材料连接原理讲稿
1 材 料 连 接 原 理 讲 稿
绪论1、材料连接的定义及分类材料通过机械、物理和化学、冶金方式，由简单型材或零件连接成复杂零件和机器部件的工艺过程称为连接技术。机械连接技术是指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零件或部件的过程。相互间的连接是靠机械力来实现的，随机械力的消除接头可以松动或拆除。主要用于机架与机器的装配，易损件的连接。物理和化学连接成型是通过毛细作用和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。主要有胶接和封接两种工艺。主要用于异种材料和非金属材料之间的连接，以及复杂零件之间的组装连接。冶金连接成型是通过加热或加压（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。主要用于金属材料及金属结构的连接，通常称为焊接。2、治金连接的物理本质-力-w-IN/86原子间的更离II2-xdN华3070090011001300130017007C2T.T,=TM图0-2纯铁焊接时所需的温度及压力图0-1原子间作用力与距高的关系I－高压焊接区：I-电阻焊区：1-力：2-引：3-合力II-熔焊区：IV-不能实现焊接区3、治金连接的主要手段为了克服阻碍材料表面紧密接触的各种因素，在连接工艺上主要采取以下两种措施：（1）对被连接的材质施加压力，目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的接触面积，从而达到紧密接触。（2）对被连接材料加热（局部或整体），对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态，2
2 绪 论 1、材料连接的定义及分类 材料通过机械、物理和化学、冶金方式，由简单型材或零件连接成复杂零件和机器部件 的工艺过程称为连接技术。 机械连接技术是指用螺钉、螺栓和铆钉等紧固件将两分离型材或零件连接成一个复杂零 件或部件的过程。相互间的连接是靠机械力来实现的，随机械力的消除接头可以松动或拆除。 主要用于机架与机器的装配，易损件的连接。 物理和化学连接成型是通过毛细作用和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。主要有胶接和封接两种工艺。主要用于异种材料和 非金属材料之间的连接，以及复杂零件之间的组装连接。 冶金连接成型是通过加热或加压(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。主要用于金属材料及金属结构的连接，通常称为 焊接。 2、冶金连接的物理本质 3、 冶金连接的主要手段 为了克服阻碍材料表面紧密接触的各种因素，在连接工艺上主要采取以下两种措施： （1） 对被连接的材质施加压力，目的是破坏接触表面的氧化膜，使结合处增加有效的 接触面积，从而达到紧密接触。 （2） 对被连接材料加热（局部或整体），对金属来讲，使结合处达到塑性或熔化状态
此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原子的振动能，促进扩散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。4、焊接技术的分类关于焊接方法的分类，传统意义上通常分为熔化焊、压力焊和钎焊三类。但随着焊接技术的飞速发展，新的焊接技术不断涌现，原先的分类变得越来越模糊，从治金角度看，可将连接方法分为：液相连接、固相连接和液-固相连接。焊接方法分类0.1S100s1000105电电弧瑞年接触扩散ap0.01s0.1s1s10s100s1000s图0一3不同焊接方法作用温度、压力及过程持续时问的对比5、材料连接原理课程的任务与内容学习该课程的目的就是为将来研究和解决具体实际的材料连接问题打下坚实的基础。学习的主要任务：金属材料在熔化焊时的热过程、有关化学冶金和物理冶金方面普遍性规律：熔化焊连接主要缺陷及控制；钎焊和扩散连接的基本原理与工艺：压力焊连接原理和工艺：机械连接、胶接等其它连接技术的原理和应用。在这个基础上来分析各种条件下材料的连接行为，为制定合理的连接工艺、探索提高连接质量的新途径、开发新的连接技术提供理论依据，为实际工程应用打下扎实的理论和实践基础。n
3 此时接触面的氧化膜迅速破坏，降低金属变形的阻力，加热也会增加原子的振动能，促进扩 散、再结晶、化学反应和结晶过程的进行。 4、焊接技术的分类 关于焊接方法的分类，传统意义上通常分为熔化焊、压力焊和钎焊三类。但随着焊接技 术的飞速发展，新的焊接技术不断涌现，原先的分类变得越来越模糊，从冶金角度看，可将 连接方法分为：液相连接、固相连接和液-固相连接。 焊接方法分类 5、材料连接原理课程的任务与内容 学习该课程的目的就是为将来研究和解决具体实际的材料连接问题打下坚实的基础。学 习的主要任务：金属材料在熔化焊时的热过程、有关化学冶金和物理冶金方面普遍性规律； 熔化焊连接主要缺陷及控制；钎焊和扩散连接的基本原理与工艺；压力焊连接原理和工艺； 机械连接、胶接等其它连接技术的原理和应用。在这个基础上来分析各种条件下材料的连接 行为，为制定合理的连接工艺、探索提高连接质量的新途径、开发新的连接技术提供理论依 据，为实际工程应用打下扎实的理论和实践基础
第一章熔化焊热源及接头形成焊件在焊接过程中，未施加压力，仅通过焊件加热而熔化来完成连接的方法，称为熔化小焊丝热彩喻区焊缝住状品培酒Y科材塔池a）熔池的形式b）热影响区形成c）熔池结晶图1-1熔化焊过程示意图焊。第一节熔化焊热源及温度场一.焊接热源1、焊接热源的要求：能量密度高度集中、快速实现焊接过程，并保证得到高质量的焊缝和最小的焊接热影响区。2、焊接热源的种类（1）电弧热：（2）电阻热：（3）高频热源：（4）摩擦热：（5）等离子弧：（6）电子束：（7）激光束：（8）化学热：。3、焊接热源的特征：描述焊接热源特性的主要指标：最小加热面积、最大功率密度和正常焊接规范条件下的温度。理想的焊接热源应具有加热面积小、功率密度高和加热温度高等特点。二、焊接热效率焊接时，焊接热源所产生的热量因向周围介质散热和飞溅等原因而不能被工件全部吸收。所以，真正用于焊接的热量只是热源提供热量的一部分。以电弧焊为例：如果电弧是无感的，此时电能全部转化为热能，则电弧的功率为：q-U若能量不全部用于加热焊件，则加热焊件获得的有效热功率为：4
4 第一章 熔化焊热源及接头形成 焊件在焊接过程中，未施加压力，仅通过焊件加热而熔化来完成连接的方法，称为熔化 焊。 第一节 熔化焊热源及温度场 一.焊接热源 1、焊接热源的要求：能量密度高度集中﹑快速实现焊接过程，并保证得到高质量的焊 缝和最小的焊接热影响区。 2、焊接热源的种类 （1）电弧热： （2）电阻热： （3）高频热源： （4）摩擦热： （5）等离子弧： （6）电子束： （7）激光束： （8）化学热:。 3、焊接热源的特征：描述焊接热源特性的主要指标：最小加热面积﹑最大功率密度和 正常焊接规范条件下的温度。理想的焊接热源应具有加热面积小﹑功率密度高和加热温度高 等特点。 二、焊接热效率 焊接时,焊接热源所产生的热量因向周围介质散热和飞溅等原因而不能被工件全部吸 收。所以，真正用于焊接的热量只是热源提供热量的一部分。 以电弧焊为例：如果电弧是无感的，此时电能全部转化为热能，则电弧的功率为： q=UI 若能量不全部用于加热焊件，则加热焊件获得的有效热功率为：
qe=nui式中n为加热过程中的功率有效系数或称热效率。在一定条件下是常数,主要取决于焊接方法、焊接规范、焊接材料和保护方式等。需要指出的是焊接热效率Ⅱ仅仅反映焊件所吸收的热量的大小，而不能反映热量在焊缝和热影响区上的分配，即热能分配的合理性。实际上，用于熔化金属形成焊缝的热量才是真正的热效率。若从保证焊接质量的角度看，形成热影响区的热量越小越好。洛化焊剂~18%损失干黑密介质~20%用于焙淡过激~28%损火于飞减一5%用于熔滚过波~25%一飞饿一家和金风冠电测有效热动电强全够热功母材吸收~50%电弧有效热功电弧全部热功即材吸收54%*~75%=100%掌~81%率=100%(b)(a)图1-2电弧焊的热量分配（b）自动埋弧焊（J=1000A，U=36V，V=36rm/h）（a）厚皮焊条手工电弧焊（=150~250A，U=35V）：三、焊接温度场1、焊接时的热作用特点（1）热作用的集中性(2）热作用的瞬时性2、焊接传热的基本方式(1)热传导(2).热对流(3).热辐射由于焊接传热学主要研究焊件上温度分布和随时间变化的规律性，因此，焊接温度场的研究是以热传导为主，适当考虑对流和辐射的作用。3、焊接温度场的概念在热源的作用下，焊件上各点的温度都在随时间的变化而变化，因此，某瞬时焊件上各点温度的分布称为温度场。温度场以某一时刻在某一空间内所有点的温度值来描述，在直角坐标系内为：T=(x,y,z,1)_5
5 qe=ηUI 式中η为加热过程中的功率有效系数或称热效率。在一定条件下η是常数,主要取决于 焊接方法、焊接规范、焊接材料和保护方式等。 需要指出的是焊接热效率η仅仅反映焊件所吸收的热量的大小，而不能反映热量在焊缝 和热影响区上的分配，即热能分配的合理性。实际上，用于熔化金属形成焊缝的热量才是真 正的热效率。若从保证焊接质量的角度看，形成热影响区的热量越小越好。 三、 焊接温度场 1、焊接时的热作用特点 (1) 热作用的集中性 (2) 热作用的瞬时性 2、焊接传热的基本方式 (1).热传导 (2).热对流 (3).热辐射 由于焊接传热学主要研究焊件上温度分布和随时间变化的规律性，因此，焊接温度场的 研究是以热传导为主，适当考虑对流和辐射的作用。 3、焊接温度场的概念 在热源的作用下，焊件上各点的温度都在随时间的变化而变化，因此，某瞬时焊件上各 点温度的分布称为温度场。温度场以某一时刻在某一空间内所有点的温度值来描述，在直角 坐标系内为： T=f(x,y,z,t)