第3章材料的連接成形課件

3

材料的連接成形金屬工藝學3

材料的連接成形Wuhan

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University1Connection

Forming

of

Materials焊接成形其他連接成形（粘接、機械連接）3

材料的連接成形金屬工藝學3.1

焊接成形焊接（welding）是利用加熱或加壓(或者加熱和加壓)，使分離的兩部分金屬靠得足夠近，原子互相擴散，形成原子間的結(jié)合。熔化焊：它是利用局部加熱的方法，把工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫，將兩部分金屬連接成為一個整體。壓力焊：是將兩構(gòu)件的連接部分加熱到塑性狀態(tài)或表面局部熔化狀態(tài)，同時施加壓力使焊件連接起來的一類焊接方法。釬焊：利用熔點比母材低的填充金屬熔化之后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴散實現(xiàn)連接的一種焊接方法。主要焊接方法Wuhan

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University23

材料的連接成形金屬工藝學Wuhan

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University33

材料的連接成形金屬工藝學焊接方法的特點：Wuhan

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University4

具有氣密性好

生產(chǎn)率高

節(jié)省材料

簡化復雜或大型零件制造工藝焊接方法的應(yīng)用：廣泛用于船舶、橋梁、壓力容

器、導線連接加工及修復工程。3

材料的連接成形金屬工藝學3.1.1

焊接成形工藝基礎(chǔ)焊接電弧焊接電弧是由焊

接電源供給的，具有

一定電壓的兩電極間

或電極與焊件間，在

氣體介質(zhì)中產(chǎn)生的強

烈而持久的放電現(xiàn)象。焊接電弧組成圖Wuhan

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University5當使用直流電焊接時，焊接電弧由陽極區(qū)、弧柱和陰極區(qū)三部分組成，如圖。熱量主要集中在陽極區(qū)，它放出的熱量占電弧總熱量的43％，陰極區(qū)占有36％，其余21％是由電弧中帶電微粒相互摩擦而產(chǎn)生的。3

材料的連接成形金屬工藝學使用直流弧焊電源時，當焊件厚度較大，要求較大熱量，迅速熔化時，宜將焊件接電源正極，焊條接負極，這種接法稱為正接法，當要求熔深較小，焊接薄鋼板及有色金屬時，宜采用反接法，即將焊條接正極、焊件接負極。當使用交流弧焊電源焊接時，由于極性是交替變化的，因此，兩個極區(qū)的溫度和熱量分布基本相等。焊接的冶金過程特點:進行電弧焊時，母材和焊條受到電弧高溫作用而熔化形成熔池。金屬熔池可看作一個微型冶金爐，其內(nèi)要進行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金化等一系列物理化學過程。

由于大多數(shù)熔焊是在大氣空間進行，金屬熔池中的液態(tài)金屬

與周圍的熔渣及空氣接觸，產(chǎn)生復雜、激烈的化學反應(yīng)，這

就是焊接冶金過程。Wuhan

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University63

材料的連接成形金屬工藝學焊縫的形成，實質(zhì)是一次金屬再熔煉的過程，它與煉鋼和鑄造冶金過程比較，有以下特點：金屬熔池體積很小(約2～3cm2)，被冷金屬包圍，故熔池處于液態(tài)的時間很短(10s左右)，各種冶金反應(yīng)進行得不充分(例如冶金反應(yīng)產(chǎn)生的氣體來不及析出)。熔池溫度高，使金屬元素強烈的燒損和蒸發(fā)。同時，熔池周圍又被冷的金屬包圍，常使焊件產(chǎn)生應(yīng)力和變形，甚至開裂。為了保證焊縫質(zhì)量，要從以下兩方面采取措施：減少有害元素進入熔池。清除已進入熔池中的有害元素，增添合金元素。Wuhan

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University73

材料的連接成形金屬工藝學焊件上溫度的變化和分布焊接接頭的組織和性能熔化焊是局部加熱過程，焊縫及其附近的母材都經(jīng)歷一個加熱和冷卻的過程。在焊接加熱和冷卻過程中，焊接接頭上不同位置的點所經(jīng)歷的最高加熱溫度不同，加熱速度和冷卻速度也不相同。都相當于受到一次不同規(guī)范的熱處理。Wuhan

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University83

材料的連接成形金屬工藝學焊接接頭金屬組織與性能的變化1)焊縫是由熔池內(nèi)的液

態(tài)金屬凝固而成的。

它屬于鑄態(tài)組織，晶

粒呈垂直于熔池底壁

的柱狀晶，硫、磷等

形成的低熔點雜質(zhì)容

易在焊縫中心形成偏

析，使焊縫塑性降低，易產(chǎn)生熱裂紋。Wuhan

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University93

材料的連接成形金屬工藝學熔合區(qū)焊縫和基本金屬的交界區(qū)，焊接過程中金屬部分熔化，所以也稱為半熔化區(qū)。組織中包含未熔化但受熱而長大的粗晶粒和部分鑄造組織。使其強度下降，塑性和沖擊韌性很差，往往成為裂紋的發(fā)源地。它在很大程度上決定著焊接接頭的性能。焊接熱影響區(qū)(1)過熱區(qū)

過熱區(qū)緊靠著熔合區(qū)，該區(qū)加熱溫度達固相線至1100℃，寬度約1～3mm。因受高溫影響，晶粒急劇長大，甚至產(chǎn)生過熱組織，因而其塑性和沖擊韌性降低，特別是對于容易淬火硬化的鋼材，其危害性更大。Wuhan

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University103

材料的連接成形金屬工藝學(2)正火區(qū)Wuhan

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University11該區(qū)金屬被加熱到1100℃～Ac3溫度，寬度約1.2～4.0mm。因金屬發(fā)生重結(jié)晶，冷卻后使金屬晶粒細化，得到正火組織，所以機械性能良好。部分相變區(qū)

處于Ac1～Ac3之間的溫度范圍的金屬是部分相變區(qū)， 珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶轉(zhuǎn)變使晶粒細化，部分 鐵素體來不及轉(zhuǎn)變，冷卻后晶粒大小不同，因此機械性 能稍差。再結(jié)晶區(qū)

一般情況，焊接時焊件被加熱到Ac1以下的部分，熱 塑性成型的鋼材，其組織不發(fā)生變化。對于經(jīng)過冷塑性 變形的鋼材，則在450℃～A

c1的部分，還將產(chǎn)生再結(jié) 晶過程，使鋼軟化。消除熱影響區(qū)的方法：焊后進行熱處理。3

材料的連接成形金屬工藝學焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生原因在焊接過程中，對焊件進行了局部不均勻的加熱，是焊接變形和殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因。上圖為模擬實際焊縫的模型，設(shè)有連成一體的三根鋼板條(圖a)，對其中一條加熱時，其它兩條保持溫度不變。加熱中間板條來模擬焊縫，兩邊不加熱板條模擬兩邊的母材金屬。Wuhan

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University123

材料的連接成形金屬工藝學實驗及結(jié)果:先將板條2加熱到鋼的塑性溫度以上，板條1、3保持溫度不變(圖b)。這時板條2處于塑性狀態(tài)，可任意變形而不產(chǎn)生抗力。板條2因熱膨脹應(yīng)伸長的量ΔlT將全部被板條1、3塑性壓縮，三根板條都將保持l0長度不變。然后使板條2從高溫冷卻下來，板條2將從最高溫度時的實際長度l0縮短(圖c)。在塑性溫度以上的階段里，由降溫所引起的收縮量仍然被板條1、3塑性拉伸，三根板條仍然保持原長l0不變，互相間也沒有力的作用。當溫度進一步降低，板條2恢復彈性狀態(tài)，它的進一步收縮將受到板條1、3的限制，相互間出現(xiàn)彈性應(yīng)力，板條2被彈性拉伸，板條l、3被彈性壓縮，溫度下降愈多，相互作用力愈大，相互被拉伸與壓縮的量也愈大。當板條2溫度回到T0時，板條1、2、3都比原長l0縮短了一段Δlˊ。板條2被拉伸，受拉應(yīng)力作用；板條1、3被壓縮，存在壓應(yīng)力。Wuhan

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University133

材料的連接成形金屬工藝學焊接變形的基本形式a)

收縮變形

b)

角變形

c)

彎曲變形形Wuhan

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University14d)扭曲變形e)波浪變3

材料的連接成形金屬工藝學收縮變形

指焊接后，金屬構(gòu)件縱向(順焊縫方向)和橫 向(垂直于焊縫方向)尺寸的縮短。這是由于焊縫縱向 和橫向收縮所引起的(圖a)。角變形

由于焊縫截面上下不對稱，焊縫橫向收縮沿板 厚方向分布不均勻，使板繞焊縫軸轉(zhuǎn)一角度(圖b)。 此變形易發(fā)生于中，厚板焊件中。彎曲變形

因焊縫布置不對稱，引起焊縫的縱向收縮沿 焊件高度方向分布不均勻而產(chǎn)生(圖c)。扭曲變形

當焊前裝配質(zhì)量不好，焊后放置不當或焊接 順序和施焊方向不合理，都可能產(chǎn)生扭曲變形(圖d)。波浪變形（又稱翹曲變形） 薄板焊接時，因焊縫區(qū)的 收縮產(chǎn)生的壓應(yīng)力，使板件剛性失穩(wěn)而形成(圖e)。Wuhan

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University153

材料的連接成形金屬工藝學防止和減小焊接應(yīng)力的措施Wuhan

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University16結(jié)構(gòu)設(shè)計焊縫位置盡量對稱于結(jié)構(gòu)中性軸；在保證足夠承載能力的條件下，盡量減少焊縫的長度和數(shù)量。焊接工藝反變形法

一般按測定或經(jīng)驗估計的焊接變形量大小和方 向，在組裝時使工件反向變形，以抵消焊接變形。同 樣，也可以采取預留收縮余量來抵消焊縫尺寸收縮。剛性固定法

焊接時把焊件剛性固定，限制產(chǎn)生焊接變形。 但這樣會產(chǎn)生較大的焊接殘余應(yīng)力。此外，組裝時的 定位焊也是防止焊接變形的一個措施。3

材料的連接成形金屬工藝學Wuhan

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University173

材料的連接成形金屬工藝學合理安排焊接順序

采用合理的焊接順序，如圖(最好是能同時對稱 施焊)和

(分段倒退焊法)，采用多層多道焊等，都能減少焊接變形。焊前預熱和焊后緩冷焊后熱處理3）焊后矯形處理基本原理是產(chǎn)生新變形抵消原來的焊接變形。機械矯形機械矯正法是用機械加壓或錘擊的冷變形方法，產(chǎn)生塑 性變形來矯正焊接變形。對塑性好，形狀較簡單的焊件，常用壓 力機、矯直機進行矯正?；鹧娉C形火焰加熱矯正的原理是利用火焰局部加熱后的冷卻收縮， 來抵消該部分已產(chǎn)生的伸長變形。對塑性差、剛性大的復雜焊件， 多采用局部火焰加熱矯正法，使焊件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的新的變形，以抵消原來的變形。Wuhan

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University183

材料的連接成形金屬工藝學合理安排焊接順序Wuhan

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University193

材料的連接成形金屬工藝學火焰加熱矯正變形Wuhan

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University203

材料的連接成形金屬工藝學3.1.2

主要焊接方法:氣焊焊條電弧焊埋弧焊氬弧焊CO2氣體保護焊（5）電渣焊電阻焊摩擦焊a）點焊

b）縫焊

c）對焊軟釬焊硬釬焊1、熔化焊2、壓力焊3、釬焊Wuhan

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University213

材料的連接成形金屬工藝學1、熔焊——焊條電弧焊（arc

welding

）Wuhan

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University223

材料的連接成形金屬工藝學焊條手工電弧焊時，焊條既作為電極起導電作用，在焊接過程中，焊條被熔化，又作為填充材料填充到焊縫中而將焊件連接起來。焊條的組成及作用焊芯焊條中被藥皮包覆的金屬芯稱為焊芯。其作用為電極和填充金屬。藥皮是由一些礦物、有機物和鐵合金等細粉末組成，用水玻璃作粘結(jié)劑，按一定比例配制，經(jīng)混合攪勻后涂壓于焊絲表面。藥皮具有穩(wěn)定電弧、造氣、造渣以形成機械保護的作用，還具有改善焊縫金屬化學成分的作用。Wuhan

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University233

材料的連接成形金屬工藝學焊條的型號與牌號型號

根據(jù)GB／T5117-1995規(guī)定，用大寫字母（焊條的類別）和四位數(shù)字表示。E4303表示焊條的焊接位置?！?”及“1”表示焊條適用于全位置焊接(平、立、橫、仰)，“2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；第三和第四位數(shù)字組合表示焊接電流種類及藥皮類型表示熔敷金屬抗拉強度的最小值，單位為kgf／mm2表示焊條的類別Wuhan

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University243

材料的連接成形金屬工藝學焊條牌號是焊條行業(yè)統(tǒng)一的焊條代號J422數(shù)字表示藥皮類型和電流種類，1~5為酸性焊條，6~7為堿性焊條。表示焊縫金屬抗拉強度等級，單位為kgf／mm2表示焊條的大類。J為結(jié)構(gòu)鋼焊條；A為奧氏體不銹鋼焊條；Z為鑄鐵焊條Wuhan

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University253

材料的連接成形金屬工藝學焊條型號焊條牌號焊條大類（按化學成分）焊條大類（按用途）國標編號名稱代號類別名稱代號字母漢字GB/T5117-1995碳鋼焊條E—結(jié)構(gòu)鋼焊條J結(jié)GB/T5117-1995低合金鋼焊條E—結(jié)構(gòu)鋼焊條J結(jié)二鉬和鉻鉬耐熱鋼焊條R熱三低溫鋼焊條W溫GB984-1995不銹鋼焊條E四不銹鋼焊條G鉻A奧GB984-1995堆焊焊條ED五堆焊焊條D堆GB10044-88鑄鐵焊條EZ六鑄鐵焊條Z鑄GB3670-1995銅及銅合金焊條TCu七銅及銅合金焊條T銅GB3669-83鋁及鋁合金焊條TAl八鋁及鋁合金焊條L鋁Wuhan

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University26焊條型號與焊條牌號對照表3

材料的連接成形金屬工藝學工件的力學性能和化學成分結(jié)構(gòu)鋼焊件，選擇與被焊材料力學性能相當?shù)暮笚l；特殊性能鋼焊件，選用化學成分與被焊材料相同或相近的焊條。工件的工作條件和使用性能承受動載荷或沖擊載荷的焊件，在高溫、低溫、磨損或有腐蝕介質(zhì)條件下工作的焊件，應(yīng)選用低氫型（堿性）焊條。結(jié)構(gòu)特點形狀復雜、厚大的焊件，選用抗裂性好強度高的低氫型焊條。對被焊部位不宜除油、除銹的焊件，宜選用酸性焊條。施工條件Wuhan

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University27焊條的選用原則3

材料的連接成形金屬工藝學1、熔焊——埋弧焊（submerged-arc

welding

）Wuhan

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University283

材料的連接成形金屬工藝學埋弧焊的主要特點是埋弧、自動和大電流。與手弧焊相比，其主要優(yōu)點是：①生產(chǎn)率高、成本低。②焊接質(zhì)量好。③勞動條件好。1.焊絲盤2.操縱盤

3.車架柱

5.橫梁4.立6.焊劑漏斗7.送絲電動機8.送絲滾輪

9.小車電動機10.機頭

11.導電嘴

12.焊劑

13.渣殼

14.焊縫15.焊接電纜埋弧焊（submerged-arc

welding

）Wuhan

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University293

材料的連接成形金屬工藝學使用氬氣作為保護氣體的氣體保護焊，稱為氬弧焊。氬弧焊又分鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊兩種。1.焊絲或電極

2.導電嘴

3.噴嘴

4.進氣管

5.氬氣流

6.電弧

7.工件

8.填充焊絲

9.送絲輥輪1、熔焊——氬弧焊

(argon

arcwelding)Wuhan

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University303

材料的連接成形金屬工藝學氬弧焊主要特點:

保護效果好，焊縫金屬純凈，焊接質(zhì)量優(yōu)良，焊縫成形美觀，適于焊接各類合金鋼、易氧化的有色金屬及稀有金屬，如鋯、鉭、鉬等。

電弧在氬氣流的壓縮下燃燒，熱量集中，所以焊接速度快，熱影響區(qū)小，焊后變形也較小。

電弧穩(wěn)定，特別是小電流時也很穩(wěn)定。因此，容易控制熔池溫度及單面焊雙面成形。

明弧可見，便于觀察和操作，可全位置焊，焊后無渣，便于機械化和自動化。Wuhan

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University313

材料的連接成形金屬工藝學1、熔焊——二氧化碳氣體保護焊(CO2

arc

welding)二氧化碳氣體保護焊是利用CO2作為保護氣體的一種電弧焊方法。這種焊接方法用連續(xù)送進的焊絲為電極。二氧化碳氣體保護焊裝置示意圖Wuhan

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University323

材料的連接成形金屬工藝學CO2氣體保護焊主要特點:成本低

CO2價廉，焊絲又是整圈光焊絲，故成本僅為埋弧焊和手弧焊的40％左右。質(zhì)量好 電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，熱影響區(qū)小，變形和產(chǎn)生裂紋傾向也較小，適宜于薄板焊接。生產(chǎn)率高 焊絲自動送進，電流密度大，故焊接速度快。生產(chǎn)率比手弧焊高1～3倍。適應(yīng)性強 明弧可見，易于觀察與控制。操作靈活，適合于全位置焊接。缺點：用較大電流焊接時，飛濺較大，煙霧較多，弧光強烈，焊縫表面不夠美觀，如控制或操作不當，易產(chǎn)生氣孔,且設(shè)備較復雜。Wuhan

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University333

材料的連接成形金屬工藝學1、熔焊——電渣焊(electro-slag

welding)電渣焊是利用電流通過熔融的熔渣時所產(chǎn)生的電阻熱來熔化焊絲和焊件的焊接方法。電渣焊示意圖Wuhan

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University343

材料的連接成形金屬工藝學生產(chǎn)率高 易焊厚大工件,可一次焊成。焊縫質(zhì)量好 焊縫不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷。焊接成本底 焊材和電能消耗少。Wuhan

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University35電渣焊主要特點:3

材料的連接成形金屬工藝學2、壓焊——電阻焊(resistance

welding)Wuhan

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University36電阻焊是利用電流通過焊件及其接觸面產(chǎn)生的電阻熱，把焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再在壓力作用下形成接頭的一種焊接方法。特點：電阻焊生產(chǎn)率高，焊接變形小，易于實現(xiàn)自動化。但電阻焊設(shè)備復雜，設(shè)備投資大。所以，它適用于成批大量生產(chǎn)，在自動化生產(chǎn)線上(如汽車制造)應(yīng)用較多，可采用機器人操作。3

材料的連接成形金屬工藝學Wuhan

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University電阻焊主要有以下幾種:點焊(spotwelding)縫焊(seamwelding)對焊(butt373

材料的連接成形金屬工藝學點焊：是利用電流通過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(其周圍為塑性狀態(tài))，然后在壓力作用下熔核結(jié)晶，形成一個焊點。應(yīng)用：主要用于薄板沖壓件搭接，如汽車駕駛室、車箱等薄板與型鋼構(gòu)架的連接，蒙皮結(jié)構(gòu)、金屬網(wǎng)、交叉鋼筋等接頭?？珊覆牧蠟榈吞间?、不銹鋼、銅合金、和鋁合金等。適合于點焊的最大厚度為2.5～3mm，小型構(gòu)件可達5～6mm，特殊情況為l0mm，鋼筋和棒料直徑達25mm。點焊(spot

welding)Wuhan

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University383

材料的連接成形金屬工藝學▲Wuhan

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University393

材料的連接成形金屬工藝學縫焊：又稱滾焊，其焊接過程與點焊相似，但所用電極是兩只旋轉(zhuǎn)的導電滾輪。焊件在滾輪帶動下前進。通常是滾輪連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，電流是間歇地接通，因此在兩焊件間形成一個個彼此重疊（約50%以上重疊）的焊核，而形成一連續(xù)的焊縫。應(yīng)用：縫焊主要用于焊接要求密封的薄壁容器，如汽車油箱、水箱、消音器等，焊件的厚度一般不超過3mm?？p焊(seam

welding)Wuhan

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University403

材料的連接成形金屬工藝學Wuhan

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University413

材料的連接成形金屬工藝學對焊(butt

welding)對焊：可用于焊接各種型材、帶鋼、管子甚至較大的如汽車曲軸等零件。根據(jù)工藝過程不同，對焊有電阻對焊和閃光對焊兩種不同的形式。（1）電阻對焊

(butt

resistance

welding)電阻對焊時，將工件夾緊于銅質(zhì)夾鉗中加以初壓力，使兩焊件接頭部分端面緊密接觸。然后通電加熱，由于焊件接觸處電阻最大而散熱最慢，該處及附近金

屬被加熱至塑性及半熔化狀態(tài)。此時突然增大壓力進

行頂鍛，焊件便在壓力下形成牢固的接頭。Wuhan

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University423

材料的連接成形金屬工藝學（2）閃光對焊(flash-butt

welding)閃光對焊：是將焊件在鉗口中夾緊后，先接通電源，再使焊件緩慢地靠攏接觸，因端面?zhèn)€別點的接觸而產(chǎn)生火花并被加熱，其接觸面被加熱到熔化狀態(tài)，附近被加熱到塑性狀態(tài)。然后突然加速送進焊件并在壓力下壓緊。這時熔化的金屬被全部擠出結(jié)合面之外。Wuhan

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University433

材料的連接成形金屬工藝學2、壓焊——摩擦焊(friction

welding)摩擦焊：是利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂壓，完成焊接的一種壓焊方法。Wuhan

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University443

材料的連接成形金屬工藝學3、釬焊釬焊：是將熔點比被焊金屬熔點低的焊料(釬料)與焊件一起加熱，當加熱到高于釬料熔點、低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材并填充被焊處的間隙，依靠液態(tài)釬料和固態(tài)被焊金屬的相互擴散而實現(xiàn)金屬連接的焊接方法。應(yīng)用：釬焊可焊黑色、有色金屬，也適合于性能相差較遠的異種金屬的焊接。Wuhan

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University453

材料的連接成形金屬工藝學釬焊分為軟釬焊和硬釬焊軟釬焊(soldering)軟釬焊所用釬料熔點低于450℃，接頭強度低于70MPa(7kgf／mm2)。常用的釬料是錫鉛釬料；鋅錫釬料、鋅鎘釬料等。熔劑采用松香、氯化鋅、磷酸等。軟釬焊適用于受力不大、工作溫度不高的工件的焊接，如儀表、電真空器件、電機、電器部件及導線等的釬焊。焊接時常用烙鐵加熱。硬釬焊

(brazing)硬釬焊所用釬料熔點高于450℃，接頭強度可達500MPa(50kgf／mm2)。常用的釬料有銅鋅釬料、銅磷釬料、銀基釬料、鋁基釬料等。Wuhan

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University463

材料的連接成形金屬工藝學3.1.3

金屬材料的焊接性Wuhan

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University47金屬材料的焊接性能（又稱可焊性），是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。它包括兩個方面：一是工藝可焊性，主要是指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)各種裂縫的可能性；二是使用可焊性，主要是指焊接接頭在使用中的可靠性，包括焊接接頭的機械性能及其他特殊性能(如耐熱、耐蝕性能等)。影響鋼材可焊性的主要因素是化學成分。各種化學元素加入鋼中以后，對焊縫組織性能、夾雜物的分布、以及對焊接熱影響區(qū)

的淬硬程度等影響不同，產(chǎn)生裂縫的傾向也各異。在各種元素中，碳的影響最明顯，其他元素的影響可折合成碳的影響。焊接性的概念——3

材料的連接成形金屬工藝學國際焊接學會推薦碳鋼及低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當量經(jīng)驗公式為：CE =

C

+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15

(%)式中各元素的含量取其成分的上限值。碳當量越高，鋼的焊接性越差。Wuhan

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University48可焊性的評定方法3

材料的連接成形金屬工藝學CE<0.4%時，鋼材焊接時冷裂傾向不大，焊接性良好。焊接時一般不需預熱，但對厚大工件或低溫下焊接時應(yīng)考慮預熱。CE=0.4～0.6％時，鋼材焊接時冷裂傾向明顯，焊接性較差。焊接時一般需要焊前預熱，

焊后緩冷和采取其它工藝措施來防止裂紋。CE>0.6％時，鋼材焊接時冷裂傾向嚴重，焊接性差。焊前需要采取較高的溫度預熱，焊時要采取減少焊接應(yīng)力和防止開裂的工藝措施，焊后要進行適當?shù)臒崽幚?，才能保證焊接接頭質(zhì)量。Wuhan

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University493

材料的連接成形金屬工藝學1、鋼的焊接性Wuhan

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University50(1)

碳鋼的焊接a）低碳鋼的焊接

低碳鋼的焊接性優(yōu)良。一般情況下用任何一種焊接方法和最普通的焊接工藝都能獲得優(yōu)良的焊接接頭。但在低溫環(huán)境下進行焊接或厚大工件的焊接時將焊件應(yīng)預熱到100～150℃，重要結(jié)構(gòu)件焊后應(yīng)進行退火，對電渣焊后的焊件應(yīng)進行正火處理以細化熱影響區(qū)的晶粒。3

材料的連接成形金屬工藝學中碳鋼的焊接

隨著含碳量的增加，中碳鋼的焊接性下降，焊縫中易產(chǎn)生熱裂，熱影響區(qū)易產(chǎn)生淬硬組織甚至產(chǎn)生冷裂。中碳鋼焊件通常采用手弧焊和氣焊。焊接時將焊件適當預熱(150～250℃)，盡可能選用低氫型焊條（烘干），焊接坡口盡量開成U形，焊后緩冷等，以防止焊接缺陷的產(chǎn)生。高碳鋼的補焊

高碳鋼的含碳量大于0.6％，其焊接性差，通常僅用手弧焊和氣焊對其進行補焊。采用結(jié)構(gòu)鋼焊條時，焊前必須預熱，(250～350℃以上)，焊后應(yīng)緩冷并進行去應(yīng)力退火。Wuhan

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University513

材料的連接成形金屬工藝學（2）合金鋼的焊接性強度級別較低的低合金結(jié)構(gòu)鋼(σs<295MPa)，合金元素少，碳當量低(CE<0.4％)，焊接性好，一般不需預熱。當板較厚或環(huán)境溫度較低時，才預熱(100～150℃)，焊后去應(yīng)力退火。強度級別較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼(σs≥295MPa)，淬硬、冷

裂傾向增加，焊接性較差。一般焊前要預熱(150～250℃)，并對焊件和焊接材料進行嚴格清理和烘干，應(yīng)

選用低氫型焊條，采用合理焊接順序，焊后去應(yīng)力退火。珠光體耐熱鋼的焊接淬硬、冷裂傾向大，焊接性差。一般焊前預熱(150～300℃)，焊后去應(yīng)力退火。選用相同化學成分的耐熱鋼焊條或奧氏體不銹鋼焊條。Wuhan

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University523

材料的連接成形金屬工藝學（2）合金鋼的焊接性——不銹鋼奧氏體不銹鋼焊接性良好。氬弧焊是較好的焊接方法，焊材的成分要確保焊接接頭的耐蝕性。焊接

時用小電流及快速施焊。馬氏體不銹鋼焊接性差。接頭處易出現(xiàn)冷裂紋和淬硬脆化。焊接方法有電弧焊和氬弧焊。焊接時須采取防止冷裂紋的一系列措施。鐵素體不銹鋼焊接性較差。采用低溫預熱，小能量焊接的工藝以減小晶粒長大傾向。焊接方法有電弧焊和氬弧焊。Wuhan

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University533

材料的連接成形金屬工藝學2、 鑄鐵的補焊Wuhan

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University54鑄鐵的焊接性差，其焊接過程會產(chǎn)生以下幾個問題：

焊接接頭易產(chǎn)生白口及淬硬組織

開裂傾向大

焊縫中易產(chǎn)生氣孔和夾渣3

材料的連接成形金屬工藝學鑄鐵的焊接方法Wuhan

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University55熱焊法是焊前將焊件整體或局部預熱到650～700℃，然后用電弧焊或氣焊補焊，施焊過程中鑄件溫度不應(yīng)低于400℃，焊后緩冷或再將焊件加熱到600～650℃進行去應(yīng)力退火。冷焊法是焊前不將焊件預熱或僅預熱到400℃以下，然后用電弧焊或氣焊補焊。3

材料的連接成形金屬工藝學熱焊法能有效地防止產(chǎn)生白口組織和裂紋，焊縫便于機加工，但需配置加熱設(shè)備，且勞動條件差，手弧焊時采用碳、硅含量較低的EZC型灰鑄鐵焊條和EZCQ鐵基球墨鑄鐵焊條。冷焊法易出現(xiàn)白口組織、裂紋和氣孔，但成本較低，冷焊時常用低碳鋼焊條E5016(J506)、高釩鑄鐵焊條EZV(Z116)、純鎳鑄鐵焊條

EZNi(Z308)、鎳銅鑄鐵焊條EZNiCu(Z508)。Wuhan

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University56熱焊法與冷焊法的比較3

材料的連接成形金屬工藝學3、 非鐵合金的焊接Wuhan

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University57(1)

鋁及鋁合金的焊接鋁及其合金焊接性差，焊接時有如下特點：

易氧化

易形成氣孔

易產(chǎn)生熱裂紋

鋁在高溫時強度和塑性很低鋁及鋁合金的焊接常用氬弧焊、氣焊、電阻焊、釬焊等，氬弧焊時一般采用通用焊絲HS311。3

材料的連接成形金屬工藝學(2)

銅及銅合金的焊接銅及銅合金的焊接性比低碳鋼差，在焊接時常出現(xiàn)下列情況：

導熱快，難熔合

易變形

易產(chǎn)生裂紋

易形成氣孔

強度、耐蝕性下降銅及銅合金通常采用氬弧焊、氣焊和釬焊進行焊接，焊前需預熱，焊后進行熱處理。Wuhan

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University583

材料的連接成形

金

屬

工

藝

學WuhanWuhan

TextileTextile

UniversityUniversity593

材料的連接成形金屬工藝學WuhanWuhan

TeTextilxtilee

UniversityUniversity3.1.4

焊接缺陷與檢驗焊縫常見缺陷603

材料的連接成形金屬工藝學焊接檢驗過程Wuhan

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University61焊前檢驗生產(chǎn)過程檢驗焊后檢驗焊接接頭檢驗方法破壞檢驗：化學成分分析、金相組織檢驗、焊縫及接頭力學性能試驗非破壞檢驗：外觀檢查、密封性檢驗和物理探傷3

材料的連接成形金屬工藝學常用非破壞檢驗方法Wuhan

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University62外觀檢查著色探傷熒光探傷磁粉探傷密封性檢驗煤油檢驗水壓檢驗氣密性檢驗無損探傷聲發(fā)射探傷超聲波探傷激光全息探傷3

材料的連接成形金屬工藝學焊接結(jié)構(gòu)的工藝設(shè)計根據(jù)工作條件，焊接件的性能要求進行方案設(shè)計及優(yōu)化。步驟如下：選擇焊接結(jié)構(gòu)材料（母材）；確定焊接方案及焊接材料；確定焊接接頭及坡口形式；合理布置焊縫位置；制訂簡明的焊接工藝。Wuhan

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University633

材料的連接成形金屬工藝學焊接結(jié)構(gòu)材料(母材)的選擇在滿足使用性能要求的前提下，選用焊接性好的材料，盡量避免選用不同成分的材料。注重材料的冶金質(zhì)量。異種鋼材或異種金屬的焊接，應(yīng)盡量選擇化學成分、物理性能相近的材料。優(yōu)先選用型材和管材，簡化焊接工藝。合理選用材料的供應(yīng)尺寸。Wuhan

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University643

材料的連接成形金屬工藝學焊接方法的選擇根據(jù)材料焊接性能、工件厚度、生產(chǎn)率要求、各焊接方法的適用范圍和設(shè)備條件等確定選用的焊接方法。薄板（＜3mm）結(jié)構(gòu)件可用點焊、縫焊等；中板（3~10mm）結(jié)構(gòu)件可用手工電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、埋弧焊等；厚板（＞10mm）結(jié)構(gòu)件可用埋弧焊、電渣焊等；不銹鋼、鋁合金和銅合金結(jié)構(gòu)件可用氬弧焊、等離子弧焊等。Wuhan

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University653

材料的連接成形金屬工藝學焊接接頭及坡口形式的確定焊接結(jié)構(gòu)常用的接頭形式主要有：對接接頭角接接頭T形接頭搭接接頭焊接接頭主要根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)形式、焊件厚度、焊縫強度要求及施工條件等情況來選擇。Wuhan

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University663

材料的連接成形金屬工藝學焊接接頭及坡口形式參見P305

圖7-39Wuhan

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University673

材料的連接成形金屬工藝學焊逢的合理布置

便于操作

避開應(yīng)力最大或應(yīng)力集中部位

避免密集與匯交

避開加工