《焊接知识培训》PPT课件.ppt
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1、焊接知识培训,xxx车厂,焊接方法分类,金属焊接是指通过适当的手段,使两个分离的同种或异种金属物体产生原子或分子间结合而成为一体的连接方法。焊接不仅可以连接各种钢材,而且还可以连接铝、镁、钛、铜等有色金属及锆等特种金属及其合金,广泛应用于金属产品的加工制造中。焊接方法通常被划分为三大类:熔化焊、固相焊和钎焊。熔化焊以焊接过程中是否熔化和结晶为分类准则;固相焊以是否固相结合、是否加压为分类准则;而钎焊的分类则以钎料为划分的主要依据。随着现代工业生产的需要和科学技术的发展,焊接工艺技术也在不断进步,出现了许多新型焊接设备、先进焊接工艺和电弧控制技术。,焊接的特点,节省金属材料。与铆接相比,可节省金
2、属材料1520。减轻了金属结构的自重。可制造双金属结构,能连接同类和不同类型的金属材料。能化大为小,以小拼大。把较小的零件用逐步装配焊接的方法制造形状复杂的结构件。结构强度高,产品质量好。在多数情况下焊接接头都能达到甚至高于母材的强度,产品质量比铆接要好。焊缝处密封性能好。焊接后易产生焊接应力与变形,导致出现裂纹。原因:受热不均匀。,焊条电弧焊,熔焊(熔化焊)是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。熔焊在多数情况下同时还要向焊接部位加入熔化状态的填充金属,待冷却凝固后,两部分被焊金属即结合成不可分离的整体。【焊条电弧焊】是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。是生产中应用最多、最普遍的焊接
3、方法。它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热,熔化焊件与焊条而进行焊接的。,焊接电弧,焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阴极区指电弧紧靠负电极的区域,是发射电子的地方,阴极区产生的热量占电弧总热量的36左右,温度大约在2400K 左右。阳极区指电弧紧靠正电极的区域,是接收电子的地方,产生的能量占到电弧总热量的43左右,温度大约在2600K 左右。弧柱区是阴极区和阳极区之间的区域。弧柱区产生的热量占电弧总热量的21左右,但弧柱区中心温度最高,大约在6000-8000K的范围内。,焊接电弧的极性及应用,用直流弧焊电源焊接时,工件接正极,焊条接负极,称为正接。适于焊接厚件;(较好)工件接负极,
4、焊条接正极,称为反接。反接适于焊接薄件。用交流弧焊电源焊接时,因阳极与阴极不断交替变化,故不存在正、反接问题。碱性焊条(低氢,抗氧化好厚板重要结构)/酸性焊条(普通,应用最广),埋弧自动焊,【埋弧焊】是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。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖,用机械装置自动控制送丝和电弧移动。,氩气保护电弧焊,是利用氩气作为电弧介质并保护焊接区的电弧焊。氩气是惰性气体,它可以保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。在高温不和金属起化学反应,也不溶于金属,是一种较理想的保护气体。,氩气保护电弧焊,按所用电极不同,氩弧焊分为熔化极(焊丝)和不熔化极(钨极)
5、两种,如图所示。熔化极氩弧焊以连续送进的焊丝作为电极,与埋弧自动焊相似;不熔化极氩弧焊焊接时,电极不熔化,只起导电和产生电弧作用。氩弧焊的特点是焊缝金属纯净,成形美观,焊缝致密;焊接变形小;焊接电弧稳定,飞溅少,表面无熔渣;明弧可见,便于操作;易于实现自动化。其缺点是设备和控制系统较复杂,氩气较贵,焊接成本较高。氩弧焊常用于不锈钢、耐热钢和非铁金属的焊接。,CO气体保护焊,CO气体保护焊是利用 CO作为保护气体的气体保护焊。它用焊丝作电极,靠焊丝与焊件之间产生的电弧热熔化焊件和焊丝,以自动或半自动方式进行焊接。,CO气体保护焊,CO 气体保护焊的特点是焊接热量集中,焊件变形小,质量较高;焊丝送
6、进自动化,电流密度大,焊速快,生产率高;二氧化碳气体比较便宜,焊接成本仅是埋弧自动焊的40%左右,成本低;操作简便,适用范围广。CO2 气体保护焊缺点是飞溅较大,烟雾较多,弧光较强,很难用交流电源焊接,焊接设备比较复杂。CO气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢。,电阻点焊工艺,电阻点焊是将工件装配成搭接接头,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。电阻点焊时两工件接触面处电阻大,发出的热量使该处温度急速升高,将该处金属熔化形成熔核。断电后,继续保持或稍加大压力,使熔核在压力下凝固,形成组织致密的焊点。,气 焊,【气焊】是利用气体火焰作热源的焊接法,
7、常用的是氧乙炔焊。乙炔与氧混合燃烧所形成的火焰为氧乙炔焰。按氧和乙炔混合(容积)比例不同火焰分三种。中性焰是氧气与乙炔混合比为 1.11.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达3 150,适合于焊接低中碳钢、低合金钢、紫铜、铝及其合金等。氧化焰是氧气与乙炔混合比大于 1.2 时燃烧所形成的火焰。最高温度可达 3300,适合于焊接黄铜、镀锌铁皮等。碳化焰是氧气与乙炔混合比小于 1.1 时燃烧所形成的火焰,适合于焊接高碳钢、高速钢、铸铁及硬质合金等。气焊的特点是所使用的设备简单、搬运方便、通用性强;火焰温度低,加热缓慢,加热面积大,焊件变形大;接头晶粒较粗,焊缝易产生气孔、夹渣的缺陷,综合力学性能较
8、差;难于实现机械化,生产率低。气焊通常只适用于焊接厚度小于 5mm 的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊,还可作为钎焊及钢件表面淬火的热源。,焊接方法的选择,电弧焊在汽车焊接结构中的应用,CO2气体保护电弧焊可用于车厢、后桥、车架、减振器阀杆、横梁、后桥壳管、传动轴、液压缸等的焊接。氩弧焊用于油底壳、铝合金零部件的焊接和补焊。焊条电弧焊用于厚板零部件,如支架、备胎架、车架等的焊接。埋弧焊用于半桥套管、法兰、天然气汽车的压力容器等的焊接。氩气或混合气体(氩气+氧气或CO2)保护焊用于车身镀锌钢板的焊接。,其他焊接方法在汽车焊接结构中的应用,钎焊用于散热器、铜和钢件、硬质合金的焊接。摩擦焊用于
9、汽车阀杆、后桥、半轴、转向杆和随车工具等的焊接。激光焊接用于不同厚度板材连接、车身焊接等。激光切割用于车身底板、齿轮、零件下料和修边等。电子束焊用于齿轮、后桥等的焊接超声波焊用于塑料件焊接。氧乙炔焊用于车身总成的补焊。,载货汽车焊接,载货汽车以承载和运输物品为目的,所以要求汽车有高的承载性能和安全性。载货汽车上常用的焊接结构包括:点焊结构、弧焊结构、凸焊结构和螺栓焊结构等。与轿车不同,载货汽车上使用最多的是弧焊结构。,焊接性概念,【焊接性】是材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件,并满足预定工作要求的能力。包括两方面内容:一是工艺焊接性,即在一定的焊接工艺条件下,能否获得优质,无缺陷的
10、焊接接头的能力;二是使用焊接性,即焊接接头或整体结构满足技术要求所规定的各种使用性能的程度。包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。金属焊接性与金属本身的材质和焊接工艺条件有关。例如铝在气焊和焊条电弧焊条件下,难以获得优质焊接接头,用氩弧焊却能达到较高的技术要求。因此,又可以说铝的焊接性能良好。,钢焊接性的评定,【碳当量】钢的焊接性很大一部分取决于碳的含量。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称碳当量,碳当量常用来评定碳钢和低合金结构钢的焊接性。国际焊接学会推荐的碳当量计算公式为:在计算碳当量时,各元素的质量分数都取成分范围的上限。经验证明,碳当量越高,裂纹倾向就越大,焊接性越
11、差。当 0.6 时,钢材焊接时冷裂倾向严重,焊接性差,焊接时需要较高的预热温度和严格的工艺措施。,常用金属材料的焊接,低碳钢的焊接:低碳钢的碳当量小,塑性好,一般没有淬硬与冷裂倾向,焊接性优良。中、高碳钢的焊接:中碳钢的含碳量较高,当 0.4 时,焊接接头易产生淬硬组织和冷裂纹倾向,焊缝金属热裂倾向较大。高碳钢焊接性更差。一般不作为焊接结构用材料,只限于修补工作。低合金高强度结构钢的焊接:低合金高强度结构钢由于化学成分不同,焊接性也不同。当 0.4 时,焊接性较差,采用焊条电弧焊或埋弧自动焊进行焊接。奥氏体不锈钢的焊接:在所用的不锈钢材料中,奥氏体不锈钢应用最广。奥氏体不锈钢焊接性良好,适用于
12、焊条电弧焊、氩弧焊和埋弧自动焊。,常用金属材料的焊接,铸铁的焊补:铸铁焊接性差,容易出现白口组织、裂纹、气孔等焊接缺陷。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。铝及其合金的焊接性:铝及铝合金的焊接较为困难,焊接铝及铝合金,目前以氩弧焊较为理想。铜及其合金的焊接性:铜及铜合金焊接性能较差,目前,采用氩弧焊是焊接铜及铜合金最为理想的方法,也可采用气焊和焊条电弧焊等。,弧焊接头形式,常用接头形式有对接、搭接、角接和形等,如图所示。对接接头的应力集中相对较小,能承受较大载荷,焊接结构中常用;搭接接头应力分布不均,承载能力低,适用于被焊结构狭小处及密封的焊接结
13、构;角接接头承载能力不高,一般用在不重要的结构件中;形接头整个接头承受载荷,承载能力强,生产中应用也很普遍。,焊接坡口,根据设计或工艺需要,在焊件的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽,称为坡口。开坡口的目的是为了得到在焊件厚度上全部焊透的焊缝。常见对接接头的坡口形式有 I 形坡口、V 形坡口、X 形坡口、U 形坡口等四种。,焊接坡口,焊条电弧焊板厚在 6 毫米以下对接时,一般可不开坡口直接焊成。板厚较大时,接头处根据工件厚度应开各种坡口。在板厚相等的情况下,V形坡口形状简单,加工方便;X形坡口比V形坡口需要的填充金属少,生产率高,并且焊后角变形小,但是X形坡口需要双面焊。U形坡口根部较宽,
14、容易焊透,也比V形坡口焊条消耗量少,省工时,焊接变形也较小。但是U形坡口形状复杂,加工较困难,一般只在重要的厚板结构中采用。,不同厚度钢板对接允许厚度差,焊接接头处钢板厚度最好相等,这样焊接时受热均匀,容易保证焊接质量。不同厚度金属对焊时,如果两板厚度差不超过下表规定,则接头的基本形式和尺寸应按厚板选取,如厚度超过表中规定值,则应在较厚的板上加工出单面或双面削薄。,焊缝的空间位置,焊接时,按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊。平焊操作方便,劳动条件好,生产效率高,焊缝质量易于保证。因此,一般应尽可能将工件放在平焊位置进行施焊。立焊时熔滴易向下流淌,成形较困难,不易操作。横焊时熔滴
15、易偏向焊缝的下边,产生熔化不良,焊瘤,未焊透等缺陷。仰焊时熔滴最易下滴,焊缝成形困难,操作更难。,焊接接头工作应力分布,应力集中系数对接接头的工作应力分布丁字(十字)接头的工作应力分布搭接接头的工作应力分布正面角焊缝的工作应力分布侧面角焊缝的工作应力分布联合角焊缝的工作应力分布,应力集中系数,焊接接头的最大应力与平均应力之比,用应力集中系数表示:焊接接头中产生应力集中的原因:焊缝中的工艺缺陷,如气孔、夹渣、裂纹和未焊透等,其中裂纹和未焊透引起的应力集中严重。不合理的焊缝外形。设计不合理的焊接接头,如断面的突变、加盖板的对接接头等,会造成严重的应力集中。焊缝布置不合理。,对接接头工作应力分布(1
16、),对接接头常用于板材加工和零部件加工。通常焊缝略高于母材板面(加强高或余高),或进行变板厚板材加工。由于加强高等造成了构件表面不光滑,在焊缝与母材的过渡处将引起应力集中。KT的大小,与加强高和焊缝向母材的过渡有关,加强高越大,过渡半径越小,则应力集中系数KT 增加。,对接接头工作应力分布(2),由加强高带来的应力集中对动载结构的疲劳强度是不利的,因此要求越小越好。对重要的动载构件,有时采用削平加强高或增大圆弧的措施来降低应力集中,以提高接头的疲劳强度。对接接头外形的变化与其他接头相比是不大的,因此它的应力集中较小,而且易于降低和消除。总之,对接接头是最好的接头形式,不但静载可靠,而且疲劳强度
17、也高。,丁字(十字)接头工作应力分布(1),丁字(十字)接头焊缝向母材过渡较急剧,接头在外力作用下力线扭曲很大,造成应力分布极不均匀,在角焊缝的根部和过渡处都有很大的应力集中。未开坡口丁字(十字)接头正面焊缝,由于整个厚度没有焊透,焊缝根部应力集中很大,在焊趾断面B-B上的应力分布也是不均匀的。B点的应力集中系数值随角焊缝的形状而变,随角的增大而减小,也随焊角尺寸的增大而减小。,焊趾,根部,丁字(十字)接头工作应力分布(2),开坡口未焊透的丁字(十字)接头的应力集中大大降低。保证焊透是降低丁字(十字)接头应力集中的重要措施之一。对重要的丁字(十字)接头必须开坡口或采用深熔法进行焊接。丁字(十字
18、)接头当其焊缝不承受工作应力时,在角焊缝根部的A点处和焊趾B点处亦有应力集中。,丁字(十字)接头工作应力分布(3),工作焊缝的应力集中大于联系焊缝的应力集中。丁字接头由于偏心的影响,A和B点的应力集中系数都比十字接头的低。丁字(十字)接头应尽量避免在其板厚方向承受高拉应力,因轧制板材常有夹层缺陷,尤其厚板更易出现层状撕裂,应将工作焊缝转化为联系焊缝。如果两个方向都受拉力,则应采用圆形、方形或特殊形状的轧制、锻制插入件。,搭接接头工作应力分布,搭接接头使构件形状发生较大变化,应力集中比对接接头的情况复杂得多。根据搭接角焊缝受力的方向,可以分为正面角焊缝、侧面角焊缝和斜向角焊缝。,正面角焊缝的工作
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