第4章-焊接实习

焊接实习焊接是应用最广泛的金属不可拆卸连接方法。焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，借助金属原子间的结合与扩散，使分离的金属材料牢固连接在一起。焊接的主要特点：（1）节省材料，减轻质量；（2）简化复杂零件和大型零件的制造；（3）适应性好；可实现特殊结构的生产；（4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连接成型；（5）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：（1）制造金属结构件；（2）制造机器零件和工具；（3）修复。焊接方法分类一、焊接性概念金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。焊接性内容：（1）工艺焊接性，是指焊接接头产生缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；（2）使用焊接性，是指焊接接头在使用中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其它特殊性能（如耐热、耐蚀性能等）。第一章电弧焊焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象。电焊机不同，阳极区、阴极区的温度分布不同。1.1焊接电弧直流弧焊机，由于阳极和阴极上有差异，所以有正接和反接两种接线方法。焊条电弧焊只有65%~85%的热量用于加热和熔化金属。1.2焊接接头的组织与性能1—焊缝宽度；2—热影响区；A—熔合区；2-1—过热区；2-2—完全重结晶区（正火区）；2-3—部分重结晶区（部分相变区）；2-4—再结晶区；2-5—时效区；3—母材组织低碳钢焊接接头的组成焊接接头的组织与性能（1）焊缝由于焊接熔池小，冷却快，焊缝组织的晶粒有所细小。渗合金的作用－焊缝金属的性能可能不低于母材。焊缝结晶是从低部的半熔化区开始逐渐进行，各个方向的冷却速度不同，因此形成柱状晶。低熔点的硫、磷和氧化铁等易偏析集中在焊缝中心区，这会影响到焊缝的力学性能。（2）热影响区焊接热影响区是指焊缝附近因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域。低碳钢的热影响区可分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。1）熔合区（半溶化区）熔化的金属凝固成铸态组织，未熔化的金属成为过热粗晶。虽然该区很窄，但因其强度、塑性和韧性都下降，并且是应力集中处，所以是焊接接头性能最薄弱的区域。2）过热区奥氏体晶粒急剧长大的区域。该区材料较母材的塑性及韧性降低。3）正火区加热时金属发生再结晶，冷却后得到均匀细小的组织(F+P)，力学性能优于母材。4）部分相变区部分铁素体晶粒长大，力学性能比正火区稍差。1.3焊接应力与变形焊接应力与变形产生的原因：焊件局部不均匀加热，造成焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘束，不能自由膨胀和收缩。焊接应力与变形的产生当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无残余变形。当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产生残余变形。焊件焊后的变形形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产生不利影响。产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发应力腐蚀裂纹。残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊接变形和应力是十分必要的。焊接变形与应力的危害减小焊接应力的措施：①合理的焊接次序，使焊缝能够自由地收缩，以减少应力（图a），合理选材；②焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，350～400℃；③焊后热处理：去应力退火，加热到600～650℃，保温1小时以上，缓冷。焊接变形的预防措施：①焊前措施：反变形法；加裕量法：补偿焊后收缩，下料裕量0.1～0.2％。刚性夹持法：夹持，点固（塑性好的材料）合理的焊接次序：构件对称两侧都有焊缝，应使两侧焊缝的收缩能互相抵消或减弱②焊后措施：机械矫正法：利用机械外力作用来矫正变形，如辊床，压力机，矫直机。火焰加热矫正法：氧—乙炔火焰加热压应力处（考经验）冷却收缩，消除变形。焊缝对称布置采用反变形方法采用对称焊和分段倒退焊采用多层多道焊，能减少焊接变形刚性固定夹持法合理的焊接次序X型坡口焊接次序梁的焊接次序机械矫正法通常只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。火焰矫正法一般也仅适用于塑性好，且无淬硬倾向的材料。五.焊接裂纹焊接裂纹存在于焊缝或熔合区。（1）原因：焊接应力过大材料成分：S、P、H（2）预防：选用碱性焊条预热，合理次序，小能量焊接1.4焊条电弧焊（手工电弧焊）一.原理及过程电弧热形成熔池——药皮的冶金反应——药皮产生保护气体——熔渣上浮二.电焊条1.普通焊条的组成及其作用焊芯：作为电弧电极和焊缝的填充金属；焊芯的直径即为焊条直径（1.6mm~8mm),其中以3.2~5mm的焊条应用最广。一般长度为350-400mm了解常用结构钢焊条焊芯的牌号和成分药皮的作用：a.帮助引弧，使电弧稳定；b.产生熔渣和气体，保护溶池金属不被氧化；c.向焊缝内渗入合金元素，提高焊缝强度。了解焊条药皮原料的种类及其作用2.焊条种类3.焊条型号和牌号焊条型号是国家标准中的焊条代号。E5516焊缝金属抗拉强度≧550MPa焊条的焊接位置，0、1表示适全位置焊接焊条电流种类和药皮类型。16表示低氢甲型药皮，交流或直流反接；碳钢焊条焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号。以结构钢焊条为例：J422焊条电流种类和药皮类型（见表4-4）；1~5为酸性焊条、6和7为碱性焊条。结构钢焊条焊缝金属的抗拉强度大于或等于420MPa4.5.手工电弧焊接特点及应用焊接质量受焊工技术水平、施工条件等影响，变动幅度大。操作简单、灵活，可焊接各种空间位置的焊缝。是焊接生产中应用最广泛的方法。一般适用于单件小批生产2mm以上厚度的各种常用金属、各种焊接位置的焊缝和一些不规则的焊缝。1.5埋弧焊埋弧焊的原理及特点埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护，焊丝为一电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包围下燃烧，所以热效率高；焊丝为连续的盘状焊丝，可连续馈电；焊接无飞溅，可实现大电流高速焊接，生产率高；金属利用率，焊接质量好，劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的焊接。埋弧焊工作原理简图埋弧焊的焊丝与焊剂焊丝作用相当于焊芯，焊剂作用相当于焊条药皮。焊剂按照制造方法可分为熔炼焊剂、陶质焊剂。熔炼焊剂不易吸收水分，适用于焊接不同的金属陶质焊剂容易吸潮，容易向焊缝金属补充或添加合金元素。焊前准备板厚小于14mm时，可不开坡口；板厚为14～22mm时，应开Y型坡口；板厚为22～50mm时，可开双Y型或U型坡口。Y型和双Y型坡口的角度为50°～60°。埋弧焊的工艺焊缝间隙应均匀，焊直缝时，应安装引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷进入工件焊缝之中平板对接焊一般采用双面焊，可不留间隙直接进行双面焊接，也可采用打底焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率，也可采用水冷铜成型底板进行单面焊双面成型。•环焊缝焊接环焊缝时，焊丝起弧点应与环的中心线偏离一距离e，以防止熔池金属的流淌。一般偏离距离为20~40mm，直径小于250mm的环缝一般不采用埋弧自动焊。•多丝埋弧焊同时有两个以上焊丝起焊接，焊接速度高，焊缝成型好。前一电弧保证熔深，后续电弧调节熔宽，使熔池形状及焊缝成型较为合理。埋弧焊的应用埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。埋弧焊与手工电弧焊的特点比较生产率高焊丝上没有涂料，可通过较大的电流；自动送丝，节省辅助时间。焊接质量高而且稳定熔池被液态焊渣泡包围；熔池大而深，冶金过程进行的较为完善，气体与杂质易于浮出；焊接参数实现自动控制；节能、节材电弧的热量损失小，能量集中，节能；厚度在20mm以下的工件可不开坡口进行焊接；没有焊头的浪费；很少金属溶滴飞溅，节材。改善劳动条件设备费用高，工艺装备复杂。适合中等厚度板材的长、直焊缝或大圆周环形焊缝的平焊的焊接位置，通常采用焊接对接和T形接头。不适于狭窄位置的焊缝以及薄板的焊接。可焊钢板厚度为6-60mm。埋弧焊与手工电弧焊的特点比较1.6氩弧焊焊接特点非熔化极氩弧焊采用铈钨棒作为电极，也称钨极氩弧焊。焊接时电极不熔化，只起导电和产生电弧的作用，另有焊丝熔化充填熔池。因电极通过的电流有限，所以只适用于焊接厚度6mm以下的工件。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极进行焊接，因此可以采用较大的电流，适用于焊接厚度25mm以下的工件。１）适用于焊接各类合金钢、易氧化的有色金属及稀有金属。２）氩弧焊电弧稳定，飞溅少，焊缝致密，表面没有熔渣，成形美观。３）电弧和熔池区用气流保护，明弧可见，便于操作，容易实现自动化焊接。４）电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池小，焊接速度快，热影响区较窄，工件焊接变形小。由于氩气价格较高，目前氩弧焊主要用于铝合金、钛合金、镁合金，以及不锈钢、耐热钢的焊接和一部分重要的低合金结构钢焊件。氩弧焊的主要特点是：钨极脉冲氩弧焊钨极脉冲氩弧焊是近年来发展起来的新工艺，特点（1）脉冲式电源的能量，易于控制，可避免烧穿工件，适合于焊接0.1~5mm的钢材或管材，并能实现单面焊双面成形，保证根部焊透。（2）适合各种空间位置的焊接（3）焊接易淬火钢材和高强度钢，可减少裂纹倾向和焊接变形。CO2保护焊CO2保护焊是一种比较便宜的气体保护焊方法，它常用于30mm以下厚度的低碳钢和低合金结构钢的焊接。低碳钢焊接时选用H08MnSiA焊丝；低合金结构钢选用H08Mn2SiA焊丝。1.7等离子弧焊利用机械压缩效应（电弧通过喷嘴细小孔道时的被迫收缩）、热压缩效应（在冷气流的强迫冷却下，带电粒子流〈离子和电子〉往弧柱中心集中）和电磁收缩效应（弧柱带电粒子的电流线为平行电流线，相互磁场作用使电流线产生相互吸引而收缩）将电弧压缩为细小的等离子体。等离子弧温度高达24000K以上，能量密度可达105～106w/cm2，因而可一次性熔化较厚的材料。等离子弧可用于焊接和切割。等离子弧焊接实质上是一种具有压缩效应的钨极氩弧焊。等离子弧焊接不仅具有氩弧焊的优点，还具有以下特点：1）等离子弧能量密度大，弧柱温度高，穿透能力强，因此焊接厚度10~20mm的钢材可以不开坡口，一次焊透双面成形。2）等离子弧焊焊接速度快，生产率高，焊后焊缝宽度和高度均匀一致，焊缝表面光洁。3）电流小到0.1A时，电弧仍然能稳定燃烧，并保持良好的挺直度和方向性，故等离子弧焊可焊接很薄的箔材。等离子弧焊需要应用专用的焊接设备和焊丝，设备比较复杂，气体消耗量大，只宜于在室内焊接。第二章其它常用焊接方法电阻焊的优点是：焊接电压低（1~12伏特），焊接电流大（几千~几万安培），热量集中，焊接变形小，不需要充填金属，对操作者技术要求不高，易于实现机械化和自动化。不足之处是设备费用高，一些形状复杂的工件需要用特殊装备，如专用夹具等。2.1电阻焊利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头。电阻点焊电阻点焊是用圆柱电极压紧工件，通电、保压获得焊点的电阻焊方法。点焊焊接接头形式电阻缝焊缝焊是连续的点焊过程，它是用连续转动的盘状电极代替了柱状电极，焊后获得相互重叠的连续焊缝。缝焊分流严重，通常采用强规范焊接，焊接电流比点焊大1.5～2倍。缝焊主要用于低压容器，如汽车、摩托车的油箱、气体静化器等的焊接。对焊利用电阻热将两个工件在整个接触面上焊接起来的一种工艺方法。对焊形式主要有电阻对焊和闪光对焊。凸焊当两个工件采用搭接接头形式，先在一工件上加工出凸点。电流通过凸点时使局部发热，在压力作用下接头处形成一个或多个熔核，从而完成焊接过程。2.2摩擦焊、钎焊1.摩擦焊的工艺过程原理表面清理好的焊件→搭接形式接头→钎料放在接头的间隙附近或接头的间隙中→加热TT钎料熔点，钎料熔化（工件不熔化）并渗入到接头间隙中→液态钎料与工件金属相