连接成形概要.pptx

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、、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

6、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

7、：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

8、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，

9、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

10、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

11、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

12、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(

13、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

14、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

15、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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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16

22、mm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

23、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

24、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

25、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