第三章 焊接概述.ppt

* 第三篇 焊接 ?焊接的应用——非常广泛： ?焊接过程的实质：加热、加压 ?金属原子 扩散、结合?被焊金属连接成牢固的整体。 前言 ?焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。 船体，高炉，建筑构架，锅炉，压力容器，车厢，车体，电器壳体等。 点击此处观看录像 ?焊接生产的特点： 可以实现异种材料的永久性连接； 可以化大为小，化复杂为简单； 设备简单，施工方便，应用范围广。 ?焊接方法分类： 焊接 熔化焊 压力焊 钎 焊 母材局部熔化填充金属材料 加热或不加热以加压为主 母材不熔化，填充钎料熔化 电弧焊 气焊、电渣焊 电子束、激光焊 电阻焊 摩擦焊 超声波焊、爆炸焊 焊接冶金过程 焊接冶金研究内容 1 焊接传热过程 ——焊接传热学 焊接温度场决定了焊接应力分布，与冶金反应、结晶、相变和变形等有密切联系。 2 焊接化学冶金过程 在熔化金属、溶渣和气相之间进行的一系列化学冶金反应（如金属的氧化、还原、脱S、P、除H等）决定了焊逢金属的成分、组织和性能。 3 焊缝的结晶和焊接形变 焊缝及热影响区的组织与性能，焊接应力与变形。 图4-1 焊接所经历的过程 冷却 t(s) TM Ts A1 T0 加热 冶金反应 固体熔化 重结晶 凝固 液体 冷却 一 焊接热源及溶池的形成 能源：热能或机械能 1 热源的种类 1）电弧热：电弧焊、埋弧自动焊、TIG、MIG、 CO2气体保护焊； 2）化学热：气焊； 3）电阻热：电阻焊和电渣焊； 4）摩擦热：摩擦焊； 5）等离子焰：等离子焊接或切割； 6）激光束：激光焊接。 2 焊接温度场 焊接传热的基本形式：以热传导为主，适当考虑辐射和对流。 ——指某瞬时焊件上各点的温度分布 T=f(x,y,z,t) T—焊件上某点在某瞬时的温度 x,y,z —焊件上某点的空间坐标 t—时间 影响温度场分布的因素： 1）热源的性质 2）焊接线能量（热源功率q，焊接速度v） 3）焊件的板厚及形状 4）被焊金属的热物理性能（λ、c、H） 3 焊接熔池的形成 在热源的作用下，焊条金属熔化，同时被焊金属——母材也发生局部的熔化，母材上由熔化的焊条金属与局部熔化的母材金属所组成的具有一定形状的液体金属叫焊接熔池。 图4-2 焊接熔池形状示意图 L x 尾部 Z Y 头部 O Hmax Bmax 一个不规则的半椭球体 二 焊接化学冶金 在熔焊过程中，焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程——物理化学过程。 1 焊接过程中对金属的保护 低碳钢光焊丝在空气中无保护焊接时：焊缝金属中的氧和氮含量显著增加，塑韧性急剧下降。 ——必须 为了提高焊缝金属的质量，把熔焊方法用于重要结构，就必须尽量减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的烧损，使焊缝金属得到合适的化学成分。 保护方式 焊 接 方 法 熔渣 埋弧焊、电渣焊、不含造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 气体 气焊、在惰性气体和其它保护气体（CO2）中焊接 熔渣和气体 具有造气成分的焊条和药芯焊丝焊接 真空 真空电子束焊接 自保护 用含有脱氧、脱氢剂的所谓自保护焊丝焊接 熔焊方法的保护方式 2 焊接化学冶金反应区及其反应条件 焊接化学冶金过程是分区域（或阶段）连续进行的，且各区的反应条件也有较大的差异。 以手工电弧焊为例：有三个反应区 药皮反应区（I） 熔滴反应区（Ц） 熔池反应区（Ш） 1）药皮反应区 ——100℃ ~药皮的熔点（对钢焊条约为1200℃ ） 2）熔滴反应区 从熔滴形成、张大到过度至熔池中都属于熔滴反应区。 特点： 熔滴温度高（一般在1800 ℃ ~2400 ℃ ） 熔滴金属与气体和熔渣的接触面积大 各相之间的反应时间（接触时间）短 熔滴和熔渣发生强烈的混合 水分的蒸发（结晶水、吸附水） 某些物质的分解（有机物燃烧） 铁合金的氧化（2Mn+O2=2Mn O等） 发生的物化反应 3）熔池反应区 平均温度较低，约为1600 ℃ ~1900 ℃ 熔滴和熔渣落入熔池后，同熔化的母材混合或接触，同时各相间进一步发生物化反应，直至金属凝固，形成焊缝金属。 熔池的突出特点是：温度分布极不均匀，在熔池的头部和尾部，反应同时向相反方向进行。 结论： 熔池阶段的反应速度比熔滴阶段小，且在整个反应过程中贡献较小。 气体的分解与溶解，金属的蒸发及其合金成分的氧化还原，以及焊缝金属的合金化。 主要物化反应： 3 焊接工艺条件和化学冶金反应的关系 1）熔合比的影响 ——在焊缝金属中局部熔化的母材所占的比例。 焊缝金属中合金元素的浓度C0： 熔合比（θ）= C0 ——某元素在焊缝金属中的原始浓度Cb—