连接成形概要.pptx

熔焊：（液/液）+液压焊：(固/固）+压力钎焊：（固/固）+液焊接基本特点：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。第1页/共75页4.1 焊接基础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。包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区的组织变化等。第2页/共75页第3页/共75页q (1)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、反应时间短温度高 氧化反应迅速、激烈（原子活泼）元素烧损大 气体侵入熔池，形成夹杂反应时间短 反应不完全，成分不均匀 气体杂质来不及浮起 淬硬倾向大第4页/共75页由熔焊冶金特点知：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、脆性大第5页/共75页(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 Si，Mn 进行脱氧、脱硫、脱磷 渗入其它合金元素 第6页/共75页 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，形成与母材金属长合在一起的“联生结晶”，并沿着散热的反方向长大形成柱状晶的。第7页/共75页焊缝金属晶粒较粗，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。解决办法：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。第8页/共75页3焊接接头的组织转变 由于焊接过程中的热扩散，已焊合的接头按组织和性能的变化不同，可分为焊缝金属区、熔合区和热影响区等区域 第9页/共75页(1)焊缝金属区：由焊缝表面和熔合线所包围的区域，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。(2)熔合区：是焊缝与母材交接的过渡区，加热温度在固、液相线之间，由铸态组织和过热组织构成，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，常是焊接裂纹的发源地。(3)热影响区：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。第10页/共75页焊接热影响区 过热区：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1100之间，奥 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 裂纹的发源地。相变重结晶区：具有正火组织的区域。加热温度稍高于Ac3线，经重结晶获得 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 善，是焊接接头中性能最好的区域不完全重结晶区：部分组织发生相变重结晶的 区域。加热温度在Ac1线与Ac3线之间，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 均匀，力学性能较差。第11页/共75页 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：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）焊后正火第12页/共75页焊接应力与变形 1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，进而引起不均匀的膨胀、收缩，使焊件上出现了较大的内应力。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、薄、易变形的特点，所以焊接变形是必然的。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。第13页/共75页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 后冷处受拉 纵向 横向第14页/共75页(2)调节焊接残余应力的措施 设计措施 减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉 采用刚性较小的接头 第15页/共75页工艺措施 合理的焊接顺序 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 加热减应区锤击焊缝 预热和后热 第16页/共75页 从调节应力的措施看：减小温度的不均匀是很重要的；另外，让可能变形的部位尽可能变形也是一个有效途径。第17页/共75页 3焊接残余应力的消除方法 去应力退火：整体或局部 加热温度500650 机械拉伸法 温差拉伸法 振动法 第18页/共75页 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第19页/共75页(2)控制焊接残余变形的措施：尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状 合理安排焊缝位置 设计措施第20页/共75页工艺措施反变形法：刚性固定法：第21页/共75页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 焊接时采用较小的热输入 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 工艺措施第22页/共75页(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 第23页/共75页 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 第24页/共75页 4.2 焊接方法 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。第25页/共75页第26页/共75页(2)气体保护电弧焊：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 1）熔化极气体保护焊：熔深大、焊接速度快、生产效率高；明弧可见，易于操作 2）钨极惰性气体保护焊：电弧燃烧稳定，焊缝金属含氢量极低，明弧可见，易于操作（常用的保护气体有CO2、Ar、Ar+O2、Ar+CO2等）第27页/共75页第28页/共75页2电渣焊 即利用电流通过液体熔渣产生 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、夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷较充分，焊缝质量较高 第29页/共75页 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 第30页/共75页压焊（常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等）1电阻焊 利用电流通过接头的接触面及邻近 区域产生的电阻热进行焊接的方法 第31页/共75页第32页/共75页 2摩擦焊 即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 第33页/共75页钎焊 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(软,硬)(2)钎焊焊剂：即钎焊时使用的熔剂 2接头型式：多采用搭接(图4-24)3加热方式：烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加热、浸渍加热和炉中加热等 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、夹层结构、电真空器件和硬质合金刀具。第34页/共75页其它焊接方法 1等离子弧焊 2电子束焊 能量密度和温度高，穿透能力强，焊接速度快，生产率高 焊接速度快，热输入小，焊缝深宽比大，热影响区窄，焊件变形小 第35页/共75页 3激光焊 焊接速度高，热输入小，焊缝窄，热影响区及焊接变形小，焊缝平整光滑。4扩散焊 不需填充材料和焊剂；无铸态组织，不影响性能；且可同时焊接多个接头。可焊各类材料及很厚和很薄的材料 特别适合于精密结构件及热敏感件的焊接 第36页/共75页第37页/共75页4.3.常用金属材料的焊接 材料的焊接性 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，并满足预定服役要求的能力。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要求 1材料焊接性的影响因素 第38页/共75页材料焊接性的影响因素 材料的化学成分 硬、脆可能小,焊接性好焊接方法 能量集中、保护好,焊接性好焊接材料 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；惰性气体保护，焊接性好 焊件结构类型 结构简单、刚性小,焊接性好 服役要求 服役要求不高,焊接性好 第39页/共75页 2焊接性的评价(1)用碳当量评价钢的焊接性：1）国际焊接学会（IIW）推荐的公式：CE=w(c)+w(Mn)/6+w(Cr)+w(Mo)+w(v)/5+w(Ni)+w(Cu)/15 100%CE0.4%焊接性良好CE0.40.6 焊接性较差CE0.6%焊接性很差第40页/共75页2）冷裂纹敏感系数公式Pw：式中：w（C）、w（Mn）等碳、锰等相应成分的质量分数；H焊缝金属中扩散氢的含量（ml/100g）；h材料板厚（mm）。利用Pw可以求出工件所需的预热温度tp，如下式：tp=1440Pw392（）(2)焊接性试验：评定母材焊接性的试验 如图4-29第41页/共75页常用金属材料的焊接 1.碳钢的焊接 (1)低碳钢的焊接：CE小于0.4%,焊接性良好 可用各种方法无需采用任何工艺措施方便施焊。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、后热及使用低氢型焊条或高碱度焊剂等措施。第42页/共75页(2)中碳钢的焊接:CE为0.4%0.6%,焊接性较差 焊接时应进行预热（预热温度一般为100200）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，焊后应立即进行热处理。(3)高碳钢的焊接：CE大于0.6%，焊接性更差，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，一般只用于工具、模具的修补和钢轨的对接。第43页/共75页 2低合金结构钢的焊接 (1)强度级别低的低合金结构钢:s=295-390MPa 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，也不需焊后热处理，但通常采用碱性焊条 (2)强度级别较高的低合金结构钢:s=440-540MPa 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。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；焊后常需进行去应力退火或高温回火 第44页/共75页 3耐热钢的焊接：1Cr13，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高温回火处理。4不锈钢的焊接：1Cr18Ni9Ti，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 第45页/共75页 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。第46页/共75页 5铸铁的焊接 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 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，成本较高，一般仅用于机床导轨面等重要铸铁件的加工面的修补。(1)异质焊缝冷焊：用焊条电弧焊，通常不预热 碳钢铸铁焊条：焊缝为碳钢，成本低，但易产生热裂纹，且难于切削加工，只能用于焊补铸铁件的非加工面。第47页/共75页(2)同质焊缝热焊：选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前将铸件整体或局部预热至550650，且焊时温度不低于400。常用焊条电弧焊和气焊，焊后须进行去应力退火。可有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接头切削加工性好；但成本高、生产效率低、劳动条件差，一般用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加工的重要铸件，如车床床头箱、内燃机缸体等。第48页/共75页铸铁冷焊生产效率高，劳动条件好但焊接时须小电流、短段焊（每段1050mm）、断续焊（焊接区温度60）、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 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、刚性大的重要铸件的毛坯重要面切削加工前的修补。第49页/共75页 6非铁金属的焊接(1)铝及铝合金：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的首选。(2)铜及铜合金：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、电阻焊和摩擦焊等焊接方法。第50页/共75页4.4 焊接结构设计与工艺设计结构材料的选择 尽量选用焊接性较好的材料 尽量采用廉价材料 尤其注意异种材料的使用尽量选用轧制型材 第51页/共75页焊缝布置(1)留有足够的操作空间,以便于施焊和检验 第52页/共75页(2)应避免焊缝密集 或汇交(3)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 第53页/共75页 (4)应避免母材厚度方向工作时受拉 (5)尽量使焊缝避开机加工面 第54页/共75页焊接方法的选择 材料的焊接性 焊件结构特点 生产批量 经济性 第55页/共75页焊接接头设计 1接头形式 第56页/共75页(1)各类焊接接头的特点 1）对接接头：应力分布较均匀，承载能力较高且节省材料,在焊接结构中应用最广。2）搭接接头：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。3）角接接头和T形接头：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。第57页/共75页(2)焊接接头形式的选择：1）焊接方法：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。钎焊多采用搭接接头，2）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力集中，反之，可采用搭接、角接、T形接等接头形式，以便于备料和简化工艺。第58页/共75页 2坡口形式 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 常用的坡口形式有I形、V形、U形、X形和双U形等(如表4-4)。(1)各类坡口的特点：I形坡口易于制备，但板厚较大时难于焊透。V形坡口较易制备，但厚板焊接时费工费料，且 焊接变形较大。U、X、双U形坡口焊接时省工省料，焊接变形小，但制备较费工，X、双U形还需双面焊接。第59页/共75页(2)坡口形式选择：1）焊件板厚：薄板对接一般采用I形坡口。随着板厚的增大，可采用其他适当的坡口形式，以保证焊透并减小焊接量。2）焊件使用条件：承载较小或精度要求不高时，可采用I形、V形等坡口形式。承载较大或精度要求高时，宜采用 U 形、X形、双U形等坡口形式，以保证焊透且减小焊接变形。第60页/共75页焊接工艺设计示例 储罐结构如图所示，质量要求较高。板料尺寸为2000mm5000mm16mm，材料为Q345钢，人孔管和排污管壁厚分别为16mm和10mm。现拟批量生产，试制定焊接工艺方案 第61页/共75页 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 第62页/共75页胶接基础 1固化机理 化学方法 聚合、交联等反应 物理方法 乳胶液凝聚、溶液挥 发或熔融体冷却等2粘结机理 机械粘合论 胶粘剂渗透到孔隙中，固化后产生机械楔合作用 吸附论 表面分子间相互吸附 静电论 静电相互吸引而产生粘附力 扩散论 分子相互扩散，在界面上互溶 第63页/共75页胶接接头 接头的类型 第64页/共75页胶接工艺 工艺流程 表面处理涂胶 胶层固化质量检测 胶粘剂选择：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 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 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 胶接-铆（螺）钉：连接提高接头密封性，减少应力集中 胶接-点焊：提高承受不均匀扯离载荷的能力 第65页/共75页胶接在机械制造中的应用 量具、刃具的胶接 零件和铸件的修补 第66页/共75页 4.6 机械连接 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。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、铆钉连接等第67页/共75页螺纹连接 螺纹连接结构简单、安装方便、成本较低，属于可拆连接,应用最广。1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，常用为预紧连接 2螺纹连接的主要失效形式 强度不够引起破坏 连接部位过度磨损 结合面相对滑动 螺纹副松动和松脱 第68页/共75页 螺纹连接的防松措施 (1)摩擦锁合：(2)形锁合：(3)材料锁合：第69页/共75页 提高螺纹连接可靠性的措施 改善螺纹牙间的载荷分布减少螺栓的应力幅 减小应力集中 避免附加弯曲应力 第70页/共75页 4螺栓连接件的结构工艺性 (1)应对称布置，使各螺栓受力合理，加工和装拆方便。(2)应使螺栓组的形心尽量与连接接合面的形心重合，以使各螺栓受力均匀。(3)应使同一组螺栓的直径和长度尽量相同，以便于装拆。各螺栓孔中心间的距离不得过小，以免受力时孔边产生裂纹。(4)应有足够的装拆操作空间。第71页/共75页铆钉连接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。常用于制造薄板构件、型材组合件及受冲击、振动的金属结构 1铆缝形式及其应用 第72页/共75页 2常用的铆接方法(1)锤铆(2)压铆(3)辗铆 第73页/共75页 铆接件的结构工艺性(1)钉孔的间距不得过小(2)铆钉材料一般应与被铆件相同(3)同一结构件的铆钉直径应相同(4)铆钉应合理布置(5)应有足够的铆接操作空间 第74页/共75页感谢您的观看！第75页/共75页