8.金属的连接技术.ppt

1、第 页,1,2019年3月8日星期五,金属的连接技术,2 焊接方法及工艺,1 焊接成形工艺基础,第 页,2,2019年3月8日星期五,常用金属连接方法,机械连接,铆接,螺纹连接,胶接,焊接,铆钉连接,螺纹连接,第一节 焊接成形工艺基础,第 页,3,2019年3月8日星期五,一、焊接概述,二、熔焊的冶金特点,三、 焊接接头的组织与性能,四、 焊接应力与变形,第 页,4,2019年3月8日星期五,焊接（welding) 利用加热或加压，把两个分离的金属连接成一个不可拆卸的整体的工艺方法。,焊接,一、焊接概述,第 页,5,2019年3月8日星期五,fusion welding,pressure we

2、lding,soldering,第 页,6,2019年3月8日星期五,三、 焊接接头的组织与性能,焊接接头：,由焊缝和靠近焊缝区域（热影响区）两部分组成,（= 焊缝 + 热影响区）,第 页,7,2019年3月8日星期五,（1）焊缝金属,组织：柱状结晶组织,性能：并不低于母材,理由： 熔池冷却快，结晶细密；, 焊接材料具有渗合金作用。,以低碳钢为例,第 页,8,2019年3月8日星期五,熔合区,（2）焊接热影响区,焊缝两侧受焊接热作用而发生组织和性能变化的区域,1） 熔合区（半熔化区）,组织：铸态粗晶+过热粗晶,性能：低强度、低塑性、低韧性,第 页,9,2019年3月8日星期五,2） 过热区,组

3、织：过热粗晶,性能：低强度、低塑性、低韧性,焊缝两侧受焊接热作用而发生组织和性能变化的区域,（2）焊接热影响区,第 页,10,2019年3月8日星期五,焊缝两侧受焊接热作用而发生组织和性能变化的区域,3） 正火区（细晶区）,组织：细小而均匀的晶粒,性能：优于母材,（2）焊接热影响区,第 页,11,2019年3月8日星期五,焊缝两侧受焊接热作用而发生组织和性能变化的区域,4） 部分相变区,组织：晶粒大小不均匀,性能：稍差,总而言之： 性能最差的区域为：熔合区，过热区,（2）焊接热影响区,第 页,12,2019年3月8日星期五,焊接热影响区的平均尺寸数值,（3）改善焊接热影响区组织性能的方法,1）

4、 选择合理的焊接方法,2） 选择合理的焊接工艺,3） 焊后热处理 退火、正火,第 页,13,2019年3月8日星期五,四、 焊接应力与变形,1.焊接应力与变形产生的原因,焊件的局部不均匀加热,焊接过程中,焊后,焊缝塑性状态，变形后无应力,焊缝弹性状态，变形后有应力,第 页,14,2019年3月8日星期五,（1）选择合理的焊接次序,2.减少焊接应力的工艺措施,（2）焊前预热,（3）焊后退火处理,最有效的减少焊接应力的方法,最有效的消除焊接应力的方法,第 页,15,2019年3月8日星期五,防止和减少焊接变形的工艺措施,（1）反变形法,第 页,16,2019年3月8日星期五,（2）刚性固定法,只适

5、用于塑性较好的低碳钢结构,焊件焊前装配后，将它们之间的相对位置固定下来。,第 页,17,2019年3月8日星期五,（3）选择合理的焊接次序,a),b),c),（4）焊前预热和焊后缓冷,动画,第 页,18,2019年3月8日星期五,1）机械矫正法,（5）焊后矫形处理,第 页,19,2019年3月8日星期五,2）火焰矫正法,动画,第 页,20,2019年3月8日星期五,第二节 焊接方法及工艺,一、焊条电弧焊,二、 埋弧焊,三、 气体保护焊,十、 真空电子束焊接,四、 等离子弧焊接与切割,五、 电渣焊,六、 激光焊接,七、 电阻焊,八、 摩擦焊,九、 钎焊,第 页,21,2019年3月8日星期五,1

6、） 电焊条的组成及作用,一、焊条电弧焊,1.电焊条,第 页,22,2019年3月8日星期五,（1）导电；,（2）作为焊缝的填充金属,（1）稳弧；,（2）保护焊接区；（造气、造渣）,（3）冶金处理；（渗加合金元素、脱氧脱硫）,焊芯的作用,药皮的作用,a)光焊丝焊接的焊缝,b)带药皮焊条焊接的焊缝,第 页,23,2019年3月8日星期五,七大类：碳钢焊条；低合金钢焊条；不锈钢焊条；堆焊焊条；铸铁焊条及焊丝；铜及铜合金焊条；铝及铝合金焊条；,2） 电焊条的种类及牌号,第 页,24,2019年3月8日星期五,3） 酸性焊条与碱性焊条的特点,根据焊条药皮的性质不同，焊条可以分为酸性焊条和碱性焊条两大类。

7、药皮中含有多量酸性氧化物（TiO2、SiO2 等）的焊条称为酸性焊条。药皮中含有多量碱性氧化物（CaO、Na2O等）的称为碱性焊条。,第 页,25,2019年3月8日星期五,4） 电焊条选用原则,（1）等强原则,焊缝强度=母材强度,根据钢材强度等级选焊条,正确选择：查出材料抗拉强度，再选焊条,（2）酸性焊条与碱性焊条的选用原则,质量要求高，选碱性,质量要求一般，选酸性,第 页,26,2019年3月8日星期五,（2）焊条电弧焊的焊接参数焊条直径；焊接电流；电弧长度；焊接速度等,2.焊条电弧焊工艺,第 页,27,2019年3月8日星期五,二、 埋弧焊,埋弧焊时，采用不切断的盘状焊丝，配用一种颗粒状

8、的焊剂，以代替手弧焊时的焊条。焊接过程中，焊剂不断撒在焊件接缝上及其近旁地区。焊丝末端伸入焊剂内并与焊件之间产生电弧。由于电弧被焊剂层所覆盖，焊工看不到电弧，故称埋弧焊，即电弧在焊剂层下燃烧的电弧焊。埋弧焊时，全部焊接操作包括引弧、焊丝下送和弧长调节、焊丝前移以及焊缝收尾等全部由机械来完成的称自动埋弧焊。若引弧和焊丝送进由机械来完成，而电弧操纵由手工完成的称半自动埋弧焊。,第 页,28,2019年3月8日星期五,1. 埋弧自动焊的焊接过程,埋弧自动焊设备及其工作情况 1车架；2立柱；3横架；4操纵盘；5焊丝盘；6焊接机头；7焊剂漏斗；8焊缝；9渣壳；10焊剂；11焊接电缆；,第 页,29,20

9、19年3月8日星期五,三、 气体保护焊,利用某种气体作为保护介质的焊接方法,第 页,30,2019年3月8日星期五,1. 氩弧焊(argon arc welding),非熔化极氩弧焊（TIG焊),第 页,31,2019年3月8日星期五,熔化极氩弧焊（MIG焊）,第 页,32,2019年3月8日星期五,氩弧焊的特点及适用范围,保护性极佳,原因：氩气是惰性气体，既不与金属起化学反应，又不溶于金属引起气孔,电弧稳定，飞溅小，成形美观,容易实现全位置焊接,原因：电弧在气流压缩下燃烧，热量集中，熔池较小,焊接热影响区较窄，工件焊后变形小,第 页,33,2019年3月8日星期五,氩弧焊的特点及适用范围,氩

10、气价格较高,只能在室内无风处使用,焊件接头表面清理要求较高,原因：氩气只起保护作用，焊接过程中没有冶金反应,适用：易氧化的有色金属（铝、镁及其合金）、稀有金属（钛、钼、镐、钽等及其合金）、高强度合金钢及一些特殊性能钢（不锈钢、耐热钢）,氩弧焊视频,第 页,34,2019年3月8日星期五,2. 二氧化碳气体保护焊(carbon dioxide arc welding),以CO2作为保护气体的电弧焊,AVI,第 页,35,2019年3月8日星期五,四、 等离子弧焊接与切割,一、等离子弧的概念,充分电离了的气体称等离子体。普通焊接电弧的弧柱就是一种等离子体，但其径向不受外界约束，故称自由电弧。等离子

11、弧是由普通电弧经压缩、集中而获得的温度更高（达15000 30000K）能量更集中的热源，因此又称压缩电弧。,第 页,36,2019年3月8日星期五,等离子弧是通过机械压缩效应、热收缩效应和 电磁收缩效应得到的。,第 页,37,2019年3月8日星期五,工件,Ar,H2O,钨极,喷嘴,等离子弧原理图,第 页,38,2019年3月8日星期五,等离子弧分刚性弧和柔性弧两种,柔性弧：产生于采用较大直径喷嘴、小的气体流量时。等离子焰冲力较小，主要用于焊接。,刚性弧：产生于采用小直径喷嘴、大的气体流量时。等离子焰自喷嘴喷出的速度很高，具有很大的冲力。这种等离子弧主要用于切割。,第 页,39,2019年3

12、月8日星期五,按电流大小，等离子弧焊(plasma arc welding)可分为两类：大电流等离子弧焊 用于焊接2.5mm厚以上的金属。微束等离子弧焊 用于焊接薄板及箔材。,与氩弧焊比较，等离子弧焊有以下优点：当焊接10 12mm的金属时可不开坡口、不加填充金属，一次焊透两面成形；焊接速度快，热影响区、焊接应力与变形皆小；可焊接金属箔材； 不足：设备复杂；只能在室内焊接；,第 页,40,2019年3月8日星期五,五、 电渣焊,电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热作为热源进行焊接的方法,第 页,41,2019年3月8日星期五,1. 厚工件可一次焊成；,应用：适用于焊接厚度30mm以上的厚板

13、或大截面结构，在重型机械、船舶、压力容器等制造业中应用。,2. 免开坡口，节省材料，降低成本，提高生产率；,3. 熔池保护严密，冶金反应完全，杂质利于浮出，焊缝金属纯净；,4. 焊速低，冷却慢，焊接应力小，但晶粒粗大， 焊后常需正火处理以细化晶粒；,电渣焊的特点：,第 页,42,2019年3月8日星期五,六、 激光焊接,利用激光器受激产生的激光束，通过聚焦系统可聚焦到十分微小的焦点（光斑）上，当调焦到焊件接缝时，光能转化为热能，使金属熔化形成焊接接头。,激光焊接可分为脉冲激光点焊和连续激光焊接两种。目前脉冲激光点焊已得到广泛应用。脉冲激光点焊主要适于0.5mm以下金属薄板或直径0.6mm以下金

14、属丝的焊接。连续激光焊接需用大功率的二氧化碳气体激光器。,第 页,43,2019年3月8日星期五,激光焊接的特点：（1）能量释放极其迅速，既提高了生产率，且被焊材料不易氧化，因此可在大气中进行焊接。（2）能量密度很高，热量集中，作用时间很短。所以焊接热影响区极小，焊件不变形，特别适用于热敏感材料的焊接。（3）激光束可用反射镜或偏转棱镜将其在任何方向上弯曲或聚焦，可以用光纤引到难以接近的部位。激光还可以通过透明材料壁进行聚焦，因此可以焊接一般焊法难以接近或无法安置的焊点。（4）可焊绝缘材料、异种金属、金属与非金属。应用：微型、精密、排列非常密集的焊件；热敏感材料,第 页,44,2019年3月8日

15、星期五,七、 电阻焊,利用电流通过焊件及接触处所产生的电阻热、将焊件局部加热到塑性状态或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法,电阻焊分：点焊、缝焊、对焊三种,第 页,45,2019年3月8日星期五,1.点焊,(spot welding),焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。,点焊机,动画,第 页,46,2019年3月8日星期五,主要用于薄板冲压件的焊接，板厚一般为0.056mm。点焊焊件接头均采用搭接。,点焊接头型式,点焊广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。,第 页,47,2019年3月8日星期五,2.缝焊,焊件装配成搭

16、接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，断续送电，从而获得一条连续焊缝的电阻焊方法。常用于焊接各类有密封性要求的薄板容器和管道等，如油箱、罐体、连接管等。,(seam welding),缝焊机,动画,第 页,48,2019年3月8日星期五,焊件以对接的形式利用电阻热在整个接触面上被焊接起来的电阻焊,3.对焊,第 页,49,2019年3月8日星期五,(upset butt welding),电阻对焊,特点: 设备和操作简便，接头外形光滑无毛刺，但焊接接头要求较严格，且接头力学性能较差。 应用：适用于焊接断面紧凑，直径小于20mm的强度要求不高的低碳钢棒料和管子，以及直径小于8mm的非铁

17、金属（如纯铝）棒料和管子。,第 页,50,2019年3月8日星期五,闪光对焊,(flash butt welding),特点：接头夹渣少、质量高、力学性能好；待焊端面不需清理；适应性较强。但其接头有毛刺，金属消耗较多，劳动条件差，焊后需清理。 应用：适用于承受较大载荷零件或重要零件的焊接，如钻头、刀具、钢轨和大型管道等。,动画,第 页,51,2019年3月8日星期五,八、 摩擦焊,利用焊件接触端面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热量，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成焊接的一种压焊方法。,动画,第 页,52,2019年3月8日星期五,九、 钎焊,利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，适当加热后

18、，钎料熔化而将处于固态的焊件联接起来的一种焊接方法。,钎焊分: 硬钎焊 钎料熔点在450以上，接头强度较高 软钎焊 钎料熔点在450以下，接头强度较低,钎焊电子元器件,钎焊电冰箱冷凝器,钎焊自行车车架,第 页,53,2019年3月8日星期五,十、 真空电子束焊接,电子束发生器中的阴极加热到一定的温度时逸出大量电子，电子在高压电场中被加速，通过电磁透镜聚焦后，形成能量密集度极高的电子束。当电子束轰击焊接表面时，电子的动能大部分转变为热能，使焊接件的结合处的金属熔融，当焊件移动时，在焊件结合处形成一条连续的焊缝。对于真空电子束焊机，要焊接的工件置于真空室中，一般装夹在可直线移动或旋转的工作台上。焊接过程可通过观察系统观察。,下一节,