材料的連接成型課件

1、第九章 材料的連接成型材料的連接分可拆卸和永久性兩種?？刹鹦哆B接有：螺紋、鍵、銷等。永久性連接有：鉚接、焊接。焊接是指兩個或兩個以上的零件（同種或異種材料），用或不用填充材料，通過局部加熱或加壓達到原子間的結(jié)合，造成永久性連接的工藝過程。第一節(jié) 焊接概述 一、焊接的特點1、節(jié)約金屬材料，第1頁，共30頁。2、密封性好3、以小拼大，化復雜為簡單4、便于制造雙金屬結(jié)構(gòu)缺點是焊縫處的力學性能有所降低，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形。二、焊接方法分類一般都根據(jù)熱源的性質(zhì)、形成接頭的狀態(tài)及是否采用加壓來劃分。1、熔化焊熔化焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。它包括氣焊、電弧焊、電渣焊、激光焊、電

2、子束焊、等離子弧焊、堆焊和鋁熱焊等。第2頁，共30頁。2、壓焊壓焊是通過對焊件施加壓力（加熱或不加熱）來完成焊接的方法。它包括爆炸焊、冷壓焊、摩擦焊、擴散焊、超聲波焊、高頻焊和電阻焊等。3、釬焊釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，在加熱溫度高于釬料低于母材熔點的情況下，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。它包括硬釬焊、軟釬焊等。四、焊接的應(yīng)用1、制造金屬結(jié)構(gòu)2、制造金屬零件或毛坯3、連接電器導線第3頁，共30頁。第二節(jié)、焊條電弧焊（手工電弧焊）1、焊接電弧電弧是兩帶電導體之間持久而強烈的氣體放電現(xiàn)象。（1）電弧的形成 1）焊條與工件瞬時接觸短路，產(chǎn)生高熱

3、使接觸處溶化。 2）提起焊條保持恰當距離（約2-4mm）在熱激發(fā)和強電場作用下，形成電弧，產(chǎn)生強烈的光和熱。第4頁，共30頁。 （2）電弧的組成電弧由三部分構(gòu)成。（見圖）即：陰極區(qū)：焊條端面的白亮斑點部位，產(chǎn)熱36%，是熔化焊條熱量的主要來源，平均溫度2400（K）。陽極區(qū)：工件上對應(yīng)焊條端部的溶池中的薄亮區(qū)，產(chǎn)熱43%，平均溫度2600（K）?；≈鶇^(qū)：為兩電極間空氣隙。平均溫度50008000（K）。第5頁，共30頁。（3）電極的極性 采用直流電焊機焊接時，有正接和反接兩種方法。而交流電弧焊設(shè)備極性頻繁變化，不存在極性問題。 1）正接焊件接電源正極，焊條接負極。焊件加熱多，適宜焊厚板。 2）

4、反接焊件接電源負極，焊條接正極。適合焊薄板或有色金屬。第6頁，共30頁。 二、焊接過程的冶金特點（1）反應(yīng)區(qū)溫度高，使合金元素強烈蒸發(fā)和氧化燒損。（2）金屬熔池體積小，處于液態(tài)的時間很短，導致氣體和雜質(zhì)來不及浮出而易產(chǎn)生氣孔和夾渣等缺陷。（3）有害氣體容易侵入溶池，形成脆性氧化物，使焊縫的塑性、韌性明顯下降。為保證焊縫化學性能和力學性能，常采用氣體保護焊。三、焊條1、焊條的組成及作用手弧焊焊條由焊芯和藥皮兩部分組成。（1）焊芯作為電弧焊的一個電極，與焊件之間導電形成電??；在焊接過程中不斷熔化，作為填充金屬與熔化的母材共同結(jié)晶形成焊縫；第7頁，共30頁。 （2）藥皮 提高電弧燃燒的穩(wěn)定性，產(chǎn)生熔

5、渣及氣體，防止溶池金屬氧化，向熔池金屬中補充合金，保證焊縫的力學性能。 2、焊條的種類和型號 焊條由專門的金屬絲制成，共分為十大類，即結(jié)構(gòu)鋼焊條、低溫鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條和特殊用途焊條。表9-1列出了部分焊條的類型和代號。 3、焊條的選用原則 （1）選擇與母材化學成分相同或相近的焊條。（2）選擇與母材等強度的焊條。（3）根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用條件選擇焊條藥皮的類型，對要求塑性好、沖擊韌度高或低溫性能好的結(jié)構(gòu)，選用堿性焊條；當構(gòu)件受力不復雜，母材質(zhì)量較好時，可選用經(jīng)濟的酸性焊條。第8頁，共30頁。四、焊條電弧焊基本工藝

6、1、焊接接頭和坡口焊接中，由于焊件的厚度、結(jié)構(gòu)及使用條件的不同，其接頭型式及坡口形式也不同。焊接接頭型式有：對接接頭、T形接頭、角接接頭及搭接接頭等。 開坡口的目的是為了保證工件焊透，方法有刨削、氣割、磨削等。如右圖，詳見P222圖9-4。 2、焊縫的空間位置按操作的難易程度依次有：平焊、立焊、橫焊、仰焊。第9頁，共30頁。3、焊接參數(shù)選擇（1）焊條直徑：根據(jù)焊件厚度按表9-2選擇。（2）焊接電流：按P223公式計算。（3）焊接速度與電弧長度：根據(jù)具體情況及經(jīng)驗。（介紹速度快慢及電弧長短的結(jié)果）第10頁，共30頁。 以低碳鋼為例，說明焊接過程造成金屬組織和性能的變化。如圖4-6所示。受焊接熱循

7、環(huán)的影響，焊縫附近的母材組織性能發(fā)生變化的區(qū)域，叫焊接熱影響區(qū)。熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。熔合線兩側(cè)有一個很窄的焊縫與熱影響區(qū)的過渡區(qū)，叫熔合區(qū)。焊接接頭由焊縫區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。圖4-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化五、焊接接頭組織與性能第11頁，共30頁。1、焊縫的組織與性能 焊縫金屬主要由焊條金屬熔化后結(jié)晶而成。焊接熱源向前移去后，熔池液體金屬迅速冷卻結(jié)晶，結(jié)晶從熔池底部未熔化的半個晶粒開始，垂直熔合線向熔池中心生長，呈柱狀樹枝晶，如圖4-7所示；圖4-7 焊縫的柱狀樹枝晶 結(jié)晶過程中，因熔池小，冷卻快，析出的晶粒比較細小，再加上藥皮有添加合金元素的作用，化學成分控制嚴格，碳、硫

8、、磷都較低，故可使焊縫金屬的力學性能不低于母材。第12頁，共30頁。2.熔合區(qū)的組織和性能 該區(qū)的溫度在液相線與固相線之間，寬度約有0.1-0.4mm，金屬處于局部熔化狀態(tài)，化學成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織，使強度下降，塑性、韌性極差，是產(chǎn)生裂紋和脆性破壞的起源，其性能是焊接接頭中最差的。圖4-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化第13頁，共30頁。 3. 熱影響區(qū)的組織和性能 熱影響區(qū)各點的最高加熱溫度不同，其組織變化也不相同。如圖4-6所示，熱影響區(qū)可分為過熱區(qū)、正火區(qū)、部分相變區(qū)和再結(jié)晶區(qū)。 1）過熱區(qū)：緊靠融合區(qū)，溫度在固相線與11000C之間，晶粒粗大，塑性和韌

9、性明顯下降，易產(chǎn)生焊接裂紋，是熱影響區(qū)中力學性能最差的部位。 2）正火區(qū)：最高加熱溫度在Ac3至11000C的區(qū)域，焊后空冷得到晶粒較細小的正火組織，力學性能較好，優(yōu)于母材。 3）部分相變區(qū)：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區(qū)域，只有部分組織發(fā)生相變，晶粒不均勻，性能較差。 圖4-6 低碳鋼焊接接頭的組織變化第14頁，共30頁。 六、焊接應(yīng)力與變形 1.焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊件在焊接過程中受到局部加熱和冷卻時的凝固收縮是產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的主要原因。 焊接變形降低了工件的精度，需重新校正。應(yīng)力降低焊件的性能，是造成焊件裂紋的主要原因之一。常見的變形基本形式見后頁圖。第15頁，共30頁。 焊接

10、變形 焊接變形基本形式圖產(chǎn) 生 原 因 收縮變形 焊接后縱向(沿焊縫方向)和橫向(垂直于焊接方向)收縮引起的角變形V形坡口對接焊后，由于焊縫截面形狀上下不對稱，焊縫收縮不均所致彎曲變形焊接T形梁時，由于焊縫布置不對稱，焊縫縱向收縮引起的扭曲變形焊接工字梁時，由于焊接順序和焊接方向不合理所致波浪形變形焊接薄板時，由于焊縫收縮使薄板局部產(chǎn)生較大壓應(yīng)力而失去穩(wěn)定所致表4-1 焊接變形的基本形式第16頁，共30頁。2、減小焊接應(yīng)力與變形的措施。1）焊前預熱可減少工件溫差，減少殘余應(yīng)力；2）焊后進行去應(yīng)力退火，消除焊接殘余應(yīng)力3）采取合理的焊接順序，使焊縫能較自由的收縮，如后頁圖。第17頁，共30頁。

11、一般焊接順序為：1）先焊收縮量較大的焊縫；2) 工作時受力較大的焊縫；3) 先焊錯開的短焊縫，后焊直通的長焊縫。 圖4-10 合理安排焊接順序 第18頁，共30頁。工字梁反變形平板對接焊反變形3、預防和校正焊接變形的措施：1）采用反變形法，焊前留出變形余量，如圖。第19頁，共30頁。剛性固定防止變形 2）剛性固定法，焊前將焊件固定夾緊，但會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。3）采用機械矯正法來恢復變形?；鹧娉C正法機械矯正法4）采用火焰矯正法來減少變形，即對適當部位加熱，使焊件在冷卻后產(chǎn)生新的變形。第20頁，共30頁。 埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，其電弧的引燃、焊條送進和電弧移動都采用機械來完成

12、。 埋弧焊設(shè)備由焊接電源、焊車、控制箱三部分組成。焊車由送絲機頭、行走小車、控制盤、焊絲盤和焊劑漏斗等組成。優(yōu)點：1）生產(chǎn)率高、節(jié)省焊接材料，成本低 ；2）焊接質(zhì)量好；3）勞動條件好。4）適于成批生產(chǎn)中、厚板結(jié)構(gòu)的長直縫與直徑較大的環(huán)縫。 缺點：1）適應(yīng)性較差 ，焊前準備工作量大；2）因焊接電流強度大，不適于3mm以下薄板；3）難以完成鋁、鈦等強氧化性金屬及合金的焊接；4）設(shè)備一次性投資較大。第三節(jié) 其他焊接方法簡介一、埋弧焊第21頁，共30頁。圖4-17 埋弧焊焊接過程1焊件 2焊劑 3焊劑漏斗 4焊絲5送絲滾輪 6導電嘴 7焊縫 8渣殼圖4-18 埋弧焊焊縫成形示意圖 焊接時，用與藥皮相同

13、作用的化學焊劑覆蓋焊接區(qū)，對熔融金屬起保護和冶金反應(yīng)的作用。焊絲從導電嘴伸出，采用大電流焊接，比手工電弧焊高4倍，故適宜焊接較厚材料，也可焊接大直徑筒體。第22頁，共30頁。 氣體保護焊是用外加氣體作為電弧介質(zhì)并保護電弧區(qū)的熔滴和熔池及焊縫的電弧焊。常用的保護氣體有惰性氣體（氬氣、氦氣和混合氣體）和活性氣體（二氧化碳氣）兩種，分別成為惰性氣體保護焊和CO2焊。 氣體保護焊焊接時在溶池上方的焊接區(qū)形成一個氣罩，使熔融金屬與外界隔絕而得到保護，焊絲和保護氣體由不同的機構(gòu)連續(xù)地分別送入焊接區(qū)域，透過氣體介質(zhì)，能看到焊接情況，比埋弧焊操作性好。但因空氣流動的原因，不宜在室外進行。二、氣體保護電弧焊第2

14、3頁，共30頁。三、氣焊 氣焊是利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒生成的火焰為熱源，熔化焊件和焊接材料使之達到原子間結(jié)合的一種焊接方法。助燃氣體主要為氧氣，可燃氣體主要采用乙炔、液化石油氣等。燃燒的混合氣體是焊絲和工件的連接邊熔融，移動焊嘴和焊絲，形成焊縫。 氣焊時，根據(jù)氧與乙炔的比例不同，火焰的溫度和種類也不同，分為三種。第24頁，共30頁。中性焰 是氧與乙炔體積的比值為1.11.2的混合氣燃燒形成的氣體火焰，內(nèi)焰溫度最高可達3150。用于焊接低、中碳合金鋼、純銅和鋁合金等。碳化焰 是氧與乙炔的體積的比值小于1 時形成的氣體火焰，因為乙炔有過剩量，所以火焰比中性焰長，溫度低，用于焊接高碳鑄鐵和硬

15、質(zhì)合金。氧化焰 氧氣與乙炔的比值1.2 時燃燒形成的火焰，溫度比中性焰高、火焰短。一般用于焊接青銅、黃銅等。氣焊焊接溫度低，加熱緩慢，變形嚴重，適宜焊接2mm以下的薄板。適用于無電源的施工場地。 第25頁，共30頁。四、 電阻焊 電阻焊是利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在電極壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。 電阻對焊 1 、對焊 對焊是利用電阻熱將焊件斷面對接焊合的一種電阻焊，如圖所示。第26頁，共30頁。 2.點焊 是利用電流通過兩圓柱形電極和搭接的兩焊件產(chǎn)生電阻熱，將焊件加熱并局部熔化，形成一個熔核（其周

16、圍為塑性狀態(tài)），然后在壓力下熔核結(jié)晶，形成一個焊點的焊接方法。點焊的接頭均為搭接接頭，焊接前應(yīng)清理。點焊示意圖點焊接頭形式第27頁，共30頁。3.縫焊 縫焊與點焊同屬于搭接電阻焊，焊接過程與點焊相似，采用滾盤作電極，邊焊邊滾，相鄰兩個焊點重疊一部分，形成一條有密封性的焊縫。焊接分流現(xiàn)象較嚴重，故焊接電流較大，主要用于有密封性要求的薄板件。電阻縫焊原理縫焊接頭形式第28頁，共30頁。 五、 電渣焊是利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。在開始焊接時，使焊絲與起焊槽短路起弧，不斷加入少量固體焊劑，利用電弧的熱量使之熔化，形成液態(tài)熔渣，待熔渣達到一定深度時，增加焊絲的送進速度，并降低電壓，使焊絲插入渣池，電弧熄滅，從而轉(zhuǎn)入電渣焊焊接過程。 電渣焊的特點:適合焊40mm以上的焊縫；生產(chǎn)率高，焊接材料消耗少，不需開坡口；因渣池覆蓋住熔池，焊縫金屬較純凈；焊縫金屬在高溫下停留時間長，過熱區(qū)大，焊縫金屬組織粗大，焊后應(yīng)進行正火細化處理。 圖4-23 電渣焊過程示意圖第29頁，共30頁。六 釬焊 釬焊是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度，