第4章 焊 接 焊接是通过加热或加压和加热,使分... - ...

第4篇焊接•焊接是通过加热或加压和加热，使分离的金属产生原子间的结合与扩散，形成永久性连接的工艺方法。•焊接方法分为三大类。•1．熔焊这类方法主要有手工电弧焊、埋弧自动焊、气体保护焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊等。•熔焊的特点：1、填充金属，2、熔池，3、保护。•2．压焊这类方法主要有电阻焊（点焊、缝焊和对焊）、摩擦焊等。•压焊的的特点：1、不使用填充金属，2、加热到高塑性状态，加压使产生塑性变形，3、不需要保护措施。•3．钎焊钎焊是利用比工件熔点低的钎料，并与工件一同加热，在工件不熔化的情况下，钎料熔化，填充到工件连接处，冷却凝固后，将工件连接在一起。第一章金属熔焊工艺基础•§1-1焊接电弧焊接电弧是气体介质的放电现象。•阳极区产生的热量比较多，43％；阴极区产生的热量较少，约占36％；其余21％左右的热量是在弧柱区产生的。•阳极区的温度为2600K，阴极区的温度为2400K，弧柱区的温度最高可达6000～8000K。•选用直流电源焊接时，就有极性的选择问题，当工件接电源的正极，焊条接负极，这种接法称为正接法，反之则称为反接法。•至于交流电弧，没有极性选择问题。§1-2熔焊的冶金特点•一、焊接温度高合金元素在高温作用下会强烈地蒸发和烧损，同时，金属液体的吸气能力也随温度的提高而增加。•二、金属熔池的体积小，保持在液态的时间短•各种冶金反应很难达到平衡状态•三、熔焊中需采取的措施•1.有效保护，隔离空气目的是防止空气对焊接区的有害作用。有渣保护，气保护，气-渣联合保护。•2.控制焊缝金属的化学成分可以向焊条药皮或焊剂中加入合金元素，也可以向焊条芯或焊丝中加入合金元素。•3.进行脱氧和脱硫、磷加入脱氧剂，造渣剂。§1-3焊接接头的金属组织及性能•焊接接头是由两部分所组成，即焊缝区和焊接热影响区。•一、焊缝金属•焊缝金属一般是由熔化的填充金属和局部熔化的工件金属形成的。•焊缝组织结晶形成柱状晶形态的铸态组织。•焊接过程中，一般要通过焊接材料向熔池金属中加入一些合金元素，使焊缝金属合金元素的质量分数高于被焊金属。•只要采用正确的焊接工艺，就可以保证焊缝金属的性能不低于被焊金属的性能。§1-3焊接接头的金属组织及性能•二、焊接热影响区焊缝附近金属因焊接热作用而使组织和性能发生变化的区域称为焊接热影响区。•随着距离金属熔池的远近不同，所受的热作用和升高的温度不同。因此，焊缝附近区域的金属相当于受到了不同规范的热处理，使组织和性能发生了变化。现以低碳钢为例说明热影响区的组织和性能的变化。二、焊接热影响区•必须指出，热影响区中各区的组织变化和分布与被焊金属的化学成分及焊前的热处理状态有关。•一些容易淬火的钢种（如中碳钢、高碳钢等），在相当于低碳钢的过热区和正火区部位将出现马氏体的组织，将该区域称为淬火区。部分相变区形成部分淬火区。还会形成回火区。•1-熔合区；2-过热区；3-正火区；4-部分相变区；5-未受影响的金属；6-淬火区；7-部分淬火区；8-回火区。热影响区不可避免地要产生。熔合区和过热区对焊接性能的不利影响最大，不同焊接方法焊接低碳钢热影响区的平均尺寸焊接方法过热区正火区部分相变区热影响区总宽度（mm）手弧焊2.21.62.26.0埋弧自动焊0.8~1.20.8~1.70.72.3~3.6气焊21.04.02.027.0电渣焊18.05.02.025.0§1-4焊接应力、变形及裂纹•一、焊接应力对工件进行不均匀的局部的加热是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接应力的结论：焊缝及附近区域产生拉应力，而两边区域产生压应力。•二、焊接变形及防止•1、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、波浪变形§1-4焊接应力、变形及裂纹•2、减小焊接变形的工艺方法•1）加裕量法•2）反变形法•3）刚性固定法•4）合理的焊接顺序§1-4焊接应力、变形及裂纹•三、减小和消除焊接应力的措施•焊前预热焊前将工件整体或局部预热到150～350℃，然后进行焊接。•减小焊接应力，防止形成淬火区。•去应力退火是消除焊接应力最常用的方法。•减小焊接应力可以减小焊接变形，•但减小焊接变形的方法并不一定都可以减小焊接应力，•例如，刚性固定法只能减小焊接变形，不能减小焊接应力。•3、焊接变形的矫正方法•机械矫正法•火焰加热矫正法•9-1判断题•1．焊接电弧是熔化焊最常用的一种热源。它与气焊的氧乙炔火焰一样，都是气体燃烧现象，只是焊接电弧的温度更高，热量更加集中。•2．焊接应力产生的原因是由于在焊接过程中被焊工件产生了不均匀的变形，因此，防止焊接变形的工艺措施，均可减小焊接应力。•3．焊接应力和焊接变形是同时产生的。若被焊结构刚度较大或被焊金属塑性较差，则产生的焊接应力较大，而焊接变形较小。•9-2选择题•1．熔化焊过程中必须采取保护措施。如果保护不好，空气侵入到液态金属中，就会带来许多不利影响。例如，氧会使焊缝金属（）、（）且产生（）；氮会使焊缝金属（），产生（）；而氢会引起焊缝金属产生（）和（）。•A．气孔；B．冷裂纹；C．热裂纹；D．强度下降；E．塑性和韧性下降。•9-3填空题•1．焊接时往往都要对被焊工件进行加热。熔化焊加热的目的是（）；压力焊加热的目的是（）；钎焊加热的目的是（）。9-4应用题有一钢结构，采用20钢冷拔型材制成。由于使用不当而断裂，现用手工电弧焊方法将其修复。焊接时温度分布如图9-1所示。试在图上绘出焊接热影响区的分布情况（注意焊前钢的组织状态。20钢的再结晶温度为540℃）。1熔合区2过热区3正火区4部分相变区5再结晶区其余母材第二章焊接方法•§2-1手工电弧焊•一、手工电弧焊的焊接过程•熔化的焊条金属与熔化的工件金属混合，形成金属熔池。•药皮熔化形成了熔渣并与熔池中的液态金属发生物理化学反应，•熔渣又从熔池中上浮，覆盖在熔池表面。•气流和熔渣起到了保护作用。§2-1手工电弧焊•二、电焊条1．焊条的组成焊条是由焊条芯和焊条药皮两部分组成。•（1）焊条芯（简称焊芯）--特殊冶炼的钢丝，焊接用钢。•焊条芯的作用：1、作为电极，2、作为填充金属。•焊丝常用的有H08和H08A、H08MnA等。•（2）焊条药皮•主要作用是：1、机械保护作用，2、冶金处理作用，除去有害杂质（如O、H、S、P等）并添加有益的合金元素。3、改善工艺性能，稳定电弧。。•焊条药皮的组成物相当复杂，一种焊条药皮的配方中，通常由七、八种以上原料配成。§2-1手工电弧焊•2．焊条分类按照国家标准，手弧焊用焊条共分九大类。其中应用最多的是结构钢焊条。•老牌号，结422，“42”表示焊缝金属的σb≥420MPa，最后一位“2”表示钛钙型药皮、交直流两用。•结507，“50”表示焊缝金属的σb≥500MPa，最后一位“7”表示低氢型药皮、直流专用。•新牌号，E4303、E5015和E5016。（结422，结507，结506）•型号中的“E”表示焊条；前两位数字“43”或“50”表示焊缝金属的抗拉强度第三位数字“0”或“1”表示适用于各种位置焊接（平焊、立焊、仰焊、横焊）；第四位数字表示焊条药皮类型和焊接电源的种类，“3”表示药皮为钛钙型，交、直流两用；“5”表示低氢（钠）型，用直流焊机；“6”表示低氢（钾）型，交、直流两用。§2-1手工电弧焊•结构钢焊条生产上还常按其药皮熔化后形成熔渣的酸碱度，分成酸性焊条和碱性焊条两大类。•酸性焊条，工艺性能好，价格便宜，因而获得了广泛的应用，但焊缝金属的塑性、韧性及抗裂性较差。•碱性焊条，焊缝金属的塑性、韧性好，具有较高的抗裂性能。主要用于重要结构、承受冲击载荷结构的焊接。工艺性差，成本高。•3．焊条的选用原则•（1）根据被焊金属的强度焊条的选择应满足等强度原则。•（2）根据被焊结构的特点和工作条件在承受冲击载荷或在低温、高压下工作的结构，此时要选用低氢型焊条。•（3）根据具体施工条件及成本优先选用工艺性好、价格便宜的酸性焊条。§2-1手工电弧焊•三、手工电弧焊工艺•1、焊接的四种空间位置：•平焊、立焊、横焊和仰焊。•2、开坡口，以便能够焊透。•3、焊接规范•1）焊条直径•2）焊接电流•3）电弧弧长、焊接速度§2-2埋弧自动焊•一、焊接过程•埋弧自动焊时，电弧引燃、焊丝送进、电弧沿焊接方向移动及焊接收尾，完全由机械来完成。•二、焊丝与焊剂•（1）高锰焊剂（如焊剂431）配合低碳钢焊丝H08A，重要结构可用中锰焊丝H08MnA。•（2）无锰焊剂（如焊剂130）或低锰焊剂（如焊剂230）配合高锰焊丝H08Mn2。•§2-2埋弧自动焊•三、埋弧自动焊的特点及适用范围•1、生产率高•可以采用较大的焊接电流•2、焊接质量高•3、劳动条件好•4、埋弧自动焊一般限于水平位置焊缝的焊接•5、埋弧自动焊常用于焊接生产批量较大，长而直的且处于水平位置的焊缝或直径较大（一般要大于500mm）的环焊缝§2-3气体保护焊•气体保护焊是利用气体作为保护介质的一种电弧焊方法。•保护气体有氩气、二氧化碳气体等。•气体保护焊的特点•1、与埋弧自动焊相比，可以适宜全位置焊接，焊后也不用清渣，从而提高了焊接生产率。•2、与手工电弧焊相比，保护气流对电弧有压缩作用，•热量集中，使焊接熔池和热影响区较窄，变形和裂纹倾向较小。3、气体保护焊不宜在室外有风的地方进行焊接，•设备比较复杂。§2-3气体保护焊•一、氩弧焊•氩弧焊按照电极材料不同分为熔化极和不熔化极两种。•氩弧焊的特点•1、氩气与金属不发生化学反应，合金元素无氧化烧损•2、保护效果好，并且电弧稳定，产生的飞溅少，焊缝致密，成形美观。•3、氩弧焊设备复杂，氩气价格较高•4、主要用于焊接铝、镁、钛等金属及其合金、不锈钢、耐热钢等合金钢以及一些稀有金属等。§2-3气体保护焊•二、二氧化碳气体保护焊•CO2气体保护焊的特点•1、合金元素烧损，•2、焊接低碳钢和低合金钢等，•3、焊接低碳钢时常采用H08MnSiA焊丝•4、焊接低合金钢时常采用H08Mn2SiA焊丝。•5、焊接成本低，约是手工电弧焊和埋弧自动焊成本的40％左右。§2-5压焊•一、电阻焊•1．点焊•点焊过程，1、加预压，施加一定的压力，2、通以强大的电流。3、断电，加压力。•分流现象•工件材料的厚度及导电性•焊点距离•点焊主要用于焊接薄板冲压结构•点焊工件厚度为0.3～4mm，•采用搭接。§2-5压焊•2．缝焊缝焊时由于焊点重叠,分流现象严重•只限于焊接3mm以下的薄板结构。采用搭接。•缝常用来焊接要求密封的薄壁容器如汽车油箱、消音器等，广泛应用于汽车等制造业。§2-5压焊•3．对焊电阻对焊•接头强度低，尤其是冲击韧性差。•闪光对焊•强度高且塑性、韧性好，所以常用于重要、受冲击工件的焊接。•对焊主要用于焊接截面小而长度大的工件。不论是哪种对焊工艺，其工件对焊•截面形状应尽量相同§2-5压焊•二、摩擦焊摩擦焊是利用工件接触端面相互摩擦所产生的热量作为焊接热源，将工件接合处加热到塑状态，然后在压力作用下进行焊接的一种压焊方法。•摩擦焊接头要求有一个工件的截面为圆形或圆管形。•摩擦焊可以焊接异种金属如铝-铜、铝-钢接头。§2-6钎焊•钎焊是指工件与填充金属同时被加热，在工件不熔化的情况下，填充金属熔化、浸润并填满工件连接处的间隙中，依靠溶解和扩散作用，形成牢固接头的一种焊接方法。•方法硬钎焊钎料的熔点在450℃以上，接头的强度比较高。•软钎焊钎料的熔点在450℃以下，接头的强度比较低。•使用钎剂（或称熔剂）。•钎剂在钎焊过程中所起的作用是：清除工件金属和钎料表面上的氧化膜及杂质；隔离空气起保护作用；从而增大钎料的填充能力。•特点焊接变形小．尺寸精度高，并能保证致密性。•钎焊不仅可以焊同种金属、异种金属，•钎焊的成本较高•采用搭接接头提高接头承载能力§2-7其他焊接方法•一、电渣焊•电渣焊是以电流通过液态熔渣所产生的电阻热作为热源，熔化被焊的工件金属和填充金属进行焊接的一种熔化焊方法。•电渣焊适合于焊接厚大工件，•焊接热影响区比较宽•焊缝晶粒粗大•焊后工件进行热处理•9-1判断题•4．手工电弧焊过程中会产生大量烟雾，烟雾对焊工的身体有害，因此，