第三篇 材料的焊接成形工艺.doc

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1、第三篇材料的焊接成形工艺第十章熔焊工艺§10-1概述一、焊接成形原理及特点1．成形原理其过程实质是用加热或加压等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，使分离的材料牢固地连接起来——不可拆连接。2．成形特点①可将大而复杂的结构分解为小而简单的坯料拼焊；如：汽车车身的焊装生产过程；②可实现不同材料间的连接成形；如：气门杆的复合结构③特殊结构的生产；如：核电站锅炉——只有焊接④结构重量轻但不可折，更换零件不便，且易产生残余应力、裂纹、夹渣、气孔等。我国焊接在新中国成立后才发展起来，小到集成电路基片与引脚，大到

2、720吨大型水轮机、工作轮、汽车、飞机、火箭、飞船、卫星等。二、焊接工艺分类根据焊接过程的工艺特点，分为：熔焊、压焊、钎焊及封粘熔焊：电弧焊（手弧焊、气体保护焊、埋弧焊）电渣焊电子束焊激光焊等离子弧焊压焊：电阻焊摩擦焊超声波焊爆炸焊扩散焊高频焊锌焊及封粘：软钎焊硬钎焊封接粘接三、应用1．金属结构的焊接（如锅炉汽包的焊接结构）2．机械零件的焊接如：焊接齿轮（管板焊接）§10-2熔焊原理及过程一、熔焊的本质及特点①本质——小熔池熔炼与冷凝，是金属熔化与结晶的过程（图10-2）熔焊过程示意图图a熔池的形成——

3、温度达到材料熔点，母材、焊丝熔化形成溶池图b热影响区形成——母材受到热影响，组织和性能发生变化，形成热影响区。图c熔池结晶——热源移走后，熔池结晶成柱状晶。②熔池存在时间短，温度高，冶金过程不充分，氧化严重，热影响巨大。③冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。二、熔焊的三要素合适的热源——能量要集中，温度要高，快速熔化良好的熔池保护——渣保护、气保护、渣——气联合保护焊缝填充金属——焊芯、焊丝（一）热源1．电弧——两电极之间强烈而持久的气体放电现象（图10-3）气体放电曲线图气体放电：非自持放电自持放电

4、暗放电辉光放电电弧放电其中，电弧放电——电压最低，电流最大，温度最高，发光最强，故将此作热源，既安全，加热效率也高。2．等离子弧将电弧的弧柱区压缩，使弧柱的能量密度、温度和等离子流速度显著增大→电弧变成等离子弧（图10-5）温度达24000~50000k能量密度105~106w/cm23．电渣热金属盐和氧化物熔融时，正负离子产生定向移动而导电，并释放热量（图10-6）4．电子束W加热→2600k，产生大量电子电子加速（160000km/s）→能量密度↑→比电弧能量密度大1000倍→使金属瞬间熔化或气化（

5、图10-7a），穿透能力强，可焊200mn钢板5．激光束具有单波长、单色性、方向性强，使金属瞬间熔化或气化，但光热效应只在表层，穿透能力较差（图10-7b）焊薄壁件、小件。（二）熔池的保护1．渣保护（图10-8）熔池上覆盖一层熔渣防止金属氧化、吸气（使熔池与空气隔离）向熔池过渡合金元素，提高焊接性能减少散热，提高生产率2．气保护（保护熔池和熔滴）惰性气体，高温下不分解（氩气），或是低氧化性的不溶于液态金属的双原子气体（如CO2）（图10-9）3．渣——气联合保护渣保护和气保护联合作用（图10-10）如：

6、焊条的药皮及二氧化碳加药芯造渣剂、造气剂单-CO2气保护易产生飞溅、气孔和合金元素氧化烧损。（三）填充金属——焊芯与焊丝焊缝较宽时，采用焊丝补充填满焊缝为提高性能，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、不锈钢丝（表10-5）焊条钢芯牌号及应用（表10-6）焊丝牌号、特点及应用H——焊接用钢丝，后面两位数字，含C万分之一，A：高级优质钢E：特级优质钢§10-3焊接接头的组织与性能一、焊接热循环在焊接加热和冷却过程中，焊缝及其附近的母材上某点的温度随时间变化的过程，称焊接热

7、循环。（图10-11）焊接热循环特征。*焊接热影响区——受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域称焊接热影响区*焊接接头的组成：焊缝区热影响区二、焊缝的组织和性能小熔池炼钢→冷却快→化学成分控制严格→焊缝金属的强度与母材相当（等强度）一次结晶——从熔池液态金属凝固为焊缝金质的结晶过程如：低碳钢一次冷却结晶→奥氏体二次结晶——其后的冷却过程中固态的焊缝金属继续发生组织转变，叫二次结晶。如：奥氏体（二次结晶）→珠光体+铁素体三、热影响区的组织和性能（图10-13）四、影响焊接接头性能的因素

8、1．焊剂与焊丝——焊缝的化学成分2．焊接方法——焊缝性能不同3．焊接工艺参数——影响输入焊接接头热量的大小4．熔合比（图10-14）——焊缝化学成分Sm/（St＋Sm）Sm——母材所占面积St——填充金属所占面积5．焊后热处理正火——细化组织、改善接头性能§10-4焊接变形和焊接应力构件焊接以后，内部会产生焊接残余应力，同时产生焊接变形，当构件承受外载后，焊接应力与外载应力相迭加，造成局部区域应力过高，使构件产生新的塑性变形、生成裂缝，甚至