第七章连结成形基础

7.2.1概述
焊接方法的缺点
（1）结构刚性大时，应力难以调匀，容易产生较大的应力 集中 （2）由于焊接过程是局部加热，出现复杂的热应力，所以 工件焊后若不经热处理，会产生残余应力和变形 （3）性能不均匀 （4）制造工艺对结构性能有重大影响 （5）焊接裂纹及其他缺陷是产生断裂的根源 （6）对无损检测技术的可靠性要求较高
焊接方法的应用：
（1）制造金属结构件； （2）制造机器零件和工具； （3）修复
退出
焊接方法
手弧焊
电弧焊
气体保护焊 埋弧焊
电阻焊 摩擦焊 软钎焊
电渣焊
熔 焊
等离子弧焊
压 力 焊
超声波焊 爆炸焊 扩散焊
钎 焊
硬钎焊
电子束焊
激光焊
高频焊
熔化焊
接头局部加热 至熔化状态，通过 结晶凝固而连接成 不可拆卸的整体主 要包括电弧焊等。
wCE [ wC wMn / 6 ( wCr wMo wV ) / 5 ( wNi wCu ) /15] 100%
wCE wCE
热
<0.4%时，可焊性良好，焊接时不必预热 =0.4%～0.6%时，可焊性尚好，但需适当余 〉0.6%时，可焊性差
wCE
2.焊接接头形式
对 接 接 头
埋弧自动焊接过程（焊缝剖面图）

焊丝与焊剂
焊接材料 相当 于药 皮
相当 于焊 芯 焊 丝 熔炼 焊剂
焊 剂
陶瓷 焊剂
埋弧焊主要特点
a焊缝质量好，焊缝均匀美观； b 焊接效率高。电流大，熔深大，焊接速度 快，焊丝自动进给。 c 节省焊接材料，中厚板不开坡口，一次焊 透，多余焊剂回收使用，降低了损耗。 d 劳动条件较好，暗弧操作，实现了机化， 减少了烟尘。 e 应用范围比较窄 一般限于平焊位置、形状简单的 长焊缝。主要用于焊接碳钢、低合金高强度钢，也可 用于焊接不锈钢。
7.2.2工业设计中常用的焊接方法简介
1 熔 化 焊
熔化焊是焊接最基本的焊接方法。根据焊接能源种 类、能源传递介质和方式的不同，熔化焊可分为电弧焊、 气焊、电渣焊、电子束焊、激光焊和等离子焊等。
熔化焊的基本原理
熔化焊的基本原理是指将填充材料（如焊丝）和工
件的连接区基体材料共同加热至熔化状态，在连接处形
点焊形成过程示意图
滚焊形成过程示意图

对焊
对 焊 是
利用电阻热将 两个工件的整 个端面焊接起 来的一种焊接
方法。
对焊示意图

摩擦焊
摩擦焊是利用工件之间的相互摩擦产生的热量同时
加压使工件连接到一起的焊接方法。
摩擦焊示意图

爆炸焊
爆炸焊是利用爆炸产生的巨大冲击波能量，使界面
在大的接触压力下焊接在一起。
连接成为整体的焊接工艺。
1 电阻焊
电阻焊是利用电流通过被焊工件以及接触部分产生 电阻热，使接触部位达到塑性或局部熔化状态，加压焊
合而使工件焊接在一起的焊接方法。主要有点焊、缝焊、
凸焊及对焊

焊接分类
电阻焊
根据焊接接头
点 焊
形式的差异
滚 焊
对 焊

点焊和滚焊（缝焊）
工艺步骤：
加 压 通 电 断电保压 去 压
角 接 接 头
3.低碳钢的焊接
低碳钢的焊接性能良好，不需要采用特殊的工艺 措施就可以获得良好的接头。
4.低合金钢的焊接
对于普通低合金钢，强度等级低的可焊性良好， 强度等级高。可焊性差，需采用一定工艺措施保 证质量，焊前预热焊后热处理。
7.2.4 焊接变形和焊接应力
焊接应力与变形产生的原因： 焊接过程的加热和冷却受到周围冷金属的拘 束，不能自由膨胀和收缩。
第七章 连接成形基 础
7.1连接成形概述
1.连接的种类 按照不同的分类标准，连接结构可以分为 不同的形式。按照不同的连接原理，可以分 为机械连接结构、粘接和焊接、榫接四种连 接方式；按照结构的功能和部件的活动空间， 可以分为动连接和静连接结构。
2.各种连接方法的特点及应用
种类 螺纹 主要用途 主要用于两板件和各类零件的连接 特点 构造简单，装拆方便成 本低廉
CO2气体保护焊示意图
和车辆制造。
4）.气焊 气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧 时放出的热量为热源的焊接工艺。
它主要用于铜、铝等有色金属的焊接、黑 色金属薄板的焊接以及野外无电源不能电 焊的场合。
2
压 力 焊
压力焊（俗称固态焊）是在压力（或同时加热）作 用下，在被焊的分离金属结合面产生塑性变形而使金属
3
钎
焊
钎焊是利用熔点比被焊接金属熔点低的金属作钎料， 将钎料与工件一起加热到钎料熔化状态，借助毛细管作 用将其吸入到固态间歇内，使钎料与固态工件表面发生
原子的相互扩散、溶解和化合而连成整体的焊接方法。
钎焊接头的形成过程
钎焊接头的形成包括两个过程：⑴ 钎料熔化和流入、
填充接头间歇形成钎料充满焊缝的过程；⑵ 液态钎料与 钎焊金属相互作用。
•当拘束很大时（如大平板对接），则会产生残余应力，无 残余变形。 •当拘束较小（如小板对接焊）时，既产生残余应力，又产 生残余变形。
焊件焊后的变形形式主要有： 尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等。
焊接变形与应力的危害
工件焊接后产生变形和应力对结构的制造和使用会产 生不利影响。

产生焊接变形，可能使焊接结构尺寸不合要求，组装困 难，间隙大小不一致等，从而影响焊件质量。 焊接残余应力会增加工件工作时的内应力，降低承载能 力；还会引起裂纹，甚至造成脆断，应力的存在会诱发 应力腐蚀裂纹。 残余应力是一种不稳定状态，在一定条件下会衰减而产 生一定的变形，使构件尺寸不稳定，所以减少和防止焊 接变形和应力是十分必要的。
1—4—3—2
1— 4 — 5 — 2 — 3 — 6
（5）焊后矫正处理 包括机械矫正和火焰矫正。
（6）采用焊前刚性固定组装焊接，限制产生焊接 变形，但这样会产生较大的焊接应力。采用定位 焊组装也可防止焊接变形。
7.3粘接成形
7.3.1胶接及其应用
胶接是利用胶粘剂在一定条件下把预制的元件联接在一起， 并具有一定的联接强度的不可拆联接

硬钎焊
硬钎焊是指使用的钎料熔点高于450℃的钎焊。其主
要加热方式有：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加
热、盐浴加热等。软钎焊的接头强度不高（＞500MPa）。
硬钎焊所用的钎剂主要有：硼砂、硼酸和氟化物等。 硬钎料主要用于钎焊受力大，工作温度较高的工件。
7.2.3金属材料的焊接
1.金属材料的焊接性能 金属材料的焊接性能又称为可焊性。是指金属材料 在一定的条件下通过焊接形成优质接头的性能。


防止或减小焊接变形措施
（1）结构设计合理； （2）采用正当焊接工艺； 如：刚性固定法 反变形法
用夹具防止焊件变形示意图
（3）焊缝分散，不宜密集和过于交叉；焊缝设 计时应尽可能对称布置。
（4）合理安排焊接次序；对于长焊缝，可 许时应分段施焊。
3 3 1 2
3 2 1 4 5 6
4
2 1 1—2—3—4 4
键
销 铆钉 粘结 弹性卡 接 焊接 榫接
轴和轴上零件的固定
组合装配时的辅助零件，用来固定零件 之间的相对位置 桥梁框架、飞机等 连接金属与非金属，某些脆性材料 包装、容器盖 铁及其合金，铜及其合金，铝及其合金 的连接 建筑、家具设计
构造简单，装拆方便
承受载荷不大 抗震，耐冲击和牢固可 靠 不引起应力集中，表面 平整，耐腐蚀 使用方便 焊缝强度高，工作效率 高，工艺简单 结构稳定性好


软钎焊和硬钎焊
软钎焊
软钎焊是指使用的钎料熔点低于450℃的钎焊，通常
用烙铁加热。软钎焊的接头强度不高（＜70MPa）。 含少量锑的锡铁合金钎料应用最广泛。 软 钎 焊 所 用 的 钎 剂 主 要 有 ： 松 香 、 ZnCl2 溶 液 、 ZnCl2钎剂膏等（钎剂主要用来清除氧化物，保护钎焊区， 增加润湿性）。 软钎料主要应用于焊接受力不大的常温工作的仪表、 导电元件等。
成熔池，熔池中的液态金属冷却凝固后形成牢固的焊接
接头，使分离工件连接成为一个整体。
1）.焊条电弧焊
利用电弧所产生的热量将被焊金属和焊条金属 熔化，并形成一种永久接头的过程，称为电弧焊。

焊接电弧
焊接电弧是在电极和 工件间的气体介质中常时间 放电的现象。 电弧引燃时，弧柱中充 满了高温电离气体，发出大

它是明弧焊，电弧和弧池清晰可见，便于调整参数， 控制焊接质量 熔池小，结晶快，利于薄板焊接 焊接过程没有熔渣，便于实现自动化、机械化，同时 降低了成本，减少了辅助劳动，提高了工效 采用氩、氦等惰性气体保护焊接活泼金属时具有良好 的焊接质量

氩弧焊
氩弧焊示意图
氩弧焊是以氩气 作为保护（熔池） 气体的电弧焊。高 温下，Ar不电离， 不熔于金属。氩弧 焊质量很高。
(1)粘接技术的优点： ①可以有效地应用于不同种类的金属或非金属之间的连接，这是 焊接难以做到的。 ②胶粘剂可均匀地分布于粘接面，没有焊点、螺栓连接或铆钉连 接所存在的应力集中问题。 ③粘接结构可以节省铆钉、螺栓(母)等标准件的应用，能够减轻 产品的重量。 ④粘接件中的连接缝具有对水、空气或其它环境介质的优良密封 性，这是铆接和螺栓连接不具备的。 ⑤粘接技术可以节省金属材料、密封材料，提高工作效率，综合 经济效益比较客观。 (2)粘接技术的缺点： ①粘接强度还不够高，外界环境或职工熟练程度对粘接效果影响 较大。 ②胶粘剂大多属于合成有机高分子物质，其耐高低温的性能是有 限的，一般胶粘剂只能在-50～100℃的温度范围内正常工作。 ③在光、热、空气及其它因素的作用下，胶粘剂会产生老化、断 裂、气泡等现象，影响使用寿命。 ④大部分胶粘剂属有毒物质，操作过程中会挥发出有刺激性的气 体或气味，危害人体健康
应用：平焊，长直焊缝，大直径焊缝。 不适合薄板、曲线焊缝。
埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝 焊，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和 潜艇壳体的焊接，起重机械（行车）和冶 金机械（高炉炉身）的焊接。
3）气体保护焊 气体保护焊是采用气体将空气和熔化金属隔开， 免受空气的氧化与氮化的焊接方法。常有的气体 有氩气、二氧化碳气体等。 特点：
压力焊
对焊件施加压力 （可同时加热），通 过塑性连接、金属再 结晶和原子扩散获得 原子间结合。主要包 括用电阻加热的压力 焊（点焊、对焊、高 频焊等）和摩擦焊等 。
钎焊
低熔点钎料 熔化并渗入被 焊工件接头间 隙中，然后通 过原子扩散而 实现连接。
应用 广泛用于制造各种金属结构，如桥梁、
船舶、密封压力容器、化工设备、机 车、车辆和飞行器等。
钢焊条焊接钢材时的焊接电弧
量的光和热。

手工电弧焊的焊接过程
焊 条 焊 芯 电 弧 药 皮 电 弧
焊缝附近 基体金属
熔化
熔 渣
CO2↑
焊 缝
保护熔池

电焊条
焊条组成：电焊条由焊芯和药皮组成。
焊芯的作用：导电与充填焊缝。 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。
7.2焊接成型工艺
焊接：是通过加热或加压，或者两者并用，并且用或 不用填充材料，使焊接件达到原子结合的一种方法。 焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊等。 焊接结构的优点： （1）接头构造合理，应力集中系数较小，接头的 工作效能比较高； （2）节省金属，减轻结构本身质量； （3）水密性和气密性好。 （4）设计比较简单 （5）制造周期短，成本低，经济效益好。
应用实例：
胶接组合蜗轮
螺纹接套与管件胶接
蒙皮与型材胶接
蜂窝结构填料
7.3.2胶粘剂的功能
• • • •
•
• •
•
•
粘接功能 外观平滑功能 表面防腐功能 不同材料防腐的功能 粘接密封的功能 断裂制品的粘接修复功能 缺陷、磨损、尺寸超差及划伤零部件的修复功能 堵漏功能 其他功能

7.3.3胶粘剂的优缺点
并使电弧在较厚焊剂下燃烧的熔化焊。

焊接过程
如图所示，埋弧焊的焊接过程可概括为：自动送来自百度文库；
引弧；焊剂自动下料；焊机匀速运动；电弧在焊剂下燃 烧。
• • •
熔剂层下熔渣覆盖电弧； 焊机带着焊丝匀速沿工件坡口移动或工件相对焊机 机头移动； 熔剂从漏斗中不断输送并覆盖被焊部位。大部分熔剂 不熔化，可从新回收使用。
氩弧焊分为： 熔化极氩弧焊； 不熔化极氩弧焊。
适于焊接各类合金 钢、不锈钢、耐热 钢，非铁金属及锆、 钽、钼等有色金属 材料；但氩气较贵， 相对成本高。广泛 用于造船和车辆制 造。

CO2气体保护焊
用焊丝作电
极，焊丝自 动送进并熔 化，用CO2 气体保护熔 池金属，隔 离空气。 应用 广泛用于造船
焊条电弧焊的特点
优点：焊条电弧焊因其设备简单，能广泛应用。对不规则的 焊缝、短焊缝、仰焊缝、高空和狭窄位置的焊缝。采用焊条 电弧焊。可以通过工艺调整来减小变形和改善应力分布。 缺点：生产效率低，焊接质量受焊工水平影响，劳动强度大， 不适于特殊金属以及薄板焊接
2）.埋弧自动焊
埋弧自动焊是利用专门的机械设备自动完成手工电 弧焊中的引燃电弧、送进焊条以及移动电弧等焊接动作，