零件毛坯成型概論

鑄造

鑄造成形鑄造是指將熔融金屬澆注、壓射或吸入鑄型型腔中，待其凝固后而得到具有一定形狀、尺寸和性能的鑄件的成形方法。分類砂型鑄造和特種鑄造

應用常用于制造承重的各類結構件

優點（1）可鑄造出形狀十分復雜的鑄件，鑄件的尺寸和重量幾乎不受限制；（2）鑄造原材料價格低廉，鑄件的成本較低；（3）鑄件的形狀和尺寸與零件很接近，因而節省了金屬材料及加工的工時間

缺點（1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內部易產生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。

（2）鑄件質量不夠穩定。砂型鑄造砂型鑄造可分為濕砂型鑄造和干砂型鑄造兩種。濕砂型不經烘干可直接進行澆注；干砂型是經烘干才能澆注的高黏土砂型砂型鑄造砂型鑄造的生產工序

模樣和芯盒砂型制造模樣→制備造型材料→造型（制造砂型）→造芯（制造砂芯）→烘干（用于干砂型鑄造）→合型→熔煉→澆注→落砂→清理與檢驗和鑄件的外形相適應單件或小批生產時，模樣和芯盒可用木材制作，大批大量生產時，可用鋁合金、塑料等材料來制作。用型砂制成的鑄型稱為砂型，砂型用砂箱支撐時，砂箱也是鑄型的組成部分。砂型鑄造造型材料主要包括型砂和芯砂

1、強度：應保證鑄型（或型芯）受外力作用時，不易被損壞。型砂強度不足會造成塌箱、沖砂與砂眼等缺陷。2、透氣性：鑄型（或型芯）能允許氣體通過，因為澆注時，型腔內的空氣及鑄型產生的揮發氣體要通過砂型逸出。3、可塑性：型砂受力易成型且獲得清晰輪廓。可塑性好，造型的輪廓清晰，可鑄出形狀尺寸精確的鑄件。4、耐火性：型（芯）砂在高溫液態金屬作用下，不軟化、不熔融和不粘結的能力、耐火性差的型（芯）砂，砂粒易粘附在鑄件表面，使清砂和切削加工困難。5、退讓性：鑄件凝固收縮時，型（芯）砂不阻礙鑄件收縮。退讓性差的型芯砂，將阻礙鑄件的收縮，會使鑄件產生應力，引起變形，甚至開裂。原砂是型砂和砂芯的主要組成部分，其主要成分是由SiO2及其他氧化物。砂粒均勻且呈圓形的好，一般采自山地、沙漠、河灘和海濱。粘結劑其作用是將砂粒互相粘結在一起，使型（芯）砂具有一定的強度和可塑性。種類很多，常用的有陶（高嶺）土、膨潤土、油類、合脂、樹脂等。附加物為了改善型（芯）砂某些性能而附加的物質。例如，加入煤粉可提高耐火性，加入水玻璃可提高強度，加入木屑可改善透氣性和退讓性等。型砂和芯砂的組成物決定于鑄造合金的種類，鑄件的大小及結構特征等。由原砂、粘接劑、水和附加物配制而成。造型根據生產性質不同，造型方法可分別采用手工造型或機器造型手工造型：全部用手工或手動工具完成的造型工序。根據鑄件的形狀特點，可采用整體模造型、分塊模造型、挖砂造型、活塊造型、三箱造型、刮板造型等機器造型：用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序，主要用于成批大量生產。按緊砂方式不同，常用的造型機有震壓造型、微震壓實造型、高壓造型、拋砂造型、射砂造型、氣流沖擊造型等。整模造型分模造型是將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。三箱造型挖砂造型的模樣是整體的，但鑄件分型面為曲面。為便于起模，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費工、生產率低，工人技術水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產鑄件。挖砂造型4、活塊造型是在制模時將鑄件上的妨礙起模的小凸臺，肋條等這些部分作成活動的（即活塊）。起模時，先起出主體模樣，然后再從側面取出活塊。其造型費時，工人技術水平要求高。主要用于單件、小批生產帶有突出部分、難以起模的鑄件。活塊造型刮板造型是用刮板代替實體模樣造型，它可降低模樣成本，節約木材，縮短生產周期。但生產率低，工人技術水平要求高。用于有等載面或回轉體的大、中型鑄件的單件、小批生產、如帶輪、鑄管、彎頭等。刮板造型組芯造型是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無需砂箱。它可提高鑄件的精度，但成本高。適用于大批量生產形狀復雜的鑄件。假箱造型是為克服挖砂造型的挖砂缺點，在造型前預先做個底胎（即假箱），然后在底胎上制下箱，因底胎不參予澆注，故稱假箱。比挖砂造型操作簡單，且分型面整齊。適用于成批生產中需要挖砂的鑄件。假箱造型砂型鑄造造芯芯的主要作用是形成鑄件的內腔或局部外形分類：手工造芯或機器造芯手工造芯主要應用于單件、小批量生產中。機器造芯是利用造芯機來完成填砂、緊砂和取芯的，生產效率高，型芯質量好，適用于大批量生產型心固定：型芯在砂型中靠與砂型接觸的芯頭來定位和穩固支撐砂型鑄造澆注系統及冒口澆注系統：把液態金屬引入型腔的通道，簡稱澆口澆注系統作用：保證熔融金屬平穩、均勻、連續地充滿型腔；阻止熔渣、氣體和砂粒隨熔融金屬進入型腔；控制鑄件的凝固順序；供給鑄件冷凝收縮時所需補充的金屬熔液（補縮）冒口作用：補縮、排氣、集渣砂型鑄造合型將鑄型的各個組元如上型、下型、型芯、澆口杯等組合成一個完整鑄型的操作過程注意事項：合型后，上、下型應夾緊或在鑄型上放置壓鐵，以防止澆注時上型被熔融金屬頂起，造成射箱（熔融金屬流出箱外）或跑火（著火的氣體溢出箱外）等事故砂型鑄造熔煉與澆注熔煉是指使金屬由固態轉變成熔融狀態的過程任務：提供化學成分和溫度合適的熔融金屬熔煉設備：沖天爐、電爐落砂、清理及檢驗落砂：用手工或機器使鑄件與型砂、砂箱分開的操作清理：采用鐵錘敲擊、機械切割或氣割等方法清除鑄件表面粘砂、型砂、多余金屬（包括澆冒口、飛翅和氧化皮）的過程檢驗用肉眼或借助于尖嘴錘找出鑄件表層或皮下的鑄造缺陷，如氣孔、砂眼、粘砂、縮孔、冷隔、澆不足等特種鑄造金屬型鑄造在重力的作用下將液態金屬澆入金屬型中獲得鑄件的方法金屬鑄型常采用鑄鐵或鑄鋼制造，按分型面不同，金屬型有整體式、垂直分型式、水平分型式等工藝要點：澆注前應將鑄型預熱，并在內腔噴刷一層厚0.3mm~0.4mm的涂料，以防出現冷隔與澆不足缺陷，并延長金屬型的壽命；鑄件凝固后應及時開型、取出鑄件，以防鑄件開裂或取出鑄件困難特點：使用壽命長、生產率高、鑄件的尺寸精度高、表面質量好、勞動條件好；制造周期長、成本高、工藝要求高，且不能生產形狀復雜的薄壁鑄件應用：大批量生產形狀簡單的鋁、銅、鎂等非鐵金屬及合金鑄件特種鑄造壓力鑄造壓力鑄造是指熔融金屬在高壓下被快速壓入鑄型中，并在壓力下凝固的鑄造方法，簡稱“壓鑄”常用的壓射壓力為5~150MPa，充型速度為0.5~50m/s，充型時間為0.01~0.2s特種鑄造壓力鑄造壓力鑄造生產率高，便于實現自動化；鑄件的精度高、表面質量好；組織細密、性能好，能鑄出形狀復雜的薄壁鑄件。但壓力鑄造設備投資大，壓鑄型制造周期長、成本高；受壓型材料熔點的限制，目前壓力鑄造不能用于高熔點鑄鐵和鑄鋼件的生產，由于澆注速度大，常有氣孔殘留于鑄件內，因此鑄件不宜熱處理，以防氣體受熱膨脹，導致鑄件變形破裂主要用于大批量生產鋁、鋅、銅、鎂等非鐵金屬與合金件離心鑄造將金屬澆入繞水平、傾斜或立軸旋轉的鑄型，在離心力的作用下凝固成鑄件的鑄造方法離心鑄造機按旋轉軸的方位不同，可分為立式、臥式和傾斜式三種類型。立式機適宜鑄造直徑大于高度的圓環類鑄件，臥式機適宜鑄造長度大于直徑的套類和管類鑄件比砂型鑄造省工省料，生產率高，成本低；鑄件在離心力的作用下結晶，組織致密，基本上無縮孔、氣孔等缺陷，力學性能好；便于雙金屬鑄件的鑄造。但鑄件的內孔尺寸誤差大、表面粗糙；鑄件的比重偏析大，金屬中的熔渣等密度小的夾雜物易集中在內表面離心鑄造廣泛用于大口徑鑄鐵管、缸套、雙金屬軸承、活塞環、特殊鋼無縫管坯等的生產。熔模鑄造用易熔材料制成模樣，在模樣上涂掛若干層耐火涂料，待硬化后熔出模樣形成無分型面的型殼，經高溫焙燒后即可澆注獲并得鑄件的方法熔模鑄造蠟模制造首先根據要求的標準鑄件的形狀和尺寸，用鋼、銅或鋁合金制造壓型；然后將熔化成糊狀的蠟質材料（常用50%石蠟+50%硬脂酸）壓入壓型中，待冷卻凝固后取出，修去分型面上的毛刺后得到單個的蠟模。為能一次鑄出多個鑄件，可將多個蠟模粘合在一個蠟制的澆注系統上，構成蠟模組型殼制造在蠟模組上涂掛耐火涂料層以制成具有一定強度的耐火型殼。首先將蠟模浸入涂料中（石英粉+水玻璃、硅酸乙酯等），取出后撒上石英粉（砂），再浸入氯化銨的溶液中進行硬化。重復上述過程4~6次，制成5~10mm厚的耐火型殼。待型殼干燥后，置于90~95℃的熱水中浸泡，熔出蠟料即得到一個中空的型殼熔模鑄造焙燒、澆注將型殼在850~950℃的爐內進行焙燒，去除殘留的蠟料和水份，并提高型殼的強度；將焙燒后的型殼趁熱置于砂箱中，并在其周圍填充砂子或鐵丸固定，即可進行澆注熔模鑄造是一種精密鑄造工藝，鑄件的尺寸精度高、表面質量好，適應性強，能生產出形狀特別復雜的鑄件，適合于高熔點和難切削合金，生產批量不受限制。但熔模鑄造的工藝復雜、生產周期長、成本高，不適宜大件鑄造熔模鑄造適合于形狀復雜、精密的中小型鑄件（質量一般不超過25kg）；可生產高熔點、難切削的合金鑄件，如形狀復雜的渦輪發電機、增壓器、汽輪機的葉片和葉輪；可生產復雜刀具；還可生產各種不銹鋼、耐熱鋼、磁鋼等的精密鑄件實型鑄造是用泡沫塑料代替木模和金屬模樣，造型后不取出模樣，當澆入高溫金屬液時泡沫塑料模樣氣化消失，金屬液填充模樣的位置，冷卻凝固后獲得鑄件的方法實型鑄造實型鑄造時不用起模、不用型芯、不合型，大大減化了造型工藝，并減少了由制芯、取模、合型引起的鑄造缺陷及廢品；由于采用了干砂造型，使砂處理系統大大簡化，極易實現落砂，改善了勞動條件；由于不分型，鑄件無飛翅毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上。但實型鑄造氣化模造成空氣污染；泡沫塑料模具設計生產周期長，成本高，因而要求產品有相當的批量后才有經濟效益；生產大尺寸的鑄件時，由于模樣易變形，須采取適當的防變形措施適用于各類合金（鋼、鐵、銅、鋁等合金），適合于結構復雜甚至相當復雜、難以起模或活塊和外芯較多的鑄件，如模具、氣缸頭、管件、曲軸、葉輪、殼體、藝術品、床身、機座等。鑄造工藝圖鑄造工藝圖是表示鑄型分型面、澆冒口系統、澆注位置、型芯結構尺寸、控制凝固措施（冷鐵、保溫襯板）等的圖樣。圖中應表示出：鑄件的澆注位置、分型面、型芯的數量、形狀、尺寸及固定方法、加工余量、起模斜度、澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置。

（一）澆注位置及分型面的選擇

澆注位置是指澆注時鑄件所處的位置。分型面是指兩半個鑄型相互接觸的表面。一般先從保證鑄件的質量出發來確定澆注位置，然后從工藝操作方便出發確定分型面。1、澆注位置的選擇

1）一般情況，鑄件澆注位置的上面比下面鑄造缺陷多，所以重要加工面、耐磨表面等質量要求較高部位應置于下面或側面。機床床身澆注時的位置起重機卷筒澆注時的位置2）澆注位置的選擇應有利于鑄型的充填和型腔中氣體的排出，所以具有大面積的薄壁鑄件，應將薄壁部分放在鑄型的下部，同時要盡量使薄壁部分處于垂直位置或傾斜位置，以防止出現澆不足和冷隔等缺陷。見箱蓋澆注時的位置平板澆注時的位置3）體積收縮大的合金及壁厚差較大的鑄件，應按順序凝固的原則，將壁厚較大的部位和鑄件的熱節部置于上部或側部，以便設置冒口進行補縮。4）盡量減少型芯的數目，最好使型芯位于下型以便下芯和檢查，同時應保證型芯在鑄型中安放牢靠、排氣通暢。2、分型面的確定選擇

1）分型面應盡量采用平面分型，避免曲面分型，并應盡量選在最大截面上，以簡化模具制造和造型工藝。不正確正確202）應使鑄件的加工面和加工基準面處于同一砂型中，而且盡可能放在下型，以便保證鑄件尺寸的精確。3）盡量減少分型面的數目，最好只有一個分型面，減少活塊的數目。4）盡量將鑄件全部或大部放在同一砂箱以防止錯型、飛翅、毛刺等缺陷，保證鑄件尺寸的精確。5）應盡量減少砂芯的數目6）分型面的選擇應盡量與鑄型澆注時位置一致。（二）鑄造工藝參數的選擇

鑄造工藝參數通常是指鑄型工藝設計時需要確定的某些工藝數據。（1）收縮余量——為了補償收縮，模樣比鑄件圖樣尺寸增大的數值。（2）起模斜度（拔模斜度）——為使模樣容易從鑄型中取出或型芯自芯盒中脫出，平行于起模方向在模樣或芯盒壁上的斜度稱為起模斜度。凡垂直于分型面（分盒面）的沒有結構斜度的壁均應設起模斜度。起模斜度的大小，應根據模壁測量面高度、模樣材料及造型方法確定。（3）

加工余量——為保證鑄件加工面尺寸和零件精度，在鑄件工藝設計時預先增加而在機械加工時切去的金屬層厚度。零件上需要加工的表面，應需有適當的加工余量。鑄件加工余量的大小取決于鑄件的材料、鑄造方法、鑄件尺寸與復雜程度、生產批量、加工面與基準面的距離及加工面在鑄型中的位置、加工精度要求等。加工余量的具體數值應根據加工余量國家標準和鑄件尺寸公差標準配套使用選取。（4）最小鑄出孔及槽——零件上的孔、槽、臺階等應從鑄件質量及經濟方面考慮。較大的孔、槽等應鑄出來，以便節約金屬和機構加工工時，同時還避免鑄件局部過厚所造成的熱節，提高鑄件的質量，較小的孔槽，則不宜鑄出，直接加工反而方便；如有特殊要求，且無法實行機加工的孔如彎曲孔，則一定要鑄出。（5）型芯頭——芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部分，其功用是定位、支撐和排氣。為了承受砂芯本身重力及澆注時液體金屬對砂芯的浮力，芯頭的尺寸應足夠大才不致破壞；澆注后，砂芯所產生的氣體，應能通過芯頭排至鑄型以外，在設計芯頭時，處理要滿足上面的要求，還應做到下芯、合型方便，應留有適當斜度，芯頭與芯座之間要留有間隙鑄造缺陷分析與鑄件質量控制

（一）縮孔和縮松

鑄件在凝固過程中，由于合金的液態收縮和凝固收縮，往往在鑄件最后凝固的部位出現空洞，容積大而集中的孔洞為縮孔，細小而分散的孔洞為縮松。

1、縮孔的形成:純金屬、共晶成分和凝固溫度范圍窄的合金，澆注后在型腔內是由表及里的逐層凝固。在凝固過程中，如得不到合金液的補充，在鑄件最后凝固的地方就會產生縮孔.2、縮松的形成原因:鑄件最后凝固的收縮未能得到補足，或者結晶溫度范圍寬的合金呈糊狀凝固，凝固區域較寬，液、固兩相共存，樹枝晶發達，枝晶骨架將合金液分割開的小液體區難以得到補縮所致。3、影響縮孔、縮松形成的因素（1）合金的成分縮孔:結晶溫度范圍越小的合金，產生縮孔的傾向越大縮松:結晶溫度范圍越大的合金，產生縮松的傾向越大（2）澆注過程澆注溫度、澆注速度等均影響合金的總體積收縮。澆注溫度高，形成縮孔的傾向大；澆注慢，縮孔的容積小。

（3）鑄型條件

表現在鑄型對鑄件冷卻速度的影響。鑄型的激冷能力大，縮孔的容積越小。濕型比干型的冷卻能力強，金屬型比砂型的冷卻能力強。（4）鑄件結構

1、原理——順序凝固原則即遠離冒口處的金屬先凝固，靠近冒口處的金屬后凝固，冒口處的金屬最后凝固，形成一條暢通的補縮通道，如下圖所示。動畫：定向凝固184、消除縮孔和縮松的方法2、方法1）合理布置內澆道及確定澆鑄工藝。澆注系統的不同引入位置即內澆道，與鑄件各部分的溫度分布有直接關系。澆注位置的選擇應服從順序凝固原則；內澆道應開設在鑄件的厚壁處或靠近冒口；要應根據鑄件結構、澆注系統類型來選擇澆注溫度和澆注速度。用高的澆注溫度緩慢地澆注，有利于“順序凝固”；通過多個內澆到低溫快澆，有利于實現同時凝固原則。2）合理應用冒口、冷鐵和補貼等工藝措施。冒口：在鑄件厚壁處和熱節部位設置冒口，是防止縮孔、縮松最有效的措施。冒口的尺寸應保證冒口比鑄件被補縮部位凝固的晚，并有足夠的金屬液供給。冷鐵：由金屬材料制成的激冷物稱激鐵，包括鑄鐵、鋼材、銅等金屬材料。將冷鐵放入鑄型某一特定部位，用以加速鑄件某局部熱節的冷卻，是消除鑄件中縮孔和縮松的有效措施。補貼：對于板件和壁后均勻的薄壁件，由于冒口的有效補縮距離所限，往往在鑄鐵的內部仍產生縮孔和縮松。若在鑄件壁上部靠近冒口處增加一個楔形厚度，使鑄件壁厚變成朝冒口鑄件增厚的形狀，即造成一個向冒口逐漸遞增的溫度梯度。所增加的楔形部分，稱為“補貼”。（二）鑄造應力、變形和裂紋

鑄件在凝固之后的繼續冷卻過程中，隨溫度的不斷降低，收縮不斷發生，如果這種收縮受到阻礙，就會在鑄件內產生應力，稱為鑄造應力，引起變形或開裂，這種缺陷的產生，將嚴重影響鑄件的質量。鑄造應力熱應力收縮應力鑄件在凝固和冷卻的過程中，由于鑄件的壁厚不均勻，導致不同部位不均衡的收縮而引起的應力。鑄件在固態收縮時，因受到鑄型、型芯、澆冒口、砂箱等外力阻礙而產生的應力。鑄件鑄出后存在于鑄件不同部位的內應力稱為殘留應力。

相變應力鑄件在冷卻過程中會產生固態相變，由于鑄件各部分冷卻速度不同，導致相變不同時發生，則會產生相變應力。鑄件的結構：鑄件各部分能自由收縮

工藝方面：采用同時凝固原則（同時凝固是指通過設置冷鐵、布置澆口位置等工藝措施，使鑄件溫差盡量變小，基本實現鑄件各部分在同一時間凝固）時效處理：人工時效；自然時效鑄件的結構盡可能對稱鑄件的壁厚盡可能均勻鑄件變形的消除方法鑄件的裂紋與防止

裂紋——當鑄造應力大到一定程度，超過金屬的強度極限時，鑄件便將產生裂紋。是嚴重的鑄造缺陷，必須防止。按裂紋形成的溫度范圍分為熱裂和冷裂。

（1）熱裂——鑄件在合金凝固末期的高溫下形成的。外觀形狀曲折而不規則，裂口表面呈氧化色，裂口沿晶粒邊界通過。防止：鑄件結構合理，改善鑄型和型芯的退讓性，減小澆冒口對鑄件收縮的機械阻礙，內澆道設置應符合同時凝固原則；此外，減少合金中有害雜質硫、磷含量，可提高合金高溫強度，特別是硫是合金的熱脆性增加，導致熱裂傾向增大。（2）冷裂——鑄件在低溫下形成的裂紋。外觀形狀呈連續直線狀或圓滑曲線，而且常是穿過晶粒；裂口干靜，具有金屬的光澤或呈輕微氧化色。

冷裂常出現在形狀復雜大工件的受拉伸部位，特別是具有應力集中處（如尖角、縮孔、氣孔、夾渣等附近）。有些冷裂紋實在鑄件清理、搬運或機械加工時，受到震擊才出現。脆性大、塑性差的合金，如白口鑄鐵、高碳鋼及某些合金鋼最易產生冷裂紋。一、偏析鑄件中出現化學成分不均勻的現象稱為偏析。鑄件的偏析可分為晶內偏析、區域偏析和體積質量偏析三類。

(1)晶內偏析（又稱枝晶偏析）——晶粒內各部分化學成分不均勻的現象，這種偏析出現在具有一定凝固溫度范圍的合金鑄件中。為防止和減少晶內偏析的產生，在生產中常采取緩慢冷卻或孕育處理的方法。(2)區域偏析——鑄件截面的整體上化學成分和組織的不均勻。避免區域偏析的發生，主要應該采取預防措施，如控制澆注溫度不要太高，采取快速冷卻使偏析來不及發生，或采取工藝措施造成鑄件斷面較低的溫度梯度，使表層和中心部分接近同時凝固。(3)比重偏析——鑄件上、下部分化學成分不均勻的現象。為防止比重偏析，在澆注時應充分攪拌金屬液或加速合金液的冷卻，使液相和固相來不及分離，凝固即告結束。鑄造合金的偏析和吸氣性二、鑄件中的氣孔和合金的吸氣

（1）侵入性氣孔

——由于鑄型表面聚集的氣體侵入金屬液中而形成的孔洞。多位于鑄件的上表面附近，尺寸較大，呈橢圓形或梨形，孔壁光滑，表面有光澤或有輕微氧化色。

（2）析出性氣孔

——溶解在金屬液中的氣體，在凝固時由金屬液中析出而未能逸出鑄件所產生的氣孔。其特征是尺寸細小，多而分散，形狀多為圓形、橢圓形或針狀，往往分布于整個鑄件斷面內。

（3）反應性氣孔——澆入鑄型中的金屬液與鑄型材料、型芯撐、冷鐵或溶渣之間，因化學反應產生氣體而形成的氣孔，統稱反應性氣孔。這種氣孔經常出現在鑄件表面層下1mm-2mm處，孔內表面光滑，孔徑1mm-3mm。一、鑄件質量對鑄件結構的要求1、鑄件應有合理的壁厚（鑄件壁厚介于臨界壁厚和最小壁厚之間）鑄造的結構工藝性最小壁厚：在各種工藝條下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度。主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀等因素。臨界壁厚：各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚，在砂型鑄造條件下，各種鑄造合金臨界壁厚約等于其最小壁厚的3倍。缺陷：如果所設計鑄件的壁厚小于允許的“最小壁厚”，鑄件就易產生澆不足、冷隔等缺陷。在鑄造厚壁鑄件時，容易產生縮孔、縮松、結晶組織粗大等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。2、鑄件壁的聯接形式要合理

1）鑄件如果因為結構需要不能做到壁厚均勻，則不同壁厚的聯接應采用逐漸過渡的形式。2）對于鑄件結構中有兩個或三個甚至更多個壁相連的情況，可采用交錯接頭或環形接頭的形式。3、鑄件壁厚應力求均勻

壁厚均勻，是指鑄件的各部分具有冷卻速度相近的壁厚，。鑄件的內壁厚度應略小于外壁厚度。鑄件的壁厚應均勻4、防止產生變形

某些壁厚均勻的細長鑄件，較大面積的平板鑄件，以及壁厚不均勻的長形箱體都會由于應力而產生翹曲變形，采用合理的結構設計予以解決。5、盡量避免過大的水平面

過大的平面不利于金屬液的填充，容易產生澆不到等缺陷，在進行鑄件的結構設計時，應盡量將水平面設計成傾斜形狀。6、鑄件結構應避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形

鑄件在結構設計時，應盡量使其能自由收縮，以減小應力，避免裂紋。如圖所示的彎曲輪輻和奇數輪輻的設計，可使鑄件能較好地自由收縮。輪輻的設計二、鑄件工藝對零件結構的要求（一）鑄件的外形設計1、

改進妨礙起模的凸臺、凸緣和肋條的結構

設計鑄件上的凸臺、凸緣和肋條結構時，應考慮便于造型起模，盡量避免使用活塊或外壁型芯。2、避免外部側凹

鑄件在起模方向上若有側凹，見圖a，就必須再造型時增加較大的外壁型芯才能起模，若將其改成圖b所示結構，則可省去外壁型芯，顯然后一種結構是合理的。鑄件兩種結構比較3、應使鑄件具有最少的分型面

減少鑄件分型面的數量，不僅可以減少砂箱的用量，降低造型工時，而且可以減少錯箱、偏芯等缺陷，從而提高鑄件的精度。端蓋的設計a存在法蘭凸緣，不能采用簡單的兩箱造型。b所示的結構，取消上部的凸緣，使鑄件僅有一個分型面，則將大大簡化造型操作。4應盡量使分型面平直

平直的分型面可避免操作費時的挖砂造型或假箱造型；同時，鑄件的毛邊少，便于清理。5.鑄件要有結構斜度

鑄件上垂直于分型面的不加工表面應設計出一定的斜度，稱為結構斜度。結構斜度便于起模，并可延長模具的使用壽命。鑄件結構斜度的大小和許多因素有關，如鑄件的高度、造型的方法等，高度越低，斜度應越大。凸臺的結構斜度可達30°-50°。鑄件結構斜度（二）鑄件內腔的設計

1、有利于砂芯的固定和排氣型芯的固定主要依靠芯頭來保證，若采用圖a的結構，則需要兩個型芯，而且其中大的型芯呈懸臂狀態，裝配時必須采用芯撐作輔助支撐，若改成圖b所示的形狀，采用一個整體型芯來形成鑄件的空腔，則既可增加型芯的穩固性，又改善了型芯排氣和清理條件，顯然后者的設計是合理的。軸承架鑄件對于因芯頭不足而難于固定型芯的鑄件，在不影響使用功能的前提下，可設計出適當大小和數量的工藝孔，用以增加芯頭的數量，穩固型芯，如圖b所示。增設工藝孔結構2、應使鑄件盡可能不用或少用型芯

圖a采用方形中空截面，為形成其內腔，必須采用型芯；圖b所示工字形開式截面，則可避免型芯的使用，這樣在簡化造型的同時，也可保證鑄件的質量，故后者的設計是合理的。懸臂支架3.鑄件結構設計中應避免封閉空腔。

圖a所示鑄件為封閉空腔結構，其型芯安放困難、排氣不暢、難于清砂，可改成圖b所示的結構。鑄件結構避免封閉內腔焊接成型基礎焊接：是通過加熱或加壓或兩者兼用，并且用或不用填充材料，使焊件達到原子（分子）間結合的一種方法第一節概述熔化焊將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法壓力焊焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法稱為壓焊。釬焊釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材金屬熔點低的金屬（稱為釬料），將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態釬料填充接頭間隙并與固態母材通過擴散實現連接焊件的方法。焊接方法分類主要焊接方法壓力焊摩擦焊超聲波焊爆炸焊擴散焊高頻焊釬焊軟釬焊硬釬焊熔化焊電弧焊電渣焊等離子弧焊電子束焊激光焊手弧焊氣體保護焊埋弧焊電阻焊焊接的特點

焊接與鉚接等其他加工方法相比，具有減輕結構重量，節省材料；生產效率高，易實現機械化和自動化；接頭密封性好，力學性能高；工作過程中無噪音等優點。其不足之處是會引起焊接接頭組織、性能的變化，同時焊件還會產生較大的應力和變形。

焊接的應用

焊接主要用于制造各種金屬構件，如建筑結構、船體、車輛、鍋爐及各種壓力容器。此外，焊接也常用于制造機械零件，如重型機械的機架、底座、箱體、軸、齒輪等。手工電弧焊

手工電弧焊是熔焊一種,是利用電弧產生的熱量來熔化焊條和部分工件，從而使兩塊金屬連成一體的手工操作的焊接方法。由于它使用的設備簡單，操作靈活方便，能夠適應各種條件下的焊接，因此成為熔焊中應用最廣泛的一種焊接方法。但焊條電弧焊要求操作者技術水平較高，生產率較低，勞動條件較差。（一）焊接過程

手工電弧焊是利用焊條與工件間產生的電弧熱，將工件熔化而進行焊接的。焊接時,焊工手握夾著焊條的焊鉗進行焊接,

在電弧高熱的作用下，被焊金屬局部熔化，在電弧的吹力作用下，被焊金屬上形成了凹坑。這個凹坑稱為熔池。焊條作為一個電極,其端部在電弧的作用下不斷被熔化,形成熔滴，焊條金屬熔滴借重力和電弧氣體吹力的作用逐漸過渡到熔池當中,隨著電弧的向前移動,熔池尾部液態金屬逐步冷卻結晶,最終形成焊縫。電弧熱還使焊條的藥皮熔化或燃燒。藥皮燃燒后與液體金屬起物理化學作用，所形成的熔渣和氣體可防止空氣中氧、氮的侵入，其保護熔化金屬的作用。

焊接時,先將焊條與焊件瞬時接觸,發生短路.強大的短路電流流經少數幾個接觸點,致使接觸點處溫度急劇升高并熔化,甚至部分發生蒸發。當焊條迅速提起時，焊條頭溫度已升得很高，在兩電極間的電場作用下，產生了熱電子發射。飛速的電子撞擊焊條端頭與焊件間的空氣，使之電離成正離子和負離子。電子和負離子流向正極，正離子流向負極。這些帶電質點的定向運動形成了焊接電弧。動畫：電弧的形成62（二）焊接電弧

1、電弧的產生焊接電弧分三個區域，陰極區，陽極區和弧柱區。各區域的熱量是不同的。陰極區：熱量約占電弧總熱量的36％；

陽極區：熱量約占電弧總熱量的43％；

弧柱區：熱量約占電弧總熱量的21％。2、電弧的組成及熱量分布

用碳鋼焊條焊接鋼時，陽極區約為2600K

，陰極區約為2400K

，弧柱的溫度約為（6000～8000）K（2)交流電源焊接時，不存在正、反接問題。3、電弧的極性及應用（1)直流電源焊接

正接法：焊件接電源正極，焊條接負極。

反接法：焊件接電源負極，焊條接正極。

選擇極性時，主要根據焊條的性質與焊件的厚度。正接時，工件上熱量較大，可保證有較大的熔深,用于厚件焊接；反接法用于薄板和有色金屬焊接。（三）手工電弧焊設備

１）直流弧焊機

直流弧焊機分焊接發電機和弧焊整流器兩部分。

（１）焊接發電機

焊接發電機由交流電動機和直流電焊發電機同軸組裝而成。采用焊接發電機焊接時電弧穩定，能適應各種焊條，但結構復雜，噪音大，成本高。焊接發電機適用于小電流焊接。（2）弧焊整流器

弧焊整流器是一種將交流電通過整流器轉換為直流電的直流弧焊機。弧焊整流器沒有旋轉部分，結構簡單，噪音小，維修容易，使用已趨普遍。２）交流弧焊機

它是符合焊接要求的降壓變壓器。工作原理如圖所示，通過改變次級線圈抽頭的接法和可動鐵芯的位置，對焊接電流進行調節。交流弧焊機結構簡單，制造方便，成本低廉，節省電能，使用可靠，維修方便。缺點是電弧不夠穩定。交流弧焊機是一種常用的焊條電弧焊設備。

３）焊鉗和面罩

焊鉗是用來夾持焊條和傳遞電流的。面罩是用來保護眼睛和面部，以避免弧光傷害。

（四）電焊條（簡稱焊條）（1）電焊條的組成及其作用

手工焊焊條由焊芯和涂料（藥皮）組成。焊芯焊芯是焊條中被藥皮包覆的金屬芯。它起導電和填充

焊縫的作用。焊芯用由特殊冶煉的焊條鋼拉拔制成。焊芯牌號：H+材料牌號（H08，H08Mn2Si）藥皮藥皮是壓涂在焊芯表面的涂料層。它起穩弧、造氣、

造渣、脫氧、滲合金等作用。藥皮必須含有造氣劑和造渣劑。還應含有穩弧劑和合金化劑，以及脫氧劑、脫硫劑和去氫劑等。（2）電焊條的分類根據藥皮的性質及其作用，焊條分為：酸性焊條和堿性焊條。酸性焊條：藥皮熔渣中的酸性氧化物比堿性氧化物多。具有良好的工藝性能，交直流電源均可使用，但焊縫的力學性能，尤其是塑性、韌度，不如用堿性焊條焊接的焊縫好，故用于一般結構件的焊接。堿性焊條：工藝性能差，要求用直流電源施焊，但焊接質量好，用于重要的結構件及焊接性較差金屬的焊接。電焊條的分類（用途）碳鋼焊條低合金鋼焊條不銹鋼焊條堆焊焊條鑄鐵焊條鎳及鎳合金焊條銅及銅合金焊條鋁及鋁合金焊條特殊用途焊條（3）焊條的型號與牌號

E4315表示焊條第三位數字表示焊條的焊接位置“0”和“1”表示全位置焊接“2”表示平焊，平角焊“4”表示向下立焊第三位和第四位數字，表示焊接電流種類和藥皮類型表示焊條藥皮為低氫鈉型（15），并可采用直流反接焊接第一位和第二位數字表示熔敷金屬抗拉強度最小值σb≥430MPa一種焊條型號有不同工藝性能的幾種牌號如J427和J427Ni，同屬于E4315焊條型號。最后一位數字：1～5為酸性焊條，使用交流或直流電源均可，6～7為堿性焊條，只能用直流電源。（4）電焊條的選用原則等強度原則：低碳鋼和普通低合金鋼構件，一般都要求焊縫金屬與母材等強度，因此可根據鋼材強度等級來選用相應的焊條。同一強度等級的酸性焊條和堿性焊條的選用主要應考慮：焊接件的結構形狀、鋼板厚度、載荷性質和抗裂性能而定。低碳鋼與低合金結構鋼焊接，可按某一種鋼接頭中強度較低的鋼材來選用相應的焊條。焊接不銹鋼或耐熱鋼等有特殊性能要求的鋼材，應選用相應的專用焊條。（五）手弧焊工藝

1）接頭形式及坡口根據焊接的結構形狀、厚度及工作條件，可選擇不同的接頭類型及坡口。焊接接頭類型分為焊件開坡口的目的在于保證焊透，增加接頭強度對鋼板厚度在6mm以下的雙面焊，因手工焊的溶深可達4mm，故可不開坡口，即I形坡口。對厚度在6mm以上的鋼板，可采用Y形、X形和U形坡口（2）焊縫的空間位置

施焊時焊縫在空間的位置平焊操作容易，勞動條件好，生產率高，質量易于保證，應盡量將焊縫放在平焊位置上施焊。進行立焊、橫焊和仰焊時，由于重力作用，被熔化的金屬向下滴落而造成施焊困難，應盡量避免，若確需采用這些焊接位置時，則應選用直徑較小的焊條、較小的電流及短的電弧等措施進行焊接（3）焊接工藝參數焊接時影響焊縫形狀、大小、質量和生產率的各種工藝因素的總稱。主要是焊條直徑、焊接電流、焊接速度焊條直徑

由工件厚度、焊縫位置和接頭形式等因素確定；

選用較大直徑的焊條，能提高生產率；但如用過大直徑的焊條，會造成未焊透和焊縫成形不良。一般情況下，焊件厚度＜4mm時，焊條直徑約等于焊件厚度；≥4mm時，焊條直徑為（4～6）mm。仰焊時，焊條直徑一般不超過4mm。

焊接電流一般焊接電流主要由焊條直徑和焊縫位置確定電流太大，焊條熔化過快，金屬飛濺加劇，可能燒穿焊件；電流過小，電弧不穩定，造成焊不透，生產率降低。焊接速度即單位時間內完成的焊縫長度，直接關系到焊接的生產率。焊接速度的快慢一般不作規定，由焊工自行掌握。一般原則是在保證焊接質量的前提下尋求高的生產率。

埋弧自動焊

埋弧焊是指電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。埋弧自動焊是埋弧焊的一種自動化焊接方法。埋弧焊的工藝焊前準備板厚小于14mm時，可不開坡口；板厚為14～22mm時，應開Y型坡口；板厚為22～50mm時，可開雙Y型或U型坡口。

Y型和雙Y型坡口的角度為50°～60°。

焊縫間隙應均勻，焊直縫時，應安裝引弧板和熄弧板，以防止起弧和熄弧時產生的氣孔、夾雜、縮孔、縮松等缺陷進入工件焊縫之中埋弧焊的特點及應用

埋弧自動焊因電弧在焊劑包圍下燃燒，所以熱效率高；焊絲為連續的盤狀焊絲，可連續饋電；焊接無飛濺，可實現大電流高速焊接，生產率高；金屬利用率，焊接質量好，勞動條件好。埋弧焊適于成批生產中平直長焊縫和較大直徑環縫的平焊。因此，被廣泛用于大型容器和鋼結構焊接生產中。67動畫：鎢極氬弧焊氬弧焊以氬氣作為保護氣體的電弧焊。分溶化極氬弧焊和不熔化極氬弧焊氣體保護焊

焊接時，鎢棒并不熔化，只起產生電弧的作用。因為鎢棒所能通過的電流密度有限，所以只適用于焊接厚度為6mm以下的簿件熔化極氬弧焊以焊絲為一電極（正極），工件為另一電極（負極），焊絲熔滴通常呈很細顆粒的“噴射過渡”進入熔池，所用電流比較大，生產率高。焊接板厚8mm以上的鋁容器時，熔化極氬弧焊通常采用直流反接。氬弧焊的特點及應用機械保護效果很好，焊縫金屬純凈，焊接質量優良，焊縫成型美觀。氬氣貴，成本高。氬弧焊主要用于易氧化的有色金屬和合金鋼的焊接。如鋁、鈦和不銹鋼等。二氧化碳氣體保護焊（簡稱CO2焊）

以CO2為保護氣體，用焊絲為電極引燃電弧，實現半自動焊或自動焊。

CO2氣體密度大，高溫體積膨脹大，保護效果好。但CO2在高溫下易分解為CO和O，導致合金元素的氧化，熔池金屬的飛濺和CO氣孔。焊接用CO2純度要大于99.8%。CO2焊時的飛濺

CO2+Fe=FeO+CO↑FeO進入熔池和熔滴，與熔池和熔滴中的碳反應：

FeO+C=Fe+CO生成的CO在熔池和熔滴內體積急劇膨脹而爆破，導致飛濺。防止飛濺的措施CO2焊常用H08Mn2SiA焊絲來進行脫氧，合金化。采用短路過渡和細顆粒過渡。為使電弧穩定，飛濺少，CO2焊采用直流反接。采用含硅、錳、鈦、鋁的焊絲，防止鐵的氧化。采用藥芯焊絲。CO2焊的特點及應用CO2焊成本低，生產率高，焊縫質量較好，主要用于低碳鋼和低合金結構鋼薄板的焊接。電流通過焊件接頭處的接觸面及其臨近區域產生的電阻熱，將焊件加熱到塑性狀態或局部熔化狀態，同時施加機械壓力進行焊接的一種加工方法，因此屬于壓力焊電阻焊的主要優點是生產率高、焊接變形較小、勞動條件好，而且操作簡易和便于實行機械化、自動化。但設備費用高、耗電量大，接頭型式和工件厚度受到限制。因此，電阻焊主要應用于大批量生產棒料的對接和薄板的搭接。

電阻焊電阻焊可分為點焊、縫焊、對焊。點焊電阻點焊是指將焊件裝配成搭接接頭，并壓緊在兩極間，利用電阻熱熔化母材金屬，形成焊點的電阻焊接方法。由于焊接處熔化的金屬不與外界空氣接觸，所以焊接強度高，工件表面光滑，變形較小。電阻點焊主要用于板厚小于4mm的薄板結構，特殊情況可達10mm。電阻點焊廣泛用于制造汽車車箱、飛機外殼和儀表等輕型結構。

施壓—通電—斷電—松開先施壓，后通電，是為了避免電極與工件之間產生電火花燒壞電極和工件。先斷電，后松開，是為了使焊點在壓力下結晶，以免焊點縮松。點焊的質量

主要與焊接電流、通電時間、電極壓力和工件表面的清潔程度等因素有關。焊接電流太小、通電時間太短、電極壓力不足、特別是接頭表面沒有清理干凈，都有可能焊接不牢。焊接電流過大、通電時間過長，都會使焊點熔化過大；過大的電極壓力，會將工件外表面壓陷點焊接頭形式縫焊縫焊的電極是一對旋轉的圓盤，疊合的工件在圓盤間通電，并隨圓盤的轉動而送進，于是就能得到連續的焊縫，將工件焊合，焊接過程與點焊相同縫焊一般只適用于焊接3mm以下的密封性容器焊接，如油箱、煙道焊接等。

（1）電阻對焊

先施加頂鍛壓力，使工件接頭緊密接觸。然后通電，利用電阻熱使工件接觸面上的金屬迅速升溫到高度塑性狀態；接著斷電，同時增大頂鍛壓力，在塑性變形中使焊件焊合成一起。電阻對焊要求對接處焊前嚴格清理，所焊截面積較小，一般用于鋼筋的對接焊。對焊

（2）閃光對焊閃光對焊是兩焊件先不接觸，接通電源，再移動焊件使之接觸。由于工件表面不平，接觸點少，其電流密度很大，接觸點金屬迅速達到熔化、蒸發、爆破，以火化形式從接觸處飛射出來，形成“閃光”，閃光一方面排除了氧化物和雜質，另一方面使對口處的溫度迅速升高。經多次閃光加熱后，端面達到均勻半熔化狀態，此時斷電并迅速對焊件加壓頂鍛，形成焊接接頭。閃光對焊主要用于鋼軌、錨鏈、管子等的焊接，也可用于異種金屬的焊接。因接頭中無過熱區和鑄態組織，所以性能高。釬焊

釬焊是將熔點低的金屬材料作釬料和工件共同加熱到高于釬料熔點，在工件不熔化的情況下，使釬料熔化后填滿被焊工件連接處的間隙，并與被焊工件相互擴散而形成接頭的焊接方法。釬焊按釬料熔點分為軟釬焊和硬釬焊兩大類。2、硬釬焊釬料熔點在450℃以上，接頭強度較高，都在200MPa以上，屬于這類的釬料有銅基、銀基和鎳基等。主要用于受力較大的鋼鐵和銅合金構件以及刀具的焊接。1、軟釬焊釬料熔點為450℃以下，接頭強度較低，一般不超過70MPa，所以只用于釬焊受力不大、工作溫度較低的工件，如電子線路的焊接。常用的釬料是錫鉛合金，所以通稱錫焊。釬焊工藝方法

釬焊機件的接頭形式都采用板料搭接和管套件鑲接。這樣的接頭之間有較大的結合面，以彌補釬料的強度不足，保證接頭有足夠的承載能力。接頭之間還應有良好的配合，控制適當大小的間隙。間隙太大，不僅浪費釬料，而且會降低焊縫的強度。如果間隙太小，則會影響釬料熔液滲入，可能使結合面不能全部焊合。釬焊的特點及其應用釬焊與熔焊相比，優點是加熱溫度低，接頭組織和力學性能變化小，工件變形小；能焊接同種金屬或不同種金屬；設備簡單，易實現自動化；焊接過程簡單，生產效率高；釬焊接頭強度低，常用搭接接頭來提高承載能力。釬焊主要用于精密儀表、電氣零部件、異種金屬構件、復雜薄板構件及硬質合金刀具的焊接。焊接應力與變形產生的原因

焊接過程中工件局部的不均勻加熱和冷卻是產生焊接應力與變形的根本原因。焊接過程的加熱和冷卻受到周圍冷金屬的拘束，不能自由膨脹和收縮。在焊接結構中，焊接應力與變形既同時存在，又相互制約。要使焊接應力減小，應允許被焊工件有適當的變形。一般，當焊接結構剛度較小或被焊工件材料塑性較大時，焊接變形較大，焊接應力較小；相反，焊接變形較小，焊接應力較大。焊接應力與變形及其防止措施

一、焊接變形的基本形式焊件焊后的變形形式主要有：收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形等。收縮變形

由于焊縫的縱向（沿焊縫方向）和橫向（垂直于焊縫方向）收縮，引起焊縫的縱向收縮和橫向收縮。角變形V形坡口對接焊，由于焊縫截面形狀上下不對稱，造成焊縫上下橫向收縮量不均勻而引起角變形。彎曲變形T形梁焊接后，由于焊縫布置不對稱，焊縫多的一面收縮量大，引起彎曲變形。扭曲變形

工字梁焊接時，由于焊接順序和焊接方向不合理引起扭曲變形，又稱螺旋形變形。波浪形變形

由于焊縫收縮時薄板局部引起較大的壓應力而失去穩定，焊后使構件呈波浪形。這種變形容易發生在薄板焊接中。二、焊接變形與應力的危害

工件焊接后產生變形和應力對結構的制造和使用會產生不利影響。產生焊接變形，可能使焊接結構尺寸不合要求，組裝困難，間隙大小不一致等，從而影響焊件質量。焊接殘余應力會增加工件工作時的內應力，降低承載能力；還會引起裂紋，甚至造成脆斷，應力的存在會誘發應力腐蝕裂紋。殘余應力是一種不穩定狀態，在一定條件下會衰減而產生一定的變形，使構件尺寸不穩定，所以減少和防止焊接變形和應力是十分必要的。三、預防焊接變形的工藝措施

1、采用反變形方法通過試驗或計算，預先確定焊后可能發生變形的大小和方向，將工件安裝在相反方向位置上2、加裕量法根據經驗在工件下料尺寸上加一定裕量，通常為0.1%～0.2%，以彌補焊后的收縮變形。3、剛性固定法當焊件剛性較小時，采用焊前剛性固定組裝焊接，限制產生焊接變形，但這樣會產生較大的焊接應力。采用定位焊組裝也可防止焊接變形。4、選擇合理的焊接順序采取合理的焊接順序，使焊縫能夠自由地收縮，以減少應力（圖a）。而圖b因先焊焊縫1導致對焊縫2的拘束度增加，而增大殘余應力。

5、強制冷卻法使焊縫處熱量迅速散走，減小金屬受熱面，以減少焊接變形。6、焊前預熱，焊后處理

預熱可以減小焊件各部分溫差，降低焊后冷卻速度，減小殘余應力。在允許的條件下，焊后進行去應力退火或用錘子均勻迅速的敲擊焊縫，使之得到延伸，均可有效的減小殘余應力，從而減小焊接變形。機械矯正法嚴重的焊接變形應消除，常采用機械矯正法，通常只適于塑性好的低碳鋼和普通低合金鋼。四、焊接變形的矯正

常用的方法有：機械矯正法和火焰矯正法73火焰矯正法利用氧－乙炔焰對焊件適當部分加熱，利用加熱時的壓縮塑性變形和冷卻時的收縮變形來矯正原來的變形。適用于低碳鋼和沒有淬硬傾向的普通低合金鋼。常用金屬材料的焊接

一、金屬材料的焊接性

1、焊接性概念

焊接性反映金屬材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優質焊接接頭的難易程度。

它包括兩方面內容：

接合性能：即在一定的焊接工藝條件下，形成焊接缺陷的敏感性。使用性能：即在一定的焊接工藝條件下，焊接接頭對使用要求的適應性。

2、金屬焊接性的評定金屬焊接性的主要影響因素是化學成分。鋼的焊接性取決于碳及合金元素的含量，其中碳含量影響最大。把鋼中合金元素（包括碳）的含量按其作用換算成碳的相當含量，為碳當量，用符號CE。表示，它可作為評定鋼材焊接性的一種參考指標，見下面公式根據經驗：

CE＜0.4%時，鋼材塑性良好，淬硬傾向不明顯，可焊性良好。在一般的焊接工藝條件下，焊件不會產生裂縫，但對厚大工件或低溫下焊接時應考慮預熱。

CE=0.4%～0.6%時，鋼材塑性下降，淬硬傾向明顯，可焊性較差。焊前工件需要適當預熱，焊后應注意緩冷，要采取一定的焊接工藝措施才能防止裂縫。

CE＞0.6%時，鋼材塑性較低，淬硬傾向很強，可焊性不好。焊前工件必須預熱到較高溫度，焊接時要采取減少焊接應力和防止開裂的工藝措施，焊后要進行適當的熱處理，才能保證焊接接頭質量。二、碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼的焊接1、低碳鋼的焊接

低碳鋼含碳量不大于0.25%，塑性好，一般沒有淬硬傾向，對焊接熱過程不敏感，可焊性良好。焊這類鋼時，不需要采取特殊的工藝措施，通常在焊后也不需要進行熱處理（電渣焊除外）。2、中碳鋼的焊接

中碳鋼含碳量在0.25%～0.6%之間，隨含碳量的增加，淬硬傾向愈發明顯，可焊性逐漸變差。在實際生產當中，主要是焊接各種中碳鋼的鑄鋼件與鍛件。熱影響區易產生淬硬組織和冷裂縫

中碳鋼屬于易淬火鋼，熱影響區被加熱超過淬火溫度的區段時，受工件低溫部分的迅速冷卻作用，將出現馬氏體等淬硬組織。如焊件剛性較大或工藝不恰當時，就會在淬火區產生冷裂縫，即焊接接頭焊后冷卻到相變溫度以下或冷卻到常溫后產生裂縫。焊縫金屬熱裂縫傾向較大

焊接中碳鋼時，因母材含碳量與硫、磷雜質遠遠高于焊條鋼芯，母材熔化后進入熔池，使焊縫金屬含碳量增加塑性下降，加上硫、磷低熔點雜質的存在，焊縫及熔合區在相變前就可能因內應力而產生裂縫。因此，焊接中碳鋼構件，焊前必須進行預熱，使焊接時工件各部分的溫差減小，以減小焊接應力，同時減慢熱影響區的冷卻速度，避免產生淬硬組織。中碳鋼的焊接特點：特點：熱影響區的淬硬傾向

低合金鋼焊接時，熱影響區可能產生淬硬組織，淬硬程度與鋼材的化學成分和強度級別有關。鋼中含碳及合金元素越多，鋼材強度級別越高，焊后熱影響區的淬硬傾向也越大。強度級別大于450MPa級的低合金鋼，淬硬傾向增加，熱影響區容易產生馬氏體組織，形成淬火區，硬度明顯增加，塑性、韌性則下降。3、低合金高強度結構鋼的焊接焊接接頭的裂縫傾向

不同環境溫度的預熱要求：工件厚度/mm：16以下，不低于-10℃不預熱,-10℃以下預熱100～150℃

工件厚度/mm：16-24，不低于-5℃不預熱,-5℃以下預熱100～150℃

工件厚度/mm：24-40，不低于0℃不預熱,0℃以下預熱100～150℃

工件厚度/mm：40以上，均應預熱100～150℃三、不銹鋼的焊接

在所用的不銹鋼材料中，奧氏體不銹鋼應用最廣。奧氏體不銹鋼焊接性良好，一般采用快速焊，收弧時注意填滿弧坑，焊接電流比焊低碳鋼時要降低20％左右。四、鑄鐵的焊補

鑄鐵的焊接特點：

熔合區易產生白口組織；易產生裂縫；易產生氣孔針對鑄鐵的焊接缺陷進行焊接修補，一般采用焊條電弧焊、氣焊來修補，按焊前是否預熱分為熱焊和冷焊兩類。1、熱焊

熱焊法是焊前將工件整體或局部預熱到600～700℃，焊后緩慢冷卻。熱焊法可防止工件產生白口組織和裂縫，焊補質量較好，焊后可以進行機械加工。但熱焊法成本較高，生產率低，焊工勞動條件差。一般用于焊補形狀復雜焊后需要加工的重要鑄件，如床頭箱、汽缸體等。2、冷焊

焊補之前，工件不預熱或只進行400℃以下低溫預熱的焊補方法通常稱為冷焊法，主要依靠焊條來調整焊縫化學成分以防止或減少白口組織和避免裂縫。冷焊法方便靈活生產率高、成本低、勞動條件好。但焊接處切削加工性能較差。生產中多用于焊補要求不高的鑄件以及怕高溫預熱引起變形的工件。焊接時，應盡量采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（每段不大于50mm）并在焊后及時輕輕錘擊焊縫以松弛應力，防止焊后開裂。

工業上用于焊接的主要是純鋁（熔點658℃）、鋁錳合金、鋁鎂合金及鑄鋁。鋁及鋁合金的焊接也比較困難，其焊接特點是：鋁與氧的親和力很大，極易氧化生成氧化鋁（Al2O3）。氧化鋁組織致密，熔點高達2050℃，它覆蓋在金屬表面，能阻礙金屬熔合。此外，氧化鋁密度大，易使焊縫夾渣。鋁的導熱系數較大，要求使用大功率或能量集中的熱源，厚度較大時應考慮預熱。鋁的膨脹系數也較大，易產生焊接應力與變形，并可能導致裂縫的產生。五、非鐵金屬焊接

1、鋁及其鋁合金的焊接

液態鋁能吸收大量的氫，鋁在固態時又幾乎不溶解氫，因此在溶池凝固時易生成氣孔。鋁在高溫時強度及塑性很低，焊接時常由于不能支持熔池金屬而引起焊縫塌陷，因此常需采用墊板。

目前焊接鋁及鋁合金的常用方法有氬弧焊、氣焊、點焊、縫焊和釬焊。不論采用哪種焊接方法焊接鋁及鋁合金，焊前必須徹底清理焊件的焊接部位和焊絲表面的氧化膜與油污，清理質量的好壞將直接影響焊縫性能。

銅及銅合金的焊接比低碳鋼困難得多，且焊接性能較差，易產生未焊透、不熔合、夾渣、熱裂、氣孔、變形大等缺陷。其原因是

：銅的導熱性很高（紫銅約為低碳鋼的8倍），焊接時熱量極易散失。因此，焊前工件要預熱，焊接時要選用較大電流或火焰，否則容易造成焊不透缺陷。銅在液態易氧化，生成的Cu2O與銅組成低熔點共晶，分布在晶界形成薄弱環節；又因銅的膨脹系數大，凝固時收縮率也大，容易產生較大的焊接應力。因此，焊接過程中極易引起開裂。2、銅及其銅合金的焊接

銅在液態時吸氣性強，特別容易吸氫。凝固時氣體從熔液中析出，來不及逸出就會生成氣孔。銅的電阻極小，不適于電阻焊接。銅合金中的合金元素有的比銅更易氧化，使焊接的困難增大。例如黃銅（銅鋅合金）中的鋅沸點很低，極易燒蝕蒸發并生成氧化鋅（ZnO）。改變接頭化學成分、降低接頭性能，而且形成氧化鋅煙霧易引起焊工中毒。鋁青銅中的鋁，焊接時易生成難熔的氧化鋁，增大熔渣粘度，生成氣孔和夾渣。

銅及銅合金可用氬弧焊、氣焊、碳弧焊、釬焊等方法進行焊接。采用氬弧焊是保證紫銅和青銅焊接質量的有效方法。焊接結構工藝性一般包括焊接結構材料的選擇、焊縫布置和焊接接頭工藝設計。焊接結構工藝性一、焊接結構材料的選擇原則：盡量選用可焊性好的材料:優先選用低碳鋼和普通低合金鋼。因這類鋼淬硬傾向小，塑性高，焊接工藝簡單。盡量選用鎮靜鋼。鎮靜鋼含氣量低，特別是含H2和O2量低，可防止氣孔和裂紋等缺陷。盡量采用工字鋼、槽鋼、角鋼和鋼管等型材，以簡化工藝過程。二、焊縫的布置1、焊縫應盡可能分散，避免過分集中和交叉，以便減小焊接熱影響區，防止粗大組織的出現。2、焊縫應盡可能避開最大應力和應力集中的位置，以防止焊接應力與外加應力相互疊加，造成過大的應力和開裂。3、焊縫的位置應盡可能對稱分布，以抵消焊接變形。4、焊縫布置應便于焊接操作，焊縫位置應使焊條易到位，焊劑易保持，電極易安放。5、盡量減少焊縫長度和數量，從而減少焊接加熱次數，減少焊接應力和變形，同時減少焊接材料消耗，降低成本，提高生產率。6、焊縫應盡量避開機械加工表面，以防止破壞已加工面。

焊接接頭的不完整性稱焊接缺陷。主要有焊接裂紋、未焊透、夾渣、氣孔和焊縫外觀缺陷等。焊接質量檢驗一、焊接缺陷及其防止措施1、熱裂紋熱裂紋的特征熱裂紋可發生在焊縫區或熱影響區。熱裂紋的微觀特征是沿晶界開裂，所以又稱晶間裂紋。因熱裂紋在高溫下形成，所以有氧化色彩。（一）焊接裂紋熱裂紋產生的原因:晶間存在液態薄膜。接頭中存在拉應力。熱裂紋的防止:限制鋼材和焊條、焊劑的低熔點雜質，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔點共晶，其熔點為988℃，很容易產生熱裂紋。縮小結晶溫度范圍，改善焊縫組織，細化焊縫晶粒，提高塑性減少偏析。減少焊接應力的工藝措施，如采用小線能量，焊前預熱，合理的焊縫布置等。2、冷裂紋冷裂紋的形態和特征焊縫區和熱影響區都可能產生冷裂紋。冷裂紋的特征是無分支，通常為穿晶型。冷裂紋無氧化色彩。最常見的冷裂紋是延遲裂紋，即在焊后延遲一段時間才發生的裂紋。延遲裂紋的產生原因:焊接接頭(焊縫和熱影響區及熔合區)的淬火傾向嚴重，產生淬火組織，導致接頭性能脆化。焊接接頭含氫量較高，并聚集在焊接缺陷處形成大量氫分子，造成非常大的局部壓力，使接頭脆化。存在較大的拉應力。因氫的擴散需要時間，所以冷裂紋在焊后需延遲一段時間才出現。由于是氫所誘發的，也叫氫致裂紋。防止延遲裂紋的措施:選用堿性焊條或焊劑，減少焊縫金屬中氫的含量，提高焊縫金屬塑性。焊條焊劑要烘干，焊縫坡口及附近母材要去油水；除銹，減少氫的來源。工件焊前預熱，焊后緩冷，可降低焊后冷卻速度，避免產生淬硬組織，并可減少焊接殘余應力。采取減小焊接應力的工藝措施，如對稱焊，小線能量的多層多道焊等。焊后立即進行去氫（后熱）處理，加熱到250℃，保溫2～6h，使焊縫金屬中的擴散氫逸出金屬表面。焊后進行清除應力的退火處理。焊縫氣孔有三種：氫氣孔高溫時，氫在液體中的溶解度很大，大量的氫溶入焊縫熔池中，而焊縫熔池在熱源離開后快速冷卻，氫的溶解度急速下降，析出氫氣，產生氫氣孔。一氧化碳氣孔當熔池氧化嚴重時，熔池存在較多的FeO，在熔池溫度下降時，將發生如下反應：

FeO+C=Fe+CO↑

此時，若熔池已開始結晶，則CO將來不及逸出，便產生CO氣孔。熔池氧化愈嚴重，含碳量愈高，越易產生CO氣孔。（二）氣孔氮氣孔熔池保護不好時，空氣中的氮溶入熔池而產生。

防止氣孔的方法：

焊條、焊劑要烘干，焊絲和焊縫坡口及其兩側的母材要清除銹、油和水。焊接時采用短弧焊，采用堿性焊條。CO2焊時，采用藥芯焊絲。采用低碳材料都可減少和防止氣孔的產生。鍛壓概述鍛壓是一種對坯料施加外力，使其產生塑性變形，改變其尺寸、形狀，用于制造機械零件或毛坯成形的方法。鍛壓包括鍛造和沖壓

鍛造：一般是將軋制圓鋼、方鋼（中、小鍛件）或鋼錠（大鍛件）加熱到高溫狀態后進行加工。板料沖壓：是在沖床上用沖模使金屬或非金屬板料產生分離或變形而獲得制件的加工方法。板料沖壓通常在室溫下進行，所以又叫冷沖壓。（用于沖壓的材料必須具有良好的塑性，常用的有低碳鋼、高塑性合金鋼、鋁和鋁合金、銅和銅合金等金屬材料以及皮革、塑料、膠木等非金屬材料。）鍛造（1）鍛造的作用及應用消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷，優化微觀組織結構，同時保存完整的金屬流線。（2）始鍛溫度指開始鍛造的溫度，一般始鍛溫度應盡可能高一些，一方面可以提高金屬的塑性，另一方面又可延長鍛造的時間。但加熱溫度過高，金屬將產生過熱或過燒的缺陷，使金屬塑性急劇降低，可鍛性變差。通常將變形允許加熱達到的最高溫度定為始鍛溫度。一般金屬材料的始鍛溫度應比其熔點低100～200℃。（3）終鍛溫度指終止鍛造的溫度，一般終鍛溫度應盡可能低一些，這樣可延長鍛造時間，減少加熱次數。但溫度過低，金屬塑性降低，變形抗力增大，可鍛性同樣變差，金屬還會產生加工硬化，甚至發生開裂。通常將變形允許的最低溫度定為終鍛溫度鍛壓的特點(2)節約金屬材料比如在熱軋鉆頭、齒輪、齒圈及冷軋絲杠時節省了切削加工設備和材料的消耗。(1)改善金屬組織、提高力學性能鍛壓的同時可消除鑄造缺陷，均勻成分，形成纖維組織，從而提高鍛件的力學性能。(3)較高的生產率比如在生產六角螺釘時采用模鍛成形就比切削加工效率約高50倍。（4）鍛壓主要生產承受重載荷零件的毛坯，如機器中的主軸、齒輪等，但不能獲得形狀復雜的毛坯或零件。自由鍛1、自由鍛的分類、特點及應用

自由鍛分手工鍛和機器鍛兩種,適應性強，靈活性大，生產周期短，成本低。缺點是鍛件尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多，生產率低，勞動強度大、條件差，要求操作者的技術水平較高。

自由鍛適合于單件、小批和大型鍛件的生產。自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個砧鐵（砧座與錘頭）之間產生變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。

2、自由鍛設備

１）自由鍛常用設備空氣錘液壓機利用壓縮空氣推動鍛錘進行工作。以落下部分質量來表示鍛造能力；常用噸位為65—750千克，用于鍛造小型鍛件。利用高壓水為動力進行工作。靠靜壓力工作。常用噸位為5~150噸，用于鍛造大型鍛件，是大型鍛件的唯一設備。2）自由鍛常用工具

3、自由鍛工序自由鍛工序分為基本工序、輔助工序和精整工序。基本工序

包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割等；輔助工序包括壓鉗口、倒棱、壓肩等；精整工序是對已成形的鍛件表面進行平整，清除毛刺、校直彎曲、修整鼓形等。3、自由鍛工序使毛坯高度減小、橫斷面積增大的鍛造工序鐓粗

應用：一般用來制造齒輪坯或盤餅類毛坯;為拔長工序增大鍛造比;為沖孔工序作準備等

a）完全墩粗b）端部墩粗c）端部墩粗d）中間墩粗3、自由鍛工序使毛坯橫截面積減小、長度增加的鍛造工序拔長用來制造軸桿類毛坯

a）平砧拔長b）反復90°翻轉錘擊c）沿螺旋線翻轉錘擊d）心軸拔長沖孔：在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔常用于制造帶孔齒輪、套筒、圓環及重要的大直徑空心軸等鍛件。為減小沖孔深度和保持端面平整，沖孔前通常先將坯料鐓粗。沖孔后大部分鍛件還需芯棒拔長、擴孔或修整。沖孔分雙面沖孔和單面沖孔兩種

3、自由鍛工序

彎曲：采用特定的模具將毛坯彎成所規定的外形的鍛造工序彎曲方法主要有鍛錘壓緊彎曲法和用墊模彎曲法兩種

切割：把板材或型材等切成所需形狀和尺寸的坯料或工件的鍛造工序。4、自由鍛工藝規程的制訂

工藝規程是指導生產的基本技術文件。編制自由鍛工藝規程應遵循設計自由鍛零件時，必須考慮鍛造工藝是否方便、經濟和可能；零件的形狀應盡量簡單和規則。自由鍛的工藝規程繪制鍛件圖計算坯料質量和尺寸選擇鍛造工序

選擇鍛造設備選擇坯料加熱、鍛件冷卻和熱處理的方法1、繪制鍛件圖

鍛件圖是根據零件圖繪制的。自由鍛件的鍛件圖是在零件圖的基礎上考慮了工藝余塊、加工余量、鍛造公差等之后繪制的圖。

2、選擇鍛造工序

通常，自由鍛件的成形過程是由一系列鍛造工序組合而成的，工序的選擇主要是根據鍛件的形狀和工序的特點來確定。1）盤類圓環類鍛件包括各種圓盤、葉輪、齒輪、模塊等，其特點是橫向尺寸大于高度尺寸，或者二者相近。鍛造基本工序是鐓粗，其中帶孔的件需沖孔。

2）空心類鍛件包括各種圓環、齒圈、軸承環和各種圓筒、缸體、空心軸等，鍛造空心件的基本工序有鐓粗、沖孔、馬杠擴孔、芯棒拔長等。3）軸桿類鍛件包括各種圓形截面實心軸，如傳動軸、軋輥、立柱、拉桿等，還有矩形方形、工字形截面的桿件如搖桿、杠桿、推桿、連桿等，鍛造軸桿件的基本工序是拔長，但對于截面尺寸相差大的鑄件，為滿足鍛造比的要求，則需采取鐓粗一拔長工序。

4）曲軸類鍛件包括單拐和多拐的各種曲軸，目前鍛造曲軸的工藝有自由鍛、模鍛、全流線擠壓鍛等。其中自由鍛的力學性能差，加工余量大，只在單件或小批生產中應用。其基本工序有拔長、錯移和扭轉。

5）彎曲類鍛件包括各種具有彎曲軸線的鍛件，如吊鉤、彎桿、曲柄、軸瓦蓋等，基本工序是拔長、彎曲。

6）復雜形狀鍛件包括閥體、叉桿、十字軸等，鍛造難度大，應根據鍛件形狀特點，采用適當工序組合鍛造。5、自由鍛鍛件結構工藝性零件結構應盡可能簡單、對稱、平直；應避免零件上的錐形、楔形結構；不允許有小凸臺零件上不允許有加強筋；應避免圓柱面與圓柱面、圓柱面與棱柱面相交；模鍛利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛

與自由鍛比較，模鍛具有模鍛件尺寸精度高、形狀可以很復雜、質量好、節省金屬和生產率高等優點。此