大连理工材料加工原理焊接.ppt
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材料加工原理(焊接),内容:
绪论熔化焊热过程及接头形成熔化焊接化学冶金熔化焊接头的组织与性能焊接接头缺欠,材料加工原理(焊接)_绪论,材料连接(Joining)的分类:
机械连接:
用螺钉、螺栓和铆钉等可拆或不可拆接头物理和化学连接:
胶接、封接(异种材料、非金属间连接)通过毛细作用、分子间力作用或者相互扩散及化学反应作用,将两个分离表面连接成不可拆接头的过程。
冶金连接(Welding):
焊接(用于金属材料间连接)通过加热或加压(或两者并用)使两个分离表面的原子达到晶格距离,并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。
冶金连接的物理本质:
宏观上形成永久性接头;微观上形成了金属键。
原子间的结合力:
如图(见下页)键结合条件:
两分离表面接近到rA距离。
连接工艺措施:
对被连接的材质施加压力:
破坏表面氧化膜对被连接的材料加热(局部或整体):
焊接时所需的压力与温度之间存在一定关系:
纯铁,材料加工原理(焊接)_绪论,材料加工原理(焊接)_绪论,焊接技术的分类:
从冶金角度上,液相连接、固相连接、液-固相连接传统分类,熔化焊、压力焊、钎焊熔焊(熔化焊):
利用局部热源加热被焊金属的连接处及填充金属,使其熔化,互相熔合、冷却凝固形成永久连接。
材料加工原理(焊接)_绪论,压焊(压力焊):
在加热或不加热的情况下,对焊接区施加一定压力,使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离,形成金属键,使两金属联为一体。
钎焊:
熔化的钎料(熔点低于钎件的熔点)对固态钎件浸润以保证液态钎料填满钎缝,液态钎料与连接件的表面由分子或原子互相扩散结合冷凝后形成联为一体的接头。
材料加工原理(焊接)_绪论,熔化焊,压力焊,钎焊,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,熔化焊过程:
加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变熔化焊的本质:
小熔池熔炼和铸造,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,熔化焊热过程及接头形成:
一、熔化焊热源的种类及特征二、熔化焊热效率三、熔化焊温度场四、焊接热循环五、熔化焊接头的形成,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,焊接热过程:
与冶金反应、凝固结晶、固态相变、焊接温度场和应力变形等均有关系。
一、熔化焊热源的种类及特征种类:
电弧热等离子弧电阻热电子束高频热源激光束摩擦热化学热特征:
见下表,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,二、熔化焊热效率以电弧焊为例:
电弧的热功率:
qo=0.24UhIh(cal/s)有效功率:
q=qop热效率:
p,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,三、熔化焊温度场热传递:
传导、对流、辐射温度场:
某瞬时焊件上各点温度的分布。
温度场描述:
等温线等温面温度梯度:
稳态温度场非稳态温度场准稳态温度场三维、二维、一维,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,四、焊接热循环焊接热循环:
焊件上某点的温度随时间的变化过程。
不均匀的热过程引起接头组织和性能的不均匀及复杂的应力状态。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,1.焊接热循环的主要参数加热速度H:
最高加热温度Tm:
在相变温度以上的停留时间tH:
冷却速度C:
(冷却时间t8/5、t8/3、t100)冷却速度是决定热影响区组织和性能的主要参数。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,2.焊接热循环的影响因素被焊材料的材质:
热物理性能接头形状尺寸:
板厚相同时,T型接头比对接接头冷速大坡口形式相同,厚板比薄板冷速大焊道长度:
焊道短,冷速大预热温度:
增加tH和t8/5;对Tm附近的停留时间影响不明显焊接线能量:
使Tm、tH和t8/5增大;而C随之降低。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,五、熔化焊接头的形成1.焊接材料熔化与熔池形成
(1)焊接材料熔化熔化焊接材料的热能:
电弧热、电阻热关于焊条熔化的基本参数:
熔化系数gM:
单位时间内熔化的焊芯质量或长度。
与焊接电流成正比。
熔敷系数gH:
损失系数:
飞溅、氧化、蒸发gH=(1-)gM,熔化速度反映着焊接生产率,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,
(2)熔滴过渡熔滴过渡直接影响焊接过程的稳定性、飞溅大小、焊缝成形好坏和产生焊接缺陷的可能性。
金属熔滴上的作用力作用:
促进、阻碍熔滴过渡1.熔滴重力平焊时是熔滴过渡的动力,仰焊时是阻力,横焊时是侧向力。
2.表面张力熔滴在焊条端时是阻力,熔池端时是动力(尤其仰焊时作用更明显)。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,3.气体的压力促进焊条金属中溶解的气体,由于温度升高,产生爆破,从而使熔滴碎裂促进熔滴过渡,但也易产生飞溅。
4.带电质点的撞击力(极点压力)阻碍极点压力是由于带电质点对电极表面的撞击而形成的,主要作用在斑点上。
直流正接时,阳离子撞击焊条表面,阳离子质量较大,故对电极撞击力较大,对熔滴过渡阻力较大。
直流反接时,主要是电子撞击焊条端部斑点处,因电子质量较小,撞击力较小因此对熔滴过渡的阻力较小。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,5.气体吹力促进6.电磁力促进电磁力始终指向电弧中心使其收缩,且电磁力的大小和电流的平方成正比,电流越大则电磁力越大,熔滴尺寸越细小,越有利于熔滴过渡。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,熔滴的过渡形式1.短路过渡短弧焊时,2.颗粒状过渡长弧焊时,细丝、大电流可使熔滴变细。
3.射流过渡大电流焊时,熔滴细、过渡频率高、飞溅小、过程稳定、熔深大、焊缝成形美观,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,(3)熔池的形成熔池:
母材上,母材(填充金属)熔化熔池的形成实际上是一个动态平衡过程。
当焊接稳定一定时间后,熔池状态基本恒定,这时熔池的形状、尺寸和质量不再变化。
只取决于被焊材质与焊接规范,并随热源移动作同步运动。
电弧焊熔池形状如图:
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,熔池尺寸随焊接电流增大,熔池的最大深度度增大,熔池的宽度相对减小;随焊接电压的升高,最大熔深减小,最大熔宽增大。
熔池的质量与存在时间熔池的质量:
实际证明,与q2/v成正比手工电弧焊熔池质量为0.616g,多数为5g以下;埋弧自动焊焊接低碳钢时,熔池质量小于100g。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,存在时间:
几秒几十秒。
熔池存在的最长时间(tmax):
tmax熔池最长存在时间;L熔池长度;与电弧功率有关V焊接速度,熔池的温度熔池各点的温度是不均匀的;取决于母材的性质及散热条件;低碳钢熔池的平均温度:
2050100K,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,(4)熔池中液相的运动状态熔池中的液相发生强烈的搅拌作用。
熔池中液相运动的原因:
a.熔池中温度分布不均匀引起液态金属密度差,使液相从低温区向高温区流动,产生后对流运动。
b.熔池中温度分布不均匀引起表面张力分布不均匀,产生的表面张力差将使液相发生对流运动。
c.焊接热源作用在熔池上的各种机械力使熔池中的液相产生搅拌作用。
熔池中液相运动的原因:
工艺参数、电极直径、焊炬倾角等。
材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,(5)熔池的保护目的:
免受空气的有害作用作用:
减少焊缝金属中有害杂质的含量和有益合金元素的损失,使焊缝金属得到合适的化学成分。
方式:
如表。
(机械保护),材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,2.焊接接头的形成
(1)焊缝的形成形成:
焊缝金属组成:
熔滴熔化母材结晶特点:
结晶中心:
熔池壁长大方向:
垂直熔池壁焊缝组织:
束状晶体,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,
(2)焊缝的形状几何参数:
熔深:
H熔宽:
B余高:
e成形系数:
熔合比:
熔合比不同,焊缝成分不同,性能不同。
熔合比与焊法、工艺参数、接头和坡口形状、母材热物理性能有关,材料加工原理(焊接)_熔化焊热过程及接头形成,(3)焊接接头的组成组成:
焊缝+热影响区接头形式:
对接接头、角接头、丁字接头、搭接接头坡口:
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,化学冶金:
金属(固态、液态)、熔渣和气体三者之间相互作用的过程。
如金属氧化、还原、脱硫、脱磷、渗合金冶金的目的:
去除杂质,调整成分,以获得所需成分和性能的材料。
焊接冶金:
影响焊缝的成分、组织、性能及焊接工艺性能。
最终决定焊缝质量。
普通冶金是一个人为过程,而焊接冶金是客观存在。
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,熔化焊接化学冶金:
一、焊接材料二、焊接熔渣三、焊接化学冶金反应区四、焊接气氛及其与金属的相互作用五、硫、磷的作用六、焊缝金属的合金化,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,一、焊接材料1.焊接材料类型焊接材料:
焊接时所消耗的材料。
常用焊接材料:
焊条,焊剂,焊丝,保护气,通用焊条专用焊条,熔炼焊剂非熔炼焊剂,实芯焊丝药芯焊丝,惰性气体活性气体,焊接材料,焊接方法不同,采用的焊接材料不同,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,2.焊条
(1)焊条的组成组成:
焊芯+药皮(涂料)焊芯的作用:
导电和填充金属药皮的作用:
保证焊接顺利进行(电弧稳定燃烧);防止空气对熔化金属的有害作用;保证焊缝的化学成分和力学性能。
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,
(2)焊芯成分:
符合国标(如表),材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,焊芯牌号:
首位字母“H”代表“焊”,后面数字代表含碳量,其它合金元素含量表示方法与钢材表示法相同,尾部“A”表示优质钢,“E”表示特优质钢。
要求具有较低的含碳量和一定的含锰量,含硅控制较严,硫、磷含量则应低。
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,(3)药皮成分与作用:
如表,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,(4)焊条的分类与性能分类:
按用途分:
七大类。
碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条按熔渣性质分:
酸性焊条、碱性焊条性能:
工艺性能:
电弧稳定性、焊缝成形、飞溅、脱渣等冶金性能:
焊缝成分、性能、抗裂等酸性焊条和碱性焊条的性能有很大差别。
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,(4)焊条的选用按化学成分选:
七大类按力学性能选:
牌号,等强匹配母材按屈服强度分类,焊条按抗拉强度编号。
异种材料焊接按强度较低的材料选择。
按受力情况选:
酸、碱焊条,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,3.焊剂埋弧焊、电渣焊用。
作用:
相当于焊条药皮种类:
按制造方法分:
熔炼焊剂和陶质焊剂两大类。
按化学成分分:
Mn、Si、F选用:
应合理选用焊丝和焊剂,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,4.焊丝埋弧焊、气体保护焊、电渣焊用作用:
导电、填充金属种类:
实芯焊丝:
药芯焊丝:
类似药皮焊条5.保护气体CO2、Ar、He,材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,二、焊接熔渣熔渣:
焊接时熔化了的药皮和焊剂形成一种浮在液体金属表面上的金属和非金属氧化物。
(液体熔渣)1.熔渣的作用机械保护稳定电弧改变焊缝成分(冶金处理),材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,2.熔渣的成分和分类盐型熔渣由金属的氟酸盐、氯酸盐和不含氧的化合物组成。
用于焊接铝、钛等活性金属及合金。
盐氧化物型熔渣由氟化物和强金属氧化物组成。
用于焊接高合金钢及合金。
氧化物型熔渣酸性氧化物:
SiO2、TiO2、V2O2等碱性氧化物:
Na2O、K2O、CaO、FeO、MnO等。
用于焊接低碳钢和低合金钢。
材料加工原理(焊接)_熔化焊接化学冶金,3.熔渣的结构液态熔渣的结构:
组成:
分子氧化物(自由态、复合态)(SiO2、FeO、FeO*SiO2等)造渣:
酸、碱性氧化物中和生盐的过程。
2CaO+SiO2=(CaO)2*SiO22CaO+TiO2=(CaO)2*TiO2与熔融
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- 关 键 词:
- 大连理工 材料 加工 原理 焊接