第四章連接成形

1、熔化焊：熔化焊： 焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、電渣焊、等離子弧焊、焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊、電渣焊、等離子弧焊、 電子束焊、激光焊電子束焊、激光焊壓焊：壓焊： 電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、爆炸焊釬焊：釬焊：擴散焊：擴散焊： 一般擴散焊、瞬間液相擴散焊、超塑性成擴散焊一般擴散焊、瞬間液相擴散焊、超塑性成擴散焊其他連接：其他連接： 機械連接、膠接、電場輔助陽極連接機械連接、膠接、電場輔助陽極連接 焊接的實質(zhì)焊接的實質(zhì) 焊接的實質(zhì)是借助加熱或加壓、或同時加熱和焊接的實質(zhì)是借助加熱或加壓、或同時加熱和加壓，以實現(xiàn)原子結(jié)合。加壓，以實現(xiàn)原子結(jié)合。 焊接過程的本質(zhì)就

2、是通過適當?shù)奈锢砑盎瘜W過程，使兩個分離表面焊接過程的本質(zhì)就是通過適當?shù)奈锢砑盎瘜W過程，使兩個分離表面的金屬原子接近到晶格距離（的金屬原子接近到晶格距離（0.30.5nm），形成金屬鍵，從而使兩），形成金屬鍵，從而使兩金屬連為一體，達到焊接的目的。金屬連為一體，達到焊接的目的。 加熱源包括：加熱源包括： 電弧、電子束、光束（激光）、放熱反應（氧電弧、電子束、光束（激光）、放熱反應（氧燃料氣體、鋁熱劑等）以及電阻等。燃料氣體、鋁熱劑等）以及電阻等。 主要介紹主要介紹熔焊、壓力焊熔焊、壓力焊 及釬焊及釬焊 熔焊：熔焊：加熱至熔化狀態(tài)（一般不加壓）以實現(xiàn)焊接的方加熱至熔化狀態(tài)（一般不加壓）以實現(xiàn)焊接的

3、方 法，通稱熔焊。法，通稱熔焊。 如：電弧焊、電渣焊、氣焊、電子束焊等。如：電弧焊、電渣焊、氣焊、電子束焊等。 壓焊：壓焊：凡必須施加壓力（加熱或不加熱）以實現(xiàn)焊接的凡必須施加壓力（加熱或不加熱）以實現(xiàn)焊接的 方法，通稱壓焊。方法，通稱壓焊。 如：電阻焊、摩擦焊、超聲波焊等。如：電阻焊、摩擦焊、超聲波焊等。 也包括擴散焊。也包括擴散焊。 釬焊：釬焊：母材不熔化，僅靠焊料熔化填入間隙與母材作用母材不熔化，僅靠焊料熔化填入間隙與母材作用 實現(xiàn)連接的方法，稱釬焊。實現(xiàn)連接的方法，稱釬焊。 如：軟釬焊、硬釬焊如：軟釬焊、硬釬焊液相焊接：液相焊接： 利用熱源加熱待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而實現(xiàn)原

4、子間利用熱源加熱待焊部位，使之熔化，利用液相的相容而實現(xiàn)原子間結(jié)合。結(jié)合。固相焊接：固相焊接： 利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊表面利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊表面的溫度升高，（但一般低于母材金屬熔點），通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和的溫度升高，（但一般低于母材金屬熔點），通過調(diào)節(jié)溫度、壓力和時間以充分進行擴散而實現(xiàn)原子間結(jié)合。時間以充分進行擴散而實現(xiàn)原子間結(jié)合。固液相焊接：固液相焊接： 待焊表面可不直接接觸，而是通過兩者毛細間隙的中間液相相聯(lián)系。待焊表面可不直接接觸，而是通過兩者毛細間隙的中間液相相聯(lián)系。（1）簡述）簡述 焊件在焊接過程，未施加壓力，僅通

5、過焊件加焊件在焊接過程，未施加壓力，僅通過焊件加熱而熔化來完成連接的方法，稱為熔化焊。熱而熔化來完成連接的方法，稱為熔化焊。 熔化焊焊接接頭的形成，一般都要經(jīng)歷熔化焊焊接接頭的形成，一般都要經(jīng)歷加熱、加熱、熔化、冶金反應、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變?nèi)刍?、冶金反應、凝固結(jié)晶、固態(tài)相變，直至形，直至形成接頭。成接頭。 所以熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉和鑄造。所以熔化焊的本質(zhì)是小熔池熔煉和鑄造。 與小熔池相接的母材發(fā)生快速加熱隨后冷卻出與小熔池相接的母材發(fā)生快速加熱隨后冷卻出現(xiàn)熱影響區(qū)?，F(xiàn)熱影響區(qū)。 焊接性是指同質(zhì)金屬或異質(zhì)金屬在制造工藝條件下，焊接性是指同質(zhì)金屬或異質(zhì)金屬在制造工藝條件下，能夠焊成設(shè)計適當?shù)慕Y(jié)

6、構(gòu)并滿足預期使用要求的能力。能夠焊成設(shè)計適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)并滿足預期使用要求的能力。 實際上焊接性包括兩方面：實際上焊接性包括兩方面： 1、是否容易形成優(yōu)良的焊接接頭，即接合性能。、是否容易形成優(yōu)良的焊接接頭，即接合性能。 2、形成的焊接接頭使用性能的好壞，即使用性能。、形成的焊接接頭使用性能的好壞，即使用性能。 接合性能：接合性能：在指定的焊接工藝條件下對形成焊接在指定的焊接工藝條件下對形成焊接缺陷的敏感性。缺陷的敏感性。 能否形成一個優(yōu)良的焊接接頭，首先取決于組成這個焊接接頭的能否形成一個優(yōu)良的焊接接頭，首先取決于組成這個焊接接頭的兩種或兩種以上金屬材料之間的結(jié)合性能。兩種或兩種以上金屬材料之間的

7、結(jié)合性能。 工藝焊接性工藝焊接性 或接合致密性或接合致密性 使用性能：使用性能：在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊在規(guī)定的焊接工藝條件下所形成的焊接接頭適應使用要求的程度。接接頭適應使用要求的程度。 焊接接頭的使用性能。是否與母材的性能一致。焊接接頭的使用性能。是否與母材的性能一致。 使用焊接性使用焊接性 或使用可靠性或使用可靠性 焊條：焊條： 通用焊條、專用焊條通用焊條、專用焊條 焊劑：焊劑： 熔煉焊劑、非熔煉焊劑熔煉焊劑、非熔煉焊劑 焊絲：焊絲： 實芯焊絲、藥芯焊絲實芯焊絲、藥芯焊絲 保護氣：惰性氣體、活性氣體保護氣：惰性氣體、活性氣體 焊條是由焊芯和藥皮構(gòu)成，也稱藥皮焊條。焊條是由焊芯和藥

8、皮構(gòu)成，也稱藥皮焊條。 除高合金鋼焊條其焊芯成分與鋼的成分相近外，碳鋼和除高合金鋼焊條其焊芯成分與鋼的成分相近外，碳鋼和低合金鋼的焊芯均采用標準低碳焊條鋼，低合金鋼的焊芯均采用標準低碳焊條鋼，H08A或或H08E.H08A C0.10、Mn0.300.55、Si0.10、S、P都小于都小于0.03而而H08E的的S、P限制更嚴，都小于限制更嚴，都小于0.02焊條鋼的三個特點：焊條鋼的三個特點： 雜質(zhì)限量嚴格、含碳低于雜質(zhì)限量嚴格、含碳低于0.10、基本不含、基本不含Si的沸騰鋼。的沸騰鋼。 由于焊芯不含必要的合金元素，熔敷金屬所需合金均需由于焊芯不含必要的合金元素，熔敷金屬所需合金均需通過藥皮

9、添加。即通過藥皮添加。即 不同強度級別或不同性能要求的焊條，不同強度級別或不同性能要求的焊條，其藥皮所含合金成分必然不同。其藥皮所含合金成分必然不同。 藥皮為多種物質(zhì)混合物，主要有四類：藥皮為多種物質(zhì)混合物，主要有四類： 1、 礦石礦石 鈦鐵礦、大理石、長石等鈦鐵礦、大理石、長石等 2、金屬或合金、金屬或合金 錳鐵、硅鐵、鋁粉等錳鐵、硅鐵、鋁粉等 3、化工制品、化工制品 鈦白粉、水玻璃等鈦白粉、水玻璃等 4、有機物、有機物 淀粉、木粉等淀粉、木粉等 焊絲中常加焊絲中常加Mn、Si、Mo，含碳小于，含碳小于0.10 用用CO2氣體保護焊時氣體保護焊時CO2具有強氧化作用，焊具有強氧化作用，焊絲中

10、必須含有足夠量的脫氧合金元素。絲中必須含有足夠量的脫氧合金元素。 H08Mn2SiA用于焊接低碳鋼及用于焊接低碳鋼及16Mn鋼，鋼，H08Mn2SiMoA可用于焊接可用于焊接t600MPa低合金高低合金高強鋼。強鋼。熱裂：嚴格控制熱裂：嚴格控制S、P 填滿弧坑填滿弧坑 減慢焊接速度（減小最后結(jié)晶區(qū)應力）減慢焊接速度（減小最后結(jié)晶區(qū)應力） 改善焊縫形狀（避免熔深過大的梨形焊縫）改善焊縫形狀（避免熔深過大的梨形焊縫）冷裂：主要是氫致脆性（延遲裂紋）冷裂：主要是氫致脆性（延遲裂紋）氣孔：清除焊件銹、油氣孔：清除焊件銹、油 烘干焊條烘干焊條 提高高溫熔池保持時間，讓氣體排除。提高高溫熔池保持時間，讓氣

11、體排除。 降低焊接電流，避免氣劑過早分解。降低焊接電流，避免氣劑過早分解。 采用短弧焊采用短弧焊 夾渣：夾渣：一、電阻焊一、電阻焊 擴散焊是一種精密連接方法，它是把兩個或兩擴散焊是一種精密連接方法，它是把兩個或兩個以上的固相材料（包括中間層材料）壓緊在一個以上的固相材料（包括中間層材料）壓緊在一起，置于真空或保護氣氛中加熱至母材熔點以下起，置于真空或保護氣氛中加熱至母材熔點以下溫度，對其施加壓力使連接界面微觀凸凹不平處溫度，對其施加壓力使連接界面微觀凸凹不平處產(chǎn)生微觀塑性變形達到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原產(chǎn)生微觀塑性變形達到緊密接觸，再經(jīng)保溫、原子相互擴散而形成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方子相互擴散

12、而形成牢固的冶金結(jié)合的一種連接方法。法。 擴散焊是異種金屬材料、耐熱合金、陶瓷、金擴散焊是異種金屬材料、耐熱合金、陶瓷、金屬間化合物、復合材料等連接的主要方法之一。屬間化合物、復合材料等連接的主要方法之一。 釬焊是將兩焊件加熱而不熔化，僅由熔釬焊是將兩焊件加熱而不熔化，僅由熔化的焊材（釬料）填入其間隙中，并使液化的焊材（釬料）填入其間隙中，并使液態(tài)的釬料與固態(tài)母材相互作用，再凝固成態(tài)的釬料與固態(tài)母材相互作用，再凝固成連接接頭的過程。連接接頭的過程。工程中通常將釬焊分成兩類：工程中通常將釬焊分成兩類： 即硬釬焊和軟釬焊即硬釬焊和軟釬焊液相線溫度在液相線溫度在450450以上的釬料用于釬焊時為硬釬

13、焊，以上的釬料用于釬焊時為硬釬焊，液相線溫度在液相線溫度在450450以下的釬料用于釬焊時為軟釬焊。以下的釬料用于釬焊時為軟釬焊。一般液體釬料與母材間若有一定的互溶度，其潤濕性較好。一般液體釬料與母材間若有一定的互溶度，其潤濕性較好。溫度升高液體表面張力減小，有助于提高釬料的潤濕性。溫度升高液體表面張力減小，有助于提高釬料的潤濕性。金屬表面有氧化膜時，液態(tài)釬料往往凝聚成球狀不與金屬金屬表面有氧化膜時，液態(tài)釬料往往凝聚成球狀不與金屬發(fā)生潤濕。發(fā)生潤濕。母材表面粗糙有利于釬料的潤濕。母材表面粗糙有利于釬料的潤濕。能使液態(tài)釬料表面張力減小的物質(zhì)為表面活性物質(zhì)，有利能使液態(tài)釬料表面張力減小的物質(zhì)為表面

14、活性物質(zhì)，有利于釬料的潤濕。于釬料的潤濕。釬焊時環(huán)境的氣氛若使金屬表面易氧化，阻礙釬料的潤濕。釬焊時環(huán)境的氣氛若使金屬表面易氧化，阻礙釬料的潤濕。錫基釬料：主要是在錫基釬料：主要是在Sn中加中加Pb，錫釬料有低溫脆，錫釬料有低溫脆 性，工作溫度低于性，工作溫度低于100 Sn的熔點的熔點232，Pb的熔點的熔點327， Pb-61.9 Sn為共晶合金（熔點為共晶合金（熔點183）鉛基釬料：鉛基釬料： Pb中加中加Sn和和Ag，工作溫度低于，工作溫度低于150， 用于釬焊銅和銅合金。用于釬焊銅和銅合金。鋅基釬料：鋅基釬料： Zn中加中加Al、Cu及及Ag或或Bi， 用于釬焊鋁和鋁合金。用于釬焊鋁

15、和鋁合金。 銅基硬釬料：包括純銅、銅鋅、銅磷系。銅基硬釬料：包括純銅、銅鋅、銅磷系。銀基硬釬料：潤濕性好，廣泛用于釬焊低碳銀基硬釬料：潤濕性好，廣泛用于釬焊低碳 鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合鋼、結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼、高溫合 金、銅及銅合金。金、銅及銅合金。鋁基硬釬料：用來釬焊鋁及鋁合金，主要包括鋁基硬釬料：用來釬焊鋁及鋁合金，主要包括Al-Si、 Al-Cu-Si、 Al-Cu-Si-Zn系合金。系合金。1991年,英國焊接研究所（The Welding Institute-TWI） 發(fā)明了攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding-FSW） 攪拌摩擦焊接是高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入工件后沿著焊

16、接方向運攪拌摩擦焊接是高速旋轉(zhuǎn)的攪拌頭扎入工件后沿著焊接方向運動，在攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生摩擦熱，使周圍金屬形成塑性軟動，在攪拌頭與工件的接觸部位產(chǎn)生摩擦熱，使周圍金屬形成塑性軟化層，軟化層金屬在攪拌摩擦頭旋轉(zhuǎn)的作用下填充攪拌針后方形成的化層，軟化層金屬在攪拌摩擦頭旋轉(zhuǎn)的作用下填充攪拌針后方形成的空腔，并在攪拌頭軸間與攪拌針的攪拌和擠壓作用下實現(xiàn)材料連接的空腔，并在攪拌頭軸間與攪拌針的攪拌和擠壓作用下實現(xiàn)材料連接的固相焊接方法。固相焊接方法。攪拌頭攪拌頭攪拌摩擦焊的施焊工具；攪拌摩擦焊的施焊工具； 攪拌頭軸肩攪拌頭軸肩攪拌頭與工件表面接攪拌頭與工件表面接 觸的肩臺部分；觸的肩臺部分； 攪拌

17、針攪拌針攪拌頭插入工件的部分；攪拌頭插入工件的部分； 前進側(cè)前進側(cè)焊接方向與攪拌頭軸肩旋焊接方向與攪拌頭軸肩旋 轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面；轉(zhuǎn)方向一致的焊縫側(cè)面； 回轉(zhuǎn)側(cè)回轉(zhuǎn)側(cè)焊接方向與攪拌頭軸肩旋焊接方向與攪拌頭軸肩旋 轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；轉(zhuǎn)方向相反的焊縫側(cè)面；軸向壓力軸向壓力-向攪拌頭施加的使攪拌針向攪拌頭施加的使攪拌針 插入工件和保持攪拌頭軸插入工件和保持攪拌頭軸 肩與工件表面接觸的壓力。肩與工件表面接觸的壓力。攪拌摩擦焊是在材料的塑性狀態(tài)下實現(xiàn)的，產(chǎn)品焊縫金相一致性高，攪拌摩擦焊是在材料的塑性狀態(tài)下實現(xiàn)的，產(chǎn)品焊縫金相一致性高，焊縫焊縫無熱裂紋、無夾雜、無氣孔無熱裂紋、無夾雜、無氣孔等熔焊

18、缺陷。等熔焊缺陷。 攪拌摩擦焊利用攪拌摩擦焊利用自動化的機械設(shè)備進行焊接自動化的機械設(shè)備進行焊接，避免了對操作工人技術(shù)，避免了對操作工人技術(shù)熟練程度的依賴。實現(xiàn)了全位置焊接自動化。熟練程度的依賴。實現(xiàn)了全位置焊接自動化。 攪拌摩擦焊焊前攪拌摩擦焊焊前無需對鋁合金氧化層做特殊處理無需對鋁合金氧化層做特殊處理，不需開坡口，焊接不需開坡口，焊接過程中不需要填充材料和保護氣過程中不需要填充材料和保護氣，簡化了焊接工序。，簡化了焊接工序。 攪拌摩擦焊焊接過程攪拌摩擦焊焊接過程不會產(chǎn)生煙塵、飛濺、紫外線及電磁輻射不會產(chǎn)生煙塵、飛濺、紫外線及電磁輻射，實現(xiàn)，實現(xiàn)了焊接過程的環(huán)保化。了焊接過程的環(huán)?；?。 攪拌

19、摩擦焊的焊縫攪拌摩擦焊的焊縫殘余應力低殘余應力低，基本，基本無變形無變形，焊縫屬性接近母材，機，焊縫屬性接近母材，機械性能優(yōu)異。提高了焊縫可靠性。械性能優(yōu)異。提高了焊縫可靠性。 在在船舶制造領(lǐng)域船舶制造領(lǐng)域，在，在1996年攪拌摩擦焊就在挪威年攪拌摩擦焊就在挪威MARINE公司成功地應公司成功地應用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。用在鋁合金快速艦船的甲板、側(cè)板等結(jié)構(gòu)件的流水線制造。在在軌道車輛制造領(lǐng)域軌道車輛制造領(lǐng)域，日本，日本HITACHI公司首先于公司首先于1997年將攪拌摩擦焊技年將攪拌摩擦焊技術(shù)應用于列車車體的快速低成本制造，成功實現(xiàn)了大壁板鋁合金型材術(shù)應用于列車車體

20、的快速低成本制造，成功實現(xiàn)了大壁板鋁合金型材的工業(yè)化制造。的工業(yè)化制造。在在世界宇航制造領(lǐng)域世界宇航制造領(lǐng)域，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實現(xiàn)了大型空間運載工具如，攪拌摩擦焊已經(jīng)成功代替熔焊實現(xiàn)了大型空間運載工具如運載火箭和航天飛機等的大型高強鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的運載火箭和航天飛機等的大型高強鋁合金燃料貯箱的制造，波音公司的DELTA II型和型和IV型火箭已經(jīng)全部實現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于型火箭已經(jīng)全部實現(xiàn)了攪拌摩擦焊制造，并于1999年首次成年首次成功發(fā)射升空。功發(fā)射升空。2000年年世界汽車工業(yè)世界汽車工業(yè)，如美國，如美國TOWER汽車公司等就利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)了汽車汽車公司等就利用攪拌摩擦焊實現(xiàn)了汽車懸掛支架、輕合金車輪、防撞緩沖器、發(fā)動機安裝支架以及鋁合金車身的焊懸掛支架、輕合金車輪、防撞緩沖器、發(fā)動機安裝支架以及鋁合金車身的焊接。接。2002年年8月，美國月蝕航空公司利用月，美國月蝕航空公司利用FSW技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛技術(shù)研制出了全攪拌摩擦焊輕型商用飛機，并且首次試飛成功。機