考试范围0568修改

焊接

定义： – 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料， 使工件达到金属原子结合得一种连接方式。
分类

根据焊接过程的特点，焊接方法可分为： – 熔焊 – 压力焊 – 钎焊
焊接电弧

焊接电弧：
– 电弧是气体放电的一种形式 – 焊接电弧使焊条端部与焊件之间的空气电离区
产生的一种强烈而持久的放电现象。 – 焊接电弧的产生：短路——空载——燃烧 – 焊接电弧在燃烧时，放出大量的光能和热能 （6000～8000 K）
– 使零件在工作中受最大正应力与纤维方向一致 – 使零件在工作中受最大切应力与纤维方向垂直 – 最好使纤维组织沿零件轮廓分布面而不被切断
合金的锻造性能

定义：是衡量金属材料经受压力加工时 难易程度的一个工艺性能

金属的σ s大， δ 小，则容易变形，不易开裂，省力

金属的锻造性能取决于金属的本质和加 工条件

冷热变形
– 冷变形：金属在再结晶温度以下的变形，有
加工硬化现象 – 热变形：金属在再结晶温度以上的变形，有 再结晶组织而无加工硬化现象
纤维组织

纤维组织使金属性能具有方向性
– 平行于纤维组织的方向，其抗拉强度高 – 垂直于纤维组织的方向，其抗剪强度高

为了获得更好性能的零件，设计加工工艺 时要注意：
顾伟生 副教授
绪论
绪论
铸造
定义： 将液态金属浇注到铸型中，待其冷却凝 固，以获得一定形状、尺寸和性能的毛 坯或零件的成形方法。

液态合金的充型
充型─液态合金填充铸型的过程。 充型能力─液态合金充满铸型型腔，获得形状准 确、轮廓清晰铸件的能力。 （若充型能力不足，铸件将产生浇不到可冷隔 等缺陷。） 影响充型能力的主要因素： （1）合金的流动性； （2）浇注温度； （3）铸型填充条件。
铸件结构设计工艺性
铸造合金性能 最小壁厚
– 壁厚太小,易产生浇不足,冷隔,或白口等缺陷 – 壁厚太大,冷却速度慢,晶粒粗大,易产生缩孔等,使机 械性能下降 – 合理截面形状,用加强筋等(壁厚均匀,减轻重量,增加 刚度) • 可提高刚度,减少重量 • 抗弯强度的相对值% • 金属重量的相对值%
常用金属材料的焊接
低碳钢焊接性良好，各种方法均可焊接 中碳钢焊接

– 预热 – 用J507焊条 – 用小电流，细焊条（开坡口多层焊，防母材熔入多）
铸铁主要焊补，用气焊或电焊，铸铁焊条等。要 预热，缓冷等。 铝合金用氩弧焊，气焊等 黄铜用气焊 不锈钢用氩弧焊，或直流电弧焊（不锈钢焊条）

减少和消除焊接应力的工艺措施
思考题
为什么电焊机要有陡降的外特性？ 电焊条的组成及其作用是什么？ 列表写出冷卷低碳钢热影响区区域，组织 和机械性能。 如何减少或防止焊接变形与应力的产生？ 常用的金属材料是用什么焊接方法？

焊芯：
– 传导焊接电流，产生电弧 – 焊芯熔化作为焊缝的填充金属
电焊条

药皮：
– 作用： 稳定电弧，既容易引弧又稳定电弧 机械保护，造气造渣，隔离空气 冶金处理，渗合金，脱碳，脱氧
焊接接头金属组织与性能的变化

焊接接头=焊缝＋热影响区
焊接接头金属组织与性能的变化

热影响区（HAZ）


金属的本质 加工条件 应力状态的影响
加工条件
变形温度的影响
–T变越大，使得δ 增加， σ s下降，则锻 造性能好，这是提高金属锻压性能的主要方 法，但温度过高将产生过热，过烧，脱碳， 严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废
金属的加热

目的: 提高金属的塑性,降低变形抗力.
变形速度的影响

变形速度的影响： –0~a）V↑，δ ↓ σ s ↑ –a~ ）V↑，δ ↑ σ s ↓
C当量＝C＋Mn/6
焊接性能估算方法
C当量,<
0.4% 钢的δ 好，淬硬倾向不明显， 焊接性好（除厚大件或低温时要预热） C当量=0.4-0.6%,δ 下降，淬硬倾向明显， 焊接性较差（要加一定措施，如预热，保 温等） C当量> 0.6% δ 较低，淬硬倾向很强，焊接 性很差（要加非常严格措施，否则不行）
铸件结构设计工艺性
铸造合金性能

铸造圆角
– – – – 热量大,易产生缩孔 柱状晶结合处,结合力弱 应力集中 美观,避免外角伤人,防型腔尖角冲坏等
提问
– 为什么说铸造圆角是铸件的特征? – 铸造采用加强筋有何作用?
塑性变形对组织和性能的影响

金属在常温下经过塑性变形后，其组织和 性能会发生显著的变化：
收缩

合金收缩的三个阶段


液态收缩（T液－T凝开）无影响，但若堵塞则产 生缩孔。 凝固收缩（ T凝开－ T凝终）产生缩孔缩松的主要 环节。

固态收缩（ T凝终－ T室）总尺寸缩小，产生内应 力，导致裂纹，变形等。
提问

为什么共晶成分的合金流动性较好？
常用合金铸造生产
常用合金铸造生产
可锻铸铁 浇注 低C低Si大变形方向伸长 在晶间产生碎晶，使变形困难 晶格发生歪扭，产生内应力
σ、HB↑，δ、ak↓，加工硬化 好处：是一种硬化手段 坏处：进一步加工不利
性能变化

再结晶

T再＝0.4 T熔；回复: T回＝(0.25-0.3)T熔
– 可以消除加工硬化，形成等轴晶粒 – 再结晶退火，碳钢为600～700 ℃，小于T临

矫正焊接变形的方法
– 机械矫正法 – 火焰加热矫正法
焊接应力与变形

减少和消除焊接应力的工艺措施
– 选择合理的焊接次序 – 预热法 – 焊后除应力退火
焊接材料的选用

金属材料的焊接性
– 是指被焊金属在一定的焊接工艺条件下，获得
优质焊接接头的难易程度。

优质焊接街头
– 工艺焊接性
– 使用焊接性
焊接性能估算方法
再结晶来不及完全消除金属 变形引起的加工硬化，使之逐 渐积累。

应力状态的影响

塑性变形对组织和性能的影响
– 拉应力能使得δ ， σ s↓
– 压应力δ， σ s ↑
提问
金属材料在室温下经过塑性变形后，其 组织和性能会发生什么变化？ 冷热变形的区别是什么？ 如何考虑材料中的纤维组织？ 在一般情况下，为什么随变形速度提高， 金属的锻压性能变差？

长时间 40-70或100小时
白口铸铁
高温退火920-980度
常用合金铸造生产
加球化剂进行球化处理 球化剂用纯镁或稀土镁合金,作用是使石 墨成球状析出 加孕育剂进行孕育处理 孕育剂用75%硅铁,作用是促使铸铁石墨 化,防止产生白口

提问

孕育铸铁和球墨铸铁(或可锻铸铁)是通过 什么方式来提高其强度?
– – – – –

Z越大，冲裁件质量下降（毛刺等缺陷产生） Z越大，模具的寿命上升（刃口间的摩擦减小，冲裁力减小， 模具不易磨损）
– 间隙Z的大小主要取决于板厚和冲裁件质量。
弯曲
板材弯曲时内侧受压，外侧受拉，为防止 拉裂（当σ拉 >σb则拉裂），为防止拉裂， 有最小弯曲半径Rmin=(0.25~1)S, 材料塑性 好，R可取小些。 希望弯曲线垂直纤维方向，若平行，则易 拉裂，可增加R改进。 因为有弹性变形存在，有回弹现象，一般 回弹角0～10度，S越大，回弹角越大
σ 、δ 、ak↓ (接头变化，引起应力集中) σ 、δ 、ak↓ (尤其 ak↓25－30％)
过热区 正火区
部分相变区 再结晶区
σ 、δ 、ak↑
稍差 σ 、HB↓δ 、ak↑
T再 ～ Ac1 线
焊接应力与变形

防止和减少焊接变形的工艺措施
– – – –
反变形法 加余量法 刚性夹持法 选用合理的焊接次序
– 指焊缝两侧因焊接热作用而发生组织和性能变化的区域
温度区间 ℃
AE ～AC线（约0.1～ 1mm） Ac3线以上100－ 200℃ ～AE线 Ac3 ～ Ac3线以上100 －200℃ Ac1 ～ Ac3 线
区域 熔合区
组织
铸态组织＋ 过热粗晶 过热粗晶 (正火组织) 细晶 晶粒粗细不均 细晶
机械性能

拉深
定义：使板料制成中空形状零件的工序 拉深模与冲裁模相似，区别为

– 拉深凹凸模无刃口，而有适当的圆角。
– 拉深凹凸模间隙>S, Z＝（1.1~1.3)S

拉深缺陷
– 起皱 – 拉裂(多次拉深和再结晶退火可防止拉裂）
提问
金属冲压加热的目的是什么？始锻温度过高有什么不 好？ 冲裁模与拉深模有何区别？ 冲裁时，凹凸模之间的调整间隙主要影响什么？ 板料弯曲时要注意哪些问题？ 冲孔模和落料模在尺寸上有何区别，为什么？ 终锻模膛与锻件的区别是什么？ 设置预锻模膛的目的是什么？与终锻模膛的区别是什 么？

锻造分类
– 自由锻工序: 墩粗,拔长,冲孔,弯曲,扭转,(扩孔) 等
冲裁

冲裁：（落料＋冲孔）
是使材料沿封闭轮廓分离的工序。 落料：被分离的部分为成品，而周边是废料 冲孔，被分离的部分为废料，而周边是成品 凹模和凸模都具有锋利的工作刃口 凹模和凸模间应有适当的间隙Z＝（5－10）％S（S 为板厚） – Z主要影响冲裁件的质量和模具的寿命：
电焊机

电焊机有两个基本要求：
– 具有陡降的外特性 具有一定的空载电压以满足引弧需要（50～90V）

限制适当的短路电流(< 1.5 I变) 电弧长度发生变化时，能保证电弧的稳定
– 焊接电流具有调节特性 常用的电焊机有交流弧焊和直流弧焊机两类
电焊条

组成：
– 由(金属)焊芯和药皮组成