工程材料与热加工基础(焊接).ppt

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1、《工程材料与热加工基础》第十一章焊接机械工程系金工教研室工程材料与热加工基础—程晓宇引言第一节焊接的基本原理第二节焊条电弧焊第三节其它焊接方法第四节压焊与钎焊第五节堆焊与热喷涂第六节常用金属材料的焊接第七节焊接结构设计参考资料第十一章焊接工程材料与热加工基础—程晓宇引言1、何为焊接？焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。1）.熔焊将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊。2）.压焊焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或加热），以完成焊接的方法称为压焊。3）.钎焊钎焊是硬钎焊和软钎焊的

2、总称。采用比母材金属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、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。工程材料与热加工基础—程晓宇2、焊接分类工程材料与热加工基础—程晓宇一、焊接的实质二、焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响三、焊接应力与变形第一节焊接的基本原理工程材料与热加工基础—程晓宇一、焊接的实质焊接的实质是使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。1.焊接电弧由焊接电源供给、具

3、有一定电压的两极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象称为焊接电弧。电弧燃烧后，弧柱中充满了高温电离气体，放出大量的热能和强烈的光。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。如图3-1所示。阴极区是电弧紧靠负电极的区域，阴极区很窄，约为0.1um-0.01um，温度约为2400K。阳极区是指电弧紧靠正电极的区域，阳极区较阴极区宽，约为10um-1um，温度约为2600K。电弧阳极区和阴极区之间的部分称为弧柱，弧柱区温度最高，可达6000K-8000K。焊接电弧两端间（指电极端头和熔池表面间）的最短距离称为弧长。工程材

4、料与热加工基础—程晓宇图11-1焊接电弧示意图工程材料与热加工基础—程晓宇2.焊接的冶金特点1）熔池中冶金反应不充分，化学成分有较大的不均匀性，常常发生偏析、夹杂等缺陷。2）在高温电弧作用下，氧、氢、氮等气体分子吸收电弧热量而分解成化学性质十分活泼的原子或离子状态，它们很容易溶解在液体金属之中，造成气孔、氧化、脆化和其它缺陷。3）在熔剂或药皮中加入比铁氧化能力强的硅铁、锰铁等物质，除起到渗入合金作用、补充烧损元素外，亦可起到脱氧作用。4）焊缝中硫或磷的质量分数超过0.04%时，极易产生裂纹。因此，应选用含硫、磷低的焊接原材料，并通过在

5、焊剂或药皮中加石灰石、氟石等脱硫脱磷，以保证焊缝质量。工程材料与热加工基础—程晓宇图11-2低碳钢焊接热影响区的组织变化工程材料与热加工基础—程晓宇二、焊接热过程对焊接接头组织、性能的影响（一）焊接热循环焊接时，电弧沿焊件逐渐移动并对焊件进行局部加热。焊件经焊接后所形成的结合部分称为焊缝。焊缝及其邻近区域的总称叫焊缝区。在焊接过程中，焊缝区金属从常温被加热到最高温度，然后再逐渐冷却到常温。由于焊件上各点所处的位置不同，其被加热的最高温度亦不相同；而热量的传递需要一定的时间，故各点达到其最高温度的时间亦不相同。在焊接热源作用下，焊件上某

6、点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。工程材料与热加工基础—程晓宇(二)焊缝区的金属组织与性能1.焊缝金属区焊缝金属区指在焊接接头横截面上测量的焊缝金属的区域。熔焊时，是指由焊缝表面和熔合线所包围的区域；电阻焊时，是指焊后形成的熔核部分。焊接加热时，焊缝金属区的温度在液相线以上，母材金属和填充金属熔化后共同形成液态熔池。冷却结晶是以熔池和母材交界处半熔化状态的母材金属晶粒为结晶核心，沿着垂直于散热面的反方向生长，成为柱状晶的铸态组织。2.熔合区焊缝与母材交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔化区。此区是焊缝和母材金属的交界区，温

7、度在固相线和液相线之间，焊接过程中母材金属部分熔化，故亦称半熔化区。熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属因加热温度过高成过热粗晶，其塑性和韧性明显变差，容易产生裂纹和脆性破坏。虽然此区只有0.1mm-0.4mm，但它对焊接接头的性能影响很大，是焊接接头的危险区域之一。工程材料与热加工基础—程晓宇3.热影响区是焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。按其组织特征又可分为以下四个区域：（1）过热区指焊接热影响区中，具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。此区的温度范围为固相线至1100℃，因加热温度过

8、高，奥氏体晶粒急剧长大，使其塑性明显下降，尤其是冲击韧度下降20％-30％，对于易淬火钢，此区脆性更大，是热影响区中性能最差的部位。焊接刚度大的结构件，此区容易产生裂纹。（2）细晶区此区温度范围为Ac3以上，而尚未达到过