第一節(jié)焊接與切割概述

1、第一章 焊接與切割基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié) 焊接與切割概述一、焊接與切割的基本原理及分類(一)基本原理在金屬結(jié)構(gòu)及其它機(jī)械產(chǎn)品的制造中常需將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件按一定的形式和尺寸聯(lián)接在一起，這種聯(lián)接通常分兩大類，一類是可拆卸的聯(lián)接，就是不必?fù)p壞被聯(lián)接件本身就可以將它們分開(kāi)、如螺栓聯(lián)接等，見(jiàn)圖11。另一類聯(lián)接是永久性聯(lián)接，即必須在毀壞零件后才能拆卸，如焊接。圖11 機(jī)械聯(lián)接(a)螺栓聯(lián)接(b)鉚釘聯(lián)接焊接就是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且使用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的方法。為了獲得牢固的結(jié)合，在焊接過(guò)程中必須使被焊件彼此接近到原子間的力能夠相互作用的程度。為此，在焊接過(guò)程中，必須對(duì)需要結(jié)合的地方通

2、過(guò)加熱使之熔化，或者通過(guò)加壓(或者先加熱到塑性狀態(tài)后再加壓)，使之造成原子或分子間的結(jié)合與擴(kuò)散，從而達(dá)到不可拆卸的聯(lián)接。(二)焊接方法的分類按照焊接過(guò)程中金屬所處的狀態(tài)及工藝的特點(diǎn)，可以將焊接方法分為熔化焊、壓力焊和釬焊三大類。圖12 永久性聯(lián)接焊接熔化焊是利用局部加熱的方法將聯(lián)接處的金屬加熱至熔化狀態(tài)而完成的焊接方法。在加熱的條件下，增強(qiáng)了金屬原子的功能，促進(jìn)原子間的相互擴(kuò)散，當(dāng)被焊接金屬加熱至熔化狀態(tài)形成液態(tài)熔池時(shí)，原子之間可以充分?jǐn)U散和緊密接觸，因此冷卻凝固后，即可形成牢固的焊接接頭。常見(jiàn)的氣焊、電弧焊、電渣焊、氣體保護(hù)焊、等離子弧焊等均屬于熔化焊的范疇。壓力焊是利用焊接時(shí)施加一定壓力而

3、完成焊接的方法。這類焊接有兩種形式，一是將被焊金屬接觸部分加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，燃后施加一定壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成牢固的焊接接頭，如鍛焊、接觸焊；摩擦焊和氣壓焊等就是這種類型的壓力焊方法。二是不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬接觸面上施加足夠大的壓力，借助于壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的壓擠接頭，這種壓力焊的方法有冷壓焊、爆炸焊等。釬焊是把比被焊金屬熔點(diǎn)低的釬料金屬加熱熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬接縫的間隙中而達(dá)到結(jié)合的方法。焊接時(shí)被焊金屬處于固體狀態(tài)，工件只適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行加熱，沒(méi)有受到壓力的作用，僅依靠液態(tài)金屬與固態(tài)金屬之間的原子擴(kuò)散而形成牢固的焊接接頭。釬焊

4、是一種古老的金屬永久聯(lián)接的工藝，但由于釬焊的金屬結(jié)合機(jī)理與熔焊和壓焊是不同的，并且具有一些特殊的性能，所以在現(xiàn)代焊接技術(shù)中仍占有一定的地位，常見(jiàn)的釬焊方法有烙鐵釬焊、火焰釬焊、感應(yīng)釬焊等多種方法。焊接方法的分類可見(jiàn)圖13所示。圖13 焊接的分類(三)切割的方法和分類按照金屬切割過(guò)程中加熱方法的不同大致可以把切割方法分為火焰切割、電弧切割和冷切割三類。1火焰切割按加熱氣源的不同，分為以下幾種。(1)氣割氣割(即氧乙炔切割)是利用氧乙炔預(yù)熱火焰使金屬在純氧氣流中能夠劇烈燃燒，生成熔渣和放出大量熱量的原理而進(jìn)行的。(2)液化石油氣切割液化石油氣切割的原理與氣割相同。不同的是液化石油氣的燃燒特性與乙炔

5、氣不同，所使用的割炬也有所不同：它擴(kuò)大了低壓氧噴嘴孔徑及燃料混合氣噴口截面，還擴(kuò)大了對(duì)吸管圓柱部分孔徑。(3)氫氧源切割利用水電解氫氧發(fā)生器，用直流電將水電解成氫氣和氧氣，其氣體比例恰好完全燃燒，溫度可達(dá)28003000，可以用于火焰加熱。(4)氧熔劑切割氧熔劑切割是在切割氧流中加入純鐵粉或其它熔劑，利用它們的燃燒熱和廢渣作用實(shí)現(xiàn)氣割的方法為氧熔劑切割。2電弧切割電弧切割按生成電弧的不同可分為：(1)等離子弧切割等離子弧切割是利用高溫高速的強(qiáng)勁的等離子射流，將被切割金屬部熔化并隨即吹除、形成狹窄的切口而完成切割的方法。(2)碳弧氣割碳弧氣割是使用碳棒與工件之間產(chǎn)生的電弧將金屬熔化，并用壓縮空氣

6、將其吹掉，實(shí)現(xiàn)切割的方法。3冷切割切割后工件相對(duì)變形小的切割方法有：(1)激光切割激光切割是利用激光束把材料穿透，并使激光束移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)切割的方法。(2)水射流切割水射流切割是利用高壓換能泵產(chǎn)生出200400MPa的高壓水的水束動(dòng)能，來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的切割。二、焊接與切割的發(fā)展概況及應(yīng)用(一)焊接與切割技術(shù)的發(fā)展概況我國(guó)是最早應(yīng)用焊接技術(shù)的國(guó)家之一。根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的一些金屬制品，就已采用了焊接技術(shù)。從河南輝縣玻璃閣戰(zhàn)國(guó)墓中出土的文物證實(shí)，其殉葬銅器的本體、耳、足就是利用釬焊來(lái)聯(lián)接的；在800多年前宋代科學(xué)家沈括所著的夢(mèng)溪筆談一書(shū)，就提到了焊接方法。其后，在明代科學(xué)家宋應(yīng)星所著的天工開(kāi)物一書(shū)

7、中，對(duì)鍛焊和釬焊技術(shù)也作了詳細(xì)的敘述。上述事實(shí)說(shuō)明，我國(guó)是一個(gè)具有悠久的焊接歷史的國(guó)家。氣焊大約是在1892年前后出現(xiàn)，那時(shí)使用的是氫氣氧氣混合氣體。氫氧混合氣體的燃燒溫度最高能達(dá)到2000左右，因此，只能焊接較薄的工件，而且使用氫氣很不安全，容易發(fā)生爆炸事故。所以，在工業(yè)上未被廣泛采用。到了1895年，發(fā)明了用電爐制造碳化鈣(俗稱電石)的方法之后，又發(fā)現(xiàn)了乙炔氣(電石與水接觸后產(chǎn)生的氣體)和氧氣混合燃燒，可以得到更高的溫度(3200)，在1903年，氧氣一乙炔氣火焰被運(yùn)用到金屬焊接上去，奠定了氣焊技術(shù)的基礎(chǔ)。近代主要的焊接技術(shù)電弧焊，是在電能成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)之后發(fā)展起來(lái)的。20世紀(jì)初，作

8、為焊接設(shè)備的正式產(chǎn)品手工電弧焊機(jī)問(wèn)世。20年代后期電阻焊和40年代后期埋弧焊、惰性氣體保護(hù)焊相繼獲得應(yīng)用，50年代CO2氣電焊、電渣焊、摩擦焊、電子束焊、超聲波焊和60年代等離子弧焊、激光焊、光束焊相繼出現(xiàn)，使焊接技術(shù)達(dá)到了新的水平。近年來(lái)，太陽(yáng)能焊機(jī)、冷壓焊機(jī)等新型焊接設(shè)備開(kāi)始研制，特別是在焊接生產(chǎn)自動(dòng)化及電子計(jì)算機(jī)在焊接切割生產(chǎn)中的應(yīng)用方面有很大發(fā)展，將會(huì)使焊接切割技術(shù)的發(fā)展達(dá)到一個(gè)新階段。(二)焊接與切割的應(yīng)用焊接是一種應(yīng)用范圍很廣的金屬加工方法，與其它熱加工方法相比，它具有生產(chǎn)周期短、成本低，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活，用材合理及能夠以小拼大等一系列優(yōu)點(diǎn)，從而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。如造船、電

9、站、汽車、石油、橋梁、礦山機(jī)械等行業(yè)中，焊接已成為不可缺少的加工手段。在世界主要的工業(yè)國(guó)家里每年鋼產(chǎn)量的45左右要用于生產(chǎn)焊接結(jié)構(gòu)。在制造一輛小轎車時(shí)，需要焊接500012000個(gè)焊點(diǎn)，一艘30萬(wàn)噸油輪要焊1000km長(zhǎng)的焊縫，一架飛機(jī)的焊點(diǎn)多達(dá)2030萬(wàn)個(gè)。此外，隨著工業(yè)的發(fā)展，被焊接的材料種類也愈來(lái)愈多，除了普通的材料外，還有如超高強(qiáng)鋼、活性金屬、難熔金屬以及各種非金屬的焊接。同時(shí)，由于各類產(chǎn)品日益向著高參數(shù)(高溫、高壓、高壽命)、大型化方向發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，焊接工作量越來(lái)越大，這對(duì)于焊接生產(chǎn)的質(zhì)量，效率等提出了更高的要求。同時(shí)也推動(dòng)了焊接技術(shù)的飛速發(fā)展，使它在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用更為

10、廣闊。三、學(xué)習(xí)焊接切割安全技術(shù)的必要性隨著生產(chǎn)的發(fā)展，焊接技術(shù)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，與此同時(shí)，伴隨出現(xiàn)的各種不安全、不衛(wèi)生的因素嚴(yán)重地威脅著焊工及其它生產(chǎn)人員的安全與健康。為切實(shí)保護(hù)工人的安全與健康，國(guó)家經(jīng)貿(mào)委于1999年發(fā)布的第13號(hào)主任令特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核管理辦法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB530685特種作業(yè)人員安全技術(shù)考核管理規(guī)則中都明確規(guī)定：金屬焊接(氣割)作業(yè)是特種作業(yè)，直接從事特種作業(yè)者，稱特種作業(yè)人員。特種作業(yè)人員，必須進(jìn)行與工種相適應(yīng)的、專門的安全技術(shù)理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作訓(xùn)練，并經(jīng)考核合格取得國(guó)家經(jīng)貿(mào)委統(tǒng)一制作的安全技術(shù)操作證后方準(zhǔn)獨(dú)立作業(yè)。特種作業(yè)是指容易發(fā)生人員傷亡事故，對(duì)操作者本

11、人、他人及周圍設(shè)施的安全有重大危害的作業(yè)。直接從事這些作業(yè)的人員，即特種作業(yè)人員的安全技術(shù)素質(zhì)及行為對(duì)于安全狀況是至關(guān)重要的，許多重大、特大事故就是因?yàn)檫@些作業(yè)人員的違章造成的。鑒于特種作業(yè)人員在安全生產(chǎn)工作中的重要性，勞動(dòng)法、礦山安全法、煤炭法等法律法規(guī)都對(duì)特種作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核、管理提出了要求。原勞動(dòng)部曾發(fā)布了特種作業(yè)人員安全技術(shù)培訓(xùn)考核管理規(guī)定(勞安字199131號(hào))、礦山特種作業(yè)人員安全操作資格考核規(guī)定(勞部發(fā)199635號(hào))等規(guī)章。特種作業(yè)人員的培訓(xùn)、考核發(fā)證工作，已經(jīng)成為安全生產(chǎn)監(jiān)督管理的一項(xiàng)基本內(nèi)容。職工在焊接切割工作過(guò)程中需要與各種易燃易爆氣體、壓力容器和電機(jī)電器接觸。焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有毒氣體、有害粉塵、弧光輻射、高頻電磁場(chǎng)、噪聲和射線等。上述危害因素在一定條件下可能引起爆炸、火災(zāi)、燙傷、急性中毒(錳中毒)、血液疾病、電光性眼炎和皮膚病等職業(yè)病癥。此外還可能危及設(shè)備、廠房和周圍人員安全，給國(guó)家和企業(yè)帶來(lái)不應(yīng)有的損失。學(xué)習(xí)焊接安全技術(shù)的目的在于使有關(guān)的管理人員、操作工人掌握焊接操作的基本原理，操作安全及防護(hù)的方法，嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)焊接與切割安全(GB944888)及各項(xiàng)有關(guān)安全操作規(guī)程，保證安全生產(chǎn)以及遇到緊急情況時(shí)能及時(shí)做出適當(dāng)?shù)奶幚?，從而保護(hù)操作者自己和周圍人員及廠房設(shè)備不