热加工

• 熔焊又包括电弧焊、电渣焊、电子束焊、激光焊、气 焊、铝热焊。
• 电弧焊又包括药皮焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护电 弧焊、药芯焊丝电弧焊、等离子弧焊。 • 压焊包括锻焊、摩擦焊、冷压焊、电阻焊、高频焊、 爆炸焊、超声波焊、扩散焊。
• 钎焊包括火焰钎焊、烙铁钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、 盐浴钎焊、炉中钎焊、真空钎焊。
• 的致密度就越差。反之，这个区域越小越容易 形成柱状晶。铸件的致密度就越好。
• 从图中可以清楚地看出：从金属液浇入铸型后开始冷 却（从4——2）。铸型被加热；当铸件已初形成（2— —1）时，继续冷却，就在散去大量热量后凝固成铸件。
此过程也是晶粒成长的过程。
• 凝固时间和速度是形成铸件的关键。砂型造型
(Ceq) 0.4% ~ 0.6% 时
淬硬倾向较大，焊接性能较差。一般需要预热。 (Ceq) 0.6% 时 淬硬倾向严重，焊接性能差。需要较高的预热温度 和严格的工艺措施。 。
冷裂纹敏感系数（％）
cm (C )
( Mn )
20

( Si )
30

(接冷裂纹敏感性系 数指标衡量。
国际焊接学会(IIW)推荐的碳当量公式
(Ceq ) (C )
( Mn )
6

(Cr ) ( Mo ) (V )
5

( Ni ) (Cu )
15
当碳当量 (Ceq) 0.4% 淬硬倾向小，焊接性能良好。
• （2）浇注速度： 浇得太慢，金属液降温过多， 易产生浇不到、冷隔、夹渣等缺陷；浇得太快， 型腔中气体来不及逸出易产生气孔，金属液的 动压力增大易造成冲砂、抬箱、跑火等缺陷。 浇注速度应根据铸件的形状、大小决定。
• （3）浇注技术： 注意扒渣、挡渣和引火。为使熔渣
变稠便于扒出或挡住，可在浇包内金属液上撒些干砂 或稻草灰。用红热的挡渣钩及时点燃从砂型中逸出的 气体，以防CO等有害气体污染空气及铸件形成气孔。 浇铸中间不能断流，应始终使外浇口保持充满，以便 熔渣上浮
凝固过程
• 金属从液态转变为固态的过程称为凝固 过程。铸件的凝固过程就是铸件的结晶 过程。它与凝固时间、凝固速度和凝固 温度有关。研究铸件的凝固过程是为了 更好地解决铸件生产中出现的各种问题， 以获得高质量的铸件产品。
• 铸件断面上存在液相，液固、固液混合区，固 相三个区域。同时存在液固两相的区域也叫 • “凝固区域”。这个区域越大就越容易形成等 轴晶。补缩越不易，越容易形成缩松。铸件
60

(Cr )
20

( Mo )
15

(V )
10

(Cu )
20
5 ( B)
百分数越大越容易形成裂纹。
金属的焊接性主要决定于化学成分。还决定于结 构的刚性和焊接的工艺条件的等。所以要正确选择 焊条（成分、直径）、焊接电流、电弧电压、焊接 速度、焊接层数。另外还应控制应力，避免应力集 中。具体的工艺参数应在实践中摸索。
• 2.非破坏性检验 • 非破坏性检验是具有实际意义和常用的检验方法。如 外观检验、水压试验、致密性试验和无损检验。 • （1）外观检验：是用肉眼或借助样板或低倍放大镜观 察焊件，以发现表面缺陷以及测量焊缝的外形尺寸。 • （2）水压试验：用水检查受压容器的强度和焊缝的致 密性。试验压力根据容器设计工作压力确定。当设计 工作压力F=(0.6—1.2）MPa时，试验压力F1=F+0.3MPa, 当工作压力＞1.2MPa时F1=1.25F。 • （3）致密性试验：主要检查不受压或压力很低的容器、 管道的焊缝是否存在穿透性缺陷。 • （4）无损检验：无损检验包括渗透探伤、磁粉探伤、 射线探伤和超声波探伤等。常用的超声波探伤是检查 焊接接头内部缺陷的，如内部裂纹、气孔、夹渣和未 焊透等。
焊接工艺 焊接接头的形式有： 对接、搭接、角接、T形接。
焊接位置： 平焊位置、立焊位置、横焊位置、 仰焊位置。
角焊焊接位置
对接接头坡口的基本形式与尺寸
• 平焊的位置易于操作，生产率高、劳动 条件好、焊接质量容易保证。因此焊接 应尽量放在平焊的位置。立焊和横焊位 置次之，仰焊的位置最差。 • 焊接之前应先判断材料的焊接性能，正 确选择焊机、焊条及焊接工艺参数。只 有这样才能获得高质量的焊缝。
气
焊
• 气焊是用气体火焰（氧—乙炔焰）作为热源的一种 焊接方法。与焊条电弧焊相比，火焰加热容易控制 熔池温度，易于实现均匀焊透和单面焊双面成形； 气焊设备简单，移动方便，施工场地不限。但气体 火焰温度比电弧低，热量分散，加热较为缓慢，生 产率低，焊件变形严重；另外保护效果差，焊接质 量不高。气焊主要应用于厚度3mm以下的低碳钢薄 板和薄壁管子以及铸铁件的补焊。 • 气焊所用设备由氧气瓶、乙炔瓶（或乙炔发生器）、 减压器、回火保险器、焊炬和橡胶管等组成。
中的温度场分布是型内部接近铸件温度，型外
部接近于环境温度，由于砂型导热性能差因而 有较大的温度梯度。金属型中的温度分布不同 于砂型铸造，金属导热性能好，热传导快，温 度梯度小，冷却速度快，铸件形成时间短。因
而铸型材料热物理性质是控制凝固过程的决定
因素。
焊 接
• 焊接的方法有三大类熔焊、压焊、钎焊。
• 合金的熔炼是铸造的必要过程之一，对铸件 质量影响很大，若控制不当会使铸件化学成 分和力学性能不合格，以及产生气孔、夹渣、 缩孔等缺陷。 • 合金熔炼的基本要求是优质、低耗和高效。 即金属液温度高、化学成分合格和纯净度高 （夹杂物及气体含量少）；燃料、电力消耗 少、金属烧损少；熔炼速度快。 • 熔炼设备主要有冲天炉、感应电炉和坩埚炉。 根据不同的材质选择不同的熔炼设备。
热加工
工程教育中心
一热加工的分类
• 习惯上把铸造、锻造、焊接、及热处理 称为热加工。
二 铸造
• 铸造是制造铸型、熔炼金属并将熔炼金属的金 属液体浇入铸型，凝固后获得一定形状与性能 铸件的成形方法。 • 铸造的适应性很强（可制造各种合金类别、形 状和尺寸的铸件）成本低。缺点：生产工序多、 铸件的质量难以控制，铸件的力学性能差，劳 动强度大。铸造主要用于形状复杂的毛坯件生 产。如机床床身、发动机气缸体、各种支架、 箱体等。它是制造具有复杂结构的金属件的最 灵活的成形方法
焊接检验
• 焊接检验的方法分破坏性检验和非破坏性检验两类 • 1.破坏性检验 • 破坏性检验是指从焊件或试件上取样，或以产品 （或模拟体）的整体破坏做试验，以检验其各种力 学性能、化学成分和金相组织的试验方法。 • (1) 力学性能： 拉伸、弯曲、冲击、硬度、断裂 韧度和疲劳试验。 • (2) 金相：宏观组织和微观组织检验。 • (3) 断口分析：宏观和微观断口分析。 • (4) 化学分析：焊缝的化学成分、扩散氢测定、 腐蚀试验。
• 5 消失模铸造 将高温金属液浇入包含泡 沫塑料模样在内的铸型内，模样受热逐 渐气化燃烧，从铸型中消失，金属液逐 渐取代模样所占型腔的位置，从而获得 铸件的方法。优点是质量好、外观光整、 效率高、适用范围广。缺点是泡沫塑料 气化形成的烟雾有毒，污染环境。 • 熔模和消失模都是一次性使用的铸型。
合金的熔炼
• 2 压力铸造： 金属液在高压下高速充型，并 在压力下凝固。铸型材料一般采用耐热合金 钢。 • 3 离心铸造： 将金属液浇入旋转的铸型中， 在离心力的作用下凝固成型。优点是组织细 密缺陷少、力学性能较好。但内孔尺寸不精 确，易产生比重偏析。 • 4 熔模铸造： 用易熔材料（如蜡料）制成模 样（称蜡模），加热使模样流出，从而制成 无分型面、形状准确的型壳。缺点是过程复 杂成本高，蜡模易软化型壳强度低，不宜生 产大型铸件。
• 钎焊分为硬钎焊和软钎焊。钎料熔点高于450度为硬钎 焊。钎料熔点低于450度为软钎焊 。
• 电弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法。简称弧焊。 • 实施电弧焊所具备的条件 ： 手弧焊机、焊条、焊接工 艺。 • 手弧焊机可分为四类 弧焊变压器、弧焊发电机、弧焊 整流器、弧焊逆变器。其中弧焊变压器是交流电源， 其他三类为直流电源。 • 焊条： 焊条是由焊芯和涂层（药皮）组成。手弧焊时， 焊芯采用焊接专用的金属丝（焊丝），它即是电极又 是填充金属。涂层是矿石粉末、铁合金粉、有机物和 化工制品等按一定的比例配制后压在焊芯表面的一层 涂料。 • 焊条按其熔渣性质分为酸性和碱性焊条。
特种铸造
• 除普通砂型铸造以外的其它铸造方法统称为特种 铸造。常用的特种铸造方法有 • 1 金属型铸造： 金属型一般用铸铁或铸钢制造， 型腔表面需喷涂一层耐火层。优点是一型多用、 生产率高、冷却速度较快，铸件组织致密，力学 性能较好。铸件表面光洁，尺寸准确。
• 缺点是成本高、加工费用大，金属型没有退让性， 不宜生产形状复杂的铸件。冷却速度快，易产生 裂纹。因而常用于大批量生产有色金属铸件。
• 采用。
浇注
• 浇注是把金属液浇入铸型的操作。浇注 工艺不当会引起浇不到、冷隔、跑火、 夹渣和缩孔等缺陷。
• a浇注前的准备。准备浇包，清理通道，烘干 用具。
• b浇注时注意的问题
• (1) 浇注温度： 浇注温度一定要选择准确。 浇注温度过低铁水的流动性差，易产生浇不到、 冷隔、气孔等缺陷；浇注温度高铁水的收缩量 增加，易产生缩孔、 裂纹、及粘砂等缺陷。
感应电炉按电源分为三种（1）高频感应电炉：频率 10000HZ 以 上 （ 2 ） 中 频 感 应 电 炉 ： 频 率 250— 10000HZ。（3）工频感应电炉：频率为50HZ。
坩埚炉结构图
• 坩埚炉是利用传导和辐射原理进行熔炼的。通 过燃料（如焦炭、重油、煤气等）燃烧或电热 元件通电产生的热量加热坩埚。使坩埚内的金 属炉料熔化 • 这种炉加热速度慢、温度较低、坩埚容量小， 熔炼时间长、耗电大，一般用于有色金属的熔 • 炼。但这种炉的炉气为中性，液体不会被强烈 氧化，炉温容易控制，操作比较简单所以常被
气焊火焰
• 气焊火焰是由可燃气体与氧气混合燃烧 形成的。常用氧气和乙炔混合燃烧的火 焰称为氧—乙炔焰。改变乙炔和氧气的 混合比例可以获得三种不同性质的火 焰。。
• 中性焰：氧气和乙炔的混合比为1.1—1.2 适 用于焊接低碳钢、中碳钢、低合金钢、不锈钢、 紫铜、铝及铝合金镁合金等材料。 • 碳化焰：氧气和乙炔的混合比小于1.1 由于乙 炔过剩，火焰中有游离碳和多量的氢，碳会渗 到熔池中造成焊缝增碳现象。 适用于焊接高 碳钢、高速钢、铸铁、硬质合金、碳化钨等。 • 氧化焰：氧气和乙炔的混合比大于1.2 一般气 焊时不采用。只有在气焊黄铜、镀锌铁板时， 才采用轻微氧化焰，以利用其氧化性，在熔池 表面形成一层氧化物薄膜，减少低沸点锌的蒸 • 发。
金属的焊接性
• 金属的焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性， 主要是指在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接 接头的难易程度。它包括两方面内容，其一是接 合性能，即在一定的焊接工艺条件下一定的金属 形成焊接缺陷的敏感性；其二是使用性能，即在 一定的焊接工艺条件下，一定金属的焊接接头对 使用要求的适应性。
焊丝
• 气焊的焊丝作为填充金属，与熔化的母材一起 形成焊缝。焊丝的化学成分应与母材相匹配。 • 为了保证焊接接头的质量，焊丝直径与焊件厚 度不宜相差太大。
气焊熔剂
• 气焊熔剂又称气剂或焊粉，其作用是去 除焊接过程中形成的氧化物，增加液态 金属的湿润性，保护熔池金属。气焊低 碳钢时，一般不需要使用气焊熔剂。但 在气焊铸铁、不锈钢、耐热钢和非铁金 属时，必须使用气焊熔剂。
冲天炉结构图
冲天炉是铸铁的主要 熔炼设备。它结构简 单、操作方便，可以 连续熔炼、生产率高、 成本低，其熔炼成本 仅为电炉的十分之一。 但熔炼的铁水质量不 如电炉。
感应电炉结构图
感应电炉的用途最广。它加热速度快、热量散失少， 热效率高，温度可控，最高温度可达1650度，可熔炼 各种铸造合金，元素烧损少，吸收气体少，有电磁搅 拌作用合金液的成分和温度均匀，铸件质量高，但感 应电炉耗电量大，去硫、磷等有害元素作用差，对炉 料的要求高。
• 用型砂及模样等工艺装备制造铸型的过 程称为造型。这种造型又称为砂型。是 由上砂型、下砂型、型腔（形成铸件形 状的空腔）、砂芯、浇铸系统和砂箱组 成。 • 造型的方法又分为手工造型和机器造型 两大类。
• 机器造型是用机械全部或部分完成造型 操作的方法。与手工相比，机械造型生 产效率高、铸件的尺寸精度高、表面粗 糙度低，但设备工艺装备费用高，生产 准备时间长，仅适用于大批量生产。