PDF《材料成形基础》

材料成形基础 山东大学材料学院 孙俊生 焊接技术的应用 ? 焊接在机械制造中是一种十分重要的加工工艺.

据工业发 达国家统计,每年用于制造焊接结构的钢材占钢总产量的70 %左右. ? 焊接不仅能解决各种钢材的连接,而且还能解决有色金属 和钛、锆等特种金属材料的连接.焊接既能连接异种金属, 又能连接厚薄相差悬殊的金属.因而已广泛地应用丁机械、 汽车、船舶、石油化工、电力、建筑、原子能、海洋工程、 宇航工程、电于技术等工业部门. ? 随着现代工业生产的需要和科学技术的蓬勃发展,焊接技 术进步很快,到现在焊接方法已发展到数十种之多. ? 目前许多新的焊接工艺正逐步用于焊接生产,极大地提高了焊接生产率和焊 接质量. ? 在重型机械、冶金矿山机械、工程机械、电站锅炉压力容器、石油化工、机 车车辆、汽车等行业中普遍采用了数控切割技术、埋弧自动焊、电渣焊、CO2 气体保护焊、TIG焊、MIG焊、电阻焊和钎焊等焊接方法并具有成套的焊接工 艺装备. ? 汽车生产线中采用了CO2气体保护焊、TIG焊、MIG焊等焊接机器人、电阻焊 机器人和自动生产线,大大提高了焊接质量和生产效率,焊接机械化、自动 化水平已达到总焊接工作量的35~45%.与工业发达国家相比,我国的焊接机 械化和自动化水平还较低,按熔化焊来计算,目前日本为67%,德国为80%, 美国为56%,原苏联为40%,而我国还不到20%,其主要原因是我国焊接生产 主要还靠手工电弧焊,自动化水平高的气体保护焊和埋弧自动焊应用少.从 焊接生产工艺装备水平来看,我国近年来,生产了成套的焊接工艺装备和焊 接生产线,也有的厂家从国外引进了自动化水平较高的焊接辅助装置,焊接 质量和生产效率有了很大提高. ? 计算机控制系统在焊接生产工艺的应用,在国外已经比较普遍,除用于焊接 工艺参数的控制之外,还可用于整条生产线、焊机的群控.它还可以根据材 料厚度自动选择并预置焊接工艺参数,对焊接过程实现自适应控制、最佳控 制以及智能控制等. ? 研究开发具有智能的焊接机器人,特别是具有自动路径规划,自动校正轨 迹,自动控制熔深的机器人将是近期和二十一世纪的重点方向. ? 电子束、激光、等离子等高能束流用于焊接,可以完成难熔合金 和难焊材料的焊接,焊接熔深大、热影响区小、焊缝性能好、焊 接变形小、精度高,并具有较高的生产率.必将在核、航空、航天、汽车等工业中得到广泛的应用,推进焊接工艺的进步 ? 采用复合热源焊接是焊接工艺的又一发展动向.利用复合热源焊 接不仅可以降低焊接成本,而且可以扩大焊接的材料.目前激光 加电弧的复合热源已在国外开始采用,采用等离子和位于工件背 面的TIG电弧复合热源也有效地增大了熔深,为大厚度工件的焊 接开辟了新途径. 焊接的基本概念: ? 金属连接的条件:只有两块金属的距离d达到(3~5) *10-8cm时,金属原子之间便形成了金属键,实现连 接. ? 使d达到(3~5)*10-8cm的条件 : ? 两块金属件要接触;

? 要有足够高的能量. ? 实现的方法: ? 加热 熔焊 ? 加压 压焊 ? 焊接定义:通过加热或加压,或两者并用,并且用或 不用填充材料,使工件达到原子结合的一种加工方 法. 按能量分类的焊接方法 表2-1 根据焊接过程的特点-焊接方法的分类 图2.1 焊接方法的分类 常用焊接热源的特性 根据焊接冶金特点-焊接方法分类 ? 分为三大类:液相焊接、因相焊接、固― 液相焊接. ? 利用热源加热待焊部位,使之发生熔化,利用液相的相溶而实现原子间结合,即 属液相焊接.熔焊属于最典型的液相焊接.除了被连接的母材(同质或异质),还 可填加同质或非同质的填充材料,共同构成统一的液相物质.常用的填充材料就 是焊条或焊丝. ? 固相焊接属于典型的压焊方法.因为固相焊接时,必须利用压力使待焊部位的表 面在固态下直接紧密接触,并使待焊表面的温度升高(但一般低于母材金属熔 点),通过调节温度、压力和时间以充分进行扩散而实现原子间结合.在预定的 温度(利用电阻加热、摩擦加热、超声振荡等)紧密接触时,金属内的原子获得能 量、增大活动能力,可跨越待焊界面进行扩散,从而形成固相接合.电阻点焊、 摩擦焊、超声波焊属典型的固相焊接. ? 固― 液相焊接,与固相焊接不同之处,就是待焊表面并不直接接触,而是通过两 者毛细间隙中的中间液相相联系.于是,在待焊的同质或异质固态母材与中间液 相之间必存在两个固― 液界面,由于固液相间能更充分进行扩散,可实现很好的 原子结合.钎焊即属此类方法.形成中间液相的填充材料称为钎料.显然,钎料 的熔点必须低于母材的熔点. 常用焊接方法的热效率 焊接方法的发明年代及发明国家 常用焊接方法及其应用焊条电弧焊 ? 定义与工作原理 焊条电弧焊是药皮焊条手工电弧焊的简称.是用手上操纵焊条进行焊接的 电弧焊方法. 它利用焊条与工件之间燃烧的电弧热熔化焊条端部和工件的局部,在焊 条端部迅速熔化的金属以细小熔滴经弧柱过渡到工件已经局部熔化的金届 中,并与之融合一起形成熔池,随着电弧向前移动,熔池的液态金属逐步 冷却结晶而形成焊缝.焊接过程中.焊条芯是焊接电弧的一个极,并作为 填充金属熔化后就成为焊缝的织成部分;