《金属固态连接》PPT课件.ppt
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1、,第十一章 固态金属连接,机器生产过程:原材料毛坯零件机器机器制造方法:原材料选取择与改性(热处理)、毛坯成形(铸、锻、焊等)、零件成形(切削加工等)与装配。,机器生产过程,金属固态连接,金属液态凝固成形,金属塑性成形,金属成形,金属切削加工,金属的连接方法:粘接 铆接 焊接,焊接:被焊工件的材质(同种或异种),通过加热或加压或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过程。,主要知识点:1、焊接的过程2、焊接过程的特点3、焊接区的组织结构与性能4、焊接过程中的缺陷5、焊接的主要方法,第一节,焊接基础,一、焊接过程,焊接过程中,工件和焊料熔化形成熔融区域
2、,熔池冷却凝固后便形成材料之间的连接。,tm-金属的熔化温度(液相线)ts-金属的凝固温度(固相线)A1-钢的A1相变点 t0-初始温度,焊接过程,焊接过程,焊接过程的特殊性,1)加热温度高、温差大:对于电弧焊接低碳钢或低合金钢,熔池中心温度高达21002300,而熔池后部表面温度只有1600左右,熔池平均温度为1700100;1)加热速度快:加热速度比热处理时快几十倍甚至几百倍;3)高温停留时间短:在AC3以上保温的时间很短(一般手工电弧焊约为4-20s,埋弧焊时30-l00s);4)冷却速度快(4-100/S),温度梯度大;5)有热应力作用状态下进行的组织转变。(热应力、相变应力)6)动态
3、凝固过程:凝固过程是连续进行并随熔池前进。,不易淬火钢焊接热影响区的组织分布,二、焊接区的组织分布及特点,13mm,1.24mm,相图,焊接焊头由以下三个部分组成:1、焊缝:由母材和填充材料融化后形成的熔池冷却结晶而成。组织:柱状晶生长 特点:晶粒粗大,成份不均匀,致密度低。2、熔合区:又称半熔化区,是焊缝与母材的交界区。焊接温度在固、液相线之间。组织:(未熔化但因过热而长大的)粗晶组织和(部分新凝固的)铸态组织。特点:该区很窄,组织不均匀,强度下降,塑性很差,是裂纹及局部脆断的发源地。3、热影响区:是焊缝两侧处于固态的母材金属由于受焊接过程的加热和冷却作用而产生组织和性能变化的区域。,热影响
4、区又分为三个区:,相变重结晶区(正火区):紧靠着过热区加热温度:8501100(AC3至1100)组织:均匀细小的铁素体和珠光体组织(近似于正火组织)特点:宽度约1.24mm,力学性能优于母材。,不完全重结晶区:紧靠着正火区加热温度:AC1AC3之间组织:F+P(F粗、细不均)特点:部分组织发生相变,晶粒不均匀,力学性能差。,过热区:紧靠熔合区加热温度:11001490(1100固相线)组织:粗大的过热组织。特点:宽度为13mm,塑性和韧性下降。,三、焊接过程中的缺陷及控制,1、氧化:空气在高温电弧作用下分解出氧原子,与金属发生反应造成合金元素烧损。2、蒸发:高温达到金属沸点发生蒸发改变了化学
5、成分,合金元素烧损。3、吸气:高温下气体溶解度增加,冷却速度太快而无法排除造成气孔、氢脆性,1、加入(Mn、Si)铁等脱氧剂2、焊剂或焊条药皮中掺入有用合金元素,弥补合金元素烧损,气体保护、真空保护,4、焊接应力 变形和开裂 从高温冷却到常温,焊接应力变形不仅大小发生变化,而且性质发生变化;一般,焊缝处残余应力为拉应力;并产生收缩变形;,减少及消除残余应力的措施 1)调节及控制方法设计合理的焊接接头合理的焊接顺序和方向ABC反变形法,2)焊后消除残余应力的方法 高温回火 机械拉伸法 温差拉伸法,第二节,焊接技术,焊接方法分类:,焊接电弧,一、电弧焊,利用电弧作为热源的熔化焊接方法叫电弧焊。,1
6、)熔化极电弧焊:所用的电极为焊接过程中熔化的焊条或焊丝 利用熔化的焊条或焊丝填充焊缝。如焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊,管状焊丝电弧焊等;2)不熔化极电弧焊:电极为焊接过程中不熔化的碳棒或钨棒。一般直接熔融母材达到焊接目的,有的也同时采用外加填充金属的方法 如钨极氩弧焊,等离子弧焊等。,1、焊条电弧焊 通常将用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法称焊条电弧焊。,1、是传导焊接电流2、本身熔化作为填充金属,1、提高电弧燃烧的稳定性。2、保护焊接熔池。3、保证焊缝脱氧、去硫磷杂质。4、为焊缝补充合金元素。,工艺特点 方便灵活,适应性强;设备简单,操作方便;对焊工操作技术要求高;生产效率低,劳动条件
7、差;*重要的补充作为辅助手段,必不可少!,2、埋弧焊 概念:电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法叫埋弧焊。埋弧焊是以连续送进的焊丝作为电极并兼填充金属。焊接时,在焊接区的上面覆盖一层颗粒状焊剂,电弧在焊剂层下燃烧,将焊丝端部和局部母材金属熔化形成焊缝。特点:埋弧焊可以采用较大的焊接电流。与焊条电弧焊相比,其最大优点是焊缝质量好、焊接速度高。因而,特别适于焊接大型焊件的直缝和环缝,而且多采用机械化焊接。,3、钨极惰性气体保护焊(TIG)概念:是利用钨极和焊件之间的电弧使母材金属熔化而形成焊缝,焊接过程中钨极不熔化,只起电极的作用,同时由焊炬的喷嘴送进氩气或氮气作保护,也可根据需要另外添加填充金属。特
8、点:尤其适用于焊接铝、镁这些活泼金属,焊缝质量高。但与焊条电弧焊相比,其焊接速度较慢。,Tungsten InertGas arc welding,1-氩气、2-导电体、3-钨极、4-带绝缘外套的焊枪、5-电源、6-通气管道、7-气瓶、8-焊件,钨极氩弧焊设备布置示意图,4、熔化极气体保护焊(MIG)(MAG)利用熔化电极的气体保护电弧焊称为熔化极气体保护电弧焊。以连续送进的焊丝与焊件之间燃烧的电弧作热源,由焊枪喷嘴喷出的气体保护电弧来进行焊接。,熔化极惰性气体保护焊 MIGMetal Inert-Gas arc welding熔化极活性气体保护焊 MAGMetal Active-Gas ar
9、c welding,熔化极氩弧焊示意图1-焊丝盘、2-辊轮、3-焊丝、4-导电嘴、5-喷嘴、6-保护气、7-熔池、8-焊缝、9-电弧、10-母材,5、等离子弧焊(PAW)利用高压等离子所形成的高能量密度的等离子弧进行焊接的方法称等离子弧焊。等离子弧焊也是一种不熔化极电弧焊,它所利用的电极通常是钨极。产生等离子弧的等离子气,主要是氩气或在氩气中加以定量的氢或氦气,同时还通过喷嘴用惰性气体保护。焊接时可以外加填充金属,也可以不加填充金属。,a)转移弧 b)非转移弧,c)联合弧,根据电源的不同接法,等离子弧有非转移弧、转移弧、联合弧三种形式。,等离子弧的特点:1)等离子弧温度高、能量集中 2)焰流速
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