第4章 连接成形

优点
可焊几乎所有的金属
合金；
电弧燃烧稳定，低电流 可焊，适于薄板和难焊 位置；
钨极惰性气体保护焊
1—焊丝 2—焊丝导管 3—气体喷嘴 4—电流导体 5—钨极 6—保护气体
明弧便于操作，
7—电弧 8—铜垫板
焊接效率较低， 应用：不锈钢、耐热钢和各
成本较高
种非铁金属及其合金
钨极惰性气体保护焊
2．电渣焊
1 熔焊液相冶金
(1) 熔焊液相冶金的特点
反应温度高、比表面积大、反应时间短(见表4-1）
温度高 氧化反应迅速、激烈 （原子活泼） 元素烧损大
气体侵入熔池，形成夹杂
反应时间短
反应不完全，成分不均匀 气体、杂质来不及浮起 淬硬倾向大
熔焊冶金特点知：
对焊缝影响较大的是气体的侵入和成份的变化
焊缝对外表现出的力学性能特点为:
δ
ak
即：硬度高、脆性大
(2) 保证焊缝质量的措施
1）防止有害气体侵入熔池 用气体及熔渣隔离空气或两者联用
焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂 2) 冶金处理
添加有益元素 脱氧、脱硫、脱磷 渗有益合金
2．熔池结晶
焊缝金属晶粒较粗，组织不致密，且易引起化学成分
偏析，有些焊缝金属在凝固末期还可能产生热裂纹。
应用： ：精密结构件及热敏 感件的焊接
特点：焊接速度高，热输 入小，焊缝窄，热影响区及 焊接变形小，焊缝平整光滑
应用：各类材料及很厚和很 薄的材料
特点：不需填充材料和焊剂； 无铸态组织，不影响性能；且 可同时焊接多个接头
激光焊接
激光切割
4.3. 常用金属材料的焊接
4.3.1 材料的焊接性
材料的焊接性：材料在限定的施工条件下焊接成按规定 设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。
13—熔池 14—电弧
筒体环焊缝的埋弧焊 1—焊丝 2—送丝滚轮 3—焊剂
4—筒体 5—滚轮架
埋弧焊
埋弧焊特点
优点：
采用大电流，30mm以下板厚可不开坡口一次焊成，效率高； 焊缝质量好、表面光滑美观； 节省焊接材料和电能。
缺点：
设备投资较高，且只适用于平焊位置。
适用： 较厚的板料的长、直焊缝和较大直径的环形焊缝.
适用：精密、微型、形状复杂或多钎缝的焊件及异 种材料间的焊接，广泛用于焊接换热器、夹层结构 、电真空器件和硬质合金刀具
4.2.4 其它焊接方法 2．电子束焊
1．等离子弧焊
利用加速和聚焦的电子束轰击
借助水冷喷嘴对电弧的拘束作 置于真空或非真空中的焊件所
用，获得较高能量密度的等离子 弧进行焊接的方法
产生的热能进行焊接的方法
(1) 用碳当量评价钢的焊接性
1）国际焊接学会（IIW）推荐的公式：
CE [w(C) w(Mn) w(Cr) w(Mo) w(V ) w(Ni) w(Cu)]100%
6
5
15
CE＜0.4% 焊接性良好：
淬硬倾向较小，不必预热
胶接：用胶粘剂将被粘物表面连接在一起的方法。
胶接工艺简便、生产效率高、成本低，在工业生产中应用愈 来愈广泛。
机械连接：通过构件间产生的机械作用力实现连接的方法。
机械连接质量可靠、易于检修，在工业中应用广泛。
4.1 焊接基础
4.1.1 熔焊冶金过程及其特点
在熔焊过程中，焊接接头金属将发生一系列的物理、化学 反应，称为熔焊冶金过程，包括液相冶金、熔池结晶、焊缝 和热影响区的组织变化等。
(1) 焊接残余变形的类型：五种
角变形
收缩变形
较理想的正常情况
厚度方向加热不均匀
弯曲变形
高度方向加热不均匀
横截面上加热不均匀
扭曲变形
多见于薄板件
失稳变形
常见多为综合型的变形
(2) 控制焊接残余变形的措施
1）设计措施
A、尽量减少焊缝的数量和尺寸， 合理选用焊缝的截面形状
B、合理安排焊缝位置
2）工艺措施
CO2气体保护焊用于：低碳钢、强 度级别较低的低合金结构钢。
熔化极氩弧焊用于：易氧化的非 铁合金、要求较高的各类合金钢
熔化极气体保护焊
1-送丝滚轮 2-焊丝 3-导电嘴 4-喷嘴 5-进气管 6-氩气流
7-电弧 8-焊件
CO2气体保护焊
2）钨极惰性气体保护焊
用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨 ）电极的惰性气体保护焊。
第4章 连接成形
定义: 连接成形是将若干个构件连接为一体的成形方法。 分为：焊接、胶接和机械连接等三大类。
焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材
料，使工件达到结合的一种方法。 分为：熔焊、 压焊、钎焊
优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接的材料广泛。 缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形
20mm的低碳钢棒料和管 子，直径小于8mm的非铁金 属棒料和管子……
接头力学性能好 应用：各种金属材料和各
种断面，如钻头、刀具、 钢轨和大型管道……
2．摩擦焊 利用焊件表面相互摩擦所产生的热，使端
面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接
图4-23 摩擦焊机结构 1—电动机 2—传动带 3—带轮 4—制动装置 5—主轴 6—转动夹具 7—不转动夹具 8—液
A、反变形 法
预置反变形
塑性预弯反变形
B、刚性固定法
强制预弯反变形
用夹具夹紧凸缘 1-固定夹
用压铁压紧薄板 2-压铁 3-焊件 4-平台 5-定位焊点
C、合理选用焊接方法和焊接规范： 选用能量较集中的焊接方法 ：CO2气体保护焊、等离子弧焊 焊接时采用较小的热输入：小电流、提高焊接速度
D、选用合理的装配焊接顺序 尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊
3-焊丝 4、10-渣池 5、11-熔池 6、13-焊缝
7、8-焊件 9-板极
电渣焊
4.2.2 压焊（电阻焊、摩擦焊） 1．电阻焊 工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头
的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。
(1) 点焊：柱状电极
优点：质量高，内应力与变形小，不需填充 材料，生产率高，劳动条件好。
熔池金属凝固时，以熔 合线上局部熔化的母材晶 粒为核心，沿着散热的反 方向长大，形成垂直于熔 池壁的柱状晶。
保证质量的办法：
1-母材 2-熔合线 3-联生结晶 4-柱状晶
1）焊缝中增添少量Ti、V、Mo等元素，可形成弥散的结晶核 心，使焊缝晶粒细化，力学性能提高。
2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等工艺措施均可细化焊 缝晶粒。
1．材料焊接性的影响因素
材料的化学成分：低碳钢，好；高碳钢，差；铸铁，更差 焊接方法： 能量集中、保护好,焊接性好
焊接材料： 焊丝、焊剂和气体等 碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；
惰性气体保护，焊接性好
焊件结构类型：：结构简单、刚性小,焊接性好 服役要求： 服役要求不高,焊接性好
影响因素
2．焊接性的评价
局部去应力退火：结构简单、刚性较小或体积较大的焊件，如 圆筒、管道、长构件等。
（2）机械拉伸法
（3）温差拉伸法
适用于：焊缝较规则，厚度在 40mm以下的板壳结构
（4）振动法
激振器使焊接结构发生共振
产生循环应力来降低或消除
温度拉伸法示意图
内应力
1-喷水排管 2-焊件 3、4-氧乙炔焰炬
4．焊接残余变形的控制和矫正
保护焊件和液态钎料以免氧化 改善液态钎料对焊件的润湿性
2．接头型式 多采用搭接
图4-24 钎焊接头形式
a）平面搭接接头 b）T形接头 c）角接接头 d）套管接头
3．加热方式： 烙铁、火焰、电阻、 感应、浸渍和炉中加热……
4．特点： 钎焊加热温度较低 接头光滑平整 组织和力学性能变化小 焊件变形小 适于焊接异种材料 可同时焊多工件、多接头，生产效率高 接头强度和耐热性能较低，焊前清理和装配要求较高
应用：薄板、网和空间构架等的焊接， 如汽车外壳、门等
(2) 缝焊：滚轮电极
优点：生产率更高，且焊缝可具有密封性
应用：有密封要求的薄板容器，如油
箱、罐体、散热器等。
点焊
缝焊
(3) 对焊 将焊件以整个接触面焊合
1）电阻对焊 先加压后通电 2）闪光对焊 先通电后加压
接头力学性能差 应用：断面紧凑、直径小于
(2) 气体保护电弧焊
用外加气体作电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。
1）熔化极气体保护焊 采用实心焊丝或药芯焊丝作电极的
气体保护焊。 保护气体有:CO2、Ar、Ar+O2、 A优r+点CO：2生等 产效率高；易于操作；
质量好；全位置焊接；焊接材料 利用率高，能耗低 。
缺点：设备成本高，维修费用高
尽量减少焊缝的数量
B、刚性较小的接头
√
2）工艺措施
A、合理的焊接顺序： 先内后外 先短后长 交叉处不起头收尾
B、降低焊接接头的刚性
a)板孔少量翻边 b)镶块压凹
C、加热减应区
a)焊前加热 b)焊后冷却
D、锤击焊缝 （焊后趁热） E、预热和后热
3．焊接残余应力的消除方法
（1）去应力退火：整体或局部加热温度500～650℃，
局部加热 不均匀冷却
受阻膨胀 受阻收缩
内应力
焊接件的结构特点：塑性好、细、薄、易变形 焊后残留在焊件内：焊接残余应力、焊接残余变形
2．焊接残余应力的调节与消除
(1) 焊接残余应力的分布：先冷处受压 后冷处受拉
中间散热慢 产生拉应力
(2) 调节焊接残余应力的措施
1）设计措施
A、减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉。采用型材、 复杂部位采用冲压件或铸件、薄板结构采用电阻焊代替熔焊
压缸 9—焊件
优点：接头质量好，焊件精度高； 劳动条件好，生产效率高 可焊接异种材料
缺点：非圆形截面、大型盘状或薄壁件，以及摩擦系数小或 易碎的材料难于焊接
设备投资较大 适于：圆形、管形截面工件的对接，如刀具、阀门、钻杆……
逐步取代闪光对焊
摩擦焊
4.2.3 钎焊
利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与 母材相互扩散实现连接。
3．焊接接头的组织转变
焊接接头：是由两个或两个以上零件要 用焊接组合或已经焊合的接点。
焊缝金属区：铸态组织； 较好
焊 熔合区：铸态+过热组织；最差
接
接 头
热 过热区：过热组织＋粗大晶粒； 最差 影 相变重结晶区：正火组织；性能最好
响
区 不完全重结晶区：晶粒和组织都不均匀；较差
针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的过热 区可能出现的质量问题，可以：
a)矫正角变形
b)矫正弯曲变形
1、3-加热区域 2-焰炬 3-挠度
操作灵便，但需较丰富的实际经验
4.2 焊接方法 4.2.1 熔焊
1．电弧焊:电弧作为热源 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊）
(1) 埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
埋弧焊
1—焊接衬垫 2—V形坡口 3—焊剂挡板 4—焊剂给送管 5—焊丝 6—接焊丝电缆 7—颗粒状焊剂 8—渣壳 9—焊缝 10—母材 11—焊缝金属 12—接工件电缆（接地）
利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接.
优点：厚板一次行程中焊
成，熔敷速度高；加热和冷
却速度慢，不易产生气孔、
夹渣等缺陷，且脱硫、脱磷
较充分，焊缝质量较高。
缺点：晶粒粗大，热影
响区较宽。焊后通常须进 行正火处理，以细化晶粒 ，提高接头的韧性。
适用：厚度30mm以上 的厚板或大截面结构
电渣焊
a）丝极电渣焊 b）板极电渣1) 钎料
钎焊时用作填充金属的材料 1）软钎料：熔点低于450℃：锡
铅基、铅基、镉基等合金。 焊接受力不大、工作温度较低的
零件。 2）硬钎料：熔点高于450℃：铝基
、 铜基、银基、镍基等合金。
焊接受力较大、工作温度较高的
零件。 (2) 钎焊焊剂：松香、氯化锌水
溶液、磷酸水溶液 作用:清除钎料和母材表面的氧化物
机械压缩 热压缩 电磁压缩效应
特点：能量密度和温度高，穿透 能力强，焊接速度快，生产率高
特点：焊接速度快，热输 入小，焊缝深宽比大，热
影响区窄，焊件变形小
等离子弧焊
3．激光焊
以聚焦的激光束作为能源 轰击焊件所产生的热量进行 焊接的方法
4．扩散焊
将工件在高温下加热，但不 产生可见变形和相对位移的固 态焊接方法，属于压焊类型。
工字梁埋弧焊焊接顺序
a）工件移动 b）机头移动
(3) 焊接残余变形的矫正
1）机械矫正法 利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形， 使二者相互抵消
a)用压力机矫正弯曲变形 b)用辊轮矫正失稳变形 生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料 长直缝和环形焊缝构件
2）火焰矫正法
即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产生塑性变 形，以抵消焊接残余变形
1）采取热量集中的焊接方法，减小热
影响区的宽度，减小影响提高性能。 先进的焊接方法均如此。（见表4-2） 2）工艺上：小电流、快速焊，以减
小单位长度上的热量输入 3）焊后正火
机设04－1，2，3
• 第八次课 第十四周周二下午5，6节 • （11月28日）
4.1.2 焊接应力与变形
1．焊接应力与变形产生的原因