第五章焊接、铆接和粘接

1、机械设计机械设计第五章第五章 焊接、铆接和粘接焊接、铆接和粘接 第一节第一节 焊接焊接 第二节第二节 铆接铆接 第三节第三节 粘接粘接 返回章目录返回章目录第一节第一节 焊接焊接 焊接是利用局部加热或加压的方法使两个以上的焊接是利用局部加热或加压的方法使两个以上的金属件在连接处形成原子或分子间的结合而构成的不金属件在连接处形成原子或分子间的结合而构成的不可拆连接。可拆连接。 根据实现金属原子或分子间结合的方式不同，焊根据实现金属原子或分子间结合的方式不同，焊接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三种，具体分类如下：接可分为熔化焊、压力焊和钎焊三种，具体分类如下： 焊接焊接方法方法熔化焊熔化焊电弧焊电弧焊

2、气焊气焊电渣焊电渣焊等离子焊等离子焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊压力焊压力焊钎焊钎焊 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、爆炸焊等超声波焊、爆炸焊等电阻钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊等电阻钎焊、真空钎焊、高频感应钎焊等 熔化焊熔化焊是将被焊接的结合部位加热达熔化状态是将被焊接的结合部位加热达熔化状态（通常加入充填金属，如焊条或焊丝等），冷凝后形（通常加入充填金属，如焊条或焊丝等），冷凝后形成牢固的接头而成为一体。成牢固的接头而成为一体。压力焊接压力焊接是对两被焊件施加压力（或同时加热），是对两被焊件施加压力（或同时加热），使它们的结合部位接触在一起，形成分子或原子间的使它们

3、的结合部位接触在一起，形成分子或原子间的结合而连成一体。结合而连成一体。钎焊钎焊是将被焊件和作为填充金属的钎料加热，被是将被焊件和作为填充金属的钎料加热，被焊件熔点高不被熔化，钎料的熔点低，被融化后充填焊件熔点高不被熔化，钎料的熔点低，被融化后充填于被焊件的结合部位之间，与固态的被焊件金属相互于被焊件的结合部位之间，与固态的被焊件金属相互溶解和扩散，冷凝后连成一体。溶解和扩散，冷凝后连成一体。焊接应用实例：焊接应用实例：（a）焊接减速器箱体；）焊接减速器箱体； （b）焊接齿轮）焊接齿轮一、焊接接头和焊缝的基本形式一、焊接接头和焊缝的基本形式被焊件的结合部位称为接头，按被焊件的相互位置，被焊件的

4、结合部位称为接头，按被焊件的相互位置，接头有三种形式：对接接头、搭接接头和正交接头。接头有三种形式：对接接头、搭接接头和正交接头。焊接时形成的接缝称为焊缝。焊缝有两种：对接焊焊接时形成的接缝称为焊缝。焊缝有两种：对接焊缝和角焊缝。前者用于对接接头，连接同一平面内的被缝和角焊缝。前者用于对接接头，连接同一平面内的被焊件，焊缝传力较均匀，后者用于搭接接头和正交接头，焊件，焊缝传力较均匀，后者用于搭接接头和正交接头，分别称为搭接角焊缝和正交角焊缝，连接不同平面内的分别称为搭接角焊缝和正交角焊缝，连接不同平面内的被焊件。被焊件。 焊接接头和焊缝的基本形式焊接接头和焊缝的基本形式 焊接接头和焊缝的基本形

5、式（续焊接接头和焊缝的基本形式（续1）焊接接头和焊缝的基本形式（续焊接接头和焊缝的基本形式（续2）1对接焊缝对接焊缝对接接对接接头处的头处的坡口形坡口形状状: 预制坡口的形状预制坡口的形状（a）、（）、（h）形坡口；形坡口； （b）、（）、（i）、（）、（l）带钝边单边）带钝边单边V形坡口；形坡口；（c）、（）、（j）Y形坡口；形坡口； （d）、（）、（k）、（）、（m）带钝边双单边）带钝边双单边V形坡口；形坡口；（e）双）双Y形坡口；形坡口； （f）带钝边）带钝边U形坡口；形坡口； （g）带钝边双）带钝边双U形坡口形坡口 2填角焊缝填角焊缝垂直于载荷方向的称为端焊缝；平行于载荷方垂直于载荷方

6、向的称为端焊缝；平行于载荷方向的称为侧焊缝；既不平行又不垂直的称为斜焊缝；向的称为侧焊缝；既不平行又不垂直的称为斜焊缝；同一接头同一接头搭接接头填角焊缝的型式搭接接头填角焊缝的型式(a)端焊缝端焊缝 (b)侧焊缝侧焊缝 (c)斜焊缝斜焊缝 (d)组合焊缝组合焊缝 不止一种焊不止一种焊缝时，称为组缝时，称为组合焊缝。合焊缝。填角焊缝的剖面形状填角焊缝的剖面形状（a）等腰三角形（）等腰三角形（b）凹面三角形（）凹面三角形（c）非等腰三角形）非等腰三角形3塞焊缝塞焊缝一般只用作辅助焊缝以补主焊缝强度的不足或一般只用作辅助焊缝以补主焊缝强度的不足或用来使被焊件互相贴紧。用来使被焊件互相贴紧。二、影响焊

7、缝强度的因素和焊缝的设计规则二、影响焊缝强度的因素和焊缝的设计规则影响焊缝强度的主要因素影响焊缝强度的主要因素:焊接材料；焊接材料；焊接工艺；焊接工艺；焊缝结构。焊缝结构。焊接工艺对焊缝强度有着重大的影响。不适当的焊接工艺对焊缝强度有着重大的影响。不适当的焊接顺序将会在焊缝中引起极大的内应力，收缩时造焊接顺序将会在焊缝中引起极大的内应力，收缩时造成焊件过大的残余变形，甚至在未受载荷时就使焊缝成焊件过大的残余变形，甚至在未受载荷时就使焊缝破裂。不正确的焊接工艺还能造成未焊透、夹渣及咬破裂。不正确的焊接工艺还能造成未焊透、夹渣及咬边等焊缝缺陷，这些缺陷将使焊缝强度降低，在交变边等焊缝缺陷，这些缺陷

8、将使焊缝强度降低，在交变应力下尤为突出。应力下尤为突出。焊缝的缺陷焊缝的缺陷焊缝的结构影响焊缝中载荷和应力的分布。合理的结构应焊缝的结构影响焊缝中载荷和应力的分布。合理的结构应使焊缝处所受的载荷尽可能小，并使载荷在焊缝处的分布比较使焊缝处所受的载荷尽可能小，并使载荷在焊缝处的分布比较均匀，应能降低焊接内应力，使工艺及操作简单。受变应力的均匀，应能降低焊接内应力，使工艺及操作简单。受变应力的焊缝结构应注意减少应力集中源。焊缝结构应注意减少应力集中源。 采用焊接结构时要注意：采用焊接结构时要注意：材料的可焊性。一般含碳量低于材料的可焊性。一般含碳量低于0.25%的碳钢，含的碳钢，含碳量低于碳量低于

9、0.20%的低碳合金钢，可焊性良好。高碳的低碳合金钢，可焊性良好。高碳钢或类似的合金钢可焊性差，铸铁的可焊性更差，钢或类似的合金钢可焊性差，铸铁的可焊性更差，需要特殊的焊条和焊接方法。需要特殊的焊条和焊接方法。焊接中产生的焊接应力常常导致产生裂纹和变形，焊接中产生的焊接应力常常导致产生裂纹和变形，对结构的强度和配合形状带来不利影响。所以对重对结构的强度和配合形状带来不利影响。所以对重要的焊接结构，尤其是在采用可焊性差，塑性韧性要的焊接结构，尤其是在采用可焊性差，塑性韧性也较差的钢材，焊接后应进行热处理（如回火），也较差的钢材，焊接后应进行热处理（如回火），以消除残余应力。以消除残余应力。1.

10、设计重要的焊接接头时，还应考虑焊后便于探伤。设计重要的焊接接头时，还应考虑焊后便于探伤。例如化工设备中的高压容器往往需要例如化工设备中的高压容器往往需要100%的的探伤，探伤，以确保设备及人身的安全。以确保设备及人身的安全。焊缝的设计规则焊缝的设计规则焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）焊缝的设计规则（续）三、焊缝强度的计算三、焊缝强度的计算焊缝附近的应力很复杂，应力集中和内应力很焊缝附近的应力很复杂，应力集中和内应力很难准确确定，因此焊缝强度的计算通常是在假设应难准确确定，因此焊缝强度的计

11、算通常是在假设应力为均匀分布且不计残余内应力的条件下进行的条力为均匀分布且不计残余内应力的条件下进行的条件性简化计算。其许用应力值则根据实验确定。件性简化计算。其许用应力值则根据实验确定。 常用焊缝强度的计算公式常用焊缝强度的计算公式 常用焊缝强度的计算公式（续）常用焊缝强度的计算公式（续） 常用焊缝强度的计算公式（续）常用焊缝强度的计算公式（续） 焊缝静强度的许用应力焊缝静强度的许用应力 第二节第二节 铆接铆接 利用铆钉把两个或两个以上的被连接件（通常是利用铆钉把两个或两个以上的被连接件（通常是板材或型材）连接在一起的不可拆连接称为铆钉连接，板材或型材）连接在一起的不可拆连接称为铆钉连接，简

12、称铆接。简称铆接。 铆接具有在承受严重冲击和剧烈振动载荷时工作铆接具有在承受严重冲击和剧烈振动载荷时工作比较可靠，接头质量易于检查，工艺简单等优点，至比较可靠，接头质量易于检查，工艺简单等优点，至今仍是主要的连接形式。今仍是主要的连接形式。 一、铆钉的主要类型一、铆钉的主要类型铆钉有空心的和实心的两种。空心铆钉用于受力铆钉有空心的和实心的两种。空心铆钉用于受力较小的薄板或非金属零件的连接上。钢制实心铆钉按较小的薄板或非金属零件的连接上。钢制实心铆钉按其钉头形状有多种类型，并已标准化。其钉头形状有多种类型，并已标准化。常见铆钉的型式见下表。常见铆钉的型式见下表。 常见铆钉的型式常见铆钉的型式 常

13、见铆钉的型式（续）常见铆钉的型式（续）铆钉所用材料应具有高的塑性和不可淬性，钢铆铆钉所用材料应具有高的塑性和不可淬性，钢铆钉常用钉常用Q215、Q235等低碳钢制成。在要求高强度时，等低碳钢制成。在要求高强度时，也可使用低碳合金钢。铆钉也可用其它塑性金属制成，也可使用低碳合金钢。铆钉也可用其它塑性金属制成，如铜、铝等。但铆钉材料应和被铆件材料相同，以避如铜、铝等。但铆钉材料应和被铆件材料相同，以避免由于线膨胀系数不同而使铆缝恶化，并避免产生电免由于线膨胀系数不同而使铆缝恶化，并避免产生电化腐蚀。常见铆钉铆接后的形式见下图。化腐蚀。常见铆钉铆接后的形式见下图。 常见铆钉铆接后的形式常见铆钉铆接后

14、的形式 二、铆缝的基本形式二、铆缝的基本形式铆缝分为三种：强固铆缝、强密铆缝、紧密铆缝。铆缝分为三种：强固铆缝、强密铆缝、紧密铆缝。根据接头形式，铆缝有搭接、单搭板对接、双搭板根据接头形式，铆缝有搭接、单搭板对接、双搭板对接三种类型，根据铆钉排数，又有单排、双排与多排对接三种类型，根据铆钉排数，又有单排、双排与多排之分，如下图。之分，如下图。 铆缝的基本形式铆缝的基本形式 （a） （b） （c） （d） （e）（a）单排搭接；）单排搭接；(b)双排搭接；双排搭接；(c)三排搭接；三排搭接；(d)单排单搭板对单排单搭板对接；接；(e)双排双搭板对接双排双搭板对接把铆钉插入被把铆钉插入被铆件孔内，

15、利用端铆件孔内，利用端模制出另一端的铆模制出另一端的铆成头，这个过程称成头，这个过程称为铆合。为铆合。 钢制半圆头铆钉连接钢制半圆头铆钉连接三、铆缝的受力及损坏形式三、铆缝的受力及损坏形式 铆缝的受力及损坏形式铆缝的受力及损坏形式四、铆缝的设计四、铆缝的设计设计铆缝时，通常是根据具体的工作要求及受载设计铆缝时，通常是根据具体的工作要求及受载情况，参照有关专业的技术规范，选择合适的铆缝型情况，参照有关专业的技术规范，选择合适的铆缝型式、被铆件的尺寸、铆钉的直径和数量，然后根据其式、被铆件的尺寸、铆钉的直径和数量，然后根据其受力时可能的损坏形式按材料力学的基本公式进行强受力时可能的损坏形式按材料力

16、学的基本公式进行强度校核。校核时所用的许用应力也必须从有关专业的度校核。校核时所用的许用应力也必须从有关专业的技术规范中选取。技术规范中选取。 铆接结构设计中应注意的事项铆接结构设计中应注意的事项铆接结构设计中应注意的事项（续）铆接结构设计中应注意的事项（续）铆接结构设计中应注意的事项（续）铆接结构设计中应注意的事项（续）第三节第三节 粘接粘接粘接也是一种不可拆连接。下图是金属粘接的应粘接也是一种不可拆连接。下图是金属粘接的应用示例。用示例。 金属粘接应用示例金属粘接应用示例粘接具有如下优点：粘接具有如下优点：能够将不同的金属或金属与非金属粘接在一起；能够将不同的金属或金属与非金属粘接在一起；

17、可以粘接一些不宜焊接或铆接的异形、复杂、微小和可以粘接一些不宜焊接或铆接的异形、复杂、微小和极薄的零件；极薄的零件；粘接接头处应力分布比较均匀，粘接胶层具有缓和冲粘接接头处应力分布比较均匀，粘接胶层具有缓和冲击、削减振动的作用，使接头处疲劳强度得以提高；击、削减振动的作用，使接头处疲劳强度得以提高；粘接胶层密封性能好，粘接剂可以将两种不同金属隔粘接胶层密封性能好，粘接剂可以将两种不同金属隔开，能防止电化学腐蚀；开，能防止电化学腐蚀；粘接重量轻、外表光整。目前粘接技术在许多具有特粘接重量轻、外表光整。目前粘接技术在许多具有特殊要求的连接中应用比较普遍，如航天、电子设备等连殊要求的连接中应用比较普

18、遍，如航天、电子设备等连接中。接中。 粘接的缺点：粘接的缺点：粘接剂对温度变化比较敏感；粘接剂对温度变化比较敏感；耐老化、耐介质（如酸、碱等）性能较差；耐老化、耐介质（如酸、碱等）性能较差；如果粘合面不清洁、胶层涂抹不均匀或过厚、固化如果粘合面不清洁、胶层涂抹不均匀或过厚、固化温度与压力控制不当，将造成连接内部缺陷，且不温度与压力控制不当，将造成连接内部缺陷，且不易发现，因而降低了连接的可靠性。易发现，因而降低了连接的可靠性。 一、粘接接头一、粘接接头 粘接接头的基本型式粘接接头的基本型式 设计粘接接头时应注意以下几点；设计粘接接头时应注意以下几点；（1 1）尽可能使胶层受剪或受压。受拉易于发生扯开或剥离破坏。）尽可能使胶层受剪或受压。受拉易于发生扯开或剥离破坏。必要时应采取一些保护措施。必要时应采取一些保护措施。 胶层应避免的受力和保护措施胶层应避免的受力和保护措施 （2）尽量使胶层应力）尽量使胶层应力分布均匀