第6章 材料的连接技术

1、第六章第六章 材料的连接技术材料的连接技术本章内容：本章内容： 焊接基本理论焊接基本理论 常用焊接技术与工艺特点常用焊接技术与工艺特点（重点）（重点） ； 焊接方法的选择焊接方法的选择（难点）（难点）； 焊接结构工艺性焊接结构工艺性（重点）（重点）。第六章第六章 材料的连接技术材料的连接技术连接技术连接技术（joining technology）可拆连接可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接；：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接；永久性连接永久性连接：焊接、铆钉连接、胶接等。：焊接、铆钉连接、胶接等。成本低成本低过盈配合连接过盈配合连接既可拆，也可既可拆，也可永久连接永久连接 可拆连接可

2、经多次拆装，拆装时无需损伤连接中的任何零件，且其工作能力不遭破坏。 永久性连接是在拆开连接时，至少会损坏连接中的一个零件，所以不可拆。 6-1 焊接理论焊接理论焊接（焊接（welding）：）： 利用加热或加压手段，借助金属原子结合与扩散利用加热或加压手段，借助金属原子结合与扩散作用，使分离的金属永久的连接起来的方法。作用，使分离的金属永久的连接起来的方法。现代现代焊接方法：焊接方法：熔化焊、压力焊、钎焊。熔化焊、压力焊、钎焊。主要特点：主要特点： （1 1）节省材料，减轻质量；）节省材料，减轻质量； （2 2）简化复杂零件和大型零件的制造；）简化复杂零件和大型零件的制造； （3 3）适应性好

3、；可实现特殊结构的生产；）适应性好；可实现特殊结构的生产； （4 4）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连）满足特殊连接要求；可实现不同材料间的连 接成型；接成型； （5 5）降低劳动强度，改善劳动条件。）降低劳动强度，改善劳动条件。主要应用：主要应用： （1 1）制造金属结构件，如桥梁、轮船等；）制造金属结构件，如桥梁、轮船等； （2 2）制造机器零件和工具；）制造机器零件和工具； （3 3）修复。）修复。气门芯气门芯 利用利用焊条焊条与与工件工件间产生的间产生的电弧热电弧热，将工件和，将工件和焊条熔化焊条熔化成成为为熔池熔池，药皮燃烧药皮燃烧分解形成分解形成熔渣熔渣和和气体气体，保护熔池

4、内金属。，保护熔池内金属。 电弧向前移动，新的熔池形成，旧的熔池冷却凝固形成电弧向前移动，新的熔池形成，旧的熔池冷却凝固形成焊缝焊缝，熔渣凝固成，熔渣凝固成渣壳渣壳。 最后形成最后形成焊接接头焊接接头将两材料连接将两材料连接起来。起来。 焊接过程：焊接过程：以焊条电弧焊为例以焊条电弧焊为例1 23 4焊接接头示意图焊接接头示意图1-焊缝；焊缝；2-熔合区；熔合区；3-热影响区；热影响区；4-母材母材熔化焊的本质及特点熔化焊的本质及特点熔化焊的实质是金属熔化焊的实质是金属熔化与结晶的过程，熔化与结晶的过程，但但不同于炼钢和铸造不同于炼钢和铸造 。熔池存在时间短，冶熔池存在时间短，冶金过程进行不充

5、分。金过程进行不充分。温度高，氧化严重，温度高，氧化严重，热影响区大。热影响区大。冷却速度快，结晶后冷却速度快，结晶后易生成粗大的柱状晶。易生成粗大的柱状晶。一、焊接热过程及焊接热源一、焊接热过程及焊接热源 焊接热过程的特点焊接热过程的特点 1）加热的局部性）加热的局部性温度分温度分布不均布不均热应力、变形；热应力、变形； 2）焊接热源移动）焊接热源移动准稳定准稳定温度场温度场计算困难；计算困难； 3）加热速度和冷却速度极）加热速度和冷却速度极高。高。焊接热过程包括：焊接热过程包括： 焊件的焊件的加热加热、焊件中的、焊件中的热传递热传递及及冷却冷却过程。过程。对于焊接热源的要求：对于焊接热源的

6、要求： 1）能量密度高）能量密度高焊接加热区小，热量集中，生产率高；焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2）热源性能稳定）热源性能稳定保证质量；保证质量； 3）高的热效率）高的热效率节约能耗。节约能耗。 主要焊接热源有：电弧热、化学热、电阻主要焊接热源有：电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。热、等离子焰、电子束、激光束等。2. 焊接热源焊接热源 1)电弧热电弧热 气体介质中放电过程所产生的热能，是目前焊接热源中应用气体介质中放电过程所产生的热能，是目前焊接热源中应用最为广泛的一种，如手工电弧焊、埋弧自动焊等。最为广泛的一种，如手工电弧焊、埋弧自动焊等。2)化学热化学热 可燃气体

7、（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量，可燃气体（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量，如气焊。这种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。如气焊。这种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。3)电阻热电阻热 电流通过导体时产生的电阻热，如电阻焊和电渣焊。采用这电流通过导体时产生的电阻热，如电阻焊和电渣焊。采用这种热源所实现的焊接方法，都具有高度的机械化和自动化，有很高的种热源所实现的焊接方法，都具有高度的机械化和自动化，有很高的生产率，但耗电量大生产率，但耗电量大。4)高频热源高频热源 有磁性的被焊金属，利用高频感应所产生的二次电流作为有磁性的被焊金属，利用高频感

8、应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实质上也属电阻热。由于这种加热方式热量热源，在局部集中加热，实质上也属电阻热。由于这种加热方式热量高度集中，故可以实现很高的焊接速度，如高频焊管等。高度集中，故可以实现很高的焊接速度，如高频焊管等。5)摩擦热摩擦热 由机械摩擦而产生的热能，如摩擦焊。由机械摩擦而产生的热能，如摩擦焊。6)电子束电子束 在真空中，利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面，在真空中，利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为焊接热源，如电子束焊。使这种动能转化为热能作为焊接热源，如电子束焊。 7)激光束激光束 通过受激辐射而使放射增强的单色光子

9、流，即激光，它经过通过受激辐射而使放射增强的单色光子流，即激光，它经过聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源，如激光焊接等。聚焦产生能量高度集中的激光束作为焊接热源，如激光焊接等。 焊接电弧焊接电弧 电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧是指两电极之间强烈而持久的气体放电现象。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。电弧放电电压最低，电流最大，温度最高，发光最强。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。将电弧放电用作焊接热源，既安全，加热效率也高。电弧的三个区电弧的三个区 阴极区、阳极区和弧柱区阴极区、阳极区和弧柱区焊接电弧的温度焊接电弧的温度 C C和热量分布和热量

10、分布 温度温度 C 热量分布热量分布 阳极区：阳极区： 2600 43 弧柱区：弧柱区： 60008000 21 阴极区阴极区 ： 2400 36 由于电弧产生的由于电弧产生的热量热量在阳极和阴极上有一定的差异，在阳极和阴极上有一定的差异，在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：在使用直流电焊机焊接时，有两种接线方法：直流正接：直流正接：焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）焊件接正极，焊条接负极（厚板、酸性焊条）直流负接：直流负接：焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊焊件接负极，焊条接正极（薄板、碱性低氢焊 条、低合金钢和铝合金）条、低合金钢和铝合金）TT1SS焊接方向焊接方向T3T2

11、T1OxyT2温度场的等温线及温度梯度温度场的等温线及温度梯度3. 焊接温度场焊接温度场 焊接时，焊件上存在着不均匀的温度分布。同一时刻，其温度由中心向四周逐渐降低，等温曲线如图所示。 由于热源不断移动，焊件上各点的温度也在随时变化。因此，焊接温度场是不断随时间变化的。4. 焊接热循环焊接热循环 焊接过程中，焊缝附近母材上某一点，当热源移近时，将急剧升温，当热源离去后，则迅速冷却。母材上某一点所经受的随时间变化而升温和降温过程叫做焊接热循环。 焊接热循环具有加热速度快，温度高，高温停留时间短和冷却速度快等特点。 加热速度加热速度H加热最高温度加热最高温度TM相变点以上停留时间相变点以上停留时间

12、tH冷却速度冷却速度C焊焊缝缝不不同同点点温温度度随随时时间间的的变变化化二、焊接化学冶金二、焊接化学冶金焊接化学冶金过程焊接化学冶金过程： 焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。焊接区内各种物质之间在高温下相互作用的过程。 无保护的情况下在空气中焊接时，焊缝金属中含氧、氮无保护的情况下在空气中焊接时，焊缝金属中含氧、氮量显著增加，同时锰、碳等有益合金元素大量减少，这时，量显著增加，同时锰、碳等有益合金元素大量减少，这时，焊缝金属的强度虽然没有问题，但塑性和韧性急剧下降。所焊缝金属的强度虽然没有问题，但塑性和韧性急剧下降。所以，为了得到优质的焊缝金属，必须研究焊接化学冶金的特以，为了得到

13、优质的焊缝金属，必须研究焊接化学冶金的特点，找出其本身固有的规律。点，找出其本身固有的规律。 特点：特点： 从焊接材料被加热、熔化开始，经熔滴过渡，最后到达从焊接材料被加热、熔化开始，经熔滴过渡，最后到达熔池中，焊接化学冶金反应过程是分区域（如：熔池中，焊接化学冶金反应过程是分区域（如：药皮反应区、药皮反应区、熔滴反应区、熔池反应区熔滴反应区、熔池反应区）连续进行的）连续进行的 。药皮反应区药皮反应区 100-100-药皮熔点：药皮熔点：水分蒸发水分蒸发、某些物质分解某些物质分解（有机物、（有机物、碳酸盐和高价氧化物等发生分解，析出碳酸盐和高价氧化物等发生分解，析出H H2 2、COCO2 2

14、和和O O2 2等气体）等气体） 、铁合金的氧化铁合金的氧化等。等。 焊接化学冶金反应区焊接化学冶金反应区 以焊条电弧焊为例：以焊条电弧焊为例：熔滴反应区：熔滴反应区：熔滴形成、长大、落入熔池的过程：熔滴形成、长大、落入熔池的过程：气体的分气体的分解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化还原、焊缝解和溶解、金属的蒸发、金属及其合金成分的氧化还原、焊缝金属的合金化金属的合金化等，反应时间短（等，反应时间短（0.010.1s），平均温度高），平均温度高（20002800K），是冶金反应最激烈的部位，对焊缝成分的），是冶金反应最激烈的部位，对焊缝成分的影响最大。影响最大。 熔池反应区：熔池反应区

15、：熔滴、熔渣、熔化的母材金属相混合或接触阶熔滴、熔渣、熔化的母材金属相混合或接触阶段：各相间的段：各相间的物理化学反应继续物理化学反应继续进行，直至进行，直至金属凝固金属凝固，形成焊，形成焊缝。该区温度较熔滴反应区低，约为缝。该区温度较熔滴反应区低，约为18002200K，温度分布，温度分布极不均匀，反应时间较长，可持续数秒。极不均匀，反应时间较长，可持续数秒。N2和和O2的影响：的影响：Fe+OFeO，C+OCO，Mn+OMnO， Si+2OSiO2水汽的影响：水汽的影响： H2O2H+O2. 气相对焊缝金属的影响气相对焊缝金属的影响来源：焊接材料（来源：焊接材料（焊条药皮、焊剂和焊芯）焊条

16、药皮、焊剂和焊芯） 机械保护作用机械保护作用 熔渣的比重一般轻于液态金属，高温下浮在液态金属的表面，使之与空气隔离，可避免液态金属中合金元素的氧化烧损，防止气相中的氢、氮、氧、硫等直接溶入，并减少液态金属的热损失。 熔渣凝固后形成的渣壳覆盖在焊缝上，可以继续保护处在高温下的焊缝金属免受空气的有害作用。3. 熔渣及其对金属的作用熔渣及其对金属的作用作用：机械保护，冶金处理，改善成形工艺性能作用：机械保护，冶金处理，改善成形工艺性能 冶金处理作用冶金处理作用 适当的熔渣成分，可以去除金属中的有害杂质，适当的熔渣成分，可以去除金属中的有害杂质，如如脱氧、脱硫、脱磷和去氢脱氧、脱硫、脱磷和去氢。 熔渣

17、还可以起到吸附或溶解液态金属中非金属夹熔渣还可以起到吸附或溶解液态金属中非金属夹杂物的作用。焊接过程中，可通过熔渣杂物的作用。焊接过程中，可通过熔渣向焊缝中过渡向焊缝中过渡合金合金。脱硫、脱磷脱硫、脱磷：焊缝中硫和磷的质量分数超过焊缝中硫和磷的质量分数超过0.04时，极易产生裂纹。硫、时，极易产生裂纹。硫、磷主要来自基本金属磷主要来自基本金属(焊件焊件)，也可能来自焊接材料，一般选择含硫、磷低的，也可能来自焊接材料，一般选择含硫、磷低的原材料，并通过药皮原材料，并通过药皮(或焊剂或焊剂)进行脱硫脱磷，以保证焊缝质量。进行脱硫脱磷，以保证焊缝质量。 脱氧：脱氧：通过在焊丝、焊剂或焊条药皮中加入某

18、种对氧亲和力较大的元素，使通过在焊丝、焊剂或焊条药皮中加入某种对氧亲和力较大的元素，使其在焊接过程中夺取气相或氧化物中的氧，从而来减少被焊金属的氧化及焊其在焊接过程中夺取气相或氧化物中的氧，从而来减少被焊金属的氧化及焊缝的含氧量。缝的含氧量。 改善成形工艺性能作用改善成形工艺性能作用 适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊适当的熔渣（或焊条药皮）构成，对于熔焊电弧电弧的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝的引燃、稳定燃烧、减少飞溅，改善脱渣性能及焊缝外观成形外观成形等焊接工艺性能的影响至关重要；等焊接工艺性能的影响至关重要； 熔渣的不利作用熔渣的不利作用，如强氧化性熔渣可以使液态金，如

19、强氧化性熔渣可以使液态金属增氧，可以属增氧，可以侵蚀炉衬侵蚀炉衬；密度大或熔点过高的熔渣易；密度大或熔点过高的熔渣易残留在金属中残留在金属中形成夹渣形成夹渣。三、焊接接头的金属组织和性能三、焊接接头的金属组织和性能焊接接头焊接接头：0.焊缝区（焊缝区（熔融金属熔融金属）1.熔合区熔合区（交界）（交界）热影响区：热影响区：焊缝两侧处于固态的母材发生组织和性能变化的区域 2.过热区、过热区、 3.正火区、正火区、 4.部分相变区。部分相变区。02 3 451123450ttAEGSWc/%0.15低碳钢焊接时热影响区组织变化低碳钢焊接时热影响区组织变化区域区域加热最加热最高温度高温度冷却后组织冷却

20、后组织性能性能0.焊缝焊缝液相线以上液相线以上铸态组织（细铸态组织（细化）化）不低于母材不低于母材1.熔合区熔合区（半熔化区半熔化区）液、固相线液、固相线之间之间铸态粗晶，铸态粗晶，过热粗晶过热粗晶性能最差，有性能最差，有应力集中应力集中2.过热区过热区1100-固相固相线线过热粗晶组织过热粗晶组织塑性韧性差塑性韧性差3.正火区正火区Ac1 - - 1100 细小正火组织细小正火组织(F+S)性能最好性能最好4.部分相部分相变区变区Ac1Ac3已相变和未相变比较已相变和未相变比较晶粒大小不均匀晶粒大小不均匀比正火区稍差比正火区稍差焊后热处理焊后热处理正确的焊接方法正确的焊接方法四、焊接过程模拟

21、四、焊接过程模拟焊接热过程的数值模拟焊接热过程的数值模拟焊缝金属凝固和焊接接头相变过程的数值模拟焊缝金属凝固和焊接接头相变过程的数值模拟焊接应力和应变发展过程的数值模拟焊接应力和应变发展过程的数值模拟非均质焊接接头的数值模拟非均质焊接接头的数值模拟焊接熔池形状和尺寸的数值模拟焊接熔池形状和尺寸的数值模拟焊接过程的物理模拟焊接过程的物理模拟改善焊接接头组织性能方法：改善焊接接头组织性能方法：6-2 常用连接工艺常用连接工艺连接（连接（joining）机械连接机械连接焊接焊接胶接胶接螺螺栓栓铆铆接接压压焊焊熔熔焊焊钎钎焊焊相近加相近加工方法工方法电电弧弧焊焊电电渣渣焊焊电电子子束束焊焊激激光光束束

22、焊焊气气焊焊铝铝热热剂剂焊焊电电阻阻焊焊高高频频焊焊摩摩擦擦焊焊超超声声波波焊焊爆爆炸炸焊焊热热切切割割碳碳弧弧气气刨刨堆堆焊焊喷喷镀镀熔焊：接头被加热到熔焊：接头被加热到熔化熔化温度以上，进行焊接温度以上，进行焊接成形。成形。特点：可焊各种金属任何厚度，强度高，应用特点：可焊各种金属任何厚度，强度高，应用广。广。种类：种类：电弧焊、电渣焊、气焊等电弧焊、电渣焊、气焊等。 焊条电弧焊应用最广焊条电弧焊应用最广（见实习教材）（见实习教材）。1. 埋弧自动焊埋弧自动焊（submerged arc automatic welding）焊接过程：焊接过程： 送丝机构送进焊丝使之与送丝机构送进焊丝使之与

23、焊件接触，焊剂通过软管均焊件接触，焊剂通过软管均匀撒落在焊缝上，匀撒落在焊缝上，电弧在焊电弧在焊剂层下燃烧，工件与焊丝剂层下燃烧，工件与焊丝（光丝）熔化成熔池；部分（光丝）熔化成熔池；部分焊剂熔化成熔渣，部分蒸发焊剂熔化成熔渣，部分蒸发形成封闭的熔渣泡，保护熔形成封闭的熔渣泡，保护熔池；大部分焊剂不熔化，可池；大部分焊剂不熔化，可回收使用。回收使用。电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。电弧在颗粒状焊剂层下燃烧的自动电弧焊接方法。 焊丝（焊丝（H08A）与焊剂（）与焊剂（HJ431）=焊芯与药皮。焊芯与药皮。 1）电流大，生产率高；）电流大，生产率高； 2）焊接质量高且稳定；）焊接质量高

24、且稳定； 3）熔深大，节省金属材料；）熔深大，节省金属材料； 4）改善劳动条件。）改善劳动条件。 但设备贵，工艺复杂，灵活性差，但设备贵，工艺复杂，灵活性差，适于批量生适于批量生产长的直焊缝和直径较大的环形焊缝。产长的直焊缝和直径较大的环形焊缝。 可焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢和纯铜等。可焊接低碳钢、低合金钢、不锈钢和纯铜等。埋弧焊焊接材料：埋弧焊焊接材料：焊接特点：焊接特点：埋弧焊的应用埋弧焊的应用 埋弧焊主要用于压力容器的埋弧焊主要用于压力容器的环缝焊和直缝焊环缝焊和直缝焊，锅炉冷，锅炉冷却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械却壁的长直焊缝焊接，船舶和潜艇壳体的焊接，起重机械（

25、行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接（行车）和冶金机械（高炉炉身）的焊接。2. 气体保护电弧焊气体保护电弧焊（gas shielded arc welding）气体保护焊气体保护焊：用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。外加气体有：氩气、氦气与二氧化碳。电弧焊。外加气体有：氩气、氦气与二氧化碳。（1）熔化极气体保护焊）熔化极气体保护焊（gas metal arc welding, GMAW） 可用于大部分金属各种位置的焊接。可用于大部分金属各种位置的焊接。熔化极氩弧焊熔化极氩弧焊 利用利用氩气氩气保护电弧热源及焊缝区进行焊接。保护电弧热源及焊

26、缝区进行焊接。 以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负以焊丝为一电极（正极），工件为另一电极（负极），极），焊丝熔化焊丝熔化，熔滴通常呈很细颗粒的，熔滴通常呈很细颗粒的“喷射过喷射过渡渡”进入熔池，所用电流比较大，生产率高。进入熔池，所用电流比较大，生产率高。氩弧焊的特点及应用氩弧焊的特点及应用机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝机械保护效果很好，焊缝金属纯净，焊接质量优良，焊缝 成成 型美观。型美观。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。电弧稳定，可实现单面焊双面成型。可全位置自动焊接。可全位置自动焊接。氩气贵，成本高。氩气贵，成本高。 氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊

27、接。如氩弧焊主要用于易氧化的有色金属和合金钢的焊接。如铝、钛和不锈钢等。铝、钛和不锈钢等。二氧化碳焊气体保护焊二氧化碳焊气体保护焊 以以CO2为保护气体，用焊丝为电极引燃电为保护气体，用焊丝为电极引燃电弧，实现半自动焊或自动焊。弧，实现半自动焊或自动焊。 lCOCO2 2气体气体 CO2气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但气体密度大，高温体积膨胀大，保护效果好。但CO2在高温下易分解为在高温下易分解为CO和和O，导致合金元素的氧化。采用药芯，导致合金元素的氧化。采用药芯焊丝或采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，可防止铁的氧化。焊丝或采用含硅、锰、钛、铝的焊丝，可防止铁的氧化。 CO2焊成本低，生

28、产率高，焊缝质量较好，主要用于低焊成本低，生产率高，焊缝质量较好，主要用于低碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。碳钢和低合金结构钢薄板的焊接。（2）钨极气体保护焊）钨极气体保护焊（gas tungsten arc welding, GTAW） 即不熔化极气体保护电弧焊即不熔化极气体保护电弧焊。 以钨合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，以钨合金为阴极，利用钨合金熔点高，发射电子能力强，阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成阴极产热少，钨极寿命长的特点，形成不熔化极氩弧焊不熔化极氩弧焊。 可用于所有金属的焊接，尤其是铝、镁易氧化金属和钛、可用于所有金属的焊接，尤其是铝、镁易氧化金属和钛、锆等活泼金

29、属。锆等活泼金属。 利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行利用电流通过熔渣所产生的电阻热作为热源进行焊接的方法。分为丝极、板极和熔嘴电渣焊。焊接的方法。分为丝极、板极和熔嘴电渣焊。3. 电渣焊（电渣焊（eletro-slag welding） 焊接前，先将焊件垂直放置，在接触面之间预留2040mm的间隙形成焊接接头。在接头两侧装有水冷铜滑块以利熔池冷却凝固。焊接时，先将颗粒焊剂放入焊接接头的间隙，然后送入焊丝，焊丝同引弧板接触后引燃电弧。电弧将不断加入的焊剂熔化成熔渣，当熔渣液面升高到一定高度，形成渣池。渣池形成后，迅速将电极(焊丝)埋入熔池中，并降低焊接电压，使电弧熄灭，进行电渣焊过程。

30、 各种电渣焊方法各种电渣焊方法 1）可一次焊接很厚的工件）可一次焊接很厚的工件40-60mm； 2）生产率高，成本低；）生产率高，成本低； 3）焊缝金属纯净，焊接质量好；）焊缝金属纯净，焊接质量好； 4）焊后冷却速度慢，焊接应力小，可焊中碳钢、）焊后冷却速度慢，焊接应力小，可焊中碳钢、合金结构钢；合金结构钢； 5）热影响区宽，需要焊后热处理。）热影响区宽，需要焊后热处理。工艺工艺：焊前清理端面；引入板、引弧板、引出板；：焊前清理端面；引入板、引弧板、引出板；应用应用：水轮机、水压机、重型机械等大型设备制造：水轮机、水压机、重型机械等大型设备制造电渣焊特点：电渣焊特点：利用压力焊接，加热只起辅助

31、作用。利用压力焊接，加热只起辅助作用。包括电阻焊、摩擦焊包括电阻焊、摩擦焊 1. 电阻焊（电阻焊（resistance welding） 利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，利用电流通过焊件及其接触处所产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的方法，又称接触焊。成焊接接头的方法，又称接触焊。电流大电流大特点：特点：生产率高；变形小；劳动条件好；不需另加焊生产率高；变形小；劳动条件好；不需另加焊接材料；操作简单；易自动化。但是设备复杂，耗电接材料；操作简单；易自动化。但是设备复杂，耗电量大，接头质量不稳定，且形式与

32、工件厚度受限。量大，接头质量不稳定，且形式与工件厚度受限。形式：形式：点焊、缝焊、对焊、凸焊等。点焊、缝焊、对焊、凸焊等。（1） 点焊点焊柱状电极加压柱状电极加压通电通电熔化熔化断电断电,保保压压凝固凝固焊点焊点接头形式：接头形式：搭接搭接应用：应用：4mm以下薄板冲压结构及钢筋以下薄板冲压结构及钢筋焊接，广泛应用于汽车、飞机、车厢、焊接，广泛应用于汽车、飞机、车厢、电子设备等薄壁结构电子设备等薄壁结构 。 1）可同时焊多个焊点，生产率高，无分流；）可同时焊多个焊点，生产率高，无分流； 2）可用小电流焊接；）可用小电流焊接； 3）位置准确，焊点尺寸小；）位置准确，焊点尺寸小； 4）工件表面影响

33、小。）工件表面影响小。 （2）凸焊）凸焊 1）圆盘状滚动电极加压）圆盘状滚动电极加压断续通电断续通电重叠焊点重叠焊点 2）分流严重，大功率焊机）分流严重，大功率焊机 3）缝焊最适合焊接）缝焊最适合焊接3mm以下要求密封性好的薄以下要求密封性好的薄板件。如油箱、管道、小型容器等。板件。如油箱、管道、小型容器等。 （3） 缝焊缝焊缝焊缝焊 是将二件夹在两电极间经通电是将二件夹在两电极间经通电-爆裂闪光爆裂闪光-移动工件移动工件-连续产连续产生爆裂闪光生爆裂闪光-快速加压快速加压-切断电流切断电流-形成焊接。形成焊接。 应用应用：接头强度高，夹渣少，质量好，可焊同种金属或：接头强度高，夹渣少，质量好

34、，可焊同种金属或异种金属异种金属。但接头处有毛刺。适合刀具、钻头、钢轨、大型。但接头处有毛刺。适合刀具、钻头、钢轨、大型管道等对接。管道等对接。*自行车钢圈的焊接自行车钢圈的焊接 对焊焊件断面应尽量相同。对焊焊件断面应尽量相同。（4）对焊）对焊被焊工件两端面连接的电阻焊。分为电阻对焊与闪光对焊。被焊工件两端面连接的电阻焊。分为电阻对焊与闪光对焊。1）电阻对焊电阻对焊工件加压接触工件加压接触通电通电塑性状态塑性状态加压断电加压断电塑性变形塑性变形 特点特点：操作简单，接头光滑，适合断面简单，直径：操作简单，接头光滑，适合断面简单，直径（边长）（边长）200MPa。 铜基、银基、镍基钎料。铜基、银

35、基、镍基钎料。 钎剂：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物。钎剂：硼砂、硼酸、氟化物、氯化物。 加热方法：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉加热方法：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热等。内加热、盐浴加热等。 用于：受力较大的钢铁和铜合金构件及工具、刀用于：受力较大的钢铁和铜合金构件及工具、刀具焊接，如车刀、铣刀、自行车三角架。具焊接，如车刀、铣刀、自行车三角架。 利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，加热时利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，加热时钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。1.硬钎焊（硬钎焊（brazing）：钎料：熔点钎料：熔点450以下，接头强度

36、以下，接头强度40mm的直缝，也可焊环缝和变截面焊缝 电阻焊 与熔焊比较生产率高，接头质量好，焊件尺寸精度高，焊机设备简单，功率小，耗电少 成批大量生产，可焊多种金属，对焊用于焊接杆状零件；点焊用于焊接薄板容器和管道焊接 摩擦焊 与电阻焊比较，生产率高，接头质量好，焊件尺寸精度高，焊机设备简单，功率小，电耗小。 成批大量生产可焊多种金属用于圆形工件棒料及管子的对接 钎焊 与熔焊压焊比较，焊接变形小，尺寸精确生产率高，易实现机械化、自动化，可焊多种金属和多种材料，可焊某些复杂的特殊结构，如蜂窝结构，接头强度低、工作温度低 电子兀件、线路、仪器仪表及精密机械部件，异种金属和材料，复杂的、难以焊接的

37、特殊结构五、各种焊接方法的比较五、各种焊接方法的比较冷铆：冷铆：d=12mm实心：受力大实心：受力大空心：受力小空心：受力小强固铆缝：强度，金属桁架、飞机蒙皮等；强固铆缝：强度，金属桁架、飞机蒙皮等；强密铆缝：强度、紧密性，高压容器等；强密铆缝：强度、紧密性，高压容器等；紧密铆缝：紧密性，油箱等。紧密铆缝：紧密性，油箱等。铆接特点：铆接特点： 工艺简单，质量稳定，抗振、工艺简单，质量稳定，抗振、耐冲击耐冲击，连接稳固，用于建，连接稳固，用于建筑、桥梁、船舶及重型机械；轻工产品；筑、桥梁、船舶及重型机械；轻工产品；航空航天工业航空航天工业等。等。缺点：缺点：费工，铆接强度较低，劳动强度大，噪音大

38、等。费工，铆接强度较低，劳动强度大，噪音大等。抽芯铆钉：抽芯铆钉：单面作业，装配单面作业，装配方便。在家电、方便。在家电、家具、建筑装潢家具、建筑装潢业广泛应用。业广泛应用。1、胶接成形的主要特点、胶接成形的主要特点 被连接件材料广，材料利用率高，接头处应力被连接件材料广，材料利用率高，接头处应力集中小，疲劳强度高，接头密封性、绝缘性、防集中小，疲劳强度高，接头密封性、绝缘性、防腐性好，工艺操作简单，成本低。腐性好，工艺操作简单，成本低。 但抗剥离、抗冲击、抗弯曲性差，易老化，对但抗剥离、抗冲击、抗弯曲性差，易老化，对温度敏感，耐介质性差，缺陷不易发现等缺点。温度敏感，耐介质性差，缺陷不易发现

39、等缺点。 利用胶粘剂直接把被连接件连接在一起，利用利用胶粘剂直接把被连接件连接在一起，利用胶粘剂凝固后产生的粘附力来传递载荷。胶粘剂凝固后产生的粘附力来传递载荷。2、胶粘剂的种类、胶粘剂的种类 天然胶粘剂：动物性骨胶、植物性淀粉，使用少；天然胶粘剂：动物性骨胶、植物性淀粉，使用少； 合成胶粘剂：粘料、硬化剂、增韧剂、附加物。合成胶粘剂：粘料、硬化剂、增韧剂、附加物。（1）环氧胶粘剂）环氧胶粘剂 应用最广。强度高，可粘材料广，施工性好，配制方便，应用最广。强度高，可粘材料广，施工性好，配制方便，尺寸稳定，使用温度范围广，对人体无毒。但脆性大，耐热尺寸稳定，使用温度范围广，对人体无毒。但脆性大，耐

40、热性差。用于金属或非金属胶接。性差。用于金属或非金属胶接。“万能胶万能胶”。结构型。结构型胶粘剂。胶粘剂。（2）聚氨酯胶粘剂）聚氨酯胶粘剂 性能优，耐介质，但耐热性差，用于性能优，耐介质，但耐热性差，用于非金属材料非金属材料胶接。胶接。非结构型非结构型胶粘剂。胶粘剂。（3）橡胶胶粘剂）橡胶胶粘剂 结构胶粘剂结构胶粘剂。适宜。适宜交通运输机械交通运输机械的胶接。的胶接。（4）丙烯酸酯胶粘剂）丙烯酸酯胶粘剂 厌氧胶胶层密封性好，耐高压、耐蚀，用于轴对称件的厌氧胶胶层密封性好，耐高压、耐蚀，用于轴对称件的套接等。金属套接等。金属结构胶粘剂结构胶粘剂（5）杂环高分子胶粘剂）杂环高分子胶粘剂 航天航空用

41、高温胶粘剂航天航空用高温胶粘剂。抗老化性好，但固化条件苛刻，。抗老化性好，但固化条件苛刻，成本高。成本高。 3、胶接工艺、胶接工艺 胶接工艺主要包括：接头设计、表面处理、配胶、涂胶、胶接工艺主要包括：接头设计、表面处理、配胶、涂胶、晾置、叠合、固化、检查等。晾置、叠合、固化、检查等。（1）接头类型及应用）接头类型及应用 角接、角接、T形接、对接、表面接。形接、对接、表面接。（2）胶接件表面处理）胶接件表面处理 溶剂清洗：除油溶剂清洗：除油 机械处理：除锈、粗化机械处理：除锈、粗化 化学处理：去油污、杂质化学处理：去油污、杂质 电化学酸洗除锈处理等。电化学酸洗除锈处理等。（3）涂胶：）涂胶：0.

42、080.15mm （4）固化：压力、温度、时间）固化：压力、温度、时间6-3 各种各种材料的材料的连连接接一一、金属材料的、金属材料的焊焊接接 金属材料的焊接性（金属材料的焊接性（weldability） 指被焊金属在采用一定的指被焊金属在采用一定的焊接焊接技术技术条件下，获条件下，获得优质焊接接头的难易程度。得优质焊接接头的难易程度。焊焊接接性包括两个方面：性包括两个方面：1）工艺可焊性工艺可焊性焊接接头产生焊接接头产生工艺缺陷工艺缺陷的倾向，的倾向，特别是焊接裂纹。特别是焊接裂纹。2）使用可焊性使用可焊性焊接接头在使用过程中的焊接接头在使用过程中的可可靠靠性性，主要指，主要指机械性能机械性

43、能是否足够。是否足够。 改变焊接条件，同一种金属材料的可焊性改变焊接条件，同一种金属材料的可焊性是可以变化的。如，不锈钢采用氩弧焊时具有是可以变化的。如，不锈钢采用氩弧焊时具有很好的可焊性，采用手工电弧焊则可焊性很差。很好的可焊性，采用手工电弧焊则可焊性很差。因此要获得优质的焊接接头，必须根据焊接材因此要获得优质的焊接接头，必须根据焊接材料和结构形式选择合适的料和结构形式选择合适的焊接方法和焊接规范。焊接方法和焊接规范。焊接性评价：焊接性评价： 1）碳当量法）碳当量法 2）冷裂纹敏感系数法）冷裂纹敏感系数法 3）小型抗裂试验法）小型抗裂试验法 碳当量法：碳当量法： wCE=wC+wMn/6+(

44、wCr+wMo+wV)/5+(wNi+wCu)/15 (%) wCE0.6%，塑性低，淬硬倾向很强，焊接性不好。，塑性低，淬硬倾向很强，焊接性不好。随着含碳量增高，焊随着含碳量增高，焊接接性下降。性下降。 冷裂纹敏感系数法：冷裂纹敏感系数法： PW=wC+wSi/30+(wCr+wMo+wCu)/20+wNi/60+wMo/15+ wV/10+5 wB+H/60+h/600 (%) PW 越大，焊接性不好越大，焊接性不好。2、常用金属材料的焊接、常用金属材料的焊接 1）低碳钢：）低碳钢：焊接性好。可用各种焊接方法焊接，如焊接性好。可用各种焊接方法焊接，如焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊、

45、电阻焊焊条电弧焊、埋弧焊、电渣焊、气体保护焊、电阻焊等。低温等。低温+预热，厚件预热，厚件+焊后去应力退火，电渣焊焊后去应力退火，电渣焊+焊后焊后正火；正火； 2）中碳钢：）中碳钢：焊接性较差。焊接各类铸件、锻件。焊接性较差。焊接各类铸件、锻件。 特点：特点：热影响区易产生淬硬组织和裂纹；焊缝易产生热影响区易产生淬硬组织和裂纹；焊缝易产生气孔气孔。 焊前预热，焊后缓冷；碱性低氢焊条；焊条电弧焊；焊前预热，焊后缓冷；碱性低氢焊条；焊条电弧焊；多层焊。多层焊。 3）高碳钢）高碳钢：焊接性更差。一般只用焊条电弧焊进行：焊接性更差。一般只用焊条电弧焊进行修补。修补。（4）普通低合金钢的焊接）普通低合金

46、钢的焊接 机械制造用合金结构钢：与中碳钢相同；机械制造用合金结构钢：与中碳钢相同； 低合金高强钢：淬硬倾向，裂纹倾向。强度级低合金高强钢：淬硬倾向，裂纹倾向。强度级别低，与低碳钢同；强度级别高，焊前预热，焊别低，与低碳钢同；强度级别高，焊前预热，焊后热处理，除氢。后热处理，除氢。（5） 奥氏体不锈钢的焊接：焊接性能良好。奥氏体不锈钢的焊接：焊接性能良好。 晶界腐蚀：超低碳焊条，小电流、快焊、强冷，晶界腐蚀：超低碳焊条，小电流、快焊、强冷，焊后热处理；焊后热处理； 热裂纹：小电流，快速焊，不横向摆动等。热裂纹：小电流，快速焊，不横向摆动等。 （6）铸铁的焊补：焊接性差）铸铁的焊补：焊接性差主要问

47、题是主要问题是：熔合区易产生白口组织，焊缝及热：熔合区易产生白口组织，焊缝及热影响区易产生裂纹，焊缝易产生气孔。影响区易产生裂纹，焊缝易产生气孔。1）热焊法：焊前预热）热焊法：焊前预热600-700，焊后缓冷。焊补质量好，焊后缓冷。焊补质量好，但成本较高，一般用于形状复杂、焊后需加工的重要铸件。但成本较高，一般用于形状复杂、焊后需加工的重要铸件。可用气焊、焊条电弧焊。可用气焊、焊条电弧焊。2）冷焊法：焊前不预热或）冷焊法：焊前不预热或400 以下预热。冷焊方便灵活，以下预热。冷焊方便灵活，但焊接处切削加工性差，用于焊补要求不高的铸件。一般但焊接处切削加工性差，用于焊补要求不高的铸件。一般采用焊

48、条电弧焊或钎焊。采用焊条电弧焊或钎焊。（7）有色金属及合金的焊接）有色金属及合金的焊接 1）特点：易氧化、吸气，导热性好。）特点：易氧化、吸气，导热性好。 2）焊接方法：氩弧焊、气焊、钎焊、电弧焊。铜不能用电）焊接方法：氩弧焊、气焊、钎焊、电弧焊。铜不能用电阻焊。阻焊。二、塑料的焊接二、塑料的焊接 用加热或加压手段，利用热熔状态的塑料大分子在焊接用加热或加压手段，利用热熔状态的塑料大分子在焊接压力作用下相互扩散，产生范德华力，将分离的塑料紧密压力作用下相互扩散，产生范德华力，将分离的塑料紧密连接在一起，形成永久性接头。连接在一起，形成永久性接头。 可用可用焊条焊条作为填充材料，也作为填充材料，

49、也可不使用填充焊料可不使用填充焊料。 焊前做焊前做表面脱脂去污表面脱脂去污处理以及处理以及平行与平整加工平行与平整加工处理。处理。1. 热气焊热气焊 利用热气体对塑料表面加热，手动或机械对焊区加压，利用热气体对塑料表面加热，手动或机械对焊区加压，从而进行焊接的方法。用于聚烯烃类、聚酰胺、从而进行焊接的方法。用于聚烯烃类、聚酰胺、ABS、聚碳酸酯等塑料的焊接。聚碳酸酯等塑料的焊接。填充焊料：圆形、矩形、绳状、条状填充焊料：圆形、矩形、绳状、条状焊条焊条。热源：不可燃压缩气体热源：不可燃压缩气体2. 超声波焊超声波焊 塑料焊接面在超声波塑料焊接面在超声波作用下做高频机械振动作用下做高频机械振动而发

50、热熔融，同时加压而发热熔融，同时加压把塑料焊接在一起。把塑料焊接在一起。 适于大多数热塑性塑适于大多数热塑性塑料料。用于焊接模塑件、。用于焊接模塑件、薄膜、板材和线材，薄膜、板材和线材，不不需填充材料需填充材料。但焊接面。但焊接面设计有超声波能量定向设计有超声波能量定向唇（唇（导能筋导能筋）。）。3. 摩擦焊摩擦焊 原理同金属摩擦焊。原理同金属摩擦焊。 4. 挤塑焊挤塑焊 以挤出机挤出的棒料为焊接填料，并充分塑化，焊接表以挤出机挤出的棒料为焊接填料，并充分塑化，焊接表面加热至焊接温度，焊时加压。面加热至焊接温度，焊时加压。主要用于聚乙烯、聚丙烯主要用于聚乙烯、聚丙烯厚壁工件和大面积贴面焊接。厚壁工件和大面积贴面焊接。 填充材料与母材一致。填充材料与母材一致。5. 光致热能焊光致热能焊 以光源对焊接表面加热，并熔融表面层金属，同时加压，以光源对焊接表面加热，并熔融表面层金属，同时加压，实现焊接的方法。如实现焊接的方法。如红外灯加热挤塑焊红外灯加热挤塑焊。 6. 热工具焊热工具焊 以发热工具对焊接表面加热，并熔融表面层金属，同时加以发热工具对焊接表面加热，并熔融表面层金属，