焊接工艺常识概述(PPT 101页)

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碳钢焊接
• 中碳钢：C% ＝ （0.25% ～ 0.6%）
– 焊接性变差、淬硬倾向变大 – 工艺特点：
• 容易开裂：冷裂纹、热裂纹 • 必须预热，减小工件各个部分的温差 • 细焊条、小电流、开坡口多层焊接
– 焊条电弧焊、电渣焊（厚件） – 选择抗裂能力较强的低氢型焊条、等强度
• 焊条：E5016(J506)、 E6015－D1(J607)
– 氩弧焊、气焊、点焊、缝焊、钎焊
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选择焊接方法－圆筒低压容器
• Q235钢板20mm批量 生产
– 埋弧自动焊 • 20钢板2mm批量生产
– 缝焊 • 45钢板6mm单件生产
– 焊条电弧焊
• 紫铜板4mm单件生产 – 氩弧焊
• 铝合金板20mm单件 生产
– 氩弧焊 • 不锈钢板10mm小批
生产
– 氩弧焊
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1、合理选用型材减少焊缝数量
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2、焊接接头设计
• 分散布置焊缝
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3、对称布置焊缝
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对称布置焊缝
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对称布置焊缝
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4、避开应力集中的位置
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避开应力集中的位置
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避开应力集中的位置
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5、避开机械加工位置
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6、便于电弧焊的设计
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便于电弧焊的设计
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便于电弧焊的设计
• 软钎焊
– 450℃以下、接头强度70MPa以下 – 仪表、导电元件、各种低载荷构件
• 加热方式
– 烙铁、火焰、电阻、感应
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钎焊的常见接头形式
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钎焊接头的比较
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4、电渣焊
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5、真空电子束焊接
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6、激光焊接
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题外话：关于铝热剂
• 什么是铝热剂
– 通常把铝粉和氧化铁的混合物叫铝热剂 – 用某些金属氧化物(如V2O5，Cr2O3，MnO2等)
• 优点
– 这些原料完全彻底地和合金元素混合在一起 形成铝热剂，它可以组成与钢轨化学、冶金、 和机械方面相匹配的焊接接头
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焊接钢轨
• 过程
• 铝热剂被投入到一个耐火坩 埚中，用点火器点燃，开始 铝热反应。
• 反应结束后，液态钢自动从 坩埚底部释放到耐火模具， 从而连接钢轨的两端。
• 模具带有几何形状特征，能 控制铸造和固化的过程。
K
• 直流焊接
• 正接法：工件温度高 • 反接法
• 交流焊接：两极温度均 为2500K
• 引弧电压：50－90V • 电弧电压：16－35V
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3、焊接接头的组织与性能
• 焊接工件上温度的变化与分布
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焊接接头组织
低碳钢
焊缝 焊接热影响区
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4、焊缝
• 从熔池底向中心凝固
• 各个方向凝固速度不同 • 柱状铸态组织 • 铁素体＋少量珠光体 • 杂质集中在焊缝中心，
影响焊缝质量
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焊缝的热影响区
• 1－融合区
• 0.1~1mm，关键
• 2－过热区
• 脆性比融合区更大
• 3－正火区
• 力学性能优于母材
• 4－部分相变区
• 比正火区稍差
• 不同焊接方法热影响区 宽度不同
• 焊后正火改善接头性能
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5、焊接应力与变形
• 极不平衡的热循环过 程
• 应力分布规律
• 先冷受压，后冷受拉
小型抗裂实验法
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碳钢焊接
• 低碳钢（C% < 0.25%）
– 焊接性好、淬硬倾向小、无需特别处理 – 大于50mm多层焊接－>应力、变形开裂 – 焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊
电阻焊 – 保证焊接接头与母材等强度
• 焊条：E4313(J421) E4303(J422) E4315(J427)等 • 埋弧焊丝/焊剂：H08A(H08MnA) / 431
– 低碳钢、合金结构钢、不锈钢
• 药皮
• 焊接过程顺利进行 • 焊缝化学成分、力学性能
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焊条药皮
• 作用
• 提高电弧燃烧的稳定性 • 防止空气对熔化金属的有害作用 • 对熔池脱氧、加入合金元素
– 保证焊缝金属的化学成分和力学性能
• 稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、稀渣、粘接
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焊条药皮的作用
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– 不锈钢 – 钛、钨
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5、焊接自动化
• 数控轨迹控制 • 焊接质量监控
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焊接机器人
焊接机器人演示
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用电弧焊焊接钢板的问题
• 如图拼焊一张大钢板
– 焊缝布置合理吗？ – 如何改进？
• 对称，错开
– 如何合理安排焊缝顺序？
• 先短后长
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8
5
1
3
2
4
6
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三、特种焊接工艺方法
• 简略了解其它焊接方法
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2、埋弧焊
埋弧焊演示
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埋弧焊特点
• 大电流（1000A）、生产率高 • 焊接质量高且稳定 • 节约金属
– 热量集中、可无坡口、无焊条头、飞溅少
• 改善劳动条件
– 无弧光、烟雾
• 自动化程度高 • 工艺装备复杂，适合批量生产
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焊丝与焊剂
• 焊丝焊剂决定焊缝化学成分、力学性能 • 熔炼焊剂、陶质焊剂
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合金钢焊接
• 合金结构钢焊接件较少
– 工艺与中碳钢近似
• 低合金结构钢焊接工艺特点
– 热影响区的淬硬倾向：合金含量大小 – 焊接接头的裂纹倾向：
• 冷裂纹倾向大小：含氢量、淬硬程度、应力 • 热裂纹倾向不大（我国合金都含Mn）
– 强度级别决定工艺
• 低：同低碳钢
– 低温大厚度高刚度构件：大电流、慢速、低氢焊条、退火
• 高：焊前预热、焊后先消氢处理，再退火处理
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铸铁补焊
• 铸铁焊接性很差，只能进行补焊 • 焊接特点
– 焊缝易形成白口、难以切削加工 – 易开裂、易产生气孔 – 流动性好，只能进行平焊
• 热焊法（600～700）：
– 防止开裂，补焊后可切削加工
• 冷焊法（450以下）
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非铁金属及其合金的焊接
• 铜及铜合金
– 困难
• 导热性太好，容易焊不透 • 易氧化、易开裂、易形成气孔 • 电阻很小，难以采用电阻焊 • 铜合金比纯铜更难焊接
– 氩弧焊（紫铜、青铜） – 气焊（黄铜）、碳弧焊、钎焊
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非铁金属及其合金的焊接
• 铝及铝合金
– 也比较困难
• 极易氧化、Al2O3阻碍金属熔和、易夹渣 • 导热性较好，需预热、使用大功率热源 • 容易产生气孔（易吸收H2） • 高温下强度塑性很低，焊缝塌陷
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7、便于埋弧焊的设计
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8、便于点焊及缝焊的设计
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其他布置原则
• 尽可能平焊 • 避免仰焊 • 减少横焊 • 一次装配，尽可能完成大部分焊接
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9、焊条电弧焊接头形式
• 对接接头
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焊条电弧焊接头形式
• T型接头
讲：焊接工艺常识
机械制造基础
金工教研室
2005年春季学期
1
第四讲：焊接工艺常识
• 焊接工艺
– 永久性连接 – 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）
• 现代工业的基础工艺
– 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车
• 基本焊接方法
– 电弧焊：属于熔化焊 – 其他焊接方法：压力焊、钎焊
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本讲内容
• 一、电弧焊工艺常识 • 二、焊条电弧焊 • 三、特种焊接工艺方法 • 四、金属材料的焊接性 • 五、焊接结构设计 • 六、连接技术
• 焊接性并非一定
– 焊接方法、焊接材料、焊接工艺
• 评定方法
– 工艺焊接性：出现工艺缺陷的倾向 – 使用焊接性：使用中的可靠性（力学、特殊
性能要求）
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钢材焊接性的估算
• 碳当量计算公式 • 计算结果
– <0.4% ：良好 – 0.4% ～ 0.6% ：相对较差 – >0.6% ：焊接性不好
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讨论焊接工艺问题
• 如图铸件补焊后还是开裂，怎么样补焊 才能既不开裂，又能切削加工？
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五、焊接结构设计
• 焊接结构件材料的选择
– 应选碳当量小于0.4的金属材料 – 优选强度等级低的低合金结构钢 – 优选镇静钢（脱氧完全） – 异种金属间焊接
• 以焊接性较差的金属材料设计焊接工艺
• 各种金属材料的焊接性能可查表
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一、电弧焊工艺常识
• 1、焊接电弧
• 气体介质中导电现象
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焊接电弧的热量
• 热量来源于
• 阳极43％
弧柱• 阴极36％• 弧柱21％• 热量扩散
阴极
• 65％～85％
– 加热熔化金属
• 其余
– 散失在电弧周围 – 飞溅的金属液
阳极
5
2、正接和反接
• 温度：
• 阳极：2600K • 阴极：2400K • 电弧中心：6000K－ 8000
– 碱性焊条
• 焊缝塑性韧性好、抗冲击能力强 • 要求直流电源、操作性差、电弧不够稳定、价
格高，适于重要构件
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焊条选用原则
• 选择依据：根据焊件
– 化学成分、力学性能、抗裂性、耐腐蚀耐高温性能 – 结构形状、受力情况、焊接设备条件
• 低碳钢和低合金钢构件：根据强度（两构件强 度较低者为准）
• 酸性/碱性：根据重要性 • 铸铁：碱性焊条和适当工艺（预热） • 不锈钢和耐热钢：特殊、专用焊条
• 当铝热钢冷却下来后，进行 进一步的热处理来提高它的 机械特性。