第九章 金属焊接成形工艺基础.ppt

二、熔焊的三要素 热源 要求能量集中，温度高。 电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。 （1）电弧： 两个电极之间强烈而持久的气体放电现象。 气体放电电压和电流的关系不遵循欧姆定律，而呈现几段曲线。 电弧分为三个区：阴极区，即电子发射区；阳极区，即接收电子并产生正离子区；弧柱区，即气体电离区。 当用钢芯焊条作电极时，弧柱区的温度为6000—8000K，阳极区2600K左右，阴极区2400K左右。 (2)等离子弧 与自由电弧相比，等离子弧是被压缩的电弧，其弧区的能量密度集中，温度高，挺直度好。 等离子弧的温度达24000-50000K，能量密度达105-106W/cm2，可焊接厚钢板，焊缝和热影响区较小。 (3)电渣热 当特制的电渣由一些金属盐和氧化物组成时，熔融过程中会形成大量离子，如果接通电源，正负离子将产生定向移动而导电并释放热量，使渣池的温度达到2000-2200K。这一温度足以使大多数金属熔化。 (4)电子束 当钨被加热到2600K时，能产生大量的电子，在强电场作用下，电子被加速到160000 km/s，撞击在金属表面时将产生106-108W/cm2的能量密度，比电弧产生的能量密度大1000倍，能使金属瞬间熔化或气化。 电子束的穿透能力强，可一次焊接厚度达200 mm的钢板。 (5)激光束 激光具有单波长和单色性，方向性强，能量密度高达105-1013W/cm2，可使金属产生瞬间熔化或气化。 但材料的光热效应通常只发生在表层，因此，激光的穿透能力较差，熔池较浅，只能用来焊接微小件和薄壁件。 2．熔池保护 熔池金属在高温下与空气作用会产生诸多不良反应，形成气孔、夹杂等缺陷，影响焊缝品质。 渣保护、气体保护或渣-气体联合保护法可隔绝空气，防止熔池氧化，并可脱氧、脱硫、脱磷，向熔池过渡合金元素，以改善其性能。 (1)渣保护 在熔池上覆盖一层熔渣。 防止金属氧化、吸气和向熔池过渡合金元素，改善焊缝性能； 稳定电弧，减少散热，提高生产率。 渣保护的材料有焊剂和电渣两类。 焊剂 由SiO2、MnO、MgO及CaF等组成的硅酸盐。 应保证热源稳定，硫、磷含量低，熔点和粘度合适，脱渣性好，不析出有害气体，不吸湿。 有熔炼焊剂和非熔炼焊剂两类，非熔炼焊剂又分为烧结焊剂和粘结焊剂。 熔炼焊剂主要起保护作用；非熔炼焊剂除起保护作用外还可起渗合金、脱氧、去硫等冶金作用。 电渣 除应有焊剂的基本性能外，还应有合适的电导率、高的蒸发温度。 SiO2含量愈高，电导率愈低，粘度愈高；钙和其它元素氟化物和钛氧化物使电导率增大，粘度减小。 电渣分高电导率、中等电导率和低电导率三类。 (2)气体保护 在高温下不分解的惰性气体(如氩气)或低氧化性的、不溶于液态金属的气体(如CO2)，也可用混合气体。 保护气体还应能稳定热源，密度应比空气大，以便排开空气，在熔池上方形成气量。 喷嘴结构应尽可能使气体以层流状态流出。 (3)渣-气体联合保护 具体起保护作用的有焊条的药皮和二氧化碳加药芯。 ①药皮 含造气剂和造渣剂，涂敷在焊条外。 含稳弧剂、合金剂、脱氧剂、脱硫剂和去氢剂等。 还配有粘结剂、增塑剂等。 原料有矿石、铁合金、有机物和化工产品等四类。 酸性药皮工艺性好，碱性药皮工艺性差。 碱性药皮中有益元家多，有害元家少，从而使焊接接头的力学性能得到改善。 碱性药皮中不合有机物而含有氟石，有去氢作用，可以降低焊缝中氢合量，提高焊缝金属的抗裂性，所以也称低氢型药皮。 碱性药皮氧化性强，对锈、油、水的敏感性大，易产生飞激和C0气孔。 碱性药皮在高温下易生成较多的有毒物质(如HF等)，因此操作时应注意通风。 ②二氧化碳加药芯 单一CO2气体保护产生飞溅、气孔和合金元素的氧化烧损，其应用受到一定限制。 药芯是空心金属筒中心包裹有与药皮成分相同的粉剂，可实现渣-气体联合保护。 优点： 与单一CO2气体保护相比，飞溅少，且飞溅颗粒细，容易清除,形状更美观； 与单一药皮保护相比， 电弧热效率高，熔深大，因而生产率高，填充金属用量少。 调整药芯成分可焊接不同的钢材，抗气孔能力比单一CO2气体保护强。 3．焊缝填充金属 焊缝填充金属指的是焊芯与焊丝。 当焊缝较宽时，靠母材的熔化不能填满焊缝，这时，必须外加焊丝补充； 对于低合金钢焊件，为提高焊缝性能，使焊缝与母材强度相等，必须用合金焊丝和焊芯(填充金属)过渡合金元素。 常用的焊条钢芯及焊丝为碳素钢丝、合金钢丝和不锈钢丝。 碳、硅含量较低，磷和硫的质量分数小于0.03%，以保证焊缝有较高的强度和韧性。 牌号中H代表焊接用钢丝，其后的两位数字代表碳的质量分数的万分之几，A为高级优质钢，E代表特级优质钢。 第三节 焊接缺陷 工件焊后在接头处存留下来的不完整性称为焊接缺陷。 主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。 这些缺陷会减