材料的连接讲义课件.ppt

第八章 材料的连接,【主要内容】 焊接的基本理论基础； 典型弧焊、压力焊及钎焊的原理、方法及适用场合； 常用金属材料（结构钢、不锈钢、铝及铜有色金属）焊接性、焊接工艺要点； 简单介绍粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺。,【重点】熔焊的冶金原理【目标】 掌握熔焊的冶金原理，通过了解焊接应力与变形、焊接结构的脆性断裂、疲劳破坏、应力腐蚀破坏的原理及预防措施，掌握减少焊接应力及变形的要点； 了解常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备选用焊接方法及相应的焊接材料的能力； 了解典型黑色金属、有色金属焊接性及焊接工艺要点； 了解粘接技术的一些概念、粘接原理、胶粘剂及胶粘工艺。,第一节 焊接基础知识,一、概述 1、连接方法的分类：机械连接：用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程。物理化学连接：用粘胶或钎料通过毛细作用、分子间扩散及化学反应等作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程，通常指钎焊、封接和胶接三类。冶金连接(即焊接)：通过加热或加压(或两者并用)使两个金属分离表面的原子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工艺过程。,2、焊接方法的分类 根据被焊材料(母材)是否熔化，焊接方法大致可分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。,第一节 焊接基础知识,节省材料，减轻结构重量；接头的密封性好，可承受高压；加工与装配工序简单，可缩短加工周期；易于实现机械化和自动化生产，提高生产率及产品质量。 但焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，焊接件会产生焊接应力和变形，因此，必须采取一定的工艺措施予以防止。,3、焊接特点,焊接成形的应用,在现代制造业中，焊接是应用最为广泛的连接成形工艺，,焊接成形的应用,焊接的实质：使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。,二、焊接的实质,两个分离的物体形成永久性结合的条件：首先必须使两个物体相互接近到0.3nm 0.5nm的距离，使之达到原子间的力能够互相作用的程度。,二、焊接的实质,三、熔焊的焊接过程,熔焊的焊接过程：一般是利用热源(如电弧、气体火焰等)把工件待焊处局部加热到熔化，形成熔池，然后随着热源向前移去，熔池液体金属冷却结晶而形成焊缝。熔焊过程包含： 焊接冶金过程 焊接热过程 焊缝结晶过程,焊接冶金过程：进行熔焊时，母材和焊条受到电弧高温作用而熔化形成熔池，池中的液态金属与周围的熔渣及空气接触，产生复杂、激烈的化学反应。 熔焊过程中杂质的溶入及其有害作用 熔焊过程中，一些有害杂质元素（如氧、氮、氢、硫、磷等）会因各种原因溶入液态金属，影响焊缝金属的化学成分和性能。 氧化反应使焊缝中C、Mn、Si等元素大量烧损，形成夹渣、气孔，使焊缝力学性能降低。 Fe十20FeO C+OCO Mn+OMnO Si+20Si02 氧化形成FeOSiO2、MnOSi02等熔渣。,焊接冶金过程,氮的存在易产生气孔，形成夹杂物，使焊缝力学性能降低。 氢的存在将会形成冷裂纹，并产生气孔，引起氢脆。 当焊缝金属中含硫量高时，会导致热脆性和热裂纹，并能降低金属的塑性和韧性。磷的有害作用主要是引起金属脆化，严重地降低金属的低温韧性。,焊接冶金过程,焊接熔池化学冶金的特点 熔池金属温度高于一般冶金温度，金属元素蒸发较为强烈，并使电弧区的气体分解成原子状态，增大了金属的活性，导致金属元素烧损或形成有害杂质。 熔池体积小，且周围是冷金属，冷却较快。化学成分不均匀，且气体和杂质来不及浮出，容易产生气孔和夹渣等缺陷。,焊接冶金过程,对熔化金属的保护和冶金处理 减少有害元素进入熔池，对焊接区采取机械保护，防止空气污染熔化金属 清除已经进入熔池中的有害杂质，增添合金元素，对熔池采用冶金处理。 脱氧反应 Mn+FeOFe+MnO Si+2FeO2Fe+SiO2 脱硫反应 Mn+FeSFe+MnS MnO+FeSFeO+MnS CaO+FeSFeO+CaS MgO+FeSFeO+MgS,焊接冶金过程,焊接热循环：在焊接热源的加热及随后的冷却过程中，焊件上某点的温度随时间变化的过程称为焊接热循环。热循环使焊缝附近金属相当于受到一次不同规范的热处理。焊接热循环的特点：加热和冷却速度都很快。每秒一百摄氏度以上，甚至每秒几百摄氏度。影响焊接热循环的因素：焊件厚度、焊接接头形式、焊接方法、焊接工艺参数、焊前预热温度、焊后缓冷、施焊环境温度和母材导热性能等。,焊接热过程,焊接熔池的结晶过程,焊接熔池特征体积小，冷却速度大。熔池金属中不同区域温差很大，中心部位过热温度最高。 热源移动，凝固过程是一个动态过程液态金属对流强烈。,熔池凝固及焊缝的形成,焊缝凝固特点外延生长（联生结晶）研究证明，熔池结晶主要是非自发形核起主要作用。熔池中液态金属开始凝固时，熔池边界未熔的母材晶粒可作为非自发形核的现成基底，在很小的过冷度下，依附于母材晶粒逆热流方向生长，形成方向性很强的柱状晶，这种凝固特征就叫焊缝的外延生长。,焊接熔池的结晶过程,熔池中柱状晶的形成,弯曲柱状晶 熔池的形状和尺寸，受焊接时工艺参数的影响。典型的熔池轮廓像不标准的椭球，熔池的宽度和深度沿x轴连续变化。 熔池的最大散热方向就是液相等温线的法线方向。 焊接速度对晶粒生长形态有很大影响：焊接速度大时，柱状晶便趋向垂直于焊缝生长。焊接速度小时，柱状晶更弯曲。垂直于焊缝的柱状晶，易在焊缝中心形成脆弱的结合面，并出现纵向裂纹。,焊缝凝固特点,典型熔池形状,熔池的液相的等温线及晶体生长线示意,熔池凝固组织控制 实际焊缝中，由于化学成分，板厚和接头形式不同，不一定具有所有的凝固组织形态。 焊接操作规范改变时，凝固组织将作较大的变化：当焊接速度增大时，焊缝中心往往容易出现大量等轴晶；当焊接速度较低时，主要为柱状树枝晶。当焊接电流较小时，主要是胞状晶；焊接电流较大时，则转为粗大的树枝晶。粗大的树枝晶会降低焊缝金属的强度和韧性。,焊接熔池的结晶过程,焊缝晶粒粗细与冲击韧性的关系,1、细晶组织 2、粗晶组织 3、粗大柱状晶,目前焊接过程中，主要是通过提高形核率和抑制晶粒长大两个方面来细化熔池凝固组织。 变质处理 振动结晶：机械振动、超声振动和电磁搅拌。 优化焊接工艺参数：小线能量、多层焊和锤击焊道表面等。,熔池凝固组织控制,焊接接头：用焊接方法连接的接头，包括焊缝、熔合区、和焊接热影响区。焊接热影响区：指受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材金属组织或性能发生变化的区域。熔合线：熔焊焊接接头的横截面上，宏观腐蚀所显示的焊缝与母材（热影响区）交接的轮廓线。熔合区：熔焊焊缝与母材（热影响区）交接的过渡区，即熔合线处微观显示的母材半熔合区。,四、焊接接头组织与性能的变化,焊缝 焊缝是由熔池内的液态金属凝固而成的，属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶；硫、磷等形成的低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易形成热裂纹。由于焊接材料的合金化作用，焊缝的强度一般不低于母材。,熔合区 焊缝向热影响区过渡的区域。是焊缝和母材金属的交界区，其加热温度处于固相线和液相线之间。 铸造组织+受热长大的粗晶。 性能：接头中性能最差。决定接头性能,热影响区 在焊接或切割过程中，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。 一般包括过热区、正火区、部分相变区。 过热区：粗晶区。具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性韧性降低。低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位。 正火区：细晶区，其性能优于母材。 部分相变区：晶粒大小不一，性能很不均匀，性能也较差。,焊接接头中熔合区和热影响区的过热区的塑性和韧性明显下降，是低碳钢焊接热影响区中力学性能最差的部位，会严重影响焊接接头的性能。 有时焊接结构的破坏不在焊缝上而是在热影响区内。所以焊接结构上，热影响区越小越好。,焊接接头的力学性能决定于它的化学成分和组织。 焊接材料 焊接方法 焊接工艺 工艺参数：焊接电流、电弧电压、焊接速度、线能量等。 熔合比：熔化的母材在焊道金属中所占的百分比。 焊后热处理 此外，接头形式、工件厚度、施焊环境温度和预热等均会影响焊后冷却速度，从而影响接头的组织和性能。,影响焊接接头性能的因素,焊接时，焊件的不均匀局部加热和冷却是导致焊接应力和变形产生的根本原因。 焊接应力与变形的产生 焊接应力：焊接构件由焊接而产生的内应力称为焊接应力。焊后残留在焊件内的焊接应力称为焊接残余应力。 焊接变形：焊件由焊接而产生的变形称为焊接变形；焊后焊件残留的变形称为焊接残余变形。,四、焊接应力与变形,焊接变形的形式 焊接变形的基本形式主要有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等。,图8 纵向收缩变形图,图8 横向收缩变形,8- 弯曲变形,图8- 角变形,图8 波浪变形,预防和减小焊接应力及焊接变形的措施合理设计焊接结构 焊前预热 反变形法 刚性固定法 选择合理的焊接顺序 锤击焊缝法 强迫冷却法 焊后热处理,四、焊接应力与变形,平板焊接的反变形,防止壳体焊接局部塌陷的反变形,焊接变形的矫正 机械矫正法 火焰矫正法,热裂纹 热裂纹：焊接过程中，焊接接头冷却到固相线附近的高温区产生的焊接裂纹，称为热裂纹。部位：焊缝区（焊缝内部、表面）原因：在熔池液体金属的结晶过程中，由于低熔点杂质偏析在晶界或焊缝中心线处，在焊接应力的作用下产生的。因此，可以说热裂纹是由于冶金因素和力的因素造成的。,五、焊接裂纹,措施：化学成分合理，控制焊接工艺。 具体措施主要有：限制焊接材料和被焊钢材中产生低熔点杂质的硫、磷、碳的含量，控制焊接工艺参数以适当提高焊缝成形系数(如达到1.32)，采用小焊接电流和合理的焊接顺序以减小焊接应力等。,热裂纹,冷裂纹 冷裂纹：冷却到较低温度（300以下）时产生的焊接裂纹。延迟裂纹：较为常见、一定时间后才出现的焊接冷裂纹。部位：焊缝 ，近缝区 原因： 接头产生淬硬组织 焊缝金属中扩散氢的聚集 焊接应力,五、焊接裂纹,措施：工艺合理，焊后热处理。 具体措施主要有： 焊前预热和焊后缓冷； 选用碱性焊条； 焊条、焊剂烘干； 清除锈、水、油污； 消氢处理； 合理的焊接顺序和小焊接电流； 及时进行焊后热处理。,冷裂纹,焊接缺陷：工件焊后在接头处存留下来的不完整性。常见缺陷类型 主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔和焊缝外观缺陷等。 按发生的部位可分为表面缺陷和内部缺陷两类：表面缺陷：裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔、咬边 和焊瘤等。内部缺陷：内部裂纹、内气孔、内部夹渣、内部未焊 透或未熔合缺陷危害：减少焊缝截面，降低承载能力；产生应力集中， 引起裂纹，降低疲劳强度，易引起构件破裂而导致脆断。 常见焊接缺陷及产生原因,六、焊接成形常见缺陷及检验方法,检验方法表面缺陷：一般用眼睛或低倍放大镜进行外规检查；对于表面微裂纹，通常用渗透探伤或磁粉探伤。 内部缺陷：常用射线探伤和超声波探伤进行检查。渗透探伤、磁粉探伤、射线探伤、超声波探伤 致密性检验：水压试验、气压试验、煤油试验等，以上这些检验方法都属于非破坏性检验，即所谓无损探伤。破坏性检验方法：力学性能试验、化学分析、金相组织检验等。,六、焊接成形常见缺陷及检验方法,【教学内容】 熔焊中的电弧焊、气体保护焊(氩弧焊、CO2焊)、等离子弧焊与切割等焊接方法的工艺过程、原理、特点及应用。 软钎焊、硬钎焊的工艺过程、原理、特点及应用。 压力焊中电阻焊（点焊、缝焊和对焊）、摩擦焊的工艺过程、原理、特点及应用。 【教学目标】掌握常用焊接方法的工艺特点及其用途，基本具备选用焊接方法的能力。,第二节 常用焊接方法,原理及特点焊条电弧焊：利用电弧作为热源，用手工操纵焊条进行焊接的方法称为焊条电弧焊。 手工操作包括引燃电弧、送进焊条和沿焊缝移动焊条。 原理 特点及应用范围 设备简单，操作灵活、成本低、适应性强等优点； 但对焊工操作技术要求高，质量不稳焊，劳动条件差，生产率低。,电弧焊（-）手工电弧焊（焊条电弧焊）,应用 目前应用最广泛的焊接方法，主要适用于焊接单件或小批量产品，短的和不规则的、各种空间位置的以及其他不易实现机械化焊接的焊缝。 适宜板厚1.520mm；对于1mm以下的薄板不适用。 手工电弧焊适用于碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢、低温用钢、铜及铜合金等金属材料的焊接以及铸铁补焊和各种材料的堆焊。,电弧焊（-）手工电弧焊（焊条电弧焊）,1）焊条组成和作用焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是金属丝，药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。（1） 焊芯的作用：一是作为电极传导电流，二是熔化后作为填充金属与母材形成焊缝。焊芯的化学成分和杂质含量直接影响焊缝质量。生产中有不同用途的焊丝(焊芯)，如焊条焊芯、埋弧焊焊丝、CO2焊焊丝、电渣焊焊丝等；焊接碳素钢和低合金钢的结构钢焊条常选用牌号为H08A或H08E的低碳钢焊丝为焊芯。H表示钢焊丝。08表示焊丝平均含碳量为Wc0.08%。A表示高级优质钢，而E表示特级优质钢。,焊 条,（2） 药皮的作用： a. 改善焊接工艺性。 b. 对焊接区起保护作用。 c. 起有益的冶金化学作用，使熔化金属顺利进行脱氧、脱硫、去氢等冶金化学反应，并补充被烧损的合金元素（渗合金如锰、钛、鉬、钒、铌等）。（3）焊条药皮的组成物按其作用分为： 稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂、合金剂、粘结剂、稀渣剂、增塑剂等。,焊 条,（1）按用途不同分为十大类： 结构钢焊条（J）、 钼及铬钼耐热钢焊条（R）、 铬不锈钢焊条（G） 铬镍不锈钢焊条（A） 堆焊焊条（D） 低温钢焊条（W） 铸铁焊条（Z） 镍及镍合金焊条（Ni） 铜及铜合金钢焊条（T） 铝及铝合金焊条（L） 特殊用途焊条。,2）焊条分类,（2）按熔渣性质（碱度）不同可分为酸性焊条和碱性焊条两种 a. 酸性焊条药皮含有多量酸性氧化物的焊条，药皮组分氧化性强。 b. 碱性焊条药皮中含有多量碱性氧化物和萤石的焊条，药皮组分还原性强。,2）焊条分类,一般原则：焊缝金属与母材具有相同的使用性能。焊接低、中碳钢或低合金钢的结构件，按照“等强”原则。若无等强要求，选强度级别较低、焊接工艺性好的焊条。焊接特殊性能钢(不锈钢、耐热钢等)和非铁金属，按照“同成分”、“等强”原则。焊补灰铸铁时，应选择相适应的铸铁焊条。焊条工艺性能要满足施焊操作需要。,3）焊条的选用,酸性焊条和碱性焊条各有特点，选用时应综合考虑各方面因素： a. 从焊缝金属力学性能考虑 酸性焊条焊缝金属的塑性、韧性较低，抗裂性较差，适于普通结构钢件焊接。 碱性焊条焊缝金属力学性能，尤其是冲击韧性较好，抗裂性好，适于焊接承受交变冲击载荷的重要结构钢件和几何形状复杂、刚度大、易裂钢件。 b. 从焊接工艺性考虑 酸性焊条焊缝成形较好，焊接烟尘较少，工艺性好； 碱性焊条稳弧性差，焊接电源多要求直流，飞溅大，对油污、水锈的敏感性大。焊接烟雾有毒，焊接工艺性较差。 c. 从经济性考虑 和酸性焊条相比，碱性焊条价格较高。 焊条类型选定后，还要根据焊件厚度等条件，确定焊条标称直径。通常是焊件越厚，焊条直径越大。,1、原理 埋弧焊焊接过程： 埋弧焊焊缝形成过程：,电弧焊（二） 埋弧自动焊,图8.2 埋弧焊原理,埋弧焊与焊条电弧焊相比，有以下特点：生产率高, 比焊条电弧焊快510倍 ； 焊接质量高，且稳定； 节省焊接材料；劳动条件好。适于焊接长直的平焊缝或较大直径的环焊缝。但焊前的准备工作量较大，对焊件坡口加工、接缝装配均匀性等要求较高。不适于焊接3mm以下厚度的薄板；难以完成A1、Ni等氧化性极强金属及合金的焊接；设备复杂，设备费用一次性投资较大，灵活性也较差，短焊缝显示不出生产率高的特点。,2、埋弧焊特点及应用,应用：碳钢、低合金钢、不锈钢、耐热钢，中、厚板平焊长直缝，大直径d250mm环缝。是当今焊接生产中使用最普遍的焊接方法之一。,2、埋弧焊特点及应用,气体保护电弧焊用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。保护气体通常有两种：惰性气体，包括氩弧焊、氦气焊、混合气体保护焊等；C02气体，简称C02焊。,电弧焊（三） 气体保护电弧焊,氩弧焊：用氩气保护电弧区和焊接区的弧焊方法。氩弧焊的质量较高：Ar是惰性气体；单原子分子气体。但氩气电离势高，引弧较困难。氩弧一旦引燃，电弧燃烧非常稳定，熔化的焊丝熔滴很容易呈稳定的轴向射流过渡，飞溅极小。 根据所用电极的不同，氩弧焊分为 熔化极氩弧焊 非熔化极氩弧焊,（一）氩弧焊,1）原理及特点（1）原理（2）分类按操作方式钨极氩弧焊分为：a.手工钨极氩弧焊焊枪的移动和填充焊丝的添加完全靠操作者手工操作。b.自动钨极氩弧焊如果工件固定焊枪移动，则焊枪移动和填充焊丝的送进完全依靠机械自动进行。按焊件电源分为直流和交流钨极氩弧焊直流焊又分为直流正接、直流反接和直流脉冲三种；交流焊分为正弦波交流、矩形波（方波）交流两种。,1、钨极氩弧焊（非熔化极氩弧焊）,钨极氩弧焊原理,机械保护效果好，能有效地隔绝电弧和周围的空气，因而可成功地焊接易氧化、氮化及化学活泼性强的有色金属、不锈钢和各种合金。电弧热源与填充焊丝分别控制，易于实现单面焊双面成形，填充焊丝不通过电弧，故不会产生飞溅，焊缝金属纯净，焊缝成形美观，焊接质量优良。电弧稳定，即使在很小的焊接电流下 （10A）时仍可稳定燃烧，特别适用于薄板，超薄板的焊接。明弧无渣，熔池可见度好，便于控制，易于实现机械化、自动化和全位置焊接；焊接热影响区和变形小。因为电弧在压缩气流下燃烧，热量集中，焊缝周围气流冷却所致。氩气昂贵，设备造价高，且氩气无脱氧去氢作用，焊前清理要求严格。只能在室内进行。,（3）特点,2）各种电流钨极氩弧焊特点及应用,阴极清理作用亦称为“阴极雾化”或“阴极破碎”作用，仅在直流反接时才具有的一种去除焊件表面氧化膜的作用。 去除氧化膜的机理：熔池表面被质量大的正离子撞击，致使氧化膜破碎而被去除。多用交流，其负半周可消除氧化铝薄膜；I不能太大，以防钨合金熔化，钨极氩弧焊口适用于4mm薄板。脉冲钨极氩弧焊还适于焊接0.8mm以下的薄板。,阴极清理作用,2）应用 钨极氩弧焊几乎可焊接所有金属和合金，但对于低熔点（低沸点）和易蒸发的Pb、Sn、Zn则难以焊接。从生产率考虑所焊板材以3mm以下为宜。 对于某些厚壁压力容器和管道要求焊透的坡口打底焊、全位置焊和窄间隙焊也可适用。 窄间隙焊接厚板对接接头，焊前不开坡口或只开小角度坡口开留有窄而深的间隙，采用气体保护焊或埋弧多层焊的焊接。,1、钨极氩弧焊（非熔化极氩弧焊）,1）原理,2、熔化极气体保护弧焊,熔化极气体保护弧焊原理,应用 熔化极气体保护弧焊常用于焊接中厚板工件。,2、熔化极气体保护弧焊,氩弧焊的 应用,氩弧焊几乎可用于焊接所有金属和合金，但氩气较贵，成本高，目前主要适于焊接铝、钛及其合金、稀有金属锆、钼、不锈钢、耐热钢等。,特点(与手工电弧焊及埋弧焊相比)：生产率高。 成本低。手工电弧焊及埋弧焊的40%50%。能耗低。适用面广。可适用于各种位置的焊接。薄板可焊1mm左右。抗锈能力强。明弧无渣，熔池便于监控，易于实现焊接过程机械化和自动化。,（二）二氧化碳气体保护焊,应用：CO2电弧焊由于有氧化性，合金元素易烧损主要用于低碳钢及低合金钢等黑色金属的焊接。对于不锈钢，只能用于对焊缝性能要求不高的不锈钢焊件。,（二）二氧化碳气体保护焊,压焊（一） 电阻焊,电阻焊：焊件组合后通过电极施加压力,利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态,使之在压力条件下形成接头的焊接方法。 分类： 电阻焊按工艺特点主要分有：点焊、缝焊、凸焊和对焊； 按所用电流波形分有交流、直流和脉冲电流三大类。 每种电阻焊方法按所用电流波形不同又组合成若干小类。,点焊：将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，接通电流后利用电阻热将焊件局部熔化，形成焊点的方法。点焊分类 按供电方式分为：单面、双面和间接点焊； 按一次形成的焊点数分：单点、双点和多点点焊； 按焊接电流波形可分为：工频、电容储能、直流冲击波、三项低频点焊和次级整流点焊。,点 焊,点 焊,应用 点焊适合于制造可以采用搭接接头不要求气密、厚度小于3mm的冲压、轧制的薄板构件。 可焊材料为低碳钢、淬火钢、镀锌钢板、不锈钢、铝合金和铜合金等。,点 焊,点 焊,缝焊：焊件装配成搭接或对接接头并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，从而产生一连串熔核相互搭叠的密封焊缝的电阻焊方法。,缝 焊,缝焊,分 类按通电和工件运动方式分为：连续缝焊、断续缝焊和步进焊缝三种。 连续缝焊滚盘连续转动，电流不断通过工件。 此方法在制桶、制罐工业中获得应用。 断续缝焊滚盘断续转动，电流断续通过工件形成的焊缝由彼此搭接的熔核组成。 广泛用于1.5mm以下的各种钢，高温合金和钛合金的焊接。 步进缝焊滚盘断续转动，电流在滚盘不动时通过工件。 多用于铝镁合金的焊接。,缝 焊,应 用 缝焊广泛应用在家用电器，交通运输及航空航天等工业中要求密封性的接头制造上，有时也用来连接普通鈑金件。 被焊材料厚度通常在0.12mm。 可焊材料为低碳钢、合金结构钢、不锈钢、耐热钢、铝合金和钛合金等。 铜不能缝焊、黄铜也难以缝焊。,缝 焊,凸焊是在一个焊件的贴合面上预先加工出一个或多个凸起点，使其与另一焊件表面相接触加压并通电加热，凸点压塌后，使这些触点形成焊点的一种电阻焊方法。凸焊分为五类：单点，多点凸焊、环焊、T形焊、滚凸焊和线材交叉凸焊凸焊是在点焊基础上发展起来的。,凸 焊,应用 凸焊主要用于焊接低碳钢和低合金钢的冲压件。除可进行板件凸焊外，还可进行螺帽、螺钉类零件的凸焊，线材交叉凸焊，管子凸焊和板材T型凸焊。 板件凸焊最佳厚度为0.54mm。 凸焊不适宜于铝、铜、鎳等软金属。,凸 焊,对焊：把两焊件端部相对放置并沿轴线对准，利用焊接电流加热，然后加压完成焊接的电阻焊方法。 可分为电阻对焊和闪光对焊两类。电阻对焊先将两焊件压紧，然后在压紧的状态下通电焊接。 仅适宜焊接截面面积小于250mm，端面形状相同(棒或厚壁管)，氧化物易于挤出的材料，如碳素钢、不锈钢、铜和铝等。 它具有接头光滑、毛刺小、焊接过程简单的特点。,对 焊,对 焊,连续闪光焊,闪光对焊先接通电源，然后逐步使两焊件端面靠近，开始是端面个别点接触导电，因通过电流密度很大，接触点很快熔化并爆破，随焊件的再靠近接触点在端面上随机不断产生与爆破（产生闪光），使焊件端面加热均化，然后迅速顶锻完成焊接。 闪光对焊分为连续闪光焊和预热闪光焊两种。,对 焊,连续闪光焊由闪光阶段和顶锻阶段两个主要阶段连续完成。 主要适用于断面为1000mm2左右的闭合拼口焊，如车圈、铝窗等。预热闪光焊则在闪光阶段之前先使工件接触用断续电流反复几次加热焊件，然后再进入闪光和顶锻两个阶段。 适合于焊500010000mm2大型截面黑色金属零件，如钢轨的接长。 凡是可以锻造的金属都能进行闪光焊，有低碳钢、中高强度低合金钢、工具钢、不锈钢、铜合金、铝合金、镁合金和钛合金。如仔细控制焊接条件,甚至可以焊接许多异种金属组件。,对 焊,3）对焊应用范围： 带钢、型材、石油和天然气输送管道的对焊接长； 自行车、摩托车轮圈、链环对焊； 锻造冲压、轧制、机械加工零件拼焊成复杂零件； 刀具刃部(高速钢)与柄部(中碳钢)、铜、铝导电接头对接焊等。,对 焊,压焊（一）摩擦焊,摩擦焊利用焊件接触面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使工件端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻加压，完成焊接的一种压力焊方法。分类 根据工件相对摩擦运动轨迹分为旋转摩擦焊和轨道摩擦焊两种。 根据机械供给方式可分为连续驱动摩擦焊和惯性摩擦焊。,摩擦焊主要应用范围代替锻造、铸造和部分机械加工。凡是接头部分具有紧凑回转断面，几乎都可以采用摩擦焊的方法。可以焊接大多数同种或异种金属。 高温时，塑性良好的同种金属以及能够互相固溶和扩散的异种金属，都具有良好的焊接性。 高温强度高、塑性低、导热性好的材料不容易焊接，如不锈钢铜、硬质合金钢等。 活性金属、淬硬性好的钢材，表面氧化膜不易破碎或有镀膜、渗层及摩擦系数太小的金属很难焊接。,压焊（一）摩擦焊,摩擦焊,三、钎 焊,原理及特点 钎焊常以搭接接头形式装配，焊件之间保持很小的间隙，采用熔点比母材熔点低的金属材料作为钎料。在低于母材熔点而高于钎料熔点的温度下加热，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接的焊件方法。,它与熔焊相比有以下优点： 加热温度低，对母材组织影响小，并且容易保证焊件的尺寸精度。 可实现异种金属或合金，金属与非金属的连接。 某些焊接方法可一次焊接完成几十条或几百条钎缝，生产率高。,三、钎 焊,1）按钎料熔点分类可分为软钎焊和硬钎焊两类； 软钎焊所用钎料熔点低于450的钎焊。钎料的熔点在450以下，接头强度低，一般为60-190Mpa，工作温度低干100 。较好的焊接工艺性。 常用的软钎料：锡铝合金，亦称锡焊。 钎剂：松香、氯化锌溶液。 硬钎焊所用钎料熔点高于450的钎焊。钎料熔点在450 以上，接头强度较高，均在200MPa以上工作温度较高。 常用的硬钎料：铝基、银基、铜基合金， 钎剂：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。,钎焊方法分类、特点及应用,2）按应用热源分类可分为火焰钎焊，电阻钎焊，感应钎焊，炉中钎焊和浸沾钎焊 （1）火焰钎焊所用可燃气体可以是乙炔，丙烷，石油气，雾化石油，煤气等。助燃气体为氧气和压缩空气。火焰钎焊设备简单轻便，容易自制，燃气来源广泛。 主要用于铜基钎料或银基钎料焊碳钢，低合金钢，不锈钢，铜及铜合金的薄壁和小型焊件。也用铝基钎料钎焊及铝合金。 （2）电阻钎焊它和电阻焊相似，依靠焊接电流通过钎焊处产生的电阻热来加热焊件和熔化钎料。 适用于钎焊接头不太大，形状简单的零件。目前主要用于刀具，带锯，电机定子线圈的连接，电触头，集成电路块和晶体管等元件的连接。,钎焊方法分类、特点及应用,（3）感应钎焊焊件的待钎焊部位置于交变磁场中，通过它在交变磁场中产生的感应电流的电阻热来完成钎焊的方法。 广泛用于钢，不锈钢，铜及铜合金，高温合金等具有对称形状零件的钎焊，它特别适合于管件套接，管和法兰，轴与轴套之类的连接； （4）炉中钎焊利用电炉来加热焊件的钎焊方法。炉中钎焊分空气炉中钎焊保护气氛中钎焊和真空炉中钎焊三种。 特点是焊件整体加热，加热均匀，焊件变形小，加热慢。但一炉可以同时钎焊多件，进行批量生产，弥补了加热慢的不足。,钎焊方法分类、特点及应用,（5）浸沾钎焊又称为液体介质中钎焊，是把焊件整体或局部的浸入盐混合溶液或钎料溶液中，并依靠这些液体介质的热量来实现钎焊。 浸沾钎焊按液体介质不同可分为盐浴钎焊和熔化钎料浸沾钎焊两类； 盐浴钎焊主要用于硬钎焊，盐液既起加热作用又起保护作用。 熔化钎料浸沾钎焊主要用于软钎焊，焊接钢，铜及铜合金，特别是那些钎缝多而密集的产品，如蜂窝或换热器，电机电枢，汽车水箱。,钎焊方法分类、特点及应用,3、钎焊方法选择,【教学内容】(1) 金属材料焊接性的概念、评价金属材料焊接性的方法。(2) 常用金属材料焊接特点。【教学目标】(1) 掌握金属材料焊接性的概念；(2) 了解常用金属材料焊接特点。,第四节 常用金属材料的焊接,1、焊接性概念： 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，称为焊接性。金属材料的焊接性受材料、焊接方法、构件类型及使用要求四个因素的影响，主要因素是金属材料的种类、化学成分和性能。2、金属焊接性的评价方法 1）直接试验法：一般按相应的国家标准规定来进行。 2）间接评估法：有碳当量法、冷裂敏感系数法等,一、金属材料的焊接性,(1)碳当量法 将钢中的合金元素(包括碳)的含量按其对焊接性影响程度换算成碳的相当含量，其总和称为碳当量，用符号CE表示。国际焊接学会推荐的碳钢和低合金高强钢碳当量计算公式为： CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15 () CE值越高，淬硬倾向越大，冷裂敏感性也越大，焊接性越差。当CE0.6时，淬硬倾向大，易产生冷裂纹，焊接性差。,金属焊接性的评价方法,(2)冷裂敏感系数法 先根据钢材的化学成分、熔敷金属中扩散氢含量(H)和构件板厚()计算冷裂敏感指数PCM和冷裂敏感系数PW，然后利用PW确定所需预热温度T。 适用于低碳(0.07-0.22C)，且含多种微量合金元素的低合金钢。,金属焊接性的评价方法,1低碳钢焊接含C0.25%，塑性好，可焊性好。 手工电弧、埋焊、气体保护焊、电阻焊等。 一般不需采取特殊工艺措施， 对于50mm的结构，尤其-10以下，需预热50， 焊后去应力退火或正火，防内应力变形、开裂。,二、碳钢的焊接,中碳钢0.25%0.6%C焊时，热影响区组织淬硬倾向增大，较易出现裂纹和气孔，主要焊条电弧焊。工艺措施：1）焊前预热，焊后缓冷。若焊件无法预热，应选用奥氏体不锈钢焊条进行焊接。2）选用碱性低氢焊条。3）坡口并采用细焊条，小电流，多层焊。高碳钢0.6%C，淬硬倾向大，易出现各种裂纹和气孔，焊接性差，一般用于破损工件的焊补。通常采用焊条电弧焊或气焊。,2中、高碳钢焊接,常用手弧焊和埋弧焊，也可气体保护焊接。强度级别较低的低合金结构钢(s400MPa)，CE0.40.6%，可，淬硬、冷裂 ，与中C钢相同，预热、低H焊条，焊后热处理。,三、低合金结构钢的焊接,奥氏体型不锈钢在不锈钢焊接中应用最广。奥氏体型不锈钢虽然Cr，Ni元素含量较高，但C含量低，焊接性良好，焊接时一般不需要采取工艺措施。不锈钢焊接的常用方法是焊条电弧焊和钨极氩弧焊，也可埋弧焊。,四、不锈钢焊接,1、铸铁焊接特点： 1）焊接接头易产生白口组织，难加工。 2）易产生裂纹 3）焊缝易产生气孔和夹渣 4）适于平焊 2铸铁的焊补分类 根据焊前预热温度，分为两种： 冷焊法 热焊法,五、铸铁的焊补,1）冷焊法 不预热(或局部预热至300400)，焊后缓冷。特点：生产率高，成本低，质量较差，靠焊条调整焊缝化学成分，防白口、裂纹。应用：不能预热或不便预热处。应尽量多用。常用的焊补方法：焊条电弧焊。常用的焊条： （1）镍基铸铁焊条：焊缝金属有良好的抗裂性和加工性，但价格较贵，主要用于重要铸铁件。 （2）纯铁芯焊条、低碳钢芯铸铁焊条与铁基铸铁焊条：熔合区和焊缝区易出现白口组织和裂纹，适于非加工面或刚度小的小型薄壁件的焊补。,五、铸铁的焊补,预热至600700（整或局），并在此温度下施焊，焊后缓冷或在600700保温消除应力。特点：热焊法焊前预热，受热均匀，防白口、裂纹，焊后质量好，易加工。但成本高，生产率低，劳动条件差。应用：一般用于焊补后还需机械加工的复杂、重要铸铁件，如汽车的缸体、缸盖和机床导轨等。常用的焊补方法：焊条电弧焊和气焊。 焊条电弧焊：中等厚度以上(l0mm)的铸铁件，选用铁基铸铁焊条或低碳钢芯铸铁焊条。 气焊：10mm以下薄件。用气焊火焰预热和缓冷焊件，选用铁基铸铁焊丝并配合焊剂使用。,2）热焊法,1、铜及铜合金的焊接1）特点： (1) 难熔合、难焊透 (2) 易变形及热裂纹倾向大 (3) 易产生气孔 （4）接头质量不好 合金元素易氧化，且组织粗大 2）措施： 焊接强热源设备和焊前预热；严格限制杂质含量，加入脱氧剂，控制氢来源；焊后采用退火处理以消除应力等。,六、非铁金属的焊接,3）方法 氩弧焊（最佳），气焊，埋弧焊和钎焊 紫铜、青铜：气焊中性焰。 黄铜：气焊，微氧化焰含硅焊丝。 紫铜及合金也可用埋弧焊，用相应铜及合金焊丝。 铜及铜合金的钎焊性优良，硬钎焊时采用铜基钎料、银基钎料，配合硼砂、硼酸混合物等作为钎剂；软钎焊时可用锡铅钎料，配合松香、焊锡膏等作为钎剂。,1、铜及铜合金的焊接,1）特点： （1）极易氧化（2）易生成气孔 （3）易烧穿 （4）难焊透（5）易热裂纹2）方法可用氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊。焊接质量要求高，用Ar焊。 焊接质量要求不高，用气焊，中性焰，多用焊薄板（0.52mm）； 电阻焊点、缝焊，焊薄板； 钎焊。 注意： 焊前严格清理工件。,2、铝及铝合金的焊接,1）特点： （1）氧化污染及接头脆化（2）易冷裂纹 （3）易生成气孔2）方法： 主要采用氩弧焊，还可采用等离子弧焊、真空电子束焊和钎焊等。 采用钨极氩弧焊焊接钛及钛合金工艺比较成熟，但焊前的清理工作，焊接中工艺参数的选定和焊后热处理工艺都要严格控制。 焊接质量可通过接头颜色初步鉴别：银白色表示保护效果最好。,3钛及钛合金的焊接,第五节 材料的粘接,粘接技术与发展粘接是借助于物理化学过程形成两种固态物体永久性连接的一种技术。粘接作用仅发生在表面及薄层，其实质是一种界面现象。常用胶接、热熔粘接和熔剂粘接法。,粘接技术与发展,1、胶粘剂粘接法（胶接）1）粘接是指利用胶粘剂将各种材质、形状、大小、厚薄、软硬相同或不同的胶接件连接成为连续牢固稳定的整体的一种工艺方法，粘接又称为胶接、粘合。2）胶粘剂是一种靠界面的粘附和物质的内聚等作用产生的粘合力，将各种材料牢固地连接在一起的物质，也称为粘合剂、粘接剂，或简称为胶。3）粘接技术是以适宜的胶粘剂，采用适当的接头形式和合理的粘接工艺而达到连接目的的一种方法。 被粘接的物体称为粘接件或粘接对象。,2、热熔粘接法 利用加热使粘接面熔融，然后叠合加压、冷却凝固达到粘接的目的。 它适用于结晶性热塑性塑料(有较明显的熔点)之间的粘接，大多数热塑性塑料，加热至150300即可粘接。,粘接技术与发展,3、溶剂粘接法 接头表面处受单纯熔剂或含塑料的溶剂溶融后粘接成一体。 适于非结晶性（无明显熔点）的热塑性塑料。 热熔粘接法和溶剂粘接法只适用于热塑性塑料的连接，对于热固性塑料只能使用其它连接方法。这两种粘接方法与胶粘剂法共同构成三种粘接方法。,粘接技术与发展,粘接技术的基本原理,1、粘接的一般过程表面处理、涂敷、固化。2、固体表面特征粘接实质上是一种界面现象，与固体表面特征休戚相关。固体表面具有复杂性、粗糙性、多孔性、高能性、吸附性。实际的固体表面由吸附气体、吸附水膜、氧化物、油脂、尘埃等组成。,粘接技术的基本原理,3、粘接作用的形成 必要条件：胶粘剂对被粘物表面的充分湿润充分条件：粘接剂与被粘物间形成足够的粘附力两者必须同时存在。,4、几种粘接理论简介(1)机械嵌合理论：这是对粘接解释的最早的理论，认为粘附力来自两表面间的机械嵌合，好像轮船铁锚抛在海底一样。(2)吸附理论：该理论认为粘附力是分子间力(范德华力和氢键)的作用。这是被较为普遍接受的理论。(3)静电理论：该理论认为粘附力是界面层静电相互吸引产生的。(4)扩散理论：该理论认为粘附力是被粘物与胶粘剂分子相互扩散纠缠形成的。粘接是涉及面广而机制复杂的问题，不同的粘接系统可能有不同的粘接机理。,粘接技术的基本原理,胶粘剂,1、胶粘剂胶粘剂（胶）：靠界面的粘附（来源于次价键力或主价键力）及物质的内聚（物质内部本身的主价键力，次价键力）等作用产生的粘合力，将两相物体牢固连接。是实现胶接的关键。粘附是指两个表面依靠化学力、物理力，或者两者兼有的力结合在一起的状态。两相之间产生的粘附力来源于次价键力或主价键力。内聚是指单一物质内部依靠主价键力、次价键力结合在一起的状态。内聚力与分子间力、相对分子质量、交联程度、分子缠绕等因素有关。,选择时应满足下列要求：不论是何种状态，在涂敷时应呈现液态。对被粘物表面能够充分湿润。必须能使其从液态向固态进行状态转变，形成坚韧的胶层。固化后有一定的强度，可以传递应力，抵抗破坏。能够经受一定的时间考验。,胶粘剂,胶粘剂,2、胶粘剂的组成胶粘剂的组成因其来源（天然与合成）不同而差异很大。天然胶粘剂的组成比较简单，多为单一组分，而合成胶粘剂则较为复杂，由多种组分配制而成，以获得优良的综合性能。胶粘剂的组成：粘料、固化剂、促进剂、增塑剂、增韧剂、稀释剂、溶剂、填料、耦联剂、防老剂、阻燃剂、增粘剂、阻聚剂等。其中粘料是必不可少的，其余的组分则要视性能要求决定是否加入。,粘料：也称基料或胶料，是使两个被粘物体结合在一起时起主要作用的组分，是决定胶粘剂性能的基本成分。可作为胶粘剂粘料的有下列各类物质：天然、改性天然高分子化合物、合成高分子化合物（胶粘剂中性能最好、用量最多的粘料，包括热固性树脂、热塑性树脂、合成橡胶、热塑性弹性体等）、有机化合物、无机化合物。,胶粘剂,3、胶粘剂的分类常用的分类