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焊工教案

第一章：

焊接的基本知识

 教案

（一）2课时

课题：

焊工工艺概述

教学目标：

1、了解焊接在金属结构和机械制造中，与其它连接方法，相比有什么特点？

2、了解焊接的实质。

3、知道焊接的分类及什么是熔焊、压焊、针焊。

教学过程：

一、引入新课

在金属结构和机械制造中，总需要将两个或两个以上的零件，按一定形状和位置连接起来，并保证有足够的连接强度。

连接的方法主要有两大类：

一类是可拆卸的，如螺栓连接、键连接；另一类是永久性的，如：

铆接、焊接。

随着近代科学的发展，焊接已成为一门独立的科学，广泛应用于国民经济的各个领域，据统计，我国年产量焊接用钢量占钢材总产量的25~28%，世界工业发达的国家焊接耗钢量已占钢材总产量的45%左右，由此可见焊接技术应用的前景是很广阔的。

二、焊接的优点

焊接与铆接、铸造、锻造相比具有下列优点：

（1）节省金属材料，减轻结构重量，经济效益好。

（2）制造设备简单，简化加工与装配工序，生产周期短，生产效率高。

（3）结构强度高，接头密封性好

（4）结构设计灵活性大，按结构的受力情况可以优化配置材料；按工作情况需要，可在不同部位选用不同强度、不同耐磨、耐腐蚀及高温等性能的材料。

（5）焊接件外形平整，加工余量少；

（6）焊接工艺过程容易实现机械化和自动化

（教师对以上各点可分别举例加以说明）

三、焊接加工方法的特点

（1）用焊接加工的结构易产生较大的焊接残余变形和焊接残余应力，从而影响结构的承载能力，加工精度和尺寸稳定性，同时在焊缝与焊件交界处还会产生应力集中，对结构的脆性断裂有较大的影响。

（2）焊接接头中存在着一定数量的缺陷，如裂纹、气孔、夹渣、未焊透、未熔合等。

这些缺陷的存在会降低强度引起应力集中损坏焊缝的致密性，这是造成焊接结构破坏的主要原因之一。

（3）焊接接头具有较大的性能不均匀性。

由于焊缝的成份及金相组织与母材不同，接头各部位经历的热循环不同，使接头不同区域的性能不同。

（4）焊接生产过程中产生高温，强光及一些有毒气体，对人体有一定损害，因此要加强焊接操作人员的劳动保护。

四、焊接的实质

工业生产中，焊接主要用于连接金属材料，要使两部分金属材料达到永久地连接目的，就必须使分离的金属相互非常接近，达到原子结合的距离，这样才能使原子间产生足够大的结合力，形成牢固的接头。

这对液体来说是很容易的，而对固体来说则比较困难，需要外部给予很大的能量，因此必须采用加热，加压或两者并用的方法。

定义：

焊接就是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到原子结合的一种加工方法。

五、焊接的分类

按照焊接过程中的工艺特点和母材金属所处的状态不同可以把焊接方法分为熔焊、压焊和钎焊三种。

（1）熔焊：

在焊接过程中，将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。

熔焊是目前应用最广泛的焊接方法。

常用的有焊条电弧焊、埋弧焊、二氧化碳气体保护焊及惰性气体保护焊。

（2）压焊

焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成的焊接方法，称为压焊。

压焊包括电阻焊、固态焊、热压焊、锻焊、扩散焊、气压焊及冷压焊等。

（3）钎焊

钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。

是一种采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点低于母材熔化温度，利用液态料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。

 六、复习题

1、什么是金属的焊接？

为什么在焊接时要加热、加压？

2、什么是熔焊？

常用的熔焊有哪几种？

3、焊接方法分为哪三大类？

熔焊和钎焊的主要区别是什么？

4、焊接结构与铆接结构、铸造结构相比，有什么优点？

 教案

（二）2课时

课题：

焊接电弧

教学目标：

1、了解焊接电弧的产生过程及引燃方法。

2、知道焊电接弧的组成及湿度分布情况。

3、了解焊接电弧的静特性。

4、掌握焊接电弧的极性及应用。

5、知道影响焊接电弧稳定性的因素。

教学过程：

一、焊接电弧的产生。

电弧的两个特性：

一是产生高热；二是产生强光。

电弧焊就是利用它的热能来熔化填充金属和母材金属的。

1、名词：

焊接电弧

焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间的气体介质中产生强烈而持久的放电现象。

气体电离：

中性气体分子或原子释放电子变成能导电的离子的过程。

阴极电子发射；

阴极的金属表面连续地向外发射出电子的现象。

焊接时引起气体电离的方式有：

碰撞电离、热电离、光电离。

焊接时，根据阴极吸收的能量不同，所产生的电子发射有：

热电子发射、强电场电子发射、撞击电子发射。

2、焊接电弧的产生过程

A、高频高压引弧法

将两电极互相靠近2~5mm，然后加上2000~3000v的空载电压，利用高电压将空气击穿，引燃电弧。

B、接触短路引弧法。

这种引弧方法包括两个过程：

一是先将两电极互相接触短路；二是在短路后迅速将电极拉开，电弧瞬间引燃。

（2）焊接电弧的引燃过程

焊条电弧焊时，当焊条末端与焊件接触时，它们的表面都不是绝对平整的，只是在少数突出点上接触，接触部分通过短路电流密度非常大，而接触面积又很小，这时产生大量电阻热，使电极金属表面发热、熔化甚至蒸发、汽化、引起相当强烈的热发射和热电离。

随后在拉开电极的瞬间由于电场作用的迅速增强，又促使产生电场发射。

同时，已经形成的带电质点在电场作用下，加速运动，并在高温条件下，相互碰撞，出现了电场作用下电离和撞击发射。

这样，使带电质点的数量猛增，大量电子通过流向阳极，电弧便引燃了。

（3）短路法引弧的影响因素

A、焊接电流

B、气体中的电离物质

C、弧焊电源的空载电压及其特性。

二、焊接电弧的组成及温度分布。

1、焊接电弧的组成

焊接电弧是由阴极区，阳极区和弧柱区三部分组成。

（1）阴极区

阴极区靠近阴极处，（电源负极）区域很窄，大约只有10-5~10-6cm左右，在阴极表面上有一个明显光亮的斑点称为阴极斑点。

阴极斑点是电子发射的发源地。

（2）阳极区

阳极区靠近阳极处（电源正极），区域比阴极宽些，大约有10-3~10-4cm。

在阳极表面上也有一个明亮的斑点，称为阳极斑点。

（3）弧柱区

弧柱区是处于阳极区与阳极区之间的区域，由于阴极区和阳极区都很窄，电弧的主要部分是弧柱区，弧柱长度基本上等于电弧的长度。

2、焊接电弧的温度分布。

焊接电弧三个区域的温度分布是均匀的。

（1）阴极区温度

一般可达2400~3500k，阴极区温度高低主要取决于阴极的电极材料。

（2）阳极区温度

阳极斑点的温度可达2600~4200k。

焊条电弧焊时，阳极温度高于阴极温度。

（3）弧柱区

焊条电弧焊时，弧柱中心的温度约为5000~8000k。

三、电弧的静特性

焊接电弧的静特性是在电极材料、气体介质和弧长一定的情况下，电弧稳定燃烧时，焊接电流与电弧电压变化的关系。

电弧静特性曲线呈U形分为三部分：

下降牺牲ab段——随着焊接电流增加，电弧电压迅速减少。

水平特性段bc——随着焊接电流的增加、电弧电压基本保持不变。

上升特性cd段——随着焊接电流的增加，电弧电压也随之增加。

四、焊接电源的极性及应用

1、焊接电源的极性。

焊接电源的两个输出电极分别接到焊钳和焊件上，形成一个完整的焊接回路。

对直流弧焊电源来说，一个极为正极，一个极为负极。

当焊件接电源正极、焊钳接电源负极的接线方法叫正接，反之叫反接。

 2、极性应用

焊条电弧焊采用酸性焊条直流电源焊接时，正接法，焊件接正极温度较高，熔得大，用来焊厚板；而在焊薄板时，为了防止烧穿，可采用反接法。

若用低氢型碱性焊条，必须使用直流反接法。

五、焊接电弧的稳定性

电弧保持稳定燃烧是否稳定，直接影响到焊接质量的好坏和焊接过程的正常进行。

影响电弧燃烧稳定性的因素归纳为以下几个方面：

1、焊工的操作技术水平。

2、弧焊电源的影响。

3、焊条药皮的影响

4、焊件接头处的清洁程度和气流的影响。

5、电弧的磁偏吹。

六、复习题

1、什么是焊接电流？

2、什么是气体电离？

气体电离方式有哪些？

3、什么是阴极电子发射？

阴极电子发射方式有哪些？

4、简述电弧引燃过程？

5、焊接电弧的构造及温度分布如何？

6、什么叫焊接电弧的静特性？

其特性曲线呈何形状？

7、焊接时数极性，接法有哪几种？

它们的应用如何？

为什么？

8、影响电弧燃烧稳定的因素有哪些？

 教案（三）2课时

课题：

焊接的冶金基础

教学目标：

1、知道什么是焊接过程的冶金反应，了解焊接冶金过程的特点？

2、知道焊接区气体来源和成分，重点知道对焊缝金属影响最大的三种气体及控制措施？

3、了解夹杂物对焊接的影响及防止措施。

教学过程：

一、冶金反应

焊接时，熔池的周围充满着大量的气体，熔池中还覆盖着熔渣，这些气体、熔渣与液体金属之间不断地进行着一系列复杂的物理、化学反应，这种反应称为冶金反应。

冶金反应的结果，在很大程度上决定着焊缝金属的质量，因此，应了解与掌握冶金反应规律，通过焊接冶金处理，消除焊缝金属中的有害物质，增加焊缝金属中某些有益元素，从而保证焊缝金属的各种性能。

二、焊接冶金过程的特点

1、由弧区和熔池的温度高。

2、熔池体积小，存在时间短。

3、熔池金属不断更新。

4、反应接触的面积大

三、焊接区气体对金属的作用

1、焊接区气体来源和成分。

（1）来源：

焊接区气体的来源主要是；电弧周围的空气侵入焊条药皮中某些成分分解和析出的气体；焊条与母材表面上杂质，污物分解析出的气体；金属，熔渣高温蒸发的气体等。

（2）主要成分

焊接区气体的主要成分有：

CO、CO2、H2、N2、H2O及少量的金属和熔渣的蒸气。

2、氮对焊缝金属的影响

氮主要来自焊接区周围的空气。

焊缝中含氮量较高时，对焊缝金属的力学性能有较大影响，使焊缝强度增高、塑性、韧性下降，变脆；同时会在焊缝中产生气孔。

控制措施：

加强对焊接区的保护，焊接时，采用短弧焊接。

3、氢对焊缝金属的影响。

焊接区的氢主要来自焊条药皮中的水分，药皮中有机物和金属表面的油、锈等活物。

氢可以引起钢的氢脆或白点，使钢的硬度升高，塑性和韧性严重下降，氯是焊接接头中产生气孔和冷裂纹的主要因素之一。

控制措施：

烘干焊条，清理干净焊件表面上的杂质，选用低氢型焊条，焊后消氢处理。

4、氧对焊缝金属的影响

氧主要来自焊条药皮、焊剂、保护气体、水分及焊件表面上锈、氧化皮、其次是来自大气。

焊缝中氧的存在，使焊缝金属的强度，塑性和韧性降低，使钢的脆性转变温度提高，降低钢的疲劳强度和冷热加工性能。

控制措施：

采用短弧焊，清理干净焊件表面上的锈污，最有效的措施是进行焊接冶金脱氧。

四、夹杂物对焊缝的影响

焊后残留在焊缝金属中的非金属夹杂物主要有氧化物和硫化物等。

氧化物夹杂的主要成分是SiO2、MnO、TiO2和AlO3等，这些夹杂物易引起焊缝的热裂纹。

硫化物夹杂主要是MnS和FeS，其中FeS形式存在的夹杂对钢的危害性最大，使焊缝产生热裂纹。

夹杂的防止主要是正确选择焊条或焊剂，使之更好地脱氧、脱硫，同时注意选用合适的焊接参数。

五、焊接熔渣的酸、碱性。

焊接过程中，焊条药皮熔化后经过一系列化学变化形成的覆盖于焊缝表面的非金属物质称为熔渣。

熔渣主要成分由氧化物组成，这些氧化物按化学性质分，可分为碱性氧化物、酸性氧化物和两性氧化物。

熔渣碱性的强弱用碱度K表示

当K>1.5时，称为碱性渣，当K<1.5时，称为酸性渣。

焊接时熔渣是碱性的焊条称为碱性焊条（如E5015），呈酸性的焊性的焊条称为酸性焊条（如E4303、E4320等）。

六、复习题

1、什么是焊接的冶金反应？

2、焊接冶金的任务是什么？

3、焊接区的氧气、氮气、氢气分别是从哪里来？

它们对焊缝金属各有何作用？

4、焊接熔渣可以分为哪几类？

如何确定熔渣的酸碱度？