电焊课件

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影响焊缝质量。
CO2气体
➢ CO2为无色无味气体wenku.baidu.com密度是空气的1.5倍,在常温下很稳定,但在 高温下易分解。
➢ CO2气体密度大,受热后体积膨胀大,所以在隔离空气保护焊接熔池 和电弧方面,效果良好。
➢ 但CO2气体为氧化性气体,在高温下将分解为CO和O2: CO2 = CO + O2
➢ 所以二氧化碳在高温时有强烈的氧化性。
✓ 直流负接:焊件接负极,焊条接正极(薄板、碱性低氢焊
条、低合金钢和铝合金)
电弧焊的焊接过程:
➢ 手工电弧焊是利用焊条与工件间产生的电弧热,将工件 熔化而进行焊接的。
➢ 电弧在焊条与被焊工件之间燃烧,电弧热使工件(基本 金属)和焊条同时熔化成为熔池,焊条金属熔滴借重力 和电弧气体吹力的作用逐渐过渡到熔池当中。
✓ 酸性药皮与碱性药皮两者的性质
• 酸性药皮工艺性好,而碱性药皮工艺性差。 碱性药皮中有益元素多,能使焊接接头力学性能提高。
• 碱性药皮中因不含有机物,也称低氢型药皮。可以提高焊 缝金属的抗裂性。
• 碱性药皮氧化性强,对锈、油、水的敏感性大,易产生飞 溅和CO气孔。
• 碱性药皮在高温下,易生成较多的有毒物质(HF等),因 而应注意通风。
窄的焊缝与热影响区的过渡区。 ➢ 热影响区---受焊接热循环的影响,
焊缝附近的母材因焊接热作用发生 组织或性能变化的区域(过热区、 正火区、部分相变区)。
热影响区中的过热区,对焊接接头有不利影响,应使之尽可能减小。
熔合区成分不均,组织为粗大的过热组织或淬硬组织,是焊接接头中的最差 的部位。
在低碳钢焊接接头中,熔合区很窄,但因强度、塑性和韧性都下降,而 且此处接头断面变化,引起应力集中,在很大程度上决定焊接接头的性能。
• 喷嘴结构应尽可能使气体 以层流流出。
氩气
➢ 氩气为惰性气体,高温下不溶入液态金属,也不与金属发生化学反 应,因此,氩气是一种理想的保护气体。
➢ 由于氩弧温度高,因此一旦引燃,电弧就很稳定。 ➢ 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%,我国生产的工业纯氩,其纯度
可达99.9%,完全合乎氩弧焊的要求。 ➢ 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格,否则就会
• H代表焊接用钢丝,其后的 两位数字代表含碳量的万 分之几;A为高级优质钢; E代表特级优质钢。
4.1.1.2 电焊条
✓ 电焊条的组成及作用
• 组成:焊芯和药皮 • 作用:焊芯—填充金属
药皮—稳弧、造气、造渣、脱氧、合金、粘结等。 • 药皮必须含有造气剂和造渣剂。 • 药皮中还应含有稳弧剂和合金化剂,以及脱氧剂、脱硫剂和去氢剂
➢当焊缝还处在较高温度时,锤击焊缝使金属伸长,也 能减少焊接残余应力。
➢焊后进行消除应力的退火可消除残余应力。
焊接变形的防止和消除
焊缝对称布置
✓采用反变形方法
✓采用对称焊和分段倒退焊 ✓采用多层多道焊,能减少焊接变形
✓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。
焊接变形与应力的危害
工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产
生不利影响。
➢ 产生焊接变形,可能使焊接结构尺寸不合要求,组装困 难,间隙大小不一致等,从而影响焊件质量。
➢ 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力,降低承载能 力;还会引起裂纹,甚至造成脆断,应力的存在会诱发 应力腐蚀裂纹。
➢ 残余应力是一种不稳定状态,在一定条件下会衰减而产 生一定的变形,使构件尺寸不稳定,所以减少和防止焊 接变形和应力是十分必要的。
4.1.3 焊接变形和焊接应力
焊接应力与变形产生的原因: 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘
束,不能自由膨胀和收缩。
焊接应力与变形产生
•当拘束很大时(如大平板对接),则会产生残余应力,无 残余变形。
•当拘束较小(如小板对接焊)时,既产生残余应力,又产 生残余变形。
焊件焊后的变形形式主要有: 尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。
电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区
焊接电弧的温度 ºC和热量分布
温度 ºC
热量分布
阳极区: 2600
43%
弧柱区: 6000~8000 21%
阴极区 : 2400
36%
由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定的差异, 在使用直流电焊机焊接时,有两种接线方法:
✓ 直流正接:焊件接正极,焊条接负极(厚板、酸性焊条)
✓电焊条的选用原则
• 等强度原则:低碳钢和普通低合金钢构件,一般 都要求焊缝金属与母材等强度, 因此可根据钢 材强度等级来选用相应的焊条。
• 同一强度等级的酸性焊条和碱性焊条的选用。主 要应考虑:焊接件的结构形状、钢板厚度、载荷 性质和抗裂性能而定。
• 低碳钢与低合金结构钢焊接,可按某一种钢接头 中强度较低的钢材来选用相应的焊条。
焊接热循环的特点是 加热和冷却速度很快,对 易淬火钢,易导致马氏体 相变;对其它材料,易产 生焊接变形、应力及裂纹。
焊缝热影响区
焊缝的组织和性能
热源移走后,熔池 焊缝中的液体金属立刻 开始冷却结晶,以垂直 熔合线的方式向熔池中 心生长为柱状树枝晶。
低熔点物质将会被
推向焊缝最后结晶部位, 形成成分偏析。
✓ 渣-气联合保护
• 利用渣的良好的冶金反应 和焊缝成型特点以及气体 的优良电弧热效率和稳弧 作用,可获得良好的熔池 保护效果。如焊条的药皮 及二氧化碳加药芯。
✓填充金属
• 填满焊缝,提高焊缝性能, 使焊缝与母材等强度,用 焊丝和焊芯(填充金属) 过渡合金元素。
• 常用的焊条钢芯为碳素钢 丝、合金钢丝和不锈钢丝。
4 材料的连接成形
概述 4.1 熔焊工艺 4.2 压力焊工艺 4.3 钎焊与封焊 4.4 金属材料的焊接性
4.5 焊接缺陷与检验
4.6 焊接件结构设计
本章重点:焊条电弧焊的原理与特点,焊接材料、焊接 方法、焊接工艺参数和焊接结构形式的选用原则。
焊接:是通过加热或加压,或者两者并用,并且用或 不用填充材料,使焊接件达到原子结合的一种方法。 焊接方法:熔化焊、压力焊、钎焊等。 焊接的主要特点是:
4.1.1 熔焊原理及过程
熔焊的本质及特点
➢ 熔化焊的本质是小熔 池熔炼与铸造,是金 属熔化与结晶的过程。
➢ 熔池存在时间短,温 度高;冶金过程进行 不充分,氧化严重; 热影响区大。
➢ 冷却速度快,结晶后 易生成粗大的柱状晶。
熔化焊的三要素
✓ 热源
能量要集中,温度要高。以保证金属快速熔化,减小 热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、 电子束和激光。
➢ 金属熔池体积小,熔池四周是冷金属,熔池处于液态的 时间很短,一般在10秒左右。导致各种化学反应难以 达到平衡状态,化学成分不够均匀,气体和杂质来不及 浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。
➢ 熔池不断更新,有害气体容易进入熔池,形成氧化物、 气孔杂质等缺陷。
4.1.1.1 熔池的保护
焊剂是由SiO2,MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。 焊剂保护的效果 ➢ 形成熔融的液态焊剂薄膜,使熔池与空气隔绝,大大减少
图1
4.1.4 熔焊方法及工艺
4.1.4.1 手弧焊(略) 4.1.4.2 埋弧焊 4.1.4.3 气体保护焊 4.1.4.4 二氧化碳焊 4.1.4.5 电渣焊 4.1.4.6 等离子弧焊 4.1.4.7 电子束焊 4.1.4.8 激光焊
4.1.4.2 埋弧焊
✓ 埋弧焊的原理及特点 埋弧自动焊是用焊剂进行渣保护,焊丝为一
电阻焊
埋弧焊
摩擦焊
软钎焊
电渣焊

等离子弧焊

电子束焊
钎 硬钎焊

超声波焊 焊



爆炸焊
封 封接 粘
扩散焊
粘接
激光焊
高频焊
气门芯
4.1 熔焊工艺
4.1.1 熔焊原理及过程 4.1.2 焊接接头的组织与性能 4.1.3 焊接变形和焊接应力 4.1.4 熔焊方法及工艺 本节重点:熔化焊焊接接头的组织性能 本节难点:焊接应力与变形
焊缝中的含气量,提高焊缝韧性。 ➢ 延长熔池存在时间,加强了冶金反应,有利于气孔、夹渣
的析出。
✓ 渣保护
为了使熔池与空气隔离, 可在熔池上覆盖一层熔渣
• 一方面防止金属氧化和吸气
• 另一方面向熔池过渡合金元 素,提高焊缝性能
• 同时,还可以减少散热,提 高生产率,防止强光辐射
✓ 气保护
• 用于保护熔池和溶滴的气 体应是惰性气体,并在高 温下不分解,或是低氧化 性的不溶于金属液体的双 原子气体(如Ar或CO2)。
等。
✓ 焊条的种类和编号
• 种类:结构钢焊条、钼及铬钼耐热钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、低 温钢焊条、铸铁焊条、钛及钛合金焊条、铝及铝合金焊条、铜及铜合金 焊条、特殊用途焊条。
• 编号:以结构钢焊条为例:J422 其中:J —— 结构钢焊条 42 —— 焊缝金属抗拉强度大于等于420MP 2 —— 药皮类型(钛钙型)和电源种类(交直流) J 507 7 —— 低氢,直流
✓ 熔池的保护
可用渣保护、气保护和渣-气联合保护。以防止氧化, 并进行脱氧、脱硫和脱磷,给熔池过渡合金元素。
✓ 填充金属
保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素,并达到 力学性能和其它性能的要求,主要有焊芯和焊丝。
焊接电弧
电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。 电弧放电电压最低,电流最大,温度最高,发光最强。 将电弧放电用作焊接热源,既安全,加热效率也高。
焊缝间隙应均匀,焊直缝时,应安装引弧板和熄弧板, 以防止起弧和熄弧时产生的气孔、夹杂、缩孔、缩松等缺陷 进入工件焊缝之中
• 平板对接焊
一般采用双面焊,可不留间隙 直接进行双面焊接,也可采用打底 焊或焊剂垫或垫板。为提高生产率, 也可采用水冷铜成型底板进行单面 焊双面成型。
• 环焊缝
焊接环焊缝时,焊丝起弧点应 与环的中心线偏离一距离e,以防止 熔池金属的流淌。一般偏离距离为 20~ 40mm,直径小于250mm的环 缝一般不采用埋弧自动焊。
消除变形的方法
防止角变形
防止扭曲变形
➢严重的焊接变形应消 除,常采用机械矫正法,通常 只适于塑性好的低碳钢和普通低合金钢。
➢火焰矫正法是利用火焰加热的热变形方法,一 般也仅适用于塑性好,且无淬硬倾向的材料。
思考题
*减少焊接应力考虑,拼焊如题 图1所示的钢板时,应怎样确 定焊接顺序?试在图中标出, 并说明理由。
(1)节省材料,减轻质量; (2)简化复杂零件和大型零件的制造; (3)适应性好;可实现特殊结构的生产; (4)满足特殊连接要求;可实现不同材料间的连
接成型; (5)降低劳动强度,改善劳动条件。 焊接方法的应用: (1)制造金属结构件; (2)制造机器零件和工具; (3)修复。
焊接方法
手弧焊
电弧焊 气体保护焊
焊接应力的防止及消除
➢采取合理的焊接顺序,使焊缝能够自由地收缩,以减少 应力(图a)。而图b因先焊焊缝1导致对焊缝2的拘束度 增加,而增大残余应力。
➢焊缝不要有密集交叉截面,长度也要尽可能小,以减小焊 接局部加热,从而减少焊接应力。
采用小能量,多层焊,也可减少焊缝应力。 焊前预热可以减少工件温差,也能减少残余应力。
• 多丝埋弧焊
同时有两个以上焊丝起焊接, 焊接速度高,焊缝成型好。前一电 弧保证熔深,后续电弧调节熔宽, 使熔池形状及焊缝成型较为合理。
电极在焊剂层下引燃电弧燃烧。因电弧在焊剂包 围下燃烧,所以热效率高;焊丝为连续的盘状焊 丝,可连续馈电;焊接无飞溅,可实现大电流高 速焊接,生产率高;金属利用率,焊接质量好, 劳动条件好。埋弧焊适于平直长焊缝和环焊缝的 焊接。
埋弧自动焊
埋弧自动焊工序
✓ 埋弧焊的工艺
• 焊前准备 板厚小于14mm时,可不开坡口; 板厚为14~22mm时,应开Y型坡口; 板厚为22~50mm时,可开双Y型或U型坡口。 Y型和双Y型坡口的角度为50°~60°。
➢ 电弧热还使焊条的药皮熔化或燃烧。药皮燃烧后与液体 金属起物理化学作用,所形成的熔渣和气体可防止空气 中氧、氮的侵入,其保护熔化金属的作用。
电弧焊的冶金过程特点:
➢ 电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素 强烈蒸发,并使电弧区的气体分解成原子状态,增大了 气体的活泼性,导致金属烧损或形成有害杂质。
• 焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材, 应选用相应的专用焊条。
4.1.2 焊接接头的组织与性能
熔焊热原的高温集中融化焊缝区金 属,并向工件金属传导热量,必然 引起焊缝及附近区域金属的组织和 性能发生变化。 ➢ 焊缝区——在焊接接头横截面上
测量的焊缝金属的区域。 ➢ 熔合区——熔合线两侧有一个很
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