4 金屬連接成形 重點

1、材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING第4章 金屬鏈接成形重點1材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGContents連接成形方向考研重點連接成形方向考研重點2連接成形作業(yè)連接成形作業(yè)4連接成形應(yīng)掌握的基礎(chǔ)知識連接成形應(yīng)掌握的基礎(chǔ)知識3 1連接成形考試重點連接成形考試重點3 3材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING3 金屬連接方法分類

2、金屬連接方法分類 1. 1. 借助于螺栓或鉚釘?shù)臋C械連接法借助于螺栓或鉚釘?shù)臋C械連接法Mechanical joiningMechanical joining 2. 2. 粘接法粘接法Adhesive bondingAdhesive bonding 3. 3. 焊接法焊接法Welding , brazing and solderingWelding , brazing and soldering 金屬粘接是在常溫或中溫下經(jīng)液態(tài)膠粘劑對兩個固體界面的浸潤與結(jié)合而形成一個牢固整體的過程1.金屬連接成形應(yīng)掌握的基本知識材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS S

3、CIENCE AND ENGINEERING何謂“焊接”？ 焊接指通過適當(dāng)?shù)奈锢砘瘜W(xué)過程使兩個分離的固態(tài)物體產(chǎn)生原子（分子）間結(jié)合而連接成一體的加工方法 金屬的焊接在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要的意義。4材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING5金屬焊接過程的本質(zhì)金屬焊接過程的本質(zhì) 固態(tài)金屬之所以能夠保持固定的形狀，是固態(tài)金屬之所以能夠保持固定的形狀，是因為其內(nèi)部原子之間距離（晶格）非常小，因為其內(nèi)部原子之間距離（晶格）非常小，原子之間形成了牢固的結(jié)合力。除非施加足原子之間形成了牢固的結(jié)合力。除非施加足夠的外力破壞這些

4、原子間結(jié)合，否則一塊金夠的外力破壞這些原子間結(jié)合，否則一塊金屬固體是不會變形或分離成兩塊的。屬固體是不會變形或分離成兩塊的。 要把兩個分離的金屬構(gòu)件連接在一起，從要把兩個分離的金屬構(gòu)件連接在一起，從物理本質(zhì)上來看，就是要使這兩個構(gòu)件連接物理本質(zhì)上來看，就是要使這兩個構(gòu)件連接表面的表面的原子彼此接近到金屬晶格距離原子彼此接近到金屬晶格距離（即（即 0.30.3 0.5nm0.5nm）。）。材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING金屬焊接的障礙6 一般情況下，當(dāng)我們把兩個金屬構(gòu)件放一般情況下，當(dāng)我們把兩個金屬構(gòu)件

5、放在一起時，由于其表面粗糙度（即使經(jīng)精密在一起時，由于其表面粗糙度（即使經(jīng)精密磨削加工的金屬表面粗糙度仍達幾到幾十微磨削加工的金屬表面粗糙度仍達幾到幾十微米）和表面存在的氧化膜及其它污染物，實米）和表面存在的氧化膜及其它污染物，實際阻礙著不同構(gòu)件表面金屬原子之間接近到際阻礙著不同構(gòu)件表面金屬原子之間接近到晶格距離并形成結(jié)合力。晶格距離并形成結(jié)合力。如何實現(xiàn)金屬焊接？材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING7金屬焊接方法的分類金屬焊接方法的分類1. 1. 熔化焊接熔化焊接 使被連接的構(gòu)件表面局部加使被連接的構(gòu)件

6、表面局部加熱熔化成液體，然后冷卻結(jié)晶成一體的方法。熱熔化成液體，然后冷卻結(jié)晶成一體的方法。2. 2. 固相焊接固相焊接 利用摩擦、擴散和加壓等物利用摩擦、擴散和加壓等物理作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其理作用，克服表面不平度，除去氧化膜及其它污染物，使兩個連接表面的原子相互接近它污染物，使兩個連接表面的原子相互接近到晶格距離，從而在固態(tài)條件從而在固態(tài)條到晶格距離，從而在固態(tài)條件從而在固態(tài)條件下實現(xiàn)連接。件下實現(xiàn)連接。材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING8 3. 3. 釬焊連接釬焊連接 利用某些熔點低于

7、被連接利用某些熔點低于被連接構(gòu)件材料熔點的釬料金屬在連接界面上的熔構(gòu)件材料熔點的釬料金屬在連接界面上的熔化流散浸潤，然后結(jié)晶形成結(jié)合?；魃⒔?，然后結(jié)晶形成結(jié)合。材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING埋弧焊 Submerged Arc Welding 以連續(xù)送進的焊絲作為電極和填充金屬，在工件焊接區(qū)的上面覆蓋一層顆粒狀焊劑，電弧在焊劑層下燃燒，將焊絲端部和工件局部母材熔化，形成焊縫。在電弧熱的作用下，部分焊劑熔化成熔渣并與液態(tài)金屬發(fā)生冶金反應(yīng)。熔渣浮在金屬熔池的表面，一方面可以保護焊縫金屬，防止空氣的污染

8、，并與熔化金屬產(chǎn)生物理化學(xué)反應(yīng)，改善焊縫金屬的成分及性能；另一方面還可以使焊縫金屬緩慢冷卻。9材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING鎢極惰性氣體保護電弧焊 Tungsten Inert-gas Arc Welding 簡稱為TIG 焊。利用鎢極和工件之間產(chǎn)生的電弧使工件金屬熔化而形成焊縫。焊接過程中，鎢極不熔化而只起電極的作用，同時由焊炬的噴嘴送進氬氣或氦氣作保護。也可根據(jù)需要另外添加填充金屬。10材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENG

9、INEERING熔化極氣體保護電弧焊 Metal Gas Arc Welding 利用連續(xù)送進的焊絲與工件之間燃燒的電弧作熱源，焊炬噴嘴噴出氣體保護電弧進行焊接。熔化極氣體保護電弧焊通常用的保護氣體有：氬氣、氦氣、CO2氣或這些氣體的混合氣。以氬氣或氦氣為保護氣時稱為熔化極惰性氣體保護電弧焊，簡稱MIG 焊。以惰性氣體與氧化性氣體（O2，CO2）混合氣為保護氣時，或以CO2氣體或CO2O2混合氣為保護氣時，統(tǒng)稱為熔化極活性氣體保護電弧焊，簡稱MAG 焊。11材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING釬焊 Bra

10、zing，Soldering 利用比被焊材料熔點低的金屬作釬料，經(jīng)過熱源加熱使釬料熔化，靠毛細管作用將釬料吸入到接頭接觸面的間隙內(nèi)，潤濕被焊金屬表面，使液相與固相之間相互擴散而形成釬焊接頭。釬焊加熱溫度較低，母材不熔化，而且也不需施加壓力。 釬料的液相線溫度高于450而低于母材金屬的熔點時，稱為硬釬焊，低于450時，稱為軟釬焊。12材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING如何選用焊接方法？ 焊接方法的選用 考慮產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型 考慮被焊工件厚度 考慮接頭形式和焊接位置 考慮母材性能 考慮所具備的工藝技術(shù)水平 考慮

11、焊接設(shè)備 考慮焊接材料13材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING焊接電弧的物理本質(zhì)和特性 焊接電弧是一種氣體放電現(xiàn)象。在一定條件下電荷（帶電粒子）通過兩電極之間氣體空間的導(dǎo)電過程。 為維持電弧燃燒，必須不斷輸送電能給電弧。 在焊接電弧燃燒過程中，呈現(xiàn)出電壓低、電流大、溫度高、發(fā)光強的特點。14材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING152. 2. 焊接接頭焊接接頭3. 3. 焊接坡口焊接坡口材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系

12、DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING16 弧焊過程中，預(yù)開坡口的被焊工件上形成弧焊過程中，預(yù)開坡口的被焊工件上形成熔池和焊縫；熔池和焊縫； 厚度較小的工件，通常用單面單道焊或雙厚度較小的工件，通常用單面單道焊或雙面單道焊；面單道焊； 厚度較大的可用多層多道焊。厚度較大的可用多層多道焊。4. 焊縫成形 材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 問題 焊縫成形尺寸的意義？17材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS S

13、CIENCE AND ENGINEERING18HaBLp 熔深熔深H H、 熔寬熔寬B B、 熔池長度熔池長度LpLp、 余高余高a a 材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING19 焊縫形狀系數(shù)焊縫形狀系數(shù)： B/HB/H 焊縫余高系數(shù)焊縫余高系數(shù)：= B/a= B/a 熔合比熔合比：焊縫中母材金屬所占的面積與：焊縫中母材金屬所占的面積與焊縫總面積的比值為熔合比焊縫總面積的比值為熔合比Am/Am/（Am +AAm +AH H）材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS

14、SCIENCE AND ENGINEERING20焊縫成形尺寸 對接接頭焊縫的最重要尺寸是對接接頭焊縫的最重要尺寸是熔深熔深H H，它直接影，它直接影響到接頭的承載能力。響到接頭的承載能力。 另一重要尺寸是另一重要尺寸是焊縫寬度焊縫寬度B B ，其與熔深之比是焊，其與熔深之比是焊縫成形系數(shù)縫成形系數(shù)B/HB/H。值大小會影響到熔池中氣體逸出。值大小會影響到熔池中氣體逸出的難易、熔池的結(jié)晶方向、焊縫中心偏析程度等。的難易、熔池的結(jié)晶方向、焊縫中心偏析程度等。焊縫成形系數(shù)的大小要受熔池的合理冶金條件（焊焊縫成形系數(shù)的大小要受熔池的合理冶金條件（焊縫產(chǎn)生裂紋和氣孔的敏感性）的制約?？p產(chǎn)生裂紋和氣孔的

15、敏感性）的制約。 埋弧焊的焊縫成形系數(shù)一般要求大于埋弧焊的焊縫成形系數(shù)一般要求大于 1.251.25；堆；堆焊時，為了保證堆焊層材料的成分和生產(chǎn)率，要求焊時，為了保證堆焊層材料的成分和生產(chǎn)率，要求熔深淺、寬度大，成形系數(shù)可達到熔深淺、寬度大，成形系數(shù)可達到10 10。材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING21 焊縫的另一個尺寸是焊縫的另一個尺寸是余高余高a a，余高可避免熔，余高可避免熔池金屬凝固收縮時形成缺陷，也可增大焊縫池金屬凝固收縮時形成缺陷，也可增大焊縫截面從而提高承受靜載荷能力。截面從而提高承受靜

16、載荷能力。 余高過大將引起應(yīng)力集中，因此要限制余余高過大將引起應(yīng)力集中，因此要限制余高尺寸。高尺寸。 通常，對接接頭的通常，對接接頭的a=0-3mma=0-3mm或者余高系數(shù)或者余高系數(shù)B/aB/a大于大于4-84-8。 當(dāng)焊件接頭的疲勞壽命是所考慮的主要問當(dāng)焊件接頭的疲勞壽命是所考慮的主要問題時，焊后應(yīng)將余高去除。理想的角焊縫表題時，焊后應(yīng)將余高去除。理想的角焊縫表面最好是凹形的，可在焊后磨成。面最好是凹形的，可在焊后磨成。焊縫成形尺寸材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING22 定義定義熔合比熔合比為母材

17、金屬在焊縫中的橫截面為母材金屬在焊縫中的橫截面面積與焊縫橫截面面積之比面積與焊縫橫截面面積之比=Fm/(Fm+FH) 坡口和熔池形狀改變時，熔合比都將發(fā)生變坡口和熔池形狀改變時，熔合比都將發(fā)生變化?；?在碳鋼、合金鋼和有色金屬的電弧焊接中，在碳鋼、合金鋼和有色金屬的電弧焊接中，可通過改變?nèi)酆媳鹊拇笮?，調(diào)整焊縫的化學(xué)可通過改變?nèi)酆媳鹊拇笮?，調(diào)整焊縫的化學(xué)成分，降低裂紋的敏感性，提高焊縫的機械成分，降低裂紋的敏感性，提高焊縫的機械性能。性能。材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING23 焊縫成形系數(shù)B/H，余高

18、系數(shù)B/a，熔合比Fm/(Fm+FH)焊縫的有效厚度焊縫的有效厚度焊縫寬度焊縫寬度焊縫余高焊縫余高材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING 問題 焊接工藝參數(shù)？ 對焊縫尺寸的影響？24材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING國際焊接工程師 IWE（International Welding Engineer）焊接技術(shù)人員的最高級別。25材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIEN

19、CE AND ENGINEERING國際焊接工程師的作用 國際焊接工程師是標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的最高層次的焊接技術(shù)人員和質(zhì)量監(jiān)督人員，是與焊接相關(guān)企業(yè)獲得國際產(chǎn)品質(zhì)量認證的要素之一。 他從事產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量保證、研究和開發(fā)等各個領(lǐng)域的焊接技術(shù)和相應(yīng)的管理工作，在企業(yè)中起著極其重要的作用。26材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING國際焊接工程師學(xué)習(xí)與掌握內(nèi)容 內(nèi)容為： 焊接工藝及設(shè)備、材料及材料的焊接行為、焊接結(jié)構(gòu)與設(shè)計、生產(chǎn)及應(yīng)用 課程內(nèi)容涉及：國際（ISO），歐洲（EN），美國（ASME），德國（DIN），國家（GB）標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程，歐洲先進的焊接技術(shù)和國內(nèi)著名專家的科研與生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。27材料科學(xué)與工程系材料科學(xué)與工程系DEPARTMENT OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING焊接方向考研重