金属材料焊接工艺教案PPT课件下载

这是一个关于金属材料焊接工艺教案PPT课件，主要介绍铝及铝合金的焊接、钛及钛合金的焊接、锆及锆合金的焊接。第一节 铝及铝合金的焊接铸铝的牌号 ZL+三位数字第一位数字：表示合金的系别。 1—Al-Si系；2—Al-Cu系；3—Al-Mg系；4—Al-Zn系。第二位和第三位数字是合金的顺序号。如，ZL102表示2号Al-Si系铸造铝合金。第一节 铝及铝合金的焊接二、铝及铝合金的焊接性分析 常出现的问题 1、气孔 2、热裂纹 3、热影响区软化其它问题 1、夹渣 2、变形 第一节 铝及铝合金的焊接（一）气孔 1、气孔的分布特征 皮下气孔—— 氢来不及逸出所致 密集气孔—— 氢在枝晶间脱溶形成 氧化膜气孔—— 未熔化的氧化膜中的水分 分解的氢形成。第一节 铝及铝合金的焊接 2、铝合金焊接时气孔形成的原因 1）氢的来源 弧柱气氛中的水分、焊接材料和母材吸附的水分。 2）铝合金中氢的溶解度在液固相之间的突变，溶解度在凝固前后相差20倍，欢迎点击下载金属材料焊接工艺教案PPT课件哦。

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金属材料焊接工艺 南 华 大 学 （三） 张 元 钟 第一节 铝及铝合金的焊接变形铝合金的牌号采用四位字符体系牌号（与国际接轨）第一、三、四位为阿拉伯数字，第二位为英文大写字母（C、I、N、O、P、Q、Z字母除外）。牌号的第一位数字表示组别。组别按主要合金元素来确定。主要合金元素是指极限含量算术平均值为最大的合金元素，当两个以上元素最大含量相同时，按Cu、Mn、Si、Mg、Zn、其它元素的顺序来确定组别。 第一节 铝及铝合金的焊接第一节 铝及铝合金的焊接 牌号第二位的字母表示原始合金的改型情况。A表示原始合金，B~Y表示原始合金的改型合金。 牌号的最后两位数字没有特殊意义，仅用来区别同一组中不同的铝合金。如，2A06表示主要合金元素为铜的6号原始铝合金。 第一节 铝及铝合金的焊接铸铝的牌号 ZL+三位数字第一位数字：表示合金的系别。 1—Al-Si系；2—Al-Cu系；3—Al-Mg系；4—Al-Zn系。第二位和第三位数字是合金的顺序号。如，ZL102表示2号Al-Si系铸造铝合金。第一节 铝及铝合金的焊接二、铝及铝合金的焊接性分析 常出现的问题 1、气孔 2、热裂纹 3、热影响区软化其它问题 1、夹渣 2、变形 第一节 铝及铝合金的焊接（一）气孔 1、气孔的分布特征 皮下气孔—— 氢来不及逸出所致 密集气孔—— 氢在枝晶间脱溶形成 氧化膜气孔—— 未熔化的氧化膜中的水分 分解的氢形成。第一节 铝及铝合金的焊接 2、铝合金焊接时气孔形成的原因 1）氢的来源 弧柱气氛中的水分、焊接材料和母材吸附的水分。 2）铝合金中氢的溶解度在液固相之间的突变，溶解度在凝固前后相差20倍。 3）铝合金凝固速度快，熔合区的冷却速度是钢的4到7倍第一节 铝及铝合金的焊接 3、气孔的防止措施 1）清除氧化膜和污染物 机械和化学方法 2）降低气氛中的水分 降低空气湿度、工件和焊丝的干燥 3）控制焊接参数 大电流配合高焊速，增大熔池存在时间，以利氢气逸出。第一节 铝及铝合金的焊接（二）热裂纹 1、铝合金焊接时热裂纹形成的原因热裂纹出现的部位：焊缝（结晶裂纹）、热影响区（液化裂纹），最易在弧坑处出现。原因：1）存在少量的易熔共晶； 2）线膨胀系数大，冷却速度快，易产生 较大的焊接应力。第一节 铝及铝合金的焊接 2、热裂纹的敏感性受化学成分影响很大，抗裂能力按下列组别顺序增加： 2000系(Al-Cu-Mg) 7000系(Al-Zn-Mg-Cu) 6000系(Al-Mg-Si) 7000系(Al-Zn-Mg) 1000系（工业纯铝）、3000系(Al-Mn)、4000系(Al-Si)、5000系(Al-Mg-Mn)的抗裂能力更强。第一节 铝及铝合金的焊接热裂纹的“自愈”作用： 当形成结晶裂纹时，有足够的液态金属补充到裂纹处，能“愈合”裂纹。 3、热裂纹的防止措施 1）材料选择注意焊接材料与母材的配合。第一节 铝及铝合金的焊接 对于含Mg较低的母材采用含Mg较高的焊接材料可有效降低热裂纹倾向。 添加微量元素（晶粒细化元素Ti、B、Zr等）也能降低热裂纹倾向。 2）接头设计 接头设计时应尽量降低接头的应力 第一节 铝及铝合金的焊接 3）工艺措施填满弧坑、碾压焊道、随焊锤击、局部冷却等 4）特殊措施 对溶池施加电磁振荡可细化晶粒。第一节 铝及铝合金的焊接（三）焊接热影响区的软化 1、软化现象 通过热处理强化或焊前经过冷作硬化的非热处理强化的铝合金，焊后其热影响区能力学性能（强度和硬度）相对母材有所下降的现象。第一节 铝及铝合金的焊接 2、软化的原因 1）非时效强化铝合金的软化 如果焊前经过冷作硬化，焊接热影响区的峰值温度超过再结晶温度的区域（200-300℃）将因再结晶而软化。 2）时效强化铝合金的软化 热影响区的“过时效”引起软化。与时效强化的第二相的性质有很大关系，第二相越容易脱溶析出并易于聚集长大，就越容易发生“过时效”。第一节 铝及铝合金的焊接 3、控制软化的措施采取接头设计、工艺措施综合解决。最有效的措施——焊后热处理不能热处理时，采用能量集中的焊接方法和小的线能量。第一节 铝及铝合金的焊接三、铝及铝合金的焊接工艺要点 1、焊接方法可用焊接方法：TIG焊、MIG焊、等离子焊、电子束焊、激光焊、搅拌摩擦焊等 第一节 铝及铝合金的焊接氩弧焊的阴极雾化作用： 当工件为阴极时，电弧斑点温度极高，可短时间内将工件表面的氧化铝“雾化”，并且斑点会自动移到未雾化的氧化膜上继续作用。所以氩弧焊时应该采用直流反接，但实际应用中，一般采用交流焊，因为如果采用直流反接时，钨极处于阳极，会加速钨极的烧损。交流时，利用负半周清除氧化膜。 第一节 铝及铝合金的焊接氧化膜的清理：机械清理：细钢丝刷、不锈钢丝轮、铜丝轮、刮刀等化学清理：NaOH浸蚀——冷水冲洗——稀硝酸光化处理（中和余碱）——冲洗——烘干。第二节 钛及钛合金的焊接第二节 钛及钛合金的焊接 钛属于稀有金属，在地壳中的丰度占第七位，有0.42%。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。地球表面十公里厚的地层中，含钛达千分之六，比铜多61倍。随便从地下抓起一把泥土，其中都含有千分之几的钛，世界上储量超过一千万吨的钛矿并不稀罕。 2、钛的特性 耐热性很好，熔点高达1668℃。 钛耐蚀性好，在常温下，钛可以安然无恙地躺在各种强酸强碱的溶液中，就连最凶猛的酸——王水，也不能腐蚀它。钛不怕海水，有人曾把一块钛沉到海底，五年以后取上来一看，上面粘了许多小动物与海底植物，却一点也没有生锈，依旧亮闪闪的。第二节 钛及钛合金的焊接比重小：约为４.5（铁为7.8、铝为2.7）强度高：441～1470N/mm2 比强度高，比铝和钢都要高．疲劳极限高热强度高，300～500度时，其强度是铝的10倍．线膨胀系数小(18.5＊10-6) 缺点：导热系数小（铁的1/5，铝的1/13），磨擦系数大钛化学性能活泼，室温下稳定，250度吸收氢，400度吸收氧，600度吸收氮．第二节 钛及钛合金的焊接 3、钛及钛合金的应用 钛和钛的合金大量用于航空工业，有“空间金属”之称；另外，在造船工业、化学工业、制造机械部件、医疗器件、电讯器材、硬质合金等方面有着日益广泛的应用。 第二节 钛及钛合金的焊接 钛具有“亲生物“’性。在人体内，能抵抗分泌物的腐蚀且无毒，对任何杀菌方法都适应。因此被广泛用于制医疗器械，制人造髋关节、膝关节、肩关节、胁关节、头盖骨，主动心瓣、骨骼固定夹。当新的肌肉纤维环包在这些“钛骨”上时，这些钛骨就开始维系着人体的正常活动。 第二节 钛及钛合金的焊接 钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。特别可贵的是钛白无毒。它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。 第二节 钛及钛合金的焊接 二氧化钛是世界上最白的东西， l克二氧化钛可以把 450多平方厘米的面积涂得雪白。它比常用的白颜料一—锌钡白还要白5倍，因此是调制白油漆的最好颜料。二氧化钛可以加在纸里，使纸变白并且不透明，效果比其他物质大10倍，因此，钞票纸和美术品用纸就要加二氧化钛。此外，为了使塑料的颜色变浅，使人造丝光泽柔和，有时也要添加二氧化钛。在橡胶工业上，二氧化钛还被用作为白色橡胶的填料。第二节 钛及钛合金的焊接 钛的最大缺点是难于提炼。主要是因为钛在高温下化合能力极强，可以与氧、碳、氮以及其他许多元素化合。因此，不论在冶炼或者铸造的时候，人们都小心地防止这些元素“侵袭”钛。在冶炼钛的时候，空气与水当然是严格禁止接近的，甚至连冶金上常用的氧化铝坩埚也禁止使用，因为钛会从氧化铝里夺取氧。现在，人们利用镁与四氯化钛在惰性气体——氦气或氩气中相作用，来提炼钛。 第二节 钛及钛合金的焊接钛合金在航空航天领域中的应用 钛合金在波音777和空中客车的结构重量中占9%左右。在军用飞机上占35—55%（如F-22）。在飞机机架上的应用：机身、起落架（锻造件，每架飞机重量减轻270Kg）、发动机机舱、座舱窗户框架等。 在燃气涡轮发动机上的应用：是航空钛合金的一大主要应用领域。占发动机结构质量的1/3左右。主要应用是发动机叶片在直升机上的应用： 转子头 太空应用：燃料箱、卫星舱体、压力罐等。 钛在其他领域的应用化学工业：日本30%的钛用于化工厂热交换器、容器、管道、阀门等。 海洋应用：舰船、海上石油钻井平台等汽车工业：外壳、排气管、轮毂、刹车元件等建筑业应用：屋顶（西班牙毕尔巴鄂市的古根海姆博物馆，美国弗兰克·盖里设计） 在体育与休闲用品上的应用：高尔夫球、网球拍、棒球拍、台球弹击杆；自行车、刀具（重量轻、抗菌）首饰、乐器等。第二节 钛及钛合金的焊接二、钛的合金化及种类 1、钛的合金化钛有两种晶格结构： 882℃以下称为α钛（密排六方晶格）， 882℃以上称为β钛（体心立方晶格）。钛合金的主要合金元素： Al、Sn、Zr、V、Mo、Mn、Fe、Cr、Cu和Si等。第二节 钛及钛合金的焊接 α稳定元素： Al β稳定元素：同晶元素——V、Mo、Nb、Ta 共析元素——Mn、Fe、Cr、Si、Cu 中性元素： Zr、Sn、Hf，在α相和β相中有较 大的溶解度。杂质元素：O、H、He、C、Fe、Si 。对钛的硬度 影响较大，杂质含量越高硬度越高。第二节 钛及钛合金的焊接 2、钛及钛合金的种类钛合金按退火组织分为三大类： α钛、 β钛、α＋β钛其牌号分别为：TA、TB、TC 工业纯钛：TA0、TA1、TA2、TA3 表面致密的氧化膜使其具有优良的耐蚀性。 含有微量的杂质，可使钛强化。TA0纯度最高。主要用于化学工业及耐蚀要求的产品。第二节 钛及钛合金的焊接 α钛合金：TA4—TA8 主要合金元素是铝。铝溶入钛形成α固溶体。可提高钛的再结晶温度、耐热性能和力学性能也有所提高。铝还能扩大氢在钛中的溶解度，降低氢脆。铝的含量不超过7%。 高温强度高、韧性好、抗氧化能力强、焊接性能优良、组织稳定。加工性能较α和α＋β钛差。不能热处理强化。冷作硬化是其惟一强化手段。典型牌号：TA7 第二节 钛及钛合金的焊接（α＋β）钛合金：具有较好的综合力学性能，强度高，可热处理强化。组织不够稳定。用量最大的牌号为TC4，可加工成各种型材，航空工业多用于制造发动机叶片、盘、紧固件等。 第二节 钛及钛合金的焊接 β钛合金： 空冷时可将β相保持到室温。变形加工性能好，淬火后室温强度高，但高温组织不稳定，耐热性差，焊接性不好。第二节 钛及钛合金的焊接三、钛及钛合金的焊接性 1、杂质对钛合金接头性能的影响室温下与钛形成致密的氧化膜，高温下钛吸收氧、氮、氢能力强，氧和氮与钛形成间隙固溶体，提高其强度，但急剧降低其塑性。氢与钛有极强的亲和力，氢在钛中的溶解度可达33%，是铁的几万倍，引起氢脆。碳的含量不能超过0.1%，形成的TiC会使其塑性急剧下降，易引起焊接裂纹。第二节 钛及钛合金的焊接 2、焊接裂纹如果杂质含量不超标，一般不会出现热裂纹。焊缝中含氢量较高时，会引起氢脆而产生冷裂纹。措施：加强保护、焊后真空退火。第二节 钛及钛合金的焊接 3、气孔 是钛合金焊接时较普遍的缺陷——氢气孔。由于溶解度在凝固前后变化很大引起的。措施：焊前清理，加强保护。第二节 钛及钛合金的焊接 4、焊接影响区的组织变化钛马氏体α′——合金化元素在α相中的过饱和固溶体，使热影响区的塑性下降。过热区晶粒长大——热影响区脆性增大。措施：既要防止热输入过大造成粗晶，又要避免冷速过快而形成过多的钛马氏体。第二节 钛及钛合金的焊接四、钛及钛合金的焊接工艺要点 1、焊接方法选择能量集中的焊接方法： TIG焊、MIG焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊 2、焊接材料 使用与母材成分相同的焊丝或强度略低于母材的焊丝。或用母材切条。第二节 钛及钛合金的焊接 3、焊前准备板材切割——等离子切割、激光切割或高压水割等，不能用火焰切割，以免氧化和氮化。表面清理——机械+酸洗 4、加强保护 拖尾保护和背面保护 5、焊后热处理 700—750℃一小时真空退火。第三节 锆及锆合金的焊接一、锆及锆合金的特性高熔点金属之一，呈浅灰色。密度6.49克/厘米3。熔点1852±2℃，沸点4377℃。锆一般被认为是稀有金属，其实它在地壳中的含量相当大，比一般的常用的金属锌、铜、锡等都大。锆的表面易形成一层氧化膜，具有光泽，故外观与钢相似。有耐腐蚀性，不溶于氢氟酸和王水；高温时，可与非金属元素和许多金属元素反应，生成固溶体。第三节 锆及锆合金的焊接锆产品的主要原料是锆英砂，全球90％的氧氯化 锆(初级产品)的生产能力在中国。目前，国内锆的加工能力12万吨/年，实际产量在8万吨/年，85％以上出口，目前全球锆市场供不应求，目前海棉锆的价格大约180元/公斤（海棉钛为50元/公斤）。含锆的天然硅酸盐矿石被成为锆石（zircon）或风信子石（hyacinth），广泛分布在自然界中。由于它们美丽的颜色，自古以来被称为宝石。 第三节 锆及锆合金的焊接锆合金有同质异晶转变，862℃以上为体心立方（β相），低温下为密排六方（α相） 。锆合金塑性好，可通过塑性加工制成管材、板材、棒材和丝材；其焊接性也好，可用以进行焊接加工。 第三节 锆及锆合金的焊接锆具有优异的核性能，是发展核能的关键材料，其热中子吸收截面只有1.8×10-29/m2，用锆合金代替不锈钢作核反应堆的结构材料，可以节省铀燃料1/2左右。锆合金在高温水和蒸汽中有很好的抗腐蚀性能，在堆内有好的抗中子辐照性能，加之其良好的力学性能和加工性能，是优良的核动力堆结构材料和燃料包壳材料，被誉为“原子时代的第一金属” 第三节 锆及锆合金的焊接二、锆合金的分类及应用工业规模生产的锆合金有锆锡系和锆铌系两类。前者合金牌号有Zr-2、Zr-4，后者的典型代表是 Zr-2.5Nb 。在锆锡系合金中，合金元素锡、铁、铬、镍可提高材料的强度 、耐蚀性和耐蚀膜的导热性，降低表面状态对腐蚀的敏感性 。通常Zr-2合金用于沸水堆 ，Zr-4 合金用于压水堆 。 第三节 锆及锆合金的焊接锆按其用途可分为原子能工业用和一般工业用两大类，其主要区别在于铪的含量，一般锆矿石中都含有一定量的铪，而铪的热中子吸收截面大，约为锆的50倍，因此，原子能工业的锆对铪的含量有严格的限制。 秦山核电站 大亚湾核电站 反应堆上部组件 反应堆换燃料 保护管组件底部 第三节 锆及锆合金的焊接此外，锆对多种酸、碱和盐有优良的抗蚀性（在碱中的耐蚀性优于钛），与氧、氮等气体有强烈的亲和力，因此锆合金也用于制造耐蚀部件和制药机械部件，在电真空和灯泡工业中被广泛用作非蒸散型消气剂。 第三节 锆及锆合金的焊接三、锆与锆合金的焊接性 锆与锆合金的焊接性良好，因为其热膨胀系数小，焊接变形小，锆的弹性模量小，因此焊接残余应力也小，焊接裂纹敏感性低。如焊接时加强保护，焊接规范适当，容易得到较好的焊接接头。第三节 锆及锆合金的焊接焊接时须注意的问题： 1、空气污染对接头性能的影响 锆与钛一样，化学活性大，高温下会与氢、氧、氮等气体发生反应。锆在315—1000℃强烈吸氢，在400℃以上强烈吸氧，在800℃以上强烈吸氮。生成的脆性化合物会使锆的塑性和韧性明显变差，还会使其耐蚀性急剧降低。其中以氮对耐蚀性的影响最大。因此，焊接时就加强保护，400℃以上的区域均应隔绝空气。第三节 锆及锆合金的焊接 2、杂质污染对接头性能的影响 碳、硅等元素在锆中的固溶度都很小，易与锆形成化合物，使锆合金的塑性和耐蚀性下降，当含碳量大于0.04%时，锆的耐蚀性急剧降低。因此，焊接时应对坡口表面、焊丝表面及多层焊的层间表面清理显得十分重要。第三节 锆及锆合金的焊接四、锆与锆合金的焊接工艺要点 1、焊前清理 一般采用机械方法，但不宜用砂轮或砂纸打磨，以免残留粉尘引起焊接缺陷。化学清理采用HF和HNO3的混合水溶液酸洗，然后流水清洗、烘干，临焊前再用丙酮脱脂。第三节 锆及锆合金的焊接 2、焊接方法 TIG焊 尾随拖罩加背面保护电子束焊 焊件组装要求高，易出现咬边缺陷，尽量平焊扩散焊 可采用铜箔作为垫片（过渡层）KEi红软基地

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