金属的焊接成形
金属加工工艺
铸造成形
离心铸造-简介
离心铸造是将液态金属浇入绕水平或倾斜主轴旋 转着的铸型中，并在离心力的作用下凝固成铸件 的铸造方法。离心铸造可以是砂型的也可以是金
属型。
离心铸造主要用于生产空心旋转体铸件，如管子、 圆环等。
铸造成形
离心铸造-原理
铸造成形
离心铸造-特点
铸件组织致密，力学性能好，但其内表面质量较 差。离心铸造可以省去芯型，可以不设浇注系统。
金属切削加工
刨削-应用
金属切削加工
刨削-设备
金属切削加工
刨削-设备
金属切削加工
铣削-简介
铣削：铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在 毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。铣削用的 机床有卧式铣床或立式铣床，也有大型的龙门铣
床。这些机床可以是普通机床，也可以是数控机
床。
金属切削加工
铣削-应用
冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型 材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而 获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加
工方法。
锻压成形
冲压-原理
锻压成形
冲压-原理
锻压成形
冲压-原理
锻压成形
锻压成形
自由锻-简介
是指用简单的通用性工具，或在锻造设备 的上下砧铁之间直接对 坯料施加外力，使坯料
铸造成形
熔模铸造-简介
熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成模样。在 模样包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样 （熔出蜡料）后经高温烧焙即可浇注的铸造方法。 熔模铸造适用制作各种形状复杂的小铸件。
铸造成形
熔模铸造-原理
铸造成形
熔模铸造-特点
铸件尺寸精确、表面光洁。但工艺过程复杂、生 产周期长、铸件成本高，由于铸型强度不高，所 以不能制造尺寸较大的铸件。
金属的连接成型工艺基础
金属连接成型工艺是指将金属材料通过一定的工艺方法，使其形成具有一定形状、尺寸和性能的零件或产品的过程。
金属连接成型工艺主要包括焊接、铆接、螺纹连接、粘接等。
金属连接成型工艺的应用广泛，如汽车制造、航空航天、船舶制造、建筑等领域。
金属连接成型工艺的发展趋势是提高生产效率、降低成本、提高产品质量和性能。
环境因素：考虑温度、湿度、腐蚀性等对连接的影响
不同金属材料的连接工艺适应性
连接工艺的经济性分析
材料成本：不同连接工艺所需的材料成本不同，需要根据实际需求选择
加工成本：不同连接工艺的加工成本也不同，需要考虑加工效率和加工难度
维护成本：不同连接工艺的维护成本也不同，需要考虑维护的频率和难度
寿命成本：不同连接工艺的寿命成本也不同，需要考虑产品的使用寿命和更换成本
胶接质量控制：定期检查胶接质量、加强员工培训等
防止措施：选择合适的胶粘剂、控制胶接温度和压力、保证胶接表面清洁等
04
金属机械连接工艺基础
螺钉连接
应用范围：广泛应用于各种金属和非金属材料的连接
螺钉类型：包括自攻螺钉、木螺钉、螺栓等
连接原理：通过螺纹将两个部件固定在一起
优点：操作简单，连接牢固，易于拆卸和更换
减少能源消耗：采用节能型设备和工艺，降低生产过程中的能耗
减少污染排放：采用环保型材料和工艺，降低生产过程中的污染排放
提高资源利用率：采用循环利用和再利用技术，提高资源利用率
提高产品质量：采用先进技术和工艺，提高产品质量和性能，延长使用寿命
提高生产效率：采用自动化和智能化技术，提高生产效率和生产质量
提高安全性能：采用安全技术和工艺，提高生产过程中的安全性能，降低事故发生率
03
金属胶接工艺基础
金属材料八大成形工艺
金属材料八大成形工艺
（6）金属型铸造(gravity die casting) 金属型铸造：指液态金属在重力作用下充填金属铸型并在型中 冷却凝固而获得铸件的一种成型方法。 应用：金属型铸造既适用于大批量生产形状复杂的铝合金、镁 合金等非铁合金铸件，也适合于生产钢铁金属的铸件、铸锭等。
金属材料八大成形工艺
金属材料八大成形工艺
（3）挤压 挤压：坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或 缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成为所需制品的加 工方法叫挤压，坯料的这种加工叫挤压成型Байду номын сангаас 应用：主要用于制造长杆、深孔、薄壁、异型断面零件。
金属材料八大成形工艺
（4）拉拔 拉拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于 坯料断面的模孔中拉出，以获得相应的形状和尺寸的制品 的一种塑性加工方法。 应用：拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方 法。
金属材料八大成形工艺
（10）连续铸造（continual casting） 连续铸造：是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属， 不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的 铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特 定的长度的铸件。 应用：用连续铸造法可以浇注钢、铁、铜合金、铝合金、镁合 金等断面形状不变的长铸件，如铸锭、板坯、棒坯、管子等。
金属材料八大成形工艺
（4）低压铸造(low pressure casting) 低压铸造：是指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下 充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法.。 应用：以传统产品为主（气缸头、轮毂、气缸架等）。
金属材料八大成形工艺
（5）离心铸造(centrifugal casting) 离心铸造：是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填 充铸型而凝固成形的一种铸造方法。 应用：离心铸造最早用于生产铸管，国内外在冶金、矿山、交 通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业中均采用离心铸造工 艺，来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、 内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。
焊接技术
图4-4 直流弧焊机的不同极性接法
四、电焊条
1. 电焊条的组成及作用 焊芯
焊条芯
焊缝的填充材料 — 填充焊缝
电焊条 药皮
电极传导电流 — 导电
机械保护的作用 冶金的作用
稳定电弧的作用
药皮
药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金
属的有害作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素。
药皮的种类： ① 氧化钛型；②氧化钛钙型；
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如： 铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。为了防止 保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。
CO2气体保护焊
利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。 焊接热源：电弧热 保护介质：CO2 ① 与金属发生化学反应—产生夹渣缺陷 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷 ③ 比重大于空气（25%）
焊接方法的分类
常见的焊接方法
焊接的特点：
1、生产周期短，生产率高，易实现机械化、自动化。 2、接头牢固、密封性好。 3、可化大为小、以小拼大。 4、可实现异种金属的连接。
5、重量轻、加工装配简单。
6、焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
胶接 —胶粘剂连接各种材料。 机械联接 —采用标准件为连接件连接各种材料。
焊接变形是在焊接过程中产生的变形。金属结构 与零件在焊接过程中，常常会产生各种焊接变形以及 焊缝的断裂，从而影响焊接质量。 焊后焊件中温度冷至室温时残留在焊件中的变形 和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。
2、焊接应力与变形产生的原因
焊接应力与变形产生的根本原因是： 焊件(工件）在焊接过程中受到局部或不均匀加热和快速冷却。
3.焊条型号
5第三篇焊接成形工艺
J422 ——牌号（焊接行业中焊条代号）
药皮类型、电流种类、 1-5酸性、6、7碱性 抗拉强度 420MPa 结构钢焊条。
注意：
• 焊条型号是国家标准中的焊条代号；焊条牌号是焊 接行业的焊条代号，注意型号和牌号的对应关系。
• 按熔渣性质，焊条可分为两类： ➢ 酸性焊条：药皮熔渣中的酸性氧化物较多，适于各
5第三篇焊接成形工艺
第一章 回归分析的性质
焊接成型
• 焊接的实质 通过加热或加压等手段，使分离的两 部分金属借助于金属间原子的粘结与扩散作用， 使分离的金属材料牢固地连接起来，成为不可拆 卸的连接方式。
• 焊接特点 • 1）能化大为小，拼小为大：把大型复杂的机器零
部件，分解为简单的小零部件来准备毛坯，然后 再用焊接的方法把它们连接起来，这样可简化锻 造或锻压工艺，还可以解决铸锻能力的不足。
小，变形较小，焊缝致密无渣壳，成形美观。 • ③ 适用性广—可以焊接几乎所有的金属，特
别适于焊接易氧化材料。 • ④明弧可见，操作方便，可以全位置焊接。
•氩弧焊与熔渣保护焊相比的缺点
• ① 氩气成本高，设备比较复杂。 • ② 只能在室内进行焊接—以防保护气体被
破坏。 • 氩弧焊主要用于焊接铝、镁、钛及其合金，
• ④ 焊前预热，可减小温差，减少焊接应力 较为效。
• ⑤ 采用小能量焊接方法，或焊后立即捶击。 • ⑥ 需较彻底地消除焊接应力时，焊后去应
力退火。
• ⑦ 采用水压试验或振动法消除焊接应力。
（七）焊接变形
• 焊接变形：由焊接应力引起的变形。 • 变形种类： • 收缩变形 角变形 弯曲变形 扭曲变形 波浪变形
• 3）熔化金属与空气接触，产生氧化物，使钢中合金元素 C、Si、Mn烧蚀，氮、氢在高温下溶解于液态金属，产生 氮化物增加焊缝脆性，氢的溶入会引起氢脆化—空气在高 温电弧作用下分解出原子状态的氧、氮、氢。
金属的焊接性
采用透射 电镜 及附带 能谱 （ Ｅ Ⅱ） ） Ｋ４８ Ｔ Ｍ－ ｓ 对 １
高温合金涡轮盘和 ４Ｃ Ｍｏ合金钢 转轴 激光 焊焊 缝 ２ｒ 的微观组织进行 了分析。结果表 明： 焊缝主要 由树 枝 少量细小 、 弥散的 Ｎ３ Ｌ ｖｓ ｉ ７ 相、 ａ ｅ 颗粒 和少 量 ＭＣ Ａ１
研究表明 ： 当焊 接 接 头 的 含 Ｃ ｒ量 （ 量 分数 ） 于 质 小 ３ ％时， Ｃ 的增加 ， 随 ｒ 焊缝析 出的富 Ｆ 相增多 ， Ｆ ｅ 富 ｅ 头的力学性能 ； 当含 Ｃ 量大于 ４ ｒ 时 ， 抑制 了富 Ｆ 相 ｅ
观组织／ 刘秀 波…／材 料热处 理学 报．２０ ，０ ６ ： ／ －０ ９ ３ （ ）
２ １２５ 超 塑 成 形 对 Ｇ ４ ６ ００ ０ １ Ｈ １９合 金 激 光 焊 接 组 织
／焊接技术．２０ ，８ ８ ：３ ４ ／ 一０ ９３ （） ６ ￣６
某 电厂 １ 机高压调门后 弯管疏水 管铸造弯 头焊 电镜对焊接接头 的显微组织 、 剪切断 口形貌 及性能进 缝在运行过程中发生开裂 ， 研究了导致 其失效 的裂纹
１０ ２８
以 Ａ Ｓ 合金 为过 渡材料 ， １ｉ 运用激 光焊 技术 实现 Ｂ 与Ｂ ｅ ｅ的连接 ； 用扫描 电镜、 采 纳米 压痕仪及透射
行研究。结果表 明： 合区和焊缝区组织 由 Ｂ 与 Ａ— 熔 ｅ Ｊ Ｓ 合金形成 的复合相 构成 ， 区显微硬度 和弹性模 ｉ 焊缝 量分别为 ２Ｇ ａ １０Ｇ ａ熔合 区宽度约 １ ； ｐ 和 ４ ｐ ， ０ 焊 接接头剪切强度约为 ２ ３ＭＰ ， ８ ａ剪切断口具有 以准解 理为主并伴 有塑性 的混合型断 口特征 ， 熔合 区附近热 应力诱发的微裂纹 、 焊缝 中的金属同化合物和气孔是 导致焊接接 头失效的主要原因。图 ８ １ １ 表 参 ５
金属成形方法大全
金属成形方法大全金属成形是一种制造工艺，通过对金属材料进行加工和变形以获得所需形状和尺寸。
金属成形方法有很多种，下面将详细介绍几种常见的金属成形方法。
1.锻造：锻造是将金属材料加热至一定温度后，利用锤击或压力使之在模具内进行塑性变形的金属成形方法。
锻造可分为手锻和机械锻造两种。
手锻是在锻锤或锻压机上进行的锻造过程，适用于小批量、复杂形状和大型件。
机械锻造则使用锻压设备，适用于大批量生产。
2.挤压：挤压是将金属材料通过模具的流道进入挤压腔，受到持续压力下挤压而获得所需形状和尺寸的金属成形方法。
挤压可分为冷挤压和热挤压两种。
冷挤压适用于高强度、高耐蚀性和高热导率的金属材料，热挤压适用于高塑性材料。
3.拉伸：拉伸是将金属材料置于拉伸设备中，在一定温度和应力下使之获得所需形状和尺寸的金属成形方法。
拉伸适用于金属板材或线材的成形，可以制作出各种形状的金属零部件。
4.深冲：深冲是将金属材料置于冲压设备中，在一定应力和压力下通过冲压模具进行多次变形，获得所需形状和尺寸的金属成形方法。
深冲适用于连续成形和大批量生产，可以制作出薄壁零件。
5.折弯：折弯是将金属材料通过折弯设备使其产生变形和弯曲的金属成形方法。
折弯适用于金属板材的成形，可以制作出各种折弯形状的零部件。
6.铸造：铸造是将熔化的金属通过铸造设备倒入模具中，经冷却凝固得到所需形状和尺寸的金属成形方法。
铸造适用于生产大型、复杂形状和不易加工的金属件。
7.焊接：焊接是将金属材料进行加热至熔点，并通过填充材料或熔化金属材料相互连接的金属成形方法。
焊接可以将多个金属部件连接成一个整体，广泛应用于制造和建筑行业。
8.金属粉末冶金：金属粉末冶金是利用金属粉末经过成型、烧结和后处理等工艺制造金属件的金属成形方法。
金属粉末冶金可以制造出复杂形状和高精度的金属零部件。
总结起来，金属成形方法包括锻造、挤压、拉伸、深冲、折弯、铸造、焊接和金属粉末冶金等。
每种方法都有其独特的特点和适用范围，根据具体的需求选择相应的成形方法可以提高生产效率和产品质量。
材料成形技术金属材料成形基本原理
图2-13 收缩应力的形成
图2-14 同时凝固原则
4）设法改善铸型、型芯的退让性，合理设置浇冒口。 5 ）对铸件进行时效处理。自然时效、人工时效（去应力 退火）和共振时效。
1.1.3.3 铸件的变形与裂纹
1.铸件的变形 残留铸造应力超过铸件材料的屈服极限时产生的翘曲 变形。如图2-15所示的框架铸件，图2-16的T形梁，当刚度 不够时，将产生如图所示的变形。再如图 2-17所示的车床 床身的变形。
铸造：将液态金属浇注到与零件形状、尺寸相适应的铸 型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状的毛坯或零 件的方法。铸造是生产机器零件毛坯的主要方法之一， 其实质是液态金属逐步冷却凝固成形。
铸造的优点：
1）可以铸出内腔、外形很复杂的毛坯； 2）工艺灵活性大。几乎各种合金，各种尺寸、形状、 重量和数量的铸件都能生产； 3）成本较低。原材料来源广泛，价格低廉。
热阻碍：铸件各部分由于冷却速度不同，收缩量 不同而引起的阻碍,由其引起的应力称热应力。
机械阻碍：铸型、型芯对铸件收缩的阻碍 , 由其 引起的应力称机械应力（收缩应力）。
1.热应力 由热阻碍引起，落砂后热应力仍存在于铸件内，是一 种残留铸造应力，以框架铸件为例，说明残留热应力的形 成过程，如图2-12所示，其热应力形成过程分三阶段。 第 一 阶 段， 两 者 都塑性 变形，无热应力； 第 二 阶 段， 一 塑 性， 一 弹性，仍无热应力； 第 三 阶 段， 两 者 均弹性 变 形， 冷却 慢 的 受拉 ， 快的受压。残留热应力 和 合 金 的弹 性 模 量、 线 收 缩 系 数、 铸 件 各部分 壁 厚 差 别及 温 度 差成正 比。
图2-4铅锡合金的流动性与相图的关系
图2-5 结晶特性对流动性的影响 a)恒温下 b)一定温度范围
材料的焊接成形工艺技术
材料的焊接成形工艺技术简介焊接成形是将两个或多个金属材料连接起来的一种工艺，是制造业中常用的一项技术。
材料的焊接成形工艺技术涉及到焊接方法的选择、焊接工艺参数的确定以及焊接过程中的控制等方面。
本文将从焊接方法、焊接工艺参数以及焊接过程控制三个方面介绍材料的焊接成形工艺技术。
焊接方法焊接方法是材料焊接成形工艺技术中的一项重要内容。
根据焊接方式的不同，焊接方法可以分为以下几种：1.熔化焊接方法：包括气焊、电弧焊、等离子焊、激光焊等，其中电弧焊是最常用的熔化焊接方法之一，适用于焊接大多数金属材料。
2.压力焊接方法：包括冷压焊、热压焊、爆炸焊等，适用于焊接接触面积较大的材料。
3.环境焊接方法：包括紧固焊、携带焊、搅拌摩擦焊等，适用于焊接需要在特殊环境下进行的材料。
选择合适的焊接方法需要考虑材料的性质、焊接接头的形状、生产效率、设备成本等因素。
焊接工艺参数焊接工艺参数是指在焊接过程中需要控制和调节的一些参数，这些参数直接影响着焊接质量和焊接效率。
常见的焊接工艺参数包括焊接电流、焊接电压、焊接速度、焊接电弧长度等，下面我们将介绍其中几个关键的工艺参数。
1.焊接电流：焊接电流是电弧焊中的一个重要参数，它决定了焊接过程中的热量输入量，对焊接金属的熔化和熔池的形成起着重要的作用。
过高的焊接电流会导致熔池过大，焊接接头过热，从而影响焊接质量；过低的焊接电流则会导致焊缝不够熔合，焊接接头强度不够。
2.焊接电压：焊接电压是电弧焊中的另一个重要参数，它决定了焊接电弧的稳定性和熔池的形成。
适当的焊接电压可以使焊接接头均匀熔化，得到理想的焊缝形态；过高或过低的焊接电压会导致焊接缺陷的产生。
3.焊接速度：焊接速度是焊接工艺中决定焊接时间的重要参数，它直接影响焊接接头的冷却速度和凝固组织的形成。
过快的焊接速度会导致焊点不充实，焊缝出现气孔、裂纹等缺陷；过慢的焊接速度则会导致焊接过热，产生过多的热应力。
根据不同金属材料的熔点、导热性等特性，合理调节这些焊接工艺参数是保证焊接质量的关键。
常用金属材料的焊接
（1）焊前预热，焊后缓冷，以减小焊接应力，避免淬硬组织的出现， 有效防止焊接裂纹的产生。如45钢焊前应预热150～250℃，厚大件预热温 度应更高些。进行多层焊时，层间温度不能过低。焊后缓冷，并进行600～ 650℃去应力退火，以消除应力。
（四）铸铁的补焊
1．铸铁补焊的特点
（1）焊接接头易生成白口组织和淬硬组织，难以机加工。 （2）铸铁强度低，塑性差，焊接接头易出现裂纹。 （3）焊接时易生成CO和CO2气体，由于冷却速度快，熔池中的气体来不 及逸出将形成气孔。
2．铸铁补焊的工艺 1）热焊法
热焊法是指在焊前对焊件整体或局部加热到600～700℃，在焊接过程中 温度不应低于400℃，补焊后缓慢冷却。热焊法一般用于焊后要求切削加工、 形状相对复杂的重要铸件，如汽车的缸体、缸盖和机床导轨等。
（二）焊接性的评定方法
金属焊接性一般是焊前采用间接评定法或直接焊接试验法评定。其中， 比较常用的间接评定焊接性的方法有碳当量法和冷裂纹敏感指数法。
1．碳当量法
金属材料的化学成分是影响焊接性的最主要因素，对钢材来讲，碳含 量对焊接性影响最大，设其系数为1，将其他元素的作用按照相当于若干 含碳量的作用折合并相加，即材料的碳当量，碳当量法是评定钢材焊接性 最简便的方法。
焊条电弧焊 焊条型号
E50××型
E50××型， E50××-G 型
E60××型 E60××型， E70××型
埋弧焊 焊丝牌号
焊剂牌号
CO2 气保焊 焊丝牌号
不开坡口对接：H08A
中厚板开坡口对接：H08MnA， H10Mn2，H10MnSi
第3章 金属材料成形过程中的行为与性能变化
3.1 金属的凝固（solidification of metal） 金属的凝固（ metal） 3.2 铸造、焊接过程中材料行为及性能变化 铸造、 3.3 冷塑性变形过程中的材料行为及性能变化 3.4 热塑性变形过程中的材料行为及性能变化 退出
第3章 金属材料成形过程中的行为与性能变化
作业： ， ， ， ， 。 作业：3，4，6，9，10。
本章结束
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图3-1 纯金结晶时冷却曲线示意图
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图3-2 纯金属结晶过程示意图 返回
图3-3 钢锭中的树枝状晶体
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图3-4 树枝状晶体生长示意图
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图3-5 形核率和长大速率与过冷度的关系曲线
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图3-6 铸件的宏观组织形成过程示意图
•零件常用的成形方法： 零件常用的成形方法： 零件常用的成形方法 整体凝固成形。 铸 件——整体凝固成形。 整体凝固成形 焊 件——局部熔化（凝固）连接成形。 局部熔化（ 局部熔化 凝固）连接成形。 其它件——塑性成形（包括切削成形）， 塑性成形（包括切削成形） 其它件 塑性成形 如锻件、冲压件及机制件。 如锻件、冲压件及机制件。 •成形过程中材料内部组织结构有变化 材料行 成形过程中材料内部组织结构有变化→材料行 成形过程中材料内部组织结构有变化 为、性能变化。 性能变化。
3.2铸造、焊接过程中材料行为及性能变化 3.2铸造、焊接过程中材料行为及性能变化
3.2.1 铸锭组织（ingot microstructure） 铸锭组织（ microstructure） •实际结晶时，液态金属在模腔中凝固，存在①模壁作用 实际结晶时，液态金属在模腔中凝固，存在① 实际结晶时 方向性散热，最终形成三晶区的铸锭组织。 ②方向性散热，最终形成三晶区的铸锭组织。 图3-6 表面细等轴晶区：模壁激冷（ 及非自发形核→细 表面细等轴晶区：模壁激冷（大△T ）及非自发形核 细 小晶粒薄层，无实用价值。 小晶粒薄层，无实用价值。 且方向性散热→垂直模壁单相长 柱 状 晶 区：△T↓且方向性散热 垂直模壁单相长 且方向性散热 柱晶， 大 →柱晶 ， 致密但粗大 ， 性能有方向 柱晶 致密但粗大， 性且柱晶间为薄弱环节。 性且柱晶间为薄弱环节。 晶区：温度均匀，到处同时形核、各向长大， 中心 等轴 晶区：温度均匀，到处同时形核、各向长大， 晶粒较小，性能较好。 晶粒较小，性能较好。
焊接方法有哪几种
焊接方法焊接：通常是指金属的焊接。
是通过加热或加压，或两者同时并用，使两个分离的物体产生原子间结合力而连接成一体的成形方法。
分类：根据焊接过程中加热程度和工艺特点的不同，焊接方法可以分为三大类。
(1)熔焊。
将工件焊接处局部加热到熔化状态，形成熔池（通常还加入填充金属），冷却结晶后形成焊缝，被焊工件结合为不可分离的整体。
常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。
(2)压焊。
在焊接过程中无论加热与否，均需要加压的焊接方法。
常见的压焊有电阻焊、摩擦焊、冷压焊、扩散焊、爆炸焊等。
(3)钎焊。
采用熔点低于被焊金属的钎料（填充金属）熔化之后，填充接头间隙，并与被焊金属相互扩散实现连接。
钎焊过程中被焊工件不熔化，且一般没有塑性变形。
焊接生产的特点：(1)节省金属材料，结构重量轻。
(2)以小拼大、化大为小，制造重型、复杂的机器零部件，简化铸造、锻造及切削加工工艺，获得最佳技术经济效果。
(3)焊接接头具有良好的力学性能和密封性。
(4)能够制造双金属结构，使材料的性能得到充分利用。
应用：焊接技术在机器制造、造船工业、建筑工程、电力设备生产、航空及航天工业等应用十分广泛。
不足：焊接技术也还存在一些不足之处，如焊接结构不可拆卸，给维修带来不便；焊接结构中会存在焊接应力和变形；焊接接头的组织性能往往不均匀，并会产生焊接缺陷等。
各种焊接技术介绍一、电弧焊电弧：一种强烈而持久的气体放电现象，正负电极间具有一定的电压，而且两电极间的气体介质应处在电离状态。
引燃焊接电弧时，通常是将两电极（一极为工件，另一极为填充金属丝或焊条）接通电源，短暂接触并迅速分离，两极相互接触时发生短路，形成电弧。
这种方式称为接触引弧。
电弧形成后，只要电源保持两极之间一定的电位差，即可维持电弧的燃烧。
电弧特点：电压低、电流大、温度高、能量密度大、移动性好等，一般20～30V的电压即可维持电弧的稳定燃烧，而电弧中的电流可以从几十安培到几千安培以满足不同工件的焊接要求，电弧的温度可达5000K以上，可以熔化各种金属。
焊接快速成形金属零件的残余应力与变形
分 析焊 接快 速成 形零件 残余 应力 及变 形 的产生原 因及 残余 应 力 的分 布状 态 ，并归 纳 目前 降低残余 应力 及控
基 金项 目 ： 国家 “ ６ ” 高科 技 资 助 项 目 （０ ２ Ａ ０ ４ ２ ８３ ２０ Ａ ３ ５ ０ ）
Ｍａ ｈｎ ｏ ｌ ｃ ｉ ｅＴ ｏｓ＆ Ｍａ ｕａ ｔｒ ｎ ｆｃｕ ｅ，２ ０ ０ ３，４ ３： ６ ５ ６１ ． ０ — ５
态 ，焊板 的 中心 区域 下 凹。试 验结果 验证 了数值 模 型
的有 效性 。
（ ）根据此 数值 模型 ，获得 了搅 拌头转 速 和进 给 ２
速度 对变 形 的影 响 。增加搅 拌头 转速 和减小 进 给速度 都会增 加 热输入 从而增 加 焊接变形 ，而且搅 拌头 转速
４ 结论
ｗ ｌｉｇｔｃｎ ｌｇ－ Ｆ Ｗ ［］ ｌｃｒ ｌｉｇＭａｈｎ ，２０ ，３ ｅ ｎ ｈｏｏｙ Ｓ Ｊ ．Ｅｅｔ ｃＷｅ ｎ ｃ ｉｅ ０ ５ ５ ｄ ｅ ｉ ｄ
（） －３ ９ ：８ １ ．
（ ）建立 了 ７ ２ １ ０ ２铝 合金 搅拌摩 擦焊 的数 值模 型 ，
模 拟结果 和试 验结 果均 显示 焊件 ４个角 呈 向上翘 曲状
焊 接快 速成形 技术 是一 种将焊 接技 术与快 速成 形 离 散堆 积原 理相结 合 的金属 零件快 速加 工技术 ，它与 传统 的 Ｒ Ｐ技 术 相 比 ，具 有 制 造 成 本 低 、 生 产 效 率 高 、制造 形式灵 活 、零件 性 能好 等优 点 。因此 ，焊接
快 速成形 已成 为快 速成形 技术 中的一 个研 究热 点 ［。 １ ］
对焊接 变形 的影 响更加显 著 。
金属连接成形
4
材料热加工基础
金属的连接成形
5
材料热加工基础
金属的连接成形
二、连接成形的特点
与切削加工、压力加工、铸造、热处理一起构 成了现代金属加工技术。在汽车、船舶、飞机、航 天、石油化工、桥梁、建筑、交通、电力电子等部 门得到广泛的应用。
6
材料热加工基础
金属的连接成形
与铆接比有如下特点： 1、连接性能好。焊接接头的力学性能、耐高 低温、高压性能和导电性、耐腐蚀性、耐磨性、 密封性等均可达到与母材性能一致。 例，120万kW核电站锅炉，外径6400mm，壁 厚 200mm ，高 13000mm ，耐压 17.5MPa 。使用温 度350℃，接缝不能泄漏。应用焊接方法可制造出 了满足上述要求的结构。 2 、与铆接相比，结构重量 轻，节约材料，制造周期短，成 本低。简化工艺，能以小拼大， 被喻为神奇的“钢铁裁缝”。
辽宁工程技术大学 材料科学与工程学院
材料热加工基础
第三篇
金属的连接成形
材料加工工程系 刘少平制作
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金属的连接成形
第三篇 金属的连接成形
目 录
第一章 金属连接成形原理及途径 第二章 连接成形的主要工艺 第三章 常用金属材料的焊接
2
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金属的连接成形
第一章
连接成形原理及途径
3
材料热加工基础
13
材料热加工基础
金属的连接成形
焊接方法的分类
1 2 3 4 1-焊缝区 2-熔合区 3-热影响区 4-母材
熔化焊
焊接方法
压力焊
钎
焊
手工电弧焊 气焊 氩弧焊 电弧焊 气体保护焊 CO2焊 电渣焊 埋弧焊 电子束焊 激光焊 点 焊 电阻焊 缝 焊 摩擦焊 对 焊 扩散焊 高频焊 烙铁钎焊 火焰钎焊 炉中钎焊
浅析金属材料焊接成型问题和解决措施
2021年第8期1200引言金属材料成型过程中往往由于焊接问题导致材料出现异常问题。
主要原因是因为在焊接过程中焊点集中造成局部电流过大或者局部未熔合导致出现焊接冷热裂纹、夹渣焊瘤、气孔咬合等问题，严重的降低产品使用寿命和功能。
因此研究金属材料焊接成型问题对于改进焊接质量和技术有重要的参考意义。
1造成金属材料焊接成型主要问题1.1 金属材料焊接冷热裂纹问题金属材料焊接成型最常见的就是热裂纹问题，造成这种热裂纹的主要原因在于金属材料在由液态结晶过程中由于存在温度差造成局部应力不均衡，而发生焊接处内外裂纹出现。
通常此类裂纹会逐渐延伸直至发生结构性破裂怀造成设备损坏或者结构失去稳定性。
焊接融化后因为焊接材料和金属表面杂质等因素造成熔池纯净度降低，夹杂着一部分铜、硫、碳等熔点较低的杂质，这就会造成融化结晶偏析问题严重，高熔点和低熔点结晶为固体过程中由于热胀冷缩造成杂质结构形式被破坏，进而迫使材料焊接出现裂纹。
冷裂纹的形成因素和热裂纹相似，在金属材料焊接成型过程中由于存在母材与母材焊接交界处熔点冷却硬化过程中由于温度应力不同和材料材质异同等因素形成延迟性裂纹，在焊接完成后几天内或者几个小时后才能出现。
因此，冷裂纹对于焊接技术和材料质地要求较高。
1.2 夹渣和焊瘤的缺陷问题金属材料焊接夹渣和焊瘤对金属材料焊接工艺、环境、操作水平等有着重要的联系。
很多情况下夹渣问题主要是由于焊缝在焊接过程中掉入或混入一部分熔渣，造成焊缝内部融化密实时存在局部应力，对于焊接成型后材料质量有重要的影响。
此外，焊接操作过程中如果对于材料切割程序不规范或者切割刀片质量因素也会导致切割部位粘附一定杂质或者焊渣，造成金属焊接时焊瘤存在，导致焊接部位稳定性缺陷问题明显。
焊接金属材料存在焊瘤会导致材料成型后焊缝强度不足和对外观造成影响。
此外焊瘤的存在还与液态金属融化由于重力下坠凝聚成点滴，还与焊接式电流过高造成焊瘤问题存在。
1.3 气孔和咬边的缺陷问题金属材料焊接导致气孔、咬边、未焊透、未融化等问题，浅析金属材料焊接成型问题和解决措施许明伟（山东金帝精密机械科技股份有限公司 山东 聊城 252000 ）摘要：金属材料由于其加工工艺和技术以及自身物理性质等因素会导致焊接成型过程中出现问题，对产品质量造成直接影响，从而使产品整体质量下降，严重影响企业市场形象和浪费原材料。
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②药皮的组成
a）稳弧剂：主要是易电离的钾、钠、钙的化合物。 b）造渣剂：形成熔渣覆盖在熔池表面，不让大气侵入 熔池，且起冶金作用。
c）造气剂：分解出CO和H2等气体包围在电弧和熔池周 围，起到隔绝大气、保护熔滴和熔池的作用。
d）脱氧剂：主要应用锰铁、硅铁、钛铁、铝铁和石墨 等，脱去熔池中的氧。
第4章 金属的焊接成形
第一节 概述 一、焊接：
通过加热或加压等手段，借助于金属原 子的结合与扩散作用，使分离的金属材料牢 固地连接起来的工艺方法。
被焊接的也可以是非金属,如塑料，用 钎焊还可以把金属与非金属连接起来。
二、焊接方法 根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压来划
分。 1、熔化焊：
将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方 法。包括气焊、电弧焊、电渣焊、激光焊、电子束焊、等 离子弧焊、堆焊和铝热焊等。 2、压焊：
6100
4）电极的极性 采用直流电焊机，有正接和反接两种方
法。 （1）正接——焊件接电源正极，焊条接负极。 一般焊接作业均采用正接法
（2）反接——焊件接电源负极，焊条接正极。 焊接薄板时，为了防止烧穿，一般采用反接 法
大量使用的是交流电弧焊设备，不存在极 性问题。
2、焊条电弧焊的焊接过程 1）焊接过程
电弧的温度分布
序 号
项目
阴极区
阳极区
弧柱区
1
正接时所 焊条端头白热
处位置
区
工件熔池上的薄亮区
气隙间
①发射电子； ①电子撞击工件熔池 ①电子和正离子
②正离子撞击 的薄亮区，并与正离 不断形成和复合
焊 条 、 端 头 熔 子复合放出光和热； ；
所进行的 化 金 属 的 白 亮 ②撞击个别电子和正 ②带电粒子在电
5、焊接接头的金属组织和性能的变化 1）焊件上温度的变化与分布
熔合区
过热区 正火区 部分相变区
2）焊接接头处组织与性能的变化
受到 不同规范的
热处理
经历了一次冶金过程！散
热作用区
热快，药皮保护且渗合金， 性能一般不低于母材
热影响区 焊缝区
半熔化区 过热区 正火区 部分 相变区
组织
比淬火组织
性能最差 脆性还大
2
物理过程 区 、 与 表 面 电 离子；
场作用下作定向
子 复 合 放 出 热 ③无发射电子任务 ， 运动；
和光。
不消耗大量能量。 ③释放强烈的光
和热。
3
产生的热 量（%）
36%，熔化焊 条热量的主要
来源
43%，熔化工件金属 热量的主要来源
21%，不是焊接 热量的主要来源
4
平均温度 （K）
2400
0
通过对焊件施加压力（加热或不加热）来完成焊接的 方法。包括爆炸焊、冷压焊、摩擦焊、扩散焊、超声波焊、 高频焊和电阻焊等。 3、钎焊：
采用比母材熔点低的金属材料作钎料，在加热温度高 于钎料熔点低于母材熔点的情况下，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焊件的方 法。包括硬钎焊、软钎焊等。
正火处理 晶粒细化
晶粒大小 不均匀
3）焊接接头的主要缺陷 （1）气孔：熔池中的气泡在焊缝凝固时未能逸出 而形成的孔穴。
防止措施： a）烘干焊条，仔细清理焊件的待焊表面及附近
区域； b）采用合适的焊接电流，正确操作。
（2）夹渣：焊后残留在焊缝中的熔渣。 预防措施：
a）仔细清理待焊表面； b）多层焊时层间要彻底清渣； c）减缓熔池的结晶速度。
2）焊条电弧焊加热特点 （1）局部加热温度高。焊缝附近金属受热极不均匀， 可能造成工件变形、产生残余应力，组织转变与性 能变化不均匀。 （2）加热速度快（1500度/秒），温度分布不均匀， 可能出现在热处理中不应出现的组织和缺陷。 （3）热源是移动的，加热和冷却的区域不断变化。
3、电弧焊的冶金特点 （1）反应区温度高（2000K），合金元素强烈蒸发 和氧化烧损。 （2）金属熔池体积小，处于液态的时间很短 （10s），导致化学成分不均匀，气体和杂质来不及 浮出而易产生气孔和夹渣等缺陷。
1）电弧的形成过程 （1）焊条与工件接触短路
短路时，电流密集的个别接触点被电阻热 Q=I2Rt所加热，极小气隙中形成很高的电场强度。 （2）提起焊条保持恰当距离
在热激发和强电场作用下，负极发射电子并
作高速定向运动，撞击中性分子和原子使之激 发或电离，发出光和热。
2）电弧的构造与温度分布 电弧由三部分构成，即阴极区、阳极区和弧柱区
（3）焊接裂纹 热裂：焊接过程中，焊接接头的金属冷却到固
相线附近的高温区产生的焊接裂纹。 预防措施：
减小结构刚度、焊前预热、减小合金化、选用 抗裂性好的低氢型焊条等。
三、焊接的特点 1、节约金属材料，产品密封性好 2、以小拼大，化简单为复杂 3、便于制造双金属结构 缺点：焊缝处的力学性能有所降低，个别焊接方法 的焊接质量检验仍有困难。
四、焊接的应用 1、制造金属结构 2、制造金属零件或毛坯 3、连接电器导线
1、焊接电弧：电极与工件之间的气体介质持久 而强烈的放电现象。
e）合金剂：主要应用锰铁、硅铁、铬铁、钼铁、钒铁 和钨铁等铁合金。
f）粘结剂：常用钾、钠水玻璃。 （3）焊条药皮的种类
a）酸性焊条——药皮中含有多量酸性氧化物，如SiO2、 TiO2、Fe2O3等。
b）碱性焊条——药皮中含有多量碱性氧化物，如CaO、 FeO、MnO、Na2O、MgO等。
3）焊条的选用原则 （1）低碳钢和低合金钢构件，一般要求焊缝金属 与母材等强度，可根据钢材强度等级来选用相应 的焊条；异种钢焊接，按强度等级较低的钢材选 用焊条。 （2）对焊缝的塑性、冲击韧性、抗裂强度或低温 性能要求较高时，应选用碱性焊条，否则选用酸 性焊条； （3）焊接铸钢件时，一般应选用碱性焊条； （4）焊接特种钢时，应选用专业焊条。保证焊缝 金属的主要化学成分及性能与母材相同； （5）根据焊接结构的使用条件选择焊条药皮的类 型；
4、焊条 1）焊条的组成
手弧焊焊条由焊芯和药皮两部分组成。 （1）焊芯作用
①作为电弧焊的一个电极，与焊件之间导电形成电 弧；
②在焊接过程中不断熔化，并过渡到移动的熔池中， 与熔化的母材共同结晶形成焊缝； （2）焊条药皮
①药皮的作用 a）对熔池造成有效的气、渣联合保护； b）使熔池内金属液脱氧、脱硫并向熔池金属中渗