材料成型工艺基础材料连接成形焊接方法教学市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

回顾焊接成形焊接成形 概述概述分类分类特点特点应用应用焊接电弧焊接电弧弧焊电源弧焊电源焊条焊条焊接冶金过程特点焊接冶金过程特点焊接接头组织与性能焊接接头组织与性能焊接应力与变形焊接应力与变形焊接位置与接头形式焊接位置与接头形式 第3章 材料连接成形（焊接办法）材料连接成形（焊接办法）熔焊熔焊压焊压焊钎焊钎焊材料焊接性材料焊接性焊接缺点与检查焊接缺点与检查焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计典型焊接工艺设计典型焊接工艺设计焊接技术新进展焊接技术新进展第1页第1页回顾焊接电弧构成熔焊冶金过程熔焊冶金特点焊接接头组织和性能（重点及难点）：焊缝和热影响区（熔合区、过热区、正火区、部分相变区）焊接应力与变形焊接缺点及检测（理解）材料连接成形办法第2页第2页焊接冶金过程及特点焊接冶金过程及特点（1）焊条、母材、药皮形成熔池（2）药皮起保护和化学反应焊接冶金过程特点：实质是再熔炼；实质是再熔炼；金属熔池体积很小，各种冶金反应进行得不充足；气体，夹杂来不及溢出；冶炼条件差冶炼条件差；熔池温度高，使金属元素产生强烈熔损和蒸发，同时，熔池周围又被冷金属所包围，使焊缝处产生应力和变形，严重时甚至会开裂；大气中进行；第3页第3页（重点及难点）第4页第4页第3章 材料连接成形材料连接成形 【埋弧焊埋弧焊】是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接办法。是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接办法。【分类分类】埋弧焊属于电弧焊一个，可分为埋弧焊属于电弧焊一个，可分为埋弧自动焊埋弧自动焊和和埋弧半自动焊埋弧半自动焊两种。两种。【工作原理工作原理】电弧在颗粒状焊剂下燃烧，焊丝由送丝机构自动送入焊接区。电弧电弧在颗粒状焊剂下燃烧，焊丝由送丝机构自动送入焊接区。电弧沿焊接方向移动靠手工操作完毕称为沿焊接方向移动靠手工操作完毕称为埋弧半自动焊埋弧半自动焊，电弧沿焊接方向移动靠机械，电弧沿焊接方向移动靠机械自动完毕自动完毕埋弧自动焊埋弧自动焊。【应用应用】用于焊接非合金钢、低合金高强度钢，也可用于焊接不锈钢及紫铜等。用于焊接非合金钢、低合金高强度钢，也可用于焊接不锈钢及紫铜等。适合于大批量焊接较厚大型结构件直线焊缝和大直径环形焊缝。适合于大批量焊接较厚大型结构件直线焊缝和大直径环形焊缝。熔焊熔焊一、埋弧焊一、埋弧焊 第5页第5页第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊一、埋弧焊一、埋弧焊 视频演示4视频演示4-2第6页第6页第3章 材料连接成形材料连接成形 埋弧自动焊特点埋弧自动焊特点埋弧自动焊特点埋弧自动焊特点【长处长处】允许采用允许采用较大较大焊接电流，焊接电流，生产率高，焊缝保护好，焊生产率高，焊缝保护好，焊接质量高，能节约材料和电能，劳动条件好，实现了焊接过程接质量高，能节约材料和电能，劳动条件好，实现了焊接过程自动化自动化。适于长直线焊缝和圆筒形工件纵、环焊缝批量生产。适于长直线焊缝和圆筒形工件纵、环焊缝批量生产。【缺点缺点】焊接时电弧不可见，不能及时发觉问题，接头加工与焊接时电弧不可见，不能及时发觉问题，接头加工与装配要求较高，焊前准备时间长。装配要求较高，焊前准备时间长。熔焊熔焊一、埋弧焊一、埋弧焊 第7页第7页第3章 材料连接成形材料连接成形 气体保护电弧焊简称气体保护焊或气电焊。它是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区电弧焊，简称气体保护焊。依据所用保护气体不同，气体保护焊可分为：氩弧焊、二氧化碳气体保护焊、氦弧焊等。（一）氩弧焊（一）氩弧焊 氩弧焊是以氩气作为保护气体气体保护焊。氩弧焊是以氩气作为保护气体气体保护焊。氩弧焊分为氩弧焊分为非熔化极（钨极）氩弧焊非熔化极（钨极）氩弧焊和和熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊两种。两种。氩弧焊应用：几乎能够用于氩弧焊应用：几乎能够用于所有钢材和非铁金属及其合金所有钢材和非铁金属及其合金所有钢材和非铁金属及其合金所有钢材和非铁金属及其合金。通常多用于在焊接。通常多用于在焊接过程中过程中易氧化易氧化易氧化易氧化铝、镁、钛及其合金、不锈钢、耐热合金等。铝、镁、钛及其合金、不锈钢、耐热合金等。熔焊熔焊二、气体保护焊二、气体保护焊-氩弧焊氩弧焊 第8页第8页第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊二、气体保护焊二、气体保护焊-氩弧焊氩弧焊 视频演示5第9页第9页氩弧焊特点：焊缝金属纯净，用于合金钢、易氧化非铁合金及稀有金属。焊接过程稳定，所有焊接参数都能准确控制，明弧操作，容易实现机械化、自动化生产。电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，周围气流对焊缝有冷却作用，因此焊接接头热影响区小，焊后变形小热影响区小，焊后变形小，可对3mm下列薄板进行焊接。氩气价格较贵，焊件成本高。第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊二、气体保护焊二、气体保护焊-氩弧焊氩弧焊 第10页第10页第3章 材料连接成形材料连接成形 二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体作为保护气体气体保护焊。二氧化碳气体保护焊是用二氧化碳气体作为保护气体气体保护焊。二氧化碳气体保护焊应用：主要用于焊接低碳钢和低合金钢薄板。二氧化碳气体保护焊应用：主要用于焊接低碳钢和低合金钢薄板。熔焊熔焊二、气体保护焊二、气体保护焊-CO2 第11页第11页CO2气体保护焊特点：成本低 生产效率高质量好操作性能好 CO2气体保护焊缺点是含有氧化性，合金烧损大，飞溅大，成形较差，烟雾多，弧光强烈，容易产气愤孔。第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊二、气体保护焊二、气体保护焊-CO2 第12页第12页利用可燃气体与助燃气体氧混合燃烧形成焰作为热源进行熔化焊气焊火焰种类及应用 第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊三、气焊三、气焊 第13页第13页气焊火焰种类及应用 第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊三、气焊三、气焊 第14页第14页气焊应用 第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊三、气焊三、气焊 视频演示6视频演示7第15页第15页气焊特点气焊设备简朴，不需电源，灵活以便气焊火焰温度低，加热缓慢，工件受热面积大，热影响区较宽，因此焊接变形大。火焰对熔池保护差，焊缝易产气愤孔、夹渣等缺点。生产效率低，不适合大批量生产。第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊三、气焊三、气焊 第16页第16页第3章 材料连接成形材料连接成形 l 电渣焊应用电渣焊应用主要用于主要用于厚厚壁压力容器纵缝壁压力容器纵缝焊接和大型铸焊接和大型铸焊、锻焊结构制造。焊、锻焊结构制造。l 适合于电渣焊金属材料有适合于电渣焊金属材料有非合金钢、耐热钢、不锈钢、非合金钢、耐热钢、不锈钢、铝及铝合金等。铝及铝合金等。l 电渣焊电渣焊是利用是利用电流通过液态熔渣电流通过液态熔渣电流通过液态熔渣电流通过液态熔渣所产生所产生电阻热电阻热电阻热电阻热而进行焊接办法。而进行焊接办法。l 电渣焊分为电渣焊分为丝极电渣焊、熔嘴电渣焊丝极电渣焊、熔嘴电渣焊和和板极电渣焊板极电渣焊三种。三种。熔焊熔焊四、电渣焊四、电渣焊 第17页第17页（一）电渣焊焊接过程 电渣焊特点：焊接厚板时，生产效率高，成本低 焊缝金属洁净 热影响区宽，晶粒较粗大 第3章 材料连接成形材料连接成形 熔焊熔焊四四、电渣焊、电渣焊 视频演示8第18页第18页第3章 材料连接成形材料连接成形 等离子弧焊接等离子弧焊接是借助是借助水冷喷嘴对电弧拘束作用水冷喷嘴对电弧拘束作用，取得，取得较高能量密度等离子弧较高能量密度等离子弧进行焊接办法。进行焊接办法。等离子弧焊接应用等离子弧焊接应用：能：能够焊接绝大部分金属，主要够焊接绝大部分金属，主要适于焊接适于焊接一些焊接性差金属一些焊接性差金属材料和精细工件材料和精细工件等。惯用于等。惯用于焊接不锈钢、耐热钢、高强焊接不锈钢、耐热钢、高强度钢及度钢及难熔金属材料难熔金属材料等。等。视频演示9熔焊熔焊五、等离子弧焊五、等离子弧焊 第19页第19页熔焊熔焊五、等离子弧焊焊五、等离子弧焊焊 等离子弧焊特点能量密度大、弧柱温度高弧柱温度高弧柱温度高弧柱温度高、穿透能力强、电弧稳定长处；生产率高，焊后焊缝宽度和高度均匀一致，焊缝表面光洁。电弧稳定燃烧，含有良好挺直度和方向性。等离子弧焊设备复杂，气体消耗大，焊接成本较高。第3章 材料连接成形材料连接成形 第20页第20页 真空电子束焊真空电子束焊真空电子束焊真空电子束焊q 一些先进熔化焊技术一些先进熔化焊技术（适于稀有和难熔金属焊接和普通材料高精度焊接）（适于稀有和难熔金属焊接和普通材料高精度焊接）（适于稀有和难熔金属焊接和普通材料高精度焊接）（适于稀有和难熔金属焊接和普通材料高精度焊接）阴阴 极极 被被 灯灯 丝丝 加加 热热 到到2600K，并并发发射射大大量量电电子子。这这些些电电子子在在高高高高压压压压电电电电场场场场作作用用下下，经经电电磁磁透透镜镜聚聚焦焦成成电电子子束束，高高 速速 轰轰 击击 工工 件件 表表 面面（160000km/s）。电电电电子子子子动动动动能能能能瞬瞬瞬瞬间间间间变变变变成成成成热热热热能能能能（能能量量密密度度是是普通电弧普通电弧1000倍）。倍）。视频演示9.5第21页第21页a加热功率密度大。焊接用电子束电流为几十到几百毫安，最大可达l000mA以上；加速电压为几十到几百千伏；故电子束功率从几十千瓦到100kw以上，而电子束焦点直径小于1mm。故电子束焦点处功率密度可达103105Kw/cm2，比普通电弧功率密度高比普通电弧功率密度高10010010001000倍倍。b焊缝深宽比(H/B)大。通常电弧焊深宽比很难超出2，电子束焊深度比在电子束焊深度比在电子束焊深度比在电子束焊深度比在50505050以上以上以上以上。电子束焊比电弧焊节节节节约大量填充金属和电能约大量填充金属和电能约大量填充金属和电能约大量填充金属和电能，可实现高深宽比焊接，深宽比达60：1，可依次焊透0.1300mm厚度不锈钢板。长处第22页第22页c.焊接速度快，焊缝热物理性能好。焊接速度快，能量集能量集中、熔化和凝固过程快。热影响区小，焊接变形小。中、熔化和凝固过程快。热影响区小，焊接变形小。对精加精加工工工件可用作最后连接工序，焊后工件仍能保持足够精度。能避免晶粒长大，使焊接接头性能改进，高温作用时间短，合金元素烧损少合金元素烧损少，焊缝抗蚀性好。d焊缝纯度高。真空电子束焊真空度普通为510510510510-4-4-4-4PaPaPaPa，适合焊接钛及钛合金等活性材料。e.焊接工艺参数调整范围广，适应性强。电子束焊接工艺参数可独立地在很宽范围内调整很宽范围内调整，控制灵活，适应性强，再现性好，并且电子束焊焊接参数易于实现机械化、自动化控制，提升了产品质量稳定性。f.可焊材料多。不但能焊金属和异种金属材料接头,也可焊接非金属材料,如陶瓷、石英玻璃等。第23页第23页 需要高真空环境以避免电子散射，设备复杂，焊件尺寸和形状受到真空室限制(非真空环境电子束焊，是重要研究方向)；由于真空室存在，抽真空成为影响循环时间主要障碍;有磁偏移：由于电子带电，会受磁场偏转影响，故要求电子束焊工件焊前往磁处理；X射线问题：X射线在高压下特别强，需对操作人员实行保护；对工件装配质量要求严格，同时工件表面清洁要求也较高。缺点第24页第24页德国德国PTRPTR公司生产公司生产ebw3000/15-150CNCebw3000/15-150CNC型电子束焊机型电子束焊机 真空室真空室:1.7m1.25m 1.45m;:1.7m1.25m 1.45m;额定功率额定功率:15KW;:15KW;额定电压额定电压:150KV:150KV第25页第25页激光加工简介激光加工普通原理激光加工普通原理 激光加工是一个激光加工是一个高能束高能束加工办法，它是利用激光高强加工办法，它是利用激光高强度、高亮度、方向性好、单色性好特性，通过一系列光学系度、高亮度、方向性好、单色性好特性，通过一系列光学系统统聚焦成平行度很高微细光束（成平行度很高微细光束（直径几微米至几十微米直径几微米至几十微米），），取得极高能量密度照射到材料上，使材料在极短时间内（取得极高能量密度照射到材料上，使材料在极短时间内（千千分之几秒甚至更短分之几秒甚至更短）熔化甚至气化，以达到加热和清除材料）熔化甚至气化，以达到加热和清除材料目的。目的。第26页第26页第27页第27页激光加工简介激光加工特点激光加工特点 适应性强：适应性强：激光加工功率密度高，激光加工功率密度高，几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料几乎能加工任何材料，如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。如各种金属、陶瓷、石英、金刚石、橡胶等。加工精度高：加工精度高：激光束可聚焦成微米级光斑（理论上直径可小激光束可聚焦成微米级光斑（理论上直径可小 于于1um），适合），适合精密微细加工精密微细加工精密微细加工精密微细加工。加工质量好：加工质量好：激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加激光加工能量密度高，热作用时间很短，整个加 工区几乎不受热影响，工区几乎不受热影响，工件热变形极小工件热变形极小工件热变形极小工件热变形极小，故可，故可 加工对热冲击敏感材料。加工对热冲击敏感材料。加工效率高：加工效率高：激光加工只需激光加工只需0.01s，切割比常规办法提升效率，切割比常规办法提升效率 820820倍倍倍倍，激光焊接可提升效率，激光焊接可提升效率3030倍倍倍倍。第28页第28页激光加工简介激光加工特点激光加工特点 容易实现自动：容易实现自动：激光束传播以便，易于控制，便于与机器人激光束传播以便，易于控制，便于与机器人 、自动检、自动检测、计算机数字控制等先进技术相测、计算机数字控制等先进技术相 结合。结合。通用性强：通用性强：能够处能够处 理理各种形状和尺寸工件各种形状和尺寸工件。也能够选择适当。也能够选择适当 加工条件，加工条件，用同一台装置进行切割、打孔用同一台装置进行切割、打孔 、焊接和表面处理等各种加工。、焊接和表面处理等各种加工。节能节材：节能节材：激光束能量利用率为常规加工工艺激光束能量利用率为常规加工工艺 101000倍倍，激光切割，激光切割能够节约材料能够节约材料 15%30%。第29页第29页激光焊接机视频演示10第30页第30页激光焊接机原理1、热传导焊接：当激光照射在材料表面时，一部分激光被反射，一部分被材料吸取，将光能转化为热能而加热熔化，材料表面层热以热传导方式继续向材料深处传递，最后将两焊件熔接在一起。激光焊接机理有两种：激光焊接机理有两种：第31页第31页激光焊接机2、激光深熔焊、激光深熔焊:当当功率密度比较功率密度比较大大激光束照射到材料表面时，材激光束照射到材料表面时，材料吸取光能转化为热能，料吸取光能转化为热能，材料被材料被加热熔化至汽化加热熔化至汽化，产生大量金属产生大量金属蒸汽，在蒸汽退出表面时产生反蒸汽，在蒸汽退出表面时产生反作用力下，使熔化金属液体向四作用力下，使熔化金属液体向四周排挤，周排挤，形成凹坑，伴随激光继形成凹坑，伴随激光继续照射，凹坑穿人更深，当激光续照射，凹坑穿人更深，当激光停止照射后，凹坑周围熔液回流，停止照射后，凹坑周围熔液回流，冷却凝固后将两焊件焊接在一起。冷却凝固后将两焊件焊接在一起。第32页第32页激光焊接发展及应用举例激光激光点焊点焊激光热传激光热传 导焊接导焊接激光深熔激光深熔 焊接焊接激光激光钎焊钎焊激光激光-电弧电弧复合焊接复合焊接激光焊接技术激光焊接技术脉冲激光脉冲激光 焊接焊接激光填激光填丝焊接丝焊接第33页第33页激光焊接发展及应用举例汽车传动零部件激光焊接汽车传动零部件激光焊接第34页第34页 熔焊熔焊 堆焊与喷涂堆焊与喷涂 高能焊高能焊 电渣焊电渣焊 电弧焊电弧焊 气焊气焊 激光焊激光焊 电子束焊电子束焊 等离子弧焊等离子弧焊 气体保护焊气体保护焊 埋弧焊埋弧焊 焊条电弧焊焊条电弧焊第35页第35页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊 压压力力焊焊（俗俗称称固固态态焊焊）是是在在压压力力（或或同同时时加加热热）作作用用下下，在在被被焊焊分分离离金金属属结结合合面面产产生生塑塑性性变变形形而而使使金金属属连连接接成为整体焊接工艺。成为整体焊接工艺。第36页第36页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊一、电阻焊一、电阻焊 电阻焊是利用电流经过焊件及其接触面产生电阻热作为热源，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在外界压力作用下形成焊接接头一个焊接方法。电阻焊依据接头型式不同可分为：点焊、缝焊和对焊三种。第37页第37页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊一、电阻焊一、电阻焊 电阻焊应用：主要用于焊接低碳钢、不锈钢、铝及铜等金属材料。点焊主要用于焊接厚度在4mm以下薄板，广泛应用于汽车、飞机制造中；缝焊主要用于焊接厚度在3mm以下薄板，广泛应用于焊接油箱、烟道等；对焊主要用于焊接较大截面（直径或边长小于20mm）焊件与不同种类金属对接，广泛应用于焊接刀具、管件、钢筋、钢轨、链条等。第38页第38页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊一、电阻焊一、电阻焊 点焊形成过程示意图点焊形成过程示意图点焊形成过程示意图点焊形成过程示意图 滚焊形成过程示意图滚焊形成过程示意图滚焊形成过程示意图滚焊形成过程示意图视频演示11视频演示12第39页第39页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊一、电阻焊一、电阻焊 对对焊焊是是利利用用电电阻阻热热将将两两个个工工件件整整个个端端面面焊焊接接起起来来一一个个焊焊接办法。接办法。对焊对焊对焊对焊 对焊示意图对焊示意图对焊示意图对焊示意图视频演示13第40页第40页第3章 材料连接成形材料连接成形 压焊压焊二、摩擦焊二、摩擦焊 利用两工件焊接端面之间互相摩擦而产生热量将工件端面加热到塑性状态后，在压力作用下使它们连接起来一个压焊办法。1.摩擦焊原理 2.摩擦焊特点：焊接接头质量高接头不易产气愤孔、夹渣等缺点。合用范围广 生产效率高 摩擦焊操作简朴，容易实现自动控制。视频演示14第41页第41页钎钎焊焊是是利利用用熔熔点点比比被被焊焊接接金金属属熔熔点点低低金金属属作作钎钎料料，将将钎钎料料与与工工件件一一起起加加热热到到钎钎料料熔熔化化状状态态，借借助助毛毛细细管管作作用用将将其其吸吸入入到到固固态态间间歇歇内内，使使钎钎料料与与固固态态工工件件表表面面发发生生原原子子互互相相扩扩散、溶解和化合而连成整体焊接办法。散、溶解和化合而连成整体焊接办法。q 钎焊接头形成过程钎焊接头形成过程钎钎焊焊接接头头形形成成包包括括两两个个过过程程：钎钎料料熔熔化化和和流流入入、填填充充接接头头间间歇歇形形成成钎钎料料充充斥斥焊焊缝缝过过程程；液液态态钎钎料料与与钎钎焊焊金金属互相作用。属互相作用。第3章 材料连接成形材料连接成形 钎焊钎焊 第42页第42页 钎料填充焊缝过程示意图钎料填充焊缝过程示意图钎料填充焊缝过程示意图钎料填充焊缝过程示意图液态钎料和固态金属之间互相作用液态钎料和固态金属之间互相作用液态钎料和固态金属之间互相作用液态钎料和固态金属之间互相作用第3章 材料连接成形材料连接成形 钎焊钎焊 视频演示15第43页第43页（一）硬钎焊（一）硬钎焊 硬钎焊硬钎焊是指使用硬钎料进行钎焊。钎料熔点在是指使用硬钎料进行钎焊。钎料熔点在450以上以上钎焊称为硬钎焊称为硬钎焊，其焊接强度大约为钎焊，其焊接强度大约为300500MPa。属于硬钎焊钎料有铜基、铝基、银基、镍基钎料等，惯用为铜基。焊接时需要加钎剂，惯用钎剂由硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等构成。硬钎焊加热方式有氧乙炔火焰加热、电阻加热、炉内加热等。硬钎焊适合于焊接受力较大钢铁件、铜合金件及工具焊接。第3章 材料连接成形材料连接成形 钎焊钎焊第44页第44页第3章 材料连接成形材料连接成形 钎焊钎焊（二）软钎焊（二）软钎焊 软钎焊软钎焊是指使用软钎料进行钎焊。钎料熔点在是指使用软钎料进行钎焊。钎料熔点在450下列下列钎焊称为软钎钎焊称为软钎焊。其焊接强度普通不超出焊。其焊接强度普通不超出470MPa。属于软钎焊钎料有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料、镉基钎料等，惯用属于软钎焊钎料有锡铅钎料、锡银钎料、铅基钎料、镉基钎料等，惯用为锡铅钎料。所用钎剂为为锡铅钎料。所用钎剂为松香松香、酒精溶液、氯化锌或氯化锌加氯化氨水溶、酒精溶液、氯化锌或氯化锌加氯化氨水溶液。液。钎焊时可用钎焊时可用铬铁，喷灯或炉子铬铁，喷灯或炉子加热焊件。加热焊件。软钎焊惯用于焊接受力不大电子线路及元器件。软钎焊惯用于焊接受力不大电子线路及元器件。第45页第45页堆焊与堆焊技术堆焊是用焊接办法在零件表面堆敷一层金属工艺过程。一方面可以恢复零件因磨损或加工过程中失误而造成尺寸不足，即恢复零件尺寸另一方面可以对零件表面进行改性，以获得所需要特殊性能，即赋予零件表面特殊性能。堆焊作为材料表面改性一种经济而快速工艺办法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件制造修复中。为了最有效地发挥堆焊层作用，希望采用堆焊办法有较小母材稀释、较高熔敷速度和优良堆焊层性能，即优质、高效、低稀释率堆焊技术。堆焊第46页第46页