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1、第三篇 金属的连接成型,连接成型：将简单型材或零件连接成复杂 零件和机器部件的加工工艺 根据连接成型原理不同，分为 机械连接 冶金连接 物化连接 机械连接：利用螺钉、螺栓和铆钉连接成型 接头可以拆卸，主要用于装配,1,课件,物化连接：利用粘接剂，通过物理、化学 作用将材料连接成型 接头不可拆卸。主要用于异种材料 冶金连接：通过加热或加压（或既加热又 加压），使分离表面的原子间距足够小 形成金属键而获得永久性接头 主要用于金属材料的连接,2,课件,第九章 焊接理论基础与焊接质量,焊接特点： 1. 节省材料，结构重量轻 2. 焊接接头具有良好的力学性能 3. 可以实现不同材料间的连接成型 4.可以
2、生产要求密封性的连接成型 缺点： 有些材料焊接困难；焊接不当，易产生缺陷；接头组织、性能不均匀；易产生残余变形,3,课件,原理：通过加热，加压或加热加压，并且 用或不用填充材料，使焊件达到原 子结合的一种加工方法 分类：按焊接过程的特点分为 熔化焊 压力焊 钎焊,4,课件,9.1 电弧焊的本质,电弧焊：用电弧作为热源使焊件金属局部熔化，形成熔池，随着电弧的移动，熔池中的液态金属冷却结晶，形成焊缝，实现焊接。 焊接的本质：小范围的金属熔炼与铸造,5,课件,6,课件,9.2 焊接工艺基础,熔焊：将焊件接头加热至熔化状态，不加 压力完成焊接的方法 是最基本的焊接方法，焊接生产中占主导 有电弧焊；气焊
3、；电渣焊；电子束焊； 激光焊 其中电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法,7,课件,一、焊接电弧,电弧是两电极之间持久而强烈的气体放电现象。其宏观表现是发出强光，释放大量的热量 电弧组成： 阴极区：发射电子区 阳极区：正离子区，并接受电子 弧柱区：气体电离区,8,课件,电弧产生的过程： 当两电极接触时，因高温，金属很快熔化，并蒸发。 当两极产生距离时， 阴极表面金属发射大量电子； 阳极表面发生电离； 在弧柱区电子与原子、分子间的碰撞产生大量热量并导致电离。同时部分离子与电子间还会复合成原子或分子，并发光,9,课件,电弧放电的特点是：电压低，电流大，温度高，能量密度大，可满足焊接的要求 正接：焊件接正
4、极，焊条接负极 反接：焊件接负极，焊条接正极,10,课件,二、焊接冶金过程 电弧焊时，母材和焊条受到高温作用而熔化，形成熔池。熔池可看作是一个微型冶金炉，其内要进行一系列物理、化学过程 其冶金过程有以下特点： 1. 金属熔池很小，且四周是冷金属， 熔池处于液态的时间很短,11,课件,1）由于化学反应难于在如此短的时间内达到平衡状态，所以成分不均匀 2）气体和杂质来不及浮出，导致容易产生气孔和夹杂等缺陷 3）焊缝金属组织结晶后易产生粗大的柱状晶,12,课件,2. 熔池金属温度高于一般冶炼温度 因此金属元素蒸发和烧损强烈,13,课件,三、焊接三要素,1. 热源 要求能量集中，温度高，以保证金属快速
5、 熔化，减小高温对金属性能的影响 2. 熔池的保护与净化 保护：采用熔渣、惰性气体、真空等保护 措施，将熔池与大气隔离，阻止焊缝金属氧化与杂质进入焊缝,14,课件,净化：降低焊缝中氧、硫、磷等元素的含量 3. 填充金属 一方面可保证填满焊缝，另一方面可向焊缝过渡有益的合金元素，以弥补金属的烧损， 并调整焊缝金属的化学成分，满足性能要求.,15,课件,9.2 焊接接头组织与性能,焊接接头包括焊缝、熔合区、热影响区 热影响区：焊缝附近组织、性能发生变化的区域 熔合区：焊缝与热影响区之间的过渡区,16,课件,一、焊接工件上的温度分布,焊缝周围被加热、冷却，每一点被加热的温度不同，达到高温的时间也不同
6、，冷却速度也不同,17,课件,二、焊接接头的组织与性能,低碳钢焊接接头,18,课件,1. 焊缝 熔池凝固成焊缝 焊缝金属的结晶是从熔池底壁开始向中心长大，冷却速度较快，晶粒呈垂直于熔池壁的柱状晶 焊缝成分不均匀，焊缝中心区容易偏析硫、磷等杂质，导致力学性能变差,19,课件,2. 熔合区 焊缝于母材交接的过度区 其加热温度介于液固两相线之间 加热时，金属处于半熔化状态，其成分不均匀，组织粗大，塑性、韧性很差 是焊接接头中性能最差的区域,20,课件,3. 热影响区 焊接过程中，被焊材料受热（但未熔化）后，金相组织和力学性能发生变化的区域。 热影响区分为：过热区 正火区 部分相变区 再结晶区,21,
7、课件,1）过热区 具有过热组织或晶粒显著粗大的区域 固相线1100 性能：塑性、韧性很低，尤其是冲击韧性较低，是热影响区中性能最差的区域 2）正火区 相当于受到正火处理的那部分区域 1100AC3 冷却后获得正火组织，力学性能好,22,课件,3）部分相变区 发生部分相变 AC3AC1之间，仅部分组织发生相变 冷却后晶粒大小不均匀 力学性能比母材差 4）再结晶区 AC1450之间，发生再结晶，硬度降低 经过冷塑性变形的母材才有再结晶区,23,课件,热影响区的大小和组织性能变化的程度取决于焊接方法、焊接规范、接头形式等因素。 热源集中，焊接速度快时，热影响区小 热影响区往往是焊接件开始破坏的地方,
8、24,课件,三、影响焊接接头组织和性能的因素,1. 焊接材料 2. 焊接方法 3. 焊接工艺 4. 焊后热处理,25,课件,9.3 焊接应力和焊接变形,焊接过程中由于热源对焊接件局部不均匀加热，使焊接件产生应力和变形 一、焊接应力于变形产生的原因 受不均匀加热和冷却 1. 纵向焊接应力 自由伸缩的假想小板条，焊接中自由伸缩 但实际情况是，假想条相结合，相互牵制,26,课件,加热：只加热中间一条，是模拟的焊缝 因超过塑性温度，伸长两被压缩 冷却：中间条压缩，被两边牵制，产生拉 应力；两边条被中间条压缩，产生 压应力,27,课件,2. 横向焊接应力及变形 往往比较复杂，分几种情况讨论 1）由纵向变
9、形引起的横向应力及变形 钢板单边施焊时，焊后焊接边缩短，向焊接边发生侧弯 将焊缝看成为，将两个板连接在一起 焊缝中部出现横向拉应力，两侧出现压应力,28,课件,29,课件,2）由焊缝冷却先后不同形成的横向应力 焊缝中，有三个焊接点 焊接第一个点A：A点冷却后钢板的间隙变化不大，因为钢板可以自由伸缩 焊接B点：受热膨胀时，上端间隙被撑大，B点附近的金属没有受到明显的压缩变形，冷却后间隙没有明显的缩小,30,课件,31,课件,焊接点C 加热：C点不能自由伸缩，受到A、B的阻碍，因此C点受压，B点受拉，A点受压 冷却：C点被压缩，产生塑性变形，焊点C处的间隙变小，但受到A、B处的阻碍 C点受拉，B受
10、压，A点受拉 焊缝冷却先后不同，对横向应力有影响,32,课件,33,课件,二、减小和防止焊接应力的措施,1. 采取合理的焊接顺序 使焊缝的收缩自由，不受大的约束 1）先焊收缩量较大的焊缝，使其一开始能够比较自由收缩变形 2）先焊工作时受力大的焊缝，使其承受压应力 臂厚不均时，先焊臂薄处 3）拼焊时，先焊错开的短焊缝，后焊直通的长焊缝,34,课件,2. 焊前预热或加热减应区,35,课件,3. 采用小线能量、快速焊 4.锤击或辗压焊缝 5. 焊后热处理 6. 焊后拉伸或振动工件,36,课件,三、预防与矫正焊接变形的措施,1. 预防措施 1）合理选择焊缝的尺寸和形式 在保证承载力的前提下 尽量减小焊
11、缝尺寸,减小焊缝尺寸的设计,37,课件,2）尽可能减少不必要的焊缝 3）合理安排焊缝位置,38,课件,4）采用能量集中的热源、对称焊、分段焊和多层多道焊,39,课件,5）预先反变形,40,课件,6）焊前刚性固定,41,课件,7）散热法 通过强迫冷却减小焊缝及其附近的受热量,42,课件,2. 矫正焊接变形方法 设法造成新的变形，抵消残余变形 1）机械矫正法 利用机械力的作用 2）火焰加热矫正法 不均匀加热的方式引起结构变形，矫正原有的变形,43,课件,9.4 焊接质量检验,缺陷的存在降低承载力，且导致应力集中，陈胜裂纹 一、焊接接头缺陷 有外观缺陷和内部缺陷 外观缺陷：焊瘤、咬边、未焊透 内部缺
12、陷：裂纹、气孔、夹杂,44,课件,二、焊接质量检验 1. 检验过程 1）焊前检验 2）生产过程中的检验 3）成品检验,45,课件,2. 检验方法 1） 外观检验 以肉眼或低倍放大镜 2） 磁粉检查 3）渗透探伤（着色探伤） 4） 超声波探伤 5） 射线探伤 6）密封性检验 7）耐压检验 8）焊接接头力学性能检验,46,课件,47,课件,48,课件,49,课件,50,课件,51,课件,电弧焊：利用电弧作为热源，使分离的 金属局部熔化，随着电弧的移动， 熔池中的液态金属冷却结晶，形成 焊缝，实现焊接件的连接 电弧焊的本质是，小范围内的金属熔炼与 铸造 焊接过程包含有：热过程；冶金过程；结晶过程,5
13、2,课件,三、电焊条 1. 焊条组成 由焊芯和药皮组成 焊芯：即是电极，又是填充金属 药皮：涂在焊芯表面上的涂料层 作用：提高电弧的稳定性 产生保护熔渣的气体 保证焊缝金属的脱氧、硫、磷 向焊缝渗加必要的合金元素,53,课件,2. 焊条种类 按用途划分为十大类 3. 焊条选用 有以下原则 根据被焊的金属材料类别选择相应的焊条种类 结构钢焊条的力学性能应满足焊缝与焊接件等强度要求,54,课件,对特殊钢，保证接头的特殊性能，应具有相同或相近的成分 焊接结构件在较差的条件下工作时，应选用碱性焊条 对几何形状复杂、厚度大、焊接时易产生较大应力和裂纹的焊接件，应选用抗裂性好的碱性焊条 焊条工艺性能要满足
14、施焊操作要求,55,课件,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.9.620.9.6Sunday, September 6, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。02:50:5702:50:5702:509/6/2020 2:50:57 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.9.602:50:5702:50Sep-206-Sep-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。02:50:5702:50:5702:50Sunday, September 6, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.9.620.9.602:50:5702:50
15、:57September 6, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年9月6日星期日上午2时50分57秒02:50:5720.9.6 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年9月上午2时50分20.9.602:50September 6, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年9月6日星期日2时50分57秒02:50:576 September 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午2时50分57秒上午2时50分02:50:5720.9.6 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。9/6/2020 2:50:57 AM02:50:572020/9/6 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。9/6/2020 2:50 AM9/6/2020 2:50 AM20.9.620.9.6 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。6-Sep-206 September 202020.9.6 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Sunday, September 6, 20206-Sep-2020.9.6 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.9.602:50:576 September 202002:50,谢谢大家,
