機(jī)械制造基礎(chǔ)- 課件 第十一章 焊接與膠接成形

焊接--用加熱或加壓等手段，借助于金屬原子的結(jié)合與擴(kuò)散作用，使分離的金屬材料牢固地連接起來。焊接方法---三大類：

熔化焊、壓力焊及釬焊。應(yīng)用--機(jī)械制造業(yè)中以熔化焊的應(yīng)用最為廣泛

常用焊接方法一、金屬焊接性的概念金屬材料的焊接性，是指被焊金屬在采用一定的焊接方法、焊接材料、工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)型式條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度，即金屬材料在一定的焊接工藝條件下，表現(xiàn)出”好焊”和”不好焊”的差別。

金屬材料的焊接性與焊接時焊接接頭中產(chǎn)生的組織及其性能有關(guān)。二、常用金屬材料的焊接二、常用金屬材料的焊接2．鑄鐵的焊接鑄鐵的焊接性很差，它不能以較大的塑性變形減緩焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接裂紋，并且在焊接過程中由于碳、硅等元素的燒損，冷卻速度較大，容易產(chǎn)生白口組織，給鑄件進(jìn)一步加工帶來困難。因此，鑄鐵的焊接只用于修補(bǔ)焊件缺陷和修復(fù)局部損壞的鑄鐵件。為修補(bǔ)工作（鑄件、鍛件、機(jī)械加工件或焊接結(jié)構(gòu)件）的缺陷而進(jìn)行的焊接稱為補(bǔ)焊。鑄鐵的補(bǔ)焊方法有熱焊和冷焊之分。熱焊時，焊前將工件全部或局部預(yù)熱到400℃-700℃，在補(bǔ)焊過程中焊件溫度應(yīng)不低于400℃，焊后在爐中緩慢冷卻，避免白口鑄鐵組織和裂紋。熱焊法主要用于需要進(jìn)一步切削加工的鑄鐵件。冷焊時，焊前不預(yù)熱或預(yù)熱溫度較低，容易產(chǎn)生白口鑄鐵組織，只用于焊接鑄鐵件的非加工表面。二、電焊條的組成及作用電焊條焊條芯藥皮填充焊縫導(dǎo)電保護(hù)熔池調(diào)整成分穩(wěn)定電弧改善熔滴過渡焊條芯藥皮一、手工電弧焊的焊接過程（略）藥皮成分與作用三、電焊條的分類結(jié)構(gòu)鋼焊條—J；鉬和鉻耐熱鋼焊條—R；低溫鋼焊條—W；不銹鋼焊條—A；堆焊焊條—D；鑄鐵焊條—Z；鎳及鎳合金焊條—Ni；銅及銅合金焊條—T；鋁及鋁合金焊條—L；特殊用途焊條—TSJ507藥皮種類（低氫型）抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊條J4303藥皮種類（鈦鈣型）抗拉強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼焊條酸性焊條：堿性焊條：熔渣中以酸性氧化物為主（TiO2、SiO2、Fe2O3）熔渣中以堿性氧化物為主（K2O、Na2O、CaO）四、電焊條的選用1.低碳、低合金鋼根據(jù)被焊工件的強(qiáng)度選用；2.特種鋼根據(jù)被焊工件的化學(xué)成分選用；3.焊縫的塑性、抗裂強(qiáng)度要求較高時，選堿性焊條；4.異種鋼接頭按強(qiáng)度較低的鋼材選用焊條。五、手工電弧焊的特點1.設(shè)備簡單、應(yīng)用靈活方便。2.勞動條件差、生產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定。六、焊接接頭金屬組織與性能焊接接頭焊縫區(qū)焊接熱影響區(qū)1.焊接接頭金屬組織與性能的變化焊接接頭及熱影響區(qū)焊縫區(qū)熔池金屬冷卻結(jié)晶所形成的鑄態(tài)組織。1)

熔合區(qū)焊縫和母材金屬的交界區(qū)（0.1-1mm)。加熱溫度：T液~T固強(qiáng)度、韌性極差，是裂紋和局部脆斷的發(fā)源地。焊接熱影響區(qū)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。2）過熱區(qū)加熱溫度：AC3以上(100

~200℃)~T固塑性和韌性很低，是裂紋的發(fā)源地。具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域。（1-3mm）焊接接頭組織示意圖3)正火區(qū)加熱溫度：AC3~AC3+(100~200℃)熱影響區(qū)內(nèi)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。

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)4）部分相變區(qū)一、接頭形式與坡口形式的確定1．接頭形式有對接接頭、角接接頭、搭接接頭和T形接頭四種。2．坡口形式焊條電弧焊常采用的坡口形式有不開坡口（I形坡口）、V形坡口、雙V形坡口、U形坡口等一、接頭形式與坡口形式的確定3．接頭斷面焊縫兩側(cè)的板厚應(yīng)盡可能相同或相近，以便于受熱均勻，防止產(chǎn)生焊不透等缺陷。圖11-10

不同厚度鋼板的對接二、焊接位置的確定三、焊接工藝參數(shù)的確定焊接工藝參數(shù)，是指焊接時為保證焊接質(zhì)量而選定的各個物理量的總稱。焊條電弧焊的焊接工藝參數(shù)主要有電源種類與極性、焊條直徑、焊接電流和焊接層數(shù)等。四、其他工藝措施的確定1.防止焊接電弧偏吹2.采用合理的運條方法焊接應(yīng)力狀態(tài)：焊縫區(qū)域—拉應(yīng)力，兩側(cè)冷金屬—壓應(yīng)力焊接應(yīng)力與變形產(chǎn)生的原因焊件(工件）受到局部加熱和快速冷卻。3.焊接應(yīng)力與變形焊接變形的基本形式焊接應(yīng)力與變形的防止1）設(shè)計時，焊縫不要密集交叉，截面和長度也應(yīng)盡可能小。4）合理選擇焊接順序。ⅡⅠⅢ②（Ⅰ—Ⅲ）①（Ⅰ—Ⅱ）（Ⅱ—Ⅲ）—ⅢⅡⅠⅢ122）焊前預(yù)熱（150℃~350℃）3）焊后熱處理（去應(yīng)力退火）可消除應(yīng)力80%左右4）合理選擇焊接順序。12341—4—3—212345）反變形法。1234561—4—5—2—3—61—2—3—4埋弧焊一、埋弧自動焊焊接電源控制箱焊接小車焊接熱源：電弧熱溶池保護(hù)：焊劑（氣、渣）1.埋弧自動焊設(shè)備及焊接過程自動焊——焊接動作由機(jī)械裝置自動完成。埋弧焊——電弧在顆粒狀焊劑層下燃燒進(jìn)行焊接。2.埋弧自動焊工藝特點生產(chǎn)效率高（比手弧焊提高5～10倍）焊接質(zhì)量好（焊縫內(nèi)氣孔、夾渣少，焊縫美觀）成本低（省工、省時、省料）勞動條件好（無弧光,、飛濺,勞動強(qiáng)度低）適應(yīng)性差（平焊、長直焊縫和較大直徑的環(huán)縫）焊接設(shè)備復(fù)雜，焊前準(zhǔn)備工作嚴(yán)格應(yīng)用：成批生產(chǎn)、中厚板結(jié)構(gòu)的長直焊縫和較大直徑的環(huán)縫，如鍋爐、壓力容器、船舶等。壓力容器環(huán)縫和縱縫的埋弧自動焊環(huán)縫壓力容器焊接生產(chǎn)縱縫

一、氬弧焊氬氣作為保護(hù)性介質(zhì)的電弧焊。焊接熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：ArAr①不與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)—無夾渣缺陷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）熔化極氬弧焊25mm以下的工件2）非熔化極氬弧焊適于6mm以下工件的焊接氣體保護(hù)焊①機(jī)械保護(hù)效果好，焊縫金屬純凈，焊縫成形美觀，焊接質(zhì)量優(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氬氣昂貴，設(shè)備造價高應(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。3）氬弧焊的特點及應(yīng)用焊接電流不能過大，只能焊4mm以下的薄板；焊接鋼材板：直流正接法；焊鋁、鎂合金：直流反接法或交流電源。鎢極熔點高，發(fā)射電子能力強(qiáng)直流正接：鎢極燒損小。直流反接：鎢極燒損大，電弧不穩(wěn)，但有“陰極破碎”作用（焊鋁時有利）。應(yīng)用鎢極氬弧焊1)連續(xù)送進(jìn)的金屬絲做電極并填充焊縫；2)焊接電流較大,生產(chǎn)效率高，適用較厚（8~25mm）焊件；

熔化極氬弧焊以CO2氣體作為保護(hù)性介質(zhì)的電弧焊方法。焊接熱源：電弧熱保護(hù)介質(zhì)：CO2CO2①與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)—夾渣缺陷②溶解于液體金屬中—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。1)存在問題二、CO2氣體保護(hù)焊

CO2氣體保護(hù)焊焊接過程CO2電弧CO+O

使金屬氧化，合金元素?zé)龘p，不能焊接有色金屬和合金鋼。

低碳鋼、低合金鋼的焊接。必須采用含脫氧劑的焊絲H08Mn2SiA，直流反接。應(yīng)用:①生產(chǎn)率高（手弧焊的1~3倍）。②成本低（手弧焊的40%）。③焊接熱影響區(qū)和變形小。④可進(jìn)行全位置焊接。⑤飛濺嚴(yán)重，焊縫成形差。應(yīng)用：適用于低碳鋼和強(qiáng)度級別不高的低合金結(jié)構(gòu)鋼的焊接。廣泛用于造船、機(jī)車車輛、汽車制造、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。2）CO2氣體保護(hù)焊的特點及應(yīng)用利用電流通過液態(tài)熔渣時產(chǎn)生的電阻熱，同時加熱熔化焊絲和金屬母材的焊接方法。焊接熱源：電阻熱保護(hù)介質(zhì)：液態(tài)熔渣1.焊接過程電渣焊2.焊接特點及應(yīng)用

1）大厚度工件可一次焊成。單絲—40~60mm；三絲擺動—450mm；2）生產(chǎn)率高，成本低。3）焊接質(zhì)量好。不易產(chǎn)生夾渣、氣孔等缺陷。4）熱影響區(qū)大?！负鬅崽幚怼?yīng)用：①適用于碳鋼、合金鋼、不銹鋼等材料；②適用厚度大于40mm的大型結(jié)構(gòu)件。一、電阻焊通過加壓、或加熱加壓，使焊件產(chǎn)生塑性變形，使兩部分金屬達(dá)到原子間的結(jié)合，實現(xiàn)連接的焊接方法。利用電流通過焊件及接觸處所產(chǎn)生的電阻熱、將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法。電阻焊分為：點焊、縫焊和對焊。壓力焊與釬焊

電阻焊特點焊接電壓低，電流大，生產(chǎn)率高；不需要填充金屬，焊接變形小；勞動條件好，操作簡單，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)；焊接設(shè)備復(fù)雜，投資大；適用于大批量生產(chǎn)；對焊件厚度和接頭形式有一定限制。1.點焊工藝參數(shù)：電極壓力、焊接電流、通電時間對組合焊件經(jīng)電極加壓，利用電流通過焊接接頭的接觸面及鄰近區(qū)域產(chǎn)生的電阻熱，實現(xiàn)焊接。焊點距離太近—分流現(xiàn)象嚴(yán)重太遠(yuǎn)—強(qiáng)度不夠應(yīng)用：4mm以下的薄板搭接。點焊的焊接原理點焊過程：加壓通電斷電去除壓力形成熔核凝固防止分流：兩焊點間應(yīng)有一定距離。點焊接頭形式：分流現(xiàn)象2.縫焊縫焊：與點焊相同，只是采用滾輪做電極，邊焊邊滾。特點：焊點互相重疊，分流現(xiàn)象嚴(yán)重。焊件厚度≤3mm。應(yīng)用：有密封要求的薄壁結(jié)構(gòu)，如油箱.3.對焊1）電阻對焊焊件裝配成對接接頭，使其端面緊密接觸，利用電阻熱加熱至塑性狀態(tài)，斷電迅速頂鍛完成焊接的方法2）閃光對焊應(yīng)用：軸類零件、圓形或矩形工件的焊接?？珊赶嗤虍惙N金屬工件直徑—0.01mm~200mm。對焊接頭形式二、摩擦焊1.摩擦焊焊接過程2.摩擦焊接頭形式3.特點及應(yīng)用①質(zhì)量穩(wěn)定；②不需填充金屬及焊劑；③生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化。應(yīng)用：適用于黑色金屬、有色金屬；也適用于同種材料、異種材料焊接。一、釬焊的種類1.軟釬焊2.硬釬焊釬料的熔點在450℃以下。接頭強(qiáng)度低，一般為60~190MPa，工作溫度低于100℃釬料的熔點在450℃以上。接頭強(qiáng)度高，在200MPa以上，工作溫度較高。釬焊：利用低熔點的釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散實現(xiàn)連接焊件的方法。釬料的作用連接填充釬料的種類軟釬料：硬釬料：錫鋁合金（焊錫）鋁基、銅基等。二、釬料和溶劑1.釬料加熱溫度低，接頭組織、性能變化小；焊接變形小，工件尺寸精確。2.可焊同種、異種金屬和厚薄懸殊的工件。3.生產(chǎn)率高。易于實現(xiàn)自動化。三、釬焊的特點及應(yīng)用應(yīng)用：精密、微型、復(fù)雜、多焊縫異種金屬的焊接。軟釬焊用于電子、電器、儀表等行業(yè)；硬釬焊用于硬質(zhì)合金刀具、換熱器等焊接。三、釬焊的特點及應(yīng)用一、接頭形式的設(shè)計1.對接2.搭接3.角接4.T字接對接接頭—接頭受力簡單、均勻，應(yīng)力集中較小，強(qiáng)度較高，優(yōu)先選用搭接接頭—接頭強(qiáng)度好。但受力復(fù)雜，應(yīng)力集中嚴(yán)重，易產(chǎn)生焊接缺陷。二、坡口形式的設(shè)計不同厚度的工件焊接時：三、焊縫的布置1.焊縫應(yīng)避免密集交叉2.焊縫應(yīng)對稱分布3.焊縫應(yīng)避開應(yīng)力集中處和最大應(yīng)力處4.焊縫應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)械加工表面5.焊縫的布置應(yīng)便于焊接操作一、膠接的概念膠接，也稱粘接，是指利用化學(xué)反應(yīng)或物理凝固等作用，使一層非金屬的具有一定的內(nèi)聚力的膠體材料，與其界面接觸的材料產(chǎn)生粘附力，從而由這些膠體材料將兩個物體緊密連接在一起的工藝方法。膠接的主要特點是：（1）能連接材質(zhì)、形狀、厚度、大小等相同或不同的材料，特別適用于連接異型、異質(zhì)、薄壁、復(fù)雜、微小、硬脆或熱敏制件。（2）接頭應(yīng)力分布均勻，避免了因焊接熱影響區(qū)相變、焊接殘余應(yīng)力和變形等對接頭的不良影響。（3）可以獲得剛度好、重量輕的結(jié)構(gòu)，且表面光滑，外表美觀。（4）具有連接、密封、