钣金件的焊接结构

工序：制造、生产某种东西或达到某一特定结果的特定步骤。组成整个生产过程的各段加工,也指

各段加工的先后次序 工位： 工步

钣金件的焊接结构

焊接结构及优点

(一)焊接结构的应用

用焊接方法制造的金属结构称焊接结构。焊接结构巳作为—种基本工艺方法在许多工业部门中应用，如建筑钢结构、船体、车辆、锅炉及压力容器等几乎全部取代了铆接结构。不少过去一直用整铸、整锻方法生产的机件改成焊接结构后，大大简化丁生产工艺，降低了成本。并成功地焊接了不少重大产品，如12000t水压机、225000kw水轮机工作轮、25000t远洋货轮、直径为16m的大型球罐、原子反应堆、人造卫星等。 (二)焊接结构的优点

焊接结构之所以能在工业生产中得到广泛的应用为它具有下列优点。 1、节省金属材料

与铆接结构相比较，用焊接结构有下列因素可使结构节省金属材料。 (1)结构构件的工作截面可以充分利用。 (2)结构形状的合理化。

(3)接合部件的重量减轻。在焊接结构中，焊缝重量一般为焊接部件重量的1％—2％；但在铆接结构中，铆钉重量要达到3．5％一4％。例如，起重机采用焊接结构，其重量可以减轻15％一20％；建筑钢结构部件采用焊接结构，其质量可以减轻10％一20％。

与铸造结构相比，焊接结构比铸钢件重量可减少20％～30％；比铸铁件重量可减少50％～60％。

2、降低成本

焊接设备比铆接和铸造简单，设备的单价也低。焊接结构的工序数少，所用劳动工时也少。 3、焊缝的紧密度和气密性高

焊接结构具有一些用别的工艺方法难以达到的性能。例如储气罐、锅炉、油罐车及造船生产中要求的紧密度和气密性等。

一、焊接的种类及其适用范围

钣金工程中，无论是用于通风除尘、气体输送或物料、液体输送的钣金制件，均要求在接缝处除保证足够的强度外，还具有良好的密封性能，这往往需要焊接才能满足、为使管道不漏风或粉尘不外扬，有时在咬接或铆接后，还要进行焊接，以提高连接处的密封性能。

焊接的种类很多，一般钣金工人经常接触到的焊接，属于熔化焊的有电弧焊、气焊、钎焊，属于加压焊的有电阻焊。通常把手工电弧焊和气焊以外的焊接称为特种焊接。

一）熔化焊：电弧焊、气焊、钎焊

电弧焊：手工电弧焊、CO2气体保护焊和氩弧焊

使用场合：电弧焊和气焊产生的热量高，适于较厚板材的焊接。薄板钣金件使用的板料多为1.2毫米以下的镀锌板。所以不宜采用电弧焊或气焊，一般多用锡焊（钎焊的一种）。 电弧焊有手工电弧焊、CO2气体保护焊和氩弧焊。

手工电弧焊使用的电焊机，按焊接电流可分为直流电焊机和交流电焊机两种。其中直流电焊

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机性能较好，可用于焊接铸铁、低碳钢、合金钢和有色金属等。凡厚度大于2毫米的上述各种材料的板料，采用相应措施，都可以进行手工电弧焊。由于手工电弧焊设备简单、适应性强，应用广泛。

CO2气体保护焊是以CO2(二氧化碳)作为保护气体，依靠焊丝与焊件之间产生电弧来熔化金属的一种熔化极焊接方法。CO2气体保护焊，适用于低碳钢、合金钢等材料的焊接。CO2半自动焊采用焊丝(直径0.6—1.2毫米)，非常适合于焊接2毫米以下的薄板，并适于短焊缝、曲线焊缝和空间各种位置焊缝的焊接，而且焊后母材变形小，焊缝美观，也不易出现其它焊缝缺陷，比手工电弧焊优越。CO2气体保护焊己普遍应用于汽车、机车、造船及飞机制造工业中。如果采用粗焊(直径1．6毫米以上)，CO2气体保护焊可以焊接厚板件。

氩弧焊具体分为手工钨极氩弧焊、钨极脉冲氩弧焊、熔化极氩弧焊、熔化极脉冲氩弧焊等。其中以手工钨极氩弧焊应用最广。手工钨极氩弧焊属于非熔化极氩弧焊，是利用钨棒作为电极，依靠手工操作，使钨极和工件之间产生电弧，并用氩气严密地保护钨极、焊丝和熔池进行焊接的一种方法。焊丝用手工加入，电源可用直流或交流。手工钨极氩弧焊主要用于焊接铝合金和不锈钢的薄板构件，铝板的最小厚度为1.2毫米，不锈钢板的最小厚度为l毫米。

气焊是利用焊焰喷出的氧、乙炔 (或液化石油气)火焰燃烧产生的高温，将两焊接件的接缝处熔化形成熔池、然后不断地向熔池填充焊丝，使接缝处熔合—体，冷却后形成焊缝。气焊可应用于低碳钢、不锈钢薄板的焊接和有色金属的焊接。

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，利用加热成液态的钎料填充接头间隙，并与母材相互扩散，实现连接焊件的焊接方法。在钎焊中，当钎料的熔点温度高于500摄氏度时称为硬钎焊，当钎料的熔点温度低于400摄氏度时称为软钎焊。锡焊是钎焊的一种。由于钎焊对焊件加热温度较低，因而焊件的金相组织和机械性能变化都小大，变形较小。焊后接头光滑平整，而且焊接过程简单，但仅适应于一般对焊接强度要求不高的薄板焊件。

锡焊属于软钎焊，是将锡合金加热使之熔化，在被焊工件不被熔化的情况下，实现连接的方法。锡焊焊缝的抗拉强度较低。

锡焊具有以下特点： (1)由于加热温度低、时间短，所以材料的机械性能不会有大的变化，也不会引起构件的变形；即使在锡焊很薄的薄板构件时，因被焊板料不被熔化，所以不存在板料被焊穿的问题。

(2)焊接工具简便，操作方便，生产效率高，且焊缝较光洁。

(3)由于锡焊接头抗拉强度较低，必须通过搭接、拼接、咬接及丁字形接头等方法，以达到与焊件强度相等的连接。

由于上述特点，锡焊在薄板钣金件的制作中被广泛采用。 二）加压焊：电阻焊

电阻焊：点焊、缝焊(又称滚焊)、凸焊及对接焊

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电阻焊在过去称为接触焊，俗称碰焊。它的基本过程是：焊件在两电极之间受压力作用，然后由电极向焊件通入焊接电流，由于接触电阻很大，使得金属在电阻热的作用下局部熔化，断电后压力继续作用，熔化金属开始冷却并产生共同结晶，形成焊接接头。而电弧焊是利用外加热源(电弧)使焊件局部熔化冷却凝固形成焊缝的。可见电阻焊与电弧焊相比，前者右两个显著的特点： (1)采用内部热源——利用电流通过焊接区的电阻产生的热量进行加热； (2)必须施加压力——在压力作用下通电加热、冷却形成焊接接头。

在工业生产中电阻焊有很大的经济价值。这是由于电阻焊的劳动生产率高，不要附加填充材料和使用焊剂，焊接过程比较容易实现机械化，很少产生毒性气体，也没有紫外线的伤害。因此，可将电阻焊设备安排在生产线上进行作业。在航天和航空、汽车、铁道车辆、建筑、电器无件、家用电器及日用品等各种制造业中都广泛地使用电阻焊。

点焊：薄板的冲压－焊接构件中，点焊的应用十分广泛。往往是将比较简单的冲压件通过点焊而组合成复杂的部件。现代的汽车制造中大量使用点焊，并且由一次数十个焊点同时点焊的多点焊，发展到了使用机械手的自动点焊。一辆普通的轿车至少有5000个焊点，例如国产帕萨特B5车身焊点有52个。家用电冰箱、洗衣机等的外壳也都是采用冲压—点焊的结构和加工程序。

用点焊来制作轧制板材与型钢构架间的接合，比用铆接可提高劳动生产率和减轻劳动强度。铁道车辆的复板、各种门的复板都可采用点焊进行组装。

在航天飞行器和飞机的制造中，点焊可用于铝合金、低合金钢或钛合金等制成的零部件的组装加工。

电器零件及电子元件的生产中也大量采用电阻焊。例如继电器、接触器中的触头与底板的焊接及引线与座的焊接等。这些场合通常是用作其它难以施焊的导电性、导热性良好的金属间的点焊及异种金属的点焊。

缝焊：当要求冲压制品具有坚固而又严密(气密)的焊接接头时，缝焊便得到应用。缝焊可用作低碳钢、不锈钢、耐热钢及铝合金制成的油箱、散热器、盛奶捅、灭火器、发动机壳体等的焊接加工。

凸焊是一种效能很高的焊接方法，特别适用于大批量的生产。凸焊的型式很多：薄板冲压出泡型凸缘的凸焊、钢筋网凸管子T形凸焊、螺母与平板的凸焊、环形密封凸焊等。

焊接完成后，两连接件为点接触。

对接焊：一般用于轴类零件的焊接。轴类零件的焊接面在焊接前须磨平，存放一段时间后，焊面处产生氧化物，然后再进行焊接。例如钢筋的焊接，以前钢筋的焊接为搭接焊接，但其承受轴线方向的负载能力差，采用接触焊可以改善这一情况，而且可以节省搭接处材料。但由于焊接处机械性能不理想，所以接触焊一般较少采用。

铆 接

用铆钉将两个或两个以上的零件连接在一起的方法，称为铆钉连接，简称铆接。日前，虽然有许多铆接已为焊接所代替，但在钣金加工中仍大量采用，占有较重要的位置。 一、铆钉的种类和铆接工具 1、铆钉的种类和规格

根据铆接结构的形式、要求及用途的不同，铆钉的种类常见的有以下几种：半圆头铆钉、平锥头铆钉、沉头铆钉、半沉头铆钉、平头铆钉、扁圆头铆钉和扁平头铆钉及空心铆钉等。 (见图)

铆钉按材料可分为钢质、铜质、铝质三种。 2、铆接工具

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在批量较大或不利于手工铆接时，可使用铆钉和拉铆，铆钉有电动和风动两种。风动铆钉铆接，利用0.6兆帕的压缩空气作为动力、推动风内的活塞作快速往复运动，冲打安装在风口上的铆钉窝子，在急剧的捶击下完成铆接工作。风铆接通常应先慢后快，先慢的目的是先将钉子打粗，使其填满钉孔，而后快打的目的是迅速完成铆钉帽的制作。（拉铆在flash动画中可以见到。）

二、铆接的类型

铆接按其作业性质可分为冷铆、热铆和混合铆三种类型。

在铆接过程中、使用不加热的铆钉进行铆接称为冷铆，在钣金作业中多为薄板连接，而且使用的铆钉规格较小，一般规定钢质铆钉的直径不超过8毫米时必须采用冷铆。

如果将钢质铆钉加热到1000℃左右，然后进行铆接，称为热铆。

混合铆时只将铆合头局部加热，主要是为了使较长的铆钉在加工时，铆钉杆不致发生弯曲。

此外，按零件连接的不同要求，在铆接后的活动性质又可分为活动铆接和紧固铆接两种类型。

活动铆接用于零件在铆接后能相互转动的情况，如手钳、剪刀、卡钳、圆规等的铆接。 紧固铆接，则要求零件在铆接后不得产生相互转动，如一些刚性框架、锅炉及容器等，必须用紧固铆接。

三、铆接接头形式

铆接接头的形式可分为搭接、对接(夹接)、角接等。有时平板之间的连接，根据需要，为保

证被连接的平板处在同一平面，则采用窝接的接头形式。铆接接头形式如图所示。

四、铆钉直径的确定

在铆接前，应确定铆钉的直径和长度。铆钉在工作中的受力以剪切为

主，一般铆钉直径的确定与被连接板件的最小厚度有关，取板厚的1．8倍，即d＝1.8 t。当连接为搭接时，板厚指搭接板的厚度；当厚度相差较大的钢板相互铆接时，板厚为两者的平均值。

五、铆钉的布置

(1) 铆钉的排列方式。铆钉的排列方式由铆接件的强度和铆钉的排列密度确定。具体排列分

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为单排、双排和多排等。在双排和多排铆接时，又分为交错排列和并列排列，如图所示。

(2) 铆距、排距和边距。两个铆钉之间的距离称为铆距（见图中尺寸t ）。对于单排铆道，t＝3d （铆钉公称直径）；对于双排或多排铆道，t＝(4～8) d。

两排铆钉之间的距离称为排距（见图中尺寸a）。一般，a ≈(1.5～4) d 。

铆钉中心到铆接件边缘的距离称为边距(见图中尺寸b )。对于单排铆道，采用钻孔时b＝1.5 d ；冲孔时，b＝2.5 d。

对于双排或多排铆道b＝( 1.5～2.5) d。

六、液压铆接

液压铆接是利用液压机铆接的一种方法。液压铆接具有压力大、动作快、噪声小、适应性强等特点，是一种比较先进的铆接工艺。利用液压机进行热铆时，因其压力大，铆钉只需加热到800℃左右就可以了，温度太高会影响铆接质量。液压铆接小直径铆钉或铝铆钉时，应采用冷铆。

（热铆时，若利用液压机进行铆制，因其压力大，所以铆钉只需加热到800℃左右就可以了，温度太高会影响铆接质量。由于液压铆接的速度快(仅2秒钟左右)，因此，为保证铆接质量．当铆钉铆好以后，铆接的压力还要保持2－5秒。如果在铆钉温度较高的情况下立即卸掉铆接压力，因铆钉材质较软，连接件会产生回弹，使铆钉拉长。为了解决这一问题，可在工件的上下铆钉处接上直径很小的水管。将下面水管的水淋在切钉帽上，上面水管的水淋在窝子内，这样不但加速了铆钉的冷却，还提高了铆接强度，并保证窝子和铆钉头不退火。液压铆接小直径铆钉或铝铆钉时，应采用冷铆。）

（冲压零件的连接形式：打固定铆钉。

1） 上固定螺栓：也叫工艺螺栓，一般用在

铆接件铆缝部位层数多，且比较厚时。 2） 用穿心夹固定：一般用于刚性小的超薄

壁结构，总厚度在2mm以内的连接件上。

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二、固定距离：

固定点的数量由产品的形状和外廓尺寸大小而定。对于曲面形状、刚性较弱件和外形准确度要求较高的部位，所用固定铆钉或穿心夹的数量要多。

1） 平面形状件：刚性好时固定距离一般取200～300mm，刚性差时取100～200mm。

2） （飞机）单曲面件：刚性好时固定距离一般取100～200mm，曲率半径较小，而刚性差

时固定距离取50～100mm。 3）（飞机）双曲面件：曲率变化大的部件，要每隔一个孔就固定一点，即进行密集性固定。）

七、冲击铆接

冲击铆接是铆冲击力作用在铆钉上的不同部位，和顶把顶撞作用而形成镦头的铆接方法。 1、 制孔：

一般为冲孔和钻孔两种方法。 冲孔只适用于钻孔难于保证质量和钻孔效率很低的情况，例如在薄不锈钢零件上制孔。

钻孔是制铆钉孔的主要方法，和冲孔相比，它能获得比较光洁的孔壁。在不同厚度和硬度的零件上钻孔时，原则上应从厚到薄，从硬到软。

（锪窝介绍：工具为锪窝钻）

钻孔应注意事项：铆钉孔边缘不应进入板弯件和型材件圆角内，要保证铆钉头不能搭在圆角上。如图

2、 凸头铆钉铆接 工艺过程：

（1） 板材和板材连接 （2） 板材和型材连接

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凸头铆接形式及适用范围：

搭接铆缝、纵列结合铆缝绝大部分使用凸头铆钉进行铆接。 3、 沉头铆钉铆接

沉头铆钉铆接有两种形式，一种是单面沉头铆钉铆接，另一种是双面沉头铆钉铆接。

1）单面沉头铆钉铆接（即沉头铆接）

沉头铆接的工艺过程只比凸头铆接多一道制窝工序。

2）双面沉头铆钉铆接

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八、压铆

压铆是利用压铆机产生的静压力镦粗铆钉杆成铆合头的一种方法。压铆的铆接件具有表面质量好、变形小、连接强度高的特点。因此，在实际操作中，只要结构工艺性允许，就优先采用压铆。

1、 手提式压铆机压铆

适用范围：受钳口尺寸和形状的，一般仅适用于结构边缘铆缝的单钉压铆。

2、 气动杠杆固定式单钉压铆机。（略） 九、自动钻铆（简介）

自动钻铆技术是通过自动钻铆机来完成夹紧、钻孔、锪窝、喷涂密封剂、放钉、铆接等一整套工序。通过变成控制。

目前国内各主机厂所使用的自动钻铆机大部分从国外引进。

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