第二节焊接方法及工艺课件.ppt

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1、第 页,1,2023年3月28日星期二,一、焊条电弧焊,第二节 焊接方法及工艺,二、埋弧焊,三、气体保护焊,四、等离子弧焊与切割,五、电渣焊,六、激光焊,七、电阻焊,八、摩擦焊,九、钎焊,十、真空电子束焊接,第 页,2,2023年3月28日星期二,1）电焊条的组成及作用,一、焊条电弧焊(SMAW)1.电焊条（welding rod）,第二节 焊接方法及工艺,电焊条,第 页,3,2023年3月28日星期二,（1）导电；,（2）作为焊缝的填充金属,（1）稳弧；,（2）保护焊接区；（造气、造渣）,（3）冶金处理；（渗加合金元素、脱氧脱硫）,焊芯的作用,药皮的作用,a)光焊丝焊接的焊缝,b)带药皮焊条

2、焊接的焊缝,牌号：H08，H08A，H08MnA,第 页,4,2023年3月28日星期二,十大类：结构钢焊条；（J）钼及铬钼耐热钢焊条；（R）低温钢焊条；（W）不锈钢焊条；（G，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）特殊用途焊条；（TS）,2）电焊条的种类及牌号,第 页,5,2023年3月28日星期二,焊条型号与牌号,E,表示熔敷金属抗拉强度MPa的最小值,表示焊条药皮类型及采用的电源类型,表示焊条适用的焊条位置,焊条型号是国家标准中的焊条代号（GB/T 5117-1995),焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号,如E4303、E5

3、015,第 页,6,2023年3月28日星期二,具体牌号表示：,如“J”，表示结构钢焊条；“A”：表示铬镍不锈钢焊条,“2”表示“钛钙型药皮，交直流两用”,“7”表示“低氢型药皮，直流电源”,“J422”表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度420MPa，钛钙型药皮，交直流两用,“J507”表示结构钢焊条，焊缝抗拉强度500MPa，低氢型药皮，直流电源,两种常用焊条：,第 页,7,2023年3月28日星期二,3）酸性焊条与碱性焊条的特点,酸性焊条工艺性能较好，但焊缝性能较差，可适用各种电源，适合于一般结构的焊接；碱性焊条工艺性能较差，但焊缝性能较好，对锈、油、水敏感性大，易出气孔。一般用直流电源，适用于

4、重要的结构。,熔渣以酸性氧化物为主（如SiO2、TiO2、Fe2O3）的焊条叫酸性焊条；熔渣以碱性氧化物为主（如CaO、FeO、MnO、Na2O）的焊条叫碱性焊条；,第 页,8,2023年3月28日星期二,酸性焊条与碱性焊条的特点比较,酸性焊条 碱性焊条,熔渣呈酸性,熔渣呈碱性,保护气体是H2与CO，H2占50%左右,保护气体是CO与CO2，H 2 5%,电弧稳定，交直流两用,药皮中氟化物恶化电弧稳定性，需用直流焊接；药皮中增加稳弧剂后，方可交直两用,焊接电流大，焊缝成型好,焊接电流小，焊缝成型差,对水锈产生气孔的敏感性不大，焊条焊前一般不需烘干,对水锈产生气孔的敏感性较大，焊条在焊前应经烘干

5、，而后放保温筒中保存使用,焊接时烟尘较少,焊接时烟尘稍多，产生HF有毒气体,药皮氧化性强，易烧蚀有用合金,药皮成分有还原性，合金烧蚀少，,脱硫脱磷能力差，抗裂性差,有较多的CaO，脱硫脱磷能力强，抗裂性好,焊缝中含氢量高，易生“白点”降低塑性,焊缝含氢量低,焊缝冲击性能一般,焊缝冲击性能（尤其是低温冲击性能）较高,工艺性能较好,工艺性能较差,焊接质量较好,焊接质量较差,用于一般钢结构,用于重要结构,第 页,9,2023年3月28日星期二,4）电焊条选用原则,（1）等强度原则,焊缝强度=母材强度,根据钢材强度等级选焊条,注意：钢材强度等级与焊条等级含义不同,Q235,J 422,屈服强度235M

6、Pa,抗拉强度420MPa,选“J300”？,完全错误,正确选择：查出材料抗拉强度，再选焊条,（2）等成分原则 对特殊用钢（不锈钢、耐热钢等）应使焊缝金属主要合金成分与母材相同。,第 页,10,2023年3月28日星期二,（3）抗裂性要求 对于焊接或使用中容易产生裂纹的结构，选用碱性焊条（4）抗气孔要求 对于难以焊前清理，容易产生气孔的焊接，选用酸性焊条（5）低成本要求 在酸性、碱性焊条都能满足要求时，一般选用酸性焊条。,酸性焊条与碱性焊条的选用原则,质量要求高，选碱性,质量要求一般，选酸性,第 页,11,2023年3月28日星期二,例1：某构件受力一般，用Q235（抗拉强度400MPa）焊接

7、而成，在下列焊条中选用哪一种？,例2：某构件受力较复杂，用Q235（抗拉强度400MPa）焊接而成，在下列焊条中选用哪一种？,例3：某构件受力一般，用09Mn2（抗拉强度450MPa）焊接而成，在下列焊条中选用哪一种？,例4：某构件受力复杂，用09Mn2（抗拉强度450MPa）焊接而成，在下列焊条中选用哪一种？,J422,J427,J502,J507,J427,J422,J507,J502,J507,J502,J422,J422,J427,J427,J502,J507,第 页,12,2023年3月28日星期二,两种钢焊接，按强度低的选焊条。,J422,J502,铸钢焊接，一般应选碱性焊条。,J

8、507,J502,例 Q235与16Mn的焊接。,特殊性能钢材的焊接，选专用焊条。,例 不锈钢的焊接。,另外：,第 页,13,2023年3月28日星期二,2.焊条电弧焊工艺,（1）接头形式与坡口,卷边对接焊缝（喇叭型）,1,13,平对焊缝（I 形焊缝）,2,38,V形焊缝,3,326,对接接头,焊接接头,第 页,14,2023年3月28日星期二,序号,示意图,适用板厚,焊缝名称,4,单边V形焊缝,5,6,2060,2060,326,U形焊缝,单边U形焊缝（J型焊缝）,对接接头,第 页,15,2023年3月28日星期二,序号,示意图,适用板厚,焊缝名称,7,X形焊缝,8,9,12,4060,12

9、60,双U形焊缝,K形焊缝,对接接头,第 页,16,2023年3月28日星期二,填角焊,开槽焊,塞焊,开槽焊,搭接接头,第 页,17,2023年3月28日星期二,填角焊,双面开坡口,单面开坡口,注意：使用中尽量避免单面角焊缝,T形接头,第 页,18,2023年3月28日星期二,角接头,第 页,19,2023年3月28日星期二,（2）焊缝的空间位置,（a）平焊,（b）立焊,（c）横焊,（d）仰焊,第 页,20,2023年3月28日星期二,（3）焊条电弧焊的焊接参数 焊条直径；焊接电流；电弧长度；焊接速度等,2.焊条电弧焊工艺,a）焊条直径主要根据工件厚度来选择。,b）电流过小，易造成焊缝夹渣，焊

10、不透等缺陷；电流过大，易造成焊缝咬边、烧穿等缺陷。,c）焊接速度过快，易造成未焊透、夹渣等缺陷；焊接速度过慢，热影响区加宽，变形加大,d）电弧长度在焊接过程中尽量保持一致。电弧过长，则电弧燃烧不稳定，减小熔深，增加飞溅，空气易侵入。,第 页,21,2023年3月28日星期二,二、埋弧焊(submerged arc welding),埋弧焊时，采用不切断的盘状焊丝，配用一种颗粒状的焊剂，以代替手弧焊时的焊条。焊接过程中，焊剂不断撒在焊件接缝上及其近旁地区。焊丝末端伸入焊剂内并与焊件之间产生电弧。由于电弧被焊剂层所覆盖，焊工看不到电弧，故称埋弧焊，即电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊。埋弧焊时，全部焊接操

11、作包括引弧、焊丝下送和弧长调节、焊丝前移以及焊缝收尾等全部由机械来完成的称自动埋弧焊(automatic submerged arc welding)。若引弧和焊丝送进由机械来完成，而电弧操纵由手工完成的称半自动埋弧焊(semi-automatic submerged arc welding)。,第 页,22,2023年3月28日星期二,1.埋弧自动焊的焊接过程,埋弧自动焊设备及其工作情况 1车架；2立柱；3横架；4操纵盘；5焊丝盘；6焊接机头；7焊剂漏斗；8焊缝；9渣壳；10焊剂；11焊接电缆；,第 页,23,2023年3月28日星期二,AVI,1.埋弧自动焊的焊接过程,动画,第 页,24,

12、2023年3月28日星期二,2.埋弧自动焊的特点及适用范围,生产率高,原因：可用大电流焊接；节省更换焊条时间,焊接质量高,原因：保护严密；冶金过程较完善；气体与杂质易浮出；焊接规范自动控制调整,节省金属材料,原因：热量集中，熔深大，薄件可不开坡口；没有焊条头的浪费；飞溅小,第 页,25,2023年3月28日星期二,改善劳动条件,原因：无弧光；烟雾少；自动焊接,设备费用大,适用：长直线焊缝；,工艺准备复杂,大直径环形焊缝,AVI,2.埋弧自动焊的特点及适用范围,动画,应用,第 页,26,2023年3月28日星期二,三、气体保护焊,gas shielded arc welding,利用某种气体作为

13、保护介质的焊接方法,第 页,27,2023年3月28日星期二,1.氩弧焊(argon arc welding),非熔化极氩弧焊（TIG焊),第 页,28,2023年3月28日星期二,熔化极氩弧焊（MIG焊）,AVI,第 页,29,2023年3月28日星期二,氩弧焊的特点及适用范围,保护性极佳,原因：氩气是惰性气体，既不与金属起化学反应，又不溶于金属引起气孔,电弧稳定，飞溅小，成形美观,容易实现全位置焊接,原因：电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小,焊接热影响区较窄，工件焊后变形小,第 页,30,2023年3月28日星期二,氩弧焊的特点及适用范围,氩气价格较高,只能在室内无风处使用,焊件接头

14、表面清理要求较高,原因：氩气只起保护作用，焊接过程中没有冶金反应,适用：易氧化的有色金属（铝、镁及其合金）、稀有金属（钛、钼、镐、钽等及其合金）、高强度合金钢及一些特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）,第 页,31,2023年3月28日星期二,脉冲氩弧焊：采用可控的脉冲电流代替一般氩弧焊的连续恒定电流。脉冲电流通过时，形成脉冲电弧，焊件上产生一个点状熔池，脉冲电流停歇时，熔池冷却结晶形成一个焊点。在脉冲电流停歇期间，电源仍向电弧提供一个数值很小的基值电流以维持电弧连续燃烧和使下一个脉冲电弧复燃。随着脉冲过程的重复进行，焊件上可形成一个由许多焊点互相搭接而成的链状焊缝。很重要特点：可焊很薄的金属，例如熔

15、化极脉冲氩弧焊可焊14mm的钢板，钨极脉冲氩弧焊可焊厚度小于0.8mm（甚至可达0.1mm）的薄板。,逆变控制超小型脉冲氩弧焊机,第 页,32,2023年3月28日星期二,2.二氧化碳气体保护焊(carbon dioxide arc welding),以CO2作为保护气体的电弧焊,AVI,第 页,33,2023年3月28日星期二,成本低,操作性能好,原因：明弧可见；焊位不限,生产率高,原因：电流密度大，热量集中；无须清渣,质量较好,飞溅大，焊缝成形不够光滑,抗风能力差,CO2保护焊的特点及适用范围,第 页,34,2023年3月28日星期二,适用：,低碳钢和部分低合金结构钢,保护气体有氧化性,使

16、钢中的碳、锰、硅及其它合金元素烧损,为保证焊缝的性能，须采用含锰、硅较高的焊丝,或含有相应合金元素的合金钢焊丝,常用焊丝：,H08MnSiA,H08Mn2SiA,用于低碳钢,用于低合金钢,CO2保护焊的特点及适用范围,第 页,35,2023年3月28日星期二,某厂生产液化气钢瓶试验结果比较表,以日产1300个，年产33万个计算，除去X光检验、烧漆等费用，,采用二氧化碳保护焊比埋弧焊节省费用359370元,二氧化碳气体保护焊应用实例,第 页,36,2023年3月28日星期二,某厂生产掘进机机架效益结果(与手工电弧焊比）,二氧化碳气体保护焊应用实例,第 页,37,2023年3月28日星期二,某公司

17、焊接转窑环缝效率比较表,二氧化碳气体保护焊应用实例,第 页,38,2023年3月28日星期二,某厂为验证二氧化碳焊接钢瓶质量，作了如下试验：,焊接前，分别在一个钢瓶接头某些部位做了处理，,（1）内外涂50毫米铁锈,（2）涂用过的脏油泥,（3）涂水100毫米长,（4）涂机油20毫米和50毫米长各一段,这些部位均做有标记。,焊后，X光检验合格；水压爆破试验，破口发生在母材。,二氧化碳气体保护焊应用实例,第 页,39,2023年3月28日星期二,四、等离子弧焊接与切割,一、等离子弧的概念,充分电离了的气体称等离子体。普通焊接电弧的弧柱就是一种等离子体，但其径向不受外界约束，故称自由电弧。等离子弧是由

18、普通电弧经压缩、集中而获得的温度更高（达15000 30000K）能量更集中的热源，因此又称压缩电弧。,第 页,40,2023年3月28日星期二,等离子弧是通过机械压缩效应、热收缩效应和电磁收缩效应得到的。,第 页,41,2023年3月28日星期二,等离子弧分刚性弧和柔性弧两种,柔性弧：产生于采用较大直径喷嘴、小的气体流量时。等离子焰冲力较小，主要用于焊接。,刚性弧：产生于采用小直径喷嘴、大的气体流量时。等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲力。这种等离子弧主要用于切割。,切割AVI,第 页,42,2023年3月28日星期二,按电流大小，等离子弧焊(plasma arc welding)可

19、分为两类：大电流等离子弧焊 用于焊接2.5mm厚以上的金属。微束等离子弧焊 用于焊接薄板及箔材。,与氩弧焊比较，等离子弧焊有以下优点：当焊接10 12mm的金属时可不开坡口、不加填充金属，一次焊透两面成形；焊接速度快，热影响区、焊接应力与变形皆小；可焊接金属箔材；不足：设备复杂；只能在室内焊接；,第 页,43,2023年3月28日星期二,五、电渣焊(ESW),(electro-slag welding),电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热作为热源进行焊接的方法,动画,第 页,44,2023年3月28日星期二,1.厚工件可一次焊成；,应用：适用于焊接厚度30mm以上的厚板或大截面结构，在重

20、型机械、船舶、压力容器等制造业中应用。,2.免开坡口，节省材料，降低成本，提高生产率；,3.熔池保护严密，冶金反应完全，杂质利于浮出，焊缝金属纯净；,4.焊速低，冷却慢，焊接应力小，但晶粒粗大，焊后常需正火处理以细化晶粒；,电渣焊的特点：,第 页,45,2023年3月28日星期二,六、激光焊接,利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统可聚焦到十分微小的焦点（光斑）上，当调焦到焊件接缝时，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。,激光焊接可分为脉冲激光点焊和连续激光焊接两种。目前脉冲激光点焊已得到广泛应用。脉冲激光点焊主要适于0.5mm以下金属薄板或直径0.6mm以下金属丝的焊接。连续激光焊接需

21、用大功率的二氧化碳气体激光器。,影像,第 页,46,2023年3月28日星期二,激光焊接的特点：（1）能量释放极其迅速，既提高了生产率，且被焊材料不易氧化，因此可在大气中进行焊接。（2）能量密度很高，热量集中，作用时间很短。所以焊接热影响区极小，焊件不变形，特别适用于热敏感材料的焊接。（3）激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，可以用光纤引到难以接近的部位。激光还可以通过透明材料壁进行聚焦，因此可以焊接一般焊法难以接近或无法安置的焊点。（4）可焊绝缘材料、异种金属、金属与非金属。应用：微型、精密、排列非常密集的焊件；热敏感材料,第 页,47,2023年3月28日星期二,七、电阻

22、焊(RW),利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热、将焊件局部加热到塑性状态或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法,电阻焊分：点焊、缝焊、对焊三种,(resistance welding),第 页,48,2023年3月28日星期二,1.点焊,(spot welding),焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。,点焊机,动画,影像,第 页,49,2023年3月28日星期二,主要用于薄板冲压件的焊接，板厚一般为0.056mm。点焊焊件接头均采用搭接。,点焊接头型式,点焊广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。,点焊应用,第 页,5

23、0,2023年3月28日星期二,2.缝焊,焊件装配成搭接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，断续送电，从而获得一条连续焊缝的电阻焊方法。常用于焊接各类有密封性要求的薄板容器和管道等，如油箱、罐体、连接管等。,缝焊AVI,(seam welding),缝焊机,动画,应用,第 页,51,2023年3月28日星期二,焊件以对接的形式利用电阻热在整个接触面上被焊接起来的电阻焊,3.对焊,第 页,52,2023年3月28日星期二,(upset butt welding),电阻对焊AVI,电阻对焊,特点:设备和操作简便，接头外形光滑无毛刺，但焊接接头要求较严格，且接头力学性能较差。应用：适用于

24、焊接断面紧凑，直径小于20mm的强度要求不高的低碳钢棒料和管子，以及直径小于8mm的非铁金属（如纯铝）棒料和管子。,动画,电阻对焊应用,第 页,53,2023年3月28日星期二,闪光对焊,(flash butt welding),闪光对焊AVI,闪光对焊应用,特点：接头夹渣少、质量高、力学性能好；待焊端面不需清理；适应性较强。但其接头有毛刺，金属消耗较多，劳动条件差，焊后需清理。应用：适用于承受较大载荷零件或重要零件的焊接，如钻头、刀具、钢轨和大型管道等。,动画,第 页,54,2023年3月28日星期二,对焊接头型式,第 页,55,2023年3月28日星期二,八、摩擦焊(FW),利用焊件接触端

25、面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热量，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。,(friction welding),动画,影像,第 页,56,2023年3月28日星期二,摩擦焊接头型式,摩擦焊应用实例,第 页,57,2023年3月28日星期二,九、钎焊,(soldering),利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件联接起来的一种焊接方法。,钎焊分:硬钎焊 钎料熔点在450以上，接头强度较高软钎焊 钎料熔点在450以下，接头强度较低,钎焊AVI,钎焊电子元器件,钎焊电冰箱冷凝器,钎焊自行车车架,应用影像,第 页,58,2023年3月28日星

26、期二,钎焊接头型式,板料搭接,错误,错误,第 页,59,2023年3月28日星期二,套件镶接,错误,钎焊接头型式,第 页,60,2023年3月28日星期二,十、真空电子束焊接,电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出大量电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束。当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。,动画,影像,第 页,61,2023年3月28日星期二,焊接技

27、术的发展趋势,1.计算机辅助焊接技术（1）计算机模拟技术（2）数据库技术与专家系统（3）人工神经网络和模糊控制 2.焊接自动化（1）焊接机器人（2）焊接自动生产线焊接柔性制造系统（WFMS）3.焊接新工艺、新方法和新材料的开发与应用,The End of This Part,点焊AVI,缝焊AVI,电阻对焊AVI,闪光对焊AVI,钎焊AVI,The Rim Flash Butt Welding,Resistance FlashButt Welding of large diameter Compact Mining Chain,第 页,70,2023年3月28日星期二,电渣焊.swf,第 页,

28、71,2023年3月28日星期二,点焊1.swf,第 页,72,2023年3月28日星期二,缝焊.swf,第 页,73,2023年3月28日星期二,电阻对焊.swf,第 页,74,2023年3月28日星期二,闪光对焊.swf,第 页,75,2023年3月28日星期二,摩擦焊.swf,第 页,76,2023年3月28日星期二,摩擦焊实例.swf,The End of This Part,目录页,埋弧焊AVI,返 回,埋弧焊应用AVI,返 回,氩弧焊AVI,返 回,返 回,CO2焊AVI,切割AVI,返 回,you are right 正确,你错了you are wrong.,第 页,85,2023年3月28日星期二,埋弧焊.swf,第 页,86,2023年3月28日星期二,环焊.swf,第 页,87,2023年3月28日星期二,埋弧焊应用.swf,