[精选PPT]机械制造基础焊接

焊件可以是金属材料，也可以是非金属材料， 如塑料、玻璃等。
焊接的本质是使焊件达到原子间的结合。
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一、焊接的实质
特点： 1.与铆接相比,工艺简单省金属,密封性好； 2.性能可靠质量保,焊接接头力学性能高、较高的 强度，承载能力能可以达到与工件材质相等的水 平。 3.易于控制效率高,易于机械化、自动化 。 4.由小拼大异材焊,并能将不同材质连接成整体， 制造双金属结构等。
重要工件可另选方法。
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5、焊接应力与变形
1）焊接应力 （1）焊接应力的产生 焊接过程是一个不均匀的加热过程。 焊件各部位在热胀冷缩和塑性变形的影响下
产生内应力、变形或裂纹。 （2）焊接时内应力存在规律： 加热膨胀受阻（受压：“—”） 冷却收缩又阻（受拉：“＋”）
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5、焊接应力与变形
（3）防止产生应力的措施 选塑性材，合理布置焊缝； 正确焊序，焊前预热，降温差； 焊后退火等工艺措施。
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（一）电弧焊
电弧焊属于熔化焊，电弧是熔化的能 源。
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1、焊接电弧
电弧的实质是电极与工件之间的气体介质产 生强烈持久的放电现象，气体放电的一种特殊形 式。
电弧放电过程是将电能转换成热能，伴有强 烈的弧光。
产生电弧的电极可以是金属丝、钨极、碳棒。 电弧的构造根据其物理特征,沿长度方向分为： 阴极区、阳极区和弧柱区三部分
E 50 1 5 药皮为低氢钠型，宜直流反接 焊条适用于全位置焊接 熔敷金属抗拉强度最小值(Kgf/mm2)
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6、焊条电弧焊
2）焊条药皮 药皮的主要作用： 一是，利用渣、气对焊焊熔池起机械保护作用； 二是，进行物、化反应除杂质，补有益元素，保
证焊缝的成分和力学性能； 三是，改善工艺性能，能稳定燃烧、飞溅少、焊

（a）正接法
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（b）反接法
2、焊接电弧
焊接电弧是指发生在电极与工件之间的强烈、持久的气体放电现象。
（1）电弧的引燃
电弧是一种气体导电现象。气体在一般情况下是不导电的，要使气体导电， 须将两个电极之间的气体电离，即将中性气体粒子分解为带电粒子，并在两 电极间产生一定的电压，使这些带电离子在电场作用下做定向运动，两个电 极间的气体中就能连续不断地通过很大的电流，从而形成连续燃烧的电弧。 电极间的带电粒子可以通过阴极的电子发射与电极间气体的不断电离得到补 充。电弧放电时，产生大量的热量，同时发出强烈的弧光。
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（3）减少焊接应力与变形的措施
除了设计时应考虑之外，可采取一定的工艺措施，有预留变形量、反变形法、 刚性固定法、锤击焊缝法、加热“减应区”法等。重要的是，选择合理的焊接 顺序，尽量使焊缝自由收缩。焊前预热和焊后缓冷也很有效。
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4.3其它焊接方法
（1）焊缝的形成过程
焊接时，在电弧高热的作用下，被焊金属局部 熔化，再在电弧的吹力作用下，被焊金属上形 成了熔池。由于焊接时焊条倾斜，在电弧的吹 力作用下，熔池的金属被排向熔池后方，这样 电弧就能不断地使深处的被焊金属熔化，达到 一定的熔深。焊条药皮熔化过程中会产生某种 气体和液态熔渣。产生的气体充满在电弧和熔 池的周围，起到隔绝空气的作用。液态熔渣浮 在液体金属表面，起保护液体金属的作用。此 外，熔化的焊条金属向熔池过渡，不断填充焊 缝。
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手工电弧焊所用的设备需根据焊条和被焊材料选取。电源分为交流电和直流电 两种。
•使用酸性焊条焊接低碳钢一般构件时，应优先考虑选用价格低廉、维修方便的 交流弧焊机；

机械制造基础
第九章 铸造、锻压和焊接
9-2 锻压
9-2 锻压
锻压是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下，对金 属坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及性 能，用以制造机械零件或零件毛坯的成形加工方法，锻压叉 称作锻造或冲压。
砂型铸造的基本工艺过程如图9－6所示。主要工序有制 造模样和芯盒、备制型砂和芯砂、造型、造芯、合型、浇注、 落砂清理和检验等。其中造型(芯)是砂型铸造最基本的工序， 按紧实型砂和起模方法不同，造型方法可分为手工造型和机 器造型两种。
9-1 铸造
9-1 铸造
1．手工造型 手工造剂操作灵活，工装简单，但劳动强度大，生产率低，
(1)应尽量使铸件位于同一铸型内
不合理
合理
9-1 铸造
(2)尽量减少分型面
9-1 铸造
(3)尽量使分型面平直
9-1 铸造
(4)尽量使型腔和主要型芯位于下砂箱
不合理
合理
9-1 铸造
（二）确定铸造主要工艺参数 铸造工艺参数是指铸造工艺设计时需要确定的某些数据。 主要指加工余量、起模斜度、铸造收缩率、型芯头尺寸、 铸造圆角等。这些工艺参数不仅和浇注位置及模样有关， 还与造芯、下芯及合型的工艺过程有关。 在铸造过程中，为了便于制作模样和简化造型操作，一 般在确定工艺参数前要根据零件的形状特征简化铸件结构。 例如零件上的小凸台、小凹槽、小孔等可以不铸出，留待 以后切削加工。在单件小批生产条件下铸件的孔径小于30 mm、凸台高度和凹槽深度小于10 mm时，可以不铸出。 1．加工余量 在铸件工艺设计时预先增加而在机加工中再切去的金属层厚 度，称为加工余量。根据GB／T 11350—1989《铸件机械 加工余量》的规定，确定加工余量之前，需先确定铸件的尺 寸公差等级和加工余量等级。

（3）记录每一瞬间载荷F 和伸长量，并
绘制出拉伸曲线。
强度和塑性
拉伸曲线特性
Oe阶段——弹性变形 es阶段——弹性＋塑
性变形 s点——屈服点，出现
“屈服”现象
bk阶段——出现“缩 颈”
载荷 F ( )
4F
d
2 0
s e
O
F (e) F (s)
F (b) F (k )
b k
l
l l
伸长量 l( )
金属材料的物理、化学及工艺 性能
工艺性能
是金属材料物理、化学性能和力学性能 在加工过程中的综合反映，是指是否易 于进行冷、热加工的性能。
按工艺方法的不同，可分为铸造性、可 锻性、焊接性和切削加工性等。
小结
本章重点是金属材料的力学性能 力学性能方面 各种性能（强度、塑性、硬度、韧性、
疲劳强度）的名称、定义、符号、单位 拉伸曲线、硬度测试方法、疲劳曲线
强度
判据
抗拉强度 金属材料在拉断前所能承 受的最大应力，以 b 表示。
b
Fb A0
(MPa)
拉断前最大载荷 试样原始截面积
机械零件或构件，通常不允许发生塑性变形，以屈 服点作为判据。脆性材料，断裂前基本不发生塑性 变形，以抗拉强度作为判据。
塑性
定义：金属材料产生塑性变形而不被破坏
的能力，以伸长率 或收缩率 表示： 试样拉
合金——两种或两种以上的金属元素，或金
属与非金属元素熔合在一起，构成具有金属特 性的物质，称为合金。 如铁和碳组成的铁碳合金有碳素钢、铸铁等； 铜和锌组成的合金有黄铜等。
同情况），在规定的载荷下，垂直地压 入被测金属表面；
（2）卸载后依据压入深度h，由刻度盘上
的指针直接指示出HR值。

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二、物理性能和化学性能
如：比重、熔点、耐腐蚀性等。
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三、工艺性能
（材料适应成型加工工艺的能力， 反映对材料成型加工的难易程度） 铸造性能 压力加工性能 焊接性能 切削加工性能 热处理工艺性能
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思考：
1、金属材料的机械性能中哪个性能最好？ 2、已知某钢材的σS =240 MPa，σb =400
C： C↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 当C>0.9%时，σ↓ Si： Si↑——σ、HB↑，δ、ak↓。 但∵Si含量少，故影响不大。 Mn： Mn↑——σ、HB↑，并减少S的危害。也
∵Mn含量少，故影响不大。 S: 生成FeS，FeS与Fe形成晶体（985℃熔点），
易热脆(高温加工时容易产生裂纹)。 P： P↑——σ、HB↑，δ、ak↓↓。易冷脆(钢在低
布氏硬度： 以压痕单位球面积上所承受载荷的大小， 作硬度值。（HB）
洛氏硬度： 以压痕的深度来确定其的硬度值。 （HRC）
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HBS 压头为淬火钢球，用于测定较软金 属材料（<450HBS）如有色金属、灰 铸铁、退火、正火、调质钢。
HBW 压头为硬质合金球，用于测定较 硬金属材料（>450HBW）。
有色金属：铜、铝、镁、钛等及其合金 陶瓷
——无机非金属材料 玻璃 混凝土 塑料
——有机高分子（高分子聚合物）材料 橡胶 纤维
金属基 ——复合材料
纤维基
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1、材 料
1.1 材料的分类——按性能分：
——结构材料：利用材料的力学性能，所制备的各 类器件或构件是为了承受各种形式 的载荷，主要起支撑作用。
——功能材料：具有特殊的电、磁、光、热、声、 力、化学性能和理化效应的各种新 材料。 用以对信息和能量的感受、计划、 输运、屏蔽、绝缘、吸收、控制、 记忆、存储、显示、发射、转化和 变换的目的。

温度
时间
§1钢的热处理原理 一．钢在加热时的组织转变 1.实际转变温度、过热度与过冷度：
2．钢在加热时的组织转变
钢在加热到AC1以上温度时的组织转变
P (F+Fe3C ) A
孕育期：从保温到奥氏体形成，这段时间叫孕育 期 晶粒度分8级，晶粒度级别越小，晶粒越粗。 加热温度越高、保温时间越长、加热速度越慢， 则奥氏体晶粒越粗。
(三) 含碳量与组织、性能的关系
(四) 相图的应用： 铁碳合金相图主要用于铸造、锻造、焊接、 热处理等热加工工艺的制定
第四章 钢的热处理
§1钢的热处理原理
§2钢的热处理工艺
钢的热处理的定义
将钢在固态下加热到一定温度，并保持一 段时间，以适当的冷却速度进行冷却，以改变 钢的组织，从而获得预期性能的工艺方法。
2．冷却曲线及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。
冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长
晶核来源：自发形核、外来形核
树枝晶的成长
尖端处散热快，温度低，过冷度大，成长动力大， 长得快，形成一次晶轴、二次晶轴等，直到晶间 填满。形成大小不一、方向不同的多晶体。
2．奥氏体A：
由C固溶于γ铁中形成的间隙固溶体，对碳的溶解度 1148℃时为 2.11% ， 727℃ 时为0.77% 。A是高温组 织，在727℃以上存在，其强度、硬度较低，塑性好。
3．渗碳体Fe3C：
由铁和碳形成的化合物，含碳量6.69％。硬度高，强 度低，塑性、韧性极差。是钢的主要强化相，其形状、 数量、大小及分布对性能有很大影响。
3．淬火方法
4.钢的淬透性 由表面至50％马氏体的距离为淬硬性深度 影响因素： 化学成分 加热温度和保温时间

刀具在切削过程中要 承受很大的载荷，较 高的切削温度和摩擦。 刀具材料的切削性能， 直接影响刀具的耐用 度和生产率；刀具材 料的工艺性，将影响 刀具本身的制造和刃 磨质量。
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素