第0章绪论(2h)

压力焊及钎焊0绪论教材与参考书压力焊部分:教材：赵熹华、冯吉才,压焊方法及设备，机械工业出版社，2005；参考书：1.赵熹华,压力焊,北京机械工业出版社,1989；2.邹增大,焊接材料、工艺设备手册,北京化学工业出版社,2001；0绪论钎焊部分：教材:赵越,钎焊技术及应用,化学工业出版社工业装备与信息工程出版中心,2004参考书：1.邹僖,钎焊,北京：机械工业出版社,1989；2.中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（3版）、焊接方法及设备.北京:机械工业出版社,2008；课程总学时：40实验：6学时课程考核方式：考试70%+平时成绩30%0绪论课程目录第0章绪论第1章点焊第2章凸焊和缝焊第3章对焊第4章电阻焊设备及焊后检验第5章钎焊接头的形成过程第6章钎料第7章钎焊去膜过程第8章钎焊方法第9章钎焊接头设计第10章常用金属的钎焊0绪论1.焊接定义与物理本质：材料的连接方法：（4种）焊接铆接螺栓连接胶接不可拆卸连接可拆卸连接（机械连接）分子间结合用的最多的连接方法0绪论1)焊接定义:通过加热或者加压，或者两者并用，并且用或不用填充材料，使焊接件达到原子间结合的一种加工方法。用物理或化学的方法使两个分离表面的金属原子接近到晶格间距（0.3~0.5nm），形成金属键，进而形成物体间的连接。2)焊接物理本质：0绪论焊接产品重量轻，节约能量。焊接的密封性好，适于制造各类容器。与铆接等发展出联合加工工艺，可制造大型、经济合理的结构（桥梁，汽车车架等）。焊接能有效利用材料，不同部位采用不同性能的材料（异种焊接），充分发挥各种材料的特长。焊接已成为现代工业中一种不可缺少，日益重要的加工工艺方法。在近代的金属加工中，焊接结构的重量约占钢材产量的45%，铝和铝合金焊接结构的比重也不断增加。3)焊接优点:0绪论2.焊接分类：一般都根据热源的性质、形成接头的状态及是否采用加压来划分熔化焊：是将焊件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。3.压焊(压力焊）的物理本质压焊定义：是通过施加压力（加热或不加热），使金属产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，形成焊接接头。焊接的适当物理-化学过程，在压焊中是通过对焊接区施加一定的压力（加热或不加热）而实现的。压力和加热温度对焊接形成有重要影响。压焊接头形成：（熔化、不熔化2种）Ⅰ.少数的压焊过程中（点焊、缝焊等），焊接区金属熔化并同时被施加压力：加热→熔化→冶金反应→固态相变→形成接头。这个过程类似熔焊，但由于压力的作用，提高了接头质量。0绪论Ⅱ.多数的压焊过程中，焊接区金属仍处于固相状态，依赖于在压力（加热或不加热）作用下经过塑性变形、再结晶和扩散等过程形成接头。加热作用：可提高金属塑形，降低金属变形阻力，显著减小所需压力。同时加热又能增加金属原子的活动能力和扩散速度，促进原子间的相互作用。例如:AL室温焊接时，对接端面变形60%才可实现焊接（冷焊）。当加热到400℃时，对接端面变形度8%就可实现焊接（电阻焊），而且所需压力也很小。0绪论图0-1压力与温度的关系（P2）Ⅰ-冷压焊Ⅱ-非焊接区Ⅲ-扩散焊区Ⅳ-热压焊区Ⅴ-熔化焊Tm-熔点Tr-再结晶温度焊接过程力---热关系图趋势：金属加热的温度越低，焊接需要的压力就越大。冷压焊压力最大，扩散焊最小，熔化焊不要压力固相接头的质量取决于对口处表面氧化膜和不洁物被清除的程度，也受温度、压力等因素的影响。0绪论4.1压焊：是通过施加压力（加热或不加热），使金属产生塑性变形、再结晶和扩散等作用，形成焊接接头。4.本课程的主要内容（压焊、钎焊）1)压焊分类：（按照族系法和工艺特征）电阻焊：点焊、凸焊、缝焊、对焊（重点）高频焊扩散焊摩擦焊…0绪论压焊的发展压焊历史悠久，战国时期都有锻焊，现在仍然还有，如龙泉剑制作。随着经济的进步和社会的发展，新材料，新产品不断出现，老方法（例如.锻焊）被淘汰，新方法（如.搅拌摩擦焊）萌生和发展。0绪论2)压焊的二个要素：★热源：电阻热；高频热；摩擦热等，几乎所有可以利用的热源方式★力：静压力；冲击力；爆炸力。压力大小与材料种类、所处温度、焊接环境和介质有关0绪论3)压焊接头形成：少数压焊(如:点焊;缝焊等):加热-熔化-冶金反应-凝固-固态相变-形成接头;(热起主导作用)多数压焊(如摩擦焊):塑性变形-再结晶和扩散-形成接头;(压力起主导作用)0绪论4）几种主要压焊简介电阻焊：专门章节高频焊：利用流经焊件连接面的10～500kHz高频电流所产生的电阻热作为热源，使焊件待焊区表层被加热到熔化或塑性状态，同时通过施加顶锻力，使焊件达到金属间结合的一种焊接方法。0绪论高频焊原理——集肤效应和邻近效应综合结果集肤效应——当导体通以交流电流时，导体断面上出现的电流分布不均匀，电流密度由导体中心向表面逐渐增加，大部分电流仅沿导体表层流动的一种物理现象。导体的电阻率越低、磁导率越大、电流的频率越高，其集肤效应越显著。邻近效应——当高频电流在两导体中彼此反向流动或在一个往复导体中流动时，电流会集中于导体邻近侧流动的一种特殊的物理现象。0绪论焊接原理：借助高频电流的集肤效应可以使高频电能量集中于焊件的表层，而利用邻近效应，又可控制高频电流流动路线的位置和范围。当要求高频电流集中于焊件的某一部位时，只要将导体与焊件构成电流回路并使导体靠近焊件上的这一部位，使它们相互之间构成邻近导体，就能实现这个要求。高频焊就是根据焊件结构的具体形式和特殊要求，主要运用集肤效应和邻近效应，使焊件待焊处的表层金属得以快速加热而实现焊接。0绪论高频焊分为高频接触焊和高频感应焊二类高频焊主要特点：1)焊速高。这是由于电能高度集中，焊接区加热速度极快，焊速高达150～200m/min时仍不会产生“跳焊”现象。2)热影响区小。这是因焊速高，工件自冷作用强，故热影响区窄且不易发生氧化，从而可获得良好组织与性能的焊缝。3)待焊处表面可不必进行焊前清理。0绪论摩擦焊：工件间相对运动产生的摩擦热能使摩擦界面及其附近温度升高，材料的变形抗力降低、塑性提高、界面氧化膜破碎，在压力作用下，材料产生塑性变形、流动、扩散和再结晶等过程而实现焊接的固态焊接方法。图0-2是其原理示意图通常由如下四个步骤构成：1、机械能转化为热能；2、材料塑性变形；3、热塑性下的锻压力；4、分子间扩散再结晶。图0-2摩擦焊原理图0绪论摩擦焊接的分类：包括惯性摩擦焊、径向摩擦焊、线性摩擦焊、轨道摩擦焊、搅拌摩擦焊等。摩擦焊技术的主要优点：(1)接头质量好且稳定。属固相热压焊，无气孔、夹杂、裂纹结晶缺陷。(2)效率高。焊接设备自动化程度高，焊接速度快(3)节能、节材、低耗。(4)焊接性好。特别适合异种材料的焊接，(5)环保，无污染。缺点：（1）设备自动化程度高专业性强，局限性大（2）非圆形截面焊接困难0绪论4.2钎焊定义：用比母材熔点低的钎料和焊件一同加热，使钎料熔化(焊件不熔化)后润湿并填满母材连接的间隙，钎料与母材相互扩散形成牢固连接的方法。1）钎焊分类：硬钎焊→软钎焊→（按照钎料熔点分）钎焊钎料熔点＞450℃（银基、铜基等），接头强度高，适用于焊受力较大或工作温度较高的工件。如车刀、铣刀上硬质合金刀片与中碳钢刀体的连接，常采用铜钎焊。金银首饰常用银钎焊。钎料熔点＜450℃（锡基、铅基等），接头强度低，适用于焊受力不大或工作温度较低的工件。如各种电器导线的连接，仪表、仪器元件的焊接等。0绪论按照钎焊温度的高低可分为高温钎焊、中温钎焊和低温钎焊温度的划分是相对于母材熔点而言。例如：对钢件来说，加热温度高于８００℃称为高温钎焊，加热温度在５５０～８００℃之间称为中温钎焊，加热温度低于５５０℃称为低温钎焊；但对于铝合金来说，加热温度高于４５０℃称为高温钎焊，加热温度在３００～４５０℃之间称为中温钎焊，加热温度低于３００℃称为低温钎焊。0绪论按照热源种类和加热方法的不同可分为：火焰钎焊、炉中钎焊、感应钎焊、电阻钎焊、浸渍钎焊、气相钎焊、烙铁钎焊及超声波钎焊等。--------钎焊方法所用0绪论2）钎焊特点（1）接头光滑平整，组织和力学性能变化小；（2）可焊异种金属；（3）可同时焊多焊件、多接头，生产率高；（4）接头强度低，耐热性差。焊前清整要求严格3）钎焊应用硬质合金刀具、换热器、仪表、电机、电子、电器部件等。0绪论4）工艺过程焊前准备（除油、清理）→装配零件、安置钎剂、钎料→加热、钎料熔化→冷却形成接头→焊后清理→检验。5）钎焊接头形式经常使用的有搭接、对接、斜接及Ｔ形接等四种基本形式。其中搭接和对接形式最常用。0绪论5.课程学习思路和过程：原理工艺设备与应用6.学习目的及要求:1）掌握压焊与钎焊的基础理论。2）了解常用金属材料及典型零件的压焊与钎焊特点。3）了解压焊与钎焊的设备与应用。达到能制定压焊与钎焊工艺，具有一定的处理有关实际生产问题的能力。0绪论7.压力焊及钎焊最新发展1）压焊(尝试将各种焊接热源混合应用)1991年英国焊接研究所-FSW(搅拌摩擦焊技术;被公认为21世纪最具革命性、突破性的连接新技术);2002年发明了LB-FSW(激光辅助搅拌摩擦焊接)2)钎焊开发新钎料;新钎剂;采用新的钎焊热源：激光钎焊0绪论:搅拌摩擦焊简介1.原理搅拌摩擦焊(frictionstirwelding,简称FSW)是由英国焊接研究所(TheWeldingInstitute，简称TWI)于1991年提出的一种固态连接方法。0-3：搅拌摩擦焊原理图一、搅拌摩擦焊简介0绪论:搅拌摩擦焊简介工作原理：焊接时旋转的搅拌头缓缓进入焊缝，在与工件表面接触时通过摩擦生热使得该处金属软化，在顶压力的作用下，指棒进入到工件内部，在高速旋转下使得搅拌头周围的一层金属塑性化。同时，在肩轴端面的包拢下搅拌头沿焊接方向移动形成焊缝。F:\课件用视频\FrictionstirweldingofSteelpipes(17Mb).wmv0绪论:搅拌摩擦焊简介搅拌摩擦焊的技术特点：1、对母材直接焊接，不需要开坡口，更不需要填丝；2、焊前不需要去除材料氧化层，焊中不需要真空以及保护气。焊后没有元素烧损。3、焊缝晶粒组织为锻造组织。晶像组织各向同性。各项性能接近母材。2、工艺搅拌摩擦焊焊接工艺参数主要有焊接速度、旋转速度以及压紧力。3、搅拌摩擦焊技术优势1)接头形式多样化2)可焊接几乎所有的金属，能够异种金属焊接且接头质量高.0-4：搅拌摩擦焊接头形式0绪论:搅拌摩擦焊简介0绪论:搅拌摩擦焊简介0-5：搅拌摩擦焊接头组织分区0-6：铝合金搅拌摩擦焊接头外观包括常见的焊缝区（搅拌区），热影响区和母材外，还存在一个搅拌影响区。0绪论:搅拌摩擦焊简介0-7：铝合金搅拌摩擦焊接头外观0-8：铝合金压力容器搅拌摩擦焊接头外观0绪论:搅拌摩擦焊简介0-9：铜合金搅拌摩擦焊接头外观0-10：镁合金搅拌摩擦焊接头外观0绪论:搅拌摩擦焊简介0-11：钢板搅拌摩擦焊接4、工业应用(1)船舶和海洋工业:快艇、游船等的甲板、侧板、防水隔板、船体外壳、主体结构件、直升机平台、离岸水上观测站、船用冷冻器、帆船桅杆和结构件。最早的搅拌摩擦焊商业应用－铝合金船用型材拼接(2)航天:运载火箭燃料贮箱、发动机承力框架、铝合金容器、航天飞机外贮箱、载人返回仓等。例如DeltaII、DeltaIV火箭上的搅拌摩擦焊，航天飞机外部助推燃料贮箱上的搅拌摩擦焊，搅拌摩擦焊连接的Ariane5发动机主承力框(3)航空:飞机蒙皮、衍条、加强件之间连接、框架连接、飞机壁板和地板连接、飞机门预成形结构件、起落架仓盖、外挂燃料箱。例如全搅拌摩擦焊商务客机ECLIPSEN500，空客公司A340和A350机型制造中也应用了搅拌摩擦焊。0绪论:搅拌摩擦焊简介0绪论:搅拌摩擦焊简介（4）车辆工业:高速列车、轨道货车、地铁车厢、轻轨电车。(5)汽车工业:汽车发动机引擎、汽车底盘支架、汽车轮鼓、车门预成形件、车体框架、升降平台、燃料箱、逃生工具等。搅拌摩擦焊首次应用于车身制造(6)在建筑行业:铝、铜、钛等制作的面板、门窗框架、发电厂和化工厂的反应器、铝管道、热交换器和空调器等。(7)其他工业: