機(jī)械制造工程第七章節(jié)

第七章連接成型精品資料教學(xué)(jiāoxué)目的與要求:1.掌握(zhǎngwò)連接成形的分類；2.了解機(jī)械連接成形的分類、特點(diǎn)、應(yīng)用；3.了解焊接的基本原理。4.掌握(zhǎngwò)常用焊接方法的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用條件。5.了解物理化學(xué)連接的基本原理和工藝。精品資料教學(xué)內(nèi)容：重點(diǎn)(zhòngdiǎn)、難點(diǎn)：1.連接成形的分類；2.機(jī)械連接成形的分類、特點(diǎn)、應(yīng)用；3.焊接的基本原理。4.常用焊接方法的工藝(gōngyì)裝備、特點(diǎn)及應(yīng)用條件。5.物理化學(xué)連接的基本原理和工藝(gōngyì)。重點(diǎn)：常用焊接方法的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用。難點(diǎn)：焊接的基本原理。精品資料本章(běnzhānɡ)主要閱讀文獻(xiàn)資料1、齊桂森主編.機(jī)械制造工程概論（修訂版）.北京：航空工業(yè)出版社，1997。2、沈其文主編.材料成形工藝(gōngyì)基礎(chǔ)(第三版).武昌：華中科技大學(xué)出版社，2003。3、盧秉恒主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999。4、袁績(jī)乾，李文貴主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001。精品資料概述

一、何謂(héwèi)連接成形？材料通過機(jī)械、物理化學(xué)和冶金方式，由簡(jiǎn)單(jiǎndān)型材或零件連接成復(fù)雜零件和機(jī)械部件的工藝過程稱為連接成形。二、連接成形的分類

1.機(jī)械連接成形（可拆卸連接）機(jī)械連接成形是指用螺釘、螺栓和鉚釘?shù)染o固件將分離型材或零件連接成一個(gè)復(fù)雜零件或部件的過程。精品資料2.物理化學(xué)連接(liánjiē)成形（不可拆卸連接(liánjiē)）物理化學(xué)連接是用粘膠或釬料通過毛細(xì)作用和分子間力作用或者相互擴(kuò)散及化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)作用，將兩個(gè)分離表面連接成不可拆卸接頭的過程。物理化學(xué)連接3.冶金連接成形（不可拆卸連接）冶金連接成形是通過加熱或加壓（或兩者并用）使兩個(gè)分離表面的原子達(dá)到晶格距離，并形成金屬鍵而獲得不可拆接頭的工藝過程。精品資料第一節(jié)機(jī)械(jīxiè)連接成形一、機(jī)械(jīxiè)連接的分類1、螺紋連接精品資料2、鉚釘(mǎodīng)連接精品資料3、銷釘(xiāodīng)連接精品資料4、扣環(huán)(kòuhuán)連接精品資料5、快動(dòng)連接(liánjiē)精品資料二、機(jī)械連接的特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用機(jī)械連接(liánjiē)主要用于受力不大，沒有密封性要求，但要求可靠性高，可目檢性好和易于修理的機(jī)器零部件的連接(liánjiē)，如各類輪與軸之間的連接(liánjiē)、連桿與活塞的連接(liánjiē)、凸輪與挺桿之間的連接(liánjiē)等。1、特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度易于保證，可靠性高，可目檢性好，并且易于現(xiàn)場(chǎng)修理。缺點(diǎn)：機(jī)械連接的是是接頭易產(chǎn)生松動(dòng)，密封性差，安裝工藝復(fù)雜。2、應(yīng)用精品資料第二節(jié)冶金(yějīn)連接（焊接）成形一、焊接(hànjiē)的基本原理、分類、特點(diǎn)定義：用加熱、加壓（或兩者并用）等工藝措施，使兩分離表面產(chǎn)生原子間的結(jié)合與擴(kuò)散作用，從而獲得不可拆卸接頭的材料成形方法。（一）焊接的定義及特點(diǎn)精品資料焊接(hànjiē)成形的特點(diǎn)：1．接頭(jiētóu)牢固、封性好。2．可化大為小、以小拼大。

3．可實(shí)現(xiàn)異種金屬的連接。4．重量輕、加工裝配簡(jiǎn)單。5、焊接應(yīng)力變形大，接頭易產(chǎn)生裂紋、夾渣、氣孔等缺陷。精品資料（二）焊接(hànjiē)成形的分類1．熔化(rónghuà)焊：2．壓力焊：電弧焊（手工電弧焊、氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊）、電渣焊、電子束焊、激光焊、等離子弧焊等電阻焊、摩擦焊、冷壓焊、超聲波焊、爆炸焊、高頻焊、擴(kuò)散焊等精品資料對(duì)于不同的材料，在一定的焊接(hànjiē)條件下，采用一定的焊接(hànjiē)方法，獲得優(yōu)質(zhì)焊接(hànjiē)接頭的難易程度叫做材料的可焊性。1、鋼的可焊性二、材料(cáiliào)的可焊性焊接性的評(píng)價(jià)方法：工藝可焊性、使用可焊性C—影響最顯著—基本元素—折合成碳的相當(dāng)含量對(duì)焊接性的影響其它元素精品資料C當(dāng)量(dāngliàng)對(duì)鋼的可焊性的影響：C當(dāng)量(dāngliàng)<0.4%C當(dāng)量=0.4%~0.6%C當(dāng)量>0.6%具有良好的焊接性焊接性較差焊接性差c、同等含碳量的合金鋼，由該合金鋼中合金元素的種類和含量來決定。結(jié)論：a、碳鋼，由含碳量來決定。b、同等含碳量，碳鋼由于合金鋼。精品資料2.有色金屬(yǒusèjīnshǔ)的可焊性（比鋼差）可焊性比鋼差的主要(zhǔyào)原因：1）易氧化；

2）易吸氣；3）導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)往往比較大；

采取措施：

采取氣體保護(hù)焊（氬弧焊）精品資料3.鑄鐵(zhùtiě)的可焊性（比鋼差）可焊性比鋼差的主要(zhǔyào)原因：1）C當(dāng)量大；

2）焊縫中容易產(chǎn)生白口組織；3）易產(chǎn)生裂紋；

應(yīng)用條件：

1）鑄件的補(bǔ)焊；4）易產(chǎn)生氣孔。采取措施：熱焊

2）損壞鑄件的補(bǔ)焊。精品資料三、熔化(rónghuà)焊(一)何謂(héwèi)熔化焊？熔焊的基本原理是將填充材料（焊條或焊絲）和工件連接區(qū)的基體材料共同加熱到熔化狀，在連接處形成熔池，熔池中的液態(tài)金屬冷卻后形成牢固的焊接接頭，將兩個(gè)工件連接在一起。

局部熔化成液體，然后結(jié)晶成一體。熔焊的三個(gè)要素：1）合適的熱源；2）良好的熔池保護(hù)；3）焊縫填充金屬。精品資料(二)熔化(rónghuà)焊的種類根據(jù)(gēnjù)加熱方法的不同：熔焊又分為電弧焊、氣焊、電渣焊、電子束焊、激光焊和等離子弧焊等。(三)熔化焊的特點(diǎn)（和壓力焊、釬焊相比較）缺點(diǎn)：（3）容易產(chǎn)生焊接缺陷。防治措施：嚴(yán)格按焊接工藝；焊后熱處理。優(yōu)點(diǎn)：（1）連接強(qiáng)度高，承載能力大；（2）可焊各種熔點(diǎn)的金屬；應(yīng)用：應(yīng)用于受力大，熔點(diǎn)高的零件焊接。精品資料1.焊接(hànjiē)熱循環(huán)焊接(hànjiē)接頭焊縫區(qū)焊接熱影響區(qū)1）焊縫區(qū)熔池金屬冷卻結(jié)晶所形成的鑄態(tài)組織。2）焊接熱影響區(qū)2.焊接接頭金屬組織與性能的變化焊縫兩側(cè)的母材，由于焊接熱的作用，其組織和性能發(fā)生變化的區(qū)域。（四）焊接接頭的組織與性能焊縫的結(jié)晶精品資料①熔合區(qū)是焊縫(hànfénɡ)和母材金屬的交界區(qū)。（0.1-1mm）加熱(jiārè)溫度：T液~T固強(qiáng)度、塑性、韌性極差，是裂紋和局部脆斷的發(fā)源地。②過熱區(qū)加熱溫度：T固~1100℃塑性和韌性很低，是裂紋的發(fā)源地。在熱影響區(qū)內(nèi)具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。（1-3mm）精品資料③正火區(qū)加熱(jiārè)溫度：1100℃~AC3在熱影響區(qū)內(nèi)(qūnèi)相當(dāng)于受到正火處理的區(qū)域。（1.2-4mm）力學(xué)性能優(yōu)于母材。④部分相變區(qū)在熱影響區(qū)內(nèi)發(fā)生部分相變的區(qū)域。加熱溫度：AC3~AC1力學(xué)性能較母材稍差。力學(xué)性能最差的區(qū)域：熔合區(qū)和過熱區(qū)精品資料減小和消除(xiāochú)焊接熱影響區(qū)的方法：①小電流、快速(kuàisù)焊接；②采用先進(jìn)的焊接方法；③焊前預(yù)熱、焊后熱處理（正火）精品資料（五）熔焊(rónɡhàn)工藝方法手工電弧焊是以有藥皮的焊芯為一個(gè)電極(diànjí)，以工件為一個(gè)電極(diànjí)，通過短路引燃電弧，在電弧的高溫作用下，藥皮產(chǎn)生大量的氣體和熔渣，以實(shí)現(xiàn)渣—?dú)饴?lián)合保護(hù)。（1）何謂手工電弧焊？1、手工電弧焊精品資料（2）手工(shǒugōng)電弧焊焊條焊絲的作用：a、引弧；b、作為(zuòwéi)填充金屬焊藥的作用：穩(wěn)??；產(chǎn)生保護(hù)性氣體使金屬熔滴、熔池與空氣隔絕；造渣保護(hù)焊縫；加入合金元素提高焊縫的機(jī)械性能。

焊條芯藥皮精品資料（1）何謂(héwèi)埋弧電弧焊？埋弧自動(dòng)焊是由機(jī)械自動(dòng)送進(jìn)作為填充金屬的光焊絲(hànsī)，使電弧在較厚的焊劑層下燃燒的熔化焊，又稱為焊劑層下自動(dòng)焊。2、埋弧自動(dòng)焊焊接熱源：電弧熱溶池保護(hù)：焊劑（氣、渣）精品資料特點(diǎn)比較：1、投入費(fèi)用：手工小于埋弧2、焊接質(zhì)量：埋弧優(yōu)于手工3、焊接效率(xiàolǜ)：埋弧高于手工4、靈活性：手工比埋弧靈活5、適用范圍：手工適用范圍大6、工人勞動(dòng)條件：埋弧條件好7、焊絲的利用率：埋弧利用率高應(yīng)用比較：1、生產(chǎn)批量：埋弧批量大；手工單件小批2、焊接（縫）位置：手工無限制；埋弧有限制。3、焊縫形狀尺寸：手工無限制；埋弧只適用于形狀規(guī)則的焊接，如只適用于焊接長(zhǎng)的直線焊縫和較大直徑的環(huán)焊縫。手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊的特點(diǎn)(tèdiǎn)比較：精品資料3、氣體(qìtǐ)保護(hù)焊（1）何謂氣體(qìtǐ)保護(hù)焊？氣體保護(hù)焊全稱為氣體保護(hù)電弧焊，是指在焊接過程中，從特殊的焊炬或電極的噴嘴中噴出保護(hù)氣體，使電弧、熔池與周圍空氣隔開，使焊縫區(qū)得到保護(hù)，從而獲得優(yōu)質(zhì)焊縫的焊接方法。精品資料根據(jù)電極(diànjí)特點(diǎn)來分：熔化(rónghuà)極氣體保護(hù)焊非熔化極氣體保護(hù)焊（2）種類

根據(jù)所用保護(hù)氣體的不同分：1）以Ar作為保護(hù)氣體的氬弧焊2）以CO2作為保護(hù)氣體的二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊精品資料利用氬氣作為保護(hù)性介質(zhì)(jièzhì)的電弧焊方法。焊接(hànjiē)熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：ArAr①不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)—不產(chǎn)生夾渣缺陷②不溶解于液體金屬中—不產(chǎn)生氣孔缺陷③比重大于空氣（25%）1）氬弧焊精品資料C、氬弧焊的特點(diǎn)(tèdiǎn)及應(yīng)用①機(jī)械保護(hù)效果好，焊縫(hànfénɡ)金屬純凈，焊縫(hànfénɡ)成形美觀，焊接質(zhì)量?jī)?yōu)良。②電弧燃燒穩(wěn)定，飛濺小。③焊接熱影響區(qū)和變形小。④可進(jìn)行全位置焊接。⑤氬氣昂貴，設(shè)備造價(jià)高。應(yīng)用：適用于易氧化的有色金屬及合金鋼材料的焊接。如：鋁、鎂、鈦及其合金和耐熱鋼、不銹鋼等。適用所有金屬材料的焊接。精品資料以CO2氣體作為保護(hù)性介質(zhì)(jièzhì)的電弧焊方法。焊接(hànjiē)熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：CO2CO2①與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)—產(chǎn)生夾渣缺陷②溶解于液體金屬中—產(chǎn)生CO

氣孔缺陷③比重大于空氣（25%）①氧化嚴(yán)重；②氣孔傾向大（CO）；③飛濺嚴(yán)重。A、存在問題2）CO2氣體保護(hù)焊精品資料①生產(chǎn)率高（是手弧焊的1~3倍）。②成本低（是手弧焊的40%）。③焊接熱影響(yǐngxiǎng)區(qū)和變形小。④可進(jìn)行(jìnxíng)全位置焊接。⑤飛濺嚴(yán)重，焊縫成形差。應(yīng)用：適用于低碳鋼和強(qiáng)度級(jí)別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。目前廣泛用于造船、機(jī)車車輛、汽車制造、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。B、CO2氣體保護(hù)焊的特點(diǎn)及應(yīng)用精品資料3）電渣焊4）等離子弧焊5）電子束焊6）激光(jīguāng)焊精品資料四、壓力(yālì)焊通過加壓、加熱或同時(shí)加熱加壓，使焊件產(chǎn)生塑性變形，并經(jīng)再結(jié)晶和擴(kuò)散作用，使兩部分金屬達(dá)到原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)連接(liánjiē)的焊接方法。分類：冷壓焊和熱壓焊（一）定義精品資料（二）壓力焊工藝(gōngyì)方法1、電阻(diànzǔ)焊2、摩擦焊3、擴(kuò)散焊4、爆炸焊5、超聲波焊精品資料電阻焊是利用電阻熱為熱源，并在壓力(yālì)下通過塑性變形和再結(jié)晶而實(shí)現(xiàn)焊接的壓力(yālì)焊工藝。1、電阻(diànzǔ)焊（1）定義（2）原理點(diǎn)焊熔核形成示意圖

精品資料應(yīng)用(yìngyòng)：4mm以下的沒有密封要求的薄板搭接。①點(diǎn)焊(diǎnhàn)(3)電阻焊有三種工藝方法：點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊。點(diǎn)焊原理示意圖精品資料②縫焊應(yīng)用：3mm以下的薄板(báobǎn)搭接。如：密封的容器（油箱(yóuxiāng)、水箱等）、管道等?？p焊原理示意圖精品資料③

對(duì)焊主要用于直徑較小的管材、棒材、線材(xiàncái)的對(duì)接。對(duì)焊是利用電阻熱將桿狀工件(gōngjiàn)端面對(duì)接焊接的一種電阻焊方法。精品資料④電阻(diànzǔ)焊的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)：A、效率高B、變形小D、勞動(dòng)條件好缺點(diǎn)：C、節(jié)省材料E、一次投資大F、耗電量大G、用于板料焊接只能用于較薄的板材應(yīng)用：多用于厚度較薄材料的搭接；各種直徑線材、管材、棒材的對(duì)接。精品資料2、摩擦(mócā)焊摩擦焊是利用工件接觸面相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中相互摩擦所產(chǎn)生的熱使端部達(dá)到塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成(wánchéng)焊接的一種壓力焊方法。（1）定義（2）原理摩擦焊示意圖

精品資料摩擦(mócā)焊原理示意圖精品資料（3）特點(diǎn)(tèdiǎn)優(yōu)點(diǎn)(yōudiǎn)：①

接頭的品質(zhì)好，廢品率低。②適合于焊接異種金屬，如：碳素結(jié)構(gòu)鋼-高速鋼等。③焊件尺寸精度高。④生產(chǎn)率高，并可節(jié)省電能。⑤焊接變形小，接頭焊前不需特殊清理，接頭上的飛邊有時(shí)可以不必去除，焊接不需要填充材料和保護(hù)氣體，加工成本顯著降低。⑥操作技術(shù)簡(jiǎn)單，工作場(chǎng)地衛(wèi)生，沒有火花、弧光，無有害氣體，有利于環(huán)境保護(hù)，適合于設(shè)置在自動(dòng)生產(chǎn)線上，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。精品資料缺點(diǎn)(quēdiǎn)：①摩擦焊的一次投資(tóuzī)較大；②非圓形截面工件焊接很困難，要求至少一端為圓型截面；③大截面工件的焊接不適合，目前摩擦焊工件截面不超過20000mm2；④不容易夾持的大型盤狀工件和薄壁管件，很難焊接，一些摩擦系數(shù)特別小的和易碎的材料，也很難進(jìn)行摩擦焊。（4）應(yīng)用適合于大批量集中生產(chǎn)，主要應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)工業(yè)中批量大的桿狀零件、產(chǎn)品以及圓柄刀具。精品資料擴(kuò)散焊是將兩工件壓緊并置于真空或保護(hù)氣氛中加熱，使接觸面微觀凸凹不平處產(chǎn)生塑性變形而緊密接觸，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的保溫和原子擴(kuò)散而形成固態(tài)冶金(yějīn)連接。（1）定義(dìngyì)3、擴(kuò)散焊（2）原理擴(kuò)散焊裝置示意圖

精品資料（3）特點(diǎn)(tèdiǎn)①焊接溫度低；②可焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的焊件；③可焊接各種不同材料；④焊縫可與母材成分、性能相同，無熱影響(yǐngxiǎng)區(qū)；⑤要求焊件表面十分平整和光潔。精品資料（4）應(yīng)用(yìngyòng)擴(kuò)散焊可用于高溫合金(héjīn)渦輪葉片、超聲速飛機(jī)中鈦合金(héjīn)構(gòu)件的焊接，鈦-陶瓷靜電加速管的焊接，異種鋼的焊接，高溫合金(héjīn)、鋁及鋁合金(héjīn)、鈦及鈦合金(héjīn)、復(fù)合材料、金屬與陶瓷等的焊接。精品資料炸藥爆炸時(shí)產(chǎn)生的高壓、高溫(gāowēn)及高速?zèng)_擊波作用在覆板上，使其與基板發(fā)生高速傾斜碰撞，在接觸處產(chǎn)生射流，從而清除表面的氧化物等雜質(zhì)，并在高壓下形成固態(tài)接頭。（1）定義(dìngyì)4、爆炸焊精品資料（2）原理(yuánlǐ)爆炸(bàozhà)焊的原理示意圖爆炸焊的安裝方式示意圖

精品資料（3）特點(diǎn)(tèdiǎn)①結(jié)合面為平坦(píngtǎn)界面撞擊速度較低，結(jié)合面無熔化發(fā)生，接頭性能較差，在實(shí)際生產(chǎn)中并不多用。②結(jié)合面為波浪形界面撞擊速度較高，結(jié)合面有熔化發(fā)生，接頭性能較好，應(yīng)盡可能得到這種結(jié)合形式。③結(jié)合面為連續(xù)的熔化層界面撞擊速度過高，結(jié)合面產(chǎn)生連續(xù)的熔化層，接頭性能也較差，應(yīng)盡量避免得到這種結(jié)合形式。精品資料（4）應(yīng)用(yìngyòng)爆炸焊主要(zhǔyào)用于鋁-鋼-銅、鈦-鋼、鋯-鈮等復(fù)合板和復(fù)合管的焊接。精品資料利用超聲波的高頻振蕩能，通過磁致伸縮元件將超聲頻轉(zhuǎn)化為高頻振動(dòng)，在上下(shàngxià)振動(dòng)極的作用下，兩焊件局部接觸處產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦、升溫和變形，從而使氧化皮等污物得以破壞或分散，并使純凈金屬的原子充分靠近，形成冶金結(jié)合。（1）定義(dìngyì)5、超聲波焊精品資料（2）原理(yuánlǐ)超聲波焊原理(yuánlǐ)示意圖精品資料（3）特點(diǎn)(tèdiǎn)①接頭的力學(xué)性能好，且穩(wěn)定性高。②可焊的材料范圍廣，特別適合(shìhé)于高熔點(diǎn)、高導(dǎo)熱性和難熔金屬的焊接及異種材料的焊接。③可用于厚薄懸殊以及多層箔片的焊接等特殊情形。④工件表面清理簡(jiǎn)單，電能消耗少。精品資料（4）應(yīng)用(yìngyòng)主要用于微小薄件的（如2μm的金箔）焊接，微電子器件(diànzǐqìjiàn)中集成電路引線的焊接，焊件變形小，也可用來焊接塑料。精品資料第三節(jié)物理化學(xué)(wùlǐhuàxué)連接一、物理化學(xué)連接的原理(yuánlǐ)及分類

物理化學(xué)連接是一種在低于構(gòu)件熔點(diǎn)的溫度下，采用液態(tài)填縫材料，充填接頭縫隙，通過毛細(xì)作用及表面化學(xué)反應(yīng)，待填縫材料結(jié)晶或固化后，將兩個(gè)分離的表面連接成不可拆卸接頭的連接方法。釬接、封接、粘接按填縫材料的不同，物理化學(xué)連接可分為：精品資料1、原理：是將釬料熔化，利用液態(tài)釬料濕潤(rùn)母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，冷凝后實(shí)現(xiàn)連接的焊接(hànjiē)方法。2、分類(fēnlèi)1)軟釬焊2)硬釬焊釬料的熔點(diǎn)在450℃以下。接頭強(qiáng)度低，一般為60~190MPa，工作溫度低于100℃釬料的熔點(diǎn)在450℃以上。接頭強(qiáng)度高，在200MPa以上，工作溫度較高。二、釬焊精品資料釬料的作用(zuòyòng)①連接(liánjiē)②填充釬料的種類①軟釬料：②