先進(jìn)難焊材料的連接課件

材料連接新技術(shù)

——先進(jìn)難焊材料的連接材料連接新技術(shù)

——先進(jìn)難焊材料的連接1主要內(nèi)容先進(jìn)材料的概述先進(jìn)連接技術(shù)的概述塑料的連接高溫合金的連接陶瓷的連接復(fù)合材料的連接功能材料的連接其它先進(jìn)連接技術(shù)主要內(nèi)容先進(jìn)材料的概述2教學(xué)目的了解新型(先進(jìn))材料的研究與發(fā)展概況，掌握其成分、組織、性能等特點(diǎn)，重點(diǎn)掌握各類新型材料的冶金連接性能及連接工藝特點(diǎn)。了解各種材料連接的新興技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，掌握其基本理論及技術(shù)方面的有關(guān)知識(shí)，分析和解決先進(jìn)材料在連接過(guò)程中出現(xiàn)的各種焊接問(wèn)題，能夠結(jié)合具體材料選擇合適的連接方法。教學(xué)目的了解新型(先進(jìn))材料的研究與發(fā)展概況，掌握其成分、組3第一章先進(jìn)材料的概述先進(jìn)(新型)材料的分類和特點(diǎn)先進(jìn)(新型)材料的應(yīng)用及發(fā)展第一章先進(jìn)材料的概述先進(jìn)(新型)材料的分類和特點(diǎn)41.1先進(jìn)材料的特點(diǎn)及分類1.1.1基本概念材料：●人類可接受、能經(jīng)濟(jì)地制造有用器件（或物品）的物質(zhì)。

先進(jìn)材料：●具有比傳統(tǒng)鋼鐵材料和有色金屬材料更加優(yōu)異的性能，能夠滿足高新技術(shù)發(fā)展需要的一類工程材料，如高技術(shù)陶瓷、金屬間化合物、復(fù)合材料等。

●指那些新近開(kāi)發(fā)或正在開(kāi)發(fā)的具有優(yōu)異性能和特殊用途的材料。1.1先進(jìn)材料的特點(diǎn)及分類1.1.1基本概念先進(jìn)5按照材料屬性劃分1.1.2先進(jìn)材料的分類先進(jìn)金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料先進(jìn)復(fù)合材料按照材料屬性劃分1.1.2先進(jìn)材料的分類先進(jìn)金屬材料6按材料的使用性能分結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理化性能，以滿足高強(qiáng)度、高剛度、高硬度、耐高溫、耐磨、耐蝕、抗輻照等性能要求的材料。功能材料：利用材料具有的電、磁、聲、光、熱等效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)某種功能的材料，如超導(dǎo)材料、磁性材料、光敏材料、熱敏材料、隱身材料和核材料等。按材料的使用性能分結(jié)構(gòu)材料：利用材料的力學(xué)和理化性能，以滿足7

工程中經(jīng)常涉及的先進(jìn)材料主要包括：先進(jìn)陶瓷金屬間化合物高溫合金復(fù)合材料這些材料的一個(gè)共同特點(diǎn)是強(qiáng)度和硬度高，塑性和韌性差，焊接中極易產(chǎn)生裂紋，采用常規(guī)的焊接方法很難對(duì)這類材料進(jìn)行焊接。工程中經(jīng)常涉及的先進(jìn)材料主要包括：8主要特點(diǎn)：與高技術(shù)密切相關(guān)1.1.3先進(jìn)材料的特點(diǎn)從先進(jìn)材料的合成和制造看，往往是利用了一些通過(guò)高技術(shù)獲得的極端條件作為必要手段。(例如：超高壓、超高真空、極低溫、超高速冷卻以及超高純度等)先進(jìn)材料的研究與發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用密切相關(guān)。先進(jìn)材料的質(zhì)量要求往往是非?？量痰?例如超微量的雜質(zhì)以及原子級(jí)的缺陷等)先進(jìn)材料本身就是高技術(shù)的一部分，屬于技術(shù)密集程度高和保密性強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)。主要特點(diǎn)：與高技術(shù)密切相關(guān)1.1.3先進(jìn)材料的特點(diǎn)先進(jìn)材料9各種先進(jìn)材料的性能特點(diǎn)：先進(jìn)陶瓷材料金屬間化合物高溫合金鈦及鈦合金復(fù)合材料超導(dǎo)材料各種先進(jìn)材料的性能特點(diǎn)：先進(jìn)陶瓷材料101.2先進(jìn)材料的發(fā)展通過(guò)控軋、控冷、控制雜質(zhì)含量以及多元微合金等措施

生產(chǎn)出了高強(qiáng)度、高韌性和抗裂性能好的新型高強(qiáng)度鋼1.2.1先進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)材料通過(guò)定向結(jié)晶、單晶化和微晶化等控制凝固過(guò)程的技術(shù)來(lái)獲得常規(guī)凝固條件下得不到的控制結(jié)晶結(jié)構(gòu)的高級(jí)合金通過(guò)快速冷卻，可以細(xì)化晶粒獲得微晶和納米晶，也能使金屬中合金元素的偏析大大降低，提高合金化程度不致于產(chǎn)生脆性相，同時(shí)還可以生產(chǎn)出新的合金成分高于平衡狀態(tài)的固溶體材料，顯著提高合金的性能。1.2先進(jìn)材料的發(fā)展通過(guò)控軋、控冷、控制雜質(zhì)含量以及多11純鈦的形態(tài)海綿鈦純鈦的形態(tài)海綿鈦12

主要是根據(jù)航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的需求發(fā)展起來(lái)的一類綜合性能優(yōu)異的耐熱熱塑性工程塑料。1.2.2高性能工程塑料(特種工程塑料)

特種工程塑料(美Highperformanceplsatics;日SuperEngineeringplastics)的特點(diǎn)：具有優(yōu)異的耐熱性，熱變形溫度在200℃以上，長(zhǎng)期使用溫度在150℃以上，且具有一定機(jī)械強(qiáng)度的聚合物。主要是根據(jù)航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的需求發(fā)展13

電噴發(fā)動(dòng)機(jī)油泵葉輪發(fā)動(dòng)機(jī)水泵葉輪電噴發(fā)動(dòng)機(jī)油泵葉輪發(fā)動(dòng)機(jī)水泵葉輪14組成：SiO2Al2O3MgOSi3N4SiCZrO2粉末制備工藝：機(jī)械粉碎物理化學(xué)方法制備超細(xì)粉末燒結(jié)方法：大氣燒結(jié)在控制氣氛中的熱壓燒結(jié)熱等靜壓燒結(jié)微波燒結(jié)1.2.3先進(jìn)陶瓷材料組成：SiO2Al2O3MgOSi315先進(jìn)難焊材料的連接課件16氮化硅陶瓷刀具α-Al2O3與κ-Al2O3交替涂層的刀具氮化硅陶瓷刀具α-Al2O3與κ-Al2O3交替涂層的刀具17先進(jìn)難焊材料的連接課件18復(fù)合材料：以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料，各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。1.2.4先進(jìn)復(fù)合材料6000年前人類就已經(jīng)會(huì)用稻草加粘土作為建筑復(fù)合材料。水泥復(fù)合材料已方法應(yīng)用于高樓大廈和河堤大壩等的建筑，發(fā)揮著極為重要的作用。燕子窩：泥土-草復(fù)合材料復(fù)合材料：以一種材料為基體，另一種材料為增強(qiáng)體組合而成的材料19先進(jìn)難焊材料的連接課件20B787材料分布B787材料分布21材料連接新技術(shù)

第二章先進(jìn)連接技術(shù)概述材料連接新技術(shù)

第二章先進(jìn)連接技術(shù)概述22主要內(nèi)容材料連接的原理與分類現(xiàn)代焊接技術(shù)的發(fā)展歷程先進(jìn)的材料連接技術(shù)主要內(nèi)容材料連接的原理與分類23一。材料連接的原理及分類材料連接是通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄?，使兩個(gè)或兩個(gè)以上分離的固態(tài)物體產(chǎn)生形成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)物理量的傳導(dǎo)。主要連接方法機(jī)械連接焊接膠接鉚接釬接微連接技術(shù)一。材料連接的原理及分類材料連接是通過(guò)適當(dāng)?shù)氖侄?，使兩個(gè)或兩24焊接與機(jī)械連接（如螺紋連接、鉚接等）比較強(qiáng)度高，密封性好，接頭重量輕，加工簡(jiǎn)單，節(jié)約材料。先進(jìn)連接技術(shù)的特征：接頭的質(zhì)量要好生產(chǎn)效率高節(jié)約材料與能源操作便捷一。材料連接的原理及分類焊接與機(jī)械連接（如螺紋連接、鉚接等）比較強(qiáng)度高，先進(jìn)連接技術(shù)25焊接在實(shí)際生活中扮演著重要的角色一。材料連接的原理及分類焊接在實(shí)際生活中扮演著重要的角色一。材料連接的原理及分類261.焊接的原理固體是依靠鍵作用結(jié)合在一起的。以金屬材料為例，結(jié)合力為金屬鍵。根據(jù)雙原子模型，兩個(gè)原子之間的結(jié)合力取決于二者之間的引力和斥力；原子間距離為r*時(shí)的結(jié)合力（引力）最大，大于和小于r*時(shí)，結(jié)合力均顯著減小。雙原子相互作用模型1.焊接的原理固體是依靠鍵作用結(jié)合在一起的。以金屬材料為例272.焊接的條件從理論上講，要達(dá)到焊接的目的，只須使兩個(gè)工件表面緊密接觸，兩個(gè)表面的原子間相距接近r*即可。實(shí)際上，即使經(jīng)過(guò)精密加工的金屬表面，從微觀上也是存在凸凹不平。同時(shí)金屬表面常伴有氧化膜、雜質(zhì)原子吸附以及水分、有機(jī)物吸附層，這些都會(huì)妨礙金屬表面的緊密接觸。為了使金屬表面緊密接觸，就需要能量，有兩種形式：壓力和熱量。2.焊接的條件從理論上講，要達(dá)到焊接的目的，只須使兩個(gè)工件28壓力可以破壞接觸表面的氧化膜，使待連接處發(fā)生局部塑性變性，增加有效接觸面積；熱量可以使接觸處金屬達(dá)到塑性變形或熔化狀態(tài)，并使該處的氧化膜迅速分解，并增加原子的振動(dòng)能，促進(jìn)擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)、再結(jié)晶和結(jié)晶等物理化學(xué)反應(yīng)。每種金屬實(shí)現(xiàn)焊接所必須的溫度和壓力之間存在一定的關(guān)系，溫度越高需要的壓力越小，熔化焊接可以不需要壓力。壓力可以破壞接觸表面的氧化膜，使待連接處發(fā)生局部塑性變性，增29金屬材料焊接又可以表述成：通過(guò)加熱、或加壓，或二者并用，使分離的兩種或兩種以上的材料（同種或異種）接觸處原子擴(kuò)散、再結(jié)晶、化學(xué)反應(yīng)和結(jié)晶等過(guò)程，從而形成共同晶粒的過(guò)程。Weldingisaprocessofmetaljoiningbyapplyingheatandsometimepressure.金屬材料焊接又可以表述成：通過(guò)加熱、或加壓，或二者并用，使分30通過(guò)加熱和加壓提供焊接能量外，還必須注意，金屬表面的氧化物一旦去除，就要避免在焊接過(guò)程中再次形成表面膜，特別是氧化物。因此幾乎每一種焊接工藝都要在焊接過(guò)程中排除大氣，即對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行保護(hù)。焊接保護(hù)的方法很多，可以使用焊劑、保護(hù)氣氛或者在真空中操作。另一個(gè)焊接要求就是控制焊接冶金。焊接冶金包括物理冶金和化學(xué)冶金，物理冶金如原子的擴(kuò)散，晶界遷移，熔化結(jié)晶；化學(xué)冶金包括焊接區(qū)域的氣氛-焊渣-液態(tài)金屬-高溫固態(tài)金屬間的各種化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)加熱和加壓提供焊接能量外，還必須注意，金屬表面的氧化物一31總之，焊接連接必須滿足四個(gè)方面的要求：通過(guò)加壓或加熱提供必須的能量；去除表面的氧化物；避免大氣污染；控制焊接冶金。總之，焊接連接必須滿足四個(gè)方面的要求：通過(guò)加壓或加熱提供必323、焊接技術(shù)的分類第一層次，按接縫處是否熔化將焊接方法劃分為三大類，即熔化焊、固相焊和釬焊。第二層次，按能源種類細(xì)分為電弧焊、電阻焊、氣焊、鋁熱焊、摩擦焊等類。第三層次，按保護(hù)方式等分為無(wú)保護(hù)、真空、氣保護(hù)等方法。3、焊接技術(shù)的分類第一層次，按接縫處是否熔化將焊接方法劃分為33主要材料連接方法具體分類焊接固相焊釬焊熔化焊電焊

化學(xué)能焊高能束焊非熔化極

熔化極電阻焊冷壓焊摩擦焊擴(kuò)散焊閃光焊超聲焊爆炸焊氣電焊焊條焊埋弧焊藥芯焊電渣焊鎢極氬弧焊等離子弧焊激光焊電子束焊主要材料連接方法具體分類焊接固相焊釬焊熔化焊電焊化學(xué)能焊高34焊接技術(shù)的命名按照如下順序：1）保護(hù)的方式；2）熱源或能量源的種類；3）接頭類型。氬氣保護(hù)鎢極電弧焊、真空電子束焊、電阻點(diǎn)焊等如：焊接技術(shù)的命名按照如下順序：1）保護(hù)的方式；氬氣保護(hù)鎢極電弧35焊接方法名稱通?？梢院?jiǎn)略說(shuō)，如二氧化碳焊——二氧化碳?xì)怏w保護(hù)電弧焊；手弧焊——手工藥皮焊條電弧焊等。這些加工往往伴隨焊接與連接；使用的設(shè)備相同或相似。與焊接相近的加工技術(shù)，如堆焊、噴鍍、熱切割等。焊接方法名稱通常可以簡(jiǎn)略說(shuō)，如二氧化碳焊——二氧化碳?xì)怏w保護(hù)36二。焊接的發(fā)展歷程焊接是一門新興的同時(shí)又是一門古老的技術(shù)。從歷史上說(shuō)，它在3000年以前就有記載，但真正成為一門重要的制造技術(shù)，是最近百年的事。二。焊接的發(fā)展歷程焊接是一門新興的同時(shí)又是一門古老的技術(shù)。37焊接發(fā)展歷程大致分成三個(gè)階段：第一次工業(yè)革命前，以炭火加熱的鍛焊、釬焊等為代表；第一次工業(yè)革命到二次世界大戰(zhàn)前，以手工電弧焊和電阻焊等為代表；二次世界大戰(zhàn)后，以氣電焊、激光焊等為代表。焊接發(fā)展歷程大致分成三個(gè)階段：第一次工業(yè)革命前，以炭火加熱的38鍛焊在古代鍛焊曾是金屬連接的唯一方式。鍛焊在古代鍛焊曾是金屬連接的唯一方式。39電焊電阻焊

1856年，James

Joule首次成功用電阻加熱法對(duì)一捆銅絲進(jìn)行了熔化焊接。1886年，Elihu

Thomson制造了首臺(tái)焊接變壓器，隨后又發(fā)明了點(diǎn)焊機(jī)、縫焊機(jī)、凸焊機(jī)以及閃光對(duì)焊機(jī)。

1964年，Unimation生產(chǎn)的首批用于電阻點(diǎn)焊的機(jī)器人在通用汽車公司使用。目前仍廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)和對(duì)其它許多金屬片的焊接上。電焊電阻焊

1856年，James

Joule首次成功用電阻40汽車車體焊接裝配生產(chǎn)線汽車車體焊接裝配生產(chǎn)線41電弧焊

1810年，Humphrey

Davy在電路的兩極造了一個(gè)穩(wěn)定的電弧——電弧焊的基礎(chǔ)。1881年，Nikolai

Benardos在碳極和工件間產(chǎn)生了電弧，金屬棒或金屬絲可以送進(jìn)這個(gè)電弧并熔化。1890年，Benardos進(jìn)一步完善了這一焊接法，用金屬棒代替碳棒作為電極，焊接過(guò)程中電極熔化，充當(dāng)熱源和填充金屬。1907年，Oscar

Kjellberg發(fā)明了涂層焊條，使焊縫質(zhì)量顯著改善，電焊技術(shù)得到突破。19世紀(jì)末以前沒(méi)有出現(xiàn)電焊的原因之一就是缺乏合適的電源。電弧焊

1810年，Humphrey

Davy在電路的42先進(jìn)難焊材料的連接課件43一戰(zhàn)期間，艦船等裝備的需求刺激了一批廉價(jià)、快捷的焊接技術(shù)的發(fā)展；二戰(zhàn)期間，航空業(yè)有色金屬（鎂、鋁）連接的需求刺激了新的焊接技術(shù)的產(chǎn)生。一戰(zhàn)期間，艦船等裝備的需求刺激了一批廉價(jià)、快捷的焊接技術(shù)的發(fā)44焊接技術(shù)的發(fā)展歷史1908電渣焊ESW；俄羅斯美國(guó)烏克蘭

1909等離子焊接

PAW；德國(guó)美國(guó)1920鎢極惰性氣體保護(hù)電弧焊

TIG，GMAW；

美國(guó)1930

螺柱焊；美國(guó)1930熔化極惰性氣體保護(hù)電弧焊

MIG；美國(guó)

1930

埋弧焊

SAW；

美國(guó)1953活性氣體保護(hù)電弧焊

MAG，GMAW；俄羅斯1970激光焊接

LBW；英國(guó)1991攪拌摩擦焊

FSW英國(guó)…

焊接技術(shù)的發(fā)展歷史1908電渣焊ESW；俄羅斯美國(guó)烏克蘭

45三。先進(jìn)的材料連接技術(shù)激光焊接電子束焊接擴(kuò)散連接技術(shù)三。先進(jìn)的材料連接技術(shù)激光焊接46激光加工技術(shù)在汽車中的應(yīng)用激光加工技術(shù)在汽車中的應(yīng)用47光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍光束參數(shù)積與激光功率決定加工范圍48先進(jìn)難焊材料的連接課件49先進(jìn)難焊材料的連接課件50固態(tài)擴(kuò)散連接擴(kuò)散連接加中間層的擴(kuò)散連接不加中間層的擴(kuò)散連接真空擴(kuò)散連接氣體保護(hù)擴(kuò)散連接溶劑保護(hù)擴(kuò)散連接燒結(jié)－擴(kuò)散連接瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接超塑性成形－擴(kuò)散連接擴(kuò)散連接固態(tài)擴(kuò)散連接擴(kuò)散連接加中間層的擴(kuò)散連接不加中間層的擴(kuò)散連接真51材料連接新技術(shù)

第三章塑料連接材料連接新技術(shù)

第三章塑料連接52主要內(nèi)容塑料概論塑料焊接的原理及影響因素塑料焊接方法主要內(nèi)容塑料概論531.塑料的概念

塑料：一種以高分子合成樹(shù)脂為主要成分，以增塑劑、填充劑、潤(rùn)滑劑、著色劑等添加劑為輔料成分的材料。它在一定的溫度和壓力下，塑制成不同形狀的型材或制品，外力解除后在常溫下仍能保持不變的形狀。第一節(jié)塑料概論1.塑料的概念第一節(jié)塑料概論54增塑劑：可增加塑料的可塑性和柔軟性，降低脆性，使塑料易于加工成型。例如生產(chǎn)聚氯乙烯塑料時(shí)，若加入較多的增塑劑便可得到軟質(zhì)聚氯乙烯塑料，若不加或少加增塑劑(用量<10%)，則得硬質(zhì)聚氯乙烯塑料。填充劑：可以提高塑料的強(qiáng)度和耐熱性能，并降低成本。例如酚醛樹(shù)脂中加入木粉后可大大降低成本，使酚醛塑料成為最廉價(jià)的塑料之一，同時(shí)還能顯著提高機(jī)械強(qiáng)度。潤(rùn)滑劑：防止塑料在成型時(shí)粘在金屬模具上，同時(shí)可使塑料的表面光滑美觀。常用的潤(rùn)滑劑有硬脂酸及其鈣鎂鹽等。著色劑：可使塑料具有各種鮮艷、美觀的顏色。常用有機(jī)染料和無(wú)機(jī)顏料作為著色劑。增塑劑：可增加塑料的可塑性和柔軟性，降低脆性，使塑料易于加工55在塑料加工術(shù)語(yǔ)中，由塑料母料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰闲筒幕蛑破返墓に嚪Q為一次加工工藝，或成型工藝；對(duì)塑料型材或構(gòu)件等的進(jìn)一步加工稱為二次加工工藝。塑料焊接屬于塑料的二次加工工藝。在塑料加工術(shù)語(yǔ)中，由塑料母料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芰闲筒幕蛑破返墓?62.塑料的特點(diǎn)大多數(shù)塑料質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、不會(huì)銹蝕。耐沖擊性好具有較好的透明性和耐磨耗性絕緣性好、導(dǎo)熱性低一般成型性、著色性好，加工成本低大部分塑料耐熱性差，熱膨脹率大，易燃燒尺寸穩(wěn)定性差，容易變形多數(shù)塑料耐低溫性差，低溫下變脆容易老化2.塑料的特點(diǎn)大多數(shù)塑料質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、不會(huì)銹蝕。573.塑料的分類通用塑料按使用特性分：工程塑料特種塑料按理化特性分：熱固性塑料熱塑性塑料3.塑料的分類通用塑料按理化特性58通用塑料：產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)格便宜的塑料。例如：聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC等。工程塑料：能承受一定外力作用，具有良好的機(jī)械性能和耐高、低溫性能，尺寸穩(wěn)定性較好，可以用作工程結(jié)構(gòu)的塑料。例如：聚酰胺PA等。特種塑料：具有特種功能，可用于航空、航天等特殊應(yīng)用領(lǐng)域的塑料。例如：氟塑料和有機(jī)硅具有突出的耐高溫、自潤(rùn)滑等特殊功用；增強(qiáng)塑料和泡沫塑料具有高強(qiáng)度、高緩沖性能等特殊性能，都屬于特種塑料的范疇。通用塑料：產(chǎn)量大、用途廣、成型性好、價(jià)格便宜的塑料。例如：聚59熱固性塑料：在成形過(guò)程中產(chǎn)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)從加工前的線形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)狀體型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)一旦形成就不溶解、不熔化、也不再能粘滯的流動(dòng)。在過(guò)高的溫度下，熱固性塑料會(huì)碳化。線型(加工前)少量交鏈(加工中)交聯(lián)型(成型后)熱固性塑料：在成形過(guò)程中產(chǎn)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，分子結(jié)構(gòu)從加工60由于熱固性塑料一次加工成形后的不熔性質(zhì)，使熱固性塑料無(wú)焊接性而言。熱固性塑料主要用于隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環(huán)境中使用的塑料，最常用的是炒鍋鍋把手和高低壓電器。由于熱固性塑料一次加工成形后的不熔性質(zhì)，使熱固性塑料61例如：酚醛樹(shù)脂的應(yīng)用與性能制造隔音、隔熱材料等耐火材料、摩擦材料例如：酚醛樹(shù)脂的應(yīng)用與性能制造隔音、隔熱材料等耐火材料、摩擦62沿海城市潮濕，鹽分過(guò)多的氣候，不生銹、不腐蝕、不風(fēng)化、使用年限久儲(chǔ)存腐蝕性介質(zhì)，耐多種酸、堿、鹽和有機(jī)溶劑。沿海城市潮濕，鹽分過(guò)多的氣候，不生銹、不腐蝕、63電絕緣性能優(yōu)異耐高溫電絕緣性能優(yōu)異耐高溫64熱塑性塑料：分子鏈都是線型或帶支鏈結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無(wú)化學(xué)鍵產(chǎn)生，可以在一定的溫度作用下軟化直至塑料流，冷卻又重新硬化。在這個(gè)可反復(fù)多次的可逆變形過(guò)程中，大分子的化學(xué)性質(zhì)不變，當(dāng)溫度大于極限溫度后，熱塑性塑料會(huì)化學(xué)分解。塑料的焊接僅指熱塑性塑料。日常生活中使用的大部分塑料屬于這個(gè)范疇。熱塑性塑料：分子鏈都是線型或帶支鏈結(jié)構(gòu)，分子鏈之間無(wú)化學(xué)鍵產(chǎn)65常用熱塑性塑料:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。常用熱塑性塑料:聚乙烯(PE)、聚丙664.描述熱塑性塑料使用性質(zhì)和工藝性質(zhì)的溫度參數(shù)玻璃化溫度Tg粘態(tài)流動(dòng)溫度Tf熔化溫度Tm熱分解溫度Td4.描述熱塑性塑料使用性質(zhì)和工藝性質(zhì)的溫度參數(shù)玻璃化溫度Tg67玻璃態(tài)：機(jī)械加工高彈態(tài)：橡膠粘流態(tài)：可擠壓性、可模塑性玻璃態(tài)：機(jī)械加工68熱塑性塑料工藝加工的溫度范圍：

Td-Tm(Tf)塑料的焊接就是在這個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)行的：①Tm或Tf的數(shù)值越高，塑料焊接的溫度就越高，設(shè)備成本因此也越高。②Tm或Tf與Td之間的區(qū)域越窄，塑料焊接的操作越困難。熱塑性塑料工藝加工的溫度范圍：塑料的焊接就是在這個(gè)溫度區(qū)間進(jìn)691.塑料焊接的原理

塑料焊接的基本原理是熱熔狀態(tài)的塑料大分子在焊接壓力的作用下相互擴(kuò)散，產(chǎn)生范德華作用力，從而緊密的焊接在一起。第二節(jié)塑料焊接原理及影響因素1.塑料焊接的原理第二節(jié)塑料焊接原理及影響因素塑料焊接的必要條件：溫度：導(dǎo)致塑料熔融流動(dòng)的焊接溫度壓力：對(duì)焊接表面施加適當(dāng)?shù)膲毫?，焊接材料將由彈性向塑性過(guò)渡，并可以促進(jìn)大分子相互擴(kuò)散，并擠去焊縫中殘余氣隙，從而增加焊接面密封性能時(shí)間：要有適當(dāng)?shù)臒崛蹠r(shí)間和足夠的冷卻時(shí)間。當(dāng)熱功率一定時(shí)，時(shí)間不夠會(huì)出現(xiàn)虛焊，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)造成焊件變形，熔渣溢出，有時(shí)還會(huì)在非焊接部位出現(xiàn)熱斑（變色）。必須保證焊接面吸收足夠的熱量達(dá)到充分熔融的狀態(tài)，才能保證分子間充分?jǐn)U散熔合，同時(shí)必須保證足夠的冷卻時(shí)間使焊縫達(dá)到足夠的強(qiáng)度。

塑料焊接的必要條件：71比較塑料焊接與金屬焊接的異同相同：都要熱源和焊條接頭的類型大致相同焊接方法相同強(qiáng)度的評(píng)定方法相似？比較塑料焊接與金屬焊接的異同相同：？72不同：焊接金屬時(shí)，焊條與基體材料熔成一體。金屬有確定的熔點(diǎn)，而塑料在軟化溫度和燒焦或燃燒的溫度之間有很大的熔化溫度范圍。此外，與金屬不同的是，塑料的導(dǎo)熱性極差(可認(rèn)為其不導(dǎo)熱)，這是塑料在焊接時(shí)很難保持熱量的均勻性。在對(duì)其加熱時(shí)，塑料表面下的塑料部分還未完全熔化時(shí)，塑料焊條和塑料表面就會(huì)燒焦或燃燒。在焊接溫度下分解的時(shí)間比在熔焊中使許多塑料軟化所需的時(shí)間短，所以塑料焊機(jī)的工作溫度范圍要比金屬焊機(jī)小得多。不同：73由于塑料焊條不會(huì)完全熔化，所以在焊接前后看了沒(méi)有變樣。從事焊接金屬的技工往往會(huì)認(rèn)為這樣的塑料焊接是不完全的。理由是，因?yàn)橹挥泻笚l的外表面熔化，其內(nèi)芯仍然是硬的。焊工可向焊條施加壓力，使它進(jìn)入焊區(qū)并形成永久結(jié)合。焊接塑料時(shí)，材料在熱量和壓力的適當(dāng)結(jié)合下熔融在一起。采用常用的手工焊接方法時(shí)，這種結(jié)合是靠用一只手向焊條施加壓力，而同時(shí)用焊炬的熱氣把焊條和基體材料加熱并保持扇形動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)。成功的焊接在于保持壓力和熱量恒定和適當(dāng)均衡。對(duì)焊條施加過(guò)大壓力會(huì)使焊縫擴(kuò)大，而熱量過(guò)多會(huì)使塑料燒焦。由于塑料焊條不會(huì)完全熔化，所以在焊接前后看了沒(méi)有變樣。從事焊742.塑料焊接的影響因素(1)塑料的焊接工藝首先應(yīng)該根據(jù)母材的焊接性能制訂。除了母材因素外，塑料的一次加工過(guò)程也是影響焊接性能的重要因素之一。通常，由于一次成型加工，塑料內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)、分子取向狀態(tài)、結(jié)晶度以及內(nèi)應(yīng)力等均已發(fā)生變化，這些變化往往影響塑料的焊接性能或者焊接強(qiáng)度。2.塑料焊接的影響因素(1)塑料的焊接工藝首先應(yīng)該根據(jù)母材的75(2)焊件預(yù)處理狀態(tài)焊件表面清潔——脫脂去污(注意選用的脫脂清潔劑不能溶解被焊接材料，也不應(yīng)使之膨脹)焊件表面平整與平行的預(yù)加工處理例如①管道端面對(duì)接焊時(shí)，必須先用平行機(jī)動(dòng)旋刀削平兩個(gè)管材的被焊端面，并保證兩個(gè)端面相互接觸時(shí)基本平行②用于超聲波焊接的塑料注塑件，其注塑模具應(yīng)保證該構(gòu)件的焊接面平行接觸。(2)焊件預(yù)處理狀態(tài)76(3)焊接接頭的強(qiáng)度既與被焊塑料的品種和材質(zhì)有關(guān)，又與焊接工藝方法有關(guān)。(3)焊接接頭的強(qiáng)度既與被焊塑料的品種和材質(zhì)有關(guān)，又與焊接工77(4)塑料的吸濕性如果焊接潮濕的塑料制品，內(nèi)含的水分會(huì)在受熱后化為蒸氣跑出而在焊面上出現(xiàn)氣泡，使焊接面密封性能減弱。吸濕較為嚴(yán)重的材料有PA、ABS、PMMA等。用這些材料做的制品，焊前必須進(jìn)行干燥處理。(4)塑料的吸濕性78(5)塑料中的填充物

如玻璃纖維、滑石粉、云母等，它們改變了材料的物理特性。塑料中填充料的含量同塑料的可焊性和焊接質(zhì)量有很大的關(guān)系。填充物含量低于20%的塑料可以正常進(jìn)行焊接，不需要進(jìn)行特殊的處理。填充物含量超過(guò)30%時(shí)，由于表面塑料比例不足，分子間融合的不夠，會(huì)降低密封性。

(5)塑料中的填充物79第三節(jié)塑料焊接方法第三節(jié)塑料焊接方法80一、熱氣焊(熱空氣塑料焊接)熱氣體：大多數(shù)情況下即熱風(fēng)，利用電加熱元件將一定壓力的空氣加熱壓力：通過(guò)手動(dòng)或機(jī)械方式1.基本概念將熱氣體通過(guò)噴嘴噴到塑料上，對(duì)塑料表面加熱，并對(duì)焊接區(qū)施加壓力，從而進(jìn)行焊接的方法稱為熱氣焊。在塑料焊接的發(fā)展和應(yīng)用中，熱氣焊方法歷史最長(zhǎng)，應(yīng)用廣泛。兩個(gè)要素：一、熱氣焊(熱空氣塑料焊接)熱氣體：大多數(shù)情況下即熱風(fēng)，利用812.熱氣焊方法的分類(1)熱氣擺動(dòng)焊擺動(dòng)熱氣噴口，分別對(duì)被焊基體和焊條加熱，焊條在一定的手持頂緊力下熔化，進(jìn)而進(jìn)入焊縫。2.熱氣焊方法的分類(1)熱氣擺動(dòng)焊82(2)熱氣嵌入焊焊條先被引進(jìn)焊槍頭部并被預(yù)熱塑化，自然熔嵌進(jìn)焊縫。通過(guò)焊槍頭的設(shè)計(jì)或其他專用工具，可以根據(jù)焊縫的形式，手動(dòng)施加一定的焊接壓力(2)熱氣嵌入焊83(3)熱氣搭接焊用熱氣對(duì)塑料的搭接縫隙進(jìn)行加熱，并用手壓或機(jī)械裝置對(duì)焊接區(qū)施加壓力，從而實(shí)現(xiàn)焊接。熱氣搭接焊一般不需要焊條。(3)熱氣搭接焊84(4)熱氣擠塑焊以焊接填料在塑化裝置(擠出機(jī))內(nèi)充分均勻混合，塑化后擠出的棒狀熔料為焊接填料，填進(jìn)已預(yù)熱至焊接溫度的焊接表面并用專用壓具壓實(shí)的塑料焊接方法。主要用于聚乙烯和聚丙烯塑料的焊接。(4)熱氣擠塑焊85(1)空氣壓縮機(jī)提供熱氣焊時(shí)的熱源。為了便于野外施工使用，也可采用300W吹塵機(jī)來(lái)代替笨重的空氣壓縮機(jī)。(2)空氣過(guò)濾器也稱油水分離器或干燥過(guò)濾器。由于空氣中存在水分和灰塵會(huì)降低焊接強(qiáng)度，并影響焊槍的使用壽命。例如，空氣中的水分對(duì)電熱焊槍的電阻有很大的損害，成為經(jīng)常修理的原因。3.熱氣焊方法的設(shè)備(3)變壓器用于改變焊槍內(nèi)電熱絲的供電電壓的大小，從而調(diào)節(jié)焊槍噴嘴噴出的壓縮空氣的溫度。(1)空氣壓縮機(jī)3.熱氣焊方法的設(shè)備(3)變壓器86(4)焊槍金屬外殼空心手柄噴嘴：該部分的設(shè)計(jì)最為重要。若噴嘴直徑過(guò)小時(shí)，受熱面太窄，無(wú)法使焊條和焊接面均勻受熱；若噴嘴直徑過(guò)大，易使焊接面熔融過(guò)多，焊接時(shí)起毛，影響外觀。組成(4)焊槍金屬外殼組成87手焊槍快速焊槍噴嘴大可用大直徑焊條，提高工作效率對(duì)熱氣作了分流：一部分熱氣用來(lái)加熱基材；另一部分用來(lái)預(yù)熱焊條由機(jī)械操縱分類手焊槍噴嘴大分類884.熱氣焊材料

氣源熱氣焊過(guò)程中作為焊接熱源載體的氣體必須去油、去水分。熱氣可以是空氣，或氮?dú)獾榷栊詺怏w。出于安全考慮，熱氣焊不得使用可燃?xì)怏w作為熱源氣體。根據(jù)被焊塑料品種不同，加熱要求不同，氣源溫度不同。塑料品種聚氯乙烯聚丙烯有機(jī)玻璃聚碳酸酯聚甲醛熱氣溫度℃210±20220±20250±10330±10230±10典型塑料品種熱氣焊的溫度范圍4.熱氣焊材料

氣源塑料品種聚氯乙烯聚丙烯有機(jī)玻璃聚碳酸酯聚填充材料常見(jiàn)的熱氣焊填充材料有圓形、矩形截面以及繩狀或條狀的焊條。熱塑性硬塑料的焊接多用直徑為2mm、3mm或4mm的圓截面焊條。熱塑性軟塑料多使用不小于3mm直徑的繩狀或條狀焊條。填充材料905.熱氣焊基本順序?qū)⒑笝C(jī)調(diào)節(jié)到適當(dāng)溫度用塑料清潔劑清洗零件開(kāi)破口定位焊或用膠粘好使用合適的焊條和噴嘴焊接。(焊條頂緊在焊道坡口的焊接表面上，然后用熱風(fēng)均勻?qū)ζ浼澳覆募訜?，直至熔融焊合。焊好后冷卻、硬化處理約30min)將焊縫磨光、擦光或刮出適當(dāng)?shù)妮喞托螤?.熱氣焊基本順序?qū)⒑笝C(jī)調(diào)節(jié)到適當(dāng)溫度916.影響熱氣焊接質(zhì)量的因素塑料母材的焊接性與母材相適應(yīng)的填充材料，一般焊條應(yīng)與母材相同焊縫的形式和焊道數(shù)。一般講，焊道數(shù)應(yīng)少，每道應(yīng)厚。焊接條件(溫度、速度、壓力)a.溫度。焊接溫度一般是熱氣流溫度190~220℃左右。若焊接溫度增高，焊接速度也應(yīng)增快，但溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生焦灼；溫度過(guò)低，會(huì)使焊縫與材料之間強(qiáng)度降低。b.速度。焊速一般為9~15米/時(shí)。焊速太快而溫度又低時(shí)，焊條和焊件沒(méi)有充分軟化，就粘接不牢，在焊縫斷面能看到一根根圓形的焊條；焊速太慢而焊接溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)燒焦。c.壓力。焊接時(shí)，焊條和對(duì)焊條施加壓力的方向都應(yīng)與被焊材料的焊縫成90°角度。6.影響熱氣焊接質(zhì)量的因素塑料母材的焊接性927.熱氣焊的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：焊接設(shè)備容易攜帶缺點(diǎn)：焊接過(guò)程緩慢7.熱氣焊的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：焊接設(shè)備容易攜帶93二、熱工具焊利用一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱工具對(duì)被焊塑料的表面進(jìn)行加熱，直至其表面層充分熔化，然后在壓力作用下進(jìn)行焊接的方法稱為發(fā)熱工具焊接，或簡(jiǎn)稱為熱工具焊。熱工具焊是目前應(yīng)用最廣泛的塑料焊接方法之一。熱工具焊通常不需要填充材料，依靠手力或機(jī)械力產(chǎn)生焊接壓力。1.基本概念二、熱工具焊利用一個(gè)或多個(gè)發(fā)熱工具對(duì)被焊塑料的94直接式熱工具焊：間接式熱工具焊：分類區(qū)別：發(fā)熱工具與塑料表面之間不同的相互位置發(fā)熱工具直接位于兩個(gè)對(duì)接焊的面與面之間，通過(guò)熱傳導(dǎo)和熱輻射直接對(duì)塑料表面加熱。焊接壁厚一般大于0.8mm。發(fā)熱工具安裝在被焊塑料焊接面的背面，加熱焊接面的熱能必須通過(guò)一定的距離才能傳到焊接面上。即熱能是通過(guò)一定厚度的被焊塑料后，簡(jiǎn)接地作用于焊接面上。主要用于焊接厚度小于或等于0.8mm的塑料薄膜。直接式熱工具焊：分類區(qū)別：發(fā)熱工具與塑料表面之間不同的相互位952.直接式熱工具焊準(zhǔn)備階段加熱(預(yù)熱)周期切換周期：在加熱達(dá)到塑料的熔融焊接狀態(tài)后，必須快速撤移出位于兩個(gè)對(duì)接面之間的發(fā)熱工具。壓焊周期：焊接壓力必須保持到焊接區(qū)內(nèi)的熱熔態(tài)塑料完全冷卻硬化位置，從而保證焊接接頭具有足夠的強(qiáng)度。四個(gè)階段2.直接式熱工具焊準(zhǔn)備階段四個(gè)階段96先進(jìn)難焊材料的連接課件97典型的直接式熱工具焊方法熱工具對(duì)接焊：發(fā)熱工具的兩個(gè)加熱面相互平行地同時(shí)對(duì)被焊塑料端面加熱，待焊接面上的塑料熱熔后，手控或機(jī)械控制切換過(guò)程和焊接壓力，將兩個(gè)表面壓焊成一體，從而實(shí)現(xiàn)焊接。熱工具直角焊：用發(fā)熱工具分別對(duì)兩塊被焊塑料的端面和平面加熱，手控或機(jī)械控制切換運(yùn)動(dòng)和焊接壓力，將它們直角焊接在一起。典型的直接式熱工具焊方法熱工具對(duì)98熱工具彎角焊：借助于手力或機(jī)械力將楔子形的發(fā)熱工具壓進(jìn)被焊塑料的表面，使其熔化，形成缺口，然后將塑料扳向缺口缺口方向折成彎角，使呈楔子形的缺口焊接在一起。熱工具套焊接：用發(fā)熱焊接工具的內(nèi)環(huán)面和外環(huán)面分別對(duì)被焊管材相應(yīng)的外側(cè)面和內(nèi)側(cè)面加熱，然后拔出發(fā)熱工具，把被焊管材熱壓在一起。熱工具彎角焊：熱工具套焊接：99內(nèi)藏電熱絲焊接：利用在被焊套管內(nèi)環(huán)面上纏繞的電熱絲對(duì)管材的套接面加熱，從而進(jìn)行焊接。發(fā)熱鍥搭焊接：作為發(fā)熱工具的熱鍥位于兩個(gè)搭接面之間，通過(guò)手控或機(jī)械控制壓輪將搭接面壓焊在一起。熱工具割焊接：先將被焊塑料片材疊放在一起，然后用絲形、帶形或刀形狀的發(fā)熱工具將其切斷，斷面上的塑料與發(fā)熱工具的側(cè)表面加熱面接觸熔化，從而焊接在一起。內(nèi)藏電熱絲焊接：發(fā)熱鍥搭焊接：熱工具割焊接：1003.間接式熱工具焊熱脈沖焊：焊接過(guò)程中，發(fā)熱工具中的電加熱裝置僅在加熱周期里接通，而焊接壓力則在整個(gè)焊接過(guò)程中，始終作用于焊接面上。1—焊縫2—被焊材料3—熱帶夾持頭4—彈性隔熱層5—熱帶6—工作面7—隔離套3.間接式熱工具焊熱脈沖焊：焊接過(guò)程中，發(fā)熱工具中的電加熱裝101熱接觸焊：焊接過(guò)程中，發(fā)熱工具持續(xù)加熱，但熱能僅在加熱階段里分別通過(guò)兩塊隔離夾持板接觸傳遞給被焊工件。冷卻周期里，發(fā)熱工具脫離夾持板，由夾持板保持加緊力，保證焊接面上具有足夠的焊接壓力及一定的作用時(shí)間。8—工作面9—被焊工件10—壓頭11—隔離支撐板12—焊縫熱接觸焊：焊接過(guò)程中，發(fā)熱工具持續(xù)加熱，但熱能僅在加熱階段里102熱滾輪焊：被焊塑料被連續(xù)地引入滾輪系統(tǒng)，通過(guò)滾輪中的持續(xù)加熱裝置和冷卻裝置進(jìn)行焊接。13—被焊材料14—滾輪15—發(fā)熱元件16—冷卻裝置17—滾輪帶18—焊縫19—工作面熱滾輪焊：被焊塑料被連續(xù)地引入滾輪系統(tǒng)，通過(guò)滾輪中的持續(xù)加熱1034.熱工具焊設(shè)備加熱工具

(焊接溫度時(shí)實(shí)現(xiàn)焊接和保證良好焊接質(zhì)量的重要條件，加熱工具是熱工具焊接的重要構(gòu)件。)溫度、時(shí)間、壓力等的控制系統(tǒng)

(在自動(dòng)化的焊接機(jī)中，熱工具焊的控制系統(tǒng)，包括溫度、壓力、時(shí)間等控制系統(tǒng)，這些控制系統(tǒng)用以確保實(shí)現(xiàn)預(yù)期工藝目標(biāo)。)4.熱工具焊設(shè)備加熱工具1045.熱工具焊質(zhì)量的影響因素母材塑料的焊接性：最適宜熱工具焊的塑料品種是聚烯烴(如聚乙烯、聚丙烯等)。異種塑料之間、或者同一品種但不同牌號(hào)的塑料之間的焊接性能必須根據(jù)試焊結(jié)果才能確定。焊接參數(shù)的確定、調(diào)整與控制以及正確的操作。被焊件厚度加熱的方式發(fā)熱工具的表面質(zhì)量和清潔度(對(duì)于直接式熱工具焊而言)

發(fā)熱工具表面必須清潔、阻燃、不會(huì)與被焊塑料起反應(yīng)，并能防止塑料熱熔后粘貼在發(fā)熱工具的表面。發(fā)熱工具表面通常都涂敷一層增強(qiáng)聚四氟乙烯膜。5.熱工具焊質(zhì)量的影響因素母材塑料的焊接性：最適宜熱工具焊的105三、超聲波焊塑料超聲波焊接是塑料的焊接面在超聲波能量的作用下作高頻機(jī)械振動(dòng)而發(fā)熱熔化，同時(shí)施加焊接壓力，從而把塑料焊接在一起。超聲波振動(dòng)和焊接壓力的作用方向一般垂直于被焊接面。超聲波焊接原則上適用于大多數(shù)熱塑性塑料。主要用于焊接模塑件、薄膜、板材和線材等，通常不需要填充材料。1.基本概念三、超聲波焊塑料超聲波焊接是塑料的焊接面在超聲波能量的作用下106音波2.超聲波焊接原理音波2.超聲波焊接原理107電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能108振幅的放大振幅的放大109頻率和振幅的關(guān)系頻率和振幅的關(guān)系110

超聲波熔接的工作原理：振動(dòng)能量從焊頭傳遞到工件，工件之間的摩擦產(chǎn)生的熱量將工件熔接面熔化，從而焊接成一體。超聲波熔接的工作原理：振動(dòng)能量從焊頭傳遞到工件，111

能量定向唇：減小超聲波焊接的起始接觸面積，以達(dá)到理想的起始加熱狀態(tài)準(zhǔn)確地控制材料熔化后的流動(dòng)。防止工件自身過(guò)熱。能量定向唇：1123.超聲波焊接分類近程超聲波焊接：超聲波振頭和塑料焊接面之間的作用距離很近，導(dǎo)致與振頭端面接觸的整個(gè)塑料焊接面都發(fā)生熱熔化，從而實(shí)現(xiàn)焊接。遠(yuǎn)程超聲波焊接：超聲波振頭和塑料焊接面之間的作用距離較遠(yuǎn)，超聲波能量必須經(jīng)過(guò)被焊工件傳遞至焊接面，并僅能在焊接面上產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，從而發(fā)熱熔焊接。位于超聲波振頭和按揭面之間起傳能作用的工件本身，并不發(fā)熱。3.超聲波焊接分類近程超聲波焊接：超聲波振頭和塑料焊接面之間1134.超聲波焊接設(shè)備超聲波發(fā)生器：將輸入的低頻電流轉(zhuǎn)換為輸出的高頻電流。高頻電流的頻率范圍與超聲波頻率范圍相同。一般為20~40kHz。換能器：將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。調(diào)幅器：改變振幅。焊頭(振頭)：通常是一半波長(zhǎng)的共振金屬塊，將振動(dòng)能量傳遞到工件上。底模(底座)：在焊接時(shí)需要對(duì)下面的工件進(jìn)行固定及支撐。4.超聲波焊接設(shè)備超聲波發(fā)生器：將輸入的低頻電流轉(zhuǎn)換為輸出的1145.塑料超聲波焊接的影響因素(1)母材的焊接性能

由超聲波的工作原理可以知道，超聲波的實(shí)際功率并不大，工作時(shí)間短，所以產(chǎn)生的熱量有限，所以一般只適用于一些熔點(diǎn)較低(400℃以下)的材料。主要以熱塑性的聚合物即塑料為主。一般來(lái)說(shuō)，聚合物的熔點(diǎn)越高，其焊接所需的超音波能量越多。材料的硬度對(duì)其是否能有效傳輸超音速振動(dòng)是很有影響的?？偟恼f(shuō)來(lái)，愈硬的材料其傳導(dǎo)力愈強(qiáng)。5.塑料超聲波焊接的影響因素(1)母材的焊接性能115(2)超聲波的熔接能量(2)超聲波的熔接能量116影響熔接能量的因素氣壓 通過(guò)調(diào)壓閥來(lái)調(diào)整，一般來(lái)說(shuō)氣壓越大，能量越大下降速度一般來(lái)說(shuō)，下降速度越大，能量越大頻率 超聲波熔接機(jī)器都有固定的頻率，頻率越大，能量越大振幅 振幅的調(diào)整可以通過(guò)調(diào)幅器和焊頭的設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到焊接時(shí)間焊接時(shí)間越長(zhǎng)，焊接的能量越大保壓時(shí)間保壓時(shí)間是在塑料熔化之后的保持氣壓的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，形成的焊點(diǎn)越穩(wěn)定，變形越小影響熔接能量的因素117壓力：壓力過(guò)低，會(huì)延長(zhǎng)焊接時(shí)間，使工件表面產(chǎn)生疤痕或質(zhì)量不佳；壓力過(guò)高，會(huì)使工件破裂，使界面結(jié)合欠佳，甚至過(guò)載，而終止超聲。時(shí)間：過(guò)長(zhǎng)的焊接時(shí)間,會(huì)產(chǎn)生飛邊或質(zhì)量下降,特別是嚴(yán)格密封的場(chǎng)合下,更要注意；過(guò)長(zhǎng)的焊接時(shí)間,會(huì)使工件偏離焊接區(qū)、表面熔化或破裂，特別是有孔部位、模合線上或頭角處。(3)焊接參數(shù)壓力：壓力過(guò)低，會(huì)延長(zhǎng)焊接時(shí)間，使工件表面產(chǎn)生疤痕或質(zhì)量不佳1186.超聲波焊接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：焊縫固定而美觀(發(fā)熱僅集中在焊接部分)

不受待焊表面污染的限制(超聲波高頻機(jī)械振動(dòng)同時(shí)起清潔破碎表面作用)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、制油、和食品工業(yè)等。容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)焊接強(qiáng)度高，粘接牢固缺點(diǎn)：設(shè)備成本比較高焊接速度受到限制6.超聲波焊接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：焊縫固定而美觀(發(fā)熱僅集中在焊接部119四、高頻電焊被焊塑料至于兩電極之間，在高頻交變電場(chǎng)和焊接壓力的共同作用下發(fā)熱熔化，進(jìn)而焊接在一起。因?yàn)橹挥休^大的材料電介損耗系數(shù)才能把電場(chǎng)中的高頻交變電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽阋赃M(jìn)行焊接的熱能，所以只有那些電介質(zhì)損耗系數(shù)等于或大于0.01的熱塑性塑料才適用于高頻電焊1.基本概念四、高頻電焊被焊塑料至于兩電極之間，在高頻交變電場(chǎng)和焊接壓力1202.高頻電焊原理集膚效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體通以交流電流時(shí)，導(dǎo)體斷面上出現(xiàn)的電流分布不均勻，電流密度由導(dǎo)體中心向表面逐漸增加，大部分電流僅沿導(dǎo)體表層流動(dòng)的一種物理現(xiàn)象。導(dǎo)體的電阻率越低、磁導(dǎo)率越大、電流的頻率越高，其集膚效應(yīng)越顯著。鄰近效應(yīng)：當(dāng)高頻電流在兩導(dǎo)體中彼此反向流動(dòng)或在一個(gè)往復(fù)導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)，電流會(huì)集中于導(dǎo)體鄰近側(cè)流動(dòng)的一種特殊的物理現(xiàn)象。電磁感應(yīng)：將工件置于感應(yīng)器內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器中有交流電流通過(guò)時(shí)，在感應(yīng)器內(nèi)部和周圍產(chǎn)生與電路頻率相同的交變磁場(chǎng)，周圍變化的磁力線切割工件，因此在零件內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，而在零件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種現(xiàn)象加電磁感應(yīng)。2.高頻電焊原理集膚效應(yīng)：當(dāng)導(dǎo)體通以交流電流時(shí)，導(dǎo)體斷面上出121高頻焊接原理：借助高頻電流的集膚效應(yīng)可以使高頻電能量集中于焊件的表層，而利用鄰近效應(yīng)，又可控制高頻電流流動(dòng)路線的位置和范圍。當(dāng)要求高頻電流集中于焊件的某一部位時(shí)，只要將導(dǎo)體與焊件構(gòu)成電流回路并使導(dǎo)體靠近焊件上的這一部位，使它們相互之間構(gòu)成鄰近導(dǎo)體，就能實(shí)現(xiàn)這個(gè)要求。高頻焊就是根據(jù)焊件結(jié)構(gòu)的具體形式和特殊要求，主要運(yùn)用集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)，使焊件待焊處的表層金屬得以快速加熱而實(shí)現(xiàn)焊接。高頻焊接原理：借助高頻電流的集膚效應(yīng)可以使高頻電能122塑料高頻電焊原理塑料薄膜在高頻電場(chǎng)的作用下，極性分子按照與電極相反的方向排列，即分子中的正電荷轉(zhuǎn)向負(fù)極，負(fù)電荷轉(zhuǎn)向正極。如果電場(chǎng)方向改變，電荷也將改變位置，這種電荷的位移稱為“極化”。為此必須克服摩擦阻力，消耗一定的能量，而這種能量的消耗，通常又轉(zhuǎn)化為熱的形式放出，這就是在高頻焊接中塑料薄膜之所以發(fā)熱的道理。發(fā)熱的薄膜在底板與模具的適當(dāng)壓力下，兩層薄膜就能粘合在一起。塑料高頻電焊原理塑料薄膜在高頻電場(chǎng)的作用下，極性分1233.高頻電焊的設(shè)備(1)高頻電源(2)控制系統(tǒng)(3)冷卻系統(tǒng)(4)工裝夾具工頻交流電直流電高頻交流電高頻變壓器感應(yīng)線圈焊接件加熱整流逆變電流變換渦流效應(yīng)時(shí)間控制：焊接時(shí)間，保溫時(shí)間，冷卻時(shí)間電流控制：過(guò)熱，過(guò)流保護(hù)控制：欠壓保護(hù)感應(yīng)線圈的冷卻，高頻變壓器的冷卻，一般采用水冷依照焊接工件的定位、焊接要求等來(lái)制作工裝夾具3.高頻電焊的設(shè)備(1)高頻電源(2)控制系統(tǒng)(3)冷卻系統(tǒng)1244.塑料高頻電焊的影響因素母材的焊接性兩塊電極端面之間的相互平行度及焊具運(yùn)動(dòng)的控制。焊接參數(shù)：焊接壓力、焊接功率、電場(chǎng)強(qiáng)度、焊接時(shí)間、冷卻時(shí)間、電極壓入深度等的控制。母材表面的清潔度。4.塑料高頻電焊的影響因素母材的焊接性125五、塑料焊接方法的選擇五、塑料焊接方法的選擇126材料連接新技術(shù)

第四章先進(jìn)高溫合金的連接材料連接新技術(shù)

第四章先進(jìn)高溫合金的連接127主要內(nèi)容高溫合金概論一般高溫合金的焊接先進(jìn)高溫合金的焊接主要內(nèi)容高溫合金概論1281.高溫合金概念

高溫合金：以Fe、Ni或Co為基，為在承受較大的機(jī)械應(yīng)力和要求具有良好表面穩(wěn)定性的環(huán)境下進(jìn)行高溫服役而研制的一類合金，一般要求能在600~1200℃的高溫下抗氧化或腐蝕，并能在一定應(yīng)力作用下長(zhǎng)期工作。先進(jìn)高溫合金：進(jìn)一步提高合金的工作溫度和綜合性能。第一節(jié)高溫合金概論1.高溫合金概念第一節(jié)高溫合金概論129隨著人類飛向太空，核動(dòng)力、光子火箭的發(fā)展，對(duì)高溫的要求進(jìn)一步提高，將超出金屬高溫合金的極限，需要發(fā)展其他類型的高溫材料。圖

高溫合金的發(fā)展過(guò)程2.高溫合金發(fā)展概況隨著人類飛向太空，核動(dòng)力、光子火箭的發(fā)展，對(duì)高溫的要1303.高溫合金的特性在高溫下合金能具有較高的強(qiáng)度，良好的疲勞性能、斷裂韌度，以及強(qiáng)的抗氧化和抗熱腐蝕性能，并保持良好的組織穩(wěn)定性和可靠的使用性能等綜合性能。性能特點(diǎn)：⑴高溫合金具有較高的高溫強(qiáng)度；⑵良好的抗氧化和抗熱腐蝕性能；⑶良好的疲勞性能、斷裂韌性、塑性。3.高溫合金的特性在高溫下合金能具有較高的強(qiáng)度，良好131(1)按合金基體元素種類分：

鐵基高溫合金

鎳基高溫合金

鈷基高溫合金4.高溫合金的分類(1)按合金基體元素種類分：4.高溫合金的分類132(1)鐵基高溫合金鐵基高溫合金由奧氏體不銹鋼發(fā)展而來(lái)，在18-8型不銹鋼中加入鉬、鈮、鈦等合金元素，使其在500~700℃溫度下的持久強(qiáng)度提高。優(yōu)點(diǎn)：成本低，可用于制作一些使用溫度較低的航空發(fā)動(dòng)機(jī)和工業(yè)燃?xì)鈾C(jī)上的渦輪盤、導(dǎo)向葉片，以及一些承力件、緊固件等。缺點(diǎn)：鐵基高溫合金由于沉淀硬化型的組織不穩(wěn)定，抗氧化性差，高溫強(qiáng)度不夠，僅可使用于800℃，(2)鎳基高溫合金以鎳為基體，wNi>50%，可在700~1000℃溫度范圍內(nèi)使用。優(yōu)點(diǎn)：鎳基高溫合金可溶解較多的元素，具有較好的組織穩(wěn)定性，高溫強(qiáng)度較高，比鐵基高溫合金有更好的抗氧化性和抗腐蝕性。(1)鐵基高溫合金(2)鎳基高溫合金133應(yīng)用最廣、用量最大的是鎳基高溫合金，常用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、渦輪盤和燃燒室等。渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部示意圖1—壓氣機(jī)；2—燃燒室；3—渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用最廣、用量最大的是鎳基高溫合金，常用于制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉134國(guó)產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及剖視圖國(guó)產(chǎn)渦噴-7渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)及剖視圖135鎳基高溫合金主要特點(diǎn)：1、高溫強(qiáng)度高：鎳基高溫合金中的強(qiáng)化相’數(shù)量可高達(dá)60-70%（體積百分?jǐn)?shù)），因而強(qiáng)化效果顯著。

2、組織穩(wěn)定性高：FCC基體，不易產(chǎn)生有害相，’數(shù)量大(可高達(dá)70%)且與基體共格性好，性能對(duì)尺寸的影響不敏感。

3、合金化程度高：含有Cr、Co、Mo、W、B、Zr、Ta、V、Al、Ti等十多種元素。起固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化等綜合強(qiáng)化作用。4、耐蝕性好：耐中性、酸性、堿性、氧化及還原介質(zhì)的腐蝕。耐高溫腐蝕和氧化。5、鑄造鎳基高溫合金可進(jìn)一步提高合金化程度，從而具有更高的高溫強(qiáng)度。鎳基高溫合金的使用溫度已接近1100℃。鎳基高溫合金主要特點(diǎn)：136(3)鈷基高溫合金wCo在40％~60％的奧氏體高溫合金，工作溫度可達(dá)730~1100℃。優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)溫度高于980℃時(shí)，其強(qiáng)度很高，抗熱疲勞、熱腐蝕和耐磨腐蝕性都很佳，適合于航空發(fā)動(dòng)機(jī)，工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)，艦船燃?xì)廨啓C(jī)的導(dǎo)向葉片和噴嘴導(dǎo)向葉片以及柴油機(jī)的噴嘴等。缺點(diǎn)：一般鈷基高溫合金含wNi=10%~22%和wCr=20%~30%，以及鎢、鉬、鉭、鈮等固溶強(qiáng)化和碳化物形成元素，其含碳量較高，是以碳化物為主要強(qiáng)化相的高溫合金，缺少共格類的強(qiáng)化相，中溫強(qiáng)度不如鎳基高溫合金。鈷是重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，大多數(shù)國(guó)家缺乏，因此發(fā)展受到嚴(yán)重限制。(3)鈷基高溫合金鈷是重要的戰(zhàn)略物質(zhì)，大多數(shù)國(guó)家缺乏，因此137按合金強(qiáng)化類型分：固溶強(qiáng)化型合金時(shí)效沉淀強(qiáng)化型合金按合金材料成形方式分：變形高溫合金：餅、棒、板、環(huán)形件、管、帶和絲鑄造高溫合金：普通精密鑄造、定向凝固和單晶合金粉末冶金高溫合金：普通和氧化物彌散強(qiáng)化合金按使用特性：高強(qiáng)度合金、高屈服強(qiáng)度合金、抗松弛合金、低膨脹合金、抗熱腐蝕合金等。按合金強(qiáng)化類型分：1385.提高高溫合金性能的途徑和方法(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化1)固溶強(qiáng)化加入其它元素，如不同原子尺寸的元素鈷、鎢、鉬等，引起基體金屬的點(diǎn)陣畸變。鎢、鉬可緩減基體金屬擴(kuò)散；鈷降低合金基體的堆垛層錯(cuò)能，從而提高合金的高溫穩(wěn)定性。

2)沉淀強(qiáng)化通過(guò)高溫固溶后淬火時(shí)效的方法，使過(guò)飽和的固溶體中析出共格第二相的γ′、γ″、碳化物等細(xì)小顆粒均勻分布基體上，產(chǎn)生阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，起到強(qiáng)化作用。3)晶界強(qiáng)化晶界在低溫下是位錯(cuò)滑移的阻礙，對(duì)于在低溫工作的合金，細(xì)化晶粒將有利于合金的強(qiáng)度提高。但是晶界在高溫下易發(fā)生蠕動(dòng)，因此在高溫下使用的合金希望減少晶界的粗晶結(jié)構(gòu)；另外為了提高晶界的高溫強(qiáng)度，采用控制有害雜質(zhì)，加入微量元素如鋯等元素，強(qiáng)化晶界。5.提高高溫合金性能的途徑和方法(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化139（1）固溶強(qiáng)化高溫合金中的主要固溶強(qiáng)化元素有W、Mo、Co、Nb、Ta等。其主要作用是：a.產(chǎn)生晶格畸變b.降低堆垛層錯(cuò)能，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)困難c.降低擴(kuò)散能力。（1）固溶強(qiáng)化140（2）第二相強(qiáng)化除少量合金用碳化物強(qiáng)化外，高溫合金的主要強(qiáng)化相是’[Ni3(AlTi)]，某些高溫合金用’’[Ni3(NbTa)]強(qiáng)化，主要強(qiáng)化元素是Al、Ti、Nb、Ta。析出第二相的強(qiáng)化效果與第二相的本質(zhì)(種類、晶體結(jié)構(gòu)、成分及其與基體的配合程度)、大小、數(shù)量和穩(wěn)定性密切相關(guān)。獲得方法：時(shí)效析出彌散相、加入難熔彌散相（2）第二相強(qiáng)化141（3）晶界強(qiáng)化高溫下，晶界參與變形，因而是弱化部位。合金化：主要晶界強(qiáng)化元素有B、Zr、Hf、Ce、La、Mg等，它們的作用主要是降低晶界能量和凈化晶界。高溫下，拉應(yīng)力使金屬中垂直晶界的擴(kuò)散加速（3）晶界強(qiáng)化高溫下，拉應(yīng)力使金屬中垂直晶界的擴(kuò)散加速142(2)工藝強(qiáng)化

1)粉末冶金

高熔點(diǎn)元素鎢、鉬、鉭的加入，凝固時(shí)會(huì)在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生偏析，造成組織不均。采用粒度數(shù)十至數(shù)百微米的合金粉末，經(jīng)過(guò)壓制、燒結(jié)，成形的零件，可消除偏析，組織均勻，并節(jié)省材料，做到既經(jīng)濟(jì)又合理。(2)工藝強(qiáng)化1432)定向凝固

由于高溫合金中存在多種合金元素，塑性和韌性都很差，通常采用精密鑄造工藝成型。鑄造結(jié)構(gòu)中的等軸晶粒的晶界，處于垂直于受力方向時(shí)，最易產(chǎn)生裂紋。葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)受的拉應(yīng)力和熱應(yīng)力，平行于葉片的縱軸，采用定向凝固工藝形成沿縱軸方向的柱狀晶粒，消除垂直于應(yīng)力方向的晶界，可使熱疲勞壽命提高10倍以上。通過(guò)嚴(yán)格控制陶瓷殼型冷卻梯度方法，做成單晶渦輪葉片，其承溫能力比一般鑄造方法的材料承溫提50~100℃，壽命增加4倍。3)快速凝固

快速凝固得到的高溫合金，合金的組織細(xì)化，偏析降低，固溶體基本過(guò)飽和度和缺陷增加，從而改善合金的組織，使前述各種強(qiáng)化手段的作用得到充分發(fā)揮。原來(lái)在一般凝固條件下不能獲得良好的組織，在快速凝固條件下則可獲得優(yōu)良的、非平衡狀態(tài)組織。在快速凝固條件下，由于這些相均勻細(xì)小的時(shí)效析出或共晶析出而起強(qiáng)化作用。2)定向凝固由于高溫合金中存在多種合金元素1446.高溫合金的應(yīng)用(1)航空發(fā)動(dòng)機(jī)1)燃燒室部分壓縮空氣與燃料混合，在燃燒室燃燒，所產(chǎn)生的燃?xì)鉁囟仍?500~2000℃之間。其余的壓縮空氣在燃燒室周圍流動(dòng)，穿過(guò)室壁的槽孔使室壁保持冷卻。燃燒筒合金材料承受溫度可達(dá)800~900℃以上，局部可達(dá)1100℃。冷卻空氣與燃燒的氣體混合，使燃?xì)鉁囟冉档?370℃以下。可見(jiàn)，燃燒室壁除受高溫外，還承受由于內(nèi)外壁溫度不同引起的熱應(yīng)力作用。特別是在起飛、加速和停車時(shí)，溫度變化更為急劇。由于周期循環(huán)加熱冷卻，熱應(yīng)力可達(dá)很大值，冷卻孔更易破壞、燃燒室常出現(xiàn)變形、翹曲、邊緣熱疲勞裂紋等。2)導(dǎo)向葉片導(dǎo)向葉片是調(diào)整從燃燒室出來(lái)的燃?xì)饬鲃?dòng)方向的部件。先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)向葉片工作溫度可高達(dá)1100℃，但葉片承受的應(yīng)力比較低，一般在70MPa以下。對(duì)材料要求是：高溫強(qiáng)度好，熱疲勞抗力佳，抗氧化、耐蝕性優(yōu)異，并具有一定的抗沖擊強(qiáng)度和組織穩(wěn)定性。

6.高溫合金的應(yīng)用(1)航空發(fā)動(dòng)機(jī)1453)動(dòng)葉片動(dòng)葉片是渦較發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡劣的部件。先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)膺M(jìn)口溫度已達(dá)1380℃，推力達(dá)226kN。渦輪葉片承受氣動(dòng)力和離心力的作用，葉身部分承受拉應(yīng)力大約140MPa；葉根部分承受平均應(yīng)力為280~560MPa，相應(yīng)的葉身承受溫度為650~980℃，葉根部分約為760℃。因此，動(dòng)葉片材料要具有足夠的高溫拉伸強(qiáng)度、持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度，要有良好的疲勞強(qiáng)度及抗氧化、耐燃?xì)飧g性能和適當(dāng)?shù)乃苄?。此外，還要求長(zhǎng)期組織穩(wěn)定性、良好的抗沖擊強(qiáng)度，可鑄性及較低的密度。

4)渦輪盤

航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤工作溫度在760℃左右，輪緣部分可達(dá)此溫度，而徑向盤心溫度逐漸降低，一般在300℃左右。輪盤正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，盤子帶著葉片、高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生很大的離心力。停車、起動(dòng)反復(fù)進(jìn)行，形成周期疲勞。3)動(dòng)葉片動(dòng)葉片是渦較發(fā)動(dòng)機(jī)中工作條件最惡146(2)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

氣體發(fā)生器處于約1050℃的溫度下，由噴嘴中噴出的氣體的速度約為2500m/s。氣體靠近嘴壁處的溫度約為1350℃。圖8液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖1-噴嘴2-燃燒室3-混合帶4-噴射器5-主氣門6-氣體發(fā)生器7-渦輪機(jī)8-透平泵9-氧化劑10-壓縮氣11-燃料12-涂料13，14-金屬15-冷卻劑16-氣體(約2500m/s)(2)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)圖8液體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖1-噴嘴147燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學(xué)穩(wěn)定性。液態(tài)氟以及作為氧化劑的發(fā)煙硝酸和四氧化氮，具有特別強(qiáng)烈的侵蝕性，除了在1000℃以上的工作溫度下出于腐蝕而引起的問(wèn)題之外，流過(guò)的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物也產(chǎn)生沖蝕性?；鸺龁?dòng)時(shí)，在1~2s內(nèi)，其加速度是5-6倍于地球的引力加速度，由于加速度增高引起的高度過(guò)載，會(huì)對(duì)材料施加非常巨大的機(jī)械負(fù)荷，盡管元件所受應(yīng)力是短時(shí)的，但由于其載荷的大小和方向急劇地發(fā)生變化，往往會(huì)引起疲勞斷裂?；鸺旧碇亓勘仨毐M可能的小，因此，金屬材料的比強(qiáng)度在火箭制造中具有特別重要的意義。彈道火箭進(jìn)入大氣層時(shí)，熱流量為10000~25000kcal/(m2?s)，它在短時(shí)間內(nèi)，引起巨大的溫度梯度，長(zhǎng)時(shí)間作用則會(huì)建立起平衡溫度。對(duì)金屬材料的耐熱性有特殊的要求。燃料箱、泵傳送器所用材料，特別需要化學(xué)穩(wěn)定性。148(3)燃?xì)廨啓C(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)廨啓C(jī)材料要求在較高溫度下，具有較高的持久強(qiáng)度和塑性變形等特點(diǎn)，而使用期限較短；商船和熱力機(jī)車上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時(shí)間考慮在100000h之內(nèi)；軍用艦艇上的燃?xì)廨啓C(jī)裝置使用時(shí)間考慮10000~50000h。燃?xì)廨啓C(jī)中的螺栓，有時(shí)必須在高達(dá)600~750℃的溫度下工作。對(duì)緊固螺栓材料的主要要求是高溫時(shí)應(yīng)具有高的屈服強(qiáng)度和抗松弛性能。為了使連接的零件可以自由膨脹和減少溫差應(yīng)力，螺栓和連接零件的材料應(yīng)具有相同的熱膨脹性能。(3)燃?xì)廨啓C(jī)149(4)汽油及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)1)排氣閥

工作溫度一般為600~800℃，最高可達(dá)850℃以上。由于氣閥的高速運(yùn)動(dòng)和頻繁的啟動(dòng)，出現(xiàn)機(jī)械疲勞和冷熱疲勞。另外，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥要求抗PbO腐蝕(汽油中加入乙基鉛、溴化鉛等抗爆劑);柴油機(jī)排氣閥要求抗V2O3,，鈉和硫的腐蝕(重油中，含釩、硫、鈉等)。2)燒嘴

柴油機(jī)預(yù)燃燒室的燒嘴在800~900℃長(zhǎng)時(shí)間使用，要求組織性能穩(wěn)定，抗熱循環(huán)疲勞性能良好，膨脹系數(shù)較低。3)熱發(fā)生器

作為排氣凈化裝置，熱發(fā)生器工作溫度達(dá)1000℃。與排氣閥相同，尤其使用高鉛汽油，由于鉛化合物產(chǎn)生加速氧化；另外，因排氣中低氧壓的緣故，大氣中微量的SO2和硫酸鹽容易引起硫化。(4)汽油及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)150(5)核工業(yè)1)核包殼

燃料元件包殼管壁承受600~800℃高溫，且壁又薄，材料必須具有高的蠕變強(qiáng)度。在液體金屬冷卻反應(yīng)堆中，包殼受到的應(yīng)力約為120~150MPa。材料在該條件下會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的塑性變形，而造成燃料元件的提前斷裂。燃料元件包殼材料外部受冷卻劑的侵蝕，內(nèi)部受燃料的侵蝕，所以作為燃料元件包殼材料的耐腐蝕率也有高的要求。燃料元件的包殼與燃料的化學(xué)反應(yīng)、輻照損壞也是可能導(dǎo)致包殼材料的重要問(wèn)題之一，對(duì)快速中子增殖反應(yīng)堆燃料包殼材料具有重要影響的還有高溫脆性。

(5)核工業(yè)1512)燃料元件定位架

它處于高溫、高壓、高通量輻照等苛刻條件下工作，要求材料有較好的綜合性能。

3)高溫氣體爐

將氦氣作為冷卻介質(zhì)的反應(yīng)堆，可獲得750~1000℃的高溫，作為煉鐵和化學(xué)工業(yè)及其他過(guò)程的熱源。原子能煉鐵，就是要利用這種核熱能，造成高溫還原性氣氛。為安全起見(jiàn)，氦/氦中間需有換熱器，這種換熱器擬采用鎳合金。2)燃料元件定位架它處于高溫、高壓、高通量152(6)其他領(lǐng)域

1)煤的氣化、液化煤氣化環(huán)境中含有大量有腐蝕性的質(zhì)點(diǎn)。這些物質(zhì)與氣化器內(nèi)的金屬部件接觸，在高溫下與氧化膜反應(yīng)使之破壞，這些沉積物還阻礙氧化膜的繼續(xù)生成。在煤汽化中或類似氣氛中使用的高溫合金有：鐵基合金-N155，RA330，RA333，T63WC，310不銹鋼，F(xiàn)e-18Cr-5AI-Mo-Hf，F(xiàn)e-18Cr-5AI-Y，MA956E(Fe-19Cr-5AI-0.45Y2O3)；鎳基合金-IN617，IN657，IN738，IN739，Kimonic80A；鈷基合金-Haynes188，Stellte6B，X-40，Co-Cr-W-1。2)冶金工業(yè)冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的熱處理、加熱爐、軋鋼、煉鋼、測(cè)量等均離不開(kāi)高溫過(guò)程，因此不少冶金設(shè)備的接觸高溫的部件需要高溫合金，如傳送帶、馬弗爐和爐子零件、熱處理爐的爐底輥、輻射管、高溫通風(fēng)機(jī)、壓力鑄造的壓鑄模等。(6)其他領(lǐng)域1533)石油化工

石油化工管式裂解爐，管內(nèi)通以裂解原料，管外用液體燃料或氣體燃料燃燒所發(fā)出的熱量來(lái)加熱管外壁。通過(guò)管壁的傳熱，將熱量傳遞給管內(nèi)的反應(yīng)物料。裂解反應(yīng)溫度較高(約800℃)，而管外壁的溫度更高，這樣才能把熱量傳導(dǎo)到管內(nèi)去。裂解爐管內(nèi)是進(jìn)行強(qiáng)烈吸熱的裂解反應(yīng)。物料在管中流速大，停留時(shí)間短，要在每單位時(shí)間、每單位傳熱面對(duì)反應(yīng)物流供給大量熱量，因此必須用高熱強(qiáng)度及耐高溫1000℃以上的合金。4)搪瓷制品

在日用搪瓷制品生產(chǎn)中，燒成爐用的吊架材質(zhì)好壞，將直接關(guān)系到制品質(zhì)量。吊架材質(zhì)必須要求抗氧化、不起皮，900~950℃溫度下不易變形，易加工成形，架間粘瓷不超過(guò)2mm，其中GH30效果較好。搪瓷燒成爐需要輻射管，燒氣或油的爐均需在輻射管內(nèi)燃燒，其熱量通過(guò)管壁傳給燒成爐。該輻射管要求耐高溫、抗氧化、耐硫化，并具有一定強(qiáng)度和良好工藝性能，目前使用GH128、GH30等合金。3)石油化工石油化工管式裂解爐，管內(nèi)通以裂1547.高溫合金的未來(lái)(1)難熔金屬合金目前使用的高溫合金，其使用溫度很難突破合金熔點(diǎn)溫度的80%，近似1100℃。難熔金屬的熔點(diǎn)大大超過(guò)高溫合金，約2000℃。由這些金屬組成的合金，可獲得比高溫合金更高的高溫強(qiáng)度。表

一些難熔金屬合金與高溫合金強(qiáng)度合金名稱抗拉強(qiáng)度/MPa1100℃1320℃1540℃1760℃高溫合金245~350---鈮合金350168119-鉬合金630385252182鉭合金560364210105鎢合金700420280210鉻合金315119--7.高溫合金的未來(lái)(1)難熔金屬合金表一些難熔金屬合金與155(2)金屬間化合物有序金屬間化合物是一種新型金屬基高溫材料。一類長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)的化合物，如Ni3Al、NiAl、Fe3Al、FeAl、(Fe、Co、N)3V、Ti3Al等具有優(yōu)良的高溫性能。在一定溫度范圍內(nèi)(0.5~0.8T熔點(diǎn))，其屈服強(qiáng)度隨溫度的升而增加，而且具有良好的抗高溫氧化性能，彈性模量高，剛度大，密度低等良好的綜合性能，是很有前途的新一代高溫材料。金屬間化合物的溫度介于高溫合金與陶瓷材料之間(2)金屬間化合物金屬間化合物的溫度介于高溫合金與陶瓷材料156(3)先進(jìn)高溫合金

定向凝固和單晶高溫合金氧化物彌散強(qiáng)化高溫合金(3)先進(jìn)高溫合金157一、高溫合金的焊接性分析第二節(jié)一般高溫合金的焊接對(duì)于固溶強(qiáng)化的高溫合金，主要問(wèn)題是焊縫結(jié)晶裂紋和過(guò)熱區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，焊接接頭的“等強(qiáng)度”等；對(duì)于沉淀強(qiáng)化的高溫合金，除了焊縫的結(jié)晶裂紋外，還有液化裂紋和再熱裂紋；焊接接頭的“等強(qiáng)度”問(wèn)題也很突出，焊縫和熱影響區(qū)的強(qiáng)度、塑性往往達(dá)不到母材金屬的水平。高溫合金的焊接性：是指在某一焊接工藝條件下，合金產(chǎn)生裂紋的敏感性、接頭組織的均勻性、接頭力學(xué)性能的等強(qiáng)性和采取工藝措施的復(fù)雜性的綜合評(píng)價(jià)。一、高溫合金的焊接性分析第二節(jié)一般高溫合金的焊接對(duì)于固溶強(qiáng)1581.高溫合金的裂紋敏感性(1)結(jié)晶裂紋影響焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的因素：①合金元素含量的影響：采用不同的焊材，焊縫的熱烈傾向有很大差別。例如：鐵基合金Cr15Ni40W5Mo2Al2Ti3在TIG焊時(shí)，選用與母材合金同質(zhì)的焊絲，即焊縫含有γ’形成元素，結(jié)果焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋；而選用固溶強(qiáng)化型HGH113，Ni-Cr-Mo系焊絲，含有較多的Mo，不易引起結(jié)晶裂紋。1.高溫合金的裂紋敏感性(1)結(jié)晶裂紋影響焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的159有益元素：W、Mo、Cr、Co、Al：在鎳中溶解度很大，形成面心立方的γ固溶體，合金不會(huì)產(chǎn)生相變，不會(huì)引起熱裂紋。含Mo量越高，焊縫的熱裂傾向越??；Mo還能提高固溶體的擴(kuò)散激活能，而阻止形成多元化裂紋。有害元素：S、P、B、C等：是焊縫產(chǎn)生結(jié)晶裂紋的原因；尤其是多種元素共同作用，會(huì)顯著增大裂紋敏感性。有害元素：γ’形成元素Al、Ti的含量越高，再熱裂紋傾向越大。有益元素：W、Mo、Cr、Co、Al：在鎳中溶解度很大，形成160先進(jìn)難焊材料的連接課件161②變質(zhì)劑的影響用變質(zhì)劑細(xì)化焊縫一次結(jié)晶組織，能明顯減少熱裂紋傾向。③高溫合金的狀態(tài)固溶態(tài)＜時(shí)效態(tài)固溶態(tài)＜平整和冷軋態(tài)④合金的脆性溫度區(qū)間合金的脆性溫度區(qū)間越大，焊接結(jié)晶裂紋的敏感性越高。⑤焊接工藝的影響焊接接頭具有較大的拘束應(yīng)力，促使焊縫熱裂傾向大。采用脈沖氬弧焊或適當(dāng)減少焊縫電流，以減少熔池的過(guò)熱，對(duì)于提高焊縫的抗熱裂性是有益的。②變質(zhì)劑的影響162先進(jìn)難焊材料的連接課件163減小、消除結(jié)晶裂紋的措施：①較小的焊接電流減小焊接熱輸入，改善熔池結(jié)晶形態(tài)，減小枝晶間偏析。②采用抗裂性優(yōu)良的焊接填充材料。③在固溶狀態(tài)或淬火狀態(tài)下焊接。減小、消除結(jié)晶裂紋的措施：164(2)液化裂紋低熔點(diǎn)共晶物形成的晶間液膜引起液化裂紋。①低熔點(diǎn)共晶：Ti、Si、Ni、Mo等元素的偏析，形成低熔點(diǎn)共晶物。部分碳化物相為低熔點(diǎn)共晶組織。②液膜：原相界面、碳化物相周圍都易形成液膜，造成晶界液化。③晶粒尺寸：焊接時(shí)常常在粗晶部位易產(chǎn)生液化裂紋。(2)液化裂紋低熔點(diǎn)共晶物形成的晶間液膜引起液化裂紋。165減小、消除液化裂紋的措施：①關(guān)鍵在于合金本身的材質(zhì)：去除合金中的雜質(zhì)，有助于防止液化裂紋。②降低熱輸入：避免晶粒粗化③減小過(guò)熱區(qū)及母材高溫停留時(shí)間：避免晶粒粗化減小、消除液化裂紋的措施：166(3)應(yīng)變時(shí)效裂紋應(yīng)變時(shí)效裂紋：鋁鈦含量高的沉淀強(qiáng)化高溫合金和鑄造高溫合金焊接后，在時(shí)效處理過(guò)程中熔合區(qū)附近會(huì)產(chǎn)生一種沿晶擴(kuò)展的裂紋。應(yīng)變時(shí)效裂紋的形成：應(yīng)變：焊接殘余應(yīng)力+拘束應(yīng)力

應(yīng)變時(shí)效：時(shí)效過(guò)程中塑性損失焊接方法對(duì)應(yīng)變時(shí)效裂紋的影響：手