金属材料焊接成形工艺原理与方法
第三章 连接成形
3．焊条的牌号与型号(P134附表3-5、6)
(三) 焊接成形工艺设计
1.焊缝空间位臵、接头和坡口型式
(1) 焊缝的空间位臵
平焊 横焊
焊缝空间位臵有:
• 平焊缝
• 横焊缝 • 立焊缝 • 仰焊缝
立焊
仰焊
垂直平面，水平 方向上的焊接
垂直平面，垂直 方向上的焊接
倒悬平面，水平 方向上的焊接
水平面的焊 接
粗大的过热组织。
过热区是热 影响区中性能 最差的部位。 • 塑性差
• 韧度低
• 正火区： 焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火
处理，获得均匀而细小的铁素体和珠光体组织。
正火区是 热影响区中力 学性能最好的 区域。
• 塑性较高 • 韧度较高
• 不完全重结晶区(部分正火区)： 部分组织转变为奥氏体，冷却后获得细小铁 素体和珠光体，部分铁素体未发生相变，固该 区域晶粒大小不均匀。
(一) 氩弧焊
氩弧焊：利用惰性气体(氩气Ar)作为保护气
体的电弧焊。高温下，氩气不与金属起化学
反应，也不溶入金属。
氩弧焊机械保护作用好，电弧稳定性好， 金属飞溅小，焊接质量高。
按所用电极的不同，氩弧焊钨极(非熔 化极)和熔化极氩弧焊两种。
(二) 焊条
1．焊条的组成与作用
• 金属焊芯：作为电极，
产生电弧，并传导焊接电 流，焊芯熔化后作为填充 金属成为焊缝的一部分。
• 药皮：压涂在焊芯表
面的涂料层，主要作用
是保证电弧稳定燃烧。
2．焊条的种类
焊条可分为酸性焊条和碱性焊条。
• 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主。焊 缝塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗 裂性差，但酸性焊条具有良好的工艺性。 • 碱性焊条(又称低氢焊条)：药皮中以碱性氧 化物与莹石为主，并含较多铁合金，焊缝力学 性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较差。
金属材料的成型工艺
金属材料的成型工艺金属材料的成型工艺是指通过物理或化学方法将金属材料加工成所需形状的工艺过程。
成型工艺广泛应用于各个领域，如汽车、航空、船舶、建筑、制造业等。
它可以改变金属材料的形状、尺寸、性能和组织结构，使其适应不同的使用需求。
锻造是将金属材料加热至一定温度后，施加力并改变形状的工艺。
锻造可分为自由锻造、模锻和精锻。
自由锻造是直接对金属进行锻造，适用于简单形状的零部件。
模锻是使用模具对金属进行锤击或压制，适用于复杂形状和高精度要求的零部件。
精锻是在高温下对金属进行精密锻造，适用于高精度要求的零部件。
冲压是通过金属板材的拉伸、弯曲、切割和成形等工艺来制作零部件。
冲压工艺具有高效、节约材料、适用于大批量生产等优点，广泛应用于汽车制造、家电制造等领域。
铸造是通过将金属材料熔化后倒入模具中，使其凝固成型的工艺。
铸造可分为压力铸造和重力铸造。
压力铸造包括压铸、低压铸造和真空压力铸造。
压铸是将熔融金属注入压铸机模腔中，通过高压填充，并快速凝固成型。
低压铸造是将熔融金属通过压力填充式注射系统注入模具中，然后通过压力使其充满整个模腔，并凝固成型。
真空压力铸造是在真空环境中进行压铸，以提高铸件的质量和密度。
重力铸造是靠铸造机中的重力将熔融金属倒入模具中，凝固成型。
焊接是通过加热材料至熔化状态，通过外界压力和/或其他形式的能量传递，使金属材料连接起来的工艺。
常用的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊、激光焊接等。
焊接工艺广泛应用于电子、汽车、船舶、航空航天等领域。
拉伸成型是将金属材料通过拉伸、挤压或者弯曲等方法成型的工艺。
拉伸成型可以提高材料的强度、硬度和耐磨性。
常见的拉伸成型工艺包括拉伸成型、锻造成型和爆炸成型等。
热成型是通过加热金属材料至塑性状态，然后在模具中进行变形的工艺。
热成型可以提高材料的塑性，使其更容易成形，并改变金属材料的结构和性能。
常用的热成型方法包括热压成型、热挤压、热拉伸等。
挤压成型是通过将金属材料放置在模具中，然后施加压力，使其通过模孔挤压成型的工艺。
材料成型原理与工艺
04
材料成求极高，需要具备轻质、高强度、 耐高温等特性。材料成型原理与工艺的发展为航空航天领域 提供了更多的选择，如钛合金、复合材料等。
这些新型材料的应用有助于减轻飞机和航天器的重量，提高 其性能和安全性。
汽车工业领域的应用
随着环保意识的提高和新能源汽车的 兴起，汽车工业对轻量化材料的需求 越来越大。
件。
锻造工艺
01
02
03
04
自由锻造
利用自由锻锤或压力机对坯料 进行锻打，形成所需形状和尺
寸的锻件。
模锻
利用模具对坯料进行锻打，使 坯料在模具中形成所需形状和
尺寸的锻件。
热锻
将坯料加热至高温后进行锻打 ，使材料易于塑性变形。
冷锻
在常温下对坯料进行锻打，适 用于塑性较差的材料。
焊接工艺
熔化焊
压力焊
材料成型原理与工艺的发展使得汽车 零部件的制造更加高效、精确，如铝 合金、镁合金等轻质材料的广泛应用 ，有助于降低汽车能耗和排放。
能源领域的应用
能源领域如核能、太阳能等需要大量的特殊材料，如耐高 温、耐腐蚀的材料。
材料成型原理与工艺的进步为能源领域提供了可靠的材料 解决方案，如高温合金、耐腐蚀涂层等，有助于提高能源 利用效率和安全性。
材料成型原理与工艺
• 材料成型原理概述 • 材料成型工艺介绍 • 材料成型原理与工艺的发展趋势 • 材料成型原理与工艺的应用前景
01
材料成型原理概述
材料成型的基本概念
材料成型是通过物理或化学手 段改变材料的形状，以达到所 需的结构和性能的过程。
材料成型涉及多种工艺和技术， 如铸造、锻造、焊接、注塑等。
泡沫金属
通过在金属基体中引入孔洞，制备 出具有轻质、高比强度的泡沫金属 材料。
材料成形原理
名词解释1、凝固：是物质由液相转变为固相的过程，是液态成形技术的核心问题，也是材料研究和新材料开发领域共同关注的问题。
2、均质形核：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也称“自发形核” 。
非均质形核：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。
3、粗糙界面：界面固相一侧的点阵位置只有约50%被固相原子所占据，形成坑坑洼洼、凹凸不平的界面结构。
大多数金属界面属于这种结构。
光滑界面：界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子所占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。
非金属及化合物大多属于这种。
4、外生生长：晶体自型壁生核，然后由外向内单向延伸的生长方式。
内生生长：等轴枝晶在熔体内部自由生长的方式5、沉淀脱氧：是指溶解于液态金属中的脱氧剂直接和熔池中的[FeO]起作用，使其转化为不溶于液态金属的氧化物，并脱溶沉淀转入熔渣中的一种脱氧方式扩散脱氧：在熔池尾部，随着温度的下降，液态金属中过饱和的氧化铁会向熔渣中扩散6、裂纹：在应力与致脆因素的共同作用下，使材料的原子结合遭到破坏，在形成新界面时产生的缝隙裂纹热裂：是铸件处于高温状态时形成的裂纹类缺陷。
凝固裂纹（结晶裂纹）：金属凝固结晶末期，在固相线附近发生的晶间开裂现象冷裂纹：是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹7、塑性：材料受力破坏前可承受最大塑性变形的能力。
塑性指标：1、拉伸试验（断后伸长率和断面收缩率越大说明塑性越好）2、压缩试验3、扭转试验。
8、主平面：切应力为零的平面；主应力：主平面上的正应力：主方向：主平面的法线方向，亦即主应力的方向；主切应力平面：使切应力达到极大值的平面称为主切应力平面；主切应力：主切应力平面上所作用的切应力称为主切应力9、屈服准则（也称塑性条件或塑性方程）：质点进入塑性状态时，各应力分量之间满足的关系屈雷斯加（T resca)屈服准则（又称最大剪应力准则）：材料（质点）中的最大剪应力达到某一临界值时，材料发生屈服，该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关密塞斯（mises)屈服准则：当受力物体内质点应力偏张量的第2不变量I2 达到某一临界值时，材料发生屈服，该临界值取决于材料在变形条件下的性质，而与应力状态无关。
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。
焊接工艺及原理
焊接工艺及原理一、焊接基本原理焊接是一种通过加热或加压，或两者并用，使两个分离的物体产生原子间结合的方法。
其基本原理是利用高温或高压使两个工件产生塑性变形，以实现连接。
二、焊接方法与分类1.熔焊：将工件加热至熔点，形成熔池，冷却凝固后形成连接。
常见的熔焊方法包括电弧焊、气体保护焊、激光焊等。
2.压焊：通过施加压力，使两个工件在固态下产生塑性变形，实现连接。
常见的压焊方法包括电阻焊、超声波焊、摩擦焊等。
3.钎焊：使用比母材熔点低的金属作为钎料，将工件加热至钎料熔化，填充接头间隙，实现连接。
常见的钎焊方法包括火焰钎焊、烙铁钎焊等。
三、焊接材料1.母材：被焊接的金属材料。
2.填充金属：用于填充接头间隙的金属材料，可根据母材和焊接方法选择。
3.钎料：用于钎焊的金属材料，其熔点应低于母材。
四、焊接工艺参数1.焊接电流：焊接过程中通过的电流大小，直接影响焊接质量和效率。
2.焊接电压：电弧焊中电弧两端的电压，影响电弧的稳定性和焊接质量。
3.焊接速度：焊接过程中单位时间内完成的焊缝长度，影响焊接效率和接头质量。
4.预热温度：对于某些高强度钢或铸铁等材料，焊接前需要进行预热以提高接头质量。
5.后热温度：焊接完成后对工件进行后热处理，以促进接头组织转变和消除残余应力。
6.保温时间：后热处理过程中保持工件温度的时间，影响接头组织和性能。
五、焊接变形与控制1.热变形：由于焊接过程中局部加热和不均匀冷却导致的变形。
控制方法包括选择合适的焊接顺序、采用对称焊接、局部散热等措施。
2.残余应力变形：焊接过程中产生的残余应力在工件内部造成的变形。
控制方法包括合理安排焊接顺序、采用振动消除应力等方法。
3.收缩变形：由于焊接过程中熔池的液态金属凝固后体积收缩导致的变形。
控制方法包括减小焊接电流和焊接速度、增加填充金属等措施。
六、焊接缺陷及防止1.气孔：由于保护不良或母材有锈等原因导致的气体未及时逸出形成的空穴。
防止方法包括加强保护、清理母材表面等措施。
现代金属材料的制备与成型技术
现代金属材料的制备与成型技术一、金属材料的制备技术：1.熔炼法：熔炼法是制备金属材料最常用的方法之一、它通过将金属原料加热至熔化状态，然后通过冷却凝固形成所需形状的材料。
熔炼法可分为电熔法、真空熔炼法、坩埚熔炼法等。
2.粉末冶金法：粉末冶金是一种将金属粉末通过成形与烧结来制备金属材料的方法。
该方法不需要熔化金属，可直接使用金属粉末，在高压下成型成所需形状，然后通过烧结得到金属材料。
3.化学法：化学法是一种利用化学反应来制备金属材料的方法。
常见的化学法包括电解法、沉积法和溶液法等。
这些方法通过将溶解金属离子的溶液与适当的反应剂反应，使金属离子还原成金属固体。
4.气相沉积法：气相沉积法是一种利用高温高压条件下，使金属原料气化后沉积在衬底上的方法。
这种方法可以制备薄膜、纤维等金属材料。
二、金属材料的成型技术：1.锻造成型：锻造是一种将金属材料加热至一定温度后施以一定的力使金属发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。
锻造可分为自由锻造、模锻造和挤压锻造等。
2.压力成型：压力成型是一种利用压力来使金属材料发生塑性变形，从而得到所需形状的方法。
常见的压力成型包括挤压、拉伸、连续模锻等。
3.粉末冶金成型：粉末冶金成型技术是指利用金属粉末进行成型的方法。
通过将金属粉末与适当的粘结剂混合，然后在高压下成形。
最后通过烧结将金属粉末与粘结剂固化在一起，得到所需形状的金属成品。
4.焊接与连接：焊接是一种将两个或多个金属材料通过加热、溶解或者高压连接在一起的方法。
常见的焊接方法有电弧焊接、气焊、激光焊接等。
除了焊接外，还有螺纹连接、铆接和胶粘连接等方法。
三、现代金属材料的设备与工具：1.熔炉：熔炉是用于将金属原料熔化的设备，它可以提供高温条件，使金属原料达到熔点，进行熔炼制备。
2.成型机床：成型机床是用于金属材料成型的机床设备，如锻压机、冲床、拉伸机等。
它们通过施加力或者压力，使金属发生塑性变形，得到所需形状。
3.烧结炉：烧结炉是用于粉末冶金制备的设备，它可以将金属粉末在高温条件下烧结成一体。
金工实训焊接原理及操作
金工实训焊接原理及操作 (1)
面很小，温度急剧上升，在未熔化前，将焊条提起，产生电弧 的引弧方法。此种方法易于掌握，但容易沾污坡口，影响焊接 质量 上述两种引弧方法应根据具体情况灵活应用。擦划法引弧 虽比较容易，但这种方法使用不当时，会擦伤焊件表面。为尽 量减少焊件表面的损伤，应在焊接坡口处擦划，擦划长度以20～25mm为宜。在狭窄的地方焊接或焊件表 面不允许有划伤时，应采用碰击法引弧。碰击法引弧较难掌握，焊条的提起动作太快并且焊条提得过高 ，电弧易熄灭；动作太慢，会使焊条粘在工件上。当焊条一旦粘在工件上时，应迅速将焊条左右摆动， 使之与焊件分离；若仍不能分离时，应立即松开焊钳切断电源，以免短路时间过长而损坏电焊机 (3)引弧的技术要求。在引弧处，由于钢板温度较低，焊
电弧引燃后，就开始 正常的焊接过程。为 获得良好
的优劣、焊缝成形的 好坏，主要由运条来 决定
焊条的三个基本运动
的焊，缝成形，焊条 得不断地运动。焊条 的运动称为运
运条由三个基本运动 合成，分别是焊条的 送进运动、
1—焊条送进 2—焊 条摆动 3—沿焊缝移 动
金工实训焊接原理及操作 (1)
(1)焊条的送进运动。主要是用 来维持所要求的电弧长度。由于 电弧的热量熔化了焊条端部，电 弧逐渐变长，有熄弧的倾向。要 保持电弧继续燃烧，必须将焊条 向熔池送进，直至整根焊条焊完 为止。为保证一定的电弧长度， 焊条的送进速度应与焊条的熔化 速度相等，否则会引起电弧长度 的变化，影响焊缝的熔宽和熔深
(3)运条手法。为了控制熔池温 度，使焊缝具有一定的宽度和高 度，在生产中经常采用下面几种 运条手法
金工实训焊接原理及操作 (1)
1)直线形运条法。采用直线形运条法焊接时，应保持一定的弧长，焊条不摆动并沿焊接方 向移动。由于此时焊条不作横向摆动，所以熔深较大，且焊缝宽度较窄。在正常的焊接速 度下，焊波饱满平整。此法适用于板厚3～5mm的不开坡口的对接平焊、多层焊的第一层焊 道和多层多道焊工 件不得直接用手去拿，
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
金属材料成型基础资料.pptx
电阻热：Q=I2Rt
焊条
-
焊接电弧
工件
d
+
d离
焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带电粒子产生、 运动、复合、产生的动态平衡过程。
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2 . 电弧的构造及热量分布 阴极区：2400k 36% 阳极区：2600k 42% 弧柱区：5000~8000k 21%
3 . 电弧的极性
1 . 设备简单、应用灵活方便。
2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。
二、手工电弧焊焊接过程
①引弧 ② 形成熔池
三、焊接电弧
③形成焊缝
1 . 焊接电弧的概念
第4页/共60页
在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。
使气体电离 具备两个条件
阴极发射电子
接触电阻：R 短路电流：I
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。
第29页/共60页
三、 CO2气体保护焊
以CO2气体作为保护性介质的电弧焊方法。
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
CO2 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷
③ 比重大于空气（25%）
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非熔化极亚弧焊
熔化极亚弧焊
第27页/共60页
第28页/共60页
3）氩弧焊的特点及应用 ① 机械保护效果好，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，
焊接质量优良。 ② 电弧燃烧稳定，飞溅小。 ③ 焊接热影响区和变形小。 ④ 可进行全位置焊接。 ⑤ 氩气昂贵，设备造价高。
应用： 适用所有金属材料的焊接。
镍及镍合金焊条—Ni ； 铜及铜合金焊条—T；
焊接与热切割作业定义
焊接与热切割作业定义焊接与热切割是金属加工中常见的两种工艺，它们在制造业中扮演着重要的角色。
本文将分别介绍焊接和热切割的定义、原理、常见方法以及应用领域。
一、焊接焊接是将两个或多个金属材料通过加热或施加压力使其熔合在一起的工艺。
焊接广泛应用于航空航天、汽车、建筑、电子等行业，是制造业中不可或缺的连接工艺之一。
1. 焊接原理焊接的原理是利用热能将金属材料加热至熔点或塑性状态，通过填充材料或金属熔池的相互扩散和冷却凝固，实现金属材料的连接。
2. 焊接方法常见的焊接方法包括电弧焊、气体保护焊、电阻焊、激光焊等。
其中，电弧焊是最常用的焊接方法之一，它利用电弧的高温使金属材料熔化并连接在一起。
3. 焊接应用领域焊接在制造业中有广泛的应用。
在航空航天领域，焊接被用于制造飞机、火箭等载具的外壳和结构部件；在汽车制造中，焊接用于车身和车架的组装；在建筑领域，焊接被用于连接钢结构；在电子行业，焊接被用于电路板的组装等。
二、热切割热切割是利用热能将金属材料切割或分离的工艺。
它是制造业中常见的一种加工方法，广泛应用于金属材料的切割、分离和加工。
1. 热切割原理热切割的原理是将金属材料加热至高温状态，然后通过施加力量或氧化剂使其发生化学反应，从而实现金属材料的切割或分离。
2. 热切割方法常见的热切割方法包括火焰切割、等离子切割、激光切割等。
其中，火焰切割是最常用的热切割方法之一，它利用氧燃烧产生的高温将金属材料切割或分离。
3. 热切割应用领域热切割在金属加工中有广泛的应用。
在制造业中，热切割被用于切割和分离金属板材、管材等；在建筑领域，热切割被用于切割钢结构、管道等；在汽车制造中，热切割被用于切割车身部件等。
焊接和热切割是制造业中常见的两种金属加工工艺。
焊接通过加热或施加压力将金属材料连接在一起，而热切割则是利用热能将金属材料切割或分离。
它们在航空航天、汽车、建筑、电子等领域有广泛的应用，为制造业的发展做出了重要贡献。
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。
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
机械设计中的焊接工艺与设计
机械设计中的焊接工艺与设计在机械设计领域中，焊接是一种常见且重要的连接工艺，它通过熔化金属材料来实现零件的固定和连接。
本文将介绍机械设计中的焊接工艺与设计，包括焊接的基本原理、常用焊接方法及其适用范围，以及在机械设计中应注意的焊接设计要点。
一、焊接的基本原理焊接是利用热能将金属材料熔化并融合在一起的连接工艺。
在焊接过程中，通过热源提供的能量将焊件表面加热至熔化温度，使得金属材料形成熔池，并通过加压或其他辅助手段实现零件的连接。
焊接过程中的热源可以是火焰、电弧、激光等，不同的热源会对焊接过程和焊缝质量产生不同的影响。
焊接质量的好坏直接决定了焊接连接的强度和可靠性，因此在机械设计中，焊接工艺的选择和设计至关重要。
二、常用焊接方法及其适用范围1. 电弧焊接电弧焊接是一种常见的焊接方法，它利用电弧的热能将焊件加热至熔化温度并进行焊接。
电弧焊接可以细分为手工电弧焊、气体保护焊、手工氩弧焊等多种形式。
手工电弧焊适用于小批量生产和修补焊接，由于操作简单，广泛应用于机械维修等领域。
气体保护焊则适用于对焊点质量要求较高的焊接任务，通过在电弧周围提供保护气体，减少氧气对焊接过程的干扰，提高焊接质量。
手工氩弧焊则广泛应用于不锈钢、铝合金等材料的焊接。
2. 氩弧焊接氩弧焊接是一种惰性气体保护焊接方法，利用氩气的保护作用来保证焊接质量。
氩弧焊接广泛应用于不锈钢、铝合金、镁合金等材料的焊接，具有焊缝美观、气孔少等优点。
氩弧焊接又可细分为直流氩弧焊和交流氩弧焊。
直流氩弧焊适用于焊接不锈钢、铝合金等材料，焊接质量好；交流氩弧焊适用于焊接铝合金等导电性差的材料。
3. 气体保护焊气体保护焊是一种通过在焊接过程中提供保护气体的方式来保证焊接质量的方法。
常用的气体保护焊方法包括惰性气体保护焊、活性气体保护焊等。
惰性气体保护焊常用于焊接不锈钢、铝合金等材料，通过提供惰性气体环境来保护焊接区域，防止氧气和其他杂质进入焊接过程，从而提高焊接质量。
单面焊接双面成形原理
单面焊接双面成形原理一、前言单面焊接双面成形是一种常见的金属加工技术，它可以在保证焊接质量的情况下，将单面焊接的金属板材变形成双面形状。
本文将从材料选择、工艺流程、机械设备等方面介绍单面焊接双面成形的原理。
二、材料选择在进行单面焊接双面成形之前，需要选择合适的金属材料。
通常情况下，选用厚度不超过3mm的铝合金或不锈钢板作为原材料。
这些材料具有较高的强度和韧性，并且易于加工和成型。
三、工艺流程1. 制备工作首先需要对原材料进行切割和打磨处理，使其符合要求的尺寸和表面光洁度。
2. 焊接将两片金属板对接，并进行TIG或MIG等方式的焊接。
需要注意的是，在进行焊接时应控制好温度和时间，以保证焊缝质量。
3. 加热处理完成焊接后，需要对整个板材进行加热处理。
加热温度通常在300-400℃左右，时间约为30分钟。
这一步的目的是消除焊接产生的应力和变形，使板材恢复到初始状态。
4. 成形完成加热处理后，将板材放入成形机中进行成形。
成形机通常采用液压或气动方式，通过施加压力使板材变形成所需的双面形状。
在成形过程中需要控制好温度和时间，以避免过度拉伸或变形。
5. 冷却处理完成成形后，需要对板材进行冷却处理。
冷却温度通常在100-200℃左右，时间约为30分钟。
这一步的目的是固定板材的双面形状，并消除因成型产生的应力和变形。
四、机械设备单面焊接双面成形需要使用特殊的机械设备来完成。
主要包括切割机、打磨机、焊接设备、加热设备、液压或气动成型机等。
这些设备都需要具有高精度和稳定性，并能够满足不同尺寸和厚度的金属板要求。
五、总结通过以上介绍，我们可以了解到单面焊接双面成形技术的原理和工艺流程。
它是一种高效、经济、环保的金属加工技术，可以广泛应用于汽车、航空、建筑等领域。
在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的材料和设备，并严格控制每个环节的质量，以确保成品质量和生产效率。
金属连接成形
4
材料热加工基础
金属的连接成形
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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
材料热加工基础
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
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材料热加工基础
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
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酸性焊条：在熔渣中以酸性氧化物为主
（TiO2、SiO2、Fe2O3）
碱性焊条：在熔渣中以碱性氧化物为主
（K2O、Na2O、CaO、MnO）
三、电焊条的选用
1.等强度原则—根据被焊工件的强度选用
2.等化学成分原则—根据被焊工件的化学成分选用 3. 根据被焊工件工作条件和结构选用 4. 低成本原则
§1-3 焊接接头金属的组织与性能
三、影响焊接接头性能的因素
1. 焊剂与焊芯； 2. 焊接方法—采用先进的焊接方法； 3. 焊接参数—小电流、快速焊接； 4. 熔合比—小； 5. 焊后热处理—正火
§1-4 焊接应力与变形
一、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加热和快速冷却。
Ⅰ
一、 焊接热循环
二、 焊接接头金属组织与性能的变化
焊缝区 焊接接头 焊接热影响区 1） 焊缝区 熔池金属冷却结晶所形成的 铸态组织。 2） 焊接热影响区
焊缝两侧的母材，由于焊
接热的作用，其组织和性 能发生变化的区域。
① 熔合区
是焊缝和母材金属的交界区。 （0.1-1mm）
加热温度： T液~T固
强度、塑性、韧性极差，是 裂纹和局部脆断的发源地。
第四章 焊 接
概述
一、金属焊接成形
用加热、加压等工艺措施，使两分离表面产生原子间的结 合与扩散作用，从而获得不可拆卸接头的材料成形方法。
二、焊接成形的分类
1．熔化焊： 电弧焊（手工电弧焊、埋弧自动焊、气 体保护焊）、电渣焊、电子束焊、激光 焊、等离子弧焊等
2．压力焊： 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、超声波焊、 爆炸焊、高频焊、扩散焊等
Ⅱ L0
焊接应力状态： 焊缝区域—拉应力 两侧冷金属—压应力 焊接变形：焊件整体缩短 L
二、焊接变形的基本形式
1 . 收缩变形 2 . 角变形 3 . 弯曲变形 4 . 扭曲变形 5 . 波浪形变形
三、减小焊接应力与变形的措施
1 . 焊接应力的防止及消除措施
1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。
Fe+ [O] FeO
Mn+ [O] MnO Si+ [O] SiO2
①合金元素被烧损；
氧化的结果 ②焊缝产生夹渣的缺陷；
③形成CO气孔。
2）N2 ： N2
[N]
Fe+[N] Fe4N 使接头的塑性、韧性下降。
3）H2 ： H2
[H]
氢气孔 氢脆
二、熔焊冶金过程中必须采取的工艺措施
1. 对焊接区域采取保护措施—减少有害气体进入熔池；
焊条
-
焊接电弧
工件
d
+
d
E=V/d
热电离
碰撞电离
焊接电弧的稳定燃烧 — 就是带点粒子产生、 运动、复合、产生的动态平衡过程。
2 . 电弧的构造及热量分布 阴极区：2400k 36% 阳极区：2600k 42% 弧柱区：5000~8000k 21%
3 . 电弧的极性
直流电源正接极： 工件—正极（阳极）；焊条—负极（阴极）。 直流电源反接极： 工件—负极（阴极）；焊条—正极（阳极）。 用于薄板金属的焊接
2）合理选择焊接顺序。
1
①（Ⅰ—Ⅱ）—Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ 2Ⅰ
Ⅱ
②（Ⅰ—Ⅲ） （Ⅱ—Ⅲ）
Ⅲ
Ⅲ
3）锤击或碾压焊缝
4）加热“减应区”法
5）焊前预热（150 ℃ ~450 ℃）、焊后缓冷
6）焊后进行去应力退火
可消除应力80%左右
2 . 焊接变形的防止及矫正措施
1）设计时，焊缝不要密集交叉，截面和长度也应尽可能小。
2）合理选择焊接顺序。
② 过热区 在热影响区内具有过热组 织或晶粒显著粗大的区域。 （1-3mm）
加热温度： T固~1100 ℃ 塑性和韧性很低，是裂纹的发源地。
③ 正火区
在热影响区内相当于受到正火处理的区域。（1.2-4mm） 加热温度： 1100 ℃~AC3 力学性能优于母材。
④ 部分相变区 在热影响区内发生部分相变的区域。 加热温度： AC3~AC1 力学性能较母材稍差。 力学性能最差的区域： 熔合区和过热区
3
2
3
4
1
2Leabharlann 1—4—3—214
1—2—3—4
3）加裕量法。
3 2 1
4 5 6
1— 4 — 5 — 2 — 3 — 6
4）反变形法。
5）采用焊前刚性固定法。 6）采用合理的焊接规范（小电流、快速焊接）。
① 机械矫正 7）焊接变形的矫正
② 火焰矫正
第二节 常用焊接成形方法
§2-1 熔化焊
一、埋弧焊
§1-2 焊接冶金过程与电焊条
一、熔焊冶金过程特点
1 . 熔池温度 焊接钢材时，熔池温度在 16 00℃以上 使金属元素强烈蒸发、烧损。
2 . 反应过程短 熔池金属冷却快，处于液态的时间短 10s 化学成分不均匀；焊缝区易产生气孔、夹渣等缺陷。
3 .冶金条件差 空气、铁锈、油污等对焊缝的影响严重
1） O2 ：O2 [O] C+[O] CO
2. 对熔池进行冶金处理—渗入合金元素、清 除
已进入熔池的有害元素。
三、电焊条
1. 电焊条的组成及作用
电焊条
焊缝的填充材料 — 填充焊缝 焊条芯 电极传导电流 — 导电
机械保护的作用 药皮 冶金的作用
稳定电弧的作用
焊条芯 药皮
① 氧化钛型；②氧化钛钙型； ③钛钙型；④氧化铁型；⑤高纤维素型； ⑥低氢钾型；⑦低氢钠型； ⑧石墨型；⑨盐基型。
1 . 设备简单、应用灵活方便。
2 . 劳动条件差、生产率低、质量不稳定。
二、手工电弧焊焊接过程
①引弧 ② 形成熔池
三、焊接电弧
③形成焊缝
1 . 焊接电弧的概念
在焊条末端和工件两极之间的气体介 质中，产生强烈而持久的放电现象。
使气体电离 具备两个条件
阴极发射电子
接触电阻：R 短路电流：I
电阻热：Q=I2Rt
2. 电焊条的分类
结构钢焊条—J；
钼和铬耐热钢焊条—R；
低温钢焊条—W；
不锈钢焊条—A；
堆焊焊条—D；
铸铁焊条—Z；
镍及镍合金焊条—Ni ； 铜及铜合金焊条—T；
铝及铝合金焊条—L； 特殊用途焊条—TS
全位置焊接
E 5 0 15
药皮种类（低氢型）和电流种类 抗拉强度 结构钢焊条
J422
药皮种类（钙钛型） 抗拉强度 结构钢焊条
3．钎焊： 软钎焊、硬钎焊
三、焊接成形的特点
1．接头 牢固、封性好。 2．可化大为小、以小拼大。 3．可实现异种金属的连接。 4．重量轻、加工装配简单。 5．焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
第一节 金属焊接成形工艺原理
§1-1 焊条（手工）电弧焊的焊接过程
一、手工电弧焊的特点