材料成形技术基础第4章 连接成形
材料成型内容要点(完整版)
《材料成形工艺基础》要点第一章金属的液态成形第一节液态成形理论基础1.三种凝固方式（逐层、糊状、中间）及其影响因素（结晶温度范围、温度梯度）2.合金的流动性及其影响因素（合金成分）a)为什么共晶合金的流动性好？3.合金的充型能力对铸件质量的影响（浇不足、冷隔）4.影响充型能力的主要因素（合金的流动性、浇注条件、铸型条件）5.合金收缩的三个阶段（液态、凝固、固态）6.缩孔、缩松产生的原因、规律（逐层：缩孔；糊状：缩松；位置：最后凝固部位）7.缩孔与缩松防止（定向凝固原则；措施：加冒口、冷铁）8.铸造应力产生的原因和种类（热应力、机械应力或收缩应力）9.热应力的分布规律（厚：拉；薄：压）及防止（同时凝固原则）10.铸造残余应力产生的原因（热应力）及消除措施（时效处理）11.铸件变形与裂纹产生的原因（故态收缩，残余应力）12.变形防止办法（同时凝固；反变形；去应力退火）13.热裂纹与冷裂纹的特征第二节液态成形方法1.常用手工造型方法（五种最基本的方法：整模、分模、活块、挖砂、三箱）的特点和应用（重在应用）2.机器造型：实现造型机械化的两个主要方面（紧砂、起模）3.熔模铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么熔模铸件精度高，表面光洁？b)为什么熔模铸造适合于形状复杂的铸件？c)为什么熔模铸造适合于难于加工的合金铸件？4.金属型铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
a)为什么金属型铸件精度高，表面光洁？b)为什么金属型铸造更适合于非铁合金铸件的生产？5.压力铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
6.低压铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
7.离心铸造的原理（理解）、特点（理解）和应用。
第三节液态成形件的工艺设计1.浇注位置的概念及其选择原则（重在理解和应用）2.分型面的选择原则（重在理解和应用）3.铸造成形工艺参数（加工余量、拔模或起模斜度、收缩率）4.铸造工艺图（能用规定的符号和表达方式正确画出）第四节液态成形件的结构设计1.铸件壁厚设计（大于最小壁厚；小于临界壁厚；壁厚均匀；由薄到厚均匀过渡）a)为什么要大于最小壁厚？b)为什么要小于临界壁厚？c)壁厚不均匀会产生什么问题？2.铸件壁间连接（圆角；避免锐角）3.铸件筋条设计（避免十字交叉）4.铸件外形设计和铸件内腔设计（理解；重在应用）5.结构斜度的设计（结构斜度与起模斜度的区别；重在应用）第二章金属的塑性成形第一节塑性成形工艺基础1.常用的六类塑性成形方法（轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压）2.与铸造比较，塑性成形法的最显著的特点（性能好，但形状不能太复杂）3.塑性变形对金属组织和性能的影响（冷变形条件下和热变形条件下；纤维组织及其性能特点）4.金属可锻性的衡量指标（塑性、变形抗力）及影响因素（成分；组织；温度）5.金属加热缺陷（过热、过烧、脱碳、过渡氧化）与碳钢始锻温度（低于固相线200℃）第二节热锻成形工艺1.自由锻基本工序（镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转）2.自由锻件结构工艺性3.模锻的基本原理（理解）及特点4.胎模锻的概念及特点（理解）第三节板料冲压1.两大类基本工序（分离工序和变形工序）2.冲裁的概念；冲裁变形过程（弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段）及冲裁件断面特征（塌角或圆角带；光亮带；断裂带）3.切断的概念4.弯曲变形的特点（内：压；外：拉）；弯曲的质量问题（弯裂；回弹）；弯裂的防止办法（限制最小弯曲半径；弯曲线与纤维方向垂直）；回弹的防止办法（模具角度比弯曲件角度小一个回弹角值）5.拉深的概念；拉深和冲裁工序所使用的凸、凹模之间的区别（间隙大小；圆角）拉深件质量问题（拉裂与起皱）6.拉深系数的概念及计算7.三类冲模的概念四种挤压方式第三章材料的连接成形第一节焊接成形工艺基础1.三大类焊接方法（熔化焊；压焊；钎焊）；2.熔焊的冶金特点（理解）及保证焊接质量的基本措施（保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；3.焊接接头的概念（焊缝加热影响区）；4.焊接热影响区的概念（焊接过程中，焊缝两侧受焊接热作用而发生组织与性能变化的区域）；5.低碳钢焊接热影响区的组成及其特点（熔合区；粗晶，性能差；过热区：粗晶，性能差；正火区：细晶，性能好；部分相变区：性能稍差）；6.焊接应力与变形产生的原因（局部加热）；7.防止和减少焊接应力的措施（焊前预热；焊接次序；焊后缓冷；焊后去应力退火）；8.焊接变形的形式（收缩变形；角变形；弯曲变形；扭曲变形；波浪变形）；9.防止和减小焊接变形的措施（刚性固定；反变形；焊接次序；焊前预热；焊后缓冷；矫正）；10.焊接缺陷的种类及其检验方法（理解）；第二节焊接方法1.焊条的组成及作用（焊芯和药皮；焊芯：作电极和焊缝的填充金属；药皮：稳定电弧燃烧；保护焊接区；渗加合金元素；脱氧脱硫）；a)为什么焊条药皮中要加脱氧剂？2.两种重要的焊条（J422、J507）；焊条选用原则（重在应用）3.埋弧焊的原理（理解）、特点和应用范围（水平位置焊接长直焊缝；大直径环形焊缝）b)埋弧焊的生产率为什么高于焊条电弧焊？c)埋弧焊与焊条电弧焊相比，为什么可以节省材料？d)埋弧焊为什么不能实现全位置焊接？4.氩弧焊的原理、特点及其应用；5.二氧化碳气体保护焊的原理、特点及其应用（注意与氩弧焊比较理解）e)二氧化碳保护焊时焊丝的成分有何要求，为什么？6.电渣焊的原理（电阻热）及其应用。
材料成型技术基础课后答案
第一章金属液态成形1.①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。
流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。
冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。
而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。
定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
5.定向凝固原则是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采用其他工艺措施，使铸件上远离冒口的部位到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部位像冒口方向顺序地凝固。
合工大材料成型技术基础复习知识点(全面)[1]
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材料成型技术基础第二章铸造一、铸造的定义、优点、缺点:铸造指熔融金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法.优点：铸造的工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸几乎不受限制;工业上常用的合金几乎都能铸造；铸造原材料来源广泛，价格低廉，设备投资少;铸造适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗振或耐磨的零件.缺点：铸件的质量取决于成形工艺、铸型材料、合金的熔炼与浇注等诸多因素，易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，且往往组织疏松,晶粒粗大。
二、充型能力的定义、影响它的三个因素:金属液的充型能力指金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力.影响因素：①金属的流动性；②铸型条件；③浇注条件。
三、影响流动性的因素;纯金属和共晶成分合金呈逐层凝固流动性最好；影响充型能力的铸型的三个条件；浇注温度和压力对充型能力是如何影响的：影响流动性的因素：①合金成分:纯金属和共晶成分的合金,结晶过程呈逐层凝固方式，流动性好;非共晶成分的合金,呈中间凝固方式,流动性较差；凝固温度范围过大，铸件断面呈糊状凝固方式，流动性最差。
结晶温度范围越窄，合金流动性越好。
②合金的质量热容、密度和热导率:合金质量热容和密度越大、热导率越小，流动性越好.影响充型能力的铸型的三个条件：①铸型的蓄热系数:铸型从其中金属液吸收并储存热量的能力.蓄热系数越大，金属液保持液态时间短,充型能力越低。
材料成型和连接优秀课件
6.1 焊接
(1) 焊接的定义：
焊接是通过加热或加压，或两者并用， 并且用或不用填充金属，使焊件间达到原子 结合的一种加工方法。
根据上述定义，焊接最本质的特点就是 通过焊接使焊件达到了原子结合，从而将原 来分开的物体构成了一个整体，这是任何其 它连接形式所不具备的。
(2) 焊接方法分类
• 常用的焊接方法分为以下三类：
电弧焊
气焊
手弧焊
埋弧焊
熔焊
气体 保护焊
电渣焊
CO2气体 保护焊
氩弧焊
焊接
压焊 （固相焊）
钎焊
等离子 弧焊
电阻焊
电焊
缝焊
氢原子焊
对焊
焊接方法分类示意图
摩擦焊 超声波焊
(3) 焊接的优缺点 优点
1) 构造合理，应力集中系数小，接头连接效率高，对 接接头可达100％，而铆接很难达到70％。
2) 简化结构，减轻自重 由于焊接的强度较高，在同样 承载条件下，可更轻、更薄，对交通运输工具来说 还可因此而节约能量。
• 喷嘴结构应尽可能使气体 以层流流出。
氩气
➢ 氩气为惰性气体，高温下不溶入液态金属，也不与金属发生化学反 应，因此，氩气是一种理想的保护气体。
➢ 由于氩弧温度高，因此一旦引燃，电弧就很稳定。 ➢ 氩弧焊一般要求氩气纯度达99.9%，我国生产的工业纯氩，其纯度
可达99.9%，完全合乎氩弧焊的要求。 ➢ 氩弧焊对焊前的除油、去锈、去水等准备工作要求严格，否则就会
在焊接过程中，将焊件加热至熔化状态，不加 压力完成的焊接方法通称为熔焊。
熔焊的本质及特点
➢ 熔化焊的本质是小熔 池熔炼与铸造，是金 属熔化与结晶的过程。
➢ 熔池存在时间短，温 度高；冶金过程进行 不充分，氧化严重； 热影响区大。
材料成形技术基础-4焊 接共83页文档
（）
• 2．焊接应力产生的原因是由于在焊接过程中被焊工件产生了不均匀的变形，因此，
防止焊接变形的工艺措施，均可减小焊接应力。
（）
• 3．焊接应力和焊接变形是同时产生的。若被焊结构刚度较大或被焊金属塑性较差，
则产生的焊接应力较大，而焊接变形较小。
（）
• 9-2 选择题
• 1．熔化焊过程中必须采取保护措施。如果保护不好，空气侵入到液态金属中，就 会带来许多不利影响。例如，氧会使焊缝金属（ ）、（ ）且产生（ ）；氮 会使焊缝金属（ ），产生（ ）；而氢会引起焊缝金属产生（ ）和（ ）。
材料成形技术基础-4焊 接
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
• 去应力退火 是消除焊接应力最常用的方法。
减小焊接应力可以减小焊接变形，但减小焊 接变形的方法并不一定都可以减小焊接应力。
例如，刚性固定法只能减小焊接变形，不能 减小焊接应力。
• 9-1 判断题
• 1．焊接电弧是熔化焊最常用的一种热源。它与气焊的氧乙炔火焰一样，都是气体
燃烧现象，只是焊接电弧的温度更高，热量更加集中。
• 2、焊接热影响区（低碳
钢） 焊缝附近金属因焊接热 作用而使组织和性能发 生变化的区域称为焊接 热影响区。
• 随着距离金属熔池的远 近不同，所受的热作用 和升高的温度不同。因 此，焊缝附近区域的金 属相当于受到了不同规 范的热处理，使组织和 性能发生了变化。现以 低碳钢为例说明热影响 区的组织和性能的变化。
材料成型技术基础--名词解释
名词解释一、二章(绪论+铸造成型)：1缩孔、缩松：液态金属在凝固的过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松。
2顺序凝固：指采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固再向冒口方向顺序凝固的凝固方式。
3同时凝固：由顺序凝固的定义可得。
4偏析：铸件凝固后截面上不同部位晶粒内部化学成分不均匀的现象称为偏析。
5:宏观偏析：其成分不均匀现象表现在较大尺寸范围，也称为区域偏析。
6微观偏析：指微小范围内的化学成分不均匀现象。
7流动性：液态金属自身的流动能力称为“流动性”。
8充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力叫充型能力。
9正偏析：当溶质的分配系数K>1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越低，这种成分偏析称之为正偏析。
10逆偏析：当溶质的分配系数K<1的合金进行凝固时，越是后来结晶的固相，溶质的浓度越高，这种成分偏析称之为逆偏析。
11：自由收缩：铸件在铸型中收缩仅受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力时，为自由收缩。
12：受阻收缩：如果铸件在铸型中的收缩除了受到金属表面与铸型表面的摩擦阻力，还受到其他阻碍，则为受阻收缩。
13：析出性气孔：溶解于熔融金属中的气体在冷却和凝固的过程中，由于溶解度的下降而从合金中析出，当铸件表面已凝固，气泡来不及排除而保留在铸件中形成的气孔。
14：反应性气孔：浇入铸型的熔融金属与铸型材料、芯撑、冷铁或熔渣之间发生化学反应所产生的气体在、铸件中形成的孔洞，称为反应气孔。
15：侵入性气孔：浇注过程中熔融金属和铸型之间的热作用，使型砂和型芯中的挥发物挥发生成，以及型腔中原有的空气，在界面上超过临界值时，气体就会侵入金属液而不上浮逸出而形成的气孔。
三章（固态材料塑性成型）1金属塑性变形：是指在外力作用下，使金属材料产生预期的变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
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第一章金属液态成形1.什么是液态合金的充型能力？它与合金的流动性有何关系？不同化学成分的合金为何流动性不同？为什么铸钢的充型能力比铸铁差？1 液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
2 流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。
流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
3 成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
4 相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2. 既然提高浇注温度可提高液态合金的充型能力，但为什么又要防止浇注温度过高？浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3. 缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。
冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。
而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。
定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
5. 定向凝固原则是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采用其他工艺措施，使铸件上远离冒口的部位到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部位像冒口方向顺序地凝固。
材料成形装备及自动化_樊自田_第四章4
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激光器 红宝石激光器 钕玻璃激光器 YAG激光器 YAG激光器
封闭式CO2激光 封闭式CO 器 横流式CO 横流式CO2激光 器 快速轴流式CO 快速轴流式CO2 激光器
10.6 10.6 10.6
0~5000
4.4.2 固体激光焊接机 固体激光器中最常用的是红宝石、钕玻璃（即掺Nd3+玻璃）和掺钕 钇铝石榴石（Nd3+：Y3Al5O12,简称Nd：YAG）。 固体激光焊接机主要包括固体激光器、导光装置和数控工作台等 部分组成。 （1）Nd：YAG激光器 激光器由Nd：YAG棒、聚光器、泵灯（脉冲氙灯）和电源等部分 组成，如图4-69所示。 （2）导光装置 导光装置也可称为光学系统,它包括激光束的传播、聚焦系统和观 察系统。如图4-70所示
1）反射镜 反射镜有普通反射镜和聚焦反射镜二种。前者的镜面 （辐射面）一般为平面，起变换激光传输路线的作用；后者的镜面一般为 凹面，常见的是球面和抛物面，起聚焦和换向作用。
2）透射镜 透射镜多为聚焦透射镜。有时在平面透射镜的表面镀功 能膜，制成复合透射镜，以调整光的透射率（谐振腔的激光输出窗口）。 聚焦透镜和平面反射镜组合成平面镜──透镜聚焦系统是激光焊接的 常用光路（见图4-70中所示）。
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图4-75 单向导光系统示意图
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材料成型技术基础知识点
第一章铸造1 铸造通常是将液态金属浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，以获得毛坯或零件的生产方法。
2 铸造的特点（1）较强的适应性（铸件形状、质量、尺寸、材料不受限制）（2）良好的经济性（3）铸件力学性能较差、质量不够稳定（4）铸造生产条件和环境差（铸造生产过程中、混沙、造型、清沙过程中产生大量的粉尘，熔炼浇注温度很高，铸造过程中还有大量的烟雾、刺激性气体产生，工人劳动强度很大）3 铸件被广泛应用于国防军工、航空航天、矿山冶金、交通运输工具、石化通用设备、农业机械、建筑机械等领域。
4 液态金属的充型能力：液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力5 影响充型能力的主要因素有：液态金属的流动性、铸型性质、浇注条件以及铸件结构等6 金属的凝固方式：逐层凝固、体积凝固、中间凝固。
7 铸件在冷却过程中，体积和尺寸缩小的现象叫做收缩，收缩性是铸造合金固有的物理性质。
8 金属从液态冷却到室温，要经历三个相互联系的收缩阶段（1）液态收缩-----从浇注温度冷却至凝固开始温度之间的收缩（2）凝固收缩-----从凝固开始温度冷却至凝固结束温度之间的收缩（3）固体收缩-----从凝固完毕时的温度冷却至室温之间的收缩9 影响铸件收缩的主要因素有：化学成分、浇注温度、铸件结构、铸型条件等。
10 铸造的内应力分为：热应力、相变应力、收缩应力。
(1)热应力是铸件在凝固和冷却过程中，不同部位由于收缩不均衡而引起的应力（2）相变应力是由于固态相变，各部分体积发生不均衡变化引起的应力（3）收缩应力是由于铸型、型芯等阻碍铸件的收缩产生的应力，收缩应力一般使铸件产生拉伸或剪切应力。
11热裂是在铸件凝固末期高温下形成的裂纹；12冷裂是铸件在低温时形成的裂纹。
13防止冷裂和热裂的主要方法是减小铸造内应力。
14灰口铸铁的性能特点：熔点较低，凝固温度范围小，流动性好，凝固收缩小，具有良好的铸造性能，综合机械性能低，抗压强度比抗拉强度高3-4倍。
材料的连接成型
编号：以结构钢焊条为例： Ｊ ４２ ２
其中：Ｊ —— 结构钢焊条
４２ —— 焊缝金属抗拉强度大于等于 ４２０ＭＰ
２ —— 药皮类型（钛钙型）和电源种 类（交直流）
Ｊ 507
7——低氢，直流
金属工艺学
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❖ 酸性药皮与碱性药皮两者的性质
❖ ① 酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。
碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。
金属工艺学
13
❖ 电弧焊的冶金过程特点：
❖ 电弧和熔池金属温度高于一般的冶炼温度。使金属元素 强烈蒸发，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了 气体的活泼性，导致金属烧损或形成有害杂质。
❖ 金属熔池体积小，熔池四周是冷金属，熔池处于液态 的时间很短，一般在１０秒左右。导致各种化学反应难 以达到平衡状态，化学成分不够均匀，气体和杂质来不 及浮出易产生气孔和夹杂等缺陷。
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。
金属工艺学
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焊接应力与变形的产生
金属工艺学
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❖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。
金属工艺学
32
❖ 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。
4 材料的连接成形
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
概
熔压 钎 金
焊
焊
述
焊
力
焊 与
属 材
工 艺
焊封 工焊
料 的 焊
接 缺 陷 与
接 件 结 构
艺
接检设
性验计
金属工艺学
1
4 材料的连接成形
第四章 非金属材料及复合材料成型方法简介
非金属材料及复合材料成型方法简介第四章第二篇材料成形工艺基础西北工业大学电子教案成型方法⏹塑料件成型⏹陶瓷件成型⏹复合材料成型⏹成型、机械加工、修配和装配⏹挤出成型（挤塑）：利用挤出机将热塑性塑料加热、连续挤出成型为各种断面的制品。
应用：生产塑料板材、棒材、片材、异型材、电缆护层等⏹成型、机械加工、修配和装配⏹注射成型（注塑）：利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合模具型腔内固化成型。
应用：各种塑料制品（电器、设备、民用）⏹成型、机械加工、修配和装配⏹压延成型：使加热塑化的热塑性塑料通过两个以上的相对旋转的滚筒间隙而连续变形的成型方法。
应用：生产连续片状材料返回⏹配料、成型、烧结⏹干压成型：利用冲头对装入模具内的粉末施加压力而成型。
应用：生产形状简单、尺寸↓的制品⏹配料、成型、烧结⏹等静压成型：利用液体和橡胶等对陶瓷坯体施压（受等静压）而成型。
应用：生产性能要求高的电子元件和其他高性能塑料⏹配料、成型、烧结⏹注浆成型：将悬浮着陶瓷颗粒的液体注入多孔模具中，沥干液体后即成型为坯体。
应用：形状复杂、大型薄壁制品⏹配料、成型、烧结⏹热压成型：将具有流动性的料浆，在热压铸机中压缩空气的作用下注入金属模，冷却凝固后成型。
应用：成型复杂制品⏹配料、成型、烧结⏹注射成型：在注射成型机中将粒状粉料注射入金属模具中，冷却后将坯体脱脂后按常规烧结。
应用：复杂零件的大规模生产返回复合材料成型通用方法：颗粒、晶须、短纤维增强复合材料混合→制坯→ 成型纤维增强体增强复合材料增强体预成型→复合⏹金属基复合材料成型⏹树脂基复合材料成型⏹陶瓷基复合材料成型⏹C/C复合材料成型液态金属浸润法：金属基体呈熔融状态时与增强材料浸润结合，凝固成型。
常用方法：常压铸造、液体金属搅拌、真空压力浸渍法、挤压铸造、液态浸渗挤压等•扩散黏结法：在长时间高温和压力下，使固态金属与增强材料（预制坯）的接触面通过原子间相互扩散黏结而成。
粉末冶金法：根据要求将不同金属粉末与陶瓷颗粒、晶须或短纤维均匀混合，放入模具中高温、高压成型。
工程材料及成型技术基础概念_鞠鲁粤编
第一章工程材料1）固体材料的主要性能包括力学性能、物理性能、化学性能、工艺性能力学性能包括弹性、强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度、蠕变和磨损2）材料强度是指材料在达到允许的变形程度或断裂前所能承受的最大应力最常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度固态物质按原子的聚集状态分为晶体和非晶体常见的晶格类型:体心立方格，面心立方格，密排六方晶格3）晶格缺陷:点缺陷，面缺陷，线缺陷4）细化液态金属结晶晶粒的方法:增加过冷度，变质处理，附加振动5）合金:由两种或两种以上的金属或金属与非金属组成的具有金属性质的物质组元:组成合金的最基本、最独立的物质二元合金:由两种组元组成的合金相:合金中成分相同、结构相同，并与其他部分以界面分开的均匀组成部分组织:一种或多种相按一定方式相互结合所构成的整体6）固态合金中的相可分为固溶体和金属化合物固溶体分为间隙固溶体和置换固溶体7）固溶强化:当溶质原子溶入溶剂晶格，使溶剂晶格发生畸变，导致固溶体强度、硬度提高，塑性和韧性略有下降的现象弥散强化:金属化合物呈细小颗粒均匀分布在固溶体基体上时，使合金的强度、硬度、耐热性和耐磨性明显提高8）铁碳合金的基本相有铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体和低温莱氏体9）铸铁的类型铸铁分为一般工程应用铸铁和特殊性能铸铁一般工程性能铸铁按石墨形貌不同分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁10）影响石墨化的因素主要有化学成分和冷却速度11）钢的热处理:将固态钢采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的一种工艺热处理分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火、渗碳、渗氮、碳氮共渗）及特殊热处理（形变热处理等）12）铁碳合金相图（分析题）P32第二章铸造成形1）铸件的生产工艺方法按充型条件不同分为重力铸造、压力铸造、离心铸造按形成铸件的铸型分为砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、陶瓷型铸造、消失模铸造、磁型铸造等2）影响金属充型能力的因素和原因①合金的流动性②浇注温度③充型能力④铸型中的气体⑤铸型的传热系数⑥铸型温度⑦浇注系统的结构⑧铸件的折算厚度⑨铸件复杂程度影响原因①流动性好，易于浇出轮廓清晰，薄而复杂的铸件，有利于非金属夹杂物和气体的上浮和排除，易于对铸件补缩②浇注温度越高，充型能力越强③压力越大，充型能力越强，但压力过大或充型速度过高会发生喷射、飞溅和冷隔④铸型中的气体能产生气膜，减少摩擦阻力⑤传热系数越大，铸型的激冷能力越强，金属液于其中保持液态的时间越短，充型能力下降⑥温度越高，液态金属与铸型的温度就越小，充型能力越强⑦结构越复杂，流动阻力越大，充型能力越差⑧折算厚度大，散热慢，充型能力好⑨结构复杂，流动阻力大，铸型充填困难3）金属的凝固方式:逐层凝固方式，体积凝固方式，中间凝固方式4）合金收缩的缺陷:缩孔、缩松、裂纹、变形和残余应力合金收缩的阶段:液态收缩、凝固收缩、固态收缩5）影响收缩的因素:化学成分的影响，浇注温度的影响，铸件结构和铸件条件的影响6）防止缩孔的方法:定向凝固原则，同时凝固的原则7）为使铸件实现定向凝固原则或同时凝固原则，可采取的工艺措施:①正确布置浇注系统的引入位置，确定合理的浇注工艺②采用冒口③采用补贴④采用不同蓄热系数的造型材料或冷铁8）铸件的结构设计（出分析题）:看看常见的铸件结构设计，特别是不合理的结构9）砂型铸造方法的类型和基本原理砂型铸造方法主要有手工造型（用手工或手动工具完成紧砂、起模、修型的工序）和机器造型（用机器进行紧砂和起模）气动微振压实造型（低压造型）:采用振动-压实-微振紧实砂型高压造型:指压实比压超过0.7MPa的机器造型，压实机构以液压为动力。
《工程材料及成形技术基础》任家隆 第4章 常用工程材料
≤0.045 ≤0.045 ≤0.045 ≤0.040 ≤0.035 ≤0.045 ≤0.045
脱 力学性能（不小于） 氧
方 σs/MPa Rm/MPa 法
F、 Z Q195
F、 Z Q215 F、 Q235
Z
315～390 335～410 275～460
Z
T Z
为了保证钢在使用中的可靠性，钢厂都严格按国家标 准控制杂质含量和夹杂物的等级。用户也需对进厂钢 材进行必要的化学成分及杂质的化学分析，对组织和 缺陷及夹杂物作金相检查，对各项力学性能进行测试。
图4-1含碳量（质量分数）对钢的力学性能的影响
碳素钢的分类
碳素钢的分类方法很多，这里主要介绍几种常用的分类方法。
碳素钢
碳钢中常存杂质元素的影响
C是钢中的重要元素，对钢的性能影响最大。第2章中 铁碳合金相图的内容实际上即为钢中碳的质量分数对钢的 组织和性能的影响。
在实际中使用的碳素钢％)并不是单纯的铁碳合金。钢 中还含有少量的Si、Mn、S、P、O、H、N等杂质元素， 这些元素对钢的性能和质量都有很大的影响。下面分别论 述各元素的影响。
性和焊接性很差，但热处理后会
有很高的强度和硬度。图4-1所 示为含碳量（质量分数）对钢的
图4-1含碳量（质量分数）对钢的力学性 能的影响
力学性能的影响。
2.按碳钢的冶金质量等级分类。 主要根据碳钢中所含有害杂质S、P的含量，分为以
下几种：
普通碳素钢：wS≤0.05%、wP≤0.045%； 优质碳素钢： wS≤0.030%、wP≤0.035%； 高级优质碳素钢： wS≤0.020%、wP≤0.030%； 特级优质碳素钢： wS≤0.015%、wP≤0.025%； 通常普通碳素钢冶炼简单，成本低，能保证一定的力
4第四章 连接成型
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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。
（2）熔池金属冷却速度快，各种 化学反应不充分，金属组织不均 匀，易形成气孔、夹渣等缺陷。
长缝的焊接 (a)逐步退焊法；(b)跳焊法；（c）分中逐步退焊法；(d)分中对称焊法
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4.1.5 焊接应力与变形
产生新的变形抵消原来的焊接变形 1）机械矫正变形： A、应用：是利用机械力，如压力机加压或锤击，产生塑性变形 来矫正焊接变形。 B、应用: 适用于塑性较好、厚度不大的焊件。
理选择，难点是焊接成形的基本理论。
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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。
解决办法：
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。
3．焊接接头的组织转变
适宜于焊接淬硬倾向大的合金钢、厚大截面的结构，通常， 焊后应立即进行正火处理。
3．堆焊
为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具 有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接
堆焊几乎可采用任何一种熔焊方法进行
堆焊可提高零件的使用寿命，可获得耐磨、耐 蚀、耐热等特殊性能 堆焊是一种重要的表面工程技术，广泛用于 各种机械零件和工具、模具的制造和修复
焊 接 热 影 响 区
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，是力学性能最差的部位，也常是焊接 裂纹的发源地。（过热组织 + 粗大晶粒、最差）
相变重结晶区：具有正火组织的区域。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 （正火细晶、最好） 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。晶粒和组织都不均 匀，力学性能较差 （组织、性能都不均匀、较差）
利用电弧作为热源的熔焊方法 热量集中、温度高、设备较简单、使用方便，是目前应用 最广泛的焊接方法 (1)埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。可采用大 电流，一次的焊接厚度大
适用于中、厚板的长、直焊缝
(2) 气体保护电弧焊：用外加气体作电弧介质并保护 电2、Ar+CO2等）
激光焊接
4.3. 常用金属材料的焊接 4.3.1 材料的焊接性
材料的焊接性是材料在限定的施工条件下焊接成按规定设 计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。 材料的焊接性取决于材料的化学成分、焊接方法及焊接 材料、焊件结构类型及服役要求
1、材料焊接性的影响因素
材料的化学成分：硬、脆可能小，焊接性好 焊接方法：能量集中、保护好,焊接性好 焊接材料：包括焊条、焊丝、焊剂和气体等 碱性焊条或碱性焊剂，焊接性好；
CE＜0.4%
焊接性良好 CE＝0.4～0.6 % 焊接性较差 CE＞0.6% 焊接性很差
2）冷裂纹敏感系数公式： Pw ={w(c)+w(Si)/30+[w(Mn)+w(Cu)+w(Cr)]/20+
电子束焊
2.23.5 0.81.2 1820 1.52.0 2.13.2
1.52.5 0.51.7 5.07.0 2.03.0 1.52.0
2.23.0 0.71.0 2.03.0 1.53.0 1.52.0
6.08.5 2.34.0 2530 5.08.0 5.06.2 0.050.75
焊接基础
4.1.1 熔焊冶金过程及其特点 1.熔焊液相冶金
Lab el1
熔焊过程中，焊接接头金属发生的一系列物理、化学反应， 称为熔焊冶金过程，包括液相冶金、熔池结晶、焊缝 和热影响区的组织变化等。
焊接时，电弧热使工件和焊条芯熔化；药皮熔化和分解。 熔化的药皮在熔池内形成熔渣并浮起，分解的药皮产生大 量保护气体环绕在电弧和熔池周围，起保护作用。
改善焊接热影响区组织和性能的方法 焊接热影响区是必然存在的，针对该区域尤其是其 中的熔合区、过热区可能出现的质量问题，可以： 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。
焊接方法 焊条电弧焊 埋弧自动焊 电渣焊 CO2气体保护焊 手工钨极氩弧焊 过热区 相变重结晶区 不完全重结晶区 总宽
热慢 产生拉 应力
焊接残余应力的分布：
先冷处受压 后冷处受拉
（2）调节焊接残余应力的措施
设 计 措 施
减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉
采用刚性较小的接头
合理的焊接顺序：
工 艺 措 施
先内后外、先短后长、交叉处不起头收尾 降低焊接接头的刚性，使之能通过变形减小应力
加热减应区 锤击焊缝 焊前预热、焊 后正火
较理想的情况 收缩变形
厚度方向加热不均匀 角变形
高度方向加热不均匀 弯曲变形
横截面上加热不均匀 扭曲变形
常见多为综合型的变形
多见于薄板件 失稳变形
（2） 控制焊接残余变形的措施：
设 计 措 施 尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截 面形状
合理安排焊缝位置
反变形法：
刚性固定法：
工 艺 措 施
2）火焰加热矫正法： 利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产生收缩塑性变形， 以抵消焊接残余变形
操作灵便，但需较丰富的实际经验
解决焊接变形问题的措施：
1、减小应力以减小变形； 2、利用变形 3、限制变形； 4、变形矫正
4.2 焊接方法 4.2.1 熔焊 1、电弧焊 （焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊）
(1) 钎 料：即钎焊时用作填充金属的材料 (2) 钎焊焊剂：即钎焊时使用的熔剂
2．接头型式： 多采用搭接 3．加热方式： 烙铁加热、火焰加热、电阻加热、感应加
热、浸渍加热和炉中加热 接头光滑平整，工件尺寸精确；可焊接性能差异很大的异种金 属；生产率很高；设备简单，投资费用少。但接头强度较低，尤其 是动载强度低，允许的工作温度不高，焊前清整要求严格．
4.2.2 压焊（常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等）
1．电阻焊
利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的 电阻热进行焊接的方法
对焊
对焊是使利用电阻热使两个被焊工件的整个接触面焊接起来 的 方法。分为电阻对焊和闪光对焊。
（1）电阻对焊
（2）闪光对焊
操作简单、接头外形匀称。常用 于截面形状简单，强度要求不高 的工件
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
焊接基本特点： 优点：省工省料、效率高、连接牢固，适于焊接材料广泛。 可以制造成双金属构件。 缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形 胶接：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 缺点：接头清理要求高、连接处强度较低 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；便于拆、装；易于检修；在 工业中应用广泛
1）熔化极气体保护焊：
熔深大、焊接速度快、生产效 率高；明弧可见，易于操作
2）钨极惰性气体保护焊：
电弧燃烧稳定，焊缝金属含氢 量极低，明弧可见，易于操作
生产率高、易操作、质 量好、工艺适应性强
常用于不锈钢、耐热钢 及非铁合金的焊接
2．电渣焊
利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行 焊接的方法
熔敷速度高；加热和冷却速度慢，不易产生气孔、夹渣等缺 陷，且脱硫、脱磷较充分，焊缝质量较高。 但晶粒较粗大，热影响区较宽
δ
ak
即：焊缝的硬度高、脆性大
(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；进行脱氧、脱硫、脱磷；渗入其它合金 元素 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
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
4.1.2 焊接应力与变形 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
不均匀加热 不均匀冷却
受阻膨胀 受阻收缩
内应力
焊后残留在焊件内的应力称为焊接残余应力 2、焊接残余应力的调节 (1)焊接残余应力的分布 中间散
减应区
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。
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
4、焊接残余变形的控制和矫正 （1）焊接残余变形的类型：常见的五种 由于焊接件的结构一般表现出塑性好、细、薄、易变形 的特点，所以由焊接应力引起焊接变形是必然的。
影 响 因 素
惰性气体保护，焊接性好
焊件结构类型：结构简单、刚性小,焊接性好 服役要求： 服役要求不高,焊接性好
2．焊接性的评价
(1) 用碳当量评价钢的焊接性：
1）国际焊接学会（IIW）推荐的公式： CE={w(c)+w(Mn)/6+[w(Cr)+w(Mo)+w(V)]/5+
[w(Ni)+w(Cu)]/15}×100%
常用的焊接方法分类
气焊 电弧焊 手工电弧焊 气体保护焊 埋弧焊 氩弧焊 CO2气体保护焊
熔化焊
电渣焊 电子束焊 激光焊
熔化焊：（液/液）+ 液
点焊 缝焊 对焊
焊 接 方 法
电阻焊 压力焊 摩擦焊 扩散焊 高频焊 烙铁钎焊 火焰钎焊 炉中钎焊
压力焊：（固/固）+ 压力
钎 焊
钎 焊：（固/固）+ 液
4.1
接头的强度和塑性均较好，焊前对 焊接端面的清理要求不高。常用于 主要工件及钢筋、车圈、管道等。
2．摩擦焊
利用焊件表面相互摩擦所产生的热量，使 端面达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一 种压焊方法。
接头质量好，焊件精度高；劳动条件好，生产效率 高并可焊接异种材料