第四章連接成形

1、熔化焊：熔化焊： 焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、等離子弧焊、焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電渣焊、等離子弧焊、 電子束焊、激光焊電子束焊、激光焊壓焊：壓焊： 電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊釬焊：釬焊：擴(kuò)散焊：擴(kuò)散焊： 一般擴(kuò)散焊、瞬間液相擴(kuò)散焊、超塑性成擴(kuò)散焊一般擴(kuò)散焊、瞬間液相擴(kuò)散焊、超塑性成擴(kuò)散焊其他連接：其他連接： 機(jī)械連接、膠接、電場(chǎng)輔助陽(yáng)極連接機(jī)械連接、膠接、電場(chǎng)輔助陽(yáng)極連接 焊接的實(shí)質(zhì)焊接的實(shí)質(zhì) 焊接的實(shí)質(zhì)是借助加熱或加壓、或同時(shí)加熱和焊接的實(shí)質(zhì)是借助加熱或加壓、或同時(shí)加熱和加壓，以實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合。加壓，以實(shí)現(xiàn)原子結(jié)合。 焊接過(guò)程的本質(zhì)就

2、是通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢砑盎瘜W(xué)過(guò)程，使兩個(gè)分離表面焊接過(guò)程的本質(zhì)就是通過(guò)適當(dāng)?shù)奈锢砑盎瘜W(xué)過(guò)程，使兩個(gè)分離表面的金屬原子接近到晶格距離（的金屬原子接近到晶格距離（0.30.5nm），形成金屬鍵，從而使兩），形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體，達(dá)到焊接的目的。金屬連為一體，達(dá)到焊接的目的。 加熱源包括：加熱源包括： 電弧、電子束、光束（激光）、放熱反應(yīng)（氧電弧、電子束、光束（激光）、放熱反應(yīng)（氧燃料氣體、鋁熱劑等）以及電阻等。燃料氣體、鋁熱劑等）以及電阻等。 主要介紹主要介紹熔焊、壓力焊熔焊、壓力焊 及釬焊及釬焊 熔焊：熔焊：加熱至熔化狀態(tài)（一般不加壓）以實(shí)現(xiàn)焊接的方加熱至熔化狀態(tài)（一般不加壓）以實(shí)現(xiàn)焊接的

3、方 法，通稱(chēng)熔焊。法，通稱(chēng)熔焊。 如：電弧焊、電渣焊、氣焊、電子束焊等。如：電弧焊、電渣焊、氣焊、電子束焊等。 壓焊：壓焊：凡必須施加壓力（加熱或不加熱）以實(shí)現(xiàn)焊接的凡必須施加壓力（加熱或不加熱）以實(shí)現(xiàn)焊接的 方法，通稱(chēng)壓焊。方法，通稱(chēng)壓焊。 如：電阻焊、摩擦焊、超聲波焊等。如：電阻焊、摩擦焊、超聲波焊等。 也包括擴(kuò)散焊。也包括擴(kuò)散焊。 釬焊：釬焊：母材不熔化，僅靠焊料熔化填入間隙與母材作用母材不熔化，僅靠焊料熔化填入間隙與母材作用 實(shí)現(xiàn)連接的方法，稱(chēng)釬焊。實(shí)現(xiàn)連接的方法，稱(chēng)釬焊。 如：軟釬焊、硬釬焊如：軟釬焊、硬釬焊液相焊接：液相焊接： 利用熱源加熱待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而實(shí)現(xiàn)原

4、子間利用熱源加熱待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合。結(jié)合。固相焊接：固相焊接： 利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊表面利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊表面的溫度升高，（但一般低于母材金屬熔點(diǎn)），通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力和的溫度升高，（但一般低于母材金屬熔點(diǎn)），通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力和時(shí)間以充分進(jìn)行擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合。時(shí)間以充分進(jìn)行擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合。固液相焊接：固液相焊接： 待焊表面可不直接接觸，而是通過(guò)兩者毛細(xì)間隙的中間液相相聯(lián)系。待焊表面可不直接接觸，而是通過(guò)兩者毛細(xì)間隙的中間液相相聯(lián)系。（1）簡(jiǎn)述）簡(jiǎn)述 焊件在焊接過(guò)程，未施加壓力，僅通

5、過(guò)焊件加焊件在焊接過(guò)程，未施加壓力，僅通過(guò)焊件加熱而熔化來(lái)完成連接的方法，稱(chēng)為熔化焊。熱而熔化來(lái)完成連接的方法，稱(chēng)為熔化焊。 熔化焊焊接接頭的形成，一般都要經(jīng)歷熔化焊焊接接頭的形成，一般都要經(jīng)歷加熱、加熱、熔化、冶金反應(yīng)、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變?nèi)刍?、冶金反?yīng)、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變，直至形，直至形成接頭。成接頭。 所以熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉和鑄造。所以熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉和鑄造。 與小熔池相接的母材發(fā)生快速加熱隨后冷卻出與小熔池相接的母材發(fā)生快速加熱隨后冷卻出現(xiàn)熱影響區(qū)?，F(xiàn)熱影響區(qū)。 焊接性是指同質(zhì)金屬或異質(zhì)金屬在制造工藝條件下，焊接性是指同質(zhì)金屬或異質(zhì)金屬在制造工藝條件下，能夠焊成設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)

6、構(gòu)并滿足預(yù)期使用要求的能力。能夠焊成設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)并滿足預(yù)期使用要求的能力。 實(shí)際上焊接性包括兩方面：實(shí)際上焊接性包括兩方面： 1、是否容易形成優(yōu)良的焊接接頭，即接合性能。、是否容易形成優(yōu)良的焊接接頭，即接合性能。 2、形成的焊接接頭使用性能的好壞，即使用性能。、形成的焊接接頭使用性能的好壞，即使用性能。 接合性能：接合性能：在指定的焊接工藝條件下對(duì)形成焊接在指定的焊接工藝條件下對(duì)形成焊接缺陷的敏感性。缺陷的敏感性。 能否形成一個(gè)優(yōu)良的焊接接頭，首先取決于組成這個(gè)焊接接頭的能否形成一個(gè)優(yōu)良的焊接接頭，首先取決于組成這個(gè)焊接接頭的兩種或兩種以上金屬材料之間的結(jié)合性能。兩種或兩種以上金屬材料之間的

7、結(jié)合性能。 工藝焊接性工藝焊接性 或接合致密性或接合致密性 使用性能：使用性能：在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應(yīng)使用要求的程度。接接頭適應(yīng)使用要求的程度。 焊接接頭的使用性能。是否與母材的性能一致。焊接接頭的使用性能。是否與母材的性能一致。 使用焊接性使用焊接性 或使用可靠性或使用可靠性 焊條：焊條： 通用焊條、專(zhuān)用焊條通用焊條、專(zhuān)用焊條 焊劑：焊劑： 熔煉焊劑、非熔煉焊劑熔煉焊劑、非熔煉焊劑 焊絲：焊絲： 實(shí)芯焊絲、藥芯焊絲實(shí)芯焊絲、藥芯焊絲 保護(hù)氣：惰性氣體、活性氣體保護(hù)氣：惰性氣體、活性氣體 焊條是由焊芯和藥皮構(gòu)成，也稱(chēng)藥皮焊條。焊條是由焊芯和藥

8、皮構(gòu)成，也稱(chēng)藥皮焊條。 除高合金鋼焊條其焊芯成分與鋼的成分相近外，碳鋼和除高合金鋼焊條其焊芯成分與鋼的成分相近外，碳鋼和低合金鋼的焊芯均采用標(biāo)準(zhǔn)低碳焊條鋼，低合金鋼的焊芯均采用標(biāo)準(zhǔn)低碳焊條鋼，H08A或或H08E.H08A C0.10、Mn0.300.55、Si0.10、S、P都小于都小于0.03而而H08E的的S、P限制更嚴(yán)，都小于限制更嚴(yán)，都小于0.02焊條鋼的三個(gè)特點(diǎn)：焊條鋼的三個(gè)特點(diǎn)： 雜質(zhì)限量嚴(yán)格、含碳低于雜質(zhì)限量嚴(yán)格、含碳低于0.10、基本不含、基本不含Si的沸騰鋼。的沸騰鋼。 由于焊芯不含必要的合金元素，熔敷金屬所需合金均需由于焊芯不含必要的合金元素，熔敷金屬所需合金均需通過(guò)藥皮

9、添加。即通過(guò)藥皮添加。即 不同強(qiáng)度級(jí)別或不同性能要求的焊條，不同強(qiáng)度級(jí)別或不同性能要求的焊條，其藥皮所含合金成分必然不同。其藥皮所含合金成分必然不同。 藥皮為多種物質(zhì)混合物，主要有四類(lèi)：藥皮為多種物質(zhì)混合物，主要有四類(lèi)： 1、 礦石礦石 鈦鐵礦、大理石、長(zhǎng)石等鈦鐵礦、大理石、長(zhǎng)石等 2、金屬或合金、金屬或合金 錳鐵、硅鐵、鋁粉等錳鐵、硅鐵、鋁粉等 3、化工制品、化工制品 鈦白粉、水玻璃等鈦白粉、水玻璃等 4、有機(jī)物、有機(jī)物 淀粉、木粉等淀粉、木粉等 焊絲中常加焊絲中常加Mn、Si、Mo，含碳小于，含碳小于0.10 用用CO2氣體保護(hù)焊時(shí)氣體保護(hù)焊時(shí)CO2具有強(qiáng)氧化作用，焊具有強(qiáng)氧化作用，焊絲中

10、必須含有足夠量的脫氧合金元素。絲中必須含有足夠量的脫氧合金元素。 H08Mn2SiA用于焊接低碳鋼及用于焊接低碳鋼及16Mn鋼，鋼，H08Mn2SiMoA可用于焊接可用于焊接t600MPa低合金高低合金高強(qiáng)鋼。強(qiáng)鋼。熱裂：嚴(yán)格控制熱裂：嚴(yán)格控制S、P 填滿弧坑填滿弧坑 減慢焊接速度（減小最后結(jié)晶區(qū)應(yīng)力）減慢焊接速度（減小最后結(jié)晶區(qū)應(yīng)力） 改善焊縫形狀（避免熔深過(guò)大的梨形焊縫）改善焊縫形狀（避免熔深過(guò)大的梨形焊縫）冷裂：主要是氫致脆性（延遲裂紋）冷裂：主要是氫致脆性（延遲裂紋）氣孔：清除焊件銹、油氣孔：清除焊件銹、油 烘干焊條烘干焊條 提高高溫熔池保持時(shí)間，讓氣體排除。提高高溫熔池保持時(shí)間，讓氣

11、體排除。 降低焊接電流，避免氣劑過(guò)早分解。降低焊接電流，避免氣劑過(guò)早分解。 采用短弧焊采用短弧焊 夾渣：夾渣：一、電阻焊一、電阻焊 擴(kuò)散焊是一種精密連接方法，它是把兩個(gè)或兩擴(kuò)散焊是一種精密連接方法，它是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的固相材料（包括中間層材料）壓緊在一個(gè)以上的固相材料（包括中間層材料）壓緊在一起，置于真空或保護(hù)氣氛中加熱至母材熔點(diǎn)以下起，置于真空或保護(hù)氣氛中加熱至母材熔點(diǎn)以下溫度，對(duì)其施加壓力使連接界面微觀凸凹不平處溫度，對(duì)其施加壓力使連接界面微觀凸凹不平處產(chǎn)生微觀塑性變形達(dá)到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原產(chǎn)生微觀塑性變形達(dá)到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴(kuò)散而形成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方子相互擴(kuò)散

12、而形成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方法。法。 擴(kuò)散焊是異種金屬材料、耐熱合金、陶瓷、金擴(kuò)散焊是異種金屬材料、耐熱合金、陶瓷、金屬間化合物、復(fù)合材料等連接的主要方法之一。屬間化合物、復(fù)合材料等連接的主要方法之一。 釬焊是將兩焊件加熱而不熔化，僅由熔釬焊是將兩焊件加熱而不熔化，僅由熔化的焊材（釬料）填入其間隙中，并使液化的焊材（釬料）填入其間隙中，并使液態(tài)的釬料與固態(tài)母材相互作用，再凝固成態(tài)的釬料與固態(tài)母材相互作用，再凝固成連接接頭的過(guò)程。連接接頭的過(guò)程。工程中通常將釬焊分成兩類(lèi)：工程中通常將釬焊分成兩類(lèi)： 即硬釬焊和軟釬焊即硬釬焊和軟釬焊液相線溫度在液相線溫度在450450以上的釬料用于釬焊時(shí)為硬釬

13、焊，以上的釬料用于釬焊時(shí)為硬釬焊，液相線溫度在液相線溫度在450450以下的釬料用于釬焊時(shí)為軟釬焊。以下的釬料用于釬焊時(shí)為軟釬焊。一般液體釬料與母材間若有一定的互溶度，其潤(rùn)濕性較好。一般液體釬料與母材間若有一定的互溶度，其潤(rùn)濕性較好。溫度升高液體表面張力減小，有助于提高釬料的潤(rùn)濕性。溫度升高液體表面張力減小，有助于提高釬料的潤(rùn)濕性。金屬表面有氧化膜時(shí)，液態(tài)釬料往往凝聚成球狀不與金屬金屬表面有氧化膜時(shí)，液態(tài)釬料往往凝聚成球狀不與金屬發(fā)生潤(rùn)濕。發(fā)生潤(rùn)濕。母材表面粗糙有利于釬料的潤(rùn)濕。母材表面粗糙有利于釬料的潤(rùn)濕。能使液態(tài)釬料表面張力減小的物質(zhì)為表面活性物質(zhì)，有利能使液態(tài)釬料表面張力減小的物質(zhì)為表面

14、活性物質(zhì)，有利于釬料的潤(rùn)濕。于釬料的潤(rùn)濕。釬焊時(shí)環(huán)境的氣氛若使金屬表面易氧化，阻礙釬料的潤(rùn)濕。釬焊時(shí)環(huán)境的氣氛若使金屬表面易氧化，阻礙釬料的潤(rùn)濕。錫基釬料：主要是在錫基釬料：主要是在Sn中加中加Pb，錫釬料有低溫脆，錫釬料有低溫脆 性，工作溫度低于性，工作溫度低于100 Sn的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)232，Pb的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)327， Pb-61.9 Sn為共晶合金（熔點(diǎn)為共晶合金（熔點(diǎn)183）鉛基釬料：鉛基釬料： Pb中加中加Sn和和Ag，工作溫度低于，工作溫度低于150， 用于釬焊銅和銅合金。用于釬焊銅和銅合金。鋅基釬料：鋅基釬料： Zn中加中加Al、Cu及及Ag或或Bi， 用于釬焊鋁和鋁合金。用于釬焊鋁

15、和鋁合金。 銅基硬釬料：包括純銅、銅鋅、銅磷系。銅基硬釬料：包括純銅、銅鋅、銅磷系。銀基硬釬料：潤(rùn)濕性好，廣泛用于釬焊低碳銀基硬釬料：潤(rùn)濕性好，廣泛用于釬焊低碳 鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合 金、銅及銅合金。金、銅及銅合金。鋁基硬釬料：用來(lái)釬焊鋁及鋁合金，主要包括鋁基硬釬料：用來(lái)釬焊鋁及鋁合金，主要包括Al-Si、 Al-Cu-Si、 Al-Cu-Si-Zn系合金。系合金。1991年,英國(guó)焊接研究所（The Welding Institute-TWI） 發(fā)明了攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding-FSW） 攪拌摩擦焊接是高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入工件后沿著焊

16、接方向運(yùn)攪拌摩擦焊接是高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入工件后沿著焊接方向運(yùn)動(dòng)，在攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生摩擦熱，使周?chē)饘傩纬伤苄攒泟?dòng)，在攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生摩擦熱，使周?chē)饘傩纬伤苄攒浕瘜?，軟化層金屬在攪拌摩擦頭旋轉(zhuǎn)的作用下填充攪拌針后方形成的化層，軟化層金屬在攪拌摩擦頭旋轉(zhuǎn)的作用下填充攪拌針后方形成的空腔，并在攪拌頭軸間與攪拌針的攪拌和擠壓作用下實(shí)現(xiàn)材料連接的空腔，并在攪拌頭軸間與攪拌針的攪拌和擠壓作用下實(shí)現(xiàn)材料連接的固相焊接方法。固相焊接方法。攪拌頭攪拌頭攪拌摩擦焊的施焊工具；攪拌摩擦焊的施焊工具； 攪拌頭軸肩攪拌頭軸肩攪拌頭與工件表面接攪拌頭與工件表面接 觸的肩臺(tái)部分；觸的肩臺(tái)部分； 攪拌

17、針攪拌針攪拌頭插入工件的部分；攪拌頭插入工件的部分； 前進(jìn)側(cè)前進(jìn)側(cè)焊接方向與攪拌頭軸肩旋焊接方向與攪拌頭軸肩旋 轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面；轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面； 回轉(zhuǎn)側(cè)回轉(zhuǎn)側(cè)焊接方向與攪拌頭軸肩旋焊接方向與攪拌頭軸肩旋 轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；軸向壓力軸向壓力-向攪拌頭施加的使攪拌針向攪拌頭施加的使攪拌針 插入工件和保持?jǐn)嚢桀^軸插入工件和保持?jǐn)嚢桀^軸 肩與工件表面接觸的壓力。肩與工件表面接觸的壓力。攪拌摩擦焊是在材料的塑性狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)品焊縫金相一致性高，攪拌摩擦焊是在材料的塑性狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)的，產(chǎn)品焊縫金相一致性高，焊縫焊縫無(wú)熱裂紋、無(wú)夾雜、無(wú)氣孔無(wú)熱裂紋、無(wú)夾雜、無(wú)氣孔等熔焊

18、缺陷。等熔焊缺陷。 攪拌摩擦焊利用攪拌摩擦焊利用自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行焊接自動(dòng)化的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行焊接，避免了對(duì)操作工人技術(shù)，避免了對(duì)操作工人技術(shù)熟練程度的依賴(lài)。實(shí)現(xiàn)了全位置焊接自動(dòng)化。熟練程度的依賴(lài)。實(shí)現(xiàn)了全位置焊接自動(dòng)化。 攪拌摩擦焊焊前攪拌摩擦焊焊前無(wú)需對(duì)鋁合金氧化層做特殊處理無(wú)需對(duì)鋁合金氧化層做特殊處理，不需開(kāi)坡口，焊接不需開(kāi)坡口，焊接過(guò)程中不需要填充材料和保護(hù)氣過(guò)程中不需要填充材料和保護(hù)氣，簡(jiǎn)化了焊接工序。，簡(jiǎn)化了焊接工序。 攪拌摩擦焊焊接過(guò)程攪拌摩擦焊焊接過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生煙塵、飛濺、紫外線及電磁輻射不會(huì)產(chǎn)生煙塵、飛濺、紫外線及電磁輻射，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了焊接過(guò)程的環(huán)?；?。了焊接過(guò)程的環(huán)?；?。 攪拌

19、摩擦焊的焊縫攪拌摩擦焊的焊縫殘余應(yīng)力低殘余應(yīng)力低，基本，基本無(wú)變形無(wú)變形，焊縫屬性接近母材，機(jī)，焊縫屬性接近母材，機(jī)械性能優(yōu)異。提高了焊縫可靠性。械性能優(yōu)異。提高了焊縫可靠性。 在在船舶制造領(lǐng)域船舶制造領(lǐng)域，在，在1996年攪拌摩擦焊就在挪威年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應(yīng)公司成功地應(yīng)用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。在在軌道車(chē)輛制造領(lǐng)域軌道車(chē)輛制造領(lǐng)域，日本，日本HITACHI公司首先于公司首先于1997年將攪拌摩擦焊技年將攪拌摩擦焊技術(shù)應(yīng)用于列車(chē)車(chē)體的快速低成本制造，成功實(shí)現(xiàn)了大壁板鋁合金型材術(shù)應(yīng)用于列車(chē)車(chē)體

20、的快速低成本制造，成功實(shí)現(xiàn)了大壁板鋁合金型材的工業(yè)化制造。的工業(yè)化制造。在在世界宇航制造領(lǐng)域世界宇航制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實(shí)現(xiàn)了大型空間運(yùn)載工具如，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實(shí)現(xiàn)了大型空間運(yùn)載工具如運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)等的大型高強(qiáng)鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的運(yùn)載火箭和航天飛機(jī)等的大型高強(qiáng)鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的DELTA II型和型和IV型火箭已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于型火箭已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于1999年首次成年首次成功發(fā)射升空。功發(fā)射升空。2000年年世界汽車(chē)工業(yè)世界汽車(chē)工業(yè)，如美國(guó)，如美國(guó)TOWER汽車(chē)公司等就利用攪拌摩擦焊實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)汽車(chē)公司等就利用攪拌摩擦焊實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)懸掛支架、輕合金車(chē)輪、防撞緩沖器、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝支架以及鋁合金車(chē)身的焊懸掛支架、輕合金車(chē)輪、防撞緩沖器、發(fā)動(dòng)機(jī)安裝支架以及鋁合金車(chē)身的焊接。接。2002年年8月，美國(guó)月蝕航空公司利用月，美國(guó)月蝕航空公司利用FSW技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機(jī)，并且首次試飛成功。機(jī)