材料成型原理与工艺之焊接部分总结

材料成型原理与工艺之焊接部分总结1.使金属表面紧密接触的几种措施：(1)对被焊接金属施加压力或不断地摩擦，破坏接触表面的氧化膜，使结合处(2)将金属加热熔化或到塑性状态，增加原子的振动能，施加压力破坏接触面(3)通过液态中间材料，如粘结剂或低熔点金属，将两个固态金属连接在一起。钎焊及封粘压焊熔焊粘接熔焊本质及特点：√冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。√熔池的保护√填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到力学性能和其它性能的3.两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，电弧产生的热量在阳极和阴极上有◆直流正接：焊件接正极，焊条接负极(厚板、酸性焊条)◆直流反接：焊件接负极，焊条接正极(薄板、碱性低氢焊条、低合金钢和铝合金)5.熔池的保护保护目的：使熔池与空气隔绝，大大减少焊缝中的含气量，提高焊缝韧性。①联生结晶/交互结晶/外延结晶依附于母材晶粒的现成表面而形成共同晶粒的凝固方式同时，有利于柱状晶的成长③熔池凝固组织形态的多样性凝固组织的形态有柱状晶(平面晶、胞状晶、胞状树枝晶和树枝晶)及等轴晶等①HAZ组织分布a.低碳钢及不易淬火的低合金钢(Q235、20、16Mn等)熔合/半熔化区：最高温度在固相线和液相线之间。局部熔化，成分与组织不均匀，塑性差过热区/粗晶区：固相线到1100℃左右。塑韧性差相变重结晶区(正火区):1100℃~Ac相当于正火组织(细晶F+P)塑韧性好不完全重结晶区：Ac~Ac3,(部分细晶F+P以及粗晶F)组织不均匀等)与焊前热处理状态有关焊前正火或退火态HAZ主要由完全淬火区和不完全淬火区组成。调质态HAZ主要由完全淬火区、不完全淬火区和回火区组成。焊接性(Weldability)指被焊金属在限定的施工条件(焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构型式),焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出的焊接难易程度。国际焊接学会IW碳对冷裂纹敏感性的影响最明显，其它元素的影响折合成碳的影响碳当量越高，焊接性越差·CE<0.4%,钢材塑性良好，淬硬和冷裂纹倾向不明显，可焊性良好。一般不会产生裂纹，但对厚大工件或低温下焊接时应考虑预热。·CE=0.4%～0.6%,钢材塑性下降，淬硬和冷裂倾向明显,可焊性较差。需要焊前预热，焊后缓冷及一定的焊接工艺措施。CE>0.6%,钢材塑性较低，淬硬和冷裂倾向很强，可焊性很差。焊前预热，减少焊接应力和防止开裂，焊后热处理。存在保护、分区域(药皮反应区、熔滴反应区和熔池反应区)进行、与焊接工艺有关药皮反应区：温度低(钢焊条1200℃)。熔滴反应区：温度高(2100-2800℃)、熔滴比表面积大，是焊接冶金反应最激烈的部位。气体分熔池反应区：温度平均1770℃左右，反应比溶滴区气体的间接来源·3.材料的蒸发气体的控制措施0.1限制气体的来源氮的首要措施是加强对金属的保护，防止空气与金属接触。·限制措施：焊接时，采用渣保护、气保护或渣气联合保护。·2氢主要来源于水分，包括原材料(母材、焊接材料等)本身含有的水分、·3氧主要来源于焊材或矿石，在焊接要求比较高的合金钢和活泼金属时，应尽量选用不含氧或氧含量少的焊接材料，如采用高纯度的惰性保0.2控制工艺参数的影响0.3冶金处理焊接过程中的脱氢(1)在焊条药皮和焊剂中加入氟化物(2)控制焊接材料的氧化势(3)在药皮或焊芯中加入微量稀土元素(4)焊后消氢处理熔渣的作用：1.机械保护作用2.冶金处理作用3.改善成形工艺性能作用熔渣的类型1、药皮焊条电弧焊时的熔渣与药皮2、埋弧焊、电渣焊过程中的熔渣与焊剂0.017SiO₂+0.005(Al₂O₃+TiO₂+ZrO₂)2.熔渣碱度的离子理论碱度：液态熔渣中自由氧离子的浓度(或氧离子的活度)。渣中自由氧离子的浓度越大，其碱度越大。计算式为：K₂ONa₂OTiO₂ZrO₂Al₂O₃Fe₂O₃0熔渣的凝固温度与密度熔渣的熔点：固体熔渣开始熔化的温度造渣温度：焊条药皮开始熔化的温度(药皮熔点)高·金属熔焊中，要求熔渣的熔点略低于母材金属。密度影响熔渣与液态金属间的相对位置与相对运动速度。密度大的熔渣易滞留于金属内部形成夹杂。选用焊材时，首先要保证熔渣具有合适的凝固温度范围和较低的密度。熔渣的粘度·粘度过大的熔渣会降低金属与熔渣之间的冶金反应速度,焊缝表面成形不良，易产生气孔、夹杂。·粘度过小的熔渣容易流失，不能均匀覆盖焊缝影响对熔池(或焊缝)在全位置焊接时的成形和保护效果。·随温度增高粘度急剧下降的渣称为短渣，而随温度增高.4#教册度下降缓慢的渣称为长渣。AAT·短渣在焊缝凝固后迅速凝固，可保证全位置焊缝外观成·碱性渣中离子尺寸小，粘度低，且随温度升高离子浓度增大，粘度迅速下降，因此碱性渣为短渣。加入CaF₂可起到很好的稀释作用。表面张力的影响因素温度T,升高，表面张力减小原子间键能(金属键的键能大，表面张力大)>合金化的方式合金过渡系数η:描述合金元素利用率高低，等于熔敷金属中的实际含量与原始Kp---焊条药皮的重量系数Chapter4焊条的牌号代表熔敷金属抗拉强度,第3位数代表药皮类型、焊接电流要求。有特殊性能(1)以结构钢(包括碳钢和低合金钢)焊条为例42熔敷金属的抗拉强度大于等于420MPa焊条的组成：焊条的组成：低氮型药皮、主流熔数金属抗拉强度不低于二结构钢焊条2药皮类型(钛钙型)和电源种类(交直流)引弧端引弧端焊条芯药皮央持长度焊条长度焊芯的作用：作电极传导电流，产生电弧作填充金属(调整成分)药皮的作用·机械保护作用(气体和熔渣)·冶金处理(熔渣)·改善焊接工艺性(引弧容易燃烧稳定)电焊条的选用选用原则：焊缝和母材具有相同水平的使用性能·不锈钢、耐热钢焊条 按相同成分选择焊条 按等强原则选相同强度等级焊条焊剂的类型按制造方法分类：非熔炼焊剂熔炼焊剂(1)形成：块状组分→电弧炉1500-1550℃熔炼→熔融态经水冷粒化→烘干→筛选(2)特点：(3)分类：成分、化学性质、颗粒结构特点：HJ1××无锰②可加脱氧剂、合金剂、抗锈、合金化能力强；③吸潮性强，不易保存分类和形成粘结焊剂：粉状组分→加水玻璃粘合→成团→粒化→经约400℃烘干烧结焊剂：粉状组分→加水玻璃粘合→成团→粒化→经约1000℃烘干焊剂型号和牌号编制方法□GB5293-1999《埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂》型号中“F”表示焊剂；第一位数字表示焊丝-焊剂组合的熔敷金属抗拉强度的最小值(包括抗拉强度、屈服强度和延伸率);第二位字母表示试件的热处理状态，表示焊后热处理状态；第三位数字表示熔敷金属冲击吸收功不小于27J时的最低试验温度；“-”后面表示焊丝牌号。-表示焊丝牌号—表示熔敷金属冲击吸收功不小于27J时的试验温度—表示试件为焊态(见A1.2)—表示熔敷金属抗拉强度的最小值为415MPa(见表4.口熔炼焊剂的牌号字母“HJ(焊剂)”表示埋弧焊及电渣焊焊剂；第一数字表示焊剂中MnO含量；HJ2××HJ3××低锰中锰高锰第2位数字表示焊剂中氧化硅、氟化钙含量牌号第三位数字表示同一类型焊剂的不同牌号按0、1、2、3、4、5、6、7、8、9顺序排列对同一牌号焊剂生产两种粒度时，在细粒产品后加一个细字(X)。焊剂粒度为60～14目牌号编号为1—埋弧焊及电渣焊用熔炼焊剂例如：HJ431/焊剂431-表示埋弧焊及电渣焊所用焊剂，高锰高硅低氟型焊丝的型号和牌号型号1)气体保护焊用碳钢、低合金钢焊丝型号表示方法为ER×x-דER”表示焊丝，ER后的两位数字表示熔敷金属的抗拉强度最低值，短划“-”后面的字母或数字表示焊丝化学成分分类代号。其他表示焊丝实芯焊丝H08Mn2SiA药芯焊丝YJ422-1有色金属、铸铁焊丝HS221焊条、焊丝及焊剂的选用·焊缝机械性能与基体金属一致；·其次，在化学成分方面接近基体·还应根据焊接位置及板厚确定药皮类型。焊接结构设计的基本要求和遵循原则◆基本要求：实用性、安全性、工艺性和经济性等。遵循原则：1)合理选择材料的种类，尽量采用标准件、通用件和型材。2)合理地设计结构形式。尽量采用简洁明快的结构构造形式，采用最简单和最3)合理地布置焊缝。例如对称布置焊缝、避免焊缝交叉、密集，重要的工作焊缝要连续,次要的联系焊缝可用断续焊缝,这有利于焊接施工和减少焊接工作量，4)施工方便并考虑改善工人劳动条件。设计结构时就要考虑到日后施工的很多焊接接头形式：对接接头角接接头及T字形接头搭接接头焊接坡口：为保证全熔透和焊接质量，减少焊接变形，施焊前，一般将焊件连接处预先加工成各种形状。不同的焊接坡口，适用于不同的焊接方法和焊件厚度。>熔焊坡口形式根据其形状可分为三类：V形和单V形、U形和单U形等；电阻焊和摩擦焊在汽车工业中应用很普遍,电阻焊中的点焊和缝焊多是采用钎焊接头Y形、单边V形、双单边V形、VIY形坡口一般需用刨边机加工，效率较热切割低。2)可达性的好坏。采用Y形、带垫板Y形、带垫板V形、VY形(上图g)、带形坡口的熔敷金属量增加最大可达50%,双U4)考虑焊接变形与应力。例如：单面焊可能引起角变形和焊缝根部的严重焊接焊接结构设计的基本原则3.尽量减少焊缝处的应力集中接头常常是脆性破坏和疲劳破坏的起源处,因此，厚度δ₂不大于10mm,两板厚度差超过3mm;或当薄板厚度δ₂大于10mm,两板厚度差超过薄板的30%,或超过5mm时，均需按图6