第1页：概述：固体材料的连接工艺
概述——第四章 焊接：固体材料的连接工艺：
- 变形固接法
- 通过弹性或塑性变形固接。
- 连接元件连接法
- 通过使用专门的连接件或紧固件（如铆钉、键、螺栓、卡环等）实现零件间的永久性或非永久性连接。
- 焊接
- 零件间形成公共的金属结晶。
- 粘接
- 通过物质的物理特性、电特性及化学特性所产生的表面力而连接在一起，零件间并不形成共同的组织。
注：源文件将「永久性」写作「水久性」，此处按通用写法修正。
第2页：焊接与粘接的定义及特点
- 焊接
- 利用加热或加压，或两者并用的手段，借助原子间的扩散和结合，使分离的金属牢固地连接起来。
- 粘接
- 将相同或不同的构件牢固地粘合在一起的连接方法。
特点（下料阶段）：化大为小、拼小成大；化复杂为简单、拼简单成复杂。
4.1 焊接（welding）——焊接性：（1）工艺焊接性；（2）使用焊接性。
第3页：焊接性的估算方法：碳当量
焊接性的估算方法：碳钢及低合金结构钢的碳当量经验公式为 CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15（%）。
- 当 CE < 0.4% 时：塑性良好，热影响区淬硬和冷裂倾向小，焊接性优良，一般焊件不会产生裂纹。
- 当 CE = 0.4~0.6% 时：塑性下降，淬硬及冷裂倾向明显，焊接性较差；焊前适当预热，焊后缓慢冷却。
- 当 CE > 0.6% 时：钢材塑性较差，淬硬和冷裂倾向严重，焊接性很差；焊前需要高温预热，焊接时要采取减少焊接应力和防止裂纹的工艺措施，焊后需要进行适当热处理等。
注：源文件未给出碳当量公式的完整表达式，此处按碳钢及低合金结构钢通用的碳当量经验公式补全，建议对照原课件核对。
第4页：常用焊接方法的分类
常用焊接方法：熔焊（fusion welding）、压焊（pressure welding）、钎焊（brazing）。
- 熔焊
- 利用各种热源将构件的连接部分加热，使之熔化并熔合在一起，待其冷却凝固后形成焊缝从而将构件连接起来的焊接方法。
电弧焊是利用电弧来加热和熔化金属的，属于熔焊；此外还有气焊、电子束焊、激光焊等。
第5页：（1）焊条电弧焊
- 焊条电弧焊
- 利用电弧产生的热量熔化被焊金属（母材）和焊条的一种手工操作的焊接方法。
焊条作用：
- 1、作为电极，传导电流并引燃电弧
- 2、作为填充金属，形成焊缝
- 3、形成熔渣、产生大量的保护性气体，保护熔池
第6页：
第7页：（2）埋弧焊（焊剂层下焊接）
- 埋弧焊（焊剂层下焊接）
- 电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
- 1）过程：在焊缝处堆放焊剂 → 焊丝送入电弧区 → 选定的弧长 → 电弧燃烧 → 焊机带动焊丝匀速前移（或工件匀速运动）。
- 2）特点：① 生产效率高；② 焊接质量好且稳定；③ 节省金属材料；④ 改善了劳动条件。
图 5-3 为埋弧焊原理。
第8页：埋弧焊的焊丝与焊剂
3）埋弧焊的焊丝与焊剂：焊丝作用相当于焊芯，焊剂作用相当于焊条药皮。
- 焊丝作用：作为电极；作为填充金属。
- 焊剂作用：焊剂熔化 → 熔渣 → 保护焊缝；焊剂蒸发 → 熔渣泡 → a 隔绝空气，防止熔滴外溅；b 减少电弧热能损失，阻止弧光四射。
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第10页：（3）气体保护焊：氩弧焊
- 气体保护焊
- 利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。
- ① 不熔化极氩弧焊：电极为钨棒（导电和产生电极的作用），较厚工件需填充焊丝，适于焊接厚度 6mm 以下的工件。
- ② 熔化极氩弧焊：连续送进焊丝作为电极，不需额外填充金属，可用较大电流，适于焊接厚度 25mm 以下的工件。
氩弧焊特点及使用范围：① 电弧燃烧稳定，飞溅小，焊缝致密、成形美观，焊接质量好；② 有气体保护，明弧可见，便于操作；③ 热量集中，焊接速度快，焊接热影响区较窄，工件变形小；④ 适用于各类合金钢、不锈钢、有色金属（铝、镁、钛等）及稀有金属（锆、钼、钽等）的焊接。图 5-5 为氩弧焊示意图。
第11页：2、CO2气体保护焊
- 1）原理：焊丝经软导管、导电嘴送出 → 从喷嘴中喷出 CO2 气体 → 保护焊丝端部及熔池（引燃电弧）。
- 2）特点：① 成本低；② 生产率高；③ 操作性能好；④ 质量较好。
- 缺点：CO2 气体有氧化作用，应使用含锰、硅较高的焊丝或含有相应合金元素的合金焊丝；熔滴飞溅较为严重，焊缝外形不够光滑，容易产生气孔。
- 应用：造船、机车车辆、汽车、农业机械，主要用于焊接 30mm 以下厚度的低碳钢和部分低合金结构钢。
图 5-4 为 CO2 气体保护焊示意。
注：源文件将「保护焊丝」写作「保卫焊丝」，此处按通用写法修正。
第12页：（4）等离子弧焊
- 等离子弧
- 自由电弧经「压缩效应」压缩，弧中气体完全电离，形成温度更高的等离子弧。
- 原理：在钨极和工件之间加一较高电压，经高频振荡使气体电离形成电弧。压缩效应包括：① 机械压缩效应；② 热压缩效应；③ 电磁压缩效应。
- 特点：① 能量密度大，温度高，穿透能力强，效率高；② 电流很小时（0.1A）电弧仍很稳定，可焊很薄的箔材。
- 应用：铜合金、合金钢、钨、钼、钴、钛等金属焊件。
图 5-6 为等离子弧发生装置原理图。
第13页：二、压焊：电阻焊与点焊
- 压焊
- 一种必须对焊件施加压力而完成焊接的方法。
- 电阻焊
- 利用电流通过焊件及其接触处产生的电阻热，将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力下形成焊接接头的焊接方法。
1、点焊：利用柱状电极加压通电，在搭接工件接触面之间焊成一个个焊点的焊接方法。图 5-7 为点焊示意图。
第14页：点焊的过程与应用
点焊过程：柱状电极压紧在工件上 → 接通电流 → 接触处温度升高熔化（液态熔核）→ 断电 → 继续保持压力或加大压力 → 液态熔核在压力下凝固结晶，形成焊点。
- 接头形式：搭接接头。
- 应用：适用于板厚 S<4mm 的薄板冲压结构及线材的焊接，用于制造汽车、车厢、飞机等薄壁结构及罩壳和轻工、生活用品等。
第15页：2、缝焊
- 2、缝焊原理：用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极，精确控制通、断电时间，形成连续重叠焊点。
- 特点及应用：（1）分流现象严重，电流约为点焊时的 1.5～2 倍；（2）密封性好，用于制造有密封性要求的薄壁结构，如油箱、小型容器和管道等；只适用于厚度在 3mm 以下的薄板结构。
第16页：3、对焊
3、对焊：利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法。
- （1）电阻对焊：端面清洁、光滑、无毛刺，用于焊接断面简单、直径小于 20mm 和强度要求不高的工件。
- （2）闪光对焊：焊件接头质量好、强度高，但金属损耗较大，常用于重要工件的焊接。
- 接头形式：对接接头，接头断面尽量相同。广泛用于刀具、钢筋、锚链、自行车车圈、钢轨和管道的焊接。
注：源文件将「锚链」写作「锚炼」，此处按通用写法修正。
第17页：三、钎焊的原理与分类
- 钎焊
- 利用熔点比焊件低的钎料作填充金属，加热时钎料熔化而将焊件连接起来的焊接方法。
- 1、原理：表面清理好的焊件 → 搭接形式接头 → 钎料放在接头间隙附近或间隙中 → 加热至高于钎料熔点，钎料熔化（工件不熔化）并渗入接头间隙 → 液态钎料与工件金属相互溶解扩散 → 冷凝后即形成钎焊接头。
- 2、分类：硬钎焊——钎料熔点高于 450℃，焊接接头强度在 200MPa 以上，主要用于受力较大的钢铁、铜合金结构件、工具以及刀具的焊接；软钎焊——钎料熔点低于 450℃，接头强度一般不超过 70MPa，常用钎料是锡合金，通称锡焊，主要用于受力不大的常温工作的仪表、导电元件的连接。
第18页：钎焊的接头形式、熔剂与特点
- 3、接头形式：板料搭接和套接。
- 4、熔剂：软钎焊用松香、氧化锌等；硬钎焊用硼砂、硼酸、氟化物、氯化物等。
- 5、加热方式：火焰加热、电阻加热、感应加热、炉内加热、盐浴加热以及烙铁加热等；烙铁加热温度低，只适用于软钎焊。
- 6、特点及应用范围：① 工件加热温度低，组织和力学性能变化小，变形也小，接头光滑平整，工件尺寸精确；② 可以焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度的差别没有严格的限制；③ 复杂形状构件生产率高（可同时焊接上千条焊缝）；④ 设备简单，投资少；⑤ 接头强度尤其是动载强度低，耐热性差，且焊前清理及组装要求较高。
图 5-8 为钎焊的接头形式。
第19页：4.2 焊接结构设计：焊接应力
4.2 焊接结构设计——（一）电弧焊缺陷及其预防、消除措施：
- 焊接应力
- 减小应力的措施：① 合理的焊接次序，合理选材；② 焊前预热，减弱各部位温差，从而显著减小焊接应力，预热 350～400℃；③ 焊后热处理。
图 5-9 为对接焊缝、圆筒环形焊缝的焊接应力分布。
