第十一章__铆接、胶接与焊接设计

null第十一章 铆接、焊接与胶接 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第十一章 铆接、焊接与胶接设计 null教 学 目 标 1、掌握铆接的进本形式及设计要点，了解影响铆接强度的因素； 2、掌握电弧焊缝的基本形式及强度计算，了解影响焊缝强度的因素； 3、掌握胶接街头的基本形式及结构，了解常用的胶粘剂。 §11.1 铆接 §11.1 铆接 铆接是一种很早就开始使用的简单机械联接方式，其典型的结构如图所示。它们主要是由联接件铆钉1和被联接件2、3所组成，有的还有辅助联接件盖板4。这些基本元件在构造上所形成的联接部分统称为铆接缝（简称铆缝）。 null一、铆缝的种类、特性及应用 铆缝的结构型式有很多，就接头情况看有图所示的搭接缝（图a）、单盖板对接缝（图b）和双盖板对接缝（图c）；从铆钉排数看有单排、双排和多排之分。 null 如果按铆缝性能的不同又可以分为三种：以强度为基本要求的铆缝称为强固铆缝，如飞机蒙皮与框架、起重设备的机架、建筑物的桁架等结构用的铆缝；不但要求具有足够强度，而且要求保证良好的紧密性的铆缝称为强密铆缝，如蒸汽锅炉、压缩空气贮存器等承受高压器皿的铆缝；仅以紧密性为基本要求的铆缝称为紧密铆缝，多用于一般的流体贮存器和低压管道上。 null 铆接具有工艺设备简单、抗震、耐冲击和牢固可靠等优点，但结构一般较为笨重，被联接件（或被铆件）上由于制有钉孔，使强度受到较大的削弱，铆接时一般噪声比较大，影响工人健康。因此，目前除了桥梁、建筑、造船、重型机械以及飞机制造等工业部门仍经常采用外，应用已经逐渐减少，被焊接和胶接所代替。 null二、铆钉的主要类型和 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 铆钉的类型是多种多样的，而且已经标准化（GB/T863.1-1986 ～GB/T876-1986）等。通用机械中常用的铆钉在铆接后的形式如图所示，它们的材料、结构和尺寸可查阅有关 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 。 null三、铆缝的受力及破坏形式、设计计算要点 铆缝的受力及破坏形式如图所示。 null 设计铆缝时，通常根据承载情况及具体要求，按照有关专业的技术规范或规程，选出合适的铆缝类型及铆钉规格，进行铆缝的结构设计（如按照铆缝形式及有关要求布置铆钉等），然后分析铆缝受力时可能的破坏形式，并进行必要的强度校核。 null 应该指出：在进行受力分析时，我们均假定1)一组铆钉中的各个铆钉受力均等；2）危险截面上的拉应力或切应力，工作面上的挤压应力都是均匀分布的；3）被铆件贴合面上无摩擦力；4）铆缝不受弯矩作用。但实际上，在弹性范围内，不论是沿受力方向的一列铆钉中的切应力，或是一个铆钉或孔壁间的挤压应力，或是一个被铆接件在钉孔附近各个截面上的拉应力，都不是均匀分布的。不过，在达到塑性变形时，上述的假定基本上是可以成立的。故此，可以直接按照材料力学的基本公式进行强度校核。需要注意的是：所用的许用应力必须根据有关专业的技术规范或规程选取。 铆缝的强度经过校核合格后，还应根据技术规范对铆接工艺提出相应的要求。 null 下面我们以如图所示的单排搭接铆缝进行静强度分析。 取图中宽度等于节距t（即垂至于受载方向的钉距）的阴影部分进行计算（设边距e合乎规范要求，不会出现板边被剪坏的破坏形式）。null1）由被铆件的拉伸强度条件得知，允许铆缝承受的静载荷为： 2）由被铆件上孔壁的挤压强度条件得知，被铆件允许承受的压力： 3）由铆钉的剪切强度条件得知，铆钉允许承受的横向载荷为： 显然，这段铆缝允许承受的静载荷F应取上面三个数值中最小的。 如果上面三个数值相等，解出d、t、δ等参数，叫做单排搭接铆缝的等强度设计。 §11.2 焊接 §11.2 焊接 把两个金属元件局部加热使融化后而连成一个整体，这种联接 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 称为焊接。广泛应用于制造金属构架、容器壳体、机架等结构。焊接的方法很多，机械制造业中常用的是属于熔融焊的电焊、气焊与电渣焊，尤其以电焊应用最广。电焊由可以分为电阻焊与电弧焊两种。 null电阻焊：是利用大的低压电流通过被焊接件时，在电阻最大的接头处（被焊接部位）引起强烈发热，使金属局部融化，同时机械机械加压而形成的联接。 电弧焊：是利用电焊机的低压电流，通过电焊条（为一个电极）与被焊件（为另一电极）间形成的电路，在两极间引起电弧来熔融被焊接部分的金属和焊条，使熔融的金属混合并填充接缝而形成的（如图）。 其中电弧焊操作简便、联接质量好，使用范围广。我们主要介绍有关电弧焊的基本知识。null一、电弧焊缝的形式及特点 焊件经焊接后形成的接合部分叫做焊缝。根据焊接件在空间的相对位置，电弧焊缝有对接焊缝和填角焊缝等，焊缝接头的基本形式有对接、搭接和T型接头等。null1、对接焊缝（如下图所示） 受力均匀，结构工艺性好，适于承受振动载荷。当被焊接件较厚时了保证焊透，要在焊接的地方预先加工好坡口。两焊接件厚度不大时，可以不开坡口。 null2、填角焊缝 搭接接头和T型接头中的焊缝称填角焊缝，它用来联接不在同一平面内的构件。 null 在搭接接头中（如图所示），与载荷方向垂直的填角焊缝称为端焊缝（图a）；与载荷方向平行的焊缝称为侧焊缝（图b）；与载荷方向既不平行又不垂直的填角焊缝称为斜焊缝（图c）；一个接头采用两种以上形式的填角焊缝称为组合焊缝。搭接接头工作时，应力分布不均匀，疲劳强度较低。 null三、特点 与铆接相比较，焊接具有强度高、工艺简单，由于联接而增加的质量小，工人劳动条件较好等优点，所以应哟功能日益广泛，新的焊接方法发展也很迅速。另外，以焊接代替铸造可以节约大量的金属，也便于制成不同材料的组合体而节约贵重或稀有金属。在技术革新、单件生产、新产品试制等情况下，采用焊接制造箱体、机架等，经济性较好。 null如图所示为焊接箱体和齿轮的示例null二、焊接件常用材料及焊条 焊接的金属结构常用材料为Q215、Q235、Q255；焊接的零件则用Q275、15～50碳钢，以及50Mn、50Mn2、50SiMn2等合金钢。在焊接中，广泛使用各种型材、板材及管材。null 焊条的种类很多，应针对具体要求从手册中选取。常用的焊条型号为E4301、E4303、E5001、E5003等。型号中的数字，前两位 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示熔敷金属的最低抗拉强度极限（如43表示σB ≥ 43kgf/mm2 ≈420MPa），第三位数字“0”或“1”表示适用于各种各种位置的焊接（平焊、立焊、仰焊、横焊），第四位数字表示药皮类型及焊接电源，第三、四两位组合时，01表示钛铁矿型，03表示钛钙型，二者的电源均为交流或直流正反接。null三、焊缝的强度计算 对接焊缝主要用来承受作用于被焊件所在平面内的拉（压）力或弯矩，其正常的破坏形式是沿焊缝断裂。端焊缝通常只用来承受拉力。侧焊缝和组合焊缝可用来承受拉力和弯矩。填角焊缝往往由于剪切而破坏。 null 焊缝强度的计算，通常都是在假定应力均匀分布，且不计参与应力的条件下进行简化计算，并根据实验来去定其许用应力。这样作的原因是：1）焊接件受载时，焊缝附近的应力分布十分复杂，应力集中及内应力很难准确决定。作这样条件性计算可以使计算大为简化；2）被焊件及焊缝本身多为塑性较大的材料，对应力集中不太敏感；3）在设计及制造时，可采取各种措施保证应力集中和内应力不致过大。 常用的焊缝受载情况和强度计算公式可以参阅教材，在需要的时候可以查阅相关手册。 null四、焊接件的工艺及设计注意要点 为了保证焊接质量，避免夹渣、未焊透和缺焊等现象（如图所示），焊缝应按被焊件的厚度开出相应的坡口形式，或者进行一般的倒棱修边工艺。在焊接前，应对坡口进行清洗整理。 null常见的坡口形式如图所示null 熔化的金属冷却时要收缩，因此使焊缝内产生残余应力，导致构件的翘曲。这不仅使焊接件难以获得精确的尺寸，且将影响到焊缝的强度。所以在满足强度条件的情况下，焊缝的长度应按实际结构尽可能取得短一些和分段进行焊接，并避免焊缝交叉；还应在焊接工艺上采取措施，使构件在冷却时能有微小自由移动的可能；焊后经热处理（退火），以消除内应力。此外，在焊接厚度不同的对接板时，应将较厚的板件沿对接部位平滑輾薄或削薄到较薄板件的厚度，以利于焊缝金属均匀熔化和承载时的力流得以平滑过渡。 null 在设计焊接件时，应注意恰当选取母体材料及焊条；根据被焊件的厚度选择接头及坡口形式；合理布置焊缝及焊缝长度；正确安排焊接工艺，以免施工不便及残余应力源。对于有强度要求的重要焊缝，必须按照有关行业的强度规范进行焊缝尺寸的校核，同时还应规定一定技术水平的焊工进行焊接，并在焊后仔细进行质量检验。 §11.3 胶接 §11.3 胶接 一、胶接及其应用 胶接是将胶接剂涂于被联接件之间经固化所形成的联接。这是很早就使用的一种不可拆卸的联接，例如木工使用的聚酯酸乙烯乳液（乳胶）粘合木质构件。但在机械制造中采用胶接的金属构件，还是近50年来发展起来的新型工艺方法。 null 胶接的机理涉及到很多化学与物理的因素，目前虽已经有多种理论，但都不能作出圆满的解释，所以也是目前各方面正在积极研究的课题之一。随着高分子化学，特别是石油化学工业的迅速发展，胶接的理论必将日益完善。null 目前，胶接在机床、汽车、拖拉机、造船、化工、仪表、航空、航天等各个工业部门中的应用日渐广泛，如图所示。 null二、常用胶粘剂及其主要性能与选择原则 胶粘剂的品种繁多，可以从不同的角度化分为很多类别。现在我们仅按使用目的分为以下三类作简单介绍。 1、结构胶粘剂 这类胶粘剂在常温下的抗剪强度一般不低于8MPa，经受一般高、低温或化学的作用不降低其性能，胶接件能承受较大的载荷。例如酚醛－缩醛－有机硅胶粘剂、环氧－酚醛树脂胶粘剂和环氧－有机硅胶粘剂等。 null2、非结构胶粘剂 这类胶粘剂在正常使用时有一定的胶接强度，但在受到高温或重载时，性能迅速下降。例如聚氨酯胶粘剂和酚醛－氯丁橡胶胶粘剂等。 3、其它胶粘剂 具有特殊用途（如防锈、绝缘、导电、透明、超高温、超低温、耐酸、耐碱等）的胶粘剂。例如环氧导电胶和环氧超低温胶粘剂等。 在机械制造中，目前较为常用的是结构胶粘剂中的酚醛－缩醛－有机硅胶粘剂及环氧－酚醛胶粘剂等。 null 胶粘剂的主要性能是胶接强度（耐热性、耐介质性、耐老化性）、固化条件（温度、压力、保持时间）、工艺性能（涂布性、流动性、有效贮存期）以及其它特殊性能（如防锈等。） 胶粘剂的力学性能随着胶接件材料、环境温度、固化条件、胶层厚度、工作时间、工艺水平等不同而不同。例如可用于胶接各种碳钢、合金钢、铝、镁、钛等合金以及各种玻璃钢的酚醛－缩醛－有机硅胶粘剂（牌号未204胶）胶接30CrMnSiA钢时，在常温下剪切强度大于22.8MPa；200ºC时，剪切强度大于15.8MPa；300ºC时，剪切强度大于4MPa；null胶粘剂的选择原则，主要是针对胶接件的使用要求及环境条件，从胶接强度、工作温度、固化条件等方面选取胶粘剂的品种，并兼顾产品的特殊性要求（如防锈等）及工艺上的方便。此外，如对受一般冲击、振动的产品，宜选用弹性模量小的胶粘剂；在边应力条件下工作的胶接件，应选膨胀系数与零件材料的膨胀系数近似的胶粘剂等。 三、胶接的基本工艺过程 三、胶接的基本工艺过程 1、胶接件胶接表面的制备 胶接表面一般需经过除油处理、机械处理及化学处理，以便清除表卖弄油污及氧化层，改造表面粗糙度，使其达到最佳胶接表面状态。表面粗糙度一般应为3.2～1.6，过高或过低都会降低胶接的强度。 2、胶粘剂配制 因大多数胶粘剂是“多组分”的，在使用前应按规定的程序及正确的配方比例妥善配置。 null3、涂胶 采用适当的方法涂布胶粘剂（如喷涂、刷涂、滚涂、浸渍、贴膜等），以保证厚薄合适，均匀无缺、无气泡等。 4、清理 在涂胶装配厚，清除胶接件上多余的胶粘剂。 5、固化 根据胶接件的使用要求、接头形式、接头面积等，恰当选定固化条件（温度、压力及保持时间），使胶接固化。 6、质量检验 对胶接产品只要是进行X光、超声波探伤、放射性同位素或激光全息摄影等无损检验，以防止胶接接头存在严重缺陷。 四、胶接接头的结构形式、受力状况及设 计要点 四、胶接接头的结构形式、受力状况及设 计要点 胶接接头的典型结构如图所示。 null 胶接接头的受力状况有拉伸、剪切、剥离与扯离等。实践证明：胶缝的抗剪及抗拉伸能力强，而抗扯离及抗剥离的能力弱。null胶接接头的设计要点是： 1）针对胶接件的工作要求正确选择胶粘剂；2）合理选定接头形式；3）恰当选择工艺参数；4）充分利用胶缝的承载特性，尽可能使胶缝承受剪切或拉伸载荷，而避免扯离，特别使剥离载荷不宜采用胶接接头；5）从结构上适当采取防止剥离的措施，如加装紧固元件，在边缘采用卷边和加大胶接面积等，以防止从边缘或拐角处脱缝；6）尽量减小胶缝处的应力集中，如将胶缝处的板材端部切成斜角等；7）当有较大的冲击、振动时，应在胶接面间增加玻璃布层等缓冲减振材料。 null五、胶接与铆接、焊接的比较 胶接与铆接、焊接相比，其优点是：1）质量较小（一般可小20％左右），材料的利用率较高；2）不回使胶缝附近的母体材料的金相组织改变，冷却时液不回产生翘曲和变形；3）因为是全部贴合面间的胶粘联接，应力分布比较均匀，故耐疲劳、耐蠕变性能好；4）能使异型、复杂、微小和很薄的元件以及金属与非金属构件相互联接；5）所需设备简单，操作方便，无噪声，劳动条件好，劳动生产率高，成本较低；null6）密封性比铆接可靠，如环氧胶粘剂可耐水压达2MPa；7）工作温度在有特殊要求时可达－200ºC～1000ºC（一般为－60ºC～400ºC）；8）能满足防锈、绝缘、透明等特殊要求。其缺点是：1）工作温度过高时，胶接强度将随温度的增高而显著下降；2）抗剥离、抗弯曲及抗冲击振动性能差；3）耐老化、耐介质（如酸碱等）性能较差，且不稳定；4）有的胶粘剂（如酚醛－缩醛－有机硅耐高温胶粘剂）所需的胶接工艺较为复杂；5）胶接件的缺陷有时不易发现，目前尚无晚上可靠的无损检验方法。