文档介绍：机械制造基础
肖民(机械与动力工程学院)
******@ecust.
42学时(理论)
ECUST
第四篇焊接
焊接:永久性连接金属材料的工艺方法。
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。
特点:下料阶段:化大为小拼小成大
化复杂为简单拼简单成复杂
内容:
电弧焊
其它常用焊接方法
常用金属材料的焊接
焊接结构设计
焊接
电弧焊
焊接电弧
定义:由焊接电源供给、具有一定电压的两极间或电极与母材间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象,称为焊接电弧。
组成:由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成。
特性:焊接电弧的热量与焊接电流的平方和电压的乘积成正比,电流愈大,产生的总热量愈大。
第一章电弧焊
图4-1 焊接电弧
焊接电弧
电弧中阳极区和阴极区的温度因电极材料不同而有所不同。用钢焊条焊接钢材时,阳极区温度约为2,600K,阴极区约为2,400K,电弧中心区温度最高,可达6,000~8,000K。
电弧热量在阳极区产生的较多,约占总热量的43%;阴极区因放出大量的电子,消耗了一部分能量,所以产生的热量相对较少,约占36%;其余21%左右的热量是在弧柱中产生的。焊条电弧焊只有65%~85%的热量用于加热和熔化金属,其余的热量则散失在电弧周围和飞溅的金属滴中。
电弧焊
图4-1 焊接电弧
电弧焊
焊接电弧的正接法和反接法
由于电弧产生的热量在阳极和阴极上有一定差异及其它一些原因,使用直流电源焊接时,有正接和反接两种接线方法。
图4-2 直流电源时的正接与反接
电弧焊
焊接电弧的正接法和反接法
正接是将工件接到电源的正极,焊条接到负极;
反接是将工件接到电源的负极,焊条接到正极。
特性:正接时工件的温度相对高一些。
如果焊接时使用的是交流弧焊机,因为电极每秒钟正负变化达一百次之多,所以两极加热温度一样,都在2,500K左右,因而不存在正接和反接问题。
图4-2 直流电源时的正接与反接
电弧焊
焊接接头的组织和性能
焊接工件上的温度变化与分布离焊缝越近的点,被加热的温度越高;。
在焊接过程中,焊缝的形成是一次冶金过程,焊缝附近区域金属相当于受到一次不同规范的热处理,必然会产生相应的组织与性能的变化。
图4-3 焊缝区各点温度变化情况
电弧焊
焊接接头的组织与性能
低碳钢:焊缝和焊缝附近区域由于受到电弧不同程度的加热而产生组织与性能的变化。如图,左侧下部是焊件的横截面,上部是相应各点在焊接过程中被加热的最高温度曲线。图中1、2、-碳合金状态图来对照分析。
图4-4 低碳钢焊接接头的组织
焊接接头的组织与性能
焊缝的结晶将影响焊缝的力学性能,应慎重选用焊条或其它焊接材料。焊接时,焊接材料的渗合金作用,焊缝金属中锰、硅等合金元素含量可能比母材金属高,焊缝金属的性能可能不低于母材金属的性能。
电弧焊
电弧焊
(1)熔合区熔化的金属凝固成铸态组织,因加热温度过高而成为过热粗晶,易引起应力集中,所以熔合区在很大程度上决定着焊接接头的性能
(2)过热区奥氏体晶粒急剧长大,形成过热组织,故塑性及韧性降低。对于易淬火硬化钢材,此区脆性更大。
(3)正火区加热时金属发生重结晶,转变为细小的奥氏体晶粒。冷却后得到均匀而细小的铁素体和珠光体组织,其力学性能优于母材。
(4)部分相变区珠光体和部分铁素体发生重结晶,转变成细小的奥氏体晶粒。部分铁素体不发生相变,但其晶粒有长大趋势。冷却后晶粒大小不均,因而力学性能比正火区稍差。
焊接热影响区的大小和组织性能变化的程度,决定于焊接方法、焊接参数、接头形式和焊后冷却速度等因素。
电弧焊