金屬工藝學(xué) 第9章 焊接與膠接成形

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1、第九章焊接與膠接成形9.1.1焊接電弧9.1.2焊接過(guò)程9.1.3焊接接頭的組織與性能9.1.4焊接變形和焊接應(yīng)力本章重點(diǎn)：焊條電弧焊的原理與特點(diǎn)，焊接材料、焊接方法、焊接工藝參數(shù)和焊接結(jié)構(gòu)形式的選用原則?；局R(shí)焊接：是通過(guò)加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件達(dá)到原子結(jié)合的一種方法。焊接方法：熔化焊、壓力焊、釬焊等。焊接的主要特點(diǎn)是：（1）節(jié)省材料，減輕質(zhì)量；（2）簡(jiǎn)化復(fù)雜零件和大型零件的制造；（3）適應(yīng)性好；可實(shí)現(xiàn)特殊結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)；（4）滿(mǎn)足特殊連接要求；可實(shí)現(xiàn)不同材料間的連接成型；（5）降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。焊接方法的應(yīng)用：（1）制造金屬結(jié)構(gòu)件；（2）制造

2、機(jī)器零件和工具；（3）修復(fù)。焊接方法壓力焊摩擦焊超聲波焊爆炸焊擴(kuò)散焊高頻焊釬焊及封粘軟釬焊硬釬焊封接粘接熔焊電弧焊電渣焊等離子弧焊電子束焊激光焊手弧焊氣體保護(hù)焊埋弧焊電阻焊焊接的特點(diǎn)及應(yīng)用焊接的特點(diǎn)1、節(jié)約金屬材料，產(chǎn)品密封性好2、以小拼大，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單3、便于制造雙金屬結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)是焊縫處的力學(xué)性能有所降低，個(gè)別焊接方法的焊接質(zhì)量檢驗(yàn)仍有困難。焊接的應(yīng)用1、制造金屬結(jié)構(gòu)2、制造金屬零件或毛坯3、連接電器導(dǎo)線(xiàn)9.1焊接的基本原理焊接電弧電弧是兩帶電導(dǎo)體之間持久而強(qiáng)烈的氣體放電現(xiàn)象。1）電弧的形成（1）焊條與工件接觸短路短路時(shí)，電流密集的個(gè)別接觸點(diǎn)被電阻熱Q=I2Rt所加熱，極小的氣隙的電場(chǎng)

3、強(qiáng)度很高。結(jié)果：①少量電子逸出。②個(gè)別接觸點(diǎn)被加熱、熔化，甚至蒸發(fā)、汽化。③出現(xiàn)很多低電離電位的金屬蒸汽。（2）提起焊條保持恰當(dāng)距離在熱激發(fā)和強(qiáng)電場(chǎng)作用下，負(fù)極發(fā)射電子并作高速定向運(yùn)動(dòng)，撞擊中性分子和原子使之激發(fā)或電離。結(jié)果：氣隙間的氣體迅速電離，在撞擊、激發(fā)和正負(fù)帶電粒子復(fù)合中，其能量轉(zhuǎn)換，發(fā)出光和熱。2）電弧的構(gòu)造與溫度分布電弧由三部分構(gòu)成，即陰極區(qū)（一般為焊條端面的白亮斑點(diǎn)）、陽(yáng)極區(qū)（工件上對(duì)應(yīng)焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)）和弧柱區(qū)（為兩電極間空氣隙）。9.1.1焊接電弧電弧是指兩電極之間強(qiáng)烈而持久的氣體放電現(xiàn)象。電弧放電電壓最低，電流最大，溫度最高，發(fā)光最強(qiáng)。將電弧放電用作焊接熱源

4、，既安全，加熱效率也高。電弧的三個(gè)區(qū)陰極區(qū)、陽(yáng)極區(qū)和弧柱區(qū)焊接電弧的溫度和熱量分布溫度oC熱量分布陽(yáng)極區(qū)：260043％弧柱區(qū)：6000～800021％陰極區(qū)：240036％接法由于電弧產(chǎn)生的熱量在陽(yáng)極和陰極上有一定的差異，在使用直流電焊機(jī)焊接時(shí)，有兩種接線(xiàn)方法：直流正接：焊件接正極，焊條接負(fù)極（厚板、酸性焊條）直流負(fù)接：焊件接負(fù)極，焊條接正極（薄板、堿性低氫焊條、低合金鋼和鋁合金）9.1.2焊接過(guò)程電弧焊的焊接過(guò)程：手工電弧焊是利用焊條與工件間產(chǎn)生的電弧熱，將工件熔化而進(jìn)行焊接的。電弧在焊條與被焊工件之間燃燒，電弧熱使工件（基本金屬）和焊條同時(shí)熔化成為熔池，焊條金屬熔滴借重力和電弧氣

5、體吹力的作用逐漸過(guò)渡到熔池當(dāng)中。電弧熱還使焊條的藥皮熔化或燃燒。藥皮燃燒后與液體金屬起物理化學(xué)作用，所形成的熔渣和氣體可防止空氣中氧、氮的侵入，其保護(hù)熔化金屬的作用。熔池的保護(hù)焊劑是由SiO2，MnO、MgO及CaF等組成的硅酸鹽。焊劑保護(hù)的效果形成熔融的液態(tài)焊劑薄膜，使熔池與空氣隔絕，大大減少焊縫中的含氣量，提高焊縫韌性。延長(zhǎng)熔池存在時(shí)間，加強(qiáng)了冶金反應(yīng)，有利于氣孔、夾渣的析出。渣保護(hù)渣保護(hù)為了使熔池與空氣隔離，可在熔池上覆蓋一層熔渣一方面防止金屬氧化和吸氣另一方面向熔池過(guò)渡合金元素，提高焊縫性能同時(shí)，還可以減少散熱，提高生產(chǎn)率，防止強(qiáng)光輻射氣保護(hù)用于保護(hù)熔池和溶滴的氣體應(yīng)是惰性氣體

6、，并在高溫下不分解，或是低氧化性的不溶于金屬液體的雙原子氣體(如Ar或CO2)。熱循環(huán)離焊縫越近的點(diǎn)，被加熱的溫度越高；反之，越遠(yuǎn)的點(diǎn)，被加熱的溫度越低。在焊接熱循環(huán)中，影響焊接質(zhì)量的主要參數(shù)是加熱速度、最高加熱溫度、高溫（1100℃以上）停留時(shí)間和冷卻速度等。冷卻速度起關(guān)鍵作用的是從800℃冷卻到500℃的速度。焊接熱循環(huán)的主要特點(diǎn)是加熱速度和冷卻速度都很快（100℃以上/秒，甚至更高）。因此，對(duì)于淬硬傾向較大的鋼材焊后會(huì)產(chǎn)生馬氏體組織，引起焊接裂紋。焊接熱循環(huán)的特點(diǎn)是加熱和冷卻速度很快，對(duì)易淬火鋼，易導(dǎo)致馬氏體相變；對(duì)其它材料，易產(chǎn)生焊接變形、應(yīng)力及裂紋。9.1.3焊接接頭的組織與

7、性能熔焊熱原的高溫集中融化焊縫區(qū)金屬，并向工件金屬傳導(dǎo)熱量，必然引起焊縫及附近區(qū)域金屬的組織和性能發(fā)生變化。焊縫區(qū)——在焊接接頭橫截面上測(cè)量的焊縫金屬的區(qū)域。熔合區(qū)——熔合線(xiàn)兩側(cè)有一個(gè)很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過(guò)渡區(qū)。熱影響區(qū)---受焊接熱循環(huán)的影響，焊縫附近的母材因焊接熱作用發(fā)生組織或性能變化的區(qū)域（過(guò)熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)）。熱影響區(qū)中的過(guò)熱區(qū)，對(duì)焊接接頭有不利影響，應(yīng)使之盡可能減小。熔合區(qū)成分不均，組織為粗大的過(guò)熱組織或淬硬組織，是焊接接頭