模塊1 材料的連接與焊接《焊接科學(xué)與工程》教學(xué)課件

《焊接科學(xué)與工程》?精品課件合集現(xiàn)代焊接是基本制造技術(shù)之一現(xiàn)代焊接技術(shù)成形制造技術(shù)的三個(gè)基本功能改性連接現(xiàn)代焊接是基本制造技術(shù)之一焊接技術(shù)尤其是裝備制造的基本技術(shù)之一一個(gè)數(shù)字金屬材料需要焊接的

非金屬材料

目前焊接技術(shù)面臨著重大挑戰(zhàn)材料不能焊接和連接基本上不能應(yīng)用在西方發(fā)達(dá)國(guó)家50-60%在中國(guó)30-50%焊接與連接連接技術(shù)——把分離材料永久或非永久連接成一個(gè)有一定性能的整體的加工技術(shù)。連接包括：焊接連接、機(jī)械連接、化學(xué)連接等。焊接技術(shù)——把分離材料（一般指金屬材料）采用輸入能量的方式（熱或力等），使它達(dá)到原子間冶金結(jié)合，而形成永久性連接的加工技術(shù)。連接比焊接更廣泛焊接(Welding)連接(Joining)意味著焊接技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新階段古代焊接起源于中國(guó)西安秦始皇陵出土的秦朝銅馬車公元200年，中國(guó)發(fā)明了鑄焊古代焊接起源于中國(guó)最早的焊接考古發(fā)現(xiàn)西周（公元前1046年-公元前771年）晚期河南三門峽上村嶺西周虢仲墓出土的181件青銅器。壺耳為釬焊，青匜13枚，其中7枚是焊接。西周虢仲墓出土青銅器古代焊接起源于中國(guó)西漢史游“急就篇”、東漢許慎“玉篇”、“廣韻”，明宋的“天工開物”、清朝“鏡鏡詅癡”都有焊接的記載古代就有釬焊、鑄焊、鍛焊、粘焊；釬焊有：錫焊、錫鉛焊、錫銅焊、銀焊；還發(fā)明焊料和焊藥。古代焊接基本上是一種手藝。錫鉛古代53.41%41.4%現(xiàn)代63%37%西方國(guó)家發(fā)展了現(xiàn)代焊接工業(yè)化、電、鋼鐵材料的大量應(yīng)用催生了現(xiàn)代焊接1802年，俄國(guó)發(fā)明了電弧?，F(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1882年，俄國(guó)發(fā)明了金屬極電弧焊。金屬極電弧焊原理圖裸焊條；工藝不穩(wěn)定；接頭性能不高?，F(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1907年，瑞典在鋼棒外涂上穩(wěn)弧劑和抗氧化劑等保護(hù)藥皮。——發(fā)明了手工焊條現(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1926年，美國(guó)A.O.Smith公司發(fā)明了擠壓法，在焊條上涂覆厚藥皮?！@就是現(xiàn)在的手工焊條1948年，德國(guó)物理學(xué)家發(fā)明了電子束加工設(shè)備（主要用于焊接）。電子束原理圖電子束現(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1950年，美國(guó)人Muller和Andson發(fā)明了熔化極氣體保護(hù)焊。熔化極氣體保護(hù)焊工作原理1953年，美國(guó)人Gage發(fā)明了等離子弧焊。等離子弧焊原理圖等離子弧溫度分布圖現(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1954年，美國(guó)Lincoln公司研制成功自保護(hù)焊絲生產(chǎn)線。藥芯焊絲焊接示意圖1956年俄國(guó)人發(fā)明了摩擦焊。摩擦焊機(jī)摩擦焊溫度分布現(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1960年，美國(guó)、德國(guó)發(fā)明激光焊接。CO2激光器激光焊接機(jī)器人1957年前蘇聯(lián)發(fā)明電渣焊。電渣焊原理圖現(xiàn)代焊接發(fā)展于西方1991年，英國(guó)焊接研究所TWI發(fā)明攪拌摩擦焊。攪拌摩擦焊原理圖現(xiàn)代焊接把古代的焊接手藝提升為一個(gè)實(shí)用的工業(yè)制造技術(shù)目前焊接技術(shù)的發(fā)展主要靠大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，正在逐漸上升到科學(xué)的高度。攪拌摩擦焊接焊接在裝備制造業(yè)中的地位與作用

焊接是一種將材料永久連接，并成為具有給定功能結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)。幾乎所有的產(chǎn)品，從幾十萬(wàn)噸巨輪到不足１克的微電子元件，在生產(chǎn)制造中都不同程度地應(yīng)用焊接技術(shù)。焊接已經(jīng)滲透到制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性和壽命以及生產(chǎn)的成本、效率和市場(chǎng)反應(yīng)速度。三峽水利樞紐的水電裝備是一套龐大的焊接系統(tǒng)，包括導(dǎo)水管、蝸殼、轉(zhuǎn)輪、大軸、發(fā)電機(jī)機(jī)座等。其中馬氏體不銹鋼轉(zhuǎn)輪直徑10.7m，高5.4m，重440t，為世界最大的鑄－焊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)輪。該轉(zhuǎn)輪由上冠、下環(huán)和13或15個(gè)葉片焊接而成，每個(gè)轉(zhuǎn)輪的焊接需要用12t焊絲，耗時(shí)4個(gè)多月。

三峽水利樞紐神舟6號(hào)飛船的成功發(fā)射與回收，標(biāo)志著中國(guó)航天事業(yè)的巨大進(jìn)步。其中兩名航天員活動(dòng)的返回艙和軌道艙都是鋁合金的焊接結(jié)構(gòu)。焊接接頭的氣密性和變形控制是關(guān)鍵技術(shù)。

神州飛船直徑5.5m，長(zhǎng)62m，厚337mm，重2000t，鍛－焊結(jié)構(gòu)加氫反應(yīng)器，采用全自動(dòng)雙絲窄間隙埋弧焊技術(shù)，每條環(huán)焊縫需連續(xù)焊接5天。煤直接液化裝置的加氫反應(yīng)器中國(guó)第一條高強(qiáng)鋼（X70）大直徑長(zhǎng)輸管線，長(zhǎng)4000km的西氣東輸?shù)墓芫€，所用的螺旋鋼管和直縫鋼管全部是板－焊形式的焊接管。西氣東輸?shù)墓芫€上海瀘浦大橋是世界最長(zhǎng)的全焊鋼拱橋。橋梁國(guó)家大劇院的橢球型鋼結(jié)構(gòu)穹頂。建筑奧林匹克主體育場(chǎng)的鳥巢式鋼結(jié)構(gòu)重4萬(wàn)多噸。水冷壁焊接汽車制造高速列車管道、罐體自行車線路板水下焊接原子之間的作用力與距離的關(guān)系1-斥力；2-引力；3-合力材料原子之間的連接，從物理學(xué)來(lái)講，兩個(gè)原子的結(jié)合力是引力和斥力，這一對(duì)矛盾綜合作用的結(jié)果，引力大于斥力材料就實(shí)現(xiàn)了連接，距離r是個(gè)關(guān)鍵因素，距離為rA時(shí)引力最大。rA≈0.3-0.5nm。大于小于rA都會(huì)降低結(jié)合力。對(duì)金屬材料而言，結(jié)合力就是金屬的各類鍵?！@就是擴(kuò)散焊的基本原理焊接的物理化學(xué)本質(zhì)焊接的物理化學(xué)本質(zhì)事實(shí)上，即使是經(jīng)過精細(xì)加工的表面，在微觀上顯然也是凸凹不平的，更何況在材料表面上還常常帶有氧化膜、油污和水分等吸附層。這樣，就會(huì)阻礙材料表面的緊密接觸。在連接工藝上主要采取兩種措施：

1.加機(jī)械能，包括：力、震動(dòng)、超聲、爆炸等；

2.加熱能（局部或整體），包括：加熱、摩擦、化學(xué)反應(yīng)等。材料的狀態(tài)是處在熔化狀態(tài)或塑性狀態(tài)。——這就是熔焊的基本原理焊接的物理化學(xué)本質(zhì)氣-液-固界面示意圖從物理化學(xué)得知，一滴液體置于固體表面，若液滴和固體界面的變化促使液-固體系自由能降低，則液滴將沿固體表面自動(dòng)鋪展。采用熔點(diǎn)低的液態(tài)第三種材料來(lái)連接分離的兩個(gè)固體表面，形成一個(gè)永久的接頭。潤(rùn)濕鋪展填縫——這就是釬焊的基本原理焊接的物理化學(xué)本質(zhì)三種焊接原理還沒有形成一個(gè)統(tǒng)一的科學(xué)理論；宏觀、介觀、細(xì)觀、微觀；還有若干自然現(xiàn)象：太空環(huán)境下材料的粘連，冰和肌肉的粘連等；各種新材料的連接，特別是陶瓷、高溫材料、碳纖維、復(fù)合材料、異種材料等的連接問題有待于實(shí)現(xiàn)和發(fā)展?！附拥膯栴}基本上是一個(gè)材料界面的科學(xué)問題手藝技術(shù)科學(xué)焊接技術(shù)發(fā)展據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年僅需要進(jìn)行焊接加工后使用的鋼材就占鋼總產(chǎn)量的45%左右。

焊接還可以解決鋁、鎂、銅、鈦、鋯等有色金屬、合金及其復(fù)合材料的連接。微電子工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了微型連接工藝和設(shè)備的發(fā)展；陶瓷材料和復(fù)合材料的發(fā)展促進(jìn)了釬焊、真空擴(kuò)散焊、噴涂以及粘結(jié)工藝的發(fā)展等。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要和科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，焊接技術(shù)不斷進(jìn)步。僅以新型焊接方法而言，到目前為止，已達(dá)數(shù)十種之多。電子束焊接、激光焊接、激光釬焊、激光與電弧復(fù)合熱源焊接、單絲或雙絲窄間隙埋弧焊、4絲高速埋弧焊、雙絲脈沖氣體保護(hù)焊、等離子弧焊接、機(jī)器人焊接系統(tǒng)、焊接柔性生產(chǎn)線、變極性焊接電源、表面張力過渡焊接電源、全數(shù)字化焊接電源以及目前國(guó)際上比較熱門的攪拌摩擦焊技術(shù)等。返回焊接技術(shù)發(fā)展世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常重視焊接技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新。焊接是制造業(yè)的重要加工技術(shù)，精確、可靠、低成本，目前還沒有其它方法能夠比焊接更為廣泛地應(yīng)用于金屬的連接，并對(duì)所焊產(chǎn)品增加更大的附加值。焊接技術(shù)（包括連接、切割、涂敷）現(xiàn)在以及將來(lái)，都有最大可能成功地將各種材料加工成可投入市場(chǎng)的產(chǎn)品的首選加工方法。焊接對(duì)改善產(chǎn)品全壽命的成本、質(zhì)量和可靠性是至關(guān)重要的手段，而且對(duì)提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力有重要貢獻(xiàn)。焊接技術(shù)發(fā)展國(guó)外主要工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的政府很重視焊接技術(shù)的發(fā)展，希望用先進(jìn)的焊接技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、提高效率、降低成本，以此來(lái)與勞力成本相對(duì)低廉的國(guó)家進(jìn)行市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，一種國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略。中國(guó)制造業(yè)中以焊接為主要工藝技術(shù)的企業(yè)約有7000家，其中特大型、大型和中型企業(yè)約占1/3。焊接機(jī)器人是實(shí)現(xiàn)焊接自動(dòng)化、柔性化的重要途徑?？傊?，焊接工藝已經(jīng)不是一種輔助工藝，已經(jīng)成為制造業(yè)中的關(guān)鍵加工手段，完成了許多關(guān)系國(guó)計(jì)民生與國(guó)防建設(shè)的重大戰(zhàn)略性產(chǎn)品的生產(chǎn)?，F(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展的幾個(gè)問題1高能束焊接，尤其是激光焊接正在迅速推廣2復(fù)合能源焊接異軍突起3機(jī)器人化已成為當(dāng)前世界焊接自動(dòng)化發(fā)展主流復(fù)合能源焊接異軍突起復(fù)合熱源焊接是近年來(lái)出現(xiàn)的新工藝。在發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。復(fù)合形式有：激光-電弧電子束-等離子弧等離子-MIGMIG-釬焊電子束-釬焊熔化極等離子雙面電弧焊雙鎢極TIG焊超聲-電弧復(fù)合CMT-冷金屬過渡機(jī)器人化已成為當(dāng)前世界焊接

自動(dòng)化發(fā)展的主流人工成本，尤其是熟練焊工成本正在迅速上升焊接產(chǎn)品向中高端發(fā)展，焊接質(zhì)量穩(wěn)定十分重要環(huán)保要求日益嚴(yán)格新的焊接先進(jìn)工藝無(wú)法采用手工焊接，如復(fù)合能源焊接、激光焊接、高速高效焊接方法等航天產(chǎn)品型號(hào)多、批量小、更新快、質(zhì)量要求高，總體上看適合機(jī)器人焊接自動(dòng)化焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)可靠學(xué)需要眾多學(xué)科的科技工作者共同努力：冶金和材料工作者必須致力于提高焊接結(jié)構(gòu)材料的焊接性和與之匹配的焊接材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者必須致力于按焊接接頭的特點(diǎn)和所用材料及工藝的要求來(lái)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)焊接工作者必須致力于按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，用最優(yōu)的焊接方法和焊接工藝優(yōu)質(zhì)高效地完成焊接結(jié)構(gòu)的焊接焊接設(shè)備和材料工作者必須致力于提供焊接所需的優(yōu)質(zhì)焊接材料和焊接設(shè)備焊接從業(yè)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)焊接工作者應(yīng)具有焊接冶金和結(jié)構(gòu)、焊接材料、焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)和強(qiáng)度、焊接方法和工藝、焊接設(shè)備和控制等多方面較為深廣的知識(shí)和運(yùn)作能力與焊接結(jié)構(gòu)關(guān)系密切的冶金和材料工作、各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作、焊接設(shè)備和材料工作諸方面的技術(shù)和管理人才也應(yīng)具備“焊接科學(xué)與工程”的基本知識(shí)焊接從業(yè)者的知識(shí)結(jié)構(gòu)焊接科學(xué)與工程第1章材料的連接與焊接第2章化學(xué)能源及其焊接和加工第3章電弧能源及其電弧焊接和加工第4章電阻熱的利用及電渣焊和接觸焊第5章其他能源的焊接教材：《焊接科學(xué)與工程》西南交通大學(xué)出版社焊接科學(xué)與工程第6章焊接時(shí)金屬加熱和焊接規(guī)范的選擇第7章電弧焊冶金過程及焊接材料的選擇第8章焊接接頭組織性能及主要金屬的焊接第9章焊接變形及應(yīng)力第10章焊接接頭的強(qiáng)度計(jì)算第11章焊接接頭和結(jié)構(gòu)斷裂分析謝謝您的耐心聆聽specialreportandworksummary第X章XXXX模塊1

材料的連接與焊接第一章材料連接與焊接1.1接頭形式與連接方法1.2焊接過程與能源及焊接方法1.3焊接技術(shù)的學(xué)科領(lǐng)域及應(yīng)用1.4材料及焊接接頭性能返回1.1接頭形式與連接方法材料連接是通過適當(dāng)?shù)氖侄?，使兩個(gè)或兩個(gè)以上分離的固態(tài)物體產(chǎn)生形成一個(gè)整體，從而實(shí)現(xiàn)物理量的傳導(dǎo)。材料連接方法包括機(jī)械連接、焊接和膠接等，其中焊接是金屬連接的最重要方法。1.1.1機(jī)械連接與連接形式螺栓連接——可拆卸和重裝鉚接——可拆卸、不能重裝承載截面?zhèn)髁Α⑦m用搭接接頭1.1.2焊接連接與連接形式可直接連接成各種永久性接頭、不可拆卸常拆裝修理，小空間、多零件——螺栓不常拆卸：大型機(jī)械的機(jī)體和大型部件

鑄件、鍛件大中型工程結(jié)構(gòu)、運(yùn)載工具結(jié)構(gòu)、容器結(jié)構(gòu)焊接件鑄—焊、鍛—焊1.1.2焊接連接與連接形式1.1.3焊接接頭形式在結(jié)構(gòu)圖上的標(biāo)注1.1.4接頭形式與應(yīng)力集中1、應(yīng)力集中2、接頭形式的應(yīng)力集中3、焊接缺陷的應(yīng)力集中4、應(yīng)力集中對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命的影響應(yīng)力集中影響結(jié)構(gòu)的精度、強(qiáng)度和壽命，特別低溫沖擊和疲勞載荷的結(jié)構(gòu)，對(duì)高碳鋼和高強(qiáng)鋼影響更大，對(duì)高速和重載的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壽命影響突出。焊接結(jié)構(gòu)的斷裂多起于焊縫與母材交界的焊趾應(yīng)力集中處或焊接缺陷應(yīng)力集中處。措施：1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中避免結(jié)構(gòu)和焊接接頭的不連續(xù)性引起的應(yīng)力集中2、選擇焊接性能好的母材、焊接材料、焊接方法和焊接工藝，避免焊接工藝和缺陷引起的應(yīng)力集中因此，只有從焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、選材、焊接工藝多方面進(jìn)行質(zhì)量控制才能確保結(jié)構(gòu)的安全1.1.5焊接結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的比較1、與鉚接及栓接結(jié)構(gòu)比較可節(jié)省金屬材料15-20%無(wú)需鉆孔加工和鉚釘及螺栓螺母，節(jié)省加工和材料密封性好減輕結(jié)構(gòu)重量—運(yùn)載裝備多裝快跑，工程結(jié)構(gòu)減輕基礎(chǔ)壓力結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的自由度大，應(yīng)力集中?。徽w性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝工作量少，脆性整體破壞傾向大可目測(cè)檢測(cè)性低維修難2、與鍛壓和鑄造相比較比鑄鐵節(jié)省材料50-60%，比鑄鋼節(jié)省30%減輕結(jié)構(gòu)重量—運(yùn)載裝備多裝快跑，工程結(jié)構(gòu)減輕基礎(chǔ)壓力節(jié)約固定資產(chǎn)投資減少勞動(dòng)量和制模工作量，縮短生產(chǎn)周期，提高效率降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，環(huán)保節(jié)能1.1.5焊接結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的比較3、混合結(jié)構(gòu)壓型--焊接聯(lián)合結(jié)構(gòu)鍛壓--焊接結(jié)構(gòu)鑄鋼—焊接結(jié)構(gòu)表面復(fù)合結(jié)構(gòu)栓焊--結(jié)構(gòu)金屬—非金屬的復(fù)合結(jié)構(gòu)1.1.5焊接結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的比較材料（同或異）通過原子或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散形成永久連接的工藝過程—焊接宏觀、微觀連接接頭可是共同熔化結(jié)晶，也可表面緊密接觸，經(jīng)擴(kuò)散、再結(jié)晶等物理化學(xué)過程實(shí)現(xiàn)焊接1.2焊接過程與能源及焊接方法1.2.1焊接過程與焊接方法加熱時(shí)的加熱溫度、加熱對(duì)象、加熱金屬狀態(tài)和連接過程不同1.2.2焊接運(yùn)動(dòng)與焊接方法焊接運(yùn)動(dòng)是由焊接材料送給運(yùn)動(dòng)和熱源與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)完成焊接。手工焊自動(dòng)焊半自動(dòng)焊1.2.3焊接能源與焊接方法1.3焊接技術(shù)的學(xué)科領(lǐng)域及應(yīng)用焊接科學(xué)技術(shù)的發(fā)展依托于物理和能源科學(xué)的發(fā)展，形成了幾十種各具特性的焊接新方法。由于不同焊接熱源作用于不同金屬的結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生了不同的熱力學(xué)、冶金學(xué)和力學(xué)相互交叉和依存的焊接過程，形成了獨(dú)具特色的焊接物理學(xué)、焊接冶金學(xué)和焊接熱力學(xué)等科學(xué)理論，并由此指導(dǎo)焊接工藝、焊接設(shè)備和焊接結(jié)構(gòu)工程的發(fā)展，形成了有科學(xué)基礎(chǔ)有廣泛應(yīng)用范圍和發(fā)展前景十分廣闊的焊接科學(xué)與工程。1.3.1焊接能源物理學(xué)與焊接方法焊接能源物理學(xué)包括各種能源的本質(zhì)及其在焊接過程中的作用以及應(yīng)用。焊接能源主要包括：化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱源、光學(xué)能源、電能（電弧和電阻熱）、機(jī)械能。能源加熱最高溫度、集中程度、保護(hù)狀態(tài)影響焊接質(zhì)量和應(yīng)用范圍。是選用、發(fā)展和研究焊接工藝和設(shè)