机械制造基础 第2版 教学课件 作者 谭雪松 漆向军 第5章 焊接.ppt

5.1 焊接理论基础 5.1.1 焊接的特点和应用 1．焊接生产的特点 焊接在现代生产中应用广泛，其主要特点如下。 （1）可以简化复杂零件和大型零件的制造过程，实现“以小拼大”。 （2）比铆接节约材料，接头质量好，致密性好。 （3）适应性好，可实现特殊结构的生产，如实现不同材料间的连接成形。 （4）容易实现生产自动化，降低劳动强度，改善劳动条件。 （5）焊接后零件会产生大的应力或变形，焊接热影响区的存在影响零件的性能 2．焊接的应用 焊接工艺主要应用于以下领域。 （1）制造金属结构件，如建筑和桥梁等。 （2）制造机器零件和工具。 （3）修复损坏的机器及器具。 5.1.2 焊接的分类 1．熔焊 热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向前移动，冷却后形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝，从而将两工件连接成为一体。 2．压力焊 在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合。常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 3．钎焊 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 5.1.3 焊工安全操作规程 （1）操作前必须穿好工作服、工作鞋，电焊操作时要戴好面罩、手套等防护用品。 （2）电焊前应仔细检查电焊机是否接地，导线和焊钳的绝缘是否良好。 （3）任何时候都严禁将焊钳放在焊接工作台上，以免发生短路，烧毁工具。 （4）禁止用裸眼直接观看弧光，以免伤害眼睛、灼伤皮肤。 （5）焊接进行过程中，绝对禁止调节电焊电流，以免损坏或烧毁电焊机。 （6）不准用手套代替铜丝刷清理工件。刚焊好的工件及焊条残头应当用夹钳拿取，不要直接用手取放。 （7）敲除熔渣时要注意方向，防止熔渣飞进眼睛。 （8）遇到故障或事故时，不要慌乱，要及时报告实习指导人员。 （9）操作结束后，应按规定做好整理工作和实习场所的清洁卫生工作。 5.2 焊条电弧焊 5.2.1 熔焊的施焊原理 1．熔焊3要素 （1）热源。热源的能量要集中，温度要高，以保证金属快速熔化，减小热影响区。满足要求的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。 （2）填充金属。填充金属熔化后和熔化的母材一起形成焊缝。为了确保焊件的使用性能，要求焊缝至少与母材等强度。填充金属还能给焊缝适当补充有益的合金元素，以提高接头强度。 （3）熔池的保护。焊缝形成过程中，为了确保焊接质量，要隔离焊缝与空气接触以防止氧化，并进行脱氧、脱硫和脱磷等操作，这都需要对熔池进行必要的保护。 2．熔焊的冶金过程 （1）熔焊的本质是小熔池熔炼与铸造，包含了金属熔化和重新结晶的过程。熔池存在时间短，温度高；冶金过程进行不充分，氧化严重，热影响区大。 （2）电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度，使金属元素强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。 （3）金属熔池体积小，其四周是冷金属，处于液态的时间很短，一般在10s左右，熔池冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。同时还导致各种化学反应难以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不及浮出，易产生气孔和夹杂等缺陷。 （4）熔池不断更新，有害气体容易进入熔池，形成氧化物、气孔杂质等缺陷。 3．熔焊中熔池的保护 （1）渣保护。为了使熔池与空气隔离，可在熔池上覆盖一层熔渣。一方面防止金属氧化和吸气，另一方面向熔池补充合金元素，提高焊缝性能，同时，还可以减少散热，提高生产率，防止强光辐射。 （2）气保护。用于保护熔池和熔滴的气体应是惰性气体，在高温下不分解，或是低氧化性的不溶于金属液体的双原子气体。其中使用氩气作为保护气体的称为氩弧焊，使用CO2作为保护气体的称为CO2气体保护焊。 （3）渣—气联合保护。利用渣的良好冶金反应和焊缝成型特点以及气体的优良电弧热效率和稳弧作用，可获得良好的熔池保护效果。 5.2.2 焊条电弧焊的施焊过程 1．焊条电弧的焊接原理 电弧在焊条和焊件之间燃烧，电弧热使工件和焊芯同时熔化形成熔池。 同时使焊条的药皮熔化并分解，熔化后的药皮与液态金属发生物理化学反应，形成的熔渣从熔池中上浮。 2．焊接电弧 （1）电弧的组成。电弧包括阴极区、阳极区、弧柱区等 。 （2）焊接电弧的温度和热量分析 3．电焊机 （1）交流弧焊机。交流弧焊机又称弧焊变压器，是一种特殊的变压器，它把网路电压的交流电变成适宜于弧焊的低压交流电。交流弧焊机具有结构简单、易造易修、成本低、效率高等优点。但其电弧稳定性较差，焊接质量不高，一般用于手弧焊、埋弧焊和钨极氩弧