金属工艺学第四章
金属工艺学4
有一定要求。
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第四节 冲压件的结构工艺性
• 3 对拉深件的要求 • （1）拉深件的外形应简单、对称，深度不宜过大。 • （2）拉深件的圆角半径不能太小。
第一节 分离工序
• 4 冲裁件的排样 • 排样指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。 • 排样有两种类型：有搭边排样和无搭边排样 • 5 修整 利用修整模沿冲裁件边缘或内孔刮削一薄层金
属，以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺。 • 6 切断 是用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的
工序。
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第四节 冲压件的结构工艺性
• 一、冲压件的形状和尺寸 • 1 对落料件和冲孔件的要求 • （1）落料件和冲孔件的形状应力求简单、对称。废料少。 • （2）冲裁件的结构尺寸必须考虑材料厚度。 • （3）冲裁件上直线与直线、曲线与直线交接处，均应用圆弧连接。
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第四节 冲压件的结构工艺性
金属工艺学（热）
锻造部分
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第三章 板料冲压
• 板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方 法。
• 特点： • （1）可以冲压出形状复杂的零件，废料少 • （2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，
冲压件的互换性好 • （3）能获得重量轻、材料消耗少，强度和刚度都较
只完成一个工序的冲 模。
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第三节 冲模简介 • 二、连续冲模（级进模） • 是在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位同时完 成数道工序的模具。
金属工艺学部分课后习题解答
补充习题
下列铸件在大批量生产时，以什么铸造措施 为宜？ 铝活塞金属型铸造、汽轮机叶片熔模铸造、 汽缸套离心铸造、车床床身砂型铸造、摩托车 气缸体压力铸造、汽车喇叭压力铸造、大口径 污水管离心铸造、大模数齿轮滚刀熔模铸造
压力加工：第二章 铸造
7 图示零件采用锤上模锻制造，请选择最合适旳分模面
位置？ p127
I
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
方案I： 分型面为曲
面，不利于分型。
I
方案II：分型面在最
II
大截面处，且为平面，
方案可行。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
I II
两方案均可， 但型芯头形状 不同。
铸造：第三章 砂型铸造
铸造：第一章 铸造工艺基础
8.试用下面异形梁铸钢件分析其热应力旳形成原 因，并用虚线表达出铸件旳变形方向。p49
形成原因：壁厚不均匀。
铸造：第三章 砂型铸造
5.图示铸件在单件生产条件下该选用哪种造型措施？
p73
I方案存在错箱可能。 该零件不算太高，故 方案II稍好，从冒口
II
安放来看，II方案轻 易安放。
焊接措施: 手工电弧焊、二氧化碳气体保护焊
端面车刀
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
应采用方案I，方案II
I
型芯稳定，但φ40凸台
阻碍拔模。
II
铸造：第三章 砂型铸造
6.图示铸件有几种分型方案？在大批量生产中应选择 哪种方案？ p73
I
III II
应采用方案III，方案I需要活块，且下面活 块难以取出；方案II需要挖砂。
金属工艺学(全部)
• 晶胞 从晶格中选取一个能反映晶粒排列特点的
最小几何单元称为晶胞
3.金属晶格的类型 • 体心立方晶格
• 面心立方晶格
• 密排六方晶格
4.金属的实际晶体结构 • 单晶体 晶体内部的原子排列方向完全一致 • 多晶体 各小晶格的排列方向不尽相同; 多晶体材料内部以晶界分开、晶体排列方
钢的热处理
（2）球化退火
1、定义：将钢加热到Ac1以上20~30 ºC, 保温后随炉缓冷至600 ºC，出炉空冷。 2、目的：降低硬度、提高塑性、改善切 削加工性能。 3、适用范围：主要用于过共析钢及合金 工具钢。
钢的热处理
（3）去应力退火
1、定义：将钢加热到500--600 ºC,保 温后随炉缓冷至200--300 ºC出炉空冷。 又称低温退火。 2、目的：消除铸件、锻件和焊接件的 内应力 。（没有发生组织变化） 3、适用范围：用于所有的钢。
结构皆不相同的固相组织 • 共析反应 自某种均匀一致的固相中同时析出两种化
学成分和晶格结构完全不同的新固相的 转变
第二节 铁碳合金状的组织 结构及其性能
一、工业纯铁
1.纯铁的同素异构转变
δ-Fe
β-Fe
γ-Fe
体心立方 面心立方 体心立方
2.晶粒越细，强度越高
二、铁碳合金的基本组织
• 铁素体（F） 碳溶解在α－Fe中的间隙固溶体，常用符
绪论
• 金属工艺学是一门研究有关制造金属机件的 工艺方法的综合性技术科学。
• 我国在商代就大量使用青铜器，当时青铜冶 炼和铸造技术已经相当精湛。
• 在春秋末期我国就出现了铁器，也比欧洲早 一千八百多年左右。
• 解放后，我国在金属材料、非金属材料及其 加工技术方面有了突飞猛进的发展，推动了 我国机械制造工业的发展
金属工艺学ppt课件
不合理
合理
第二节铸件构造与合金铸造性能的关系
铸件构造设计
防止铸造缺陷的合理构造
铸件的各壁之间应 均匀过渡，两个非 加工外表所构成的 内角应设计成圆角
不合理
合理
第二节铸件构造与合金铸造性能的关系
铸件构造设计
防止铸造缺陷的合理构造
铸件的各壁之间应 均匀过渡，两个非 加工外表所构成的 内角应设计成圆角
第二节 金属型铸造
• 二、金属型的铸造工艺 • 1. 必需喷刷涂料；衬料和外表涂料 • 2. 金属型应坚持一定的任务温度；铸铁件250-350，非
铁金属件ห้องสมุดไป่ตู้00-250度。减缓激冷。 • 3. 适宜的出型时间；尽早出型，小型铸铁件10-60s，铸
件温度约780-950度。 • 三、金属型铸造的特点和适用范围 • 优点：一型多铸，便于实现机械化和自动化消费，可大
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
合理设计凸台和防 止侧壁具有防碍拔 模的部分凹陷构造
不合理
合理
第一节铸件构造与铸件工艺的关系
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
设计铸件应合理 确定构造斜度
不合理
合理
第一节铸件构造与铸件工艺的关系
铸件构造设计
简化工艺过程的合理构造
设计铸件应合理确定 构造斜度
不合理
大提高消费率。同时铸件的精度和外表质量比砂型铸造 显著提高。组织致密，力学性能得到显著提高。 • 缺陷：金属型的本钱高，消费周期长。同时铸造工艺要 求严厉，容易出现缺陷，灰铸铁件又难以防止白口缺陷 。 • 主要用于铜、铝合金铸件的大批量消费。如铝活塞、气 缸盖、油泵壳体、铜瓦等。
第三节 压力铸造
• 描画:是在高压下〔比压约为5-150MPa〕将液态 或半液态合金快速地(0.01-0.2s)压入金属铸型中 ，并在压力下凝固，以获得铸件的方法。
金属工艺学课后习题答案
P（2）一般情况下，车削的切削过程为什么刨削、铣削等平稳？对加工有何影响？答：1.除了车削断续表面外，一般情况下车削过程是连续进行的，不像铣削和刨削，在一次走刀过程中刀齿有多次切入和切出，产生冲击；2.当车几何形状、背吃刀量和进给量一定时，切削层公称横街表面积是不变的；因此车削时切削力基本上不发生变化；3.车削的主运动为工件回转，避免了惯性力和冲击的影响；所以车削过程比铣削和刨削平稳。
连续切削效率高，表面粗糙度等级高，加工精度也高；断续切削效率低，表面粗糙度等级低，加工精度也低。
（14）铣削为什么比其他加工容易产生振动？答：铣刀的刀齿切入和切出时产生冲击，并将引起同时工作刀齿数的增减，在切削过程中每个刀齿的切削层厚度hi随刀齿位置的不同而变化，引起切削层截面积变化，因此在铣削过程中铣削力是变化的，切削过程不平稳容易产生振动。
（19)磨削为什么能达到较高的精度和较小的表面粗糙度值？答：1.磨粒上较锋利的切削刃，能够切下一层很薄的金属，切削厚度可以小刀微米；2.磨削所用的磨床，比一般切削加工精度高，刚度及稳定性较好，并且具有微量进给机构，可以进行微量切削；3.磨削时切削速度很高，当磨粒以很高的切削速度从工件表面切过时，同时有很多切削刃进行切削，每个磨刃仅从工件上切下极少量的金属，残留面积高度很小，有利于形成光洁表面。
(2）试决定下列零件外圆卖面的加工方案：1.紫铜小轴，φ20h7，Ra值为0.8um；粗车→半精车→精车2.45钢轴，φ50h6,Ra值为0.2um，表面淬火49-50HRC。
粗车→半精车→淬火→低温回火→粗磨→精磨（3）下列零件上的孔，用何种方法加工比较合理？1.单件小批生产中，铸铁齿轮上的孔，φ20H7，Ra值为1.6um；钻→粗镗→半精镗2.大批大量生产中，铸铁齿轮上的孔，φ50H7，Ra值为0.8um；钻→扩→拉3.高速三面刃铣刀的孔，φ27H6，Ra值为0.2um；钻→粗镗→粗磨→半精磨4.变速箱体上传动轴的轴承孔，φ62J7，Ra值为0.8um。
金属工艺学电子教学教案——第四章 钢的热处理02(高教版 王英杰主编)
第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。
2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。
教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。
♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。
马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。
马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。
一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。
(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。
3以上30℃～50℃。
共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。
3．淬火方法(1)单液淬火。
♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。
例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。
单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。
(2)双液淬火。
♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。
例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。
双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。
(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。
马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。
金属工艺学_邓文英_第五版_课后习题参考答案
第一章（p11）1.什么是应力？什么是应变？答：应力是试样单位横截面的拉力；应变是试样在应力作用下单位长度的伸长量2．缩颈现象在拉伸实验中当载荷超过拉断前所承受的最大载荷时，试样上有部分开始变细，出现了“缩颈”。
缩颈发生在拉伸曲线上bk段。
不是，塑性变形在产生缩颈现象前就已经发生，如果没有出现缩颈现象也不表示没有出现塑性变形。
布氏硬度法和洛氏硬度法各有什么优缺点？下列材料或零件通常采用哪种方法检查其硬度？库存钢材硬质合金刀头锻件台虎钳钳口洛氏硬度法测试简便，缺点是测量费时，且压痕较大，不适于成品检验。
布氏硬度法测试值较稳定，准确度较洛氏法高。
；迅速，因压痕小，不损伤零件，可用于成品检验。
其缺点是测得的硬度值重复性较差，需在不同部位测量数次。
硬质合金刀头，台虎钳钳口用洛氏硬度法检验。
库存钢材和锻件用布氏硬度法检验。
第五题下列符号所表示的力学性能指标名称和含义是什么?σb抗拉强度它是指金属材料在拉断前所能承受的最大应力.σs屈服点它是指拉伸试样产生屈服时的应力。
σ2.0规定残余拉伸强度σ1-疲劳强度它是指金属材料在应力可经受无数次应力循环不发生疲劳断裂，此应力称为材料的疲劳强度。
σ应力它指试样单位横截面的拉力。
a K冲击韧度它是指金属材料断裂前吸收的变形能量的能力韧性。
HRC 洛氏硬度它是指将金刚石圆锥体施以100N的初始压力，使得压头与试样始终保持紧密接触，然后，向压头施加主载荷，保持数秒后卸除主载荷。
以残余压痕深度计算其硬度值。
HBS 布氏硬度它是指用钢球直径为10mm，载荷为3000N为压头测试出的金属的布氏硬度。
HBW 布氏硬度它是指以硬质合金球为压头的新型布氏度计。
第二章（p23）(1)什么是“过冷现象”?过冷度指什么？答：实际结晶温度低于理论结晶温度（平衡结晶温度），这种线性称为“过冷”。
理论结晶温度与实际结晶温度之差，称为过冷度。
（2）金属的晶粒粗细对其力学性能有什么影响？细化晶粒的途径有哪些？答：金属的晶粒粗细对其力学性能有很大影响。
金属工艺学第4章
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第四节 退火与正火
• （３）去应力退火 • 去应力退火又称低温退火，其目的是为了消除由于塑性变形、焊接、
机械加工、铸造等原因所造成的残余应力。 • 去应力退火的工艺一般是将钢加热到Ａｃ１以下某一温度，保温一定
• １.奥氏体晶粒大小及对钢性能的影响 • 奥氏体晶粒的大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。钢在加热时
获得的奥氏体晶粒大小直接影响到冷却后转变产物的晶粒大小和力学 性能。
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第二节 钢在加热时的组织转变
• 加热时获得的奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的晶粒也细小，其 强度、塑性和韧性较好；反之，粗大的奥氏体晶粒冷却后转变产物也 粗大，其强度、塑性较差，特别是冲击韧性显著降低。表示奥氏体晶 粒大小的是晶粒度，工程上将奥氏体标准晶粒度分为００，０，１， ２，…，１０等级，１～４级为粗晶粒，５～８级为细晶粒，超过８ 级为超细晶粒。
奥氏体晶核，这是因为相界面处成分不均匀，原子排列紊乱，晶格畸 变大，具有能为产生奥氏体晶核提供成分和结构等两方面的有利条件 。 • ２.奥氏体晶核的长大 • 奥氏体晶核形成后，依靠铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，奥 氏体晶核不断向铁素体和渗碳体两个方向长大。与此同时，新的奥氏 体晶核也不断形成并随之长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。
渐长大，温度越高，晶粒长大越明显；在一定温度下，保温时间越长 ，奥氏体晶粒就越粗大。因此，热处理加热时要合理选择加热温度和 保温时间，以保证获得细小均匀的奥氏体组织。 • （２）钢的成分 • 随着奥氏体中碳含量的增加，晶粒的长大倾向也增加；若碳以未溶碳 化物的形式存在时，则有阻碍晶粒长大的作用。
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第四章焊接
1.焊接方法可分为哪几类？各有什么特点？
①熔焊，压焊，钎焊。
②熔焊：熔焊的加热速度快，加热温度高，适合于各种金属和合金的焊接加工。
压焊：压焊必须对焊件施加压力，适合于金属和非金属材料的加工。
钎焊：钎焊利用液态钎料润湿母材，填充间隙并于母材相互扩散连接焊件，适合于同种以及不同金属或异类材料的焊接加工。
2.焊条有哪几部分组成？各部分的作用是什么？
①由金属焊芯盒表面涂层药皮组成
②焊芯主要起到填充金属和传导电流的作用。
药皮的作用：熔化产生的熔渣和气体使电弧空间及熔池与大气隔离；保证焊缝金属的脱氧、脱硫、脱磷，并向焊缝添加必要的合金元素；使焊条具有良好的焊接工艺性。
3.碱性焊条与酸性焊条的性能有何不同？
碱性焊条焊成的焊缝抗裂性及强度好，但是工艺性能和抗气孔性能差。
4.选择焊条的原则？
①考虑被焊材料类别。
②考虑母材的力学性能和化学成分。
③考虑焊件的工作条件和使用情况。
④考虑焊件的结构特点。
⑤考虑施工操作条件。
5.说明E4303、E5015、J422、J503含义？
E4303:碳钢焊条，焊缝抗拉强度不低于430MPa,可全位置焊接，钛铁矿型药皮，直流或交流。
E5015:碳钢焊条，强度不低于500MPa,全位置焊接，纤维素型药皮，直流或交流。
J422:结构钢焊条，不低于420MPa,平焊或平角焊，氧化钛钙焊条，直流或交流。
J503:结构钢焊条，不低于
6.焊接接头部分？影响接头性能的因素？
①焊缝、热影响区和融合区。
②焊接材料、焊接方法、焊接工艺参数、焊接接头形式。
7.焊接热影响区区域分为?各区域组织和性能？
①过热区、正火区、部分相变区。
②过热区：指最高加热温度在1100℃以上的区域，焊接接头中机械性能最差的区域。
正火区：指最高加热温度从A c3到1100℃之间的区域，机械性能明显改善，是焊接接头在组织和性能最好的区域。
部分相变区：指最高加热温度从A C1到A C3之间的区域，机械性能也较差。
8.焊接应力与变形产生的原因？消除焊接应力的措施？
①焊接过程中对焊件经行不均匀的加热和冷却。
②设计焊接结构：应采用刚性较小的焊接接头形式，尽量减小焊缝数量和焊缝截面尺寸，避免焊缝过于集中。
制造工艺：合理选择焊接顺序和焊接方向，确定焊接顺序应尽量使焊缝能较自由的收缩，先焊接收缩量较大的焊缝；锤击法；预热法；加热“减应区”法；热处理法。
9.焊接变形的基本形式？防止和减小焊接变形的措施？如何矫正焊接变形？
①收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形和波浪变形。
②结构设计：焊缝的位置应尽量对称于结构中性轴，并且在保证结构有足够承载能力的条件下，尽量减少焊缝的长度和数量。
制造工艺：反变形法、刚性固定法、合理选择焊接方法和工艺参数、合理安排焊接顺序、焊前预热和焊后缓冷。
③机械矫正法、火焰矫正法。
10.埋弧自动焊、手工电弧焊、氩弧焊、CO2气体保护焊、.电渣焊概念和特点？
①埋弧自动焊：由机械装置完成电弧引燃，焊条松紧和电弧移动，并且电弧掩埋在焊剂层下燃烧不外露的焊接方法；
特点是生产率高，节省材料；焊接质量好；劳动条件好；适应性较差；设备较复杂；
②手工电弧焊：特点是操作方便灵活；设备简单；适应于各种接头形式；焊缝的
长度与形状不受限制。
③氩弧焊：氩弧焊是采用氩气作为保护气体的气体保护焊方法。
特点是适合于易氧化的非铁合金焊接，并获得质量高成型美观的焊缝；焊接过程容易控制，焊接变形小；便于操作，可进行全位置焊接；焊接成本高。
④CO2气体保护焊：是以活性气体（CO2)作为保护气体的气体保护焊方法。
特点是成本较低；焊接生产率高；焊件变形小，焊接质量比较好；全位置焊接，易于实现自动化；焊缝处易氧化、烧损，而且飞溅大。
⑤电渣焊：电渣焊是利用电流通过液体熔渣所产生的电阻热熔化母材与电极实现焊接的一种方法。
特点是生产率高，节省材料与工时，焊接成本低；焊缝质量好，金属比较纯净；焊后要进行正火处理。
11.电阻焊？分类？特点？应用范围？
①电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及临近区域产生电阻热进行焊接的方法。
②点焊、缝焊和对焊。
③④P111
12.钎焊与熔焊的区别？钎焊的特点与应用范围？
①（不确定）钎焊采用比母材熔点低的金属材料作钎料，加热到高于钎料熔点低于母材熔点的温度，用液态钎料湿润母材，连接工件；而熔焊是将母材与填充金属同时加热到熔化，连接工件。
②焊接温度低，焊件的组织和机械性能变化很小，应力和变形也很小，容易保证焊接精度；可焊接不同材料、厚度、尺寸的工件；生产率较高；接头美观，设备简单，生产投入少；接头强度较低，承载能力有限，耐热能力较差。
③主要应用于电子技术、仪器仪表、航空航天技术及原子能领域。
13.金属的焊接性？钢材的焊接性取决因素？如何评价钢材的焊接性？
①指金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度，包含接合性能和使用性能。
②金属材料的化学成分、焊件厚度、焊接方法及加工条件。
③间接评估法：碳当量法：公式在P114最下。
直接试验法。
14.焊接铝及铝合金、铜及铜合金，容易产生什么问题？
①极易氧化；易产生变形和裂纹；耗能大；容易产生气孔；力学性能和耐蚀性降低；
易产生烧穿。
②难于熔合；易产生变形；易产生裂纹；易形成气孔。
15.焊接结构设计需要考虑的内容？
①焊件的使用性能②结构的材料③使用的焊接方法④选用的接头形式⑤加工工艺性能
16.车床导轨面裂纹，要求焊补层与基体性能相同，哪种焊接方法和材料？（不确定）
采用热焊法，采用气焊，并采用硅的质量分数高的铸铁焊条
17.变速箱箱体加工前,箱体内部局部厚度不够，要求修补后厚度达到要求，哪种焊接
方法和材料？（不确定）
采用热焊法，焊条电弧焊，并采用铸铁作焊芯的铸铁焊条或钢芯石墨化铸铁焊条
18.焊缝布置应考虑哪些原则？为什么？
①尽量使焊缝位于平焊位置，因为平焊操作最方便，易于保证焊缝质量。
②焊缝位置应便于完成焊接操作，焊缝布置时应考虑给焊接操作留有足够的空间，以
满足焊接的需要。
③焊接应避开应力最大和应力集中位置，因为焊接过程中难免出现焊接缺陷，从而使
承载能力下降，所以为了增加安全系数，在以上位置不应布置焊缝。
④焊缝应尽量分散布置，避免密集和交叉，因为密集交叉的焊缝会造成金属过热，焊
件热影响区增大，组织恶化，接头性能严重下降，同时使焊接应力提高力学性能下降，甚至产生裂纹。
⑤焊缝布置应尽量对称，因为对称布置的焊缝可使各条焊缝产生的焊接变形相互约束，抵消。
⑥焊缝布置应避开机械加工表面，因为焊接后的加工表面可能会造成加工困难或是无
法保证要求的精度，并为了使已加工表面的加工精度不受影响，焊缝布置应避开机械
加工表面。
⑦应尽量减少焊缝的数量、长度和截面，因为这可以减少焊接中的加热过程，减少焊
接残余应力和变形，减小接头性能下降的程度，降低焊接材料的成本。
⑧焊缝转角处应平滑过渡，因为焊缝转角处容易产生应力集中，尖角处应力集中更为
严重。
⑨焊缝布置应照顾其他工序的方便和安全。