焊接成型技术(第一节)

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焊接技术是随着金属的应用而出现的,古代的焊接方法主要 是铸焊、钎焊和锻焊
5000年以前欧洲美索布达米亚时代器皿
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中国商朝(公元前 1600 年—1046 年),铁刃铜钺(铁 与铜的铸焊件)。春秋战国时期,曾侯乙墓中鼓铜座上有 许多盘龙,是分段钎焊而成
战国时期(公元前 770 -公元前 221 年),刀剑:刀刃 为钢,刀背为熟铁,经锻焊而成
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焊接的分类、特点、应用
三类焊接技术特征对比
方法 熔焊 母材 受热 熔化 填充 材料 有或无 无 有 热源 外加 内部 或外加 外加 压力 接头拆卸性 结合特征 无 有 无 不可拆卸 不可拆卸 冶金结合 冶金结合
固相焊 不熔化 钎焊
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不熔化
部分可拆卸 冶金结合
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焊接的热源种类
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定义:利用电弧作为
热源的焊接方法
手工电弧焊(SMAW)
即利用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法
焊条
焊芯 保护气氛 基体金属 焊缝 电弧
熔池 电弧
焊渣
SMAW:Shielded Metal Arc Welding
Also know as : Manual Metal Arc Welding, Stick Welding
1890年:英国人Brown 第一次使用氧加燃气切割进行了抢劫银行的尝试
焊接技术的历史与发展—现代焊接技术
1900年:英国人Strohmyer发明了薄皮涂料焊条 1904年:瑞典人奥斯卡.克杰尔贝格建立了世界上第一个电焊条厂
1909年:Schonherr 发明了等离子弧
1916年:安塞尔.先特约发明了焊接区X射线无损探伤法 大约1920年:使用电阻焊焊接钢管的生产方法(The Johnson
从金属学的观点来看,表现在 两个被焊金属件连接处与焊缝金属 形成了共同晶粒。(金属晶格距离: 0.3~0.5nm)
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焊接的分类、特点、应用
每种金属实现焊接所必须的温度与压力之间存在一定的关系
实现焊接的基本条件 : 外界 提供相应的能量 1 、加热(提供金属熔化、原 子扩散的能量) 2 、加压(减少原子扩散的距 离) 3、既加热又加压
电弧热:利用气体介质中的电弧放电过程所产生的热能作为热 源(手工电弧焊、氩弧焊、埋弧焊等) 化学热:可燃气体(液化气、乙炔)或铝、镁热剂与氧或氧化 物发生强烈反应时所产生的热能作为热源(气焊、热剂焊) 电阻热:利用电流通过导体及其界面时所产生的电阻热作为焊 接热源(电阻焊和电渣焊) 摩擦热:由机械高速摩擦所产生的热能作为热源(摩擦焊、搅 拌摩擦焊) 电子束:在真空中利用高压下高速运动的电子猛烈轰击金属局 部表面,使动能转换为热能(电子束焊) 激光束:利用受激辐射而增强的光,经聚焦产生能量高度集中 的激光束作为焊接热源(激光焊接与切割)
焊接制造的主要成就
北京国家大剧院,其椭球形穹顶长轴 212.2m, 高 46.28m , 焊接钢结构的总重量达 6,475 吨,为世界最大的穹顶。 2006 年11月完成国家体育场工程为全焊接钢结构,总用钢量4.2万 吨,焊缝总长度30万米,焊缝折算标准总长度280万米
焊接制造的主要成就
目前,中国成为世界上最大的造船国。 2012 上半年中 国造船企业定单总吨位为502万吨,在全世界所占比例高达 41.2%。造船工业中,焊接工作量占80%以上。
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手工电弧焊特点及应用
1. 优点 (1)设备简单,应用广泛; (2)操作灵活方便; (3)能进行全位置焊接; (4)焊缝的力学性能好。
2. 缺点
(1)生产效率低、劳动强度大。
截齿硬质合金堆焊
适用范围:可应用于钢板 ≥0.5~150㎜的各类接头和堆焊,铝、 铜及其合金板厚≥1㎜的对接焊,铸铁补焊,模具补焊、硬质合金 的堆焊等 。
宋(公元 960 年 -1279 年) 宋应星 撰《天工开物》: 中华小钎用白铜末,大钎则竭力挥锤而强合之,历岁 弥久,终不可坚。(小钎即钎焊,大钎为锻焊)
明wk.baidu.com公元 1368 年- 1644 年 ) 方以智 撰《物理小 识》:焊药以硼砂合铜为之,若以胡桐汁合银,坚如 石。今玉石刀柄之类焊药,加银一分其中,则永不脱
焊接制造的重要意义
—— 焊接已成为关键的制造技术 焊接作为成形技术之一,通常被安排在制造流程后期或最终 阶段,因而对产品质量具有决定性作用。
—— 焊接已成为现代工业不可分离的组成部分
主要根源就是基于这样一个事实:许多工业产品的制造已经 无法离开焊接技术。 例如:西气东输工程。 在工业化最发达的美国,焊接被视为“美国制造业的命脉, 而且是美国未来竞争力的关键所在”。
焊接制造技术的发展趋势
一方面,研制新的焊接方法、焊接设备和焊接材料,进 一步提高焊接质量和安全可靠性。例如:摩擦焊、电子束焊、 激光焊等 另一方面,提高焊接自动化水平,实现数字化控制。例如: 焊接机器人
等离子焊
激光焊 电子束焊
焊接制造的战略地位
焊接制造的主要成就
焊接技术的历史与发展
焊接制造的主要成就
近几年来,我国焊接开发与应用方面创造多项世界第一。例 如:长江三峡水利工程-水轮机转轮(直径10.7m,高5.4m,重达 440 吨,需要消耗 12吨焊丝),为世界最大、最重不锈钢焊接转轮; 电机定子座(直径22m,高6m,重832吨) ,是我国焊接的最大钢 结构机座;蜗壳进水口(直径 12.4m ,总重量750 吨),为世界最 大、最重的焊接蜗壳。
据明朝宋应星所著《天工开物》一书记载:中国古代 将铜和铁一起加热,经锻打制造刀、斧 中世纪,在叙利亚大马士革也曾用锻焊制造兵器
考古发现,古代的焊接技术普遍采用钎焊
5500年前用锡钎焊银摆设
5000年前用锡钎焊铜钵的银把手 5000年前用银钎料钎焊管子 4000年前用金钎料钎焊护符盒 公元前5世纪用锡铅钎料镶嵌皇冠上的珠宝首饰等(中国)
焊接制造的战略地位
机械制造中,焊接是最常用三种金属热加工成型方法 之一,应用领域极其广泛。 例如:航空航天、汽车、轮船、 桥梁、家用电器、电子元件等
2011年,我国钢产量接近7亿吨。而钢材必须经过加工 才能成为功能件,其中,大约50%的钢材需要焊接成型
因此,发展我国制造业,尤其是装备制造业,必须高 度重视焊接技术的同步提高
三峡船闸的闸门
闸门宽20.2m, 高38.5m, 厚3m, 重867t
焊接制造的主要成就
芜湖长江大桥--是一座公路/铁路两用桥,全长10km, 主跨 312m ,是我国目前跨度最大的公 / 铁两用桥,采用 50mm 厚 的14MnNb钢整体焊接箱型桁架。 世界第一拱桥--上海卢浦大桥,全长3,900m,跨度550 m ,为世界跨度最大的全焊钢结构拱桥,用 3.4 万吨厚度为 30100mm的细晶粒钢焊接而成。
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焊接的分类、特点、应用
(1)熔焊 (Fusion Welding) 将焊接接头局部加热至熔化状态,形成熔池,熔池中 发生冶金反应,冷却结晶形成焊缝 (2)压焊 (Pressure Welding) 利用加压、摩擦、扩散等物理作用克服连接表面的不平 度,挤除氧化膜等污物,使连接面上的原子相互接近到晶 格距离,通过再结晶过程中晶界的迁移、原子的扩散,在 固态条件下实现连接 (3)钎焊 (Brazing, Soldering) 采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料 加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎 料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊 件的方法
以西气东输工程项 目为例,全长约 4300 公 里的输气管道,焊接接 头的数量竟达 35 万个以 上,整个管道上焊缝的 长度至少1万5千公里
焊接制造的重要意义(优点)
焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻,可以减轻自重, 节约材料 焊接的密封性好,适于制造各类容器 焊接结构可以在不同部位采用不同材料,充分发挥各种材
Process)获得了专利
大约1920年:第一艘使用焊接方法制造的油轮Poughkeepsie Socony号在美国下水 1924年:Magnolia 气体公司使用氧乙炔焊接技术,建成了14英里 长的全焊结构的天然气管线
焊接技术的历史与发展—现代焊接技术
1926年:美国Alexandre发明CO2气体保护焊原理 1930年:前苏联罗比诺夫发明埋弧焊 1931年:由焊接工艺制造全钢结构组成的帝国大厦建成 1955年:美国托姆.克拉浮德发明高频感应焊 1960年:美国Maiman发现激光,现激光已被广泛的应用在焊接领域 1962年:电子束焊接首先在超音速飞机和B-70轰炸机上正式使用 1990年左右:逆变技术得到了长足的发展,其结果使得焊接设备的重 量和尺寸大大的下降 1991年:英国焊接研究所发明了搅拌摩擦焊 1993年:使用机器人控制CO2激光器成功焊接了美国陆军 Abrams型主 战坦克
焊接技术的定义
焊接的分类、特点、应用
焊接技术的定义
(一)焊接定义
焊接(Welding):通过加热或加压或二者并用,用或不用填充 材料,使两个分离的工件(同种或异种金属,也可以是非金属) 产生原子的结合而形成永久性连接的工艺过程
物理本质:两个独立的工件实现原子间的结合。宏观上形成了 永久性接头,微观上建立了组织上内在联系
(古埃及)
公元 79年,被火山爆发埋没的庞贝城中,有用锡铅钎料钎
焊的家用铅制水管(古罗马)
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秦始皇陵的铜车马 秦始皇陵的铜车马驾驭手俑双手与袖管之间的连接,采用
了插接、钎焊工艺
文献记载
汉(公元前 202年-公元9年) 班固 撰《汉书》:胡 桐泪盲似眼泪也,可以汗金银也,今工匠皆用之。 (汗即焊)
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焊接技术的历史与发展—现代焊接技术
1801年:英国H.Davy发现电弧
1836年:Edmund Davy 发现乙炔气
1856年:英格兰物理学家James Joule 发现了电阻焊原理 1859年:Deville和Debray发明氢氧气焊 1881年:法国人 De Meritens 发明了最早期的碳弧焊机 1885年:美国人Elihu Thompson 获得电阻焊机的专利权 1885年:俄罗斯人 Benardos Olszewski 发展了碳弧焊接技术 1888年:俄罗斯人H.г.Cлавянов 发明金属极电弧焊 1889-1890年:美国人C. L. Coffin首次使用光焊丝作电极进行了电弧焊接
料的特长
在近代金属加工中,焊接结构的重量约占钢材产量的50% 焊接成为现代工业中不可缺少,而且日益重要的加工方法
焊接制造的战略地位
焊接制造的主要成就
焊接技术的历史与发展
焊接技术的定义
焊接的分类、特点、应用
焊接技术的历史与发展
焊接技术伴随着人类历史而发展。在人类还只能使用天然材 料时,就产生了捆绑、镶嵌、缝纫等连接技术
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焊接热源的特点
热 源 最小加热面 积, Cm2 10-2 10-3 10-3 10-3 10-2 10-4 10-4 10-5 10-7 10-8 最大功率密度 W.cm-2 2×103 104 1.5×104 2×104 104 104-105 104-105 1.5×105 108-109 107-108 18000-24000
材料成形技术基础
主讲:鲁中良
机械学院先进制造研究所
2012年10月
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本课程的主要讲授内容:
一、焊接技术概述
二、焊接热过程
三、典型弧焊方法
四、常用金属材料焊接
五、焊接力学
第一讲 焊接技术概述
焊接制造的战略地位
焊接制造的成就、意义
焊接技术的历史与发展
焊接技术的定义
焊接的分类、特点、应用
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温度 K 3400-3500 6000 8000 6400 2300
乙炔火焰 金属极电弧 钨极氩弧焊(TIG) 埋弧焊 电渣焊 熔化极氩弧焊(MIG) CO2气体保护焊 等离子焰 电子束 激光束
焊接热源及焊接方法实例一 Arc Welding (电弧焊)
特点及应用 ( 1 )操作简单,适应能力强, 各种钢材,各种零件、模具, 各种角度,如平焊、立焊,甚 至仰焊,各种介质,如水下焊 接 ( 2 )工艺灵活,可以分段焊 接,跳焊,对称焊,便于消除 焊接应力;可以点焊、缝焊、 堆焊 (3)电弧温度高,可达 8000℃,焊接速度快 ( 4 )电流可达几百安培,电 压仅几十伏特
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