焊接成形--复习资料 62页

第七章焊接成形技术\nNext——典型弧焊方法!\n焊接成形学了什么——典型弧焊视频内容第1/2节—熔焊成形看书原理/特点/适用范围高效弧焊思考掌握哪些——典型弧焊定义工艺适用焊条/焊原理特点范围丝手工电弧焊埋弧自动焊钨极氩弧焊熔化极气体保护焊\nNext——手工电弧焊!\n典型弧焊方法一、手工电弧焊典型弧焊定义工艺适用焊原理特点范围条焊接原理手工电弧焊焊条+工件1、焊接原理：手工操作焊条进行焊接的方法。电弧焊条局部熔化工件局部熔化药皮焊芯气体熔渣熔滴熔化母材联合保护焊缝=熔池+焊渣\n典型弧焊方法常用-金属厚板不太常用-金属薄板\n典型弧焊方法2.焊条保护作用使电弧容易引燃药皮冶金作用并稳定燃烧工艺性能焊接飞溅少焊条组成焊条组成焊缝美观电极焊芯焊缝容易脱渣填充金属各种位置焊接\n典型弧焊方法结构钢焊条（J）按用途钼及铬钼耐热钢焊条（R）焊条分类低温钢焊条（W）不锈钢焊条（B）铬不锈钢焊条（G）铬镍不锈钢焊条（A）铜及铜合金焊条（T）铝及铝合金焊条（L）铸铁焊条（Z）堆焊焊条（D）酸性焊条按熔渣酸碱度碱性焊条钙型焊条按药皮类型钛钙型焊条等\n典型弧焊方法焊条型号：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。例：GB/T5117—1995《碳钢焊条》有关主要标准还有：E4303GB/T983-1995焊接位置焊接位置E5015《低合金钢焊条》GB/T3670-1995焊条焊条Exxxx《铜及铜合金焊条》GB/T983-1995《不锈钢焊条》第三位及第四第三位及第四GB/T13814-1992位数字组合表位数字组合表《镍及镍合金焊条》最小抗拉强度最小抗拉强度σσbb示药皮类型和MPaMPa或或N/mmN/mm22示药皮类型和JB/T6964-93焊接电源种类焊接电源种类《特细碳钢焊条》\n典型弧焊方法焊条牌号：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、性能的产品为一个牌号。并同时注明“符合GBE××××型或相当于GBE××××型”结构钢焊条：J×××例：J422、J507J：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。焊条组成钼及铬钼耐热钢焊条：不锈钢焊条：R×××例：R317G×××或A×××R：耐热钢焊条；例：G202、A137G或A表示不锈钢焊条；×：熔敷金属化学成分等级；×：焊缝金属主要化学成分组分等级；×：不同牌号编号；×：不同牌号编号；×：焊接电流种类和药皮类型.×：焊接电源种类和药皮类型.\n典型弧焊方法手工电弧焊焊接位置：平焊、横焊、立焊、仰焊、全位置焊手工电弧焊焊接位置示意\n典型弧焊方法一、手工电弧焊2、工艺特点—优/缺点3、适用范围—焊接位置/材料优点：位置：★简便灵活，适应性强★室内外，长短曲焊缝均可★设备简单，易于移动★各种位置都可以焊接★成本低等。★单件/小批量生产缺点：材料：◆对焊工操作技术要术高√1.5mm以上；◆劳动条件差X1mm以下◆生产率低√适于碳钢、低合金钢、不锈钢、铜及合金等X活泼金属/难熔金属X低熔点/低沸点金属\nNext——埋弧自动焊!\n典型弧焊方法二、埋弧自动焊典型弧焊定义工艺适用焊原理特点范围剂焊接原理埋弧自动焊1、焊接原理：焊丝+工件电弧在焊剂下燃烧进行焊接的方法，埋在颗粒状电弧利用电气及机械装置控制送丝/移动电弧。焊剂下面焊剂焊丝工件部分蒸发熔滴熔融母材熔渣膜封闭空腔熔池包围埋弧自动焊原理示意隔绝/保护焊缝+人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\n典型弧焊方法焊剂型号及牌号：◆熔炼焊剂牌号表示：HJ×××例：HJ431（高锰高硅低氟熔炼焊剂）×：焊剂中氧化锰含量，×：焊剂中二氧化硅、氟化钙含量，×：同一类型焊剂牌号编号。◆烧结焊剂牌号表示：SJ×××例：SJ501（铝钛型烧结焊剂）×：焊剂的渣系，××：同一渣系中不同牌号焊剂。熔炼焊剂与烧结焊剂优缺点比较见教材表7.2熔炼焊剂用途及配用焊丝见教材表7.3\n典型弧焊方法二、埋弧自动焊2、工艺特点—优/缺点3、适用范围—焊接位置/材料优点：位置：★生产效率高★中厚板结构的长焊缝★焊缝成形美观，质量高★也可以在金属表面堆焊★劳动条件好。耐磨或耐蚀合金缺点：材料：◆一般只适合于√中厚板；平焊及平角焊位置√适用于碳钢、低合金钢、◆设备复杂，耐热钢、不锈钢及多种灵活性不及手工电弧焊有色金属（Ni、Ti、Cu）\nNext——钨极氩弧焊!\n典型弧焊方法三、钨极氩弧焊典型弧焊定义工艺适用焊原理特点范围丝焊接原理钨极氩弧焊1、焊接原理：钨电极+工件电弧在氩气保护下进行焊接的方法，氩气电弧填充焊丝工件熔滴熔融母材惰性气体熔池保护层隔绝/保护焊缝+人\n典型弧焊方法分类：按操作方式可分为：手工TIG与自动TIG按电源种类可分为：直流正接—多用直流直流反接—少用直流脉冲—热输入小矩形波—合理分配交流正弦波\n典型弧焊方法各种电流TIG特点及应用DC正接：•工件接电源正极，熔深大，生产率高。•钨电极接电源负极（阴极），发热量小，许用电流大。电极不易烧损，电弧稳定，应用广泛。DC反接：•工件接电源负极，熔深浅，生产率低，一般不用。•钨电极接电源正极，电极发热量大易烧损。具有“阴极清理作用”即去除焊件表面氧化膜的作用。DC脉冲：•采用可控的脉冲电流加热工件，输入热量小，工件变形小，可焊淬火倾向大的钢。\n典型弧焊方法正弦AC：•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。\n典型弧焊方法2.特点优点：★氩气不和金属产生化学反应，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，焊接质量高；★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。★电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形；填充焊丝不飞溅，焊缝成形美观。\n典型弧焊方法缺点：●钨电极承受电流小，熔深浅，熔敷小，生产率低；●Ar气贵，比手工电弧焊、埋弧焊、CO2焊成本高；●对焊件表面清理要求严。3.应用：√几乎可焊所有金属、合金X低熔点（低沸点）和易蒸发的Pb、Sn、Zn√一般3mm以下√厚壁压力容器及管道要求焊透焊缝的打底焊√厚板对接接头的单道多层或多层多道窄间隙焊\nNext——熔化极气体保护焊!\n典型弧焊方法典型弧焊定义工艺适用焊四、熔化极气体保护焊原理特点范围条焊接原理熔化极气体保护焊焊丝+工件1、焊接原理：保护气体电弧在气体保护下进行焊接的方法，电弧焊丝工件熔滴熔融母材气体熔池保护层熔化极气体保护焊原理示意隔绝/保护焊缝+人1-焊丝盘，2-送丝滚轮，3-焊丝，4-导电嘴，K:\焊接课件--动画\熔化极气体保护焊.swf5-保护气体喷嘴，6-保护气体，7-熔池，8-焊缝，9-电弧，10-工件\n典型弧焊方法四、熔化极气体保护焊2、分类：按焊丝形式，分为：实芯焊丝、药芯（管状）焊丝按保护气体种类，分为：•熔化极惰性气体保护焊（MIG）——Ar、He•熔化极活性气体保护焊（MAG)——Ar+O、Ar+CO、Ar+CO+O、CO或CO+O2222222•熔化极脉冲氩弧焊（MIGP)——Ar•管状焊丝（药芯焊丝）——CO或CO+Ar22\n典型弧焊方法5.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：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缺点：l成本高l对送丝机构要求高l焊丝外皮易生锈，焊丝剂易吸潮多用于半自动焊。主要用于碳钢、低合金钢、不锈钢和铸铁。\n典型弧焊方法——小结典型弧焊焊接填充保护工艺适用材料金属气体特点范围手工电弧焊埋弧自动焊钨极氩弧焊熔化极气体保护焊\nNext——压力焊及钎焊!\n§7-3压力焊及钎焊定义：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。压焊分类：对焊接工艺闪光对焊焊电阻对焊√电阻焊点焊缝焊凸焊摩擦焊电流波形爆炸焊直流低频工频中频脉冲\n电阻焊方法——小结电阻焊示意图定义/原理焊件搭接-压紧在两柱状铜合金电极间-点焊接通电流-电阻热-焊件局部熔化-焊点焊接搭接/对接-两滚轮电极压紧缝焊焊件并转动-连续或断续送电-熔核互相搭叠-密封焊缝观看点焊——动画缝焊——动画\n电阻焊方法——小结电阻焊分类适用范围供电方式不要求气密性——单面/双面/间接小于3mm薄板点焊焊点数√低碳钢、——单点/双点/多点√镀锌钢、电流波形√不锈钢、——共频等√铜/铝合金等通电和工件运动方要求密封性式0.1-2mm缝焊——连续缝焊-少用√低碳钢——断续缝焊-√不锈钢1.5mm以下√X铝合金——步进缝焊-铜合金铝/镁合金焊接\n电阻焊方法——小结电阻焊示意图定义/原理一焊接面预制凸点-与另一焊接接触-凸焊加压并通电-电阻热-凸点焊塌-焊点焊件沿轴线对接-先压紧再通电-电阻熔化焊接-对焊闪光焊接沿轴线对接-对焊先通电再逐步靠近-不断熔化爆破闪光-顶锻完成焊接\n电阻焊方法——小结电阻焊示意图分类适用范围板材/块材/单点凸焊线材/管材多点凸焊0.5-4mm薄板环焊凸焊√低碳/低合金钢、T形焊√螺帽螺钉、滚凸焊铝铜镍线材交叉凸焊X焊面小于250mm2端面形状相同、电阻氧化物易挤出对焊√低碳钢/不锈钢√铝/铜合金闪光连续闪光焊厚件对焊预热闪光焊凡是可锻造的金属都可以\n摩擦焊\n§7-3压力焊及钎焊二、摩擦焊1.原理：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。摩擦焊示意图\n§7-3压力焊及钎焊3．特点:√可代替锻造、铸造和部分机械加工；√生产率高，成本低；√易实现机械化和自动化生产；√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；√环境保护好。X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。X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。\n搅拌摩擦焊\n§7-3压力焊及钎焊三、搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊（FrictionStirWelding,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\n§7-3压力焊及钎焊1.搅拌摩擦焊的优缺点：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：X焊件必须刚性固定，同时还需在焊缝背面加垫板；X相对于熔焊它焊速较低；X焊接结束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。\nNext——钎焊!\n§7-3压力焊及钎焊四、钎焊1.原理：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，加热到高于钎料但低于母材熔点的温度，利用毛细作用使液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，实现连接。2.分类:根据钎料熔点分软钎焊:T＜450℃,铅，锡等M硬钎焊:T＞450℃,铜，银，镍等M3.特点:√成分不同—钎料熔化，母材固态√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√异质接头焊接—金属，非金属等√生产效率高—大批量生产√强度较低，耐热性差，装配要求高\nNext——常用金属材料焊接!\n常用金属材料——焊接材料分类焊接要点焊接方法工艺措施结构钢碳钢合金结构钢高强钢低碳调质钢中碳调质钢珠光体耐热钢不锈钢奥氏体不锈钢马氏体不锈钢铁素体不锈钢有色金属铝及铝合金铜及铜合金\n§7-4常用金属材料的焊接一、结构钢的焊接1.碳钢的焊接焊接性：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中碳钢焊接：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。\n§7-4常用金属材料的焊接三、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：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焊速\n§7-4常用金属材料的焊接气孔防止措施（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CO或O混合气体保护焊22l对厚的工件适当预热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：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\nNext——焊接成形热过程!\n焊接理论1、焊接热过程特点是什么？问题2、焊接传热基本形式有几种？3、多层焊和多道焊的意义何在？1、熔焊热过程的一般特点：1）热源热量比较集中，功率密度比较大，相对加热面积小；2）高度集中热源作用下，大量热可瞬时传递给焊件；3）一般焊接时焊接热源是移动的，焊件的受热区域不断变化。2、焊接传热基本形式：传导、对流、辐射都存在。具体工艺决定哪种传热方式为主。电弧焊条件下，电弧热主要以（辐射）和（对流）形式传给焊件，母材和焊条将获得热量主要以（热传导）方式在内部扩散。与金属材料一般热处理相比，与凝固成形、塑性成形相比，焊接时（加热速度特别快）、（冷却速度也相当快），这是造成焊接接头（组织不均匀性）和（性能不均匀性）的重要原因。\n§3-3焊接成形热过程3、多层焊和多道焊的意义何在？p75多层焊或多道焊实际上是由每一单（层）道焊综合作用的结果。每当开始焊接后一道焊缝时，前一道焊缝的温度作为层间温度起预热作用，后一道焊缝对前一道焊缝起后热作用，产生一定的热处理效应,相当于对前道焊缝进行了一次正火处理，因而改善了组织，提高了焊缝金属的塑性。所以，从提高焊接接头质量角度，多层焊比单层焊更为有利。\nNext——焊接力学!\n焊接理论讲课内容一、焊接残余应力与焊接残余变形二、减少及消除残余应力措施第五节三、预防和消除残余变形措施四、焊接结构的脆性断裂五、焊接结构的疲劳强度六、焊接结构的应力腐蚀破坏\n§7-5焊接力学焊接接头的组成：焊缝金属的性能不低于母材√\n§7-5焊接力学影响焊接接头性能的因素1、焊接材料——主要是焊芯材料的化学成分2、焊接工艺参数——主要是焊接电流、电弧电压、焊接速度等3、焊接方法：主要是热影响区宽度焊接低碳钢时焊接热影响区的宽度：\n§7-5焊接力学一、焊接残余应力与焊接残余变形焊接残余变形：焊接完成后残存于焊件中的变形；（焊接过程中，工件经历局部加热再冷却凝固的循环过程，各处温度极不均匀，各处膨胀、收缩也不同、产生很大的不均匀变形，受周围冷金属制约，产生局部压缩塑性变形）；焊接残余应力：压缩塑性变形在随后冷却中同样受周围冷金属制约，焊接区产生残余拉应力、冷金属区产生残余压应力。焊接残余应力符号定义纵向残余应力σx沿焊缝方向的应力横向残余应力σy垂直于焊缝方向的应力板厚应力σz沿板厚方向的应力焊接加热过程：焊缝及焊缝附近为残余压应力，远离焊缝两侧区域为焊接拉应力；焊接冷却过程：焊缝及焊缝附近为残余拉应力，远离焊缝两侧区域为焊接压应力；\n§7-5焊接力学2.焊接残余变形分类（1）总体变形——整个结构形状都发生变化•纵向收缩变形——沿焊缝•横向收缩变形——垂直于焊缝•弯曲变形——横纵收缩联合作用•扭曲变形——焊后构件两端面间发生相对角位移\n§7-5焊接力学●扭转变形（2）局部变形•角变形——构件平面绕焊缝轴线产生角位移，堆/对/搭/丁•波浪变形/失稳变形——构件平面呈波浪状，薄板3.焊接变形对焊接结构的影响●外形美观——波浪弯曲●结构尺寸精确性——尺寸变短，超出公差要求报废●结构的承载能力——扭转变形失稳\n§7-5焊接力学二、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①改进接头，改十为T①合理的焊接顺序和方向②避免焊缝交叉或集中A受力大B薄C错开短焊缝③减少焊缝数量及尺寸②反变形法和加热减应力法④拉应力区避免焊缝不连续③小焊接线能量⑤应力最集中区不布置焊缝④锤击法2.消除焊接残余应力措施：熔焊时，焊接能1）热处理——整体高温回火、局部高温回火源输入给单位长2）温差拉伸法——厚度小于40mm板度焊缝上的能量3）机械拉伸法4）爆炸冲击法5）振动法\n§7-5焊接力学四、焊接结构的脆性断裂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。断口称为脆性断口，平整有金属光泽。2、断裂特点：●在没有显著塑性变形下发生，无预兆，具有突然破坏性；●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。3、焊接结构脆断的三个基本因素1）工作条件下材料韧性不足；2）结构上存在严重的应力集中；3）过大的拉应力4、预防脆断的措施1）正确选择材料2）合理设计结构（①②③）3）严格制造工艺（①②③④⑤）\n§7-5焊接力学五、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●低应力破坏●无明显塑变；●疲劳强度与载荷循环特性有关2.提高疲劳强度的措施1）降低应力集中程度：①采用合理结构形式；②选用应力集中的系数小的焊接接头；③采取妥善的工艺措施2）调整残余应力：①整体退火或利用超载预拉伸法；②采用局部加热或挤压；③表面强化处理3）涂层保护\n§7-5焊接力学六、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下引起的断裂1.应力腐蚀破坏条件：2.防止产生应力腐蚀的措施：1)有拉应力存在1)正确选材2)有腐蚀介质存在2)合理设计结构（①②③）3)仅合金发生应力腐蚀，3)清除和调节残余应力（①②③）纯金属不发生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\n