝双弧焊 用两套焊接电源、两套送丝系统和一把焊枪。两个送丝机通过两根送丝管将两根焊丝送进一把焊枪中的两个独立的导电嘴，两个燃烧的电弧形成一个熔池。两根丝用相同或不相同频率的脉冲电流进行焊接分离双丝双弧焊分离双丝双弧焊 此方法不共熔池，小电流电

20、弧在前形成 较浅熔深和起预热作用，大电流电弧在后起增加熔深和热处理作用 7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术32324）复合双弧焊TIGMIG复合双弧焊 它常常被应用于堆焊。它采用一个焊接电源，电弧在钨电极（TIG）和焊丝（MIG）中交替燃烧，共同形成一个焊接熔池 TIG-MIG复合双弧焊 7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术3333等离子MIG复合双弧焊 （a） （b）等离子一MIG复合双弧焊7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术3434激光电弧复合双弧焊 激光TIG弧焊示意图 图7一21 激光一等离子弧示意图7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术3535非真空电子束等离子复合双

21、弧焊 非真空电子束-等离子复合双弧焊示意图7-2 7-2 高效弧焊技术高效弧焊技术3636电阻焊分类与组合7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊一、电阻焊一、电阻焊 焊件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到融化或塑性状态,使之在压力条件下形成接头的焊接方法。 37371 1点点焊焊：将焊件装配成搭接接头，并压紧在两极之间，接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。是一种高速、经济的连接方法。适用于可以采用搭接接头不要求气密性，厚度3mm冲压、轧制的薄板结构。可焊材料为低碳钢,淬火钢,镀锌钢板,不锈钢,铝合金和铜合金等。 7-3 7-3 压

22、力焊及钎焊压力焊及钎焊各种点焊方法原理示意各种点焊方法原理示意38382 2缝缝焊焊：是焊件搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动连续或断续放电，从而产生一连串熔核，相互搭叠得密封焊缝的电阻焊方法。 广泛应用在家用电器（电冰箱壳体），交通运输（汽车，拖拉机油箱）及航空航天（燃油油箱）等工业中要求密封性的接头制造。被焊材 料 厚 度 通 常 在0.12mm.可焊材料为低碳钢,合金结构钢,不锈钢,耐热钢,铝合金和钛合金等。铜不能缝焊,黄铜也难以缝焊。 7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊缝焊原理示意缝焊原理示意39393 3凸焊：凸焊：l是在一个焊件的贴合面上预先加工出一个或多

23、个凸起点,使其与另一焊件表面相接触加压并通电加热,凸点焊塌后,使这些触点形成焊点的一种电阻焊方法。l分为：单点,多点凸焊;环焊;T焊;滚凸焊和线材交叉凸焊五类。l用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。除可进行板件凸焊外,还可进行螺帽,螺钉类零件的凸焊, 线材交叉凸焊,管子凸焊和板材T型凸焊。板件凸焊最佳厚度为0.54mm.凸焊不适宜于铝,铜,鎳等软金属。7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊凸焊基本类型凸焊基本类型40404 4对焊：对焊：把两焊件端部相对放置，利用焊接电流加热，然后加压完成焊接的电阻焊方法。l可分为电阻对焊和闪光对焊两类l对焊应用范围:工件接长，如带钢、型材、石油和天然气输送管

24、道的对焊接长；环形工件的焊接，如自行车、摩托车轮圈、链环对焊；部件的组焊，将锻造、冲压,轧制,机械加工零件拼焊成复杂零件;异种金属对焊，如刀具刃部(高速钢)与柄部(中碳钢),铜,铝导电接头对接焊等。7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊4141电阻对焊电阻对焊l先压紧工件通电顶锻力l加热沿径向不均，轴向较均匀，且低于熔点。适用于焊接截面F250mm2,端面形状相同(如棒、厚壁管金属型材），氧化物易于挤出的材料，如碳素钢、不锈钢、铜和铝等。它具有接头光滑，毛刺小，焊接过程简单的特点闪光对焊闪光对焊l先接通电源工件靠近闪光顶锻l闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊两种l连续闪光焊：闪光阶段和顶锻阶

25、段是连读完成的。适用于断面为1000mm2左右的闭合拼口焊,如车圈,铝窗等 l预热闪光焊：在闪光前先连读几次短时通电加热（预热）工件端面，再进入闪光和顶锻阶段。适合于焊500010000mm2大型截面零件。可焊材料有低碳钢,低合金钢,工具钢,不锈钢,铜合金,铝合金,镁合金和钛合金，甚至可以焊许多异种金属组件 7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊4242二、摩擦焊二、摩擦焊1.1.原原理理：利用焊接接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热使工件端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊的方法2.2.分类分类: :l根据工件相对摩擦运动轨迹可分为：旋转摩擦焊和轨道摩擦焊l根据机械供给方

26、式可分为：连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊两种 摩擦焊示意图摩擦焊示意图（a）旋转摩擦焊 （b）轨道摩擦焊7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊43433 3特点特点: :l可代替锻造、铸造和部分机械加工；l生产率高，成本低；l易实现机械化和自动化生产；l能焊接高温时，塑性良好的同种金属以及能够互相固溶和扩散的异种金属；l环境保护好。l高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢铜、硬质合金钢等。活性金属（如钛、锆等）淬硬性好的钢材，表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数太小（如铸铁、黄铜等）的金属很难焊接。7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊4444三、搅拌摩擦焊三、搅拌摩擦焊

27、搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,简称FSW）是由摩擦焊派生发展起来的一种新型固相焊接方法。 搅拌摩擦焊接过程搅拌摩擦焊接过程7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊45451.搅拌摩擦焊的优缺点：优点：优点： 焊接接头质量高；能一次完成较大截面、较长焊缝（一次焊成20m焊缝）的不同位置焊接； 成本低 ；易于实现机械化、自动化焊接；焊接过程无污染、无烟尘、无辐射。缺点：缺点：焊件必须刚性固定，同时还需在焊缝背面加垫板；相对于熔焊它焊速较低；焊接结来，摩擦针退出工件时总要留有一个称为“匙孔”的凹坑，需要将该坑部切除或凑加引出板。7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊464

28、62.应用行 业 应 用 构 件 航空、航天铝制品业汽车制造铁路制造造船业压力容器制造 燃料箱、圆筒形容器及附件，飞机框架结构，飞机蒙皮、翼肋铝缝焊管材底盘、大梁、车轮、油箱高速列车、轨道列车、地铁车辆，集装箱高速船外壳、甲板、船舱壁、防水壁板、直升机降落平台液、气压力容器、铝反应器、热交换器 7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊搅拌摩擦焊的应用搅拌摩擦焊的应用4747四、钎焊四、钎焊1.基基本本原原理理：采用比比母母材材熔熔点点低低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用毛毛细细作用使液态钎料润湿润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散扩散，连接焊件的方法

29、。7-3 7-3 压力焊及钎焊压力焊及钎焊2.2.分类分类: :根据钎料熔点分 软钎焊:TM450,铅，锡等 硬钎焊:TM450,铜，银，镍等3.特点特点: :l成分不同 钎料熔化，母材固态l加热温度低变形小，易保证焊件尺寸精度。对母材组织和性能影响小l异质接头焊接金属，非金属等l生产效率高大批量生产l强度较低，耐热性差，装配要求高4848一、结构钢的焊接一、结构钢的焊接 1.碳钢的焊接l焊接性：在一定的焊接工艺下，获得优质焊接接着的难易程度l低碳钢焊接：含碳量低、硅锰含量少，焊接性优良。可用手工电弧焊、埋弧焊、电渣焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊、电阻焊、气焊及钎焊都是成熟的焊接方法l中碳钢

30、焊接：含锰量不高时，焊接性良好。随含碳量的增加，焊接性变差。多数情况下，需预热和控制层间温度，焊后应进行消应力热处理。采用手工焊时，若要求焊缝与母材等强，应尽量选用与母材强度级别相等的低氢焊条。7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接49492.合金结构钢的焊接：主要介绍强度用钢（高强钢）：按屈服点高低及热处理状态分为热轧钢、正火钢、低碳调质钢、中碳调质钢 （1）热轧钢及正火钢常用焊接方法：手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、压力焊。焊接要点：l抗热裂性比较好l有一定的冷裂倾向，随强度级别升高而增大l沉淀强化钢种有产生再热裂纹倾向。消除应力热处理时应避免600保温l热轧钢在制造

31、大厚件时，有层状撕裂危险l存在过热区脆化问题7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接（2）低合金高强度钢常用焊接方法：手工电弧焊、气体保护焊、电渣焊及压力焊。主要工艺措施：l预热l选择合适的焊接线能量l后热及焊后热处理5050（3）低碳调质钢。焊接要点：l含碳量低、含锰量高，热裂倾向小l冷裂纹倾向比较大，工艺合适可以避免l有一定的再热裂纹敏感性l对层状撕裂不敏感。l有过热区脆化和热影响区软化问题 工艺措施：l焊前预热l避免使用大的焊接线能量7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接5151（4）中碳调质钢。焊接要点：l淬硬倾向大，近缝区易出现马氏体组织，冷裂倾向大l碳及合

32、金元素高，有较大热裂倾向l有再热裂纹倾向l焊后淬火区出现淬硬的马氏体，导致脆化l焊后热影响区总有软化区 工艺措施：工艺措施：l预热及后热l宜采用小线能量焊接l采用低碳、硫、磷焊丝7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接5252(5) 珠光体耐热钢。焊接方法：手工电弧焊为主、埋弧焊和电渣焊也常用 焊接要点：焊接要点：l含碳量和合金元素含量与低碳调质钢相近，焊接性也接近l主要问题是冷裂纹、再热裂纹、粗晶区脆化以及热影响区的软化 工艺措施：工艺措施：l防止冷裂和粗晶脆化，正确选择预热温度和焊后回火温度至关重要l减少软化，应尽可能减少焊接线能量和降低预热温度l防止延迟裂纹，焊后立即进行高温

33、回火7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接5353二、不锈钢的焊接二、不锈钢的焊接1.奥氏体不锈钢的焊接：主要问题是热裂纹、脆化、晶间腐蚀和应力腐蚀开裂。含镍量越高，产生热裂倾向越大，越不容易控制（25-20钢比18-8钢热裂倾向大） 热裂防止措施：热裂防止措施：l严格限制S、P含量l调整焊缝金属组织，金属合金成分l采用小线能量及小截面焊道 接头脆化防止措施：接头脆化防止措施：l严格控制焊缝中铁素体含量l多层焊时采用较小线能量 晶间腐蚀防止措施：晶间腐蚀防止措施：l尽量降低母材及焊缝中含碳量l采用热量集中的焊接方法l在钢中添加稳定化元素Ti、Nb等l在钢及焊缝金属中加铁素体形成元

34、素7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接不锈钢焊接接头晶间腐蚀不锈钢焊接接头晶间腐蚀1-焊缝腐蚀区，2-热影响区敏化腐蚀区，3-刀蚀区5454应力腐蚀开裂防止措施：应力腐蚀开裂防止措施：l焊后消除或减少焊接残余应力l选用奥氏体铁素体双相组织的母材或 焊接材料l采用高Ni的铬镍不锈钢焊条焊接奥氏体不锈钢常采用手工电弧焊、钨极氩弧焊和熔化极富氩混合气体保护焊。7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接55552.马氏体不锈钢的焊接。可分两类：Cr13系列和Cr12为基多元合金强化马氏体钢。和低碳、中碳调质钢类似，主要问题是冷裂纹和脆化。l拘束度较大或含氢量较高时，在焊缝或近

35、缝区可能产生冷裂纹l预热是防止这类钢产生冷裂纹的重要措施。但预热温度要控制不要超过400，以防止产生475脆性l为防止冷裂，马氏体钢（F11钢除外）焊后应立即进行高温回火 常用方法为手工电弧焊和钨极氩弧焊7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接56563.铁素体不锈钢的焊接。主要问题是热影响区脆化和常温冲击韧度较低 工艺措施：工艺措施：l焊接时，就尽量缩短400 600和650 850的加热和冷却时间l可采用小功率，高焊速进行焊接，尽量减少焊缝截面，且不要连续焊接l 为防止高铬铁素体钢的室温韧性的大幅度降低接头上产生裂纹，常进行低温（70150）预热，使接头处于富有韧性状态下，这样

36、可以有效地防止裂纹的产生 常用手工电弧焊，通常需预热及焊后热处理7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接5757三、有色金属的焊接三、有色金属的焊接1.铝及铝合金的焊接。只有变形铝合金可以焊接。主要问题是气孔、热裂纹及接头性能变化。热处理强化铝有较高热裂倾向热裂纹防止措施：热裂纹防止措施：l关键在于选择合适焊丝，控制焊缝成分和配以合理规范参数l硬铝及超硬铝由于成分复杂产生裂纹倾向大，在原合金系统中进行成分调整难以改善抗裂性。因此，常用含硅5%（质量分数）的AL-Si焊丝（SALSi-1）来解决裂纹问题 l采用热能集中的焊接方法，有利于减少裂纹。裂纹倾向大的铝合金，不宜采用大电流和高

37、焊速7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接5858气孔防止措施（以纯铝、铝镁合金为突出）：l减少氢的来源l合理选择规范参数l采用Ar少量CO2或O2混合气体保护焊l对厚的工件适当预热7-4 7-4 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接2.铜及铜合金的焊接。焊接时主要问题：l焊缝成形能力差l焊缝热裂倾向大l气孔倾向严重l接头性能下降建议：建议：l薄板以钨极氩弧焊、手工电弧焊和气焊为好l中厚板采用埋弧焊、MIG焊和电子束焊l厚板建议用电渣焊59591.1.纵向残余应力与横向残余应纵向残余应力与横向残余应力：力：在焊接结构中，通常将沿焊缝方向的应力定义为纵向残余应力，用x表示：垂直于焊

38、缝方向的应力定义为横向残余应力，用y表示；沿板厚方向的应力定义为板厚应力，用z表示 7-5 7-5 焊接力学焊接力学低碳钢长板条中心堆焊时的低碳钢长板条中心堆焊时的应力变形情况应力变形情况一、焊接残余应力与焊接残余变形一、焊接残余应力与焊接残余变形6060对接焊缝残余应力典型分布对接焊缝残余应力典型分布7-5 7-5 焊接力学焊接力学61612.2.焊接残余变形分类焊接残余变形分类（1）总体变形纵向收缩变形横向收缩变形弯曲变形扭曲变形7-5 7-5 焊接力学焊接力学6262 扭转变形扭转变形7-5 7-5 焊接力学焊接力学（2）局部变形角变形波浪变形6363 3.焊接变形对焊接结构的影响 外形

39、美观 结构尺寸精确性 结构的承载能力7-5 7-5 焊接力学焊接力学二、减少及消除残余应力的措施二、减少及消除残余应力的措施 1.减少焊接残余应力措施：（1）设计措施（）（2）工艺措施l合理的焊接顺序和方向ABC；l反变形法和减应力加热法；l采用小线能量焊接；l锤击法64642.焊后消除残余应力的方法（1）整体、局部高温回火（2）温差拉伸法 （3）机械拉伸法（4）爆炸冲击法（5）振动法7-5 7-5 焊接力学焊接力学三、预防和消除残余变形措施三、预防和消除残余变形措施 1. 1.预防焊接残余变形措施：预防焊接残余变形措施：减少焊接残余变形的原则：对称加热，力求分散；均匀布置，切勿集中；反向变形

40、，以变治变；该紧就紧，该松就松。 （1）合理按排焊接顺序要领：先主后次，先大后小；先内后外，先短后长；异向分段，亦退亦进；多点同步，对称适量。65657-5 7-5 焊接力学焊接力学（2）必要的拘束：l采用各种适用的卡具装置强制固定，造成大的拘束度，变形会显著减少。上述“该紧就紧”就是指必要的拘束l薄板焊时，常用压板压紧防止失稳出现波浪变形l强制拘束对防止回转变形尤为重要。但拘束度过大，又容易引起裂纹；但如发生回转变形，则又会产生终端裂纹。增大引出板宽度。牢固点焊点，甚至还可采用千斤顶 6666（3）预留收缩裕量l“以变治变”：主要针对横向收缩和纵向收缩，组装时预留收缩裕量，以保证焊后产品焊后

41、产品的尺寸要求l“该松就松”：指可控的自由收缩7-5 7-5 焊接力学焊接力学 （4）采用反变形：是一种“以变治变”的方法。分弹性预弯法和塑性预弯法两种l弹性预弯法：使构件反向变形，在弹性状态下拘束，焊接后再释放拘束l塑性预弯法：使构件在塑性状态下拘束的反变形塑性预弯法要求预弯变形量必须很精确，而要掌握这一点又是很困难的。在实际使用中，弹性预弯要比塑性预弯更可靠些 6767（5）改变热分布形式 通过强制冷却和预热改变焊件上热分布形式，可以减少变形。 图为强制冷却减少变形的例子。焊接时，在臂上方孔中通水，焊接热可迅速散失，再配合以小的线能量和合理焊接顺序，弯曲变形仅为0.35mm。钻机臂截面形状

42、钻机臂截面形状7-5 7-5 焊接力学焊接力学68682.2.消除焊接残余变形方法消除焊接残余变形方法（1）火焰矫正法要领：凸起部位就是加热区。矫正顺序为：刚性大，先矫；刚性小，后矫。具体顺序：先矫均匀总变形；其次矫短段弯曲变形；最后矫局部弯曲变形。7-5 7-5 焊接力学焊接力学6969（2）机械加压变形法是一种冷矫方法。用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，以与原来的焊接变形相抵消。可以用手工锤击，压力机、辊压机、平板机等机械设备矫正，如图所示。适用于结构规则或薄板结构7-5 7-5 焊接力学焊接力学使用千斤顶校正梁的弯曲变形使用千斤顶校正梁的弯曲变形7070四、焊接结构的脆性断裂

43、四、焊接结构的脆性断裂1.研究意义： 1)定义：金属材料在载荷远小于设计应力、无明显塑变的情况下，发生的突然断裂 2)断裂特点： 在没有显著塑性变形下发生，无预兆 破坏一经发生，扩展迅速 破坏时应力远小于结构设计许用应力7-5 7-5 焊接力学焊接力学71712.焊接结构脆断的三个基本因素 脆性断口几乎看不到塑性变形的痕迹，裂口平整，断口有金属光泽材料工作条件下韧性不足结构上存在严重的应力集中过大的拉应力7-5 7-5 焊接力学焊接力学3.预防脆断的措施正确选择材料合理设计结构（）严格制造工艺（）7272五、焊接接头的疲劳强度五、焊接接头的疲劳强度 1.研究意义 1) 定义：结构在交变载荷的作

44、用下，无明显塑变的情况下，发生的低应力破坏。 2) 特点: 交变载荷 断口为疲劳辉纹 多起源于表面应力集中处 低应力破坏 无明显塑变 疲劳强度与载荷循环特性有关7-5 7-5 焊接力学焊接力学73732.提高疲劳强度的措施 降低应力集中程度： 采用合理结构形式降低应力集中； 选用应力集中的系数小的焊接接头； 采取妥善的工艺措施 调整残余应力： 整体退火或利用超载预拉伸法来降低构件的残余拉应力。采用局部加热或挤压在应力集中处产生残余压应力；表面强化处理 涂层保护： 大气及介质侵蚀往往对材料疲劳强度产生不利的影响，因此采用涂层保护是有效的 7-5 7-5 焊接力学焊接力学7474六、焊接结构的应力

45、腐蚀破坏六、焊接结构的应力腐蚀破坏 应力腐蚀破坏（SCC）材料和结构在腐蚀介质和静拉伸应力共同作用作用下引起的断裂 1.应力腐蚀破坏条件： 1)有拉应力存在 2)有腐蚀介质存在 3)仅合金发生应力腐蚀，纯金属不发生7-5 7-5 焊接力学焊接力学2.防止产生应力腐蚀的措施：1)正确选材2)合理设计结构（）3)清除和调节残余应力（）4)采用电化学保护5)用镀层或涂层隔离环境6)控制和改善环境7575一、焊接专家系统一、焊接专家系统在焊接领域中专家系统的类型主要分有工艺选择及工艺制定型、焊接缺陷预测与诊断型、辅助设计型和咨询（解释）型几种。1.工艺选择及工艺制定型焊接专家系统：在所开发的所有焊接专

46、家系统中，焊接工艺制定（选择）专家系统占的比重最大，约占70%7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用2.焊接缺陷预测与诊断型焊接专家系统裂纹诊断专家系统WeldCrac Expert：由英国焊接研究所（TWI）开发并己商品化的用于焊接裂纹类型诊断的专家系统。该软件可根据用户给出的裂纹特征、位置及焊接工艺情况，分析现存裂纹属于哪一种类型有缺陷结构安全评定专家系统：国内开发的断裂评估专家系统已达到实用水平76763.辅助设计型焊接专家系统 焊接变压器设计专家系统：由国内开发，已达实用水平 焊接标准符号生成系统Weldsymple:由美国CSM（科罗拉多矿业学院）和AWI联

47、合开发的己商品化的专家系统。系统利用AutoCAD，可辅助创建生成符合AWS A2.4一86标准一“焊接、钎焊及无损检查标准符号”的机械制图用所有焊接符号7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用4.咨询（解释）型焊接专家系统:典型咨询（解释）型焊接专家系统如美国C-Spec公司研发己商品化的“TurboXI焊接工艺评定标准解释”软件，用于解释及执行美国锅炉及压力容器规范中ASME XI焊接工艺评定标准，具体功能包括：数据检索，数据维护，根据用户输入信息及ASME XI规则进行逻辑推理7777二、焊接数据库系统二、焊接数据库系统 1.焊接工艺文件管理 （1）焊接工艺评定数

48、据库系统： 主要功能： 记录维护 帮助用户完成记录的输入、修改和删除等记 录维护工作。 记录查询 用户可以按照母材牌号、焊接方法、焊接材料、预热条件、热处理条件的任意组合进行记录查询 记录打印 按照用户熟悉的格式输出任意记录 （2）焊接工艺规程数据库系统： 主要功能：为用户提供数据库记录的基本维护功能、查询功能、打印功能 7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用78782.技术资料管理（1）材料成分与性能数据库系统 （2）焊接材料数据库系统 （3）材料焊接性数据库 （4）焊接CCT图数据库 7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用3.生产管理数据

49、库 （1）焊工档案管理数据库：对于以焊接为主要加工手段的企业，焊工人数众多，且每个焊工都持有数量不尽相同的合格证，所需复试的日期也不相同，这给管理工作带来很多不便。为提高工作效率，减少工作失误，有必要建立焊工档案管理数据库 （2）焊接标准查询数据库：建立标准查询系统可以帮助焊接技术人员方便查询标准的有关内容，使繁琐的工作变的简单轻松7979五、焊接设备的计算机控制五、焊接设备的计算机控制1.CO2焊机与MAG焊机短路过渡焊波控技术：在进行短路过渡焊时，实时检测电弧电压瞬时值，通过计算机及时而有效地控制熔滴在短路阶段和燃弧阶段的电流波形，使熔滴过渡更加顺畅，来抑制（减少）熔滴的飞溅2.脉冲MIG

50、焊机Synergic控制技术：Synergic控制法可以被称为脉冲MIG焊的一元化控制法或脉冲MIG焊的单旋钮控制法。这种方法的原理是将脉冲MIG焊的四个脉冲参数（峰值电流IP、峰值时间TP、基值电流Ib与脉冲参数f）和送丝速度有机联系起来，用实验方法确定其函数关系（协同关系），建立数学模型 7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用8080六、六、 焊接数值模拟技术焊接数值模拟技术1.焊接热过程数值模拟 2.焊接熔池流体流动及焊缝形状、尺寸的数值模拟 3.焊缝金属凝固和接头相变、组织变化的数值模拟4.焊接应力和变形的数值模拟 5.压力焊焊接过程数值模拟7-6 7-6 计算机在焊接成形中的应用计算机在焊接成形中的应用四、焊接生产计算机辅助系统四、焊接生产计算机辅助系统1.焊接工艺计算机辅助编制系统（WCAPP）：WCAPP按其工作原理可分为检索式、派生式和创成式三种2.焊接材料计算机辅助设计（WMCAD）：在焊接材料性能与其组分之间并无固定的函数关系，这给焊接材料的设计带来极大困难。针对这一情况利用计算机综合运用试验优化技术、数理统计、最优化技术 开 发 了 一 个 焊 接 材 料 计 算 机 辅 助 设 计（WMCAD）系统8181感谢您的听课！感谢您的听课！82