常用的金属连接方法.ppt

焊 接,第一节 绪论,一、常用的金属连接方法,第一节 绪论,二、定义：利用加热或加压，或两者并用，填充或不填充金属，借助于原子间的结合以达到连接金属的一种加工方法。三、优点节约材料，降低成本；生产率高；能化大为小，拼小成大；不同材料、不同厚度拼接；具有良好的密封性。,四、焊接方法分类：以焊接时的物理冶金特征进行分类，即以两材料发生结合时的物理状态为焊接过程最主要的特征：,熔化焊(液相),压力焊(固相),钎焊(固相兼液相）,气焊电弧焊,电阻焊：点焊、缝焊、对焊摩擦焊感应焊：高频焊、中频焊爆炸焊、超声波焊、扩散焊、冷压焊等,等离子焊、电渣焊、电子束焊、激光焊等,手工电弧焊埋弧自动焊气体保护焊,氩弧焊CO2气体保护焊,软钎焊：锡焊硬钎焊：铜焊、银焊,第一节 绪论,第二节 手工电弧焊,一、原理和方法,电弧在焊条与工件（母材）之间燃烧电弧热使母材熔化形成熔池焊条金属芯熔化滴入熔池焊条药皮熔化后形成熔渣保护熔池不受空气侵害药皮分解产生气体环绕在电弧周围，隔绝空气，保护电弧、熔池金属,二、焊接电弧电弧的产生：焊条和工件之间产生的强烈、持久、稳定的气体放电现象电弧的结构：阴极区、阳极区和弧柱区,第二节 手工电弧焊,弧柱区的温度高达5000K以上；阴极区和阳极区的温度较低，分别约为2400K和2600K；阴极区和阳极区的几何长度很小，仅为104105cm；我们所看到的电弧实际上是电弧的弧柱区,三、焊条（1）焊条的组成焊芯：作为电极传导电流；熔化后作为填充金属与母材形成焊缝药皮：改善焊接工艺性；保护作用（2）焊条的分类、型号及牌号焊条分类按用途分：结构钢焊条；低温钢焊条；不锈钢焊条等按药皮性质分：酸性焊条；碱性焊条焊条型号：国家标准碳钢焊条型号由字母“E”和四位数字组成，如“E4301”焊条牌号：行业标准,第二节 手工电弧焊,四、焊接接头的组织和性能,由焊缝、熔合区和热影响区组成。（1）焊缝 由熔池金属结晶形成的焊件结合部分；属于铸造组织，晶粒呈垂直于熔池底壁的柱状晶硫、磷等低熔点杂质容易在焊缝中心形成偏析，使焊缝塑性降低，易产生热裂纹（2）热影响区焊缝两侧处于固态的母材金相组织和力学性能发生变化的区域 由过热区、正火区、部分相变区组成（3）熔合区是焊缝与热影响区之间的过渡区域熔化部分铸态组织，未熔化部分严重过热，粗晶组织，性脆越窄越好,第二节 手工电弧焊,过热区：1100固相线；粗大的魏氏组织；塑性和韧性降低；薄弱部位正火区：AC31100；完全奥氏体化；细小晶粒；性能改进部分相变区：AC1AC3；部分奥氏体化，组织不均匀；性能较差,第二节 手工电弧焊,三、焊接应力和变形 1、焊接应力和变形的形成及危害,第三节 焊接应力和变形,（1）焊接应力和焊接变形形成,第三节 焊接应力和变形,第三节 焊接应力和变形,（2）焊接应力和焊接变形的危害焊接应力和焊接变形相互制约焊接应力：导致热裂纹；残余应力影响结构的机械加工精度，降低承载能力、引发冷裂纹，甚至导致结构脆断事故的发生。焊接变形：降低结构的装配精度、可能引起应力集中和附加应力，使结构的承载能力下降；焊接变形过大会导致结构报废,合理选择焊接顺序和焊接方向,2、减小和消除焊接应力的措施：,第三节 焊接应力和变形,锤击法：使焊缝金属发生塑性变形从而减小残余应力预热法加热“减应区”法热处理法：高温回火600650,第三节 焊接应力和变形,2、焊接变形的基本形式收缩变形（缩短变形）角变形弯曲变形扭曲变形翘曲变形（波浪变形）,第三节 焊接应力和变形,3、控制和矫正焊接变形的措施（1）结构设计应合理 减少不必要焊缝；焊缝截面和长度尽量小；焊缝布置和坡口型式尽量对称（2）反变形法,第三节 焊接应力和变形,（3）刚性固定法,第三节 焊接应力和变形,（4）选择合理的装配焊接顺序（5）选择合理的焊接方法和焊接工艺系数,第三节 焊接应力和变形,4、焊接缺陷,第三节 焊接应力和变形,四、金属材料的焊接性1、定义：指被焊金属材料在一定的焊接工艺条件下（包括焊接方法、焊接材料、焊接规范、工艺措施等），获得优质接头的难易程度。工艺焊接性（结合性能）：能否形成完好焊接接头；使用焊接性（使用性能）：焊接接头能否安全工作。2、评价方法直接试验法间接评估法碳当量法冷裂敏感系数法,第四节 金属材料的焊接性能,第四节 金属材料的焊接性能,C当量0.6%时，塑性差，淬硬倾向很强，焊接性能极差。必须采取较高的预热温度和严格的工艺措施，才能保证焊接质量。,一、碳钢的焊接1、低碳钢：优2、中、高碳钢：焊前预热；焊后缓冷二、低合金结构钢的焊接 焊前预热，焊后缓冷 不锈钢采用氩弧焊四、铸铁的焊补主要是焊补：热焊法、冷焊法,第四节 金属材料的焊接性能,五、有色金属的焊接1、铜及铜合金容易产生气孔和焊不透；膨胀系数大，易产生焊接应力和变形；氩弧焊、气焊、焊条电弧焊及钎焊；电阻值很小，不宜进行电阻焊；2、铝及铝合金容易产生气孔和不良夹渣；膨胀系数大，易产生焊接应力和变形，甚至开裂；氩弧焊、气焊、电阻焊及钎焊；,第四节 金属材料的焊接性能,第五节 其他常用焊接方法,一、埋弧自动焊,第五节 其他常用焊接方法,埋弧自动焊的特点（1）生产率高 焊接电流比手工电弧焊时大得多，可以高达1000A，一次熔深大，焊接速度大，且焊接过程可连续进行，无需频繁更换焊条，因此生产率比手工电弧焊高520倍。（2）焊接质量好 熔渣对熔化金属的保护严密，冶金反应较彻底，且焊接工艺参数稳定，焊缝成形美观，焊接质量稳定。（3）劳动条件好 焊接时没有弧光辐射，焊接烟尘小，焊接过程自动进行。缺点：埋弧自动焊一般只适用于水平位置的长直焊缝和直径250mm以上的环形焊缝，焊接的钢板厚度一般在660mm；不适合薄板和曲线焊接；适焊材料局限于钢、镍基合金、铜合金等，不能焊接铝、钛等活泼金属及其合金。,第五节 其他常用焊接方法,埋弧焊的衬垫和手工封底,引弧板和熄弧板,第五节 其他常用焊接方法,用气体将电弧、熔化金属与周围的空气隔离，防止空气与熔化金属发生冶金反应，以保证焊接质量。保护气体主要有Ar、He、CO2、N2等。,二、气体保护焊,（1）按电极是否熔化非熔化极气体保护焊 熔化极气体保护焊（2）按保护气体的性质惰性气体保护焊CO2气体保护焊,第五节 其他常用焊接方法,钨极氩弧焊示意图（自动焊）1-熔池 2-焊丝 3-送丝滚轮 4-焊丝盘 5-钨极 6-导电嘴 7-焊炬 8-喷嘴 9-保护气体 10-电弧,优点：（1）采用纯氩气保护，焊缝金属纯净，特别适合于非铁合金、不锈钢、钛及钛合金等材料的焊接。（2）焊接过程稳定，所有焊接参数都能精确控制，明弧操作，易实现机械化、自动化。（3）焊缝成形好，特别适合3mm以下的薄板焊接、全位置焊接和不用衬垫的单面焊双面成形。,钨极氩弧焊,第五节 其他常用焊接方法,熔化极氩弧焊示意图（自动焊）1-焊接电弧 2-保护气体 3-焊炬 4-导电嘴 5-焊丝 6-送丝滚轮 7-焊丝盘 8-喷嘴 9-熔池,第五节 其他常用焊接方法,在电弧的高温作用下，CO2会分解为CO和O，因而具有较强的氧化性；会使Mn、Si等合金元素烧损，焊缝增氧，力学性能下降，还会形成气孔；电弧稳定性差、金属飞溅大、弧光强、烟雾大等缺点；只适合焊接低碳钢和低合金结构钢，不能用于焊接高合金钢和非铁合金。CO2气体保护焊的优点：（1）CO2气体保护焊的成本仅为手工电弧焊和埋弧焊的40%50%；（2）CO2电弧穿透能力强，熔深大，生产率比手工电弧焊高14倍；（3）焊缝氢含量低，焊丝中Mn含量高，脱硫作用好，因而焊接接头的抗裂性好。,二氧化碳气体保护焊,第五节 其他常用焊接方法,利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热作为热源电渣焊焊接接头处于垂直位置，在焊接的起始端和结束端装有引弧板和引出板。将焊剂装入接头空间至一定高度，然后焊丝在引弧板上引燃电弧，将焊剂熔化形成渣池。当渣池达到一定深度时，电弧被淹没而熄灭，电流通过渣池产生电阻热，进入电渣焊过程，渣池温度可达17002000，可将焊丝和焊件边缘迅速熔化，形成熔池。随着熔池液面的升高，冷却滑块也向上移动，渣池则始终浮在熔池上面作为加热的前导，熔池底部结晶，形成焊缝。,三、电渣焊,1-焊丝 2-渣池 3-熔池 4-焊缝 5-焊件 6-冷却水管 7-冷却滑块,第五节 其他常用焊接方法,1、电渣焊的特点（1）优点在电渣焊的焊接过程中，除开始阶段有一电弧过程外，其余均为稳定的电渣过程，与埋弧焊有本质区别。任何厚度的焊件都能一次焊成，因而在焊接厚大工件时，生产率高，成本低。熔池保护严密，冷却缓慢，因此冶金过程完善，气体和熔渣能充分浮出，不易产生气孔、夹渣等缺陷。（2）局限性由于焊接熔池大，加热和冷却缓慢，在焊缝及热影响区容易过热形成粗大组织，因此电渣焊通常焊后用正火处理消除接头中的粗晶。电渣焊总是以立焊方式进行，不能平焊，电渣焊不适于厚度在30mm以下的工件，焊缝也不宜过长。,2、电渣焊的应用主要用于重型机械制造业中，制造锻-焊结构件和铸-焊结构件，如重型机床的机座、高压锅炉等，焊件厚度一般为40450mm，材料为碳钢、低合金钢、不锈钢等,第五节 其他常用焊接方法,利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将连接处加热到塑性状态或局部熔化状态，再施加压力形成接头的焊接方法。,四、电阻焊,第五节 其他常用焊接方法,（1）点焊工件搭接后放在柱状电极间，通电加压，由于两工件接触面处电阻较大，通电后迅速加热并局部熔化形成熔核，熔核周围为塑性状态，然后在压力的作用下熔核结晶形成焊点。焊接第二点时，有一部分电流会流经已焊好的焊点，称点焊分流现象。因此在实际生产中对各种材料在不同厚度下的焊点最小间距有一定的规定。主要用于4mm以下的薄板冲压壳体结构及钢筋结构的焊接，尤其是汽车和飞机制造。影响因素：焊接电流、电极压力、通电时间等,点焊接头形式,第五节 其他常用焊接方法,（2）缝焊缝焊分流作用较大，对于材料、厚度相同的焊件，所需焊接电流一般比点焊增加15%40%。由于缝焊所需的焊接电流较大，所以只适用于3mm以下有气密性要求的薄板结构，如油箱、管道等。,第五节 其他常用焊接方法,（3）对焊电阻对焊：电阻对焊一般仅用于断面简单、截面积小于250mm2和强度要求不高的杆件对接，材料以碳钢、纯铝为主。,电阻对焊的接头形式,第五节 其他常用焊接方法,闪光对焊：a.不仅能焊接同种金属，还能焊接异种金属（如铝-铜、铜-钢、铝-钢等）。b.焊件烧损较多，且焊后有毛刺需要清理。c.焊接单位面积焊件所需的焊机功率较电阻对焊小，有利于焊接大截面的焊件，从直径0.01mm的金属丝到直径500mm的管材、截面20000mm2的型材均可焊接。d.用于杆状件对接，如刀具、管子、钢筋、钢轨、车圈等。,闪光对焊的接头形式,第五节 其他常用焊接方法,五、摩擦焊,摩擦焊原理图,摩擦焊接头形式,第五节 其他常用焊接方法,优点：（1）焊接质量稳定，焊件尺寸精度高，接头废品率低于电阻对焊和闪光对焊。（2）焊接生产率高，比闪光对焊高56倍。（3）适于焊接异种金属。（4）加工费用低，省电，焊件无需特殊清理。（5）易实现机械化和自动化，操作简单，焊接工作场地无火花，弧光及有害气体。,应用异种金属和异种钢产品，如电力工业中的铜-铝过渡接头，金属切削用的高速钢-结构钢刀具等；结构钢产品，如电站锅炉蛇形管、阀门、拖拉机轴瓦等。,缺点：（1）靠工件旋转实现，焊接非圆截面较困难。盘状工件及薄壁管件，由于不易夹持也很难焊接。（2）受焊机主轴电机功率的限制，目前摩擦焊可焊接的最大截面为20000mm2。（3）摩擦焊机一次性投资费用大，适于大批量生产。,第五节 其他常用焊接方法,六、钎焊采用熔点低于母材的合金作钎料，加热时钎料熔化，并靠润湿作用和毛细作用填满并保持在接头间隙内，而母材处于固态，依靠液态钎料和固态母材间的相互扩散形成钎焊接头。钎焊对母材的物理化学性能影响小，焊接应力和变形较小。可焊接性能差别较大的异种金属，能同时完成多条焊缝。接头外表美观整齐，设备简单，生产投资小。但钎焊接头的强度较低，耐热能力差。,应用：硬质合金刀具、钻探钻头、自行车车架、换热器、导管及各类容器等；在微波波导、电子管和电子真空器件的制造中，钎焊甚至是唯一可能的连接方法。,第五节 其他常用焊接方法,钎焊接头,第五节 其他常用焊接方法,等离子弧焊与切割电子束焊激光切割与焊接,第五节 焊接件的结构工艺性,一、焊缝布置焊缝应尽量处于平焊位置焊缝应布置在便于施焊位置,便于施焊,第三节 焊接件的结构工艺性,便于施焊,尽量减少焊缝数量及长度,焊缝布置应避免密集或交叉,第三节 焊接件的结构工艺性,焊缝布置应尽量对称,焊缝布置应尽量避开应力集中位置,第三节 焊接件的结构工艺性,焊缝布置应避开机加工表面,二、焊接接头设计1、接头形式设计,第三节 焊接件的结构工艺性,第三节 焊接件的结构工艺性,2、接头坡口形式设计,第三节 焊接件的结构工艺性,三、焊接方法的选择,第三节 焊接件的结构工艺性,焊接接头使用性能及质量应符合结构技术要求 提高生产率，降低成本 焊接现场设备条件及工艺可能性,第五章 粉末冶金,第一节 概述 既是冶金的方法，又是直接制造零件的方法,特点可获得多组元材料可获得多孔材料可获得难熔材料和硬质合金可实现少或无切削加工,第二节 粉末冶金工艺过程,工艺流程,制粉配料预压成形预烧结烧结成型后处理,第七章 现代材料成形技术,第一节 现代铸造技术一、气压造型 将贮存在压力罐内的压缩空气突然释放出来，作用在砂箱里松散的型砂上面，使其紧实成型 优点：劳动生产率高，劳动条件改善,二、实型铸造,采用泡沫聚苯乙烯塑料模样代替普通模样，造好型后不取出模样就浇入金属液，在灼热液体金属的热作用下，泡沫塑料汽化、燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料模所占的空间，冷却凝固后即可获得所需铸件。特点：无型腔和分型面优点：,第二节 现代塑性成形技术,一、超塑性成形金属在超塑性状态下呈现了极好的流动性、充填性和极好的成型性，易于压力加工超塑性气压成形超塑性拉深成形超塑性挤压成形超塑性无模拉拔成形,二、高能率成形,在极短的时间内将化学能、电能、电磁能或机械能传递给被加工的材料，使之迅速成形。爆炸成形电液成形电磁成形,第三节 现代焊接和热切割技术,一、等离子弧焊接和切割二、电子束焊三、激光焊接与切割四、扩散焊,第八章 材料成形工艺自动化,第一节 快速原型工艺（Rapid Prototyping)特点：高柔性设计制造一体化快速性自由成形制造材料的广泛性,RP的基本过程,二、快速原型工艺,1、选择性激光烧结法,2、光掩膜法,3、熔化堆积法,第九章 材料成形方法选择及机械产品质量控制,毛坯成形方法选择的依据一、材料种类二、力学性能三、毛坯的形状和尺寸四、毛坯精度及表面质量五、工、模具成本六、生产批量七、能源,二、材料成形方法的选择原则,1、适用性原则2、经济性原则3、可行性原则,第三节 机械产品中的无损检测技术,1、致密性检验2、渗透检验3、磁粉检验4、超声波检验5、射线检验,