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第4章 连接成形 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望熔焊：熔焊：（液（液/液）液）+液液压焊：压焊：(固固/固）固）+压压力力钎焊：钎焊：（固固/固）固）+液液q焊接基本特点：焊接基本特点：优点：省工省料、效率高、优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广连接牢固，适于焊接的材料广泛；泛；缺点：可能产生气孔、裂缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形。接变形。q4.1 4.1 焊接基础焊接基础q4.1.1 熔焊冶金过程及其特点熔焊冶金过程及其特点 q在熔焊过程中，在熔焊过程中，焊接接头金属将焊接接头金属将发生一系列的物发生一系列的物理、化学反应，理、化学反应，称为熔焊冶金过称为熔焊冶金过程。程。包括液相冶金、熔包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热池结晶、焊缝和热影响区的组织变化影响区的组织变化等。等。q (1)熔焊液相冶金的特点熔焊液相冶金的特点 反应温度高、熔化金属与外界接触表面积大、反应温度高、熔化金属与外界接触表面积大、反应时间短反应时间短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q反应时间短反应时间短 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q由熔焊冶金特点知：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，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所以焊缝对外表现出的力学性能特点为:q a ak k 即：硬度高、脆性大即：硬度高、脆性大q(2)(2)保证焊缝质量的措施保证焊缝质量的措施 q 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 q 2)2)冶金处理：冶金处理：添加有益元素添加有益元素 Si Si，MnMn 进行脱氧、脱硫、脱磷进行脱氧、脱硫、脱磷 渗入其它合金元素渗入其它合金元素 q 2 2熔池结晶熔池结晶 q 熔池金属凝固时，以熔合线上局部熔化的母材熔池金属凝固时，以熔合线上局部熔化的母材晶粒为核心，形成与母材金属长合在一起的晶粒为核心，形成与母材金属长合在一起的“联联生结晶生结晶”，并沿着散热的反方向长大形成柱状晶，并沿着散热的反方向长大形成柱状晶的。的。q 焊焊缝缝金金属属晶晶粒粒较较粗粗，组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偏析析，有有些些焊焊缝缝金金属属在在凝凝固固末末期期还还可可能能产产生热裂纹。生热裂纹。q 解决办法：解决办法：1 1）焊缝中增添少量）焊缝中增添少量TiTi、V V、MoMo等元素，可形等元素，可形成弥散的结晶核心，使焊缝晶粒细化，力学性成弥散的结晶核心，使焊缝晶粒细化，力学性能提高。能提高。2 2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等）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。工艺措施均可细化焊缝晶粒。q3 3焊接接头的组织转变焊接接头的组织转变 q由于焊接过程由于焊接过程中的热扩散，已中的热扩散，已焊合的接头按组焊合的接头按组织和性能的变化织和性能的变化不同，可分为焊不同，可分为焊缝金属区、熔合缝金属区、熔合区和热影响区等区和热影响区等区域区域 q(1)(1)焊缝金属区：焊缝金属区：由焊缝表面和熔合线所包由焊缝表面和熔合线所包围的区域围的区域 ，针对其冶金特点采取的各种各种措，针对其冶金特点采取的各种各种措施，可使其力学性能比母材金属只高不低。施，可使其力学性能比母材金属只高不低。q(2)(2)熔合区：熔合区：是焊缝与母材交接的过渡区，是焊缝与母材交接的过渡区，加热温度在固、液相线之间，由铸态组织和过热加热温度在固、液相线之间，由铸态组织和过热组织构成，组织构成，化学成分和组织都极不均匀，力学性化学成分和组织都极不均匀，力学性能很差，是焊接接头中最薄弱的部位之一，常是能很差，是焊接接头中最薄弱的部位之一，常是焊接裂纹的发源地。焊接裂纹的发源地。q(3)(3)热影响区：热影响区：材料因受热的影响（但未材料因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。焊焊接接热热影影响响区区 过热区过热区：具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。加热温度在固相线与加热温度在固相线与11001100之间，奥之间，奥 氏体晶粒显著长大，力学性能明显下降，氏体晶粒显著长大，力学性能明显下降，是力学性能最差的部位，也常是焊接是力学性能最差的部位，也常是焊接 裂纹的发源地。裂纹的发源地。相变重结晶区相变重结晶区：具有正火组织的区域。具有正火组织的区域。加热温度稍高于加热温度稍高于A Ac3c3线，经重结晶获得线，经重结晶获得 细小、均匀的晶粒，相当于正火处理，细小、均匀的晶粒，相当于正火处理，故又称正火区。该区力学性能明显改故又称正火区。该区力学性能明显改 善，是焊接接头中性能最好的区域善，是焊接接头中性能最好的区域不完全重结晶区不完全重结晶区：部分组织发生相变重结晶的部分组织发生相变重结晶的 区域。加热温度在区域。加热温度在A Ac1c1线与线与A Ac3c3线之间，线之间，部分组织成为均匀、细小的晶粒，其部分组织成为均匀、细小的晶粒，其 余为较粗大的晶粒。晶粒和组织都不余为较粗大的晶粒。晶粒和组织都不 均匀，力学性能较差。均匀，力学性能较差。针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的过热区可能出现的质量问题，可采取措施：过热区可能出现的质量问题，可采取措施：1 1）采取热量集中的焊接方法，减小热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。影响区的宽度，减小影响，提高性能。先进的焊接方法均如此。（见表先进的焊接方法均如此。（见表4-24-2）2 2）工艺上：小电流、快速焊，以减工艺上：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 不均匀的加热必然导致随后的不均匀冷却，进不均匀的加热必然导致随后的不均匀冷却，进而引起不均匀的膨胀、收缩，使焊件上出现了较而引起不均匀的膨胀、收缩，使焊件上出现了较大的内应力。大的内应力。焊接时，多采用集中热源进行局部加热焊接时，多采用集中热源进行局部加热 由于焊接件的结构一般表现出塑性好、细、由于焊接件的结构一般表现出塑性好、细、薄、易变形的特点，所以焊接变形是必然的。薄、易变形的特点，所以焊接变形是必然的。q 焊后残留在焊件内的应力和变形称为焊接残焊后残留在焊件内的应力和变形称为焊接残余应力和焊接残余变形。余应力和焊接残余变形。q2 2焊接残余应力的调节与消除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 纵向纵向 横向横向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 设设计计措措施施 减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉密集和交叉 采用刚性较小的接头采用刚性较小的接头 工工艺艺措措施施 合理的焊接顺序合理的焊接顺序 先内后外、先短后长、交叉处不起头收尾先内后外、先短后长、交叉处不起头收尾降低焊接接头的刚性降低焊接接头的刚性 加热减应区加热减应区锤击焊缝锤击焊缝 预热和后热预热和后热 q 从调节应力的措施看：减小温度的不从调节应力的措施看：减小温度的不均匀是很重要的；另外，让可能变形的部均匀是很重要的；另外，让可能变形的部位尽可能变形也是一个有效途径。位尽可能变形也是一个有效途径。q 3 3焊接残余应力的消除方法焊接残余应力的消除方法 去应力退火：整体或局部去应力退火：整体或局部 加热温度加热温度500500650650 机械拉伸法机械拉伸法 温差拉伸法温差拉伸法 振动法振动法 q 4 4焊焊接残余接残余变变形的控制和形的控制和矫矫正正 (1)(1)焊接残余变形的类型：五种焊接残余变形的类型：五种 q 常见多为综合型的变形常见多为综合型的变形q(2)(2)控制焊接残余变形的措施：控制焊接残余变形的措施：尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状的截面形状 合理安排焊缝位置合理安排焊缝位置 设设计计措措施施工工艺艺措措施施反变形法：反变形法：刚性固定法：刚性固定法：合理选用焊接方法和焊接规合理选用焊接方法和焊接规范：范：选用能量较集中的焊接方法选用能量较集中的焊接方法 焊接时采用较小的热输入焊接时采用较小的热输入 选用合理的装配焊接顺序选用合理的装配焊接顺序 尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊 工工艺艺措措施施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变形方向相反的塑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、适用于塑性材料生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料 q 2 2）火焰矫正法：）火焰矫正法：即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产即利用火焰局部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操作灵便，但需较丰富的实际经验 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 （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：即电弧在焊剂层下燃烧进行焊接即电弧在焊剂层下燃烧进行焊接 的方法。的方法。(2)(2)气体保护电弧焊：气体保护电弧焊：即用外加气体作电弧介质即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并保护电弧和焊接区的电弧焊方法 1 1）熔化极气体保护焊：）熔化极气体保护焊：熔深大、焊接速度快、生产熔深大、焊接速度快、生产效率高；明弧可见，易于操作效率高；明弧可见，易于操作 2 2）钨极惰性气体保护焊：）钨极惰性气体保护焊：电弧燃烧稳定，焊缝金属含氢量电弧燃烧稳定，焊缝金属含氢量极低，明弧可见，易于操作极低，明弧可见，易于操作 （常用的保护气体有（常用的保护气体有COCO2 2、ArAr、Ar+OAr+O2 2、Ar+COAr+CO2 2等）等）q22电渣焊电渣焊 即利用电流通过液体熔渣产生即利用电流通过液体熔渣产生 的电阻热进行焊接的方法。的电阻热进行焊接的方法。熔敷速度高；加热和冷却速度慢，不易产生气孔、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，焊缝质量较高夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷较充分，焊缝质量较高 q 3 3堆焊堆焊 为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具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、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、模具的制造和修复各种机械零件和工具、模具的制造和修复 q4.2.2 4.2.2 压焊压焊（常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等）常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等）q1 1电阻焊电阻焊 利用电流通过接头的接触面及邻近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区域产生的电阻热进行焊接的方法 q 2 2摩摩擦擦焊焊 即即利利用用焊焊件件表表面面相相互互摩摩擦擦所所产产生生的的热热，使使端端面面达达到到热热塑塑性性状状态态，然然后后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。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，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生产效率高并可焊接异种材料 q 4.2.3 4.2.3 钎钎焊焊 利利用用液液态态钎钎料料润润湿湿母母材材，填填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接充接头间隙并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：即钎焊时用作填充金属的材料钎料：即钎焊时用作填充金属的材料(软软,硬硬)(2)(2)钎焊焊剂：即钎焊时使用的熔剂钎焊焊剂：即钎焊时使用的熔剂 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)3 3加热方式：加热方式：烙铁加热、火焰加热、电阻加热、烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、浸渍加热和炉感应加热、浸渍加热和炉中加热等中加热等 钎焊适用于精密、微型、形状复杂或多钎缝的焊钎焊适用于精密、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。结构、电真空器件和硬质合金刀具。q4.2.4 4.2.4 其它焊接方法其它焊接方法 q1 1等离子弧焊等离子弧焊 q2 2电子束焊电子束焊 q能量密度和温度高，穿能量密度和温度高，穿透能力强，焊接速度快，透能力强，焊接速度快，生产率高生产率高 q焊接速度快，热输入小，焊接速度快，热输入小，焊缝深宽比大，热影响区焊缝深宽比大，热影响区窄，焊件变形小窄，焊件变形小 q 3 3激光焊激光焊 焊接速度高，热输入小，焊接速度高，热输入小，焊缝窄，热影响区及焊接变形焊缝窄，热影响区及焊接变形小，焊缝平整光滑。小，焊缝平整光滑。q4 4扩散焊扩散焊 不需填充材料和焊剂；无铸不需填充材料和焊剂；无铸态组织，不影响性能；且可同态组织，不影响性能；且可同时焊接多个接头。时焊接多个接头。可焊各类材料及很可焊各类材料及很厚和很薄的材料厚和很薄的材料 特别适合于精密结构特别适合于精密结构件及热敏感件的焊接件及热敏感件的焊接 q4.3.4.3.常用金属材料的常用金属材料的焊焊接接 4.3.1 4.3.1 材料的焊接性材料的焊接性 材料的焊接性是材料在限定的施工条件下材料的焊接性是材料在限定的施工条件下焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服焊接成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。役要求的能力。材料的焊接性取决于材料的化学成分、材料的焊接性取决于材料的化学成分、焊接方法及焊接材料、焊件结构类型及服役焊接方法及焊接材料、焊件结构类型及服役要求要求 q1 1材料焊接性的影响因素材料焊接性的影响因素 材材料料焊焊接接性性的的影影响响因因素素 材料的化学成分材料的化学成分 硬、脆可能小硬、脆可能小,焊接性好焊接性好焊接方法焊接方法 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 包括焊条、焊丝、焊剂和气体等包括焊条、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 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：CE=w(c)+w(Mn)/6+w(Cr)+w(Mo)+w(v)/5+w(Ni)+w(Cu)/15 100%CECE0.4%0.4%焊接性良好焊接性良好CECE0.40.40.60.6 焊接性较差焊接性较差CECE0.6%0.6%焊接性很差焊接性很差2 2）冷裂纹敏感系数公式）冷裂纹敏感系数公式P Pw w：式中：式中：w w（C C）、w w（MnMn）等）等碳、锰等相应成分的质量分数；碳、锰等相应成分的质量分数；H H焊缝金属中扩散氢的含量（焊缝金属中扩散氢的含量（ml/100gml/100g）；）；h h材料板厚（材料板厚（mmmm）。）。利用利用P Pw w可以求出工件所需的预热温度可以求出工件所需的预热温度t tp p，如下式：，如下式：t tp p=1440=1440P Pw w392392（）q(2)(2)焊接性试验：评定母材焊接性试验：评定母材焊接性的试验焊接性的试验 如图如图4-294-29q 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：CECE小于小于0.4%,0.4%,焊接性良好焊接性良好 可用各种方法无需采用任何工艺措施方便可用各种方法无需采用任何工艺措施方便施焊施焊。母材碳含量偏高或在低温下焊接刚性母材碳含量偏高或在低温下焊接刚性较大的结构时，可采取预热、后热及使用低较大的结构时，可采取预热、后热及使用低氢型焊条或高碱度焊剂等措施氢型焊条或高碱度焊剂等措施。q(2)(2)中碳钢的焊接中碳钢的焊接:CECE为为0.4%0.4%0.6%,0.6%,焊接性较差焊接性较差 焊接时应进行预热（预热温度一般为焊接时应进行预热（预热温度一般为100100200200）和后热；选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；）和后热；选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；使用小电流、低焊速和多层焊，焊后应立即进行热使用小电流、低焊速和多层焊，焊后应立即进行热处理处理 。q(3)(3)高碳钢的焊接：高碳钢的焊接：CECE大于大于0.6%0.6%，焊接性更差焊接性更差，更易产生淬硬组织和裂纹。更易产生淬硬组织和裂纹。应采用更高的预热温度和更严格的工艺措施，应采用更高的预热温度和更严格的工艺措施，一般只用于工具、模具的修补和钢轨的对接。一般只用于工具、模具的修补和钢轨的对接。q 2 2低合金结构钢的焊接低合金结构钢的焊接 (1)(1)强度级别低的低合金结构钢强度级别低的低合金结构钢:s=295-390MPas=295-390MPa 价格低，广泛用于较重要的焊接结构，焊接性较好。价格低，广泛用于较重要的焊接结构，焊接性较好。类于低碳钢，一般不需预热，也不需焊后热处类于低碳钢，一般不需预热，也不需焊后热处理，但通常采用碱性焊条理，但通常采用碱性焊条 (2)(2)强度级别较高的低合金结构钢强度级别较高的低合金结构钢:s=440-540MPa s=440-540MPa 广泛用于要求高强度、高韧性及在低温或动广泛用于要求高强度、高韧性及在低温或动 载下工作的重要焊接结构，焊接性较差。载下工作的重要焊接结构，焊接性较差。类于中碳钢，须采取预热和后热措施，防止产类于中碳钢，须采取预热和后热措施，防止产生冷裂纹，且须采用碱性焊条或碱度较高的焊剂；生冷裂纹，且须采用碱性焊条或碱度较高的焊剂；焊后常需进行去应力退火或高温回火焊后常需进行去应力退火或高温回火 q 3 3耐热钢的焊接：耐热钢的焊接：1Cr131Cr13，焊接性较差焊接性较差 该类钢易产生淬硬组织和裂纹，焊前应仔细清理该类钢易产生淬硬组织和裂纹，焊前应仔细清理焊丝和坡口，须进行预热和后热，选用低氢型焊条焊丝和坡口，须进行预热和后热，选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂，焊后应立即进行去应力退火或或碱度较高的焊剂，焊后应立即进行去应力退火或高温回火处理。高温回火处理。q 4 4不锈钢的焊接：不锈钢的焊接：1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，焊接性较差焊接性较差 该类钢焊接接头可能出现热裂纹、脆化等焊接缺该类钢焊接接头可能出现热裂纹、脆化等焊接缺陷。应尽量采用高纯焊接材料，选用高碱度焊剂或低陷。应尽量采用高纯焊接材料，选用高碱度焊剂或低氢型焊条；须采用热量集中的焊法、小的热输入（小氢型焊条；须采用热量集中的焊法、小的热输入（小电流、高焊速）、以减少热影响区的受热程度；焊后电流、高焊速）、以减少热影响区的受热程度；焊后应进行热处理以消除残余应力应进行热处理以消除残余应力 q 从各类钢的焊接看，对焊接性较差的钢，从各类钢的焊接看，对焊接性较差的钢，无论采用何种焊接方法，通常都需采用碱性无论采用何种焊接方法，通常都需采用碱性焊条或焊剂，且应进行预热和后热。焊接性焊条或焊剂，且应进行预热和后热。焊接性越差，碱度要求越高，预热温度也越高，辅越差，碱度要求越高，预热温度也越高，辅之以严格的其他工艺措施和接头清理，才能之以严格的其他工艺措施和接头清理，才能保证焊接件的质量。保证焊接件的质量。q 5 5铸铁的焊接铸铁的焊接 易产生裂纹、白口及淬硬组织，故焊接性极差易产生裂纹、白口及淬硬组织，故焊接性极差 一般仅用于毛坯的焊补和修复损坏的铸铁零件一般仅用于毛坯的焊补和修复损坏的铸铁零件 纯镍铸铁焊条：焊缝为镍铁合金，有良好的抗纯镍铸铁焊条：焊缝为镍铁合金，有良好的抗裂性及切削加工性裂性及切削加工性 ，成本较高，成本较高，一般仅用于机床一般仅用于机床导轨面等重要铸铁件的加工面的修补。导轨面等重要铸铁件的加工面的修补。q(1)(1)异质焊缝冷焊：异质焊缝冷焊：用焊条电弧焊，通常不预热用焊条电弧焊，通常不预热 碳钢铸碳钢铸铁铁焊条：焊缝为碳钢，成本低，但易产生焊条：焊缝为碳钢，成本低，但易产生热裂纹，且难于切削加工，热裂纹，且难于切削加工，只能用于焊补铸铁件的只能用于焊补铸铁件的非加工面。非加工面。q(2)(2)同质焊缝热焊：同质焊缝热焊：选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前将铸件选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前将铸件整体或局部预热至整体或局部预热至550550650650，且焊时温度不低于，且焊时温度不低于400400。常用焊条电弧焊和气焊，焊后须进行去应。常用焊条电弧焊和气焊，焊后须进行去应力退火。力退火。可可有有效效地地防防止止白白口口、淬淬硬硬组组织织及及裂裂纹纹，接接头头切切削削加加工工性性好好；但但成成本本高高、生生产产效效率率低低、劳劳动动条条件件差差，一一般般用用于于形形状状复复杂杂、刚刚性性大大且且焊焊后后需需切切削削加加工工的的重重要铸件，如车床床头箱、内燃机缸体等。要铸件，如车床床头箱、内燃机缸体等。q 铸铁冷焊生产效率高，劳动条件好铸铁冷焊生产效率高，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（焊焊接接区区温温度度6060）、分分散散焊焊，且且应应焊焊后后立即轻敲焊缝立即轻敲焊缝 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q 铸铁热焊虽质量好，但成本高、生产效率低、劳铸铁热焊虽质量好，但成本高、生产效率低、劳动条件极差，一般用于形状复杂、刚性大的重要铸动条件极差，一般用于形状复杂、刚性大的重要铸件的毛坯重要面切削加工前的件的毛坯重要面切削加工前的修补修补。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：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。氩弧焊工艺简便，焊接质量好是铝合金焊接氩弧焊工艺简便，焊接质量好是铝合金焊接的首选。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 可采用气焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子弧焊、可采用气焊、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。q4.4 4.4 焊接结构设计与工艺设计焊接结构设计与工艺设计q4.4.1 4.4.1 结构材料的选择结构材料的选择 尽量选用焊接性较好的材料尽量选用焊接性较好的材料 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尽量选用轧制型材尽量选用轧制型材 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,以便于施焊和检验以便于施焊和检验 (2)(2)应避免焊缝密集应避免焊缝密集 或汇交或汇交 (3)(3)应使焊缝尽量避开工应使焊缝尽量避开工作应力较大和易产生应力作应力较大和易产生应力集中的部位集中的部位 (4)(4)应避应避免母材厚度免母材厚度方向工作时方向工作时受拉受拉 (5)(5)尽量尽量使焊缝避开使焊缝避开机加工面机加工面 q 4.4.3 4.4.3 焊接方法的选择焊接方法的选择 材料的焊接性材料的焊接性 焊件结构特点焊件结构特点 生产批量生产批量 经济性经济性 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 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,在焊在焊接结构中应用最广接结构中应用最广。2 2）搭接接头：）搭接接头：备料和装配简易，但承受载荷时应力分布不均备料和装配简易，但承受载荷时应力分布不均匀且受剪应力作用，故承载能力不高匀且受剪应力作用，故承载能力不高。3 3）角接接头和）角接接头和T T形接头：形接头：可承受不同方向的力和力矩，易产生应力集中可承受不同方向的力和力矩，易产生应力集中,常用于桁架、底座、立柱等焊接结构常用于桁架、底座、立柱等焊接结构。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：熔焊适用于各类接头形式。电阻点焊须采用搭熔焊适用于各类接头形式。电阻点焊须采用搭接接头，对焊和摩擦焊须采用对接接头。钎焊多采接接头，对焊和摩擦焊须采用对接接头。钎焊多采用搭接接头，用搭接接头，2 2）焊件结构特点和使用要求：）焊件结构特点和使用要求：承载较大的焊接接头宜采用对接接头以减少应承载较大的焊接接头宜采用对接接头以减少应力集中，反之，可采用搭接、角接、力集中，反之，可采用搭接、角接、T T形接等接头形接等接头形式，以便于备料和简化工艺。形式，以便于备料和简化工艺。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 常用的坡口形式有常用的坡口形式有I I形、形、V V形、形、U U形、形、X X形和双形和双U U形等形等(如表如表4-4)4-4)。(1)(1)各类坡口的特点：各类坡口的特点：I I形坡口易于制备，但板厚较大时难于焊透。形坡口易于制备，但板厚较大时难于焊透。V V形坡口较易制备，但厚板焊接时费工费料，且形坡口较易制备，但厚板焊接时费工费料，且 焊接变形较大。焊接变形较大。U U、X X、双、双U U形坡口焊接时省工省料，焊接变形小，形坡口焊接时省工省料，焊接变形小，但制备较费工，但制备较费工，X X、双、双U 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：薄板对接一般采用薄板对接一般采用I I形坡口。随着板厚的增大，形坡口。随着板厚的增大，可采用其他适当的坡口形式，以保证焊透并减小可采用其他适当的坡口形式，以保证焊透并减小焊接量。焊接量。2 2）焊件使用条件：）焊件使用条件：承载较小或精度要求不高时，可采用承载较小或精度要求不高时，可采用I I形、形、V V形等坡口形式。承载较大或精度要求高时，宜采用形等坡口形式。承载较大或精度要求高时，宜采用 U U 形、形、X X形、双形、双U U形等坡口形式，以保证焊透且减小形等坡口形式，以保证焊透且减小焊接变形。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2000mm2000mm5000mm5000mm16mm16mm，材料为，材料为Q345Q345钢，人孔管和排污管壁厚钢，人孔管和排污管壁厚分别为分别为16mm16mm和和10mm10mm。现拟批量生产，试制定焊接工艺方案。现拟批量生产，试制定焊接工艺方案 q 4.5 胶接 v 胶接是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起 优点：材料的种类、厚度和形状不限，应力集中和变形小，大幅度提高接头强度，尤其是疲劳强度；可提高接头的密封性能，工艺简便、生产效率高、成本低缺点：胶接接头耐老化性、耐热性、耐溶剂性均较差 胶接工艺要求较严、质量较难检验 q4.5.1 4.5.1 胶接基础胶接基础 1 1固化机理固化机理 化学方法化学方法 聚合、交联等反应聚合、交联等反应 物理方法物理方法 乳胶液凝聚、溶液挥乳胶液凝聚、溶液挥 发或熔融体冷却等发或熔融体冷却等2 2粘结机理粘结机理 机械粘合论机械粘合论 胶粘剂渗透到孔隙中，胶粘剂渗透到孔隙中，固化后产生机械楔合作用固化后产生机械楔合作用 吸附论吸附论 表面分子间相互吸附表面分子间相互吸附 静电论静电论 静电相互吸引而产生粘附力静电相互吸引而产生粘附力 扩散论扩散论 分子相互扩散，在界面上互溶分子相互扩散，在界面上互溶 q 4.5.2 4.5.2 胶接接头胶接接头 接头的类型接头的类型 q 4.5.3 4.5.3 胶接工艺胶接工艺 工工艺艺流流程程 表面处理表面处理涂胶涂胶 胶层固化胶层固化质质量量检测检测 胶粘剂选择：胶粘剂选择：除胶接外，还起固定、密封等作用，综合除胶接外，还起固定、密封等作用，综合 考虑被粘物材质、结构形状、使用条件和经济性等考虑被粘物材质、结构形状、使用条件和经济性等 刷涂、喷涂、浸渍、注入和漏胶刷涂、喷涂、浸渍、注入和漏胶 清除表面污物、增加表面积和表面能清除表面污物、增加表面积和表面能 应控制温度、压力和时间三个参数应控制温度、压力和时间三个参数 破坏试验几乎是唯一依据破坏试验几乎是唯一依据 胶接胶接-铆（螺）钉：连接提高接头密封性，减少应力集中铆（螺）钉：连接提高接头密封性，减少应力集中 胶接胶接-点焊点焊 ：提高承受不均匀扯离载荷的能力：提高承受不均匀扯离载荷的能力 q 4.5.4 4.5.4 胶接在机械制造中的应用胶接在机械制造中的应用 量具、刃具的胶接量具、刃具的胶接 零件和铸件的修补零件和铸件的修补 q 4.6 4.6 机械连接机械连接 机械连接接头质量可靠，易于检修，但结机械连接接头质量可靠，易于检修，但结构较重，密封性差，且承载截面往往被削弱。构较重，密封性差，且承载截面往往被削弱。按被连接件间有无相对运动，可分为静连按被连接件间有无相对运动，可分为静连接和动连接两大类。按能否拆卸，可分为可拆接和动连接两大类。按能否拆卸，可分为可拆连接和不可拆连接两大类连接和不可拆连接两大类 v 常用的机械连接方式有螺纹连接、铆钉常用的机械连接方式有螺纹连接、铆钉连接等连接等q 4.6.2 4.6.2 螺纹连接螺纹连接 螺纹连接结构简单、安装方便、成本较低，属螺纹连接结构简单、安装方便、成本较低，属于可拆连接于可拆连接,应用最广。应用最广。q1 1螺纹连接的分类及应用螺纹连接的分类及应用 分为预紧连接和不预紧连接两大类，常用为预紧分为预紧连接和不预紧连接两大类，常用为预紧连接连接q 2 2螺螺纹连纹连接的主要失效形式接的主要失效形式 强度不够引起破坏强度不够引起破坏 连接部位过度磨损连接部位过度磨损 结合面相对滑动结合面相对滑动 螺纹副松动和松脱螺纹副松动和松脱 q 螺螺纹连纹连接的防松措施接的防松措施 (1)(1)摩擦锁合摩擦锁合：(2)(2)形锁合形锁合：(3)(3)材料锁合材料锁合：q 提高螺提高螺纹连纹连接可靠性的措施接可靠性的措施 改善螺纹牙间的载荷分布改善螺纹牙间的载荷分布减少螺栓的应力幅减少螺栓的应力幅 减小应力集中减小应力集中 避免附加弯曲应力避免附加弯曲应力 q 4 4螺栓连接件的结构工艺性螺栓连接件的结构工艺性 (1)(1)应应对对称称布布置置，使使各各螺螺栓栓受受力力合合理理，加加工工和和装拆方便。装拆方便。(2)(2)应应使使螺螺栓栓组组的的形形心心尽尽量量与与连连接接接接合合面面的的形形心重合，以使各螺栓受力均匀。心重合，以使各螺栓受力均匀。(3)(3)应应使使同同一一组组螺螺栓栓的的直直径径和和长长度度尽尽量量相相同同，以以便便于于装装拆拆。各各螺螺栓栓孔孔中中心心间间的的距距离离不不得得过过小小，以免受力时孔边产生裂纹。以免受力时孔边产生裂纹。(4)(4)应有足够的装拆操作空间。应有足够的装拆操作空间。q 4.6.3 4.6.3 铆钉连接铆钉连接q铆钉连接属于不可拆连接。连接可靠，质量稳定，铆钉连接属于不可拆连接。连接可靠，质量稳定，检验方便；连接工艺简便、成本低。常用于制造薄板检验方便；连接工艺简便、成本低。常用于制造薄板构件、型材组合件及受冲击、振动的金属结构构件、型材组合件及受冲击、振动的金属结构 q1 1铆缝铆缝形式及其形式及其应应用用 q 2 2常用的常用的铆铆接方法接方法 (1)(1)锤铆锤铆 (2)(2)压铆压铆 (3)(3)辗铆辗铆 q 铆接件的结构工艺性铆接件的结构工艺性(1)(1)钉孔的间距不得过小钉孔的间距不得过小 (2)(2)铆钉材料一般应与被铆件相同铆钉材料一般应与被铆件相同(3)(3)同一结构件的铆钉直径应相同同一结构件的铆钉直径应相同 (4)(4)铆钉应合理布置铆钉应合理布置 (5)(5)应有足够的铆接操作空间应有足够的铆接操作空间