第4章連接成形

1、第第4章章 連接成形連接成形 連接成形是將若干個構(gòu)件連接為一體的成連接成形是將若干個構(gòu)件連接為一體的成形方法形方法 。 分為焊接、膠接和機(jī)械連接等三大類。分為焊接、膠接和機(jī)械連接等三大類。焊接焊接 通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種方法 。膠接膠接 是用膠粘劑將被粘物表面連接在一起的是用膠粘劑將被粘物表面連接在一起的 方法。膠接工藝簡便、生產(chǎn)效率高、成本低，在工方法。膠接工藝簡便、生產(chǎn)效率高、成本低，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用愈來愈廣泛。業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用愈來愈廣泛。機(jī)械連接機(jī)械連接 通過構(gòu)件間產(chǎn)生的

2、機(jī)械作用力實現(xiàn)連通過構(gòu)件間產(chǎn)生的機(jī)械作用力實現(xiàn)連接的方法。機(jī)械連接質(zhì)量可靠、易于檢修，在工業(yè)接的方法。機(jī)械連接質(zhì)量可靠、易于檢修，在工業(yè)中應(yīng)用廣泛中應(yīng)用廣泛 。熔焊：熔焊： （液（液/液）液）+液液壓焊：壓焊： ( (固固/ /固）固）+ +壓壓力力釬焊：釬焊：（固固/ /固）固）+ +液液q焊接基本特點：焊接基本特點： 優(yōu)點：省工省料、效率高、優(yōu)點：省工省料、效率高、連接牢固，適于焊接的材料廣連接牢固，適于焊接的材料廣泛；泛； 缺點：可能產(chǎn)生氣孔、裂缺點：可能產(chǎn)生氣孔、裂紋、焊件上存在焊接應(yīng)力和焊紋、焊件上存在焊接應(yīng)力和焊接變形。接變形。q4.1 4.1 焊接基礎(chǔ)焊接基礎(chǔ)q4.1.1 熔焊冶

3、金過程及其特點熔焊冶金過程及其特點 q在熔焊過程中，在熔焊過程中，焊接接頭金屬將焊接接頭金屬將發(fā)生一系列的物發(fā)生一系列的物理、化學(xué)反應(yīng)，理、化學(xué)反應(yīng)，稱為熔焊冶金過稱為熔焊冶金過程。程。包括液相冶金、熔包括液相冶金、熔池結(jié)晶、焊縫和熱池結(jié)晶、焊縫和熱影響區(qū)的組織變化影響區(qū)的組織變化等。等。 焊條芯藥皮熔池金屬熔滴焊縫氣體固態(tài)渣殼q (1) 熔焊液相冶金的特點熔焊液相冶金的特點 反應(yīng)溫度高、熔化金屬與外界接觸表面積大、反應(yīng)溫度高、熔化金屬與外界接觸表面積大、反應(yīng)時間短反應(yīng)時間短q溫度高溫度高 氧化反應(yīng)迅速、激烈氧化反應(yīng)迅速、激烈（原子活潑）（原子活潑） 元素?zé)龘p大元素?zé)龘p大 氣體侵入熔池，形成夾

4、雜氣體侵入熔池，形成夾雜q反應(yīng)時間短反應(yīng)時間短 反應(yīng)不完全，成分不均勻反應(yīng)不完全，成分不均勻 氣體雜質(zhì)來不及浮起氣體雜質(zhì)來不及浮起 淬硬傾向大淬硬傾向大q由熔焊冶金特點知：由熔焊冶金特點知： 對焊縫影響較大的是氣體的侵入和成份的變化，對焊縫影響較大的是氣體的侵入和成份的變化， 所以焊縫對外表現(xiàn)出的力學(xué)性能特點為所以焊縫對外表現(xiàn)出的力學(xué)性能特點為: :q a ak k 即：硬度高、脆性大即：硬度高、脆性大q(2) (2) 保證焊縫質(zhì)量的措施保證焊縫質(zhì)量的措施 q 1 1）防止有害氣體侵入熔池：）防止有害氣體侵入熔池： 用氣體及熔渣隔離空氣或兩者聯(lián)用，用氣體及熔渣隔離空氣或兩者聯(lián)用， 焊前清理焊件

5、及焊絲、烘干焊條或焊劑焊前清理焊件及焊絲、烘干焊條或焊劑 q 2) 2) 冶金處理：冶金處理： 添加有益元素添加有益元素 SiSi，MnMn 進(jìn)行脫氧、脫硫、脫磷進(jìn)行脫氧、脫硫、脫磷 滲入其它合金元素滲入其它合金元素 q 2 2熔池結(jié)晶熔池結(jié)晶 q 熔池金屬凝固時，以熔合線上局部熔化的母材熔池金屬凝固時，以熔合線上局部熔化的母材晶粒為核心，形成與母材金屬長合在一起的晶粒為核心，形成與母材金屬長合在一起的“聯(lián)聯(lián)生結(jié)晶生結(jié)晶”，并沿著散熱的反方向長大形成柱狀晶，并沿著散熱的反方向長大形成柱狀晶的。的。q 焊縫金屬晶粒較粗，組織不致密，且易引起焊縫金屬晶粒較粗，組織不致密，且易引起化學(xué)成分偏析，有些

6、焊縫金屬在凝固末期還可能化學(xué)成分偏析，有些焊縫金屬在凝固末期還可能產(chǎn)生熱裂紋。產(chǎn)生熱裂紋。q 解決辦法：解決辦法： 1 1）焊縫中增添少量）焊縫中增添少量TiTi、V V、MoMo等元素，可形等元素，可形成彌散的結(jié)晶核心，使焊縫晶粒細(xì)化，力學(xué)性成彌散的結(jié)晶核心，使焊縫晶粒細(xì)化，力學(xué)性能提高。能提高。 2 2）采用機(jī)械振動、超聲振動、電磁攪拌等）采用機(jī)械振動、超聲振動、電磁攪拌等工藝措施均可細(xì)化焊縫晶粒。工藝措施均可細(xì)化焊縫晶粒。 q3 3焊接接頭的組織轉(zhuǎn)變焊接接頭的組織轉(zhuǎn)變 q由于焊接過程由于焊接過程中的熱擴(kuò)散，已中的熱擴(kuò)散，已焊合的接頭按組焊合的接頭按組織和性能的變化織和性能的變化不同，可分

7、為焊不同，可分為焊縫金屬區(qū)、熔合縫金屬區(qū)、熔合區(qū)和熱影響區(qū)等區(qū)和熱影響區(qū)等區(qū)域區(qū)域 q(1) (1) 焊縫金屬區(qū)：焊縫金屬區(qū)：由焊縫表面和熔合線所包由焊縫表面和熔合線所包圍的區(qū)域圍的區(qū)域 ，針對其冶金特點采取的各種各種措，針對其冶金特點采取的各種各種措施，可使其力學(xué)性能比母材金屬只高不低。施，可使其力學(xué)性能比母材金屬只高不低。q(2) (2) 熔合區(qū)：熔合區(qū)：是焊縫與母材交接的過渡區(qū)，是焊縫與母材交接的過渡區(qū)，加熱溫度在固、液相線之間，由鑄態(tài)組織和過熱加熱溫度在固、液相線之間，由鑄態(tài)組織和過熱組織構(gòu)成，組織構(gòu)成，化學(xué)成分和組織都極不均勻，力學(xué)性化學(xué)成分和組織都極不均勻，力學(xué)性能很差，是焊接接頭

8、中最薄弱的部位之一，常是能很差，是焊接接頭中最薄弱的部位之一，常是焊接裂紋的發(fā)源地。焊接裂紋的發(fā)源地。q(3) (3) 熱影響區(qū)：熱影響區(qū)：材料因受熱的影響（但未材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。熔化）而發(fā)生金相組織和力學(xué)性能變化的區(qū)域。 焊接熱影響區(qū)焊接熱影響區(qū) 過熱區(qū)過熱區(qū)：具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。 加熱溫度在固相線與加熱溫度在固相線與11001100之間，奧之間，奧 氏體晶粒顯著長大，力學(xué)性能明顯下降，氏體晶粒顯著長大，力學(xué)性能明顯下降， 是力學(xué)性能最差的部位，也常是焊接是力學(xué)性能最差的部位，也常是焊接 裂紋的發(fā)源

9、地。裂紋的發(fā)源地。相變重結(jié)晶區(qū)相變重結(jié)晶區(qū)：具有正火組織的區(qū)域。具有正火組織的區(qū)域。 加熱溫度稍高于加熱溫度稍高于A Ac3c3線，經(jīng)重結(jié)晶獲得線，經(jīng)重結(jié)晶獲得 細(xì)小、均勻的晶粒，相當(dāng)于正火處理，細(xì)小、均勻的晶粒，相當(dāng)于正火處理， 故又稱正火區(qū)。該區(qū)力學(xué)性能明顯改故又稱正火區(qū)。該區(qū)力學(xué)性能明顯改 善，是焊接接頭中性能最好的區(qū)域善，是焊接接頭中性能最好的區(qū)域不完全重結(jié)晶區(qū)不完全重結(jié)晶區(qū)：部分組織發(fā)生相變重結(jié)晶的部分組織發(fā)生相變重結(jié)晶的 區(qū)域。加熱溫度在區(qū)域。加熱溫度在A Ac1c1線與線與A Ac3c3線之間，線之間， 部分組織成為均勻、細(xì)小的晶粒，其部分組織成為均勻、細(xì)小的晶粒，其 余為較粗大

10、的晶粒。晶粒和組織都不余為較粗大的晶粒。晶粒和組織都不 均勻，力學(xué)性能較差。均勻，力學(xué)性能較差。 針對熔合區(qū)、焊接熱影響區(qū)尤其是其中的針對熔合區(qū)、焊接熱影響區(qū)尤其是其中的過熱區(qū)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，可采取措施：過熱區(qū)可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題，可采取措施： 1 1）采取熱量集中的焊接方法，減小熱采取熱量集中的焊接方法，減小熱 影響區(qū)的寬度，減小影響，提高性能。影響區(qū)的寬度，減小影響，提高性能。 先進(jìn)的焊接方法均如此。（見表先進(jìn)的焊接方法均如此。（見表4-24-2）2 2）工藝上：小電流、快速焊，以減工藝上：小電流、快速焊，以減 小單位長度上的熱量輸入小單位長度上的熱量輸入3 3）焊后正火焊后正火q 4.

11、1.2 4.1.2 焊接應(yīng)力與變形焊接應(yīng)力與變形 q 1 1焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因 不均勻的加熱必然導(dǎo)致隨后的不均勻冷卻，進(jìn)不均勻的加熱必然導(dǎo)致隨后的不均勻冷卻，進(jìn)而引起不均勻的膨脹、收縮，使焊件上出現(xiàn)了較而引起不均勻的膨脹、收縮，使焊件上出現(xiàn)了較大的內(nèi)應(yīng)力。大的內(nèi)應(yīng)力。 焊接時，多采用集中熱源進(jìn)行局部加熱焊接時，多采用集中熱源進(jìn)行局部加熱 由于焊接件的結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)出塑性好、細(xì)、由于焊接件的結(jié)構(gòu)一般表現(xiàn)出塑性好、細(xì)、薄、易變形的特點，所以焊接變形是必然的。薄、易變形的特點，所以焊接變形是必然的。q 焊后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力和變形稱為焊接殘焊后殘留在焊件內(nèi)的應(yīng)力和變形稱為

12、焊接殘余應(yīng)力和焊接殘余變形。余應(yīng)力和焊接殘余變形。 q2 2焊接殘余應(yīng)力的調(diào)節(jié)與消除焊接殘余應(yīng)力的調(diào)節(jié)與消除 q(1) (1) 焊接殘余應(yīng)力的分布：焊接殘余應(yīng)力的分布： 先冷處受壓先冷處受壓 后冷處受拉后冷處受拉 縱向縱向 橫向橫向q (2) (2) 調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力的措施調(diào)節(jié)焊接殘余應(yīng)力的措施 設(shè)計措施設(shè)計措施 減少焊縫的數(shù)量和尺寸并避免焊縫減少焊縫的數(shù)量和尺寸并避免焊縫密集和交叉密集和交叉 采用剛性較小的接頭采用剛性較小的接頭 工藝措施工藝措施 合理的焊接順序合理的焊接順序 先內(nèi)后外、先短后長、交叉處不起頭收尾先內(nèi)后外、先短后長、交叉處不起頭收尾降低焊接接頭的剛性降低焊接接頭的剛性 加熱減

13、應(yīng)區(qū)加熱減應(yīng)區(qū)錘擊焊縫錘擊焊縫 預(yù)熱和后熱預(yù)熱和后熱 q 從調(diào)節(jié)應(yīng)力的措施看：減小溫度的不從調(diào)節(jié)應(yīng)力的措施看：減小溫度的不均勻是很重要的；另外，讓可能變形的部均勻是很重要的；另外，讓可能變形的部位盡可能變形也是一個有效途徑。位盡可能變形也是一個有效途徑。q 3 3焊接殘余應(yīng)力的消除方法焊接殘余應(yīng)力的消除方法 去應(yīng)力退火：整體或局部去應(yīng)力退火：整體或局部 加熱溫度加熱溫度500500650650 機(jī)械拉伸法機(jī)械拉伸法 溫差拉伸法溫差拉伸法 振動法振動法 q 4 4焊接殘余變形的控制和矯正焊接殘余變形的控制和矯正 (1) (1) 焊接殘余變形的類型：五種焊接殘余變形的類型：五種 q 常見多為綜合型

14、的變形常見多為綜合型的變形q(2) (2) 控制焊接殘余變形的措施：控制焊接殘余變形的措施： 盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理選用焊縫盡量減少焊縫的數(shù)量和尺寸，合理選用焊縫的截面形狀的截面形狀 合理安排焊縫位置合理安排焊縫位置 設(shè)計措施設(shè)計措施工藝措施工藝措施反變形法：反變形法： 剛性固定法：剛性固定法： 合理選用焊接方法和焊接規(guī)合理選用焊接方法和焊接規(guī)范：范： 選用能量較集中的焊接方法選用能量較集中的焊接方法 焊接時采用較小的熱輸入焊接時采用較小的熱輸入 選用合理的裝配焊接順序選用合理的裝配焊接順序 盡量對稱焊、厚板多層焊、長縫分段焊盡量對稱焊、厚板多層焊、長縫分段焊 工藝措施工藝措施q (3

15、) (3) 焊接殘余變形的矯正：焊接殘余變形的矯正： 1 1）機(jī)械矯正法：）機(jī)械矯正法： 利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使二者相互抵消塑性變形，使二者相互抵消生產(chǎn)效率高、矯正質(zhì)量好、適用于塑性材料生產(chǎn)效率高、矯正質(zhì)量好、適用于塑性材料 q 2 2）火焰矯正法：）火焰矯正法： 即利用火焰局部加熱焊件的適當(dāng)部位使其產(chǎn)即利用火焰局部加熱焊件的適當(dāng)部位使其產(chǎn)生壓縮塑性變形，以抵消焊接殘余變形生壓縮塑性變形，以抵消焊接殘余變形 操作靈便，但需較豐富的實際經(jīng)驗操作靈便，但需較豐富的實際經(jīng)驗 q 4.2 4.2 焊接方法焊接方法q 4.2.1 4.2.

16、1 熔焊熔焊 1 1電弧焊電弧焊 （焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊）（焊條電弧焊、埋弧焊和氣體保護(hù)焊） (1) (1) 埋弧焊：埋弧焊：即電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接即電弧在焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接 的方法。的方法。(2) (2) 氣體保護(hù)電弧焊：氣體保護(hù)電弧焊：即用外加氣體作電弧介質(zhì)即用外加氣體作電弧介質(zhì)并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法并保護(hù)電弧和焊接區(qū)的電弧焊方法 1 1）熔化極氣體保護(hù)焊：）熔化極氣體保護(hù)焊： 熔深大、焊接速度快、生產(chǎn)熔深大、焊接速度快、生產(chǎn)效率高；明弧可見，易于操作效率高；明弧可見，易于操作 2 2）鎢極惰性氣體保護(hù)焊：）鎢極惰性氣體保護(hù)焊： 電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫金屬含氫量電弧燃

17、燒穩(wěn)定，焊縫金屬含氫量極低，明弧可見，易于操作極低，明弧可見，易于操作 （常用的保護(hù)氣體有（常用的保護(hù)氣體有COCO2 2、ArAr、Ar+OAr+O2 2、Ar+COAr+CO2 2等）等）q 2 2電渣焊電渣焊 即利用電流通過液體熔渣產(chǎn)生即利用電流通過液體熔渣產(chǎn)生 的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。的電阻熱進(jìn)行焊接的方法。 熔敷速度高；加熱和冷卻速度慢，不易產(chǎn)生氣孔、熔敷速度高；加熱和冷卻速度慢，不易產(chǎn)生氣孔、夾渣等缺陷，且脫硫、脫磷較充分，焊縫質(zhì)量較高夾渣等缺陷，且脫硫、脫磷較充分，焊縫質(zhì)量較高 q 3 3堆焊堆焊 為增大或恢復(fù)焊件尺寸，或使焊件表面獲得具為增大或恢復(fù)焊件尺寸，或使焊件表面獲得具有

18、特殊性能的熔敷金屬而進(jìn)行的焊接有特殊性能的熔敷金屬而進(jìn)行的焊接 堆焊幾乎可采用任何一種熔焊方法堆焊幾乎可采用任何一種熔焊方法 堆焊可提高零件的使用壽命，可獲得耐磨、堆焊可提高零件的使用壽命，可獲得耐磨、耐蝕、耐熱等特殊性能耐蝕、耐熱等特殊性能堆焊是一種重要的表面工程技術(shù)，廣泛用于堆焊是一種重要的表面工程技術(shù)，廣泛用于各種機(jī)械零件和工具、模具的制造和修復(fù)各種機(jī)械零件和工具、模具的制造和修復(fù) q4.2.2 4.2.2 壓焊壓焊（常用的壓焊方法有電阻焊和摩擦焊等）常用的壓焊方法有電阻焊和摩擦焊等） q1 1電阻焊電阻焊 利用電流通過接頭的接觸面及鄰近利用電流通過接頭的接觸面及鄰近 區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)

19、行焊接的方法區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱進(jìn)行焊接的方法 q 2 2摩擦焊摩擦焊 即利用焊件表面相互摩擦即利用焊件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法。 接頭質(zhì)量好，焊件精度高；勞動條件好，接頭質(zhì)量好，焊件精度高；勞動條件好，生產(chǎn)效率高并可焊接異種材料生產(chǎn)效率高并可焊接異種材料 q 4.2.3 4.2.3 釬焊釬焊 利用液態(tài)釬料潤濕母材，填利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接 1 1焊接材料焊接材料 (1) (1) 釬料：即釬焊時用作填

20、充金屬的材料釬料：即釬焊時用作填充金屬的材料( (軟軟, ,硬硬) ) (2) (2) 釬焊焊劑：即釬焊時使用的熔劑釬焊焊劑：即釬焊時使用的熔劑 2 2接頭型式：接頭型式： 多采用搭接多采用搭接 ( (圖圖4-24)4-24)3 3加熱方式：加熱方式： 烙鐵加熱、火焰加熱、電阻加熱、烙鐵加熱、火焰加熱、電阻加熱、感應(yīng)加熱、浸漬加熱和爐感應(yīng)加熱、浸漬加熱和爐中加熱等中加熱等 釬焊適用于精密、微型、形狀復(fù)雜或多釬縫的焊釬焊適用于精密、微型、形狀復(fù)雜或多釬縫的焊件及異種材料間的焊接，廣泛用于焊接換熱器、夾層件及異種材料間的焊接，廣泛用于焊接換熱器、夾層結(jié)構(gòu)、電真空器件和硬質(zhì)合金刀具。結(jié)構(gòu)、電真空器件

21、和硬質(zhì)合金刀具。q4.2.4 4.2.4 其它焊接方法其它焊接方法 q1 1等離子弧焊等離子弧焊 q2 2電子束焊電子束焊 q能量密度和溫度高，穿能量密度和溫度高，穿透能力強(qiáng)，焊接速度快，透能力強(qiáng)，焊接速度快，生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高 q焊接速度快，熱輸入小，焊接速度快，熱輸入小，焊縫深寬比大，熱影響區(qū)焊縫深寬比大，熱影響區(qū)窄，焊件變形小窄，焊件變形小 q 3 3激光焊激光焊 焊接速度高，熱輸入小，焊接速度高，熱輸入小，焊縫窄，熱影響區(qū)及焊接變形焊縫窄，熱影響區(qū)及焊接變形小，焊縫平整光滑。小，焊縫平整光滑。q4 4擴(kuò)散焊擴(kuò)散焊 不需填充材料和焊劑；無鑄不需填充材料和焊劑；無鑄態(tài)組織，不影響性能；且可同

22、態(tài)組織，不影響性能；且可同時焊接多個接頭。時焊接多個接頭。 可焊各類材料及很可焊各類材料及很厚和很薄的材料厚和很薄的材料 特別適合于精密結(jié)構(gòu)特別適合于精密結(jié)構(gòu)件及熱敏感件的焊接件及熱敏感件的焊接 q4.3. 4.3. 常用金屬材料的焊接常用金屬材料的焊接 4.3.1 4.3.1 材料的焊接性材料的焊接性 材料的焊接性是材料在限定的施工條件下材料的焊接性是材料在限定的施工條件下焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服焊接成按規(guī)定設(shè)計要求的構(gòu)件，并滿足預(yù)定服役要求的能力。役要求的能力。 材料的焊接性取決于材料的化學(xué)成分、材料的焊接性取決于材料的化學(xué)成分、焊接方法及焊接材料、焊件結(jié)構(gòu)類型及服役焊接方

23、法及焊接材料、焊件結(jié)構(gòu)類型及服役要求要求 q1 1材料焊接性的影響因素材料焊接性的影響因素 材料焊接性的影響因素材料焊接性的影響因素 材料的化學(xué)成分材料的化學(xué)成分 硬、脆可能小硬、脆可能小, ,焊接性好焊接性好焊接方法焊接方法 能量集中、保護(hù)好能量集中、保護(hù)好, ,焊接性好焊接性好焊接材料焊接材料 包括焊條、焊絲、焊劑和氣體等包括焊條、焊絲、焊劑和氣體等 堿性焊條或堿性焊劑，焊接性好；堿性焊條或堿性焊劑，焊接性好； 惰性氣體保護(hù)，焊接性好惰性氣體保護(hù)，焊接性好 焊件結(jié)構(gòu)類型焊件結(jié)構(gòu)類型 結(jié)構(gòu)簡單、剛性小結(jié)構(gòu)簡單、剛性小, ,焊接性好焊接性好 服役要求服役要求 服役要求不高服役要求不高, ,焊接

24、性好焊接性好 q 2 2焊接性的評價焊接性的評價 q(1) (1) 用碳當(dāng)量評價鋼的焊接性：用碳當(dāng)量評價鋼的焊接性： 1 1）國際焊接學(xué)會（）國際焊接學(xué)會（IIWIIW）推薦的公式：）推薦的公式：CE=w(c)+w(Mn)/6+w(Cr)+w(Mo)+w(v)/5+w(Ni)+w(Cu)/15 100% CECE0.4% 0.4% 焊接性良好焊接性良好CECE0.6 焊接性較差焊接性較差CECE0.6% 0.6% 焊接性很差焊接性很差%100)6006051015602030()()()()()()()()()(hHwwwwwwwwwPBVMoNiCrcuMnsiCw2 2）

25、冷裂紋敏感系數(shù)公式）冷裂紋敏感系數(shù)公式P Pw w ： 式中：式中： w w（C C）、w w（MnMn）等）等碳、錳等相應(yīng)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；碳、錳等相應(yīng)成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； HH焊縫金屬中擴(kuò)散氫的含量（焊縫金屬中擴(kuò)散氫的含量（ml/100gml/100g）；）； h h材料板厚（材料板厚（mmmm）。）。利用利用P Pw w可以求出工件所需的預(yù)熱溫度可以求出工件所需的預(yù)熱溫度t tp p，如下式：，如下式： t tp p=1440=1440P Pw w392392（）q(2) (2) 焊接性試驗：評定母材焊接性試驗：評定母材焊接性的試驗焊接性的試驗 如圖如圖4-294-29q 4.3.2 4.3.

26、2 常用金屬材料的焊接常用金屬材料的焊接 1.1.碳鋼的焊接碳鋼的焊接 (1) (1) 低碳鋼的焊接：低碳鋼的焊接： CECE小于小于0.4%,0.4%,焊接性良焊接性良好好 可用各種方法無需采用任何工藝措施方便可用各種方法無需采用任何工藝措施方便施焊施焊。 母材碳含量偏高或在低溫下焊接剛性母材碳含量偏高或在低溫下焊接剛性較大的結(jié)構(gòu)時，可采取預(yù)熱、后熱及使用低較大的結(jié)構(gòu)時，可采取預(yù)熱、后熱及使用低氫型焊條或高堿度焊劑等措施氫型焊條或高堿度焊劑等措施。q(2)(2)中碳鋼的焊接中碳鋼的焊接: :CECE為為0.4%0.4%0.6%,0.6%,焊接性較差焊接性較差 焊接時應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)熱溫度一般為

27、焊接時應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱（預(yù)熱溫度一般為100100200200）和后熱；選用低氫型焊條或堿度較高的焊劑；使用和后熱；選用低氫型焊條或堿度較高的焊劑；使用小電流、低焊速和多層焊，焊后應(yīng)立即進(jìn)行熱處理小電流、低焊速和多層焊，焊后應(yīng)立即進(jìn)行熱處理 。q(3) (3) 高碳鋼的焊接：高碳鋼的焊接：CECE大于大于0.6%0.6%，焊接性更差焊接性更差， 更易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。更易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋。應(yīng)采用更高的預(yù)熱溫度和更嚴(yán)格的工藝措施，應(yīng)采用更高的預(yù)熱溫度和更嚴(yán)格的工藝措施，一般只用于工具、模具的修補(bǔ)和鋼軌的對接。一般只用于工具、模具的修補(bǔ)和鋼軌的對接。 q 2 2低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接

28、(1) (1) 強(qiáng)度級別低的低合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度級別低的低合金結(jié)構(gòu)鋼: :ss=295-390MPa =295-390MPa 價格低，廣泛用于較重要的焊接結(jié)構(gòu)，焊接性較好。價格低，廣泛用于較重要的焊接結(jié)構(gòu)，焊接性較好。 類于低碳鋼，一般不需預(yù)熱，也不需焊后熱處類于低碳鋼，一般不需預(yù)熱，也不需焊后熱處理，但通常采用堿性焊條理，但通常采用堿性焊條 (2) (2) 強(qiáng)度級別較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度級別較高的低合金結(jié)構(gòu)鋼: :ss=440-540MPa =440-540MPa 廣泛用于要求高強(qiáng)度、高韌性及在低溫或動廣泛用于要求高強(qiáng)度、高韌性及在低溫或動 載下工作的重要焊接結(jié)構(gòu)，焊接性較差。載下工作的重要焊接

29、結(jié)構(gòu)，焊接性較差。 類于中碳鋼，須采取預(yù)熱和后熱措施，防止產(chǎn)類于中碳鋼，須采取預(yù)熱和后熱措施，防止產(chǎn)生冷裂紋，且須采用堿性焊條或堿度較高的焊劑；生冷裂紋，且須采用堿性焊條或堿度較高的焊劑；焊后常需進(jìn)行去應(yīng)力退火或高溫回火焊后常需進(jìn)行去應(yīng)力退火或高溫回火 q 3 3耐熱鋼的焊接：耐熱鋼的焊接：1Cr131Cr13，焊接性較差焊接性較差 該類鋼易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋，焊前應(yīng)仔細(xì)清理該類鋼易產(chǎn)生淬硬組織和裂紋，焊前應(yīng)仔細(xì)清理焊絲和坡口，須進(jìn)行預(yù)熱和后熱，選用低氫型焊條焊絲和坡口，須進(jìn)行預(yù)熱和后熱，選用低氫型焊條或堿度較高的焊劑，焊后應(yīng)立即進(jìn)行去應(yīng)力退火或或堿度較高的焊劑，焊后應(yīng)立即進(jìn)行去應(yīng)力退火或高溫

30、回火處理。高溫回火處理。 q 4 4不銹鋼的焊接：不銹鋼的焊接：1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti，焊接性較差焊接性較差 該類鋼焊接接頭可能出現(xiàn)熱裂紋、脆化等焊接缺該類鋼焊接接頭可能出現(xiàn)熱裂紋、脆化等焊接缺陷。應(yīng)盡量采用高純焊接材料，選用高堿度焊劑或陷。應(yīng)盡量采用高純焊接材料，選用高堿度焊劑或低氫型焊條；須采用熱量集中的焊法、小的熱輸入低氫型焊條；須采用熱量集中的焊法、小的熱輸入（小電流、高焊速）、以減少熱影響區(qū)的受熱程度；（小電流、高焊速）、以減少熱影響區(qū)的受熱程度；焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除殘余應(yīng)力焊后應(yīng)進(jìn)行熱處理以消除殘余應(yīng)力 q 從各類鋼的焊接看，對焊接性較差的鋼，從各類鋼的焊接看，

31、對焊接性較差的鋼，無論采用何種焊接方法，通常都需采用堿性無論采用何種焊接方法，通常都需采用堿性焊條或焊劑，且應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱和后熱。焊接性焊條或焊劑，且應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱和后熱。焊接性越差，堿度要求越高，預(yù)熱溫度也越高，輔越差，堿度要求越高，預(yù)熱溫度也越高，輔之以嚴(yán)格的其他工藝措施和接頭清理，才能之以嚴(yán)格的其他工藝措施和接頭清理，才能保證焊接件的質(zhì)量。保證焊接件的質(zhì)量。q 5 5鑄鐵的焊接鑄鐵的焊接 易產(chǎn)生裂紋、白口及淬硬組織，故焊接性極差易產(chǎn)生裂紋、白口及淬硬組織，故焊接性極差 一般僅用于毛坯的焊補(bǔ)和修復(fù)損壞的鑄鐵零件一般僅用于毛坯的焊補(bǔ)和修復(fù)損壞的鑄鐵零件 純鎳鑄鐵焊條：焊縫為鎳鐵合金，有良好的抗純鎳鑄

32、鐵焊條：焊縫為鎳鐵合金，有良好的抗裂性及切削加工性裂性及切削加工性 ，成本較高，成本較高，一般僅用于機(jī)床一般僅用于機(jī)床導(dǎo)軌面等重要鑄鐵件的加工面的修補(bǔ)。導(dǎo)軌面等重要鑄鐵件的加工面的修補(bǔ)。 q (1) (1) 異質(zhì)焊縫冷焊：異質(zhì)焊縫冷焊： 用焊條電弧焊，通常不預(yù)熱用焊條電弧焊，通常不預(yù)熱 碳鋼鑄碳鋼鑄鐵鐵焊條：焊縫為碳鋼，成本低，但易產(chǎn)生焊條：焊縫為碳鋼，成本低，但易產(chǎn)生熱裂紋，且難于切削加工，熱裂紋，且難于切削加工，只能用于焊補(bǔ)鑄鐵件的只能用于焊補(bǔ)鑄鐵件的非加工面。非加工面。 q(2) (2) 同質(zhì)焊縫熱焊：同質(zhì)焊縫熱焊： 選用焊縫為鑄鐵型的焊條或焊絲，焊前將鑄件選用焊縫為鑄鐵型的焊條或焊絲，

33、焊前將鑄件整體或局部預(yù)熱至整體或局部預(yù)熱至550550650650，且焊時溫度不低于，且焊時溫度不低于400400。常用焊條電弧焊和氣焊，焊后須進(jìn)行去應(yīng)。常用焊條電弧焊和氣焊，焊后須進(jìn)行去應(yīng)力退火。力退火。 可有效地防止白口、淬硬組織及裂紋，接頭切削可有效地防止白口、淬硬組織及裂紋，接頭切削加工性好；但成本高、生產(chǎn)效率低、勞動條件差，加工性好；但成本高、生產(chǎn)效率低、勞動條件差，一般用于形狀復(fù)雜、剛性大且焊后需切削加工的重一般用于形狀復(fù)雜、剛性大且焊后需切削加工的重要鑄件，如車床床頭箱、內(nèi)燃機(jī)缸體等。要鑄件，如車床床頭箱、內(nèi)燃機(jī)缸體等。q 鑄鐵冷焊生產(chǎn)效率高，勞動條件好鑄鐵冷焊生產(chǎn)效率高，勞動條

34、件好 但焊接時須小電流、短段焊（每段但焊接時須小電流、短段焊（每段101050mm50mm）、）、斷續(xù)焊（焊接區(qū)溫度斷續(xù)焊（焊接區(qū)溫度6060）、分散焊，且應(yīng)焊后）、分散焊，且應(yīng)焊后立即輕敲焊縫立即輕敲焊縫 冷焊常用于鑄件使用后的損壞修補(bǔ)冷焊常用于鑄件使用后的損壞修補(bǔ)q 鑄鐵熱焊雖質(zhì)量好，但成本高、生產(chǎn)效率低、鑄鐵熱焊雖質(zhì)量好，但成本高、生產(chǎn)效率低、勞動條件極差，一般用于形狀復(fù)雜、剛性大的重要勞動條件極差，一般用于形狀復(fù)雜、剛性大的重要鑄件的毛坯重要面切削加工前的鑄件的毛坯重要面切削加工前的修補(bǔ)修補(bǔ)。 q 6 6非鐵金屬的焊接非鐵金屬的焊接 q(1) (1) 鋁及鋁合金：鋁及鋁合金： 鋁及鋁合

35、金可采用大多數(shù)焊接方法。鋁及鋁合金可采用大多數(shù)焊接方法。 氬弧焊工藝簡便，焊接質(zhì)量好是鋁合金焊接氬弧焊工藝簡便，焊接質(zhì)量好是鋁合金焊接的首選。的首選。q(2) (2) 銅及銅合金：銅及銅合金： 銅及銅合金的焊接性較差銅及銅合金的焊接性較差 可采用氣焊、埋弧焊、氬弧焊、等離子弧焊、可采用氣焊、埋弧焊、氬弧焊、等離子弧焊、電阻焊和摩擦焊等焊接方法。電阻焊和摩擦焊等焊接方法。 q4.4 4.4 焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝設(shè)計q4.4.1 4.4.1 結(jié)構(gòu)材料的選擇結(jié)構(gòu)材料的選擇 盡量選用焊接性較好的材料盡量選用焊接性較好的材料 盡量采用廉價材料盡量采用廉價材料 尤其注意異種材料的使用尤

36、其注意異種材料的使用盡量選用軋制型材盡量選用軋制型材 q 4.4.2 4.4.2 焊縫布置焊縫布置 (1) (1) 留有足夠的操作空間留有足夠的操作空間, ,以便于施焊和檢驗以便于施焊和檢驗 (2) (2) 應(yīng)避免焊縫密集應(yīng)避免焊縫密集 或匯交或匯交 (3)(3)應(yīng)使焊縫盡量避開工應(yīng)使焊縫盡量避開工作應(yīng)力較大和易產(chǎn)生應(yīng)力作應(yīng)力較大和易產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位集中的部位 (4) (4) 應(yīng)避應(yīng)避免母材厚度免母材厚度方向工作時方向工作時受拉受拉 (5) (5)盡量盡量使焊縫避開使焊縫避開機(jī)加工面機(jī)加工面 q 4.4.3 4.4.3 焊接方法的選擇焊接方法的選擇 材料的焊接性材料的焊接性 焊件結(jié)構(gòu)特點焊件

37、結(jié)構(gòu)特點 生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量 經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性 q 4.4.4 4.4.4 焊接接頭設(shè)計焊接接頭設(shè)計 1 1接頭形式接頭形式 q (1) (1) 各類焊接接頭的特點各類焊接接頭的特點 1 1）對接接頭：）對接接頭： 應(yīng)力分布較均勻，承載能力較高且節(jié)省材料應(yīng)力分布較均勻，承載能力較高且節(jié)省材料, ,在在焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣焊接結(jié)構(gòu)中應(yīng)用最廣。 2 2）搭接接頭：）搭接接頭： 備料和裝配簡易，但承受載荷時應(yīng)力分布不均備料和裝配簡易，但承受載荷時應(yīng)力分布不均勻且受剪應(yīng)力作用，故承載能力不高勻且受剪應(yīng)力作用，故承載能力不高。 3 3）角接接頭和）角接接頭和T T形接頭：形接頭： 可承受不同方向的力和力矩，易產(chǎn)

38、生應(yīng)力集中可承受不同方向的力和力矩，易產(chǎn)生應(yīng)力集中, , 常用于桁架、底座、立柱等焊接結(jié)構(gòu)常用于桁架、底座、立柱等焊接結(jié)構(gòu)。 q (2) (2) 焊接接頭形式的選擇：焊接接頭形式的選擇： 1 1）焊接方法：）焊接方法： 熔焊適用于各類接頭形式。電阻點焊須采用搭熔焊適用于各類接頭形式。電阻點焊須采用搭接接頭，對焊和摩擦焊須采用對接接頭。釬焊多采接接頭，對焊和摩擦焊須采用對接接頭。釬焊多采用搭接接頭，用搭接接頭， 2 2）焊件結(jié)構(gòu)特點和使用要求：）焊件結(jié)構(gòu)特點和使用要求： 承載較大的焊接接頭宜采用對接接頭以減少應(yīng)承載較大的焊接接頭宜采用對接接頭以減少應(yīng)力集中，反之，可采用搭接、角接、力集中，反之，

39、可采用搭接、角接、T T形接等接頭形接等接頭形式，以便于備料和簡化工藝。形式，以便于備料和簡化工藝。 q 2 2坡口形式坡口形式 根據(jù)設(shè)計和工藝需要，在焊件的待焊部位加工根據(jù)設(shè)計和工藝需要，在焊件的待焊部位加工并裝配成的呈一定幾何形狀的溝槽并裝配成的呈一定幾何形狀的溝槽 常用的坡口形式有常用的坡口形式有I I形、形、V V形、形、U U形、形、X X形和雙形和雙U U形等形等( (如表如表4-4)4-4)。 (1) (1) 各類坡口的特點：各類坡口的特點： I I形坡口易于制備，但板厚較大時難于焊透。形坡口易于制備，但板厚較大時難于焊透。 V V形坡口較易制備，但厚板焊接時費(fèi)工費(fèi)料，且形坡口較

40、易制備，但厚板焊接時費(fèi)工費(fèi)料，且 焊接變形較大。焊接變形較大。 U U、X X、雙、雙U U形坡口焊接時省工省料，焊接變形小，形坡口焊接時省工省料，焊接變形小， 但制備較費(fèi)工，但制備較費(fèi)工，X X、雙、雙U U形還需雙面焊接。形還需雙面焊接。 q (2) (2) 坡口形式選擇：坡口形式選擇： 1 1）焊件板厚：）焊件板厚： 薄板對接一般采用薄板對接一般采用I I形坡口。隨著板厚的增大，形坡口。隨著板厚的增大，可采用其他適當(dāng)?shù)钠驴谛问?，以保證焊透并減小可采用其他適當(dāng)?shù)钠驴谛问剑员ＷC焊透并減小焊接量。焊接量。 2 2）焊件使用條件：）焊件使用條件： 承載較小或精度要求不高時，可采用承載較小或精度

41、要求不高時，可采用I I形、形、 V V形等坡口形式。承載較大或精度要求高時，宜采用形等坡口形式。承載較大或精度要求高時，宜采用 U U 形、形、X X形、雙形、雙U U形等坡口形式，以保證焊透且減小形等坡口形式，以保證焊透且減小焊接變形。焊接變形。q 4.4.5 4.4.5 焊接工藝設(shè)計示例焊接工藝設(shè)計示例 儲罐結(jié)構(gòu)如圖所示，質(zhì)量要求較高。板料尺寸為儲罐結(jié)構(gòu)如圖所示，質(zhì)量要求較高。板料尺寸為2000mm2000mm5000mm5000mm16mm16mm，材料為，材料為Q345Q345鋼，人孔管和排污管壁厚鋼，人孔管和排污管壁厚分別為分別為16mm16mm和和10mm10mm。現(xiàn)擬批量生產(chǎn)，

42、試制定焊接工藝方案?，F(xiàn)擬批量生產(chǎn)，試制定焊接工藝方案 q 4.5 膠接 v 膠接是用膠粘劑將被粘物表面連接在一起 優(yōu)點：材料的種類、厚度和形狀不限， 應(yīng)力集中和變形小， 大幅度提高接頭強(qiáng)度，尤其是疲勞強(qiáng)度； 可提高接頭的密封性能， 工藝簡便、生產(chǎn)效率高、成本低缺點：膠接接頭耐老化性、耐熱性、耐溶劑性均較差 膠接工藝要求較嚴(yán)、質(zhì)量較難檢驗 q4.5.1 4.5.1 膠接基礎(chǔ)膠接基礎(chǔ) 1 1固化機(jī)理固化機(jī)理 化學(xué)方法化學(xué)方法 聚合、交聯(lián)等反應(yīng)聚合、交聯(lián)等反應(yīng) 物理方法物理方法 乳膠液凝聚、溶液揮乳膠液凝聚、溶液揮 發(fā)或熔融體冷卻等發(fā)或熔融體冷卻等2 2粘結(jié)機(jī)理粘結(jié)機(jī)理 機(jī)械粘合論機(jī)械粘合論 膠粘劑

43、滲透到孔隙中，膠粘劑滲透到孔隙中， 固化后產(chǎn)生機(jī)械楔合作用固化后產(chǎn)生機(jī)械楔合作用 吸附論吸附論 表面分子間相互吸附表面分子間相互吸附 靜電論靜電論 靜電相互吸引而產(chǎn)生粘附力靜電相互吸引而產(chǎn)生粘附力 擴(kuò)散論擴(kuò)散論 分子相互擴(kuò)散，在界面上互分子相互擴(kuò)散，在界面上互溶溶 q 4.5.2 4.5.2 膠接接頭膠接接頭 接頭的類型接頭的類型 q 4.5.3 4.5.3 膠接工藝膠接工藝 工藝流程工藝流程 表面處理表面處理涂膠涂膠 膠層固化膠層固化質(zhì)量檢測質(zhì)量檢測 膠粘劑選擇：膠粘劑選擇：除膠接外，還起固定、密封等作用，綜合除膠接外，還起固定、密封等作用，綜合 考慮被粘物材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、使用條件和經(jīng)濟(jì)性等考慮被粘物材質(zhì)、結(jié)構(gòu)形狀、使用條件和經(jīng)濟(jì)性等 刷涂、噴涂、浸漬、注入和漏膠刷涂、噴涂、浸漬、注入和漏膠 清除表面污物、增加表面積和表面能清除表面污物、增加表面積和表面能 應(yīng)控制溫度、壓力和時間三個參數(shù)應(yīng)控制溫度、壓力和時間三個參數(shù) 破壞試驗幾乎是唯一依據(jù)破壞試驗幾乎是唯一依據(jù) 膠接膠接- -鉚（螺）釘：連接提高接頭密封性，減少應(yīng)力集鉚（螺）釘：連接提高接頭密封性，減少應(yīng)力集中中 膠接膠接- -點焊點焊 ：提高承受不均勻