文档介绍：第三篇材料的焊接成形工艺
第十章熔焊工艺
§10-1 概述
一、焊接成形原理及特点
其过程实质是用加热或加压等手段,借助于金属原子的结合与扩散作用,使分离的材料牢固地连接起来——不可拆连接。
①可将大而复杂的结构分解为小而简单的坯料拼焊;如:汽车车身的焊装生产过程;
②可实现不同材料间的连接成形;如:气门杆的复合结构
③特殊结构的生产;如:核电站锅炉——只有焊接
④结构重量轻
但不可折,更换零件不便,且易产生残余应力、裂纹、夹渣、气孔等。
我国焊接在新中国成立后才发展起来,小到集成电路基片与引脚,大到720吨大型水轮机、工作轮、汽车、飞机、火箭、飞船、卫星等。
二、焊接工艺分类
根据焊接过程的工艺特点,分为:
熔焊、压焊、钎焊及封粘
熔焊: 电弧焊(手弧焊、气体保护焊、埋弧焊)
电渣焊
电子束焊
激光焊
等离子弧焊
压焊: 电阻焊
摩擦焊
超声波焊
爆炸焊
扩散焊
高频焊
锌焊及封粘:软钎焊
硬钎焊
封接
粘接
三、应用
(如锅炉汽包的焊接结构)
如:焊接齿轮(管板焊接)
§10-2 熔焊原理及过程
一、熔焊的本质及特点
①本质——小熔池熔炼与冷凝,是金属熔化与结晶的过程
(图10-2)熔焊过程示意图
图a 熔池的形成——温度达到材料熔点,母材、焊丝熔化形成溶池
图b 热影响区形成——母材受到热影响,组织和性能发生变化,形成热影响区。
图c 熔池结晶——热源移走后,熔池结晶成柱状晶。
②熔池存在时间短,温度高,冶金过程不充分,氧化严重,热影响巨大。
③冷却速度快,结晶后易生成粗大的柱状晶。
二、熔焊的三要素
合适的热源——能量要集中,温度要高,快速熔化
良好的熔池保护——渣保护、气保护、渣——气联合保护
焊缝填充金属——焊芯、焊丝
(一)热源
——两电极之间强烈而持久的气体放电现象
(图10-3)气体放电曲线图
气体放电: 非自持放电
自持放电暗放电
辉光放电
电弧放电
其中,电弧放电——电压最低,电流最大,温度最高,发光最强,故将此作热源,既安全,加热效率也高。
将电弧的弧柱区压缩,使弧柱的能量密度、温度和等离子流速度显著增大→
电弧变成等离子弧(图10-5)
温度达24000~50000k
能量密度105~106w/cm2
金属盐和氧化物熔融时,正负离子产生定向移动而导电,并释放热量(图10-6)
W加热→2600k,产生大量电子
电子加速(160000km/s)→能量密度↑→比电弧能量密度大1000倍→使金属瞬间熔化或气化(图10-7a),穿透能力强,可焊200mn钢板
具有单波长、单色性、方向性强,使金属瞬间熔化或气化,但光热效应只在表层,穿透能力较差(图10-7 b)
焊薄壁件、小件。
(二)熔池的保护
(图10-8)
熔池上覆盖一层熔渣防止金属氧化、吸气
(使熔池与空气隔离) 向熔池过渡合金元素,提高焊接性能
减少散热,提高生产率
(保护熔池和熔滴)
惰性气体,高温下不分解(氩气),或是低氧化性的不溶于液态金属的双原子气体(如CO2)(图10-9)
——气联合保护
渣保护和气保护联合作用(图10-10)
如:焊条的药皮及二氧化碳加药芯
造渣剂、造气剂单-CO2气保护易产生飞溅、气孔和合金元素氧化烧损。
(三)填充金属——焊芯与焊丝
焊缝较宽时,采用焊丝补充填满焊缝
为提高性能,用焊丝和焊芯(填充金属)过渡合金元素
常用的焊条钢芯为碳素钢丝、合金钢丝、不锈钢丝
(表10-5)焊条钢芯牌号及应用
(表10-6)焊丝牌号、特点及应用
H——焊接用钢丝,后面两位数字,含C万分之一,A:高级优质钢
E:特级优质钢
§10-3 焊接接头的组织与性能
一、焊接热循环
在焊接加热和冷却过程中,焊缝及其附近的母材上某点的温度随时间变化的过程,称焊接热循环。
(图10-11)焊接热循环特征。
*焊接热影响区——受焊接热循环的影响,焊缝附近的母材组织或性能发生变化的区域称焊接热影响区
*焊接接头的组成:焊缝区
热影响区
二、焊缝的组织和性能
小熔池炼钢→冷却快→化学成分控制严格→焊缝金属的强度与母材相当(等强度)
一次结晶——从熔池液态金属凝固为焊缝金质的结晶过程
如:低碳钢一次冷却结晶→奥氏体
二次结晶——其后的冷却过程中固态的焊缝金属继续发生组织转变,叫二次结晶。
如:奥氏体(二次结晶)→珠光体+铁素体
三、热影响区的组织和性能(图10-13)
四、影响焊接