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金属焊接基本知识精编课件.ppt

金属焊接基本知识精编课件

Miss杨
2019-05-25 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《金属焊接基本知识精编课件ppt》,可适用于工程科技领域

焊接基本知识概述焊接电弧焊接接头焊接应力与变形金属压力管道常用焊接方法一、概述在机械制造工业中使两个或两个以上零件联接在一起的方法有螺钉联接、铆钉联接和焊接等。前两种联接都是机械联接是可拆卸的而焊接则是利用两物体原子间产生的结合作用来实现联接的联接后不能再拆卸为永久性联接。焊接(Welding):焊接是通过加热或加压或两者并用并且使用或不使用填充材料使工件达到结合的一种方法。其本质就是通过适当的物理mdash化学过程使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离(~nm)形成金属键从而使两金属连为一体。焊接方法(Weldingprocess):焊接方法是指定某特定的焊接方法如埋弧焊、气体保护焊其含义包括该方法所涉及的冶金、电、物理、化学及力学原则等内容。根据上述内容的差异性区分出不同的焊接方法。据统计世界主要工业国家每年生产的焊接结构约占钢产量的%左右焊接结构的优点:、适应性强、连接性能好、节省材料、质量轻、生产周期短、生产效率高二、焊接电弧熔化焊是最重要的焊接工艺方法。熔化焊所用的热源对熔化焊的工艺操作和焊接质量具有特别重要的影响。其中以电弧为加热热源的电弧焊是熔化焊中最基本、应用最为广泛的金属材料焊接方法。焊接电弧是由焊接电源维持的、在具有一定电压的电极间或电极与工件之间的气体介质中产生的强烈而持久地放电现象。也可以说电弧是在两电极间存在电位差时电荷通过两电极之间气体空间的一种导电现象。焊接电弧的产生常态下的气体由中性粒子(分子或原子)组成不含带电粒子。要使两电极间气体连续放电就必须使两电极的气体介质中能连续不断地产生足够多的带电粒子(电子、正离子、负离子)即发生气体电离并且这些带电粒子在两极间电场(电压)作用下能连续不断地向两极作定向运动。焊接电弧的构成()阴极区阴极区是指阴极处紧靠阴极表面的导电区其沿电弧长度方向的尺寸很小约为~cm。阴极区的作用是向弧柱区提供所需要的电子流同时接收由弧柱区送来的正离子流。()阳极区阳极区是指紧靠阳极长度约为~cm的气体导电区域。阳极区的作用是接受弧柱区流过来的电子流并向弧柱区提供正离子流。()弧柱区弧柱区是指阴极区和阳极区之间的区域由于阴极区和阳极区很窄故可把电弧的实际长度视为弧柱长度。由于弧柱区的温度可高达~K弧柱区将产生以气体的热电离为主的导电现象。由热电离产生的带电粒子在外加电场的作用下正离子向阴极方向运动电子向阳极方向运动而形成电流。焊接电弧的静特性焊接电弧的动特性电弧燃烧的稳定性()焊接电源的影响()焊接电流的影响()焊条药皮的影响()电弧长度的影响()其它影响因素焊接电弧的偏吹焊接电弧偏吹的原因()焊条偏心度过大()电弧周围气流的干扰()磁偏吹减少或防止焊接电弧偏吹的方法()在条件许可的情况下尽量使用交流电源焊接。()在露天操作时如果有大风则必须用挡板遮挡对电弧进行保护。在管子焊接时必须将管口堵住以防止气流对电弧的影响。()在焊接间隙较大的对接焊缝时可在接缝下面加垫板以防止热对流引起的电弧偏吹。()在焊缝两端各加一小块附加钢板(引弧板及引出板)使电弧两侧的磁力线分布均匀并减少热对流的影响以克服电弧偏吹。()采用短弧焊接因为短弧时受气流的影响较小而且在产生磁偏吹时如果采用短弧焊接也能减小磁偏吹程度因此采用短弧焊接是减少电弧偏吹的较好方法。()在操作时适当调整焊条角度使焊条偏吹的方向转向熔池这种方法在实际工作中应用的比较广泛。()适当改变焊件上的接地线位置尽可能使电弧周围的磁力线分布均匀。三、焊接接头焊接接头的组成焊接接头是由焊缝金属、熔合线、热影响区及其邻近的母材组成。OA焊缝AB熔合区BC热影响区()焊缝焊缝是焊件经焊接后形成的结合部分。通常由熔化的母材和焊材组成有时全部由熔化的母材组成。焊缝金属的性能决定于两者熔合后的成分和组织。()熔合区(线)熔合区是焊接接头中焊缝向热影响区过渡的区域是焊缝边界上固液两相交错共存而又凝固的部分。()热影响区热影响区是焊接过程中母材受焊接热的影响(但未熔化)而发生金相组织和力学性能变化的区域。它的宽度与焊接方法及热输入量大小有关。焊接接头的基本特点()几何不连续性当接头位于结构几何形状和尺寸发生变化的部位时该接头就是一个几何不连续体工作时传递着复杂的应力。()性能不均匀焊缝金属与母材在化学成分上常存在差异再经受不同的焊接热循环和热应变循环必然造成焊接接头各区域的金属组织存在着不同程度的差异导致了焊接接头在力学性能、物理、化学性能及其他性能的不均匀性。()有残余应力和变形焊接过程热源集中作用于焊接的部位不均匀的温度场下产生了较高的焊接残余应力和变形使接头的区域过早地达到屈服点和强度极限同时也会影响结构的刚度尺寸稳定性及结构的其他使用性能。焊接热循环焊接热循环概念在焊接过程中热源是沿焊件移动的在焊接热源作用下焊某点的温度随时间变化的过程叫该点的焊接热循环焊接热循环曲线焊接热循环的特征*焊缝焊缝结晶过程:a)开始结晶b)晶粒长大c)柱状结晶d)结晶结束熔合区熔合区紧邻焊缝金属温度处于固相线与液相线之间该区很窄金属处于部分熔化状态晶粒十分粗大化学成分与组织极不均匀冷却后的组织为过热组织。当焊缝和母材化学成分相差较大或进行异种钢焊接时在熔合区附近还会发生碳和合金元素的相互扩散成分和组织的差异更大会产生新的不利的组织带。尽管熔合区很窄在金相观察时很难划分出来但由于产生过热组织晶粒粗大或产生不利的组织带使该区塑性和韧性下降成为焊接接头中的薄弱环节。在许多情况下熔合区往往是使焊接接头产生裂纹或局部脆性破坏的发源地。低碳钢的热影响区焊接热影响区焊接热循环对焊接热影响区的组织和性能有着较大影响热影响区的组织和性能基本上反映了焊接接头的性能和质量。焊接过程中热影响区沿宽度各点被加热但所达到的温度不同因而焊后组织、性能也不相同。热影响区某点被加热达到的最高温度在最高温度下停留的时间及随后的冷却速度都将决定该点的组织情况。*影响焊接接头性能的因素及质量控制()焊接材料选择()焊接工艺方法()熔合比()焊接热输入及工艺参数焊接接头的形式焊接接头可分为对接接头、T形接头、十字接头、搭接接头、角接接头、端接接头、套管接头、斜对接接头、卷边接头和锁底对接接头等共种其中以对接、T形、搭接、角接等种接头用的较多。根据坡口形状的不同坡口可分成I形(不开坡口)、V形、双V形、U形、双U形、单边V形、K形、J形等形式。坡口的几何尺寸a坡口面。焊件上所开坡口的表面叫坡口面。b坡口面角度和坡口角度。待加工坡口的端面与坡口面之间的夹角叫坡口面角度。两坡口面之间的夹角叫坡口角度开单面坡口时坡口角度等于坡口面角度开双面对称坡口角度时坡口角度等于两倍的坡口面角度。c根部间隙。焊前在接头根部之间预留的空隙叫根部间隙。根部间隙的作用在于焊接打底焊道时能保证根部可以焊透。d钝边。焊件开坡口时沿焊件接头坡口根部的端面直边部分叫钝边。钝边的作用是防止根部焊穿。e根部半径。在J形、U形坡口底部的圆角半径叫根部半径。根部半径的作用是增大坡口根部的空间使焊条能够深入根部以促使根部焊透。坡口的几何尺寸焊缝按不同分类方法可分为下列几种形式:()按焊缝结合形式分为对接焊缝、角焊缝、塞焊缝、槽焊缝和端接焊缝五种。()按施焊时焊缝在空间所处位置分为平焊缝、立焊缝、横焊缝及仰焊缝四种形式。()按焊缝断续情况分为连续焊缝和断续焊缝两种形式。焊缝的形状尺寸()焊缝宽度()余高()熔深()焊缝厚度、焊脚焊接位置焊缝位置即熔焊时焊件接缝所处的空间位置可用焊缝倾角和焊缝转角来表示。焊缝倾角即焊缝轴线与水平面之间的夹角焊缝转角即焊缝中心线(焊根和盖面层中心连线)和水平参照面Y轴的夹角在平焊位置、横焊位置、立焊位置、仰焊位置进行的焊接分别称为平焊、横焊、立焊、仰焊。T形、十字形和角接接头处于平焊位置进行的焊接称为船形焊。在工程上常用的水平固定管的焊接由于在管子deg的焊接中有仰焊、立焊、平焊所以称全位置焊接。当焊件接缝置于倾斜位置(除平、横、立、仰焊位置以外)时进行的焊接称为倾斜焊。()平焊位置焊缝倾角degdeg焊缝转角degdeg的焊接位置见图A。()横焊位置焊缝倾角degdeg焊缝转角degdeg或degdeg的对接位置见图B。()仰焊位置焊缝倾角degdeg焊缝转角degdeg或degdeg的焊接位置如图C。()立焊位置焊缝倾角degdeg焊缝转角degdeg或degdeg的焊接位置如图D。。四、焊接应力与变形焊接变形和残余应力产生原因在焊接过程中对焊件进行局部的不均匀加热会产生焊接应力和变形。焊接变形的基本形式()基本变形基本变形通常表现为收缩变形包括沿焊接方向的纵向收缩变形和沿垂直于焊接方向的横向收缩变形。收缩变形的产生原因是由于焊接时的热膨胀受到约束而在焊接区产生压缩塑性变形这一压缩塑性变形在随后的冷却过程中部分保留下来从而产生了收缩变形。()派生变形①弯曲变形②角变形③扭曲变形④波浪变形减少焊接应力与变形的工艺措施()结构设计在设计焊接结构时焊缝的位置应尽可能对称于结构中心轴在保证结构有足够承载能力的条件下应尽可能选用型材、冲压件、锻件或铸钢件以减少焊缝的数量和尺寸同时焊缝要避免密集和交叉以减少过热、应力集中和焊接变形。()焊接工艺①反变形法。根据理论计算和经验预先估计构件焊接变形的大小和方向然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的人为变形使焊后变形相互抵消。②加于余量法。工件下料时给工件尺寸加大一定的收缩余量以补偿焊后的收缩。③刚性固定法。焊接时将焊件加以固定焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定可有效防止角变形和波浪变形但该方法会增大焊接应力只适用于塑性较好的低碳钢结构不能用于铸铁和淬硬倾向大的钢材以免焊后断裂。④合理选用焊接方法和焊接规范。尽量选用能量较为集中的焊接方法以减少局部加热程度进而减少焊接应力和变形。⑤选用合理的焊接顺序。⑥锤击焊缝法。在焊缝的冷却过程中用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝使金属产生塑性延伸变形抵消一部分焊接收缩变形从而减小焊接应力和变形。⑦加热ldquo减应区rdquo法。焊接前在工件的适当部位(称为减应区)进行加热使之伸长焊后冷却时加热区与焊缝一起收缩可大大减小焊接应力和变形。⑧焊前预热和焊后缓冷。⑨焊后热处理。锤击焊缝的路线焊后矫形处理()机械矫形焊后通过压力机、矫直机、辗压或锤击等方法矫正焊接变形。机械矫形是利用机械外力所产生的变形抵消焊接变形并降低内应力。这种方法适用于矫正刚性较小、塑性较好和厚度不大的焊件。()火焰加热矫形利用氧mdash乙炔火焰加热时产生的局部压缩塑性变形来抵消被焊工件在该部分已产生的伸长变形。加热方式有点状加热、三角加热和条状加热加热温度一般为~℃。火焰矫形可使工件的形状恢复但矫形后的工件应力并未消失。这种方法不适宜易淬硬材料和脆性材料。压力机机械矫正弯曲变形火焰矫正弯曲变形五、常用焊接方法承压设备主要采用的焊接方法有:焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、钨极气体保护焊、埋弧焊、气焊、电渣焊、等离子弧焊、螺柱焊、气电立焊和摩擦焊以及堆焊。焊条电弧焊(SMAW)利用焊条与工件之间产生的电弧将焊条和工件局部加热到熔化状态焊条端部熔化后形成的熔滴和熔化的母材融合一起形成熔池随着电弧向前移动液态熔池金属逐步冷却结晶最终形成焊缝的一种焊接方法。mdash焊缝mdash熔池mdash保护性气体mdash电弧mdash熔滴mdash焊条mdash焊钳mdash电焊机mdash焊接电缆mdash工件焊条电弧焊(手工电弧焊)(SMAW)特点:设备简单便于操作适用于室内外各种位置的焊接可以焊接各种材料应用十分广泛生产效率低劳动强度大对焊工的技术水平及操作要求较高。钨极气体保护焊(GTAW)钨极气体保护焊是指采用高熔点的钍钨棒或铈钨棒作电极焊接时钨极不熔化仅起引弧和维持电弧的作用并在惰性气体保护下进行焊接的一种电弧焊方法。通常采用氩气作为保护气体因此又称作钨极氩弧焊。焊接时在钨极与工件间产生电弧以电弧热作为焊接热源填充金属从钨极的前方添加送入在电弧热的作用下工件和填充金属熔化并形成熔池冷却后形成焊缝。mdash喷嘴mdash钨极mdash电弧mdash焊缝mdash工件mdash熔池mdash填充焊丝mdash惰性气体熔化极气体保护焊(GMAW)熔化极气体保护焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法简称气体保护焊。熔化极气体保护焊具有熔敷效率高、适用金属材料广泛、可进行全位置焊接、冶金反应简单和易于实现自动化等优点是现代焊接生产中应用非常广泛的焊接方法。保护气体有:惰性气体、氧化性混合气体(惰性气体中加入氧气、CO气等)、全CO气。mdash母材mdash电弧mdash导电嘴mdash焊丝mdash送丝轮mdash喷嘴mdash保护气体mdash熔池mdash焊缝金属氩弧焊特点:非熔化极(TIGGTAW)熔化极(MIG)手工半自动自动适于焊接各种钢材、有色金属及合金焊接质量优良便于实现全位置自动化焊接热量集中熔池较小焊接速度较快热影响区较小工件焊接变形较小电弧稳定飞溅小成形美观适于双面成形。氩气成本较昂贵氩弧焊的设备和控制系统比较复杂钨极氩弧焊的生产效率较低。CO气体保护焊(GMAW)CO气体混合气体(富氩)成本低效率高质量好操作性能好控制或操作不当时容易产生气孔。焊接设备比较复杂。二氧化碳气体保护焊在压力容器制造中可用于焊接低碳钢、低合金钢埋弧焊(SAW)埋弧自动焊(简称埋弧焊)是指以颗粒状焊剂作为保护介质电弧掩埋在焊剂层下进行焊接的一种熔化极电弧焊方法。在焊接时电弧的引燃、焊丝的送入、电弧沿焊接方向的移动及电弧的收弧等过程全部是由机械装置自动完成。埋弧自动焊是最早获得应用的机械化焊接方法。埋弧焊焊接过程焊剂由漏斗流出后均匀地堆敷在装配好的焊件上焊丝由送丝机构经送丝滚轮和导电嘴送入焊接电弧区焊接电源输出端分别接在导电嘴和焊件上。焊件焊剂焊剂漏斗焊丝送丝滚轮导电嘴焊缝渣壳埋弧自动焊的电弧是掩埋在固态颗粒状焊剂下面的。当焊丝和焊件之间引燃电弧时电弧热使焊件、焊丝和焊剂熔化形成金属熔池。部分蒸发的金属和焊剂燃烧所释放出的气体形成了一个气泡电弧就在这个气泡内燃烧气泡的上部被一层烧化了的焊剂熔渣所构成的外膜包围这层外膜很好地隔离了空气与电弧和熔池的接触并使有碍操作的弧光不再辐射出来。随着焊接电弧的移动熔池后方的金属冷却凝固形成焊缝液态熔渣随后也冷凝形成渣壳。焊剂焊丝电弧金属熔池熔渣工件焊缝渣壳埋弧自动焊(SAW)特点:生产率比手工电弧焊高~倍节省焊材自动操作使焊接规范参数稳定焊缝成分均匀外型光滑美观因而焊接质量良好、稳定设备比较复杂昂贵由于电弧不可见因而对接头加工与装配要求严格焊接位置受到一定限制一般在平焊位置焊接。电渣焊(ESW):用于大厚度件的纵缝立焊窄间隙焊(narrowgap):用于大厚度件的环缝焊接气电立焊(EGW):用于中厚板以上的纵缝立焊带极堆焊(BESW):用于表面耐蚀层堆焊等离子弧焊(PAW)、气焊(OFW)、螺柱焊(SW)和摩擦焊(FGW)。**

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