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焊工工艺设计与技能训练(高级)教案.doc

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.一体化教学教案专 业 焊 工 学习领域 焊接材料 序号授课班级 授课日期 审 签学习任务 焊接材料——铸铁、有色金属 课 时教学目标能够正确选用和使用铸铁、有色金属的焊条、焊丝和焊剂。 教学媒体准备1.投影仪、课件。2.焊工实训设备。3.焊工实训耗材。学生基础掌握了手工电弧焊的基本技能操作,对焊接参数及焊接工艺有了正确认识作业布置教学反思审批签字.一体化教学教案教学过程 备注第七章 焊 前 准 备高级焊工在进行焊接工作前的准备工作中,首先要进行安全检查。安全检查包括对场地、设备、工具、夹具等的安全检查。同时,高级焊工要做好个人的劳动保护。安全检查和劳动保护的主要内容、方法和注意事项同初级焊工部分。 第一节 焊 接 材 料学习目标:能够正确选用和使用铸铁、有色金属的焊条、焊丝和焊剂。 一、铸铁焊接材料 1.铸铁焊条的种类 为适应不同铸铁焊接的需要,铸铁焊条的种类很多,根据国家标准(GB10044-88 )的规定,铸铁焊条的分类见表 7-1。表 7-1类 型 名 称 型 号灰铸铁焊条 EZC铁基焊条球墨铸铁焊条 EZCQ纯镍铸铁焊条 EZNi镍铁铸铁焊条 EZNiFe镍铜铸铁焊条 EZNiCu镍基焊条镍铁铜铸铁焊条 EZNiFeCu纯铁及碳钢焊条 EZFe其他焊条高钒铸铁焊条 EZV2. 铸铁焊条型号(新)及牌号(旧)(1)型号(新)表示方法 依据国家标准(GB10044-88 )标准,铸铁焊条是根据熔敷金属的化学成分及用途来划分型号的。其具体方法为: 1)用字母“E”表示焊条。 3)在字母“EZ”后用熔敷金属主要化学元素符号或金属类型代号表示,见表 1-1 4)再细分时用数字表示,并用短划“—”与前面元素符号分开: 5)举例 .一体化教学教案教学过程 备注(2)型号(新)与牌号(旧)对照 为了便于识别,现将常用铸铁焊条型号(新)与牌号(旧)对应情况列于表 7-2。 3. 铸铁焊条的选用 常用铸铁焊条的主要用途以及使用时应注意的问题列于表 7-3,以便正确的选用。 4. 铸铁焊丝的选用 (l)铸铁焊丝型号 依据国家标准(GB10044-88 )的规定,铸铁焊丝的型号是根据焊丝本身的化学成分及用途来划分的。具体表示为:.一体化教学教案教学过程 备注1)用字母“R”表示焊丝。 2)用字母“Z”表示焊丝用于铸铁焊接。 3)在字母“RZ”后用焊丝主要化学元素符号或金属类型代号表示,见表 7-4。 4)再细分时用数字表示,并以短划“—”与前面化学元素符号分开。 5)举例 (2)铸铁焊丝的选用 1)RZC 型焊丝的选用 RZC 型是采用石墨化元素较多的灰铸铁浇铸成焊丝。适用于中小型薄壁件铸铁的气焊。可以配合焊粉使用。采用热焊和不预热焊法。①热焊是焊前把工件预热至 6000C 左右,在 4000C 以上焊补,焊后600~700 0C 保温消除应力。焊缝可加工,其硬度、强度及颜色与母材相同。②不预热焊是焊前工件不预热或局部预热,焊后缓冷。焊缝可加工,其硬度、强度及颜色与母材基本相同。 2)RICH 型焊丝的选用 RICH 型焊丝中含有一定质量分数的合金元素,焊缝强度较高,适用于高强度灰铸铁及合金铸铁等气焊。可以配合焊粉使用,补焊工艺与 RZC 基本相同。根据需要,焊后可以进行热处理:3)RZCQ 型焊丝的选用 RZCQ 型焊丝中含有一定量的球化剂,焊缝中的石墨呈球状,具有较好的塑性和韧性适用于球墨铸铁、高强度灰铸铁及可锻铸铁的气焊。补焊工艺与 RZC 基本相同,焊后可进行热处理。.5. 铸铁焊粉 铸铁气焊时,由于硅易氧化而生成高熔点的酸性氧化物 SiO2,其粘一体化教学教案教学过程 备注.度较大,流动性不好,妨碍焊接过程的正常进行,易使焊缝造成夹渣等缺陷,故应设法除去。因此采用熔剂(焊粉) ,使其与碱性氧化物结合成低熔点的渣,因而能浮到熔池表面上而清除。铸铁用熔剂见表 7-5。二、有色金属焊接材料 1.有色金属焊条选用 (1)铝及铝合金焊条 依据《铝及铝合金焊条》 (GB3669—83)的规定,铝及铝合金焊条是根据焊态的焊缝机械性能及焊态的化学成分分类来表示型号的。由于实际生产中铝焊条使用极少,故不作详细介绍。 (2)铜及铜合金焊条 依据《铜及铜合金焊条》 (GB/T3670-1995)的规定,铜及铜合金焊条是根据熔敷金属的化学成分来分类并表示的。同样生产中使用铜焊条不多,因此这里也不做介绍。 2.有色金属焊丝选用 (1)铝及铝合金焊丝 1)铝及铝合金焊丝型号 依据《铝及铝合金焊丝》 (GB10858-89)的规定,该标准适用于惰性气体保护焊、等离子弧焊、气焊等焊接方法的铝及铝合金焊丝。铝及铝合金焊丝是根据化学成分来分类并确定型号的,见表 7-6一体化教学教案教学过程 备注.型号的具体编制方法为: ①焊丝型号以“丝”字的汉语拼音字母“S”为型号的第一个字; ②“S”后面用化学元素符号表示焊丝的主要合金组成; ③化学元素符号后的数字表示同类焊丝的不同品种,并用短划“—”,与元素符号分开。 2)铝及铝合金焊丝的选用 一常用铝及铝合金焊丝的用途见表 7-7。如果没有现成的焊丝,可以用相应牌号的板材切成条或用铝合金铸件熔铸成长条做填充金属。表 7-8 和 7-9 还列举了同种母材及异种母材组合焊接时可采用的焊丝。(2)铜及铜合金焊丝 1)铜及铜合金焊丝牌号 依据《铜及铜合金焊丝》 (GB9460-88)规定,本标准适用于熔化极惰性气体保护焊和气焊等焊接工艺方法用的铜及铜合金焊丝。铜及铜合金焊丝的分类、名称及牌号见表 7-10牌号的编制方法为 ①牌号表示以焊丝的“焊”和“丝”字汉语拼音字母“H”和“S”作为牌号的标记; ②“HS”后面的化学元素符号表示焊丝的主要组成元素; ③元素符号后面的数字表示顺序号,代表不同的合金含量,并用短划“—”与前面的元素符号分开。 焊丝表面每隔一定距离有打印表示牌号的代号或相应的颜色,如表7-10 所示。每根直焊丝表面至少打印一个代号,涂色应涂在端面或距端面小于 30mm 处。 2)铜及铜合金焊丝的选用 一般来说铜及铜合金气焊或氢弧焊应选用相同成分的焊丝但在焊接黄铜时,为了抑制锌的蒸发,可选用含硅量高的黄铜或硅青铜焊丝,以解决锌蒸发所带来的不利影响。一体化教学教案教学过程 备注.3.有色金属熔剂的选用 有色金属气焊时一般都必须采用熔剂,主要是用于清除焊件表面上的氧化物,使脱氧产物和其他一些非金属杂质过渡到渣中去,并改善液体金属的流动性,形成的渣还对熔池金属起到一定的保护作用。有色金属气焊用熔剂见表 7-11。三、异种金属焊接材料由于金属材料品种繁多,各种金属材料相互组合时会产生各自不同的特点,因此,焊接材料没有统一的规定,一般都是根据异种金属的种类来确定,这里不一一介绍,具体焊接材料选择,请看第八章异种金属焊接部分。一体化教学教案专 业 焊 工 学习领域 工件准备 序号.授课班级 授课日期 审 签学习任务 工件准备——铸铁、有色金属的坡口制备 课 时教学目标能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 教学媒体准备1.投影仪、课件。2.焊工实训设备。3.焊工实训耗材。学生基础掌握了手工电弧焊的基本技能操作,对焊接参数及焊接工艺有了正确认识作业布置教学反思审批签字一体化教学教案教学过程 备注.第二节 工 件 准 备学习目标:能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 一、铸铁1. 铸铁分类 铸铁是碳的质量分数为 2.11%~6.67%的铁碳合金。工业中常用的铸铁的碳的质量分数为 2.5%~4%,硅的质量分数为 1%~5%,以及少量的锰、硫、磷等元素。特种铸铁中含有一定的铬、铝等。 铸铁按碳存在的形式和状态不同,主要可分为白铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。 2. 铸铁焊前准备要求 (1)检查缺陷 利用肉眼、放大镜、磁粉、着色探伤法、煤油渗透法或水压试验法进行检查,准确确定缺陷的位置、性质和形状。 (2)清理工件 铸件在焊补前应将缺陷部位及附近的铁渣、油脂及残留的型砂、赃物等清除干净,直至露出金属光泽。 (3)准备坡口 根据缺陷的性质,用扁铲、砂轮等在缺陷处加工坡口,缺陷的性质、形状和焊补方法不同,加工坡口的尺寸也不相同。 1)热焊时,小而浅的缺陷开坡口时要予以扩大,面积须大于 8cm,铲出的型槽形状应当圆滑,如图 7-1 所示。为保证焊接后的几何形状,不使熔融金属外流,可在铸件待补 L 处简单造型,如图 7-2,图 7-3 所示。造型应牢固可靠,以免焊接过程中脱落。焊前用气体火焰将焊补处的油污连同造型材料中的水分除掉。一体化教学教案教学过程 备注.2)冷焊时,坡口的形状及尺寸如图 7-4,图 7-5 所示。 3)存在裂纹缺陷时,为了防止在焊补过程中裂纹扩展,应在离裂纹端部 3~5mm 处钻止裂孔(Φ5~8mm) ,如图 7-6 所示: 4)开深坡口时,由于缺陷体积大,焊接层数多,焊接应力也会很大,容易引起焊缝与母材剥离,因此常采用栽螺钉法,即在母材上钻孔攻螺纹,拧入钢质螺钉,如图 7-7 所示焊接时先绕螺钉焊接,再焊螺钉之间。 由于螺钉承担了部分焊接应力,防止了焊缝剥离。 (4)焊前预热 根据焊件形状、厚度、缺陷位置及焊补要求选择热焊法或冷焊法。热焊法预热温度为 600~700℃半热焊法预热温度为 400℃左右,冷焊法一般不预热。预热方法可采用加热炉,砖砌的明炉加热,也可以采用煤气加热或气焊火焰加热。根据缺陷处刚度大小,可以整体预热,也可以局部预热 二、有色金属 1. 铝及铝合金 (1)铝及铝合金的分类 铝和铝合金可以分为纯铝、变形铝合金及铸造铝合金;其中变形铝一体化教学教案教学过程 备注.合金又分为防锈全硬铝、超硬铝和锻铝。焊接中应用较多的是纯铝和防锈铝合金。(2)铝及铝合金的焊前准备 1)下料及加工坡口 按照所规定的坡口尺寸进行加工,加工采用机械刨削方法。用等离子切下料后,也要采用刨削坡口后能焊接。因为在坡口上进行化学清洗时,坡口上如果有裂纹和刀痕,已存清洗液,影响焊接质量。所以注意加工表面不能造成裂纹和明显的刀痕。坡口上板厚在 1.52~2.0mm 以下可用卷边接头。厚度小于 3~5mm 的铝板,一般不需要开坡口,在接头处留 1mm 的间隙。板厚 5~15mm 时,可开单面 V 形坡口,坡口角度约为 60~70 0,钝边小于或等于 3mm 时,其间隙为 1~3mm。板厚大于 8mm 时,也可以开 X 形坡口或 U 形坡口,坡口角度约为 600~70 0。铝及铝合金 TIG 焊的坡口形式见表 7﹣12。2)焊前清理 焊前清理的目的是清除工件和焊丝表面的油污、脏物和氧化膜。铝的氧化膜非常致密、不导电、熔点高(2050℃) ,在焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,形成未熔合,并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分,使焊缝生成气孔。因此,为保证焊接质量,焊前必须严格清理焊件表面的氧化膜。清理的方法主要有:①机械清理法 先用有机溶剂(丙酮或酒精)擦拭奉面以除油,然后用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷净(金属丝直径≤0.15mm) ,刷到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不宜用砂轮打磨,因为砂粒留在金属表面,焊接时会产生缺陷。 ②化学清洗法 化学清洗效率高,质量稳定,适用于清洗焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。化学清洗法见表 7-13。工件和焊丝经过清理后,在存放过程中会重新产生氧化膜。特别是在潮湿环境以及在被酸、碱等蒸气污染的环境中,氧化膜生成更快,因此清理后存放时间应越短越好。在潮湿的环境下,一般应在清理后 4h内施焊。在干燥的空气中,一般存放时间不超过 24 h。清理后存放时间过长,需要重新清理。 一体化教学教案教学过程 备注.3)垫板 是铝及铝合金在高温时强度很低,液体流动性能好,在焊接时金属往往容易下塌,为了保证焊透又不致塌陷,焊接时常采用垫板来托住熔化金属及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢或碳钢板等,垫板表面开一个圆弧形槽,以保证焊缝反面成型也可以不加垫板采用单面焊双面成型工艺,但是这种焊接方法对焊工操作技术要求很高,并且要求工艺参数选择合理。4)焊前预热 小件、薄件一般不预热、厚度超过 5~10 mm 的厚大铝件,为了防止产生变形、热裂纹;未焊透、气孔等缺陷,焊前应预热。一般用氧﹣乙炔焰、喷灯或电炉将工件慢慢加热到 100~300℃左右 2.铜及铜合金 (l)铜及铜合金的分类 铜及铜合金通常可以分为四大类:紫钢、黄铜、青铜和白铜 (2)铜及铜合金的焊前准备 1)接头形式及坡口准备 由于铜及铜合金具有导热率高和液态流动性好的特性,因止其接头形式的设计和选择与钢相比有些特殊要求 ①只有当被焊接头相对热源呈对称形时,接头两侧具备相同的传热条件产,才能获成型均匀的焊缝。因此,对接接头、端接接头是合理的。搭接接头、T 形接头和角接接头应尽量;采用,或改为对接接头,图 7-8 所示为紫铜 TIG 焊的接头形式及尺寸。 一体化教学教案教学过程 备注.2)采用单面焊接头, 特别是采用开坡口的单面焊接头时, 必须在背面口成型垫板才不致使液态铜流失而获得所要求的焊缝形状。在没有采用焊缝成型装置的情况下,可选用双面焊接头,以保证良好的焊缝成型。一般情况下对铜及铜合金工件不宜采用立焊和仰焊。 ③不等厚工件的对接,要求采用厚度过渡接头。坡口的具体尺寸可根据不同焊接方法及选用的工艺参数,参考常用的钢接头坡口尺寸来决定2)焊前清理 为了防止产生气孔,焊前必须将坡口及坡口两侧30mm 的油脂、水分氧化物及脏物等清理干净,露出金属光泽。油脂等脏物可用丙酮、酒精等有机溶剂擦拭。污染较重的工件,可使用氢氧化钠(NaOH)10%的水溶液在 30~40 0C 温度下进行清洗,然后用清水冲洗,风干或低温干燥。 表面氧化膜可用机械方法(钢丝轮或不锈钢丝轮)清理,也可用酸洗法,即将工件置于 HNO3(75 cm3/L)+ H2SO4( 100 cm3/L) + HCl(1 cm3/L)的混合溶液中进行清洗,然后用碱水冲洗,再用水冲净,热风吹干。3)装配焊件 根据焊接方法、接头形式和坡口尺寸,留出装配间隙的方法有两种(图 7-9) 。 ①等间隙法 即根据板厚留出大小一定的间隙,并做定位焊。 ②不等间隙法 根据板厚、焊缝长度、垫板的种类、焊接方法等留出间隙 al或 a2。 al或 a2。可按下式估算: 一体化教学教案教学过程 备注.根据上述经验公式计算出的数据还需经过试验,调整到合适的程度。4)垫板 焊接熔池中铜液的流动性很好,为防止铜液从坡口背面流失,保证焊缝成型。特别是在焊接厚板及要求单面焊双面成型时,接头背面需采用垫板。垫板有永久垫板和可拆垫板两种,常用的可拆垫板有:紫铜垫、钠垫、石棉垫、粘结软垫(陶质粘结软垫和玻璃纤软垫)等。永久垫板是用与焊件同种材料做成,焊后永久地留在焊件上,仅适用于要求不高或使用条件允许的结构。5)焊前预热 由于铜和铜合金的导热性非常好,焊接时会产生未熔合,因此焊前工件常需要预热。预热温度一般为 300℃~700℃,根据焊件形状、尺寸、焊接方法和采用的工艺参数而定,并应注意在焊接过程中保持这个温度。 三、异种金属 1.异种金属的概念 随着现代工业的发展,对零部件的性能提出了更高要求,有些情况下,一种金属材料不能全面满足使用要求,或者即使某种金属比较理想,也往往由于十分稀贵不能在工程中使用。现代焊接技术的发展已经可以将不同成分、不同性能的材料焊接成复合零部件,即能满足性能要求又可节约贵重材料降低成本,因此异种金属的焊接越来越受到人们的重视。从材料角度来看,异种金属焊接主要包括三种情况:异种钢焊接(如奥氏体钢与珠光体钢的焊接) ;异种有色金属焊接(如铜和铝的焊接) ;钢与有色金属焊接(如钢与铜、钢与铝的焊接) 。从接头形式角度来看,也有三种情况:两种不同金属母材的接头(如钢与铜的接头) ;母材金属相同,而采用不同焊缝金属的接头(如在低碳钢上堆焊奥氏体不锈钢) ;复合金属板的接头(如奥氏体不锈钢复合板的接头) 。 2.异种金属的特点 由于异种金属之间性能上的差别很大,所以焊接异种金属比焊接同种金属困难的多。对两种不同的金属进行直接焊接时,存在的主要困难有:(1)熔点不同 当两种被焊金属的熔化温度相差很大时,其中一种金属在焊接时已经熔化,而另一种金属还处于固态,焊接接头难以焊合 。(2)线膨胀系数不同 一体化教学教案.教学过程 备注当两种被焊金属的线膨胀系数相差很大时,焊接过程中就会产生很大热应力,容易使焊缝和热影响区产生裂纹。 (3)导热性和比热容不同 当导热性和比热容相差很大时,会使焊缝的结晶条件变坏,晶粒粗化严重。 (4)电磁性能不同 焊接电弧不稳定,将使焊缝成型变坏。(5)冶金上的相容性 在液态和固态下都具有良好互溶性的异种金属,在熔焊时能形成完好的接头如铁和镍和铜等。而在液态下不相溶或会形成脆性化合物的异种金属,不能用熔焊方法直接焊接因为脆性化合物越多,焊缝越容易形成裂纹,如铁和镁、铁与铝的焊接等。 3.异种金属焊前准备 目前,在生产中实现异种金属焊接接头的连接方式主要有:直接焊接法、堆焊隔离层法、中间加过渡段法和双金属接头过渡法等方式。(1)坡口准备 1)直接焊接法 异种金属焊接时,确定坡口角度的主要依据除母材厚度之外,还有母材在焊缝中的熔合比。一般来说,坡口角度越大,熔合比越小;反之,坡口角度越小,熔合比越大。异种金属焊接时,为了减小熔化的母材对焊缝的稀释作用,原则上希望熔合比越小越好,所以一般开较大的坡口。2)堆焊隔离层法 先在金属 A(或 B)的坡口表面上堆焊一层中间金属,然后用与中间金属和金属 B(或 A)性能相近的填充金属材料,将金属 A 和金属 B 连接起来,如图 7-10 所示。例如焊接碳钢 Q235 和不锈钢 1Cr18N。时,碳砂不锈钠可开成 V 或 U 形坡口,然后在 Q235 钢的坡口表面,用含铬镍高的材料堆焊一层奥氏体过渡层,厚度通常为 5~6 mm,如母材为易淬火钢时,过渡层厚度可增加到 9 mm。一体化教学教案.教学过程 备注3)中间加过渡段法 异种金属焊接时也常于金属 A 和金属 B 之间采用金属 C 做中间过渡段,然后将中间过渡段 C 分别与 A、B 焊接起来。坡口形式应根据金属 A、金属 B 和中间过渡段 C 的具体情况决定。 4)双金属接头过渡法 先将金属 A 和金属 B 用特殊的焊接方法预先焊接成双金属接头(例如用摩擦焊方法焊接铝铜接头) ,然后将金属A 和金属 B 和双金属接头分别用普通焊接方法进行焊接。 5)复合钢板焊接准备 复合钢板(如基层为碳钢,复层为不锈钢的复合钢板)的坡口一般都开在基层上,坡口形却口图 7-11 所示。 (2)预热 异种金属焊接时,预热温度主要根据母材的淬火裂纹倾向大小和焊缝金属的合金化程度来确定。一体化教学教案.专 业 焊 工 学习领域 工件准备 序号授课班级 授课日期 审 签学习任务 工件准备——铸铁、有色金属的坡口制备 课 时教学目标能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 教学媒体准备1.投影仪、课件。2.焊工实训设备。3.焊工实训耗材。学生基础掌握了手工电弧焊的基本技能操作,对焊接参数及焊接工艺有了正确认识作业布置教学反思审批签字一体化教学教案.教学过程 备注第二节 工 件 准 备学习目标:能够进行铸铁、有色金属、异种金属工件的坡口准备。 一、铸铁1. 铸铁分类 铸铁是碳的质量分数为 2.11%~6.67%的铁碳合金。工业中常用的铸铁的碳的质量分数为 2.5%~4%,硅的质量分数为 1%~5%,以及少量的锰、硫、磷等元素。特种铸铁中含有一定的铬、铝等。 铸铁按碳存在的形式和状态不同,主要可分为白铸铁、灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。 2. 铸铁焊前准备要求 (1)检查缺陷 利用肉眼、放大镜、磁粉、着色探伤法、煤油渗透法或水压试验法进行检查,准确确定缺陷的位置、性质和形状。 (2)清理工件 铸件在焊补前应将缺陷部位及附近的铁渣、油脂及残留的型砂、赃物等清除干净,直至露出金属光泽。 (3)准备坡口 根据缺陷的性质,用扁铲、砂轮等在缺陷处加工坡口,缺陷的性质、形状和焊补方法不同,加工坡口的尺寸也不相同。 1)热焊时,小而浅的缺陷开坡口时要予以扩大,面积须大于 8cm,铲出的型槽形状应当圆滑,如图 7-1 所示。为保证焊接后的几何形状,不使熔融金属外流,可在铸件待补 L 处简单造型,如图 7-2,图 7-3 所示。造型应牢固可靠,以免焊接过程中脱落。焊前用气体火焰将焊补处的油污连同造型材料中的水分除掉。 一体化教学教案.教学过程 备注2)冷焊时,坡口的形状及尺寸如图 7-4,图 7-5 所示。 3)存在裂纹缺陷时,为了防止在焊补过程中裂纹扩展,应在离裂纹端部 3~5mm 处钻止裂孔(Φ5~8mm) ,如图 7-6 所示: 4)开深坡口时,由于缺陷体积大,焊接层数多,焊接应力也会很大,容易引起焊缝与母材剥离,因此常采用栽螺钉法,即在母材上钻孔攻螺纹,拧入钢质螺钉,如图 7-7 所示焊接时先绕螺钉焊接,再焊螺钉之间。 由于螺钉承担了部分焊接应力,防止了焊缝剥离。 (4)焊前预热 根据焊件形状、厚度、缺陷位置及焊补要求选择热焊法或冷焊法。热焊法预热温度为 600~700℃半热焊法预热温度为 400℃左右,冷焊法一般不预热。预热方法可采用加热炉,砖砌的明炉加热,也可以采用煤气加热或气焊火焰加热。根据缺陷处刚度大小,可以整体预热,也可以局部预热。二、有色金属 1. 铝及铝合金 一体化教学教案.教学过程 备注(1)铝及铝合金的分类 铝和铝合金可以分为纯铝、变形铝合金及铸造铝合金;其中变形铝合金又分为防锈全硬铝、超硬铝和锻铝。焊接中应用较多的是纯铝和防锈铝合金。(2)铝及铝合金的焊前准备 1)下料及加工坡口 按照所规定的坡口尺寸进行加工,加工采用机械刨削方法。用等离子切下料后,也要采用刨削坡口后能焊接。因为在坡口上进行化学清洗时,坡口上如果有裂纹和刀痕,已存清洗液,影响焊接质量。所以注意加工表面不能造成裂纹和明显的刀痕。坡口上板厚在 1.52~2.0mm 以下可用卷边接头。厚度小于 3~5mm的铝板,一般不需要开坡口,在接头处留 1mm 的间隙。板厚 5~15mm 时,可开单面 V 形坡口,坡口角度约为 60~70 0,钝边小于或等于 3mm 时,其间隙为 1~3mm。板厚大于 8mm 时,也可以开 X 形坡口或 U 形坡口,坡口角度约为 600~70 0。铝及铝合金 TIG 焊的坡口形式见表 7﹣12。 2)焊前清理 焊前清理的目的是清除工件和焊丝表面的油污、脏物和氧化膜。铝的氧化膜非常致密、不导电、熔点高(2050℃) ,在焊接过程中,氧化铝薄膜会阻碍金属之间的良好结合,形成未熔合,并易造成夹渣。氧化膜还会吸附水分,使焊缝生成气孔。因此,为保证焊接质量,.一体化教学教案教学过程 备注焊前必须严格清理焊件表面的氧化膜。清理的方法主要有:①机械清理法 先用有机溶剂(丙酮或酒精)擦拭奉面以除油,然后用细铜丝刷或不锈钢丝刷刷净(金属丝直径≤0.15mm) ,刷到露出金属光泽为止。另外也可以用刮刀清理。一般不宜用砂轮打磨,因为砂粒留在金属表面,焊接时会产生缺陷。 ②化学清洗法 化学清洗效率高,质量稳定,适用于清洗焊丝及尺寸不大、成批生产的工件。化学清洗法见表 7-13。工件和焊丝经过清理后,在存放过程中会重新产生氧化膜。特别是在潮湿环境以及在被酸、碱等蒸气污染的环境中,氧化膜生成更快,因此清理后存放时间应越短越好。在潮湿的环境下,一般应在清理后 4h内施焊。在干燥的空气中,一般存放时间不超过 24 h。清理后存放时间过长,需要重新清理。 3)垫板 是铝及铝合金在高温时强度很低,液体流动性能好,在焊接时金属往往容易下塌,为了保证焊透又不致塌陷,焊接时常采用垫板来托住熔化金属及附近金属。垫板可采用石墨板、不锈钢或碳钢板等,垫板表面开一个圆弧形槽,以保证焊缝反面成型也可以不加垫板采用单面焊双面成型工艺,但是这种焊接方法对焊工操作技术要求很高,并且要求工艺参数选择合理。4)焊前预热 小件、薄件一般不预热、厚度超过 5~10 mm 的厚大铝件,为了防止产生变形、热裂纹;未焊透、气孔等缺陷,焊前应预热。一般用氧﹣乙炔焰、喷灯或电炉将工件慢慢加热到 100~300℃左右 2.铜及铜合金 (l)铜及铜合金的分类 铜及铜合金通常可以分为四大类:紫钢、黄铜、青铜和白铜 (2)铜及铜合金的焊前准备 1)接头形式及坡口准备 由于铜及铜合金具有导热率高和液态流动性好的特性,因止其接头形式的设计和选择与钢相比有些特殊要求。.一体化教学教案教学过程 备注①只有当被焊接头相对热源呈对称形时,接头两侧具备相同的传热条件产,才能获成型均匀的焊缝。因此,对接接头、端接接头是合理的。搭接接头、T 形接头和角接接头应尽量;采用,或改为对接接头,图 7-8 所示为紫铜 TIG 焊的接头形式及尺寸。 2)采用单面焊接头, 特别是采用开坡口的单面焊接头时, 必须在背面口成型垫板才不致使液态铜流失而获得所要求的焊缝形状。在没有采用焊缝成型装置的情况下,可选用双面焊接头,以保证良好的焊缝成型。一般情况下对铜及铜合金工件不宜采用立焊和仰焊。 ③不等厚工件的对接,要求采用厚度过渡接头。坡口的具体尺寸可根据不同焊接方法及选用的工艺参数,参考常用的钢接头坡口尺寸来决定2)焊前清理 为了防止产生气孔,焊前必须将坡口及坡口两侧30mm 的油脂、水分氧化物及脏物等清理干净,露出金属光泽。油脂等脏物可用丙酮、酒精等有机溶剂擦拭。污染较重的工件,可使用氢氧化钠(NaOH)10%的水溶液在 30~40 0C 温度下进行清洗,然后用清水冲洗,风干或低温干燥。 表面氧化膜可用机械方法(钢丝轮或不锈钢丝轮)清理,也可用酸洗法,即将工件置于 HNO3(75 cm3/L)+ H2SO4( 100 cm3/L) + HCl(1 cm3/L)的混合溶液中进行清洗,然后用碱水冲洗,再用水冲净,热风吹干。.一体化教学教案教学过程 备注3)装配焊件 根据焊接方法、接头形式和坡口尺寸,留出装配间隙的方法有两种(图 7-9) 。 ①等间隙法 即根据板厚留出大小一定的间隙,并做定位焊。 ②不等间隙法 根据板厚、焊缝长度、垫板的种类、焊接方法等留出间隙 al或 a2。 al或 a2。可按下式估算: 根据上述经验公式计算出的数据还需经过试验,调整到合适的程度。4)垫板 焊接熔池中铜液的流动性很好,为防止铜液从坡口背面流失,保证焊缝成型。特别是在焊接厚板及要求单面焊双面成型时,接头背面需采用垫板。垫板有永久垫板和可拆垫板两种,常用的可拆垫板有:紫铜垫、钠垫、石棉垫、粘结软垫(陶质粘结软垫和玻璃纤软垫)等。永久垫板是用与焊件同种材料做成,焊后永久地留在焊件上,仅适用于要求不高或使用条件允许的结构。5)焊前预热 由于铜和铜合金的导热性非常好,焊接时会产生未熔合,因此焊前工件常需要预热。预热温度一般为 300℃~700℃,根据焊件形状、尺寸、焊接方法和采用的工艺参数而定,并应注意在焊接过程中保持这个温度。 三、异种金属 .1.异种金属的概念 一体化教学教案教学过程 备注.随着现代工业的发展,对零部件的性能提出了更高要求,有些情况下,一种金属材料不能全面满足使用要求,或者即使某种金属比较理想,也往往由于十分稀贵不能在工程中使用。现代焊接技术的发展已经可以将不同成分、不同性能的材料焊接成复合零部件,即能满足性能要求又可节约贵重材料降低成本,因此异种金属的焊接越来越受到人们的重视。从材料角度来看,异种金属焊接主要包括三种情况:异种钢焊接(如奥氏体钢与珠光体钢的焊接) ;异种有色金属焊接(如铜和铝的焊接) ;钢与有色金属焊接(如钢与铜、钢与铝的焊接) 。从接头形式角度来看,也有三种情况:两种不同金属母材的接头(如钢与铜的接头) ;母材金属相同,而采用不同焊缝金属的接头(如在低碳钢上堆焊奥氏体不锈钢) ;复合金属板的接头(如奥氏体不锈钢复合板的接头) 。 2.异种金属的特点 由于异种金属之间性能上的差别很大,所以焊接异种金属比焊接同种金属困难的多。对两种不同的金属进行直接焊接时,存在的主要困难有:(1)熔点不同 当两种被焊金属的熔化温度相差很大时,其中一种金属在焊接时已经熔化,而另一种金属还处于固态,焊接接头难以焊合 。(2)线膨胀系数不同 当两种被焊金属的线膨胀系数相差很大时,焊接过程中就会产生很大热应力,容易使焊缝和热影响区产生裂纹。 (3)导热性和比热容不同 当导热性和比热容相差很大时,会使焊缝的结晶条件变坏,晶粒粗化严重。 (4)电磁性能不同 焊接电弧不稳定,将使焊缝成型变坏。(5)冶金上的相容性 在液态和固态下都具有良好互溶性的异种金属,在熔焊时能形成完好的接头如铁和镍和铜等。而在液态下不相溶或会形成脆性化合物的异种金属,不能用熔焊方法直接焊接因为脆性化合物越多,焊缝越容易形成裂纹,如铁和镁、铁与铝的焊接等。 3.异种金属焊前准备 一体化教学教案教学过程 备注.目前,在生产中实现异种金属焊接接头的连接方式主要有:直接焊接法、堆焊隔离层法、中间加过渡段法和双金属接头过渡法等方式。(1)坡口准备 1)直接焊接法 异种金属焊接时,确定坡口角度的主要依据除母材厚度之外,还有母材在焊缝中的熔合比。一般来说,坡口角度越大,熔合比越小;反之,坡口角度越小,熔合比越大。异种金属焊接时,为了减小熔化的母材对焊缝的稀释作用,原则上希望熔合比越小越好,所以一般开较大的坡口。2)堆焊隔离层法 先在金属 A(或 B)的坡口表面上堆焊一层中间金属,然后用与中间金属和金属 B(或 A)性能相近的填充金属材料,将金属 A 和金属 B 连接起来,如图 7-10 所示。例如焊接碳钢 Q235 和不锈钢 1Cr18N。时,碳砂不锈钠可开成 V 或 U 形坡口,然后在 Q235 钢的坡口表面,用含铬镍高的材料堆焊一层奥氏体过渡层,厚度通常为 5~6 mm,如母材为易淬火钢时,过渡层厚度可增加到 9 mm。3)中间加过渡段法 异种金属焊接时也常于金属 A 和金属 B 之间采用金属 C 做中间过渡段,然后将中间过渡段 C 分别与 A、B 焊接起来。坡口形式应根据金属 A、金属 B 和中间过渡段 C 的具体情况决定。 4)双金属接头过渡法 先将金属 A 和金属 B 用特殊的焊接方法预先焊接成双金属接头(例如用摩擦焊方法焊接铝铜接头) ,然后将金属A 和金属 B 和双金属接头分别用普通焊接方法进行焊接。 5)复合钢板焊接准备 复合钢板(如基层为碳钢,复层为不锈钢的复合钢板)的坡口一般都开在基层上,坡口形却口图 7-11 所示。 (2)预热 异种金属焊接时,预热温度主要根据母材的淬火裂纹倾向大小和焊缝金属的合金化程度来确定。一体化教学教案专 业 焊 工 学习领域 设备准备 序号.授课班级 授课日期 审 签学习任务 设备准备——埋弧焊机、钨极氩弧焊机 课 时教学目标能够进行埋弧焊机和钨极氩弧焊机的调试教学媒体准备1.投影仪、课件。2.焊工实训设备。3.焊工实训耗材。学生基础掌握了手工电弧焊的基本技能操作,对焊接参数及焊接工艺有了正确认识作业布置教学反思审批签字一体化教学教案教学过程 备注.第三节 设 备 准 备学习目标:能够进行埋弧焊机和钨极氩弧焊机的调试 一、埋弧焊机调试 1.埋弧焊机调试内容 焊机的调试主要是对新设备的安装及各种性能指标的调整测试,埋弧焊机的调试包括电源,控制系统、小车三大组成部分的性能、参数测试和焊接试验。 2.埋弧焊机的调试方法(1)电源参数测试 焊机按使用说明书组装后,接通电源、调节电源输出电压和电流,观察变化是否均匀;调节范围与技术参数比较是否一致,以便了解设备的状况。 (2)控制系统调试 1)测试送丝速度。比较测试数值与技术参数指示的一致性,并与工艺要求是否符合。 2)测试引弧操作是否有效和可靠。选项测试在焊机运行中可进行多次试验。 3)测试小车行走速度、调整范围和调节的均匀性。 4)电源的调节特性试验,可设置人为障碍,改变焊接条件(弧长变化) ,观察焊机的自身调节或自动调节的效果。 5)检查各控制按钮动作是否灵活和有效。 (3)小车性能的检测 1)小车的行走是否平稳、均匀,可在运行中观察测量。 2)检查机头各个方向上的运动,检查其能否符合使用要求.。3)观察驱动电动机和减速系统运行状态,有无异常声音和现象。 4)焊丝的送进、校直、夹持导电等部件的功能测试,可根据焊丝送出的状态进行判断。 5)在运行中观察焊剂的铺撒和回收情况。 (4)试焊 检查焊缝表面成型和焊缝质量。 上述各项检查如有与技术参数不一致,或发生故障,要进行排除或 一体化教学教案教学过程 备注.与生产厂家联系解决。 二、钨极氩弧焊机调试 1.钨极氩弧焊机的调试内容 氩弧焊机的调节主要是对电源参数调整、控制系统的功能及其精度、供气系统完好性焊枪的发热情况等进行调试2.钨极氢弧焊机的调试方法(1)电源各参数调试 1)测试恒流特性 选择任意一个电流值进行焊接。在不同弧长的情况下,观察电压表、电流表,从表显示的数据判断电压及电流的变化。2)测试电压、电流的调节范围是否与技术参数一致,电流调节是否均匀。3)测试电弧稳定性 尤其应在小电流段观察电弧的稳定性。 4)测试引弧性能 反复进行引弧试验,观察引弧的准确性和可靠性。5)测试交流氢弧焊电源阴极雾化作用 通过雾化区的大小和清洁程度进行判断,还需检查阴极雾化作用是否可调。 (2)控制系统性能调试 1)测试各程序的设置能否满足工艺需要。对提前送气、引弧、焊接、断电、滞后停气及脉冲参数进行测试和调节。 2)测试网压变化时焊机的补偿能力。试验可在±10%的范围内改变输入电压,观察输出电流的变化。(3) 氩弧焊枪使用试验 观察焊枪有无漏气、漏水现象;在额定电流和额定负载持续率的情况下使用,应测试焊枪的发热情况。 一体化教学教案专 业 焊 工 学习领域 焊接 序号
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