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1、第6章 材料的连接成形,6.1 焊接工艺基础 6.2 常用的焊接方法 6.3 焊接结构设计的工艺性 6.4 焊接技术的发展 6.5 粘接技术,6.1 焊接工艺基础,6.1.1 焊接冶金过程 1.焊接电弧,图6-1 常用焊接方法的分类,6.1 焊接工艺基础,2.焊接冶金过程的特点,图6-2 焊接电弧的组成,6.1 焊接工艺基础,6.1.2 焊接接头的组织和性能,图6-3 低碳钢焊接接头的温度分布和各区划分 a)焊缝区各点温度变化情况 b)低碳钢焊接热影响区的组织变化,6.1 焊接工艺基础,1.焊缝 2.熔合区 3.热影响区 1)过热区。 2)正火区。 3)部分相变区。 6.1.3 焊接应力与变形
2、 1.焊接应力与变形的产生及危害 2.焊接变形的形式,6.1 焊接工艺基础,图6-4 焊接变形的基本形式 a)收缩(纵向、横向)变形 b)角变形 c)弯曲变形 d)波浪变形 e)扭曲变形 f)错边(长度方向、厚度方向)变形,3.焊接应力与变形的预防措施 (1)合理选择焊件结构 尽量减少焊缝的数量、长度及横截面面积。,6.1 焊接工艺基础,(2)焊前预热 减小焊件各部分的温差，可有效地减小焊接应力与变形。,图6-5 反变形法 a)焊接变形 b)反变形法,(3)采用反变形法 根据计算、实验或经验，,6.1 焊接工艺基础,确定焊件焊后产生变形的方向和大小，将焊件预先置成反向角度，以抵消焊接变形，如图
3、6-5所示。 (4)刚性固定法 采用工装夹具或定位焊固定能限制焊接变形的产生，如图6-6所示。 (5)选择合理的焊接顺序 一般来说，应尽量使焊缝的纵向和横向都能自由收缩，减少应力和变形。,图6-6 刚性固定法,6.1 焊接工艺基础,6M7.TIF,图6-7 合理的焊接顺序,6.1 焊接工艺基础,(6)锤击焊缝法 用圆头小锤对焊后红热的焊缝金属进行均匀适度锤击，以延伸变形，补偿其收缩，同时使应力释放，以减少焊接应力和变形。 (7)焊后热处理 采取去应力退火的方法将焊件整体或局部加热到550650，保温后缓冷，可消除80以上的焊接残余应力。 4.焊接应力与变形的矫正方法,6.1 焊接工艺基础,图6
4、-8 火焰矫正法,(1)机械矫正法 用机械加压或锤击的办法，,6.1 焊接工艺基础,产生塑性变形来矫正焊接变形。 (2)火焰矫正法 采用局部加热焊件的某些部位(通常温度在600800C)，使其受热时膨胀，又受周围冷金属制约而引起长度方向压缩，冷却收缩而矫正变形，如图6-8所示。 6.1.4 金属材料的焊接 1.金属材料的焊接性,图6-9 预热温度与碳当量、 板厚的关系,6.1 焊接工艺基础,2.常用金属材料的焊接 (1)低碳钢的焊接 低碳钢一般是指碳的质量分数不大于0.25的钢材，其塑性好，一般没有淬硬倾向，对焊接热过程不敏感，焊接性好。 (2)中高碳钢的焊接 中碳钢碳的质量分数在0.250.
5、6之间，随着碳的质量分数的增加，其淬硬倾向性趋于严重，焊接性变差，焊接接头易形成气孔和裂纹。 (3)低合金高强度结构钢的焊接 低合金高强度结构钢在焊接结构生产中应用较广。 (4)铸铁的补焊 为修补工件(铸件、锻件、机械加工件或焊接结构件)的缺陷而进行的焊接称为补焊。 (5)铝及铝合金的焊接,6.1 焊接工艺基础,1)易氧化。 2)易形成气孔。 3)易开裂。 4)易烧穿和塌陷。 (6)铜及铜合金的焊接 1)导热性强，约为钢的711倍，因此焊接时热量散失严重而达不到焊接温度，造成焊不透等缺陷。 2)线胀系数和收缩率都较大，焊接热影响区宽，易产生较大的焊接应力，变形和裂纹产生的倾向大。 3)液态铜易
6、氧化，生成的Cu2O与Cu形成脆性低熔点共晶体，分布于晶界上，易产生热裂纹。 4)液态铜吸气性强，易形成气孔。,6.2 常用的焊接方法,6.2.1 焊条电弧焊,图6-10 焊条电弧焊及其焊接过程 a)焊条电弧焊 b)焊条电弧焊的焊接过程 1焊件 2焊缝 3熔池 4电弧 5焊条 6焊钳 7电焊机 8渣壳 9熔渣 10气体 11熔滴,6.2 常用的焊接方法,图6-11 焊条的组成,6.2 常用的焊接方法,表6-1 国家标准焊条大类与原机械工业委员会“样本”的焊条分类(大类)对应关系,6.2 常用的焊接方法,表6-1 国家标准焊条大类与原机械工业委员会“样本”的焊条分类(大类)对应关系,6.2 常用
7、的焊接方法,表6-2 焊条药皮原料的种类、名称及作用,6.2 常用的焊接方法,表6-2 焊条药皮原料的种类、名称及作用,6.2 常用的焊接方法,1)低碳钢和普通低合金钢构件，一般都要求焊缝金属与母材等强度，因此可根据钢材的强度等级来选用相应的焊条。 2)同一强度等级的酸性焊条或碱性焊条的选定，主要应考虑焊接件的结构形状(简单或复杂)、钢板厚度、载荷性质(静载或动载)和钢材的抗裂性能而定。 3)低碳钢与低合金结构钢焊接，可按异种钢接头中强度较低的钢材来选用相应的焊 4)铸钢的含碳量一般都比较高，而且厚度较大，形状复杂，很容易产生焊接裂纹。 5)焊接不锈钢或耐热钢等有特殊性能要求的钢材，应选用相应
8、的专用焊条，以保证焊缝的主要化学成分和性能与母材相同。 6.2.2 埋弧焊,6.2 常用的焊接方法,1)埋弧焊采用大电流(比焊条电弧焊高68倍)且连续送进焊丝，故生产率可提高510倍。 2)由于电弧区被焊剂保护严密，故焊接质量高且稳定。 3)由于避免了焊条头的损失，且薄件不需开坡口，故节约了大量的焊接材料。 4)由于弧光被埋在焊剂层下，焊剂层外看不见弧光，大大减少了烟雾，并且实现了自动焊接，大大改善了劳动条件。,图6-12 埋弧焊及其焊接过程 1焊件 2焊剂 3焊剂漏头 4焊丝盘 5焊丝 6焊接机头 7导电嘴 8焊缝 9渣壳 10电弧 11熔化了的焊剂 12熔池,6.2 常用的焊接方法,6.2
9、.3 气体保护焊 (1)氩弧焊 氩弧焊是指使用氩气作为保护气体的气体保护焊。,图6-13 氩弧焊示意图 a)熔化极氩弧焊 b)钨极氩弧焊 1送丝滚轮 2焊丝 3导电嘴 4喷嘴 5保护气体 6电弧及熔滴 7焊件 8钨极,6.2 常用的焊接方法,(2)二氧化碳气体保护焊 二氧化碳气体保护焊是以二氧化碳(CO2)作为保护气体的电弧焊方法，简称二氧化碳焊。 6.2.4 压焊,6.2 常用的焊接方法,图6-14 电阻定位焊 a)电阻定位焊示意图 b)电阻定位焊的接头形式,6.2 常用的焊接方法,图6-15 缝焊示意图,6.2 常用的焊接方法,图6-16 对焊示意图,6.2 常用的焊接方法,6.2.5 电
10、渣焊,图6-17 电渣焊过程示意图,6.2 常用的焊接方法,图6-18 电渣焊方法示意图 a)板极电渣焊 b)熔嘴电渣焊 c)熔管电渣焊,6.2 常用的焊接方法,6.2.6 钎焊,图6-19 真空电子束焊示意图 1真空室 2焊件 3电子束 4聚焦透镜 5阳极 6阴极 7灯丝 8交流电源 9直流高压电源 10直流电源 11排气装置,6.2 常用的焊接方法,6.2.7 高能高效焊接技术 (1)电子束焊 利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊件所产生的热能实现焊接的方法称为电子束焊。 (2)超声波焊 利用超声波的高频振荡能对焊件接头进行局部加热和表面清理，然后施加压力实现焊接的一种压焊方法
11、即超声波焊。,图6-20 超声波焊示意图 1焊件 2偶联系统 3重物 4传感器 5直流偏振源 6交流电源 7砧台,6.2 常用的焊接方法,(3)激光焊 以聚焦的激光束(1091012Wm2)作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法称为激光焊。,6.3 焊接结构设计的工艺性,6.3.1 焊接结构材料的选择,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-3 常用金属材料的焊接性,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-3 常用金属材料的焊接性,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-3 常用金属材料的焊接性,6.3 焊接结构设计的工艺性,6.3.2 焊接方法,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-4 常用焊接方法比
12、较表,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-4 常用焊接方法比较表,6.3 焊接结构设计的工艺性, 主要指一般钢材。 “低”表示小于5000元，“较低”表示500010000元，“较高”表示1000020000元，“高”表示大于20000元。 6.3.3 焊接接头的设计 (1)接头形式的确定 接头形式应根据结构形状、强度要求、焊件厚度、焊后变形大小等方面的要求和特点，合理地加以选择，以达到保证质量、简化工艺和降低成本的目的。,图6-21 焊接接头形式 a)对接 b)搭接 c)角接 d)T形接,6.3 焊接结构设计的工艺性,(2)坡口形式的确定 坡口是指为满足工艺的要求在焊件的待焊部位加工并装配成
13、具有一定几何形状的沟槽。,图6-22 对接接头的坡口形式 a)I形坡口 b)V形坡口 c)X形坡口 d)U形坡口 e)双U形坡口,6.3.4 焊缝的设计,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-5 焊缝设计的典型原则及图例,6.3 焊接结构设计的工艺性,表6-5 焊缝设计的典型原则及图例,6.4 焊接技术的发展,6.4.1 计算机在焊接中的应用及发展 1.计算机辅助焊接过程控制 2.焊接结构计算机辅助设计和制造 3.焊接过程的模拟及定量控制 (1)数值模拟 通过数值模拟对焊接过程获得定量认识(如焊接温度场、焊接热循环、焊接冷裂敏感性判据、焊接区的强度和韧性等)，可以免去大量试验而得到定量的预测信息
14、，而且可节省大量经费、人力和时间。 (2)物理模拟 采用缩小比例或简化了某些条件的模拟件来代替原尺寸的实物研究，如焊接热/力物理模拟、模拟件爆破试验、断裂韧度试验等。,6.4 焊接技术的发展,(3)焊接专家系统 焊接专家系统在焊接领域中按其功能可分为以下三种专家系统：诊断型用于预测接头性能、应力应变、裂纹敏感性、结构安全可靠性、寿命预测、焊接工艺的合理性及失效分析等；设计型可以根据约束条件进行结构设计、工艺设计、焊条配方设计、最佳下料方案、车间管理等；实时控制型根据初始条件，控制焊接参数，反馈系统与实施系统有很快的响应速度。 6.4.2 高效焊接技术的应用与发展 1.焊接设备方面的新进展 (1
15、)新型焊接电源 目前国内外的一些新型焊接电源，不论是交流还是直流，都在向更高级的方向发展。,6.4 焊接技术的发展,(2)焊接设备的配套化 在采用高效焊接方法后，焊机的焊接时间在整个焊接过程中所占的比例逐渐减小。 2.新型焊接材料 (1)新型气体保护焊丝 在大量推广应用气体保护焊方法的过程中，除了焊接设备有了改进和发展外，焊丝的品种也有了很大的发展。 (2)单面焊衬垫材料 近年来，我国造船行业中使用的单面焊衬垫材料有了很大发展，各种软硬衬垫的品种基本上已接近国外的水平。 3.自保护焊接方法 4.焊接机器人,6.5 粘接技术,1.粘接的基本概念 2.粘接的基本原理 3.常用胶粘剂的分类与选用 (
16、1)胶粘剂的分类 胶粘剂是以某些胶性物质为基料，加入各种添加剂构成的。 (2)胶粘剂的选用 胶粘剂的选择主要考虑被粘接材料的种类、受力条件、工作温度和工艺可行性等因素。 1.焊接的实质是什么?熔焊、压焊、钎焊有哪些区别? 2.什么是焊接电弧?电弧由哪些区域组成?各区域有何特点? 3.什么是直流电弧的极性?了解直流电弧的极性有何实用价值? 4.焊接冶金过程的特点是什么?焊条的药皮在冶金过程中起何作用?,6.5 粘接技术,5.何谓焊接热影响区?低碳钢热影响区中各区域的组织和性能如何?从焊接方法和工艺上考虑，能否减少或消除焊接热影响区? 6.产生焊接应力和变形的原因是什么?如何防止和矫正焊接变形? 7.产生焊接裂纹的原因是什么?应如何防止? 8.二氧化碳保护焊有哪些特点?主要用于何种情况? 9.电子束焊和激光焊的热源是什么?焊接过程有何特点?各自的适用范围如何? 10.钎焊与熔焊的实质有何差别?钎焊的主要适用范围有哪些? 11.判断表6-6中各材
