金属材料焊接工艺 第3版 教案 8 中碳钢的焊接

授课教案首页学年第学期机械工程学院材料技术系（部）焊接技术及自动化教研室课程名称金属材料焊接工艺任课教师授课形式理论教学√课内实践□理实一体□习题复习□考核评价□其他活动□课时安排2课时序号8授课日期月日月日月日月日授课班级教学内容：第二章非合金钢及其焊接工艺3、中碳钢的焊接教学目标：知识目标：1、了解中碳钢的成分特点及焊接性能力目标：1、掌握中碳钢的焊接工艺要点素质目标：1、培养学生良好的操作习惯2、具有与人沟通、与人合作的社会交往能力重点难点及解决方法：使学生充分理解中碳钢的特殊焊接工艺。授课地点：教室教学媒体：投影仪设备及材料：其它资源：学习效果评价方式：课堂提问及作业作业和思考题：为何中碳钢在制造机器零件中应用普遍，而在焊接结构中仍尽量不用？碳钢焊接主要应用于那些范围？碳钢焊接时应注意哪些问题？课后小结：填表说明：1.序号，指该课程授课的顺序号，应与授课计划一致；2.授课形式在相应的选项打“√”。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段一、教学组织1．引入10分钟2．讲解50分钟3．提问15分钟4.小结15分钟二、教学内容综合知识模块三中碳钢的焊接能力知识点一中碳钢的成分特点与焊接性中碳钢中碳的质量分数为wc=0.25%～0.60%，其强度和硬度较高，塑性和韧性较差，淬硬性较大，当wc接近下限时焊接性良好，随wc的增加焊接性严重恶化。同时在物理性能方面，中碳钢比低碳钢线膨胀系数略大，热导率稍低，这也就增加了中碳钢焊接时的热应力和过热倾向。当钢中碳的质量分数大于0.15%时，碳本身的偏析以及它促进硫等其它元素的偏析都明显起来，如果钢中的硫较多，则会因形成低熔点硫化物而导致热裂纹倾向增加，因此用于焊接的中碳钢必须严格控制硫的质量分数；其次，由于碳的质量分数较大，在焊接冶金反应中，C和FeO反应生成的CO有可能产生CO气孔；第三，碳的增加提高了钢材的淬硬性，焊接时如果冷速较快则会在热影响区产生马氏体组织，且中碳钢的马氏体组织有较大的脆性，因此在焊接应力作用下容易发生冷裂纹和脆断中碳钢的焊接性较差，且随碳的质量分数增加而越来越差，焊接时的主要问题是热裂纹、冷裂纹、气孔和脆断，有时还会存在热影响区强度降低，钢中杂质越多、结构刚性越大，问题就越严重。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段中碳钢一般不用作焊接结构材料，而是用作机器部件和工具较多，多利用其坚硬耐磨的性能，而非利用其高强度。这种坚硬耐磨性能通常是经过热处理来达到的，因此焊接时就要注意母材的热处理状态。如果是焊接已经过热处理的部件，则必须采取措施防止裂纹产生；如果是焊后进行热处理，要求热处理后接头与母材性能相匹配，则必须注意选择焊接材料。能力知识点二中碳钢的焊接工艺要点1．焊接方法中碳钢焊接性较差，一般用作机器部件，其焊接一般是修补性的，所以焊接中碳钢最合适的焊接方法是焊条电弧焊。2．焊接材料一般情况下选用去硫能力强，熔敷金属扩散氢含量低，塑、韧性较好的低氢型焊条；在要求焊缝金属与母材等强度时，选相应级别的低氢焊条；在不要求等强度时，选用强度级别低于母材的低氢焊条，例如焊接强度级别为490MPa的母材，可选择E4315、E4316焊条，切不可选择强度级别比母材高的焊条。对强度不做要求的中碳钢工具、模具等，焊接时要考虑其焊前状态：如果是在退火状态下（热处理前）焊接，选用焊条则必须要使焊缝金属与母材化学成分接近，以使焊后经热处理的焊缝金属达到与母材性能相同；如果是在热处理后的部件上焊接，则要选择低氢焊条，并采取相应的工艺措施，以防止裂纹和热影响区软化。3．坡口制备中碳钢焊接时为了限制焊缝金属中碳的质量分数，应减小熔合比，所以一般采用U形或V形坡口，并注意将坡口及两侧20mm范围内的油污、铁锈等污物清理干净。填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段4．预热与后热中碳钢焊接时大多需要预热和控制道间温度，以降低焊缝金属和热影响区的冷却速度，抑制马氏体的形成，提高接头的塑性，减小残余应力。预热温度取决于碳当量、母材厚度、结构刚度和焊条类型等，见表2-4。中碳钢焊后应立即进行消除应力热处理，不能立即进行热处理的，也应至少在冷却到预热温度或道间温度之前进行，特别是在工件厚度和结构刚度较大时更应如此。热处理温度一般为600～650℃。表2-4中碳钢焊接的焊条、预热温度及焊后热处理温度钢牌号焊接性选用焊条牌号预热温度/℃焊后热处理温度/℃不要求等强度要求等强度25好E4303、E4301E5015、E5016＞50600～65030较好E4315、E4316E5015、E5016＞10035ZG270-500较好E4303、E4301E4315、E4316E5015、E5016＞15045ZG310-570较差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016＞25055ZG340-640较差E4303、E4301、E4315、E4316、E5015、E5016E5015、E5016--填表说明：1.本页可续页；2.教学方法如：项目教学、案例分析、分组讨论、角色扮演、启发引导等；3.教学手段如：课件演示、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、视频讲解、网络课程等。授课教案教学内容及过程时间分配方法及手段5．施焊特点中碳钢焊接时，尤其是在不预热的情况下焊接，应采取工艺措施减小熔深，降低冷却速度，防止产生裂纹。例如，选U形坡口减小熔合比；多层焊第一层焊道采用小直径焊条、小电流焊接；将焊件置于立焊或半立焊位置、焊条横向摆动（摆动幅度取焊条直径的5～8倍，这样就相当于短段连续多道多层焊），以使母材热影响区的任何一点都在短时间内多次重复受热以取得预热和保温效果。能力知识点三典型中碳钢零件的焊接工艺1．焊条电弧焊焊接法兰长轴法兰长轴的主要尺寸见图2-1，材料为35钢。采用焊条电弧焊焊接，选用E5015低氢型焊条，焊前经300～350℃烘干保温1h；焊件仔细清理坡口两侧20mm范围内的油污、铁锈等杂质；焊件水平放置，焊缝处于立焊位置，预热150～200℃，焊固定焊