金属材料与热加工基础 教案 李蕾 第八章焊接加工及应用.docx

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1、金属材料与兹加工及砒双嗓(章节备课)章次第八章焊接加工及应用课时安排总学时数：12理论教学时数：8实验教学时数：4习题讨论时数：教学目的与要求本章主要通过焊接加工的特点、方法的学习，掌握常用金属的焊接性能和电弧焊工艺基础知识。初步具有焊条电弧焊工艺设计，选择毛坯或零件焊接加工方法，动手操作电弧焊，焊接变形产生原因的能力。本章知识结构图示C焊条电弧焊焊接的概念电弧焊埋弧焊气焊与气割I气体保护电弧焊焊焊接方法W电阻焊臂摩擦焊加钎焊工I金属材料焊接应生产常见问题分析焊接结构工艺性章重点与难点重点：1、焊接方法2、焊接接头的组织与性能变化难点：焊接结构工艺性教学方法手段1 .教法：(I)案例引导法(2

2、)问题法(3)小组讨论法(4)实验法2 .学习法：(1)文献查阅法(2)分组合作学习法(3)自主学习法3 .教学手段：多媒体、焊接操作视频。主要参考资料金属材料与热加工基础备注金属材料与拉加工及砒敖嗓（课时备课）第1次课0.5学时次点点K民隹重点：焊接的分类难点：焊接的特点学容进安非教内与程排一、课程介绍及教学要求（5分钟）二、焊接的分类（5分钟）焊接方法的种类很多，按照焊接过程的特点通常分为熔焊、压焊和钎焊。1熔焊熔焊是熔化焊的简称它是将两个焊件的连接部位加热至熔化状态，加入（或不加入）填充金属，在不加压力的情况下，使其冷却凝固成一体，从而完成焊接的方法。2.压焊焊接过程中，必须对焊件施加压

3、力（加热或不加热）以完成焊接的焊接方法，称为压焊。3.钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的工艺方法，称为钎焊。三、焊接的特点（5分钟）焊接与钾接等其他连接方法相比，具有以下一些突出特点：（1）可减轻结构重量，节省金属材料。（2）可以制造双金属结构。例如，利用对焊、摩擦焊等方法。（3）能化大为小，由小拼大。如轮船体等的制造都是通过由小拼大实现的。（4）结构强度高，产品质量好。焊接结构的产品质量比例接要好，目前焊接己基本上取代了聊接。（5）焊接时的噪声较小、工人劳动强度较低，生产率较

4、高，易于实现机械化与自动化。（6）容易产生焊接应力、焊接变形及焊接缺陷等。随着焊接技术的迅速发展，焊接工艺不断完善，焊接质量及生产备注：率不断提高，焊接生产在建筑、桥梁、船舶、航天、机械制造、电子等各个领域也将得到更广泛的应用和发展。提示：焊接是随着金属的应用而出现的，古代的焊接方法主要是铸焊、钎焊和锻焊。中国商朝制造的铁刃铜戈，就是铁与铜的铸焊件，其表面铜与铁的熔合线蜿蜒曲折，接合良好；春秋战国时期曾候乙墓中的建鼓铜座上有许多盘龙，就是采用分段钎焊连接的；公元前3000多年埃及出现了锻焊技术。四、小结及作业布置（5分钟）金属材料与拉加工及砒敖嗓（课时备课）第2次课3学时次点点才W1巩重点：常

5、用的电弧焊方法：焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊难点：每种焊接方法的操作过程及特点学容进安手教内与程排一、课程介绍及教学要求（5分钟）二、电弧焊（90分钟）电弧焊是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接方法。常用的电弧焊主要有焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。（一）焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，是目前生产中应用最广泛、最普遍的一种焊接方法。1 .焊接电弧的产生焊接电弧是由焊接电源供给的，在两电极间或电极与焊件间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。焊接电弧产生的过程如图8-3所示。2 .电弧的构造及热

6、量分布焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。（1）阴极区阴极区是发射电子的区域，产生的热量约占电弧总热量的36%。用低碳钢焊条焊接钢材时，阴极区的温度约为2400K。（2）阳极区阳极区是接收电子的区域，产生的热量约占电弧总热量的43%。用低碳钢焊条焊接钢材时，阳极区的温度约为26C）OK。（3）弧柱区是指阴极和阳极之间的气体空间区域，产生的热量约占总热量的21%,但弧柱中心散热差，温度比两极高达6000-8000Ko3 .电弧极性及其选用阴极区和阳极区的温度与热量不同，当采用直流电源时，有下列两种极性接法。正接一工件接电源正极，焊条接负极，如图8-5a所示，此时工备注：件受热多，宜焊厚板

7、大工件。反接一工件接电源负极，焊条接正极，如图8-5b所示，此时工件受热少，宜焊薄板小工件。提示：正接法和反接法的选用只适合直流电焊机，当采用交流电焊机时，因正负极不断交替变化，所以不存在正接和反接。4.焊条电弧焊焊接过程焊条电弧焊焊接过程如图8-6所示。5.焊条（1）焊条的组成与作用焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯起导电和填充金属的作用。通常焊接钢用的焊芯材料有：碳素结构钢、低合金结构钢和不锈钢三类。药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层，对保证焊缝金属的质量和力学性能极为重要，在焊接过程中的主要作用如下：1）改善焊接工艺性。2）机械保护作用。3）冶金处理作用。（2）焊条分类、型号及牌号1）焊条的分

8、类按照化学成分和用途可分为：碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条焊条，其中以碳钢焊条和低合金钢焊条应用最为广泛。按照药皮性质分为酸性焊条和碱性焊条。2）焊条的型号及牌号焊条型号是国家标准中规定的焊条代号，按GBT5117-2012xGB/T5U8-2012规定，碳钢焊条型号用一个大写的英文字母和四位数字表示。如E4303、E5003、E7015等。E表示焊条，前两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值（单位为kgfmm2）;第三位数字表示焊条的焊接位置，（“0”与“1”表示全位置焊，2表示平焊，4表示立焊）；第三位、第四位数字表示药皮类型和电流种类

9、。表8-1为几种常用碳钢焊条的型号及适用范围。焊条牌号是焊条行业统一的焊条代号，一般用大写拼音字母和三个数字表示。如J422、J607等，拼音字母表示焊条的类别，前两位数字表示焊缝金属抗拉强度的最低值，单位为kgfmm2,最后一位数字表示药皮类型和电源种类。如J表示结构钢焊条，焊缝金属抗拉强度不低于42kgfmm2,最后一个数字2表示钛钙型药皮、直流或交流电源。表8-2所示为常用的焊条型号和牌号对照表。提示：对于特殊性能的焊条，可在焊条牌号后缀主要用途的汉字（或汉语拼音字母），如高韧压力容器用焊条有J507R；打底焊条有J507D；超低氢焊条有J507H;低尘焊条有J507DF;立向下焊条有J

10、507X等。（3）焊条的选用结构钢焊条选用原则是要求焊缝和母材具有相同水平的使用性能。结构钢焊条选用时，主要考虑以下两点：1）选择与母材的化学成分相同或相近的焊条，焊件为碳素结构钢或低合金结构钢应选用结构钢焊条。2）选择与母材等强度焊条。根据母材的抗拉强度，按等强度原则选择相同强度等级的焊条。如Q345（16Mn）的抗拉强度约为520MPa,因此选用型号J502或J506、J507焊条。3.焊条电弧焊工艺设计基础（1）焊接接头用焊接方法将两个焊件连接起来，连接的部位称为焊接接头。1）焊接接头的形式包括焊条电弧焊在内的各种熔焊方法常用的接头形式有对接、搭接、角接和T形接等，如图8-7所示。2）坡

11、口形式及应用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。常用的对接接头的坡口形式有I形坡口（不开坡口）、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四种。如图88所示。（2）焊接位置焊接时，焊件接缝所处的空间位置称为焊接位置。按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、立焊、横焊和仰焊，如图8-9所示。焊缝位置是否合理，对焊接接头质量和生产率影响很大，因此在焊接时，合理设计焊缝位置非常重要，一般应从以下方面考虑：便于焊接操作，避免密集交叉，避开最大应力和应力集中位置，对称布置。（3）焊接参数的选择焊接参数主要包括焊接电流、焊条直径、焊接层数、电弧长度和焊接速度等，下面主要介绍焊条直径

12、和焊接电流的选择。1）焊条直径的选择焊条直径的大小与焊件厚度、接头形式、焊接位置、焊缝层数及接头形式有关。厚度大的工件，应选用直径较大的焊条。当用细焊条焊厚度大的工件时，常会出现焊不透缺陷；而用粗焊条焊厚度小的工件时，则容易出现烧穿缺陷。平焊时所用的焊条直径可大些，立焊时的焊条直径不超过5mm；仰焊或横焊时焊条直径不超过4mmo多层焊时，为防止焊不透，第一层焊道应采用较小直径焊条进行焊接，其余各层可根据工件厚度，选用较大直径焊条。T形接头、搭接接头散热条件比对接接头好，可选用较粗宜径的焊条，以提高生产效率。2）焊接电流的选择焊接时流经焊接回路的电流称为焊接电流。焊接电流的选择主要取决于焊条直径

13、（表8-3）,焊条直径越大，焊接电流也越大。焊接电流太小时，会造成未焊透、未熔合等缺陷，并使生产率降低；焊接电流太大时焊条尾部要发红，部分药皮要失效或崩落，机械保护效果变差，容易产生气孔、咬边、烧穿等焊接缺陷，并使焊接飞溅加大，影响焊缝质量，因此选择焊接电流首先应在保证焊接质量的前提下，尽量选用较大的电流，以提高劳动生产率。（二）埋弧焊1.埋弧焊的焊接过程在焊接过程中电弧被焊剂覆盖，有机械装置驱制送丝和电弧移动，如图8-10所示。焊接时，自动焊机头将焊丝自动送入电弧区自动引燃并保证一定的弧长，焊剂从焊丝前面的漏斗中不断流出堆在工件表面也弧周围，电弧在颗粒状熔剂（焊剂）下燃烧，工件金属与焊丝被融

14、化成较大体积的熔池，焊机带着焊丝自动均匀向前移动，熔池金属被电弧气体排挤向后堆积形成焊缝。2.埋弧焊的特点与应用埋弧焊与焊条电弧焊相比，优点如下：（1）焊缝质量好。焊接参数自动调整控制，焊接过程稳定。（2）生产率高。（3）成本低。一般厚度的焊件不需要开坡口等，可节约大量能源材料和工时，因此成本低。（4）劳动条件改善。埋弧焊过程已实现机械化、自动化、无可见弧光，烟尘较少。但也存在一些不足，例如焊接时电弧不可见，不能及时发现问题，接头的加工与装配要求较高，焊前准备时间长。埋弧焊主要用于焊接非合金钢、低合金高强度钢和不锈钢等材料，适于焊接较厚的大型结构件的直线焊缝和大直径环形焊缝，广泛应用于船舶、机

15、车车辆、飞机起落架、锅炉及化工容器等设备中，如图8-11所示。（）气体保护电弧焊气体保护电弧焊是用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。按保护气体的不同，气体保护电弧焊分为二氧化碳气体保护焊和惰性气体保护焊（氧弧焊.氢弧焊等）两类。1 .二氧化碳气体保护焊二氧化碳气体保护焊是利用C02作为保护气体的气体保护焊，如图8-12所示。二氧化碳气体保护焊具有成本低（C02来源充足、价廉）、焊接质量好、生产率较高和操作方便等优点，常用于低碳钢和低合金结构钢的焊接，主要焊接薄板。2 .氢弧焊氨气是惰性气体，不溶于液态金属。氢弧焊是使用氨气作为保护气体的气体保护焊，也是常用的一种惰性气体保护焊。按所用电极不同，家弧焊分为熔化极氮弧焊和不熔化极（鸨极）氨弧焊两种，如图8-13所示。氯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，氮气较贵，焊接成本较高。氨弧焊常用于各类合金钢、易氧化的