材料成形工艺20120508

1、材料成形工艺宁波工程学院周志斌2012.05.08fusion weldingpressure weldingsoldering气焊气焊电渣焊电渣焊等离子弧焊等离子弧焊电子束焊电子束焊激光焊激光焊埋弧焊埋弧焊氩弧焊氩弧焊COCO2 2保护焊保护焊气体保护焊气体保护焊手工电弧焊手工电弧焊电弧焊电弧焊熔化焊熔化焊摩擦焊摩擦焊爆炸焊爆炸焊超声波焊超声波焊扩散焊扩散焊点焊点焊缝焊缝焊对焊对焊电阻焊电阻焊压力焊压力焊软钎焊软钎焊硬钎焊硬钎焊钎焊钎焊常用焊接方法常用焊接方法焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊焊第二节 电阻焊电阻焊 点点焊焊、缝焊、对、缝焊、对 焊焊等。等。的的 工件接触电阻热；工件接触电阻热； 达到局

2、部熔化或达到局部熔化或 塑性状态；塑性状态；压力作用下压力作用下1、点 焊1 1）点焊时的加热）点焊时的加热 电阻热：电阻热： Q=I2Rt （R=2Rw+Rc+2Rew） R Rewew （电极焊件间接触电阻）的热量作用小；的热量作用小； R Rw w （工件电阻）的热量加热的热量加热焊件焊件; ; R Rc c（工件接触面接触电阻）（工件接触面接触电阻）与与压力、材料性质、表面状态压力、材料性质、表面状态及温度有关。及温度有关。 二、二、2 2）点焊时熔核的形成过程）点焊时熔核的形成过程 贴合面边缘电流大，热强度大，形成塑性贴合面边缘电流大，热强度大，形成塑性环，保持熔核正常生长。环，保持

3、熔核正常生长。3）点焊特征： 焊件依靠熔核焊件依靠熔核连接，接头质量连接，接头质量与熔核尺寸、熔与熔核尺寸、熔核及邻近区的组核及邻近区的组织有关；织有关； 大电流、短时大电流、短时间操作；间操作；4）点焊电极结构设计：结构设计： 1. 1. 满足强度、刚度满足强度、刚度及冷却条件的要求；及冷却条件的要求； 2.2.采用锥形或球面端采用锥形或球面端面，其直径或球面半径取面，其直径或球面半径取决于工件厚度、熔核尺寸。决于工件厚度、熔核尺寸。功能：功能：导电、导热、传递压力；导电、导热、传递压力；材料：材料：导电率、导热率、导电率、导热率、 高温硬度高高温硬度高 。 常用铜和铜合金：常用铜和铜合金：

4、 如如 CuZrNb ， Cu CrZr ， CuCoCrSi）。 各种点焊电极5) 点焊方法 a a 双面点焊双面点焊 b b 单面单点焊单面单点焊 c c 单面多点焊单面多点焊 d d 单面双点焊单面双点焊 单单 6) 6) 点焊设备及应用点焊设备及应用7） 点焊循环点焊过程：点焊过程：预压预压焊接焊接 维持维持休止休止 预压（预压（F0, I=0 F0, I=0 ） 焊接（焊接（F=F=F Fw w 、I=I=I Iw w） 维持（维持（F0, I=0 F0, I=0 ） 休止（休止（F=0, I=0 F=0, I=0 ） 回火（回火（F=Fw,0I,F=Fw,0I,IwIw) )8)

5、点焊工艺参数点焊工艺参数主要指焊接电流主要指焊接电流 I Iw w、焊接时间、焊接时间t tm m、焊接压、焊接压力力F Fw w要求控制适当。要求控制适当。 电流过低不能形成熔核，过高则造成飞溅。电流过低不能形成熔核，过高则造成飞溅。时间过长，焊点组织变差。时间过长，焊点组织变差。焊接压力影响电阻和焊焊接压力影响电阻和焊件向电极的散热。件向电极的散热。过小过小前期飞溅；前期飞溅；过大过大熔核尺寸小，焊熔核尺寸小，焊透率下降。透率下降。熔核熔核塑性环塑性环工件工件上列点焊工艺参数中，最重要的是焊接电流。上列点焊工艺参数中，最重要的是焊接电流。熔核，熔核， 缝焊是在一对盘式滚动电极之间进行的一种

6、电缝焊是在一对盘式滚动电极之间进行的一种电阻焊。成形过程与点焊相似。其不同点只是电极连阻焊。成形过程与点焊相似。其不同点只是电极连续转动，使得焊点有一定重叠而形成了连续焊缝。续转动，使得焊点有一定重叠而形成了连续焊缝。2、缝 焊连续缝焊连续缝焊断续缝焊断续缝焊步进缝焊步进缝焊1） 缝焊的应用特点 应用最广的是应用最广的是断续缝焊断续缝焊。主要是电极转。主要是电极转动，间隙供电，电极不致过热。焊接表面质动，间隙供电，电极不致过热。焊接表面质量尚好。量尚好。 焊接质量最好的是焊接质量最好的是步进缝焊步进缝焊。其焊接过程。其焊接过程与与电极转动一定角度便停顿一段时电极转动一定角度便停顿一段时间。停顿

7、瞬间通电压焊。间。停顿瞬间通电压焊。 连续缝焊连续缝焊中，电极和工件表面都容易烧损，中，电极和工件表面都容易烧损，电极磨损严重。一般用于小功率焊机焊接薄电极磨损严重。一般用于小功率焊机焊接薄板或不重要结构。板或不重要结构。缝焊的工艺参数有：缝焊的工艺参数有：点距：点距：为焊点直径的为焊点直径的 30 50，形成一定重叠；，形成一定重叠；电极压力电极压力（ 200010000 N N），），比点焊要大一些；比点焊要大一些；电极直径电极直径（200250 mm）及其工作表面宽度及其工作表面宽度（B= 38mm ）；）；焊接循环时间：焊接循环时间：通电时间和间隙时间之和；通电时间和间隙时间之和；焊接

8、速度：焊接速度： 0.5 3 m/min；焊接电流：焊接电流：比点焊大比点焊大20 50 。 2）缝焊的工艺参数注意：焊件材料不同，缝焊（主要指断续缝焊）注意：焊件材料不同，缝焊（主要指断续缝焊） 的工艺参数亦不同。的工艺参数亦不同。 对焊是一种高效率且易于实现过程自动化对焊是一种高效率且易于实现过程自动化的电阻焊。常用于接长焊件或毛坯，焊接环形的电阻焊。常用于接长焊件或毛坯，焊接环形和闭合焊件以及冲焊结构，如自行车钢圈、汽和闭合焊件以及冲焊结构，如自行车钢圈、汽车车轮轮网等。车车轮轮网等。3、对 焊1）电阻对焊 起先预热，工件平整端面全接触并予夹紧，通起先预热，工件平整端面全接触并予夹紧，通

9、电后，电阻热使工件端部迅速加热至塑性状态电后，电阻热使工件端部迅速加热至塑性状态（碳钢（碳钢100010001200 1200 ），再行施加较大预锻力，），再行施加较大预锻力，断电冷却后获得良好对接接头。图中可见，对焊断电冷却后获得良好对接接头。图中可见，对焊时沿工件长度方向温度分布不均匀，接头处最高。时沿工件长度方向温度分布不均匀，接头处最高。对焊形式对焊形式2）闪光对焊 将工件夹紧后先通电，接触点强热熔化并爆破将工件夹紧后先通电，接触点强热熔化并爆破出现火光飞出，工件逐渐接近而形成出现火光飞出，工件逐渐接近而形成“闪光闪光”以加以加热工件，直至接头端部受热局部熔化，达到一定温热工件，直至接

10、头端部受热局部熔化，达到一定温度后突然加一个大的顶锻压力，待断电冷却即成对度后突然加一个大的顶锻压力，待断电冷却即成对接接头。接接头。 该过程可分解为预热、闪光、顶锻三阶段。该过程可分解为预热、闪光、顶锻三阶段。常用对接焊头形式常用对接焊头形式4）高频焊v 什么是高频焊？什么是高频焊？ 利用流经焊件连接面的高频电流所产生的电阻利用流经焊件连接面的高频电流所产生的电阻热作为热源，使该表面达到熔化或者塑性状态，同热作为热源，使该表面达到熔化或者塑性状态，同时施加或者不施加顶锻力，使金属结合的一种方法时施加或者不施加顶锻力，使金属结合的一种方法. . 挤压辊挤压辊焊缝焊缝v高频焊的特点高频焊的特点

11、速度高速度高热影响区小热影响区小清理要求低清理要求低高频对设备人体有危害高频对设备人体有危害振荡器件寿命短振荡器件寿命短v高频焊的应用高频焊的应用 管件纵缝焊接管件纵缝焊接第三节 钎焊 1 1、什么是钎焊、什么是钎焊 ？采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料对母材间隙表面的毛细作用，度，利用液态钎料对母材间隙表面的毛细作用，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。的方法。2、 钎焊的分类 硬钎焊（硬钎焊（Bra

12、zing)Brazing)： 钎料熔点高于钎料熔点高于450 450 的钎焊的钎焊. . 常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。常用的钎料有铜基、银基、铝基、镍基等合金。 钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。钎剂常用硼砂、硼酸、氯化物、氟化物等。 加热方法有火焰加热、盐浴加热、炉内加热、电加热方法有火焰加热、盐浴加热、炉内加热、电阻加热、高频感应加热等。阻加热、高频感应加热等。 软钎焊软钎焊(Soldering(Soldering）： 钎料熔点低于钎料熔点低于450 450 钎焊钎焊. . 常用的钎料为锡、铅钎料。焊剂为松香、松香酒精常用的钎料为锡、铅钎料。焊剂为松香、松香酒精溶液、氯化

13、锌溶液等，多用烙铁加热。溶液、氯化锌溶液等，多用烙铁加热。如何进行如何进行钎焊呢？钎焊呢？ 应当注意以下几点：应当注意以下几点： 1 1）焊件接头表面清理干净。清除油污、氧化物并）焊件接头表面清理干净。清除油污、氧化物并脱水烘干；脱水烘干； 2 2）配用合适的钎料与钎剂。钎剂的作用是通过化）配用合适的钎料与钎剂。钎剂的作用是通过化学反应清除氧化皮，改善钎焊表面的润湿性；学反应清除氧化皮，改善钎焊表面的润湿性； 3 3）选定钎焊方法；）选定钎焊方法； 4 4）选择和控制好钎焊接头间隙；）选择和控制好钎焊接头间隙； 5 5）计算接头搭接长度；）计算接头搭接长度； 6 6）确定钎焊工艺参数，包括钎焊

14、温度、加热速度、）确定钎焊工艺参数，包括钎焊温度、加热速度、保温时间和冷却速度等。保温时间和冷却速度等。3、 钎焊工艺4、 钎焊的应用 钎焊适合各种金属与非金属材料的焊接。但钎焊适合各种金属与非金属材料的焊接。但是，各种合金或材料的焊接工艺是不尽相同的，是，各种合金或材料的焊接工艺是不尽相同的，需要针对具体材料科学制定。需要针对具体材料科学制定。 第十二章 金属构件焊接工艺设计第一节 金属材料的焊接性金属材料的焊接性是指被焊金属在一定的焊接条件下，获得优质焊接接头的难易程度。金属材料焊接性好与差，与采用的焊接方法，焊接材料和焊接工艺有关。(1)接合性能指在给定的焊接工艺条件下，形成完好焊接接头

15、的能力，特别是接头对产生裂纹的敏感性。(2)使用性能指在给定的焊接工艺条件下，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他特殊性能(如耐高温、耐腐蚀、抗疲劳等)。2.钢的焊接性评定方法钢是焊接结构中最常用的金属材料，因而评定钢的焊接性显得尤为重要。(一)碳素钢和低合金结构钢的焊接1.碳素钢的焊接(1)低碳钢的焊接Q235、10、15、20等低碳钢是应用最广泛的焊接结构材料，由于wC低于0.25%，塑性很好，淬硬倾向小，不易产生裂纹，所以焊接性最好。1)在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应该进行预热，否则容易产生裂纹。2)重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力。表低

16、碳钢焊接材料的选择(2)中碳钢的焊接中碳钢的wC在0.25%0.60%之间，随wC增加，淬硬、冷裂倾向增大，焊接性逐渐变差。(3)高碳钢的焊接高碳钢的wC大于0.60%，其焊接特点与中碳钢基本相同，但淬硬和裂纹倾向更大，焊接性更差。2.低合金结构钢的焊接低合金结构钢按其屈服强度分成Q295、Q345、Q390、Q420、Q460，这类钢随强度级别的提高，焊接性变差。(二)不锈钢的焊接1.奥氏体不锈钢的焊接奥氏体不锈钢具有较好的焊接性，一般不需要采取特殊的工艺措施。2.马氏体不锈钢的焊接马氏体不锈钢的焊接性能较差，其主要问题是具有强烈的淬硬和冷脆倾向，碳含量越高焊接性越差。3.铁素体不锈钢的焊接

17、铁素体不锈钢焊接的主要问题是过热区晶粒长大引起脆化和裂纹。(三)铸铁的补焊1.铸铁的补焊特点(1)焊补区易形成白口组织补焊时焊补区的碳、硅等促进石墨化元素会大量烧损，且冷却速度快，不利于石墨化，因此很容易形成硬而脆的白口组织，焊后难以切削加工。(2)焊补区易产生裂纹由于铸铁强度低，塑性差，当焊接应力较大时，易在焊补区产生裂纹。(3)焊缝中易产生气孔铸铁碳含量高，补焊时易生成CO和CO2气体，由于冷速快，熔池中的气体往往来不及逸出而形成气孔。(4)只适宜平焊铸铁的流动性好，熔池金属易流失，所以一般只适于在平焊位置施焊。2.铸铁的补焊方法铸铁补焊按补焊前是否预热可分为热焊法和冷焊法两类。(三)铸铁

18、的补焊(1)热焊法焊补前将工件整体或局部缓慢预热到600700，焊补过程中保持400以上，选择大电流连续补焊，焊后缓慢冷却。(2)冷焊法焊补前不对铸件预热或预热温度仅在400以下，用焊条电弧焊进行焊补，这种焊法简便、生产效率高、劳动条件好、成本低，但焊补质量不如热焊法。(四)铜、铝合金的焊接1.铜及铜合金的焊接(1)难焊透、难熔合这是因铜的导热系数大，焊接时热量极易散失所致。(2)裂纹倾向大主要是因铜在高温下易氧化，生成的Cu2O与铜形成低熔点共晶体分布在晶界上，从而使接头脆化。(3)焊接应力和变形较大因铜的线胀系数大，收缩率也大，加上因导热性强而热影响区宽所致。(4)易产生气孔铜在高温液态时

19、易吸气，特别是氢气，冷却凝固过程中，氢的溶解度急剧下降又来不及逸出，便在焊缝中形成气孔。(5)存在接头性能降低倾向焊接时产生的铜氧化及合金元素蒸发、烧损，特别是焊接黄铜时的锌蒸发(锌的沸点仅907)，会造成焊缝的强度、塑性和耐蚀性、导电性降低。(四)铜、铝合金的焊接2.铝及铝合金的焊接(1)易氧化铝极易氧化生成高熔点(2050)的致密氧化膜(Al2O3)，覆盖在金属表面，焊接时阻碍母材的熔化和熔合，且其密度大(约为铝的1.4倍)，不易浮出熔池，而形成焊缝夹杂。(2)易形成气孔液态铝能吸收大量氢气，铝的高导热性又使熔池迅速凝固，因此焊后冷却凝固过程中，氢来不及析出而在焊缝中形成气孔。(3)变形、

20、裂纹倾向大高温下铝的强度和塑性低，因铝的热膨胀系数和冷却收缩率大，因而焊接应力大，易产生变形和裂纹。(4)易焊穿、塌陷铝由固态加热到液态时无显著的颜色变化，操作时难以掌握加热温度而焊穿。第二节 常用焊接方法的选择表常用焊接方法的选择第三节 焊件结构工艺性(一)焊缝布置1.焊缝位置应便于焊接操作应考虑各种焊接方法所需要的施焊空间。图便于焊条伸入的焊缝布置a)不合理b)合理图便于电极伸入的焊缝布置a)不合理b)合理图利于保护气体作用的焊缝布置a)不合理b)合理图便于焊剂、熔渣存留的焊缝布置a)不合理b)合理2.焊缝布置应有利于减小焊接应力和变形(1)尽量减少焊缝数量如选用型材和冲压件作被焊材料，焊缝数量减少，不仅减小了焊接应力和变形，还能减少焊接材料消耗，提高生产率。图减少焊缝数量a)不合理b)合理(2)尽量分散布置焊缝如下图所示。图分散布置焊缝a)不合理b)合理(3)尽量对称分布焊缝焊缝的对称布置图对称分布焊缝a)不合理b)合理3.焊缝应尽量避开最大应力和应力集中部位图焊缝避开最大应力集中部位a)不合理b)合理4.焊缝应尽量避开机械加工面一般情况下，焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。图焊缝远离机械加工表面a)不合理b)合理(二)焊接接头和坡口型