1、第五章 毛坯的制造方法 铸造是熔炼金属，制造铸 型，并 将熔融金 属浇人 铸型，凝 固后获 得铸件 的成形方法。 铸造的优点： 1 ）利用液态金属的流动 能力来 成形，因 而成形 方便，适 于制造 形状复 杂，特别是有复杂内腔的零件 毛坯； 2）铸造的适应性很强， 铸件的 质量可由 几克到 数百吨， 壁厚可 由 0.3mm 到1m 以 上 各 种 金属 材 料几 乎 都 能用 铸 造成 形 ； 3）铸造材料来源广泛， 价格低 廉； 4）铸造设备比较简单， 投资少 ； 5 ） 铸件形 状 与 零 件比较 接 近 ， 可减少 切 削 加 工工作 量 ， 节 省金属 材 料 ， 所以铸造成本较低。
2、铸造的缺点： 1）铸件组织疏松，晶粒粗 大力学 性能较 差； 2）铸造工序较多，使铸件 质量不够 稳定。 第一节 铸 造 一、砂型铸造 砂型铸造生产过程 1、造型 用造型材料及模样等工艺装 备制造 铸型的过 程称为 造型， 模样的作 用是形成铸件外形。 木材模样：单件或小批量 生产； 金属、塑料模样：成批大 量生产。 1）造型材料 砂型铸造用的造型材料主要 指型砂 和芯砂。 型砂和芯砂用原砂、粘结剂 、附加 物( 煤粉 、 木 屑等) 、水 等 按一 定 比例配制而成，粘结剂通常为 粘土。 型（芯）砂应具备主要性能 ： 可塑性：指型（芯）砂在 外力作用 下能够 形成清 晰的模型 轮廓， 去除外
3、 力后能完整保持已有形状的能 力。可 塑性好 ，则砂型 和芯的 形状准确 。 强度：指型（芯）砂抵抗外 力破坏的 能力。 强度差 ，易造成 塌箱、 冲 砂、砂眼等缺陷。 透气性：指紧实砂样的孔隙 度。透气 性不好 ，铸件 易产生气 孔缺陷 。 耐火性：指型（芯）砂抵抗 高温高热 作用的 能力。 耐火性差 ，铸件 易 产生粘砂缺陷，影响铸件的清 理和切 削加工 。 退让性：指在铸件凝固冷却 时，型（ 芯）砂 能被压 缩的能力 。退让 性 差，铸件的内应力将加大甚至 产生裂 纹。 注：芯处于金属液的包围之中 ，故芯 砂能力 应高于型 砂。 2 ）造型方法 （1 ）手工造型 手工造型是指全部用手工或
4、 手动工 具完成的 造型。 手工造型有较大的灵活性和适 应性， 但生产 率低，劳 动强度 大，铸件 质量 不高。用于单件小批生产。 （2 ）机器造型 是指用机器全部完成或至少 完成紧 砂操作的 造型工 序。 机器造型可显著提高铸件的质 量和生 产率， 改善劳动 条件， 但需要专 用的 设备、砂箱和模板。主要用于 大批量 生产。 整 体 造 型分 模 造 型挖 砂 造 型模样是整体的，分型面为平面 ， 型腔在一个砂箱内。适于最大 截面靠 一端且为平面的铸件。 模样沿截面最大处分为两半， 型 腔位于上下两个砂箱内。适于 最大截 面在中部或圆形铸件。 用整模，分型面是曲面；将阻 碍 起模的型砂挖去，
5、而后再合箱 。适于 单件小批量生产，分型面不是 平面的 铸件。 常用的手工造型方法 活 块 造 型刮 板 造 型三 箱 造 型将阻碍起模部分做成活块，造 型时应 防止活块位置的偏移。适于单 件小批 量生 产，且带有凸台的铸件。 用特制的刮板代替 模 样进行造型 ， 省去模样，但造型困难。适于 单件小 批量的回转体铸件。 造型采用三个砂箱( 上 、 中 、下) ，中 砂 箱的 高度有一定的要求。适于单件 小批量 生产， 具有 两个最大截面且中间还有一个 小截面 的铸件 。 2 、造芯 芯主要用来形成铸件的内腔 和尺寸 较大的孔 ，有时 为简化 造型工艺 ， 也可用来形成铸件的外形。 单件、成批生
6、产时，常采用 手工造 芯；大批 大量生 产时， 采用机器 造 芯。 造芯时，应在芯内放置芯骨 ，以提 高强度； 开设通 气孔， 以增加 排气能力；芯大多要烘干，以 进一步 提高强 度和透气 性。 3 、合箱、熔炼和浇注 合箱是将铸型的各个部分组 合成一 个完整铸 型的操 作过程 成为合箱 。 合箱前检查铸型 安装芯 盖上型 压 紧 上下 型 。 金属熔炼的目的是为了获得 一定的 化学成分 和温度 的合格 金属液。 浇注浇注是指将熔融金属从 浇包注 入铸型的 过程。 浇注时 要控制好 浇 注温度和浇注速度，一次浇注 完成。 4 、落砂和清理 落砂是指用手工或机械使铸 件和型 砂、砂箱 分开的 过
7、程。 铸件在砂 型 中要冷却到一定温度才能落砂 ，落砂 过早， 铸件表层 会产生 白口组织 ，给 切削加工造成困难，落砂过晚 ，收缩 应力增 大，铸件 开裂的 倾向也增 大。 清理是落砂后从铸件上消除 浇冒口 、芯、毛 刺、表 面粘砂 等过程。 清 理后的铸件应进行质量检验。 二、铸造工艺设计 铸造工艺设计的依据 零件的结构特点：如有无凸台 、加强 筋等； 技术要求：如表面粗糙度、尺 寸或位 置精度 等； 生产批量：如单件小批量或大 批大量 ； 生产条件：如铸造设备、技术 水平等 。 铸造工艺设计的主要内容 选择浇注位置和分型面； 确定铸造工艺参数； 设计浇注系统。 1、浇注位置和分型面的 选
8、择 1）浇注位置的选择 浇注位置是指浇注时铸型分 型面所 处的位置 ，分型 面是指 上、下铸 型 之间的接合面，它可为水平、 垂直或 倾斜的 。 选择浇注位置的基本原则是： 铸件的重要表面应朝下或位于 侧面。金 属液中 的渣、 气体等易 上浮， 使铸件上部缺陷比下部多，组 织也不 如下部 致密。 铸件的宽大平面应朝下。如宽 大平面朝 上，型 腔上表 面被高温 烘烤的 面积大、型砂容易因急剧热膨 胀而向 外拱起 并开裂， 形成夹 砂缺陷。 铸件的薄壁部分应放在型腔的 下部或垂 直、倾 斜位置 ，以利于 金属液 的充填，防止产生冷隔及浇不 足等缺 陷。 铸件较厚的部分，浇注时应处 于型腔上 部，以
9、 便安放 冒口，实 现自下 而上的定向凝固，防止缩孔。 2）分型面的选择 分型面是指上、下铸型之 间的接 合面，它 可为水 平、垂直 或倾斜 的。 选择分型面的基本原则是： 分型面应选择在铸件的 最大截 面处，以 便于起 模。 尽量使分型面为平直面 ，且数 量只有一 个。这 样能使造 型简便 ，并能 减少错箱等缺。 上 下 上 中 下 上 下 尽量使铸件的全部或大部分 处于同 一砂箱 中，以保 证铸件 的精度。 应考虑下芯、检验和合箱的 方便。 上 下 上 下 2 、主要铸造工艺参数 1 ）加工余量 为了保证铸件加工面尺寸和 零件精 度，在铸 造工艺 设计时 应增加在 机 械加工时切除的金属层
10、厚度， 它等于 后续所 有加工工 序的加 工余量之 和。 加工余量过大，将增加金属的 消耗和 切削加 工工时； 加工余 量过小， 可能 造成零件报废。 对于某个具体零件，凡图纸 上标注 有表面粗 糙度符 号、尺 寸公差、 螺 纹符号或表面形位公差代号的 部位， 都应给 出加工余 量。 零件上的孔、槽是否要铸出 ，应考 虑工艺上 的可行 性和使 用上的必 要 性。通常较大的孔和槽应铸出 ，以节 省金属 材料和切 削加工 工时；较 小的 孔、槽不必铸出，留待机械加 工反而 更为经 济。 无拔模斜度 有拔模斜度 2 ）拔模斜度 为了便于模样从铸型中取出 ，模样 上凡与拔 模方向 平行的 表面都应 有
11、 一定的斜度，称为拔模斜度。 拔模斜度的大小取决于高度 、造型 方法、模 样材料 等因素 。壁越高 ， 斜度越大；机器造型的斜度应 比手工 造型小 ；金属模 的斜度 比木模小 ；外 模斜度应比内壁小。 3）铸造圆角 在设计铸件和制造模样时， 相交壁 的连接处 要做圆 弧过渡 ，称为铸 造 圆角。 铸造圆角可使砂型不易损坏 ，并使 铸件避免 在尖角 处产生 缩孔、缩 松 等缺陷和形成应力集中。 铸造圆角半径一般取壁厚的0.20.4 倍 ， 尺 寸在 技 术要 求 中统 一 注 明， 在图上一般不标注铸造圆角。 4 ）铸造收缩率 铸件在冷却时尺寸缩小的百 分率 称为收缩率。由于铸造合金冷 却时收
12、缩，因而为了保证铸件应有的 尺寸， 制造模样时，必须使模样尺寸 大于铸 件尺寸。 收缩率的大小与金属的线收缩 率 有关。灰铸铁为0.71.0% ；铸钢为 1.52.0% 。 3、浇注系统 为了使金属液顺利填充型腔 而在砂 型中开设 的通道 称为浇 注系统。 浇口杯：浇口杯承接来至浇 包的金 属液，以 便于浇 注，并 缓和金属 液对 砂型的冲击，阻挡熔渣流入型 腔。 直浇道：直浇道以其高度产 生的静 压力使金 属液充 满型腔 的各个部 分。 横浇道：横浇道将金属液分 配给各 个内浇道 ，并起 阻渣作 用。 内浇道：控制金属液流入型 腔的方 向和速度 。 冒口：对铸件的最后凝固部 位供给 金属液，
13、 起补缩 作用。 熔模铸造的工艺过程 三、其他铸造方法简介 1、熔模铸造 熔模铸造是利用易熔材料（ 如蜡料 ）制成模 样，在 模样上 包覆若干 层耐 火涂料，然后制成硬壳，熔去 模样后 ，经高 温焙烧即 可浇注 的铸造方 法。 熔模铸造的特点： 无分型面，且型腔内表面光 洁，故 熔模铸造 可生产 出精度 高、表面 质量好、形状很复杂的铸件； 熔模铸 造能适 用于各种 铸造合 金，各种 生 产批量； 缺点是生产工序多，生产周期 长，铸 件不能 太大。 熔模铸造的应用范围： 用于形状复杂，精度要求较 高或难 以切削加 工的小 型零件 的成批生 产。 目前在航空航天、船舶、汽车 等行业 得到广 泛应
14、用。 垂直分型式金属型铸造 2、金属型铸造 将液态金属浇入金属铸型以获得 铸件的方 法。 金属型常用铸铁和铸钢制成。按 照分型面 的方位 ，金属 型可分为 整体 式、垂直分型式、水平分型式 和符合 分型式 。 金属型铸造的特点： 金属型铸造可一型多铸、生产率 高、成本低，便于实现生产的 机械化 和自动化； 金属型铸件精度高，表面质量较 好，表面粗糙度值小，减少了 切削加 工余量； 金属型导热快，铸件冷却快，铸 件晶粒细小，力学性能得到提 高； 但是由于金属液的流动性降低， 容易产生浇不足，冷隔等缺陷 ，因而 铸件的 形状不宜 过于复 杂，壁不 宜过 薄；金属型制造成本高，周期 长，故 金属铸
15、造不适合 单件小 批量生产 。 金属型铸造的应用范围： 用于有色金属铸件的大批量 生产， 如铝合金 活塞， 汽缸等 。 第二节 锻压成型 锻压是利用金属的塑性变形 ，改变 坯料的尺 寸和形 状，并改 善其内 部组 织和力学性能，获得所需毛坯 或零件 的成形 加工方法 。 锻压主要有锻造和冲压。 一、锻造 锻造：在加压设备及工（模 ）具的 作用下， 使坯料 或铸锭产 生局部 或全 部的塑性变形，以获得一定几 何尺寸 、形状 和质量的 锻件的 加工方法 。 自由锻 模锻 胎模锻 1 、自由锻 只用简单的通用性锻造工具 ，或在 锻造设备 的上、 下砧之间 直接使 坯 料变形而获得锻件的锻造方法 。它
16、可 分为 手工 自 由 锻 和 机 器自 由 锻 。 自由锻的特点： 自由锻可加工各种大小的锻 件，对 于 大型锻件，自由锻是惟一的生 产方法 ； 自由锻所用的生产准备时间 较短； 自由锻生产率低，劳动强度 大，且 锻 件形状简单，精度低，加工余 量大， 故 适用于单件小批量生产。 空 气 锤 的 工 作 原 理1）自由锻设备 （1 ） 空气锤 空气锤是以压缩空气为工 作介质， 驱动锤 头上下运 动而进 行工作 的，其吨位一般在50750kg 之 间， 主 要用 于 小 型锻 件 的生 产 。 蒸 汽 空 气 自 由 锻 锤水 压 机（2 ）蒸汽 空 气 自 由 锻锤 蒸汽 空气自由锻锤是以
17、蒸汽或压 缩空气 为工作介 质驱 动锤头 上下 运 动 而 进 行工作 的 ， 其 常用吨 位 为15t ，适 用 于 锻 造中型 或 较 大 型的锻 件 。 （3 ）水压机 水压机是利用高压水形成的 巨大静 压力使金 属变形 ，主要用 于大型 锻 件的生产。 2 ）自由锻的基本工序 （1 ）镦粗 镦粗是使坯料高度减小、横 断面积 增大的锻 造工序 ，有完全 镦粗和 局部镦粗两种。 （2 ）拔长 拔长是使坯料横截面积减小 ，长度 增加的锻 造工序 ，可分为 平砧拔 长 和芯棒拔长两种。 芯棒拔长是减小空心坯料的 壁厚 增加其长 度的锻 造工序。 拔长用来生产轴杆类锻件或 长筒类 锻件。 （3
18、）冲孔 冲孔是在坯料上冲出透孔或 不透孔 的锻造工 序。 冲孔前一般需将坯料镦粗， 以减小 冲孔高度 。 较薄的坯料可单面冲孔，较 厚的坏 料需双面 冲孔。 2、模锻 模锻是利用模具使坯料变形 而获得 锻件的锻 造方法 。 模锻的特点： 模锻与自由锻相比，具有生产 率高、锻 件外形 复杂、尺 寸精度 高、面 粗糙度值小，加工余量小等优 点； 模锻件质量受设备能力的限制 一般不超 过150kg ， 锻模 制 造 成本 高 ，模 锻适合中小锻件的大批量生产 。 1 ）锤上模锻设备 锤上模锻常用的设备为蒸汽 空 气模 锻 锤 ，其 工 作原 理 与 蒸汽 空气 自由锻锤基本相同，常用吨位 为115t
19、 、模 锻 件质 量 为0.5150kg 。 2）锻模结构 上模 紧 固在 锤 头 上 下模 紧 固 在 模垫上 。 上 、 下模的 分 界 面 称为分 模 面 ， 上、下模之间的空腔称为模膛 。 模锻时，将加热好的坯料放 在下模 膛中，上 模随锤 头向下运 动，当 上、 下模合拢时，坯料充满整个模 膛，多 余的坯 料流入飞 边槽， 取出后得 到带飞 边的锻件。在切边模上切去飞 边，便 得到所 需锻件。 3）锻模模膛 模膛通常可分为制坯模膛、 预锻模 膛和终锻 模膛。 形状复杂的锻件需先经制坯 模膛锻 打后才能 放入预 锻模膛预 锻。坯 料 经预锻后，形状、尺寸进一步 接近锻 件最 后经终锻
20、模膛终 锻成形， 成为 带飞边的锻件。 4 ）连皮 带通孔的锻件在锻打过程中 不能直 接形成通 孔，总 是留下一 层金属 ， 称为连皮。 连皮需在模锻后立即冲去。 切边和冲去连皮后的锻件应 进行校 正。 3 、胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上 使用可移 动的简 单模具生 产锻件 的一种锻 造 方法。胎模不固定在锤头或砧 座上， 使用时 才放到自 由锻锤 的下砧上 ，用 完后再搬下。 胎膜锻的特点： 与自由锻相比：由于坯料在 模膛内 成形，锻 件尺寸 比较精确 ，表面 比 较 光 洁 ， 流线组织 的 分 布比较合 理 ， 质量较高 ； 由 于锻件形 状 由 模膛控制 ， 所以坯料成形较快，生产率
21、比 自由锻 高15 倍 ； 胎模 锻 能锻 出 形 状比 较 复杂 的锻件；加工余量较小，既可 节省金 属材料 ，又能减 少机加 工工时。 与模锻相比，设备简便和工 艺灵活 等优点。 胎模锻主要用于小型锻件的 中小批 量生产。 胎模锻工艺流程 二、冲压 利用冲模使板料分离或成形 而得到 制件的加 工方法 称为冲压 。 冲压的特点： 冲压操作简便，易于实现机械 化和自动 化，因 而生产率 高，制 件成本 低； 冲压件精度高，表面质量好， 互换性好 ，一般 不需切削 加工即 可投入 使用； 冲压件质量轻、强度、刚度高 ，有利于 减轻结 构重量； 模具制造复杂，周期长、成本 高。 冲压分冷冲压与热冲
22、压 在常温下进行的冲压加工称 为冷冲 压。冷冲 压所用 板材应具 有良好 的 塑性，且厚度应在8mm 以 下 ；当 板 料厚 度 超过8mm 时， 宜 采用 热 冲 压。 开式冲床 1、冲压设备 冲压设备主要有冲床、压 力机、 剪板机和折弯机等。 开式冲床装卸和操作方便 ，公称 压力通常为602000kN 。 闭式冲床操作不够方便， 公称压 力大，通常为10003000kN 。 压力机 剪 板 机折 弯 机落料 冲孔 2 、冲压的基本工序 1 ）冲裁 冲裁是利用冲模将板料以封 闭的轮 廓与坯料 分离的 冲压方法 。 落料：冲裁时，如果落下的 部分是 零件，周 边是废 料； 冲孔：冲裁时，如果周
23、边是 零件， 落下的部 分是废 料。 2）弯曲 弯曲是将板料、型材或管材 在弯矩 作用下， 弯曲成 具有一定 曲率和 角 度的制件的成形方法。 弯曲过程 板料放在凹模上，当凸模 把板料向 凹模压 下时，板 料弯曲 半径逐渐 减 小，直到凸、凹模与板料完全 吻合为 止。 为了防止弯曲开裂，弯曲 模的弯曲 半径要 大于限定 的最小 半径rmin ， 通常rmin=(0.251) ， 为金 属 板料 的 厚 度。 3 ）拉深 拉深是利用模具使板料成 形为空心 件的冲 压方法。 拉深过程 板料在凸模作用下，逐渐 被压入凹 模内， 形成产品 。 拉深时为防止工件起皱，必须 使用压 边圈以 适当的压 力将
24、坯 料压在凹 模上。 为防止工件被拉裂，要求拉深 模的顶 角以圆 弧过渡； 凹、凸 模之间留 有大于 板厚的间隙；确定合理的拉深 系数m 。m 是空 心 件 直径d 与 坯 料直 径D 之比 ， 即m=d/D 。m 越小 ， 坯料 变 形 越严 重 。对 于 一次 拉 深 成形 的 空心 件 ， 一般 取 m=0.50.8 。 对 于深 度 较大 的 拉伸 件 ， 可采 用 多次 拉 深 ，并 在 其间 穿 插 再结 晶退火，以恢复材料的塑性。 3、冲模 1 ）简单模 在压力机的一次行程中只能 完成一 个冲压工 序的冲 模。 简单模结构简单，制造容易 、但精 度不高、 生产效 率较低， 适宜小
25、 批 量生产。 2）连续模 在压力机的一次行程中，在 模具的 不同部位 上同时 完成数次 冲压工 序 的冲模。 连 续 模生 产 效 率 高，易 于 实 现 自动化 ， 但 制 造比较 麻 烦 ， 成本也 较 高 ， 适宜一般精度的大批量生产。 3 ）复合膜 在压力机的一次行程中，在 模具的 同一位置 完成两 个以上冲 压工序 的 冲模。 复合模能保证较高的零件精 度，但 结构复杂 ，制造 困难，故 适宜高 精 度的大批量生产。 三、挤、轧、拉工艺 1、挤压 挤压是使金属坯料在挤压模 内受压 被挤出模 孔而成 形的加工 方法。 正挤压：冲头运动方向与金属 坯料流 动方向 一致； 反挤压：冲头运
26、动方向与金属 坯料流 动方向 相反； 复合挤压：挤压中一部分金属 坯料的 流动方 向与冲头 运动方 向一 致，另一部分金属坯料流动 方向与 冲头运动 方向相 反。 按金属坯料受挤压时温度的高 低，挤 压可分 为： 冷挤压：在室温下进行的挤压。 材料利用率高，材料的组织 和机械 性能得到 改善， 操作简单 ，生产 率 高，可制作长杆、深孔、薄壁 、异型 断面零 件。 热挤压：在金属再结晶温度以上 进行的 挤压。 广泛用于生产铝、铜等有色 金的管 材和型材 等，属 于冶金工 业范围 。 钢的热挤压既用以生产特殊的 管材和 型材， 也用以生 产难以 用冷挤压 或温 挤压成形的实心和空心（通孔 或不通
27、 孔）的 碳钢和合 金钢零 件。 温挤压：在室温以上和再结晶温 度之间 进行的挤 压。 它介于冷挤压和热挤压之间 ，兼顾 两者的优 点。但 是温挤压 需要加 热 坯料和预热模具，高温润滑尚 不够理 想，模 具寿命较 短，所 以应用不 甚广 泛。 2、轧制 轧制 是 使金 属 坯 料 通过一 对 回 转 轧辊的 空 隙 ， 使之受 压 产 生 塑性变 形 ， 从而获得所需产品的加工方法 。 轧制 主 要用 于 生 产 各种金 属 型 材 、板材 和 管 材 以及其 他 各 种 （如连 杆 、 钻头、齿轮、轮箍、轴类等） 零件。 3、拉拔 拉拨是利用金属坯料通过拉 拔模的 模孔产生 塑性变 形而获
28、得 产品的 加 工方法。 拉拔主要用于生产各种细线 材、薄 壁管及各 种特殊 几何形状 的型材 。 焊接是通过加热或加压或二 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。 （1）熔焊 熔焊是在焊接过程中，将焊 件接头 加热至熔 化状态 ，不加压 力完成 焊 接 的 方 法 。常用 的 熔 焊 方法有 手 工 电 弧焊 、 埋弧焊 、气体 保 护 焊 和气焊 等。 （2）压焊 压焊是在焊接过程中，对焊 件通过 施加压力 （加热 或不加热 ）完成 焊 接的方法。常用的压焊方法有 电阻焊 、 摩 擦焊 等。 （3）钎焊 钎焊是采用比母材熔点低的 金属材 料作钎料
29、，将焊 件和钎料 加热至 高 于钎料熔点、低于母材熔点的 温度， 利用液 态钎料“ 润湿” 母材，填 充接 头间隙，并与母材相互扩散实 现连接 焊件的 方法。 第三节 焊接 手工电弧焊的焊条 一、手工电弧焊 电弧焊是以电弧作为焊接热 源的熔 焊方法。 用于手 工操作焊 条进行 焊 接的电弧焊称为手工电弧焊。 1 、焊接过程 将焊条和焊件与电焊机的两 极相连 ，然后引 弧，电 弧热使焊 件接头 处 的金属和焊条端部熔化，形成 熔池。 药皮 燃 烧形 成 气 体 及熔渣 ， 保 护 溶池金 属 不 被 氧化。 随 着 焊 条的移 动 ， 新的熔池不断形成，旧的熔池 不断凝 固，形 成焊缝。 2、焊
30、接电弧 指在焊件和焊条间的气体介质 中产生 的强烈 而持久的 放电现 象。 1）焊接电弧的产生 将焊条与焊件接触 ， 由 于 电 阻热 ， 接触 处 温度 急 剧 升高 。 将焊条微微提起， 使 焊 条 与 焊件 之 间形 成 电场 。 电场 力 作用 下 ， 阴 极发射 出 大 量 电子， 与 两 极 之间的 气 体 分 子相 撞击， 使之电离。带电粒子向两极 高速 运 动， 形 成电 弧 。 2）电弧的热量分布 焊接电弧可分为阳极区、 阴 极区 和 弧柱 区 三部 分 。 通常阳极区产生的热量占总热 量的43% ，阴极区占36% ，弧柱区的热量 占21% 。直流电源接线方法的不同对焊接产
31、生影响。 正接：焊件接电源正极，焊条 接电源 负极； 正接时， 焊件获 得的热 量多，有利于焊透，故适于焊 接厚板； 负接：焊件接电源负极，焊条 接电源 正极； 负接时， 焊件获 得热量 少，故适于焊接薄板，以免焊 件烧穿。 3、焊接设备 1）交流弧焊机 交流弧焊机所提供的电源是 交流电 ，其结构 主要是 一个特殊 的降压 变 压器。 交流 弧 焊机 结 构 简 单，价 格 低 廉 ，使用 可 靠 ， 维修方 便 ， 故 应用最 广 。 交流弧焊机的缺点是焊接电弧 不够稳 定。 2）直流弧焊机 直流弧焊机所提供的电源是直 流电。 直流电焊机的特点： 引弧容易，电弧稳定，焊接 质量好 ，能适 应
32、各类焊 条； 能根据焊件特点选正接或反 接，常 用于重 要结构件 的焊接 ； 直流弧焊机的缺点是结构复 杂，价 格较高 ，噪声大 。 4 、焊条 焊条是涂有药皮的供手工电弧 焊用的熔 化电极 。 1 ）焊条的组成 焊芯：焊芯是焊条中被药皮包 覆的金属 丝。其 作用是导 电、引 弧、熔 化 后 填 充 焊 缝。焊 芯 是 用 专门冶 炼 的 金 属制成 ， 以 保 证焊缝 金 属 的 组织和 性 能 ； 焊条的直径和长度是是用焊芯 的直径 和长度 表示的， 常用的 直径为 2.06.0mm ， 长 度为300400mm 。 药皮：药皮是压涂在焊芯表面 的涂料层 ，其组 成很复杂 。药皮 的主要
33、作 用是使电弧引燃容易，燃烧稳 定；造 气造渣 ，保护熔 池；除 去熔池中 的氧、 氢、硫、磷等有害元素并添 加合金 元素。 2）焊条的型号 碳钢焊条的型号由字母E 加 四 位 数字 组 成 。如E5015 前两位数字表示熔敷金属的最 低抗拉 强度； 第三位数字表示适用的焊接位 置，0 和1 表 示适 用 于 各种 焊 接位 位 置 ；2 表示适用于平焊； 第三位和第四位数字组合，表 示焊接 电流的 种类及药 皮类型 。 3 ）焊条的分类 酸性焊条：酸性焊条是指药皮 中含有多 量酸性 氧化物的 焊条。 酸性焊条在焊接时生成酸 性熔渣， 氧化性 较强，合 金元素 烧损较多 ， 焊缝抗裂性差，故用
34、于一般结 构件的 焊接。 优点是焊 缝中不 易形成气 孔， 能使用交、直流电源，价格较 低。 碱性焊条：碱性焊条是指药皮 中含有多 量碱性 氧化物的 焊条。 碱性焊条能使焊缝金属中 的有害元 素含量 低，合金 元素烧 损少，焊 缝 金属的力学性能高，抗裂性好 故碱 性焊条 用于重要 结构件 的焊接。 缺点 是碱性焊条对油污、铁锈、水 分较敏 感，易 产生气孔 ，所以 焊接前要 清理 干净焊件接头部位并烘干焊 条。 碱性焊条应采用直流反接 。 4）焊条选用原则 在焊接结构钢焊件时，首先应 根据等强 度原则 确定焊条 的强度 等级， 即 焊条的强度应与母材强度大致 相等； 全面分析焊件的工作要求、
35、焊 接条件 、经济性 等具体 情况， 选定焊条 药皮类型及电源种类。 对 于 性能 要 求 不 高的焊 件 以 及 难以清 理 干 净 的焊件 ， 宜 选 用酸性 焊 条 ； 对形状复杂和刚度大的焊件， 工作中 受冲击 和变应力 的焊件 ，焊接时 易产生 裂纹的焊件，宜选用碱性焊条 ；焊接 不锈钢 、耐热钢 等金属 材料时， 应根据 母材的化学成分选用相应成分 的焊条 。 5 、焊接工艺 1 ）接头形式 由于焊件的形状、工作条件 和厚度 的不同， 焊接时 需要采用 不同的 焊接 接头形式。 对接接头受力均勾，焊接时 容易保 证质量， 因此常 用于重要 的构件 中。 搭接接头焊前准备和装配比 较
36、简单 ，在桥粱 、屋架 等结构中 常采用 。 2 ）坡口形式 为了保证焊件能被焊透，需 根据设 计或工艺 需要， 在焊件的 待焊部 位加 工一定几何形状的沟槽，称为 坡口。 坡口采用气割或切削加工等 方法制 成。 3）焊接位置 焊接位置是指施焊时焊件 接缝所处 的空间 位置。 平焊操作方便，焊缝成形 良好，应 尽量采 用。在可 能的情 况下应 设法 使其他焊接位置转变成平焊位 置，然 后进行 焊接。 6、焊接应力与变形 1）焊接变形的基本形式 焊接变形的基本形式有收缩 变形、 角变形、 弯曲变 形、扭曲 变形和 波 浪形变形。 2 ）减小焊接应力和变形的 措施 设计焊件结构时，应尽 量减少焊
37、缝数量 ，尽可能 使焊缝 对称分 布，尽量避免焊缝的密集和交 叉； 焊前预热，焊后缓冷； 刚性固定法：焊前将焊 件加以固 定，使 焊件避免 变形， 但会增 加内应力； 反变形法：焊前朝可能 变形的相 反方向 装配焊件 ，以抵 消焊接 变形； 选择合理的焊接顺序； 每焊好一条焊缝，趁热 用小锤轻 轻加以 敲击，以 降低内 应力； 重要的焊件在焊后进行 去应力退 火。 采用固定刚接法 采用反变形 3）焊接变形的矫正 对已变形的焊件进行矫正 ，以便使 焊件产 生新的变 形来抵 消先前的 焊 接变形。 变形较小的小型焊件常采用 机械加 压或锤击 的方法 进行矫正 ； 较大的焊件或变形较大的焊 件常采
38、用氧 乙炔 火 焰对 焊 件 的某 些 部位 进 行加热，然后冷却的方法进行 矫正。 塑性较好的金属材料才能进 行矫正 。 手工电弧焊设备简单、操作 灵活、 能适应各 种焊缝 位置和接 头形式 ，并 且焊缝的形状和长度不受限制 ，因而 应用广 泛。 生产率低，手工电弧焊主要 用于单 件小批生 产。 适于板厚应不小于1mm （ 常用320mm ）。 二、其他焊接方法 1、埋弧焊 埋弧焊是指电弧在焊剂层下 燃烧进 行焊接的 方法。 将焊丝插入焊剂中，引燃电 弧，使 焊丝和焊 件局部 熔化形成 焊池。 焊剂 形成的气体和熔渣可使电弧和 熔池与 外界空 气隔绝。 焊丝逐 渐前移， 即可完 成焊接。 埋
39、弧焊的特点： 生产率高（比手弧焊高510 倍 ） ， 焊接 质 量好 ， 焊缝 外 形 美观 ， 劳动 条 件 好，金属烧损和飞溅少，电弧 热利用 充分， 节省金属 和电能 。主要用 于板厚 3mm 以 上 的 碳 钢 和 低合 金 结 构钢 的 焊接 ， 宜于 平 焊 位置 的 长直 焊 缝 和直 径 较 大（大于250mm ） 的环 焊 缝。 2、气体保护焊 气体保护焊是用外加气体作 为电弧 介质并保 护电弧 和焊接区 的电弧 焊。 焊接时，气体由喷嘴喷出，在 电弧和 熔池周 围形成保 护区， 不断送进 的焊丝 被 逐渐熔化，并进入熔池，冷凝 后就形 成优质 焊缝。 1 ）氩弧焊 是以氩气
40、作为保护气体的气 体保护 焊。按电 极的不 同，氩弧 焊可分 为钨极 氩弧焊和熔化极氩弧焊。 钨极氩弧焊以钨丝作电极 ，焊接速 度不高 ，一般适 宜于厚 度4mm 以下 的薄板焊接。熔化极氩弧焊以 连续送 进的焊 丝作电极 ，生产 率高，适 宜焊接 325mm 的板 材 。 氩弧焊的特点： 焊接质量好，焊件变形小，便 于观察 和操作 ，可全位 置焊接 。 成本高，设备复杂。 主要用于铝、镁、钛及其合金 以及不 锈钢、 耐热钢的 焊接。 2）二氧化碳气体保护焊 以二氧化碳作为保护气体的气 体保护 焊。 特 点 ： 生 产率高 （ 比 手 工电弧 焊 高13 倍） ， 成本低，热影响区和变形小，
41、并可全 位置 焊接； 金属飞溅较大，焊缝表面不美 观，操 作不 当时，易产生气孔。 主要用于低碳钢和低合金高强 度结构 钢的 薄板焊接。 氧乙炔焊示意图 3、气焊和气割 1 ）气焊 是利用气体火焰作热源的熔 焊方法 ，最常用 的是氧 乙 炔 火焰 作 热源 的 氧 乙炔焊。 气焊的特点： 气焊焊接温度低，加热时 间长，因 而生产 率低，热 影响区 和变形大 ， 焊缝质量不高。 操作简便、灵活性强、不需 用电源 、且焊接 薄板时 不易烧穿 焊件。 主要用于焊接厚度在3mm 以下 的 薄钢 板 ， 铜、 铝 及其 合 金 ，以 及 铸铁 补 焊。 2）气割 气割时，先用氧 乙 炔 火 焰将 切 割
42、处 金 属 预热 到 燃点 ， 然 后让 割 嘴喷 出 高速切割氧流，使预热处金属 燃烧， 放出大 量的热量 ，形成 熔渣。放 出的热 量使下层金属预热到燃点，高 速氧流 将熔渣 从切口处 吹走， 并使下层 金属继 续燃烧。如此不断进行，达到 使金属 分离的 目的。 气割的特点： 气割设备简单，操作方便，能在 任意位 置 切 割 各 种 厚度的 工 件 ， 生产率 较 高 ， 成本低 ， 切口质量较好。 但 是适 用 的材 料 种 类 较少，高 碳 钢 ，铸铁、 不锈钢、铝、铜及其合金均不 能进行 气割。 主要用于低碳钢、中碳钢、低合 金高强 度 结构钢的切割。 4、电阻焊 是焊件组合后通过电
43、极施加 压力， 利用电流 通过接 头的接触 面及邻 近区 域产生电阻热进行焊接的方法 。 电阻焊生产率高、焊接变形 小和劳 动条件好等优点；但设备较复 杂、耗 电 量大、常用于成批或大量生产 。 1）点焊 将焊件装配成搭接接头，并 压紧在 两极之间，然后通电，利用电 阻热熔 化 母材金属以形成熔核，随后断 电。熔 核 在压力下凝固，形成焊点。 点焊焊点强度高，工件变形 小，表 面光洁，适用于薄板冲压结构 和钢筋 的 焊接。 2）缝焊 将焊 件 装配 成 搭 接 接头并 置 于 两 滚轮电 极 之 下 ，滚轮 加 压 于 焊件并 转 动 ， 连续或断续送电，便形成一条 连续焊 缝。 主要用于焊接有气密性要求 的厚度 在3mm 以下 的 容器 和 管 道。
