金属工艺学 4 焊接课件.ppt

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1、第四章材料的连接成形—焊接2007.11.21—、概述本质分离金属构件于连接处达到原子间结合，满足使用要求，此称焊接。原理1）局部加热至熔化，通过凝固结晶而连接。2）局部加热加压至塑性状态而连接。3）通过其他物理方式获得连接效果。焊接方法的分类1）熔化焊接头局部加热至熔化状态，通过结晶凝固而连接成不可拆卸的整体。主要包括电弧焊、CO2气体保护焊等。2）压力焊对焊件施加压力（可同时加热）通过塑性连接、金属再结晶和原子扩散获得原子间结合。主要包括电阻加热的压力焊（点焊、缝焊、对焊等）、摩擦焊等。3

2、）钎焊低熔点钎料熔化并渗入被焊工件接头间隙中扩散而实现连接。应用广泛用于制造各种金属结构，如桥梁、船舶、密封压力容器、化工设备、机车车辆和飞行器等。二、熔焊工艺基础焊接电弧介于电极与焊件间的一种气体介质的连续放电现象，伴随有强烈的光和热，产生高温。电弧电源：交流电和直流电两种。电弧工作电压：16~35V温度分布：弧柱区：6000~8000K阳极区：2600K阴极区：2400K电弧结构：由阳极区、阴极区和弧柱区构成。工件阴极区2400K弧柱区6000-8000K阳极区2600K（+）（-）2、电

3、弧焊质量控制弧焊冶金反应激烈，但不平衡。焊接接头组织不均，性能脆弱。产生焊接应力与变形，降低承载能力。1）焊缝区冶金反应激烈，但不平衡基于电弧强热高温，连接处局部熔化，熔池内冶金反应激烈，金属蒸发，气体离子还原成原子状态，金属烧损，形成氧化夹杂。工件液滴金属熔池熔池小，冷却快，液体停留时间短，冶金反应不平衡，有害气体（H2）进入熔池，焊缝性能下降。焊缝冶金质量控制途径：对熔池（液态金属）实行隔离空气保护。方法：熔渣保护：焊条电弧焊、埋弧自动焊、电渣焊等；气体保护：Ar气保护、CO2气体保护。向熔

4、池添加合金元素，调整冶金成分。2）焊接接头组织不均，性能脆弱焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区构成。低碳钢焊接接头温度分布与组织1500T,C焊缝熔合区热影响区Wc,%熔合区过热区正火区部分相变区2007.11.213焊缝区焊缝组织是由液态金属结晶成的铸态组织，宏观组织是柱状粗晶粒。成分偏析严重，组织不致密。熔合区是焊缝向热影响区过渡的区域，是焊缝和母材金属的交界区。其加热温度处于固相线和液相线之间，常是裂纹和局部脆性破坏的发源区。在低碳钢焊接接头中，很大程度上决定着焊接接头的性能。组织：熔

5、化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属，因加热温度过高而成为热粗晶粒。热影响区（3~6mm）部分相变区（Ac1~Ac3）：不完全正火，珠光体和部分铁素体发生重结晶，转变成细小的奥氏体，部分铁素体不发生相变，晶粒粗大，力学性能比正火区差。正火区（Ac3~Ac3+100~200C）:受热正火（奥氏体化，空泠）热处理，组织均匀细小的（F+P）力学性能优于母材。但对于中碳、高碳钢、合金钢，有淬火倾向，出现马氏体，硬度脆化。过热区（Ac3+100~200C~固溶线）:晶粒显著粗大,形成过热组织，塑性、韧

6、性差。结论：焊缝两旁相当于进行了一次不同温度热处理，热影响区组织变异，对焊接接头性能不利，使之脆弱，且熔焊过程中无法自动消除，常采用焊后热处理消除或改善。3）产生焊接应力与变形原因焊件局部不均匀加热和冷却，膨胀和收缩受到牵制，相关部位产生焊接应力、变形或裂纹。ll（+）（+）（-）ll’（+）（-）（-）焊接中冷却后应力规律焊缝区—拉应力（+）远离焊缝两侧对应边缘—压应力（-）变形规律焊接变形越大，焊接应力减小，通过变形来平衡或释放应力，即变形总朝力图减小焊接应力的方向弯曲或扭曲。变形基本形

7、式—整体尺寸收缩、角变形、弯曲、扭曲等。防止或减小焊接变形措施（1）结构设计合理；（2）采用正当焊接工艺；如：刚性固定法反变形法用夹具防止焊件变形示意图（3）焊缝分散，不宜密集和过于交叉；焊缝设计时应尽可能对称布置。（4）合理安排焊接次序；对于长焊缝，可许时应分段施焊。（5）焊后矫正处理（机械矫正；火焰矫正）。三、电弧焊1、焊条电弧焊(手工电弧焊)是利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔化而进行的焊接方法。焊芯药皮药皮造渣、造气（CO2）；稳弧隔离空气，保护熔池；渗入合金元素，调整成份。焊

8、芯作用导电、填充焊缝；要求低硫、低磷、低碳；专用冶炼、轧制与拉拔而成；1）电焊条电焊条用于焊条电弧焊；电焊条由外覆药皮中间焊芯组成；药皮类型见P158表4-42）焊条电弧焊的焊接过程电弧向前移动，新的熔池形成，过后熔池凝固，构成连续焊缝。熔池保护：熔化了的熔渣浮起并受热分解出CO2、CO和H2，对熔池实施熔渣和气体双保护，防止O2、N2侵入。熔池形成：电弧热同时熔化焊条端部和工件连接处。2.电焊条的分类结构钢焊条—J；钼和铬耐热钢焊—R；低温钢焊条—W；奥氏体不锈钢焊条—A；堆焊焊条—D；铸铁焊