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第4章连接成形工艺制造工艺基础本章提纲4.1 焊接成形理论基础4.2 熔化焊4.3 压力焊4.4 钎焊4.5 焊接结构工艺性4.6 胶接工艺4.7 先进连接技术3常见的连接成形方法在现代化工业生产中，通过连接实现成形的工艺方法多在现代化工业生产中，通过连接实现成形的工艺方法多种多样，常见的连接成形工艺主要种多样，常见的连接成形工艺主要有有熔焊、压焊以及钎焊熔焊、压焊以及钎焊。4.1.1 焊接电弧4.1 焊接成形理论基础（一）焊接电弧的物理基础（一）焊接电弧的物理基础电弧既是一种气体导电现象，又是一种自持续放电现象。电弧中的带电粒子主要是依靠电弧中的气体介质的电离和电极的电子发射两个物理过程而产生的。1.电离和激发电离和激发2.电子发射电子发射在一定条件下，中性气体分子或原子分离为正离子和电子的现象称为电离。电子发射有以下四种形式：（1）热发射（2）电场发射（3）光发射（4）粒子碰撞发射4.1 焊接成形理论基础（二）焊接电弧的产生过程（二）焊接电弧的产生过程电弧焊时，首先需要在电极与焊件之间提供一个导电通道，才能引燃电弧。引燃电弧通常有两种方式，即接触式引弧和非接触式引弧。两种引弧方式具有不同的引弧过程。1.接触式引弧接触式引弧2.非接触式引弧非接触式引弧高频和脉冲引弧a）引弧器接入方式 b）高频高压引弧电压波形 c）高压脉冲引弧电压波形Uyh-引弧电压 t-时间1）短路阶段2）分离阶段3）燃烧阶段焊丝与焊件短路时的接触状态4.1 焊接成形理论基础阴极区阴极区（CathodeCathode）：阴极前面存：阴极前面存在由阳离子构成的正空间电荷区域在由阳离子构成的正空间电荷区域，产生的压降称作阴极压降产生的压降称作阴极压降（CathodeCathode VoltageVoltage DropDrop）阳极区阳极区（AnodeAnode）：阳极前面存在：阳极前面存在由电子构成的负空间电荷区域由电子构成的负空间电荷区域，产产生的压降称作阳极压降生的压降称作阳极压降（AnodeAnodeVoltageVoltage DropDrop）弧柱区弧柱区（ArcArc column/arccolumn/arc plasmaplasma），以很平缓的形式呈现线形电压以很平缓的形式呈现线形电压降降，称作弧柱区压降称作弧柱区压降（PositivePositiveColumnColumn VoltageVoltage DropDrop）acpaUUUU电弧构造与电弧电压分布4.1.2 焊接接头组织与性能4.1 焊接成形理论基础（一）焊缝金属的组织和性能（一）焊缝金属的组织和性能（二）熔合区和热影响区的组织和性能（二）熔合区和热影响区的组织和性能焊缝焊缝金属是由母材和金属是由母材和焊条熔化焊条熔化形形成的熔池冷却结晶而成的成的熔池冷却结晶而成的。结晶。结晶时时，以以熔池和母材金属的交界处的半熔化熔池和母材金属的交界处的半熔化金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面金属晶粒为晶核，沿着垂直于散热面方向反向生长为柱状晶，最后这些柱方向反向生长为柱状晶，最后这些柱状晶在焊缝中心相接触而停止生长。状晶在焊缝中心相接触而停止生长。1）熔合区）熔合区2）过热区）过热区 3）正火区）正火区4）不完全重结晶区不完全重结晶区 5）再结晶区再结晶区低碳钢焊接接头温度分布与组织变化1-熔合区 2-过热区 3-正火区 4-不完全重结晶区 5-再结晶区4.1.2 焊接接头组织与性能4.1 焊接成形理论基础（一（一）影响接头性能的因素及改善措施影响接头性能的因素及改善措施影响焊接接头性能的主要因素示意图影响焊接接头性能的主要因素示意图1）合理选择焊接方法、接）合理选择焊接方法、接头形式与焊接规范，控制合头形式与焊接规范，控制合适的焊后冷却适的焊后冷却速度速度2）进行焊后）进行焊后热处理热处理,改善改善热热影响区组织和影响区组织和性能性能3）采用多层焊）采用多层焊，使，使前层的前层的组织和性能得到改善组织和性能得到改善。4）尽量选择低碳且硫、磷）尽量选择低碳且硫、磷含量低的钢材作为焊接结构含量低的钢材作为焊接结构材料材料4.1.3 焊接应力与变形4.1 焊接成形理论基础（一）焊接应力与变形的形成机理及影响因素（一）焊接应力与变形的形成机理及影响因素焊接变形 焊接过程瞬态热变形 焊后残余变形面内变形面外变形面内位移（热膨胀，冷却收缩）面外位移（热应力导致失稳位移）相变组织变形焊缝纵向收缩焊缝横向收缩回转变形角变形弯曲变形扭曲变形失稳波浪变形1.1.高温下金属性能显著改变高温下金属性能显著改变2.2.焊接的温度场的空间分布不均匀焊接的温度场的空间分布不均匀4.1.3 焊接应力与变形4.1 焊接成形理论基础（二二）预防和减小焊接应力和变形的工艺措施）预防和减小焊接应力和变形的工艺措施1.焊前预热焊前预热2.选择合理的焊接顺序选择合理的焊接顺序3.加热减应区加热减应区4.反变形法反变形法5.刚性固定法刚性固定法刚性固定法大型容器底板的拼焊顺序分散对称的焊接顺序长焊缝的分段焊a）自由反变形b）预制反变形反变形法4.1.4 焊接缺陷及检测4.1 焊接成形理论基础检验方法与内容检验方法与内容1.破坏性检测方法：破坏性检测方法：（1）金相分析（2）化学成分分析（3）力学性能试验2.非非破坏性检验方法：破坏性检验方法：（1）目视检验（2）致密性检验（3）磁粉检验（4）渗透探伤（5）超声波探伤（6）射线探伤4.1.5 4.1.5 材料的焊接性材料的焊接性4.1 焊接成形理论基础（一）焊接性的概念（一）焊接性的概念焊接焊接是指通过适当的物理化学过程使两个分离是指通过适当的物理化学过程使两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一的固态物体产生原子（分子）间结合力而连接成一体的连接成形方法体的连接成形方法。微观微观上讲可以这样定义焊接：两种或两种以上上讲可以这样定义焊接：两种或两种以上的材料的材料(同种或异种同种或异种)，通过加热或加压，通过加热或加压(或并用或并用)，使接头处产生原子或分子间的结合和扩散，从而造使接头处产生原子或分子间的结合和扩散，从而造成永久性联接的工艺过程。成永久性联接的工艺过程。（二）影响焊接性的因素（二）影响焊接性的因素1.1.材料因素材料因素2.2.设计因素设计因素3.3.工艺因素工艺因素4.4.服役环境服役环境4.2.1 焊条电弧焊4.2 熔化焊熔化焊是利用热源将工件及填充金属局部加热熔化，形成熔池，然后随着热源的向前移动，熔池金属冷却结晶，形成焊缝。常用的熔化焊方法有气焊、电弧焊（焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊）、等离子弧焊、激光焊等。（一）焊条电弧焊特点（一）焊条电弧焊特点焊条电弧焊示意图焊条电弧焊所用焊接设备简单，应用灵活方便，可以进行各种位置及各种不规则焊缝的焊接；焊条产品系列完整，可以焊接大多数常用金属材料。但焊条载流能力有限（20500A），焊接厚度一般为320mm，生产率较低。4.2 熔化焊（二）焊条（二）焊条1.1.焊条的组成与作用焊条的组成与作用（1）焊芯 其作用一是作为电极，导电产生电弧，形成焊接热源；二是熔化后作为填充金属成为焊缝的一部分，导电产生电弧，形成焊接热源。（2）药皮）药皮 其在焊接过程中的主要作用是保证电弧稳定其在焊接过程中的主要作用是保证电弧稳定燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金燃烧；造气、造渣以隔绝空气，保护熔化金属；对熔化金属进行脱氧、去硫、渗入合金元素等。属进行脱氧、去硫、渗入合金元素等。2.焊条的种类焊条的种类焊条按熔渣性质的不同分为酸性焊条和碱性焊条两大类。焊条按熔渣性质的不同分为酸性焊条和碱性焊条两大类。1）酸性酸性焊条形成的熔渣以酸性氧化物居多，氧化性强，合焊条形成的熔渣以酸性氧化物居多，氧化性强，合金元素烧损大金元素烧损大，塑性，塑性和韧性不高，抗裂性差。和韧性不高，抗裂性差。2）碱性碱性焊条又称低氢焊条，形成的熔渣以碱性氧化物焊条又称低氢焊条，形成的熔渣以碱性氧化物居居多渗多渗合金作用强，使焊缝力学性能得到合金作用强，使焊缝力学性能得到提高提高。4.2.2埋弧自动焊4.2 熔化焊（一）埋弧焊的工作原理（一）埋弧焊的工作原理埋弧自动焊的工作原理埋埋弧焊的工作原理如弧焊的工作原理如图所图所示，焊接电源的两极分别接至示，焊接电源的两极分别接至导电嘴和焊导电嘴和焊件件。焊剂焊剂由焊剂漏斗经软管均匀由焊剂漏斗经软管均匀地堆敷到焊件的待焊地堆敷到焊件的待焊处电弧处电弧在焊在焊剂下面的焊丝与母材之间燃烧。剂下面的焊丝与母材之间燃烧。电弧电弧力将液态金属推向后方力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。母母材局部熔化形成材局部熔化形成熔池熔池,焊丝焊丝熔化形成熔滴，并以渣壁过渡的熔化形成熔滴，并以渣壁过渡的形式向熔池中形式向熔池中过渡过渡。4.2.2埋弧自动焊4.2 熔化焊（二）埋弧自动焊的特点（二）埋弧自动焊的特点埋弧焊机1-导轨 2-焊接小车 3-立柱 4-操纵盘 5-焊丝盘 6-横梁 7-焊剂漏斗8-焊接机头 9-焊剂10-渣壳 11-焊缝 12-焊接电缆13-焊接电源14-控制箱1.埋弧自动焊的主要优点埋弧自动焊的主要优点（1）生产率高）生产率高（2）节省金属材料和电能）节省金属材料和电能（3）焊接质量好）焊接质量好（4）劳动条件好）劳动条件好2.埋弧自动焊有以下缺点：埋弧自动焊有以下缺点：（1）焊接适用的位置受到限制）焊接适用的位置受到限制（2）焊接厚度受到限制）焊接厚度受到限制（3）对焊件坡口加工与装配要求较严）对焊件坡口加工与装配要求较严（三）埋弧自动焊的应用（三）埋弧自动焊的应用埋埋弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、熔深大、机械化程度高等特点弧焊具有生产效率高、焊缝质量好、熔深大、机械化程度高等特点，广泛应用于锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金，广泛应用于锅炉、压力容器、船舶、桥梁、起重机械、工程机械、冶金机械以及海洋结构、核电设备等制造的主要焊接机械以及海洋结构、核电设备等制造的主要焊接手段手段。4.2.3非熔化极气体保护电弧焊4.2 熔化焊（一）（一）TIG(GTAW)TIG(GTAW)的工作原理的工作原理TIG焊原理焊原理钨钨极被夹持在电机夹上，从极被夹持在电机夹上，从TIG焊焊焊枪的喷嘴中伸出一定长度焊枪的喷嘴中伸出一定长度。在在伸出的钨极端部与焊件之间产生伸出的钨极端部与焊件之间产生电弧，对焊件进行加热电弧，对焊件进行加热。惰性气体惰性气体进入枪体，从钨极的周围进入枪体，从钨极的周围通过喷嘴喷向焊接区，以保护钨级、电通过喷嘴喷向焊接区，以保护钨级、电弧及熔池，使其免受大气的侵害弧及熔池，使其免受大气的侵害。4.2.3非熔化极气体保护电弧焊4.2 熔化焊（二）（二）TIGTIG焊的特点焊的特点1.TIG焊的优点焊的优点（1）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。）能够实现高品质焊接，得到优良的焊缝。（2）钨）钨电极是不熔化电极是不熔化的，焊缝的，焊缝很美观、平滑、均匀。很美观、平滑、均匀。（3）特别）特别适合于薄板焊接适合于薄板焊接。（4）在薄板焊接时无需填充焊丝。）在薄板焊接时无需填充焊丝。（5）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一。）钨极氩弧焊时的电弧是各种电弧焊方法中稳定性最好的电弧之一。（6）可以焊接各种金属材料，如：钢、铝、钛、镁等。）可以焊接各种金属材料，如：钢、铝、钛、镁等。（7）TIG焊可靠性高焊可靠性高，可以，可以焊接重要焊接重要构件构件2.TIG焊的缺点焊的缺点（1）焊接效率低于其他）焊接效率低于其他方法方法（2）易易产生气孔，影响焊缝的产生气孔，影响焊缝的质量质量（3）钨微粒进入钨微粒进入熔池会造成夹熔池会造成夹钨钨（4）生产成本生产成本较高较高4.2.4熔化极气体保护电弧焊4.2 熔化焊熔化极气体保护电弧焊分类熔化极气体保护电弧焊分类熔化熔化及气体保护电弧焊（及气体保护电弧焊（GMAW）是采用连续等速送进）是采用连续等速送进可熔化的焊丝与被焊工件之间的可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为热源来熔化焊丝和母材电弧作为热源来熔化焊丝和母材金属，形成熔池和焊缝的焊接金属，形成熔池和焊缝的焊接方方法法。为了得到良好的焊缝应利为了得到良好的焊缝应利用外加气体作为电弧介质并保护用外加气体作为电弧介质并保护熔滴、熔池金属及焊接区高温金熔滴、熔池金属及焊接区高温金属免受空气的有害作用。属免受空气的有害作用。4.2.4熔化极气体保护电弧焊4.2 熔化焊（一）熔化极氩弧焊（一）熔化极氩弧焊（MIG、MAG）1.工作原理工作原理1-焊件 2-电弧 3-焊丝 4-焊丝盘5-送丝滚轮 6-导电嘴 7-保护罩焊接时，氩气或富氩混合气体从焊枪喷嘴中喷出，保护焊接电弧和焊接区；焊丝由送丝机构向待焊区送进；焊接电弧在焊丝与焊件之间燃烧，焊丝被电弧加热熔化形成熔滴过渡到熔池中。冷却时，由焊丝和母材金属共同组成熔池凝固结晶，形成焊缝。2.熔化极氩弧焊特点熔化极氩弧焊特点1）MIG焊的保护气体是没有氧化性的纯惰性气体,能避免氧化，焊接中不产生熔渣。2）MAG焊的保护气体虽然具有氧化性，但相对较弱。4.2.4熔化极气体保护电弧焊4.2 熔化焊（二）（二）CO2气体保护电弧焊气体保护电弧焊1-焊接电源 2-送丝滚轮 3-焊丝 4-导电嘴5-喷嘴 6-CO2气体 7-电弧 8-熔池 9-焊缝10-焊件 11-预热干燥器 12-CO2气瓶CO2气体气体保护电弧焊的工作原理保护电弧焊的工作原理焊接焊接时，在焊丝与焊件之间时，在焊丝与焊件之间产生电弧；焊丝自动送进，被电产生电弧；焊丝自动送进，被电弧熔化形成熔滴并进入熔池；弧熔化形成熔滴并进入熔池；CO2气体经喷嘴喷出，包围电弧气体经喷嘴喷出，包围电弧和熔池，起着隔离空气和保护焊和熔池，起着隔离空气和保护焊接金属的作用。同时，接金属的作用。同时，CO2气还气还参与冶金反应，在高温下的氧化参与冶金反应，在高温下的氧化性有助于减少焊缝中的氢。当然性有助于减少焊缝中的氢。当然，其高温下的氧化性也有不利之，其高温下的氧化性也有不利之处。处。4.2.5等离子弧焊4.2 熔化焊（一）等离子弧焊类型及原理（一）等离子弧焊类型及原理穿透型等离子弧焊接示意图微束等离子弧焊接工作原理图1.穿透型等离子弧焊接穿透型等离子弧焊接穿透穿透型等离子弧型等离子弧焊接时焊接时，等离子弧把焊件，等离子弧把焊件的整个厚度完全穿透，在熔池中形成上下贯穿的整个厚度完全穿透，在熔池中形成上下贯穿的小孔，并从焊件背面喷出部分电弧（亦称尾的小孔，并从焊件背面喷出部分电弧（亦称尾焰）。随着等离子弧沿焊接方向的移动，熔化焰）。随着等离子弧沿焊接方向的移动，熔化金属依靠其表面张力的承托，沿着小孔两侧的金属依靠其表面张力的承托，沿着小孔两侧的固体壁面向后方流动，熔池后方的金属不断封固体壁面向后方流动，熔池后方的金属不断封填小孔，并冷却凝固形成焊缝。填小孔，并冷却凝固形成焊缝。2.熔透型等离子弧焊接熔透型等离子弧焊接（1）熔透型等离子弧焊接。）熔透型等离子弧焊接。（2）微束等离子弧焊接。）微束等离子弧焊接。普通熔透型等离子弧焊接工作原理图4.2.5等离子弧焊4.2 熔化焊（二）等离子弧焊接的特点（二）等离子弧焊接的特点1.与钨级氩弧焊相比，等离子弧焊接有以下优点与钨级氩弧焊相比，等离子弧焊接有以下优点（1）电弧能量集中，因此焊缝深宽比大，截面积小；焊接速度快；焊板焊接变形小，焊厚板时热影响区窄。（2）电弧挺度好，以焊接电流10A为例，等离子弧喷嘴高度达6.4mm，弧柱仍较挺直。（3）电弧的稳定性好，微束等离子弧焊接的电流小至0.1A时仍能稳定燃烧。（4）由于钨级内缩在喷嘴之内，没有焊缝夹钨问题。2.等离子弧焊的等离子弧焊的缺点缺点（1）由于需要两股气流，因而使全过程的控制和焊枪的构造复杂化。（2）由于电弧的直径小，要求焊枪喷嘴轴线更准确地对准焊缝。4.2.6 激光焊4.2 熔化焊（一）激光焊接的原理（一）激光焊接的原理壁聚焦效应激光焊接激光焊接实质上是激光与非透明物质相互作用的过程，实质上是激光与非透明物质相互作用的过程，这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则是表这个过程极其复杂，微观上是一个量子过程，宏观上则是表现为反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。现为反射、吸收、加热、熔化、气化等现象。1.光的反射及吸收光的反射及吸收2.材料的加热材料的加热3.材料的熔化及气化材料的熔化及气化4.激光作用终止，熔化金属凝固激光作用终止，熔化金属凝固4.2.6 激光焊4.2 熔化焊（二）激光焊接的分类及特点（二）激光焊接的分类及特点1.激光焊接的类型激光焊接的类型小孔内液体金属的流动1-焊接方向 2-激光束激光深熔焊示意图根据根据激光对材料的加热机制和实际作用激光对材料的加热机制和实际作用在焊件上的功率密度，激光焊接可分为在焊件上的功率密度，激光焊接可分为热传热传导激光焊导激光焊（功率密度小于（功率密度小于105/cm2）和）和深熔深熔激光焊激光焊（功率密度大于等于（功率密度大于等于105W/cm2）热传导热传导激光焊接时激光焊接时，焊，焊件吸收的光能转件吸收的光能转变为热能后通过热传导将焊件变为热能后通过热传导将焊件熔化，熔化，熔池形熔池形状近似为半球形。状近似为半球形。深深熔激光焊接时，金属表面在激光束作熔激光焊接时，金属表面在激光束作用下温度迅速上升到沸点，金属迅速蒸发形用下温度迅速上升到沸点，金属迅速蒸发形成的蒸气压力、反冲力等能克服熔融金属的成的蒸气压力、反冲力等能克服熔融金属的表面张力以及液体的静压力等而形成小孔，表面张力以及液体的静压力等而形成小孔，激光束可直接深入材料内部，能形成深宽比激光束可直接深入材料内部，能形成深宽比大的大的焊缝焊缝。4.2.6 激光焊4.2 熔化焊（二）激光焊接的分类及特点（二）激光焊接的分类及特点2.激光焊接的主要特点：激光焊接的主要特点：（1）热量输入很小，焊缝深宽比大）热量输入很小，焊缝深宽比大，故，故可进行精密零件、可进行精密零件、热敏感性材料的加工。热敏感性材料的加工。（2）焊缝强度高，焊接速度快，焊缝窄且通常表面状态好，）焊缝强度高，焊接速度快，焊缝窄且通常表面状态好，免去了焊后清理等工作。免去了焊后清理等工作。（3）光束易于控制，焊接定位精确，易于实现自动化。）光束易于控制，焊接定位精确，易于实现自动化。（4）焊接一致性和稳定性好，一般不加填充金属和焊剂，并）焊接一致性和稳定性好，一般不加填充金属和焊剂，并能实现部分异种材料的焊接能实现部分异种材料的焊接。（5）可对绝缘导体直接焊接）可对绝缘导体直接焊接。（6）可焊接难以接近的部位）可焊接难以接近的部位。4.3.1 4.3.1 电阻焊电阻焊4.3.压力焊（一）电阻焊的分类及特点（一）电阻焊的分类及特点电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊方法主要有4种，即点焊、缝焊、凸焊、对焊。主要电阻焊方法主要电阻焊方法1.1.电阻焊电阻焊的的原理及原理及分类分类2.2.电阻焊的特点电阻焊的特点（1）熔核形成时，熔化金属与空气隔绝，冶金过程简单（2）加热时间短、热量集中，故热影响区小，变形与应力小.（3）不需要焊丝、焊条等填充金属（4）操作简单，易于实现机械化和自动化，,生产效率高4.3.压力焊（二）电阻焊的工艺及应用（二）电阻焊的工艺及应用1.点焊点焊点焊在点焊在被焊工件上焊出单独的焊点。点焊时，首先将工被焊工件上焊出单独的焊点。点焊时，首先将工件叠合，放在上、下电极之间压紧。然后通电，产生电阻热。件叠合，放在上、下电极之间压紧。然后通电，产生电阻热。工件接触处的金属被加热到熔化状态形成熔核工件接触处的金属被加热到熔化状态形成熔核。电流。电流切断后，切断后，熔核金属在压力作用下冷却并结晶成为组织致密的焊点熔核金属在压力作用下冷却并结晶成为组织致密的焊点。2.缝焊（滚焊）缝焊（滚焊）缝焊缝焊的特点是在被焊工件的接触面之间形成多个连续的的特点是在被焊工件的接触面之间形成多个连续的焊焊点。点。缝焊过程与点焊类似，可以看成连续的点焊。缝焊时用缝焊过程与点焊类似，可以看成连续的点焊。缝焊时用转动的圆盘状电极代替点焊的固定电极转动的圆盘状电极代替点焊的固定电极,工件在两个旋转的滚工件在两个旋转的滚轮电极通电后，形成一条焊点前后搭接的连续焊缝。轮电极通电后，形成一条焊点前后搭接的连续焊缝。4.3.1 电阻焊4.3.压力焊3.凸焊凸焊凸焊的凸焊的特点是在焊接处事先加工出一个或多个突起点，这些突起特点是在焊接处事先加工出一个或多个突起点，这些突起点在焊接时和另一个被焊工件紧密接触。通电后，突起点被加热，压点在焊接时和另一个被焊工件紧密接触。通电后，突起点被加热，压塌后形成焊点。由于突起点接触提高了凸焊时焊点的压强，并使焊接塌后形成焊点。由于突起点接触提高了凸焊时焊点的压强，并使焊接电流比较集中电流比较集中。4.对焊对焊（1）电阻对焊）电阻对焊电阻对焊的焊接过程如下：在电极夹具中装工件并夹紧电阻对焊的焊接过程如下：在电极夹具中装工件并夹紧加压，使两加压，使两个工件紧密接触个工件紧密接触通电流通电流接触电阻热加热接触面到塑性状态接触电阻热加热接触面到塑性状态切断切断电流电流增加压力增加压力形成接头形成接头。（2）闪光对焊）闪光对焊在在点击夹具中装工件并夹紧点击夹具中装工件并夹紧使工件不紧密地接触，真正接触的是一使工件不紧密地接触，真正接触的是一些点些点通电流通电流接触点受电阻热熔化及气化接触点受电阻热熔化及气化液体金属发生爆炸，产液体金属发生爆炸，产生火花与闪光生火花与闪光继续移动两工件继续移动两工件连续产生闪光连续产生闪光端面全部熔化端面全部熔化迅迅速加压速加压工件工件形成接头。形成接头。4.3.1 电阻焊4.3.2 线性摩擦焊4.3.压力焊线性线性摩擦焊（摩擦焊（LFW）是一种利用被焊工件接触面在压力作用下相对往）是一种利用被焊工件接触面在压力作用下相对往复运动摩擦产生热量，从而实现焊接的固态连接方法。复运动摩擦产生热量，从而实现焊接的固态连接方法。（一）线性摩擦焊的原理（一）线性摩擦焊的原理a）初始摩擦阶段）初始摩擦阶段b）过渡阶段）过渡阶段c）准稳定摩擦阶段）准稳定摩擦阶段d）顶锻阶段）顶锻阶段典型典型线性摩擦焊接过程线性摩擦焊接过程线性线性摩擦焊摩擦焊原理原理：上上、下工件分别夹紧在上夹具及振动体上，振动、下工件分别夹紧在上夹具及振动体上，振动体在偏心轴的带动下使摩擦副中一侧的工件被往复机构驱动着。在垂直体在偏心轴的带动下使摩擦副中一侧的工件被往复机构驱动着。在垂直于往复运动方向压力于往复运动方向压力F的作用下，相对于另一侧被固定的工件以较小的的作用下，相对于另一侧被固定的工件以较小的振幅、合适的频率作相对运动振幅、合适的频率作相对运动。摩擦。摩擦热使得摩擦界面的金属逐渐达到粘热使得摩擦界面的金属逐渐达到粘塑性状态并产生变形。最后控制两工件迅速对中并施加顶锻力塑性状态并产生变形。最后控制两工件迅速对中并施加顶锻力P，工件，工件完成焊接完成焊接。4.3.2 线性摩擦焊4.3.压力焊（一）线性摩擦焊的原理（一）线性摩擦焊的原理a）初始摩擦阶段）初始摩擦阶段b）过渡阶段）过渡阶段c）准稳定摩擦阶段）准稳定摩擦阶段d）顶锻阶段）顶锻阶段典型典型线性摩擦焊接过程线性摩擦焊接过程1）初始摩擦阶段两紧密接触工件开始相对往复运动，在摩擦凸起部分首先产生摩擦、剪切与粘结，摩擦产热，实际接触面积不断增加。2）过渡阶段随着摩擦的进行，摩擦界面温度不断升高，摩擦区域材料开始软化，在此阶段中工件开始轴向缩短。3）准稳定摩擦阶段 产热量趋于稳定，在压力的作用下，摩擦界面高温塑性金属不断被挤出。形成飞边，轴向缩短开始增加。4）顶锻阶段此时轴向缩短量急剧增加，焊合区金属通过相互扩散和再结晶使两侧工件实现可靠连接。4.3.2 线性摩擦焊4.3.压力焊（二）线性摩擦焊的优点（二）线性摩擦焊的优点线性摩擦焊主要具有以下优点：（1）适用范围广，打破了旋转摩擦焊的局限性。（2）焊接过程中材料通常不熔化，属于固相焊，焊接接头质量高。（3）焊接过程可靠性高。焊接过程完全由焊接设备自动控制，人为因素很小。（三）线性摩擦焊的应用现状（三）线性摩擦焊的应用现状由于线性摩擦焊设备的造价较高，故其应用领域主要集中在航空发动机整体叶盘的制造与维修中。随着我国航空航天工业的快速发展，相关设备的制造对焊接技术提出了越来越多新的要求和挑战，研究包括线性摩擦焊在内的新型焊接技术对于提高我国的航空航天产品的制造水平有着重要的意义。4.3.3 搅拌摩擦焊4.3.压力焊搅拌摩擦焊原理搅拌摩擦焊（FSW）是20世纪90年代初在英国被研发出的一种与摩擦焊相关的焊接工艺，其原理如右图所示。搅拌头高速旋转，特性指棒迅速钻入被焊板的接缝，与特型棒接触的金属摩擦生热形成了很薄的热塑性层。当特型指棒钻入工件表面以下时，有部分金属被挤出表面，由于正面轴肩和背面垫板的密封作用，一方面，轴肩与被焊板表面摩擦，产生辅助热，另一方面，搅拌头和工件相对运动时，在搅拌头前面不断形成的热塑性金属转移到搅拌后面，填满后面的空腔。搅拌摩擦焊主要用于使用其他工艺很难焊接的铝质材料，可以完成对接、搭接、铰接、丁字接等多种形式的连接。（一）（一）搅拌搅拌摩擦焊的原理摩擦焊的原理（二二）搅拌搅拌摩擦焊的摩擦焊的应用应用4.3.4 扩散焊4.3.压力焊扩散焊（或称扩散连接）是在一定的温度和压力下使待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接触，通过微观塑性变形或通过在待焊表面上产生的微量液相而扩大待焊表面的物理接触，经较长时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方法。（一（一）扩散焊扩散焊的的原理原理a）凹凸不平的初始接触b）第一阶段：变形和交界面的形成c）第二阶段：晶界迁移和微孔收缩消除 d）第三阶段：体积扩散，微孔消除和界面消失4.3.4 扩散焊4.3.压力焊（二二）扩散焊的特点及应用扩散焊的特点及应用（1）接头质量好（2）零部件变形小（3）可一次焊接多个接头（4）可焊接大断面接头（5）可焊接其他焊接方法难于焊接的工件和材料（6）与其他热加工、热处理工艺结合可获得较大的技术经济效益4.3.5 冷压焊4.3.压力焊（一）冷压焊的基本原理（一）冷压焊的基本原理冷压焊是指在没有外加辅助热源的情况下，同种或异种金属在压力作用下形成的相互连接。在焊接压力的作用下，表面的氧化膜等杂志能够破碎并被挤出，使金属表面之间未与空气接触过的纯洁金属区相互接近并产生塑性变形。在焊接压力的继续作用下，焊件接触面原子形成晶体间的结合，从而使它们紧密地连接在一起，形成冷压焊接头。冷压焊的焊接过程（二）冷压焊的类型（二）冷压焊的类型常用的冷压焊方法有搭接和对接两种搭接冷压焊简图对接冷压焊简图4.3.5 冷压焊4.3.压力焊（三）冷压焊的特点及应用范围（三）冷压焊的特点及应用范围1.冷压焊的特点冷压焊的特点（1）冷压焊是在室温下进行的，焊接过程中不用任何外加热源。（2）焊接不同金属时，接头不会形成脆性过渡层。（3）不许用焊剂，避免了金属导体或接头被腐蚀的可能性。（4）施焊时没有噪声、弧光和粉尘，工作场地卫生，无环境污染。（5）冷压焊设备简单，结构紧凑，焊接参数选择方便，便于操作。（6）采用冷压焊方法，能焊圆形截面、矩形、梯形等焊接结构。2.冷压焊的应用范围冷压焊的应用范围（1）搭接冷压焊的应用搭接冷压焊可焊厚度为0.0120 mm的箔材、带材、板材。管材的封端及棒材的搭接都可以实现。（2）对接冷压焊的应用对接冷压焊的最小断面为0.5 mm2（用于焊钳），最大焊接断面可达500 mm2（液压焊机）。4.4.1 钎焊分类及其特点4.4 钎焊（一）钎焊的分类（一）钎焊的分类1.按照钎料的熔点分按照钎料的熔点分按照美国焊接学会推荐的标准，钎焊分为两类：所使用的钎料液相线温度在450以下的钎焊称为软钎焊；温度在450以上的钎焊称为硬钎焊。2.按照热源种类和加热方式分按照热源种类和加热方式分4.4.1 钎焊分类及其特点4.4 钎焊（二）钎焊的特点（二）钎焊的特点由于钎焊在原理、设备、工艺过程方面与其他焊接方法不同，因此钎焊技术在工程应用中表现出以下独特的优点：（1）钎焊加热温度一般远低于母材的熔点，因而对母材的物理化学性能影响较小；焊件整体均匀加热，引起的应力和变形小，容易保证焊件的尺寸精度。（2）钎焊技术具有很高的生产效率，钎焊可以一次完成多缝多零件的连接。（3）钎焊技术可用于结构复杂、精密、开敞性和接头可达性差的焊件。（4）钎焊技术特别适用于多种材料组合连接。4.4.2 常用金属材料的钎焊4.4 钎焊（一）同种材料的钎焊（一）同种材料的钎焊1.钢材的钎焊钢材的钎焊在进行钎焊工作时尤其要考虑热控制的方式。在对带涂层的板材进行钎焊时，应产生一个局部集中程度尽量低的热输入，以避免钎焊焊缝附近的区域过热。同时，必须加热要湿润的表面，使得熔化物迅速冷却且焊滴不完全扩散。基本焊缝结构是对焊接接头上的I型焊缝、搭接接头上的角焊焊缝和凸缘接头上的角焊缝.钎焊典型的焊缝接头(a)对焊接头上的I型焊缝(b)搭接接头上的角焊缝(c)凸缘接头上的角焊缝4.4.2 常用金属材料的钎焊4.4 钎焊2.铝材的钎焊铝材的钎焊在制造热交换器（散热器、加热器、空调蒸发器等）时往往要对铝材进行钎焊。在钎焊铝材时，使用钎焊温度在582621的铝硅基（硬钎焊）或温度在400的铝锌基（软钎焊）的焊剂。由于铝材表面上有稳定的和熔点高的氧化层，因此在钎焊前必须将其去掉。（二）异种材料的钎焊（二）异种材料的钎焊通过钎焊要避免最终形成一个共同的熔池并限制或抑制金属间相的形成。目前用于连接钢-铝和钛-铝轻量化结构的方案可分为：（1）热连接的方案基于材料的熔化温度差。可有针对性地使用该方案，熔化那些熔化温度低的铝配合件，虽后类似钎焊，浸润钢材或钛材表面。（2）另一种方案基于焊剂的应用，一方面其具有较低的熔化温度，另一方面其既可以浸润钢材配合件也可浸润铝材配合件。4.5.1 焊缝布置4.5 焊接结构工艺性焊缝位置对焊接接头的质量、焊接应力和变形以及焊接生产率等均有较大影响，因此在布置焊缝时，应考虑以下几个方面。结构工艺性：指在一定的生产规模条件下，如何选择零件加工和装配的最佳工艺方案，是经济原则在焊接结构生产中的具体体现。（一）焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量（一）焊缝位置应便于施焊，有利于保证焊缝质量焊缝分为平焊缝、横焊缝、立焊缝和仰焊缝四种型式，如图所示。其中施焊操作最方便、焊接质量最容易保证的是平焊缝，因此在布置焊缝时应使焊缝能在水平位置进行焊接。a)平焊 b)横焊 c)立焊 d)仰焊图4-46 手工电弧焊对操作空间的要求a）合理b）不合理4.5.1 焊缝布置4.5 焊接结构工艺性除焊缝空间位置外，还应考虑各种焊接方法所需要的施焊操作空间。下图所示为考虑手工电弧焊施焊空间时，对焊缝的布置要求气体保护焊时，要考虑气体的保护作用。埋弧焊时，要考虑接头处有利于熔渣形成封闭空间，如下图所示。气体保护电弧焊时的焊缝布置a）合理 b）不合理埋弧焊时的焊缝布置a）合理 b）不合理4.5.1 焊缝布置4.5 焊接结构工艺性（二）焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形（二）焊缝布置应有利于减少焊接应力和变形1）尽量减少焊缝数量采用型材、管材、冲压件、锻件和铸钢件等作为被焊材料。2）尽可能分散布置焊缝3）尽可能对称分布焊缝减少焊缝数量a）不合理 b）合理分散布置焊缝a）不合理 b）合理（三（三）避开）避开最大应力和应力集中部位最大应力和应力集中部位以防止焊接应力与外加应力相互叠加，造成过大的应力而开裂。不可避免时，应附加刚性支承，以减小焊缝承受的应力。焊缝避开最大应力集中部位a）不合理 b）合理4.5.1 焊缝布置4.5 焊接结构工艺性（四）焊缝应尽量避开机械加工面（四）焊缝应尽量避开机械加工面焊接工序应在机械加工工序之前完成，以防止焊接损坏机械加工表面。焊缝的布置也应尽量避开需要加工的表面，焊缝的机械加工性能不好，且焊接残余应力会影响加工精度。如果焊接结构上某一部位的加工精度要求较高，又必须在机械加工完成之后进行焊接工序时，应将焊缝布置在远离加工面处。焊缝远离机械加工表面图a）不合理b）合理4.5.2焊接接头型式和坡口型式的选择4.5 焊接结构工艺性（一）焊接接头型式的选择（一）焊接接头型式的选择焊接接头的基本形式有四种：对接接头、搭接接头、丁字接头和角接头如下图所示。应根据接头的优缺点及焊件的厚度、工作条件、受力情况等因素进行选择。焊接接头的基本形式a）对接接头 b）搭接接头 c）丁字接头（1）对接接头（2）搭接接头（3）T形（十字）接头（4）角接接头常见T形（十字）接头角接接头形式4.5.2焊接接头型式和坡口型式的选择4.5 焊接结构工艺性（二）焊接坡口型式的选择（二）焊接坡口型式的选择为保证厚度较大的焊件能够焊透，常将焊件接头边缘加工成一定形状的坡口，以提高生产率和降低成本。4.6.1 胶粘剂4.6 胶接工艺胶接亦称粘接、粘合等，是指同质或异质物理表面用胶粘剂连接在一起的一种技术。特别适用于不同材质、不同厚度、薄壁结构和复杂结构的连接.4.6.2 胶接接头设计4.6 胶接工艺胶接接头的受力情况比较复杂，其中最主要的是机械力的作用。作用在胶接接头上的机械力主要有四种类型：剪切、拉伸、剥离和不均匀扯离。选择胶接接头的形式时，应考虑以下原则：1）尽量使胶层承受剪切力和拉伸力，避免剥离和不均匀扯离2）在可能和允许的条件下适当增加胶接面积3）采用混合连接方式4）注意不同材料的合理配置5）接头结构应便于加工、装配、胶接操作和以后的维修胶接接头受力方式a）剪切 b）拉伸 c）剥离 d）不均匀扯离4.6.3 胶接工艺过程4.6 胶接工艺（1 1）确定部位）确定部位（2 2）表面处理）表面处理（3 3）配胶）配胶（4 4）涂胶）涂胶（5 5）固化）固化（6 6）检验）检验胶接大致可分为两类，一类是用于产品制造，另一类是用于各种修理，无论是何种情况为了获得最佳的表面状态，有助于形成足够的粘附力，提高胶接强度和使用寿命单组分胶粘剂一般可以直接使用，但如果有沉淀或分层，则在使用之前必须搅拌混合均匀以适当的方法和工具将胶粘剂涂布在被粘表面，操作正确与否，对胶接质量有很大影响通过溶剂挥发、乳液凝聚的物理作用或缩聚、加聚的化学作用检验方法主要有：目测、敲击、溶剂检查、试压、测量、超声波检查、X射线检查等4.6.4 胶接的特点及应用4.6 胶接工艺（一）胶接的主要特点（一）胶接的主要特点（1）能连接材质、形状、厚度、大小等相同或不同的材料（2）接头应力分布均匀（3）可以获得刚度好、外表美观（4）密封、绝缘、防腐、防潮、减振、隔热、衰减消声等多重功能（5）成本低，节约能源（6）局限性：胶接接头的强度不够高，大多数胶粘剂耐热性不高，易老化，且对胶接接头的质量尚无可靠的检测方法（二）胶接的实际应用（二）胶接的实际应用胶接是航空航天工业中非常重要的连接方法，主要用于铝合金钣金及蜂窝结构的连接，除此以外，在机械制造、汽车制造、建筑装潢、电子工业、轻纺、新材料、医疗、日常生活中，胶接正在扮演越来越重要的角色。4.7.1 无铆钉连接4.7 先进连接技术无铆钉铆接（也称咬合连接）是一种符合轻量化理念的机械连接工艺。通过无铆钉连接可形成永久性连接，且不需使用连接元件、附加材料或辅助材料。（一）无铆钉连接的工艺分类及过程（一）无铆钉连接的工艺分类及过程1.无铆钉连接的工艺类型无铆钉连接的工艺类型4.7.1 无铆钉连接4.7 先进连接技术2.无铆钉连接的工艺过程无铆钉连接的工艺过程无板件剪裂、带固定式底模的单级无铆钉连接工艺(a)阶段1 (b)阶段2 (c)阶段3 (d)阶段4阶段1：将要连接的连接件放在冲头和底模之间。借助夹具的弹簧力将钢板固定在冲头和底模之间并预紧。阶段2：在第二阶段，用冲头将要连接的钢板压入封闭式底模中，直至钢板达到底模板或者所谓的底模砧板为止。阶段3：冲头通过不间断的移动来挤压位于底模砧板上部的材料。底模侧的材料径向流入底模的环形槽内。阶段4：在达到设定的力（力