杨冬梅不锈钢和铝合金的焊接工艺.pptx

不锈钢的焊接n n不锈钢的含义不锈钢的含义n n能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢能抵抗大气腐蚀的钢称为不锈钢。n n不锈钢按金相组织的不同可分为：不锈钢按金相组织的不同可分为：不锈钢按金相组织的不同可分为：不锈钢按金相组织的不同可分为：n n铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢铁素体不锈钢、马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢马氏体不锈钢和和和和奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢（不锈钢中，因奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的不锈钢中，因奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的不锈钢中，因奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的不锈钢中，因奥氏体不锈钢比其他不锈钢具有更优良的耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是目前应用最广耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是目前应用最广耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是目前应用最广耐腐蚀性、耐热性和塑性，可焊性良好，是目前应用最广的钢种。）的钢种。）的钢种。）的钢种。）n n不锈钢的焊接n n1 1、不锈钢的焊接性、不锈钢的焊接性n n（1 1）焊接接头的抗腐蚀性）焊接接头的抗腐蚀性 n nA A整体腐蚀。任何不锈钢在腐蚀性介质作用下，其工作表面整体腐蚀。任何不锈钢在腐蚀性介质作用下，其工作表面总会有腐蚀现象产生，这种腐蚀叫整体腐蚀。总会有腐蚀现象产生，这种腐蚀叫整体腐蚀。B B 晶间腐蚀易发生在奥氏体不锈钢中。晶间腐蚀发生于晶粒晶间腐蚀易发生在奥氏体不锈钢中。晶间腐蚀发生于晶粒边界，所以叫晶间腐蚀。这种腐蚀可以发生在热影响区、焊缝边界，所以叫晶间腐蚀。这种腐蚀可以发生在热影响区、焊缝或焊合线上，是奥氏体金属最危险的破坏形式之一。或焊合线上，是奥氏体金属最危险的破坏形式之一。不锈钢的焊接n n（2 2）、）、热裂纹热裂纹 热裂纹是不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，包热裂纹是不锈钢焊接时比较容易产生的一种缺陷，包括焊缝的括焊缝的纵向纵向和和横向裂纹横向裂纹、弧坑裂纹弧坑裂纹、打底焊的焊根裂纹打底焊的焊根裂纹和和多层焊的层间裂纹多层焊的层间裂纹等。奥氏体不锈钢更易产生热裂纹。等。奥氏体不锈钢更易产生热裂纹。n n 不锈钢的焊接不锈钢的焊接n n采用的焊接工艺采用的焊接工艺n n手工电弧焊手工电弧焊 、氩弧焊、氩弧焊 、气焊、气焊 、埋弧焊、埋弧焊 、不锈钢的焊后、不锈钢的焊后处理处理 n n（1 1）、手工电弧焊）、手工电弧焊 n nA A、焊前准备。当板厚、焊前准备。当板厚3mm3mm时要开坡口，坡口两侧时要开坡口，坡口两侧2030mm2030mm此刀内用丙酮擦净清理，并涂石灰粉，防止此刀内用丙酮擦净清理，并涂石灰粉，防止飞溅损伤金属表面。飞溅损伤金属表面。B B、焊条的选用、焊条的选用C C、常采用的焊接工艺：采用小规范可防止晶间腐蚀、热、常采用的焊接工艺：采用小规范可防止晶间腐蚀、热裂纹及变形的产生，焊接电流比低碳钢低裂纹及变形的产生，焊接电流比低碳钢低20%20%；为保证；为保证电弧稳定燃烧，采用直流反接；短弧焊收弧要慢，填满弧电弧稳定燃烧，采用直流反接；短弧焊收弧要慢，填满弧坑，与介质接触的面最后焊接；多层焊时要控制层间温度，坑，与介质接触的面最后焊接；多层焊时要控制层间温度，焊后可采取强制冷却；不要在坡口以外的地方起弧，地线焊后可采取强制冷却；不要在坡口以外的地方起弧，地线要接好；焊后变形只能用冷加工矫正。要接好；焊后变形只能用冷加工矫正。不锈钢的焊接n n(2)(2)、氩弧焊、氩弧焊 n n 不锈钢采用氩弧焊时，由于保护作用好，合金元素不不锈钢采用氩弧焊时，由于保护作用好，合金元素不易烧损，过渡系数较高，故焊缝成形好，没有渣壳，表面易烧损，过渡系数较高，故焊缝成形好，没有渣壳，表面光洁，因此焊成的接头具有较高的耐热性和良好的力学性光洁，因此焊成的接头具有较高的耐热性和良好的力学性能。目前在氩弧焊中应用较广的是手工钨极氩弧焊，用于能。目前在氩弧焊中应用较广的是手工钨极氩弧焊，用于焊接焊接0.53mm0.53mm的不锈钢薄板，焊丝的成分一般与焊件相的不锈钢薄板，焊丝的成分一般与焊件相同，保护气体一般采用工业纯氩气，焊接时速度应适当地同，保护气体一般采用工业纯氩气，焊接时速度应适当地快些，尽量避免横向摆动。对于厚度大于快些，尽量避免横向摆动。对于厚度大于3mm3mm的不锈钢，的不锈钢，可采用熔化极氩弧焊。熔化极氩弧焊的优点是生产率高，可采用熔化极氩弧焊。熔化极氩弧焊的优点是生产率高，焊缝的热影响区小，焊件的变形小和耐腐蚀性好，并易于焊缝的热影响区小，焊件的变形小和耐腐蚀性好，并易于自动化操作。自动化操作。不锈钢的焊接n n(3)(3)、气焊、气焊 n n由于气焊方便灵活，可焊各种空间位置的焊缝，对一些薄由于气焊方便灵活，可焊各种空间位置的焊缝，对一些薄板结构和薄壁管等不锈钢部件，在没有耐腐蚀要求下有时板结构和薄壁管等不锈钢部件，在没有耐腐蚀要求下有时可采用气焊。为防止过热，焊嘴一般比焊接同样厚度的低可采用气焊。为防止过热，焊嘴一般比焊接同样厚度的低碳钢时要小，气焊火焰要使用中性焰，焊丝根据焊件成分碳钢时要小，气焊火焰要使用中性焰，焊丝根据焊件成分和性能选择，气焊粉用气剂和性能选择，气焊粉用气剂101101，焊接时最好用左焊法，焊接时最好用左焊法，焊接时焊炬焊嘴与焊件倾角成焊接时焊炬焊嘴与焊件倾角成 40504050，焰芯距熔池应不，焰芯距熔池应不小于小于2mm2mm，焊丝端头与熔池接触，并与火焰一起沿焊缝，焊丝端头与熔池接触，并与火焰一起沿焊缝移动，焊炬不作横向摆动，焊速要快，并尽量避免中断。移动，焊炬不作横向摆动，焊速要快，并尽量避免中断。不锈钢的焊接n n(4)(4)、埋弧焊、埋弧焊 n n埋弧焊适用于中等厚度以上的不锈钢板（埋弧焊适用于中等厚度以上的不锈钢板（650mm650mm）的）的焊接，采用埋弧焊生产率高，焊缝质量好，但易引起合金焊接，采用埋弧焊生产率高，焊缝质量好，但易引起合金元素及杂质的偏析。元素及杂质的偏析。n n(5)(5)、不锈钢的焊后处理、不锈钢的焊后处理 n n为增加不锈钢的耐腐蚀性，焊后应进行表面处理，处理的为增加不锈钢的耐腐蚀性，焊后应进行表面处理，处理的方法有抛光法和钝化法。方法有抛光法和钝化法。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n铝合金焊接的几种先进工艺 n n搅拌摩擦焊、激光焊、激光搅拌摩擦焊、激光焊、激光-电弧复合焊、电子电弧复合焊、电子束焊束焊 n n（针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提（针对于焊接性不好和曾认为不可焊接的合金提出了有效的解决方法，几种工艺均具有优越性，出了有效的解决方法，几种工艺均具有优越性，并可对厚板铝合金进行焊接。）并可对厚板铝合金进行焊接。）铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n铝合金焊接的特点铝合金焊接的特点：n n铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、铝合金由于重量轻、比强度高、耐腐蚀性能好、无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛无磁性、成形性好及低温性能好等特点而被广泛地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替地应用于各种焊接结构产品中，采用铝合金代替钢板材料焊接，结构重量可减轻钢板材料焊接，结构重量可减轻50%50%以上。以上。n n铝合金焊接有几大难点：n n铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也铝合金焊接接头软化严重，强度系数低，这也是阻碍铝合金应用的最大障碍；是阻碍铝合金应用的最大障碍；n n 铝合金表面易产生难熔的氧化膜（铝合金表面易产生难熔的氧化膜（Al2O3 Al2O3 其其熔点为熔点为2060 2060），这就需要采用大功率密度的，这就需要采用大功率密度的焊接工艺；焊接工艺；铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n铝合金焊接容易产生气孔；铝合金焊接容易产生气孔；铝合金焊接容易产生气孔；铝合金焊接容易产生气孔；n n 铝合金焊接易产生热裂纹；铝合金焊接易产生热裂纹；铝合金焊接易产生热裂纹；铝合金焊接易产生热裂纹；n n 线膨胀系数大，易产生焊接变形；线膨胀系数大，易产生焊接变形；线膨胀系数大，易产生焊接变形；线膨胀系数大，易产生焊接变形；n n 铝合金热导率大（约为钢的铝合金热导率大（约为钢的铝合金热导率大（约为钢的铝合金热导率大（约为钢的4 4 倍）倍）倍）倍），相同焊，相同焊，相同焊，相同焊接速度下，热输入要比焊接钢材大接速度下，热输入要比焊接钢材大接速度下，热输入要比焊接钢材大接速度下，热输入要比焊接钢材大2 24 4 倍。倍。倍。倍。（因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入（因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入（因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入（因此，铝合金的焊接要求采用能量密度大、焊接热输入小、焊接速度高的高效焊接方法。）小、焊接速度高的高效焊接方法。）小、焊接速度高的高效焊接方法。）小、焊接速度高的高效焊接方法。）铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n2 铝合金的先进焊接工艺铝合金的先进焊接工艺 n n针对铝合金焊接的难点，近些年来提出了几种新针对铝合金焊接的难点，近些年来提出了几种新工艺，在交通、航天、航空等行业得到了一定应工艺，在交通、航天、航空等行业得到了一定应用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难用，几种新工艺可以很好地解决铝合金焊接的难点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不点，焊后接头性能良好，并可以对以前焊接性不好或不可焊的铝合金进行焊接。好或不可焊的铝合金进行焊接。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n(1)铝合金的搅拌摩擦焊接 n n搅拌摩擦焊搅拌摩擦焊FSWFSW（Friction Stir WeldingFriction Stir Welding）是是由英国焊接研究所由英国焊接研究所TWI TWI（The Welding The Welding InstituteInstitute）1991 1991 年提出的新的固态塑性连接工年提出的新的固态塑性连接工艺艺112 2 。图。图1 1 为搅拌摩擦焊接示意图为搅拌摩擦焊接示意图3 3 。其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件其工作原理是用一种特殊形式的搅拌头插入工件待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌待焊部位，通过搅拌头高速旋转与工件间的搅拌摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，摩擦，摩擦产生热使该部位金属处于热塑性状态，并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流并在搅拌头的压力作用下从其前端向后部塑性流动，从而使焊件压焊在一起。图动，从而使焊件压焊在一起。图2 2 为搅拌摩擦焊为搅拌摩擦焊接过程接过程4 4 。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一由于搅拌摩擦焊过程中不存在金属的熔化，是一种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺种固态连接过程，故焊接时不存在熔焊的各种缺陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材陷，可以焊接用熔焊方法难以焊接的有色金属材料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异料，如铝及高强铝合金、铜合金、钛合金以及异种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝种材料、复合材料焊接等。目前搅拌摩擦焊在铝合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行合金的焊接方面研究应用较多。已经成功地进行了搅拌摩擦焊接的铝合金包括了搅拌摩擦焊接的铝合金包括2000 2000 系列（系列（Al-Al-CuCu）、5000 5000 系列（系列（Al-MgAl-Mg）、6000 6000 系列系列（Al-Mg-SiAl-Mg-Si）、7000 7000 系列（系列（Al-ZnAl-Zn）、8000 8000 系列（系列（Al-LiAl-Li）等。国外已经。进入工业等。国外已经。进入工业化生产阶段，在挪威已经应用此技术焊接快艇上化生产阶段，在挪威已经应用此技术焊接快艇上长为长为20 m 20 m 的结构件，美国洛克希德的结构件，美国洛克希德 马丁航空航马丁航空航天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温天公司用该项技术焊接了铝合金储存液氧的低温容器火箭结构件。容器火箭结构件。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再铝合金搅拌摩擦焊焊缝是经过塑性变形和动态再结晶而形成，焊缝区晶粒细化，无熔焊的树枝晶，结晶而形成，焊缝区晶粒细化，无熔焊的树枝晶，组织细密，热影响区较熔化焊时窄，无合金元素组织细密，热影响区较熔化焊时窄，无合金元素烧损、裂纹和气孔等缺陷，综合性能良好。与传烧损、裂纹和气孔等缺陷，综合性能良好。与传统熔焊方法相比，它无飞溅、烟尘，不需要添加统熔焊方法相比，它无飞溅、烟尘，不需要添加焊丝和保护气体，接头性能良好。由于是固相焊焊丝和保护气体，接头性能良好。由于是固相焊接工艺，加热温度低，焊接热影响区显微组织变接工艺，加热温度低，焊接热影响区显微组织变化小，如亚稳定相基本保持不变，这对于热处理化小，如亚稳定相基本保持不变，这对于热处理强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的强化铝合金及沉淀强化铝合金非常有利。焊后的残余应力和变形非常小，对于薄板铝合金焊后基残余应力和变形非常小，对于薄板铝合金焊后基本不变形。与普通摩擦焊相比，它可不受轴类零本不变形。与普通摩擦焊相比，它可不受轴类零件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工件的限制，可焊接直焊缝、角焊缝。传统焊接工艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜，并在艺焊接铝合金要求对表面进行去除氧化膜，并在48 h 48 h 内进行加工，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前内进行加工，而搅拌摩擦焊工艺只要在焊前去除油污即可，并对装配要求不高。并且搅拌摩去除油污即可，并对装配要求不高。并且搅拌摩擦焊比熔化焊节省能源、污染小。擦焊比熔化焊节省能源、污染小。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点：搅拌摩擦焊铝合金也存在一定的缺点：nn 铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；铝合金搅拌摩擦焊接时速度低于熔化焊；n n 焊件夹持要求高，焊接过程中对焊件要求加一定的压力，反面要求焊件夹持要求高，焊接过程中对焊件要求加一定的压力，反面要求有垫板；有垫板；n n焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊上或机械切除；焊后端头形成一个搅拌头残留的孔洞，一般需要补焊上或机械切除；n n 搅拌头适应性差，不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头，搅拌头适应性差，不同厚度铝合金板材要求不同结构的搅拌头，且搅拌头磨损快；且搅拌头磨损快；n n 工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结工艺还不成熟，目前限于结构简单的构件，如平直的结构、圆形结构。搅拌摩擦焊工艺参数简单，主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的构。搅拌摩擦焊工艺参数简单，主要有搅拌头的旋转速度、搅拌头的移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。移动速度、对焊件的压力及搅拌头的尺寸等。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n(2)铝合金的激光焊接 n n铝及铝合金激光焊接技术（铝及铝合金激光焊接技术（Laser WeldingLaser Welding）是是近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接近十几年来发展起来的一项新技术，与传统焊接工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空工艺相比，它具有功能强、可靠性高、无需真空条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总条件及效率高等特点。其功率密度大、热输入总量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接量低、同等热输入量熔深大、热影响区小、焊接变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别变形小、速度高、易于工业自动化等优点，特别对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工对热处理铝合金有较大的应用优势。可提高加工速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，速度并极大地降低热输入，从而可提高生产效率，改善焊接质量。改善焊接质量。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法在焊接高强度大厚度铝合金时，传统的焊接方法根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深根本不可能单道焊透，而激光深熔焊时形成大深度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。度的匙孔，发生匙孔效应，则可以得到实现。n n激光焊接铝合金有以下优点：n n能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区能量密度高，热输入低，热变形量小，熔化区和热影响区窄而熔深大；和热影响区窄而熔深大；n n 冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良冷却速度高而得到微细焊缝组织，接头性能良好；好；n n 与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了与接触焊相比，激光焊不用电极，所以减少了工时和成本；工时和成本；n n 铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n 不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压不需要电子束焊时的真空气氛，且保护气和压力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产力可选择，被焊工件的形状不受电磁影响，不产生生X X 射线；射线；n n 可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；可对密闭透明物体内部金属材料进行焊接；激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使激光可用光导纤维进行远距离的传输，从而使工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊工艺适应性好，配合计算机和机械手，可实现焊接过程的自动化与精密控制。接过程的自动化与精密控制。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n(3)铝合金的电子束焊接 n n电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电电子束焊是指在真空环境下，利用会聚的高速电子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔子流轰击工件接缝处产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出合的一种焊接方法。电子束作为焊接热源的突出特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、特点是功率密度高、穿透能力强、精确、快速、可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接，由可控、保护效果好。对于铝合金电子束焊接，由于能量密度高可大大减小热影响区，提高焊接接于能量密度高可大大减小热影响区，提高焊接接头强度，避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密头强度，避免热裂纹等缺陷的产生。由于能量密度高，穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进度高，穿透能力强可对难以焊接的铝合金厚板进行焊接。行焊接。铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n 结论结论 n n（1 1）搅拌摩擦焊是一种固态连接工艺，所以焊接铝合金搅拌摩擦焊是一种固态连接工艺，所以焊接铝合金不出现熔焊时的各种缺陷，接头性能良好，对于焊接性不不出现熔焊时的各种缺陷，接头性能良好，对于焊接性不好以及以前不能焊接的铝合金，可以有效地进行施焊。好以及以前不能焊接的铝合金，可以有效地进行施焊。n n（2 2）激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金激光焊接是一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很可以有效防止传统焊接工艺产生的缺陷，强度系数提高很大。但激光器功率一般都比较小，对铝合金厚板焊接困难，大。但激光器功率一般都比较小，对铝合金厚板焊接困难，同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔同时铝合金表面对激光束的吸收率很低，以及要达到深熔焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。焊时存在阈值问题，所以工艺上有一定难度。n n 铝合金先进焊接工艺铝合金先进焊接工艺n n（3 3）铝合金激光铝合金激光-电弧复合焊很好地解决了激电弧复合焊很好地解决了激光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以光焊接的功率、铝合金表面对激光束的吸收率以n n及深熔焊的阈值问题，是极具前景的铝合金焊接及深熔焊的阈值问题，是极具前景的铝合金焊接工艺之一，目前工艺还不成熟，处于研究探索阶工艺之一，目前工艺还不成熟，处于研究探索阶段。段。n n（4 4）电子束焊是另一种高能密度的焊接工艺，电子束焊是另一种高能密度的焊接工艺，焊接铝合金可以得到优质的焊接接头，同时电子焊接铝合金可以得到优质的焊接接头，同时电子束焊的穿透性能好，可以对铝合金厚板进行焊接，束焊的穿透性能好，可以对铝合金厚板进行焊接，但电子束焊要求在真空环境下进行，所以应用受但电子束焊要求在真空环境下进行，所以应用受到一定的限制。近年来发展的局部真空电子束焊到一定的限制。近年来发展的局部真空电子束焊在一定程度上可以解决这个问题。在一定程度上可以解决这个问题。n n 谢谢观看结束