金属材料成形基础课件

1、焊接：焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。熔化焊、压力焊、钎焊等。焊接的主要特点是：焊接的主要特点是： （1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量； （2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造； （3 3）适应性好；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型

2、； （5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。焊接方法的应用：焊接方法的应用： （1 1）制造金属结构件；）制造金属结构件； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复。）修复。焊接方法焊接方法压压 焊焊摩擦焊摩擦焊超声波焊超声波焊爆炸焊爆炸焊扩散焊扩散焊高频焊高频焊 钎钎 焊焊软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊封接封接粘接粘接熔熔焊焊电弧焊电弧焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊焊条电弧焊焊条电弧焊气体保护焊气体保护焊埋弧焊埋弧焊电阻焊电阻焊电弧焊基本历史n1801 迪威迪威 电弧放电现象电弧放电现象n1855 俄罗斯人俄罗

3、斯人 碳弧焊碳弧焊应用：铁管及容器的制造应用：铁管及容器的制造 蒸汽机修理蒸汽机修理问题：碳元素使金属接头变得脆硬问题：碳元素使金属接头变得脆硬n1891 俄罗斯人俄罗斯人 金属极焊接法金属极焊接法空气中空气中 铁电极铁电极电弧焊基本历史n1907 瑞典人瑞典人 焊条电弧焊焊条电弧焊n1912 瑞典人瑞典人 开发出保护良好的厚涂层焊条开发出保护良好的厚涂层焊条n1920 英国人英国人 全焊接船下水全焊接船下水n焊条电弧焊问题：焊条电弧焊问题： 有限长度焊条有限长度焊条电弧焊基本历史焊条电弧焊动画焊条电弧焊动画电弧焊基本历史n 1930 埋弧焊埋弧焊动画埋弧焊动画电弧焊基本历史n 1930 美国

4、 GTAWn 1940 美国 成功应用该方法于焊接镁及不锈钢薄板钨极氩弧焊动画钨极氩弧焊动画电弧焊基本历史n 1945 交流GTAW焊接方法n 1945 直流金属极焊接方法GMA二氧化碳气体保护电弧焊动画二氧化碳气体保护电弧焊动画1 1 手工电弧焊的焊接过程手工电弧焊的焊接过程 第一章 金属焊接成形工艺基础 一、手工电弧焊的特点一、手工电弧焊的特点1 . 设备简单、应用灵活方便。2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。二、手工电弧焊焊接过程二、手工电弧焊焊接过程引弧 形成熔池形成焊缝三、焊接电弧三、焊接电弧1 . 1 . 焊接电弧的概念焊接电弧的概念焊条焊条工件工件焊接电弧具备两个条件使气体

5、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。热电离碰撞电离碰撞电离2 . 2 . 电弧的构造及热量分布电弧的构造及热量分布阴极区：阳极区：弧柱区：2400k 36%2600k 42%50008000k 21%3 . 3 . 电弧的极性电弧的极性直流电源正接正接：直流电源反接反接：工件正极（阳极）；焊条负极（阴极）。工件负极（阴极）；焊条正极（阳极）。用于薄板金属的焊接用于薄板金属的焊接 2 焊接接头金属的组织与性能一、熔焊过程

6、冶金特点一、熔焊过程冶金特点1 . 熔池金属温度高于一般冶金温度2 . 熔池金属冷却快，处于液态的时间短2000k使金属元素强烈蒸发、烧损。10s化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。3 .空气对焊缝的影响严重O2OFe+ O FeOMn+ O MnOSi+ O SiO2C+O CO1 1） O O2 2 ：氧化的结果合金元素被烧损；焊缝产生夹渣的缺陷；形成CO气孔。2 2）N N2 2 ：Fe+N Fe4N使接头的塑性、韧性下降。3 3）H H2 2 ：氢气孔 氢脆二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施1. 减少有害气体进入熔池；2. 渗入合金元素；

7、3. 清除已进入熔池的有害元素。NN2HH2三、焊条三、焊条1. 1. 焊条的组成及作用焊条的组成及作用焊条焊条芯药皮焊缝的填充材料填充材料 填充焊缝电极电极传导电流 导电机械保护机械保护的作用冶金冶金的作用稳定电弧稳定电弧的作用焊条芯焊条芯药皮药皮药皮的种类： 氧化钛型；氧化钛钙型；钛铁矿型；氧化钛型；纤维素型；低氢钾型；低氢钠型；石墨型；盐基型。2. 2. 焊条的分类焊条的分类结构钢焊条J； 钼和铬耐热钢焊条R；低温钢焊条W； 不锈钢焊条A；堆焊焊条D； 铸铁焊条Z；镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T；铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TSJ 5 0 7药皮种类（低氢型）抗拉强度结构钢

8、焊条J 4 2 2药皮种类（钙钛型）抗拉强度结构钢焊条酸性焊条：碱性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）在熔渣中以碱性氧化物为主（K2O、Na2O、CaO、MnO）三、焊条的选用三、焊条的选用1. 根据被焊工件的强度选用2. 根据被焊工件的化学成分选用3. 根据被焊工件工作条件和结构选用4. 根据实际生产状况选用n用焊接方法连接的接头称为焊接接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和用焊接方法连接的接头称为焊接接头。焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区。热影响区。 n在焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发生组织与在焊接或切割过程中，材料因受热的影响（但未熔化）而发

9、生组织与力学性能变化的区域叫做热影响区（力学性能变化的区域叫做热影响区（HAZ）。随着钢材强度与厚度的）。随着钢材强度与厚度的增加，热影响区脆化倾向增大，产生焊接缺陷的可能性增加，对焊接增加，热影响区脆化倾向增大，产生焊接缺陷的可能性增加，对焊接质量产生很大影响。质量产生很大影响。n熔化区和非熔化区之间的过渡部分。熔化区和非熔化区之间的过渡部分。 n熔合区和热影响区中的过热区熔合区和热影响区中的过热区(或淬火区或淬火区)是焊接接头中机械性能最差是焊接接头中机械性能最差的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。的薄弱部位，会严重影响焊接接头的质量。 四、焊接接头四、焊接接头减小和消除焊接热影响区的方

10、法： 小电流、快速焊接； 采用先进的焊接方法； 焊前预热、焊后热处理（正火）五、焊接应力与变形五、焊接应力与变形（一）焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的根本原因是：焊件(工件）在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。L L0焊接应力状态：焊接应力状态：焊缝区域焊缝区域拉应力拉应力两侧冷金属两侧冷金属压应力压应力焊接变形： 焊件整体缩短 L（二）焊接变形的基本形式1 . 收缩变形 2 . 角变形3 . 弯曲变形4 . 扭曲变形 5 . 波浪形变形（三）焊接应力与变形的防止1 . 1 . 焊接应力的防止及消除措施焊接应力的防止及消除措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截

11、面和长度也应尽可能小。2）合理选择焊接顺序。（）（）（）1 12 23）锤击或碾压焊缝4）采用小能量、多层焊5）焊前预热（150 350 ）6）焊后热处理（去应力退火）可消除应力80%80%左右2 . 2 . 焊接变形的防止及矫正措施焊接变形的防止及矫正措施1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。2）合理选择焊接顺序。1 12 23 34 41 4 3 21 12 23 34 43）加裕量法。4）反变形法。1234561 4 5 2 3 61 2 3 45）采用焊前刚性固定法。6）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）。7）焊接变形的矫正 机械矫正 火焰矫正 第二章 金属的焊接成

12、形方法1 熔化焊一、埋弧自动焊一、埋弧自动焊焊接电源控制箱焊接小车焊接热源：电弧热溶池保护：焊剂（气、渣）1. 1. 埋弧自动焊设备及焊接过程埋弧自动焊设备及焊接过程2. 2. 埋弧自动焊工艺埋弧自动焊工艺1 1）焊前准备）焊前准备2)2)采取防漏措施采取防漏措施双面焊；手工电弧焊封底；焊剂垫；采用锁底坡口；水冷铜垫板。板厚在2025mm以下的工件可不开坡口；但在实际生产中，板厚在1422mm应开Y型坡口，半厚在2250mm，可开双Y型坡口或U型坡口。3)3)要有引弧板和引出板要有引弧板和引出板环焊缝：焊丝起弧点应与环的中心偏离一定距离a a；（a a=2040mm）。直径小于250mm一般不

13、采用埋弧焊。3. 3. 埋弧自动焊工艺特点埋弧自动焊工艺特点1）生产率高（手弧焊的510倍）2）焊接质量高且稳定。3）节约金属材料、生产成本低。4）劳动条件好。5）只能在水平位置焊接。应用：主要用于较厚钢板的长直焊缝和较大直径的环形焊缝焊接。如压力容器的环焊缝和直焊缝、锅炉冷却壁的长直焊缝、船舶和潜艇壳体、其重机械、冶金机械（高炉炉身）等的焊接。二、气体保护焊二、气体保护焊1 . 1 . 氩弧焊氩弧焊利用氩气作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：ArAr不与金属发生化学反应不产生夹渣缺陷不溶解于液体金属中不产生气孔缺陷比重大于空气（25%）“阴极破碎”作用1 1）熔化极氩弧焊）

14、熔化极氩弧焊2525mm以下的工件2 2）非熔化极氩弧焊）非熔化极氩弧焊适于6 6mm以下工件的焊接3 3）氩弧焊的特点及应用）氩弧焊的特点及应用 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观， 焊接质量优良。 电弧燃烧稳定，飞溅小。 焊接热影响区和变形小。 可进行全位置焊接。 氩气昂贵，设备造价高。应用：应用：适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如：铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。适用所有金属材料的焊接。以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。焊接热源：电弧热保护介质：COCO2 2CO2 与金属发生化学反应产生夹渣缺陷 溶解于液体金属中产生 CO 气孔缺陷 比重大于空气（25%）

15、 氧化严重； 气孔倾向大（CO）； 飞溅严重。1) 1) 存在问题存在问题2 . 2 . COCO2 2气体保护焊气体保护焊 生产率高（是手弧焊的13倍）。 成本低（是手弧焊的40%） 。 焊接热影响区和变形小。 可进行全位置焊接。 飞溅严重，焊缝成形差。应用：适用于低碳钢和强度级别不高的低合金结构钢的焊接。目前广泛用于造船、机车车辆、汽车制造、农业机械等。2 2）COCO2 2气体保护焊的特点及应用气体保护焊的特点及应用三、电渣焊三、电渣焊利用电流通过液态熔渣时产生的电阻热，同时加热熔化焊丝和金属母材的焊接方法。焊接热源：电阻热保护介质：液态熔渣1. 1. 焊接过程焊接过程2. 2. 焊接特

16、点及应用焊接特点及应用 1 1）大厚度工件可一次焊成。）大厚度工件可一次焊成。单丝4060mm；单丝摆动60150；三丝摆动450mm；板极电渣焊2 2）生产率高，成本低。）生产率高，成本低。3 3）焊接质量好。）焊接质量好。 不易产生夹渣、气孔等缺陷。不易产生夹渣、气孔等缺陷。4 4）热影响区大。）热影响区大。焊后热处理。焊后热处理。应用： 适用于碳钢、合金钢、不锈钢等材料； 适用于厚大工件。厚度大于40mm的大型结构件。2 压力焊一、电阻焊一、电阻焊 通过加压、或同时加热加压，使焊件产生塑性变形，并经再结晶和扩散作用，使两部分金属达到原子间的结合，实现连接的焊接方法。1. 1. 点焊点焊工

17、艺参数电极压力焊接电流通电时间适中适中 对组合焊件经电极加压，利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热，实现焊接。焊点距离太近分流现象严重太远强度不够应用：4mm以下的薄板搭接。2 . 2 . 缝焊缝焊应用：应用：3mm3mm以下的薄板搭接。以下的薄板搭接。如：密封的容器（油箱、水箱等）、管道等。3 . 3 . 对焊对焊主要用于棒料的对接。1 1）电阻对焊）电阻对焊应用：用于断面简单，直径（或边长）小于20mm或强度要求不太高的工件。2 2）闪光对焊）闪光对焊应用：用于重要工件的焊接。可焊相同金属， 也可焊异种金属（铝钢、铝铜等）。 工件直径0.01mm200mm。二、摩擦焊二、摩擦

18、焊1 . 1 . 摩擦焊焊接过程摩擦焊焊接过程2 . 2 . 摩擦焊接头型式摩擦焊接头型式3. 3. 特点及应用特点及应用 质量稳定； 不需填充金属及焊剂； 生产率高，易实现自动化。应用：适用于黑色金属、有色金属； 也适用于特种材料、异种材料焊接。3 3 钎焊钎焊是将钎料熔化，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷凝后实现连接的焊接方法。一、钎焊的种类一、钎焊的种类1. 1. 软钎焊软钎焊2. 2. 硬钎焊硬钎焊钎料的熔点在450 以下。接头强度低，一般为60190MPa，工作温度低于100 钎料的熔点在450 以上。接头强度高，在200MPa以上，工作温度较高。钎料的作用 连

19、接 填充钎料的种类 软钎料： 硬钎料：锡铝合金（焊锡）铝基、铜基、银基、镍基合金等。2. 2. 溶剂溶剂溶剂的作用 清理作用 降低表面张力 保护作用去除表面氧化皮改善液态钎料对焊件的湿润性，增强毛细管作用。二、钎料和溶剂二、钎料和溶剂1. 1. 钎料钎料2. 可焊同种、异种金属和厚薄悬殊的工件。3. 生产率高。易于实现自动化。4. 设备简单，生产投资费用少。应用：主要焊接精密、微型、复杂、多焊缝异种金属 的焊接。目前：软钎焊广泛用于电子、电器、仪表等行业；硬钎焊 用于硬质合金刀具、钻探钻头、换热器的焊接。三、钎焊的特点及应用三、钎焊的特点及应用加热温度低，接头组织、性能变化小；焊接变形小， 工件尺寸精确。第三章 焊接成形金属件的工艺设计1 焊接结构材料的选择1. 优先选用低碳钢和低强度低合金钢；2. 对于重要件应有先选用镇静钢；3. 尽量选用同一牌