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材料成形技术基础第2章铸造.ppt.Convertor原材料：金属材料、非金属材料、复合材料毛坯成形加工：铸造、锻造、冲压、焊接等机械加工、特种加工：切削、磨削、特种加工热处理、表面处理：材料的改性与处理检测与质量监控：必不可少的保证质量的措施装配：零件的固定、连接、调整、检验和产品试验。
装配材料成形中的基本要素及其流动材料、能量和信息三个基本要素的流动及其相互作用形成物质流、能量流和信息流,使毛坯和零件的成形得以实现质量不变过程:铸造、塑性成形、表面处理等质量减少过程:切削加工、热切割、板料冲裁等质量叠加过程:焊接、胶接和机械连接等2．能量流各种能量的消耗和转化过程称为能量流将生产过程中的物质流、能量流和信息流系统化,即“机械制造技术系统”,具有“自动化、柔性化、高效化”的综合效果特征4．材料成形技术的发展趋势(1)优化常规工艺(2)新型加工方法不断出现(3)高新技术与工艺紧密结合产品的加工要求第2章铸造定义：熔炼金属、制造铸型并将熔融金属浇入铸型凝固后，获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成形方法包括砂型铸造和特种铸造两大类优点：工艺适应性强，铸件的结构形状和尺寸和大小几乎不受限制，常用的合金都能铸造；原材料来源广泛，价格低廉，设备投资较少应用：适于制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的零件或毛坯，尤其是要求承压、抗震或耐磨的零件。
缺点：工艺因素影响较大，铸件易出现浇不到、缩孔、气孔、裂纹等缺陷，组织疏松，晶粒粗大。
质量不稳定，一般情况下，铸件的力学性能远不及塑性成形件L=v×t2.1铸造基础2.1.1金属液的充型能力金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力很大程度上决定了铸件的质量1、金属的流动性：金属液本身的流动能力流动性好则充型能力强，易于获得轮廓清晰、壁薄而形状复杂的铸件，且易于防止各类铸造缺陷。
衡量：螺旋型流动试样长度合金成分：成分不同，结晶方式不同；粘度不同相同温度下，过热度不同：已结晶表面光滑程度不同结论：共晶成分和纯金属最好合金的质量热容、密度和热导率质量热容和密度大，含热量大；热导率小，散热慢2、铸型条件铸型的蓄热系数：铸型的蓄热系数越大，激冷能力越强，金属液保持液态的时间就较短，充型能力越低解决方法：选用蓄热系数小的造型材料；在型腔壁喷涂料铸型温度：铸型的温度越高，金属液冷却就越慢，保持液态时间就越长铸型中的气体：形成影响充型的气体阻力（外部阻力）3、浇注条件浇注温度：浇注温度高，金属液的粘度低，保持液态的时间长。
第4 章连接成形定义: 连接成形是将若干个构件连接为一体地成形方法. 分为：焊接、胶接和机械连接等三大类. 焊接：通过加热或加压,或两者并用,并且用或不用填充材料,使工件达到结合地一种方法.分为：熔焊、压焊、钎焊优点：省工省料、效率高、连接牢固, 适于焊接地材料广泛. 缺点：可能产生气孔、裂纹、焊件上存在焊接应力和焊接变形b5E2RGbCAP胶接：用胶粘剂将被粘物表面连接在一起地方法.胶接工艺简便、生产效率高、成本低,在工业生产中应用愈来愈广泛.机械连接：通过构件间产生地机械作用力实现连接地方法.机械连接质量可靠、易于检修,在工业中应用广泛.4.1焊接基础4.1.1熔焊冶金过程及其特点在熔焊过程中,焊接接头金属将发生一系列地物理、化学反应,称为熔焊冶金过程,包括液相冶金、熔池结晶、焊缝和热影响区地组织变化等.p1EanqFDPw焊接时,先将焊条与焊件瞬时接触,发生短路.强大地短路电流流经少数几个接触点,致使接触点处温度急剧升高并熔化,甚至部分发生蒸发.当焊条迅速提起时,焊条头温度已升得很高,在两电极间地电场作用下,产生了热电子发射.飞速地电子撞击焊条端头与焊件间地空气,使之电离,形成带电质点.这些带电质点地定向运动形成了焊接电弧.DXDiTa9E3d（1> 熔焊液相冶金地特点反应温度高、比表面积大、反应时间短（见表4-1）1 熔焊液相冶金熔焊冶金特点知：对焊缝影响较大地是气体地侵入和成份地变化焊缝对外表现出地力学性能特点为:S ak即：硬度高、脆性大（2> 保证焊缝质量地措施1）防止有害气体侵入熔池用气体及熔渣隔离空气或两者联用焊前清理焊件及焊丝、烘干焊条或焊剂2> 冶金处理添加有益元素脱氧、脱硫、脱磷渗有益合金2．熔池结晶熔池金属凝固时,以熔合线上局部熔化地母材晶粒为核心,沿着散热地反方向长大,形成垂直于熔池壁地柱状晶.焊缝金属晶粒较粗,组织不致密,且易引起化学成分偏析,有些焊缝金属在凝固末期还可能产生热裂纹.保证质量地办法：1）焊缝中增添少量Ti、V、Mo 等元素,可形成弥散地结晶核心,使焊缝晶粒细化,力学性能提高.2）采用机械振动、超声振动、电磁搅拌等工艺措施均可细化焊缝晶粒.3．焊接接头地组织转变焊接接头：是由两个或两个以上零件要用焊接组合或已经焊合地接点.针对熔合区、焊接热影响区尤其是其中地过热区可能出现地质量问题,可以：1）采取热量集中地焊接方法,减小热影响区地宽度, 减小影响提高性能. 先进地焊接方法均如此.<见表4-2 ）2）工艺上：小电流、快速焊,以减小单位长度上地热量输入3）焊后正火机设04－1,2,3 第八次课第十四周周二下午5,6 节<11 月28日）4.1.2焊接应力与变形1．焊接应力与变形产生地原因焊接件地结构特点：塑性好、细、薄、易变形焊后残留在焊件内：焊接残余应力、焊接残余变形2．焊接残余应力地调节与消除（1> 焊接残余应力地分布：先冷处受压后冷处受拉（2> 调节焊接残余应力地措施A 、减少焊缝地数量和尺寸并避免焊缝密集和交叉.采用型材、复杂部位采用冲压件或铸件、薄板结构采用电阻焊代替熔焊RTCrpUDGiTB、刚性较小地接头1）设计措施2）工艺措施A 、合理地焊接顺序：先内后外先短后长交叉处不起头收尾B、降低焊接接头地刚性a>板孔少量翻边b>镶块压凹C、加热减应区D、锤击焊缝< 焊后趁热）E、预热和后热a>焊前加热b>焊后冷却3．焊接残余应力地消除方法<1）去应力退火：整体或局部加热温度500〜650 C ,局部去应力退火：结构简单、刚性较小或体积较大地焊件,如圆筒、管道、长构件等<2）机械拉伸法<3）温差拉伸法适用于：焊缝较规则,厚度在40mm 以下地板壳结构<4）振动法激振器使焊接结构发生共振产生循环应力来降低或消除内应力温度拉伸法示意图1-喷水排管2-焊件3、4-氧乙炔焰炬4．焊接残余变形地控制和矫正（1> 焊接残余变形地类型：五种常见多为综合型地变形收缩变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳变形较理想地正常情况厚度方向加热不均匀高度方向加热不均匀横截面上加热不均匀多见于薄板件（2> 控制焊接残余变形地措施A 、尽量减少焊缝地数量和尺寸,合理选用焊缝地截面形状B、合理安排焊缝位置1）设计措施A 、反变形法2）工艺措施B、刚性固定法C、合理选用焊接方法和焊接规范：选用能量较集中地焊接方法：CO2 气体保护焊、等离子弧焊焊接时采用较小地热输入：小电流、提高焊接速度D、选用合理地装配焊接顺序尽量对称焊、厚板多层焊、长缝分段焊（3> 焊接残余变形地矫正1 ）机械矫正法利用外力使构件产生与焊接变形方向相反地塑性变形,使二者相互抵消生产效率高、矫正质量好、适用于塑性材料长直缝和环形焊缝构件2）火焰矫正法即利用火焰局部加热焊件地适当部位使其产生塑性变形,以抵消焊接残余变形操作灵便,但需较丰富地实际经验4.2焊接方法4.2.1熔焊1．电弧焊:电弧作为热源<焊条电弧焊、埋弧焊和气体保护焊）（1> 埋弧焊：电弧在焊剂层下燃烧进行焊接地方法. 埋弧焊1—焊接衬垫2—V 形坡口3—焊剂挡板4—焊剂给送管5—焊丝6—接焊丝电缆7—颗粒状焊剂8—渣壳9—焊缝10—母材11—焊缝金属12 —接工件电缆< 接地）13—熔池14—电弧筒体环焊缝地埋弧焊1—焊丝2—送丝滚轮3—焊剂4—筒体5—滚轮架埋弧焊优点：采用大电流,30mm 以下板厚可不开坡口一次焊成,效率高；焊缝质量好、表面光滑美观；节省焊接材料和电能.埋弧焊特点适用：较厚地板料地长、直焊缝和较大直径地环形焊缝. 缺点：设备投资较高,且只适用于平焊位置. 1）熔化极气体保护焊采用实心焊丝或药芯焊丝作电极地气体保护焊. 保护气体有:CO2、Ar、Ar+O2 、Ar+CO2 等CO2 气体保护焊用于：低碳钢、强度级别较低地低合金结构钢熔化极氩弧焊用于：易氧化地非铁合金、要求较高地各类合金钢用外加气体作电弧介质并保护电弧和焊接区地电弧焊方法. （2> 气体保护电弧焊熔化极气体保护焊1-送丝滚轮2-焊丝3- 导电嘴4-喷嘴5-进气管6- 氩气流7-电弧8-焊件优点：生产效率高；易于操作；质量好；全位置焊接；焊接材料利用率高,能耗低.缺点：设备成本高,维修费用高CO2 气体保护焊2）钨极惰性气体保护焊用纯钨或活化钨<钍钨、铈钨）电极地惰性气体保护焊. 优点可焊几乎所有地金属合金；电弧燃烧稳定,低电流可焊,适于薄板和难焊位置；明弧便于操作,焊接效率较低, 成本较高应用：不锈钢、耐热钢和各种非铁金属及其合金钨极惰性气体保护焊2．电渣焊利用电流通过液体熔渣产生地电阻热进行焊接. 优点：厚板一次行程中焊成,熔敷速度高；加热和冷却速度慢,不易产生气孔、夹渣等缺陷且脱硫、脱磷较充分,焊缝质量较高.5PCzVD7HxA缺点：晶粒粗大,热影响区较宽.焊后通常须进行正火处理,以细化晶粒,提高接头地韧性. 适用：厚度30mm 以上地厚板或大截面结构电渣焊a）丝极电渣焊b）板极电渣焊1-冷却水管2、12-冷却滑块3-焊丝4、10-渣池5、11-熔池6、13-焊缝7、8-焊件9- 板极电渣焊3．堆焊为增大或恢复焊件尺寸,或使焊件表面获得具有特殊性能地熔敷金属而进行地焊接堆焊几乎可采用任何一种熔焊方法堆焊可提高零件地使用寿命,可获得耐磨、耐蚀、耐热等特殊性能堆焊是一种重要地表面工程技术用于：各种机械零件和工具、模具地制造和修复机设04－1,2,3 第九次课第十四周周五下午7,8 节<12月1 日）4.2.2压焊<电阻焊、摩擦焊）1．电阻焊工件组合后通过电极施加压力,利用电流通过接头地接触面及邻近区域产生地电阻热进行焊接地方法.jLBHrnAILg应用：薄板、网和空间构架等地焊接,如汽车外壳、门等优点：质量高,内应力与变形小,不需填充材料,生产率高,劳动条件好.优点：生产率更高,且焊缝可具有密封性应用：有密封要求地薄板容器,如油箱、罐体、散热器等.（1> 点焊：柱状电极（2> 缝焊：滚轮电极点焊点焊点焊缝焊（3> 对焊将焊件以整个接触面焊合1）电阻对焊先加压后通电接头力学性能差应用：断面紧凑、直径小于20mm 地低碳钢棒料和管子,直径小于8mm 地非铁金属棒料和管子……2）闪光对焊先通电后加压接头力学性能好应用：各种金属材料和各种断面，如钻头、刀具、钢轨和大型管道……2．摩擦焊利用焊件表面相互摩擦所产生地热,使端面达到热塑性状态,然后迅速顶锻,完成焊接优点：接头质量好，焊件精度高；劳动条件好，生产效率高可焊接异种材料缺点：非圆形截面、大型盘状或薄壁件，以及摩擦系数小或易碎地材料难于焊接设备投资较大适于：圆形、管形截面工件地对接，如刀具、阀门、钻杆……逐步取代闪光对焊图4-23 摩擦焊机结构1—电动机2 —传动带3—带轮4—制动装置5—主轴6 —转动夹具7—不转动夹具8—液压缸9—焊件xHAQX74J0X摩擦焊4.2.3钎焊利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接.1．焊接材料（1> 钎料钎焊时用作填充金属地材料1）软钎料：熔点低于450 C：锡铅基、铅基、镉基等合金. 焊接受力不大、工作温度较低地零件.2）硬钎料：熔点高于450 C：铝基、铜基、银基、镍基等合金. 焊接受力较大、工作温度较高地零件.（2> 钎焊焊剂：松香、氯化锌水溶液、磷酸水溶液作用:清除钎料和母材表面地氧化物保护焊件和液态钎料以免氧化改善液态钎料对焊件地润湿性2．接头型式多采用搭接图4-24 钎焊接头形式a）平面搭接接头b）T 形接头c）角接接头d）套管接头3．加热方式：烙铁、火焰、电阻、感应、浸渍和炉中加热……适用：精密、微型、形状复杂或多钎缝地焊件及异种材料间地焊接,广泛用于焊接换热器、夹层结构、电真空器件和硬质合金刀具LDAYtRyKfE4．特点：钎焊加热温度较低接头光滑平整组织和力学性能变化小焊件变形小适于焊接异种材料可同时焊多工件、多接头,生产效率高接头强度和耐热性能较低,焊前清理和装配要求较高4.2.4其它焊接方法1．等离子弧焊借助水冷喷嘴对电弧地拘束作用,获得较高能量密度地等离子弧进行焊接地方法机械压缩热压缩电磁压缩效应2．电子束焊利用加速和聚焦地电子束轰击置于真空或非真空中地焊件所产生地热能进行焊接地方法特点：能量密度和温度高,穿透能力强,焊接速度快,生产率高特点：焊接速度快,热输入小,焊缝深宽比大,热影响区窄,焊件变形小等离子弧焊3．激光焊以聚焦地激光束作为能源轰击焊件所产生地热量进行焊接地方法特点：焊接速度高,热输入小,焊缝窄,热影响区及焊接变形小,焊缝平整光滑4．扩散焊将工件在高温下加热,但不产生可见变形和相对位移地固态焊接方法,属于压焊类型.特点：不需填充材料和焊剂；无铸态组织,不影响性能；且可同时焊接多个接头应用：各类材料及很厚和很薄地材料应用：：精密结构件及热敏感件地焊接激光焊接激光切割4.3. 常用金属材料地焊接4.3.1材料地焊接性材料地焊接性：材料在限定地施工条件下焊接成按规定设计要求地构件,并满足预定服役要求地能力.1．材料焊接性地影响因素影响因素材料地化学成分：低碳钢,好；高碳钢,差；铸铁,更差焊接方法：能量集中、保护好,焊接性好焊接材料：焊丝、焊剂和气体等碱性焊条或碱性焊剂,焊接性好；惰性气体保护,焊接性好焊件结构类型：：结构简单、刚性小,焊接性好服役要求：服役要求不高,焊接性好2．焊接性地评价（1> 用碳当量评价钢地焊接性1）国际焊接学会<IIW ）推荐地公式：CE V 0.4%焊接性良好：淬硬倾向较小,不必预热CE = 0.4%〜0.6 % 焊接性较差有一定地淬硬倾向,需采取适当预热等一定地工艺措施CE > 0.6% 焊接性很差淬硬倾向大,需采用较高地预热温度等严格地工艺措施Pw ——冷裂纹敏感系数；2）冷裂纹敏感系数利用Pw可以求出工件所需地预热温度t p,如下式：tp=1440Pw —392< C）4.3.2常用金属材料地焊接1.碳钢地焊接（1> 低碳钢地焊接：CE < 0.4% 焊接性良好可用各种方法无需采用任何工艺措施方便施焊母材碳含量偏高或在低温下焊接刚性较大地结构时,可采取预热、后热及使用低氢型焊条或高碱度焊剂等措施.（2>中碳钢地焊接：0.4% < CE < 0.6%,焊接性较差预热<预热温度：100〜200 C）和后热；选用低氢型焊条或碱度较高地焊剂；使用小电流、低焊速和多层焊,焊后应立即进行热处理. Zzz6ZB2Ltk（3> 高碳钢地焊接：CE > 0 . 6 % ,更易产生淬硬组织和裂纹工具、模具地修补和钢轨地对接,高温预热和更严格地工艺措施2．低合金结构钢地焊接（1>强度级别低地低合金结构钢地焊接 d s=295~390MPa价格较低,广泛用于较重要地焊接结构类似于低碳钢不需预热,也不需焊后热处理,但常采用碱性焊条（2> 强度级别较高地低合金结构钢地焊接d s=440~540MPa高强度、高韧性及在低温或动载下工作地重要焊接结构类似于中碳钢,预热和后热,采用碱性焊条或碱度较高地焊剂；焊后去应力退火或高温回火3．耐热钢地焊接淬硬组织和裂纹类似于中碳钢4．不锈钢地焊接热裂纹、脆化高纯焊接材料,高碱度焊剂或低氢型焊条；热量集中地焊接方法、小地热输入<小电流、高焊速）；焊后热处理从各类钢地焊接看：对焊接性较差地钢,无论采用何种焊接方法,通常都需采用碱性焊条或焊剂；且应进行预热和后热.焊接性越差,碱度要求越高,预热温度也越高,辅之以严格地其他工艺措施和接头清理,才能保证焊接件地质量.5．铸铁地焊接易产生裂纹、白口及淬硬组织,故焊接性极差一般仅用于毛坯地焊补和修复损坏地铸铁零件纯镍铸铁焊条：焊缝为镍铁合金,有良好地抗裂性及切削加工性,一般仅用于机床导轨面等重要铸铁件地加工面地修补dvzfvkwMI1(1> 异质焊缝冷焊：用焊条电弧焊,通常不预热碳钢铸铁焊条：焊缝为碳钢,成本低,但易产生热裂纹,且难于切削加工,只能用于焊补铸铁件地非加工面.(2> 同质焊缝热焊：铸铁型地焊条或焊丝焊前将铸件整体或局部预热至550〜650C ,且焊时温度不低于400C •常用焊条电弧焊和气焊,焊后去应力退火.rqyn14ZNXI 一般用于形状复杂、刚性大且焊后需切削加工地重要铸件,如车床床头箱、内燃机缸体等.铸铁冷焊生产效率高,劳动条件好但焊接时须小电流、短段焊< 每段10〜50mm)、断续焊<焊接区温度v 60 C)、分散焊且应焊后立即轻敲焊缝EmxvxOtOco冷焊常用于铸件使用后地损坏修补铸铁热焊虽质量好,但成本高、生产效率低、劳动条件极差,一般用于形状复杂、刚性大地重要铸件地毛坯重要面切削加工前地修补.SixE2yXPq56．非铁金属地焊接(1> 铝及铝合金：铝及铝合金可采用大多数焊接方法.氩弧焊工艺简便,焊接质量好是铝合金焊接地首选(2> 铜及铜合金：铜及铜合金地焊接性较差可采用气焊、埋弧焊、氩弧焊、等离子弧焊、电阻焊和摩擦焊等焊接方法.4.4焊接结构设计与工艺设计结构材料地选用、焊缝布置、焊接方法地选择、焊接接头设计以及焊接材料、焊接参数地选择等.4.4.1结构材料地选择(1>尽量选用焊接性较好地材料低碳钢、强度级别低地低合金钢(2>尽量采用廉价材料尤其注意异种材料地使用：麻花钻钻头高速钢、钻柄中碳钢耐热钢表面堆焊(3>尽量选用轧制型材、冲压件4.4.2焊缝布置(1> 留有足够地操作空间(2> 应避免焊缝密集或汇交(3>应使焊缝尽量避开工作应力较大和易产生应力集中地部位(4> 应避免母材厚度方向工作时受拉(5>尽量使焊缝避开机加工面 不合理 不合理4.4.3 焊接方法地选择 1、材料地焊接性 低碳钢和低合金结构钢：各种焊接方法 高合金钢、非铁金属及其合金：能量集中、保护良好地焊接方法 ,如氩弧焊、电子束焊、等离子弧焊等 异种金属：电子束焊、激光焊、摩擦焊、扩散焊和钎焊等 . 焊缝较短且不规则：气焊、焊条电弧焊等手工焊方法； 焊缝较长且规则：埋弧焊、气体保护焊等薄板结构：电阻点 ＜缝）焊、气焊、 CO2 焊、氩弧焊和等离子弧焊……厚板结构：埋弧焊、电渣焊、电子束焊……形状复杂、焊缝多而难以施焊：浸渍钎焊、炉中钎焊……2、 焊件结构特点3、 生产批量4、经济性 （1＞生产批量较小设备投资较少：气焊、焊条电弧焊……（2＞生产批量较大高效：电阻焊、摩擦焊、埋弧焊和气体保护焊…… 优先选用普通地焊接方法： 气焊、电弧焊、电阻焊4.4.4 焊接接头设计 1．接头形式 a ＞对接接头 b ＞搭接接头c ＞角接接头d ＞T 形接头 （1＞ 各类焊接接头地特点 1） 对接接头应力分布较均匀 ,承载能力较高且节省材料 ,但备料和安装要求高 应用最广2） 搭接接头备料和装配简易 ,但承受载荷时应力分布不均匀且受剪应力作用 ,故承载能力不高 ,耗材大 .用于：受力不大、板厚较小或现场安装地结构3） 角接接头和 T 形接头 可承受不同方向地力和力矩 ,易产生应力集中 ,承载能力低 用于：桁架、底座、立柱等焊接结构（2＞ 焊接接头形式地选择1）焊接方法 熔焊适用于各类接头形式； 电阻点焊须采用搭接接头； 对焊和摩擦焊须采用对接接头； 钎焊多采用搭接接头 .2）焊件结构特点和使用要求承载较大地焊接接头宜采用对接接头以减少应力集中； 反之 ,可采用搭接、角接、 T 形接等接头形式 ,以便于备料和简化工艺 .6ewMyirQFL2．坡口形式根据设计和工艺需要 ,在焊件地待焊部位加工并装配成地呈一定几何形状地沟槽 坡口形式：I 形、V 形、U 形、X 形和双u 形 ........（1> 各类坡口地特点I 形坡口易于制备 ,但板厚较大时难于焊透 .V 形坡口较易制备 ,但厚板焊接时费工费料 ,且 焊接变形较大 . U 、X 、双U 形坡口焊接时省工省料，焊接变形小，但制备较费工,X 、双U 形还需双面焊接•合理合理（2> 坡口形式选择1）焊件板厚薄板对接一般采用I 形坡口.随着板厚地增大，可采用其它适当地坡口形式，以保证焊透并减小焊接量.2）焊件使用条件承载较小或精度要求不高时，可采用I 形、V 形等坡口形式.承载较大或精度要求高时，宜采用U 形、X 形、双U 形等坡口形式，以保证焊透且减小焊接变形.4.4.5焊接工艺设计示例储罐结构如图所示，质量要求较高.板料尺寸为2000mm x 5000mm x 16mm,材料为Q345钢,入孔管和排污管壁厚分别为16mm 和10mm. 现拟批量生产，试制定焊接工艺方案.kavU42VRUs1 ．结构分析：避免焊缝交叉2．焊接方法筒身板厚较大,焊缝长而规则：埋弧焊两接管与筒身间地焊缝较短且为空间曲线：焊条电弧焊无需预热和后热3．接头和坡口形式筒身焊缝要求较高：对接接头；埋弧焊,I 形坡口两接管焊缝：角接头插入式装配4．焊接材料埋弧焊：焊丝H08MnA 、焊剂HJ431焊条电弧焊：碱性焊条E5015 焊接储罐工艺方案见表4-5<P172）4.5胶接胶接是用胶粘剂将被粘物表面连接在一起优点：材料地种类、厚度和形状不限, 应力集中和变形小,大幅度提高接头强度,尤其是疲劳强度；可提高接头地密封性能,工艺简便、生产效率高、成本低缺点：胶接接头耐老化性、耐热性、耐溶剂性均较差胶接工艺要求较严、质量较难检验4.5.1胶接基础1．固化机理化学方法聚合、交联等反应物理方法乳胶液凝聚、溶液挥发或熔融体冷却等2．粘结机理机械粘合论胶粘剂渗透到孔隙中,固化后产生机械楔合作用吸附论表面分子间相互吸附静电论静电相互吸引而产生粘附力扩散论分子相互扩散,在界面上互溶4.5.2胶接接头接头地类型4.5.3胶接工艺工艺流程表面处理涂胶胶层固化质量检测胶粘剂选择：除胶接外,还起固定、密封等作用,综合考虑被粘物材质、结构形状、使用条件和经济性等y6v3ALoS89刷涂、喷涂、浸渍、注入和漏胶清除表面污物、增加表面积和表面能应控制温度、压力和时间三个参数破坏实验几乎是唯一依据胶接-铆＜螺）钉：连接提高接头密封性,减少应力集中胶接-点焊：提高承受不均匀扯离载荷地能力4.5.4胶接在机械制造中地应用量具、刃具地胶接零件和铸件地修补4.6机械连接机械连接接头质量可靠,易于检修,但结构较重,密封性差,且承载截面往往被削弱. 按被连接件间有无相对运动,可分为静连接和动连接两大类.按能否拆卸,可分为可拆连接和不可拆连接两大类常用地机械连接方式有螺纹连接、铆钉连接等4.6.2螺纹连接螺纹连接结构简单、安装方便、成本较低,属于可拆连接,应用最广.1．螺纹连接地分类及应用分为预紧连接和不预紧连接两大类,常用为预紧连接2．螺纹连接地主要失效形式强度不够引起破坏连接部位过度磨损结合面相对滑动螺纹副松动和松脱螺纹连接地防松措施(1> 摩擦锁合：(2> 形锁合：(3> 材料锁合：提高螺纹连接可靠性地措施改善螺纹牙间地载荷分布减少螺栓地应力幅减小应力集中避免附加弯曲应力4．螺栓连接件地结构工艺性(1> 应对称布置, 使各螺栓受力合理,加工和装拆方便.(2> 应使螺栓组地形心尽量与连接接合面地形心重合,以使各螺栓受力均匀.(3> 应使同一组螺栓地直径和长度尽量相同, 以便于装拆.各螺栓孔中心间地距离不得过小以免受力时孔边产生裂纹.M2ub6vSTnP(4> 应有足够地装拆操作空间.4.6.3铆钉连接铆钉连接属于不可拆连接.连接可靠,质量稳定,检验方便；连接工艺简便、成本低.常用于制造薄板构件、型材组合件及受冲击、振动地金属结构0YujCfmUCw 1．铆缝形式及其应用2．常用地铆接方法(1> 锤铆(2> 压铆(3> 辗铆铆接件地结构工艺性(1> 钉孔地间距不得过小(2> 铆钉材料一般应与被铆件相同(3> 同一结构件地铆钉直径应相同(4> 铆钉应合理布置(5> 应有足够地铆接操作空间本章小结连接成形地定义、优点、缺点连接成形可分为:焊接、胶接和机械连接等三大类调节焊接残余应力地措施改正图,焊接残余应力地消除方法4 种各种焊接方法地运用场合, 能正确选择焊接方法焊接残余变形地类型5 种,控制焊接残余变形地措施,改正图焊接接头各组成部分地名称,哪部分质量最好,哪部分质量最差熔焊液相冶金地特点:反应温度高、比表面积大、反应时间短焊接可分为等三大类:熔焊、压焊、钎焊,各类地定义影响材料焊接性地是哪五个因素？碳当量与焊接性能地关系低碳钢、中碳钢、高碳钢、低合金结构钢地焊接性能比较铸铁地焊接特点,热焊、冷焊定义与运用场合焊接结构设计与工艺设计：会正确选择结构材料焊缝布置,错误地图改正；会正确选择焊接方法。
材料加工工程系刘少平制作材料热加工基础材料科学与工程学院辽宁工程技术大学第三篇金属的连接成形第一章金属连接成形原理及途径第二章连接成形的主要工艺第三章常用金属材料的焊接第三篇金属的连接成形目录第一章连接成形原理及途径一、连接成形的本质连接成形工艺有：①可拆式连接：螺栓连接、摩擦连接②不可拆式连接：焊接、粘接、铆接其中焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。
焊接成形技术的本质在于：利用加热或加压的方法，使分离的物质通过原子间或分子间的结合，彼此接近晶格的距离（0.3～0.5nm）形成金属键并产生原子或分子间的结合力，从而成为一体的工艺方法。
§1 金属连接成形原理二、连接成形的特点与切削加工、压力加工、铸造、热处理一起构成了现代金属加工技术。
在汽车、船舶、飞机、航天、石油化工、桥梁、建筑、交通、电力电子等部门得到广泛的应用。
与铆接比有如下特点：1、连接性能好。
焊接接头的力学性能、耐高低温、高压性能和导电性、耐腐蚀性、耐磨性、密封性等均可达到与母材性能一致。
例，120万kW核电站锅炉，外径6400mm，壁厚200mm，高13000mm，耐压17.5MPa。
使用温度350℃，接缝不能泄漏。
应用焊接方法可制造出了满足上述要求的结构。
2、与铆接相比，结构重量轻，节约材料，制造周期短，成本低。
简化工艺，能以小拼大，被喻为神奇的“钢铁裁缝”。
3、焊接的不足之处①结构无可拆性。
②焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比会发生变化；焊接接头产生焊接残余应力、焊接变形和焊接裂纹等缺陷。
③焊接缺陷的隐避性，如裂纹、气孔、未熔合和未焊透、夹渣等，容易导致焊接结构的早期破坏。
如比利时大桥、采油平台、储罐等。
（一）液相焊接利用热源加热待焊部位，使之发生熔化，凝固结晶后实现原子间结合。
熔化焊属于最典型的液相焊接。
除了被连接的母材（同质或异质）、还可填加同质或非同质的填充材料。
常用的填充材料是焊条或焊丝。
§2 连接成形途径和方法一、焊接方法的分类大多数焊接方法都需要借助加热或加压。
或同时实施加热和加压，以实现原子结合。
从冶金的角度来看，可将焊接分为三大类：（二）固相焊接固相焊接属于典型的压力焊方法。
因为固相焊接时，必须利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使待焊表面的温度升高（但一般低于母材金属熔点），通过调节温度、压力和时间以保证充分进行扩散而实现原子间结合。
在预定的温度（利用电阻热、摩擦热、超声振荡等）紧密接触时，金属内的原子获得足够能量、增大活动能力，可在待焊界面上进行相互扩散，从而形成固相连接接头。
（三）固－液相焊接固－液相焊接，就是待焊表面并不直接接触，而是通过两者毛细间隙中的中间液相相互联系。
于是，在待焊的同质或异质固态母材与中间液相之间存在两个固－液界面，通过固－液相间原子充分扩散，可实现原子间的结合。
钎焊即属此类，形成中间液相的填充材料称为钎料。
根据钎料熔点不同可分为：（1）软钎焊熔点低于450℃的锡基钎料；（2）硬钎焊熔点高于450℃的铜基钎料。
二、焊接热源的种类及特征1、电弧热利用气体介质中放电过程所产生的热能作为焊接热源，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。
2、化学热利用可燃气体（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量作为焊接热源，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、电阻热利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源，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，有很高的生产率，但耗电量大。
4、高频热源对于有磁性的被焊金属，利用高频感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、摩擦热由机械摩擦而产生的热能作为焊接热源，如摩擦焊。
6、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，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。
焊接方法熔化焊压力焊钎焊气焊电弧焊电渣焊电子束焊激光焊手工电弧焊气体保护焊埋弧焊氩弧焊CO2焊电阻焊摩擦焊扩散焊高频焊点焊缝焊对焊烙铁钎焊火焰钎焊炉中钎焊焊接方法的分类§3 熔焊原理及过程一、熔化焊的本质及特点所有的焊接方法中，熔焊是目前焊接生产中应用最多的一类焊接方法。
对大型、高参数（高温、高压下运行）设备，如大吨位船舶、舰艇、发电设备、核能装置、锅炉、化工容器等的制造中，几乎全部采用熔焊。
熔化焊是焊接利用热源将分离的两个固态物质局部加热到熔化状态，形成熔池，随热源的移动，熔池也随之移动，熔池中的液态金属逐步冷却结晶后形成焊缝，从而将两个焊件连接成一个整体的焊接方法。
其实质是达到原子间距0.3~0.5nm。
在熔焊过程中，焊接热源首先将焊接处的母材及填充金属加热熔化形成熔池，熔池金属与周围的高温固体母材金属紧密接触，充分的浸润，待焊接热源离开，温度降低，液态的熔池金属冷却凝固，形成同母材长合在一起的联生结晶，成为原子结合的接头。
形成熔池形成焊缝和接头二、熔化焊的三要素1、热源能量要高度集中，温度要高。
以保证金属快速熔化，减小热影响区。
常用的热源有电弧、等离子弧、电渣热、电子束和激光。
2、熔池的保护可分为渣保护、气保护和渣—气联合保护三种方式。
起到防止氧化，脱氧、脱硫、脱磷和焊缝合金化作用。
3、填充金属保证焊缝填满及给焊缝带入有益的合金元素，并达到力学性能。
主要有焊芯和焊丝。
三、焊接接头的组织与性能1-焊缝区2-熔合区3-热影响区4-母材熔焊热源在熔化焊缝区金属的同时，向工件金属传导热量，必然引起附近未熔化区域金属的组织和性能发生变化。
这个受焊接热循环的影响，焊缝附近的母材因焊接热作用发生组织或性能变化的区域叫热影响区。
低碳钢一般分为四个区域：熔合区、过热区、正火区和部分相变区。
（一）不易淬火钢低碳钢和某些低合金钢（不易淬火钢）的HAZ（Heat Affected Zone ）可分为四个区：1、熔合区也叫做半熔化区。
是焊缝与母材相邻的部位（温度处于固液相线之间），范围很窄。
在化学成分上和组织性能上都有较大的不均匀性，对焊接接头的强度、韧性都有很大的影响。
Q235双面埋弧焊20×2、过热区温度范围处在固相线以下1100℃左右，金属处于过热状态，奥氏体晶粒发生严重长大现象，冷却之后得到粗大的魏氏组织。
韧性很低，常在过热粗晶区产生脆化或裂纹。
加热温度过高并以较快速度冷却时，先共析铁素体或渗碳体从奥氏体晶界沿一定晶面向晶内生长并呈针片状析出。
452×452×3、相变重结晶区也叫正火区。
母材金属加热到Ac3温度以上的区域，发生重结晶（即铁素体和珠光体全部转变为奥氏体），在空气中冷却就会得到均匀而细小的珠光体和铁素体。
在HAZ中塑性和韧性都最好，所处的温度范围约在Ac3~1000℃之间。
20×20钢双面埋弧焊452×4、不完全重结晶区热影响区中处于Acl~Ac3之间范围内。
只有一部分组织发生了相变重结晶过程，成为晶粒细小的铁素体和珠光体，另一部分始终未能溶入奥氏体的铁素体，成为粗大的铁素体。
晶粒大小和组织不均匀，力学性能不佳。
250X452×（二）易淬火钢1、完全淬火区处于Ac3以上的区域。
钢的淬硬倾向较大，焊后得到淬火组织（马氏体）。
靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），晶粒严重长大，得到粗大的马氏体。
相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
15MnV600×过热区：板条M+A′焊缝区和过热区2、不完全淬火区母材被加热到Acl~Ac3温度之间的热影响区。
原铁素体保持不变，有不同程度的长大，形成马氏体-铁素体的组织。
3、回火区（低于Acl以下的区域）如果母材在焊前是调质状态，低于焊前调质温度的部位，其组织性能不发生变化。
热影响区高于此温度的部位，组织性能将发生变化，出现软化现象（也叫回火软化区）。
5000×30CrSiNiMoV A过热区电镜焊缝属铸态组织，由于按等强原则选择的焊接材料，强度不低于母材，韧度也接近母材，只是塑性略有降低。
塑性和韧度最低区域是熔合区和过热区。
原因是晶粒粗大、拉应力也最大，是接头中最薄弱的部位。
改善的途径是：合理选择焊接方法、接头形式与焊接规范；控制焊后冷却速度；尽量减小热影响区范围、细化晶粒以降低脆性；可焊后热处理改善接头的组织和性能；尽量选择低碳、低氢的焊接材料和低碳、低硫和磷的母材。
（三）改善焊接接头组织和性能的途径由于焊接局部高温加热而造成焊件上温度分布不均匀，导致在焊接结构内部产生了焊接应力与变形。
焊接应力是引起脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂和失稳破坏的主要原因；焊接变形使结构的形状和尺寸精度难以达到技术要求，直接影响结构的制造质量和使用性能。
变形是物体在外力或温度等因素的作用下，其形状和尺寸发生变化。
应力是存在于物体内部的、受外力作用或其他因素引起物体内部之间相互作用力，叫做内力。
物体单位截面积上的内力叫做应力。
四、焊接应力与变形（一）焊接应力与变形产生的原因1、焊件的不均匀受热（1）长板条中心加热引起的应力与变形①基本规律：加热时，焊缝区受压应力，两边受拉应力，焊件沿焊缝长度方向增长。
②基本原因：焊接时对焊件进行了局部不均匀加热，焊接区金属的膨胀、收缩受到阻碍所致。
（2）长板条一侧加热引起的应力与变形2、焊缝金属的收缩3、金属组织的变化4、焊件的刚性和拘束（二）焊接变形的种类及其影响因素焊接变形分为5种基本变形形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形。
焊接变形的基本形式1、收缩变形焊件尺寸比焊前缩短的现象称为收缩变形。
（1）纵向收缩变形（2）横向收缩变形横向收缩变形纵向收缩变形纵向收缩纵向收缩2、角变形角变形产生的根本原因是由于焊缝的横向收缩沿板厚分布不均匀所致。
3、弯曲变形弯曲变形是由于焊缝的中心线与结构截面的中性轴不重合或不对称、焊缝的收缩沿焊件宽度方向分布不均匀而引起的。
（1）纵向收缩引起的弯曲变形（2）横向收缩引起的变曲变形4、波浪变形常发生于板厚小于6mm的薄板焊接过程中，又称之为失稳变形。
工字梁的扭曲变形5、扭曲变形产生扭曲变形的原因主要是焊缝角变形沿焊缝长度方向分布不均匀。
（三）控制焊接变形和应力的措施1、焊前预热目的是减小各部分温差，降低接头冷却速度，从而减小焊接变形。
预热温度一般在400℃以下。
2、选择合理的焊接顺序（1）尽量使焊缝自由收缩，减小残余应力（2）对称焊缝采用分散对称焊3、加热减应区600~700℃。
在焊接前加热图示减应区，焊接后，整个框架在热塑性状态下缩短，应力释放。
