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1、第4章 连接成形定义: 连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法。 分为：焊接、胶接和机械连接等三大类。焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材 料，使工件达到结合的一种方法。 分为：熔焊、 压焊、钎焊优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广泛。 缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形胶接：用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：通过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。 4.1 焊接基础4.1.1 熔焊冶金过程及其特点 在熔焊过程中，焊
2、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，包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区的组织变化等。 焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触，发生短路.强大的短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条头温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离，形成带电质点。这些带电质点的定向运动形成了焊接电弧。(1) 熔焊液相冶金的特点 反应温度高、比表面积大、反应时间短(见表4-1）1 熔焊液相冶金熔焊冶金特点知： 对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化焊缝对外表现出的力学性能特点为
3、: ak即：硬度高、脆性大(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或两者联用 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 脱氧、脱硫、脱磷 渗有益合金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。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。 3焊接接头的
4、组织转变 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。 先进的焊接方法均如此。（见表4-2） 2）工艺上：小电流、快速焊，以减 小单位长度上的热量输入 3）焊后正火机设041，2，3第八次课 第十四周周二下午5，6节（11月28日）4.1.2 焊接应力与变形 1焊接应力与变形产生的原因 焊接件的结构特点：塑性好、细、薄、易变形焊后残留在焊件内：焊接残余应力、焊接残余变形 2焊接残余应力的调节与消除 (1) 焊接残余应力的分布：先冷处受压 后冷
5、处受拉 (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C、加热减应区D、锤击焊缝 （焊后趁热）E、预热和后热a)焊前加热 b)焊后冷却 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， 局部去应力退火：结构简单、刚性较小或体积较大的焊件，如圆筒、管道、长构件等。 （2）机械拉伸法 （3）温差拉伸法适用于：焊缝较规则，厚度在40
6、mm以下的板壳结构（4）振动法激振器使焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力温度拉伸法示意图1-喷水排管 2-焊件 3、4-氧乙炔焰炬 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较理想的正常情况厚度方向加热不均匀高度方向加热不均匀横截面上加热不均匀多见于薄板件(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A、反变形法 2）工艺措施B、刚性固定法 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
7、 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 尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊 (3) 焊接残余变形的矫正 1）机械矫正法 利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形，使二者相互抵消生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料 长直缝和环形焊缝构件 2）火焰矫正法 即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产生塑性变形，以抵消焊接残余变形 操作灵便，但需较丰富的实际经验 4.2 焊接方法 4.2.1 熔焊 1电弧焊:电弧作为热源 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊） (1) 埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊1焊接衬垫 2V形坡口 3焊剂挡板4焊剂给送管 5
8、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 埋弧焊优点： 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 采用实心焊丝或药芯焊丝作电极的气体保护焊。保护气体有:CO2、Ar、Ar+O2、Ar+CO2等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
9、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。 (2) 气体保护电弧焊熔化极气体保护焊1-送丝滚轮 2-焊丝 3-导电嘴4-喷嘴 5-进气管 6-氩气流7-电弧 8-焊件优点：生产效率高；易于操作；质量好；全位置焊接；焊接材料利用率高，能耗低 。缺点：设备成本高，维修费用高CO2气体保护焊2）钨极惰性气体保护焊 用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨）电极的惰性气体保护焊。优点 可焊几乎所有的金属合金； 电弧燃烧稳定，低电流可焊，适于薄板和难焊位置； 明弧便于操作， 焊接效率较低， 成本较高 应用：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2电渣
10、焊利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接.优点：厚板一次行程中焊成，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。 缺点：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 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 电渣焊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、
11、耐热等特殊性能堆焊是一种重要的表面工程技术用于：各种机械零件和工具、模具的制造和修复 机设041，2，3第九次课 第十四周周五下午7，8节（12月1日）4.2.2 压焊（电阻焊、摩擦焊） 1电阻焊 工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。 应用：薄板、网和空间构架等的焊接， 如汽车外壳、门等 优点：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。 优点：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。(1) 点焊：柱状电极 (2) 缝焊：滚轮电极 点焊点焊点焊缝焊(3) 对焊 将焊件以整个接触
12、面焊合1）电阻对焊 先加压后通电接头力学性能差应用：断面紧凑、直径小于 20mm的低碳钢棒料和管 子，直径小于8mm的非铁金 属棒料和管子 2）闪光对焊 先通电后加压 接头力学性能好应用：各种金属材料和各 种断面，如钻头、刀具、钢轨和大型管道 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，完成焊接优点：接头质量好，焊件精度高； 劳动条件好，生产效率高 可焊接异种材料缺点：非圆形截面、大型盘状或薄壁件，以及摩擦系数小或 易碎的材料难于焊接 设备投资较大 适于：圆形、管形截面工件的对接，如刀具、阀门、钻杆 逐步取代闪光对焊图4-23 摩擦焊机结构1电动机 2传动带
13、3带轮 4制动装置 5主轴 6转动夹具 7不转动夹具 8液压缸 9焊件摩擦焊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 钎焊时用作填充金属的材料1）软钎料：熔点低于450：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：熔点高于450：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：松香、氯化锌水 溶液、磷酸水溶液 作用:清除钎料和母材表面的氧化物 保护焊件和液态钎料以免氧化 改善液态钎料对焊件的润湿性2接头型式 多采用搭接 图4-24 钎焊接头形式a）平面搭接接头 b）T形接头 c）角接接头 d）套管接头3加热方式： 烙铁、火焰、电阻、 感应、浸渍和炉中加热适用：精密、微型、形状复杂或多钎缝的焊件及异种材料间的焊接，广泛用于焊接换热器、夹层结构、电真空器件和硬质合金刀具4特点： 钎焊加热温度较低 接头光滑平整 组织和力学性能变化小 焊件变形小 适于焊接异种材料 可同时焊多工件、多接头，生产效率高
