缝焊和对焊课件.ppt
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1、第四章第四章 焊接焊接 4.1 4.1 概述概述4.24.2焊接方法焊接方法.3 .3 金属材料焊接性金属材料焊接性.4 .4 焊接结构工艺设计焊接结构工艺设计1、汽车上常有哪些焊接方法有?、汽车上常有哪些焊接方法有?2、最常用的方法有哪些?用在汽车什么部件上?、最常用的方法有哪些?用在汽车什么部件上?焊接焊接 是利用加热或加压(或者加热和加压),使是利用加热或加压(或者加热和加压),使分离的两部分金属结合的方法。分离的两部分金属结合的方法。实质是:实质是:原子互相扩散,形成原子间的结合原子互相扩散,形成原子间的结合第节第节 概述概述 在机械制造、建筑、车辆、石油化工、国防、航空航天等在机械制
2、造、建筑、车辆、石油化工、国防、航空航天等部门得到广泛运用。部门得到广泛运用。n 全世界所有大工业的产业,像航天航空、造船、全世界所有大工业的产业,像航天航空、造船、通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武通讯、家用电器、大型电站、冶金、微电子、武器装备等等,焊接都是最主要的工艺。器装备等等,焊接都是最主要的工艺。n 世界上从外层空间到深海水下,从一百万吨世界上从外层空间到深海水下,从一百万吨的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一,的大油轮到集成电路片是头发丝的几十分之一,这么粗的细线的集成电路片的引线,焊接都是主这么粗的细线的集成电路片的引线,焊接都是主要工艺。要工艺。焊接的特点:焊接的
3、特点:优点:优点:1)连接性能好,密封性好,连接性能好,密封性好,承压能力高承压能力高;2)省料,重量轻,成本低;)省料,重量轻,成本低;3)可以可以制造双金属结构制造双金属结构3)加工装配工序简单,生产周期短)加工装配工序简单,生产周期短;4)易于实现机械化和自动化。)易于实现机械化和自动化。缺点:缺点:1 1)焊接结构是不可拆卸的,更换修理不便焊接结构是不可拆卸的,更换修理不便 ;2 2)焊接接头的组织和性能往往要变坏;焊接接头的组织和性能往往要变坏;3 3)要产生焊接残余应力和焊接变形;要产生焊接残余应力和焊接变形;4 4)会产生焊接缺陷,如裂纹、未焊透、夹渣、气孔等会产生焊接缺陷,如裂
4、纹、未焊透、夹渣、气孔等。焊接方法可分为焊接方法可分为:1 1)熔焊:熔焊:利用局部加热的方法,把工件的焊接处加热到利用局部加热的方法,把工件的焊接处加热到熔化状态,形成熔池,然后冷却结晶,形成焊缝,将两熔化状态,形成熔池,然后冷却结晶,形成焊缝,将两部分金属连接成为一个整体的工艺方法。部分金属连接成为一个整体的工艺方法。2)压力焊:)压力焊:在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。在焊接过程中需要加压的一类焊接方法。3)钎焊:)钎焊:利用熔点比母材低的填充金属熔化后,填充接利用熔点比母材低的填充金属熔化后,填充接头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接的一种焊接方头间隙并与固态的母材相互扩散实现连接
5、的一种焊接方法。法。第节第节 手工电弧焊手工电弧焊l焊接电弧焊接电弧l焊接接头焊接接头l焊条焊条l焊接缺陷及防止焊接缺陷及防止手工电弧焊手工电弧焊 手工操纵焊条进行焊接手工操纵焊条进行焊接 操作灵活操作灵活 方便,目前使用最广。方便,目前使用最广。电弧焊电弧焊 利用电弧作为热源的一种熔焊方法利用电弧作为热源的一种熔焊方法。演示手弧焊焊钳和面罩焊钳和面罩焊接示意图焊接示意图一、焊接电弧一、焊接电弧 形成形成演示阴极区:热量约占阴极区:热量约占36%,平均温度,平均温度2400K;阳极区:热量约占阳极区:热量约占43%,平均温度,平均温度2600K;弧柱区:热量弧柱区:热量21%,中心温度,中心温
6、度60008000K钢焊条焊接钢材时:钢焊条焊接钢材时:焊机焊机演示二、焊接接头二、焊接接头图图4-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程1.焊缝的形成过程焊缝的形成过程空气中的空气中的N.O.HN.O.H,与熔池金属发生反,与熔池金属发生反应:应:FeOOFeMnOOMn2SiO2OSi图图4-2 焊条电弧焊过程焊条电弧焊过程2.焊接冶金过程焊接冶金过程COO Cu O O 使合金元素烧损;氧化物冷凝时残留在焊缝金属中;使合金元素烧损;氧化物冷凝时残留在焊缝金属中;COCO形成气孔形成气孔u H H 在焊缝中形成气孔,或造成氢脆。在焊缝中形成气孔,或造成氢脆。u N N 在高温时大量溶于液体金属,
7、冷却形成气孔,部分以针状氮在高温时大量溶于液体金属,冷却形成气孔,部分以针状氮 化物形式析出化物形式析出大大降低缝金属的力学性能:塑性和韧性剧烈下降。大大降低缝金属的力学性能:塑性和韧性剧烈下降。所以所以为保证焊缝质量,采取了措施:为保证焊缝质量,采取了措施:1 1)减少减少N.O.H进入熔池,主要采用进入熔池,主要采用机械保护机械保护.如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体如焊条药皮、埋弧焊焊剂和气体保护焊的保护气体(COCO2 2,氩气)等)。,氩气)等)。2 2)清除已进入熔池的有害元素清除已进入熔池的有害元素,增加合金元素增加合金元素。如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、
8、渗如焊条药皮里加合金元素进行脱氧、去氢、去硫、渗合金等。合金等。回答焊接为什么要有回答焊接为什么要有焊条药皮、气体或焊剂焊条药皮、气体或焊剂物质保护?物质保护?以以低碳钢低碳钢为例为例图图4-6 低碳钢焊接接头的组织变化低碳钢焊接接头的组织变化3.焊接接头的组织和性能焊接接头的组织和性能1)1)焊缝区焊缝区焊缝金属的力学性能不低于母材。焊缝金属的力学性能不低于母材。2)热影响区热影响区 熔合区熔合区:是接头中的薄弱区域是接头中的薄弱区域过热区:也是接头中的薄弱区域过热区:也是接头中的薄弱区域正火区:力学性能较好正火区:力学性能较好部分相变区:力学性能稍差部分相变区:力学性能稍差 应尽可能减小应
9、尽可能减小熔合区、过热区熔合区、过热区图图4-8 低碳钢焊接接头的性能分布低碳钢焊接接头的性能分布应尽可能减小应尽可能减小熔合区、过热区熔合区、过热区三、三、焊条焊条 演示演示起导电和填充焊缝作用起导电和填充焊缝作用,直径最小为直径最小为0.4,最大为,最大为5。常用。常用35焊条焊条1.1.组成组成2.2.分类分类结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、结构钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等镍和镍合金焊条、铜合铜合金焊条、铝和铝合金焊条等力学性能好;工艺性能差;焊缝金属抗裂性好;对力学性能好;工艺性能差;焊缝金属抗裂性好;对 锈、锈、
10、油、油、水的敏感性大,易出气孔;有毒烟尘多。水的敏感性大,易出气孔;有毒烟尘多。用于重要的结构钢或合金用于重要的结构钢或合金钢结构。钢结构。力学性能较差,但工艺性能好力学性能较差,但工艺性能好,用于一般结构钢。用于一般结构钢。3.3.型号与牌号型号与牌号J422表12.3 结构焊条牌号中数字的含义牌号中第一、第二位数字焊缝金属抗拉强度等级MPa牌号中第三位数字药皮类型焊接电源种类424200不属已规定类型不规定504901氧化钛型交流或直流反接555402氧化钛钙型交流或直流反接605903钛铁矿型交流或直流反接706904氧化铁型交流或直流反接757406低氢钾型交流或直流反接807807低
11、氢钠型直流反接表12.4 常用焊条型号和牌号对照表型号牌号型号牌号E4303结422E6016结606E4316结426E6015结607E4315结427E7015结707E5003结502E308奥102E5016结506E308L奥002E5015结507E347奥132E515结557E316L奥0224.4.焊条的选择原则焊条的选择原则(1)等强度原则)等强度原则:低碳钢、低合金钢低碳钢、低合金钢(2)同成分原则:不锈钢、耐热钢等)同成分原则:不锈钢、耐热钢等(3)刚度大,形状复杂,要承受动载荷的结构,应选用抗裂性)刚度大,形状复杂,要承受动载荷的结构,应选用抗裂性好的碱性焊条好的碱
12、性焊条1.焊接与其他连接方法的本质区别是(焊接与其他连接方法的本质区别是()。)。A.所采用的热源不同 B.使被连接件之间形成原子间的结合 C.所用压力不同 D.只能连接金属材料2.手弧焊采用直流焊机焊薄件时,工件与焊条的接法用():手弧焊采用直流焊机焊薄件时,工件与焊条的接法用():正接法 反接法 Y接法 接法3.采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时,通常选用碱性焊采用手工电弧焊方法焊接重要的焊接结构时,通常选用碱性焊条,原因是(条,原因是()A.焊缝成形好 B.焊接电弧稳定 C.焊接接头抗裂性能好 D.交、直流电焊机都可以使用4.具有较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的具有
13、较好的脱氧、除硫、去氢和去磷作用以及机械性能较高的焊条是():焊条是():酸性焊条 结构钢焊条 碱性焊条 不锈钢焊条选择题:选择题:5.下列各项中,焊条金属芯所起的作用是(下列各项中,焊条金属芯所起的作用是()。)。A、改善焊条公艺性 B、防止空气对熔池的侵入 C、参与渗合合金等冶金反应 D、填充金属6.焊接热影响区中,对焊接接头性能不利的区域是(焊接热影响区中,对焊接接头性能不利的区域是(),对焊接),对焊接接接性能有利的区域是(接接性能有利的区域是()焊缝金属 部分相变区 熔合区 正火区7.焊接热影响区中,晶粒得到细化、机械性能也得到改善的区域是焊接热影响区中,晶粒得到细化、机械性能也得到
14、改善的区域是():():正火区 熔合区 过热区 部分相变区五、焊接缺陷五、焊接缺陷1、焊接应力与变形、焊接应力与变形2、接头的缺陷、接头的缺陷四、焊接缺陷四、焊接缺陷1、焊接应力与变形、焊接应力与变形1 1)结构设计要避免焊缝密集交叉结构设计要避免焊缝密集交叉;2 2)采取合理的焊接顺序,采取合理的焊接顺序,使焊缝较自由的收缩使焊缝较自由的收缩3 3)焊前预热可,焊前预热可,减少工件温差,减少残余应力;减少工件温差,减少残余应力;4 4)焊后进行去应力退火焊后进行去应力退火,消除焊接残余应力。,消除焊接残余应力。5)焊前组装时,)焊前组装时,采用反变形法采用反变形法 6)刚性固定法刚性固定法,
15、但会产生较大的残余应力,但会产生较大的残余应力7)采用)采用机械或火焰矫正机械或火焰矫正法来减少变形。法来减少变形。2.焊接应力和变形的防止焊接应力和变形的防止 一般焊接顺序为:一般焊接顺序为:1 1)先焊收缩量较大的焊缝;)先焊收缩量较大的焊缝;2)2)工作时受力较大工作时受力较大的焊缝;的焊缝;3)3)先焊错开的短焊缝,后焊直通的长焊缝。先焊错开的短焊缝,后焊直通的长焊缝。图图4-10 合理安排焊接顺序合理安排焊接顺序 图图4-11 平板对接焊反变形平板对接焊反变形图图4-12 工字梁反变形工字梁反变形图图4-13 刚性固定防止变形刚性固定防止变形图图4-15 机械矫正法机械矫正法 图图4
16、-16 火焰矫正法火焰矫正法3.焊接接头缺陷的防止焊接接头缺陷的防止l 烘干焊条烘干焊条l 焊件清理焊件清理l 选用碱性焊条选用碱性焊条l 改变电流大小改变电流大小l 改变坡口形态、大小改变坡口形态、大小l 改变焊条直径改变焊条直径思考题思考题1.1.焊接接头包括哪几部分?低碳钢焊接接头各部分的性能焊接接头包括哪几部分?低碳钢焊接接头各部分的性能如何?如何?2.2.解释下列名词:焊接热循环、金属的焊接性、碳当量。解释下列名词:焊接热循环、金属的焊接性、碳当量。3.3.焊接应力和变形有哪些危害,产生原因是什么?焊接应力和变形有哪些危害,产生原因是什么?第第3 3节节 焊接方法焊接方法 焊接方法的
17、种类很多,按照焊接过程的物理特点可焊接方法的种类很多,按照焊接过程的物理特点可分为熔焊、压焊和钎焊三类。分为熔焊、压焊和钎焊三类。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 气气 焊焊 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演示演示演示演示演示 演示演示演示演示把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上(把硬质合金刀片焊接在普遍碳素结构钢刀体上()电路板(电路板()汽车车厢(汽车车厢()汽车油箱汽车油箱 ()供水管道维修(供水管道维修()铝合金装饰薄板的焊接(铝合金装饰薄板的焊接()a.手工电弧
18、焊 b.埋弧自动焊 c.点焊 d.缝焊 e.氩弧焊 f.软钎焊 g.硬钎焊下列情况应选用什么焊接方法:下列情况应选用什么焊接方法:一一 、埋弧焊、埋弧焊 埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法,其电弧的引燃、是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法,其电弧的引燃、焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。焊条送进和电弧移动都采用机械来完成。演示 埋弧焊埋弧焊:适于适于成批生产中、厚板结构的长直缝与直成批生产中、厚板结构的长直缝与直径较大的环缝。径较大的环缝。是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴是用外加气体作为电弧介质并保护电弧区的熔滴和熔池及焊缝的电弧焊。和熔池及焊缝的电弧焊。惰性气体保护焊
19、、惰性气体保护焊、CO2焊。焊。二、气体保护电弧焊二、气体保护电弧焊1.氩弧焊氩弧焊 演示演示钨极氩弧焊钨极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极,熔化极氩弧焊采用焊丝作为电极,可使用大电流,适于中厚板焊接。可使用大电流,适于中厚板焊接。电极材料可用纯钨或钨合金,需采用焊丝。电极材料可用纯钨或钨合金,需采用焊丝。焊接电流较小,适于薄板焊接。焊接电流较小,适于薄板焊接。惰性气体保护焊适于惰性气体保护焊适于焊接铝、镁、钛及其合金,稀有金属锆、焊接铝、镁、钛及其合金,稀有金属锆、钼,不锈钢,耐热钢,低合金钢等。钼,不锈钢,耐热钢,低合金钢等。2.CO2气体保护焊气体保护焊 演示演
20、示 1)CO2在高温下会分解氧化金属,故不能焊接易氧化的非铁金属在高温下会分解氧化金属,故不能焊接易氧化的非铁金属和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝;和不锈钢。同时需采用能脱氧和渗合金的特殊焊丝;2)生产率高;)生产率高;3)成本低;无需涂料焊条和焊剂,)成本低;无需涂料焊条和焊剂,CO2焊适于焊适于:广泛,广泛,焊接低碳钢和强度级别不高的普焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢通低合金结构钢 电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化电渣焊是利用电流通过熔渣产生的熔渣电阻热加热熔化母材与电极(填充金属)的一种焊接方法。母材与电极(填充金属)的一种焊接方法。丝极电渣焊过程。
21、焊接过程为先引弧,形成渣池,电弧丝极电渣焊过程。焊接过程为先引弧,形成渣池,电弧过程变为电渣过程,熔化金属凝固成形。过程变为电渣过程,熔化金属凝固成形。三、电渣焊三、电渣焊演示演示 电渣焊主要用于:厚壁压力容器;电渣焊主要用于:厚壁压力容器;铸铸焊、锻焊、锻焊、厚板拼焊焊、厚板拼焊等大型构件的制造,等大型构件的制造,三、气焊与气割三、气焊与气割演示演示 压焊压焊 摩擦焊摩擦焊 扩散焊扩散焊 电阻焊电阻焊 超声波焊超声波焊 爆炸焊爆炸焊 对焊对焊 点焊点焊 缝焊缝焊 压焊压焊 是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压,使是指在加热或不加热状态下对组合焊件加压,使其产生塑性变形,并通过再结晶和扩散等
22、作用,使两个分离其产生塑性变形,并通过再结晶和扩散等作用,使两个分离表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。表面的原子达到形成金属键而连接的焊接方法。演示演示演示五、电阻焊五、电阻焊 电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生电阻焊是利用电流通过焊接接头的接触面及邻近区域产生的电阻热,把焊件加热到塑性或局部熔化状态,再在电极压力的电阻热,把焊件加热到塑性或局部熔化状态,再在电极压力作用下形成接头的一种焊接方法作用下形成接头的一种焊接方法。电阻焊。电阻焊可分为可分为点焊、缝焊、点焊、缝焊、对焊对焊。演示 图图4-29 点焊接头形式点焊接头形式图图4-28 点焊示意图点焊示意图适于低碳钢
23、、不锈钢、铜合金、适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金,厚度铝镁合金,厚度4mm以下的薄板冲以下的薄板冲压结构及钢筋的焊接。压结构及钢筋的焊接。点焊点焊搭接接头搭接接头点焊分流现点焊分流现象象图图4-31 电阻缝焊电阻缝焊图图4-32 缝焊接头形式缝焊接头形式缝焊缝焊适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝适于低碳钢、不锈钢、铜合金、铝镁合金,厚度镁合金,厚度mm以下的薄板焊件。以下的薄板焊件。主要用于有密封性要求的薄板件主要用于有密封性要求的薄板件。Fj夹紧力夹紧力 Fw挤压力挤压力 Fd顶锻力顶锻力 a)电阻对焊电阻对焊 b)闪光对焊闪光对焊对焊:对焊:是利用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊是利
24、用电阻热将焊件断面对接焊合的一种电阻焊图图4-34 对焊应用实例对焊应用实例 a)对焊工件)对焊工件 b)对焊管材对焊管材 1焊缝焊缝 2滚盘滚盘 3挤压滚挤压滚 4焊件焊件 5绝缘层绝缘层对焊:对焊:主要用于制造封闭形零件,轧制材料接长、异种材料制造的焊接。主要用于制造封闭形零件,轧制材料接长、异种材料制造的焊接。摩擦焊摩擦焊是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量,将金属是利用工件金属焊接表面相互摩擦产生的热量,将金属局部加热到塑性状态,然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。局部加热到塑性状态,然后在压力下完成焊接的一种热压焊接方法。六、摩擦焊六、摩擦焊演示演示摩擦焊用于摩擦焊用于圆形工
25、件、棒料管子的对接圆形工件、棒料管子的对接,也可用于异种金属的焊也可用于异种金属的焊接。接。图图4-36 摩擦焊接头形式摩擦焊接头形式 钎焊钎焊 真空钎焊真空钎焊 感应钎焊感应钎焊 炉中钎焊炉中钎焊 电阻钎焊电阻钎焊 盐浴钎焊盐浴钎焊 火焰钎焊火焰钎焊 烙铁钎焊烙铁钎焊 钎焊钎焊 是采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件是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、低于母材熔点的温度,利用液和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎料湿润母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接态钎料湿润母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。的焊接方法。演
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