安工院材料成型技术课件04连接成形

第4章连接成形【教学目的】

1.使学生了解连接成形的方法、实质和几种常用焊接方法的特点和应用范围；2.了解常用金属材料的焊接性能以及改善材料焊接性能的常用工艺措施；3.了解焊接结构设计与工艺设计【教学重点】

1.常用焊接方法的特点、原理和应用；2.焊接接头组织与性能的变化。【教学难点】1.焊接应力与变形产生的原因；2.焊接结构设计与工艺设计。【教学方法及手段】

多媒体教学

【教学内容】

4.1焊接理论基础4.2焊接方法

4.3常用金属材料的焊接

4.4焊接结构设计与工艺设计简介【自学内容】

4.5胶接；4.6机械连接；4.7连接成形技术的发展趋势概述

1．连接成形将若干个构件连接为一体的成形方法。2．分类：

（1）焊接不可拆的连接成形（2）胶接（粘接）（3）机械连接（铆钉、螺栓等）可拆的3.焊接指通过加热或加压，用或不用填充材料，使焊件达到原子间结合的一种方法。

4.焊接特点“钢铁裁缝”（1）可简化零件的制造；（2）可实现不同材料间的连接，如汽门：杆部为45钢，头部为合金钢；（3）可制造异形结构的零件；（4）可节约金属（焊件重量轻）；（5）易于实现机械化和自动化；（6）焊件易产生变形、裂纹等缺陷。5．焊接分类根据原子间结合的途径不同，可分为三大类：熔焊、压焊和钎焊。（1）熔焊：通过加热熔化、填充金属、熔池冷却结晶，形成牢固接头的一种方法。如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电渣焊、激光焊、电子束焊等。（2）压焊：通过加压、加热或不加热，依靠原子扩散或塑性变形，形成牢固接头。如电阻焊、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊等。（3）钎焊：通过钎料熔化，填充间隙，并与母材相互扩散，形成牢固接头（工件不熔化）。如：火焰钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊等。安徽工程科技学院机械系6．焊接应用（1）制造金属结构件；如：桥梁、船舶、汽车、飞机、压力容器等；（2）制造机器零件和工具；（3）修复工件（提高使用性能）。因此，焊接在建筑、桥梁、压力容器、机械设备、家用电器、交通运输、航天航空等各行各业得到了广泛的应用。4.1焊接理论基础4.1.1熔焊冶金过程及其特点熔焊冶金过程:

指在熔焊过程中，焊接接头金属将发生一系列的物理、化学反应。包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区的组织变化等。1.熔焊液相冶金（1）特点：

1）温度高，

金属及合金元素发生剧烈烧损；

2）熔池小，冷速快，

各种冶金反应进行得不彻底，

焊缝金属易产生偏析、气孔、夹渣等缺陷。3）氢、氧、硫、磷等元素向金属中溶解，影响焊缝的质量。（2）保护焊缝质量的措施：

1）防止有害气体侵入熔池①采用焊条药皮、焊剂、CO2或氩气保护等；②进行焊前清理、烘干焊条或焊剂；③选用低氢焊条。

2）对熔池进行冶金处理①选用药皮中含有锰铁、硅铁等合金的焊条；②选用硫、磷含量较少的优质焊条。

2.熔池结晶：

以熔合线上局部熔化的母材晶粒为核心，形成与母材金属长合在一起的“联生结晶”，并沿着散热的反方向长大形成柱状晶。（1）特点：

晶粒较粗、组织致密、易引起化学成分偏析。（2）改善措施：

1）增添少量合金元素，如Ti、V、Mo等，可细化晶粒，提高力学性能；

2）采用机械外力，如机械振动、超声波振动、电磁搅拌等，也可细化晶粒。安徽工程科技学院机械系AUTS3.焊接接头的组织转变：

焊接接头由焊缝区、熔合区、热影响区三部分组成，其性能取决于三部分中最薄弱的部分。焊缝区熔合区热影响区母材安徽工程科技学院机械系AUTS123451.焊缝区2.熔合区3.过热区4.正火区5.部分相变区母材5432合金相图合金成份焊接温度分布图低碳钢焊接接头的区域划分焊接接头的组织与性能（以低碳钢为例）安徽工程科技学院机械系AUTS(1)焊缝区

→铸态柱状晶组织，性能高于母材。

(2)熔合区

→铸态粗晶+过热粗晶，性能最差。(3)热影响区过热区→过热粗晶，性能较差。相变重结晶区→均匀等轴细晶（正火区）力学性能最好。不完全重结晶区→等轴粗+细晶（部分相变区）力学性能一般。

（T＞T液）（需适当保护措施）

（T固～T液）

（T＜T固）低碳钢焊接接头安徽工程科技学院机械系AUTS

中、高碳钢的焊接热影响区则由淬火区、部分淬火区等组成。且碳量愈多，淬硬倾向愈大，产生焊接裂缝的倾向愈大。★改善焊接热影响区的方法①正确选择焊接方法和焊接工艺规范（小电流、大焊速），减小热影响区宽度。

焊接热影响区的宽度取决于焊接电流和焊接速度，即与焊接方法有密切的关系。常用熔化焊方法的热影响区宽度比较如下：电渣焊>手弧焊>CO2焊>氩弧焊和埋弧焊②焊后正火热处理，使构件均匀加热，以便得到均匀的等轴细晶组织。安徽工程科技学院机械系焊接方法过热区正火区部分相变区总宽电渣焊18~205.0~7.02.0~3.025~30手工电弧焊2.2~3.01.5~2.52.2~3.06.0~8.5CO2气保焊1.5~2.02.0~3.01.5~3.05.0~8.0钨极氩弧焊1.0~1.51.5~2.01.5~2.04.0~5.5埋弧自动焊0.8~1.20.5~1.70.7~1.02.3~4.0电子束焊~~~0.05~0.75常用熔化焊方法热影响区的平均尺寸

安徽工程科技学院机械系4.1.2焊接应力与变形1.产生原因原因→焊接过程中，对焊件进行了局部不均匀的加热和冷却，使焊接区金属的膨胀、收缩受到大小不等的阻碍。a.焊接时（瞬时）b.冷却时（残余）2.焊接残余应力的调节:

⑴焊接残余应力的分布:

在厚度不大的焊接结构中，残余应力基本上是两向的，厚度方向的残余应力很少。1）纵向残余应力бx

:即沿焊缝方向的残余应力。平板对接时焊缝区为拉应力，其余部分为压应力，如图A所示。2）横向残余应力бy

:

即垂直于焊缝方向的残余应力。平板对接时焊缝两端为压应力，中部为拉应力，如图B所示。⑵调节残余应力的措施:1）设计措施:①尽量减少焊缝的数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉。（采用型材、冲压件等）②采用刚度较小的接头。（易变形而减小应力）2）工艺措施:①采用合理的焊接顺序，使焊缝收缩较为自由。如下图所示拼板件焊接。

拼板焊缝的焊接顺序1、2、4、6—短焊缝，3、5—直通的长焊缝②降低焊接接头的刚度，如采用反变形法降低刚度而减小应力。③加热减应区：焊前或焊时在焊件的适当部位加热，使焊缝收缩时的约束减小。④焊缝锤击:焊后趁热锤击焊缝使之塑性伸长，以抵消焊缝受热时产生的压缩塑性变形。⑤预热和后热：即焊接前或后对焊件全部或局部进行适当加热。3.焊接残余应力的消除方法:①去应力退火：加热温度为500℃~600℃。②机械拉伸法：对焊件加载，使焊缝区产生塑性拉伸，减小原有的塑性变形，降低或消除内应力。③温度拉伸法:

用氧乙炔焰和喷水管造成一个焊缝区低、两侧高的温度场，从而使得焊缝两侧金属受热膨胀而对焊缝区进行拉伸，使焊缝区产生塑性拉伸，减小原有的塑性变形，降低或消除内应力。④振动法：通过激振器使得焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力。安徽工程科技学院机械系焊接件变形的方式４.焊接残余变形的控制和矫正⑴残余变形的类型：①收缩变形：

即焊件沿焊缝的纵向或横向尺寸减小。②角变形：即相连接的构件间的角度发生改变。③弯曲变形：即焊件产生弯曲。④扭曲变形：即焊件沿轴线方向发生扭转。⑤失稳变形（波浪形变形）：薄板在厚度方向失稳。⑵控制残余变形的措施：

1)设计措施：①尽量减少焊缝的数量和尺寸，合理选用焊缝的截面形状；②合理安排焊缝位置，使焊缝对称或接近于构件截面的中性轴，以减少弯曲变形。2）工艺措施：①反变形法：即焊前使构件产生与焊接残余变形方向相反的变形，使焊后变形相互抵消。安徽工程科技学院机械系采用反变形法→应预知变形的大小和方向。②采用刚性固定法：即焊前将焊件刚性固定。

有应力，适用于塑性好的材料。③合理选用焊接方法及焊接规范

选用能较集中的焊接方法，如CO2焊、等离子弧焊等及较小的热输入。

④选用合理的装配焊接顺序对称布置的焊缝应对称或同时施焊。⑤焊前预热，焊后缓冷或去应力退火

→消除应力

（3）焊接残余变形的矫正:1）机械矫正法:即利用外力使构件产生与焊接变形方向相反的塑性变形。如：手工锤击、用辊床、压力机等。2）火焰矫正法:即利用火焰局部加热焊件的适当部位使其产生压缩塑性变形，以抵消残余变形。如采用气焊炬。4.2焊接方法4.2.1熔焊

熔焊：利用热源局部加热的方法，将两工件接合处加热到熔化状态，形成共同的熔池，冷凝结晶，形成牢固接头。

应用：适于各种金属材料，任何厚度焊件。

主要方法：如电弧焊、电渣焊、堆焊、气焊等。1.电弧焊:

即利用电弧作为热源的熔焊方法。

特点:热量集中、温度高、设备较简单、使用方便。

常用的有:焊条（手工）电弧焊，埋弧焊，气体保护焊等。（1）手工电弧焊（焊条电弧焊）指用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。

特点：

1）设备简单，容易维护；

2）操作灵活，应用广泛；可以实现全位置焊接

(平焊、立焊、横焊、仰焊)；

3）生产率低，产品质量不够稳定；

4）对焊工操作技术要求较高，劳动条件差。

应用：单件小批生产和修复，适于2㎜以上各种常用金属的焊接。(2)埋弧焊即电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。1）特点：电流大、熔深大，效率高；对熔池保护作用好，焊接质量高，表面光滑美观，节省焊接材料和电能。

但设备投资较高，且只适用于平焊位置。安徽工程科技学院机械系AUTS

用颗粒状焊剂取代焊条药皮用连续自动送进的焊丝卷取代焊芯用暗弧取代明弧用自动焊机取代焊工的手工操作

2）工艺改进（与手弧焊比）3）应用：

成批生产时焊接碳钢、低合金结构钢、不锈钢等材料的中、厚板（6～60mm）结构上的长直焊缝及直径大于250mm

的大环缝的平焊。安徽工程科技学院机械系AUTS（3）气体保护焊用气体作保护的电弧焊焊缝焊丝喷嘴保护气体（CO2或Ar）熔池焊件电弧导电嘴1）熔化极气体保护焊:即采用实心焊丝或药芯焊丝作电极的气体保护焊。常用的保护气：CO2、Ar等。特点:熔深大，焊接速度快，生产率高；明弧可见，易于操作；焊缝含氧量低，质量好；工艺适应性强，可全位置焊接；焊接材料利用率高，能耗低。安徽工程科技学院机械系AUTS二氧化碳气体保护焊：粗丝CO2焊（焊丝1.65.0mm）细丝CO2焊（焊丝

0.5

1.2mm）CO2保护焊适合焊5～30mm的中厚板适合焊0.8～

4.0mm的薄板以CO2气体保护熔池的电弧焊。以焊丝为电极,可实现自动送进；焊丝中还需加入硅、锰等脱氧剂,常用牌号为H08MnSiA。

CO2焊成本低、质量好、效率高，可实现自动焊、全位置焊。主要适用于焊接低碳钢和低合金结构钢的中、薄板结构，如轿车外壳的拼接等。2）钨极惰性气体保护焊:即用纯钨或活化钨电极的惰性气体保护焊。特点：可确保熔池金属不发生冶金反应且几乎可焊接所有的金属及合金；电弧燃烧相当稳定；焊接过程明弧可见，便于操作；焊缝金属含氧量极低，成本较高。安徽工程科技学院机械系氩弧焊：

氩弧焊是以氩气Ar（惰性气体）来保护熔池的电弧焊。氩弧焊钨极氩弧焊：用钨合金作电极，钨极不熔化，需另加焊丝。

适合焊4mm以下的薄板。熔化极氩弧焊：以焊丝作电极，

适合焊3～25mm的中厚板。

氩弧焊热量集中、电弧稳定，焊速快、变形小，气体保护效果好，接头质量高，能适应各种焊位，便于实现自动焊，但成本高。主要用于焊接铝、镁、铜、钛等有色金属和有色合金以及焊不锈钢、耐热钢等合金钢。2.电渣焊即利用电流通过液体熔渣产生的电阻热进行焊接的方法.特点:不易产生气孔夹渣等缺陷;

焊接应力小，但热影响区宽、组织粗大；焊后一定要正火以细化晶粒;

只适于厚板和立焊位置焊接。应用：电渣焊主要用于板厚>40mm的低、中碳钢和合金结构钢的长直焊缝及大环缝的立焊。(任何厚度都可不开坡口一次焊成)3.堆焊即为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接。特点:可提高零件的寿命，易于调节熔敷金属的成分和组织，可获得耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能；熔敷速度快，效率高，且可利用已有的焊接设备。堆焊材料：合金钢、合金铸铁、钴基和镍基合金、碳化钨等。方法:

可采任何一种熔焊方法，焊条电弧焊和氧乙炔焰堆焊应用最多。应用：各种机械零件和工具、模具的制造和修复。4.2.2压焊压焊是通过施加压力（加热或不加热），使金属产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，形成焊接接头。常用的压焊方法有电阻焊和摩擦焊等。压焊的要素：

★热源：电阻热；高频热；摩擦热。

★力：静压力；冲击力；爆炸力。1.电阻焊:（压紧、通电、塑变）

特点：

1）焊接速度快，变形小；

2）生产率高，劳动条件好；

3）易于实现机械化和自动化；

4）设备复杂，耗电量大。

分类：电阻焊可分为点焊、缝焊、对焊三类。安徽工程科技学院机械系AUTS（1）电阻点焊

→适用焊无气密性要求的薄板（0.05~6mm）结构，如汽车外壳等。安徽工程科技学院机械系AUTS（2）缝焊

→

适用焊有气密性要求的薄板（≤3mm）容器和管道等，如汽车水箱、油箱。AUTS（3）对焊

1）电阻对焊

→适用焊截面简单的（方、圆）、直径或边长小于20mm且强度要求不高的杆件、管材等。电阻对焊接头外形匀称，但接头强度较差，焊前对焊接面的清理要求高。固定电极移动电极工件2）闪光对焊（通电、靠近、闪电、最后压紧塑变）

适用于焊各种大小的等截面的重要工件，可以是同种金属或异种金属，尤其适合细丝的对接或特别粗大的金属棒、管或异型材料的对接。如焊接重要的管道、钢轨、锚链、刀具、钢筋等。

★电阻对焊和闪光对焊一般要求焊件截面形状应尽量相同，圆棒直径、方料边长、管子壁厚之差不应超过15%。2．摩擦焊：利用焊件接触面相互磨擦所产生的热，使端部达到塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接。（1）特点：1）焊接质量好，生产率高；

2）焊接变形小，成本低；

3）可实现异种金属的对接；

4）设备投资大。（2）应用：圆形、管形截面焊件的对接，如：圆柄刀具、拖拉机轴瓦等。

★被焊件可以等截面或不等截面，可以是同种或异种金属，但必须有一个是圆形截面。4.2.3钎焊

利用液态钎料润湿母材（工件不熔化），填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接。

1．特点

（1）接头光滑平整，组织和力学性能变化小；（2）生产率高；（3）可焊异种金属；（4）接头强度低，耐热性差。

2.应用

用于硬质合金刀具、仪表、电机、电器部件等。3.工艺过程焊前准备（除油、清理）→装配零件、安置钎料

→加热、钎料熔化

→冷却形成接头

→焊后清理

→检验。4.加热方法（1）烙铁；（2）电阻；（3）红外线；（4）火焰；（5）感应；（6）激光等。★钎焊接头形式：常用对接和搭接形式。5.焊接材料（钎料与钎剂）（1）钎料：即钎焊时用作填充金属的材料。

1）软钎料：熔点低于450℃，接头强度较低，бb≤70MPa。如：锡铅基、锌基、铅基等。

2）硬钎料：熔点高于450℃，接头强度较高，бb＞200MPa。如：铝基、铜基、银基等。（2）钎剂即钎焊时使用的熔剂。

1）松香、氯化锌水溶液等，用于软钎焊；

2）硼砂、硼酸配制而成，用于硬钎焊。安徽工程科技学院机械系AUTS6.钎焊类型软钎焊→钎料熔点＜450℃（锡基、铅基等），接头强度低，适用于焊受力不大或工作温度较低的工件。如各种电器导线的连接，仪表、仪器元件的焊接等。硬钎焊→钎料熔点＞450℃（银基、铜基等），接头强度高，适用于焊受力较大或工作温度较高的工件。如车刀、铣刀上硬质合金刀片与中碳钢刀体的连接。常采用铜钎焊，金银首饰常用银钎焊。钎焊4.2.4其它焊接方法

1.等离子弧焊利用等离子弧进行焊接的方法。

（1）等离子弧：通过机械压缩，热压缩和电磁压缩效应，使气体完全电离。

（2）等离子弧特点：温度高，能量密度大，穿透能力强。

（3）应用：等离子弧焊接主要用于焊铜及铜合金、钛及钛合金、合金钢、不锈钢、钼等薄壁结构。而其更主要的用途是切割板料。2．电子束焊利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空或非真空中的焊体所产生的热能进行焊接的方法。3．激光焊以聚焦的激光束作为能源轰击焊体所产生的热量进行焊接，也可手于切割。特点：能量密度高，焊缝窄、熔深大，热影响区及变形小；可利用光学原理到达焊炬难以到达之处完成焊接，特别是可透过玻璃进行焊接。4.扩散焊（属于压焊）将焊件紧密贴合，在真空或保护气氛中，在一定温度和压力下保持一段时间，使接触面之间的厚子相互扩散而完成焊接。原理：①原子扩散②晶粒生长特点：①焊件变形极小②组织性能不变

应用：适合各种金属、陶瓷、石墨、玻璃等同种或异种材料的精密焊接。★真空扩散焊：用于精密零件和异种材料的焊接。如：发动机喷管，飞机蒙皮等。4.3常用金属材料的焊接4.3.1材料的焊接性

焊接性是材料在限定的施工条件下焊成按规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。1.材料焊接性的影响因素:（1）材料的化学成分：

1）在Fe－C合金中，随含C量的增加，焊接性下降；

2）非铁合金的焊接性一般均较差。（2）焊接方法:

同种材料采用不同的焊接方法，材料的焊接性差别很大。采用埋弧焊、等离子弧焊、激光焊等方法时，焊接性较好。例如：焊接难熔金属，异种材料时，若采用手工电弧焊、气体保护焊等较困难，但采用等离子弧焊、激光焊等可获得良好的接头。

（3）焊接材料:

指焊条、焊丝、焊剂和气体等。例如：选用碱性焊条，焊缝力学性能比选用酸性焊条要高。（4）焊接结构类型:

焊件结构越复杂或板厚越大，焊接性就越差。（5）服役要求（使用要求）:焊接使用要求不高时，焊接性好些。

2.焊接性的评价:（1）估算法：

1）碳当量法：即把钢中合金元素（包括碳）的含量按其作用换算成碳的相当含量，作为评价钢材焊接性的一种参考指标。国际焊接学会推荐的公式：式中ＣＥ＿＿碳当量（％）；

ω（Ｃ）、ω（Ｍｎ）＿＿碳、锰等相应成分的质量分数（％）。AUTSCE值愈大，焊接性愈差。①CE＜0.4%时，焊接性能良好。

淬硬、冷裂倾向不大，不需特殊的工艺措施。②CE=0.4%～0.6%时，焊接性能较差。

淬硬、冷裂倾向明显，需一定的工艺措施。（焊前预热、焊后缓冷）③CE＞0.6%时，焊接性能很差。

淬硬、冷裂倾向严重，需严格的工艺措施。（焊前较高温度的预热，焊后缓冷并进行去应力退火）2）冷裂纹敏感系数法PW考虑了板厚、焊缝氢量的影响。

式中Pw_____冷裂纹敏感系数；

ω(C)、ω(Mn)等_____碳、锰等相应成分的质量分数(%)；［H］_____100克焊缝金属中扩散氢的含量(Ml)；

h_____材料板厚(mm)。防止裂纹要求的最低预热温度Tp：

Tp=1440Pw-392（℃）Pw值越大（反映材料焊接性差），预热温度Tp越高。（2）焊接性试验：即评定母材焊接性的试验。如焊接裂纹试验接头、力学性能试验、接头耐腐蚀性能试验等。常用金属材料的焊接性能材料种类焊接性主要焊法工艺措施低碳钢良好所有方法

一般不需，只有焊厚大构件或在0℃以下低温环境中焊接时，应适当预热低合金结构钢低强度良好手弧、埋弧、电渣、CO2高强度较差手弧、埋弧、电渣、Ar+CO2焊前需预热，重要件焊后去应力退火中碳钢较差手弧、埋弧、气焊等

焊前预热，焊后缓冷高碳钢很差手弧、埋弧、气焊等

焊前预热，焊后缓冷并热处理材料种类焊接性主要焊法工艺措施不锈钢奥氏体良好

氩弧焊、手弧、埋弧不需马氏体铁素体较差焊前预热，焊后缓冷，有时需热处理铜、铝、钛等有色金属较差氩弧焊、气焊、电阻焊、钎焊

厚板需焊前预热铸铁极差（只焊补）手弧焊、气焊（薄壁）重要件、复杂件

焊前预热，焊后缓冷（续表）4.3.2常用金属材料的焊接1.碳钢的焊接⑴低碳钢的焊接

低碳钢的ＣＥ＜０.４％，焊接性良好．应用：一般的工程结构和强度要求不高的机器零件⑵中碳钢的焊接：中碳钢的ＣＥ一般为０.４％～０.６％，焊接性较差，焊接接头易产生淬硬组织和裂纹．改善焊接性的措施：

①预热和后热；②选用低氢型焊条或碱度较多的焊剂；③使用小电流、低速焊和多层焊；④焊后应当立即进行热处理。⑶高碳钢的焊接：高碳钢的ＣＥ＞０.６％，焊接性更差。措施：采用更高的预热温度和更严格的工艺措施。应用：工具、模具的修补。２．低合金钢结构⑴强度级别低的低合金钢的焊接当бS=295~390Mpa，CE＜0.4%时，焊接性较好。⑵强度级别较高的低合金钢的焊接：当бS=440~540Mpa，CE：0.4~0.6%时，焊接性较差。采取措施：①预热和后热②采用碱性焊条碱度较高的焊剂③焊后需进行去应力退火或高温回火．３．耐热钢的焊接：焊接性一般均较差．措施：①焊前清理；②预热和后热；③选用低氢型焊条或碱度较高的焊剂；④焊后热处理。４.不锈钢的焊接：焊接性一般均较差。措施：

①采用高纯焊接材料；

②选用高碱度焊剂或低氢型焊条；

③焊接时须采用热量集中的焊法、小的热输入、低的层间温度，以减少热影响区的受热程度；

④焊后热处理。５．铸铁的焊接：

焊接时易产生裂纹、白口及淬硬组织，故焊接性较差。需采取一定的工艺措施。常用的焊接方法有：⑴异质焊缝冷焊：即选用焊缝为非铸铁型组织的焊条；以防止出现白口组织和裂纹。常用焊条电弧焊，通常不预热。应用：纯镍铸铁焊条仅用于机床导轨面；碳钢铸铁焊条只能用于焊补铸铁件的非加工面。⑵同质焊缝热焊：

即选用焊缝为铸铁型的焊条或焊丝，焊前将铸件整体或局部预热至550－650℃，且焊时温度不低于400℃。常用焊条电弧焊和气焊，焊后需去应力退火。优点：有效地防止白口、淬硬组织及裂纹，接头切削加工性好。缺点：成本高，生产效率低，劳动条件差。应用：用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加工的重要铸件。６．非铁金属的焊接

⑴铝及铝合金工业纯铝和非热处理强化的变形铝合金，焊接性较好。可热处理强化变形铝合金和铸造铝合金，焊接性较差。焊接的主要困难：①极易生成熔点高、密度大的氧化物使焊缝产生未熔合或夹渣缺陷；②易产生内应力、变形和裂纹；③易使焊缝产生气孔；④所含的低沸点合金元素焊接时极易蒸发、烧损；⑤铝的热导率和热容量大，焊接时热损失大等。焊接时注意事项：①尽量选用能量集中的强热源；②焊丝成分一般应与母材相同或相近；③焊前清理焊丝和焊件；④板厚较大或气温较低时需预热。⑵铜及铜合金:

焊接性较差。主要困难:①易引起热裂纹；②易生成气孔；③易引起内应力、变形和裂纹；④易产生未熔合、未焊透等缺陷。注意事项:①熔焊时焊丝成分一般应于母材成分相近；②焊接热输入宜大，必要时进行去应力退火。4.4焊接结构设计与工艺设计简介

使用焊接方法制造的金属结构称为焊接结构。船体、球罐、起重机臂等都是焊接结构。

设计主要内容：（1）结构材料的选择；（2）焊缝布置；（3）焊接方法的选择；（4）焊接接头设计；（5）焊接材料、焊接参数的选择等。４.4.1结构材料的选择结构材料指焊件材料。选择原则：⑴尽量选用焊接性较好的材料。

(在满足使用性能要求的前提下)如WC＜0.25%的碳钢，

WC＜0.2%的低合金钢等。⑵尽量采用廉价材料，以降低成本。⑶尽量选用轧制型材，以减少焊缝、焊接应力。

４.4.1焊缝布置

★焊缝在空间的位置：

平焊；横焊；立焊；仰焊。平焊操作方便，易于保证焊缝质量，故焊接时，使焊缝尽可能量处于平焊位置。为保证焊接件的质量，在布置焊缝位置和确定焊接次序时，应尽量减少焊接应力和变形，并充分考虑工人的操作方便及工件美观，一般应遵循以下原则：

1.焊缝布置应便于操作，以便于施焊和检验。不合理合理A.手工电弧焊不合理合理B.埋弧焊C.点焊或缝焊不合理合理>75°2.焊缝应避开加工表面，尤其是已加工表面。不合理合理3.焊缝应避免焊缝密集或汇交，尽量少、短，对称、分散布置。4.焊缝应尽量避开构件最大受力处或孔洞、尖角等应力集中处。5.应避免母材厚度方向工作时受拉。4.4.3焊接方法的选择

合理选择焊接方法，应考虑的因素：１．材料的焊接性，低碳钢可采用各种焊接方法。２．焊件的结构特点；如焊缝的长短、形状，焊件厚度等。

３．生产批量：批量小：用设备投资少的方法，如气焊、焊条电弧焊等；批量大：用高效焊接方法，如电阻焊、摩擦焊、埋弧焊等。４．经济性，优先选用普通焊接方法。

如气焊、电弧焊、电阻焊等。对接搭接角接T形接头1.焊接接头形式及特点：（1）对接接头：受力均匀，接头质量易保证，应用最广；（2）搭接接头：受力不均匀，材料消耗大，一般用于薄板件；（3）角接接头：只连接，不能传递工作载荷；（4）T形接头：可传递载荷。4.4.4焊接接头设计★焊接接头形式的选择：

选用何种接头主要依据焊接方法、焊件结构特点和使用要求等因素。（1）焊接方法:1）熔焊适用于各类接头形式；2）电阻点焊和缝焊须采用搭接接头；3）对焊和摩擦焊须采用对接接头；4）钎焊多采用搭接接头。（2）焊件结构特点和使用要求：1）承载较大的接头宜采用对接，以减少应力集中；2）承载较小可采用搭接、角接、Ｔ形接。２．坡口形式坡口：是根据设计和工艺需要，在焊件的待焊部位加工并装配成的呈一定几何形状的沟槽。常用的坡口形式有Ⅰ形，Ｖ形，Ｕ形，Ｘ形，和双Ｕ形等。（1）各类坡口的特点：1）Ⅰ形坡口：

①易于制备；②板厚较大时难于焊透。2）Ｖ形坡口：

①较易制备；②厚板焊接时费工费料；

③焊接变形较大。3）Ｕ形、Ｘ形及双Ｕ形坡口：①焊接时省工省料；②焊接变形小；③制备较费工。（2）坡口形式选择：主要依据焊件板厚和焊件使用条件进行选择。

1）焊件板厚：薄板对接一般采用Ⅰ型坡口，其余可查表。

2）焊件使用条件：★承载较小或精度要求不高时，采用Ⅰ形、Ｖ形等坡口；★承载较大或精度要求较高时，宜采用Ｕ形、Ｘ形、和双Ｕ形等坡口。4.4.5焊接工艺设计示例实例结构名称：中压容器（见下图）材料：16MnR（钢板尺寸12005000）料厚：筒身12mm，封头14mm，

人孔圈20mm，管接头7mm。

生产数量：小批生产。试制定焊接工艺方案。

8243000管接头人孔筒身封头AUTS解:（1）焊缝布置、焊接次序根据板料尺寸，筒身应分为三节，分别冷卷成形，为避免焊缝密集，三段筒身上的纵焊缝可相互错开180°；封头应采用热压成型，与筒身连接处应有30~50mm的直段，使焊缝躲开转角应力集中处。人孔圈因其板厚较大，一般加热卷制。1234567（2）焊接方法、接头形式、焊接材料及工艺序号焊缝名称焊接方法与工艺接头型式焊接材料1筒身纵缝1、2、3

埋弧自动焊双面焊（质量高），先内后外。16Mn应在室内焊接。焊丝：

H08MnA焊剂：431焊条：J5072筒身环缝4、5、6、7

4、5、6埋弧焊双面焊，先内后外；7装配后先在内部用手弧焊封底，再用埋弧焊焊外环缝。3管接头焊缝

插入式装配，手工电弧焊，双面焊。焊条：J507AUTS序号焊缝名称焊接方法与工艺接头型式焊接材料4人孔圈纵缝

手工电弧焊（焊缝短），平焊位置，V型坡口。焊条：J5075人孔圈焊接

为立焊位置的圆周角焊缝，采用手工电弧焊，单面坡口双面焊，焊透。焊条：J507（续表）4.5胶接

胶接:用胶粘剂将被粘物连接在一起.特点:①应力集中和变形小②工艺简单、生产效率高、成本低.③提高接头的密封性能④耐老化性、耐热性、耐溶剂性均较差⑤工艺要求较严,质量较难检验.4.5.1胶接基础

1.胶粘剂固化的机理:①化学方法:采用固化剂或一定条件使胶粘剂产生聚合、交联等反应而实现固化的.②物理方法:是通过乳胶液凝聚、溶液挥发或熔融体冷却等方式实现固化.2.胶粘剂胶接的机理:⑴机械粘合论:即胶接是胶粘剂渗透到被粘物表面层的孔隙中,固化后产生机械锲合作用而使其连接为一体的.⑵吸附论:即胶接是胶粘剂与被沾物的表面分子间相互吸附而使其粘结为一体的.⑶静电论:即胶接是胶粘剂和被粘物间相互接触,产生正、负电层的双电层,由于静电相互吸引而产生粘附力的.⑷扩散论:即胶接是胶粘剂与被粘物分子间相互扩散,在界面上互溶而形成牢固结合的.4.5.2胶接接头

胶接接头:用胶粘剂把两个相邻的被粘物胶接在一起的部位.1.胶接接头的类型:

搭接接头、槽接接头、对接接头、斜接接头、角接接头等类型.使用原则:少用对接,尽量采用搭接或槽接.2.胶接接头承受的负荷类型⑴剪切力:是在平行于胶层的载荷作用下接头所承受的作用力.(如图)4.5.3胶接工艺

表面处理涂胶胶层固化胶接质量1.表面处理:是为使被粘物适于胶接或涂布而对其表面进行的化学或物理处理.目的:⑴清除表面污物⑵增加表面积和增加表面能包括:预清洗、脱脂、打磨和化学处理等2.涂胶⑴对于液体胶粘剂和溶剂型胶粘剂:

可采用刷涂、喷涂、浸渍、注入和漏胶等方式.⑵糊状胶粘剂:通常采用刮胶方法.⑶固体胶粘剂:常采用敷贴胶膜、热熔涂胶等方法3.胶层固化⑴工艺参数:胶层固化应控制温度、压力和时间等三个参数.⑵常用的加压方法:杠杆加压、弹簧加压、气囊施压和抽真空施压等.4.胶接质