《工程材料及其成型技术》第八章焊接1

第八章焊接（Weld)教学要求：1.各种焊接方法的原理，特点及适用范围；2.焊接缺陷的形成原因及其防范、焊接结构工艺性；3.焊条和焊接工艺的选择。教学时数：4学时机械连接化学连接冶金连接（焊接）金属焊接成形是用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。概述材料连接方法1、焊接成形的分类1．熔化焊：母材接头、焊丝皆熔化电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等2．压力焊：加热+加压电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等3．钎焊：母材不熔化、焊丝熔化软钎焊、硬钎焊2、焊接成形的特点1．接头牢固、封性好；2．可化大为小、以小拼大3．可实现异种金属的连接4．重量轻、加工装配简单5．焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。3．焊接成形的应用①制造金属结构、机械零件、工具优点：-----简化制造工艺，化繁为简，以小拼大-----使用性能好；重量轻；-----省工、省材、成本低。②表面保护、修理、修复零件耐热层耐磨层喷涂堆焊耐蚀层加厚——修复形状和尺寸（再制造）焊条工件焊接电弧具备两个条件使气体电离阴极发射电子接触电阻：R短路电流：I电阻热：Q=I2RtE=V/dd在焊条末端和工件两极之间的气体介质中，产生强烈而持久的放电现象。+-d焊接电弧的稳定燃烧—就是带点粒子产生--运动--复合--产生的动态平衡过程。8.1焊接成形原理8.1.1焊接电弧阴极区：阳极区：弧柱区：2400k36%2600k42%5000~8000k21%电弧的极性直流电源正接法工件接正极（阳极）；焊条接负极（阴极）。直流电源反接法：工件接负极（阴极）；焊条接正极（阳极）用于薄板金属的焊接8.1.2.熔焊过程与焊接质量1.过程：加热熔化—熔池形成—结晶/相变2.问题：①氧化：Me+O2MeO例光焊丝与焊缝金属的成分与性能下表K1.光焊丝与焊缝金属的成分与性能化学成分%Mt.力学性能CSiMnNOбb(Mp)δ(%)ak光焊丝≤0.10≤0.030.3－0.55≤0.03≤0.023303380－120焊缝金属0.02－0.050.1－0.20.08－0.230.15－0.33004-85－15②吸气N,H溶于熔池，结晶时金属的N,H溶解度迅速下降但来不及析出，出现氢脆，冷裂纹。3.措施①机械保护利用保护性气体（CO2,Ar2）熔渣隔绝空气。②药皮保护通过焊条药皮脱氧、去氢、去硫，渗合金----增加熔池的合金元素----清除熔池内的有害元素8.1.3焊接材料1、焊条的组成和作用（1）焊芯——金属丝作用：a.电弧一极b.填充焊缝材料：H08A.H08Mn2Si等——低C.低S.P.以减少焊缝裂纹倾向。规格：常用直径2，2..5，3，3.2，4，5，6（mm）长度250－450mm（2）药皮----矿石粉,合金粉,粘接剂作用：a.改善焊接工艺性－稳弧b.机械保护作用——形成熔渣和气体保护熔池c.冶金处理作用——脱氧、脱硫、渗金属。8.1.3焊接材料2、焊条的分类（1）按药皮的性质分1）酸性焊条药皮中酸性氧化物多，对金属氧化作用大。优点：焊接工艺性好，稳弧好。适应性广，交直流两用，对接头的油、锈、水不敏感。缺点：焊缝金属韧性、塑性低（药皮中Me烧损大）抗裂性差——氢脆（焊缝金属含氢多）2）碱性焊条（低氢焊条）药皮CaCO3多，分解成CaO和CO2保护性气体优点：抗裂性好（含H2低，CaO脱S---焊缝含S低）；焊缝综合力学性能高（Me烧损少）。缺点：稳弧差，对油锈水敏感，有毒烟尘（HF）多，抗气孔性差。（2）按焊芯化学成分分八类（P213）3、焊条的型号及牌号(p213)1)牌号（行业代号）X+三个数（例J422)个位表示药皮类型及电源种类十位和百位表示焊后焊缝抗拉强度（Kgf/mm）；X（汉字或拼音）表示大类：，J—结构钢，A—奥氏体不锈钢，Z—铸铁焊条其他牌号见《焊接材料产品样本》，例：J422：2:钛钙型，交直流两用；42：抗拉强度42Kfg／mm(420MPa)的；J:结构钢焊条。2）型号（国家标准中的焊条代号）E+四个数：个位和十位数表示药皮类型和电流种类十位数又表示焊接位置。百、千位表示焊缝金属的抗拉强度（Kfg／mm）（见P213）例E43033:钛钙型，交直流、正反接；0：全位置焊；43：抗拉强度43Kfg／mm(420MPa)的,E:电焊条。4、焊条的选用1）考虑焊件的成分与性能低碳钢，低合金钢——选强度等级相同的焊条（等强度法则）特殊钢铸铁，有色金属——选成分相近焊条（近成分法则）2）考虑焊件的使用性能动载、冲击选碱性焊条；一般要求选酸性焊条。3）考虑焊件几何形状薄件选小规格焊条，接头难清理选酸性焊条。4）考虑焊机：交直流，直流。8.1.4焊接接头的组织和性能熔合区：1）成分不均匀；2）组织粗大；3）性能很差。热影响区的三个部分：1）过热区：晶粒粗大，塑韧性差；2）正火区：晶粒细小，机性好；3）部分相变区：晶粒不均匀，性能差8.1.5.焊接应力与焊接变形1.焊接变形的基本形式图8.3.焊接变形的基本形式2.焊接应力的产生3.减少应力的措施(1)合理设计焊接结构（P237)1）力求焊缝数量少，截面小，长度短(1)机械应力焊接结构不合理阻碍胀缩引起的应力(2)热应力局部加热冷却工件胀缩不同步引应的应力b,力求焊缝对称，避免密排交叉C、避开应力集中处布置焊缝,避免尖角(2)焊前预热（加热减应法）(3)合理选择焊接顺序a、自由性:加热时自由膨胀，冷却时自由收缩。b:对称性:抵消变形，减少变形C、分散性:分段焊4.减少变形的措施(1)反变形法4.减少变形的措施（2）刚性固定法5.焊接应力的消除和变形的矫正（1）变形矫正法1）加热矫正法2）机械矫正法(2)消除应力法2）消除应力措施低碳钢、低合金钢：550-650℃去应力退火,局部高温回火1）下列焊件焊后必须消除应力：＞25mm的厚焊件要求机械加工的结构和零件；低温工作的结构；可能产生应力腐蚀的结构；бs＞490MPa的低合金结构钢。