【正文】 解除腐蝕介質(zhì)的內(nèi)表面焊縫最后焊等工藝措施。 五、鑄鐵的補焊 鑄鐵件在鑄造生產(chǎn)過程中產(chǎn)生缺陷，在使用過程中產(chǎn)生裂紋 和斷裂損壞，采用補焊修復(fù)，有巨大的經(jīng)濟意義。 鑄鐵含炭量高，硫、磷雜質(zhì)也多，塑性很差，因此其焊接性 差。鑄鐵焊接的主要問題有兩個：一是易產(chǎn)生白口組織，難加工； 二是易產(chǎn)生裂紋，此外還易產(chǎn)生氣孔。 鑄鐵補焊工藝有冷焊和熱焊兩種。熱焊法是焊前將焊件整體 或局部預(yù)熱到 650~700℃ ，然后用焊條電弧焊或氣焊補焊，施焊 過程中鑄件的溫度不應(yīng)低于 400℃ ，焊后緩冷或再將焊件加熱到 600~650℃ 進行去應(yīng)力退火；冷汗法是焊前不將焊件預(yù)熱或僅預(yù) 熱到 400℃ 以下然后用焊條電弧焊或氣焊補焊。 熱焊法能有效的防止產(chǎn)生白口組織和裂紋，焊縫便于機加工 但需配置加熱設(shè)備且勞動條件差。冷焊法易出現(xiàn)白口組織、裂紋 和氣孔，但成本較低。 六、有色金屬的焊接 銅及銅合金的焊接 工業(yè)上常用的銅及銅合金又純銅、 黃銅和青銅等。銅及銅合金的焊接性較差，其主要的困難是 : （ 1） 難熔合 （ 2） 易變形 此外在一般情況下，銅合銅合金焊接接頭的力學(xué)性能有所下 降，主要是塑性下降。銅及銅合金的焊接方法常采用氬弧焊、氣 焊、埋弧焊和釬焊等。 鋁及鋁合金的焊接 鋁及鋁合金焊接的主要問題是： （ 1）氧化 （ 2）氣孔 此外熱處理強化鋁合金焊接時，還易造成接頭軟化和形成熱 裂紋。鋁及鋁合金的焊接常用氬弧焊、氣焊等。焊絲的選用，母 材為純鋁、鋁錳、鋁鎂等合金時，可采用成分相同的鋁合金焊絲； 對于熱處理強化鋁合金，為防止熱裂紋，可采用鋁硅和金焊絲。 ? 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇 ? 焊接接頭設(shè)計 ? 焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計舉例 一、焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇 在滿足結(jié)構(gòu)使用要求的條件下，盡量選擇焊接性較好的材料。 一般含碳量 WC﹪ 的碳素鋼和含碳量 WC﹪ 的低合金鋼 都具有良好的焊接性，應(yīng)盡量采用。含碳量 WC﹪ 的碳素鋼 和含碳量 WC﹪ 的合金鋼焊接性不好，盡量避免采用。同一 構(gòu)件焊接時盡量選用同種金屬材料。異種材料焊接時，往往由于 兩者的物理、化學(xué)及熱性能的不同，其焊接具有很大差異，焊接 難度較大，甚至難于用熔焊的方法進行焊接。 二、焊接接頭設(shè)計 焊縫的布置 合理的布置焊縫位置是焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān) 鍵，其一般設(shè)計原則如下： 1）焊縫布置應(yīng)盡量分散，且不宜過長。 2）焊縫的位置應(yīng)盡量對稱布置。 3）焊縫應(yīng)避開最大應(yīng)力和應(yīng)力集中的部位。 4）焊縫應(yīng)盡量避開機械加工表面。 5）對于不同厚度鋼板的受力對接接頭，若兩板的厚度差不 超過規(guī)定數(shù)值時，接頭的基本形式和尺寸安厚板選??；超出規(guī) 定數(shù)值時，厚板應(yīng)單面或雙面削薄，對削薄長度有一定要求。 6）焊縫位置應(yīng)便于焊接操作。 7）焊縫應(yīng)盡量放在平焊位置。 接頭與坡口形式的選擇設(shè)計 焊條電弧焊的接頭與坡口 形式選擇已在前面介紹，其他方法目前尚無國家標準，一般可根 據(jù)各種焊接方法的特點，參考焊條電弧焊接頭形式進行設(shè)計。 三、焊接結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計舉例 結(jié)構(gòu)名稱：中壓容器 如圖 材料： 16Mn(原材料尺寸 1200mmX5000mm) 件厚：筒身 12mm,封頭 14mm，人孔圈 20mm，管接頭 7mm 生產(chǎn)量：小批生產(chǎn) 工藝設(shè)計要點：筒身用鋼板冷卷，按實際尺寸可分為三節(jié)。 167。 在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中，主要有焊接裂紋、未焊透、未熔合、夾 渣、氣孔、咬邊和焊瘤等缺陷。這些缺陷不僅減少焊縫截面，降 低承載能力，更主要的還會使構(gòu)件產(chǎn)生應(yīng)力集中，更大的降低承 載能力。除了在焊前和焊接生產(chǎn)中采取措施防止缺陷外，還需對 成品進行檢驗。焊接缺陷主要發(fā)生的部位可為表面缺陷和內(nèi)部缺 陷兩類。 檢驗方法主要有：著色檢驗，磁粉探傷，射線探傷，超聲波 探傷，此外還有用于檢驗容器和壓力容器有無泄漏的致密性檢驗， 如水壓試驗、氣壓試驗、煤油試驗等。以上這些檢驗方法都屬于 非破壞性檢驗，即所謂無損探傷。還有一類破壞性檢驗方法，如 力學(xué)性能試驗、化學(xué)分析、金相組織檢驗等。 第十一章 材料選擇概述 選材的動機： 首次開發(fā)生產(chǎn)一種新產(chǎn)品、新零件或新裝置； 現(xiàn)有產(chǎn)品的改進和更新?lián)Q代； 零件過早失效甚至災(zāi)難性事故發(fā)生后，需改變用材。 167。 材料選用原則 167。 材料選用方法 167。 典型零件選材及工藝分析 167。 材料選用原則 首要原則 根本原則 (一 ) 使用性能原則 首要原則 1. 分析零件的工作條件 1)首先應(yīng)判斷零件在工作中所受載荷的性質(zhì)和大小，計算載荷引起的應(yīng)力分布。 i 載荷的性質(zhì)是決定材料使用性能的主要依據(jù)之一。 ii 計算應(yīng)力是確定材料使用性能的數(shù)量依據(jù)。 2)考慮零件的工作環(huán)境：環(huán)境因素會與零件的力學(xué)狀態(tài)綜合作用，提出更為復(fù)雜的性能要求。 3)最后還應(yīng)充分考慮材料的某些特殊要求。 受力狀況 載荷的類型 （ 如靜載 、 動載 、 循環(huán)載荷或單調(diào)載荷等 ） ，載荷的作用形式 （ 如拉伸 、 壓縮 、 彎曲或扭轉(zhuǎn)等 ） ， 載荷的大小以及分布特點 （ 如均布載荷或集中載荷 ） 。 環(huán)境狀況 溫度 （ 如低溫 、 高溫 、 常溫或變溫 ） 及介質(zhì)情況 （ 如有無腐蝕或摩擦作用 ） 。 特殊功能 導(dǎo)電性 、 磁性 、 熱膨脹性 、 比重 、 外觀等 。 2. 進行失效分析 失效抗力取決于材料的性能，對零件主要失效形式的分析常?？梢跃C合出零件所要求的主要使用性能。 幾種常用零件的工作條件和失效形式 零件 工作條件 常用失效 形式 性能要求 應(yīng)力種類 載荷性質(zhì) 受載狀態(tài) 螺栓 拉、剪 靜載 ── 過量變形， 斷裂 強度，塑 性 傳動軸 彎、扭 循環(huán)，沖 擊 軸頸摩擦 疲勞斷裂，過量變形，軸頸磨損 綜合力學(xué)性能 傳動齒輪 壓、彎 循環(huán)，沖 擊 摩擦，振 動 斷齒，磨損，疲勞斷裂，接觸疲勞 表面高強度及疲勞極限，心部強度及韌性 彈簧 扭、彎 交變，沖 擊 振動 彈性失穩(wěn)， 疲勞破壞 彈性極限，屈強比，疲勞極限 3．零件性能要求的指標化 將零件對使用性能的要求具體轉(zhuǎn)化為實驗室力學(xué)性能指標（如強度、韌性、塑性、硬度等）； 再根據(jù)工作應(yīng)力 、使用壽命或安全性確定性能指標的具體數(shù)值。 (1)受力狀況不同，設(shè)計依據(jù)的性能指標、計算公式不同。 例如： σ≤[σ]=σ ∕k 屈服強度 純剪純拉載荷 彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷 (2)應(yīng)綜合考慮塑性、韌性和強度指標，并加以合理的配合。 塑性、韌性過剩而降低零件壽命。 例如用 35CrMo制造的 10t模鍛錘錘桿 調(diào)質(zhì)處理（高塑性、韌性 承受較大的沖擊載荷） 疲勞斷裂 淬火 +中溫回火（表面硬度提高） 壽命提高 3～ 20倍以上。 追求強度越高越好，貿(mào)然將零件置于低應(yīng)力脆斷的危險中。 例如高周疲勞斷裂 材料的強度在 σ ＜ 1400MPa范圍內(nèi) 強度越高，疲勞強度亦高 若材料的強度在 σ ＞ 1400Mpa范圍 疲勞壽命隨強度的增加反而降低 在利用具體性能指標進行選材時，必須注意實驗室指標、手冊性能數(shù)據(jù)、經(jīng)驗關(guān)系式的局限性。 b b s 中碳鋼 (%C)不同尺寸毛坯的力學(xué)性能 熱處理條件 毛坯尺寸/mm σ b/MPa δ /% Ak/J 850淬火 5 30 800 750 16 15 120 80 500回火 50 100 700 600 15 13 56 40 （二）工藝性能原則： 1. 金屬材料的工藝性能 圖 111 金屬零件的加工工藝路線 性能 、 質(zhì)量要求不高的零件 毛坯 ─→ 正火或退火 ─→ 切削加工 ─→ 零件 。 如鑄鐵或碳鋼 ， 只要注意采用適宜的毛坯制造方法 ， 其工藝性能均能滿足要求 。 性能要求較高的零件 （ 如軸 、 齒輪等 ） 毛坯 ─→ 預(yù)先熱處理 （ 正火 、 退火 ） ─→ 粗加工 ─→ 最終熱處理 （ 淬火十回火 ， 固溶時效 ， 滲碳處理等 ） ─→精加工 ─→ 零件 。 金屬零件用材多為碳鋼 、 合金鋼 、 高強鋁合金等 ， 其中有些材料的加工性能存在問題 ， 因此選材時應(yīng)注意對其工藝性能的分析 。 性能和質(zhì)量要求極高的零件 （ 如精密絲杠 ） 毛坯 ─→ 預(yù)先熱處理 （ 正火 、 退火 ） ─→ 粗加工 ─→ 最終熱處理 （ 淬火 +低溫回火 ， 固溶時效或滲碳 ） ─→ 半精加工 ─→ 穩(wěn)定化處理 （ 或氮化 ） ─→ 精加工 ─→ 穩(wěn)定化處理 ─→ 零件 。 加工路線復(fù)雜 ， 加工精度和質(zhì)量要求高 ， 在選材時應(yīng)務(wù)必保證材料的工藝性能 。 2. 高分子材料的工藝性能 圖 112 高分子材料的加工工藝路線 表 117 高分子材料主要成形工藝特點 工 藝 適用材料 形 狀 表面光潔度 尺寸精度 模具費用 生產(chǎn)率 熱壓成形 范圍較廣 復(fù)雜形狀 很好 好 高 中等 噴射成形 熱塑性塑料 復(fù)雜形狀 很好 非常好 很高 高 熱擠成形 熱塑性塑料 棒類 好 一般 低 高 真空成形 熱塑性塑料 棒類 一般 一般 低 低 3. 陶瓷材料的工藝性能 成形后，受陶瓷加工性能的局限，除了可以用碳化硅或金剛石砂輪磨削加工外，幾乎不能進行任何其它加工。因此陶瓷材料的應(yīng)用在很大程度上也受其加工性能的限制。 圖 113 陶瓷材料的加工工藝路線 表 118 陶瓷材料成形工藝的比較 工 藝 優(yōu) 點 缺 點 粉漿成形 可做形狀復(fù)雜件 、 薄壁件 ， 成本低 收縮大 ， 尺寸精度低 ，生產(chǎn)率低 壓制成形 可做形狀復(fù)雜件 ， 有高密度和高強度 ， 精度較高 設(shè)備較復(fù)雜 ， 成本高 擠壓成形 成本低 ， 生產(chǎn)率高 不能做薄壁件 ， 形狀要對稱 可塑成形 尺寸精度高 ， 可做形狀復(fù)雜件 成本高 （三）經(jīng)濟性原則棗根本原則 產(chǎn)品成本與性能的關(guān)系： 圖 114 產(chǎn)品成本分析 1. 基本材料的成本 材料的價格在產(chǎn)品的總成本中占有較大的份額（ 30~70%）。 選擇更為廉價的材料是降低產(chǎn)品成本的重要手段之一； 提高材料的利用程度，降低制造過程中的材料消耗量（我國鋼材利用率平均為 65%，而美國達到 80%）。 材 料 價格（美元 /t） 材 料 價格（美元 /t） 鉑 26,000,000 工業(yè)金剛石 900,000,000 金 19,100,000 硼 ― 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料 330,000 鎢 26,000 碳 纖 維 復(fù) 材 料（ CFRP） 200,000 鈦合金 10,190~12,720 玻璃纖維復(fù)合材料 （ GFRP） 2400~3300 黃銅 （ 型材 ） 1650~2336 尼龍 66 3289 鋁合金 （ 型材 ） 2022~2440 環(huán)氧樹脂 1650 低碳鋼 （ 型材 ） 440~480 天然橡膠 1430 鑄鐵 260 Al2O3 11001760 硬質(zhì)合金 66,000 玻璃 1500 常見工程材料價格 我國常用金屬材料的相對價格 材 料 相對價格 材 料 相對價格 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 1 鉻不銹鋼 5 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 ~ 鉻鎳不銹鋼 15 合金結(jié)構(gòu)鋼 （ CrNi鋼除外 ） ~ 灰口鑄鐵 ~ 鉻 鎳 合 金 結(jié) 構(gòu) 鋼（ 中合金鋼 ） 5 鑄造鋁合金 、 銅合金 8~10 滾珠軸承鋼 3 普通黃銅 13~17 低合金工具鋼 3~4 錫青銅 、 鋁青