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1、第第4 4章章 连连连连接成形接成形定义定义: :连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法。连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法。 分为：分为：焊接焊接、胶接胶接和和机械连接机械连接等三大类等三大类。 焊接焊接：通过：通过加热或加压加热或加压，或，或两者并用两者并用，借助金属原子的结合借助金属原子的结合 与扩散与扩散，使工件达到结合的一种方法。，使工件达到结合的一种方法。分为：分为：熔焊、熔焊、 压焊、钎焊压焊、钎焊优点优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广泛。省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广泛。缺点缺点：不可拆卸，可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力不可拆卸
2、，可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力 和焊接变形和焊接变形 胶接胶接：用：用胶粘剂胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。胶接工艺简便、生产效率高、成本低，在工业生产中应用愈来 愈广泛。 机械连接机械连接：通过：通过构件间产生的机械作用力构件间产生的机械作用力实现连接的方法。机械连接质量可靠、易于检修，在工业中应用广泛。 q4.1 焊接基础q4.1.1 熔焊冶金过程及其特点 在熔焊过程中，焊接接头金属将发生一系列的物理、化学 反应，称为熔焊冶金过程熔焊冶金过程，包括液相冶金液相冶金、熔池结晶熔池结晶、焊缝焊缝 和热影响区的组织变化等和热影响区的组织变化等。 q (1) 熔焊液相冶金的特点 q反
3、应温度高、比表面积大、反应时间短(见表4-1）q温度高 冶金反应迅速、激烈（原子活泼） 元素烧损大气体侵入熔池反应不完全，成分不均匀气体、杂质来不及浮起淬硬倾向大反应时间短1 熔焊液相冶金q由熔焊冶金特点知：对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化所以焊缝对外表现出的力学性能特点为: ak即：硬度高、脆性大q(2) 保证焊缝质量的措施 1）防止有害气体侵入熔池 用气体及熔渣隔离空气焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂 2) 冶金处理添加有益元素进行脱氧、脱硫、脱磷 渗入其它合金元素 q 2熔池结晶 熔池金属凝固时，以熔合线上局部熔化的母材晶粒为核心， 沿着散热的反方向长大，形成垂直于熔池壁的柱状
4、晶。焊缝金属晶粒较粗，组 织不致密，且易引起化学 成分偏析，有些焊缝金属 在凝固末期还可能产生热 裂纹。q 保证质量的办法：1）焊缝中增添少量Ti、V、Mo等元素，可形成弥散的结晶核心 ，使焊缝晶粒细化，力学性能提高。2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等工艺措施均可细化 焊缝晶粒。 1-母材 2-熔合线 3-联生结晶 4-柱状晶q3焊接接头的组织转变 不完全重结晶区：晶粒和组织都不均匀；较差 焊缝金属区：铸态组织； 较好熔合区：铸态+过热组织；最差热 影 响 区焊 接 接 头过热区：过热组织粗大晶粒； 最差相变重结晶区：正火组织；性能最好焊接接头：是由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合
5、的接点。针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的过热区可能出 现的质量问题，可以：1）采取热量集中的焊接方法，减小热影响区的宽度，减 小影响，提高性能。2）工艺上：小电流、快速焊，以减小单位长度上的热量输入 3）焊后正火0.050.05 0.750.75 电电电电子束子束焊焊焊焊5.05.0 6.26.21.51.5 2.02.01.51.5 2.02.02.12.1 3.23.2手工手工钨钨钨钨极极氩氩氩氩弧弧焊焊焊焊5.05.0 8.08.01.51.5 3.03.02.02.0 3.03.01.51.5 2.02.0COCO2 2气体保气体保护焊护焊护焊护焊2525 30302.02.0 3
6、.03.05.05.0 7.07.01818 2020电电电电渣渣焊焊焊焊2.32.3 4.04.00.70.7 1.01.00.50.5 1.71.70.80.8 1.21.2埋弧自埋弧自动焊动焊动焊动焊6.06.0 8.58.52.22.2 3.03.01.51.5 2.52.52.22.2 3.53.5焊焊焊焊条条电电电电弧弧焊焊焊焊总宽总宽总宽总宽 /mm/mm部分相部分相变变变变区区/mm/mm正火区正火区/mm/mm过热过热过热过热 区区/mm/mm焊焊焊焊接方法接方法q 4.1.2 焊接应力与变形 q 1焊接应力与变形产生的原因 焊后残留在焊件内：焊接残余应力、焊接残余变形 内应
7、力局部加热 不均匀冷却受阻膨胀 受阻收缩q2焊接残余应力的调节与消除 q(1) 焊接残余应力的分布：先冷处受压 后冷处受拉 纵向横向q (2) 调节焊接残余应力的措施 A、减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉。采用型材、 复杂部位采用冲压件或铸件、薄板结构采用电阻焊代替熔焊 B、刚性较小的接头1）设计措施尽量减少焊缝的数量2）工艺措施：A、合理的焊接顺序：先内后外先短后长交叉处不起头收尾B、降低焊接接头的刚性 a)板孔少量翻边 b)镶块压凹D、锤击焊缝，使之塑性伸长 E、预热和后热： 对焊件全部或局部加热，减小焊件各部分的温差C 、加热减应区: 在焊前或焊接时在焊件的适当部位加热使之伸长，
8、 焊后冷却时加热区与焊缝一起收缩，从而减小焊接应力。3焊接残余应力的消除方法 （1）去应力退火：整体或局部 加热温度500650 （2）机械拉伸法 （3）温差拉伸法 （4）振动法 温度拉伸法示意图 1-喷水排管 2-焊件 3、4-氧乙炔焰炬 q 4焊接残余变形的控制和矫正(1) 焊接残余变形的类型：五种 常见多为综合型的变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳变形， 多见于薄板件(2) 控制焊接残余变形的措施 A、尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状 B、合理安排焊缝位置 1）设计措施尽量减少焊缝的数量A、反变形法 2）工艺措施B、刚性固定法 用压铁压紧薄板 2-压铁 3-焊件 4-
9、平台 5-定位焊点预置反变形用夹具夹紧凸缘 1-固定夹塑性预弯反变形强制预弯反变形C、合理选用焊接方法和焊接规范：选用能量较集中的焊接方法 ：CO2气体保护焊、等离子弧焊焊接时采用较小的热输入：小电流、提高焊接速度 D、选用合理的装配焊接顺序厚板多层焊、 尽量对称焊、长缝分段焊 工字梁埋弧焊焊接顺序 a）工件移动 b）机头移动q (3) 焊接残余变形的矫正1）机械矫正法 在机械力的作用下使构件产生与焊接变形方向相反的塑性 变形来矫正焊接变形，使焊件恢复到要求的形状和尺寸 。生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料 a)用压力机矫正弯曲变形 b)用辊轮矫正失稳变形 q 2）火焰矫正法即利用火焰局部
10、加热焊件的适当部位使其产生压缩 塑性变形，以抵消焊接残余变形 操作灵便，但需较丰富的实际经验 焊 接 方 法熔焊压焊钎焊气焊电弧焊电渣焊 电子束焊 激光焊手工电弧焊 气体保护焊 埋弧焊氩弧焊 CO2气体保护焊电阻焊摩擦焊 扩散焊 高频焊点焊 缝焊 对焊软钎焊硬钎焊常用的焊接方法分类常用的焊接方法分类q 4.2 焊接方法q4.2.1 熔焊 1电弧焊 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊） (1) 埋弧焊：即电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。1焊接衬垫 2V形坡口 3焊剂挡板 4焊剂给送管 5焊丝 6接焊丝电缆 7颗粒状焊剂 8渣壳 9焊缝 10母材11焊缝金属 12接工件电缆（接地） 13熔池 14
11、电弧 筒体环焊缝的埋弧焊 1焊丝 2送丝滚轮 3焊剂 4筒体 5滚轮架 优点：采用大电流，30mm以下板厚可不开坡口一次焊成，效率高；焊缝质量好、表面光滑美观；节省焊接材料和电能。埋弧焊特点适用：较厚的板料的长、直焊缝和较大直径的环形焊缝 .缺点：设备投资较高，且只适用于平焊位置。1）熔化极气体保护焊生产效率高；易于操作；质量好； 全位置焊接；能耗低 CO2气体保护焊用于：低碳钢、强度级别较低的低合金结构钢 熔化极氩弧焊用于：易氧化的非铁合金、要求较高的各类合金钢 用外加气体作电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。 保护气体有:CO2、Ar、Ar+O2、Ar+CO2等）(2) 气体保护电弧焊
12、熔化极气体保护焊 1送丝滚轮 2焊丝 3导电嘴 4喷嘴 5进气管 6氩气流2）钨极惰性气体保护焊钨极氩弧焊：电弧燃烧相当稳定 ，便于操作，焊接效 率较低，成本较高 常用于：不锈钢、耐热钢和各种非铁金属及其合金 钨极惰性气体保护焊 1焊丝 2焊丝导管 3气体喷嘴 4电流导体 5钨极 6保护气体2电渣焊 利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接.优点： 熔敷速度高；加热和 冷却速度慢，不易产生 气孔、夹渣等缺陷，且 脱硫、脱磷较充分，焊 缝质量较高。 晶粒粗大，热影响 区较宽。焊后通常须 进行正火处理，以细 化晶粒，提高接头的 韧性。适用：厚度30mm以上的厚板或大截面结构电渣焊 a）丝极电渣焊
13、b）板极电渣焊 1-冷却水管 2、12-冷却滑块 3-焊丝 4、10-渣池 5、11-熔池6、13-焊缝 7、8-焊件 9-板极 q 3堆焊为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性 能的熔敷金属而进行的焊接 堆焊几乎可采用任何一种熔焊方法 堆焊可提高零件的使用寿命，可获得耐磨、耐蚀、耐热 等特殊性能堆焊是一种重要的表面工程技术，广泛用于：各种机械零件和工具、模具的制造和修复 4.2.2 压焊（常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等） 1电阻焊：利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊 件局部加热到塑性或熔融状态后件局部加热到塑性或熔融状态后加压
14、加压形成焊接接头的方法。形成焊接接头的方法。适用于：薄板、网和空间构架等的焊接，如汽车外壳、门等 质量高，内应力与变形小，不需填充材料，生产率高， 劳动条件好。 (1) 点焊 利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一 个个焊点的焊接方法。生产率更高，且焊缝可具有密封性 应用：有密封要求的薄板容器，如油箱、罐体、散热器等 。(2) 缝焊 利用圆盘作电极，边滚边焊，相邻两焊点部分重叠，形成 一条密封性的焊缝。（3 3）对焊）对焊对焊是使利用对焊是使利用电阻热电阻热使两个工件在使两个工件在整个接触面整个接触面焊接起来的方法。分为焊接起来的方法。分为 电阻对焊电阻对焊和和闪光对焊闪光对焊。1
15、1）电阻对焊）电阻对焊 先加压后通电操作简单、接头比较光滑。适用于焊接断面紧凑、直径小操作简单、接头比较光滑。适用于焊接断面紧凑、直径小 于于20mm20mm的低碳钢棒料和管子，以及直径小于的低碳钢棒料和管子，以及直径小于8mm8mm的非铁金属的非铁金属 棒料和管子棒料和管子 ，但接头力学性能较差。，但接头力学性能较差。2 2）闪光对焊）闪光对焊 先通电后加压 接头的强度和塑性均较好，焊前对焊接端面的清理要求不高。接头的强度和塑性均较好，焊前对焊接端面的清理要求不高。适用于：焊接各种金属材料和各种断面的焊件，如钻 头、刀具、钢轨和大型管道等 2摩擦焊 利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端面达 到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。 接头质量好，焊件精度高；劳动条件好，生产效率高 并可焊接异种材料。 适于圆形、管形截面工件的对接，如刀具、阀门、钻杆等，在 这些领域有逐步取代闪光对焊的趋势。4.2.3 钎焊 利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并 与母材相互扩散实现连接。 1焊接材料 (1) 钎料：即钎焊时用作填充金属的材料 1）软钎料：即熔点低于450的钎料，有锡铅基、铅基、镉 基等合金。焊接受力不大、工作温度较低的零件。 2）硬钎料：即熔点高于450的钎料，有铝基、铜基、银基 、镍基等合金。焊接受力较大、工作温度较高的零件。 (2) 钎焊焊剂
