-连接成形

软焊料：
锡基钎料：主要是在Sn中加Pb，锡钎料有低温脆
性，工作温度低于100℃
Sn的熔点232℃，Pb的熔点327℃， Pb-61.9％ Sn为共晶合金（熔点183℃）
铅基钎料： Pb中加Sn和Ag，工作温度低于150℃，
用于钎焊铜和铜合金。
锌基钎料： Zn中加Al、Cu及Ag或Bi，
用于钎焊铝和铝合金。
1、 矿石… 钛铁矿、大理石、长石
等
2、金属或合金… 锰铁、硅铁、铝粉等 3、化工制品… 钛白粉、水玻璃等 4、有机物… 淀粉、木粉等
焊丝：（实芯焊丝）
焊丝中常加Mn、Si、Mo，含碳小于0.10％
Байду номын сангаас
用CO2气体保护焊时CO2具有强氧化作 用，焊丝中必须含有足够量的脱氧合金元 素。
H08Mn2SiA用于焊接低碳钢及16Mn钢， H08Mn2SiMoA可用于焊接σt≥600MPa低 合金高强钢。
材料成形课程复习内容
1、铸造的优缺点、金属的铸造性、铸件的凝固方式、以及铸造应力、 铸件变形和裂纹。 2、砂型、熔模、压力、金属型、低压以及离心铸造的原理、特点和 应用。 3、塑性加工的目的、优缺点、及基本方法。 4、常用塑性指标、金属的变形抗力、应力图示的意义、外摩擦的后 果、变形程度的表示方法、 5、塑性加工的不均匀变形以及轧制的咬入条件和改善措施。 6、轧钢生产工艺制定原则。 7、钢材高低倍组织检验，重点是形成原因和解决办法。 8、轧制、锻压、挤压、拉拔几种塑性加工方法在产品规格、组织和 性能、塑性加工的难易程度、生产效率、成本及应用方面各有何 特点。 9、合金钢轧制生产过程与碳素钢不同之处。 10、挤压产品的特点、容易出何种缺陷、形成的原因。 11、金属的焊接性、亚共析钢焊接接头（包括热影响区）的特征。
搅拌摩擦焊利用自动化的机械设备进行焊接，避免了对操 作工人技术熟练程度的依赖。实现了全位置焊接自动化。


搅拌摩擦焊焊前无需对铝合金氧化层做特殊处理，不需开 坡口，焊接过程中不需要填充材料和保护气，简化了焊接 工序。
搅拌摩擦焊焊接过程不会产生烟尘、飞溅、紫外线及电磁 辐射，实现了焊接过程的环保化。 搅拌摩擦焊的焊缝残余应力低，基本无变形，焊缝属性接 近母材，机械性能优异。提高了焊缝可靠性。
钎焊：母材不熔化，仅靠焊料熔化填入间隙与母材作用
从冶金的角度，根据焊区特点可分为三大类：
液相焊接：
利用热源加热待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而实 现原子间结合。
固相焊接：
利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使 待焊表面的温度升高，（但一般低于母材金属熔点），通 过调节温度、压力和时间以充分进行扩散而实现原子间结 合。
在世界宇航制造领域，搅拌摩擦焊已经成功代替熔焊实现了大型空间 运载工具如运载火箭和航天飞机等的大型高强铝合金燃料贮箱的 制造，波音公司的DELTA II型和IV型火箭已经全部实现了搅拌摩 擦焊制造，并于1999年首次成功发射升空。 2000年世界汽车工业，如美国TOWER汽车公司等就利用搅拌摩擦焊 实现了汽车悬挂支架、轻合金车轮、防撞缓冲器、发动机安装支 架以及铝合金车身的焊接。 2002年8月，美国月蚀航空公司利用FSW技术研制出了全搅拌摩擦焊 轻型商用飞机，并且首次试飞成功。
发明了搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding-FSW）
搅拌摩擦焊接是高速旋转的搅拌头扎入工件后沿着焊接方向运动， 在搅拌头与工件的接触部位产生摩擦热，使周围金属形成塑性软化层， 软化层金属在搅拌摩擦头旋转的作用下填充搅拌针后方形成的空腔， 并在搅拌头轴间与搅拌针的搅拌和挤压作用下实现材料连接的固相焊 接方法。
扩散焊接过程示意图
带有中间层材料的扩散焊
扩散焊应用举例
第三节 钎焊
钎焊是将两焊件加热而不熔化，仅由熔化的焊材（钎料）填入其间 隙中，并使液态的钎料与固态母材相互作用，再凝固成连接接头的过 程。
工程中通常将钎焊分成两类： 即硬钎焊和软钎焊 液相线温度在450℃以上的钎料用于钎焊时为硬钎焊， 液相线温度在450℃以下的钎料用于钎焊时为软钎焊。
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：
搅拌头－搅拌摩擦焊的施焊工具； 搅拌头轴肩－搅拌头与工件表面接 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
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。
熔化焊：
焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子弧焊、
电子束焊、激光焊
压焊：
电阻焊、摩擦焊、超声波焊、爆炸焊
钎焊： 扩散焊：
一般扩散焊、瞬间液相扩散焊、超塑性成扩散焊
焊
焊接的实质
接
焊接的实质是借助加热或加压、或同时加热和加 压，以实现原子结合。
焊接过程的本质就是通过适当的物理及化学过程，使两个分离表面 的金属原子接近到晶格距离（0.3~0.5nm），形成金属键，从而使两 金属连为一体，达到焊接的目的。 加热源包括：
扩散焊是一种精密连接方法，它是把两个或两个 以上的固相材料（包括中间层材料）压紧在一起， 置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度， 对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微 观塑性变形达到紧密接触，再经保温、原子相互 扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。 扩散焊是异种金属材料、耐热合金、陶瓷、金 属间化合物、复合材料等连接的主要方法之一。
而H08E的S、P限制更严，都小于0.02％ 焊条钢的三个特点： 杂质限量严格、含碳低于0.10％、基本不含Si的 沸腾钢。 由于焊芯不含必要的合金元素，熔敷金属所需 合金均需通过药皮添加。即 不同强度级别或不同 性能要求的焊条，其药皮所含合金成分必然不同。
药皮：
药皮为多种物质混合物，主要有四类：
焊接裂纹：
热裂：严格控制S、P
填满弧坑
减慢焊接速度（减小最后结晶区应力） 改善焊缝形状（避免熔深过大的梨形焊缝） 冷裂：主要是氢致脆性（延迟裂纹） 气孔：清除焊件锈、油
烘干焊条
提高高温熔池保持时间，让气体排除。 降低焊接电流，避免气剂过早分解。 采用短弧焊
第二节
一、电阻焊
压力焊
二、摩擦焊
三、扩散焊
与小熔池相接的母材发生快速加热随后冷却出 现热影响区。
⑵ 焊接接头的特征
⑶ 金属的焊接性
焊接性是指同质金属或异质金属在制造工艺条件 下，能够焊成设计适当的结构并满足预期使用要 求的能力。
实际上焊接性包括两方面：
1、是否容易形成优良的焊接接头，即接合性
能。 2、形成的焊接接头使用性能的好坏，即使用 性能。
固－液相焊接：
待焊表面可不直接接触，而是通过两者毛细间隙的中间液 相相联系。
第一节
（1）简述
熔化焊
焊件在焊接过程，未施加压力，仅通过焊件加热 而熔化来完成连接的方法，称为熔化焊。 熔化焊焊接接头的形成，一般都要经历加热、 熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变，直至形 成接头。 所以熔化焊的本质是小熔池熔炼和铸造。
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
焊条是由焊芯和药皮构成，也称药皮焊条。
焊芯：
除高合金钢焊条其焊芯成分与钢的成分相近外， 碳钢和低合金钢的焊芯均采用标准低碳焊条钢， H08A或H08E.
H08A
C≤0.10％、Mn＝0.30～0.55％、Si≤0.10％、S、P都小于 0.03％
第四章
连接成形
材料通过机械、物理、化学和冶金方式，将分离的材料或零件接合成 整体的材料或零件的工艺过程称为连接（Joining）成形
机械连接成形：用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件，分离的材料或零件接合 成整体的材料或零件。靠机械力实现，接头可松动或拆除。
物理化学连接成形：通过毛细作用、分子间力作用或相互扩散及化学反 应，将两个分离的表面连接成不可拆接头，主要是胶结和封接。
钎焊的关键是钎料与母材的润湿性
★一般液体钎料与母材间若有一定的互溶度，其润 湿性较好。
★温度升高液体表面张力减小，有助于提高钎料的 润湿性。 ★金属表面有氧化膜时，液态钎料往往凝聚成球状 不与金属发生润湿。 ★母材表面粗糙有利于钎料的润湿。 ★能使液态钎料表面张力减小的物质为表面活性物 质，有利于钎料的润湿。 ★钎焊时环境的气氛若使金属表面易氧化，阻碍钎 料的润湿。
电弧、电子束、光束（激光）、放热反应（氧－ 燃料气体、铝热剂等）以及电阻等。
主要介绍熔焊、压力焊 及钎焊
熔焊：加热至熔化状态（一般不加压）以实现焊接的方
法，通称熔焊。
如：电弧焊、电渣焊、气焊、电子束焊等。
压焊：凡必须施加压力（加热或不加热）以实现焊接的 方法，通称压焊。 如：电阻焊、摩擦焊、超声波焊等。 也包括扩散焊。
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）
接合性能：在指定的焊接工艺条件下对形成焊接 缺陷的敏感性。
能否形成一个优良的焊接接头，首先取决于组成这个焊接接头的 两种或两种以上金属材料之间的结合性能。
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


工业用搅拌摩擦焊设备
实验研究用搅拌摩擦焊设备
搅拌摩擦焊技术应用概况
在船舶制造领域，在1996年搅拌摩擦焊就在挪威MARINE公司 成功地应用在铝合金快速舰船的甲板、侧板等结构件的流 水线制造。
在轨道车辆制造领域，日本HITACHI公司首先于1997年将搅拌 摩擦焊技术应用于列车车体的快速低成本制造，成功实现 了大壁板铝合金型材的工业化制造。