課前提問判斷并改正1、板料沖壓落料工序中的凸凹模的間隙是影響沖壓件剪斷質量的關鍵。凸凹模間隙越小，則沖壓毛刺越小，精度越高。2、板料彎曲時，彎曲后兩邊所夾的角度越小，則彎曲部分的變形程度越大。3、拉深過程中坯料的側壁受拉應力。拉應力的大小與拉深系數有關，拉深系數越大，則側壁所受的拉應力越大。4、受翻邊系數的限制，一次翻邊達不到零件凸緣高度要求時，則可以進行多次翻邊。

5、厚1mm直徑φ350的鋼板經拉深制成外徑為φ150的杯形沖壓件。由手冊中查得材料的拉深系數ml＝0.6，m2＝0.80，m3＝0.82，m4＝0.85。該件要經過幾次拉深才能制成？6．設計沖孔凸模時，其凸模刃口尺寸應該是（）。A沖孔件孔的尺寸；B沖孔件孔的尺寸＋2z（z為單側間隙）C沖孔件孔的尺寸－2z；D沖孔件尺寸－z7、如圖所示沖壓件，采用厚1.5mm低碳鋼板進行批量生產。試確定沖壓的基本工序？（1）落料（2）拉深（3）沖孔（4）翻邊第四篇

焊接焊接定義：通過加熱或加壓；或兩者并用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子結合的一種加工方法。

焊接工藝的發展歷史

焊接技術是隨著銅鐵等金屬的冶煉生產、各種熱源的應用而出現的。古代的焊接方法主要是鑄焊、釬焊、鍛焊、鉚焊。中國商朝制造的鐵刃銅鉞，就是鐵與銅的鑄焊件，其表面銅與鐵的熔合線婉蜒曲折，接合良好。

春秋戰國時期曾侯乙墓中的建鼓銅座上有許多盤龍，是分段釬焊連接而成的。戰國時期制造的刀劍，刀刃為鋼，刀背為熟鐵，一般是經過加熱鍛焊而成的。據明朝宋應星所著《天工開物》一書記載：中國古代將銅和鐵一起入爐加熱，經鍛打制造刀、斧；用黃泥或篩細的陳久壁土撒在接口上，分段煅焊大型船錨。古代焊接技術長期停留在鑄焊、鍛焊、釬焊和鉚焊的水平上，使用的熱源都是爐火，溫度低、能量不集中，無法用于大截面、長焊縫工件的焊接，只能用以制作裝飾品、簡單的工具、生活器具和武器。

19世紀初，英國的戴維斯發現電弧和氧乙炔焰兩種能局部熔化金屬的高溫熱源；1885～1887年,俄國的別納爾多斯發明碳極電弧焊鉗；1900年又出現了鋁熱焊。20世紀初，碳極電弧焊和氣焊得到應用，同時還出現了薄藥皮焊條電弧焊。也成為現代焊接工藝的發展開端。1930年美國的羅賓諾夫發明使用焊絲和焊劑的埋弧焊，焊接機械化得到進一步發展。40年代，為適應鋁、鎂合金和合金鋼焊接的需要，鎢極和熔化極惰性氣體保護焊相繼問世。1951年蘇聯的巴頓電焊研究所創造電渣焊。1953年，蘇聯的柳巴夫斯基等人發明二氧化碳氣體保護焊。1957年美國的蓋奇發明等離子弧焊；40年代德國和法國發明的電子束焊；60年代又出現激光焊等離子、電子束和激光焊接方法的出現，標志著高能量密度熔焊的新發展，使許多難以用其他方法焊接的材料和結構得以焊接。焊接的應用焊接的應用焊接的應用焊接的應用焊接的分類1.1焊接電弧1、焊接電弧：在電極與工件之間的氣體介質中長時間的放電現象，即在局部氣體介質中有大量電子流通過的導電現象。電極可以是金屬絲、鎢絲、碳棒或焊條。第一章電弧焊分解電離M2————2M—————M++e-(放出熱能、光能和機械能)電弧產生過程電弧放電的實質：

把電能轉換為熱能、光能和機械能的能量轉換過程。電弧中陽極區和陰極區的溫度因電極材料不同而有所不同，用鋼焊條焊接鋼材時，陽極區溫度約2600K，陰極區約2400K，電弧中心區溫度最高，可達6000~8000K。電弧熱量：電弧引燃放出大量熱能和強烈的光。Q=UIT電弧熱量在陽極區產生的較多43％；因放出大量電子，消耗了一部分能量，陰極區相對較少36％；弧柱中產生熱量21％。焊條電弧焊只有65％～85％的熱量用于加熱和熔化金屬，其余的熱量散失在電弧周圍和飛濺的金屬液中。2.焊接電弧構造及溫度分布3.直流電源焊接的兩種接法直流正接：將工件接到電源的正極，焊條（或電極）接到負極。工件溫度相對高一些，多用于焊厚板和高熔點金屬；直流反接：將工件接到電源的負極，焊條（或電極）接到正極。用低氫型焊條，焊薄板或低熔點金屬時常用此接法。交流電源：兩極加熱溫度一樣，都在2500K左右，不存在正接和反接問題。4、焊接的冶金過程焊接的冶金過程如圖所示,母材、焊條受電弧高溫作用熔化形成金屬熔池，將進行熔化、氧化、還原、造渣、精煉及合金化等物理、化學過程。金屬與氧的作用對焊接質量影響最大，氧與多種金屬發生氧化反應：電弧電壓：電弧穩定燃燒時的電壓。與電弧長度有關，也就是焊條與工件的距離，電弧長度越大，電弧電壓也越高。一般為16～35V。

空載電壓：焊接時的引弧電壓。一般為50～90V。引弧電壓不能過低，過低引不起弧，也不能過高，過高焊條會連接在工件上。1.2焊接接頭的組織和力學性能一、焊接工件上溫度的變化與分布焊接時，電弧隨著工件逐漸移動并對工件局部加熱。

各點處由常溫—較高溫度—常溫

固態

液態

固態焊縫區各點溫度變化情況因為離焊縫中心距離不同。各點最高溫度不同因為熱傳導需要一定的時間。各點在不同的時間達到該點最高溫度在焊接過程中，焊縫的形成是一次冶金過程，焊縫及附近區域金屬相當于受到一次不同規范的熱處理，必然會產生組織和性能的變化。二、焊接接頭的組織和性能焊接接頭：用焊接方法連接的接頭，簡稱接頭。焊接接頭包括焊縫和熱影響區。焊縫：熔化焊焊縫是由熔池結晶后形成的焊件結合部分。焊縫的性能決定于焊縫的化學成分和組織。1．焊縫的組織和性能14231—母材；2—熱影響區；3—焊縫；4—熔合區焊接接頭形成焊接接頭組織1）焊縫的結晶過程和組織焊縫的結晶過程：從熔池底部開始向中心成長的。因結晶時各個方向的冷卻速度不同從而形成柱狀晶粒。焊縫組織是粗大的柱狀晶粒。但由于熔池小，冷卻快，化學成分控制嚴格，碳、硫、磷都較低，并含有一定合金元素，故可使焊縫金屬的力學性能不低于母材。（沖擊、拉伸試驗中斷裂區一般不在焊縫處，一般出現在熱影響區。）1．熔化金屬2．熔合區

3．過熱區4．正火區

5．部分相變區

6．母材

2、焊接熱影響區指焊縫附近的母材組織或性能發生變化的區域；熔焊焊縫和母材的交界線叫熔合線。由于焊縫附近各點受熱情況不同，熱影響區可分為熔合區、過熱區、正火區和部分相變區。低碳鋼焊接接頭的組織變化1）熔合區焊縫與基體金屬的交接過渡區。溫度處于固相線和液相線之間，由于焊接過程中母材部分熔化，也稱半熔化區。化學成分不均勻，組織粗大，往往是粗大的過熱組織或粗大的淬硬組織，使強度下降，塑性、韌性極差，產生裂紋和脆性破壞，其性能是焊接接頭中最差的。熔合區熔合區很大程度上決定著焊接接頭的性能。過熱區正火區部分相變區母材2）過熱區：最高加熱溫度在11000C以上的區域，晶粒粗大，甚至產生過熱組織。塑性和韌性明顯下降。3）正火區：最高加熱溫度在Ac3至11000C的區域，焊后空冷得到晶粒較細小的正火組織，力學性能較好，性能要優于母材。4）部分相變區：最高加熱溫度在Ac1至Ac3的區域，只有部分組織發生相變，晶粒有長大趨勢；冷卻后晶粒不均勻，性能比正火區差。

影響焊接接頭性能的因素

1）焊接材料、焊絲和焊劑都要影響焊縫的化學成分。2）焊接方法，一方面影響組織粗細，一方面影響有害雜質含量。

低碳鋼焊接接頭的性能分布3）焊接工藝。焊接時，為保證焊接質量而選定的諸物理量（如焊接電流、電弧電壓、焊接速度、線能量等）的總稱，叫焊接工藝參數。顯然焊接工藝參數，影響焊接接頭輸入能量的大小，影響焊接熱循環，從而影響熱影響區的大小和接頭組織粗細。4）接頭形式、工件厚度、施焊環境溫度和預熱等均會影響焊后冷卻速度，從而影響接頭的組織和性能。在焊接過程中，熱影響區在焊接接頭中必然存在，是不利影響，應盡量減少。3、改善焊接熱影響區組織和性能的方法

正確選擇焊接方法與焊接工藝。采用焊后正火處理，使焊縫和焊接熱影響區的組織轉變成為均勻的細晶結構，以改善焊接接頭的性能。焊接方法過熱區寬度/mm熱影響區總寬度/mm焊條電弧焊埋弧自動焊手工鎢極氬弧焊氣焊電子束焊接2.2~3.508.~1.22.1~3.221—6.0~8.52.3~4.05.0~6.2270.05~0.75表4-1焊接熱影響區的平均尺寸數值焊接過程是一個不平衡的熱循環過程，加熱后焊件各部分的溫度不同，隨后的冷卻速度也各不相同。因而焊件各部位在熱脹冷縮和塑性變形的影響下，必將產生內應力、變形或裂紋。1.3焊接應力與變形一、焊接應力影響焊接構件的使用性能，引起焊件的變形；引起應力集中，降低承載能力；引起裂紋，縮短焊件使用壽命，造成脆斷。1．后果2、產生過程焊縫及其相鄰區金屬處于加熱階段時膨脹，受到焊件冷金屬的阻礙，不能自由伸長而受壓，形成壓應力；隨后再冷卻到室溫時，其收縮又受到周邊冷金屬的阻礙，不能縮短到自由收縮所達到的位置，產生殘余拉應力。焊接應力焊接應力的存在將影響焊件的使用性能，是其承載能力大為降低，甚至在外載荷改變時會出現脆斷的危險后果。對于接觸腐蝕性的焊件（如容器），由于應力腐蝕現象加劇，將減少焊件的使用壽命，甚至產生應力腐蝕裂紋而報廢。對于承載大、壓力容器等重要結構件，焊接應力必須加以防止和消除。設計時應選用塑性好的材料，要避免使焊縫密集交叉，避免使焊縫截面過大和焊縫過長。3．防止措施在施焊中應確定正確的焊接次序。焊前對焊件預熱，這樣可減弱焊件各部位間的溫差，從而顯著減小焊接應力。焊接中采用小能量焊接方法（小電流、低電壓、慢焊速）或錘擊焊縫可減小焊接應力。采用焊后去應力退火方法。二、焊接變形1、后果：影響使用，過大的變形量將使焊件報廢。焊接變形的基本形式2．防止措施結構設計：采用對稱結構或大剛度結構、焊縫對稱分布結構。施焊中，采用反變形措施或剛性夾持方法。剛性夾持法不適合焊接淬硬性較大的鋼結構件和鑄鐵件。正確選用焊接參數和焊接次序，使溫度分布更加均衡，變形相互抵消。不合理的焊接次序合理的焊接次序采用機械矯正法或火焰加熱矯正法消除小變形。機械矯正火焰加熱矯正焊接應力過大的嚴重后果是焊件產生裂紋，焊件裂紋存在于焊縫或熱影響區的熔合區，而且往往是內裂紋，危害極大。因此，對重要焊件，焊后應進行焊接接頭的內部探傷檢查。焊件產生裂紋也與焊件材料的成分（如硫、磷含量）、焊縫金屬的結晶特點（結晶區間）及含氫量有關。焊縫金屬的硫、磷含量過高時，它們的化合物與Fe形成低熔點共晶體存在于基體金屬的晶界處，在應力作用下被撕裂形成熱裂紋。金屬的結晶區間大，形成液態層的可能性大，焊件容易產生裂紋，鋼中的含氫量高，焊后經過一段時間，析出的氫分子集中起來會形成很大的局部壓力，造成工件產生裂紋。在焊接過程中應合理選材，采取措施減少應力，并應用合理的焊接工藝和焊接參數（如選用堿性焊條、小能量焊接、預熱、合理選擇焊接次序等）進行焊接，確保焊接質量。焊條電弧焊(即手工電弧焊)：利用焊條與工件間產生電弧熱，將工件和焊條熔化而進行焊接的方法。1.4焊條電弧焊一、焊條電弧焊的焊接過程電弧在焊條與被焊工件之間燃燒。電弧熱使工件和焊芯同時熔化形成熔池，同時也使焊條的藥皮熔化和分解。二、電焊條焊芯(埋弧焊時為焊絲)是組成焊縫金屬的主要材料。它的化學成分和非金屬夾雜物的多少將直接影響焊縫質量。1．焊芯焊芯的作用：導電：作為電極，產生電弧；填充焊縫：作為填充金屬，與熔化的母材一起組成焊縫金屬；焊接低合金鋼和不銹鋼時應選用相應的低合金鋼和不銹鋼鋼絲作為焊芯。

是用礦石粉、合金粉這些原料按一定比例配制后，壓涂在焊芯外面。2．焊條藥皮藥皮的作用：提高電弧燃燒的穩定性，減少飛濺，同時改善焊縫的成形；機械保護作用，熔化后形成氣體和熔渣用來保護溶質金屬和焊條熔化后形成的熔滴，防止氧化和氮氣熔到液態金屬中；冶金處理作用，去除有害元素，增加有用合金元素，即脫氧、去氫、除硫、滲合金等。種類：我國按化學成分分七大類——碳鋼焊條、低合金鋼焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、鑄鐵焊條及焊絲、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條等。型號：是國家標準中規定的各種系列品種的焊條代號。3．焊條的種類、型號和牌號

例如碳鋼焊條型號E4303、E5015、E5016等。“E”表示焊條；前兩位數字表示焊縫金屬的抗拉強度等級；第三位數字表示焊條的焊接位置，“0”及“1”表示焊條適用于全位置焊接(平、立、仰、橫)，“2”表示焊條適用于平焊及平角焊，“4”表示焊條適用于向下立焊；第三位和第四位數字組合時表示焊接電流種類及藥皮類型，如“03”為鈦鈣型藥皮．交流或直流正、反接，“15”為低氫鈉型藥皮，直流反接，“16”為低氫鉀型藥皮，交流或直流反接。牌號：是焊條行業統一規定的各種系列品種的焊條代號。焊條牌號一般用一個大寫拼音字母和三個數字表示，如J422、J507等。拼音字母表示焊條的大類，如“J”表示結構鋼焊條(碳鋼焊條和普通低合金鋼焊條)，“A”表示奧氏體不銹鋼焊條，“Z”表示鑄鐵焊條等；前兩位數字表示各大類中若干小類，如結構鋼焊條前兩位數字表示焊縫金屬抗拉強度等級，其等級有42、50、55、60、70、75、85等，分別表示其焊縫金屬的抗拉強度大于或等于420、500、550、600、700、750和850MPa；最后一個數字表示藥皮類型和電流種類。堿性焊條的焊縫性能好（焊縫強度高，抗沖擊能力強）而焊條工藝性能較差（電弧不穩定，成本高）；酸性焊條工藝性能好（電弧穩定，成本低）而焊縫性能一般（焊縫強度低）不適用于重載荷和高強度的重要結構件。因此不能用酸性焊條代替堿性焊條。酸性焊條和堿性焊條特性（熔渣性質）：在性能上有很大差別。酸性氧化物：SiO2、TiO2、Fe3O2堿性氧化物：CaO、FeO、MnO母材的力學性能和化學成分。焊接低碳鋼和低合金高強度鋼時，根據母材的抗拉強度按“等強”原則選用相同強度等級的結構鋼焊條；焊接不銹鋼時，選用與母材化學成分類型相同的不銹鋼焊條；對于碳、硫、磷含量多的淬硬傾向大的容易裂的母材，應選用堿性焊條。焊件的工作條件和結構特點。

對于承受交變載荷、沖擊載荷的或其它性能要求高的重要結構，或形狀復雜、厚度大、剛性大的容易裂的焊件應選用堿性焊條。

焊接設備和施工條件。焊接現場缺少直流弧焊機而又必須用堿性焊條時，應選用交、直流兩用的低氫鉀型藥皮的堿性焊條。4．焊條的選用基本原則：保證焊縫金屬與母材具有同等水平的性能。三、主要特點靈活方便，適應性強。它可以在各種焊接位置和各種焊接結構的各個部位進行焊接。設備簡單，便宜。生產率低。對焊工操作技術要求高。四、應用范圍一般適用于單件、小批生產，厚度2mm以上，各種常用金屬材料，各種焊接位置的焊縫和短的、不規則的焊縫。課后習題焊接電弧是怎樣的一種現象？電弧中各區的溫度有多高？用滯留和交流焊接效果一樣嗎？何謂焊接熱影響區？低碳鋼焊接時熱影響區分為那些區段？各區段對焊接接頭性能有何影響？減小熱影響區有何辦法？產生焊接應力和變形的原因是什么？焊接應力是否一定要消除？消除焊接應力有哪些辦法？課后習題4.如圖所示，拼接大塊鋼板是否合理？為什么？為減少焊接應力與變形，應怎樣改變？其合理的焊接次序是什么？

5.試分析厚件多層焊時，為什么要用小錘對紅熱狀態的焊縫進行敲擊？6.焊接變形有哪些基本形式？焊前，為預防和減小焊接變形有哪些措施？7.焊接藥皮起什么作用？111111221.5埋弧焊一．焊接工藝過程①用顆粒狀焊劑取代焊條藥皮；②用連續自動送進的焊絲取代焊芯；③用自動焊機取代焊工的手工操作。埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。焊劑：焊接時能夠熔化形成焊渣和氣體，對熔化金屬起保護和冶金處理作用的一種顆粒狀物質。

二、埋弧焊的特點生產率高。由于焊絲沒有藥皮，焊絲嘴的伸出長度短，焊接電流大，工件熔深大，可以不開坡口或坡口開得小一點。生產率比手工電弧焊提高5～10倍。焊接質量高而且穩定。這是因為埋弧自動焊的保護效果好，而且采用機器操作，焊接工藝參數穩定，焊接質量好，焊接成形也比較美觀。節省金屬材料。埋弧焊熱量集中，熔深大，20～25mm以下的工件可不開坡口進行焊接，而且沒有焊條頭的浪費，飛濺很小，所以能節省大量金屬材料。改善了勞動條件。埋弧焊看不到弧光．焊接煙霧也很少，焊接時只要焊工調整、管理焊機就可自動進行焊接，勞動條件得到很大改善。三、埋弧焊工藝埋弧焊要求更仔細地下料、準備坡口和裝配。焊接前，應將焊縫兩側50～60mm內的一切污垢與鐵銹除掉，以免產生氣孔。埋弧焊一般在平焊位置焊接，用以焊接對接和丁字形接頭的長直線焊縫和對接接頭環形焊縫。對接厚20mm以下工件時，可以采用單面焊接。工件厚度超過20mm時，可進行雙面焊接，或采用開坡口單面焊接。由于引弧處和斷弧處質量不易保證，焊前應在接縫兩端焊上引弧板與引出板，焊后再去掉。為了保持焊縫成形和防止燒穿，生產中常采用各種類型的焊劑墊和墊板，或者先用焊條電弧焊封底。焊接筒體對接焊縫時，工件以一定的焊接速度旋轉，焊絲位置不動。為防止熔池金屬流失，焊絲位置應逆旋轉方向偏離焊件中心線一定距離a，其大小視筒體直徑與焊接速度等而定。埋弧自動焊工藝厚度≥4mm的中、厚板。因為熔深大，焊薄板容易燒穿。平焊或平角焊位置焊縫；長直徑或較大直徑的環縫等規則焊縫；成批生產。不一定是焊件的數量多，只要同類焊縫的數量多就可以認為是成批生產。四、埋弧焊的應用范圍1.6氣體保護焊一、氬弧焊使用氬氣作為保護氣體的氣體保護電弧焊。氬氣是惰性氣體，不和工件發生化學反應，也不溶解于液態金屬中，是理想的保護氣體，焊接質量好。1）用高熔點的鎢或鎢合金作為電極，焊絲作為填充金屬的焊接方法。2）氬氣流：隔離空氣，對焊接區金屬進行保護。3）鎢極氬弧焊時為防止電極燒損，電流不宜過大，熔深較淺，多用于焊接厚度＜6mm薄壁工件。

4）焊接鋼材時，多用直流電源正接，以減少鎢極的燒損。5）焊接鋁、鎂及其合金時，則希望用直流反接或交流電源。1、鎢極氬弧焊(TIG)2、熔化極氬弧焊(MIG)用焊絲作電極，焊絲熔化后作焊縫填充金屬。焊接電流大，熔深大，生產率高。通常用于比較厚的工件焊接。焊接厚度為3～25mm的工件。4、應用

適用于焊接各種有色金屬、稀有金屬、合金鋼，如鋁、鎂、銅、鉬、鈦及其合金、不銹鋼、耐熱鋼及對焊接質量要求較高的重要結構。焊件的厚度一般＜25mm。適于焊接各類合金鋼、易氧化的非鐵金屬及稀有金屬。電弧很穩定，保護效果好，焊縫金屬純凈，焊接質量很好，焊縫形狀美觀。焊接熱影響區小，焊接變形小。這是因為電弧熱量比較集中。由于氣體保護沒有焊渣而且采用明弧焊接，所以可進行全位置焊，容易實現機械化自動化；氬氣比較貴，所以焊接成本高。3.氬弧焊的特點二、CO2氣體保護焊利用焊絲作電極，用CO2作保護氣，靠焊絲和焊件之間產生的電弧熔化工件與焊絲，熔池凝固后成為焊縫。1、焊接過程

CO2是保護氣體，但有氧化性，要氧化金屬，燒損合金元素，因此CO2焊不能用于焊接不銹鋼和有色金屬，但可以用來焊接低、中碳鋼和低合金結構鋼。焊絲要用合金鋼H08Mn2SiA，通過Mn、Si脫氧和滲合金等合金處理。標準CO2焊絲H08Mn2SiA適用于焊接低、中碳鋼和抗拉強度在600MPa以下的低合金高強度鋼。2.CO2焊的特點

成本低。CO2氣體價格很低，其成本是手工電弧焊或埋弧焊的40％～50％。生產率高。電流密度大，焊件的熔深大，焊絲熔化快，焊接速度也比較快。采用氣體保護，不需要清除焊渣，生產率比手工電弧焊提高1～4倍。操作性能好。是明弧焊，焊接中可清楚地看到焊接過程，容易發現問題并及時調整處理。適合于各種位置的焊接。質量較好。由于電弧在氣流壓縮下燃燒，熱量集中，因而焊接熱影響區較小，變形和產生裂紋的傾向性小。

CO2焊適于焊接厚度1mm以上的低、中碳鋼和低合金結構鋼。不適于焊接不銹鋼和易氧化的有色金屬。既可用于縫焊，還可用于點焊，在車輛、船舶生產中，CO2保護焊機器人正在發揮重要作用。3、CO2保護焊的應用自由電弧：電弧區內的氣體尚未完全電離，能量也未