西安工业大学焊接部分.pptx

焊焊 接接引言：引言：1 1、焊接的概念、焊接的概念 通过加热或加压通过加热或加压(或两者并用或两者并用),),并且用并且用(或不用或不用)填充材料填充材料,使焊件达到原子间结合的连接方法。使焊件达到原子间结合的连接方法。加热可使被焊金属接头熔化加热可使被焊金属接头熔化,形成共同的熔池形成共同的熔池,凝固后连凝固后连接起来接起来.加压力是使被焊金属的连接处产生塑性变形加压力是使被焊金属的连接处产生塑性变形,以增加以增加它们的真实接触面积它们的真实接触面积.2.2.焊接的分类焊接的分类 3 3 常用的连接方法比较常用的连接方法比较 焊焊 接接:胶胶 接接:机械连接机械连接:主要指螺栓连接主要指螺栓连接,铆钉连接铆钉连接,销和键连接等销和键连接等.借助于胶粘剂使两个分离的表面依靠化学力借助于胶粘剂使两个分离的表面依靠化学力和机械力作用把物体结合的连接方法和机械力作用把物体结合的连接方法.可连接同种金属可连接同种金属(或异种金属或异种金属,或非金属或非金属)的各种接的各种接头头;特别适用于异型特别适用于异型,异质异质,复杂形状的连接复杂形状的连接;但接头力但接头力学性能低学性能低,耐热老化和气候老化性能差耐热老化和气候老化性能差.焊接有更好的力学性能焊接有更好的力学性能、使用性能使用性能,但焊接但焊接处产生裂纹处产生裂纹,产生残余应力及变形产生残余应力及变形.特点是连接件是标准件特点是连接件是标准件,有良好的互换性有良好的互换性,选用方便选用方便,易于检修易于检修;但成本高但成本高,影响外观影响外观.第一节 概 述4.1焊接理论基础4.1.1 焊接的冶金特点焊接的冶金特点1.1.焊接电弧焊接电弧焊接电弧焊接电弧2.2.焊接接头焊接接头焊接接头焊接接头4.1.2 焊接性能焊接性能4.1.3 焊接应力与变形焊接应力与变形1.1.焊接电弧 焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间焊接电弧是在电极与工件之间的气体介质中长时间的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流过的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流过的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流过的放电现象，即在局部气体介质中有大量电子流过的导电现象。的导电现象。的导电现象。的导电现象。阴极区阴极区:2400K,:2400K,占占36%36%电弧热量。电弧热量。弧柱区：弧柱区：6000-8000K6000-8000K阳极区：阳极区：2600K2600K，占，占43%43%电弧热量电弧热量利用效率：利用效率：65%-85%65%-85%用于加热和融化金属，其余损用于加热和融化金属，其余损失掉。失掉。2.2.焊接的冶金过程n n融焊时焊接区域内各种物质之间在高温下相融焊时焊接区域内各种物质之间在高温下相互作用的过程。互作用的过程。n n实质：局部金属再熔炼的过程。实质：局部金属再熔炼的过程。n n特点：特点：有益元素烧损和蒸发，焊缝的力学性能降低变有益元素烧损和蒸发，焊缝的力学性能降低变脆。脆。冷却速度快，缝隙的化学成分不均匀，存在气冷却速度快，缝隙的化学成分不均匀，存在气孔和夹渣缺陷。孔和夹渣缺陷。3.3.焊接接头焊接接头的组织和性能的组织和性能焊缝区：焊缝区：结晶从熔池壁向中心推进，形结晶从熔池壁向中心推进，形成柱状的铸态组织。成柱状的铸态组织。与基体金属性能接近，与基体金属性能接近，s、p容易集中容易集中焊缝中心焊缝中心,出现杂质、疏松等出现杂质、疏松等,导致导致 塑性塑性低低.熔合区：熔合区：焊缝和基体的过渡区焊缝和基体的过渡区,溶化溶化金属和过热金属分别冷却成铸态组织金属和过热金属分别冷却成铸态组织和过热粗晶粒，强度下降，塑性和韧和过热粗晶粒，强度下降，塑性和韧性差，形成裂纹的主要区域。性差，形成裂纹的主要区域。很大很大程度上决定焊件接头的性能。程度上决定焊件接头的性能。v过热区（过热区（1100 1100 ）组织粗）组织粗大，机械性能很低大，机械性能很低,v正火区（正火区（Ac3Ac311001100）发发生重结晶，组织均匀细小，生重结晶，组织均匀细小，力学性能好。力学性能好。v部分相变区（部分相变区（Ac1Ac1Ac3Ac3）部）部分组织发生变化，分组织发生变化，力学性力学性能不均匀能不均匀.热影响区的组织和性能受加热的影响发生金相组织和力学性能变化的区域。受加热的影响发生金相组织和力学性能变化的区域。可见，熔合区、过热区是接头中可见，熔合区、过热区是接头中性能最差的薄弱的部位，会严重性能最差的薄弱的部位，会严重影响焊接接头的质量。影响焊接接头的质量。减少热影响措施：减少热影响措施：热源热量集中热源热量集中;焊接速度快焊接速度快;正火处理正火处理;不能热处理的焊接件选择合理的焊接方法和工艺。不能热处理的焊接件选择合理的焊接方法和工艺。4.1.2 焊接性能 被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参被焊金属采用一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数以及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难数以及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难数以及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难数以及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。易程度。易程度。易程度。(C)(C)0.6%，差4.1.3 焊接应力与变形1.1.焊接应力焊接应力焊接应力焊接应力与变形与变形 在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会在焊接过程中，对焊件进行局部的不均匀加热，会产生焊接应力和变形。产生焊接应力和变形。原因原因原因原因：局部不均匀加热，冷却速度不一致局部不均匀加热，冷却速度不一致局部不均匀加热，冷却速度不一致局部不均匀加热，冷却速度不一致。变形形式：变形形式：2.减少焊接应力变形的措施(1)(1)(1)(1)反变形法反变形法反变形法反变形法(2)(2)合理的焊接顺序合理的焊接顺序 当焊件刚性较小时，采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位焊组装也可防止焊接变形。(3)刚性固定组装焊接(4)(4)(4)(4)焊前预热，焊后处理焊前预热，焊后处理焊前预热，焊后处理焊前预热，焊后处理 预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷预热可以减小焊件各部分温差，降低焊后冷却速度，减小残余应力却速度，减小残余应力却速度，减小残余应力却速度，减小残余应力。在在在在允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤允许的条件下，焊后进行去应力退火或用锤子均匀迅速的敲击焊缝，使之得到延伸，均可子均匀迅速的敲击焊缝，使之得到延伸，均可子均匀迅速的敲击焊缝，使之得到延伸，均可子均匀迅速的敲击焊缝，使之得到延伸，均可有效的减小残余应力，从而减小焊接变形。有效的减小残余应力，从而减小焊接变形。有效的减小残余应力，从而减小焊接变形。有效的减小残余应力，从而减小焊接变形。(5)矫正变形矫正变形 机械矫正机械矫正机械矫正机械矫正,塑性较好采用塑性较好采用塑性较好采用塑性较好采用 火焰加热矫正火焰加热矫正火焰加热矫正火焰加热矫正4.2 焊接方法焊接方法4.2.1 熔化焊熔化焊（1）焊接过程：）焊接过程：1.手工电弧焊手工电弧焊（2 2）电焊设备）电焊设备弧焊机是手工电弧焊的主要设备，常用的交流电弧弧焊机是手工电弧焊的主要设备，常用的交流电弧焊机和直流电弧焊机。焊机和直流电弧焊机。a、交流电弧焊机、交流电弧焊机b、直流电弧焊机、直流电弧焊机v作电极传导电流，产生电弧作电极传导电流，产生电弧v作填充金属（调整成分）作填充金属（调整成分）v保证焊接电弧的稳定燃烧；保证焊接电弧的稳定燃烧；v改善焊接工艺性能，有利于进行各种位置的焊接；改善焊接工艺性能，有利于进行各种位置的焊接；v向焊缝金属渗某些合金元素，提高焊缝的力学性能；向焊缝金属渗某些合金元素，提高焊缝的力学性能；v保护熔池与熔滴不受空气侵入；保护熔池与熔滴不受空气侵入；v使焊缝金属顺利脱氧、脱硫、脱磷、去氢等。使焊缝金属顺利脱氧、脱硫、脱磷、去氢等。焊条的组成:焊芯的作用：药皮的作用：专用焊接金属丝由多种矿石粉铁合金配成（3 3）电焊条）电焊条（4）特点：）特点：（1）优点：）优点：a、操作灵活，应用范围广；、操作灵活，应用范围广；b、成本低；、成本低；c、适合各种位置的焊接。、适合各种位置的焊接。（2）缺点：）缺点：a、生产率低，、生产率低，b、金属浪费大，、金属浪费大，c、劳动条件差；、劳动条件差；d、焊接接头质量差。、焊接接头质量差。2.埋弧焊埋弧焊（1）焊接过程：）焊接过程：（2）特点：）特点：a、电流达、电流达 1000A以上以上,生产率高；生产率高；b、电弧区保护好、电弧区保护好,熔池液态熔池液态 保持时间长保持时间长,冶金过程充分冶金过程充分,焊接质量高且稳定；焊接质量高且稳定；c、无汗条头浪费、无汗条头浪费,节省金属材料；节省金属材料；d、无弧光和烟雾、无弧光和烟雾,改善劳动条件。改善劳动条件。(3)应用：应用：压力容器的环焊缝和直焊缝；压力容器的环焊缝和直焊缝；长直焊缝的焊接。长直焊缝的焊接。3 3 气体保护气体保护焊焊1 1、氩弧焊及其特点、氩弧焊及其特点保护气体氩气CO2氩弧焊CO2气体保护焊第三节 常用焊接方法 非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊非熔化极氩弧焊v焊接电流不能过大，只能焊焊接电流不能过大，只能焊4mm4mm以下的薄板；以下的薄板；v焊接钢材板：直流正接法；焊接钢材板：直流正接法；v焊铝、镁合金：直流反接法或交流电源。焊铝、镁合金：直流反接法或交流电源。直流正接直流正接 ：钨极烧损小。钨极烧损小。直流反接直流反接 ：钨极烧损大，钨极烧损大，焊铝、焊铝、镁合金镁合金可利用正离子击碎熔池表可利用正离子击碎熔池表面的氧化膜，利于金属熔合和质面的氧化膜，利于金属熔合和质量。量。应应用用铈钨极导电和产生电弧铈钨极导电和产生电弧,电极高熔点导热性好电极高熔点导热性好,导电导电能力差能力差,通过电流有限。通过电流有限。熔化极熔化极熔化极熔化极氩弧焊氩弧焊氩弧焊氩弧焊1 1、以连续送进的金属丝做、以连续送进的金属丝做 电极并填充焊缝；电极并填充焊缝；2 2、焊接电流较大、焊接电流较大,生产效率高，生产效率高，适用焊接较厚的焊件；（板厚为适用焊接较厚的焊件；（板厚为8-25mm8-25mm）3 3、采用直流反接，电弧稳定，焊铝时有、采用直流反接，电弧稳定，焊铝时有“阴极阴极 破碎破碎”作用作用;4 4、可采用自动焊或半自动焊。、可采用自动焊或半自动焊。氩弧焊特点氩弧焊特点氩弧焊特点氩弧焊特点 1)1)保护效果好，电弧稳定，焊接质量好；保护效果好，电弧稳定，焊接质量好；2)2)电弧热量集中，热影响区小，焊后变形小；电弧热量集中，热影响区小，焊后变形小；3)3)可全方位焊接，便于观察、易于自动控制；可全方位焊接，便于观察、易于自动控制；4)4)氩气成本高，一般情况下不采用。氩气成本高，一般情况下不采用。应用：用于焊接易氧化的有色金属、用于焊接易氧化的有色金属、合金钢和不锈钢。合金钢和不锈钢。第三节 常用焊接方法2 2、CO2CO2气体保护焊气体保护焊CO2气体保护焊的焊接过程CO2 电弧CO+O 使金属氧化，使金属氧化，合金元素烧损，不合金元素烧损，不能焊接有色金属和能焊接有色金属和合金钢。合金钢。应用：用于低碳钢、低合金钢薄板的焊接。必须采用用于低碳钢、低合金钢薄板的焊接。必须采用含脱氧剂的焊丝含脱氧剂的焊丝H08Mn2SiAH08Mn2SiA，直流反接。，直流反接。COCOCOCO2 2 2 2气体保护焊的特点气体保护焊的特点气体保护焊的特点气体保护焊的特点优点：优点：1 1 成本低，二氧化碳易得，成本是埋弧焊和手工焊的成本低，二氧化碳易得，成本是埋弧焊和手工焊的40%40%。2 2 焊接质量好，电弧在压缩下燃烧，热量集中，变形和裂焊接质量好，电弧在压缩下燃烧，热量集中，变形和裂纹小。纹小。3 3 操作性好，明弧焊易发现问题，能全位置焊接。操作性好，明弧焊易发现问题，能全位置焊接。缺点：由于氧化作用飞溅大，焊缝成形差，不光滑，缺点：由于氧化作用飞溅大，焊缝成形差，不光滑，4 4 电电渣渣焊焊v 生产率高生产率高 （板厚（板厚 40mm 40mm的焊接一次焊成）的焊接一次焊成）v焊缝缺陷少焊缝缺陷少,焊接质量好焊接质量好 （不易产生气孔、夹渣和裂纹）（不易产生气孔、夹渣和裂纹）v 焊件需正火热处理焊件需正火热处理 (热影响区较大热影响区较大,组织粗大组织粗大)1.1.电渣焊工艺过程电渣焊工艺过程2.2.电渣焊的特点电渣焊的特点4.2.2 压力焊压力焊1.电阻焊 电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，电阻焊是利用接触电阻热将接头加热到塑性或熔化状态，再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。再通过电极施加压力，形成原子间结合的焊接方法。由于材料的接触电阻很小。所以电阻焊所用的电流很大由于材料的接触电阻很小。所以电阻焊所用的电流很大（几千到几十万安培）。（几千到几十万安培）。（1）点焊）点焊 点焊如动画所示，在被焊工件上焊出单独的焊点。点焊如动画所示，在被焊工件上焊出单独的焊点。接头形式：接头形式：点焊主要适用于薄板冲压结构和钢筋构件。焊接厚度3毫米。（2）缝焊）缝焊置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续置于两滚轮电极之间，滚轮加压工件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法送电，形成一条连续焊缝的电阻焊方法。缺点：焊点互相重叠，缺点：焊点互相重叠，分分 流现象严重。流现象严重。焊件厚度焊件厚度3mm3mm。应用：有密封要求的应用：有密封要求的薄壁结构，如油箱，薄壁结构，如油箱，小型容器和管道等。小型容器和管道等。（3）对焊）对焊电阻对焊电阻对焊闪光对焊闪光对焊电阻对焊：施加预压电阻对焊：施加预压力后加热工件端面至力后加热工件端面至塑性状态加顶锻力的塑性状态加顶锻力的焊接方法。焊接方法。电阻对焊端面加工要电阻对焊端面加工要求高，质量不易保证求高，质量不易保证。闪光对焊闪光对焊 ：点到面：点到面逐步接触加热端面逐步接触加热端面到溶化状态加顶锻到溶化状态加顶锻力的焊接方法。力的焊接方法。对端面加工要求低，对端面加工要求低，质量较高，用于重质量较高，用于重要零件的焊接。要零件的焊接。应用：应用：接头形式：要求断面形状尽量相同接头形式：要求断面形状尽量相同主要用于刀具、管子、钢筋、钢轨、链条的焊接。主要用于刀具、管子、钢筋、钢轨、链条的焊接。2.摩擦焊摩擦焊摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端摩擦焊是利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。种压焊方法。接头形式：一般要求等截面接头形式：一般要求等截面,至少至少要求一个工件为圆型或管状要求一个工件为圆型或管状.特点：特点：焊接表面不易氧化，接头质量稳定，不易产生夹焊接表面不易氧化，接头质量稳定，不易产生夹渣、气孔等缺陷；废品率低；渣、气孔等缺陷；废品率低；无需焊条、焊剂及填充金属，操作简单、成本低，无需焊条、焊剂及填充金属，操作简单、成本低，、生产率高，易于实现机械化、自动化。、生产率高，易于实现机械化、自动化。可焊接异种金属。可焊接异种金属。应用：应用：圆形工件、棒料及管类件的焊接。圆形工件、棒料及管类件的焊接。4.2.3 钎焊钎焊1.1.定义：定义：采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件。互扩散实现连接焊件。2.2.分类：分类：硬钎焊：钎料熔点高于硬钎焊：钎料熔点高于450450 软钎焊：钎料熔点低于软钎焊：钎料熔点低于4503.特点：特点：加热温度低，接头组织与性能变化小，焊件的加热温度低，接头组织与性能变化小，焊件的应力和变形也小；应力和变形也小；工件尺寸精确，接头光滑平整，外形美观；工件尺寸精确，接头光滑平整，外形美观；生产效率高；生产效率高；设备简单、易于实现自动化；设备简单、易于实现自动化；接头强度低，耐热温度不高。接头强度低，耐热温度不高。4 4、接头形式、接头形式5.应用：应用：硬钎焊：用于受力大，钢铁和铜合金构件、工具、硬钎焊：用于受力大，钢铁和铜合金构件、工具、刀具焊接刀具焊接软钎焊：应用于仪表，导电元件，受力小的钢铁软钎焊：应用于仪表，导电元件，受力小的钢铁铜铜 构件构件4.3 焊接结构设计焊接结构设计4.3.1 焊接结构件材料的选择4.3.2 焊接方法的选择4.3.3 焊接接头的工艺设计4.3.1 焊接结构件材料的选择焊接结构件材料的选择1.1.尽量选用焊接性较好的材料，尽量选用焊接性较好的材料，(C)0.4%(C)10mm10mm10mm10mm，焊缝长直或环焊缝，用埋弧焊，焊缝长直或环焊缝，用埋弧焊，焊缝长直或环焊缝，用埋弧焊，焊缝长直或环焊缝，用埋弧焊3mm3mm3mm3mm，焊缝较短，用，焊缝较短，用，焊缝较短，用，焊缝较短，用CO2CO2CO2CO2气体保护焊气体保护焊气体保护焊气体保护焊2.2.2.2.大批量生产大批量生产大批量生产大批量生产 板厚板厚板厚板厚:3mm,:3mm,:3mm,:10mm10mm10mm10mm，长直焊缝或环焊缝，用埋弧焊，长直焊缝或环焊缝，用埋弧焊，长直焊缝或环焊缝，用埋弧焊，长直焊缝或环焊缝，用埋弧焊3.3.3.3.不锈钢、铝合金、铜合金不锈钢、铝合金、铜合金不锈钢、铝合金、铜合金不锈钢、铝合金、铜合金板厚板厚板厚板厚:3mm:3mm:3mm:3mm，钨极氩弧焊，钨极氩弧焊，钨极氩弧焊，钨极氩弧焊310mm310mm310mm310mm，长直焊缝或环形焊缝，用熔化极氩弧焊或等，长直焊缝或环形焊缝，用熔化极氩弧焊或等，长直焊缝或环形焊缝，用熔化极氩弧焊或等，长直焊缝或环形焊缝，用熔化极氩弧焊或等离子弧自动焊离子弧自动焊离子弧自动焊离子弧自动焊4.3.3焊接接头的工艺设计焊接接头的工艺设计1 1 焊缝的布置焊缝的布置（1 1 1 1）焊缝应尽量分散，）焊缝应尽量分散，）焊缝应尽量分散，）焊缝应尽量分散，避免密集或交叉；尽量减避免密集或交叉；尽量减少焊缝数量及长度少焊缝数量及长度,缩小不必要的焊缝截面尺缩小不必要的焊缝截面尺寸；寸；(2)(2)焊缝的位置应尽量对称，应尽可能以截面中焊缝的位置应尽量对称，应尽可能以截面中心为对称，减少弯曲变形。心为对称，减少弯曲变形。(3)(3)焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置(4)(4)焊缝应尽量避开机械加工表面焊缝应尽量避开机械加工表面 (5)(5)焊缝位置应便于焊接操作焊缝位置应便于焊接操作 2 2 接头接头设计设计对接接头、搭接接头、角接接头、T形接头 受力简单、均匀，节省材料；下料尺寸精度要求较高；用于锅炉、压力容器受力焊缝的焊接。受力复杂，接头产生附加弯矩；下料尺寸精度要求低；应用于受力不大的行架结构。用于构成直角或一定角度连接的接头。接头基本形式：第五节 焊接结构工艺性接头形式接头形式