焊接成型技术 材料成型工艺基础 教学PPT课件.ppt

　　 图4-24 X形坡口焊接次序 (a)合理次序；(b)不合理次序 　　 图4-25 对称焊接 　　对于长焊缝的焊接，为防止焊接变形，可采用分段焊或逆向分段焊，如图4-26所示。 　　 图4-26 分段焊法 　　 (2)焊接变形的矫正。　　矫正过程的实质是使结构产生新的变形来抵消已产生的变形。常用的矫正方法有机械矫正法和火焰加热矫正法。　　机械矫正法是利用机械外力使焊件产生塑性变形的矫正变形法。可采用压力机、辊床等机械外力，也可用手工锤击矫正，如图4-27所示。 　　 图4-27 机械矫正法 　　火焰加热矫正法通常采用氧-乙炔火焰在焊件的适当部位上加热，使焊件在冷却收缩时产生与焊接变形大小相等、方向相反的变形，以抵消焊件变形，但要求加热部位必须准确。加热温度一般应控制在600～800℃，如图4-28所示。 　　熔滴反应区包括熔滴形成、长大到过渡至熔池前的整个阶段。此区域发生气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化和还原、焊缝金属的合金化等。反应时间仅有0.01s～0.1s，但平均温度高达2000K～2800K，而且液态金属与气体及熔渣的接触面积大，是冶金反应最激烈的部位，对焊缝成分的影响最大。　　熔滴金属和熔渣以很高的速度落入熔池后，即同熔化了的母材混合、接触、反应。此区温度较熔滴反应区低，约为1800K～2200K，反应时间较长，大约数秒。 此区有两个显著特点，一是温度分布极不均匀，熔池头部和尾部存在温度差，因而冶金反应可以同时向相反的方向进行；二是反应过程不仅在液态金属与气、渣界面上进行，而且也在液态金属与固态金属和液态熔渣的界面上进行。 　　2)熔池结晶的特点　　焊接熔池的结晶过程与一般冶金和铸造时液态金属的结晶过程并无本质上的区别，具有以下特点：　　(1)熔池金属体积很小，周围是冷金属、气体等，故金属处于液态的时间很短，手工电弧焊从加热到熔池冷却往往只有十几秒，各种冶金反应进行得不充分。　　(2)熔池中反应温度高，往往高于炼钢炉温200℃，使金属元素强烈地烧损和蒸发。　　(3)熔池的结晶是一个连续熔化、连续结晶的动态过程。 　　3)焊接区内的气体和杂质　　焊接区内的气体主要来源于焊接材料、热源周围的气体介质、焊丝和母材表面的杂质、材料的蒸发。产生的气体中，对焊接质量影响最大的是N2、H2、O2、CO2、H2O。　　其中金属与氧的作用对焊接的影响最大，氧原子能与多种金属发生氧化反应，如Fe＋O→FeO；Si＋2O→SiO2；Mn＋O→MnO；2Al＋3O→Al2Ｏ3。有的氧化物(如FeO)能溶解在液态金属中，冷凝时因溶解度下降而析出，成为焊缝中的杂质，影响焊缝质量，是一种有害的冶金反应物； 大部分金属氧化物(如SiO2、MnO)则不溶于液态金属，生成后会浮在熔池表面进入渣中。而不同元素与氧的亲和能力的大小不同，钢中几种常见金属元素与氧的亲和力大小排列顺序是Al→Ti→Si→Mn→Fe。由于Al、Ti、Si等金属元素与氧的亲和力比Fe的强，因此在焊接时，常用Al、Ti、Si、Mn等金属元素作为脱氧剂，如Mn＋FeO→MnO＋Fe；Si＋2FeO→SiO2＋2Fe，进行脱氧后，使其形成的氧化物不溶于金属液，而进入渣中浮出，从而净化熔池，提高焊缝质量。 　　氮和氢在高温时，能溶解于液态金属内，氮能与铁化合成Fe4Ｎ和Fe2N，它将以夹杂物的形式存在于焊缝中；而氢的存在则引起氢脆(白点)和造成气孔。　　那么，由于焊缝中存在着FeO、Fe4Ｎ等杂质及氢脆和气孔，以及合金元素被严重氧化和烧损，使得焊缝金属的力学性能较差，尤其是塑性和韧性远比母材金属低。　　硫和磷是钢中有害的杂质，焊缝中的硫和磷主要来源于母材、焊芯和药皮。 硫在钢中以FeS形式存在，与FeO等形成低熔共晶聚集在晶界上，增加焊缝的裂纹倾向，同时降低焊缝的冲击韧度和抗腐蚀性。磷与铁、镍等也可形成低熔点共晶，促进热裂纹的产生，磷化铁硬而脆，会使焊缝的冷脆性加大。　　因此，为了保证焊缝质量，要从以下几个方面采取措施：　　(1)减少有害元素进入熔池，其主要措施是机械保护，如焊条电弧焊的焊条药皮、埋弧焊的焊剂、气体保护焊中的保护气体(CO2、Ar2)。它们所形成的保护性熔渣和保护性气体，使电弧空间的熔滴和熔池与空气隔绝，防止空气进入；还应清理坡口及两侧的锈、水、油污；烘干焊条，去除水分等。 　　(2)清除已进入熔池中的有害元素，增添合金元素，主要通过焊接材料中的合金元素进行脱氧、脱硫、脱磷、去氢和渗合金等，从而保证和调整焊缝的化学成分，提高焊缝的金属力学性能。　　焊接时，电弧沿着工件逐渐移动并对工件进行局部加热。在焊件横截面上，愈靠近焊缝中心，被加热的温度愈高；离焊缝中心愈远，被加热的温度愈低。低碳钢焊件横截面上的温度变化见图4-20