【教学课件】第4章连接成形.ppt

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1、第第4 4章章 连接成形连接成形定义定义: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：通过：通过加热或加压加热或加压加热或加压加热或加压，或，或，或，或两者并用两者并用两者并用两者并用，并且，并且，并且，并且用或不用填充材用或不用填充材用或不用填充材用或不用填充材 料料料料，使工件达到结合的一种方法。，使工件达到结合的一种方法。，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：分为：分为：熔焊、熔焊、熔焊、熔焊、压焊、钎焊压焊、钎焊压焊、钎焊压

2、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：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形胶接胶接：用：用：用：用胶粘剂胶粘剂胶粘剂胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。将被粘物表面连接在一起的方法。胶胶接接工工艺艺简简便便、生生产产效效率率高高、成成本本低低，在在工工业业生生产产中中应应用用愈愈来愈广泛。来愈广泛。机械连接机械连接：通过：通过：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。实现连接

3、的方法。机械连接质量可靠、易于检修，在工业中应用广泛。机械连接质量可靠、易于检修，在工业中应用广泛。q4.1 4.1 焊接基础焊接基础q4.1.1 4.1.1 熔焊冶金过程及其特点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，称为反应，称为熔焊冶金过程熔焊冶金过程熔焊冶金过程熔焊冶金过程，包括，包括液相冶金液相冶金液相冶金液相冶金、熔池结晶熔池结晶熔池结晶熔池结晶、焊缝焊缝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和热影响区的组织变化等和热影响区的组织变化等。q (1)(1)熔焊液相冶金的特点熔焊液相冶

4、金的特点 q反应温度高、比表面积大、反应时间短反应温度高、比表面积大、反应时间短(见表见表4-14-1）q温度高温度高 氧化反应迅速、激烈氧化反应迅速、激烈（原子活泼）（原子活泼）元素烧损大元素烧损大 气体侵入熔池，形成夹杂气体侵入熔池，形成夹杂反应不完全，成分不均匀反应不完全，成分不均匀气体、杂质来不及浮起气体、杂质来不及浮起 淬硬倾向大淬硬倾向大反应时间短反应时间短1 1 熔焊液相冶金熔焊液相冶金q熔焊冶金特点知：熔焊冶金特点知：对焊缝影响较大的是对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化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焊缝对外表现出的力学性能特点为:ak 即：硬度高、脆

5、性大q(2)(2)保证焊缝质量的措施保证焊缝质量的措施 1 1）防止有害气体侵入熔池）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、烘干焊条或焊剂焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂 2)2)冶金处理冶金处理 添加有益元素添加有益元素 脱氧、脱硫、脱磷脱氧、脱硫、脱磷 渗有益合金渗有益合金q 2熔池结晶 熔池金属凝固时，以熔熔池金属凝固时，以熔合线上局部熔化的母材合线上局部熔化的母材晶晶粒为核心粒为核心，沿着，沿着散热的反散热的反方向方向长大，形成长大，形成垂直于熔垂直于熔池壁的柱状晶池壁的柱状晶。q 焊焊缝缝金金属属晶晶粒粒较较粗粗，组

6、组织织不不致致密密，且且易易引引起起化化学学成成分分偏析偏析，有些焊缝金属在凝固末期还可能产生，有些焊缝金属在凝固末期还可能产生热裂纹热裂纹。q 保证质量保证质量的办法：的办法：1 1）焊缝中增添少量）焊缝中增添少量TiTi、V V、MoMo等元素，可形成弥散的结晶核心，等元素，可形成弥散的结晶核心，使焊缝使焊缝晶粒细化晶粒细化，力学性能提高。，力学性能提高。2 2）采用）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌机械振动、超声振动、电磁搅拌等工艺措施均可细化等工艺措施均可细化焊缝晶粒。焊缝晶粒。1-1-母材母材 2-2-熔合线熔合线 3-3-联生结晶联生结晶 4-4-柱状晶柱状晶q3 3焊接接头的组织

7、转变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；较差较差 焊缝金属区：焊缝金属区：铸态组织；铸态组织；较好较好熔合区熔合区：铸态铸态+过热组织；过热组织；最差最差热影响区焊焊接接接接头头过热区：过热组织粗大晶粒；最差最差相变重结晶区：正火组织；性能最好性能最好焊接接头：焊接接头：是由两个或两个以上零件要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。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：区可能出现的质量问题，可以：1 1）采取）采取热量集中热量集中的焊接方法，的焊接方法，减小热减小

8、热 影响区的宽度影响区的宽度，减小影响提高性能。，减小影响提高性能。先进的焊接方法均如此。（见表先进的焊接方法均如此。（见表4-24-2）2 2）工艺上：）工艺上：小电流、快速焊，以减小电流、快速焊，以减 小单位长度上的热量输入小单位长度上的热量输入 3 3）焊后正火）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）q 4.1.2 4.1.2 焊接应力与变形焊接应力与变形 q 1 1焊接应力与变形产生的原因焊接应力与变形产生的原因 焊接件的结构特点：焊接件的结构特点：塑性好、细、薄、易变形塑性好、细、薄、易变形 焊后残留在焊件内：焊后残留在焊件内：焊接残余应力焊接残

9、余应力、焊接残余变形焊接残余变形 内应力局部加热 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)(1)焊接残余应力的分布：焊接残余应力的分布：先冷处受压先冷处受压 后冷处受拉后冷处受拉 中间散热慢中间散热慢产生拉应力产生拉应力q (2)(2)调节焊接残余应力的措施调节焊接残余应力的措施 A A、减少焊缝的、减少焊缝的数量和尺寸数量和尺寸并避免并避免焊缝密集和交叉。焊缝密集和交叉。采用型材、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 B、刚性较小的接头、刚性较小的接头1）设计措施尽量减少焊缝的尽量减少焊缝

10、的数量数量2 2）工艺措施）工艺措施A A、合理的焊接顺序：、合理的焊接顺序：先内后外先内后外先短后长先短后长交叉处不起头收尾交叉处不起头收尾B B、降低焊接接头的刚性、降低焊接接头的刚性 a)a)板孔少量翻边板孔少量翻边 b)b)镶块压凹镶块压凹C C、加热减应区、加热减应区D D、锤击焊缝、锤击焊缝（焊后趁热）（焊后趁热）E E、预热和后热、预热和后热a)a)焊前加热焊前加热 b)b)焊后冷却焊后冷却 3焊接残余应力的消除方法（1 1）去应力退火）去应力退火：整体或局部加热温度整体或局部加热温度500500650650，局部去应力退火：结构简单、刚性较小或体积较大的焊件，如局部去应力退火：

11、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。圆筒、管道、长构件等。（2 2）机械拉伸法）机械拉伸法（3 3）温差拉伸法）温差拉伸法适用于：焊缝较规则，厚度在适用于：焊缝较规则，厚度在40mm40mm以下的板壳结构以下的板壳结构（4 4）振动法）振动法激振器使焊接结构发生激振器使焊接结构发生共振共振产生循环应力产生循环应力来降低或消除来降低或消除内应力内应力温度拉伸法示意图温度拉伸法示意图1-1-喷水排管喷水排管 2-2-焊件焊件 3 3、4-4-氧乙炔焰炬氧乙炔焰炬 q 4焊接残余变形的控制和矫正 (1)1)焊接残余变形的类型焊接残余变形的类型：五种五种 常见多为综合型的变形常

12、见多为综合型的变形收缩变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形扭曲变形失稳变形较理想的正常情况较理想的正常情况厚度方向加热不均匀厚度方向加热不均匀高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横截面上加热不均匀多见于薄板件多见于薄板件(2)(2)控制焊接残余变形的措施控制焊接残余变形的措施 A A、尽量、尽量减少焊缝的数量和尺寸减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状合理选用焊缝的截面形状 B B、合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置 1）设计措施）设计措施A A、反变形法、反变形法 2）工艺措施）工艺措施B B、刚性固定法、刚性固定法 用压铁压紧薄板用压铁压紧薄板2-2-压铁压铁 3-3-

13、焊件焊件 4-4-平台平台 5-5-定位焊点定位焊点预置反变形预置反变形用夹具夹紧凸缘用夹具夹紧凸缘1-1-固定夹固定夹塑性预弯反变形塑性预弯反变形强制预弯反变形强制预弯反变形C C、合理、合理选用焊接方法和焊接规范选用焊接方法和焊接规范：选用选用能量较集中的焊接能量较集中的焊接方法方法 ：COCO2 2气体保护焊、等离子弧焊气体保护焊、等离子弧焊 焊接时采用焊接时采用较小的热输入：较小的热输入：小电流、提高焊接速度小电流、提高焊接速度 D D、选用、选用合理的装配焊接顺序合理的装配焊接顺序 尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊 工字梁埋弧焊焊接顺序工字梁埋弧焊

14、焊接顺序a a）工件移动）工件移动 b b）机头移动）机头移动q (3)(3)焊接残余变形的矫正焊接残余变形的矫正 1 1）机械矫正法）机械矫正法 利用外力使构件产生与焊接利用外力使构件产生与焊接变形方向相反变形方向相反的塑性变形，的塑性变形，使二者相互抵消使二者相互抵消生产效率高、矫正质量好生产效率高、矫正质量好、适用于、适用于塑性材料塑性材料 长直缝和环形焊缝构件长直缝和环形焊缝构件 a)a)用压力机矫正弯曲变形用压力机矫正弯曲变形 b)b)用辊轮矫正失稳变形用辊轮矫正失稳变形 q 2 2）火焰矫正法）火焰矫正法 即利用即利用火焰局部加热火焰局部加热焊件的适当部位使其产生塑性焊件的适当部位

15、使其产生塑性变形，以抵消焊接残余变形变形，以抵消焊接残余变形 操作灵便操作灵便，但需较丰富的实际经验，但需较丰富的实际经验 a)a)矫正角变形矫正角变形 b)b)矫正弯曲变形矫正弯曲变形 1 1、3-3-加热区域加热区域 2-2-焰炬焰炬 3-3-挠度挠度 q 4.2 4.2 焊接方法焊接方法q 4.2.1 4.2.1 熔焊熔焊 1 1电弧焊电弧焊:电弧作为热源电弧作为热源 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊）（焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊）(1)(1)埋弧焊埋弧焊：电弧：电弧在焊剂层下在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。燃烧进行焊接的方法。埋弧焊埋弧焊11焊接衬垫焊接衬垫 2V 2V形坡口形坡口

16、3 3焊剂挡板焊剂挡板44焊剂给送管焊剂给送管 5 5焊丝焊丝 6 6接焊丝电缆接焊丝电缆 77颗粒状焊剂颗粒状焊剂 8 8渣壳渣壳 9 9焊缝焊缝 10 10母材母材 11 11焊缝金属焊缝金属 12 12接工件电缆（接地）接工件电缆（接地）1313熔池熔池 14 14电弧电弧 筒体环焊缝的埋弧焊筒体环焊缝的埋弧焊11焊丝焊丝 2 2送丝滚轮送丝滚轮 3 3焊剂焊剂44筒体筒体 5 5滚轮架滚轮架 埋弧焊埋弧焊优点：优点：采用大电流，采用大电流，30mm30mm以下板厚可不开坡口一次焊成，以下板厚可不开坡口一次焊成，效率高效率高；焊缝质量好、表面光滑美观焊缝质量好、表面光滑美观；节省焊接材料

17、和电能节省焊接材料和电能。埋弧焊特点埋弧焊特点适用：适用：较较厚厚的板料的的板料的长、直焊缝和较大直径的环形长、直焊缝和较大直径的环形焊缝焊缝.缺点：缺点：设备投资较高设备投资较高，且只适用于，且只适用于平焊平焊位置。位置。1 1）熔化极气体保护焊）熔化极气体保护焊 采用实心焊丝或药芯焊丝作电极采用实心焊丝或药芯焊丝作电极的气体保护焊。的气体保护焊。保护气体有保护气体有:COCO2 2、ArAr、Ar+OAr+O2 2、Ar+COAr+CO2 2等等COCO2 2气体保护焊用于气体保护焊用于：低碳钢、强低碳钢、强度级别较低的低合金结构钢。度级别较低的低合金结构钢。熔化极氩弧焊用于熔化极氩弧焊用

18、于：易氧化的非易氧化的非铁合金、要求较高的各类合金钢铁合金、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。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)(2)气体保护电弧焊气体保护电弧焊熔化极气体保护焊熔化极气体保护焊1-1-送丝滚轮送丝滚轮 2-2-焊丝焊丝 3-3-导电嘴导电嘴4-4-喷嘴喷嘴 5-5-进气管进气管 6-6-氩气流氩气流7-7-电弧电弧 8-8-焊件焊件优点：优点：生产效率高；易于操作；生产效率高；易于操作；质量好；全位置焊接；焊接材料质量好；全位置焊接；焊接材料利用率高，能耗低利用率高，能耗低。缺点缺点：设备成本高，维修费用高设备成

19、本高，维修费用高COCO2 2气体保护焊气体保护焊2 2）钨极惰性气体保护焊）钨极惰性气体保护焊 用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨）用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨）电极的惰性气体保护焊。电极的惰性气体保护焊。钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊11焊丝焊丝 2 2焊丝导管焊丝导管 3 3气体喷嘴气体喷嘴44电流导体电流导体 5 5钨极钨极 6 6保护气体保护气体77电弧电弧 8 8铜垫板铜垫板优点优点 可焊几乎所有的金属可焊几乎所有的金属合金；合金；电弧燃烧稳定，低电电弧燃烧稳定，低电流可焊，适于薄板和难流可焊，适于薄板和难焊位置；焊位置；明弧便于操作，明弧便于操作，焊接效率较低，焊接效率较低，成本较高

20、成本较高 应用：应用：不锈钢、耐热钢和各不锈钢、耐热钢和各 种非铁金属及其合金种非铁金属及其合金 钨极惰性气体保护焊钨极惰性气体保护焊2 2电渣焊电渣焊利用电流通过液体熔渣产生的利用电流通过液体熔渣产生的电阻热电阻热进行焊接进行焊接.优点优点：厚板一次行程中焊厚板一次行程中焊成，熔敷速度高；加热和冷成，熔敷速度高；加热和冷却速度慢，不易产生气孔、却速度慢，不易产生气孔、夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷较充分，焊缝较充分，焊缝质量较高质量较高。缺点缺点：晶粒粗大，热影晶粒粗大，热影响区较宽。焊后通常须进响区较宽。焊后通常须进行行正火处理正火处理，以细化晶粒，以细化晶粒，提高接头的

21、韧性。提高接头的韧性。适用：适用：厚度厚度30mm30mm以上以上的厚板或大截面结构的厚板或大截面结构电渣焊电渣焊a a）丝极电渣焊）丝极电渣焊 b b）板极电渣焊）板极电渣焊1-1-冷却水管冷却水管 2 2、12-12-冷却滑块冷却滑块 3-3-焊丝焊丝 4 4、10-10-渣池渣池 5 5、11-11-熔池熔池 6 6、13-13-焊缝焊缝 7 7、8-8-焊件焊件 9-9-板极板极 电渣焊电渣焊4.2.2 4.2.2 压焊压焊（电阻焊、摩擦焊）（电阻焊、摩擦焊）1 1电阻焊电阻焊 工件组合后通过电极工件组合后通过电极施加压力施加压力，利用电流通过接头的，利用电流通过接头的接触面及邻近区域

22、产生的接触面及邻近区域产生的电阻热电阻热进行焊接的方法。进行焊接的方法。应用应用：薄板、网和空间构架等的焊接，薄板、网和空间构架等的焊接，如汽车外壳、门等如汽车外壳、门等优点优点：质量高，内应力与变形小，不需填充：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。材料，生产率高，劳动条件好。优点优点：生产率更高，且焊缝可具有密封性生产率更高，且焊缝可具有密封性 应用应用：有密封要求的薄板容器，如油有密封要求的薄板容器，如油箱、罐体、散热器等箱、罐体、散热器等。(1)(1)点焊：柱状电极点焊：柱状电极 (2)(2)缝焊：滚轮电极缝焊：滚轮电极 点焊点焊缝焊缝焊(3)(3)对焊对焊 将

23、焊件以整个接触面焊合将焊件以整个接触面焊合1 1）电阻对焊）电阻对焊 先加压后通电先加压后通电接头力学性能差接头力学性能差应用：应用：断面紧凑、直径小于断面紧凑、直径小于 20 20mm的低碳钢棒料和管的低碳钢棒料和管 子，直径小于子，直径小于8mm8mm的非铁金的非铁金 属棒料和管子属棒料和管子 2 2）闪光对焊）闪光对焊 先通电后加压先通电后加压 接头力学性能好接头力学性能好应用：应用：各种金属材料和各各种金属材料和各 种断面，如钻头、刀具、种断面，如钻头、刀具、钢轨和大型管道钢轨和大型管道 2 2摩擦焊摩擦焊 利用利用焊件表面相互摩擦所产生的热焊件表面相互摩擦所产生的热，使端，使端面达到

24、热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接 优点优点：接头质量好，焊件精度高；接头质量好，焊件精度高；劳动条件好，生产效率高劳动条件好，生产效率高 可焊接异种材料可焊接异种材料缺点：缺点：非圆形截面、大型盘状或薄壁件，以及摩擦系数小或非圆形截面、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易碎的材料难于焊接 设备投资较大设备投资较大适于：适于：圆形、管形截面工件的对接，如刀具、阀门、钻杆圆形、管形截面工件的对接，如刀具、阀门、钻杆逐步取代闪光对焊逐步取代闪光对焊图图4-23 4-23 摩擦焊机结构摩擦焊机结构11电动机电动机 2 2传动带传动带 33带

25、轮带轮 4 4制动装置制动装置 55主轴主轴 6 6转动夹具转动夹具 77不转动夹具不转动夹具 8 8液液压缸压缸 9 9焊件焊件摩擦焊摩擦焊 4.2.3 4.2.3 钎焊钎焊 利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并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。与母材相互扩散实现连接。1 1焊接材料焊接材料 (1)(1)钎料钎料 钎焊时用作填充金属的材料钎焊时用作填充金属的材料1 1）软钎料）软钎料：熔点熔点低于低于450450：锡：锡 铅基、铅基、镉基等合金。铅基、铅基、镉基等合金。焊接受力不大、工作温度较低的焊接受力不大、工作温度较低的 零件零件。2 2）硬钎料）硬钎料：熔点高

26、于：熔点高于450450：铝基、铝基、铜基、银基、镍基等合金。铜基、银基、镍基等合金。焊接受力较大、工作温度较高的焊接受力较大、工作温度较高的 零件零件。(2)(2)钎焊焊剂钎焊焊剂：松香、氯化锌水松香、氯化锌水 溶液、磷酸水溶液溶液、磷酸水溶液 作用作用:清除清除钎料和母材表面的钎料和母材表面的氧化物氧化物 保护保护焊件和液态钎料焊件和液态钎料以免氧化以免氧化 改善改善液态钎料对焊件的液态钎料对焊件的润湿性润湿性2 2接头型式接头型式 多采用搭接多采用搭接 图图4-24 4-24 钎焊接头形式钎焊接头形式a a）平面搭接接头）平面搭接接头 b b）T T形接头形接头 c c）角接接头）角接接

27、头 d d）套管接头）套管接头3 3加热方式加热方式：烙铁、火焰、电阻、烙铁、火焰、电阻、感应、浸渍和炉中加热感应、浸渍和炉中加热适用：适用：精密、微型、形状复杂或多钎缝精密、微型、形状复杂或多钎缝的焊件及的焊件及异异种材料种材料间的焊接，广泛用于焊接换热器、夹层结构、间的焊接，广泛用于焊接换热器、夹层结构、电真空器件和电真空器件和硬质合金刀具硬质合金刀具4 4特点：特点：钎焊加热温度较低钎焊加热温度较低 接头光滑平整接头光滑平整 组织和力学性能变化小组织和力学性能变化小 焊件变形小焊件变形小 适于焊接异种材料适于焊接异种材料 可同时焊多工件、多接头，生产效率高可同时焊多工件、多接头，生产效率

28、高 接头强度和耐热性能较低，焊前清理和装配要求较高接头强度和耐热性能较低，焊前清理和装配要求较高q4.2.4 4.2.4 其它焊接方法其它焊接方法 1 1等离子弧焊等离子弧焊借助借助水冷喷嘴对电弧的拘束水冷喷嘴对电弧的拘束作作用，获得较高能量密度的等离子用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法弧进行焊接的方法机械压缩机械压缩 热压缩热压缩 电磁压缩效应电磁压缩效应 q2 2电子束焊电子束焊利用利用加速和聚焦的电子束加速和聚焦的电子束轰击轰击置于真空或非真空中的焊件所置于真空或非真空中的焊件所产生的热能产生的热能进行焊接的方法进行焊接的方法 特点：特点：能量密度和温度高，穿透能量密度和温度高

29、，穿透能力强，焊接速度快，生产率高能力强，焊接速度快，生产率高 特点：特点：焊接速度快，热输焊接速度快，热输入小，焊缝深宽比大，热入小，焊缝深宽比大，热影响区窄，焊件变形小影响区窄，焊件变形小 等离子弧焊等离子弧焊q 3 3激光焊激光焊q以以聚焦的激光束聚焦的激光束作为能源作为能源轰击焊件轰击焊件所产生的热量进行所产生的热量进行焊接的方法焊接的方法 特点：特点：焊接速度高，热输焊接速度高，热输入小，焊缝窄，热影响区及入小，焊缝窄，热影响区及焊接变形小，焊缝平整光滑焊接变形小，焊缝平整光滑q4 4扩散焊扩散焊q将将工件在高温下加热工件在高温下加热，但不，但不产生可见变形和相对位移的固产生可见变形

30、和相对位移的固态焊接方法，属于压焊类型。态焊接方法，属于压焊类型。特点：特点：不需填充材料和焊剂；不需填充材料和焊剂；无铸态组织，不影响性能；且无铸态组织，不影响性能；且可同时焊接多个接头可同时焊接多个接头 应用：应用：各类材料及很厚和很各类材料及很厚和很 薄的材料薄的材料应用：应用：精密结构件及热敏：精密结构件及热敏感件的焊接感件的焊接 激光焊接激光焊接激光切割激光切割q4.3.4.3.常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 4.3.1 4.3.1 材料的焊接性材料的焊接性材料的材料的焊接性焊接性：材料在限定的施工条件下焊接成：材料在限定的施工条件下焊接成按规定按规定 设计要求的构件，并满足预

31、定服役要求的能力。设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。q1 1材料焊接性的影响因素材料焊接性的影响因素 影影响响因因素素材料的化学成分：材料的化学成分：低碳钢，好；高碳钢，差；铸铁，更差低碳钢，好；高碳钢，差；铸铁，更差焊接方法焊接方法：能量集中、保护好能量集中、保护好,焊接性好焊接性好焊接材料焊接材料：焊丝、焊剂和气体等焊丝、焊剂和气体等 碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；惰性气体保护，焊接性好惰性气体保护，焊接性好 焊件结构类型：焊件结构类型：结构简单、刚性小结构简单、刚性小,焊接性好焊接性好 服役要求：服役要求：服役要求不高服役要求不高,焊接性好焊接性好

32、q 2 2焊接性的评价焊接性的评价 q(1)(1)用碳当量评价钢的焊接性用碳当量评价钢的焊接性 1 1）国际焊接学会（）国际焊接学会（IIWIIW）推荐的公式推荐的公式：CE0.4%焊接性良好：焊接性良好：淬硬倾向较小，淬硬倾向较小，不必预热不必预热CE0.4%0.6 焊接性较差焊接性较差 有一定的淬硬倾向，需采取有一定的淬硬倾向，需采取适当预热适当预热等一定的工艺措施等一定的工艺措施CE0.6%焊接性很差焊接性很差 淬硬倾向大，需采用淬硬倾向大，需采用较高的预热温度较高的预热温度等严格的工艺措施等严格的工艺措施Pw 冷裂纹敏感系数；冷裂纹敏感系数；2 2）冷裂纹敏感系数）冷裂纹敏感系数利用利

33、用Pw可以求出工件所需的可以求出工件所需的预热温度预热温度tp，如下式：，如下式：tp=1440Pw392（）q 4.3.2 4.3.2 常用金属材料的焊接常用金属材料的焊接 1.1.碳钢的焊接碳钢的焊接 (1)(1)低碳钢的焊接低碳钢的焊接：CE 0.6%，更易产生淬硬组织和裂纹，更易产生淬硬组织和裂纹 工具、模具的修补和钢轨的对接工具、模具的修补和钢轨的对接，高温预热，高温预热和更和更严格的工艺措施严格的工艺措施 2 2低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接 (1)(1)强度级别低强度级别低的低合金结构钢的焊接的低合金结构钢的焊接s=295390MPa 价格较低，广泛用于较价格较低，广泛用于

34、较重要的焊接结构重要的焊接结构 类似于低碳钢类似于低碳钢不需预热不需预热，也，也不需焊后热处理不需焊后热处理，但常采用，但常采用碱性焊条碱性焊条 (2)(2)强度级别较高强度级别较高的低合金结构钢的焊接的低合金结构钢的焊接s=440540MPa 高强度、高韧性高强度、高韧性及及在低温或动载下工作在低温或动载下工作的重要焊接结构的重要焊接结构 类似于中碳钢，类似于中碳钢，预热预热和和后热后热，采用，采用碱性焊条碱性焊条或或碱度较高的焊剂碱度较高的焊剂；焊后焊后去应力退火去应力退火或或高温回火高温回火 3 3耐热钢的焊接耐热钢的焊接 淬硬组织和裂纹类似于中碳钢淬硬组织和裂纹类似于中碳钢4 4不锈钢

35、的焊接不锈钢的焊接 热裂纹、脆化热裂纹、脆化高纯焊接材料，高碱度焊剂或低氢型焊条；热量集中的焊接高纯焊接材料，高碱度焊剂或低氢型焊条；热量集中的焊接方法、小的热输入（小电流、高焊速）；焊后热处理方法、小的热输入（小电流、高焊速）；焊后热处理 从各类钢的焊接看：从各类钢的焊接看：对对焊接性较差的钢焊接性较差的钢，无论采用何种焊接，无论采用何种焊接方法，通常都需采用方法，通常都需采用碱性焊条或焊剂碱性焊条或焊剂；且应；且应进行进行预热预热和和后热后热。焊接性越差，碱度要求越高，预热温度焊接性越差，碱度要求越高，预热温度也越高也越高，辅之以严格的其他，辅之以严格的其他工艺措施和接头工艺措施和接头清理

36、清理，才能保证焊接件的质量。，才能保证焊接件的质量。5 5铸铁的焊接铸铁的焊接 易产生易产生裂纹、白口裂纹、白口及及淬硬组织淬硬组织，故焊接性极差，故焊接性极差一般仅用于一般仅用于毛坯的焊补毛坯的焊补和和修复损坏的铸铁零件修复损坏的铸铁零件 纯镍铸铁焊条纯镍铸铁焊条：焊缝为镍铁合金，有良好的抗裂性及切削加：焊缝为镍铁合金，有良好的抗裂性及切削加工性工性 ，一般仅用于，一般仅用于机床导轨面等重要铸铁件的加工面的修补机床导轨面等重要铸铁件的加工面的修补 (1)(1)异质焊缝异质焊缝冷焊冷焊：用焊条电弧焊，通常不预热：用焊条电弧焊，通常不预热 碳钢铸铁焊条碳钢铸铁焊条：焊缝为碳钢，成本低，但易产生热

37、裂纹，：焊缝为碳钢，成本低，但易产生热裂纹，且难于切削加工，只能用于且难于切削加工，只能用于焊补铸铁件的非加工面焊补铸铁件的非加工面。(2)(2)同质焊缝同质焊缝热焊热焊：铸铁型的焊条或焊丝铸铁型的焊条或焊丝 焊前将铸件整体或局部预热至焊前将铸件整体或局部预热至550550650650，且焊时温度不，且焊时温度不低于低于400400。常用焊条电弧焊和气焊，焊后去常用焊条电弧焊和气焊，焊后去应力退火应力退火。一般用于一般用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加工的重要铸件形状复杂、刚性大且焊后需切削加工的重要铸件，如，如车床床头箱、内燃机缸体等。车床床头箱、内燃机缸体等。铸铁铸铁冷焊冷焊生产效率高，劳

38、动条件好生产效率高，劳动条件好 但但焊焊接接时时须须小小电电流流、短短段段焊焊（每每段段101050mm50mm）、断断续续焊（焊接区温度焊（焊接区温度6060）、分散焊，且应焊后立即轻敲焊缝）、分散焊，且应焊后立即轻敲焊缝 冷焊常用于铸件使用后的损坏修补冷焊常用于铸件使用后的损坏修补 铸铁热焊虽质量好，但成本高、生产效率低、劳动条件极铸铁热焊虽质量好，但成本高、生产效率低、劳动条件极差，一般用于差，一般用于形状复杂、刚性大的重要铸件的毛坯重形状复杂、刚性大的重要铸件的毛坯重要面切削加工前的修补。要面切削加工前的修补。q 6 6非铁金属的焊接非铁金属的焊接 q(1)(1)铝及铝合金铝及铝合金：

39、铝及铝合金可采用大多数焊接方法。铝及铝合金可采用大多数焊接方法。氩弧焊工氩弧焊工艺简便，焊接质量好艺简便，焊接质量好是铝合金焊接的首选是铝合金焊接的首选q(2)(2)铜及铜合金铜及铜合金：铜及铜合金的焊接性较差铜及铜合金的焊接性较差 可采用可采用气焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子弧焊、气焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子弧焊、电阻焊和摩擦焊等焊接方法电阻焊和摩擦焊等焊接方法。4.4 4.4 焊接结构设计与工艺设计焊接结构设计与工艺设计结结构构材材料料的的选选用用、焊焊缝缝布布置置、焊焊接接方方法法的的选选择择、焊焊接接接接头头设设计计以以及及焊焊接接材材料料、焊焊接接参数参数的选择等。的选择等。结构材料的选

40、择结构材料的选择 (1)(1)尽量选用焊接性较好的材料尽量选用焊接性较好的材料低碳钢、强度级别低的低合金钢低碳钢、强度级别低的低合金钢 (2)(2)尽量采用廉价材料尽量采用廉价材料 尤其注意异种材料的使用：尤其注意异种材料的使用：麻花钻钻头高速钢、钻柄中碳钢麻花钻钻头高速钢、钻柄中碳钢 耐热钢表面堆焊耐热钢表面堆焊(3)(3)尽量选用轧制型材、冲压件尽量选用轧制型材、冲压件 不合理合理q 4.4.2 4.4.2 焊缝布置焊缝布置 (1)(1)留有足够的操作空间留有足够的操作空间 不合理不合理 合理合理便于施焊便于施焊 不合理不合理 合理合理便于探伤便于探伤 (2)(2)应避免焊缝密集应避免焊缝

41、密集 或汇交或汇交 (3)(3)应使焊缝尽量避开工作应力应使焊缝尽量避开工作应力 较大和易产生应力集中的部位较大和易产生应力集中的部位 不合理不合理 合理合理避免焊缝密集交叉避免焊缝密集交叉不合理不合理 合理合理避开应力较高的部位避开应力较高的部位(4)(4)应避免母材应避免母材 厚度方向工厚度方向工 作时受拉作时受拉 (5)(5)尽量使焊缝尽量使焊缝 避开机加工避开机加工 面面 不合理不合理 合理合理 不合理不合理 合理合理4.4.3 4.4.3 焊接方法的选择焊接方法的选择 1 1、材料的焊接性、材料的焊接性 低碳钢低碳钢和和低合金结构钢：低合金结构钢：各种焊接方法各种焊接方法高合金钢、非

42、铁金属及其合金高合金钢、非铁金属及其合金：能量集中、保护良好的焊接能量集中、保护良好的焊接 方法，如方法，如氩弧焊氩弧焊、电子束焊、等离子弧焊等、电子束焊、等离子弧焊等异种金属异种金属：电子束焊、激光焊、电子束焊、激光焊、摩擦焊摩擦焊、扩散焊和、扩散焊和钎焊钎焊等。等。焊缝较短且不规则焊缝较短且不规则：气焊、焊条电弧焊等手工焊方法；：气焊、焊条电弧焊等手工焊方法；焊缝较长且规则焊缝较长且规则：埋弧焊、气体保护焊等：埋弧焊、气体保护焊等 薄板结构薄板结构：电阻点（缝）焊、气焊、：电阻点（缝）焊、气焊、COCO2 2焊、氩弧焊焊、氩弧焊 和等离子弧焊和等离子弧焊 厚板结构厚板结构：埋弧焊、电渣焊、

43、电子束焊：埋弧焊、电渣焊、电子束焊形状复杂、焊缝多而难以施焊形状复杂、焊缝多而难以施焊：浸渍钎焊、炉中钎焊：浸渍钎焊、炉中钎焊2 2、焊件结构特点、焊件结构特点 3 3、生产批量、生产批量 4 4、经济性、经济性(1)(1)生产批量较小生产批量较小设备投资较少：设备投资较少：气焊、气焊、焊条电弧焊焊条电弧焊(2)(2)生产批量较大生产批量较大高效：高效：电阻焊、摩擦焊、电阻焊、摩擦焊、埋弧焊和气体保护焊埋弧焊和气体保护焊优先选用普通的焊接方法：优先选用普通的焊接方法：气焊、电弧焊、电阻焊气焊、电弧焊、电阻焊转轴的焊接结构转轴的焊接结构a)a)焊条电弧焊焊条电弧焊 b)b)摩擦焊摩擦焊2 2、4

44、 4、55焊缝焊缝q 4.4.4 4.4.4 焊接接头设计焊接接头设计 1 1接头形式接头形式 a)a)对接接头对接接头 b)b)搭接接头搭接接头 c)c)角接接头角接接头 d)T d)T形接头形接头q (1(1)各类焊接接头的特点各类焊接接头的特点 1 1）对接接头）对接接头 应力分布较均匀，承载能力较高且节省材料应力分布较均匀，承载能力较高且节省材料,但备料和安但备料和安装要求高装要求高 应用最广应用最广2）搭接接头接头 备料和装配简易备料和装配简易，但承受载荷时，但承受载荷时应力分布不均匀应力分布不均匀且且受剪受剪应力作用应力作用，故承载能力不高，耗材大。故承载能力不高，耗材大。用于用于

45、：受力不大、板厚较小或现场安装受力不大、板厚较小或现场安装的结构的结构3 3）角接接头和）角接接头和T T形接头形接头 可可承受不同方向的力和力矩承受不同方向的力和力矩，易，易产生应力集中产生应力集中,承载能力低承载能力低 用于：用于：桁架、底座、立柱桁架、底座、立柱等焊接结构等焊接结构q (2)(2)焊接接头形式的选择焊接接头形式的选择 1 1）焊接方法）焊接方法 熔焊熔焊适用于适用于各类接头各类接头形式；形式；电阻点焊电阻点焊须采用须采用搭接接头搭接接头；对焊对焊和和摩擦焊摩擦焊须采用须采用对接接头对接接头；钎焊钎焊多采用多采用搭接接头搭接接头。2 2）焊件结构特点和使用要求）焊件结构特点

46、和使用要求 承载较大的焊接接头承载较大的焊接接头宜采用宜采用对接接头对接接头以减少应力集中；以减少应力集中；反之，可采用反之，可采用搭接、角接、搭接、角接、T T形接形接等接头形式，以便于备料等接头形式，以便于备料和简化工艺。和简化工艺。q 2 2坡口形式坡口形式 根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的呈一定几何形状的沟槽并装配成的呈一定几何形状的沟槽 坡口形式：坡口形式：I I形、形、V V形、形、U U形、形、X X形和双形和双U U形形 (1)(1)各类坡口的特点各类坡口的特点 I形坡口形坡口易于制备，但板厚较大时难于焊透。易于制备，但

47、板厚较大时难于焊透。V形坡口形坡口较易制备，但厚板焊接时费工费料，且较易制备，但厚板焊接时费工费料，且 焊接变形较大。焊接变形较大。U、X、双、双U形坡口形坡口焊接时省工省料，焊接变形小，焊接时省工省料，焊接变形小，但制备较费工，但制备较费工，X、双、双U形还需双面焊接。形还需双面焊接。q (2)(2)坡口形式选择坡口形式选择 1 1）焊件板厚）焊件板厚 薄板薄板对接一般采用对接一般采用I I形形坡口。随着坡口。随着板厚的增大板厚的增大，可采，可采用用其它适当的坡口形式其它适当的坡口形式，以保证焊透并减小焊接量。，以保证焊透并减小焊接量。2 2）焊件使用条件）焊件使用条件 承载较小或精度承载较

48、小或精度要求不高要求不高时，可采用时，可采用I I形、形、V V形形等坡口等坡口形式。形式。承载较大或精度承载较大或精度要求高要求高时，宜采用时，宜采用 U U 形、形、X X形、双形、双U U形形等坡口形式，以保证焊透且减小焊接变形。等坡口形式，以保证焊透且减小焊接变形。q 4.4.5 4.4.5 焊接工艺设计示例焊接工艺设计示例 储罐结构如图所示，质量要求较高。板料尺寸为储罐结构如图所示，质量要求较高。板料尺寸为2000mm5000mm16mm，材料为，材料为Q345钢，入孔管和排污管壁厚钢，入孔管和排污管壁厚分别为分别为16mm和和10mm。现拟批量生产，试制定焊接工艺方案。现拟批量生产

49、，试制定焊接工艺方案。贮罐结构图和焊接工艺图贮罐结构图和焊接工艺图a a）结构简图）结构简图 b b）焊缝布置图）焊缝布置图 c c）焊接工艺简图）焊接工艺简图11筒身纵焊缝筒身纵焊缝 2 2、4 4、55筒身环焊缝筒身环焊缝 3 3入孔管环焊缝入孔管环焊缝 6 6排污管环焊缝排污管环焊缝 1 1结构分析结构分析：避免焊缝交叉避免焊缝交叉 2 2焊接方法焊接方法 筒身筒身板厚较大，焊缝长而规则：板厚较大，焊缝长而规则：埋弧焊埋弧焊 两接管与筒身间的焊缝两接管与筒身间的焊缝较短且为空间曲线：较短且为空间曲线：焊条电弧焊焊条电弧焊 无需预热和后热无需预热和后热3接头和坡口形式接头和坡口形式 筒身焊

50、缝要求较高：对接接头；埋弧焊，筒身焊缝要求较高：对接接头；埋弧焊，I形形坡口坡口 两接管焊缝：两接管焊缝：角接头角接头插入式装配插入式装配4焊接材料焊接材料 埋弧焊：焊丝埋弧焊：焊丝H08MnA、焊剂、焊剂HJ431 焊条电弧焊：碱性焊条焊条电弧焊：碱性焊条E5015焊接储罐工艺方案见表焊接储罐工艺方案见表4-54-5（P172P172）本章小结本章小结连接成形的定义、优点、缺点连接成形的定义、优点、缺点连接成形可分为连接成形可分为:焊接、胶接和机械连接等三大类焊接、胶接和机械连接等三大类调节焊接残余应力的措施改正图，调节焊接残余应力的措施改正图，焊接残余应力的消除方法焊接残余应力的消除方法4