熔焊成形基础教学课件PPT

1、第三章第三章 连接成形连接成形 本章内容：本章内容： 连接和焊接的内涵；连接和焊接的内涵； 焊接工艺特点焊接工艺特点（重点）（重点） ； 焊接方法的选择焊接方法的选择（难点）（难点）； 焊接结构工艺性焊接结构工艺性（重点）（重点）。 连接（连接（joining） 机械连接机械连接焊接焊接胶接胶接 螺螺 栓栓 铆铆 接接 熔熔 焊焊 压压 焊焊 钎钎 焊焊 相近加相近加 工方法工方法 电电 弧弧 焊焊 电电 渣渣 焊焊 电电 子子 束束 焊焊 激激 光光 束束 焊焊 气气 焊焊 铝铝 热热 剂剂 焊焊 电电 阻阻 焊焊 高高 频频 焊焊 摩摩 擦擦 焊焊 超超 声声 波波 焊焊 爆爆 炸炸 焊焊

2、 热热 切切 割割 碳碳 弧弧 气气 刨刨 堆堆 焊焊 喷喷 镀镀 连接技术连接技术（joining technology） 可拆连接可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接；：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接； 永久性连接永久性连接：焊接、铆钉连接、胶接等。：焊接、铆钉连接、胶接等。成本低成本低 过盈配合连接既可拆，也可永久连接。过盈配合连接既可拆，也可永久连接。 焊接焊接：采用局部加热或加压，或两者并用，使分离：采用局部加热或加压，或两者并用，使分离 金属间达到原子间结合而连接金属间达到原子间结合而连接 胶接胶接：使用胶粘剂连接各种材料：使用胶粘剂连接各种材料 机械联接机械联接：螺纹

3、连接、销钉连接、铆钉连接等：螺纹连接、销钉连接、铆钉连接等 焊接方法分类焊接方法分类 1. 1.熔焊熔焊：工件焊接处加热：工件焊接处加热熔化熔化（常加填充金属熔化），（常加填充金属熔化），不不 加压加压，形成熔池，冷却结晶形成焊缝，形成熔池，冷却结晶形成焊缝 2.2. 压焊压焊：焊接时需：焊接时需加压加压（无论加热与否），工件处在（无论加热与否），工件处在固态固态 或半固态下连接或半固态下连接 3.3. 钎焊钎焊：熔点低的：熔点低的钎料钎料（填充金属）加热熔化，填充接头（填充金属）加热熔化，填充接头 间隙，与被焊金属扩散连接，间隙，与被焊金属扩散连接，被焊金属不熔化被焊金属不熔化 1.1. 节

4、约金属，减轻结构重量节约金属，减轻结构重量 2.2. 焊接部力学性能、密封性好焊接部力学性能、密封性好 3.3. 能以小拼大，以简单拼复杂能以小拼大，以简单拼复杂 4.4. 能制造双金属结构能制造双金属结构 焊接成形优点焊接成形优点 焊接成形缺点焊接成形缺点 焊接成形应用焊接成形应用 1.1. 焊接件会产生焊接应力与变形焊接件会产生焊接应力与变形 2.2. 焊接接头组织性能不均匀，且易产生焊接缺陷焊接接头组织性能不均匀，且易产生焊接缺陷 3.3. 焊接结构一般不可拆焊接结构一般不可拆 4.4. 对焊接材料要求较严对焊接材料要求较严 应用广泛，如各种批量型材间，型材、铸、锻件应用广泛，如各种批量

5、型材间，型材、铸、锻件 间，同种或异种金属间，不同尺寸、形状件之间，连间，同种或异种金属间，不同尺寸、形状件之间，连 接或修补接或修补 3-1 熔焊成形基础熔焊成形基础 焊接（焊接（weldingwelding）：利用加热或加压手段，借助金属：利用加热或加压手段，借助金属 原子结合与扩散作用，使分离的金属永久的连接起来。原子结合与扩散作用，使分离的金属永久的连接起来。 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 1. 1. 焊接过程：焊接过程： 工件工件 焊缝焊缝 熔池熔池 熔滴熔滴 固态渣壳固态渣壳 液态熔渣液态熔渣 焊条芯焊条芯 焊条药皮焊条药皮 气体气体 焊条电弧焊过程焊条电弧

6、焊过程 利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔利用焊条与工件间产生的电弧热，将工件和焊条熔 化成熔池（化成熔池（molten poolmolten pool），药皮熔化分解形成熔渣和气），药皮熔化分解形成熔渣和气 体，保护熔池。体，保护熔池。 电弧焊冶金过程与炼钢相似：熔化、氧化还原、造电弧焊冶金过程与炼钢相似：熔化、氧化还原、造 渣、精炼、渗合金等一系列物理、化学过程。渣、精炼、渗合金等一系列物理、化学过程。 电弧焊过程中，电弧向前移动，新的熔池形成，旧电弧焊过程中，电弧向前移动，新的熔池形成，旧 的熔池冷却凝固形成焊缝，熔渣凝固成渣壳。的熔池冷却凝固形成焊缝，熔渣凝固成渣壳。 一、焊

7、接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 1. 1. 焊接过程焊接过程手弧焊手弧焊 焊件的加热、焊件中的热传递及冷却。焊件的加热、焊件中的热传递及冷却。 1 1）加热的局部性）加热的局部性温度分布不均温度分布不均热应力、变形；热应力、变形； 2 2）焊接热源是移动的）焊接热源是移动的准稳定温度场准稳定温度场计算困难；计算困难； 3 3）加热速度和冷却速度极高。）加热速度和冷却速度极高。 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 1. 1. 焊接过程焊接过程特点特点 电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。 1 1

8、）能量密度高）能量密度高焊接加热区小，热量集中，生产率高；焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2 2）热源性能稳定）热源性能稳定保证质量；保证质量； 3 3）高的热效率）高的热效率节约能耗。节约能耗。 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 2. 2. 焊接热源焊接热源 焊接电弧：电弧焊的热源，焊接电弧：电弧焊的热源， 它是在电极与工件间产生的的强它是在电极与工件间产生的的强 烈而持久的气体放电现象烈而持久的气体放电现象 特点：电压低、电流大、温特点：电压低、电流大、温 度高、能量密度较大、移动性好度高、能量密度较大、移动性好 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程

9、 3. 3. 焊接电源焊接电源 焊接电源由电焊机提供，电焊机分交流与直流两类焊接电源由电焊机提供，电焊机分交流与直流两类 直流焊机有两种接法直流焊机有两种接法( (手弧焊手弧焊) )： 直流正接：工件接正极，受热大，适于厚工件直流正接：工件接正极，受热大，适于厚工件 直流反接：工件接负极，受热小，适于薄工件直流反接：工件接负极，受热小，适于薄工件 焊条电弧焊的冶金反应区焊条电弧焊的冶金反应区 焊接区内各种物质之间焊接区内各种物质之间 在在高温高温下相互作用的过程。下相互作用的过程。 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 4. 4. 电弧焊冶金过程电弧焊冶金过程 t1t1：药皮开

10、始反应温度：药皮开始反应温度 t2t2：焊条端熔滴温度：焊条端熔滴温度 t3t3：弧柱间熔滴温度：弧柱间熔滴温度 t4t4：熔池表面温度：熔池表面温度 t5t5：熔池凝固温度：熔池凝固温度 1.1. 药皮反应区：药皮反应区：100-100-药皮熔点，水分蒸发、某些物药皮熔点，水分蒸发、某些物 质分解、铁合金氧化等；质分解、铁合金氧化等； 2.2. 熔滴反应区：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属熔滴反应区：气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属 及其合金成分的氧化还原、焊缝金属的合金化等；及其合金成分的氧化还原、焊缝金属的合金化等； 3.3. 熔池反应区：熔滴、熔渣以及母材金属各相间的物理熔池反应区

11、：熔滴、熔渣以及母材金属各相间的物理 化学反应继续进行，直至金属凝固，形成焊缝。温度化学反应继续进行，直至金属凝固，形成焊缝。温度 分布极不均匀分布极不均匀 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 4. 4. 电弧焊冶金过程电弧焊冶金过程冶金反应区冶金反应区 4. 4. 弧焊冶金弧焊冶金熔池熔池 熔池熔池视作一微型冶金炉，但视作一微型冶金炉，但冶炼条件差冶炼条件差： (1)(1)温度高，反应快温度高，反应快，氧化、吸气、金属蒸发烧损严重，氧化、吸气、金属蒸发烧损严重 (2)(2)熔池小，冷速快熔池小，冷速快，冶金反应不充分，排气去渣来不及，冶金反应不充分，排气去渣来不及 易产生气

12、孔、夹渣、裂纹、脆性、力学性能下降等易产生气孔、夹渣、裂纹、脆性、力学性能下降等缺陷缺陷 保证焊缝质量措施：保证焊缝质量措施： (1) (1) 使熔池与空气隔开，保护熔池使熔池与空气隔开，保护熔池 (2) (2) 加脱氧剂，脱氧造渣加脱氧剂，脱氧造渣 (3) (3) 增添有益合金元素，补偿烧损增添有益合金元素，补偿烧损 一、焊接电弧与电弧冶金过程一、焊接电弧与电弧冶金过程 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 包括：包括：焊缝区（焊缝区（weld metal areaweld metal area） 热影响区（热影响区（heat-affected zoneheat-affected

13、 zone） 1. 1. 焊接接头焊接接头 熔合区、过热区、正火区、不完全重结晶区、再结晶区熔合区、过热区、正火区、不完全重结晶区、再结晶区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 在液固交界处形核，垂直于熔池侧壁向熔池中心生长在液固交界处形核，垂直于熔池侧壁向熔池中心生长 成为柱状晶粒，成分优于母材，力学性能不低于母材成为柱状晶粒，成分优于母材，力学性能不低于母材 2. 2. 焊缝区焊缝区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 很窄，仅很窄，仅0.10.10.4mm0.4mm宽，组织极不均（部分铸态，部分宽，组织极不均（部分铸态，部分 过热），力学性能最差（塑性差、强度

14、低、脆性大）过热），力学性能最差（塑性差、强度低、脆性大） 3.1 3.1 热影响区热影响区熔合区熔合区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 1 13mm3mm宽，晶粒粗大，塑性、韧度差，属性能最差部位宽，晶粒粗大，塑性、韧度差，属性能最差部位 3. 2 3. 2 热影响区热影响区过热区过热区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 1.2 1.24mm4mm宽，晶粒均匀细小，塑性、韧度较高，是宽，晶粒均匀细小，塑性、韧度较高，是 热影响区中力学性能最好的区域热影响区中力学性能最好的区域 3.3 3.3 热影响区热影响区正火区正火区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头

15、的组织和性能 晶粒大小不均，力学性能较正火区差晶粒大小不均，力学性能较正火区差 3.4 3.4 热影响区热影响区部分正火区部分正火区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 只在焊前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压等）的只在焊前经过冷塑性变形（如冷轧、冷冲压等）的 母材中出现，塑性提高母材中出现，塑性提高 3.5 3.5 热影响区热影响区再结晶区再结晶区 二、焊接接头的组织和性能二、焊接接头的组织和性能 4. 4. 改善接头质量改善接头质量 熔合区与过热区熔合区与过热区组织粗大不均匀，塑性和韧度最低，组织粗大不均匀，塑性和韧度最低， 拉应力最大，是焊接接头中拉应力最大，是焊接接头中最薄

16、弱区最薄弱区，常成为破坏源，常成为破坏源， 应尽量缩小应尽量缩小。改善措施主要是：。改善措施主要是： (1) (1) 尽量选低碳、低硫、磷的钢材焊接，并合理选择尽量选低碳、低硫、磷的钢材焊接，并合理选择 焊条等焊接材料焊条等焊接材料 (2) (2) 合理选择焊接方法、接头型式与焊接工艺规范等，合理选择焊接方法、接头型式与焊接工艺规范等， 使脆性降低，晶粒细化使脆性降低，晶粒细化 (3) (3) 焊后热处理，改善接头组织性能焊后热处理，改善接头组织性能 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 1. 1. 应力与变形的产生原因应力与变形的产生原因 因焊接过程中焊件的因焊接过程中焊件的不均匀受热和冷却

17、不均匀受热和冷却产生产生 自由膨胀的伸缩量分布自由膨胀的伸缩量分布两边受拉中间受压的实际伸长两边受拉中间受压的实际伸长 冷却时的自由收缩冷却时的自由收缩中间与边缘牵制中间与边缘牵制收缩收缩 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 2. 2. 变形形式变形形式 母材塑性好、刚度小时：变形大、残余应力小，反之母材塑性好、刚度小时：变形大、残余应力小，反之 则变形小而残余应力大。则变形小而残余应力大。焊接变形本质是焊缝区的压缩塑焊接变形本质是焊缝区的压缩塑 性变形性变形，常见基本形式有：，常见基本形式有： (1)(1)收缩变形收缩变形 (2)(2)角角 变变 形形 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形

18、 2. 2. 变形形式变形形式 (3) (3)弯曲变形弯曲变形 (4)(4)扭曲变形扭曲变形 (5)(5)波浪变形波浪变形 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 3. 3. 预防和减小应力、变形的措施预防和减小应力、变形的措施 思路：减小温差，自由收缩思路：减小温差，自由收缩减小应力减小应力 抵消、抑制变形抵消、抑制变形减小变形减小变形 措施：措施：(1)(1)焊前予热焊前予热:400:400以下，减小温差、降低冷速以下，减小温差、降低冷速 (2)(2)合理焊接顺序合理焊接顺序 (3)(3)加热减应区加热减应区 (4)(4)反变形法反变形法 (5)(5)刚性固定法刚性固定法 三、焊接应力与变形

19、三、焊接应力与变形 3. 3. 预防和减小应力、变形的措施预防和减小应力、变形的措施合理焊接顺序合理焊接顺序2 2 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 3. 3. 预防和减小应力、变形的措施预防和减小应力、变形的措施加热减应区加热减应区 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 3. 3. 预防和减小应力、变形的措施预防和减小应力、变形的措施反变形法反变形法 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 3. 3. 预防和减小应力、变形的措施预防和减小应力、变形的措施刚性固定法刚性固定法 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 4. 4. 应力消除方法应力消除方法 (1) (1)锤击焊缝，释放应力锤击焊缝

20、，释放应力 (2)(2)消除应力退火消除应力退火 (3)(3)机械拉伸焊件（焊缝），用焊缝区的微量塑性机械拉伸焊件（焊缝），用焊缝区的微量塑性 拉伸，降低残余应力拉伸，降低残余应力 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 5. 5. 变形矫正方法变形矫正方法 (1)(1)机械矫正机械矫正用加压或锤击产生塑性变形用加压或锤击产生塑性变形 矫正变形原理矫正变形原理产生新变形抵消原变形产生新变形抵消原变形 三、焊接应力与变形三、焊接应力与变形 5. 5. 变形矫正方法变形矫正方法 (2)(2)火焰矫正火焰矫正局部加热后冷却产生新的收缩变形局部加热后冷却产生新的收缩变形 四、焊接缺陷与检验四、焊接缺陷与

21、检验 1. 1. 焊接缺陷焊接缺陷1 1 特征：特征：h h、n n、coco未逸出形成的空穴未逸出形成的空穴 原因：不清洁，保护差，冷速太快原因：不清洁，保护差，冷速太快 特征：特征：热裂纹热裂纹沿晶裂，氧化，焊缝处，沿晶裂，氧化，焊缝处， 焊后立即开裂；焊后立即开裂；冷裂纹冷裂纹穿晶裂，金属光穿晶裂，金属光 泽，热影响区，延时开裂泽，热影响区，延时开裂 原因：原因：热裂纹热裂纹s s、p p含量高，冷速太快；含量高，冷速太快； 冷裂纹冷裂纹母材淬硬性大，焊缝含母材淬硬性大，焊缝含h h量高量高 特征：非金属夹杂物特征：非金属夹杂物 原因：电流太小、焊速太快原因：电流太小、焊速太快 四、焊接缺陷与检验四、焊接缺陷与检验 1. 1. 焊接缺陷焊接缺陷2 2 特征：交界处产生沟槽或凹陷特征：交界处产生沟槽或凹陷 原因：焊条角度不对，电流过大、原因：焊条角度不对，电流过大、 弧长太长弧长太长 特征：熔化金属流淌到母材上的瘤特征：熔化金属流淌到母材上的瘤 原因：电流太大、弧长过长、焊速慢原因：电流太大、弧长过长、焊速慢 特征：接头根部未完全熔透特征：接头根部未完全熔透 原因：电流小、焊速快；坡口角度太原因：电流小、焊速快；坡口角度太 小、间隙过窄、钝边太厚小、间隙过窄、钝边太厚 焊瘤焊瘤 未焊透未焊透 咬边咬边 四、焊接缺陷与检验四、焊接缺陷与检验2. 2