材料成型工艺基础-焊接(机类)1课件.ppt

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第三章连接成形概述l一、实现连接的方法有哪些？

二、焊接本质焊接是通接是通过加加热或加或加压，或两者，或两者并用，使工件达到并用，使工件达到原子间原子间结合合的一种的一种成型成型方法。

方法。

三、焊接方法分类金属焊接方法有40种以上，主要分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

熔焊将待将待焊处母材金属熔化以形母材金属熔化以形成成焊缝的的焊接方法称接方法称为熔熔焊。

压焊焊接接过程中，必程中，必须对焊件施件施加加压力（加力（加热或或不不加加热），以完成），以完成焊接接的方法称的方法称为压焊。

钎焊采用比母材金属熔点低的金采用比母材金属熔点低的金属材料作属材料作钎料，将料，将焊件和件和钎料加料加热到高到高于于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用料熔点、低于母材溶化温度，利用液液态钎料料润湿母材，填充接湿母材，填充接头间隙并与隙并与母材相互母材相互扩散散实现连接接焊件的方法。

件的方法。

熔焊-气焊压焊-点焊钎焊-烙铁钎焊四、焊接热源焊接热源有哪些？

焊接热源有哪些？

古代焊接技术长期停留在铸焊、锻焊和钎焊的水平上，使用的热源都是炉火，温度低、能量不集中，无法用于大截面、长焊缝工件的焊接，只能用以制作装饰品、简单的工具和武器。

19世纪初，英国的戴维斯发现电弧和氧乙炔焰两种能局部熔化金属的高温热源；18851887年,俄国的别纳尔多斯发明碳极电弧焊钳；20世纪初，碳极电弧焊和气焊得到应用，同时还出现了薄药皮焊条电弧焊，电弧比较稳定，焊接熔池受到熔渣保护，焊接质量得到提高，使手工电弧焊进入实用阶段，电弧焊从20年代起成为一种重要的焊接方法。

电弧焊爆炸焊五、焊接特点上部的铸件需要在三个面上造型、钻孔并加工成圆锥台，如果把三个管状件与一个加工好的立方体用螺纹配合起来，再使用硬钎焊，事情就容易多了。

例液化天然气储罐六、焊接应用焊接应用电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法。

它包括有：

手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、熔化极气体保护焊等。

在形成接头时，可以采用也可以不采用填充金属。

所用的电极是在焊接过程中熔化的焊丝时，叫作熔化极电弧焊，所用的电极是在焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒时，叫作不熔化极电弧焊，诸如钨极氩弧焊、等离子弧焊等。

第一节电弧焊l电弧适合于焊接的特性l电极材料l电弧热Q=U*Il阴极区、阳极区、弧柱区l电弧温度分布、热量分布

（一）焊接电弧

（一）焊接电弧一、焊接冶金过程与电焊条一、焊接冶金过程与电焊条等离子弧与普通电弧的比较直流电源焊接时的正接和反接1.电源的要求源的要求焊条条电弧弧焊电源源应具有适当的空具有适当的空载电压和和较高的引弧高的引弧电压，以利于引弧，以利于引弧，保保证安全；当安全；当电弧弧稳定燃定燃烧时，焊接接电流增大，流增大，电弧弧电压应急急剧下降；下降；还应保保证焊条与条与焊件短路件短路时，短路，短路电流流不不应太大；同太大；同时焊接接电流流应能灵活能灵活调节，以适，以适应不同的不同的焊件及件及焊条的要求。

条的要求。

焊条条电弧弧焊电源源焊接接时，电弧沿弧沿焊件逐件逐渐移移动并并对焊件件进行局部加行局部加热。

焊件件经焊接接后所形成的后所形成的结合部分称合部分称为焊缝。

焊缝及其及其邻近区域的近区域的总称叫称叫焊缝区。

区。

（二）焊接冶金过程

（二）焊接冶金过程焊接冶金过程光焊丝焊接的问题解决方法（焊接过程中的质量焊接过程中的质量保护措施）保护措施）机械保护冶金处理（三）焊条（三）焊条1.焊条的组成和作用焊条的组成和作用焊条是涂有条是涂有药皮的供皮的供焊条条电弧弧焊用的熔化用的熔化电极，由极，由药皮和皮和焊芯两部分芯两部分组成。

成。

焊芯芯-导电的的电极，极，-本身又熔化作本身又熔化作为填充填充金属，与熔化的母材共同形成金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属；金属；药皮皮-是是压涂在涂在焊芯表芯表面的涂料面的涂料层，主要作用是在，主要作用是在焊接接过程中造气，起保程中造气，起保护作用，防止作用，防止空气空气进入入焊缝；同；同时具有冶金作具有冶金作用，如脱氧、脱硫、脱磷等；并用，如脱氧、脱硫、脱磷等；并具有具有稳弧、脱渣等作用。

弧、脱渣等作用。

电焊条

（1）按熔渣的化学性按熔渣的化学性质分分1）酸性酸性焊条条溶渣呈酸性，溶渣呈酸性，药皮中含大量皮中含大量SiO2、TiO2、MnO等等氧化物。

氧化物。

2）碱性碱性焊条条熔渣呈碱性，熔渣呈碱性，药皮的主要成分皮的主要成分为CaCO3和和CaF2。

2.焊条的分条的分类

（2）焊条按用途可分条按用途可分为十一大十一大类l碳碳钢焊条、低合金条、低合金钢焊条、条、l钼和和铬钼耐耐热钢焊条、低温条、低温钢焊条、条、l不不锈钢焊条、堆条、堆焊焊条、条、铸铁焊条、条、l镍及及镍合金合金焊条、条、铜及及铜合金合金焊条、条、铝及及铝合金合金焊条、条、l特殊用途特殊用途焊条。

条。

牌号与型号：

焊条行业统一的焊条代号；国标中的焊条代号E5016：

50是熔敷金属抗拉强度的最小值，Kgf/mm21是焊条焊接位置，0全位置；2平焊，平角焊；4向下立焊。

第34数字组合表示焊接电流种类及药皮类型。

牌号与型号

（1）按按强度等度等级和化学成分和化学成分选用用1）焊接一般接一般结构，如低碳构，如低碳钢、低合金、低合金钢结构构件件时，一般，一般选与与焊件件强度等度等级相同的相同的焊条，而条，而不考不考虑化学成分相同或相近。

化学成分相同或相近。

2）焊接异种接异种结构构钢时，按，按强度等度等级低的低的钢种种选用用焊条。

条。

3）焊接特殊性能接特殊性能钢种，如不种，如不锈钢、耐、耐热钢时，应选用与用与焊件化学成分相同或相近的特种件化学成分相同或相近的特种焊条。

条。

3.焊条的条的选用用

（2）按按焊件的工况条件件的工况条件选用用焊条条1）焊接承受接承受动载、交、交变载荷及冲荷及冲击载荷的荷的结构件构件时，应选用碱性用碱性焊条。

条。

2）焊接承受静接承受静载的的结构件构件时，应选用酸性用酸性焊条。

条。

3）焊接表面接表面带有油、有油、锈、污等等难以清理的以清理的结构件构件时，应选用酸性用酸性焊条。

条。

4）焊接在特殊条件，如在腐接在特殊条件，如在腐蚀介介质、高温等、高温等条件下工作的条件下工作的结构件构件时，应选用特殊用途用特殊用途焊条。

条。

（3）按按焊件形状、件形状、刚度及度及焊接位置接位置选用用焊条条1）厚度、厚度、刚度大、形状复度大、形状复杂的的结构件，构件，应选用碱性用碱性焊条。

条。

2）厚度、厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均度不大，形状一般，尤其是均可采用平可采用平焊结构件，构件，应选用适当的酸性用适当的酸性焊条。

条。

3）除平除平焊外，立外，立焊、横、横焊、仰、仰焊等等焊接位接位置的置的结构件构件应选用全位置用全位置焊条。

条。

4）焊件碳、硫、磷件碳、硫、磷质量分数量分数较大大时，应选用碱性用碱性焊条。

条。

5）焊接接铸造碳造碳钢或合金或合金钢时，因，因为碳和合金元素的碳和合金元素的质量分数量分数较高，而且高，而且多数多数铸件厚度、件厚度、刚度度较大，形状复大，形状复杂，故一般故一般选用碱性用碱性焊条。

条。

二、焊接焊接接头组织和性能焊接接头的定义工件上温度变化过程1.焊缝金属区金属区焊缝金属区指在金属区指在焊接接接接头横截面上横截面上测量的量的焊缝金属的区金属的区域。

域。

焊接加接加热时，焊缝金属区的温度金属区的温度在液相在液相线以上，母材金属和填充金属以上，母材金属和填充金属熔化后共同形成液熔化后共同形成液态熔池。

冷却熔池。

冷却结晶晶是以熔池和母材交界是以熔池和母材交界处半熔化状半熔化状态的的母材金属晶粒母材金属晶粒为结晶核心，沿着垂直晶核心，沿着垂直于散于散热面的反方向生面的反方向生长，成，成为柱状晶柱状晶的的铸态组织。

焊缝金属区金属区焊缝与母材交接的与母材交接的过渡区渡区此区温度在固相此区温度在固相线和液相和液相线之之间，焊接接过程中母材金属部分熔化，故亦程中母材金属部分熔化，故亦称称半熔化区。

半熔化区。

熔化的金属凝固成熔化的金属凝固成铸态组织，铸态组织，未未熔化的金属因加熔化的金属因加热温度温度过高成高成过热粗过热粗晶晶，其塑性和，其塑性和韧性明性明显变差，容易差，容易产生裂生裂纹和脆性破坏。

和脆性破坏。

2.熔合区熔合区是是焊接或切割接或切割过程中，材料因受程中，材料因受热的的影响（但影响（但未熔化）而发生金相组织和力学未熔化）而发生金相组织和力学性能变化性能变化的区域。

按其的区域。

按其组织特征又可分特征又可分为以下四个区域：

以下四个区域：

（1）过热区过热区

（2）正火区）正火区（3）不完全重结晶区不完全重结晶区（4）再结晶区再结晶区3.热影响区热影响区

（1）过热区）过热区

（2）正火区）正火区（3）不完全重结晶区）不完全重结晶区三、焊接应力和变形l产生原因l消除和矫正的措施焊接接时，在任何情况下，在任何情况下焊接接应力力总是存在的。

当是存在的。

当焊接接应力超力超过该材料相材料相应温度的屈服温度的屈服应力力时，焊件将件将产生生变形；形；超超过材料的断裂材料的断裂应力力时，焊件将会件将会产生生裂裂纹甚至断裂。

甚至断裂。

焊接裂接裂纹包括包括纵向裂向裂纹、横向裂、横向裂纹、内部裂内部裂纹、根部裂、根部裂纹等；等；焊接接变形的基本形式有角形的基本形式有角变形、弯形、弯曲曲变形、波浪形、波浪变形、收形、收缩变形、扭曲形、扭曲变形、形、错边变形等。

形等。

焊接裂纹与焊接变形的形式1.焊前前预热合理合理设计焊接接结构构2.选择合理的合理的焊接接顺序序3.反反变形法形法4.刚性固定法性固定法采用工装采用工装夹具或定位具或定位焊固固定，此法可定，此法可显著减小但不能完全消除著减小但不能完全消除焊后后残余残余变形。

形。

5.尽量减少尽量减少焊缝及及焊缝的的长度和截面度和截面积，并尽量使并尽量使结构中的所有构中的所有焊缝对称，避免交称，避免交叉叉焊缝。

预防和减少应力和变形的措施消除焊接应力锤击焊缝法法焊后后热处理理1.机械机械矫正法正法即用机械的方法将即用机械的方法将变形形矫正正过来，生来，生产中常用的中常用的设备有有辊床、床、压力机、力机、矫直机等；薄板直机等；薄板焊接最接最常常见的的变形形为波浪波浪变形，其形，其矫正正较难，一般用一般用锤击法法进行行矫正正。

2.火焰火焰矫正法正法采用局部加采用局部加热焊件的件的某些部位，使其受某些部位，使其受热时膨膨胀，受周，受周围冷金属制冷金属制约引起引起长度方向被度方向被压缩，冷，冷却却时收收缩而而矫正正变形。

形。

焊接焊接变形的形的矫正正四、常用电弧焊方法

（一）手工电弧焊电弧弧焊是是利用利用电弧弧作作为热源的熔源的熔焊方方法。

法。

焊条条电弧弧焊是用是用手工操手工操纵焊条条进行行焊接接的的电弧弧焊方法。

方法。

具有具有设备简单，操作灵活，成本低等，操作灵活，成本低等优点，且点，且焊接性好，接性好，对焊接接接接头的装配尺的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种行各种位置的位置的焊接，是接，是生生产中中应用最广的用最广的焊接方接方法。

法。

主要主要应用于用于单件小批量生件小批量生产中中焊接碳接碳素素钢、低合金、低合金结构构钢、不、不锈钢、耐、耐热钢和和对铸铁的的补焊等。

等。

手工电弧焊1930年前，美国的诺布尔利用电弧电压控制焊条送给速度，制成自动电弧焊机，从而成为焊接机械化、自动化的开端。

1930年美国的罗宾诺夫发明使用焊丝和焊剂的埋弧焊，焊接机械化得到进一步发展。

（二）埋弧焊l与手工电弧焊比较：

特点、适用场合l问题1：

埋弧焊克服了手工电弧焊的什么缺点？

l问题2：

为什么埋弧焊的焊接效率这么高呢？

手工埋弧8-10mm钢板对接6-8m/h30-50m/h质量高（保护好、自动焊、冶金时间长）劳动条件好：

没有弧光，减轻手工操作省材好（20-25mm以下不开坡口；焊条头没有浪费，飞溅很小）与手工电弧焊比较：

问题：

为什么埋弧焊的焊接效率这么高呢？

答：

焊芯和药皮分开，导电长度短，所以电流大，常常为1000A以上；且不用换焊条，焊接可以连续进行；而手工电弧焊电流为20-500A，厚度一般在3-20mm之间。

所以：

提高生产率5-10倍。

与手弧焊相比，其最大的优点是