金属连接成形Convertor详解.doc

材料加工工程系 刘少平制作 材料热加工基础 材料科学与工程学院 辽宁工程技术大学 第三篇 金属的连接成形 第一章 金属连接成形原理及途径 第二章 连接成形的主要工艺 第三章 常用金属材料的焊接 第三篇 金属的连接成形 目 录 第一章 连接成形原理及途径 一、连接成形的本质 连接成形工艺有： ① 可拆式连接：螺栓连接、摩擦连接 ② 不可拆式连接：焊接、粘接、铆接 其中焊接是现代制造技术中重要的金属连接技术。焊接成形技术的本质在于：利用加热或加压的方法，使分离的物质通过原子间或分子间的结合，彼此接近晶格的距离（0.3～0.5nm）形成金属键并产生原子或分子间的结合力，从而成为一体的工艺方法。 §1 金属连接成形原理 二、连接成形的特点 与切削加工、压力加工、铸造、热处理一起构成了现代金属加工技术。在汽车、船舶、飞机、航天、石油化工、桥梁、建筑、交通、电力电子等部门得到广泛的应用。 与铆接比有如下特点： 1、连接性能好。焊接接头的力学性能、耐高低温、高压性能和导电性、耐腐蚀性、耐磨性、密封性等均可达到与母材性能一致。 例，120万kW核电站锅炉，外径6400mm，壁厚200mm，高13000mm，耐压17.5MPa。使用温度350℃，接缝不能泄漏。应用焊接方法可制造出了满足上述要求的结构。 2、与铆接相比，结构重量轻，节约材料，制造周期短，成本低。简化工艺，能以小拼大，被喻为神奇的“钢铁裁缝”。 3、焊接的不足之处 ①结构无可拆性。 ②焊接时局部加热，焊接接头的组织和性能与母材相比会发生变化；焊接接头产生焊接残余应力、焊接变形和焊接裂纹等缺陷。 ③焊接缺陷的隐避性，如裂纹、气孔、未熔合和未焊透、夹渣等，容易导致焊接结构的早期破坏。如比利时大桥、采油平台、储罐等。 （一）液相焊接 利用热源加热待焊部位，使之发生熔化，凝固结晶后实现原子间结合。熔化焊属于最典型的液相焊接。除了被连接的母材（同质或异质）、还可填加同质或非同质的填充材料。常用的填充材料是焊条或焊丝。 §2 连接成形途径和方法 一、焊接方法的分类 大多数焊接方法都需要借助加热或加压。或同时实施加热和加压，以实现原子结合。 从冶金的角度来看，可将焊接分为三大类： （二）固相焊接 固相焊接属于典型的压力焊方法。因为固相焊接时，必须利用压力使待焊部位的表面在固态下直接紧密接触，并使待焊表面的温度升高（但一般低于母材金属熔点），通过调节温度、压力和时间以保证充分进行扩散而实现原子间结合。在预定的温度（利用电阻热、摩擦热、超声振荡等）紧密接触时，金属内的原子获得足够能量、增大活动能力，可在待焊界面上进行相互扩散，从而形成固相连接接头。 （三）固－液相焊接 固－液相焊接，就是待焊表面并不直接接触，而是通过两者毛细间隙中的中间液相相互联系。于是，在待焊的同质或异质固态母材与中间液相之间存在两个固－液界面，通过固－液相间原子充分扩散，可实现原子间的结合。钎焊即属此类，形成中间液相的填充材料称为钎料。 根据钎料熔点不同可分为： （1）软钎焊 熔点低于450℃的锡基钎料； （2）硬钎焊 熔点高于450℃的铜基钎料。 二、焊接热源的种类及特征 1、电弧热 利用气体介质中放电过程所产生的热能作为焊接热源，是目前焊接热源中应用最为广泛的一种，如手工电弧焊、埋弧自动焊等。 2、化学热 利用可燃气体（氧、乙炔等）或铝、镁热剂燃烧时所产生的热量作为焊接热源，如气焊。这种热源在一些电力供应困难和边远地区仍起重要的作用。 3、电阻热 利用电流通过导体时产生的电阻热作为焊接热源，如电阻焊和电渣焊。采用这种热源所实现的焊接方法，都具有高度的机械化和自动化，有很高的生产率，但耗电量大。 4、高频热源 对于有磁性的被焊金属，利用高频感应所产生的二次电流作为热源，在局部集中加热，实质上也属电阻热。由于这种加热方式热量高度集中，故可以实现很高的焊接速度，如高频焊管等。 5、摩擦热 由机械摩擦而产生的热能作为焊接热源，如摩擦焊。 6、电子束 在真空中，利用高压高速运动的电子猛烈轰击金属局部表面，使这种动能转化为热能作为焊接热源，如电子束焊。