机械工程基础热加工.doc

学

科

机械工程基础

第 七 章 第 1，2节

1．概述
课 题 2. 砂型铸造

授 课 时 数
2
累计时间

授 课 日 期

授课班级
数控50204

教 学 目 的

与 要 求

1．掌握铸造的特点及分类
2．掌握合金的铸造性能
3．了解铸件常见的缺陷及其产生因素和防止措施
4．掌握浇注系统的含义、组成和作用；冒口的作用和设立的位置

教 学 重 点

与 难 点

重点：铸造的特点及分类；合金的铸造性能；铸件常见的缺陷及其产生因素和防止措施；浇注系统的含义、组成和作用；冒口的作用和设立的位置
难点：浇注系统的含义、组成和作用；冒口的作用和设立的位置

授 课 方 法

讲授

教 具

执行后摘记

导入新课：
机械制造工艺是各种机械的制造方法和过程的总称。机械制造工艺过程为：
铸造、锻压 机械加工 装配
金属材料—————>毛坯————————>零件——————>机器
焊接 热解决
机械制造工艺发展方向是高质量、高生产率、低成本。

讲授新课：
第七章 铸造

1．铸造：将熔化后的金属浇注、压射或吸入铸型型腔中，待其凝固、冷却后，得到一定形状的毛坯或零件的成形方法。
2．铸件：用铸造获得的零件或毛坯。

§7-1 概述
一、铸造的特点及分类
1．特点
（1）成形方便且适应性强；
（2）成本较低；
（3）铸件的组织性能较差。
2．铸造分类
（1）砂型铸造 ：直接形成铸型的材料重要是型砂，且液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔。—用型砂紧实成形的铸造方法。
（2）特种铸造：砂型铸造以外的其他铸造方法。（在§7-3中专门介绍）
二、合金的铸造性能：指合金在铸造时表现出来的工艺性能。
1．流动性
（1）流动性的概念：液态合金充满铸型的能力。通常用一定条件下浇出的“螺旋形试样”的长度来衡量。如P172图7-2。
铸铁和硅黄铜流动性最佳，铸钢最差。
常用铸造合金的流动性：P172表7-1。
（2）影响流动性的因素
1）合金成分。共晶成分的合金流动性最佳；凝固范围小的合金流动性较好；凝固范围大的合金流动性差；
2）浇注温度。浇注温度越高，流动性越好；
3）铸型。铸型中凡能增长金属流动阻力、减少流速、加快冷却速度的因素，都会减少合金的流动性。
2．收缩
（1）收缩的概念：指铸件在浇铸、凝固和冷却过程中，发生体积与尺寸减小的现象。分为三个阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。
液态收缩和凝固收缩表现为铸件体积的缩小，以体收缩率表达，是铸件产生缩孔和缩松的基本因素；固态收缩引起的体积缩小表现为铸件外形尺寸的变化，以线收缩率表达，是铸件产生应力、变形和裂纹的基本因素。
（2）影响收缩的因素（与影响流动性的因素类似）
1）不同成分的合金具有不同的收缩率；常见合金的收缩率：P173表7-2。
2）浇注温度越高，收缩越大；
3）铸型对铸件收缩产生机械阻力，故铸件实际收缩率比自由收缩率小。
（3）缩孔和缩松的形成和防止
缩孔：铸件在凝固过程中，因补缩不良而产生的孔洞。P174图7-3。
缩松：铸件断面上出现的分散而细小的缩孔。
防止缩孔重要措施：采用定向凝固原则。即增设冒口、冷铁等。P174图7-4、图7-5。
防止缩松重要措施：采用接近共晶成分或结晶间隔小的合金生产铸件。
（4）铸造应力、变形和裂纹
铸造应力是铸件产生变形、裂纹等缺陷的基本因素。减少应力、防止开裂的措施是：合理设计铸件结构，力求壁厚均匀，结构对称；合理设计浇冒口、冷铁等使铸件冷却均匀；采用退让性好的型砂和芯砂；严格控制合金中硫和磷的含量；切勿过早落砂；铸件在清理后进行去应力退火。

§7-2 砂型铸造
砂型铸造基本工艺过程：P175图7-6。
一、模样与芯盒
1．模样：由木材或金属或其他材料制成，用来形成铸型形腔的工艺装备。外部轮廓与零件相似的模型。
2．芯盒：制造型芯或其他耐火材料芯所用的装备。
3．设计模样时必须考虑：
（1）在需要切削加工的表面上留出加工余量。加工余量按铸件精度决定；
（2）在冷凝过程中产生的收缩量。不同材料具有不同的收缩率；
（3）垂直部分要有起模斜度。一般为0.5º~3º ；
（4）夹角处要做成（铸造）圆角。使造型方便，并防止铸件粘砂或产生裂纹；
（5）合理选取分型面。应使造型方便，取模容易，并保证铸件质量；
（6）型芯头：便于型芯在铸型中的定位，以保证铸件内形对的。
二、造型材料:制造铸型或型芯用的材料。
砂型铸造的材料：沙、粘结剂、水和其他附加物。
性能规定：
（1） 足够的强度：能承受金属熔液的冲击和压力，使型腔不变形毁坏；
（2） 良好的可塑性：易于成形，且能保持清楚的型腔；
（3） 高的耐火性：保证铸件表面不粘沙；
（4） 良好的透气性：使铸件内部不易产气愤孔；
（5） 良好的退让性：减少铸件的内应力，防止变形开裂。
三、造型：制造砂型的工艺。
1．手工造型（P175表7-3）
（1）分箱造型
A、整模造型 模样为一整体
B、分模造型 模样分段（常见上下分）
（2）脱箱造型
合用：大批量、小型铸件的铸造。
（3）、刮箱造型
合用：小批量、尺寸较大的回转件铸件铸造。
2．机器造型：用机器完毕所有或至少完毕紧砂操作的造型工序。
（1）优点：提高生产率，改善劳动条件，提高铸件质量，减少加工余量。
（2）合用：大批量生产。
P177图7-7。
四、造芯
1．手工造芯
（1）种类：芯盒造芯（常用P177图7-8）；刮板造芯。
（2）合用：单件、小批量生产
2．机器造芯
（1）特点：把填砂紧实和起模两道工序由一台造芯机来完毕
（2）优点：生产率高、型芯质量好
（3）合用：大批量生产
无论哪种造芯方法，都要在砂芯中放置芯骨，并将砂芯烘干，以增强砂芯的强度。通常还在砂芯中扎出通气孔或埋入蜡线形成通气孔。

五、浇注系统及冒口
1．浇注系统：为使液体金属顺利进入铸型型腔而开设的通道。
（1）作用：平稳迅速地导入液体金属；防止熔渣、砂粒进入型腔；调节铸件的凝固顺序和补缩。
（2）组成：
l 浇口盆：缓和金属液的冲击作用、挡渣。
l 直浇道：调节金属液流入型腔的速度和压力。
l 横浇道：分派金属液流入内浇道、挡渣。
l 内浇道：控制金属液的流速和方向。
2． 冒口
（1）作用：补缩、排气、浮渣。
（2）设立：铸件最高处和最厚处。
六、铸铁的熔炼
铸铁熔炼的目的：得到温度足够高且化学成分符合规定的铁液。
铸铁熔炼的设备：冲天炉。构造简朴，操作方便，生产率高，生产成本低。
1． 冲天炉的构造及熔炼过程 P178图7-10
2． 冲天炉的炉料：金属炉料、燃料、熔剂。
七、浇注、落砂、清理和检查
（一）浇注：将熔融金属从浇包注入铸型的操作。
1．温度：不能太高或太低，铸铁一般为1340度左右。
2．速度：视铸件的具体情况而定。
3．注意点：金属液充满浇口杯，应连续浇注，防止飞溅和满溢。
（二）落砂：铸件从砂型中取出。
方法：手工落砂和机械落砂两种。
（三）清理：去除铸件浇口、浇道、冒口、表面粘砂及毛刺的操作。
方法：锤击、锯割、气割、喷砂、錾除、磨削等
（四）检查
1．内容：形状、尺寸、气孔、砂眼、粘砂、缩孔、裂纹等。
2．方法：观测、使用量具、仪器等。
3．内在质量：通过金相检查、无损探伤等方法检查。
4．力学性能：用同批铁液浇出试棒做实验。

课堂小结：
1． 铸造、铸件的含义，铸造特点及分类。
2． 合金的铸造性能。
3． 铸件常见的缺陷及产生因素。
4． 砂型铸造的概念。
5． 浇注系统的含义、组成和作用；冒口的作用。

作业：P184/ 1~3

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机械工程基础

第 七 章 第 3，4节

1．特种铸造
课 题 2. 铸造工艺新技术

授 课 时 数
2
累计时间

授 课 日 期

授课班级
数控50204

教 学 目 的

与 要 求

1. 了解几种特种铸造的特点及合用场合
2．了解几种典型的铸造新方法

教 学 重 点

与 难 点

重点：几种特种铸造的特点及合用场合

难点：几种特种铸造的特点及合用场合；铸造工艺新技术

授 课 方 法

讲授

教 具

执行后摘记

导入新课：
1． 铸造特点及分类。
2． 合金的铸造性能。
3． 铸件常见的缺陷。
4．浇注系统的组成和作用；冒口的作用。

讲授新课：
§7-3 特种铸造
特种铸造：与砂型铸造不同的其他铸造方法。
一、金属型铸造（永久型铸造）：采用金属制造铸型，将液体金属浇入金属型中而获得铸件的铸造方法。
1．金属型结构及工艺特点
（1）结构：P179图7-11。
（2）工艺特点
1）浇铸前应将金属型预热；
2）型腔和型芯要涂耐火材料；
3）每浇铸一次，都要涂一层煤油。
2．铸造特点及应用
（1）特点
1）可一型多铸，节省造型工时和造型材料，生产率高；
2）铸件精度较高（尺寸精确），表面光洁，机械性能高；
3）制导致本高，生产周期长。
（2）应用：大批量生产的非铁金属（有色金属）铸件。
二、压力铸造：在高压下快速地将液态或半液态合金压入金属铸型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。
1．铸造过程：P180图7-12。
（1）合型浇注；
（2）压射；
（3）开型顶件。
2．特点及应用
（1） 特点
1）具有金属型铸造的特点；
2）可得到复杂形状的薄壁件或镶嵌件；
3）可适当减少浇注温度，金属浇注时流动性好。
（2）应用：大批量生产的薄壁、复杂的小型非铁金属铸件。
三、离心铸造：将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下充满铸型并结晶的铸造方法。
1．铸造过程：P179图7-11。
（1）铸型旋转；
（2）浇注；
（3）
2．特点及应用
（1）特点
1）铸件机械性能好，无气孔、缩孔、夹渣等缺陷，铸件质量好；
2）铸造圆形内腔铸件，不需型芯；
3）没有浇注系统，可减少金属熔液的消耗；
4）铸出的内孔尺寸不精确，非金属夹杂物较多。
（2） 应用：空心回转体铸件（毛坯）。
四、熔模铸造
又称失蜡铸造，是一种精密铸造。
1．铸造过程
（1）压铸蜡模；
（2）组合蜡模；
（3）结壳脱蜡；
（4）焙烧和浇注；
（5）毁壳（取件）。
2．特点及应用
（1）特点
1）铸件为一整体，无分型面；
2）能制作复杂的薄壁铸件，尺寸精确，表面光洁；
3）生产工艺复杂，周期较长，成本较高，铸件重量不宜太大。
（2）应用：高熔点或难切削加工铸件（如耐热合金、磁钢等），成批大量生产的小型精密铸钢件。
五、各种铸造方法比较：P182表7-4。

§7-4 铸造工艺新技术
一、实型铸造
又称气化模铸造，简称EPC。
1．铸造过程
（1）制造泡沫塑料模型（涉及浇注系统）；
（2）造砂型；
（3）浇注；
（4）落砂取件。
2．特点
（1）没有分型面、铸造斜度和活块，没有飞翅；
（2）尺寸精度和表面粗糙度近似熔模铸件；
（3）铸件内部质量好，生产率高，对环境无公害。
3．应用：范围较广，特别是用于生产形状复杂的铸件。
二、悬浮铸造：在浇注过程中，将一定量的金属粉末（悬浮剂）加入到金属液流里，使其与金属液掺和在一起而流入铸型的铸造方法。
1．特殊浇注系统：P183图7-16。
2．特点
（1）可减少热裂和横截面、轴向偏析的发展；
（2）减少缩孔，减轻缩松；
（3）铸件的力学性能有所提高。
三、真空密封造型（V法造型）
简称真空造型。
1．特点
（1）铸件精度高，表面粗糙度低；
（2）金属流动性提高；
（3）落砂清理方便，砂的回用率高，铸件成本较低。
2．应用：生产面积大、壁薄、形状不太复杂及表面规定光洁、轮廓清楚的铸件。

课堂小结：
1．金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造的特点及应用。
2．实型铸造、悬浮铸造、真空铸造是几种典型的铸造新方法。

作业：P184/ 8,9

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科

机械工程基础

第 八 章 第 1,2 节

1．概述
课 题 2. 自由锻
授 课 时 数
2
累计时间

授 课 日 期

授课班级
数控50204

教 学 目 的

与 要 求

1．掌握锻压的概念、特点、分类及应用
2．熟悉自由锻常用的基本工序
3．掌握锻件的加热、冷却和热解决工艺方法

教 学 重 点

与 难 点

重点：锻压的概念、特点、分类及应用；自由锻常用的基本工序；锻件的加热、冷却和热解决工艺方法；
难点：锻压的概念、特点、分类及应用；锻件的加热、冷却和热解决工艺方法

授 课 方 法

讲授

教 具

执行后摘记

导入新课：
几种特种铸造方法的特点及应用。

讲解新课：
第八章 锻压
§8-1 概述
锻压：是指对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。
一、锻压的特点、分类及应用
1．特点
（1）改善金属内部组织，提高力学性能；
（2）节省金属；
（3）生产率高；
（4）适应性广；
（5）不能锻制外形、内腔复杂的工件（与铸件相比）。
2．分类（P185图8-1）
（1）锻造：在锻造设备及工（模）具的作用下，使坯料产生局部或所有塑性变形,以获得一定形状、尺寸和质量的锻件加工方法。分为自由锻造和模型锻造。
（2）冲压：在冲压设备上运用冲模使坯料产生分离或变形的加工方法。它重要用于板料加工。
二、锻造的基本知识
1．影响锻造性能的因素
塑性越好，变形抗力越小，表白金属的锻造性能越好；反之则差。
（1） 化学成分。纯金属比合金好；碳含量越低越好。
（2） 组织。纯金属及单一固溶体的好，多相组织的差；细小而均匀的晶粒的好，粗大的晶粒的差。
（3） 变形温度。变形温度提高，锻造性提高。
（4） 变形速度。①变形速度增长，冷变形强化严重，锻造性能变差；②变形速度增长，产生热效应，使变形抗力减少，塑性增长，锻造性能得以改善。
在一般锻压生产中，变形速度并不不久，因而热效应作用也不明显。
2．锻造流线与锻造比
（1）锻造流线 P186图8-2。加工时，应尽也许使流线与零件的轮廓相符合而不被切断。
（2）锻造比（Y）：锻件变形前后的横截面或长度的比值。
。
A0、A——变形前、后的横截面积；
L0、L——变形前、后的长度。
若用钢材为坯料进行锻造时，不考虑锻造比。

§8-2 自由锻
自由锻：在自由锻造设备上运用通用工具使金属坯料产生变形而获得锻件的加工方法。
分类：手工锻造；机器锻造。
特点：锻件的形状和尺寸由操作者的水平来保证。
合用：单件、小批量生产，大型及特大型锻件。
加热炉：一般为火焰放射炉，也有煤气炉、油炉、电阻炉。
一、自由锻设备
1．锻锤 有空气锤（图8-3）和蒸气-空气锤。吨位以锤头下落的质量来表达，一般为40~750kg，重要用于生产中、小型锻件。
2．液压机 重要是水压机。吨位以上砧铁的最大工作总压力来表达，一般为500~12023t。重要用于生产大型锻件，是巨型锻件的唯一成形设备。
二、自由锻基本工序
1． 镦粗：使毛坯高度减小，横截面积增大的工序。分为完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等，P187图8-4。重要用于制造高度小、截面大的工件，如齿轮、圆盘等。（高径比h/d≤2.5）
2． 拔长：使毛坯横截面积减小，长度增长的工序。分为平砧拔长、赶铁拔长和芯棒拔长等，P188图8-5。重要用于制造长度大、截面小的工件。（送进量L /宽B≤1.8）
3． 冲孔：用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的工序。分为实心冲头冲孔（孔径小于400mm）和空心冲头冲孔（孔径大于400mm），P188图8-6。重要用于制造空心件。
方法：1）双面冲孔
2）单面冲孔
4． 切割：用剁刀将坯料切断或部分切开的工序。
方法：1）单面切割。合用于切断坯料、切除料头。
2）双面和四周切割。合用于切割横截面积较大的坯料。
3）圆料切割。第一刀：1/3~1/2；旋转120º~150º切第二刀； 最后一刀切断。
5． 弯曲：将坯料弯曲成一定角度或形状的工序，P188图8-7。用于锻制曲形零件。
三、自由锻件的结构工艺性
锻件设计原则：在满足使用性能的条件下，锻件的形状应简朴、合理、易于锻造。
工艺性规定：P188表8-1。
四、锻件的加热和冷却
1．锻造温度范围：指合理的始锻温度和合理的终锻温度之间的间隔。
拟定原则：①保证金属具有良好的锻造性能和合适的金相组织；②在每一次加热之后完毕更多的成形工作。
（1） 始锻温度：即开始锻造的温度（一般低于金属熔点100~200ºC）。
过高：产生过热、过烧缺陷，从而影响锻件质量，甚至导致废品。
过低：缩短锻造时间。
（2） 终锻温度：即停止锻造的温度（一般为800~900ºC）。
过高：使锻件产生晶粒粗大，力学性能减少。
过低：使锻件变性抗力急剧升高，甚至导致锻件被打裂。
几种常用材料的始锻和终锻温度：P189表8-2。
2．锻件的冷却和热解决
（1）冷却方法——根据锻件的化学成分、形状和尺寸特点，应采用不同的冷却方法。
1）空冷（在干燥地面上）。 特点：冷速快。 合用：低、中碳钢的小型锻件。
2）坑冷或箱冷（放置在添有黄沙、石灰、煤渣等绝热材料的坑中或箱中）。 特点：冷速慢。 合用：低合金钢锻件或大件。
3）炉冷。（500—700ºC） 特点：冷速缓慢。 合用:高碳、高合金钢锻件或大型锻件。
锻件中碳及合金元素的含量越高，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢。
（2）热解决——锻件应进行去应力退火、正火或球化退火解决，以保证锻件具有良好的切削加工性。

课堂小结：
1．锻压是指对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。是锻造和冲压的总称。
2．锻造分为自由段和模锻两种加工方法。
3．自由锻造的基本工序有：镦粗、拔长、冲孔、切割和弯曲。
4．锻造温度范围是指合理的始锻温度和终锻温度之间的间隔。拟定原则是：①保证金属具有良好的锻造性能和合适的金相组织；②在每一次加热之后完毕更多的成形工作。
5．根据锻件的化学成分、形状和尺寸特点，应采用不同的冷却方法。锻件中碳及合金元素的含量越高，锻件体积越大，形状越复杂，冷却速度越要缓慢。锻件的冷却方式有空冷、坑冷和炉冷。

作业：P196/1,5,6

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科

机械工程基础

第 八 章 第 3，4，5 节

1．模锻
课 题 2. 板料冲压
3．压力加工先进工艺简介
授 课 时 数
2
累计时间

授 课 日 期

授课班级
数控50204

教 学 目 的

与 要 求

1．掌握模型锻造的分类
2．掌握板料冲压的重要工序
3．了解压力加工先进工艺

教 学 重 点

与 难 点

重点：模型锻造的分类和板料冲压的重要工序

难点：模型锻造和板料冲压的特点及应用

授 课 方 法

讲授

教 具

执行后摘记

导入新课：
1．锻压的概念和锻造的分类。
2．自由锻造的基本工序。
3．锻件的加热、冷却和热解决工艺方法。

讲解新课：
§8-3 模锻
模锻（模型锻造）：运用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。
分类：锤上模锻；胎模锻。
一、锤上模锻：将模具固定在模锻锤上，使毛坯变形获得锻件的锻造方法。
镦粗
1． 设备：蒸汽—空气模锻锤（应用最广）、无砧座锤、高速锤等。吨位：1~16t。锻件质量：0.5~150kg。

单膛锻模
制坯模膛
拔长

2． 锻模：
滚压

多膛锻模。模膛有
预锻模膛
弯曲

终锻模膛

3．示例：P191图8-10。
4．优点：可锻出形状较复杂的锻件，锻件尺寸精确，表面光洁，加工余量小，比自由锻省材料；操作简朴，生产率高，易于实现机械化和自动化。缺陷：坯料要整体变形，变性抗力较大（使用设备吨位大），锻模制导致本很高。
5．合用：中、小型锻件的大批量生产。
二、胎模锻：是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。
1．种类
（1）摔模。 合用：锻制回转体锻件。
（2）扣模。图8-11a）合用：杆状非回转体锻件。
（3）套筒模。图8-11b)、c）
A．开式。合用：用于端面平整的回转体锻件。
B．闭式。合用：端面有凸台或凹坑的回转体锻件。
（4）合模。图8-11d） 合用：锻造形状复杂的非回转体锻件。
2．锻造过程：自由锻造制坯→胎模终锻成形。
3．优点：工艺操作灵活，可以局部成形；锻件质量较好。缺陷：劳动强度较大，生产率较低。
4．合用：中、小批量生产。

§8-4 板料冲压
冲压：使板料经分离或变形而得到制件的加工方法。
特点：
a)制件尺寸精确，表面光洁，不经加工可直接使用；
b)能制出复杂形状制件，生产率高，易于实现机械化、自动化；
c)制模成本高，周期长。
合用：大批量生产。
一、冲压设备
1．剪床。P193图8-13。
2．冲床。P193图8-14。
二、冲压基本工序
1．分离工序：剪切（沿不封闭轮廓分离）和冲裁（沿封闭轮廓分离—落料和冲孔：P194图8-15,8-16）。
2． 变形工序：弯曲（P194图8-17）、拉深（P194图8-18）、翻边、胀形、缩口等。
三、冲压模具：简朴模（P194图8-19）、连续模（P195图8-20）、复合模（P195图8-21）。

§8-5 压力加工先进工艺简介
一、精密模锻
二、高速锤锻
三、液态模锻
四、超塑性成形
超塑性：材料在低的变形速度、一定的变形温度和均匀的晶粒的条件下，其拉伸变形的伸长率超过100%的现象。

课堂小结：
1．模锻（模型锻造）是运用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。分为锤上模锻和胎模锻。
2．冲压是使板料经分离或变形而得到制件的加工方法。基本工序有分离和成形。
3．精密模锻、高速锤锻、液态模锻、超塑性成形是目前较先进的压力加工工艺。

作业：P196/8,10,11

学

科

机械工程基础

第 九 章 第 节

1．焊接概述 2．焊条电弧焊
课 题 3．其他焊接方法简介
4．焊接新工艺简介 5．胶接简介
授 课 时 数
2
累计时间

授 课 日 期

授课班级
数控50204

教 学 目 的

与 要 求

1．掌握焊接和胶接的概念
2．掌握焊接的分类及用途；了解胶接的应用
3．掌握焊条电弧焊的焊接过程
4．了解金属的焊接性的概念

教 学 重 点

与 难 点

重点：焊接和胶接的概念；焊接的分类及用途；焊条电弧焊的焊接过程
难点：焊条电弧焊基本工艺

授 课 方 法

讲授

教 具

执行后摘记

导入新课：
1． 模型锻造的分类。
2． 冲压的基本工序。

讲授新课：
第九章 焊接与胶接
焊接：通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达成（原子）结合的方法。
胶接：借助于胶粘剂使两个分离表面依靠化学力、机械嵌合力等作用，从而把两个物体结合在一起的连接方法。
§9-1 焊接概述
一、焊接的特点
焊接的实质：是两个分离金属通过原子或分子间的互相扩散与结合而形成一个不可拆卸的整体的过程。
1．减轻结构自重，节约金属材料与加工工时；
2．以小拼大，以简拼繁，减少生产成本；
3．接头密封性好；
4．可制造双金属结构；
5．焊接接头组织性能不均匀，易产生焊接残余应力和变形。
二、焊接的分类及应用
1．熔焊：焊件接头处加热熔化，不加压完毕焊接的方法。
2．压焊：焊接中必须施加压力、加热或不加热，以完毕焊接的方法。
3．钎焊：钎料（采用比母材熔点低的金属）熔化充填焊逢的焊接方法。
应用：同种金属、异种金属、非金属、金属与非金属之间的各种连接。

§9-2 焊条电弧焊
焊条电弧焊：以电弧热作为焊接热源的熔焊方法。
焊接过程：（P198图9-1）焊钳（焊条）、焊件接焊机的两极；焊条、焊件引燃电弧；形成熔池；移动焊条形成焊缝。
一、焊接电弧：是在具有一定电压的焊条与焊件（两极）间的气体介质中产生强烈而持久的放电现象。
1． 电弧的形成：接触引弧（焊条与焊件瞬时接触导致短路，随后立即提起焊条并保持2~4mm高度）。
2． 电弧的组成：阴极区、阳极区、弧柱区。（P198图9-2）
3． 电弧的极性和应用
（1） 直流弧焊机焊接（P198图9-3）
1） 正接法：焊件接正极，焊条接负极。宜用于焊接厚板。
2） 反接法：焊件接负极，焊条接正极。宜焊接薄板或有色金属等。
（2） 交流弧焊机焊接 不存在正接和反接问题。
二、焊接冶金过程特点
1． 焊接时，熔化的金属、熔渣和气体之间进行着复杂的物理、化学反映，这种过程称为焊接冶金反映过程。
2． 特点：
1） 冶炼温度高，易导致合金元素的蒸发与烧损；
2） 冶炼过程短，熔池从形成到凝固只有10s左右，难以达成平衡状态；
3） 冶炼条件差，有害气体难免侵入熔池，形成脆性氧化物、氮化物和气孔，使焊缝金属塑性、韧性显著下降。
3． 改善措施：
1） 焊前对焊件进行清理；
2） 焊接过程中对熔池金属进行机械保护（运用熔渣、保护气体等机械地把熔池与空气隔开）和冶金解决（向熔池中添加合金元素）。
三、焊条
1． 组成及作用 由焊芯（焊丝）和药皮（涂料）组成。
（1） 焊芯 是组成焊缝金属的重要材料。重要作用是导电、产生电弧和维持电弧燃烧，并与母材熔合成一体，组成焊缝。
（2） 药皮 作用是提高电弧燃烧的稳定性，产生熔渣和气体，防止熔池金属氧化，补充有益合金元素的烧损和脱氧，以保证焊缝达成规定的力学性能。
2． 种类和型号 P199表9-1。
3． 选用原则 以保证焊缝质量、提高经济效益为前提。
（1） 选择与母材化学成分相同或相近的焊条；
（2） 选择与母材强度相等的焊条；
（3） 根据结构的使用条件选择药皮类型 规定塑性好、冲击韧度高、抗裂能力强或低温性能好的结构——选用碱性焊条；构件受力不复杂，母材质量较好——尽量选用较经济的酸性焊条。
四、焊条电弧焊基本工艺
1． 焊接接头和坡口（P200图9-4）
（1） 接头形式：对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头。
（2） 开坡口的目的：保证厚板能焊透和减少焊件在焊缝中所占的比例。
（3） 坡口形状：P200图9-4。
2． 焊缝的空间位置：平焊、立焊、横焊、仰焊。（P201图9-5）
3． 焊接参数选择
（1） 焊条直径 重要根据焊件厚度决定。参考P201表9-2。
（2） 焊接电流 重要根据焊条直径选择。
平焊低碳钢或低合金钢，并采用3~6mm焊条时，经验公式：
I：焊接电流（A）
d：焊条直径（mm）
K：经验系数，常取30~50A/mm
立焊、横焊、仰焊时所用电流比平焊时小10%~15%。
（3）焊接速度与电弧长度 由焊工根据焊缝尺寸和焊条特性自行掌握。通常速度≤10m/h，电弧长度≤2~4mm。
五、焊接接头的组织和性能
焊接接头由焊缝、熔合区和热影响区组成。（P201图9-6）
1． 焊缝的组织和性能 晶粒为柱状结构，较细小，性能不低于基体金属。
2． 熔合区的组织和性能 组织成分极不均匀，力学性能不好，是产生裂纹的起源处。
3． 热影响区的组织和性能 低碳钢分为：过热区、正火区、部分相变区。
（1） 过热区 具有过热组织或晶粒显著粗大，塑性、韧性差，容易产生裂纹；
（2） 正火区 空冷后得到均匀细小的正火组织，力学性能良好，优于母材；
（3） 部分相变区 晶粒大小不均匀，力学性能差。
熔合区和过热区是焊接接头中的薄弱环节，应当尽量减少其宽度。
六、焊接应力与变形
1． 产生应力与变形的因素 ①焊缝冷却过程中熔化金属由液体变成固体，体积发生收缩；②焊接是局部加热，冷却时局部有收缩变形。（“金工”P140）（P202图9-7）
2． 减小应力和变形的措施 ①采用合理的焊接顺序；（P202图9-8）②整体预热法；③焊后退火解决。
3． 防止和校正变形的措施 ①反变形法；（P203图9-9）②刚性固定法；③机械校正法；④火焰校正法。
七、金属的焊接性
1． 焊接性：是指在一定的焊接条件下，获得优质焊接接头的难易限度。
2． 钢焊接性评估 参考指标为碳当量（CE）
计算公式：
式中各元素含量均取其成分范围内的上限。
CE<0.4%时，焊接性优良，焊前不需预热；
CE=0.4%~0.6%时，焊接性较差，需采用适当预热和缓冷等工艺措施；
CE>0.6%时，焊接性不好，焊前需采用较高温预热和其他严格的工艺措施。

§9-3 其他焊接方法简介
一、埋弧焊：电弧在熔剂层下燃烧进行焊接的方法。（P204图9-10）
1． 特点：大电流、高效率、易保证焊接质量、便于生产机械化、劳动条件较好。
2． 应用：长的直焊缝和大直径的环焊缝。在船舶、锅炉、桥梁等制造业中应用广泛。
二、气体保护电弧焊：运用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。（P204图9-11）
1． 特点：对焊接位置无特殊规定，且透过气体介质能看到焊接的情况，比埋弧焊具有更好的适应性。但不宜在室外进行。
2． 应用：CO2——低碳钢、强度级别不高的低合金钢、高强度结构钢材料。氩弧焊——有色金属（如铝、镁及其合金）、稀有金属（如钼、钛及其合金）、特殊性能钢（如不锈钢、耐热钢）。
三、气焊：运用气体火焰作为热源的焊接方法。（P204图9-12）
1． 三种火焰及其应用
（1） 中性焰——氧气：乙炔=1:1.2，内焰温度高达3150ºC。用于焊接低、中碳合金钢、纯铜和铝合金等。
（2） 碳化焰——氧气：乙炔<1.0，火焰比中性焰长，温度低，用于焊接高碳铸铁和硬质合金。
（3） 氧化焰——氧气：乙炔>1.2，火焰缩短，温度比中性焰高，用于焊接黄铜、青铜等材料。
2．总体特点：焊接温度低，热量分散，变性严重，但气焊薄板时不易烧穿，对焊接位置无特殊规定。常用于焊接薄钢板、铜合金、铝合金等，也用于焊补铸铁。对无电源的野外施工有特殊意义。
四、电阻焊：运用电流通过电阻值较大的焊缝和邻近区域时所产生热量进行加热，并对焊接区施加一定压力进行焊接的方法。（P205图9-13）
1． 对焊 一般仅用于焊接截面形状简朴、直径小于20mm，且强度规定不高的杆件对接。
2． 点焊 重要用于焊接薄板结构及钢筋构件。
3． 缝焊 可以认为是连续的点焊过程。常用来焊接规定密封的薄壁容器。
各种电阻焊方法设备投资大，生产率高，只合用于大批量生产。
五、电渣焊：运用电流通过液态熔渣所产生的电阻热进行焊接的方法。（P206图9-14）
1． 特点：能使厚大焊件的焊缝一道焊成，生产率高，熔池的保护效果好。但热影响区、过热区大，焊缝的铸态组织和近缝区的过热组织，必须采用正火细化。
2． 应用：重要用于厚度在40mm以上的钢板的直焊缝和环焊缝的焊接。
六、钎焊：软钎焊——钎料熔点低于450ºC的钎焊，常用锡作钎料，用于受力不大和工作温度较低的场合，如电子元件和线路板的焊接。硬钎焊——钎料熔点高于450ºC的钎焊，常用铜或银作钎料，用于受力较大和工作温度较高的场合，如硬质合金刀片与刀杆的铜钎焊。
特点：温度低，变形小，接头强度低，焊前准备工作规定高。

§9-4 焊接新工艺简介
一、真空电子束焊：运用高速和聚焦的电子束轰击焊件所产生的热能作为热源进行焊接的一种熔焊方法。
1． 特点：①焊件金属不会氧化、吸氢，无电极污染，能保持焊缝金属的高纯度；②热源能量密度大，穿透力强，焊缝深宽比大（可达1:20），对厚件可不开坡口，不留间隙，不加填充金属，单道焊一次完毕。热影响区小，变形小；③电子束参数可调范围大，可灵活控制，适应性强。
2． 应用：微型电子线路组件、原子能燃料元件、大型导弹外壳，以及一般的机械制造业中都得到应用。
二、激光焊：以聚焦的激光束轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法。
1． 特点：①加热过程极短（以毫秒计），焊件不易氧化，可在大气中焊接，而不需要气体保护或真空环境；②能量密度高，热量集中，热影响区和焊接变形极小；③可对绝缘材料、异种金属焊接，甚至把金属与非金属焊接在一起。
2． 应用：电子元件、微型继电器、电容器、石英晶体的管壳封焊、仪表游丝的焊接等。
三、超声波焊接：运用超声波频率（超过16kHz）的机械振动能量，连接同种或异种金属、半导体、塑料及金属陶瓷等的特殊焊接方法。
接头间的冶金结合是在母材不发生熔化的情况下实现的，因而是一种固态焊接。
1． 特点：①可合用于异种材料的焊接；②不会产生高温污染及损伤；③容易焊接高热导率和高电导率的材料；④与点焊比较，耗电功率仅为其5%左右，焊接变形小于3%~5%，焊点强度平均提高约15%~20%；⑤对焊前清理工作规定不高，允许