第四章金属连接成形ppt课件.ppt

第四章 金属连接成形,4.1 金属连接成形的基本原理4.2 焊接成形的方法及设备4.3 金属焊接结构工艺设计4.4 焊接成形新技术4.5 工程实例贮液器的生产过程本章小结思考题,4.1 金属连接成形的基本原理,4.1.1 金属连接概述4.1.2 焊接的定义及分类4.1.3 焊接成形的基本原理4.1.4 常用金属材料的焊接性能4.1.5 焊接缺陷与及其检验方法,在制造金属结构和机器过程中，经常要把两个或两个以上的构件组合起来，而构件之间的组合必须通过一定的连接方式，才能成为完整的产品。金属的连接有很多种方法，按拆卸时是否损坏被连接件可分为可拆连接和不可拆连接。,4.1.1 金属连接概述,可拆连接:不必损坏被连接件或起连接作用的连接件就可以完成拆卸，如键连接和螺栓连接，只需将键打出，或将螺母松开抽出螺栓，就可以完成拆卸。螺纹联接是应用最广泛的可拆连接。不可拆连接:必须损坏或损伤被连接件或起连接作用的连接件才能完成拆卸，如焊接和铆接。在钢结构中，常用连接方法主要有铆接、胶接、胀接、焊接、螺纹连接等。,4.1.1 金属连接概述,铆接的基本形式搭接是铆接结构中最简单的叠合方式，它是将板件边缘对搭在一起用铆钉加以固定连接的结构形式，如图4-1(a)所示。对接是将连接的板件置于同一个平面，上面覆盖有盖板，用盖板把板件铆接在一起。这种连接可分为单盖板式和双盖板式两种对接形式，如图4-1(b)所示。角接是互相垂直或组成一定角度板件的连接。这种连接要在角接处覆以搭叠零件一角钢。角接时，板件上的角钢接头有一侧或两侧两种形式，如图4-1(c)所示。,4.1.1 金属连接概述,4.1.1 金属连接概述,(a)搭接(b)对接(c)角接图4-1 铆接的基本形式,胶接胶接是借助于一层非金属的中间体材料，通过化学反应或物理凝固等作用，从而把两个物体紧密地接合在一起的连接方法，也是一种不可拆连接。作为中间连接体的材料称为胶粘剂。,4.1.1 金属连接概述,常见胶接基本形式,4.1.1 金属连接概述,胀接胀接是利用胀管器使管子产生塑性变形，同时管板孔壁产生弹性变形，利用管板孔壁的回弹对管子施加径向压力，使管子和管板变形达到密封和紧固的一种连接方法。进行胀接操作称为胀管，有专用的胀管器。,4.1.1 金属连接概述,4.1.1 金属连接概述,胀接的结构形式（a）光孔胀接（b）翻边胀接（c）开槽胀接,焊接：通过加热、加压或两者并用，用或不用填充材料，借助于金属原子的扩散和结合，使分离的材料牢固地连接在一起的加工方法。实质：利用加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间的扩散和结合，使分离的金属牢固地连接起来。,4.1.2 焊接的定义及分类,焊接的特点与铆接等其他加工方法相比，优点为：具有减轻结构重量，节省材料生产效率高，易实现机械化和自动化接头密封性好，力学性能高工作过程中无噪音等。不足：会引起焊接接头组织、性能的变化，同时焊件还会产生较大的应力和变形。,4.1.2 焊接的定义及分类,焊接分类熔焊:将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝实现连接的焊接方法。如焊条电弧焊、气焊等。压焊:必须对焊件施加压力（加热或不加热）以实现连接的焊接方法。如电阻焊等。钎焊:采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件接合处和钎料加热到高于钎料熔点但低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊接方法。,4.1.2 焊接的定义及分类,4.1.2 焊接的定义及分类,焊接的应用金属结构件建筑结构、自行车三角架、钢窗、锅炉、压力容器、管道、船舶、车辆等；机器部件重型机械的机架、底座、箱体、轴、齿轮、刀具等。,4.1.2 焊接的定义及分类,汽车一厂车身车间POLO底盘焊接,4.1.2 焊接的定义及分类,1熔焊的冶金原理熔焊三要素热源 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。填充金属 要保证焊缝填满并添加有益的合金元素，以达到力学性能等使用性能的要求，主要有焊芯和焊丝。,4.1.3 焊接成形的基本原理,对熔池的保护方式,4.1.3 焊接成形的基本原理,（a）渣保护（b）气保护（c)渣气保护,4.1.3 焊接成形的基本原理,2焊接接头的组织和性能 焊接热循环曲线 焊接时，热源沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热，故在焊接过程中，焊缝及其附近的母材经历了一个加热和冷却的过程。,焊接接头由焊缝、熔合区、热影响区三部分组成的。1-焊缝；2-熔合区；3-热影响区；4-母材,4.1.3 焊接成形的基本原理,焊缝 是指在焊接接头横截面上由熔池金属形成的区域。熔合区也称半熔化区，是指位于熔合线两侧的一个很窄的焊缝与热影响区的过渡区。热影响区 是指焊缝附近的母材因焊接热作用而发生组织或性能变化的区域。,4.1.3 焊接成形的基本原理,低碳钢的焊接接头,4.1.3 焊接成形的基本原理,3焊接应力和焊接变形焊接应力焊接时一般采用集中热源对焊件进行局部加热，因此，焊接过程中工件不均匀的加热和冷却以及存在刚性约束是产生焊接应力与变形的根本原因，焊后使焊缝及其附近区域的纵向受拉应力，远离焊缝区域受压应力。,4.1.3 焊接成形的基本原理,平板对接焊接应力的产生,4.1.3 焊接成形的基本原理,焊接变形常见焊接变形基本形式,4.1.3 焊接成形的基本原理,（a）收缩变(b)角变形(c)弯曲变形,(d)扭曲变形(e)波浪变形,减少焊接应力与变形的工艺措施 反变形法(a)焊前未反变形(b)焊前反变形,4.1.3 焊接成形的基本原理,(c)焊前预弯曲反变形(d）焊后,4.1.3 焊接成形的基本原理,刚性固定法,4.1.3 焊接成形的基本原理,(a)刚性固定(b)定位焊点固定焊件,加热减应区,4.1.3 焊接成形的基本原理,(a)焊前(b)焊后,合理选择焊接顺序,4.1.3 焊接成形的基本原理,常用焊接变形矫正方法,4.1.3 焊接成形的基本原理,(a)机械矫正(b)火焰矫正,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,1.金属材料的焊接性 金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式等条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面内容：接合性能：即在一定的焊接工艺条件下，形成焊接缺陷的敏感性。使用性能：即在一定的焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。,式中：C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量的百分数。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,钢焊接性的评定钢的焊接性取决于碳及合金元素的含量，其中碳含量影响最大。把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，用符号Ceq 或WCE表示，它可作为评定钢材焊接性的一种参考指标，计算公式：,当：WCE0.4%时，焊接性差，须焊前预热和严格的工艺措施。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,注意当量法估算是粗略的，因为钢材的焊接性还受结构刚度、焊后应力条件、环境温度等因数影响，实际工作中根据实际情况进行抗裂试验及焊接接头使用焊接性的试验。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,小型抗裂试验法 焊完后在室温下放置24小时，先检查焊缝及热影响区有无表面裂纹，再从垂直焊缝方向切取厚度为15mm的金相磨片两块，进行低倍放大检查是否存在内裂纹。可初步评定材料的焊接性。而后调整工艺(如预热、缓冷等)再焊接试板，直至不产生裂纹。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,2、常用金属材料的焊接低碳钢和低合金结构钢的焊接性能最好一般焊接结构都选用低碳钢和低合金结构钢）低碳钢的焊接 低碳钢的碳质量分数Wc025%，塑性好，焊接性优良。焊前一般不需预热，适应各种不同接头、不同位置、不同焊接方法和交直流弧焊机的焊接。）低合金高强度结构钢的焊接 强度级别较低的低合金高强度结构钢，当WCE04时，焊接性良好。当WCE04时，焊接性较差，焊前需预热；焊接时增大焊接电流，减慢焊接速度，选用低氢型焊条，减少冷裂纹；焊后应及时进行热处理，以消除应力。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,）奥氏体不锈钢的焊接 奥氏体不锈钢焊接性良好，一般采用快速焊，收弧时注意填满弧坑，焊接电流比焊低碳钢时要降低20左右。）有色金属的焊接 铝及铝合金的焊接 铝及铝合金的焊接性不良，易产生夹渣、气孔、烧穿、热裂纹等缺陷。须采取特殊工艺措施，才能保证焊接质量。常用的焊接方法有氛弧焊、气焊和焊条电弧焊等。铜及铜合金的焊接 钢及铜合金焊接性能较差，易产生未焊透、不熔合、夹渣、热裂、气孔、变形大等缺陷。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,）铸铁的焊接 铸铁合碳量高，杂质多，塑性差。焊接性较差。焊接只用来修补铸铁件缺陷和修理局部损坏的零件。补焊铸铁的常用方法是气焊和焊条电弧焊。铸铁补焊的主要问题是出现白口组织和裂纹。预防白口的措施是在焊条或焊丝中加人碳、硅等石墨化元素，使焊缝形成灰口组织；减慢冷却速度，条件允许时采用钎焊等。预防裂纹的措施是注意焊前预热和焊后缓冷，控制连续焊的焊缝长度；采用小电流、断续焊等方法。铸铁焊补时必开坡口，并清除坡口及附近的铸造缺陷及脏物。,铸铁的焊补方法热焊：铸件预热到600700进行焊接，焊后缓冷。焊接方法：气焊、手工电弧焊（铸铁焊条）特点：焊补质量好，成本高，劳动条件差，生产率低应用：中等厚度铸件及焊后要加工的复杂、重要的铸件,如：内燃机缸盖、气缸体、机床床身等。冷焊：铸件一般不预热或较低温度预热（预热在400以下）。特点：靠焊条来调整焊缝的化学成分，以防止白口组织和裂纹。应用：镍基焊条补焊质量好，成本高。用于重要铸铁件加工表面焊补；结构钢焊条焊补质量低，用于非加工表面，（采用小直径、小电流、短弧）。,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,影响焊接性的因素：金属材料本身性质焊接方法焊接材料焊接工艺,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,常用金属材料的焊接性,4.1.4 常用金属材料的焊接性能,4.1.5 焊接缺陷与及其检验方法,1焊接缺陷在焊接生产过程中，由于焊接结构设计、焊接工艺参数、焊前准备和操作方法等不当，往往会产生各种焊接缺陷。焊接接头的不完整性称焊接缺陷，常见焊接缺陷如图所示。,2焊接检验方法 外观检验 用以判断焊接接头的外表质量。密封性检验检查有无漏水、漏油和漏气等现象的试验。耐压检验 可以检查受压元件中焊接接头穿透性缺陷和结构的强度，并附有降低焊接应力的作用。,4.1.5 焊接缺陷与及其检验方法,渗透探伤 利用带有荧光染料或红色染料的渗透剂的渗透作用，显示缺陷痕迹的无损检验方法。磁粉探伤 只适用于磁性材料制作的薄壁工件和导管，能很好地发现表面裂纹、一定深度和一定大小的未焊透。超声波检验 可探测大厚度工件。射线探伤,4.1.5 焊接缺陷与及其检验方法,4.2 焊接成形的方法及设备,4.2.1 焊条电弧焊4.2.2 埋弧焊4.2.3 气体保护焊4.2.4 电渣焊4.2.5 电阻焊4.2.6 钎焊,利用电弧产生的热量来熔化焊条和部分工件，从而使两块金属连成一体的手工操作的焊接方法。设备简单，操作灵活方便，能够适应各种条件下的焊接，因此成为熔焊中应用最广泛的一种焊接方法。要求操作者技术水平较高，生产率较低，劳动条件较差。,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,焊条电弧焊的特点操作灵活，适应性强对焊接接头的装配要求低可焊金属材料种类多，常用于低碳钢、低合金结构钢的焊接焊接生产率低，劳动强度大焊接质量不稳,焊接电弧焊接电弧是指在焊条与焊件之间的气体介质中强烈而持久的放电现象。焊接电弧的产生过程。,4.2.1 焊条电弧焊,(a)接触(b)拉开(c）燃弧1-阴极区;2-弧柱区;3-阳极区,焊接电弧极性选择用直流电源焊接时，有正接和反接两种接线方法。用交流电源焊接时，不存在极性选择问题。,4.2.1 焊条电弧焊,(a)正接法(b)反接法图4-21 焊接电弧极性选择,选择极性时，主要根据焊条的性质与焊件的厚度、材质等因素综合考虑。正接时，可保证有较大的熔深。一般高熔点、厚度尺寸较大的工件焊接时采用正接法。反接时焊件的温度较低，适用于对薄板、有色金属、不锈钢及铸铁等进行焊接。用交流电源焊接时，不存在正、反接的极性选择问题。,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,焊接设备 焊条电弧焊的主要设备是弧焊机。,(a)可控硅直流弧焊（b）逆变式直流弧焊机,弧焊整流器的型号表示方法,4.2.1 焊条电弧焊,焊条焊条(welding electrode)是指涂有药皮供手弧焊用的熔化电极。它由焊芯和药皮两部分组成。焊条的规格一般指焊条直径和焊条长度。焊条直径是指焊芯的直径，目前常用焊条的直径有七种规格（1.68.0mm），焊条长度依据焊条直径、材质、药皮类型来确定。,4.2.1 焊条电弧焊,焊条药皮的作用提高焊接电弧的稳定性保护熔化金属不受外界空气的影响添加合金元素使焊缝获得所要求的性能 改善焊接工艺性能，提高焊接生产率,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,常用碳钢和低合金钢焊条规格,注：括号内数字为允许代用的直径。,焊芯的作用焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。在焊接过程中，焊芯的作用一是作为电极，传导焊接电流，产生电弧；一是作为填充金属，熔化后进入熔池与母材金属共同形成焊缝。焊芯的化学成分和杂质会直接影响焊缝质量。焊芯通常采用焊接专用钢丝（在埋弧焊和气体保护焊中使用的焊丝也是焊接专用钢丝），常用焊接钢丝的牌号和化学成分见表4-13。,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,表4-13 常见焊接用钢丝的牌号和化学成分,焊芯的牌号用“H+数字+化学元素符号+数字+字母”表示，可以理解为，焊芯牌号=H+钢的牌号。例如，H08Mn2A，H-焊接用钢丝，08-碳的质量分数约为0.08%，Mn2-锰的质量分数约为2%，Si-硅的质量分数小于1%，A-优质。国家标准（GB1300-77）规定的“焊接用钢丝”有44种，可分为碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢三大类，如H08、H08Mn为碳素结构钢焊丝，H10Mn2Si、H08CrMoA为合金结构钢焊丝，H1Cr13、H1Cr19Ni9为不锈钢焊丝。,4.2.1 焊条电弧焊,焊条的分类按焊条的用途不同，分类结果见表4-14。按熔渣性质不同，可分为酸性焊条和碱性焊条两大类，见表4-15。,4.2.1 焊条电弧焊,表4-14 焊条按用途分类一览表,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,表4-15 焊条按熔渣特性分类一览表,酸性焊条 具有良好的工艺性能，对弧长、铁锈不敏感，焊缝成形性好，脱渣性好，交直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧度不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故广泛用于一般结构件的焊接。碱性焊条 焊接工艺性能差、引弧困难、电弧稳定性差、飞溅较大、不易脱渣，要求采用直流焊接电源且必须采用短弧焊，焊接质量好，用于重要结构件及焊接性较差金属的焊接。焊接时产生的有毒烟尘较多，使用时应注意通风。,4.2.1 焊条电弧焊,焊条型号 一般由焊条类型代号、熔敷金属力学性能、药皮类型、焊接位置和焊接电流的分类代号组成。碳钢焊条划分为两个系列，即E43系列和E50系列。,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,焊条牌号 焊条行业统一的焊条代号。各种焊条牌号一般由相应的拼音字母代号（或汉字）与数字及特征符号组成。,4.2.1 焊条电弧焊,4.2.1 焊条电弧焊,表4-16 常用结构钢焊条牌号及用途,焊条的选用通常应遵按以下原则：等强度原则 等同性原则等条件原则现场协同原则 按上述原则确定焊条类型后，还应根据焊件厚度、焊缝位置等条件，选择焊条直径。通常情况下，焊件愈厚，焊条直径也愈大。,4.2.1 焊条电弧焊,焊条电弧焊的基本操作 引弧常用方法有敲击法和划擦法。,4.2.1 焊条电弧焊,(a)敲击法(b)划擦法,运条 在正常的焊接过程中，焊条有向下送进、向前移动和横向摆动三个基本运动。,4.2.1 焊条电弧焊,焊缝的连接焊缝的连接方式有四种。,4.2.1 焊条电弧焊,1-先焊焊缝;2-后焊焊缝,焊缝的收尾 常用的收尾方式有：划圈收尾法 后移收尾法 反复断弧法,4.2.1 焊条电弧焊,埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧自动焊是埋弧焊的一种自动化焊接方法。,4.2.2 埋弧焊,埋弧自动焊设备,4.2.2 埋弧焊,埋弧自动焊特点生产率高焊缝质量好成本低劳动条件好适应性差,4.2.2 埋弧焊,埋弧焊的应用 成批生产厚度为660mm焊件的长直焊缝和较大直径环缝(一般不小于250mm)的焊接。被广泛用于大型容器和钢结构焊接以及锅炉、容器、造船、桥梁等工业生产中。,4.2.2 埋弧焊,双面埋弧焊,HZ1000大口径埋弧焊接生产线,概念 利用外加气体作为保护介质并保护电弧和焊接区的一种电弧焊方法。常用气体保护焊方法氩弧焊二氧化碳气体保护焊,4.2.3 气体保护焊,4.2.3 气体保护焊,氩弧焊是氩气保护焊的简称，是用氩气作为保护气体的一种气体保护焊。,4.2.3 气体保护焊,常用氩弧焊机,氩弧焊的特点：机械保护效果好电弧稳定电弧可见电弧热量集中成本较高。对除油、去锈、去水等准备工作要求严格,4.2.3 气体保护焊,氩弧焊应用几乎可以用于所有的钢材、有色金属及其合金。氩弧焊多用来焊接化学性质活泼的金属及其合金(如铝、镁、钛及其合金等)以及不锈钢、耐热钢、低合金钢，也可用来焊接稀有金属(如锆、钼、钽等)。,4.2.3 气体保护焊,二氧化碳气体保护焊是利用二氧化碳气体作为保护气体，以焊丝作电极，以自动或半自动方式进行焊接的一种气体保护焊。,4.2.3 气体保护焊,二氧化碳保护焊机,4.2.3 气体保护焊,CO2气体保护焊的特点 生产率高 焊接质量较高成本低操作简便设备复杂，使用和维修不便不能焊接容易氧化的有色金属,4.2.3 气体保护焊,CO2气体保护焊应用主要用于焊接低碳钢及强度等级不高的低合金钢等黑色金属。还可以用于耐磨零件的堆焊、铸钢件的焊补以及电铆焊等。目前CO2气体保护焊在汽车、船舶、管道、建筑结构、机车和车辆制造、化工机械、农业机械、矿山机械、电站设备等部门得到了广泛的应用。,4.2.3 气体保护焊,4.2.4 电渣焊,电渣焊是利用电流通过液态熔渣所产生的电阻加热熔化母材与电极（填充金属）而进行焊接的方法。一般都是在直立位置焊接。,电渣焊特点：适合焊接厚件，生产率高，成本低焊缝金属比较纯净焊接接头组织粗大，焊后要进行正火处理。广泛应用在重型机械制造业中，特别适用于板厚40mm以上（40450mm）大厚度结构件的焊接，主要用于厚壁压力容器纵缝的焊接和大型的铸-焊、锻焊或厚板拼焊结构的制造，如大吨位的压力机和重型机床的机座、水轮机转子和轴、高压锅炉等。,4.2.4 电渣焊,4.2.5 电阻焊,电阻焊（resistance welding）又称接触焊。是利用焊件接触面的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，在压力下形成接头的焊接方法。电阻焊分为：点焊、缝焊、对焊。,电阻焊特点与其它焊接方法相比，电阻焊生产率高，焊件变形小，不需要填充金属，劳动条件较好，操作简单，易实现机械化和自动化。但设备较复杂，耗电量大，对焊件厚度、截面形状和接头形式有一定限制，一般适于成批大量生产，在自动化生产线上应用较多，甚至采用机器人。,4.2.5 电阻焊,电阻焊应用主要用于低碳钢、不锈钢等材料的焊接，其中点焊主要用于厚度在4mm以下薄板的焊接；缝焊主要用于厚度在3mm以下薄板的焊接；对焊主要用于截面形状简单、直径或边长小于20mm的焊件之间或不同类的金属与合金的对接。,4.2.5 电阻焊,4.2.6 钎焊,钎焊是利用熔点比母材（base metal）低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。,钎焊机,钎焊接头为搭接接头。,4.2.6 钎焊,钎焊分类按钎料熔点的不同可分为硬钎焊和软钎焊两种。软钎焊(soldering)接头强度低(60140MPa)，工作温度低（100以下），主要用于电子线路的焊接。硬钎焊(brazing)接头强度较高(200MPa)，工作温度也较高，主要用于受力较大的钢铁及铜合金机件、工具等，如钎焊自行车车架、切削刀具等。按加热方法不同钎焊又可分为炉中钎焊、感应钎焊、火焰钎焊、盐浴钎焊和烙铁钎焊等。,4.2.6 钎焊,钎焊特点与熔焊相比具有如下特点：加热温度低，接头组织与性能变化小，焊件变形也较小，接头光滑平整，外形美观，易保证焊件尺寸，可焊接同种金属也可焊接异种金属，设备简单，易于实现自动化。但接头强度较低，耐热温度不高，焊前对焊件清洗和装配要求较严，不适于焊接大型结构件。主要用于精密仪表、电气零部件、异种金属构件、复杂薄板构件及硬质合金刀具的焊接。,4.2.6 钎焊,4.3 金属焊接结构工艺设计,4.3.1 焊接结构材料的选择4.3.2 焊缝布置4.3.3 焊接接头的工艺设计4.3.4 焊接工艺参数的选择4.3.5 焊接方法的选择4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,4.3.1 焊接结构材料的选择,在满足使用性能要求的前提下应尽量选用焊接性好的材料来制作焊接结构。低碳钢和含碳量小于0.4的低合金钢 设计中应尽量选用；强度级别较低的低合金结构钢，焊接性能与低碳钢基本相同，而强度明显提高，应优先选用。镇静钢脱氧完全，组织致密，质量较高，可选作重要的焊接结构。,异种金属焊接时，必须特别注意它们的焊接性及其差异。一般要求接头强度不低于被焊钢材中的强度较低者。设计焊接结构时多用型材，以降低重量，减少焊缝，简化工艺。还可以选用铸钢件、锻件或冲压件来焊接。,4.3.1 焊接结构材料的选择,部分金属材料的焊接性,4.3.1 焊接结构材料的选择,焊缝布置应尽量分散。两条焊缝的间距一般要求大于三倍板厚。,4.3.2 焊缝布置,焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,4.3.2 焊缝布置,焊缝的位置应尽可能对称布置。焊后不会发生明显的变形。,4.3.2 焊缝布置,焊缝应尽量避开机械加工面,4.3.2 焊缝布置,应尽量减少焊缝的数量,4.3.2 焊缝布置,焊缝位置应便于操作,4.3.2 焊缝布置,4.3.2 焊缝布置,4.3.2 焊缝布置,此外，焊缝应尽量放在平焊位置，尽可能避免仰焊焊缝，减少横焊焊缝，尽量使全部焊接部件，至少是主要部件能在焊接前一次装配点固。,对接接头,搭接接头,角接接头,T字接头,4.3.3 焊接接头的工艺设计,接头形式,接头形式的选择与设计,4.3.3 焊接接头的工艺设计,接头形式的选择与设计,4.3.3 焊接接头的工艺设计,接头形式的选择与设计,4.3.3 焊接接头的工艺设计,接头形式的选择与设计,4.3.3 焊接接头的工艺设计,坡口形式坡口的基本形式和尺寸按GB/T3375-94规定，有I形坡口、V形坡口、双V形坡口、U形坡口,4.3.3 焊接接头的工艺设计,I形坡口,4.3.3 焊接接头的工艺设计,V形坡口是最常用的坡口形式，这种坡口便于加工，焊接时为单面焊，不用翻转焊件，但焊后焊件容易产生角变形。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,X形坡口在V形坡口基础上发展起来的。采用X形坡口后，在同样厚度下，能减少焊缝金属量约12，并且是对称焊接，所以焊后焊件的残余变形较小，但缺点是焊接时需要翻转焊件。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,U形坡口在焊件厚度相同的条件下U形坡口的空间面积比V形坡口小得多，所以当焊件厚度较大，只能单面焊接时，为提高生产率，可采用U形坡口，但这种坡口由于根部有圆弧，加工比较复杂，特别是在圆筒形焊件的筒壳上加工更加困难。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,焊接位置 焊接位置是指焊接过程中施焊时焊缝在空间的位置，基本分为四种，即平焊、横焊、立焊和仰焊位置，如图所示。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,平焊在水平面上任何方向进行焊接的一种操作方法，由于焊缝处在水平位置，熔滴主要靠自重过渡，操作技术比较容易掌握，可以选用较大直径焊条和较大焊接电流，生产效率高，因此在生产中应用较为普遍。如果焊接工艺参数选择和操作不当，打底时容易造成根部焊瘤或未焊透，也容易出现熔渣与熔化金属混杂不清或熔渣超前而引起的夹渣。常用平焊有对接平焊、T形接头平焊和搭接接头平焊。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,立焊在垂直方向进行焊接的一种操作方法，由于受重力作用，焊条熔化所形成的熔滴及熔池中的金属要下淌，造成焊缝成形困难，质量受影响。立焊时选用的焊条直径和焊接电流均应小于平焊，并采用短弧焊接。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,横焊在垂直面上焊接水平焊缝的一种操作方法，由于熔化金属受重力作用，容易下淌而产生各种缺陷。应采用短弧焊接，并选用较小直径焊条和较小焊接电流以及适当的运条方法。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,仰焊焊缝位于燃烧电弧的上方，焊工在仰视位置进行焊接，仰焊劳动强度大，是最难焊的一种焊接位置。由于仰焊时，熔化金属在重力作用下较易下晌，熔池形状和大小不易控制，容易出现夹渣、未焊透、凹陷现象，运条困难，表面不易焊得平整。焊接时，必须正确选用焊条直径和焊接电流，以便减少熔池的面积；尽量使用厚药皮焊条和维持最短的电弧，有利于熔滴在很短时间内过渡到熔池中，促使焊缝成形。,4.3.3 焊接接头的工艺设计,4.3.4 焊接工艺参数的选择,焊接时，影响焊接质量与生产效率的工艺参数，称为焊条电弧焊焊接工艺参数，也称焊接规范。焊条电弧焊的工艺参数主要包括:焊接电源;焊条直径;焊接电流;电弧电压;焊接速度等。,焊接电源的选择用交流电源焊接时，电弧稳定性差。采用直流电源焊接时，电弧稳定、飞溅少，但电弧偏吹较严重。使用酸性焊条焊接时，可以选用交流弧焊电源或直流弧焊电源；使用碱性焊条焊接时，因为碱性（低氢型）焊条稳弧性差，通常必须采用直流弧焊电源，一般要反接（因为反接的电弧比正接稳定）。焊接薄板时，焊接电流小，电弧不稳，因此焊接薄板时，不论用碱性焊条还是用酸性焊条，都选用直流反接。,4.3.4 焊接工艺参数的选择,电容储能式焊接电源,焊条直径的选择焊条直径的选择主要考虑焊件的厚度、接头的形式、焊接位置和焊接层数等因素。立，横、仰焊的焊接位置应选用细焊条(4mm)；V形坡口多层焊时，首层应选用细焊条，其后各层应用粗焊条。T形接、搭接和角接接头焊时应选用粗焊条。另外，工件厚度越大，焊条直径应越粗。,4.3.4 焊接工艺参数的选择,4.3.4 焊接工艺参数的选择,焊条直径与焊件厚度之间关系,焊接电流的选择焊接电流的选择时，一般首先考虑焊条直径按经验公式进行计算，然后考虑焊件厚度、焊接位置、接头形式、母材金属等具体因素加以修正。经验公式为：IKd,4.3.4 焊接工艺参数的选择,4.3.4 焊接工艺参数的选择,焊接电流与焊条直径的关系,焊接速度的选择焊接速度由焊工根据工件厚度、材质来掌握。在保证焊缝质量的基础上采用较大的焊条直径和焊接电流，同时根据具体情况适当加快焊接速度，以提高焊接生产率。,4.3.4 焊接工艺参数的选择,焊条倾角的选择,4.3.4 焊接工艺参数的选择,(a)平焊(b)横焊,(c)立焊(d)仰焊,电弧电压的控制焊条电弧焊的电压主要由电弧长度来决定。电弧越长，电弧电压越高；反之，越低。在焊接过程中，应尽量使用短弧焊接。立焊、仰焊时弧长应比平焊更短些，以利于熔滴过渡，防止熔化金属下滴。碱性焊条焊接时应比酸性焊条弧长短些，以利于电弧的稳定和防止气孔产生。,4.3.4 焊接工艺参数的选择,4.3.5 焊接方法的选择,焊接方法的选用应根据各种焊接方法的特点和焊接结构制作要求，综合考虑其焊接质量、经济性和工艺可行性选用时应考虑以下几个方面：接头质量和性能符合结构要求。要考虑经济性，生产率高成本低。工艺性,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,焊接材料焊条焊接低碳钢时，大多使用E43系列的焊条，在力学性能上正好与低碳钢相匹配。这一系列焊条有多种型号，可根据具体母材牌号、受载情况等加以选用。,常用典型低碳钢焊接焊条选用表,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,埋弧焊焊丝与焊剂低碳钢埋弧焊一般选用实芯焊丝H08A或H08MnA，它们与高锰高硅低氟熔炼焊剂HJ430、HJ431、HJ433、HJ434配合使用。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,二氧化碳气体保护焊焊丝焊接碳钢用气体保护焊焊丝已制定新的国家标准GB/T8110-1995气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝，标准内容等效采用美国AMS气体保护焊焊丝标准。碳钢气体保护焊焊丝型号为ER49-1、ER50-2至ER50-7。焊丝商品牌号为MG49-1、MG50-3至MG50-6等。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,氩弧焊用焊丝要尽量选用专用焊丝，以减少主要化学成分的变化，保证焊缝一定的力学性能和熔池液态金属的流动性，从而获得良好的焊缝成形，避免产生气孔、裂纹等缺陷。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,焊接方法的选择低碳钢由于具有良好的焊接性，几乎所有的焊接方法均可选用。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,常见缺陷及防止措施若操作技术不良或焊条、焊接参数选择不当，可能出现各种缺陷。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,低碳钢焊条电弧焊时常见缺陷、产生的主要原因及防止措施,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,结构名称：液化气钢瓶组 成：瓶体、瓶嘴材 料：20钢（或16Mn）壁 厚：3mm生产类型：大量生产设计要点：瓶体要耐压，必须绝对安全。材料的焊接性不存在问题。关键技术是结构的成形和焊接。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,典型工艺设计实例,1、确定焊缝位置,a)焊缝多，工作量大，轴向焊缝处于拉应力最高位置b)合理,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,瓶体与瓶嘴的焊缝：角焊缝（不开坡口）瓶体主环缝：衬环对接或缩口对接（V型坡口）,2、焊接接头设计,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,瓶体环缝：埋弧自动焊（生产率高、焊接质量稳定）焊接材料采用H08A、H08MnA,配合HJ431瓶嘴焊缝：手工电弧焊焊条采用E4303(20钢)，E5015(16Mn),3、焊接方法和焊接材料的选择,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,落料 拉深 再结晶退火 冲孔 除锈 装焊衬环、瓶嘴 装配上、下封头 焊主环缝 正火 水压试验 气密试验,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,4、主要工艺过程,5、瓶体焊接结构工艺图,焊接结构工艺图内容：构成件的形状及其相互关系；各构成件的装配尺寸及板厚、型材规格；焊缝的符号和尺寸；焊接工艺的要求。,4.3.6 低碳钢的焊接工艺方案,4.4 焊接成形新技术,4.4.1 高能束焊接方法的应用4.4.2 特种焊接方法简介,4.4.1 高能束焊接方法的应用,高能束焊通常指功率密度达到105W/cm2以上的焊接方法，其束流由电子、光子、离子或二种以上的粒子组合而成，属于此类高功率密度的热源有等离子弧、电子束、激光束以及复合热源如激光束+电弧等。主要介绍等离子弧焊、电子束焊和激光焊三种方法。,等离子弧焊般的焊接电弧，未受到外界约束，称为自由电弧。如果利用某些装置使自由电弧的弧柱受到压缩，这样就会使弧柱气体完全电离，产生比自由电弧温度高的等离子电弧。等离子弧焊是利用高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。,4.4.1 高能束焊接方法的应用,电子束焊电子束焊是把高速运动的电子流会聚成束，轰击焊件接缝处，把机械能转变为热能，使被焊金属熔化形成焊缝的一种熔化焊方法。,4.4.1 高能束焊接方法的应用,激光焊激光焊就是利用激光器产生的高能量密度的激光束轰击焊件所产生的热量作为热源的一种熔焊方法，,4.4.1 高能束焊接方法的应用,4.4.2 特种焊接方法简介,摩擦焊摩擦焊是在压力作用下，通过待焊界面的摩擦使界面及其附近温度升高，使端面加热到塑性状态，然后迅速加压而实现连接的一种压焊方法。,4.4.2 特种焊接方法简介,摩擦焊示意图,摩擦焊技术的主要优点：接头质量好且稳定 效率高 节能、节材、低耗 焊接性好环保，无污染焊接件结构有限制焊接设备贵,4.4.2 特种焊接方法简介,超声波焊接超声波焊接是指利用超声波的高频振荡能对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压焊方法。超声波焊也是一种以机械能为能源的固相焊接方法。,4.4.2 特种焊接方法简介,超声波焊可以焊接一般焊接方法难以或无法焊接的焊件和材料，如铝、铜、镍、钼、金、银等薄件。可用于大多数金属材料之间的焊接，能实现金属、异种金属及金属与非金属间的焊接。目前超声波焊广泛应用于无线电、仪表、精密机械及航空工业等部门。,4.4.2 特种焊接方法简介,扩散焊扩散焊一般是以间接热能为能源，将工件在高温下加压，但不产生可见变形和相对移动的固相焊接方法。通常是在真空或保护气氛下进行。,4.4.2 特种焊接方法简介,扩散焊的特点焊前不仅需要清洗工件表面的氧化物等杂质，而且表面粗糙度要低于一定值才能保证焊接质量。扩散焊可以焊接复杂的结构及厚度相差很大的工件。扩散焊接头质量高，焊件变形小，力学性能很好。扩散焊的应用可以焊接很多同样和异种金属材料，特别是不适于熔焊的材料还可用于金属与非金属间的焊接，能用小件拼成力学性能均一和形状复杂的大件，以代替整体锻造和机械加工。可以制造多层复合材料，如弥散强化的高温合金、纤维强化的硼-铝复合材料等。,4.4.2 特种焊接方法简介,爆炸焊爆炸焊是指利用炸药爆炸产生的冲击力造成焊件迅速碰撞，实现焊接的一种压焊方法。任何具有足够强度和塑性并能承受工艺过程所要求的快速变形的金属，均可以进行爆炸焊。爆炸焊的质量较高、工艺操作比较简单，适合于一些工程结构件的焊接，如螺纹钢的对接、钢轨对接等。,4.4.2 特种焊接方法简介,爆炸焊连接,国外已用爆炸方法复合了近300种复合板材，如美国“阿波罗”登月宇宙飞船的燃料箱用钛板制成，它与不锈钢管的联结采用了爆炸焊方法；日本利用爆炸焊方法维修舰船，给磨损的水下机件重新加上不锈钢。,4.4.2 特种焊接方法简介,4.5 工程实例贮液器的生产过程,ZA系列贮液器,主要工序：下料筒体冷卷成形 筒体对装、焊接 无损检测 筒体号孔 组装封头焊接 总成组装 压力试验 喷漆、铭牌,4.5 工程实例贮液器的生产过程,本章小结,根据工艺特点不同，焊接分为熔焊、压焊和钎焊三大类。焊接热源可以是电弧、电阻热、激光、火焰等，而焊接电弧是各种电弧焊方法的热源。焊接结构的常用接头形式有对接、搭接、角接和T形接头，常用坡口形式是I型、V型、Y型和U型，应该根据焊接结构的具体要求，合理选择接头和坡口形式、焊接位置等。,材料的焊接性能的影响因素很多，其中材料的化学成分、结构的刚性、焊接方法、焊接材料、焊接工艺等影响较大，低碳钢、低合金结构钢几乎可以采用各种焊接方法获得优质焊接接头；焊条电弧焊也因其操作简便、工艺灵活、适应性强获得了广泛的应用。焊接应力与变形以及焊接缺陷都会直接影响焊接结构的使用性能和寿命，要采取合理措施，在结构和工艺设计以及实施焊接操作中将其降低到最低限度。焊件的结构工艺性设计应保证满足使用性能要求，具有良好的工艺性能并兼顾经济性的一般原则，同时要做到一般原则与灵活应用相结合。,本章小结,思考题,4.1 什么是焊接？焊接与其他连接方法相比其优越性表现在哪些方面？4.2 焊接方法是怎样分类的？熔焊、压焊、钎焊各有什么特点？4.3 熔焊时保护方法有哪几种？主要应用在哪些焊接方法中？4.4 焊条电弧焊的主要设备是指什么？如何分类的？各有什么特点？4.5 有两个焊件，分别是由低碳钢、铝合金焊接而成.现采用焊条电弧焊方法进行焊接，试为它们选择焊接电源的接线方法。,4.6 焊接接头由哪几部分组成？各部分的组织和性能如何？4.7 焊接应力和变形产生的主要原因是什么？从哪几方面进行预防？4.8 金属材料的焊接性能如何评定？其影响因素是什么？4.9 常见的焊接缺陷主要有哪些？如何防止？4.10 焊接检验包括哪几方面？常用方法有哪些？适用条件是什么？4.11 焊条电弧焊的焊接材料指的是什么？可以分为几大类？其型号和牌号如何表示？如何选用？,思考题,4.12 焊条电弧焊的工艺参数包括什么内容？如何正确选择？4.13 焊条电弧焊的基本操作包括什么具体内容？如何操作？4.14 埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、钎焊、电阻焊与焊条电弧焊相比有何优点？应用在哪些场合？4.15