10第十章 金属连接成型方法

2. 特点及应用 1）金属不被氧化 2）热影响区小 3）适应性强 缺点：设备复杂，造价高 应用：原子能、航空航天部门的特殊材料 的焊接
三、 激光焊接
光线转化为热量 如果照射强度足够高，接受光照处的物质 就会局部燃烧或熔化 特点： 1）过程快，时间短，不需要真空环境 2）热影响区小 3）可通过透明材料 4）可焊接异种金属，甚至绝缘材料
四、爆炸焊
利用炸药爆炸时产生的冲击波使焊件迅速 撞击，短时间内实现焊接的一种压焊方 法。 1. 过程 基板固定在基础上 覆板上安装炸药，中间 为缓冲层 高速冲击波使覆板变形并加速向基板运动， 两者撞击处实现焊接
2. 爆炸焊特点及应用 属高速、高能成形 适宜于双金属焊接，可接生贵重金属
五、扩散焊
2. 特点及应用 1）生产率高，成本低 2）焊接质量好 缺点： 熔池在高温下停留的时间长，热影响区宽； 焊缝为粗大的树枝晶，过热组织长大严重 应用： 广泛用于重型机械制造中 电渣焊件的厚度达40～450mm
§11.2 压力焊
通过加热等手段，使金属达到塑性状态， 然后对焊件施加压力，使其发生塑性变 形，经过扩散等作用形成焊接接头 压力焊的两个因素：热源；压力 按加热手段不同，分为①电阻焊 ②摩擦焊
3. 焊条电弧焊的特点及应用 设备简单，操作灵活，适应范围广。 焊接接头热影响区宽，质量较低，劳动条 件差
二、埋弧自动焊
电弧引燃后，在焊剂层下燃烧 引燃电弧、送丝、电弧移动过程全部由机 械自动完成
1. 过程 覆盖一层足够数量的焊剂 送丝机构送丝 ，引弧 形成熔池，移动，凝固，形成焊缝
2. 焊接材料 焊丝和焊剂 焊丝：含有较多的Mn，Si等合金元素 杂志含量低，可提高焊缝质量
钎剂作用：①去除钎料和母材表面的氧化
一、过程
过程分为浸润、铺展和连接三个阶段
二、钎焊分类
1. 硬钎焊 熔点高于450℃的钎焊 强度高，大于200Mpa 主要用于受力较大的钢铁及铜合金构件
2. 软钎焊 熔点低于450℃ 接头强度低 ＜70Mpa 工作温度低 ＜100℃ 在电子，电器，仪表工业广泛应用
三、接头形式
一般采用板料搭接和套件镶接
四、特点及应用
1）加热温度较低，焊件组织性能变化小 2）焊缝光滑美观，焊后无需后加工 3）可连接不同种类，不同性质的材料 4）设备简单 5）接头强度低，工作温度不能太高 适宜于小而薄，且精度要求高的零件 应用于机械、仪表、电子等
§10.4 焊接新方法
一、等离子弧焊接 等离子态—被电离的气体 等离子弧焊接是利用电弧压缩效应，获得 高能量密度的等离子弧进行焊接 等离子弧焊电极：一般为钨极 保护气为氩气 等离子弧，又称压缩电弧
2. 接头形式 等断面或不等断面
3. 特点 1）质量好且稳定 2）生产率高 3）精度高，变形小 4）成本低，电能消耗小 5）劳动条件好
§10.3 钎焊
采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将 焊件和钎料加热，只使钎料熔化而焊件 不熔化 焊接材料：①钎料 物和油污 ②防止焊件和钎料在焊接过程中 的氧化 ②钎剂
点焊示意图
分流现象： 点焊第二个焊点时，部分电流流经已焊好 的焊点。 分流导致焊接处电流减小，影响质量 零件厚度越大，导电性越好，相邻焊点间 距越小，分流越严重
熔核偏移； 焊接不同厚度或不同材料时，因为薄板和导热性 好的材料吸热少，导致熔核向厚板和导热性差 的材料偏移。 熔核偏移使焊件有效厚度减小，接头强度下降， 甚至漏焊 措施：薄板处加一垫片以增加厚度 或用导热性差的电极，减小薄板的散热
闪光对焊示意图
二、摩擦焊 使焊件在一定压力下相互接触，并相对旋 转运动，利用摩擦所产生的热量使端面 达到塑性状态，然后迅速施加顶锻力， 在压力下完成焊接
1. 过程 安装 回转夹具做高速旋转，非回转夹具作轴向 移动，使端面接触并施加轴向力； 接触而产生强烈的摩擦，升温到塑性状态 到温后停止旋转，施加轴向压力
1. 等离子弧的产生 其产生要经过三种压缩作用 （1）机械压缩作用 电弧经过细小孔道时，被强迫缩小 （2）热压缩 当电弧通过用水冷却的特种喷嘴，受不断 送来的冷气流及水冷孔道壁的冷却作用， 使弧柱外围受到强烈的冷却，温度降低， 导电面积缩小，产生热压缩效应
（3）电磁压缩作用 由于电弧内的带电粒子在弧柱内的运动， 产生电磁力，使它们之间相互产生吸引， 也就是电磁压缩作用 这样被压缩的电弧能量 高度集中，达到极高的 温度
熔核偏移示意图
2）点焊接头形式 一般采用搭接形式
3）应用 主要用于＜6mm的冲压、轧制薄板的大批 量生产
2. 缝焊 焊缝实际上是连续的点焊 盘状电极在工件上连续滚动，形成连续或 步进式的焊缝 主要用于薄板结构钢的焊接
3. 对焊 又称对接电阻焊 装配成对接接头，利用电阻热加热至塑性 状态，然后迅速施加顶锻力完成焊接 有两类：①电阻对焊 ②闪光对焊
（2）熔化极氩弧焊 以可熔化的焊丝为电极，焊接时焊丝熔化， 起导电和填充作用 焊接电流较大，熔深较大，适用于焊接厚板
氩弧焊的特点： 1）保护作用好，焊接质量好 2）电弧稳定，飞溅小，焊缝致密 3）热量集中，热影响区小 4）操作性能好，可进行全位置焊接 5）氩气价格较贵 一般用于化学性质活泼的金属及不锈钢， 耐热钢等
第十章 焊接方法及其发展
自20世纪20年代发现电弧以来，已有多种 焊接方法 按焊接工艺特点分为 ①熔化焊 ②压力焊 ③钎焊
§11.1
缝的形成焊 焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊
一、焊条电弧焊
焊条和工件分别作为两个电极进行焊接， 电弧热使焊件和焊条端同时熔化，形成熔 池，焊条药皮熔化成熔渣覆盖与熔池表 面并产生大量的保护气体
一、 电阻焊 利用电流通过焊件接头的接触面及邻近区 域产生的电阻热使焊件达到塑性状态或 局部熔化，然后在压力作用下实现焊接 特点： 1）电流大，时间短，生产率高 2）变形小，质量高 3）不需填充金属，不需焊剂，操作简单
1. 点焊 用圆柱状电极压紧工件，然后通电、保压 获得焊点 1）过程 两工件紧密接触，接通电流 两工件接触处，由于电阻热很大，温度迅 速升高，金属熔化成液态熔核 断电后继续保持或加大压力，使熔核在压 力下结晶，形成致密的焊点
2. 特点及应用 1）能量密度大，温度高，穿透能力强 2）电流小到0.1A时，等离子弧仍能保持 稳定燃烧 缺点：设备复杂昂贵，气体消耗大
二、电子束焊
属高能密度焊接方法 解决了高熔点和活泼金属的焊接问题 1. 原理： 在强电场中，由电子枪发射的电子，在电 场作用下被加速，获得很高的能量，以 极高的速度打在焊件上时，被焊金属的 温度不断升高，可达焊接的目的
特点： 1）生产率高 2）焊接质量好 3）焊接时操作性能好 4）成本低
缺点： 有氧化作用，使合金元素易烧损，不宜焊 有色金属；产生熔滴飞溅 应用：造船、车辆、汽车、农业机械等 主要用于低碳钢和部分合金结构钢
2. 氩弧焊 使用高纯氩气为保护气体 分为① 熔化极氩弧焊 ②不熔化极氩弧焊
（1）不熔化极氩弧焊（钨极氩弧焊） 以高熔点钨合金为电极，电极在焊接时不 熔化，仅起引弧和导电作用 因电流不大，适用于焊接薄板
在真空或保护气氛中，在一定温度和压力 下保持长时间，使接触面之间的原子相 互扩散而形成接头的焊接方法 净化焊接表面在扩散焊工艺上是必需的。 真空扩散焊广泛应用
特点及应用 1. 加热温度低，接头无热影响区 2. 可焊接各种金属及合金，尤其是难熔金 属；还可焊接异种材料，如金属和陶瓷 3.可焊厚度差异很大的焊件，也可以小拼 大且力学性能均匀
1. 焊接材料 焊接材料为焊条，焊条内部为金属焊芯，外 涂药皮 焊芯：电极，填充金属 其成分和性能对焊缝金属有直接影响 药皮：产生保护气体；稳定电弧，减少飞溅； 与熔池金属发生冶金反应，除杂质、补充 有益元素，提高焊缝性能。
2. 焊条选用 应根据焊件成分和适用要求以及焊接结构 的形状和受力情况选用 ●结构钢焊条的力学性能应满足焊缝与焊 接件等强度要求 ●对特殊钢，保证接头的特殊性能，应具 有相同或相近的成分
三、气体保护焊
用外加气体作为电弧介质并保护电 弧和焊接区的电弧焊 有两类：①二氧化碳气体保护焊 ②氩弧焊
1.二氧化碳气体保护焊 以CO2为保护气体，以焊丝为电极，靠焊 丝和焊件之间产生的电弧融化金属与焊 丝，完成焊接 电弧引燃后，焊丝末端、电弧及熔池被 CO2 气体包围，从而使 高温金属受到保护，避免 空气的有害影响
（1）电阻对焊 两个焊件夹紧加压，通电加热至塑性状态， 断电，施加顶锻压力 特点：操作简单，生产率高，接头较光滑 缺点：对端面的清理要求高 应用：强度和质量要求不太高，断面简单 的棒材，管材
（2）闪光对焊 端面逐渐靠近达到局部接触，由于局部接 触点电流密度大，产生的电阻热使金属 迅速熔化蒸发爆破，呈高温颗粒飞射出 来，形成闪光 特点：由于闪光作用排除了氧化物和杂质， 接头质量好，强度高；对端面加工 要求较低
焊剂：起保护效果；向焊缝过渡Mn，Si等 元素 焊剂有两类： ①熔炼焊剂 ②非熔炼焊剂（陶制焊剂） 焊丝和焊剂选用的总原则： 先根据焊接金属的成分和力学性能选择焊 丝，然后根据焊丝选配相应的焊剂
3. 特点 1）熔深大，生产率高 2）节省金属 3）焊接质量好且稳定 4）劳动条件好
4. 应用 碳钢，低合金结构钢，不锈钢 压力容器，造船，车辆等 适于批量生产中、厚板的长直焊缝及 直径大于250mm环缝
六、超声波焊
利用超声波的高频振荡使焊件局部接触处 加热和变形，然后施加一定压力实现焊 接。 特点及应用： 1. 温度低，热影响区小，变形小 2. 接头中无铸态组织且强度高 3.可焊接厚度差异大和多层箔片结构 4. 可焊接物理性能差异大的金属，也可焊 接非金属材料 5. 耗电少，表面清理要求不严
§10.5 计算机在焊接中的应用
常用材料的焊接
一、金属和合金的焊接性 焊接性：材料在一定的焊接工艺条件下， 获得优质焊接接头的难易程度 估计焊接性的方法：碳当量法 C当=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15 C当＜0.4％ 焊接性优良 焊接性中等 C当=0.4～0.6 ％