第三章 连接成形

1、第三章常见的连接成形工艺： 焊接 胶接 机械联接焊接方法分类： 熔焊 压焊 钎焊 压焊主要包括： 电阻焊 摩擦焊 钎焊过程中被焊工件不熔化，一般不产生塑性变形。 胶接不受材料类型的限制，可实现各种材料之间的连接，且工艺简单、应力分布均匀、密封性好、防腐节能，应力和变形小。 主要缺点：固化时间长、胶粘剂易老化、耐热性差等。主要特点： 连接件一般为标准件，具有良好的互换性，选用方便，工作可靠，易于检修。缺点： 增加了机械加工工序，结构重量大，密封性差，影响外观，且成本较高。一、焊接电弧与电弧焊冶金过程(一) 焊接电弧 电弧组成：* 阴极区 *阳极区 *弧柱区电弧的构造 交流弧焊电源 直流弧焊电源

2、脉冲弧焊电源 直流弧焊电源连接可正接和反接。两极极性不断交替变化，不存在正接或反接问题。(二) 电弧焊冶金过程 焊接化学冶金过程的特点： 焊接冶金温度高，相界大，反应速度快。但接头塑性和韧度降低，易产生裂纹。 焊接熔池小，冷却快，容易形成气孔、夹渣等缺陷，甚至产生裂纹。二、焊接接头的组织和性能 (一) 焊缝金属的组织和性能 焊缝组织是铸态组织，故晶粒粗大、成分偏析，组织不致密。 焊缝金属的力学性能一般不低于母材。 (二) 焊接热影响区的组织和性能 1.熔合区 2.过热区 3.正火区 4.不完全重结晶区 5.再结晶区： 焊缝和母材金属的交界区，也是焊缝与热影响区的过渡区。 0.1- 0.4mm焊

3、焊缝缝 熔合区是焊接接头力学性能最差的薄弱部位： 塑性差 强度低 脆性大 ： 奥氏体晶粒严重长大，冷却后得到晶粒粗大的过热组织。 过热区是热影响区中性能最差的部位。 塑性差 韧度低 ： 焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火处理，获得均匀而细小的铁素体和珠光体组织。 正 火 区 是热影响区中力学性能最好的区域。 塑性较高 韧度较高 ： 部分组织转变为奥氏体，冷却后获得细小铁素体和珠光体，部分铁素体未发生相变，固该区域晶粒大小不均匀。 部分正火区的力学性能较正火区差。： 若母材金属焊接前经过冷塑性变形(冷轧、冷冲压等)，则焊接过程中会出现再结晶现象。 若焊接前未经冷塑性变形，热影响区中就没有再结

4、晶区。 影响热影响区宽度的因素： 最高温度 相变温度以上的停留时间 (三)改善焊接接头组织和性能的措施 尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构材料； 使热影响区的冷却速度适当； 采用多层焊，利用后层对前层的回火作用，使前层的组织和性能得到改善； 进行焊后热处理。三、焊接应力与变形 (一)焊接应力和变形产生的原因焊接过程中对焊件的不均匀加热和冷却。 焊接中 冷却后低碳钢平板对接焊时应力和变形的形成 焊接变形的基本形式： 波浪变形收缩变形角变形扭曲变形弯曲变形(二) 预防和减小焊接应力和变形的工艺措施 预热温度一般为400以下。 1焊前预热 预热目的是减小焊件上各部分的温差，降低焊缝区的冷却

5、速度，从而减小焊接应力和变形。2选择合理的焊接顺序 1)尽量使焊缝能自由收缩，减小残余应力。 大型容器底板的拼焊顺序 2)采用分散对称焊工艺，可减小焊接应力和变形。 分散对称的焊接顺序 长焊缝尽可能采用分段退焊或跳焊的方法进行焊接。 长焊缝的分段焊 退焊 跳焊 123412343加热减应区 焊接时 冷却时加热减应区法 4反变形法 反变形法 5刚性固定法 刚性固定法 (三)消除焊接应力和矫正焊接变形的方法 (1) 锤击焊缝；1消除焊接应力的方法 (2) 焊后热处理；(3) 机械拉伸法。2矫正焊接变形的措施 (1)机械矫正工字梁弯曲变形的机械矫正(2)火焰矫正 T形梁变形的火焰矫正四、焊接缺陷与检

6、验 (一) 焊接缺陷 (二) 焊接质量检验 焊后成品检验可分为：破坏性检验和非破坏性检验两类。 常用的非破坏性检验方法：1.外观检验 2.致密性检验3.磁粉检验 4.渗透探伤 5.超声波探伤 6.射线探伤 一、焊条电弧焊 (一) 焊条电弧焊特点 (二) 焊条 1焊条的组成与作用 2焊条的种类 焊条可分为酸性焊条和碱性焊条。 3焊条的牌号与型号(P134附表3-5、6) 1.焊缝空间位置、接头和坡口型式(1) 焊缝的空间位置(三) 焊接成形工艺设计 仰焊平焊横焊立焊 (2)接头基本形式 对接接头a)对接接头：两块钢板对在一起焊接。一块钢板卷成圆筒后对在一起焊接，也属对接。b)角接接头特点：两块钢

7、板互成直角连接。接头便于组装，外形美观，。角接接头c)T形接头：船体结构中约有70%的焊缝采用T形接头，在机床焊接结构中的应用也十分广泛。T形接头d)搭接接头：便于组装，常用于对焊前准备和装配要求简单的结构，但焊缝受剪切力作用，应力分布不均，承载能力较低，且结构重量大，不经济。搭接接头端焊缝侧焊缝(3)坡口基本形式 (a)双 面 式单 面 式(b)封底焊缝V型 焊 缝(c)(d)(e)榫 头 式正接角焊缝塞焊缝 搭接角焊缝对接焊缝卷边焊缝立体焊缝判断：2、焊接工艺图 焊缝的图示法表示： 焊缝正面：用细实线短划表示，或用比轮廓粗23倍的粗实线表示，在同一图样中，上述两种方法只能用一种。 细实线短

8、划表示粗实线表示焊缝端面：用粗实线划出焊缝的轮廓，必要时用细实线画出坡口形状。 焊缝剖面：焊缝图上焊缝区应涂黑。 此外，用图示法表示的焊缝还应该有相应的标注，或另有说明。 (1) 焊缝的符号表示： 为使焊接结构图样清晰，并减轻绘图工作量，一般采用一些符号对焊缝进行标注。GB/T9851988对焊缝符号和标注方法作了明确规定(P136表3-7)。A.基本符号，表明焊缝横截面的形状；焊缝符号包括：B.辅助符号，表明焊缝表面形状特征，如焊缝表面是否齐平等；C.补充符号，补充说明焊缝的某些特征，如是否带有垫板等。焊缝符号的表示：焊缝焊缝正面标注方法焊缝剖面标注方法焊缝符号通过指引线标注在图样的焊缝位置

9、。焊接结构工艺图实际上是装配图。(2) 焊接工艺图内容： 复杂焊接件，应单独画出主要构成件的零件图，个别小构成件仍附于结构总图上。由板料弯曲成形者，可附有展开图。 简单焊接件，一般不单画各构成件的零件图，而是在结构图上标出各构成件的全部尺寸。(1)各构成件形状及其相互关系；(2)构成件装配尺寸及板厚、型材规格等；(3)焊缝的图形符号和尺寸；(4)焊接工艺要求。焊接结构工艺图上，应表达内容包括： 3、焊条的选用 焊条的选择原则： 考虑母材的力学性能和化学成分； 考虑结构的使用条件和特点； 考虑焊条的工艺性； 考虑焊接设备条件。 二、埋弧焊 埋弧焊：电弧埋在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。 (一)埋弧

10、焊焊接原理与特点1.焊接小车 2.控制盘 3.焊丝盘 4.焊剂漏斗 5.焊接机头 6.焊剂 7.渣壳 8.焊缝 9.焊接电缆 10.焊接电源 11.控制箱 埋弧自动焊示意图 埋弧焊焊缝形成纵截面1.焊丝 2.电弧 3.焊件 4.熔池 5.焊缝 6.渣壳 7.液态熔渣 8.焊剂埋弧自动焊焊接过程纵截面图 (1) 生产率高；(2) 焊接质量好；(3) 劳动条件好。 2埋弧自动焊的特点 1、焊接材料 焊接材料包括焊剂和焊丝。 (二)焊接材料与焊接工艺2、焊接工艺 埋弧焊的衬垫和手工封底 1.引弧板 2.熄弧板 引弧板和熄弧板 埋弧焊应用三、气体保护电弧焊 根据电极材料可分为：非熔化极气体保护焊 熔化

11、极气体保护焊 根据保护气可分为：熔化极惰性气体保护焊 熔化极活性气体保护焊CO2气体保护焊与埋弧焊相比，气体保护焊有如下特点： 采用明弧焊，熔池可见性好，适于全位置焊接，焊后无熔渣易于机械化、自动化。与埋弧焊相比，气体保护焊有如下特点： 电弧在保护气流压缩下燃烧，热量集中，焊接热影响区窄，焊接变形小，更适用于薄板焊接； 可焊材料广泛，可用于各种黑色金属和非铁合金的焊接。气体保护焊的保护气体有： 惰性气体：氩气、氦气等； 活性气体：CO2气体等，(一) 氩弧焊 氩弧焊机械保护作用好，电弧稳定性好，金属飞溅小，焊接质量高。 按所用电极的不同，氩弧焊钨极(非熔化极)和熔化极氩弧焊两种。1、钨极氩弧焊

12、 2、熔化极氩弧焊 (二) CO2气体保护焊 CO2气体保护焊不适宜高合金和非铁合金，主要用于低碳钢和低合金结构钢。 四、等离子弧焊接与切割 (二)等离子弧焊接： 穿孔型等离子弧 微束等离子弧穿孔型等离子弧焊一、非电弧熔焊 (一) 气焊与气割 常用可燃气包括：乙炔、液化石油气等。 (二) 电子束焊 利用高速运动的电子束撞击焊件，动能转化为热能，从而使焊件连接处熔化形成焊缝。 电子束焊示意图 根据焊接工作室真空度，电子束焊分为： 高真空电子束焊 低真空电子束焊 非真空电子束焊 真空电子束焊的优点： 电子束能量密度大，热量集中、热效率高，热影响区小，焊缝窄而深，焊接变形小； 在真空环境下焊接，金属

13、不与气相作用，接头强度高； 电子束焦点半径可调节范围大，控制灵活，适应性强。 应用：适合难熔金属、活性或高纯度金属以及热敏感性强的金属。 (三) 激光焊 激光焊：激光束聚焦在焊件上，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。激光焊示意图 了解激光焊的主要优缺点(P144-145)。 (四) 电渣焊 电渣焊的焊接过程 1.焊丝 2.渣池 3.熔池 4.焊缝 5.焊件 6.冷却水管 7.冷却滑块电渣焊的基本过程电渣焊的特点 电渣焊的分类及应用电渣焊的分类： 丝极电渣焊 板极电渣焊 熔嘴电渣焊 管极电渣焊 主要用于厚度为40450mm的焊件及较长焊缝的焊件及大型焊件的环焊缝。 采用焊丝作电极，根据焊件

14、厚度不同，可采用一根或多根焊丝。 丝极电渣焊：板极电渣焊：用一条或数条金属板(可利用焊件的边角余料)作为熔化电极，适用于焊接大断面短焊缝。1.焊件 2.板极 3.渣池 4.熔池 5.冷却滑块 6.焊缝板极电渣焊示意图 二、压焊 (一)电阻焊 电阻焊分为点焊、缝焊和对焊三中基本类型。点焊、缝焊、电阻对焊及闪光对焊 1.电极 2.焊件 3.变压器电阻焊示意图 缝焊 点焊电阻对焊 闪光对焊 接头形式 点焊接头形式 闪光对焊的接头形式电阻对焊的接头形式 (二) 摩擦焊 摩擦焊：利用焊件接触端面相互摩擦所产生的热，使端面达到热塑性状态，然后迅速施加顶锻力，实现焊接的一种固相压焊方法。摩擦焊示意图 摩擦焊

15、的焊接接头形式：摩擦焊接头的形式 三、钎焊 钎焊利用比被焊金属熔点低的钎料作为填充金属。钎焊接头 钎焊的接头形式 钎焊可采用板料搭接和套管嵌接的形式。 1.钎焊的特点及应用 钎焊主要分类：*火焰钎焊 *感应钎焊 *浸沾钎焊 *炉中钎焊 2.钎料和钎剂 3.钎焊加热方法 一、常用金属材料的焊接 (一) 金属材料的焊接性 碳当量(wCE)：碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和，是评定钢焊接性的参考指标之一。 %100)(1556CCECuNiVMoCrMnwwwwwwww(二)碳素钢和低合金结构钢的焊接 1、碳素钢的焊接 (1)低碳钢的焊接 焊接方法可采用手工电弧焊、埋弧焊、气体保护电弧焊

16、和电阻焊。采用电弧焊时，焊接材料的选择参见P153表3-8。(2)中碳钢的焊接 常用焊接方法：手工电弧焊。 (3)高碳钢的焊接 通常高碳钢不用于制造焊接结构，大多用手工电弧焊或气焊补焊修理一些损坏件。焊接时，应注意焊前预热和焊后缓冷。2、低合金结构钢的焊接 手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊和电渣焊均可用于低合金钢的焊接，以手工电弧焊和埋弧焊较常用； 焊接材料尽量选用碱性焊条和碱性焊剂，对于不要求焊缝和母材等强度的焊件，亦可选择强度级别略低的焊接材料，以提高塑性，避免冷裂。(三) 不锈钢的焊接 1、奥氏体不锈钢的焊接 奥氏体不锈钢焊件的突出问题是易在焊接接头处发生，故应严格控制焊缝金属的含碳量，采

17、用超低碳的焊接材料和母材。 另一个问题是。防止办法是选用含碳量很低的母材和焊接材料，采用含适量Mo、Si等铁素体形成元素的焊接材料。奥氏体不锈钢焊接时应注意：2、马氏体不锈钢的焊接 马氏体不锈钢具有强烈的淬硬和冷脆倾向，含碳量越高焊接性越差。 焊接时需采取预热、焊后热处理等防止冷裂纹的措施。3、铁素体不锈钢的焊接 因过热区晶粒长大导致脆化和裂纹是影响铁素体不锈钢焊接的主要问题。 焊接时采用较低的预热温度、减少高温停留时间以防止过热脆化。(四) 铸铁的补焊 1、铸铁的焊接性 焊接过程中易产生白口组织和裂纹。 2、铸铁的补焊方法 手工电弧焊补焊方法： 热焊及半热焊 冷焊 (五) 非铁金属的焊接 1

18、、铜及铜合金的焊接 存在问题：1.难熔合 2.裂纹倾向大 3.焊接应力和变形较大 4.容易产生气孔 焊接方法：*氩弧焊 *气焊 *手工电弧焊 为防止Cu2O的产生，可在焊接材料中加入脱氧剂; 清除焊件、焊丝上的油、锈、水分，减少氢的来源，避免气孔的形成; 厚板焊接时应以焊前预热来弥补热量的损失改善应力分布状况。焊后锤击焊缝，减小残余应力,并进行再结晶退火，以细化晶粒，破坏低熔共晶。 应采取以下措施：2、铝及铝合金的焊接 焊接方法：*氩弧焊 *电阻焊 *气焊 焊前清理，去除焊件表面的氧化膜、油污、水分，便于焊接时的熔合，防止气孔、夹渣等缺陷; 对厚度超过58mm的焊件，预热至100 300，以减

19、小焊接应力，避免裂纹，且有利于氢的逸出，防止气孔的产生; 焊后清理残留在接头处的焊剂和焊渣，防止其与空气、水分作用，腐蚀焊件。 应采取措施：二、常用焊接方法的选择 常用的焊接方法： 电渣焊 点 焊 缝 焊 对 焊 摩擦焊 钎 焊 手工电弧焊 埋弧自动焊 氩弧焊 CO2气体保护焊 等离子弧焊 气 焊 常用焊接方法的选择参见P157表3-9。 结构工艺性：一定生产规模条件下，如何选择零件加工和装配的最佳工艺方案。(一) 焊缝布置布置焊缝时，应考虑以下方面： 1焊缝位置应便于施焊；2焊缝位置应有利于减少焊接应力及变形；3焊缝应避开应力集中部位；4焊缝应避开机械加工面。1、焊缝位置应便于焊接操作 对于

20、手工电弧焊，应具有足够的焊条操作空间。不合理 合理 对于点焊或缝焊，应考虑电极引入方便。点焊、缝焊焊缝位置点焊缝焊 对于点焊或缝焊，应考虑电极引入方便。点焊缝焊 对于气体保护电弧焊，应考虑气体的保护作用。 对于埋弧焊，应使接头处有利于熔渣形成封闭空间。2、焊缝布置应有利于减小焊接应力和变形(1)尽量减少焊缝数量采用型材或冲压件焊接，可较板材减少两条焊缝。 板材型材减少焊缝数量(2)尽可能分散布置焊缝 焊缝集中分布易使接头过热，降低材料力学性能。焊缝间距一般要求大于板厚的3倍或5倍。 焊缝布置应避免密集和交叉(3)尽可能对称分布焊缝 对称布置焊缝，可使各条焊缝的焊接变形相抵销，可明显减小梁柱结构

21、的焊接变形。 不合理合理3. 焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位 合理不合理合理不合理4焊缝应尽量避开机械加工面 (二) 焊接接头和坡口型式的选择 1、焊接接头型式的选择 四种基本接头型式中：(2)焊接坡口型式选择： 同时应兼顾： 焊接工作量的大小 焊接材料消耗 坡口加工成本 焊接施工条件等主要取决于板厚和采用的焊接方法。对接接头的坡口形式：角接接头及坡口形式：T形接头的坡口形式：K形坡口单边双U形坡口不开坡口单边Y形坡口搭接接头的坡口形式：不开坡口塞焊 手工电弧焊，厚度大于6mm的板对接时，一般要开设坡口； 对于重要结构，板厚超过3mm即需开设坡口，可加工成Y形、X形、U形等各种形状的坡口

22、。 Y形坡口和U形坡口只需一面焊，可焊到性较好，但焊后角变形大，焊条消耗量也大些； 双Y形坡口比Y形坡口节省焊接材料近一半，但受结构形状限制须两面都焊到； U形和双面U形坡根部较宽，易焊透、焊接材料消耗小，但坡口制备成本较高，往往只用于动载荷的厚板结构中。板厚相同时： 不同厚度钢板对接的承载接头，当两板厚度差(-1)小于表3-10(P163)的规定时，焊接接头的基本形式和尺寸按厚度较大的板确定。 表表3-12 不同厚度钢板对接时允许的厚度差不同厚度钢板对接时允许的厚度差 当两板厚度差(-1)大于表3-10的规定时，应在厚板上作出单面或双面斜度，有斜度部分的长度L3(-1)。单面斜度双面斜度 气

23、焊、手工电弧焊和气体保护焊焊缝坡口几种形式和尺寸的规定。 一、胶接的特点与应用 胶接定义： 胶接示例2. 胶接的特点：(1)能连接材质、形状、厚度、大小等相同或不同的材料，特别适用于连接异型、异质、薄壁、复杂、微小、硬脆或热敏制件;(2)接头应力分布均匀，避免了因焊接热影响区相变、焊接残余应力和变形等对接头的不良影响;(3)可以获得刚度好、重量轻的结构，且表面光滑，外表美观;(4)具有连接、密封、绝缘、防腐、防潮、减振、隔热、衰减消声等多重功能，连接不同金属时，不产生电化学腐蚀;(5)工艺性好，成本低，节约能源。4. 胶接的应用： 3.胶接的局限性： 胶接接头的强度不够高，大多数胶粘剂耐热性不

24、高，易老化，且对胶接接头的质量尚无可靠的检测方法。 主要用于航空航天工业中，同时也逐步应用于机械制造、汽车制造、建筑装潢、电子工业、轻纺、新材料、医疗、日常生活中。 二、胶粘剂 根据来源可分为： 天然胶粘剂： 组成较简单，多为单一组分；B. 合成胶粘剂： 组成较为复杂，由多种组分配制成，应用最多。2. 根据胶粘剂成分性质的分类3. 根据固化时物理化学变化的分类： 反应型 溶剂型 热熔型 压敏型4. 根据胶粘剂的基本用途分类：C. 特种胶粘剂：主要满足特殊需要，如耐高温、超低温、导热、导电、导磁、水中胶接等。B. 非结构胶粘剂：用于非受力或次要受力部位；A. 结构胶粘剂：强度高、耐久性好，可用于承受较大应力的场合；三、胶接工艺(一) 胶接工艺过程 胶接的一般工艺过程：确定部位、表面处理、配胶、涂胶、固化、检验等。 1.确定部位实施具体的胶接工艺，首先需要了解胶接部位，例如： 表面状态 清洁程度 破坏情况 胶接位置2表面处理具体方法：目的：为获得最佳的表面状态，有助于形成足够的粘附力，提高胶接强度和使用寿命。 表面清理 脱脂去油 除锈粗化 清洁干燥 化学处理 保护处理主