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材料加工原理（焊接） 内容： ◆ 绪论 ◆ 熔化焊热过程及接头形成 ◆ 熔化焊接化学冶金 ◆ 熔化焊接头的组织与性能 ◆ 焊接接头缺欠 材料加工原理(焊接)_ 绪 论 材料连接(Joining)的分类： 机械连接：用螺钉、螺栓和铆钉等 可拆或不可拆接头 物理和化学连接：胶接、封接（异种材料、非金属间连接） 通过毛细作用、分子间力作用或者相互扩散及化学 反应作用，将两个分离表面连接成不可拆接头的过程。 冶金连接(Welding)：焊接（用于金属材料间连接） 通过加热或加压（或两者并用）使两个分离表面的原 子达到晶格距离，并形成金属键而获得不可拆接头的工 艺过程。 材料加工原理(焊接)_ 绪 论 冶金连接的物理本质： 宏观上形成永久性接头；微观上形成了金属键。 原子间的结合力：如图（见下页） 键结合条件：两分离表面接近到 rA 距离。 连接工艺措施： 对被连接的材质施加压力：破坏表面氧化膜 对被连接的材料加热（局部或整体）： 焊接时所需的压力与温度之间存在一定关系：纯铁 材料加工原理(焊接)_ 绪 论 材料加工原理(焊接)_ 绪 论 焊接技术的分类： 从冶金角度上， 液相连接、固相连接、液-固相连接 传统分类， 熔化焊、压力焊、钎焊 ? 熔焊（熔化焊）： 利用局部热源加热被焊金属的连接处及填充金属，使其熔化，互相熔合、冷却凝固形成永久连接。 ? 压焊（压力焊）： 在加热或不加热的情况下，对焊接区施加一定压力，使两个分离表面的金属原子接近到晶格距离，形成金属键，使两金属联为一体。 ? 钎焊： 熔化的钎料（熔点低于钎件的熔点）对固态钎件浸润以保证液态钎料填满钎缝，液态钎料与连接件的表面由分子或原子互相扩散结合冷凝后形成联为一体的接头。 熔 化 焊 钎 焊 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 熔化焊过程：加热、熔化、冶金反应、凝固结晶、固态相变 熔化焊的本质：小熔池熔炼和铸造 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 熔化焊热过程及接头形成： 一、熔化焊热源的种类及特征 二、熔化焊热效率 三、熔化焊温度场 四、焊接热循环 五、熔化焊接头的形成 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 焊接热过程： 与冶金反应、凝固结晶、固态相变、焊接温度场和应力变形等均有关系。 一、熔化焊热源的种类及特征 种类：电弧热 等离子弧 电阻热 电子束 高频热源 激光束 摩擦热 化学热 特征：见下表 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 二、熔化焊热效率 以电弧焊为例： 电弧的热功率：qo= 0.24 Uh Ih (cal/s) 有效功率：q = qo ηp 热效率： ηp 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 三、熔化焊温度场 热传递：传导、对流、辐射 温度场：某瞬时焊件上各点 温度的分布。 温度场描述：等温线 等温面 温度梯度： 稳态温度场 非稳态温度场 准稳态温度场 三维、二维、一维 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 四、焊接热循环 焊接热循环：焊件上某点的温度随时间的变化过程。 不均匀的热过程引起接头组织和性能的不均匀及复杂的应力状态。 材料加工原理(焊接)_ 熔化焊热过程及接头形成 1. 焊接热循环的主要参数 ▲ 加热速度 ωH ： ▲ 最高加热温度 Tm ： ▲ 在相变温度以上 的停留时间 t H： ▲ 冷却速度 ωC ： （冷却时间t8/5