焊接与胶接成型..
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第三章 连接成形
3．焊条的牌号与型号(P134附表3-5、6)
(三) 焊接成形工艺设计
1.焊缝空间位臵、接头和坡口型式
(1) 焊缝的空间位臵
平焊 横焊
焊缝空间位臵有:
• 平焊缝
• 横焊缝 • 立焊缝 • 仰焊缝
立焊
仰焊
垂直平面，水平 方向上的焊接
垂直平面，垂直 方向上的焊接
倒悬平面，水平 方向上的焊接
水平面的焊 接
粗大的过热组织。
过热区是热 影响区中性能 最差的部位。 • 塑性差
• 韧度低
• 正火区： 焊后空冷使该区内的金属相当于进行了正火
处理，获得均匀而细小的铁素体和珠光体组织。
正火区是 热影响区中力 学性能最好的 区域。
• 塑性较高 • 韧度较高
• 不完全重结晶区(部分正火区)： 部分组织转变为奥氏体，冷却后获得细小铁 素体和珠光体，部分铁素体未发生相变，固该 区域晶粒大小不均匀。
(一) 氩弧焊
氩弧焊：利用惰性气体(氩气Ar)作为保护气
体的电弧焊。高温下，氩气不与金属起化学
反应，也不溶入金属。
氩弧焊机械保护作用好，电弧稳定性好， 金属飞溅小，焊接质量高。
按所用电极的不同，氩弧焊钨极(非熔 化极)和熔化极氩弧焊两种。
(二) 焊条
1．焊条的组成与作用
• 金属焊芯：作为电极，
产生电弧，并传导焊接电 流，焊芯熔化后作为填充 金属成为焊缝的一部分。
• 药皮：压涂在焊芯表
面的涂料层，主要作用
是保证电弧稳定燃烧。
2．焊条的种类
焊条可分为酸性焊条和碱性焊条。
• 酸性焊条：熔渣中以酸性氧化物为主。焊 缝塑性和韧度不高，且焊缝中氢含量高，抗 裂性差，但酸性焊条具有良好的工艺性。 • 碱性焊条(又称低氢焊条)：药皮中以碱性氧 化物与莹石为主，并含较多铁合金，焊缝力学 性能与抗裂性好，但碱性焊条工艺性较差。
材料成型工艺及其在汽车工业的应用
材料成型工艺及其在汽车工业中的应用一、概述材料成型工艺主要包括金属材料连接成型工艺、固态金属塑性成型工艺、液态金属成型工艺，是机械制造的主要组成部分，是现在工业生产技术的基础。
材料成型工艺在工程机械、动力机械、农用机械、家用电气制造业等行业中起着重要的作用。
特别是在汽车工业中的应用十分广泛，一辆汽车，无论是整车还是零部件，都要采用到材料成型工艺。
汽车制造的冲、焊、涂、整四大工序中有两道都是由材料成型所完成的。
总之，一辆汽车有80%~90%的部分是使用材料成型工艺生产的。
二、金属材料连接工艺①分类：铆接、胶接、焊接铆接：用铆钉将材料连接的成型工艺。
类似于用扣子扣起来。
图中剪刀双刃间的连接件就是铆钉，还有我们以前用的铁桶，提手部位也是铆接起来的。
别小看了铆接，飞机的很多部分都是铆起来的。
胶接就是用粘接剂将材料粘接成型，在机械行业中，多用于金属与非金属制件的连接。
焊接，则是我们日常生活中见得最多，也是生产中应用较为广泛的连接成型工艺，下面我讲着重对焊接进行讲解。
②焊接的定义焊接是通过加热、加压或加热加压，并且用或不用填充材料，是焊件达到原子间结合的一种加工方法。
因为焊件间原子间距非常小，接近晶格常数（3~5）×10-10m，因此焊件之间的连接是非常牢固的。
③焊接的优点节省材料与工时，相比铆接，焊接一般可以节约金属材料15%~20%。
能化大为小，拼小成大，一些大型设备，整体生产起来非常困难，但是可以分块制作，最后现场焊接安装。
适应性强，比如气密性要求高的储存设备就只能使用焊接方法制造。
可实现不同材料间连接成型。
可优化设计，节省贵重金属。
④焊接的分类焊接的分类是比较繁多的，但是根据接头形成机理可分为熔化焊，压力焊和钎焊三类。
⑤两种具有代表性的焊接方法介绍1.焊条电弧焊（SMAW）焊条电弧焊是用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法，即是利用焊条与焊件制件的电弧热将其融化，从而形成接头的焊接方法。
在焊接过程中，焊条药皮分解融化生成气体和熔渣，在气、渣的联合保护下，有效地排除了周围空气的有害影响，通过高温下熔化金属与熔渣之间的冶金反应，还原与净化金属，得到优质的焊缝。
材料加工技术工程学
爆炸喷涂(explosion spraying) 是以突然爆发的热 能加热熔化喷涂材料并使熔粒加速的热喷涂方法。 原理如图2.9—26所尔，将一定比例和流量的乙 炔和氧气引入内径为25mm的水冷枪简内，与同时 引入的喷涂粉末混合。通过火花塞点火瞬间引爆 ，枪筒内的温度突然上升到 3300℃以上．气体燃 烧的速度超过音速的十倍，形成冲击波，爆炸的 热能将喷徐粉末加热到熔融或半熔殿状态，并使 熔粒加速到2倍音速喷出，撞击到基体表面形成涂 层。此后将氮气引入枪周内置换．直到下一个爆 炸过程开始。通入气体和粉末的爆炸过程，每秒 可重复进行 1 ～8 次，根据涂层所要求的厚度可以 反复进行。
被镀膜的基片
电弧离子镀 电弧离子镀是蒸发源为电弧源的 离子镀。图2.8－4所示为电弧离子镀 膜工作原理。 图 2.8 － 4 中阴极是靶材，真空室 接地作阳极。在点火器与阴极工作面 距离适当时产生的电离火花激发阴极 工作表面、产半直径为 0.01 － 100μ m 的明亮弧斑。运动的斑区温度高达数 千至数万度、并喷发出电子、离子、 熔融的阴极材料微粒和原子。
2、液相－气相反应法 液 相 － 气 相 发 应 法 （ liquid-gas reaction method,VLS ） ， 是 1989 年 由 美 国 Drexel 大 学 的 Koczak和Kumar发明并申报美国专利的反应自生复合 材料的新技术。 其基本原理是将含有C等元素的气体（如CH4）通 过导管和气体分散器，在一定温度下导入合金液， 气体分解得到的元素与合金液中的反应生成硬质相 颗粒，从而制备出复合材料，特别是金属基复合材 料。图2.5-10所示为VLS法制备复合材料简图。
材料制备和材料加工的定义虽存在一定的差异。 但在材料科学与工程中的界线上变得越来越模糊， 正在逐步变成一个连续的统一体。
金属的连接成型工艺基础
金属连接成型工艺是指将金属材料通过一定的工艺方法，使其形成具有一定形状、尺寸和性能的零件或产品的过程。
金属连接成型工艺主要包括焊接、铆接、螺纹连接、粘接等。
金属连接成型工艺的应用广泛，如汽车制造、航空航天、船舶制造、建筑等领域。
金属连接成型工艺的发展趋势是提高生产效率、降低成本、提高产品质量和性能。
环境因素：考虑温度、湿度、腐蚀性等对连接的影响
不同金属材料的连接工艺适应性
连接工艺的经济性分析
材料成本：不同连接工艺所需的材料成本不同，需要根据实际需求选择
加工成本：不同连接工艺的加工成本也不同，需要考虑加工效率和加工难度
维护成本：不同连接工艺的维护成本也不同，需要考虑维护的频率和难度
寿命成本：不同连接工艺的寿命成本也不同，需要考虑产品的使用寿命和更换成本
胶接质量控制：定期检查胶接质量、加强员工培训等
防止措施：选择合适的胶粘剂、控制胶接温度和压力、保证胶接表面清洁等
04
金属机械连接工艺基础
螺钉连接
应用范围：广泛应用于各种金属和非金属材料的连接
螺钉类型：包括自攻螺钉、木螺钉、螺栓等
连接原理：通过螺纹将两个部件固定在一起
优点：操作简单，连接牢固，易于拆卸和更换
减少能源消耗：采用节能型设备和工艺，降低生产过程中的能耗
减少污染排放：采用环保型材料和工艺，降低生产过程中的污染排放
提高资源利用率：采用循环利用和再利用技术，提高资源利用率
提高产品质量：采用先进技术和工艺，提高产品质量和性能，延长使用寿命
提高生产效率：采用自动化和智能化技术，提高生产效率和生产质量
提高安全性能：采用安全技术和工艺，提高生产过程中的安全性能，降低事故发生率
03
金属胶接工艺基础
紧固件连接工艺、粘接工艺与焊接工艺
紧固件连接工艺、粘接工艺与焊接工艺紧固件连接工艺、粘接工艺与焊接工艺是常用的结构连接方法。
这些方法在不同场合下具有各自的优势和特点。
紧固件连接工艺是通过螺栓、螺钉等紧固件将两个或多个零部件连接在一起。
这种连接方式具有拆卸方便、可重复利用等特点，适用于需要频繁拆卸和装配的场合。
同时，紧固件连接具有连接可靠、不易松动等优势，适用于承受较大力和振动的环境。
但是，紧固件连接需要使用专用的工具进行紧固和拆卸，且需要耗费一定的时间和劳力。
粘接工艺是通过使用胶黏剂将两个或多个零部件粘合在一起。
这种连接方式具有连接均匀、分布应力等特点，适用于连接面积较大而紧固件难以满足的情况。
粘接工艺还可以实现连接的密封性和防水性能，并且可以在一定程度上提高材料的整体强度。
然而，粘接工艺需要满足一定的条件，如对连接面的处理、胶黏剂种类的选择等，且粘接后的零部件通常无法拆卸，维修起来较为困难。
焊接工艺是通过加热材料使其熔化，然后使两个或多个零部件通过熔化材料之间的协调形成连接。
这种连接方式具有连接强度高、连接可靠、占用连接面积小等特点，适用于要求高强度连接和密封性能的场合。
焊接还可以实现材料的连续性，并能连接不同种类的材料。
然而，焊接工艺需要专业的设备和操作技术，且焊接后的零部件通常无法拆卸，维修起来较为困难。
综上所述，紧固件连接工艺、粘接工艺与焊接工艺各具特点，适用于不同的连接需求和场合。
在选择连接方式时，需要根据具体的工程要求和产品特性综合考虑，以确保连接的可靠性和使用效果。
紧固件连接工艺、粘接工艺与焊接工艺是常用的结构连接方法，它们在各个行业和领域中都有广泛的应用。
下面将详细介绍每一种连接工艺的特点以及其应用领域。
首先，紧固件连接工艺是通过使用螺栓、螺钉等紧固件将两个或多个零部件固定在一起。
这种连接方式具有以下优势：首先，紧固件连接是一种可拆卸连接方式，方便维修和拆卸；其次，紧固件连接可以保证连接的可靠性，尤其适用于需要承受较大力和振动环境的场合；此外，紧固件连接可以重复利用，节约资源。
焊接技术
图4-4 直流弧焊机的不同极性接法
四、电焊条
1. 电焊条的组成及作用 焊芯
焊条芯
焊缝的填充材料 — 填充焊缝
电焊条 药皮
电极传导电流 — 导电
机械保护的作用 冶金的作用
稳定电弧的作用
药皮
药皮的作用：提高电弧燃烧的稳定性，防止空气对熔化金
属的有害作用，保证焊缝金属的脱氧和加入合金元素。
药皮的种类： ① 氧化钛型；②氧化钛钙型；
适用于易氧化的有色金属及合金钢材料的焊接。如： 铝、镁、钛及其合金和耐热钢、不锈钢等。为了防止 保护气流破环，氩弧焊只能在室内进行。
CO2气体保护焊
利用CO2作为保护气体的气体保护焊，简称CO2焊。 焊接热源：电弧热 保护介质：CO2 ① 与金属发生化学反应—产生夹渣缺陷 ② 溶解于液体金属中—产生 CO 气孔缺陷 ③ 比重大于空气（25%）
焊接方法的分类
常见的焊接方法
焊接的特点：
1、生产周期短，生产率高，易实现机械化、自动化。 2、接头牢固、密封性好。 3、可化大为小、以小拼大。 4、可实现异种金属的连接。
5、重量轻、加工装配简单。
6、焊接应力变形大，接头易产生裂纹、夹渣、气孔等缺陷。
胶接 —胶粘剂连接各种材料。 机械联接 —采用标准件为连接件连接各种材料。
焊接变形是在焊接过程中产生的变形。金属结构 与零件在焊接过程中，常常会产生各种焊接变形以及 焊缝的断裂，从而影响焊接质量。 焊后焊件中温度冷至室温时残留在焊件中的变形 和应力分别称为焊接残余变形和焊接残余应力。
2、焊接应力与变形产生的原因
焊接应力与变形产生的根本原因是： 焊件(工件）在焊接过程中受到局部或不均匀加热和快速冷却。
3.焊条型号
熔焊成形基础教学课件PPT
二、焊接接头的组织和性能 3. 2 热影响区—过热区
1～3mm宽，晶粒粗大，塑性、韧度差，属性能最差部 位
二、焊接接头的组织和性能 3.3 热影响区—正火区
1.2～4mm宽，晶粒均匀细小，塑性、韧度较高，是 热影响区中力学性能最好的区域
二、焊接接头的组织和性能 3.4 热影响区—部分正火区
晶粒大小不均，力学性能较正火区差
焊接成形应用
应用广泛，如各种批量型材间，型材、铸、锻件间， 同种或异种金属间，不同尺寸、形状件之间，连接或 修补
§3-1 熔焊成形基础
焊接（welding）：利用加热或加压手段，借助金属原 子结合与扩散作用，使分离的金属永久的连接起来。
一、焊接电弧与电弧冶金过程
1. 焊接过程：
液态熔渣 气体
固态渣壳
2. 焊接热源
电弧热、化学热、电阻热、等离子焰、电子束、激光束等。 1）能量密度高→焊接加热区小，热量集中，生产率高； 2）热源性能稳定→保证质量； 3）高的热效率→节约能耗。
焊接电弧：电弧焊的热源，它 是在电极与工件间产生的的强烈 而持久的气体放电现象
特点：电压低、电流大、温度 高、能量密度较大、移动性好
机械连接
螺铆 熔 栓接 焊
连接（joining）
焊接
压
钎
焊
焊
胶接
相近加 工方法
电电电 激气铝 弧渣子 光焊热 焊焊束 束 剂
焊焊 焊
电 高 摩 超爆 阻 频 擦 声炸 焊 焊 焊 波焊
焊
热 碳 堆喷 切 弧 焊镀 割气
刨
连接技术（joining technology）
可拆连接：螺纹连接、键连接、销连接、型面连接； 永久性连接：焊接、铆钉连接、胶接等。成本低
《铆接焊接和胶接》课件
常见问题和解决方案
无法预热零件
可采用更大容量功率的加热器 或合金扩散预焊或设法利用贴 合和熔化薄膜显著获得预热带。
纹形和表面开裂
导致表面开裂的原因可能是焊 接技术错误或焊接冷却速度过 快。采用低热输入、高电流强 度并窄焊缝，同时缩短焊缝的 长宽比可修正这一问题。
操作习惯错误
可能存在这一问题源于操作人 员没有经过足够的培训或缺乏 操作经验。合适的培训和持续 的实践可以改善这一状况。
《铆接焊接和胶接》PPT 课件
本课程将介绍铆接、焊接和胶接的应用、分类、操作方法以及实际应用。学 习这些知识将有助于你在相关行业获得巨大的竞争优势。
铆接的分类多个过薄钣金件铆在
间接铆接
2
一起的铆接方式。
通过一个或多个垫片将连接材料纳入铆
合范围的铆接方式。
3
半睡眠铆接
通过一个有限的模量，把基材的两边牢 固地链接在一起的铆接方式。
胶接在哪些行业中应用
胶接技术逐渐替代了传统的机械连接和热处理连 接技术，在建筑、汽车、飞机和其他工业领域得 到了广泛应用。
安全注意事项
1
铆接的安全注意事项
穿戴好防护用品，包括手套、工作服、护目镜、耳塞等。防止高温引起的火灾。
2
胶接的安全注意事项
操作时戴手套和护目镜，选择排气良好的通风设备，并保持工作区域清洁。对于 有害气体要密闭存放严加管制。
操作方法
铆接操作步骤
准备工作，准备铆钉和仪器，调节好参数。两个或多个零件定位、提取杆定位、钻孔、钻孔 加工、检查。
胶接操作步骤
准备工作，准备基材和胶水，调节好适当的温度条件。处理胶水，涂抹等待，对齐定位，施 加压力，半固化，离模、整理、质检。
实际应用
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8.1 焊接的基本原理
三、焊接热循环和焊接接头的组成
影响焊接质量的主要 参数是加热速度、最 高加热温度、高温 （1100℃以上）停 留时间和冷却速度。
焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。
8.1 焊接的基本原理
四、焊接接头的组织和性能
（1）焊缝组织是铸态组织，故晶粒粗大、成分 偏析，组织不致密。但由于焊丝本身的杂质含 量低及合金化作用，所以焊缝金属的力学性能 一般不低于母材。
8.2 常用电弧焊方法
（2）焊条的分类 ① 焊条按熔渣的化学性质分为两大类： 酸性焊条和碱性焊条 ② 焊条按用途可分为十一大类： 碳钢焊条、低合金钢焊条、钼和铬钼耐热 钢焊条、低温钢焊条、不锈钢焊条、堆焊焊条、 铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、 铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。
8.2 常用电弧焊方法
角变形
弯曲变形
扭曲变形
波浪变形
8.1 焊接的基本原理
(3)预防焊接变形的工艺措施 （1）焊前预热，焊后处理 （2）选择合理的焊接顺序
① 尽量使焊缝能自由收缩，这样产生的残余应 力较小。 ② 采用分散对称焊工艺，长焊缝尽可能采用分 段退焊或跳焊的方法进行焊接
（3）加热减应区 （4）反变形法
（5）刚性固定法
第8章 焊接与胶接成形
概
焊 接
述
通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填 充材料，使焊件达到原子间结合的一种加工方法。
特 点
节省金属、减轻结构重量、密封性好、改善劳 动条件、提高产品质量，易实现机械化和自动化生产。
焊接方法
8.1 焊接的基本原理
一、焊接电弧
由焊接电源供给、具有一定电压的两极间或电极 与母材间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象 称为焊接电弧。 焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱三部分组成
8.2 常用电弧焊方法
一、手工电弧焊
焊条电弧焊过程
8.2 常用电弧焊方法
• 手工电弧焊电源种类 常用手工电弧焊电源有交流弧焊机、 直流弧焊机和逆变焊机。
8.2 常用电弧焊方法
• 焊条
（1）焊条的组成和作用 焊条由心部的金属焊芯和表面药皮涂层组成。 焊芯在焊接过程中既是导电的电极，同时本身又 熔化作为填充金属，与熔化的母材共同形成焊缝金属。 焊芯的质量直接影响焊缝的质量。 药皮是压涂在焊芯表面的涂料层，主要作用是在 焊接过程中造气造渣，起保护作用，防止空气进入焊 缝，防止焊缝高温金属被空气氧化。
（3）焊条的选用
•
• •
• •
若按强度等级和化学成分选用焊条： ① 焊接一般结构，如低碳钢、低合金钢结构件时，一 般选用与焊件强度等级相同的焊条，而不考虑化学成 分相同或相近。 ② 焊接异种结构钢时，按强度等级低的钢种选用焊条。 ③ 焊接特殊性能钢种，如不锈钢、耐热钢时，应选用 与焊件化学成分相同或相近的特种焊条。 ④ 焊件的碳、硫、磷质量分数较大时，应选用碱性焊 条。 ⑤ 焊接铸造碳钢或合金钢时，因为碳和合金元素的质 量分数较高，而且多数铸件厚度、刚度较大，形状复 杂，故一般选用碱性焊条。
焊条电弧示意图
8.1 焊接的基本原理
二、焊接过程
熔焊按其所用的焊接热源不同分为电弧焊 （如手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等）、 电渣焊、气焊、等离子弧焊、电子束焊、激光 焊等多种方法。其冶金过程、结晶过程和接头 组织的变化规律是相似的。
8.1 焊接的基本原理
为了保证焊缝的质量，在电弧焊过程中通常会 采取以下措施： （1）在焊接过程中，对熔化金属进行机械保护，使 之与空气隔开。保护方式有三种：气体保护、熔 渣保护和气-渣联合保护。 （2）对焊接熔池进行冶金处理，主要通过在焊接材 料（焊条药皮、焊丝、焊剂）中加入一定量的脱 氧剂（主要是锰铁和硅铁）和一定量的合金元素， 在焊接过程中排除熔池中的FeO，同状、刚度及焊接位置选用焊条： • ① 厚度、刚度大、形状复杂的结构件，应选用碱性焊 条。 • ② 厚度、刚度不大，形状一般，尤其是均可采用平焊 的结构件，应选用适当的酸性焊条。 • ③ 除平焊外，立焊、横焊、仰焊等焊接位置的结构件， 应选用全位置焊条。
8.1 焊接的基本原理
(4) 消除焊接应力和矫正焊接变形的方法
1）消除焊接应力的方法：
① 锤击焊缝 ② 焊后热处理 ③ 机械拉伸法
2）焊接变形的矫正
① 机械矫正法 ② 火焰矫正法
8.2 常用电弧焊方法
• 常用的焊接方法有手工电弧焊、气焊、 埋弧自动焊、气体保护焊、电渣焊、电 阻焊、钎焊等。
• 其他焊接技术如电渣焊、电阻焊、钎焊、 离子弧焊、真空电子束焊、激光焊和扩 散焊等。
8.1 焊接的基本原理
五、焊接应力与变形
（1）焊接应力与变形的产生
焊接应力和变形是同时存在的，当母材塑性较好且结 构刚度较小时，则焊接结构在焊接应力的作用下会产 平板对接时应力和变形的形成过程 生较大的变形而残余应力较小；反之则变形较小而残 余应力较大。
(2)焊接变形的基本形式
变形形式 收缩变形 示意图 产生原因 由焊接后焊缝的纵向（沿 焊缝长度方向）和横向 （沿焊缝宽度方向）收缩 引起 由于焊缝横截面形状上下 不对称，焊缝横向收缩不 均引起 T形梁焊接时，焊缝布置 不对称，由焊缝纵向收缩 引起 工字梁焊接时，由于焊接 顺序和焊接方向不合理引 起结构上出现扭曲 薄板焊接时，焊接应力使 薄板局部失稳而引起
8.2 常用电弧焊方法
• • • •
若按焊件的工作条件选用焊条： ① 焊接承受动载、交变载荷及冲击载荷的结构件时， 应选用碱性焊条。 ② 焊接承受静载的结构件时，可选用酸性焊条。 ③ 焊接表面带有油、锈、污等难以清理的结构件时， 应选用酸性焊条。 ④ 焊接在特殊条件（如在腐蚀介质、高温等条件）下 工作的结构件时，应选用特殊用途焊条。
8.1 焊接的基本原理
（2）熔合区及热影响区的组织和性能
低碳钢焊接接头的组织变化
8.1 焊接的基本原理
改善焊接热影响区组织性能的措施：
（1）低碳钢的焊接结构，用手工电弧焊或埋弧自动焊 时，热影响区尺寸较小，对焊接产品质量影响较小， 焊后可不进行热处理； （2）低合金钢焊接结构或用电渣焊焊接的结构，热影 响区较大，焊后必须进行处理，通常可用正火的方法， 细化晶粒，均匀组织，改善焊接接头的质量； （3）对于焊后不能进行热处理的焊接结构，只能通过 正确选择焊接方法，合理制定焊接工艺来减小焊接热 影响区，以保证焊接质量。