高焊工艺第二章异种金属的焊接.docx
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高焊工艺第二章异种金属的焊接
河北省技工学校表5—1
教师课时授课计划
学校:
唐山劳动技师学院授课序号
授课日期
授课班级
缺席
课题:
第二章异种金属的焊接§2-1异种金属焊接概述
本次授课目的与要求:
1、了解异种金属焊接的概念
2、了解了解异种金属焊接性
3、熟悉异种金属焊接方法的选择
课堂类型:
综合课
教具、挂图与参考书:
《高级焊工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社
《焊工初中高教程》中国劳动出版社
考核对象:
全体学生,随机提问
复习旧课要点:
1、钛及钛合金焊接接头脆化的解决途径
2、钛及钛合金焊接产生气孔的原因及防止措施
3、钛及钛合金焊接产生裂纹的原因
新课难点,重点与解决措施:
重点:
1、异种金属焊接性
2、异种金属焊接易出现的问题及防止措施
难点:
焊接易出现的问题及防止措施
表5—2
巩固新课要点:
§2-1异种金属焊接概述
一、异种金属焊接的概念
二、异种金属的焊接性
三、异种金属焊接的主要问题
四、异种金属焊接方法的选择
课外作业(复习题):
1、异种金属焊接的分类?
2、异种金属焊接产生的两种金相结构?
性能、特点?
3、异种金属焊接接头特点?
任课教师:
组长审阅:
年月日年月日
本课题小结与改进措施:
小结:
1、异种金属的概念、焊接性、易出现的问题
2、焊接方法的选择
措施:
提醒同学们课下复习金属材料相关知识
新课内容(附后)
●
检查上次课知识点的掌握情况
通过举例讲解异种金属的应用及焊接的意义
讲授异种金属的概念及分类
课时安排:
2课时(90分钟)
●教学方法:
讲授、举例、探究、提问
●旧课复习:
(3分钟)
1、钛及钛合金焊接接头脆化的解决途径。
2、提问:
①钛及钛合金焊接产生气孔的原因及措施?
②钛及钛合金焊接产生裂纹的原因?
●引入新课:
(2分钟)
随着科学技术发展,异种金属焊接越来越广泛。
许多情况,要求构件,不同的部位承受不同的工作条件,如载荷、温度或介质。
通常几种不同金属焊接起来,又能满足要求,又能发挥各种技术的作用,有经济效益。
●新课内容:
§2-1异种金属焊接概述
一、异种金属焊接的概念(5分钟)
异种金属焊接:
各种物理常数和金属组织等性质各不形同的母材金属之间的焊接。
从材料角度分类:
异种钢焊接
三类异种有色金属焊接
钢与有色金属焊接
从接头形式分类:
两种不同金属母材的接头
三种被焊母材金属相同采用不同焊缝金属的接头
复合金属板的接头
二、异种金属的焊接性(25分钟)
金属焊接性:
金属是否适应焊接加工而形成完整的、具备
一定使用性能的焊接接头的特性。
焊接过程接头是否容易形成缺陷(结合性能)
两方面
焊后满足使用条件的能力(使用性能)
两种金属能够熔合或通过中间过渡层的填充材料熔合,都认为具有焊接性。
差别在于焊接工艺的简单、复杂程度;焊后接头的性能好坏。
1、异种金属组合的金相结构
固溶体
合金结构
化合物
1)固溶体:
是指二组元在液态相互溶解,结晶以一组元为基体保持原有晶格类型,另一组元是原子分布在基体组元晶格里,形成一致的固体合金。
特点:
组织均匀,力学性能(主要塑性、韧性)好,理想的焊缝组织。
无限固溶体如:
铜-镍铁-镍
分类
有限固溶体析出另一固溶体(两相)铁-铜
析出化合物铁-铝铝-铜
2)化合物:
是指合金组元按一定的原子数量比,化合成一种完全不同于原来组元晶格的新相,且具有金属特性的固体合金。
特点:
硬而脆,不能用于连接金属。
焊缝出现塑性、韧性下降。
2、异种金属间的热物理性能差异
结合实际举例
影响焊接性因素:
化学性能、力学性能,主要热物理性能。
1)熔化温度(熔点)
熔点相近:
常用焊接技术和工艺
熔点相差100℃以上:
很难采用常用焊接技术和工艺
铁:
1535℃铜:
1083℃镍:
1453℃铝:
660℃镁:
648.8℃
2)热膨胀系数
焊缝及母材冷却收缩不一致,冷却产生较大焊接应力,焊接接头过早损坏。
3)热导率和比热容
影响焊接热循环和结晶过程,对导热好的金属预热,焊接电弧偏向导热好的一侧。
三、异种金属焊接的主要问题(25分钟)
合金成分、冶金、物理、化学性能有差别,比焊同种金属困难。
接头特点:
1、化学成分的不均匀性
两种金属合金成分有明显差异,熔化区的化学成分相互稀释。
取决:
母材、填充材料原始成分,焊接工艺。
电流↓熔深↓稀释↓不均匀性↓
2、组织的不均匀性
由于焊接热循环作用,组织不同。
取决:
母材、填充的化学成分,焊接方法、焊接层次、焊接工艺、焊后处理。
3、性能的不均匀性
力学性能的不同(强度、硬度、塑性、韧性),物理性能(膨胀系数、导热率)差异。
讲授异种金属焊接的方法
借助实例加深理解
4、应力场分布的不均匀性
各区域残余应力分布不均匀。
原因:
接头区域塑性、膨胀系数、导热率的差异。
焊接接头断裂的主要原因。
四、异种金属焊接方法的选择(20分钟)
1、熔焊
熔焊,两种母材金属熔化,稀释作用明显。
稀释率,焊条30%以下,熔化极气保焊10%-50%,埋弧焊10%-75%左右。
为减少稀释,降低熔合比,通常采用热量集中的热源电子束焊、激光焊、等离子焊等。
工艺:
↓熔深,摆动焊丝、带状焊丝、附加不通电焊丝等工艺。
2、钎焊
接头不存在稀释问题,存在铸造组织,最常用的焊接方法之一。
1)熔焊-钎焊
特点:
低熔点母材一侧为熔焊,高熔点母材钎焊。
要求:
钎料对高熔点母材有良好润湿性。
例如:
钢-铜
2)共晶扩散钎焊
加热一定温度,两金属面形成低熔点共晶体,或钎料与两金属形成低熔点共晶体,扩散到母材并均匀化。
3)压焊
特点:
不加热或加热温度低,避免对母材的热影响,防止产生金属间化合物或被挤出,也不存在稀释问题。
课后小结知识点巩固记忆
接头要求:
点焊、缝焊、超声波焊搭接接头
摩擦焊至少一个工件旋转体界面
爆炸焊适于较大面积连接
●课堂小结:
(8分钟)
本次课主要讲述了:
一、异种金属焊接的概念
1、什么叫异种金属焊接
2、异种金属焊接的分类
二、异种金属焊接性
1、异种金属金相结构
2、异种金属热物理性能
三、异种金属焊接的主要问题
四、异种金属的焊接方法
●布置作业:
(2分钟)
1、什么叫异种金属焊接?
异种金属焊接的分类?
2、什么叫金属的焊接性?
3、异种金属的金相组织及性能特点?
4、异种金属焊接易出现的问题?
5、异种金属的焊接方法?
河北省技工学校表5—1
教师课时授课计划
学校:
唐山劳动技师学院授课序号
授课日期
授课班级
缺席
课题:
§2-2异种钢的焊接
(1)
本次授课目的与要求:
1、了解异种钢焊接分类
2、了解异种钢的焊接性
3、掌握异种钢焊接的工艺原则
课堂类型:
综合课
教具、挂图与参考书:
《高级焊工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社
《焊工初中高教程》中国劳动出版社
考核对象:
全体学生,随机提问
复习旧课要点:
1、异种金属焊接易出现的问题
2、焊接异种金属的方法
新课难点,重点与解决措施:
难点、重点:
1、金相组织相同的异种钢焊接工艺
2、金相组织不同的异种钢焊接工艺
解决措施:
1、结合上次课内容进行对比记忆。
2、加强课题听讲效果检查,调动听课积极性。
表5—2
巩固新课要点:
§2-2异种钢的焊接
(1)
一、异种钢焊接概述
1、异种钢焊接种类
2、异种钢焊接工艺要点
3、异种钢焊接的工艺原则
课外作业(复习题):
1、异种钢焊接的三种类型?
2、焊接材料的选择原则?
任课教师:
组长审阅:
年月日年月日
本课题小结与改进措施:
小结:
1、异种钢焊接的三种类型
2、异种钢焊接的工艺要点
3、异种钢焊接的工艺原则
新课内容(附后)
●
课时安排:
2课时(90分钟)
●教学方法:
讲授、举例、探究、提问
●旧课复习:
(3分钟)
1、什么叫异种金属焊接
2、异种金属焊接的分类
3、异种金属焊接的主要问题
●引入新课:
(2分钟)
通过举实例,讲解异种钢焊接的应用场合,异种钢焊接的实际意义。
●新课内容:
§2-2异种钢的焊接
(1)
一、异种钢焊接概述(30分钟)
1、异种钢焊接种类
常用异种钢按其金相组织可分为三种类型:
珠光体钢(低、中碳钢,低合金钢)
三种铁素体和铁素体-马氏体钢(铬不锈钢)
奥氏体和奥氏体-铁素体钢(铬镍不锈钢)
2、异种钢焊接的工艺要点
金相组织相同的异种钢焊接(合金化程度不同)
异种钢组合
金相组织不同的异种钢焊接
1)金相组织相同的异种钢焊接(同类钢中不同牌号钢之间的焊接)
金相组织相同,物理性能没有很多差异。
工艺措施:
按合金程度较高的钢(焊接性较差的钢)选择焊接方法和制定工艺措施。
焊接材料选择:
与母材金相组织相同,按合金成分低的钢选取。
提醒同学们课下复习金属材料
结合金属材料相关内容讲解
例如:
不同牌号珠光体钢焊接
∵碳是决定淬硬倾向的主要原因
∴按碳当量少的钢选取焊条或焊丝
焊前预热,按碳当量高的钢及厚度来决定。
2)金相组织不同的异种钢的焊接
金相组织不同,物理性能有很多差异,影响接头性能。
焊接材料选择:
产生过渡层小而韧性好的材料。
工艺措施:
熔合比尽量小,减少稀释;避免熔敷金属与母材金属搅拌。
焊前预热取决于焊缝金属的合金化程度。
焊后热处理要慎重,金相组织不同其物理性能差异大,热处理能改善接头性能,但对残余应力未必消除,又可能增加。
3、异种钢焊接的工艺原则(45分钟)
1)焊接方法的选择
大部分熔焊都适合。
依据:
母材性质、接头形式、构件的工作条件、接头质量要求、生产效率、经济性来选择。
焊条焊:
工艺灵活、熔合比小、焊条种类多、适应性强。
埋弧焊:
生产率高、直线或环形大构件
但焊接参数↑熔合比↑稀释率↑
不同的珠光体钢及珠光体钢与高铬马氏体钢焊接,采用CO2焊,适应性强。
异种奥氏体钢及奥氏体钢与珠光体钢焊接,钨极氩弧焊或熔化极氩弧焊,质量稳定可靠。
通过版图分析
绘制表格方便记忆
2)焊接材料的选择原则
①保证焊接接头的使用性能。
②能防止接头产生冷热裂纹。
③焊缝金属强度塑性不能兼顾时,选用塑性较好的材料。
④能防止气孔、夹渣等缺陷产生,是焊缝有一定的致密性。
⑤具有良好的工艺性,焊缝美观。
⑥焊缝金属组织有稳定性。
3)坡口角度的选择
主要根据母材的厚度;还要控制熔合比,来控制稀释度。
坡口角度↑熔合比↓坡口角度↓熔合比↑
4)焊接规范的选择
∵线能量↑熔合比↑
∴应尽量采用小电流、高焊速、短电弧,降低母材熔化量,保证较小的熔合比
5)预热及焊后热处理
预热:
同种金相组织、合金程度不同的异种钢,按焊接性较差的钢选择预热温度和规范,防止产生裂纹。
不同金相组织异种钢,依据两种钢的焊接性和焊接材料的化学成分,选择温度和规范。
若被焊金属不能后热处理,采用奥氏体焊条焊接,则预热温度应低些。
焊后热处理:
同种钢,后热处理目的改善接头组织性能,消除残余应力,促使焊缝氢逸出。
异种钢,热处理规范复杂。
金相基本相同时,按合金含量高的钢确定热处理规范;金相不同时,加热冷却后应力重新分布,可能裂纹(例如:
珠光体钢和奥氏体钢)。
因此具体分析,通过实验确定。
●
总结本次课内容
布置作业加深记忆
课堂小结:
(8分钟)
本次课主要讲述了:
1、异种钢的分类
2、异种钢的工艺要点
3、异种钢焊接的工艺原则
●布置作业:
(2分钟)
1、异种钢焊接按金相组织分哪三种类型?
2、异种钢焊接工艺方法的选择原则?
3、异种钢焊接材料的选择原则?
河北省技工学校表5—1
教师课时授课计划
学校:
唐山劳动技师学院授课序号
授课日期
授课班级
缺席
课题:
§2-2异种钢的焊接
(2)低碳钢与低合金钢的焊接
本次授课目的与要求:
1、了解低碳钢与低合金钢焊接特点和方法
2、熟悉低碳钢与低合金钢的焊接工艺
3、掌握低碳钢与低碳钢的焊接
课堂类型:
综合课
教具、挂图与参考书:
《高级焊工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社
《焊工初中高教程》中国劳动出版社
考核对象:
全体学生,随机提问
复习旧课要点:
1、低碳钢焊接的三种类型
2、金相组织相同的异种钢焊接要点
3、金相组织不同的异种钢焊接要点
新课难点,重点与解决措施:
难点、重点:
低碳钢与低合金钢焊接材料、规范的选择原则。
解决措施:
1、结合生产实例进行讲授
2、调动学生听课积极性,加强课题检查
表5—2
巩固新课要点:
§2-2异种钢的焊接
(2)
二、低碳钢与低合金钢的焊接
1、低碳钢与低合金钢的焊接性
2、焊接材料的选用
3、焊接工艺要素
课外作业(复习题):
1、低碳钢与低合金钢焊接易出现的问题防止
2、焊接材料、工艺选择
任课教师:
组长审阅:
年月日年月日
本课题小结与改进措施:
小结:
1、低碳钢低合金钢焊接性
2、焊接材料、工艺选择
措施:
知识较抽象,多利用生产实例讲授
新课内容(附后)
●
课时安排:
2课时(90分钟)
●教学方法:
讲授、举例、探究、提问
●旧课复习:
(3分钟)
1、异种钢焊接的分类
2、金属材料知识:
正火?
调质?
●引入新课:
(2分钟)
通过举实例,讲解低碳钢与低合金钢应用场合,焊接的实际意义。
●新课内容:
§2-2异种钢的焊接
(2)
二、低碳钢与低合金钢的焊接
1、焊接性(25分钟)
碳素钢决定强度和可焊性的因素主要是含碳量。
低碳钢:
良好的焊接性
低合金钢=碳素钢+5%的合金元素
合金钢(低合金钢)除碳以外取决于合金元素含量。
碳当量:
把合金元素折合成碳的含量来表示。
碳钢及合金结构钢的碳当量经验公式:
C当量=[C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15]*100%
式中:
C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为钢中该元素含量
合金钢:
合金元素↑碳当量↑钢的淬硬倾向↑焊接性↓
结论:
焊接性取决于低合金钢的焊接性
热轧正火钢碳、合金元素低
低合金钢
低碳调质钢合金含量增加较大的淬硬倾向
(1)热轧正火钢的焊接性
分析探究正火钢的焊接性
焊接过程易出现的问题及防止措施
屈服点294-490MPa:
不需要采取工艺措施
屈服点大于490MPa且厚度结构刚性较大:
∵低合金刚一侧易出现脆化、裂纹
∴采取一定工艺措施
1)热影响区的过热区脆化
正火钢一侧1100℃以上粗晶区晶粒长大↑塑性↓裂纹↑
措施:
小线能量提高冷却速度
2)裂纹
∵热轧正火钢碳当量↑淬硬倾向↑
∴根据板厚、接头调整线能量、预热、后热温度
(2)低碳调质钢
防止热裂纹和冷裂纹
1)防止热裂纹的措施
大线能量(电渣焊、埋弧焊和大电流气保焊)高拘束时,热裂倾向大
材料:
高锰焊丝碱性焊条或焊剂
工艺:
高电压低电流高焊速(提高初次结晶速度)
2)防止冷裂纹的措施
控制800℃至500℃的冷却速度
过快马氏体组织过慢奥氏体晶粒长大热脆
2、焊接材料的选取(15分钟)
强度、塑性和冲击韧性不低于最低值
(1)焊条电弧焊
碱性焊条例如:
E4315E5015
(2)埋弧自动焊
硅含量低H08AH08MnA采用高硅高锰焊剂HJ431
通过上述焊接性分析
讲授焊材选择原则及工艺要素
(3)电渣焊
选用碳、锰含量略高的焊丝H08Mn2SiA
(4)二氧化碳焊
H08Mn2SiA
3、焊接工艺要素(35分钟)
(1)焊前准备
1)应避免采用不能焊透或局部焊透的破口形式。
2)低合金钢采用热切割,防止边缘淬硬层。
(屈服点超500MPa合金量大于3%板厚大于50mm时,切割前预热100℃以上)
3)焊前必须清除焊接区。
(焊条20mmm埋弧30mm电渣焊40mm)
4)焊接材料(焊条或焊剂)进行烘焙。
(500MPa以上采用保温桶)
5)装配定位采用同一类型焊条,长度不小于35-40mm,应采用正式焊接一样预热措施。
(2)焊接线能量的选择
一般采用小线能量:
小直径焊丝,多层多道焊,不横向摆。
(3)预热、层间温度的控制、后热及去氢处理
1)焊前预热和层间温度的控制。
防止接头冷裂、改善焊接接头组织性能、减小应力。
碳当量、板厚、拘束度↑预热温度↑
不低于100℃合金含量3%以下100℃-150℃
合金含量较高时150℃-200℃
宽度板厚的6倍,不超100mm
2)后热
150℃-250℃保温1min/mm,不小于30min
●
总结本次课内容
布置作业加深记忆
课堂小结:
(8分钟)
本次课主要讲述了:
1、低碳钢与低合金钢的焊接性
2、焊接材料的选用
3、焊接工艺要素
●布置作业:
(2分钟)
1、低碳钢与低合金钢焊接易出现的问题防止?
2、焊接材料的选取?
3、焊接工艺的选取?
河北省技工学校表5—1
教师课时授课计划
学校:
唐山劳动技师学院授课序号
授课日期
授课班级
缺席
课题:
§2-2异种钢的焊接(3)珠光体钢与奥氏体钢的焊接
本次授课目的与要求:
1、了解奥氏体钢的焊接性
2、了解珠光体钢与奥氏体钢的焊接特点
3、掌握珠光体钢与奥氏体钢的焊接工艺
课堂类型:
综合课
教具、挂图与参考书:
《高级焊工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社
《焊工初中高教程》中国劳动出版社
考核对象:
全体学生,随机提问
复习旧课要点:
1、低碳钢与低合金钢的焊接性
2、低碳钢与低合金钢的焊接工艺
新课难点,重点与解决措施:
难点、重点:
珠光体钢奥氏体钢焊接稀释问题及焊后组织控制
解决措施:
1、结合生产实例进行讲授
2、调动学生听课积极性,加强课题检查
表5—2
巩固新课要点:
§2-2异种钢的焊接(3)
三、珠光体钢与奥氏体钢的焊接
1、奥氏体不锈钢的分类及性能
2、珠光体钢与奥氏体钢的焊接特点
3、珠光体钢与奥氏体钢的焊接工艺
课外作业(复习题):
1、奥氏体钢的分类、性能?
2、焊接特点?
3、工艺要点?
任课教师:
组长审阅:
年月日年月日
本课题小结与改进措施:
小结:
1、不锈钢的分类性能
2、焊接特点
3、焊接工艺
新课内容(附后)
●
通过简单提问
检查上次课知识点的掌握情况
通过举例讲解异种钢的应用及焊接的意义
复习金属及焊接工艺知识
讲授奥氏体钢的分类及特点
课时安排:
2课时(90分钟)
●教学方法:
讲授、举例、探究、提问
●旧课复习:
(3分钟)
1、低碳钢低合金钢的焊接性
2、低碳钢低合金钢的焊接工艺
●引入新课:
(2分钟)
通过举实例,讲解珠光体钢于奥氏体钢应用场合,焊接的实际意义。
●新课内容:
§2-2异种钢的焊接(3)
三、珠光体钢与奥氏体钢的焊接
1、奥氏体不锈钢的分类及性能
(1)分类:
铬、镍含量分三类
18-8型最广1Cr18N9Ti
三类18-12型耐酸钢
25-20型很好的耐蚀、耐热组织稳定
(2)物理性能
①磁性奥氏体非磁性(铁素体、马氏体有磁性)
②密度大于碳钢(碳钢大于铁素体马氏体)
③线膨胀系数比碳钢大50%(铁素体马氏体与碳钢相似)
④电阻比碳钢大5倍
⑤热导率比碳钢低1/3左右
2、焊接特点
(1)焊缝金属的稀释
焊缝碳升高铬、镍减少生成马氏体
采用奥氏体焊接材料
通过列举实例讲授焊接工艺
(2)过渡层的形成
珠光体钢一侧熔合线位置形成马氏体过渡层硬而脆易裂
焊材镍↓过渡层↑
选择含镍量高的焊条
(3)碳迁移形成扩散层
由于碳的迁移珠光体钢侧软化另一侧硬化
提高含镍量利用石墨化作用阻碍碳化物缩小扩散层
(4)接头应力状态
不宜采用热处理消除应力
3、珠光体钢与奥氏体钢的焊接工艺
(1)焊接方法的选择
除考虑生产效率外,主要考虑融合比
焊条电弧焊、钨极氩弧焊、熔化极氩弧焊、埋弧焊都适合
焊条电弧焊熔合比小,操作灵活,全位置,不受构件形状限制,广泛应用。
(2)焊接材料的选择
427℃以下常温接头采用奥氏体焊材
371℃以上中文接头采用镍基合金焊材
(3)焊接工艺要点
1)坡口角度要大,V形80-92°,尽量U形坡口
2)小直径焊丝,小电流,快速焊
3)预热,根据珠光体钢而定。
奥氏体钢不需预热
4)珠光体钢一侧堆焊过渡层
5)采用焊接过渡段
●课堂小结:
(8分钟)
本次课主要讲述了:
总结本次课内容
布置作业加深记忆
1、奥氏体钢的分类及特性
2、珠光体与奥氏体钢焊接的特点
3、珠光体钢奥氏体钢焊接工艺
●布置作业:
(2分钟)
1、奥氏体钢的分类?
物理性能?
2、珠光体钢与奥氏体钢焊接工艺要点?
河北省技工学校表5—1
教师课时授课计划
学校:
唐山劳动技师学院授课序号
授课日期
授课班级
缺席
课题:
§2-2异种钢的焊接(4)不锈复合钢板的焊接
本次授课目的与要求:
1、了解不锈复合钢板的应用
2、了解不锈复合钢板焊接特点
3、掌握不锈复合钢板的焊接工艺
课堂类型:
综合课
教具、挂图与参考书:
《高级焊工工艺与技能训练》中国劳动社会保障出版社
《焊工初中高教程》中国劳动出版社
考核对象:
全体学生,随机提问
复习旧课要点:
1、奥氏体的分类及性能
2、珠光体钢奥氏体的焊接特点
新课难点,重点与解决措施:
难点、重点:
不锈钢复合钢板的焊接工艺
解决措施:
1、结合生产实例进行讲授
2、调动学生听课积极性,加强课题检查
表5—2
巩固新课要
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- 焊工 第二 章异种 金属 焊接
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