第4章--连接成形概要
连接成形.doc
第三章连接成形常见的连接成形工艺：焊接、胶接和机械联接等。
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。
胶接技术：使用胶粘剂来连接各种材料。
与其它连接方法相比，胶接不受材料类型的限制，能够实现各种材料之间的连接（例如各种金属、各种非金属和金属与非金属之间的连接），而且具有工艺简单，应力分布均匀，密封性好，防腐节能，应力和变形小等特点，已被广泛用于现代化生产的各个领域。
胶接的主要缺点是固化时间长，胶粘剂易老化，耐热性差等。
机械联接：有螺纹联接、销钉联接、键联接和铆钉联接，其中铆钉联接为不可拆连接，其余均为可拆连接。
机械联接的主要特点是所采用的连接件一般为标准件，具有良好的互换性，选用方便，工作可靠，易于检修，其不足之处是增加了机械加工工序，结构重量大，密封性差，影响外观，且成本较高。
4-1 金属连接成形
Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University
国家 日本 法国 中国 中国 中国 中国 中国 日本 希腊 挪威 中国 日本 日本 丹麦-瑞典 日本
桥名 多多罗大桥 Normandie 桥 南京长江二桥 武汉长江三桥 青州闽江大桥 上海洋浦大桥 上海徐浦大桥 名港中央大桥 Corinth 桥 Skarnsendet 桥 汕头宕石大桥 鹤见航道桥 生口桥 Oresund 桥 东神户大桥
清华大学 机械工程系
Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University
石化建设
清华大学 机械工程系
Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University
无轨爬行式全位置焊接机器人系统
清华大学 机械工程系
Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University
以主跨长排序的世界大跨度悬索桥
序号 1 2 3 4 5 6 7* 8 9 10 11 12* 13 14 15 建设年 国家 桥名 Messina 海峡桥 设计中 意大利 1998 日本 明石海峡桥 Izmit 海湾桥 设计中 土耳其 1998 Great belt 桥 丹麦 1981 Humber 桥 英国 1999 中国 江阴长江大桥 1997 中国香港 青马大桥 1964 Verrazano Narrows 桥 美国 1937 Golden Gate 桥 美国 1997 Hoga Kusten 桥 瑞典 1957 Mackinac 桥 美国 1988 日本 南备赞濑户大桥 1988 Fatih Sultan Mehmet 土耳其 1973 Ataturk 桥 土耳其 1931,19 George Washington 桥 美国 主跨 3300. 1991. 1688. 1624. 1410. 1385. 1377. 1298. 1280. 1210. 1158. 1100. 1090. 1074. 1066. 主梁型式 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 三跨连续钢桁梁 单跨钢箱梁 三跨连续钢桁梁
《连接成形》课件
激光焊工艺
总结词
一种利用激光光束进行焊接的方法
详细描述
激光焊工艺是利用激光光束进行焊接的方法。它通常需要一个激光器、光束传输系统和工件。激光器产生高能光 束，通过光束传输系统将光束传输到工件上，通过光束产生的热量和压力，实现连接。
摩擦焊工艺
总结词
一种利用摩擦热能进行焊接的方法
详细描述
摩擦焊工艺是利用摩擦热能进行焊接的方法。它通常需要一 个夹具、旋转轴和工件。夹具将工件固定在一起，旋转轴将 工件旋转并施加压力，通过摩擦产生的热量，实现连接。
04
连接成形的材料与设备
连接成形常用材料
金属材料
01
如不锈钢、铝合金、铜等，具有良好的导电导热性能和机械强
度。
非金属材料
02
如塑料、陶瓷、玻璃等，具有优异的绝缘性能和化学稳定性。
复合材料
03
由两种或多种材料组成，具有各组成材料的优点，如强度高、
重量轻等。
连接成形设备介绍
电阻焊机
利用电流通过电阻产生热量实现焊接，适用于金 属材料的连接。
未来连接成形技术展望
未来连接成形技术的发展将更加注重环保、高效、智能化和个性化。如激光3D打印技术等新型连接成形 技术将进一步拓展应用领域，提高生产效率和产品质量。
02
连接成形的基本原理
熔化焊接的原理
01
熔化焊接是通过加热使两个材料熔化，然后冷却凝 固后连接在一起的方法。
02
熔化焊接需要使用热源将两个材料熔化，然后通过 毛细作用或重力作用将熔化的金属相互连接。
激光焊接的原理
激光焊接是利用高能激光束照射在材料表面，使材料 熔化并快速冷却凝固，从而实现连接的方法。
激光焊接需要使用高能激光器，将激光束聚焦到材料 表面，使材料熔化并形成熔池，同时通过精确控制激
第四章连接成形
E8515-X
b）碱性焊条
碱性焊条药皮的主要成分为大理石、萤石等， 并有较多的铁合金作为脱氧剂和合金剂，因此药 皮具有足够的脱氧能力。氧化性弱、脱硫、磷能 力强，所以焊缝塑性、韧性高，扩散氢含量低、 抗裂性能强。可用于焊接合金钢和重要的低碳钢。 因此，焊缝接头的力学性能较使用酸性焊条的焊 缝要好，但碱性焊条的焊接工艺性较差，仅适于 直流弧焊机，对锈、水、油污的敏感性大，焊件 易产生气孔，焊接时产生有毒气体和烟尘多，应 注意通风 。例：E5015（J507）就是常用的碱性 焊条。
电流种类
交流或直流正、反接 直流反接 交流或直流反接 交流或直流正、反接 直流反接 交流或直流反接 交流或直流反接 直流反接 交流或直流反接 交流或直流ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ、反接 直流反接 交流或直流反接 交流或直流反接 直流反接 交流或直流反接 交流或直流反接
低合金钢焊条型号的编制方法(GB/T 5118－1995)
焊接实质与分类 实质：通过加热或加压或既加热又加压使原子扩散 与结合，从而形成一个整体。 分类：（按特点分）
1、熔化焊：利用局部加热的方法，把工件结合处加热为
熔化态，形成熔池，冷却结晶，形成牢固接头。电弧焊、 气焊、电渣焊。 2、压力焊：焊接时不管加热与否，都要施加一定压力， 使两焊件产生一定塑性变形，在压力下形成牢固接头。 电阻焊、摩擦焊、冷压焊、爆炸焊。 3、钎焊：对被焊件和充填金属加热，焊件不熔化，钎料 熔化，填充于被焊金属连接处。原子扩散形成接头。锡 焊、铜焊。
冶金连接成形基础
现再结晶区。
过热区： 1100℃～固相线。
正晶组部部晶力过 奥 冷 魏 韧火粒织分分粒学热氏却氏性AA区较，cc相组大性、体后组明31：细此变织小能晶晶形织显～～小区区发不较粒粒成，下A11c的机：生均差粗，粗塑降030正械之相匀。大快大性。℃火性间变，的速的、，，， 能最好。
4、熔合区的组织与性能
熔合区： 焊缝与基体金属的交界区。 熔合区温度处于固相线和液相线之间，也叫半熔化区。 特点： 熔合区成分不均，是粗大的过热组织或淬硬组织
，机械性能是焊接接头最差的。熔合区虽然很窄 (0.1～ 1mm)，但强度、韧性、塑性均下降，且接头断面变化 引起应力集中，所以熔合区在很大程度上决定着焊接 接头的性能。
焊接变形的危害：
? 降低结构的装配质量； ? 增加矫正工序会增加成本，并降低矫形部位的力学性 能； ? 焊接变形不仅影响结构的尺寸精度和外观质量，而且 在外载荷的作用下可能引起应力集中和附加应力，使 结构承载能力下降； ? 若焊接变形过大，则可能导致结构报废。
1、 焊接应力和变形的形成
现以钢板对焊为例说明焊接残余应力的产生过程 .
二、焊接接头的组织与性能
? 熔焊的焊接接头由焊缝、熔合区和焊接热影响区组成
1、焊接热循环
概念：在焊接热源的作用下，焊接接头上某点的温度随时间 变化的过程称为焊接热循环。
特点：加热速度和冷却速度(>100/s)都很快； 各点温度不均匀。
2、焊缝的组织与性能
焊缝：由熔池金属结晶形成的焊件结合部分。
? 锤击焊缝：焊后立即用一定形状的小锤均匀迅速地锤 击焊缝金属。
? 加热“减应区” ：选择构件的适当部位加热使之伸长 ，加热这些部位后，在实施某些拘束度较大的焊缝焊 接，可以显著减小焊接热应力。
连接成型知识点总结
连接成型知识点总结一、概述连接成型是一种制造工艺，它将多个零部件通过连接件进行固定，从而完成整体装配过程。
连接成型工艺具有广泛的应用范围，在机械、汽车、航空航天、家电等领域都有着重要的作用。
连接成型工艺的质量直接关系到产品的安全性、可靠性和使用寿命，因此对连接成型的工艺技术和质量要求非常严格。
二、连接成型的类型1. 机械连接机械连接是指通过螺纹连接、键连接、销连接等方式将零部件固定在一起的连接成型工艺。
机械连接通常需要使用各种连接件，如螺栓、螺母、螺钉、挤压销等。
2. 焊接连接焊接连接是指通过熔化材料，使得被连接零部件产生永久性结合的连接成型工艺。
焊接连接可以分为气焊、电弧焊、激光焊、等离子焊等不同类型。
3. 粘接连接粘接连接是指通过使用粘合剂或者胶水将零部件固定在一起的连接成型工艺。
粘接连接具有良好的密封性和抗震性，适用于需要减小连接面积或者连接表面不规则的场合。
4. 钳合连接钳合连接是指通过利用夹具将零部件压合在一起的连接成型工艺。
钳合连接通常应用于要求连接部位平整度高、尺寸精度要求高的场合。
5. 压接连接压接连接是指通过利用压力将零部件连接在一起的连接成型工艺。
压接连接通常用于连接面积较大、要求承载能力高的场合。
三、连接成型的工艺流程1. 设计连接形式在进行连接成型之前，首先要确定连接形式，选择适当的连接件或者连接工艺。
在进行机械连接时，需要对连接部位进行结构设计，确定螺纹、键槽、销槽等连接形式，以及选用合适的连接件。
2. 材料准备根据连接成型的要求，选用合适的连接件或者连接材料。
在进行焊接连接时，需要准备焊接材料、焊接设备、电极等；在进行粘接连接时，需要准备胶水、粘合剂等。
3. 过程控制连接成型的过程控制非常重要，它直接影响到连接质量。
在进行机械连接时，需要控制螺纹工艺、键槽加工、销的安装等过程；在进行焊接连接时，需要控制焊接温度、焊接时间、焊接压力等过程；在进行粘接连接时，需要控制胶水固化时间、固定压力等过程。
4第四章 连接成型
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4.1.5 焊接应力与变形
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4.1.5 焊接应力与变形
防止与减少焊接变形的措施
①合理设计焊接构件。在保证结构有足够承载能力情况下， 尽量减少焊缝数量、焊缝长度及焊缝截面积；要使结构中 所有焊缝尽量处于对称位置。厚大件焊接时，应开两面坡 口进行焊接，避免焊缝交叉或密集。尽量采用大尺寸板料 及合适的型钢或冲压件代替板材拼焊，以减少焊缝数量， 减少变形。
材料成形技术基础
教师：陈 丰 邮箱：fengchen_12126
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汽车焊接工程
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汽车焊接工程
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第四章 连接成形（焊接）
【计划学时】6学时 【主要内容】焊接理论基础，焊接方法，常用金属材料的焊
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4.1.3 焊接接头金属组织和性能
• 焊接金属的组织和性能
1、焊接接头的组成： 焊接接头由焊缝金属、熔合区、焊接热影响区组成。 2、焊缝金属 （1）定义：是由母材和焊条（丝）熔化形成的熔池冷却 结晶而成的。 （2）组织：焊缝组织为铸态柱状组织，故晶粒粗大，成 分偏析，组织不致密。 （3）性能：焊条化学成分优于母材，所以焊缝金属的力 学性能一般不低于母材。
孔等焊接缺陷，从而引起应力集中，降低承载能力。
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4.1.3 电弧焊的冶金过程
焊缝熔池中的金属熔化与结晶过程 ,实质就是冶金过程。与一般意 义上的冶金相比具有如下特点：
（1）焊接电弧和熔池金属的温度 高于一般冶金温度。更易烧损合 金元素及形成有害物质。
连接成形概要课件
使用自动化设备可以减少人工操作，提高连接效率和质量稳定性。
05 连接成形发展趋势与挑战
新材料的应用挑战
1 2 3
高强度钢的应用
高强度钢具有较高的强度和硬度，可以显著提高 连接件的承载能力，但同时也增加了焊接过程中 裂纹、气孔等缺陷的风险。
铝合金的应用
铝合金具有轻质、高强、耐腐蚀等优点，但铝合 金的熔点较低，焊接过程中易产生热裂纹和气孔 。
飞机胶接案例分析
总结词
高强度、耐高温、密封性好
详细描述
飞机胶接案例展示了如何利用高性能胶黏剂将各个零部件连 接在一起。这种连接方式能够提供高强度、耐高温和良好的 密封性能，确保飞机在各种环境下的安全性和可靠性。
建筑机械连接案例分析
总结词
快速、灵活、坚固
VS
详细描述
建筑机械连接案例展示了如何利用快速、 灵活和坚固的螺栓连接方式将各个零部件 连接在一起。这种连接方式能够提高建筑 机械的工作效率和稳定性，确保建筑过程 中的安全性和可靠性。
形成牢固的连接。
连接成形工艺可以生产出重量轻 、强度高、性能可靠的连接部件
。
连接成形的特点
01
02
03
04
高效性
连接成形工艺可以在短时间内 完成大量零件的连接，生产效
率高。
灵活性
连接成形工艺适用于不同形状 、尺寸和材料的金属零件，具
有广泛的灵活性。
可靠性
连接成形工艺可以获得牢固的 连接，具。
连接成形的历史与发展
连接成形工艺起源于20世纪初 ，最初用于航空工业的制造。
随着科技的不断进步，连接成 形工艺不断发展，逐渐应用于 汽车、电子、建筑等领域。
现代连接成形工艺已经实现了 自动化和数字化，提高了生产 效率和产品质量。
第四章 金属连接成型
明德 砺志 博学 笃行
第1节 金属连接方法概述
第2节 手工电弧焊
第3节 其他焊接方法简介 第4节 常用金属材料的焊接性能 第5节 焊接结构设计 Байду номын сангаас6节 机器零件毛坯的选择
明德 砺志 博学 笃行
第一节 金属连接方法的概述
4.1.1 铆接
铆接的实质是把铆钉穿入零件铆钉孔内，利用轴向力将 铆钉头部镦粗成钉头，或通过零件间的过盈量使两个或两个 以上的零件固接起来的连接方法。 4.1.1.1 铆接的分类 紧固铆接，又称强固铆接。这种铆接要求铆钉具有一定的 强度来承受相应的载荷，但对接缝处的密封性要求较低。多 用于房架、桥梁、起重机车辆等。又可分为活动铆接和固定 铆接。
4.1.1.2 铆接的基本形式 （1）搭接。 （2）对接。 （3）角接。
明德 砺志 博学 笃行
铆钉所用材料应具有高的塑性和不可淬透性，钢铆钉 常用Q215、Q235等低碳钢制成。在要求高强度时，也可 使用低碳合金钢。铆钉也可用其它塑性金属制成，如铜、 铝等。但铆钉材料应和被铆件材料相同，以避免由于线膨 胀系数不同而使铆缝恶化，并避免产生电化腐蚀。常见铆 钉铆接后的形式见下图。
明德 砺志 博学 笃行
第二节 手工电弧焊
手工电弧焊是利用电弧释放的热量为热源，使焊件和焊 条局部融化形成共同的熔池，冷却凝固后实现焊接的工艺。
4.2.1 手工电弧焊的焊接过程
4.2.1.1焊接电弧 电弧是在两电极之间的气体介 质内产生的一种强烈而持久的放电 现象。即在局部气体介质中有大量 电子流通过的导电现象。电弧焊以 焊条和工件为两电极。
明德 砺志 博学 笃行
●焊接位臵 平焊 立焊 横焊 仰焊 船形焊接 全位臵焊
明德 砺志 博学 笃行
第四章连接成形介绍
工艺焊接性 或接合致密性 使用性能：在规定的焊接工艺条件下所形成的焊 接接头适应使用要求的程度。
焊接接头的使用性能。是否与母材的性能一致。
使用焊接性 或使用可靠性
⑷ 焊接材料
焊条： 通用焊条、专用焊条 焊剂： 熔炼焊剂、非熔炼焊剂 焊丝： 实芯焊丝、药芯焊丝 保护气：惰性气体、活性气体
冶金连接成形：通过加热或加压使两个分离表面的原子达到晶格距离， 形成金属键，获得不可拆接头，用于金属材料时称焊接（Welding）
连接成形的分类：
熔化焊：电弧焊、电渣焊、 电子束焊、激光焊、气焊
压力焊：电阻焊、摩擦焊、 爆炸焊、扩散焊
钎焊： 硬钎焊、软钎焊 机械连接：铆接、栓接 胶（粘）接：
也有将连接成形分成：
触的肩台部分； 搅拌针－搅拌头插入工件的部分； 前进侧－焊接方向与搅拌头轴肩旋
转方向一致的焊缝侧面； 回转侧－焊接方向与搅拌头轴肩旋
转方向相反的焊缝侧面； 轴向压力-向搅拌头施加的使搅拌针
插入工件和保持搅拌头轴 肩与工件表面接触的压力。
搅拌头
搅拌摩擦焊技术特点
• 搅拌摩擦焊是在材料的塑性状态下实现的，产品焊缝金相一致性高， 焊缝无热裂纹、无夹杂、无气孔等熔焊缺陷。
硬钎料
铜基硬钎料：包括纯铜、铜锌、铜磷系。
银基硬钎料：润湿性好，广泛用于钎焊低碳 钢、结构钢、不锈钢、高温合 金、铜及铜合金。
铝基硬钎料：用来钎焊铝及铝合金，主要包括Al-Si、 Al-Cu-Si、 Al-Cu-Si-Zn系合金。
第四节 搅拌摩擦焊(FSW) 何长树副教授提供
1991年,英国焊接研究所（The Welding Institute-TWI） 发明了搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding-FSW）
第4章 焊接与胶接成形 01
荷，使焊缝区产生塑性拉伸 如：压力容器的水压试验。
⑧温差拉伸法：利用温差使焊
缝两侧金属受热膨胀以对焊 缝区进行拉伸，使其产生拉 伸塑性变形，减少或消除应
力。
⑨振动法：通过激振器使焊
接结构发生共振产生循环应
力来降低或消除内应力。
温度拉伸法示意图 1——喷水排管；2——焊件；3、4— —氧乙炔焰炬
2、熔合区——焊接接头中最薄弱的部位之一 组织：粗大的过热组织和部分新结晶的铸态组织构成。 性能：强度低，脆性大，是产生裂纹及局部脆断的发源地。 3、热影响区
（1）过热区: 粗大的过热组织， 是热影响区中性能最差的的部位,
易在此区产生裂纹。
（2）正火区: 均匀细小的铁素 体和珠光体组织, 其性能优于母
③减少焊接拉应力；
④操作时填满弧坑。
提高焊缝成形系数
2、冷裂纹
最主要、最常见的冷裂纹为延迟裂纹（即在焊后延迟 一段时间才发生的裂纹 ---因为氢是最活跃的诱发因素，而 氢在金属中扩散、聚集和诱发裂纹需要一定的时间）。 冷裂纹产生原因： 焊接接头存在淬硬组织，性能脆化； 扩散氢含量较高，使接头性能脆化，并聚集在焊接缺陷处 形成大量氢分子，造成非常大的局部压力； 存在较大的焊接拉应力。
课程的目的和任务
学习本课程的目的和任务是：掌握常用工程材料的性能 、熟悉材料成形原理及工艺的基础知识，熟悉材料改性 的常用方法，具有初步选择材料、毛坯成形方法和材料 改性方法的能力，为学习其它后续课程和今后从事机械
制造与设计方面的工作奠定必要的工艺基础。
学完本课程后，应达到的基本要求
（1）掌握常用工程材料的种类、性能及其改性方法，
连接成形(常用金属材料的焊接)
2015-2-11第三章连接成形§3.1 电弧焊§3.2 其它焊接方法§3.3 常用金属材料的焊接§3.4 焊接件的结构工艺性§3.5 胶接zhaozx1963@2015-2-12第三章连接成形§3.3 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性二、碳素钢和低合金结构钢的焊接三、不锈钢的焊接四、铸铁的补焊五、非铁金属的焊接常用金属材料zhaozx1963@2015-2-1河海大学机电工程学院赵占西3Ch3 连接成形§3 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性（一）焊接性概念焊接性：采用一定焊接方法、材料、工艺参数及结构形式的条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
焊接性一般包括两个方面：接合性能：在给定焊接工艺条件下，形成完好焊接接头的能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性；使用性能：在给定焊接工艺条件下，焊接接头在使用条件下安全运行的能力，包括焊接接头的力学性能和其它特殊性能（如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等）。
2015-2-1河海大学机电工程学院赵占西4Ch3 连接成形§3 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性（二）钢的焊接性评定方法碳当量_____钢的裂纹倾向与化学成分有关；通常将影响最大的碳作为基础元素，把其它元素的质量分数对焊接性的影响折合成碳的相当质量分数，碳的质量分数和其它合金元素的相当质量分数之和称为碳当量；国际焊接学会推荐的碳钢和低合金结构钢:%100)1556(×++++++=CuNi V Mo Cr Mn C CE w w w w w w w w 2015-2-1河海大学机电工程学院赵占西5Ch3 连接成形§3 常用金属材料的焊接一、金属材料的焊接性（二）钢的焊接性评定方法碳当量越高，裂纹倾向越大，钢的焊接性越差。
w CE ＜0.4%时，淬硬和冷裂倾向不大,焊接性良好；w CE =0.4%～0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向逐渐增加,焊接性较差,焊接时需要采取一定的预热、缓冷等工艺措施，以防止产生裂纹；w CE ＞0.6%时，钢的淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差，一般不用于生产焊接结构。
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
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
2
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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1）焊缝中增添少量Ti、V、Mo等元素,可形 成弥散的结晶核心,使焊缝晶粒细化,力学性能 提高。
2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等 工艺措施均可细化焊缝晶粒。
2021/3/14
8
3．焊接接头的组织转变
由于焊接过程 中的热扩散,已 焊合的接头按组 织和性能的变化 不同,可分为焊 缝金属区、熔合 区和热影响区等 区域
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合理选用焊接方法和焊接规范:
选用能量较集中的焊接方法
焊接时采用较小的热输入
工 艺
选用合理的装配焊接顺序
措
尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊
施
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22
(3) 焊接残余变形的矫正: 1）机械矫正法:
利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的 塑性变形,使二者相互抵消
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4．焊接残余变形的控制和矫正
(1) 焊接残余变形的类型:五种
常见多为综合型的变形
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(2) 控制焊接残余变形的措施: 设 尽量减少焊缝的数量和尺寸,合理选用焊缝的 计 截面形状 措 施 合理安排焊缝位置
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反变形法: 刚性固定法:
工 艺 措 施
(3) 热影响区:材料因受热的影响（但未熔
化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。
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过热区:具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。
加热温度在固相线与1100℃之间,奥
氏体晶粒显著长大,力学性能明显下降,
焊 接 热 影 响 区
是力学性能最差的部位,也常是焊接 裂纹的发源地。
相变重结晶区:具有正火组织的区域。
均匀,力学性能较差。
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针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中的 过热区可能出现的质量问题,可采取措施:
1）采取热量集中的焊接方法,减小热
影响区的宽度,减小影响,提高性能。 先进的焊接方法均如此。（见表4-2）
2）工艺上:小电流、、快速焊,以减
小单位长度上的热量输入
3）焊后正火
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4.1.2 焊接应力与变形
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由熔焊冶金特点知:
对焊缝影响为:
δ
ak
即:硬度高、脆性大
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(2) 保证焊缝质量的措施 1）防止有害气体侵入熔池:
用气体及熔渣隔离空气或两者联用, 焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂
2) 冶金处理:
添加有益元素 Si,Mn 进行脱氧、脱硫、脱磷
包括液相冶金、熔 池结晶、焊缝和热 影响区的组织变化 等。
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(1) 熔焊液相冶金的特点
反应温度高、熔化金属与外界接触表面积大、
反应时间短
温度高
氧化反应迅速、激烈
（原子活泼） 元素烧损大
气体侵入熔池,形成夹杂
反应时间短
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反应不完全,成分不均匀 气体杂质来不及浮起 淬硬倾向大
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熔焊: （液/液）+液 压焊: (固/固）+压力 钎焊:（固/固）+液
焊接基本特点: 优点:省工省料、效率高、
连接牢固,适于焊接的材料广泛; 缺点:可能产生气孔、裂纹、
焊件上存在焊接应力和焊接变 形。
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4.1 焊接基础
4.1.1 熔焊冶金过程及其特点 在熔焊过程中, 焊接接头金属将 发生一系列的物 理、化学反应,称 为熔焊冶金过程。
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2．焊接残余应力的调节与消除
(1) 焊接残余应力的分布:
先冷处受压 后冷处受拉
纵向
横向
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(2) 调节焊接残余应力的措施
设 减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝 计 密集和交叉 措 施 采用刚性较小的接头
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合理的焊接顺序
工
先内后外、先短后长、交叉处不起头收尾
1．焊接应力与变形产生的原因 焊接时,多采用集中热源进行局部加热
不均匀的加热必然导致随后的不均匀冷却,进 而引起不均匀的膨胀、收缩,使焊件上出现了较 大的内应力。
由于焊接件的结构一般表现出塑性好、细、 薄、易变形的特点,所以焊接变形是必然的。
焊后残留在焊件内的应力和变形称为焊接残 余应力和焊接残余变形。
渗入其它合金元素
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2．熔池结晶
熔池金属凝固时,以熔合线上局部熔化的母材 晶粒为核心,形成与母材金属长合在一起的“联 生结晶”,并沿着散热的反方向长大形成柱状晶 的。
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焊缝金属晶粒较粗,组织不致密,且易引起化学 成分偏析,有些焊缝金属在凝固末期还可能产生 热裂纹。
生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料
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2）火焰矫正法:
即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产 生压缩塑性变形,以抵消焊接残余变形
加热温度稍高于Ac3线,经重结晶获得 细小、均匀的晶粒,相当于正火处理, 故又称正火区。该区力学性能明显改 善,是焊接接头中性能最好的区域
不完全重结晶区:部分组织发生相变重结晶的
区域。加热温度在Ac1线与Ac3线之间, 部分组织成为均匀、细小的晶粒,其
余为较粗大的晶粒。晶粒和组织都不
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艺 降低焊接接头的刚性
措 施
加热减应区
锤击焊缝
预热和后热
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从调节应力的措施看:减小温度的不均 匀是很重要的;另外,让可能变形的部位尽
可能变形也是一个有效途径。
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3．焊接残余应力的消除方法
去应力退火:整体或局部 加热温度500～650℃ 机械拉伸法 温差拉伸法 振动法
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(1) 焊缝金属区:由焊缝表面和熔合线所包
围的区域 ,针对其冶金特点采取的各种各种措施, 可使其力学性能比母材金属只高不低。
(2) 熔合区:是焊缝与母材交接的过渡区,加
热温度在固、液相线之间,由铸态组织和过热组 织构成,化学成分和组织都极不均匀,力学性能很 差,是焊接接头中最薄弱的部位之一,常是焊接裂 纹的发源地。
第4章 连接成形
连接成形是将若干个构件连接为一体的成 形方法 。
分为焊接、胶接和机械连接等三大类。
焊接 通过加热或加压,或两者并用,并且用或不 用填充材料,使工件达到结合的一种方法 。
胶接 是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起的 方法。胶接工艺简便、生产效率高、成本低,在工业 生产中应用愈来愈广泛。
机械连接 通过构件间产生的机械作用力实现连 接的方法。机械连接质量可靠、易于检修,在工业中 应用广泛 。