第一章焊接技術概論

出版社：機械工業(yè)出版社

主要教材提問：連接方法有哪些？

現(xiàn)代工業(yè)中的連接方法有：螺栓、鍵、銷釘（可拆卸）、鉚接、焊接、粘接（不可拆卸）連接范圍

（1）金屬和金屬（同種或異種）連接。

（2）非金屬和非金屬（同種或異種）連接。（3）金屬和非金屬連接。焊接技術的應用

橋梁建造

飛機制造航空航天汽車制造艦船制造房屋建造石油石化

你所知道的焊接應用有哪些？

在現(xiàn)代工業(yè)中，金屬是不可缺少的重要材料。高速行駛的汽車、火車、載重萬噸至幾十萬噸的輪船、耐腐耐壓的化工設備以至宇宙飛行器等都離不開金屬材料。在這些工業(yè)產品的制造過程中，需要把各種各樣的加工好的零件按設計要求連接起來制成產品，焊接就是將這些零件連接起來的一種高效的加工方法。

焊接在現(xiàn)代工業(yè)生產中具有十分重要的作用，世界每年鋼材消耗量的50%都有焊接工序的參與，在現(xiàn)代制造工業(yè)中，廣泛應用于金屬結構件的生產。例如橋梁、船體、車廂、容器、電子產品等，都離不開焊接。

焊接在制造大型結構件或復雜機器，優(yōu)越性突出，它可以化大為小、化復雜為簡單來備料，然后逐次焊接拼小成大，拼簡單為復雜，是其他工藝方法難以做到的。它還可以對不同種材料進行焊接，不同金屬間或金屬與非金屬間進行焊接。教材內容焊接方法與設備

（電弧焊、埋弧焊等焊接工藝介紹）金屬材料焊接

（金屬焊接性、鋼材及有色金屬的焊接）焊接結構

（焊接應力與變形）第一章

焊接技術概論§1.1焊接概述§1.2焊接安全技術一、焊接定義二、焊接發(fā)展過程三、焊接方法的分類四、連接方法及范圍五、焊接發(fā)展趨勢六、本書的內容和學習方法七、焊接工藝與藝術§1.1焊接概述學習目標

通過對緒論的學習，要使學生深入了解焊接在現(xiàn)代工業(yè)中的地位及其發(fā)展概況；掌握焊接方法的本質及特點；熟悉本教材的內容和學習方法。（二）焊接定義

從微觀上來說，可以給出焊接的定義如下：兩種或兩種以上材料（同種或異種）通過適當?shù)奈锢砘蚧瘜W方法使其達到原子或分子之間的結合形成永久性連接的工藝過程。一般也可以通俗地給出焊接的定義：通過加熱或者加壓，或兩者并用，用或不用填充材料，使兩工件達到原子間結合的加工工藝方法。一、焊接的定義（一）金屬連接的方式按能否拆卸可分為：可拆卸連接（臨時）不可拆卸連接（永久）不用于制造，而用于裝配和定位用于金屬結構制造或零件制造中10焊接技術——各種焊接方法、焊接工藝、焊接材料及焊接設備等及其基礎理論的總稱。焊件——焊接對象的總稱。焊接結構——用焊接方法制造的結構?；靖拍?/p>

從理論上來說，兩塊分離的材料的兩個表面靠得足夠緊密，兩者之間的距離能夠接近到一個原子的距離，亦即0.4到0.5個nm時，兩塊材料就能連接在一起。實際上，在常溫下這種情況一般不會發(fā)生，因為即使這兩個要結合的表面經過精密加工，從微觀上來看，這個表面依然是凹凸不平的，而且由于材料表面存在氧化膜及水分、油等吸附層雜質，這種氧化膜和雜質極大地阻礙材料的連接。為什么說要加熱或加壓？

因此，焊接過程的物理本質就是采用施加外部能量的辦法，去除阻礙原子鍵結合的一切表面氧化膜和吸附層雜質，促使分離材料的原子接近，形成原子鍵的結合，得到一個優(yōu)質的焊接接頭。常用的施加外部能量的方法主要有加熱和加壓兩種。加熱是把材料加熱到熔化狀態(tài)，或者把材料加熱到塑性狀態(tài)；加壓使材料產生塑性流動。焊接原理過程示意圖電弧焊應用非常普遍二、焊接分類按焊接時母材金屬所處的狀態(tài)可分為（一）熔焊能量集中性：就是在金屬電極中單位面積所通過的電流越大，能量集中性越好。將被連接金屬局部熔化，然后冷卻結晶使分子或原子彼此達到晶格距離并形成結合力。特征1：需要一個能量集中，熱量足夠的熱源。注意焊接部位必須采取有效的隔離空氣保護，使焊接部位不能和空氣接觸，以免造成焊道的成分和性能不良。特征2：保護方式有三種:氣相、渣相、真空。熔焊、壓焊、釬焊。常用的熔焊方法電弧焊氣焊鋁熱焊電渣焊電子束焊激光焊熔化極非熔化極手工焊CO2焊埋弧焊MAG焊MIG焊TIG焊等離子弧焊熔焊熔焊機（二）壓焊

焊接過程中必須要施加壓力，可能加熱也可能不加熱才能完成的焊接。其加熱的主要目的是為使金屬軟化，靠施加壓力使金屬塑變,讓原子接近到相互穩(wěn)固吸引的距離，這一點與熔焊時的加熱有本質的不同。定義：是焊接變形小、裂紋少、易實現(xiàn)自動化電阻焊、摩擦焊、超聲波焊、冷壓焊、爆炸焊、擴散焊等。特點：常用方法：電阻焊機、超聲波焊機（三）釬焊分類：硬釬焊和軟釬焊。

硬釬焊:加熱溫度大于450度，抗拉強度大于200MPa，經常用銀基、銅基釬料，適于工作應力大，環(huán)境溫度高的場合，比如硬質合金車刀、地質鉆頭的焊接。軟釬焊:加熱溫度小于450度，抗拉強度小于70MPa適于應力小，工作溫度低的環(huán)境。比如電路的錫基釬焊。定義：特點：將熔點比母材低的釬料加熱至融化，但加熱溫度低于母材的熔點，用融化的釬料填充焊縫、潤濕母材并與母材相互擴散形成一體的焊接方法。

母材不熔化，只是釬料熔化2023/2/619焊接

分類

熔化焊固相焊釬焊電弧焊氣焊熱溶劑焊熔化劑焊非熔化劑焊焊條電弧焊埋弧焊氣體保護焊碳弧焊鎢極氬弧焊原子氫焊氧-乙炔焊氧氫焊石油液化氣焊鋁熱焊鎂熱焊鍛焊冷壓焊超聲波焊電阻對焊摩擦焊爆炸焊高頻焊擴散焊特點：不傳遞熱量火焰電阻爐感應電弧摩擦電子束鹽浴接觸激光特點：焊件不熔化填料與母材熔點低特點：熔化母材與焊絲，傳遞熱量2023/2/620三、焊接優(yōu)缺點（一）優(yōu)點1.與鉚接、螺栓連接工藝比:

①接頭可靠：接頭系數(shù)=②水密性、密封性好③重量輕、節(jié)約材料—④厚度不限：⑤結構設計簡化：對接、角接都可⑥制造時間短、費用少：廠內預制部分部件現(xiàn)場組裝212.與鑄件比：①焊省去木、砂模，工藝簡單，周期短②省材，比鑄鐵輕50%—60%；比鑄鋼輕20%—30%；（二）缺點：

采用焊接結構存在的問題三、焊接發(fā)展過程（一）古代焊接方法1.發(fā)展過程

●公元前3000多年出現(xiàn)了鍛焊技術。

●公元前2000多年中國的殷朝采用鑄焊制造兵器。

●公元前200年前，中國已經掌握了青銅的釬焊及鐵器的鍛焊工藝。2.特點

●熱源都是爐火●溫度低●能量不集中（二）近代焊接方法的發(fā)展過程

●1801年，英國的戴維斯發(fā)現(xiàn)兩碳極間產生電弧。

●

1836年，大衛(wèi)發(fā)現(xiàn)乙炔氣。這兩項發(fā)明被譽為現(xiàn)代焊接技術的基礎。

●1885年，俄國的貝納多斯發(fā)明碳極電弧焊鉗(見圖)。這一發(fā)明是弧焊至少是碳弧焊的實際的開始?！?887年，美國發(fā)明電阻焊并用于薄板的點焊和縫焊?！?900年，英國的Strohmeyer發(fā)明了薄藥皮焊條(ThinCoatedElectrode)，雖然藥皮只是一薄層粘土(Clay)或石灰(Lime)，但產生的電弧更穩(wěn)定?！?930年，美國的羅賓諾發(fā)明使用焊絲和焊劑的埋弧焊?！?940年，鎢極和熔化極氣體保護焊相繼問世?！?951年，蘇聯(lián)巴頓電焊研究所制造電渣焊?！?953年，發(fā)明了二氧化碳氣體保護焊?！?956年，美國的J.B.瓊斯發(fā)明超聲波焊;蘇聯(lián)的А.И.丘季科夫發(fā)明摩擦焊。●

1959年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊?！?/p>

60年代，出現(xiàn)了等離子、電子束和激光焊接的方法?！?991年,英國焊接研究所發(fā)明了攪拌摩擦焊，成功的焊接了鋁合金平板?！?993年,奧地利Fronius公司生產了第一款全數(shù)字化的IGBT逆變焊機?！?996年,以烏克蘭巴頓焊接研所B.K.Lebegev院士為首的三十多人的研制小組，研究開發(fā)了人體組織的焊接技術?！?001年,人體組織焊接成功應用于臨床?！?/p>

2002年,三峽水輪機的焊接完成，是已建造和目前正在建造的世界上最大的水輪機。

焊接發(fā)展趨勢

●從材料上

擴大可焊材料的范圍，如超細晶粒鋼、非金屬、金屬／非金屬組合●從結構上

超大－如大型船舶、高層建筑／超微－如芯片、細微（μｍ級）零件●從設備上

高效率、低能耗／數(shù)字化、自動化、智能化、柔性化●從技術工藝上高效率／低能耗／環(huán)保2023/2/627焊接技術發(fā)展歷史及趨勢材料：（時代劃分——青銅、鐵器、機器、電器、信息時代）連接技術：2023/2/628焊接技術發(fā)展歷史及趨勢19世紀初，英國的戴維斯發(fā)現(xiàn)電弧和氧乙炔火焰兩種能局部熔化金屬的高溫熱源；1885～1887年,俄國的別納爾多斯發(fā)明碳極電弧焊鉗；1900年，鋁熱焊。20世紀初，碳極電弧焊和氣焊得到應用，同時出現(xiàn)薄藥皮焊條電弧焊，手工電弧焊進入實用階段，電弧焊成為一種重要焊接方法；在此期間，美國的諾布爾利用制成自動電弧焊機，成為焊接機械化、自動化的開端。2023/2/6291930年，美國（羅賓諾夫）發(fā)明用焊絲和焊劑的埋弧焊

焊接機械化進一步發(fā)展。1930年美國鋼結構學會年會上展出了一臺自動焊機,該機原是為焊接裝甲結構設計2023/2/630焊接技術發(fā)展歷史20世紀40年代，鎢極和熔化極惰性氣體保護焊相繼問世，適應鋁、鎂合金和合金鋼焊接需要；德國和法國發(fā)明電子束焊；1951年，蘇聯(lián)巴頓電焊研究所創(chuàng)造電渣焊，成為大厚度工件的高效焊接法。1953年，蘇聯(lián)的柳巴夫斯基等發(fā)明二氧化碳氣體保護焊，后來相繼出現(xiàn)了混合氣體保護焊、藥芯焊絲氣渣聯(lián)合保護焊和自保護電弧焊等。1956年，美國的瓊斯發(fā)明超聲波焊；蘇聯(lián)的丘季科夫發(fā)明摩擦焊；1957年，美國的蓋奇發(fā)明等離子弧焊；1959年，美國斯坦福研究所研究成功爆炸焊；50年代末蘇聯(lián)又制成真空擴散焊設備；20世紀60年代，出現(xiàn)激光焊、等離子、電子束焊，標志著高能量密度熔焊的新發(fā)展，大大改善了材料的焊接性，使許多難以用其他方法焊接的材料和結構得以焊接。2023/2/631焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢現(xiàn)代焊接技術的發(fā)展水平主要體現(xiàn)在：

焊接工藝高效化、焊接生產自動化、焊接電源控制數(shù)字化、焊接質量控制智能化，

高新技術交叉、融合：現(xiàn)代智能控制技術、數(shù)字化信息處理技術、圖像處理及傳感器技術、高性能CPU芯片等現(xiàn)代高新技術發(fā)展現(xiàn)狀：2023/2/632焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢1）能源方面

目前，焊接熱源已非常豐富：火焰、電弧、電阻、超聲、摩擦、等離子、電子束、激光束、微波等，但焊接熱源的研究與開發(fā)仍待發(fā)展，可概括為三個方面：

a現(xiàn)有熱源的改善，使它更為有效、方便、經濟適用，如電子束和激光束焊接的發(fā)展較顯著；

b開發(fā)更好、更有效的熱源，采用兩種熱源疊加以求獲得更強的能量密度，如在電子束焊中加入激光束等；

c節(jié)能技術,由于焊接耗能很大，需要以節(jié)能為目標的新技術，如太陽能焊、電阻點焊中利用電子技術的發(fā)展來提高焊機的功率因數(shù)等。發(fā)展趨勢：2023/2/633焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

2）計算機在焊接中的應用

弧焊設備微機控制系統(tǒng)，可對焊接電流、焊接速度、弧長等多項參數(shù)進行分析和控制，對焊接操作程序和參數(shù)變化等做出顯示和數(shù)據(jù)保留，從而給出焊接質量的確切信息。以計算機為核心建立的各種控制系統(tǒng)包括：焊接順序控制系統(tǒng)、PID調節(jié)系統(tǒng)、最佳控制及自適應控制系統(tǒng)等。計算機模擬技術已用于焊接熱過程、焊接冶金過程、焊接應力和變形等的模擬；數(shù)據(jù)庫技術用于：建立焊工檔案管理數(shù)據(jù)庫、焊接符號檢索數(shù)據(jù)庫、焊接工藝評定數(shù)據(jù)庫、焊接材料檢索數(shù)據(jù)庫等；CAD/CAM的應用正處于不斷開發(fā)階段，焊接的柔性制造系統(tǒng)也已出現(xiàn)。

2023/2/634焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢3）焊接機器人和智能化：焊接機器人主要優(yōu)點：穩(wěn)定和提高焊接質量，保證焊接產品均一性；提高生產率，一天可24小時連續(xù)生產；可在有害環(huán)境下長期工作，改善了工人勞動條件；降低對工人操作技術要求；可實現(xiàn)小批量產品焊接自動化；為焊接柔性生產線提供了技術基礎。智能化焊接：自動檢測焊接坡口的狀況，如熔寬、熔深和背面焊道成形等，以便能及時調整焊接參數(shù)，保證良好的焊接質量。焊接專家系統(tǒng)：是具有相當于專家的知識和經驗水平，以及具有解決焊接專門問題能力范圍的計算機軟件系統(tǒng)。在此基礎上發(fā)展起來的焊接質量計算機綜合管理系統(tǒng)在也得到了應用，包括對產品的初始試驗資料和數(shù)據(jù)的分析、產品質量檢驗、銷售監(jiān)督等，其軟件包括數(shù)據(jù)庫、專家系統(tǒng)等技術的具體應用。

2023/2/635焊接技術發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢4）提高焊接生產率

提高生產率的途徑有二：

a提高焊接熔敷率:手弧焊中的鐵粉焊、重力焊、躺焊等工藝；埋弧焊中的多絲焊、熱絲焊均屬此類，其效果顯著。如，三絲埋弧焊，其工藝參數(shù)分別為2200A×33V；1400A×40V1100A×45V，采用坡口截面較小，背面采用擋板或襯墊，50－6mm的鋼板可一次焊透成形，焊速達0.4m／min以上，其熔敷效率是手弧焊的100倍以上。

b減少坡口截面及熔敷金屬量:近10年來最突出成就是窄間隙焊接。以氣體保護焊為基礎，利用單絲、雙絲或三絲進行焊接。無論接頭厚度如何，均可采用對接形式。如，鋼板厚度由50－300mm，間隙均可設計為13mm左右，因而所需熔敷金屬量成數(shù)倍、數(shù)十倍地降低，從而大大提高了生產率。主要技術關鍵：是保證兩側熔透和保證電弧中心自動跟蹤處于坡口中心線上。為此出現(xiàn)了多種的窄間隙焊接法。電子束焊、激光束焊及等離子弧焊時，可采用對接接頭，且不用開坡口，是理想的窄間隙焊接法，焊接工藝與藝術

藝術創(chuàng)造與工藝方法永遠是密不可分的。作為一種工業(yè)技術，焊接的出現(xiàn)迎合了金屬藝術發(fā)展對新的工藝手段的需要。

焊接藝術作品的表面效果是其它金屬加工工藝無法或者很難實現(xiàn)的，因而說焊接藝術具有獨特的藝術性。選用不同的金屬材料，使用不同的焊接工藝，焊接的藝術性可以在不同的金屬藝術形式中發(fā)揮得淋漓盡致：1.金屬焊接雕塑

在焊接雕塑作品中，焊縫和割痕不是作為一種技術加工的痕跡被動地存在，而是以一種精彩的、不可或缺的表現(xiàn)語言著力地加以體現(xiàn)的。一件焊接雕塑，粗的焊縫裸露在雕塑表面，各種不規(guī)則的切割痕跡也變成了藝術家優(yōu)美的藝術語言……在很多情況下,由于焊接雕塑所追求的粗糙質樸的風格，金屬的銹蝕、瑕疵也大多根據(jù)作品的需要特意保留，因此，在焊接雕塑中常?？梢愿杏X到一種非雕琢的、原始的美。

2.金屬焊接壁飾

如果把一幅壁飾作品看成一幅畫的話，畫面中的點、線、面、黑、白、灰甚至顏色的處理都可以通過焊接的方法來實現(xiàn)。各種型號、各種材質的金屬絲，應用不同的焊接工藝會在畫面上以不同的形式出現(xiàn)。不同金屬的顏色不同，不銹鋼的亮銀色、鋁材的亞銀色、碳鋼的烏亮色，鈦鋼、青銅、紫銅、黃銅……而且就鋼材來說，不同的鋼材在高溫受熱時會出現(xiàn)不同的顏色變化，即焊接熱影響區(qū)不同。另外，切割也是焊接藝術壁飾創(chuàng)作的方法之一，既可以與焊接結合使用，也可以單獨使用，這完全取決于創(chuàng)作者的創(chuàng)作意圖和對工藝與效果的掌握程度。以上所述的這些方法綜合起來，變化的豐富可想而知。第一節(jié)焊接概述

3.金屬焊接掛件

４.實用金屬焊接藝術

實用焊接藝術從藝術性的角度來看具有焊接藝術的表現(xiàn)語言和審美特性，從實用性的角度來看，由于經常使用，所以作品的強度是一個必須考慮的因素。焊接是最牢固的金屬連接方式，因而，焊接技術的使用完全達到了對作品耐用性的要求。

工業(yè)焊接需要的是一道道規(guī)矩、整齊、沒有缺陷的焊縫，而在金屬焊接藝術的創(chuàng)作中，藝術家可以將手中的焊槍作為畫筆和刻刀，在金屬上隨心所欲地雕刻和堆砌。這不同于以往金屬藝術創(chuàng)作中僅僅將焊接作為技術手段來應用，完全從另外一層意義上詮釋了“焊接”。這種藝術與技術的結合無疑是恰當而完美的！相信隨著金屬藝術家對焊接工藝的不斷探索和對金屬焊接藝術語言的不斷挖掘，金屬焊接藝術的創(chuàng)作將會愈加繁榮！

（1）主要內容：

1)各類基本焊接方法的過程本質、特點、接頭形成條件以及合理的使用范圍。

2)各類基本焊接方法中影響焊接質量的工藝參數(shù)及其合理選擇和控制。

3)常用典型焊接設備的構成、工作原理及操作使用方法。本書的內容和學習方法1．教材內容與學習要求 1）認真聽課，作好筆記。

2）獨立完成作業(yè)。

3）做好復習和預習。

（2）學習要求：《焊工工藝學》是焊接專業(yè)的主要專業(yè)課。也是一門實踐性很強的課程。學習本教材時應與其它課程和其它教