中级电焊工教案Word文档格式.doc
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中性原子因失去带负电荷的电子而成为带正电荷的正离子的过程,就叫做气体电离。
当有阴极电子发射,电子高速运动与气体原子相互碰撞,如果撞击的能量大于气体原子核与电子间的引力时,则发生气体电离;
或者在高温下,气体原子的运动速度加快,原子间相互碰撞,也会引起气体电离。
3.气体电离
(1)撞击电离。
是指在电场中,被加速的带电粒子(电子、离子)与中性点(原子)碰撞后发生的电离。
(2)热电离。
是指在高温下,具有高动能的气体原子(或分子)互相碰撞而引起的电离。
(3)光电离。
是指气体原子(或分子)吸收了光射线的光子能而产生的电离。
4.阴极电子发射
(1)热发射。
物体的固体或液体表面受热后,其中某些电子具有大于逸出功的动能而逸出到表面外的空间中去的现象称为热发射。
热发射在焊接电弧中起着重要作用,它随着温度上升而增强。
(2)光电发射。
物质的固体或液体表面接受光射线的能量而释放出自由电子的现象称为光电发射。
对于各种金属和氧化物,只有当光射线波长小于能使它们发射电子的极限波长时,才能产生光电发射。
(3)重粒子撞击发射。
能量大的重粒子(如正离子)撞到阴极上,引起电子的逸出,称为重粒子撞击发射。
重粒子能量越大,电子发射越强烈。
(4)强电场作用下的自发射。
物质的固体或液体表面,虽然温度不高,但当存在强电场并在表面附近形成较大的电位差时,使阴极有较多的电子发射出来,这就称为强电场作用下的自发射,简称自发射。
电场越强,发射出的电子形成的电流密度就越大。
自发射在焊接电弧中也起着重要作用,特别是在非接触式引弧时,其作用更加明显。
二、焊接电弧的引燃过程、
当焊条与焊件接触时,由于电极表面不平整,因而在接触部分通过的电流密度非常大,电阻热使接触部分的金属温度升高而融化。
焊条轻微抬起时大量的电流只从融化的金属细颈处通过产生更多的电阻热,是温度急剧升高,产生热电离和碰撞电离,同时由于电场的作用,产生电子发射作用,便可引弧。
三、焊接电弧的偏吹
正常情况下焊接时,焊接电弧的周线基本上与焊条的轴线在同一中心线上。
但在焊接过程中,有时电弧左右或前后摆动,即产生了偏吹。
产生的原因:
气流的影响、焊条药皮不均匀、弧柱周围磁力线分布不均匀(磁偏吹)。
防止方法:
适当改变焊件接线部位、适当调整焊条的倾斜角度、采用交流电焊接。
第二节焊接冶金基础
一、焊接冶金的特点
1.焊接熔池的构成
焊接时在焊接热源作用下,罕见上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分,成为焊接熔池。
2.焊接冶金过程的特点
(1)熔池中液态金属的温度高且梯度大;
(2)焊接熔池体积小,冶金反应时间较短;
(3)化学反应很复杂;
(4)熔池中的液态金属被剧烈搅动。
二、焊缝金属的结晶过程
焊缝金属是由熔池的金属凝固而成的。
熔池从高温冷却到常温,中间经过两次组织变化过程:
从液态转变成固态时的结晶过程,称为一次结晶;
当焊缝金属温度低于相变温度时,又发生了组织转变,称为二次结晶。
三、焊接接头的热影响区
1、焊接接头循环的意义
焊接过程中,在热源作用下,焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。
距离焊缝越近的某点其加热速度越快,峰值温度越高,冷却速度也越快,且加热速度比冷却速度快的多。
2.焊接热循环的主要参数
加热速度、加热的最高温度、在相变温度以上的停留时间、冷却速度后冷却时间。
3.影响焊接热循环的因素
焊接规范和热输入、预热和层间温度、板厚。
四、焊接区的气体及其对焊缝金属的影响
主要有:
一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、水蒸气(H2O)、氮气(N2)和氧气(O2)
氧:
使焊缝金属的抗拉强度、屈服强度、塑性、和冲击韧性都会降低,特别是冲击韧性的降低更为明显。
此外,抗腐蚀性能降低,冷脆的倾向增加。
氧是有害成分。
氮:
对焊缝金属的力学性能有很大影响,使硬度和强度提高,塑性和韧性急剧下降,此外,氮还会是焊缝金属产生气孔。
氢:
产生“氢脆”现象,能明显降低塑性。
五、焊接熔渣
焊接过程中,漂浮在熔池表面的覆盖物称为焊接熔渣,简称熔渣。
它是焊条药皮或焊剂融化以及冶金反应的产物。
在焊接冶金过程中,有很重要作用。
1.熔渣的作用
(1)机械保护作用;
(2)冶金处理作用;
(3)提过电弧燃烧的稳定性;
(4)改善焊接热规范。
2.熔渣的化学成分与性质
(1)氧化物
酸性氧化物:
SiO2,TiO2,P2O5
碱性氧化物:
CaO,MgO,FeO
两性氧化物:
Fe2O3
(2)硅酸盐
(3)钛酸钙盐
(4)磷酸铁
3.熔渣的物理性质
熔渣的熔点、粘度、脱渣性及密度
六、焊缝金属的脱氧
要防止熔池金属的氧化,首先必须采取有效措施,减少氧的来源。
已经进入熔池金属中的氧通常以FeO的形式溶于其中,必须设法排除,即脱氧。
方法有两种:
置换脱氧和扩散脱氧。
第三节焊缝中的气孔
一、气孔的类型及产生过程
焊缝气孔是指焊接时,熔池中的气体未在金属凝固前逸出,残存于焊缝之中所形成的空穴。
气孔的形状有球形、椭圆形、旋涡状、毛虫状等。
有内气孔和外气孔。
影响气体排出的因素:
熔池的深度、气泡的直径、熔池的结晶速度等
二、气孔产生的原因
形成气孔的气体有两类:
焊缝高温液态时溶解吸收的气体(氢和氮);
熔池冶金反应中产生的不溶于金属的气体(CO和H2O)。
三、影响气孔形成的因素及预防措施
影响气孔形成的因素有冶金因素和工艺因素两个方面。
1.冶金因素对气孔形成的影响及预防措施
熔渣氧化性的影响、焊条药皮和焊剂成分的影响及铁锈、水分的影响。
总之要注意:
(1)焊接部位的坡口表面是否清洁;
(2)焊接电流是否过大;
(3)焊接电压、电弧是否过高;
(4)焊接速度是否过快;
(5)施焊环境湿度是否过大
2.工艺因素对气孔形成的影响及预防措施
工艺因素主要包括:
焊接规范、焊接电流种类和极性以及操作工艺
预防措施:
(1)焊前仔细清除焊件及焊丝表面的污锈、水分、油质;
(2)焊条和焊剂焊前烘干;
(3)焊接过程中保持稳定的焊接规范;
(4)焊接操作时电弧长度要适当。
第四节焊接接头的裂纹
焊接件中最常见的一种严重缺陷。
裂纹影响焊接件的安全使用,是一种非常危险的工艺缺陷。
按裂纹形成的条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。
一、热裂纹的特点及其产生原因
1.热裂纹的特点:
(1)产生的温度和时间发生和发展都处在高温下并产生在焊接过程中。
(2)产生部位产生在焊缝金属中
(3)外观特征焊缝中心,露在表面时成锯齿状,或处在焊缝两侧。
(4)金相结构锯齿状。
2.热裂纹的产生原因
多产生于接近固相线的高温下,有沿晶界分布的特征;
但有时也能在低于固相线的温度下,沿“多边形化边界”形成。
热裂纹通常多产生于焊缝金属内,但也可能形成在焊接熔合线附近的被焊金属(母材)内。
3.热裂纹的分类
按其形成过程的特点,又可分为下述三种情况。
(1)结晶裂纹产生于焊缝金属结晶过程末期的“脆性温度”区间,此时晶粒间存在着薄的液相层,因而金属塑性极低,由冷却的不均匀收缩而产生的拉伸变形超过了允许值时,即沿晶界液层开裂。
消除结晶裂纹的主要冶金措施为通过调整成分,细化晶粒,严格控制形成低熔点共晶的杂质元素等,以达到提高材料在脆性温度区间的塑性;
此外,从设计和工艺上尽量减少在该温度区间的内部拉伸变形。
(2)高温液化裂纹主要产生于焊缝熔合线附近的母材中,有时也产生于多层焊的先施焊的焊道内。
形成原因是由于在焊接热的作用下,焊缝熔合线外侧金属内产生沿晶界的局部熔化,以及在随后冷却收缩时引起的沿晶界液化层开裂。
造成这种裂纹的情况有二:
一是材料晶粒边界有较多的低熔点物质;
另一种是由于迅速加热,使某些金属化合物分解而又来不及扩散,致局部晶界出现一些合金元素的富集甚至达到共晶成分。
防止这类裂纹的原则为严格控制杂质含量,合理选用焊接材料,尽量减少焊接热的作用。
(3)多边化裂纹是在低于固相线温度下形成的。
其特点是沿“多边形化边界”分布,与一次结晶晶界无明显关系;
易产生于单相奥氏体金属中。
二、防止热裂纹的措施
1.焊缝金属的化学成分使用含碳量低于基本金属的焊接材料;
2.焊缝的冷却和结晶条件适当加大输入热量,降低冷却速度;
3.焊件或焊接接头的刚性。
三、冷裂纹的特点及产生原因和防止措施
根据引起的主要原因可分为淬火裂纹、氢致延迟裂纹和变形裂纹。
淬火裂纹 产生在钢的马氏体转变点(Ms)附近或在200℃以下的裂纹,主要发生于中、高碳钢,低合金高强度钢以及钛合金等。
形成冷裂纹的主要因素有:
①金属的含氢量偏高;
②脆性组织或对氢脆敏感的组织;
③焊接拘束应力(或应变)。
氢致延迟裂纹 它常产生在严重应力集中的焊件根部和缝边,以及过热区。
防止的措施包括:
①降低焊缝中的含氢量,例如采用低氢焊条,严格烘干焊接材料等;
②合理的预热及后热;
③选用碳当量较低的原材料;
④减小拘束应力,避免应力集中。
变形裂纹 这种裂纹的形成不一定是因为氢含量偏高,在多层焊或角焊缝产生应变集中的情况下,由于拉伸应变超过了金属塑性变形能力而产生。
四、再热裂纹
产生于某些低合金高强度钢、珠光体耐热钢、奥氏体不锈钢以及镍基合金焊后的再次高温加热过程中。
其主要原因一般认为当焊后再次加热到500~700℃时,在热影响区的过热区内,由于特殊碳化物析出引起的晶内二次强化,一些弱化晶界的微量元素的析出,以及使焊接应力松弛时的附加变形集中于晶界,而导致沿晶开裂。
因此,这种裂纹具有晶间开裂的特征,并且都发生在有严重应力集中的热影响区的粗晶区内。
为了防止这种裂纹的产生,首先在设计时要选择再热裂纹敏感性低的材料,其次从工艺上要尽量减少近缝区的内应力和应力集中问题。
五、层状撕裂
主要产生于厚板角焊时,见附图。
其特征为平行于钢板表面,沿轧制方向呈阶梯形发展。
这种裂纹往往不限于热影响区内,也可出现在远离表面的母材中。
其产生的主要原因是由于金属中非金属夹杂物的层状分布,使钢板沿板厚方向塑性低于沿轧制方向,另外由于厚板角焊时在板厚方向造成了很大的焊接应力,所以引起层状撕裂。
通常认为片状硫化物夹杂危害最大,而层状硅酸盐和过量密集的氧化铝夹杂物也有影响。
防止这种缺陷,主要应在冶金过程中严格控制夹杂物的数量和分布状态。
另外,改进接头设计和焊接工艺,也有一定的作用。
第二单元焊接工艺及设备
学习目的:
使学生了解CO2气体保护焊、氩弧焊、等离子弧焊接和切割、电阻焊、焊条电弧焊的概念、特点和基本原理;
了解主要设备和辅助设备、工具的构造和性能以及使用、维护和保养方法;
了解常用焊接材料的种类、牌号、适用范围和保存方法;
掌握它们的焊接工艺。
焊接工艺
主要设备和辅助设备、工具的构造
76课时
第一节CO2气体保护焊
一、CO2气体保护焊的特点和应用
CO2气体保护焊是一种高效率的焊接方法,以CO2
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