金属材料成形基础 第四篇

第四章概

焊述

接

一、金属焊接成形用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结 合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。

二、焊接成形的分类1.熔化焊： 电弧焊(手工电弧焊、埋弧自动焊、气 体保护焊)、电渣焊、电子束焊、激光 焊、等离子弧焊等 2.压力焊： 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、 爆炸焊、高频焊、扩散焊等 3.钎焊： 软钎焊、硬钎焊

三、焊接成形的特点1.接头 牢固、封性好。 2.可化大为小、以小拼大。 3.可实现异种金属的连接。 4.重量轻、加工装配简单。 5.焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。

第一节 金属焊接成形工艺原理§1-1 焊条(手工)电弧焊的焊接过程

一、手工电弧焊的特点1 . 设备简单、应用灵活方便。 2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。

二、手工电弧焊焊接过程①引弧 ② 形成熔池 ③形成焊缝

三、焊接电弧1 . 焊接电弧的概念

在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。 具备两个条件 接触电阻：R 短路电流：I d 使气体电离 阴极发射电子 电阻热：Q=I2Rt

-

焊条

焊接电弧 工件

d

+

E=V/d 热电离 碰撞电离 焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带电粒子产生、

运动、复合、产生的动态平衡过程。

2 . 电弧的构造及热量分布 2400k 36% 阴极区： 2600k 42% 阳极区：

5000~8000k 21% 弧柱区：3 . 电弧的极性 直流电源正接极： 工件—正极(阳极);焊条—负极(阴极)。 直流电源反接极： 工件—负极(阴极);焊条—正极(阳极)。

用于薄板金属的焊接

§1-21 . 熔池温度

焊接冶金过程与电焊条焊接钢材时，熔池温度在 16 00℃以上

一、熔焊冶金过程特点使金属元素强烈蒸发、烧损。 2 . 反应过程短 熔池金属冷却快，处于液态的时间短 10s 化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。 3 .冶金条件差 空气、铁锈、油污等对焊缝的影响严重 1) O2 :O2 C+[O] Mn+ [O] [O] CO MnO Fe+ [O] Si+ [O] FeO SiO2

氧化的结果 2)N2 : Fe+[N] 3)H2 : N2

①合金元素被烧损； ②焊缝产生夹渣的缺陷； ③形成CO气孔。 [N] Fe4N、 Fe2N [H] 氢脆 使接头的塑性、韧性下降。

H2 氢气孔

二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施1. 对焊接区域采取保护措施 — 减少有害气体进入熔池； 2. 对熔池进行冶金处理 — 渗入合金元素、清 除 已进入熔池的有害元素。

三、电焊条1. 电焊条的组成及作用 焊缝的填充材料 — 填充焊缝 焊条芯 电极传导电流 — 导电 电焊条 机械保护的作用 药皮

焊条芯

药皮

冶金的作用 稳定电弧的作用

① 氧化钛型；②氧化

钛钙型； ③钛钙型；④氧化铁型；⑤高纤维素型； ⑥低氢钾型；⑦低氢钠型； ⑧石墨型；⑨盐基型。

2. 电焊条的分类 结构钢焊条—J; 钼和铬耐热钢焊条—R; 低温钢焊条—W; 不锈钢焊条—A; 堆焊焊条—D; 铸铁焊条—Z; 镍及镍合金焊条—Ni ; 铜及铜合金焊条—T;

铝及铝合金焊条—L;全位置焊接

特殊用途焊条—TSJ422药皮种类(钙钛型) 抗拉强度 结构钢焊条

E 5 0 15药皮种类(低氢型)和电流种类 抗拉强度 结构钢焊条

在熔渣中以酸性氧化物为主 酸性焊条： (TiO2、SiO2、Fe2O3)

在熔渣中以碱性氧化物为主 碱性焊条：(K2O、Na2O、CaO、MnO)

三、电焊条的选用1.等强度原则—根据被焊工件的强度选用 2.等化学成分原则—根据被焊工件的化学成分选用 3. 根据被焊工件工作条件和结构选用 4. 低成本原则

§1-3

焊接接头金属的组织与性能

一、 焊接热循环 二、 焊接接头金属组织与性能的变化焊缝区 焊接接头 焊接热影响区 1) 焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的 铸态组织。 2) 焊接热影响区 焊缝两侧的母材，由于焊 接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。

① 熔合区 是焊缝和母材金属的交界区。 (0.1-1mm) 加热温度： T液~T固 强度、塑性、韧性极差，是 裂纹和局部脆断的发源地。 ② 过热区 在热影响区内具有过热组 织或晶粒显著粗大的区域。 (1-3mm) 加热温度： T固~1100 ℃ 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。

③ 正火区 在热影响区内相当于受到正火处理的区域。(1.2-4mm) 加热温度： 1100 ℃~AC3 力学性能优于母材。 ④ 部分相变区 在热影响区内发生部分相变的区域。 加热温度： AC3~AC1 力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域： 熔合区和过热区

三、影响焊接接头性能的因素1. 焊剂与焊芯； 2. 焊接方法 — 采用先进的焊接方法； 3. 焊接参数 — 小电流、快速焊接； 4. 熔合比(sm/(sm+st)) — 小； 5. 焊后热处理—正火

§1-4 焊接应力与变形

一、焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的根本原因是： 焊件(工件)在焊接过程中受到局部加热和快速冷却。

Ⅰ Ⅱ L0

焊接应力状态： 焊缝区域—拉应力 两侧冷金属—压应力 焊件整体缩短 焊接变形： L

二、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 . 波浪形变形