山大焊接物理冶金

1、材料成型基礎(chǔ)焊接部分 135 0540 0905, 辦公室：南校區(qū)主樓5261課程的主要內(nèi)容1、 焊接的基本概念 13學(xué)時(shí)2、 焊接化學(xué)冶金 33學(xué)時(shí)（Ch7、8、9）3、 焊接熱影響區(qū)組織與性能 23學(xué)時(shí)（Ch10）4、焊接缺陷及控制 33學(xué)時(shí)（Ch11）2課程的授課計(jì)劃時(shí)間周次課次內(nèi)容參考書(shū)12/11101焊接的基本概念教材、焊接冶金學(xué)(機(jī)械工業(yè)出版社)15/11111氣相對(duì)液態(tài)金屬的作用（Ch7） 19/11111液態(tài)金屬與熔渣的相互作用 （Ch8）22/11121液態(tài)金屬的凈化 （Ch9）26/11122焊接熱影響區(qū)組織與性能（Ch10）19/11133/12133焊接缺陷及控制（Ch

2、11）6/121410/12143材料成型基礎(chǔ)Part I焊接基本概念 4焊接的基本概念1、 焊接的定義及特點(diǎn)2、 焊接技術(shù)的發(fā)展3、 焊接的分類(lèi)4、 焊接應(yīng)用5、 焊接專(zhuān)業(yè)及其研究領(lǐng)域5連接技術(shù)的歷史與發(fā)展 連接技術(shù)是伴隨著材料的應(yīng)用而產(chǎn)生的。在人類(lèi)還只能使用天然材料時(shí)，就產(chǎn)生了捆綁、鑲嵌、縫紉等連接技術(shù)。當(dāng)人類(lèi)可以制造材料后，現(xiàn)代意義上的連接技術(shù)就開(kāi)始萌生了。除機(jī)械方法以外，釬焊或許是最古老的連接金屬的技術(shù)。焊接技術(shù)屬于連接技術(shù)的范疇1 焊接的定義及特點(diǎn)Part I 焊接的基本概念6材料連接的方法及其基本特征 連接技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)了多種方法： 捆綁、鑲嵌、焊接、鉚接、粘接連接過(guò)程中涉及到的能量

3、類(lèi)型： 光、電、聲、化學(xué)、機(jī)械結(jié)合性質(zhì)： 機(jī)械結(jié)合、化學(xué)結(jié)合和材質(zhì)結(jié)合焊接方法處于絕對(duì)主導(dǎo)地位 過(guò)程最復(fù)雜、發(fā)展最迅速 應(yīng)用最廣泛 1 焊接的定義及特點(diǎn)Part I 焊接的基本概念7金屬焊接的條件： 只有兩塊金屬的距離d達(dá)到（35）10-10m時(shí)，金屬原子之間便形成了金屬鍵，實(shí)現(xiàn)焊接。1 焊接的定義及特點(diǎn)焊接的定義： 被焊工件(同材質(zhì)或者不同材質(zhì))通過(guò)加熱或加壓(或兩者并用), 采用或不用填充金屬, 使被焊工件達(dá)到原子間結(jié)合而形成永久性連接的工藝過(guò)程。Part I 焊接的基本概念81 焊接的定義及特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的方法：a.加熱 熔焊b.加壓 壓焊使d達(dá)到(35)10-8cm的條件： a. 兩塊金屬件

4、要接觸； b. 要有足夠高的能量。Part I 焊接的基本概念91 焊接的定義及特點(diǎn)焊接的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1）連接性能好，密封性好，承壓能力高 ；2）省料，重量輕，成本低；3）加工裝配工序簡(jiǎn)單，生產(chǎn)周期短 ；4）易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 焊接的特點(diǎn)缺點(diǎn)：1）焊接結(jié)構(gòu)是不可拆卸的，更換修理不便 ；2）焊接接頭的組織和性能發(fā)生變化，往往是變壞；3）要產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和焊接變形； 4）會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷，如裂紋、未焊透、夾渣、氣孔等。Part I 焊接的基本概念10焊接與機(jī)械連接（如鉚接）和粘接的差異： 被焊接的材料不僅在宏觀上建立了永久性的聯(lián)系，而且在微觀上建立了組織之間的內(nèi)在聯(lián)系。焊接技術(shù)的主體內(nèi)容： 涵

5、蓋熔化焊接、釬焊和固相焊接幾部分。1 焊接的定義及特點(diǎn)Part I 焊接的基本概念112 焊接的分類(lèi)熔化焊熔化焊液相焊釬焊液固相焊壓力焊固相焊Part I 焊接的基本概念固相焊122 焊接的分類(lèi)熔化焊熔化焊：是指焊接過(guò)程中，對(duì)于緊密貼在一起的被焊工件，將焊接接頭加熱至熔化狀態(tài)，在溫度場(chǎng)、重力等的作用下，在不加壓力條件下，兩個(gè)工件熔融的液態(tài)金屬混合，待溫度降低后將兩被焊工件牢固地凝結(jié)在一起，完成焊接的方法。 Part I 焊接的基本概念132 焊接的分類(lèi)熔化焊電弧焊埋弧焊Submerged arc welding, 熔化極螺柱焊Stud welding焊條電弧焊Shielded metal ar

6、c welding惰性氣體保護(hù)電弧焊Argon arc welding (or MIG)CO2電弧焊CO2 arc welding( or MAG)非熔化極鎢極氬弧焊Argon tungsten arc welding等離子弧焊Plasma arc welding原子氫焊Atomic hydrogen welding氣焊氧氫焊Oxy-hydrogen welding空氣乙炔焊Air-acetylene welding氧乙炔焊Oxy-acetylene welding電子束焊Electron beam welding激光焊Laser beam welding電渣焊Electroslag weld

7、ing鋁熱焊Thermit welding復(fù)合熱源焊Hybrid welding熔化焊GMAW or MIG/MAGGTAW or TIG高能束焊接Part I 焊接的基本概念142 焊接的分類(lèi)釬焊釬焊：利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬（稱(chēng)為釬料），經(jīng)加熱熔化后，利用液態(tài)釬料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。 Part I 焊接的基本概念152 焊接的分類(lèi)釬焊釬焊火焰釬焊Torch brazing( soldering)鹽浴釬焊Saltbath dip brazing激光釬焊Laser brazing爐中釬焊Furnace brazing感應(yīng)釬焊Induction braz

8、ing電子束釬焊Electron beam brazing電弧釬焊Arc brazingPart I 焊接的基本概念162 焊接的分類(lèi)壓力焊壓力焊：典型的固相焊接方法，利用壓力使待焊部位的表面在固態(tài)下直接緊密接觸，并使待焊接部位的溫度升高，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度、壓力和時(shí)間，使待焊表面充分進(jìn)行擴(kuò)散而實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合，形成焊接接頭的方法。Part I 焊接的基本概念17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)，然后施加一定的壓力，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、氣壓焊等就是這種類(lèi)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，

9、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2 焊接的分類(lèi)壓力焊壓力焊冷壓焊Cold pressure welding, 爆炸焊Explosive welding超聲波焊Ultrasonic welding電阻對(duì)焊Upset butt welding電阻點(diǎn)、縫焊Resistance spot, seam welding鍛接Forge-welding, Blacksmith welding摩擦焊Friction welding擴(kuò)散焊Diffusion welding攪拌摩擦焊Friction stir welding高頻電阻焊High f

10、requency resistance weldingPart I 焊接的基本概念182 焊接的分類(lèi)工藝熱源壓力母材填充材料熔化焊外加無(wú)熔化有或無(wú)釬焊外加有（壓力低使工件緊密接觸）不熔化有壓力焊外加或內(nèi)部有不熔化無(wú) 熔化焊、釬焊、壓力焊特點(diǎn)的比較Part I 焊接的基本概念192 焊接的分類(lèi)Part I 焊接的基本概念 熔化焊、釬焊、壓力焊特點(diǎn)的比較20考古發(fā)現(xiàn)：5500年前用錫釬焊銀擺設(shè)（古埃及）5000年前用錫釬焊銅缽的銀把手（古埃及）5000年前用銀釬料釬焊的管子（古埃及）4000年前用金釬料釬焊的護(hù)符盒（古埃及）公元前5世紀(jì)用錫鉛釬料鑲嵌皇冠上的珠寶首飾等（中國(guó)）公元79年被火山爆發(fā)埋

11、沒(méi)的龐貝城中有用錫鉛釬料釬焊的家用鉛制水管（古羅馬）Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展21缽的錫釬焊（ 5000年以前美索布達(dá)米亞時(shí)代，大英博物館收藏）Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展22文獻(xiàn)記載：漢 班固 撰漢書(shū)：胡桐淚盲似眼淚也，可以汗金銀也，今工匠皆用之。（汗即焊）宋 宋應(yīng)星 撰天工開(kāi)物：中華小釬用白銅末，大釬則竭力揮錘而強(qiáng)合之，歷歲彌久，終不可堅(jiān)。（小釬即釬焊，大釬為鍛焊）明 方以智 撰物理小識(shí)：焊藥以硼砂合銅為之，若以胡桐汁合銀，堅(jiān)如石。今玉石刀柄之類(lèi)焊藥，加銀一分其中，則永不脫。試以圓盆口點(diǎn)焊藥于其一隅，其藥自走，周而環(huán)之，亦一奇也。 Part

12、 I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展23從古代歷史上來(lái)看，遙遠(yuǎn)的古代主要是以釬焊為代表的固相焊的發(fā)展，而到了近現(xiàn)代則是熔化焊技術(shù)的大發(fā)展。在19世紀(jì)初，電弧的發(fā)現(xiàn)為材料連接技術(shù)帶來(lái)了革命性的發(fā)展和進(jìn)步,電弧作為一種可以使鋼鐵等高熔點(diǎn)材料熔化的能量高度集中的熱源，使得金屬材料的熔化焊接成為可能。Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展24在十九世紀(jì)末，熔化電極的和非熔化電極的、直接作用電弧的和間接作用電弧的、手工的、半自動(dòng)的和自動(dòng)的、無(wú)保護(hù)的電弧和保護(hù)氣氛中的電弧焊都已被提出和獲得實(shí)施。同一時(shí)期，氣焊以及接觸電焊（電阻焊）的基本形式-點(diǎn)焊和滾焊也獲得了研究和發(fā)展。隨著冶金、化

13、工、電工、電子等技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，以電弧焊為代表的熔化焊接技術(shù)成為材料連接領(lǐng)域中處于主導(dǎo)地位的連接方法。Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展25 從近現(xiàn)代歷史上看, 焊接的發(fā)展主要是焊接熱源的發(fā)展所推動(dòng)的。1801 迪威發(fā)現(xiàn)電弧放電現(xiàn)象1855 俄羅斯人 碳弧焊(應(yīng)用：鐵管及容器的制造、蒸汽機(jī)修理；問(wèn)題：碳使金屬接頭變得脆硬)1886 美國(guó)人 電阻焊1891 俄羅斯人 金屬極焊接法(空氣中鐵電極)1895 德國(guó)人 熱劑焊1901 法國(guó)人 氧乙炔焊1907 瑞典人 焊條電弧焊Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展261909 瑞士人 金屬?lài)姾?912 瑞典人 開(kāi)

14、發(fā)出保護(hù)良好的厚涂層焊條1920 英國(guó)人 全焊接船下水1928 美國(guó)人 高頻感應(yīng)焊1930s： 鎢極氬弧焊、埋弧焊、厚皮焊條電弧焊、氫原子焊、氦氣保護(hù)焊1940s： 交流GTAW焊、直流金屬極焊接GMAWPart I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展271950s： CO2氣體保護(hù)焊、電渣焊、高頻電阻焊、摩擦焊、超聲波焊1960s： 電子束焊、等離子弧焊接與切割、爆炸焊1970s： 激光焊接與切割1980s： 離子束、太陽(yáng)能、微波焊接1990s： 攪拌摩擦焊FSW、復(fù)合熱源焊接Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展28現(xiàn)代焊接生產(chǎn)對(duì)于焊接熱源的要求主要是： (1) 能量密度

15、高，并能產(chǎn)生足夠高的溫度。高能量密度和高溫可使焊接加熱區(qū)域盡可能小，熱量集中，并實(shí)現(xiàn)高速高效焊接生產(chǎn)。 (2) 熱源性能穩(wěn)定，易于調(diào)節(jié)和控制。熱源性能穩(wěn)定是保證焊接質(zhì)量的基本條件。 (3) 高的熱效率，降低能源消耗。盡可能提高焊接熱效率，節(jié)約能源消耗有著重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。Part I 焊接的基本概念3 焊接技術(shù)的歷史與發(fā)展29焊接工藝及設(shè)備4 焊接技術(shù)的應(yīng)用零件修復(fù)材料切割材料連接再制造工程表面改性 焊接技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：Part I 焊接的基本概念304 焊接的應(yīng)用 焊接在機(jī)械制造中是一種十分重要的加工工藝。據(jù)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家統(tǒng)計(jì)，每年用于制造焊接結(jié)構(gòu)的鋼材占鋼總產(chǎn)量的70左右。 焊接不僅能解決各

16、種鋼材的連接，而且還能解決有色金屬和鈦、鋯等特種金屬材料的連接。焊接既能連接異種金屬，又能連接厚薄相差懸殊的金屬。因而已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、汽車(chē)、船舶、石油化工、電力、建筑、核能、海洋工程、航空航天、電子等工業(yè)領(lǐng)域。 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)進(jìn)步很快, 到現(xiàn)在焊接方法已發(fā)展到數(shù)十種之多。 Part I 焊接的基本概念314 焊接的應(yīng)用目前許多新的焊接工藝正逐步用于焊接生產(chǎn)，極大地提高了焊接生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量。與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的焊接機(jī)械化和自動(dòng)化水平還較低，按熔化焊來(lái)計(jì)算，目前日本為67%，德國(guó)為80%，美國(guó)為56%，原蘇聯(lián)為40%，而我國(guó)還不到20%，其主要原因

17、是我國(guó)焊接生產(chǎn)主要還靠手工電弧焊，自動(dòng)化水平高的氣體保護(hù)焊和埋弧自動(dòng)焊應(yīng)用少。從焊接生產(chǎn)工藝裝備水平來(lái)看，我國(guó)近年來(lái)，生產(chǎn)了成套的焊接工藝裝備和焊接生產(chǎn)線，也有的廠家從國(guó)外引進(jìn)了自動(dòng)化水平較高的焊接輔助裝置，焊接質(zhì)量和生產(chǎn)效率有了很大提高。Part I 焊接的基本概念324 焊接的應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在焊接生產(chǎn)工藝的應(yīng)用，在國(guó)外已經(jīng)比較普遍，除用于焊接工藝參數(shù)的控制之外，還可用于整條生產(chǎn)線、焊機(jī)的群控。它還可以根據(jù)材料厚度自動(dòng)選擇并預(yù)置焊接工藝參數(shù)，對(duì)焊接過(guò)程實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制、最佳控制以及智能控制等。從焊接裝備上講，具有智能的焊接機(jī)器人，特別是具有自動(dòng)路徑規(guī)劃，自動(dòng)校正軌跡，自動(dòng)控制熔深的機(jī)器人以

18、及特殊用途的焊接專(zhuān)用裝備是近期重點(diǎn)發(fā)展方向。從焊接工藝上講，優(yōu)質(zhì)、高效、低成本以及綠色、節(jié)能的焊接工藝，如復(fù)合熱源焊接，是未來(lái)發(fā)展的重要方向。Part I 焊接的基本概念331952年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)從50年入學(xué)的研究生中挑選了6名研究生進(jìn)入第一屆焊接師資研究班學(xué)習(xí)，成為第一屆焊接師資研究班學(xué)員。1953年9月哈爾濱工業(yè)大學(xué)又舉辦了第二屆焊接師資研究班;1958年9月至1959年2月哈工大又聘請(qǐng)了捷克布拉格工業(yè)大學(xué)教授F 法爾杜斯通訊院士來(lái)哈爾濱開(kāi)辦焊接結(jié)構(gòu)講學(xué)班，全國(guó)各校30多位教師來(lái)哈爾濱進(jìn)修。50年代，國(guó)外專(zhuān)家培養(yǎng)的研究生和本科生都陸續(xù)到高等院校和科研院所，進(jìn)行焊接教學(xué)和科研工作。大多數(shù)

19、人都在我國(guó)的焊接教育和研究崗位上辛勤耕耘了四、五十年成為我國(guó)焊接界著名的學(xué)者和教授，為我國(guó)焊接事業(yè)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。5 焊接專(zhuān)業(yè)的基本介紹 焊接專(zhuān)業(yè)的發(fā)展：Part I 焊接的基本概念341952年: 哈工大于成立焊接教研室，同年從1950年入學(xué)的本科生中抽調(diào)兩個(gè)班入焊接專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)，開(kāi)始焊接專(zhuān)業(yè)本科生的培養(yǎng)工作, 第一批焊接專(zhuān)業(yè)本科生于1956年畢業(yè)。 天津大學(xué)創(chuàng)建焊接教研室，培養(yǎng)焊接專(zhuān)業(yè)大專(zhuān)生, 1955年培養(yǎng)焊接專(zhuān)業(yè)本科生。1955年: 清華大學(xué)成立焊接教研室，招收焊接專(zhuān)業(yè)本科生。 上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)成立焊接教研室，同年招收焊接專(zhuān)業(yè)本科生。1956年: 西北工業(yè)大學(xué)成立焊接教研室，招收焊接專(zhuān)業(yè)本科