焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法.ppt

,焊接训练,工程技术训练 （金工实习）,教 学 重 点,焊接的特点、分类及应用， 焊条电弧焊，常用金属材料的焊接。,焊接技术重点,3,焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢固地连接起来。,第一节 焊 接 概 述,4,焊接在现代工业生产中具有十分重要地作用，在制造大型结构或复杂地机器部件时，更显优越，因为它可以用化大为小，化复杂为简单地方法准备坯料，然后用逐次装配焊接地方法拼小成大，这是其他工艺方法难以做到的。,5,焊接方法应用,自行车车架 钢窗 家用液化气罐主缝 自行车圈 电子线路板 锅炉壳体 钢轨对接 不锈钢储罐,硬钎焊（盐浴） 硬钎焊、对焊、电弧焊 缝焊 缝焊外边、闪光对焊 软钎焊 埋弧焊、电渣焊 闪光对焊、铝热焊 等离子弧焊接、氩弧焊,第二节 焊接工艺基础,1、焊接的特点与分类,）焊接的特点 焊接与铆接等其他加工方法相比，具有减轻结构重量，节省材料；生产效率高，易实现机械化和自动化；接头密封性好，力学性能高；工作过程中无噪音等优点。其不足之处是会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。 ）焊接的应用 焊接主要用于制造各种金属构件，如建筑结构、船体、车辆、锅炉及各种压力容器。此外，焊接也常用于制造机械零件，如重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮等。,）焊接方法的分类,2、焊接接头的组织与性能,1）焊缝的组织与性能,用焊接方法连接的接头称焊接接头，简称接头。焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。因此在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。由于温度的分布不均匀，焊缝受到一次复杂的冶金过程，焊缝附近区域受到一次不同规范的热处理，所以引起相应的组织和性能变化，从而直接影响焊接质量。离焊缝越远的点，被加热的温度越低；反之，被加热的温度就越高。,）热影响区及熔合区的组织与性能,（1）熔合区 也称半熔化区，化学成分不均匀，金属组织晶粒粗大，其力学性能最差。 （2）热影响区 由于热影响区各点温度不同，热影响区可分为过热区、正火区和部分相变区等。 （）过热区。焊接时被加热到Ac3以上100200至固相线温度区间，奥氏体晶粒急剧长大，冷却后产生晶粒粗大的过热组织。因而其塑性及韧性很低，容易产生焊接裂纹。 （）正火区。被加热到Ac3至Ac3以上100200区间，金属发生重结晶，冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。,被加热到Ac1Ac3温度区间，珠光体和部分铁素体发生重结晶，晶粒细化；部分铁素体来不及转变。冷却后晶粒大小不均匀，其力学性能较差。 综上所述，熔合区和过热区是焊接接头中比较薄弱的部分，对焊接质量影响最大。因此在焊接过程中尽可能减小其宽度。 焊接接头组织和性能的好坏主要与焊接材料、焊接方法和焊接工艺有关，其中焊接工艺是影响焊接接头组织和性能的主要因素,（）部分相变区,12,手工电弧焊具有设备简单，操作灵活，成本低等优点，且焊接性好，对焊接接头的装配尺寸无特殊要求，可在各种条件下进行各种位置的焊接，适于多种钢材和有色金属等是生产中应用最广的焊接方法。,手工电弧焊时有强烈弧光和烟尘污染，焊接质量不够稳定，焊缝短而不连续，焊缝宽度不均，劳动条件差，劳动强度大，生产率低，对工人技术水平要求较高。,13,一、 焊条电弧焊电源,1.手工电弧焊电源基本要求 手工电弧焊电源应具有适当的空载电压和较高的引弧电压，以利于引弧，保证安全；当电弧稳定燃烧时，焊接电流增大，电弧电压应急剧下降；还应保证焊条与焊件短路时，短路电流不应太大；同时焊接电流应能灵活调节，以适应不同的焊件及焊条的要求。 2.电源的种类 常用的手工弧焊电源根据输出电流类型分为直流电焊机和交流电焊机,14,2.电源种类 （1）交流弧焊机 它是一种特殊的降压变压器，具有结构简单、噪声小、成本低，效率高，使用和维护方便等优点，是手工电弧焊中应用最广泛的一种供电设备。但是需注意：交流弧焊机电弧稳定性较差。,手工电弧焊,15,（2）直流弧焊机 1）旋转式直流电焊机：由一台三相感应电动机和一台直流弧焊发电机组成。焊接电流可在较大范围内均匀调节以满足焊接工艺的要求。 2）硅整流式直流电焊机:多采用硅整流元件，与旋转式直流电焊机相比具有噪声小，效率高，用料少，成本低等优点，正逐步代替旋转式直流电焊机,16,直流电焊机的特点是直流电弧燃烧稳定，所以用小电流焊接时常选用。在焊接合金钢、不锈钢等材质工件时，也常选用直流电源。 直流电源根据接工件电极的不同，分为正接和反接两种接法。直流正接是指工件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）。直流反接是指工件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金）。,17,正接和反接时，焊接电弧的形状不一样。显然，只有采用直流焊接电源时，才有正接和反接两种接线法，交流焊接电源由于正、负极在不断地交替，所以不存在极性问题。 焊件极性的选择原则： 1、焊条电弧焊使用碱性低氢焊条时，一律采用反接。若采用正接，则电弧燃烧不稳定电弧声音很暴燥，发出强烈的嘶嘶声飞溅很大，并且极容易产生气孔。使用酸性焊条时，极性对电弧的稳定燃烧影响不大。 同样道理，埋弧焊若使用直流电源施焊时，一般也采用反接。 2、钨极氩弧焊焊接钢、黄铜时，一律采用正接。因为阴极的发热量远小于阳极，所以用直流正接电源时，钨极接负极，发热量小，不易过热，钨极寿命长，同样直径的钨极可以采用较大的焊接电流。同时正接时，焊件为阳极发热量大，因此熔深大，生产率高。,18,焊条,；,焊条 焊条的组成 焊芯 作为电极，传导焊接电流，产生电弧 作为填充金属，与熔化的母材金属共同组成焊缝金属 添加合金元素 药皮 改善焊接工艺性能易于引弧和再引弧，稳弧性好，减少飞溅，使焊缝成形美观； 机械保护作用气保护和渣保护 冶金处理作用去除有害杂质（如O.H.S.P等），添加有益元素,19,焊芯中各合金元素对焊接的影响 1)碳(C) 。碳是钢中的主要合金元素，当含碳量增加时，钢的强度、硬度明显提高，而塑性降低。在焊接过程中，碳起到一定的脱氧作用，在电弧高温作用下与氧发生化合作用，生成一氧化碳和二氧化碳气体，将电弧区和熔池周围空气排除，防止空气中的氧、氮有害气体对熔池产生的不良影响，减少焊缝金属中氧和氮的含量。若含碳量过高，还原作用剧烈，会引起较大的飞溅和气孔。考虑到碳对钢的淬硬性及其对裂纹敏感性增加的影响，低碳钢焊芯的含碳量一般0. 1。 2)锰(Mn)锰在钢中是一种较好的合金剂，随着锰含量的增加，其强度和韧性会有所提高。在焊接过程中，锰也是一种较好的脱氧剂，能减少焊缝中氧的含量。锰与硫化合形成硫化锰浮于熔渣中，从而减少焊缝热裂纹倾向。因此一般碳素结构钢焊芯的含锰量为0. 300. 55，焊接某些特殊用途的钢丝，其含锰量高达1 70一2. 10。,20,3)硅(Si )硅也是一种较好的合金剂，在钢中加入适量的硅能提高钢的屈服强度、弹性及抗酸性能；若含量过高，则降低塑性和韧性。在焊接过程中，硅也具有较好的脱氧能力，与氧形成二氧化硅，但它会提高渣的粘度，易促进非金属夹杂物生成。 4)铬(Cr）铬能够提高钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性。对于低碳钢来说，铬便是一种偶然的杂质。铬的主要冶金特征是易于急剧氧化，形成难熔的氧化物三氧化二铬(Cr203)，从而增加了焊缝金属夹杂物的可能性。三氧化二铬过渡到熔渣后，能使熔渣粘度提高，流动性降低。 5)镍(NO）镍对钢的韧性有比较显著的效果，一般低温冲击值要求较高时，适当掺入一些镍。 6)硫（S）硫是一种有害杂质，随着硫含量的增加，将增大焊缝的热裂纹倾向，因此焊芯中硫的含量不得大于0. 04。在焊接重要结构时，硫含量不得大于0. 03。 7)磷 (P) 磷是一种有害杂质，随着含量的增加，将增大焊缝的冷裂纹倾向。,21,4. 焊条的分类 (1)焊条按熔渣的化学性质分为两大类 酸性焊条 溶渣呈酸性(熔渣碱度1.5) ，药皮的主要成分为CaCO3、CaF2、CaSiO3和MgCO3等碱性氧化物。 优点：抗裂性能好，特别是冲击韧度较高。承压类特种设备制造中广泛使用碱性焊条 缺点：对锈、油、水分较敏感，容易产生气孔缺陷，电弧稳定性差，脱渣性不好，发尘量大。,手工电弧焊,22,(2)焊条按用途可分为十一大类 碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。,23,按照焊条药皮的主要化学成分来分类，可以将电焊条分为：氧化钛型焊条、氧化钛钙型焊条、钛铁矿型焊条、氧化铁型焊条、纤维素型焊条（分为高纤维素钠型（采用直流反接）、高纤维素钾型两类 ）、低氢型焊条（分为低氢钠型、低氢钾型和铁粉低氢型等 ）、石墨型焊条及盐基型焊条。 按性能分类的焊条，都是根据其特殊使用性能而制造的专用焊条，如超低氢焊条、低尘低毒焊条、立向下焊条、躺焊焊条、打底层焊条、高效铁粉焊条、防潮焊条、水下焊条、重力焊条等。,24,5.焊条型号 由国家标准分别规定各类焊条的型号编制方法。如标准规定碳钢焊条型号为“E”， 其中，字母“E”表示焊条； 前二位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值； 第三位数字表示焊接位置，“0”及“1”表示焊条适用于全位置（平焊、立焊、横焊、仰焊）焊接，“2”为平焊及平角焊，“4”表示焊条适用于向下立焊； 第三位和第四位数字组合时表示焊接电流种类及药皮类型。 在第四位数字后附加“R“表示耐吸潮焊条；附加“M“表示耐吸潮和力学性能有特殊规定的焊条；附加“-1“表示冲击性能有特殊规定的焊条。,25,6.焊条的选用 （1）按强度等级和化学成分选用 焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一般选与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成分相同或相近。 焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。 焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。 焊件碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊条。 焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复杂，故一般选用碱性焊条。,26,（2）按焊件的工况条件选用焊条 焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时，应选用碱性焊条。 焊接承受静载的结构件时，应选用酸性焊条。 焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时，应选用酸性焊条。 焊接在特殊条件，如在腐蚀介质、高温等条件下工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。,手工电弧焊,27,（3）按焊件形状、刚度及焊接位置选用焊条 厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊条。 厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊结构件，应选用适当的酸性焊条。 除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件应选用全位置焊条。,手工电弧焊,28,手工电弧焊焊接工艺规范,焊接规范是影响焊接质量和焊接生产率的各个焊接工艺参数的总称。手工电弧焊时，焊接规范主要包括焊接电流、电弧电压、焊条种类和直径、焊机种类和极性、焊接速度、焊接层数等。 其中焊接电流主要影响焊缝的熔深，电弧电压主要影响焊缝的熔化宽度。,手工电弧焊,第四节 其他焊接方法简介,1、埋弧自动焊,埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。,2、气体保护电弧焊,1）二氧化碳气体保护焊（简称CO2焊） 二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护气体的电弧焊,2）氩弧焊 氩弧焊是以氩气作为保护气体的电弧焊。,3、气焊,气焊是利用气体火焰作为热源，将工件和焊丝熔化而进行焊接的的一种方法。气焊时通过调节氧和乙炔的混合比值，可得到三种不同性质的气焊火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰,4、电阻点焊,电阻点焊是指将焊件装配成搭接接头， 并压紧在两极间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊接方法。电阻点焊广泛用于制造汽车车箱、飞机外壳和仪表等轻型结构。,5、钎焊,钎焊是将熔点低的金属材料作钎料和工件共同加热到高于钎料熔点，在工件不熔化的情况下，使钎料熔化后填满被焊工件连接处的间隙，并与被焊工件相互扩散而形成接头的焊接方法。 钎焊与熔焊相比，优点是加热温度低，接头组织和力学性能变化小，工件变形小；设备简单，易实现自动化；焊接过程简单，生产效率高；钎焊接头强度低，常用搭接接头来提高承载能力。 钎焊主要用于精密仪表、电气零部件、异种金属构件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。,第五节 焊接新工艺和新技术简介,1、传统焊接方法的新发展,为提高焊接质量和焊接生产率，利用传统的焊接方法，组织生产线，实现机械化，使焊接过程自动化、智能化是重点发展方向，目前全世界 50以上的工业机器人是用于焊接技术。 最大限度地采用熔化极气体保护焊和埋弧焊，代替焊条电弧焊是自动化发展的 主要 方向。,2、高能束焊接方法的应用,高能束焊接方法能量密度高，可一次穿透较厚的焊缝而不需预制坡口，可焊接任何金属和非金属材料。 1）等离子弧焊 等离子弧焊是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的