(生产管理知识)材料课件授课教案第四篇 金属焊接成形(焊接生产)

第四篇 金属连接成形（焊接生产）

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课程名称 ：金属材料成形基础 任课教师：徐晓峰

第四篇 金属连接成形（焊接生产） 计划学时： 8

教学目的和要求：

本篇主要介绍了焊接成形工艺基础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、焊接结构设计及先进工艺方法。学完本篇要求学生了解并掌握焊接成形工艺基础、各种常用焊接生产方法、常用焊接材料、焊接结构设计及先进工艺方法。

重点：重点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计；。

难点：难点为焊接成形工艺基础、常用焊接生产方法和焊接结构设计。

思考题：

1．何谓焊接电弧用交流电焊机与直流电焊机焊接时？其电弧有何不同？

2．焊接低碳钢时，其焊接热影响区可分为哪几个?区域其中哪个区域的性能最好？哪个区域的性能最差？为什么？

3．减小与消除焊接应力的措施有哪些？减小与消除焊接变形的措施有哪些？

4．钎焊与熔化焊相比，其焊接过程的实质有何不同？ 5．何谓金属材料的可焊性？生产中常用什么方法评定钢材的可焊性？

6．当焊接材料确定后，应如何选择焊接方法？（根据材料的可焊性、工件的厚度、生产批量、各种焊接方法的适用范围和现场条件） 第四篇

金属连接成形（焊接生产）

60 第四篇 金属焊接成型

概 述

一、金属焊接成形

用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。

二、焊接成形的分类

1．熔化焊： 电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光焊、等离子弧焊等。

2．压力焊：电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊、高频焊、扩散焊等。

3．钎焊：软钎焊、硬钎焊。

三、焊接成形的特点

1．接头 牢固、封性好。

2．可化大为小、以小拼大。

3．可实现异种金属的连接。

4．重量轻、加工装配简单。

5．焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

第一章 金属焊接成形工艺基础

§1 手工电弧焊的焊接过程

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

①引弧 ② 形成熔池 ③形成焊缝

三、焊接电弧

1 . 焊接电弧的概念

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。

当焊条末端和工件接触时，接触电阻R急剧增大，短路电流I也急剧增大。使电阻热：Q=I2Rt急剧增大。电场强度：E=V/d急剧增大。

从而使热的金属气体和空气产生热电离和碰撞电离。

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。

2 . 电弧的构造及热量分布

阴极区：2400k 36%

阳极区：2600k 42%

弧柱区：中心5000~8000k 21%

3 . 电弧的极性

直流电源正接极：工件—正极（阳极）；焊条—形成焊接电弧必须具备两个条件 使气体电离

阴极发射电子 第四篇 金属连接成形（焊接生产）

61 负极（阴极）。

直流电源反接极：工件—负极（阴极）；焊条—正极（阳极）。

§2 焊接接头金属的组织与性能

一、熔焊过程冶金特点

1 . 熔池金属温度高于一般冶金温度。使金属元素强烈蒸发、烧损。

2 . 熔池金属冷却快，处于液态的时间短。

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。

1） O2 ：

C+[O]

CO

；

Fe+[O]

FeO ；

Mn+[O]

MnO ； Si + [O]

SiO2

氧化的结果：①合金元素被烧损；②焊缝产生夹渣的缺陷；

③形成CO气孔。

2）N2 ：N2 [N]

Fe + [N] Fe4N ； 使接头的塑性、韧性下降。

3）H2 ：H2 [H] ； 氢气孔 氢脆

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；

3. 清除已进入熔池的有害元素。

三、电焊条

1. 电焊条的组成及作用

药皮的种类：① 氧化钛型；②氧化钛钙型；③钛铁矿型；④氧化钛型；⑤纤维素型；⑥低氢钾型；⑦低氢钠型；⑧石墨型；⑨盐基型。

2. 电焊条的分类

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—TS

酸性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主（TiO2、SiO2、Fe2O3）

碱性焊条：在熔渣中以碱性氧化物为主（K2O、Na2O、CaO、MnO）

三、电焊条的选用

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； [O] O2

电焊条 焊条芯

药皮 焊缝的填充材料 填充焊缝

电极传导电流 导电

机械保护的作用

冶金的作用

稳定电弧的作用 第四篇

金属连接成形（焊接生产）

62 LⅡ Ⅰ 4. 根据实际生产状况选用。

四、焊接接头金属组织与性能

1. 焊接热循环

2. 焊接接头金属组织与性能的变化

焊接接头：1）焊缝区；2）焊接热 影响区。

1） 焊缝区

熔池金属冷却结晶所形成的铸态组织。

2） 焊接热影响区

焊缝两侧的母材，由于焊接热的作用，其组织和性能发生变化的区域。

① 熔合区：是焊缝和母材金属 的交界区。（0.1-1mm）

加热温度：T液~T固

强度、塑性、韧性极差，是裂纹和局部脆断的发源地。

② 过热区：在热影响区内具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。（1-3mm）

加热温度：T固~1100 ℃

塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。

③ 正火区：在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm）

加热温度：1100 ℃~AC3 ； 力学性能优于母材。

④ 部分相变区：在热影响区内发生部分相变的区域。

加热温度：AC3~AC1 ； 力学性能较母材稍差。

力学性能最差的区域：熔合区和过热区

3）减小和消除焊接热影响区的方法：

① 小电流、快速焊接；

② 采用先进的焊接方法；

③ 焊前预热、焊后热处理（正火）。

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。

焊接应力状态：

焊缝区域—拉应力

两侧冷金属—压应力

焊接变形：焊件整体缩短 L’ 第四篇 金属连接成形（焊接生产）

63 （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 . 焊接应力的防止及消除措施

1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。

2）合理选择焊接顺序。

①（Ⅰ—Ⅱ）—Ⅲ；②（Ⅰ—Ⅲ）—（Ⅱ—Ⅲ）

3）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%左右

2 . 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 — 4 — 3 — 2

1 — 2 — 3 — 4

1— 4 — 5 — 2 — 3 — 6 Ⅱ Ⅰ

Ⅲ 1

2 Ⅱ Ⅰ

Ⅲ

1 2 3 4

1 2 3

4

1 2 3

4

5 6 第四篇

金属连接成形（焊接生产）

64 3）加裕量法。

4）反变形法。

5）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：

① 机械矫正；② 火焰矫正。

六、金属材料的焊接性

1. 金属材料的焊接性

指被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度。

焊接性

2. 影响焊接性的因素

1）焊接方法；2）焊接材料；3）焊件化学成分；4） 工艺参数。

3. 焊接性的评定方法

1）实验法

十字接头试验法、Y型坡口试验法、“小铁研”试验法等。

2）碳当量估算法

C— 影响最显著— 基本元素

其它元素— 折合成碳的相当含量对焊接性的影响

CE = C+Mn/6+Cr+Mo+V/5+Ni+Cu/15

CE<0.4%—具有良好的焊接性；

CE=0.4%~0.6%—焊接性较差；

CE>0.6%—焊接性差。

① 工艺焊接性：

② 使用焊接性： 焊接接头产生工艺缺陷的倾向。

尤其指出现各种裂纹的可能性。

焊接接头在使用中的可靠性。

包括力学性能及其它特殊性能。