機械制造基礎(chǔ)之焊接技術(shù)(已修改)
2025-03-05 10:20 本頁面
【正文】 機 械 制 造 基 礎(chǔ) 第 4章 焊接 焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，并且用或不用填充材料，使 工件達到結(jié)合的一種方法。 焊接方法的分類 焊接方法的種類很多，根據(jù)實現(xiàn)金屬原子間結(jié)合的方式不同，可分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。 焊接方法的主要特點 ?節(jié)省材料，減輕重量，焊接的金屬結(jié)構(gòu)件可比鉚接節(jié)省材料 10％～ 25％； ?適應(yīng)性強。 ?滿足特殊連接要求。 ?降低勞動強度，改善勞動條件。 焊接方法在工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用 ?制造金屬結(jié)構(gòu)件 ?制造機器零件和工具 ?修復(fù) 手工電弧焊按電極材料的不同可分為： ?熔化極手工電弧焊 ?非熔化極手工電弧焊 手工電弧焊工作原理 右圖為手工電弧焊示意圖，圖中的電路是以弧焊電源為起點，通過焊接電纜、焊鉗、焊條、工件、接地電纜形成回路。在有電弧存在時形成閉合回路，形成焊接過程。焊條和工件在這里既作為焊接材料，也作為導(dǎo)體。焊接開始后，電弧的高熱瞬間熔化了焊條端部和電弧下面的工件表面，使之形成熔池，焊條端部的熔化金屬以細小的熔滴狀過渡到熔池中去，與母材熔化金屬混合，凝固后成為焊縫。 手工電弧焊所用的設(shè)備需根據(jù)焊條和被焊材料選取。電源分為交流電和直流電兩種。 ?使用酸性焊條焊接低碳鋼一般構(gòu)件時，應(yīng)優(yōu)先考慮選用價格低廉、維修方便的交流弧焊機； ?使用堿性焊條焊接高壓容器、高壓管道等重要鋼結(jié)構(gòu)，或焊接合金鋼、有色金屬、鑄鐵時，則應(yīng)選用直流弧焊機。當采用某些堿性藥皮焊條時，如結(jié)507時，必須選用直流焊接電源，而且要注意此時應(yīng)將電焊機的負極接工件，正極接焊條，稱為直流反接法；反之稱為正接法。如圖所示。 （ a）正接法 （ b）反接法 焊接電弧 焊接電弧是指發(fā)生在電極與工件之間的強烈、持久的氣體放電現(xiàn)象。 （ 1）電弧的引燃 電弧是一種氣體導(dǎo)電現(xiàn)象。氣體在一般情況下是不導(dǎo)電的，要使氣體導(dǎo)電，須將兩個電極之間的氣體電離，即將中性氣體粒子分解為帶電粒子，并在兩電極間產(chǎn)生一定的電壓，使這些帶電離子在電場作用下做定向運動，兩個電極間的氣體中就能連續(xù)不斷地通過很大的電流，從而形成連續(xù)燃燒的電弧。電極間的帶電粒子可以通過陰極的電子發(fā)射與電極間氣體的不斷電離得到補充。電弧放電時，產(chǎn)生大量的熱量，同時發(fā)出強烈的弧光。 焊接時 ,先將焊條與焊件瞬時接觸，發(fā)生短路。強大的短路電流流經(jīng)少數(shù)幾個接觸點，致使接觸點處溫度急劇升高并熔化，甚至部分發(fā)生蒸發(fā)。當焊條迅速提起時，焊條頭溫度已升得很高，在兩電極間的電場作用下，產(chǎn)生了熱電子發(fā)射。飛速的電子撞擊焊條端頭與焊件間的空氣，使之電離成正離子和負離子。電子和負離子流向正極，正離子流向負極。這些帶電粒子的定向運動形成了焊接電弧。 （ 2）電弧的組成 焊接電弧由陰極區(qū) 、 陽極區(qū)和弧柱區(qū)三部分組成 。 ?在鋼焊條的電弧中 ， 電弧弧柱區(qū)的溫度高達 5000K以上； ?陰極區(qū)和陽極區(qū)的溫度較低 ， 分別約為 2400K和 2600K。 陰極區(qū)和陽極區(qū)的幾何長度很小 ， 僅為 105～ 104cm。 焊縫的形成 （ 1）焊縫的形成過程 焊接時 ， 在電弧高熱的作用下 ， 被焊金屬局部熔化 ， 再在電弧的吹力作用下 ， 被焊金屬上形成了熔池 。 由于焊接時焊條傾斜 ， 在電弧的吹力作用下 ， 熔池的金屬被排向熔池后方 ， 這樣電弧就能不斷地使深處的被焊金屬熔化 ， 達到一定的熔深 。 焊條藥皮熔化過程中會產(chǎn)生某種氣體和液態(tài)熔渣 。 產(chǎn)生的氣體充滿在電弧和熔池的周圍 ， 起到隔絕空氣的作用 。 液態(tài)熔渣浮在液體金屬表面 ， 起保護液體金屬的作用 。 此外 ， 熔化的焊條金屬向熔池過渡 ， 不斷填充焊縫 。 焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。焊芯是金屬絲，藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層。 ?焊芯的作用： 一是作為電極傳導(dǎo)電流，二是熔化后作為填充金屬與母材形成焊縫。 ?藥皮的作用： 一是改善焊接工藝性，如藥皮中含有穩(wěn)弧劑，使電弧易于引燃和保持燃燒穩(wěn)定。二是對焊接區(qū)起保護作用。藥皮中含有造渣劑、造氣劑等，造渣后熔渣與藥皮中有機物燃燒產(chǎn)生的氣體對焊縫金屬起雙重保護作用。三是起有益的冶金化學(xué)作用。藥皮中含有脫氧劑、合金劑、稀渣劑等，使熔化金屬順利地進行脫氧、脫硫、去氫等冶金化學(xué)反應(yīng)，并補充被燒損的合金元素。 ?焊條按用途不同分為十大類： 結(jié)構(gòu)鋼焊條，鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條，低溫鋼焊條，不銹鋼焊條，堆焊焊條，鑄鐵焊條，鎳及鎳合金焊條，銅及銅合金焊條，鋁及鋁合金焊條，特殊用途焊條等。 其中結(jié)構(gòu)鋼焊條分為碳鋼焊條和低合金鋼焊條兩部分。 ?結(jié)構(gòu)鋼焊條按藥皮性質(zhì)不同可分為 ?酸性焊條 酸性焊條的藥皮中含有多量酸性氧化物（如 SiO2， MnO2等） ?堿性焊條 堿性焊條藥皮中含有多量堿性氧化物（如 CaO等）和螢石（ CaF2）。由于堿性焊條藥皮中不含有機物，藥皮產(chǎn)生的保護氣體中氫含量極少，所以又稱為低氫焊條。 焊條型號是國家標準中規(guī)定的焊條代號。焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的碳鋼焊條和低合金鋼焊條，相應(yīng)的國家標準為 GB/T51171995和 GB/T51181995。標準規(guī)定，碳鋼焊條型號由字母 “ E”和四位數(shù)字組成。如 “ E4303”，其含義如下： E 43 0 3 第三位和第四位數(shù)字組合時代表焊接電流種類和藥皮類型 代表焊條適用的焊接位置（ “ 0”、 “ 1” 全位置焊接， “ 2”適于平焊， “ 4”適于向下立焊） 代表熔敷金屬抗拉強度不低于 430Mpa 代表 焊條 ?等強度原則： 焊接低碳鋼和低合金鋼時。一般應(yīng)使焊縫金屬與母材等強度，即選用與母材同強度等級的焊條。 ?同成分原則： 焊接耐熱鋼、不銹鋼等金屬材料時，應(yīng)使焊縫金屬的化學(xué)成分與母材的化學(xué)成分相同或相近，即按母材化學(xué)成分選用相應(yīng)成分的焊條。 ?抗裂縫原則： 焊接剛度大、形狀復(fù)雜、要承受動載荷的焊接結(jié)構(gòu)時，應(yīng)選用抗裂性好的堿性焊條，以免在焊接和使用過程中接頭產(chǎn)生裂紋。 ?抗氣孔原則： 受焊接工藝條件的限制，如對焊件接頭部位的油污、鐵銹
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