金属的连接成型工艺基础课件

第三篇金属的连接成型连接成型：将简单型材或零件连接成复杂零件和机器部件的加工工艺根据连接成型原理不同，分为①机械连接②冶金连接③物化连接机械连接：利用螺钉、螺栓和铆钉连接成型接头可以拆卸，主要用于装配1物化连接：利用粘接剂，通过物理、化学作用将材料连接成型接头不可拆卸。主要用于异种材料冶金连接：通过加热或加压（或既加热又加压），使分离表面的原子间距足够小形成金属键而获得永久性接头主要用于金属材料的连接2第九章焊接理论基础与焊接质量焊接特点：1.节省材料，结构重量轻2.焊接接头具有良好的力学性能3.可以实现不同材料间的连接成型4.可以生产要求密封性的连接成型缺点：有些材料焊接困难；焊接不当，易产生缺陷；接头组织、性能不均匀；易产生残余变形3原理：通过加热，加压或加热加压，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法分类：按焊接过程的特点分为①熔化焊②压力焊③钎焊4§9.1电弧焊的本质电弧焊：用电弧作为热源使焊件金属局部熔化，形成熔池，随着电弧的移动，熔池中的液态金属冷却结晶，形成焊缝，实现焊接。焊接的本质：小范围的金属熔炼与铸造5

6§9.2焊接工艺基础熔焊：将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法是最基本的焊接方法，焊接生产中占主导有电弧焊；气焊；电渣焊；电子束焊；激光焊其中电弧焊是目前应用最广泛的焊接方法7一、焊接电弧电弧是两电极之间持久而强烈的气体放电现象。其宏观表现是发出强光，释放大量的热量电弧组成：阴极区：发射电子区阳极区：正离子区，并接受电子弧柱区：气体电离区8电弧产生的过程：当两电极接触时，因高温，金属很快熔化，并蒸发。当两极产生距离时，阴极表面金属发射大量电子；阳极表面发生电离；在弧柱区电子与原子、分子间的碰撞产生大量热量并导致电离。同时部分离子与电子间还会复合成原子或分子，并发光9电弧放电的特点是：电压低，电流大，温度高，能量密度大，可满足焊接的要求正接：焊件接正极，焊条接负极反接：焊件接负极，焊条接正极10二、、焊焊接接冶冶金金过过程程电弧弧焊焊时时，，母母材材和和焊焊条条受受到到高高温温作作用用而而熔熔化化，，形形成成熔熔池池。。熔熔池池可可看看作作是是一一个个微微型型冶冶金金炉炉，，其其内内要要进进行行一一系系列列物物理理、、化化学学过过程程其冶冶金金过过程程有有以以下下特特点点：：1.金金属属熔熔池池很很小小，，且且四四周周是是冷冷金金属属，，熔池池处处于于液液态态的的时时间间很很短短111））由由于于化化学学反反应应难难于于在在如如此此短短的的时时间间内内达达到到平平衡衡状状态态，，所所以以成成分分不不均均匀匀2））气气体体和和杂杂质质来来不不及及浮浮出出，，导导致致容容易易产产生生气气孔孔和和夹夹杂杂等等缺缺陷陷3））焊焊缝缝金金属属组组织织结结晶晶后后易易产产生生粗粗大大的的柱柱状状晶晶122.熔熔池池金金属属温温度度高高于于一一般般冶冶炼炼温温度度因此此金金属属元元素素蒸蒸发发和和烧烧损损强强烈烈13三、、焊焊接接三三要要素素1.热热源源要求求能能量量集集中中，，温温度度高高，，以以保保证证金金属属快快速速熔化化，，减减小小高高温温对对金金属属性性能能的的影影响响2.熔熔池池的的保保护护与与净净化化保护护：：采采用用熔熔渣渣、、惰惰性性气气体体、、真真空空等等保保护护措措施施，，将将熔熔池池与与大大气气隔隔离离，，阻阻止止焊焊缝缝金金属属氧氧化化与与杂杂质质进进入入焊焊缝缝14净化：：降低低焊缝缝中氧氧、硫硫、磷磷等元元素的的含量量3.填填充充金属属一方面面可保保证填填满焊焊缝，，另一一方面面可向向焊缝缝过渡渡有益益的合合金元元素，，以弥弥补金金属的的烧损损，并调整整焊缝缝金属属的化化学成成分，，满足足性能能要求求.15§9.2焊焊接接接头头组织织与性性能焊接接接头包包括焊焊缝、、熔合合区、、热影影响区区热影响响区：：焊缝缝附近近组织织、性性能发发生变变化的的区域域熔合区区：焊焊缝与与热影影响区区之间间的过过渡区区16一、焊接接工件上上的温度度分布焊缝周围围被加热热、冷却却，每一一点被加加热的温温度不同同，达到到高温的的时间也也不同，，冷却速速度也不不同17二、焊接接接头的的组织与与性能低碳钢焊焊接接头头181.焊焊缝熔池凝固固成焊缝缝●焊缝缝金属的的结晶是是从熔池池底壁开开始向中中心长大大，冷却却速度较较快，晶晶粒呈垂垂直于熔熔池壁的的柱状晶晶●焊缝成成分不均均匀，焊焊缝中心心区容易易偏析硫硫、磷等等杂质，，导致力力学性能能变差192.熔熔合区焊缝于母母材交接接的过度度区其加热温温度介于于液—固固两相线线之间加热时，，金属处处于半熔熔化状态态，其成成分不均均匀，组组织粗大大，塑性性、韧性性很差是焊接接头头中性能最最差的区域域203.热影影响区焊接过程中中，被焊材材料受热（（但未熔化化）后，金金相组织和和力学性能能发生变化化的区域。。热影响区分分为：①过过热区②②正火区③部分相变变区④④再结晶区区211）过热区区具有过热组组织或晶粒粒显著粗大大的区域固相线～1100℃℃性能：塑性性、韧性很很低，尤其其是冲击韧韧性较低，，是热影响响区中性能能最差的区区域2）正火区区相当于受到到正火处理理的那部分分区域1100℃℃～AC3冷却后获得得正火组织织，力学性性能好223）部分相相变区发生部分相相变AC3～AC1之间间，仅部分分组织发生生相变冷却后晶粒粒大小不均均匀力学性能比比母材差4）再结晶晶区AC1～450℃之之间，发生生再结晶，，硬度降低低经过冷塑性性变形的母母材才有再再结晶区23热影响区的的大小和组组织性能变变化的程度度取决于焊焊接方法、、焊接规范范、接头形形式等因素素。热源集中，，焊接速度度快时，热热影响区小小热影响区往往往是焊接接件开始破破坏的地方方24三、影响焊焊接接头组组织和性能能的因素1.焊接接材料2.焊接接方法3.焊接接工艺4.焊后后热处理259.3焊焊接应应力和焊接接变形焊接过程中中由于热源源对焊接件件局部不均均匀加热，，使焊接件件产生应力力和变形一、焊接应应力于变形形产生的原原因受不均匀加加热和冷却却1.纵向向焊接应力力自由伸缩的的假想小板板条，焊接接中自由伸伸缩但实际情况况是，假想想条相结合合，相互牵牵制26加热：只加加热中间一一条，是模模拟的焊缝缝因超过塑性性温度，伸伸长两被压压缩冷却：中间间条压缩，，被两边牵牵制，产生生拉应力；两边边条被中间间条压缩，，产生压应力272.横向向焊接应力力及变形往往比较复复杂，分几几种情况讨讨论1）由纵向向变形引起起的横向应应力及变形形钢板单边施施焊时，焊焊后焊接边边缩短，向向焊接边发发生侧弯将焊缝看成成为，将两两个板连接接在一起焊缝中部出出现横向拉拉应力，两两侧出现压压应力28292）由焊缝缝冷却先后后不同形成成的横向应应力焊缝中，有有三个焊接接点●焊接第一一个点A：：A点冷却却后钢板的的间隙变化化不大，因因为钢板可可以自由伸伸缩●焊接B点点：受热膨膨胀时，上上端间隙被被撑大，B点附近的的金属没有有受到明显显的压缩变变形，冷却却后间隙没没有明显的的缩小3031●焊接点C加热：C点点不能自由由伸缩，受受到A、B的阻碍，，因此C点点受压，B点受拉，，A点受压压冷却：C点点被压缩，，产生塑性性变形，焊焊点C处的的间隙变小小，但受到到A、B处处的阻碍C点受拉，，B受压，，A点受拉拉焊缝冷却先先后不同，，对横向应应力有影响响3233二、减小和和防止焊接接应力的措措施1.采取取合理的焊焊接顺序使焊缝的收收缩自由，，不受大的的约束1）先焊收收缩量较大大的焊缝，，使其一开开始能够比比较自由收收缩变形2）先焊工工作时受力力大的焊缝缝，使其承承受压应力力臂厚不均时时，先焊臂臂薄处3）拼焊时时，先焊错错开的短焊焊缝，后焊焊直通的长长焊缝342.焊前前预热或加加热减应区区353.采用用小线能量量、快速焊焊4.锤击或或辗压焊缝缝5.焊后后热处理6.焊后后拉伸或振振动工件36三、预防与与矫正焊接接变形的措措施1.预防防措施1）合理选选择焊缝的的尺寸和形形式在保证承载载力的前提提下尽量减小焊焊缝尺寸减小焊缝尺尺寸的设计计372）尽可能能减少不必必要的焊缝缝3）合理‘‘安排焊缝缝位置384）采用能能量集中的的热源、对对称焊、分分段焊和多多层多道焊焊395）预先反反变形406））焊焊前前刚刚性性固固定定417））散散热热法法通过过强强迫迫冷冷却却减减小小焊焊缝缝及及其其附附近近的的受受热热量量422.矫矫正正焊焊接接变变形形方方法法设法法造造成成新新的的变变形形，，抵抵消消残残余余变变形形1））机机械械矫矫正正法法利用用机机械械力力的的作作用用2））火火焰焰加加热热矫矫正正法法不均均匀匀加加热热的的方方式式引引起起结结构构变变形形，，矫矫正正原原有有的的变变形形43§9.4焊焊接接质质量量检检验验缺陷陷的的存存在在降降低低承承载载力力，，且且导导致致应应力力集集中中，，陈陈胜胜裂裂纹纹一、、焊焊接接接接头头缺缺陷陷有外外观观缺缺陷陷和和内内部部缺缺陷陷外观观缺缺陷陷：：焊焊瘤瘤、、咬咬边边、、未未焊焊透透内部部缺缺陷陷：：裂裂纹纹、、气气孔孔、、夹夹杂杂44二、、焊焊接接质质量量检检验验1.检检验验过过程程1））焊焊前前检检验验2））生生产产过过程程中中的的检检验验3））成成品品检检验验452.检检验验方方法法1））外外观观检检验验以肉肉眼眼或或低低倍倍放放大大镜镜2））磁磁粉粉检检查查3））渗渗透透探探伤伤（（着着色色探探伤伤））4））超超声声波波探探伤伤5））射射线线探探伤伤6））密密封封性性检检验验7））耐耐压压检检验验8））焊焊接接接接头头力力学学性性能能检检验验464748495051电弧弧焊焊：：利利用用电电弧弧作作为为热热源源，，使使分分离离的的金属属局局部部熔熔化化，，随随着着电电弧弧的的移移动动，，熔池池中中的的液液态态金金属属冷冷却却结结晶晶，，形形成成焊缝缝，，实实现现焊焊接接件件的的连连接接电弧焊的本质质是，小范围围内的金属熔熔炼与铸造焊接过程包含含有：热过程程；冶金过程程；结晶过程程52三、电焊条1.焊条组组成由焊芯和药皮皮组成焊芯：即是电电极，又是填填充金属药皮：涂在焊焊芯表面上的的涂料层作用：①提高高电弧的稳定定性②产生保护熔熔渣的气体③保证焊缝金金属的脱氧、、硫、磷④向焊缝渗加加必要的合金金元素532.焊条种种类按用途划分为为十大类3.焊条选选用有以下原则①根据被焊的的金属材料类类别选择相应应的焊条种类类②结构钢焊条条的力学性能能应满足焊缝缝与焊接件等等强度要求54对特殊钢，保保证接头的特特殊性能，应应具有相同或或相近的成分分③焊接结构件件在较差的条条件下工作时时，应选用碱碱性焊条④对几何形状状复杂、厚度度大、焊接时时易产生较大大应力和裂纹纹的焊接件，，应选用抗裂裂性好的碱性性焊条⑤焊条工艺性性能要满足施施焊操作要求求559、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、雨中黄黄叶树，，灯下白白头人。。。21:54:4921:54:4921:5412/29/20229:54:49PM11、以以我我独独沈沈久久，，愧愧君君相相见见频频。。。。12月月-2221:54:4921:54Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。21:54:4921:54:4921:54Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2221:54:4921:54:49December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20229:54:49下下午午21:54:4912月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月229:54下下午12月-2221:54December29,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/2921:54:4921:54:4929December202217、做前，，能够环环视四周周；做时时，你只只能或者者最好沿沿着以脚脚为起点点的射线线向前。。。9:54:49下午午9:54下午午21:54:4912月-229、没有失败败，只有暂暂时停止成成功！。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。21:54:4921:54:4921:5412/29/20229:54:49PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2221:54:4921:54Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。21:54:4921:54:4921:54Thursday,December29,202213、不知香积积寺，数里里入云峰。。。12月-2212月-2221:54:4921:54:49December29,202214、意志坚强的的人能把世界界放在手中像像泥块一样任任意揉捏。29十二月月20229:54:49下午21:54:4912月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月229:54下下午12月-2221:54December29,202216、少少年年十十五五二二十十时时，，步步行行夺夺得得胡胡马马骑骑。。。。2022/12/2921:54:4921:54:4929December202217、空山新雨后后，天气晚来来秋。。9:54:49下午9:54下下午21:54:4912月-229、杨柳散散和风，，青山澹澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅